KR102644852B1 - Synthesis of low thermal expansion cordierite ceramics using kaolin group minerals and cordierite ceramics with low thermal expansion thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열팽창이 낮은 MAS계 코디어라이트에 고령토 광물의 까다로운 소성 조건을 개선하고 기계적 특성을 증가시키기 위해 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트 세라믹 제조방법 및 이를 이용한 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트계 세라믹 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트 세라믹 제조 방법은, 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin), 점토(Clay), 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin), 활석(talc), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화마그네슘(MgO)을 혼합하여 원료혼합물을 제조하는 제1단계; 상기 원료혼합물을 볼밀(Ball Mill)과 포트밀(Pot Mll)을 이용하여 밀링하는 제2단계; 상기 밀링 처리 된 원료혼합물에 압력을 가하여 프레스성형(Press Molding)하는 제3단계; 상기 프레스성형(Press Molding) 처리 된 원료혼합물을 건조하는 제4단계; 상기 건조 처리된 원료혼합물을 산화분위기에 소성시켜 소결하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention provides a method for manufacturing low thermal expansion cordierite ceramics containing kaolin minerals to improve the difficult firing conditions of kaolin minerals in MAS-based cordierite with low thermal expansion and increase mechanical properties, and a low thermal expansion cordierite containing kaolin minerals using the same. It relates to a light-based ceramic composition.
The method for manufacturing low thermal expansion cordierite ceramics containing kaolin mineral according to the present invention includes halloysite kaolin, clay, kaolinite kaolin, talc, and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and magnesium oxide (MgO) to prepare a raw material mixture; A second step of milling the raw material mixture using a ball mill and a pot mill; A third step of press molding by applying pressure to the milled raw material mixture; A fourth step of drying the press molded raw material mixture; A fifth step of sintering the dried raw material mixture by firing it in an oxidizing atmosphere.

Description

고령토 광물을 활용한 저열팽창 코디어라이트 세라믹 제조방법 및 이를 이용한 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트계 세라믹 조성물{SYNTHESIS OF LOW THERMAL EXPANSION CORDIERITE CERAMICS USING KAOLIN GROUP MINERALS AND CORDIERITE CERAMICS WITH LOW THERMAL EXPANSION THEREOF}Method for manufacturing low-thermal expansion cordierite ceramics using kaolin minerals and low-thermal expansion cordierite-based ceramic compositions containing kaolinite minerals using the same

본 발명은 열팽창율(계수)이 낮은 MAS계의 코디어라이트 세라믹스를 제조하기 위하여 고령토 광물(점토, 고령토, 탈크)을 활용한 최적의 배합조건으로 까다로운 소성조건을 개선하고 기계적 특성을 증가시키기 위해 최적조건의 고령토 광물의 조성물로 코디어라이트 합성분말을 저가로 합성하기 위한 저열팽창 코디어라이트 세라믹 제조방법 및 이를 이용한 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트계 세라믹 조성물에 관한 것이다. The present invention is to improve difficult firing conditions and increase mechanical properties by using optimal mixing conditions using kaolin minerals (clay, kaolin, talc) to produce MAS-based cordierite ceramics with low thermal expansion coefficient (coefficient). The present invention relates to a low-thermal expansion cordierite ceramic manufacturing method for low-cost synthesis of cordierite synthetic powder with a composition of kaolinite mineral under optimal conditions and a low-thermal expansion cordierite-based ceramic composition containing kaolinite mineral using the same.

세라믹스는 일반적으로 열전도도가 낮기 때문에 갑작스러운 온도변화를 겪게 되면 재료 내에 상당한 열구배가 생기고, 부피변화에 의하여 응력발생이 일어나게 된다. 재료표면은 온도상승과 더불어 압축응력을 받으나, 대부분은 압축강도가 크기 때문에 온도상승에 따른 파손 위험을 적게 받는다. 그러나 급격한 온도 하락시 재료의 표면은 인장응력을 받게 되어 깨지게 된다. 따라서 높은 내열충격성 세라믹스 재료 개발의 주된 방법은 낮은 열팽창율을 유도하여 열 충격에 의한 재료 내의 응력을 줄이는 것이다. 대표적인 MAS(MgO-Al2O3-SiO2)계 조성을 갖는 재료들은 기계적 특성상의 취약점에도 불구하고 기계구조재료로 각광을 받고 있는데, 이것은 이들이 지니는 저열팽창 특성 을 응용한 내열재료 개발의 가능성 때문이다. MAS계의 코디어라이트(cordirte, 2MgO·2Al2O3·5SiO2)의 경우, 낮은 열팽창율, 내열충격성, 낮은 유전율, 높은 전기절연성 등의 특성을 보이지만, 순수한 코디어라이트는 합성 시 소성 범위가 매우 좁아 소결온도가 5℃ 낮으면 결정이 생성되지 않고, 조금이라도 높으면 코디어라이트가 포스테라이트(postelite), 스피넬(spinel) 및 뮬라이트 (mulite) 등으로 다시 분해가 되면서 재료의 열팽창계수는 크게 증가하게 된다. Ceramics generally have low thermal conductivity, so when they experience a sudden temperature change, a significant thermal gradient occurs within the material, and stress occurs due to volume change. The surface of the material undergoes compressive stress as the temperature rises, but most materials have high compressive strength, so they are less susceptible to damage due to temperature rise. However, when the temperature drops suddenly, the surface of the material undergoes tensile stress and breaks. Therefore, the main method for developing ceramic materials with high thermal shock resistance is to reduce stress within the material due to thermal shock by inducing a low thermal expansion coefficient. Materials with a representative MAS (MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 )-based composition are attracting attention as mechanical structural materials despite their weaknesses in mechanical properties. This is due to the possibility of developing heat-resistant materials by applying their low thermal expansion characteristics. . In the case of MAS-based cordierite (2MgO·2Al 2 O 3 ·5SiO 2 ), it exhibits properties such as low thermal expansion coefficient, thermal shock resistance, low dielectric constant, and high electrical insulation, but pure cordierite has a plasticity range when synthesized. is very narrow, so if the sintering temperature is 5℃ lower, no crystals are formed, and if it is even slightly higher, cordierite decomposes back into postelite, spinel, and mulite, etc., and the thermal expansion coefficient of the material decreases. will increase significantly.

이러한 까다로운 소성 조건에도 불구하고 열팽창율이 매우 낮고 원료의 조달이 용이하기 때문에 활용도가 매우 높다. 이에 따라 고순도 미립의 코디어라이트 합성분말을 저가로 합성하기 위한 연구가 진행되고 있다. 열충격 저항성을 요구하는 재료는 산업용으로 근래 리튬이온 양극재로 원료 소성용 BOX 내화물 및 고온의 공기정화 및 수질정화용 세라믹필터용은 비중이 크고 열용량이 높기 때문에 코스트가 높고 내열충격성이 낮고 급열급랭을 할 수 없게 되고 소성 중에 유기물에 나오는 가스가 배출되기 어려운 문제가 있다. 따라서 본 발명은 이러한 문제를 개선하기 위해서 고령토를 활용한 코디어라이트 합성으로 특성을 연구개발 시험을 진행하였다. Despite these difficult firing conditions, the thermal expansion rate is very low and the raw materials are easy to procure, so the utilization is very high. Accordingly, research is underway to synthesize high-purity fine cordierite synthetic powder at low cost. Materials that require thermal shock resistance are used for industrial purposes. Recently, lithium-ion anode materials have been used for box refractories for raw material firing and ceramic filters for high-temperature air purification and water purification. They have high specific gravity and high heat capacity, so they are expensive, have low thermal shock resistance, and cannot be rapidly heated or quenched. There is a problem in that it becomes difficult for gases from organic materials to be discharged during firing. Therefore, in order to improve this problem, the present invention conducted research and development tests on the properties of cordierite by synthesizing it using kaolin.

(비특허문헌 1) D. Kim, H. T. Kim, S. S. Ryu and H. J. Kim, Korean J. Met. Mater. 53, 16 (2015).(Non-patent Document 1) D. Kim, H. T. Kim, S. S. Ryu and H. J. Kim, Korean J. Met. Mater. 53, 16 (2015).

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 MAS계 코디어라이트의 소성 범위를 벗어날 때 발생할 수 있는 문제점을 해결할 수 있도록 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트 세라믹 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention was created to solve the above problems, and the purpose of the present invention is to manufacture a low-thermal expansion cordierite ceramic containing kaolin mineral to solve problems that may occur when the firing range of MAS-based cordierite is exceeded. is to provide.

발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be solved by the invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.

본 발명에 따른 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트 세라믹 제조 방법은,The method for manufacturing low thermal expansion cordierite ceramics containing kaolin mineral according to the present invention,

할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin), 점토(Clay), 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin), 활석(talc), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화마그네슘(MgO)을 혼합하여 원료혼합물을 제조하는 제1단계;The first step of producing a raw material mixture by mixing halloysite kaolin, clay, kaolinite kaolin, talc, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and magnesium oxide (MgO). ;

상기 원료혼합물을 볼밀(Ball Mill)과 포트밀(Pot Mll)을 이용하여 밀링하는 제2단계;A second step of milling the raw material mixture using a ball mill and a pot mill;

상기 밀링 처리 된 원료혼합물에 압력을 가하여 프레스성형(Press Molding)하는 제3단계;A third step of press molding by applying pressure to the milled raw material mixture;

상기 프레스성형(Press Molding) 처리 된 원료혼합물을 건조하는 제4단계;A fourth step of drying the press molded raw material mixture;

상기 건조 처리된 원료혼합물을 산화분위기에 소성시켜 소결하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. A fifth step of sintering the dried raw material mixture by firing it in an oxidizing atmosphere.

