KR102485509B1 - 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판 - Google Patents

유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 분말 및 유리 분말을 혼합한 후 소결하여 형성된 혼합 소결체를 포함하는 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판을 제공한다.

Description

유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판{Metal mixed substrate for glassy coating products}
본 발명은 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 분말 및 유리 분말을 혼합한 후 소결하여 형성된 혼합 소결체를 포함하고, 상기 혼합 소결체에 포함되는 유리 프릿에 의하여, 표면에 코팅되는 유리질 소재와의 열팽창계수의 차이를 최소화함으로써, 상기 유리질 소재의 접착력이 우수한 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판 및 이의 제조 방법을 제공한다.
“칠보(Enamelling)”란, 금속 등의 바탕 재료에 유리질 소재인 칠보유약을 발라 알맞은 온도에서 녹여 밀착시킴으로써 아름다운 색채를 표현하고, 동시에 재료의 부식을 방지하고 견고하게 만드는 전통공예 방법 및 상기 방법을 이용하여 제조된 전통공예 제품을 의미한다. 상기 칠보유약에 함유된 금속산화물이 열처리를 통해 여러 가지 색을 띠게 되면서 금속기판의 색과 더불어 아름다운 색상으로 발색하여 각종 공예품이나 생활용품 또는 그 장식품으로 다양하게 이용된다.
미려한 색을 갖는 유리질 코팅 제품을 제조하기 위하여 사용되는 금, 은 등으로 구성되는 금속기판의 경우, 금속의 색상이 밝고 소상을 통하여 산화되지 않으므로 칠보 유약의 색상 발현이 우수하나, 가격이 고가인 단점이 있고, 저가의 금속기판의 경우에는 유리질 코팅 후 잔류응력으로 인한 봉착 문제를 갖게 된다.
예를 들면, 상기 금속기판에 유리질 소재를 코팅 하는 경우, 코팅되어 형성된 유리질 코팅층 내부에 응력이 존재하게 되면 상기 유리질 코팅층의 물리적 성질이 변하게 된다. 상기 금속기판과 유리질 코팅층의 열팽창 차이 또는 강도 차이에 의해 인장/압축 응력을 받게 되고 이로 인해 상기 유리질 코팅층 표면에 크랙이 발생하게 된다.
이러한 유리질 코팅층의 응력을 금속기판이 수용하지 못하게 되면 상기 유리질 코팅층 표면에 발생한 크랙이 금속기판 안으로 전파하게 되고, 상기 유리질 코팅층의 응력이 더욱 커지면 상기 크랙 경계 주위의 부분에서 상기 유리질 코팅층과 금속기판이 분리되는 박리현상이 발생하게 된다.
일반적으로, 유리질 코팅을 위한 금속기판은 잔류응력의 완화를 위해 구리와 같은 연성소재를 사용하게 되나, 연성 소재를 사용한 금속기판의 경우에도, 상기 금속기판의 두께가 두꺼워지는 경우 강도가 증가하여 잔류응력이 증가하여 유리질 코팅층에 영향을 미치게 되는 문제점이 있었다.
한국 공개특허 제10-2005-0014541호
본 발명이 이루고자 하는 일 과제는, 코팅되는 유리질 소재와의 열 팽창계수를 감소시켜, 유리질 코팅 제품의 크랙을 방지할 수 있는 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 과제는 상기 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태는 금속 분말 및 유리 분말을 혼합한 후 소결하여 형성된 혼합 소결체를 포함하는 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속 분말은 Cu, Fe, Cr, Zn, Sn 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 유리 분말은 SiO2, B2O3, Al2O3, Bi2O3, PbO, CaO, BaO, LiO, MgO, Na2O, K2O, ZnO, MnO, ZrO2, V2O5, P2O5, Y2O3, SrO, GaO, Se2O3, TiO2 및 La2O3으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속 분말 및 유리 분말은98: 2 내지 70: 30 의 비율로 혼합된 된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 혼합 소결체는, 금속 기판재 및 상기 금속기판재 내부 및 외부표면에 상기 금속기판재와 기계적으로 결합하여 위치하는 유리 프릿을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 유리질 코팅 제품은 칠보일 수 있다.