상기 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin), 점토(Clay) 및 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin)를 혼합한 혼합물의 산화마그네슘(MgO)/산화알루미늄(Al2O3) 몰(mole) 비율은 0.9 내지 1.1 인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin), 점토(Clay) 및 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin)를 혼합한 혼합물의 이산화규소(SiO2)/산화알루미늄(Al2O3) 몰(mole) 비율은 2.4 내지 2.6 인 것을 특징으로 한다.The magnesium oxide (MgO)/aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mole ratio of the mixture of halloysite kaolin, clay, and kaolinite kaolin is 0.9 to 1.1. It is characterized by In addition, the silicon dioxide (SiO 2 )/aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mole ratio of the mixture of halloysite kaolin, clay, and kaolinite kaolin is 2.4 to 2.4. It is characterized by 2.6.

상기 제5단계에서 소결한 후 1,380 ℃에서 1시간 동안 유지한 경우, 800℃에서 열팽창계수가 2.20×10-6/℃ 인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제5단계에서 소결한 후 1,380 ℃에서 1시간 동안 유지한 경우, 1,000℃에서 열팽창계수가 2.57×10-6/℃ 인 것을 특징으로 한다.When maintained at 1,380°C for 1 hour after sintering in the fifth step, the thermal expansion coefficient is 2.20×10 -6 /°C at 800°C. In addition, when maintained at 1,380°C for 1 hour after sintering in the fifth step, the thermal expansion coefficient is 2.57×10 -6 /°C at 1,000°C.

상기 제1단계에서 상기 원료혼합물은 상기 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin) 34.00 (w/w)%, 점토(Clay) 20.00 (w/w)%, 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin) 12.50 (w/w)%, 활석(talc) 18.90 (w/w)%, 산화알루미늄(Al2O3) 9.30 (w/w)% 및 산화마그네슘(MgO) 5.30 (w/w)% 혼합하는 것을 특징으로 한다. In the first step, the raw material mixture contains 34.00 (w/w)% of Halloysite Kaolin, 20.00 (w/w)% of Clay, and 12.50 (w/w)% of Kaolinite Kaolin. , 18.90 (w/w)% of talc, 9.30 (w/w)% of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and 5.30 (w/w)% of magnesium oxide (MgO) are mixed.

또한, 본 발명에 따른 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트계 세라믹 조성물은,In addition, the low thermal expansion cordierite-based ceramic composition containing kaolin mineral according to the present invention,

할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin), 점토(Clay), 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin), 활석(talc), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화마그네슘(MgO)을 포함하는 것을 특징으로 한다. It is characterized in that it contains halloysite kaolin, clay, kaolinite kaolin, talc, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and magnesium oxide (MgO).

상기 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트계 세라믹 조성물은,The low thermal expansion cordierite-based ceramic composition containing the kaolin mineral,

꺾임강도는 KS L 1591 기준방법으로 52 내지 54 N이고, 부피 비중은 2.00 이하이고, KS L 3412에 따른 수분 흡수율은 8.0 내지 9.0% 인 것을 특징으로 한다. The bending strength is 52 to 54 N according to the KS L 1591 standard method, the bulk specific gravity is 2.00 or less, and the moisture absorption rate according to KS L 3412 is 8.0 to 9.0%.

또한, 본 발명에 따른 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트계 세라믹 조성물을 포함하는 필터는,In addition, a filter containing a low thermal expansion cordierite-based ceramic composition containing kaolin mineral according to the present invention,

할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin), 점토(Clay), 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin), 활석(talc), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화마그네슘(MgO)을 포함하는 것을 특징으로 한다. It is characterized in that it contains halloysite kaolin, clay, kaolinite kaolin, talc, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and magnesium oxide (MgO).

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 MAS계 코디어라이트의 소성 범위를 벗어날 때 발생할 수 있는 문제점을 해결하여 낮은 열팽창율, 내열충격성, 낮은 유전율 및 높은 전기절연성의 특성을 나타내는 저열팽창 코디어라이트 세라믹 제조방법을 제공할 수 있다. As a means of solving the above problem, the present invention solves problems that may occur when the MAS-based cordierite is outside the firing range and provides a low thermal expansion cordier that exhibits the characteristics of low thermal expansion coefficient, thermal shock resistance, low dielectric constant and high electrical insulation. A light ceramic manufacturing method can be provided.

또한, 본 발명은 저열팽창 코디어라이트 세라믹을 제조할 수 있는 최적 배합 조건을 제공할 수 있다. Additionally, the present invention can provide optimal mixing conditions for producing low thermal expansion cordierite ceramic.

또한, 본 발명은 물리적인 특성과 수축율을 고려한 코디어라이트 세라믹 소재 개발 조건을 제공할 수 있다. In addition, the present invention can provide conditions for developing cordierite ceramic materials considering physical properties and shrinkage rate.

도 1은 본 발명인 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트 세라믹 제조방법을 보여주는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 원료의 분쇄 입자 크기 분포를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 다양한 온도에서 원료 배합에 따른 코디어라이트 결정 형성에 의한 수축 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 다양한 온도에서 원료 배합에 따른 코디어라이트 결정 형성에 의한 꺾임강도 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 다양한 온도에서 원료 배합에 따른 코디어라이트 결정 형성에 의한 수분 흡수율 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 다양한 온도에서 원료 배합에 따른 코디어라이트 결정 형성에 의한 부피비중 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 다양한 온도에서 원료 배합에 따른 코디어라이트 결정 형성에 의한 기공율 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 원료 배합에 따른 코디어라이트 결정 형성에 의한 열팽창계수 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 1,200 내지 1,380℃의 온도에서 소성 된 코디어라이트 결정의 XRD 결과이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 1,220℃의 온도에서 소성 된 코디어라이트 결정의 SEM 결과이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 1,260℃의 온도에서 소성 된 코디어라이트 결정의 SEM 결과이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따라 1,300℃의 온도에서 소성 된 코디어라이트 결정의 SEM 결과이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따라 1,340℃의 온도에서 소성 된 코디어라이트 결정의 SEM 결과이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따라 1,380℃의 온도에서 소성 된 코디어라이트 결정의 SEM 결과이다.
Figure 1 is a flow chart showing the method of manufacturing low thermal expansion cordierite ceramic including kaolin mineral according to the present invention.
Figure 2 is a graph showing the pulverized particle size distribution of raw materials according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph showing the shrinkage results due to the formation of cordierite crystals according to the raw material combination at various temperatures according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph showing the results of bending strength due to the formation of cordierite crystals according to the raw material mix at various temperatures according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph showing the results of moisture absorption rate by cordierite crystal formation according to raw material mixing at various temperatures according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a graph showing the results of volume specific gravity due to the formation of cordierite crystals according to the mixing of raw materials at various temperatures according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a graph showing the porosity results due to cordierite crystal formation according to raw material mixing at various temperatures according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a graph showing the results of measuring the coefficient of thermal expansion due to the formation of cordierite crystals according to the mixing of raw materials according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is an XRD result of cordierite crystals calcined at a temperature of 1,200 to 1,380°C according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is an SEM result of cordierite crystals calcined at a temperature of 1,220°C according to an embodiment of the present invention.
Figure 11 is an SEM result of cordierite crystals calcined at a temperature of 1,260°C according to an embodiment of the present invention.
Figure 12 is an SEM result of cordierite crystals calcined at a temperature of 1,300°C according to an embodiment of the present invention.
Figure 13 is an SEM result of cordierite crystals calcined at a temperature of 1,340°C according to an embodiment of the present invention.
Figure 14 is an SEM result of cordierite crystals calcined at a temperature of 1,380°C according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.The terms used in this specification will be briefly explained, and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention are general terms that are currently widely used as much as possible while considering the function in the present invention, but this may vary depending on the intention or precedent of a person working in the art, the emergence of new technology, etc. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than simply the name of the term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.When a part in the entire specification is said to “include” a certain element, this means that it does not exclude other elements but may further include other elements, unless specifically stated to the contrary.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.Specific details, including the problem to be solved by the present invention, the means for solving the problem, and the effect of the invention, are included in the examples and drawings described below. The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings.

일반적으로, 코디어라이트 결정의 동질이상 (polymorphism)은 α, β, μ 등 3상으로 존재하는 것으로 알려져 있다. 알파 코디어라이트(α-cordierite) 결정은 고온에서 안정하며 베타 코디어라이트(β-cordierite) 결정은 상대적으로 불안정한 상태로 β형에서 α형으로 전이는 830 ℃ 부근에서 일어난다. 코디어라이트 결정은 결정축 방향에 따라 이방성 열팽창을 갖는 특이한 열적 특성을 보이고 있는데, a축 방향은 2.9x10-6/℃, c축 방향은 -1.1x10-6/℃ 를 갖는 것으로 알려져 있다. 이러한 이방성은 합성을 위해 사용되는 원료의 배향에 의하여 영향을 받기도 하지만, 승온과 냉각 시 열팽창 거동의 차이를 일으켜 결정입자에 미세크랙 (micro crack)을 일으키며, 이로 인하여 기계적강도가 떨어지게 된다. 기계적 강도를 증진하기 위하여 코디어라이트에 뮬라이트(mulite : 3Al2O2SiO2)를 첨가하여 고온에서 소결함으로써 강도를 증가시키는 연구가 수행되었다. In general, it is known that the polymorphism of cordierite crystals exists in three phases: α, β, and μ. Alpha cordierite crystals are stable at high temperatures, while beta cordierite crystals are relatively unstable and the transition from β type to α type occurs around 830°C. Cordierite crystals exhibit unique thermal properties of anisotropic thermal expansion along the crystal axis direction, and are known to have 2.9x10 -6 /℃ in the a-axis direction and -1.1x10 -6 /℃ in the c-axis direction. This anisotropy is influenced by the orientation of the raw materials used for synthesis, but it causes a difference in thermal expansion behavior when heated and cooled, causing micro cracks in the crystal grains, which reduces mechanical strength. In order to improve mechanical strength, a study was conducted to increase strength by adding mulite (3Al 2 O 2SiO 2 ) to cordierite and sintering it at high temperature.

MAS(MgO-Al2O3-SiO2)계 조성을 갖는 재료들은 기계적 특성상의 취약점에도 불구하고 기계구조 재료로 각광을 받고 있는데, 이것은 이들이 지니는 저열팽창 특성을 응용한 내열재료 개발의 가능성 때문이다. MAS계의 코디어라이트(cordierite, 2MgO·2Al2O5SiO2) 결정의 경우, 낮은 열팽창율, 내열충격성, 낮은 유전율, 높은 전기절연성 등의 특성을 보이지만, 합성시 소성범위가 매우 좁아 소성온도가 낮으면 코디어라이트 결정이 충분히 생성되지 않고, 조금이라도 높으면 코디어라이트가 포스테라이트(postelite), 스피넬(spinel) 및 뮬라이트(mulite) 등으로 다시 분해가 되면서 재료의 열팽창계수는 크게 증가하게 된다. Materials with MAS (MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 )-based compositions are attracting attention as mechanical structural materials despite their weaknesses in mechanical properties. This is due to the possibility of developing heat-resistant materials by applying their low thermal expansion characteristics. In the case of MAS-based cordierite (2MgO·2Al 2 O 5SiO 2 ) crystal, it exhibits properties such as low thermal expansion coefficient, thermal shock resistance, low dielectric constant, and high electrical insulation, but the firing range during synthesis is very narrow, making it difficult to sinter. If the temperature is low, cordierite crystals are not sufficiently formed, and if the temperature is even slightly high, cordierite decomposes back into postelite, spinel, and mullite, and the coefficient of thermal expansion of the material increases significantly. I do it.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 코디어라이트 조성에서 점토광물의 배합범위를 조정하고, 소성 조건에 따른 열평창계수, 꺾임강도, 부피비중 및 수분 흡수율을 확인하여 최적의 코디어라이트 세라믹을 제조하였다. In order to solve this problem, the present invention adjusts the mixing range of clay minerals in the cordierite composition and manufactures optimal cordierite ceramic by checking the thermal expansion coefficient, bending strength, bulk specific gravity, and moisture absorption rate according to firing conditions. did.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings.

본 발명에 따른 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트 세라믹 제조 방법은, 도 1에 나타난 바와 같으며 아래에 보다 구체적으로 설명하였다. The method for manufacturing low thermal expansion cordierite ceramic containing kaolinite mineral according to the present invention is as shown in Figure 1 and is described in more detail below.

먼저, 제1단계(S10)는 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin), 점토(Clay), 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin), 활석(talc), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화마그네슘(MgO)을 혼합하여 원료혼합물을 제조한다. First, in the first step (S10), halloysite kaolin, clay, kaolinite kaolin, talc, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and magnesium oxide (MgO) are mixed. To prepare the raw material mixture.

보다 구체적으로, 상기 원료혼합물은 상기 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin, HK) 34.00 (w/w)%, 점토(Clay, CL) 20.00 (w/w)%, 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin, NK) 12.50 (w/w)%, 활석(talc, TL) 18.90 (w/w)%, 산화알루미늄(Al2O3, AL) 9.30 (w/w)% 및 산화마그네슘(MgO, MG) 5.30 (w/w)% 혼합하는 것이 바람직하다. More specifically, the raw material mixture contains 34.00 (w/w)% of halloysite kaolin (HK), 20.00 (w/w)% of clay (CL), and 12.50 (w/w)% of kaolinite kaolin (NK) ( w/w)%, talc (TL) 18.90 (w/w)%, aluminum oxide (Al 2 O 3, AL) 9.30 (w/w)% and magnesium oxide (MgO, MG) 5.30 (w/w) )% mixing is desirable.

코디어라이트 합성에 사용된 kaolin-talc-alumina계 원료들의 화학조성을 표 1에 나타내었다. The chemical composition of kaolin-talc-alumina raw materials used for cordierite synthesis is shown in Table 1.

Chemical composition
(%)
Chemical composition
(%)
SiO2 SiO 2 Al2O3 Al 2 O 3 Na2ONa 2 O K2O K2O CaOCaO MgOMgO Fe2O3 Fe2O3 _ TiO2 TiO 2 SO3 SO 3 Particle
Size (㎛)
particle
Size (㎛)
HKHK 51.4251.42 31.7231.72 0.030.03 0.800.80 1.801.80 0.31 0.31 0.120.12 0.030.03 13.713.7 7.07.0 CLCL 52.9052.90 31.2031.20 0.340.34 0.590.59 0.150.15 0.100.10 1.271.27 0.670.67 12.7812.78 5.005.00 NKNK 48.1048.10 36.80 36.80 0.86 0.86 1.241.24 0.040.04 0.070.07 0.390.39 0.010.01 12.4912.49 5.005.00 TalcTalc 54.5854.58 0.38 0.38 0.000.00 0.01 0.01 2.052.05 35.7835.78 0.200.20 0.000.00 7.007.00 2.802.80 Al2O3 Al 2 O 3 0.020.02 99.9799.97 0.010.01 -- -- -- -- -- -- 5.005.00 MgOMgO 0.000.00 0.000.00 0.020.02 -- -- 99.6099.60 0.380.38 -- -- 7.007.00 HK : Halloysite Kaolin, NW : Kaolinite Kaolin, CL : Clay HK: Halloysite Kaolin, NW: Kaolinite Kaolin, CL: Clay

MgO원으로는 탈크(Sandong, China)이고, Al2O3원은 소결성을 고려하여 평균입도 0.5μm인 알루미나(DCP-05, Daehan ceramics Ltd, Korea)를 사용하였다. 고령토는 코디어라이트 결정상 형성을 고려하여 Fe2O3 이외 불순물이 적은 관상(tubular)형의 할로이사이트(haloysite) 결정상을 갖는 카올린(PA, Pungsan mineals, Korea) 및 판상의 카올리나이트(kaolinite) 결정상을 갖는 카올리나이트 고령토(Auckland, New Zealand)이고, 점토는 China Clay(Honyama, China)와 점토광물을 기본으로 하여 부족분의 Al2O3 및 MgO를 첨가하였다. The MgO source was talc (Sandong, China), and the Al 2 O 3 source was alumina (DCP-05, Daehan ceramics Ltd, Korea) with an average particle size of 0.5 μm considering sinterability. Considering the formation of the cordierite crystal phase, kaolin is composed of kaolin (PA, Pungsan mineals, Korea), which has a tubular haloysite crystal phase with few impurities other than Fe 2 O 3 , and plate-shaped kaolinite crystal phase. It is kaolinite kaolin (Auckland, New Zealand), and the clay is based on China Clay (Honyama, China) and clay minerals, and insufficient amounts of Al 2 O 3 and MgO were added.

상기 원료혼합물에서 상기 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin, NK)를 12.50 (w/w)% 초과하는 경우 성형 시 박리현상이 발생하므로 상기 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. If the raw material mixture contains more than 12.50 (w/w)% of kaolinite kaolin (NK), peeling occurs during molding, so it is preferable to carry out the above conditions.

또한, 이론 코디어라이트 산화마그네슘(MgO)/산화알루미늄(Al2O3) 몰(mole) 비율 1.0과 이산화규소(SiO2)/산화알루미늄(Al2O3) 몰(mole) 비율 2.5기준 보다 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화마그네슘(MgO)은 유지하고 이산화규소(SiO2) 함량을 중량기준으로 0.84%에서 최대 1.9%정도 적게 배합 설정하였다. In addition, it is higher than the theoretical cordierite magnesium oxide (MgO)/aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mole ratio of 1.0 and the silicon dioxide (SiO 2 )/aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mole ratio of 2.5. Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and magnesium oxide (MgO) were maintained, and the silicon dioxide (SiO 2 ) content was reduced from 0.84% to a maximum of 1.9% by weight.

다음으로, 제2단계(S20)는 상기 원료혼합물을 볼밀(Ball Mill)과 포트밀(Pot Mll)을 이용하여 밀링한다. 보다 구체적으로, 상기 원료혼합물을 볼밀(Ball Mill)과 포트밀(Pot Mll)에서 각각 24시간 밀링한 후 표준체 44 ㎛를 정통하는 입도를 사용하였다. Next, in the second step (S20), the raw material mixture is milled using a ball mill and a pot mill. More specifically, the raw material mixture was milled in a ball mill and a pot mill for 24 hours, respectively, and then a particle size equivalent to the standard sieve of 44 ㎛ was used.

다음으로, 제3단계(S30)는 상기 밀링 처리 된 원료혼합물에 압력을 가하여 프레스성형(Press Molding)한다. 보다 구체적으로, 상기 밀링 처리 된 원료혼합물에 200 ㎏/㎠의 압력으로 프레스성형한다. Next, in the third step (S30), press molding is performed by applying pressure to the milled raw material mixture. More specifically, the milled raw material mixture is press molded at a pressure of 200 kg/cm2.