본 발명의 일 양태는 금속 분말 및 유리 분말을 혼합하여 혼합 분말을 형성하는 단계; 및 상기 혼합 분말을 가열하여 혼합 소결체를 형성하는 단계; 를 포함하는 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 혼합 분말을 형성하는 단계는, 금속 분말 및 유리 분말은 98: 2 내지 70: 30 의 중량비율로 혼합된 하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속 분말은 Cu, Fe, Cr, Zn, Sn 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 유리 분말은 SiO2, B2O3, Al2O3, Bi2O3, PbO, CaO, BaO, LiO, MgO, Na2O, K2O, ZnO, MnO, ZrO2, V2O5, P2O5, Y2O3, SrO, GaO, Se2O3, TiO2 및 La2O3으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 혼합 분말은 윤활제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 Zinc stearate, Calcium stearate, Aluminum stearate, Magnesium stearate, Lead stearate, Lithium stearate, Stearic acid, Oleic acid, Benzoic acid, Caproic acid, Ethylene distearylamide, Paraffin wax, Molybdenum disulphide, Tungsten disulphide, Molybdenum acid anhydride, Graphite, Manganese sulphide 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 혼합 소결체를 형성하는 단계는, 상기 금속 분말의 녹는점의 70 % 내지 90 %의 온도에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 유리질 코팅 제품은 칠보일 수 있다.
본 발명의 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판은, 유리 프릿을 포함하는 혼합 소결체를 포함하고, 이로써, 코팅되는 유리질 소재와의 열팽창 계수 차이를 감소시킬 수 있다. 즉, 상기 금속 혼합 기판의 열 팽창 거동을 상기 유리질 소재와의 열팽창 거동과 유사하도록 조절하여, 상기 금속 혼합 기판을 이용하여 제조되는 유리질 코팅 제품의 크랙 및 박리를 방지할 수 있다.
본 발명의 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판은, 기존의 유리질 소재의 코팅이 어려운 소재에도 접착력을 부여할 수 있는 바, 기존의 칠보용 고가 금속기판 및 저가형 금속기판을 대체할 수 있다.
나아가, 본 발명의 유리질 코팅제품용 혼합 기판을 현대적인 기술에 적극 활용하여 전통 칠보기술의 현대화를 통한 각종 외장부품, 인테리어 Cookware 등 심미성 및 기능성을 갖춘 표면처리 산업에 이용할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판의 모식도(a) 및 사진 (b)이다.
도 2는 본 발명의 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판의 제조 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예 및 비교예의 금속 혼합 기판 및 구리기판의 표면을 관찰한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예 및 비교예의 금속 혼합 기판 및 구리기판의 선열팽창 계수(CTE)를 측정한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예 및 비교예의 금속 혼합 기판 및 구리기판의 표면에 유리질 소재를 코팅한 후, 변형도를 비교한 사진이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 양태는 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판(1)을 제공한다.
도 1은 본 발명의 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판(1)의 모식도(a) 및 사진 (b)이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 본 발명의 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판(1)은 금속 분말(10) 및 유리 분말(20)을 혼합한 후 소결하여 형성된 혼합 소결체(1')를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판(1)이란, 상면 또는 표면에 유리질 소재가 코팅되어 유리질 코팅 제품을 생산할 수 있는 금속을 포함하는 모재 기판을 의미한다.
본 명세서에서, “칠보(Enamelling)”란, 금속 등의 바탕 재료에 유리질의 유약을 발라 알맞은 온도에서 녹여 밀착시킴으로써 아름다운 색채를 표현하고, 동시에 재료의 부식을 방지하고 견고하게 만드는 전통공예 방법 및 상기 방법을 이용하여 제조된 전통공예 제품을 의미한다.
본 발명의 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판(1)은 상기 전통적인 칠보 기술에서 착안한 것으로, 금속으로 구성되는 바탕 재료 및 유리질 소재의 칠보유약의 열팽창 계수 차이에 의하여 유리질 코팅층의 봉착이 용이하지 않은 문제점을 해결하기 위하여 도출되었다.