다음으로, 제4단계(S40)는 상기 프레스성형(Press Molding) 처리 된 원료혼합물을 건조한다. 보다 구체적으로, 100 내지 120 ℃에서 3시간 동안 건조한다. Next, in the fourth step (S40), the raw material mixture subjected to press molding is dried. More specifically, it is dried at 100 to 120° C. for 3 hours.

다음으로, 제5단계(S50)는 상기 건조 처리된 원료혼합물을 산화분위기에 소성시켜 소결한다. 보다 구체적으로, 1,220 내지 1,380 ℃에서 소성 후 3시간 동안 소결한다. Next, in the fifth step (S50), the dried raw material mixture is sintered in an oxidizing atmosphere. More specifically, it is fired at 1,220 to 1,380°C and then sintered for 3 hours.

상기 제5단계(S50)에서 소결한 후 1,380 ℃에서 1시간 동안 유지한 경우, 800℃에서 열팽창계수가 2.20×10-6/℃ 인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제5단계(S50)에서 소결한 후 1,380 ℃에서 1시간 동안 유지한 경우, 1,000℃에서 열팽창계수가 2.57×10-6/℃ 인 것을 특징으로 한다.When maintained at 1,380°C for 1 hour after sintering in the fifth step (S50), the thermal expansion coefficient is 2.20×10 -6 /°C at 800°C. In addition, when maintained at 1,380°C for 1 hour after sintering in the fifth step (S50), the thermal expansion coefficient is 2.57×10 -6 /°C at 1,000°C.

본 발명인 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트계 세라믹 조성물은 상기 기술된 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트계 세라믹 제조 방법에 의해 제조되는 것이 바람직하며, 앞서 기술된 기술 구성과 동일하다. The low-thermal expansion cordierite-based ceramic composition containing kaolinite mineral of the present invention is preferably manufactured by the method for manufacturing low-thermal expansion cordierite-based ceramic containing kaolinite mineral described above, and is the same as the technical composition described above.

상기 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트계 세라믹 조성물은 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin), 점토(Clay), 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin), 활석(talc), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화마그네슘(MgO)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 보다 구체적으로, 상기 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin) 34.00 (w/w)%, 점토(Clay) 20.00 (w/w)%, 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin) 12.50 (w/w)%, 활석(talc) 18.90 (w/w)%, 산화알루미늄(Al2O3) 9.30 (w/w)% 및 산화마그네슘(MgO) 5.30 (w/w)% 혼합하는 것이 바람직하다. The low thermal expansion cordierite ceramic composition containing the kaolin mineral includes halloysite kaolin, clay, kaolinite kaolin, talc, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and magnesium oxide. It is characterized in that it contains (MgO). More specifically, the Halloysite Kaolin 34.00 (w/w)%, Clay 20.00 (w/w)%, Kaolinite Kaolin 12.50 (w/w)%, talc It is preferable to mix 18.90 (w/w)%, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) 9.30 (w/w)%, and magnesium oxide (MgO) 5.30 (w/w)%.

상기 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트 세라믹 조성물은 상기 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin), 점토(Clay) 및 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin)를 혼합한 혼합물의 산화마그네슘(MgO)/산화알루미늄(Al2O3) 몰(mole) 비율이 0.9 내지 1.1 인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin), 점토(Clay) 및 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin)를 혼합한 혼합물의 이산화규소(SiO2)/산화알루미늄(Al2O3) 몰(mole) 비율은 2.4 내지 2.6 인 것을 특징으로 한다.The low thermal expansion cordierite ceramic composition containing the kaolin mineral is magnesium oxide (MgO)/aluminum oxide (Al 2 O) of a mixture of halloysite kaolin, clay, and kaolinite kaolin. 3 ) It is characterized by a mole ratio of 0.9 to 1.1. In addition, the silicon dioxide (SiO 2 )/aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mole ratio of the mixture of halloysite kaolin, clay, and kaolinite kaolin is 2.4 to 2.4. It is characterized by 2.6.

상기 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트 세라믹 조성물은 800℃에서 열팽창계수는 2.20×10-6/℃ 이고, 1,000℃에서 열팽창계수는 2.57×10-6/℃ 인 것을 특징으로 한다. The low thermal expansion cordierite ceramic composition containing the kaolin mineral is characterized by a thermal expansion coefficient of 2.20 × 10 -6 / ℃ at 800 ℃ and a thermal expansion coefficient of 2.57 × 10 -6 / ℃ at 1,000 ℃.

상기 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트계 세라믹 조성물은 꺾임강도 KS L 1591는 52 내지 54 N이고, 부피 비중은 2.00 이하이고, KS L 3412에 따른 수분 흡수율은 8.0 내지 9.0% 인 것을 특징으로 한다. The low thermal expansion cordierite-based ceramic composition containing the kaolin mineral is characterized in that the bending strength KS L 1591 is 52 to 54 N, the bulk specific gravity is 2.00 or less, and the moisture absorption rate according to KS L 3412 is 8.0 to 9.0%. .

본 발명인 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트계 세라믹 조성물을 포함하는 필터는 상기 기술된 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트계 세라믹 제조 방법에 의해 제조되는 것이 바람직하며, 앞서 기술된 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트 세라믹 조성물의 기술 구성과 동일하다. The filter containing the low-thermal expansion cordierite-based ceramic composition containing the kaolin mineral of the present invention is preferably manufactured by the low-thermal expansion cordierite-based ceramic composition containing the kaolin mineral described above, and includes the kaolin mineral described above. It is the same as the technical composition of the low thermal expansion cordierite ceramic composition.

아래는 본 발명인 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트계 세라믹 제조 방법의 일실시예에 따라 상기 원료혼합물의 배합조건을 달리하여 표 2에 비교예 및 실시예를 나타내었다. Below, comparative examples and examples are shown in Table 2 under different mixing conditions of the raw material mixture according to one embodiment of the method of manufacturing low thermal expansion cordierite-based ceramics containing kaolinite mineral according to the present invention.


com-
pounding

com-
pounding
compounding ratio (wt %)compounding ratio (wt%)
HKHK CLCL NKNK TLT.L. ALAL MGMG SUMSUM 비교예 1 : C-1Comparative Example 1: C-1 66.5066.50 -- -- 18.9018.90 9.309.30 5.305.30 100100 비교예 2 : C-2Comparative Example 2: C-2 -- 66.5066.50 -- 18.9018.90 9.309.30 5.305.30 100100 비교예 3 : C-3Comparative Example 3: C-3 34.0034.00 32.5032.50 -- 18.9018.90 9.309.30 5.305.30 100100 실시예 1 : C-4Example 1: C-4 34.0034.00 20.0020.00 12.5012.50 18.9018.90 9.309.30 5.305.30 100100 HK : Halloysite Kaolin, NW : Kaolinite Kaolin, CL : Clay, TL : Talc, AL : Al2O3, MG : MgOHK: Halloysite Kaolin, NW: Kaolinite Kaolin, CL: Clay, TL: Talc, AL: Al 2 O 3 , MG: MgO

코디어라이트의 합성을 위한 원료조합은 표 2와 같이 도출된 배합을 Ball Mil과 Pot mill에서 각각 24시간 milling한 후, 표준체 4 ㎛를 전통하는 입도를 사용하였다. 이러한 고령토 광물을 활용한 코디어라이트 합성효과를 고찰하기 위하여 코디어라이트 이론조성 MgO 13.8% Al2O3 34.9% SiO2 51.3%를 기준으로 조합을 실시하였다. 샘플의 혼합비를 MgO/Al2O3의 mole비 1.0 및 SiO2/Al2O3의 mole비 2.5기준을 표 3에 나타내었다. The raw material combination for the synthesis of cordierite was milled for 24 hours in a ball mill and pot mill, respectively, as shown in Table 2, and a particle size of 4 ㎛ was used. In order to examine the effectiveness of cordierite synthesis using these kaolinite minerals, the combination was conducted based on the theoretical composition of cordierite: MgO 13.8%, Al 2 O 3 34.9%, SiO 2 51.3%. Table 3 shows the mixing ratio of the sample based on a mole ratio of MgO/Al 2 O 3 of 1.0 and a mole ratio of SiO 2 /Al 2 O 3 of 2.5.

NO.NO. Chemical component mole, ratioChemical component mole, ratio 800
×10-6/℃
800
×10 -6 /℃
1,000
x10-6/℃
1,000
x10 -6 /℃
SiO2
(wt %)
SiO 2
(wt%)
Al2O3
(wt %)
Al 2 O 3
(wt%)
MgO
(wt %)
MgO
(wt%)
MgO/Al2O3
(mole rate)
MgO/Al 2 O 3
(mole rate)
SiO2/Al2O3
(mole rate)
SiO 2 /Al 2 O 3
(mole rate)
C-1C-1 49.73 49.73 34.0034.00 13.7113.71 1.02701.0270 2.48602.4860 2.282.28 2.662.66 C-2C-2 50.4650.46 33.3633.36 13.4513.45 1.02751.0275 2.50292.5029 2.512.51 2.912.91 C-3C-3 50.0850.08 33.6833.68 13.5813.58 1.02721.0272 2.46012.4601 2.452.45 2.872.87 C-4C-4 49.4049.40 34.4534.45 13.5713.57 1.00591.0059 2.42772.4277 2.202.20 2.572.57 Stst 51.3051.30 34.9034.90 13.8013.80 1.00871.0087 2.47822.4782

소지의 혼합×분쇄는 300 cc 용량의 알루미나 포트밀에 여러 가지 크기의 알루미나 볼을 사용하여 실시하였다. 소지 중량 100 g에 물 90 c를 넣어서 24시간 밀링하여 분쇄된 혼합분말의 85∼90%가 10 ㎛ 이하의 입도가 되도록 조절하였다. 입도분석(Particle Size Analyzer)은 Horiba사 LA-950으로 동적광산란식 입도분포 측정하였으며, 측정범위는 0.1∼8,00 ㎚이다. 그리고 싱글 나노입자의 평가 등을 고감도, 고정도로 3가지 항목(나노입자측정·제타전위측정·분자량 측정)을 추가 분석하였다. Mixing and grinding of the materials was carried out using alumina balls of various sizes in an alumina pot mill with a capacity of 300 cc. 90 c of water was added to 100 g of material and milled for 24 hours, and 85-90% of the pulverized mixed powder was adjusted to have a particle size of 10 ㎛ or less. Particle size analysis (Particle Size Analyzer) measured dynamic light scattering particle size distribution using Horiba's LA-950, and the measurement range was 0.1 to 8,00 nm. In addition, three items (nanoparticle measurement, zeta potential measurement, and molecular weight measurement) were additionally analyzed with high sensitivity and high accuracy for the evaluation of single nanoparticles.

상기 표 2의 비교예 및 실시예의 시편 제작은 핸드프레스를 공정을 적용하여 성형압력 20 ㎏/㎠ 으로 금형을 사용하여 Φ30 mm의 원형시편과 20 x 5 x 10 mm크기의 사각바 (rectangle bar) 시편을 건식성형제조하고 10 ℃에서 24시간 건조 시킨 후, 전기로 산화분위기에서 승온속도 2 ℃/min으로 1,220 ℃, 1,260℃, 1,300 ℃, 1,340 ℃, 1,380 ℃에서 각각의 소성온도에서 2시간씩 유지하였다. The specimens of the comparative examples and examples in Table 2 were manufactured using a hand press process using a mold with a molding pressure of 20 kg/cm2 to produce a circular specimen of Φ30 mm and a rectangle bar of size 20 x 5 x 10 mm. The specimen was manufactured by dry molding and dried at 10 ℃ for 24 hours, then fired in an electric furnace in an oxidizing atmosphere at a temperature increase rate of 2 ℃/min at 1,220 ℃, 1,260 ℃, 1,300 ℃, 1,340 ℃, and 1,380 ℃ for 2 hours at each temperature. maintained.

아래는 본 발명에서는 합성된 코디어라이트 사용 시 제조비용이 높은 단점을 해결하고 높은 열충격 저항성을 위하여 talc-alumina-clay 다성분 천연원료를 사용하여 합성조건 및 소결거동을 고찰하고, 새로운 천연 원재료의 첨가량의 변화로 코디어라이트의 소결거동에 미치는 영향을 고찰하였다. Below, the present invention addresses the disadvantage of high manufacturing costs when using synthesized cordierite, examines the synthesis conditions and sintering behavior by using talc-alumina-clay multi-component natural raw materials for high thermal shock resistance, and develops new natural raw materials. The effect of changes in addition amount on the sintering behavior of cordierite was examined.

(1) 수분 수축율 측정(1) Measurement of moisture shrinkage rate

수축율은 버니어캘리퍼스를 사용하여 시편을 30 ㎜ 간격으로 성형하고 건조 및 소성 후, 각각의 시편 길이의 변화를 KS L 3412 기준으로 측정하였다.For the shrinkage rate, specimens were molded at 30 mm intervals using a vernier caliper, and after drying and firing, the change in length of each specimen was measured based on KS L 3412.

(2) 꺾임강도(MOR:Modulus of Rupture)(2) Modulus of Rupture (MOR)

꺾임강도는 KS L 1591 기준방법으로 꺾임 시 파괴되는 시편 표면의 최대 인장 응력으로 정의된다. 세라믹에서 알루미나 꺾임 강도 시험은 매우 자주 이용된다. 원통형이나 직사각형모양의 단면을 가지는 막대나 빔, 또는 원, 정사각형, 직사각형 판 등이 시편의 일반적 형태이다. 여기서 b는 시편의 너비이고, d는 시편의 두께이다. 3점 꺾임 강도는 бf =3pl/2bd2이고, 여기서 p는 파괴 하중이고, l 은 지지점 사이의 거리이다.The bending strength is defined as the maximum tensile stress on the surface of the specimen that breaks when bent according to the KS L 1591 standard method. In ceramics, the alumina bending strength test is very frequently used. Common specimen shapes include bars or beams with cylindrical or rectangular cross-sections, or round, square, or rectangular plates. Here, b is the width of the specimen, and d is the thickness of the specimen. The three-point bending strength is бf =3pl/2bd 2 , where p is the breaking load and l is the distance between the supporting points.

(3) 흡수율 및 부피비중, 기공률(3) Absorption rate, volume specific gravity, and porosity

1) 흡수율은 단위 중량당의 흡수량을 백분율로 나타낸 값으로, 흡수율 시험은 시험체의 절건질량과 표건질량을 구하고 KS L 3412에 따라 산출하였다. 1) The water absorption rate is a value expressed as a percentage of the water absorption per unit weight. The water absorption rate test was calculated by calculating the absolute dry mass and standard dry mass of the test specimen according to KS L 3412.

2) 부피비중 (Bulk Density, BD)2) Bulk Density (BD)

시험체의 부피에 대한 무게비중을 말한다. It refers to the weight specific gravity of the volume of the test specimen.

3) 겉보기 기공률(Aparent Porosity, AP)3) Apparent Porosity (AP)

겉보기 기공률(%)은 시험체의 총부피 중 개기공이 점하는 용적을 백분율로 나타낸다.Apparent porosity (%) represents the volume occupied by open pores in the total volume of the test specimen as a percentage.

(4) 열팽창계수(4) Thermal expansion coefficient

소결된 시편의 열팽창계수는 시편의 직경과 길이를 각각 4 x 25 mm 크기로 제작하여 딜라토메터 (Dilatometer, Netzsch, DIL- 402C, Germany)를 이용하여 공기분위기에서 10 ℃/min로 승온하며 측정하였다.The thermal expansion coefficient of the sintered specimen was measured by making the diameter and length of the specimen each 4 did.

아래는 상기 비교예 및 실시예 혼합 조건을 통해 제조된 코디어라이트 세라믹의 실험 결과를 나타내었다. Below shows the experimental results of cordierite ceramics manufactured through the mixing conditions of the comparative examples and examples.

(1) 코디어라이트 입도 분쇄 및 특성(1) Cordierite particle size grinding and characteristics

코디어라이트의 최적의 분산조건은 ① 선속도, ② 분쇄시간, ③ 분쇄매체 크기, ④ 분산제 종류에 따른 변수를 갖고 있으며, 본 실험에 사용된 원재료의 평균입경은 표 1과 같으며 혼합 분쇄된 입도는 도 2에 나타난 바와 같이 평균입도는 10 ㎛인 것을 확인하였다.The optimal dispersion conditions for cordierite have variables depending on ① linear speed, ② grinding time, ③ grinding media size, and ④ type of dispersant. The average particle diameter of the raw materials used in this experiment is shown in Table 1, and the mixed and pulverized As shown in Figure 2, the average particle size was confirmed to be 10 ㎛.

(2) 수축율(2) Shrinkage rate

수축율의 분포경우 고령토 및 점토류의 광물첨가 변화인 표 2와 같이, 점토광물의 특성상 입자가 적고 가소성이 높은 점토류의 고령토의 증가는 기준배합으로 그 결과는 도 3에 나타내었다. C-1 배합의 경우 1,220 ℃에서 1.26%이고, 1,380 ℃의 경우 4.40%이며, 가장 수축이 많은 C-2 배합의 경우는 1.80%에서 10.30%로 나타났다. 그 외 C-3 및 C-4 배합은 중간정도인 1,380℃에서 6.20% 및 8.40%로 나타났다. 즉 수축율이 적은 순위는 가소성이 적은 할로이사이트 고령토, 카올리나이트 고령토 및 점토순 이며 전체적으로는 1,340℃에서 급격하게 수축이 증가하며, 이러한 현상은 변곡점이며 코디어라이트 합성이 완료되고 1,380℃에서는 다시 액상의 증가로 예측된다. As shown in Table 2, which shows changes in the addition of kaolin and clay minerals in the distribution of shrinkage, the increase in kaolin in clays with fewer particles and higher plasticity due to the nature of clay minerals is shown in Figure 3 for the standard mix. For the C-1 mix, it was 1.26% at 1,220 ℃, for 1,380 ℃, it was 4.40%, and for the C-2 mix, which had the most shrinkage, it was 1.80% to 10.30%. Other C-3 and C-4 combinations were found to be 6.20% and 8.40% at a moderate temperature of 1,380°C. In other words, the order of lowest shrinkage is halloysite kaolin, kaolinite kaolin, and clay, which have low plasticity. Overall, shrinkage increases rapidly at 1,340℃. This phenomenon is an inflection point, and cordierite synthesis is completed, and the liquid phase increases again at 1,380℃. It is predicted as

(3) 꺾임강도 (MOR)(3) Bending strength (MOR)

본 발명에서 꺾임강도의 경우는, 도 4에 나타난 바와 같이, C-2 배합이 1,340℃에서 5.10 N/mm2로 가장 높다가 1,380℃에서는 전반적으로 낮아지는 현상을 나타났다. 이러한 현상은 위의 수축율에서 나타난 바와 같이 1,340℃에서 최고점으로 나타난다. In the case of bending strength in the present invention, as shown in FIG. 4, the C-2 mix was the highest at 5.10 N/mm 2 at 1,340°C, but decreased overall at 1,380°C. This phenomenon peaks at 1,340°C, as shown in the shrinkage rate above.