일반적으로 금속은 유리질 소재에 비하여 열팽창 계수가 훨씬 크고, 이러한 열팽창 계수의 차이로 인하여, 상기 금속표면을 유리질 소재로 코팅하여 유리질 코팅층을 형성하는 경우, 온도 변화에 의하여, 상기 유리질 코팅층에 잔류응력이 크게 발생하게 되는데, 상기 잔류응력으로 인하여 유리질 코팅 제품의 크랙 및 박리현상이 발생하는 문제점이 발생할 수 있다.
종래 상기 잔류응력의 완화를 인하여 구리와 같은 연성소재를 바탕 재료로 사용하고 있으나, 상기 구리와 같은 연성소재로 구성되는 바탕 재료의 경우에도 두께가 두꺼워지는 경우, 강도가 증가하고, 잔류응력이 증가하여 상기 문제점을 해결하기에는 무리가 있었다.
본 발명의 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판(1)은 금속 기판재(11)의 내부 및 외부에 상기 금속 기판재(11)와 기계적 접합구조를 이루어 위치하는 유리 프릿(21)을 포함하는 혼합 소결체(1')를 포함함으로써, 상기 유리질 소재와의 열팽창 거동이 유사하여, 열팽창 계수의 차이로 인한 잔류응력의 발생의 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속 기판재(11)는 금속 분말(10)이 소결되어 형성되는 것일 수 있고, 상기 유리 프릿(21)은 유리 분말(20)이 소결되어 형성되는 것일 수 있다.
도 1의 (b)를 참조하면, 본 발명의 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판(1)은 금속 분말(10) 및 유리 분말(20)을 혼합하여 소결하는 간단한 공정, 예를 들면, 상기 금속 분말(10) 및 유리 분말(20)을 분말 성형하는 공정을 통하여 형성될 수 있고, 상기 유리 프릿(21)는 상기 금속 기판재(11)의 내부, 외부 표면 또는 내부 및 외부 표면에 기계적인 결합을 이루어 위치할 수 있다.
예를 들면, 상기 금속 분말(10) 및 유리 분말(20)을 분말 성형하는 공정에서, 상기 금속 분말(10) 및 유리 분말(20)은 기판의 형태로 채워져서 혼합될 수 있고, 상기 금속 분말(10) 및 유리 분말(20)이 채워진 혼합 기판의 요철이 있는 표면 구조를 상기 유리 분말(20)이 완전하게 채워지게 되고, 상기 혼합 분말이 소결되어 혼합 소결체(1')를 형성하면서 기계적인 결합을 이룰 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속 분말(10)은 상기 유리 분말(20)과 혼합되어 소결되어, 기계적 접합구조를 형성할 수 있는 금속, 예를 들면, 구리(Cu), 철(Fe), 크롬(Cr), 아연(Zn), 주석(Sn) 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속, 예를 들면, 구리(Cu)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 유리 분말(20)은 상기 금속 분말(10)과 혼합되어 소결되어, 기계적 접합구조를 형성할 수 있는 SiO2, B2O3, Al2O3, Bi2O3, PbO, CaO, BaO, LiO, MgO, Na2O, K2O, ZnO, MnO, ZrO2, V2O5, P2O5, Y2O3, SrO, GaO, Se2O3, TiO2 및 La2O3으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상, 예를 들면, PbO-B2O3-SiO2계 유연 중적 분말을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 유리 분말(20)은 본 발명의 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판(1)의 상면 또는 표면에 코팅되는 유리질 소재와 하나 이상의 동일한 물질을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 유리 분말(20)이 상기 유리질 소재와 하나 이상의 동일한 물질을 포함하여 구성됨으로써, 본 발명의 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판(1) 및 상기 유리질 소재의 열팽창 계수의 차이가 상술한 금속으로 구성되는 기판 및 상기 유리질 소재의 열팽창 계수의 차이보다 작을 수 있다.
구체적인 실시예에서, 상기 유리질 코팅 제품은 칠보일 수 있고, 본 발명의 금속 혼합 기판(1)의 표면에 코팅되는 유리질 소재는 칠보 유약일 수 있다.