(4) 흡수율 및 부피비중과 기공율(4) Absorption rate, volume specific gravity and porosity

코디어라이트는 열충격 저항성이 높고 열팽창율이 작아 고온특성이 우수한 고온용 내화물재료로 사용된다. 따라서 제조 시 재료에 따른 중요한 인자는 기공율 및 흡수율에 따라 열팽창계수가 변화가 중요하다. 일반적으로 점토광물은 수축이 많고 소성온도가 증가함에 따라 흡수율과 기공율이 감소하고 부피비중은 증가하는 현상이 나타난다. Cordierite is used as a high-temperature refractory material with excellent high-temperature characteristics due to its high thermal shock resistance and low coefficient of thermal expansion. Therefore, an important factor depending on the material during manufacturing is the change in thermal expansion coefficient depending on porosity and water absorption. In general, clay minerals have a lot of shrinkage, and as the firing temperature increases, water absorption and porosity decrease and bulk specific gravity increases.

본 실험의 경우에 도 5의 경우 1,220 ℃에서부터 온도가 증가함으로 소결 및 코디어라이트가 합성되어 흡수율은 2.30%에서 2.0%까지 감소되는 일반적인 현상을 보인다. 그러나 흡수율 또한 마찬가지로 변곡점이 1,340 ℃ 이상일 때 급격하게 감소하여 1,380 ℃ 경우는 C-1을 제외하고는 2.00∼2.50%로 확인되었다. 점토광물의 소성온도 증가에 따라, 도 6에 나타난 바와 같이, 부피비중도 1,220 ℃일 때 1.81정도에서 1,380 ℃에서는 최대 2.26 까지 증가하였다. 도 7에 나타난 바와 같이, 기공율과 흡수율은 소성온도가 증가함에 따라 낮아지는 현상을 보이지만 코디어라이트 전체적인 4 종류 배합 모두 1,340 ℃ 이상에서는 급격한 감소현상으로 나타났다. In the case of this experiment, the general phenomenon shown in Figure 5 is that as the temperature increases from 1,220°C, sintering and cordierite are synthesized, and the water absorption rate decreases from 2.30% to 2.0%. However, the absorption rate also decreased rapidly when the inflection point was above 1,340 ℃, and was found to be 2.00-2.50% at 1,380 ℃, except for C-1. As the firing temperature of the clay mineral increases, as shown in Figure 6, the bulk specific gravity also increased from about 1.81 at 1,220 ℃ to a maximum of 2.26 at 1,380 ℃. As shown in Figure 7, porosity and water absorption decreased as the firing temperature increased, but all four types of cordierite mixtures showed a rapid decrease above 1,340°C.

(5) 코디어라이트의 열팽창계수 측정 시험결과(5) Cordierite thermal expansion coefficient measurement test results

코디어라이트 열팽창계수가 가장 낮은 C-4 배합의 시험 결과는 도 8에서 나타난 바와 같이 800 ℃에서 2.20x10-6/℃이고, 1,000 ℃에서 2.57x10-6/℃을 보여주고 있다. As shown in Figure 8, the test results of the C-4 mix, which has the lowest cordierite thermal expansion coefficient, are 2.20x10 -6 /℃ at 800 ℃ and 2.57x10 -6 /℃ at 1,000 ℃.

고령토 광물의 순위는 고령토 배합인 C-1은 800 ℃에서 2.28x10-6/℃ 그리고 1,000 ℃에서 2.6x10-6/℃으로 나타나고, C-2는 2.51x10-6/℃과 2.91x10-6/℃로 상대적으로 높은 편이다. C-3의 경우 고령토와 점토를 1:1로 배합한 경우로 2.45x10-6/℃ 와 2.87x10-6/℃로 나타났다. The ranking of kaolin minerals is that C-1, a kaolin mixture, is 2.28x10 -6 /℃ at 800 ℃ and 2.6x10 -6 /℃ at 1,000 ℃, and C-2 is 2.51x10 -6 / ℃ and 2.91x10 -6 /℃. It is relatively high in ℃. In the case of C-3, kaolin and clay were mixed at a ratio of 1:1, and the results were 2.45x10 -6 /℃ and 2.87x10 -6 /℃.

열팽창계수는 고령토광물을 기준으로 보면, 관상고령토와 판상고령토 점토를 혼합한 배합인 C-4 그리고 낮은 순은 C-1 배합 관상고령토, 다음은 C-3 관상고령토와 점토를 혼합한 배합의 경우이며 가장 높은 C-2 점토를 배합한 형태이다. 이는 Al2O3, MgO의 공급원을 동일한 조건이므로 비교대상으로 고령토광물의 형태가 관상고령토, 판상고령토로 나타난 것을 볼 수 있다 The thermal expansion coefficient is based on kaolin minerals, C-4, which is a mixture of tubular kaolin and plate-like kaolin clay, followed by C-1, which is a mixture of tubular kaolin, which is of low order, and C-3, which is a mixture of tubular kaolin and clay. It is a mixture of the highest C-2 clay. Since the sources of Al 2 O 3 and MgO are under the same conditions, it can be seen that the forms of kaolin minerals appear as tubular kaolin and plate-shaped kaolin for comparison.

(6) 화학성분과 열팽창계수 특성(6) Chemical composition and thermal expansion coefficient characteristics

MgO/Al2O3 mole비 1.0과 SiO2/Al2O3 mole 2.5기준에서 표 3에서 보는 바와 같이, MgO/Al2O3 mole비는 1.06과 SiO2/Al2O3 mole비는 2.427인 C-4의 열팽창계수는 800 ℃ 에서는 2.20x10-6/℃ 이고, 1,000 ℃ 일 때는 2.57x10-6/℃로 가장 낮은 저열팽창계수를 나타내었다. As shown in Table 3, based on the MgO/Al 2 O 3 mole ratio of 1.0 and SiO 2 /Al 2 O 3 mole 2.5, the MgO/Al 2 O 3 mole ratio is 1.06 and the SiO 2 /Al 2 O 3 mole ratio is 2.427. The thermal expansion coefficient of phosphorus C-4 was 2.20x10 -6 /℃ at 800 ℃, and at 1,000 ℃, it showed the lowest thermal expansion coefficient of 2.57x10 -6 /℃.

C-2의 경우는 MgO/Al2O3 mole 비 1.027과 SiO2/Al2O3 mole비가 2.502일 때 열팽창계수는 800 ℃ 경우 2.51x10-6/℃ 이고, 1,000 ℃에서 2.91x10-6/℃로 까지 증가하였다. 이것은 SiO2/Al2O3의 mole비 2.5 기준으로는 2.502는 SiO2의성분이 2.5보다 낮은 것이 저 열팽창계수를 만족하였기 때문이다. 따라서 일반적으로 코디어라이트에 뮬라이트(Mulite)를 첨가하는 조건과 같은 코디어라이트 이론조성인 SiO2/Al2O3의 mole비 2.5보다 낮은 Al2O3를 과량으로 하는 합성조건인 C-4의 2.427에서 C-1의 2.486이며, MgO가 높은 MgO/Al2O3경우는 1.0 이상의 저열팽창계수인 조건을 확인하였다. In the case of C-2, when the MgO/Al 2 O 3 mole ratio is 1.027 and the SiO 2 /Al 2 O 3 mole ratio is 2.502, the thermal expansion coefficient is 2.51x10 -6 /℃ at 800 ℃, and 2.91x10 -6 /℃ at 1,000 ℃. It increased to ℃. This is because, based on the mole ratio of SiO 2 /Al 2 O 3 of 2.5, 2.502 satisfies the low thermal expansion coefficient when the SiO 2 component is lower than 2.5. Therefore, C-4 is a synthesis condition with an excess of Al 2 O 3 that is lower than the mole ratio of 2.5 of SiO 2 /Al 2 O 3 , which is the theoretical composition of cordierite, which is the same as the conditions for adding mullite to cordierite. It ranged from 2.427 to 2.486 for C-1, and in the case of MgO/Al 2 O 3 with high MgO, the condition of a low thermal expansion coefficient of 1.0 or more was confirmed.

(7) XRD 및 결정 특성고찰(7) XRD and crystal characterization review

고령토광물의 원재료를 활용한 kaolin-talc-alumina를 활용한 코디어라이트 합성의 원료사용조건을 표 2와 같이하여 제조된 코디어라이트의 각 온도에서의 결정상 분석결과를 도 9에 나타내었다. 120℃에서부터 알파 코디어라이트 결정상이 발달하기 시작하여 온도가 높아질수록 피크의 강도가 증가하였다. 경우 (b)는 서서히 Mulite상 seed가 석출되는 현상을 확인 할 수 있으며, 1,300 ℃의 경우 (c)는 코디어라이트 내부에서 Mulite 결정이 선명하게 석출되는 것을 볼 수 있으며, 다음 소성온도 1,340 ℃ 경우 (d)는 코디어라이트가 서서히 액상화로 되면서 완전한 치밀질로 진행된다. 그리고 소성온도가 증가한 (e) 1,380 ℃의 경우는 코디어라이트가 뮬라이트 조직을 감싼 형태의 고용체를 형성하고 있다. The raw material usage conditions for cordierite synthesis using kaolin-talc-alumina using kaolin mineral raw materials are shown in Table 2, and the crystal phase analysis results at each temperature of cordierite manufactured are shown in Figure 9. The alpha cordierite crystal phase began to develop at 120°C, and the intensity of the peak increased as the temperature increased. In case (b), you can see the phenomenon of mulite phase seeds gradually precipitating, and in case (c) at 1,300 ℃, you can see that mulite crystals are clearly precipitated inside the cordierite, and in the case of the next sintering temperature of 1,340 ℃. In (d), cordierite gradually liquefies and progresses to complete densification. In the case where the sintering temperature increased to (e) 1,380 ℃, cordierite forms a solid solution surrounding the mullite structure.

(8) SEM 분석결과(8) SEM analysis results

코디어라이트 결정상을 SEM, 분석결과는 도 10 내지 도 14와 같이 나타냈다. 각각의 온도별 결정상을 살펴보면 먼저, 도 10에 나타난 바와 같이, 소성온도가 저온의 경우인 1,220 ℃의 경우는 코디어라이트 결정은 μ상이 없어지고 α상이 선명하게 나온 XRD의 경우처럼 치밀화가 진행된 것을 볼 수 있다. SEM analysis of the cordierite crystal phase was shown in Figures 10 to 14. Looking at the crystal phases at each temperature, first, as shown in Figure 10, in the case of a low sintering temperature of 1,220°C, the cordierite crystals showed densification as in the case of XRD, where the μ phase disappeared and the α phase was clearly visible. can see.

또한, 도 11에 나타난 바와 같이, 1,260 ℃의 경우 1,220 ℃ 이전에는 기타 결정상으로 뮬라이트(mulite, 3Al2O2SiO2), 스피넬(spinel,MgO·Al2O3), hypothetical silca 등이 관찰되었으며, hypothetical silca는 1,220 ℃ 이상에서는 관찰되지 않았다. 뮬라이트 결정상은 1,260 ℃부터 점차 소멸되고, 도 12에 나타난 바와 같이 1,340 ℃에서는 뮬라이트는 관찰되지 않으며, 스피넬 결정상만이 미미하게 관찰되었다. 각 온도별 흡수율과 부피밀도를 도 5 및 도 6에 나타내었다. 흡수율은 온도가 상승할수록 낮아져 1,380 ℃에서 부터 급격히 감소하기 2.50%로 낮아졌다. 부피밀도는 흡수율이 감소함에 따라 증가되었으며 1,380 ℃에서 2.20 g/cm3 값을 보이고 있다. In addition, as shown in Figure 11, in the case of 1,260 ℃, other crystal phases such as mullite (3Al 2 O 2SiO 2 ), spinel (MgO·Al 2 O 3 ), and hypothetical silca were observed before 1,220 ℃. and hypothetical silca was not observed above 1,220 ℃. The mullite crystal phase gradually disappeared from 1,260°C, and as shown in Figure 12, mullite was not observed at 1,340°C, and only a slight spinel crystal phase was observed. The absorption rate and bulk density at each temperature are shown in Figures 5 and 6. The absorption rate decreased as the temperature increased, rapidly decreasing from 1,380 ℃ to 2.50%. The bulk density increased as the absorption rate decreased and showed a value of 2.20 g/cm 3 at 1,380 ℃.

결론적으로, MAS(MgO-Al2O3-SiO2)계 조성을 갖는 재료들은 기계적 특성상의 취약점에도 불구하고 기계구조 재료로 각광을 받고 있는데, 이것은 이들이 지니는 저열팽창 특성을 응용한 내열재료 개발의 가능성 때문이다. MAS계의 코디어라이트(cordierite, 2MgO·2Al2O5SiO2)의 경우, 낮은 열팽창율, 내열충격성, 낮은 유전율, 높은 전기절연성 등의 특성을 보이지만, 합성 시 소성범위가 매우 좁아 소성온도가 낮으면 코디어라이트 결정이 충분히 생성되지 않고, 조금이라도 높으면 코디어라이트가 포스테라이트(postelite), 스피넬(spinel) 및 뮬라이트(mulite) 등으로 다시 분해가 되면서 재료의 열팽창계수는 크게 증가하게 된다. In conclusion, materials with MAS (MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 )-based compositions are attracting attention as mechanical structural materials despite their weaknesses in mechanical properties, which suggests the possibility of developing heat-resistant materials by applying their low thermal expansion characteristics. Because. In the case of MAS-based cordierite (2MgO·2Al 2 O 5SiO 2 ), it exhibits properties such as low thermal expansion coefficient, thermal shock resistance, low dielectric constant, and high electrical insulation, but the firing range during synthesis is very narrow, so the firing temperature is low. If it is low, cordierite crystals are not sufficiently formed, and if it is even slightly high, cordierite decomposes back into postelite, spinel, and mullite, and the coefficient of thermal expansion of the material increases significantly. do.

이러한 문제를 해결하기 위하여 코디어라이트 조성에서 점토광물의 배합범위를 조정하여 검토한 결과 원료혼합물의 최적배합조건은 할로사이트 고령토와 점토 및 카올리나이트 고령토를 혼합한 혼합물의 산화마그네슘(MgO)/산화알루미늄(Al2O3) 몰(mole) 비율은 1.06이고, 이산화규소(SiO2)/산화알루미늄(Al2O3) 몰(mole) 비율은 2.427로 나타났다. In order to solve this problem, we reviewed the mixing range of clay minerals in the cordierite composition and found that the optimal mixing conditions for the raw material mixture were magnesium oxide (MgO)/aluminum oxide in a mixture of hallosite kaolin, clay, and kaolinite kaolin. The (Al 2 O 3 ) mole ratio was 1.06, and the silicon dioxide (SiO 2 )/aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mole ratio was 2.427.

또한, 1,380℃에서 1시간 동안 유지한 조건에서 열팽창계수 800℃ 에서 2.20x10-6/℃ 이고, 1,000 ℃에서 2.57x10-6/℃와 물리적인 특성과 수축율 등 고려하여 최적조건의 코디어라이트질 산업용으로 차세대 소성용 세라믹 도구의 소재개발을 실시하였다. In addition, under conditions maintained at 1,380℃ for 1 hour, the coefficient of thermal expansion is 2.20x10 -6 /℃ at 800℃, and 2.57x10 -6 /℃ at 1,000℃, and considering physical properties and shrinkage rate, cordierite material is optimal. We conducted material development for next-generation firing ceramic tools for industrial use.

또한, 본 연구를 통한 고령토광물을 활용한 저 열팽창 코디어라이트 합성에서 원료혼합물의 최적배합조건은 중량기준으로 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin, HK) 34.00 (w/w)%, 점토(Clay, CL) 20.00 (w/w)%, 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin, NK) 12.50 (w/w)%, 활석(talc, TL) 18.90 (w/w)%, 산화알루미늄(Al2O3, AL) 9.30 (w/w)% 및 산화마그네슘(MgO, MG) 5.30 (w/w)%의 조건으로 확인되었다. In addition, in the synthesis of low thermal expansion cordierite using kaolin minerals through this study, the optimal mixing conditions of the raw material mixture were 34.00 (w/w)% of Halloysite Kaolin (HK) and Clay (CL) by weight. ) 20.00 (w/w)%, kaolinite kaolin (NK) 12.50 (w/w)%, talc (TL) 18.90 (w/w)%, aluminum oxide (Al 2 O 3, AL) 9.30 (w/w)% and magnesium oxide (MgO, MG) 5.30 (w/w)%.

또한, 상기 원료혼합물의 최적배합조건에서 꺾임강도는 53.10 N로 나타났으며, 부피비중 2.0 이하, 수분 흡수율은 8.40%로 KS L 3412의 기준을 만족하는 것으로 나타났다.In addition, under the optimal mixing conditions of the raw material mixture, the bending strength was found to be 53.10 N, the bulk specific gravity was 2.0 or less, and the moisture absorption rate was 8.40%, which satisfied the standards of KS L 3412.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 MAS계 코디어라이트의 소성 범위를 벗어날 때 발생할 수 있는 문제점을 해결하여 낮은 열팽창율, 내열충격성, 낮은 유전율 및 높은 전기절연성의 특성을 나타내는 저열팽창 코디어라이트 세라믹 제조방법을 제공할 수 있다. As a means of solving the above problem, the present invention solves problems that may occur when the MAS-based cordierite is outside the firing range and provides a low thermal expansion cordier that exhibits the characteristics of low thermal expansion coefficient, thermal shock resistance, low dielectric constant and high electrical insulation. A light ceramic manufacturing method can be provided.

또한, 본 발명은 저열팽창 코디어라이트 세라믹을 제조할 수 있는 최적 배합 조건을 제공할 수 있다. Additionally, the present invention can provide optimal mixing conditions for producing low thermal expansion cordierite ceramic.

또한, 본 발명은 물리적인 특성과 수축율을 고려한 코디어라이트 세라믹 소재 개발 조건을 제공할 수 있다. In addition, the present invention can provide conditions for developing cordierite ceramic materials considering physical properties and shrinkage rate.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.As such, a person skilled in the art will understand that the technical configuration of the present invention described above can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the claims described later rather than the detailed description above, and the meaning and scope of the claims and their All changes or modified forms derived from the equivalent concept should be construed as falling within the scope of the present invention.