상기 유리질 소재는 Bi2O3, ZnO, SiO2 및 Al2O3를 포함하는 유리 수식제 및 B2O3를 포함하는 유리 형성제를 포함할 수 있는데, 이때, 상기 유리 분말(20)은 상기 유리질 소재가 포함하는 SiO2, B2O3, Al2O3, Bi2O3 및 ZnO를 모두 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 유리질 소재는 저융점 유리의 제조가 가능한 Bi2O3를 유리 수식제로 사용하는 B2O3-Bi2O3-ZnO-SiO2-Al2O3의 5성분계로 이루어진 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 유리질 소재는 B2O3를 2 mol% 내지 3.5 mol%, Bi2O3를 12 mol% 내지 40 mol%, ZnO를 27 mol% 내지 30 mol%, SiO2를 10 mol% 내지 18 mol% 및 Al2O3를 1.0 mol% 내지 1.8 mol%로 함유되어, 상기 B2O3-Bi2O3-ZnO-SiO2-Al2O3 5성분계의 조성비를 최적화한 칠보 유약일 수 있고, 종래 인체에 유해한 납(Pb)을 사용하지 않음으로써, Pb 흄가스를 발생시키지 않는 화학적 내구성이 뛰어난 저융점 무연 칠보유약일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속 분말(10) 및 유리 분말(20)은 98: 2 내지 70: 30, 예를 들면, 95: 5 내지 85: 15의 중량비율로 혼합된 것일 수 있다.
상기 금속 분말(10) 및 유리 분말(20)이 98: 2 미만의 비율로 혼합된 경우, 상대적으로 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판(1) 표면에 올라가는 유리질 코팅제와의 접착력에 큰 영향을 줄 수 없으며, 반대로, 70: 30 초과의 비율로 혼합된 경우, 혼합 금속 기판재(11)의 불순물로 작용하는 유리 프릿(21)의 양이 과다하여, 혼합 소결체(1')를 형성하는 소결 조건이 까다로워 질 수 있고, 적합한 소결 조건을 맞추더라도 이후 금속 기판재(11) 및 유리 프릿(21)간의 물성 차이로 인해 쉽게 부스러질 수 있다.
일반적으로, 유리질 소재는 약 6 ppm(part per million)/℃ 내지 10 ppm/℃(20 ℃에서, 1 ℃상승 기준)의 열팽창계수를 갖는 반면, 금속은 물질 마다 차이가 있으나, 유리질 소재보다 높은 열팽창 계수, 예를 들면, 알루미늄(Al) 의 경우, 약 17 ppm/℃ 내지 27 ppm/℃(20 ℃에서, 1 ℃상승 기준), 구리(Cu)의 경우, 약 17 ppm/℃(20 ℃에서, 1 ℃상승 기준)의 열팽창 계수를 갖는다.
본 발명의 일 실시예의 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판(1)은 상기 금속 혼합 기판(1)에 코팅되는 유리질 소재의 열 팽창계수와의 차이를 감소시킬 수 있다.
예를 들면, 상기 유리 분말(20)의 상온 에서350 ℃까지의 평균 선열팽창 계수(CTE; Coefficient of Thermal Expansion) 는 약 9 ppm/℃일 수 있고, 금속 분말(10) 및 유리 분말(20)의 혼합 분말은 상기 금속의 일반적인 열팽창 계수보다 낮고, 상기 유리 분말(20)과 유사한 열 팽창 계수를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 혼합 분말의 상온 에서350 ℃까지의 평균 CTE는 9 ppm/℃ 내지 15.9 ppm/℃일 수 있다.
구체적인 실시예에서, 본 발명의 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판(1)의 열팽창 계수는 40 ℃ 내지 600 ℃의 온도 구간에서, 상기 금속 혼합 기판(1)에 포함되는 금속으로 구성되는 기판의 평균 CTE와 비교하여, 2 X 10-6/℃ 내지 10 X 10-6/℃ 감소된 CTE를 가질 수 있다.
상기 감소된 열팽창 계수로 인해, 열팽창 계수 차이에 의해 발생되는 잔류응력을 금속의 변형을 통해 흡수할 수 있고, 나아가, 최종적으로 제조되는 유리질 코팅 제품의 크랙 및 박리를 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 일 양태는 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판의 제조 방법을 제공한다.
도 2는 본 발명의 금속 혼합 기판의 제조 방법의 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 금속 혼합 기판의 제조 방법은 금속 분말 및 유리 분말을 혼합하여 혼합 분말을 형성하는 단계(S10); 및 상기 혼합 분말을 가열하여 혼합 소결체를 형성하는 단계(S20);를 포함한다.
먼저, 본 발명의 금속 혼합 기판의 제조 방법은 금속 분말 및 유리 분말을 혼합하여 혼합 분말을 형성하는 단계(S10)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속 분말(10)은 구리(Cu), 철(Fe), 크롬(Cr), 아연(Zn), 주석(Sn) 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속, 예를 들면, 구리(Cu)를 포함할 수 있고, 상기 유리 분말(20)은 SiO2, B2O3, Al2O3, Bi2O3, PbO, CaO, BaO, LiO, MgO, Na2O, K2O, ZnO, MnO, ZrO2, V2O5, P2O5, Y2O3, SrO, GaO, Se2O3, TiO2 및 La2O3으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 혼합 분말을 형성하는 단계(S10)는 본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속 분말(10) 및 유리 분말(20)은 98: 2 내지 70: 30, 예를 들면, 95: 5 내지 85: 15의 중량비율로 혼합하여 수행될 수 있다.
상기 금속 분말(10) 및 유리 분말(20)이 98: 2 미만의 중량비율로 혼합된 경우, 상대적으로 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판(1) 표면에 올라가는 유리질 코팅제와의 접착력에 큰 영향을 줄 수 없으며, 반대로, 70: 30 초과의 중량비율로 혼합된 경우, 혼합 금속 기판재(11)의 불순물로 작용하는 유리 프릿(21)의 양이 과다하여, 혼합 소결체(1')를 형성하는 소결 조건이 까다로워 질 수 있고, 적합한 소결 조건을 맞추더라도 이후 금속 기판재(11) 및 유리 프릿(21)간의 물성 차이로 인해 쉽게 부스러질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 혼합 분말을 형성하는 단계(S10)의 상기 혼합 분말은 윤활제를 더 포함할 수 있다.
상기 윤활제는 서로 다른 특성을 가지는 이종 분말인 상기 금속 분말(10) 및 유리 분말(20)이 용이하게 혼합할 수 있도록 도움을 주는 첨가제 역할을 하는 것으로, Zinc stearate, Calcium stearate, Aluminum stearate, Magnesium stearate, Lead stearate, Lithium stearate, Stearic acid, Oleic acid, Benzoic acid, Caproic acid, Ethylene distearylamide, Paraffin wax, Molybdenum disulphide, Tungsten disulphide, Molybdenum acid anhydride, Graphite, Manganese sulphide 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나, 예를 들면, Steric acid를 포함할 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.
하기의 표 1에 본 발명의 금속 혼합 기판의 제조 방법에 사용될 수 있는 윤활제의 종류 및 특성을 도시하였다.
[표 1]
Figure 112020113457119-pat00001
이때, 상기 윤활제는 상기 혼합 분말 100 wt%를 기준으로 0.01 wt% 내지 1 wt%, 예를 들면, 0.05 wt%의 비율로 혼합될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 금속 혼합 기판의 제조 방법은 혼합 분말을 가열하여 혼합 소결체를 형성하는 단계(S20)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 혼합 소결체를 형성하는 단계(S20)는 상기 금속 분말의 녹는점의 70 % 내지 90 %의 온도, 예를 들면, 상기 금속 분말(10)이 구리인 경우, 약 900 ℃ 내지 1,000 ℃, 예를 들면, 950 ℃에서 30 분 내지 2 시간, 예를 들면 1 시간 동안 수행될 수 있고, 상기 온도 조건에서 소결되어 형성되는 금속 기판재 및 유리 프릿은 기계적인 접합구조를 이루어 상기 혼합 소결체를 형성할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에서, 금속 혼합 기판의 제조 방법을 통하여 제조되는 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판의 열팽창 계수는 40 ℃ 내지 600 ℃의 온도 구간에서, 상기 금속 기판재(10)의 평균 선열팽창 계수(CTE; Coefficient of Thermal Expansion)와 비교하여, 2 X 10-6/℃ 내지 10 X 10-6/℃ 감소된 열팽창계수를 가짐으로써, 본 발명의 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판에 코팅되는 유리질 소재의 열 팽창계수와의 차이를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판을 이용하여 제조되는 유리질 코팅 제품은 칠보일 수 있고, 본 발명의 금속 혼합 기판의 표면에 코팅되는 유리질 소재는 칠보 유약일 수 있다.