S10. 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin), 점토(Clay), 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin), 활석(talc), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화마그네슘(MgO)을 혼합하여 원료혼합물을 제조하는 제1단계
S20. 상기 원료혼합물을 볼밀(Ball Mill)과 포트밀(Pot Mll)을 이용하여 밀링하는 제2단계
S30. 상기 밀링 처리 된 원료혼합물에 압력을 가하여 프레스성형(Press Molding)하는 제3단계
S40. 상기 프레스성형(Press Molding) 처리 된 원료혼합물을 건조하는 제4단계
S50. 상기 건조 처리된 원료혼합물을 산화분위기에 소성시켜 소결하는 제5단계
S10. The first step of producing a raw material mixture by mixing halloysite kaolin, clay, kaolinite kaolin, talc, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and magnesium oxide (MgO).
S20. The second step of milling the raw material mixture using a ball mill and pot mill.
S30. The third step of press molding by applying pressure to the milled raw material mixture.
S40. The fourth step of drying the raw material mixture that has been subjected to press molding.
S50. The fifth step of sintering the dried raw material mixture in an oxidizing atmosphere.

Claims (17)

할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin), 점토(Clay), 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin), 활석(talc), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화마그네슘(MgO)을 혼합하여 원료혼합물을 제조하는 제1단계;
상기 원료혼합물을 볼밀(Ball Mill)과 포트밀(Pot Mll)을 이용하여 각각 24 시간 동안 표준체 44 ㎛로 밀링하는 제2단계;
상기 밀링 처리 된 원료혼합물에 200 ㎏/㎠으로 압력을 가하여 프레스성형(Press Molding)하는 제3단계;
상기 프레스성형(Press Molding) 처리 된 원료혼합물을 100 내지 120 ℃에서 3시간 동안 건조하는 제4단계;
상기 건조 처리된 원료혼합물을 산화분위기의 1,220 내지 1,380 ℃에서 소성 후 3 시간 동안 소결하는 제5단계;를 포함하고,
상기 원료혼합물은 상기 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin, HK) 34.00 (w/w)%, 점토(Clay, CL) 20.00 (w/w)%, 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin, NK) 12.50 (w/w)%, 활석(talc, TL) 18.90 (w/w)%, 산화알루미늄(Al2O3, AL) 9.30 (w/w)% 및 산화마그네슘(MgO, MG) 5.30 (w/w)% 혼합하되, 상기 산화알루미늄(Al2O3, AL)은 평균입도 0.5 ㎛이고,
상기 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin), 점토(Clay) 및 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin)를 혼합한 혼합물의 산화마그네슘(MgO)/산화알루미늄(Al2O3) 몰(mole) 비율은 0.9 내지 1.1 이고,
상기 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin), 점토(Clay) 및 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin)를 혼합한 혼합물의 이산화규소(SiO2)/산화알루미늄(Al2O3) 몰(mole) 비율은 2.4 내지 2.6 이며,
상기 제5단계에서 소결한 후 1,380 ℃에서 1시간 동안 유지한 경우 800℃에서는 열팽창계수가 2.20×10-6 (/℃)이고, 1,000℃에서 열팽창계수가 2.57×10-6 (/℃) 인 것을 특징으로 하는 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트 세라믹 제조 방법.
The first step of producing a raw material mixture by mixing halloysite kaolin, clay, kaolinite kaolin, talc, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and magnesium oxide (MgO). ;
A second step of milling the raw material mixture into a standard sieve of 44 ㎛ using a ball mill and a pot mill for 24 hours each;
A third step of press molding the milled raw material mixture by applying pressure at 200 kg/cm2;
A fourth step of drying the press molded raw material mixture at 100 to 120° C. for 3 hours;
A fifth step of sintering the dried raw material mixture at 1,220 to 1,380° C. in an oxidizing atmosphere for 3 hours,
The raw material mixture contains 34.00 (w/w)% of halloysite kaolin (HK), 20.00 (w/w)% of clay (CL), and 12.50 (w/w) of kaolinite kaolin (NK). %, talc (TL) 18.90 (w/w)%, aluminum oxide (Al 2 O 3 , AL) 9.30 (w/w)%, and magnesium oxide (MgO, MG) 5.30 (w/w)%. , the aluminum oxide (Al 2 O 3 , AL) has an average particle size of 0.5 ㎛,
The magnesium oxide (MgO)/aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mole ratio of the mixture of halloysite kaolin, clay, and kaolinite kaolin is 0.9 to 1.1,
The silicon dioxide (SiO 2 )/aluminum oxide (Al2O3) mole ratio of the mixture of halloysite kaolin, clay, and kaolinite kaolin is 2.4 to 2.6,
When maintained at 1,380°C for 1 hour after sintering in the fifth step, the thermal expansion coefficient is 2.20×10 -6 (/°C) at 800°C, and the thermal expansion coefficient is 2.57×10 -6 (/°C) at 1,000°C. A method for manufacturing low thermal expansion cordierite ceramics containing kaolin mineral.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin), 점토(Clay), 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin), 활석(talc), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화마그네슘(MgO)을 포함하되,
상기 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin) 34.00 (w/w)%, 점토(Clay) 20.00 (w/w)%, 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin) 12.50 (w/w)%, 활석(talc) 18.90 (w/w)%, 산화알루미늄(Al2O3) 9.30 (w/w)% 및 산화마그네슘(MgO) 5.30 (w/w)% 혼합하고,
상기 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin), 점토(Clay) 및 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin)를 혼합한 혼합물의 산화마그네슘(MgO)/산화알루미늄(Al2O3) 몰(mole) 비율은 0.9 내지 1.1 이고, 이산화규소(SiO2)/산화알루미늄(Al2O3) 몰(mole) 비율은 2.4 내지 2.6 이며,
소결한 후 1,380 ℃에서 1시간 동안 유지한 경우 800℃에서는 열팽창계수가 2.20×10-6 (/℃)이고, 1,000℃에서 열팽창계수가 2.57×10-6 (/℃) 이며,
꺾임강도는 52 내지 54 N이고,
부피 비중은 2.00 이하이며,
KS L 3412에 따른 수분 흡수율은 8.0 내지 9.0% 인 것을 특징으로 하는 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트계 세라믹 조성물.
Contains halloysite kaolin, clay, kaolinite kaolin, talc, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and magnesium oxide (MgO),
Halloysite Kaolin 34.00 (w/w)%, Clay 20.00 (w/w)%, Kaolinite Kaolin 12.50 (w/w)%, Talc 18.90 (w/) w)%, 9.30 (w/w)% aluminum oxide (Al2O3) and 5.30 (w/w)% magnesium oxide (MgO) were mixed,
The magnesium oxide (MgO)/aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mole ratio of the mixture of halloysite kaolin, clay, and kaolinite kaolin is 0.9 to 1.1, The molar ratio of silicon dioxide (SiO 2 )/aluminum oxide (Al2O3) is 2.4 to 2.6,
When held at 1,380 ℃ for 1 hour after sintering, the thermal expansion coefficient is 2.20×10 -6 (/℃) at 800 ℃, and 2.57×10 -6 (/℃) at 1,000 ℃.
The bending strength is 52 to 54 N,
The bulk specific gravity is 2.00 or less,
A low thermal expansion cordierite-based ceramic composition containing kaolin mineral, characterized in that the moisture absorption rate according to KS L 3412 is 8.0 to 9.0%.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin), 점토(Clay), 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin), 활석(talc), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화마그네슘(MgO)을 포함하되,
상기 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin) 34.00 (w/w)%, 점토(Clay) 20.00 (w/w)%, 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin) 12.50 (w/w)%, 활석(talc) 18.90 (w/w)%, 산화알루미늄(Al2O3) 9.30 (w/w)% 및 산화마그네슘(MgO) 5.30 (w/w)% 혼합하고,
상기 할로이사이트 고령토(Halloysite Kaolin), 점토(Clay) 및 카올리나이트 고령토(Kaolinite Kaolin)를 혼합한 혼합물의 산화마그네슘(MgO)/산화알루미늄(Al2O3) 몰(mole) 비율은 0.9 내지 1.1 이고, 이산화규소(SiO2)/산화알루미늄(Al2O3) 몰(mole) 비율은 2.4 내지 2.6 이며,
소결한 후 1,380 ℃에서 1시간 동안 유지한 경우 800℃에서는 열팽창계수가 2.20×10-6 (/℃)이고, 1,000℃에서 열팽창계수가 2.57×10-6 (/℃) 이며,
꺾임강도는 52 내지 54 N이고,
부피 비중은 2.00 이하이며,
KS L 3412에 따른 수분 흡수율은 8.0 내지 9.0% 인 것을 특징으로 하는 고령토 광물을 포함한 저열팽창 코디어라이트계 세라믹 조성물을 포함하는 필터.
Contains halloysite kaolin, clay, kaolinite kaolin, talc, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and magnesium oxide (MgO),
Halloysite Kaolin 34.00 (w/w)%, Clay 20.00 (w/w)%, Kaolinite Kaolin 12.50 (w/w)%, Talc 18.90 (w/) w)%, 9.30 (w/w)% aluminum oxide (Al2O3) and 5.30 (w/w)% magnesium oxide (MgO) were mixed,
The magnesium oxide (MgO)/aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mole ratio of the mixture of halloysite kaolin, clay, and kaolinite kaolin is 0.9 to 1.1, The molar ratio of silicon dioxide (SiO 2 )/aluminum oxide (Al2O3) is 2.4 to 2.6,
When held at 1,380 ℃ for 1 hour after sintering, the thermal expansion coefficient is 2.20×10 -6 (/℃) at 800 ℃, and 2.57×10 -6 (/℃) at 1,000 ℃.
The bending strength is 52 to 54 N,
The bulk specific gravity is 2.00 or less,
A filter comprising a low thermal expansion cordierite-based ceramic composition containing kaolin mineral, characterized in that the moisture absorption rate according to KS L 3412 is 8.0 to 9.0%.
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