예를 들면, 상기 유리질 소재는 저융점 유리의 제조가 가능한 Bi2O3를 유리 수식제로 사용하는 B2O3-Bi2O3-ZnO-SiO2-Al2O3의 5성분계로 이루어진 것을 특징으로 하는 칠보 유약일 수 있다.
구체적으로, 상기 유리질 소재는 B2O3를 2 mol% 내지 3.5 mol%, Bi2O3를 12 mol% 내지 40 mol%, ZnO를 27 mol% 내지 30 mol%, SiO2를 10 mol% 내지 18 mol% 및 Al2O3를 1.0 mol% 내지 1.8 mol%로 함유되어, 상기 B2O3-Bi2O3-ZnO-SiO2-Al2O3 5성분계의 조성비를 최적화한 칠보 유약일 수 있고, 종래 인체에 유해한 납(Pb)을 사용하지 않음으로써, Pb 흄가스를 발생시키지 않는 화학적 내구성이 뛰어난 저융점 무연 칠보 유약일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 유리질 소재는 칠보 유약일 수 있고, 상기 유리질 코팅 제품은 본 발명의 금속 혼합 기판의 표면에 상기 칠보유약을 도포하고, 가열하여 유리질 코팅층을 형성하는 일반적인 칠보 제조공정과 동일한 공정으로 수행될 수 있다.
상기 칠보 제조공정은 본 발명 분야의 당업자에게 자명할 수 있고, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 유리질 소재가 도포된 금속 혼합 기판을 가열하여 유리질 코팅층을 형성하는 공정은, 상기 유리질 소재가 상기 금속 혼합 기판의 표면에 녹아서 밀착될 수 있는 온도에서 수행될 수 있고, 상기, 수행 온도는 원하는 질감 및 색을 나타내는 칠보의 제조를 위하여, 상기 유리질 소재에 포함되는 원소 및 수행 시간에 따라서, 적절하게 선택될 수 있다.
예를 들면, 상기 유리질 소재가 B2O3를 2 mol% 내지 3.5 mol%, Bi2O3를 12 mol% 내지 40 mol%, ZnO를 27 mol% 내지 30 mol%, SiO2를 10 mol% 내지 18 mol% 및 Al2O3를 1.0 mol% 내지 1.8 mol%로 함유된 B2O3-Bi2O3-ZnO-SiO2-Al2O3 5성분계의 칠보 유약인 경우, 상기 수행 온도는 650 ℃ 내지 800 ℃일 수 있다.
본 발명의 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판은, 유리 프릿을 포함하는 혼합 소결체를 포함하고, 이로써, 코팅되는 유리질 소재와의 열팽창 계수 차이를 감소시킬 수 있다. 즉, 상기 금속 혼합 기판의 열 팽창 거동을 상기 유리질 소재와의 열팽창 거동과 유사하도록 조절하여, 상기 금속 혼합 기판을 이용하여 제조되는 유리질 코팅 제품의 크랙 및 박리를 방지할 수 있다.
본 발명의 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판은, 기존의 유리질 소재의 코팅이 어려운 소재에도 접착력을 부여할 수 있는 바, 기존의 칠보용 고가 금속기판 및 저가형 금속기판을 대체할 수 있다.
나아가, 본 발명의 유리질 코팅제품용 혼합 기판을 현대적인 기술에 적극 활용하여 전통 칠보기술의 현대화를 통한 각종 외장부품, 인테리어 Cookware 등 심미성 및 기능성을 갖춘 표면처리 산업에 이용할 수 있다.
이하에서는 구체적인 실시예를 통하여 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 하지만 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
실시예 1. 금속 혼합 기판의 제조
90: 10의 비율의 구리 분말 및 PbO-B-2O3-SiO2계 유연 중적 분말과 윤활제로 Steric acid를 0.05 % 포함하고 혼합하여 혼합 분말을 형성하고, 상기 혼합분말을 950 ℃에서 1 시간 동안 소성하여 혼합 기판을 제조하였다.
비교예 1. 구리기판의 제조
상기 실시예 1에서, 유리 분말 및 윤활제를 이용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 구리기판을 제조하였다.
실험예 1. 표면의 비교
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 금속 혼합 기판 및 구리기판의 표면을 관찰하여 도 3에 도시하였다.
도 3을 참조하면, 구리의 내부 및 표면 외부에 유리 프릿이 존재하는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2. 선열팽창 계수(CTE) 비교
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 금속 혼합 기판 및 구리기판의 선열팽창 계수를 측정하여 도 4에 도시하였다.
도 4를 참조하면, 40 ℃ 내지 600 ℃의 구간내에서 약 2.4 X 10-6/℃ 정도 선열팽창 계수가 감소한 것을 확인할 수 있었다.
실험예 3. 유리질 코팅 제품의 변형도 비교
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 금속 혼합 기판 및 구리기판의 표면에 유리질 소재를 도포하고, 가열하여, 유리질 코팅을 수행하고, 상기 혼합 기판 및 구리기판의 변형도를 측정하여 도 5에 도시하였다.
도 5를 참조하면, 실시예 1에서 제조한 혼합 기판에 유리질 코팅을 수행한 경우, 변형이 줄어든 것을 확인할 수 있었고, 이를 통해 유리질 코팅층 내부에 잔류응력이 낮아진 것을 예상할 수 있었다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판
1': 혼합 소결체
10: 금속 분말
20: 유리 분말
11: 금속 기판재
21: 유리 프릿

Claims (14)

  1. 표면에 유리질이 코팅되는 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판으로서,
    금속 분말 및 유리 분말을 혼합한 후 소결하여 형성된 혼합 소결체를 포함하고,
    상기 혼합 소결체는, 금속 기판재 및 상기 금속기판재 내부 및 외부표면에 상기 금속기판재와 기계적으로 결합하여 위치하는 유리 프릿을 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 금속 분말 및 유리 분말은 98: 2 내지 70: 30 의 중량비율로 혼합된 것을 특징으로 하고,
    상기 유리질 코팅 제품은 칠보인 것을 특징으로 하는 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 분말은 Cu, Fe, Cr, Zn, Sn 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유리 분말은 SiO2, B2O3, Al2O3, Bi2O3, PbO, CaO, BaO, LiO, MgO, Na2O, K2O, ZnO, MnO, ZrO2, V2O5, P2O5, Y2O3, SrO, GaO, Se2O3, TiO2 및 La2O3으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 금속 분말 및 유리 분말을 혼합하여 혼합 분말을 형성하는 단계; 및
    상기 혼합 분말을 가열하여 혼합 소결체를 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 혼합 분말을 형성하는 단계는, 금속 분말 및 유리 분말은 98: 2 내지 70: 30 의 중량비율로 혼합하여 수행하는 것을 특징으로 하고,
    상기 혼합 소결체는, 금속 기판재 및 상기 금속기판재 내부 및 외부표면에 상기 금속기판재와 기계적으로 결합하여 위치하는 유리 프릿을 포함하는 것을 특징으로 하고,
    표면에 유리질이 코팅되는 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판인 것을 특징으로 하고, 상기 유리질 코팅 제품은 칠보인 것을 특징으로 하는 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 금속 분말은 Cu, Fe, Cr, Zn, Sn 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판의 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 유리 분말은 SiO2, B2O3, Al2O3, Bi2O3, PbO, CaO, BaO, LiO, MgO, Na2O, K2O, ZnO, MnO, ZrO2, V2O5, P2O5, Y2O3, SrO, GaO, Se2O3, TiO2 및 La2O3으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판의 제조방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 혼합 분말은 윤활제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 윤활제는 Zinc stearate, Calcium stearate, Aluminum stearate, Magnesium stearate, Lead stearate, Lithium stearate, Stearic acid, Oleic acid, Benzoic acid, Caproic acid, Ethylene distearylamide, Paraffin wax, Molybdenum disulphide, Tungsten disulphide, Molybdenum acid anhydride, Graphite, Manganese sulphide 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판의 제조방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    혼합 소결체를 형성하는 단계는,
    상기 금속 분말의 녹는점의 70 % 내지 90 %의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 유리질 코팅 제품용 금속 혼합 기판의 제조방법.
  14. 삭제
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