KR19990070290A - 산화물이 피복된 백금족 재질의 용기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유리용해 등과 같은 고온 공정에서 이용되는 백금족 원소로 구성된 백금족 재질의 용기에 관한 것으로써, 본 발명에 의하면, 백금족 재질의 플레이트나 백금족 재질의 용기 표면에 산화물계 물질을 피복시킴으로써, 고온에서도 결정립의 조대화가 발생되지 않으며 백금족 원소가 휘발되지 않게 된다. 따라서, 피로강도가 증대되어, 백금족 재질의 용기의 사용수명이 길어진다.

Description

산화물이 피복된 백금족 재질의 용기
본 발명은 TV유리나 광학유리 또는 액정유리 등의 유리를 용해할 경우와 같이 고온의 작업에서 이용될 수 있는 산화물이 피복된 백금족 재질의 용기에 관한 것이다.
일반적으로, TV 유리나, 광학 유리 및 액정 유리 등을 제조하기 위한 유리 용해시에는 800∼1700℃ 정도의 고온에서 유리를 용해하는 작업이 필요하다. 이때 이용되는 교반기나, 용해용 도가니, 스파웃(spout), 도가니간 연결튜브 등의 용기의 경우에는, 800∼1700℃ 정도의 고온에서 사용되어야 하므로, 백금(Pt), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 루데늄(Ru) 등의 백금족 원소로 이루어진 재질로 된 백금족 재질의 용기를 사용한다.
종래에는 일반적으로 그러한 백금족 원소를 주성분으로 하는 용기의 경우, 백금족 재질의 용기를 제작한 후 어떠한 처리도 없이 그대로 내화물 용기에 맞추어 조립한 후 고온에서 사용되어 왔다. 종래의 백금족 재질의 용기를 제조하는 방법을 설명하는 공정도인 도 1를 참고하여, 종래의 백금족 재질의 용기를 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다. 종래의 백금족 재질의 용기는, 우선, 백금족 원소를 주성분으로 하는 백금족 재질을 플레이트(plate)로 제조하고, 그후 원하는 형상 대로 가공하여 백금족 재질의 용기를 성형하였으며, 그후 어떠한 처리도 행하지 않은 채로, 그 용기를 고온에서 사용하기 위해 전기로 등과 같은 내화물에 압착 조립하여 사용하였다.
그러나, 종래와 같이 백금족 재질의 용기를 제작한 후 어떠한 처리도 없이 그대로 내화물 용기에 맞추어 조립하여, 그대로 고온에서 사용하게 될 경우, 백금족 재질의 용기는 800∼1700℃ 정도의 고온에서 시간이 경과할 수록 결정립이 조대화되고, 용기의 구성원소인 백금족 원소의 일부가 휘발하여 용기의 강도가 약해지고, 결국 수명이 길지 못하게 된다.
따라서, 상기 문제점을 고려하여, 본 발명은 백금족 원소로 구성된 재질의 표면에 산화물계 물질을 피복시킴으로써, 재질의 결정립 조대화를 방지하고, 800∼1700℃ 정도의 고온에서도 백금족 원소가 휘발되지 않게 함으로써, 기대 사용수명을 길게 할 수 있는 백금족 재질의 용기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 종래의 백금족 재질 용기의 제조방법을 설명하는 공정도이다.
도 2는 본 발명의 백금족 재질의 용기를 제조하는 방법을 설명하는 공정도이다.
도 3a은 백금족 재질의 플레이트를 나타내는 사시도이며,
도 3b은 백금족 재질 플레이트를 형상 가공한 용기를 도시한 사시도이며,
도 3c은 산화물 피복된 백금족 재질 용기를 내화물에 조립한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 백금족 재질의 용기에 산화물이 피복된 상태의 단면도이며,
도 4b는 산화물 피복된 백금용기의 열처리 전의 조직상태를 도시하는 부분 단면도이며,
도 4c는 산화물이 피복된 백금용기의 열처리 후의 조직상태를 도시하는 부분 단면도이다.
도 5a는 열처리 전 백금재질 용기의 조직상태를 나타내는 부분 단면도이며,
도 5b는 본 발명에 따라서 표면을 산화물로 피복한 용기의 열처리 후의 조직상태를 나타내는 부분 단면도이며,
도 5c는 산화물이 피복되지 않은 용기의 열처리 후의 조직상태를 나타내는 부분 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명
1. 플레이트 2. 백금족 재질의 용기
3. 내화물 4. 산화물 피복층
상기 목적을 달성하기 위한 백금족 재질의 용기를 보다 구체적으로 설명하기 위해서, 이하에서는 도 2 내지 도 5를 참고하여 설명한다.
본 발명에 따라 산화물이 피복된 백금족 재질의 용기는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와같이, 백금족 원소를 주성분으로 하는 백금족 재질을 플레이트(1)로 제조하고, 형상 대로 가공하여 백금족 재질의 용기(2)를 성형한 후, 성형된 용기를 내화물(3)에 압착하도록 조립하여 사용되는 것으로써, 특별히 상기 플레이트나 또는 상기 형상 가공된 용기의 표면에, 순도 97% 이상인 Al2O3, SiO2, Y2O3, ZrO2산화물 분말 중 하나를, 플라즈마 용사법을 이용하여 100∼500μm두께로 산화물 피복층(4)을 피복하여 형성된다.
고온공정에서 이용되는 백금족 원소로는 백금(Pt), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 루데늄(Ru)이 있다. 상기 백금족 재질의 용기는 특별히, 백금과 로듐을 주성분으로 하며, 구체적으로 백금 단금속이나 또는 백금에 로듐을 1∼30중량% 합금한 재료이다.
백금재질의 표면에 피복하는 산화물로는 순도가 97% 이상인 상기 Al2O3, SiO2, Y2O3, ZrO2중 하나를 사용하지만, 특별히 순도 97%이상인 Al2O3, ZrO2를 사용하는 것이 좋다.
상기 산화물을 백금족 재질의 표면에 피복시키기 위해서, 상기 산화물의 분말형상을 플라즈마 용사법을 이용하여 표면에 피복한다. 그러면, 용기의 표면이 고열에 의하여 순간적으로 산화물과 접합하게 된다. 접합된 산화물은 고온에서 재료의 결정립 성장을 억제시키는 방해물로써 역할을 하기 때문에 재료의 물리적 특성이 개선된다.
즉 예를들어 도 4a에 도시된 바와같은 컵모양의 백금족 재질의 용기(2)에 산화물 피복층(4)을 100∼50μm두께로 피복하게 되면, 그 단면조직은 도 4b와 같으며, 그 용기를 고온에서 사용할 때의 단면조직은 도 4c에 도시된 것과 같이, 산화물 피복층(4)이 피복된 표면 부근에서는 고온사용시에도 결정립 성장이 억제된다.
이하에는 본 발명의 실시예를 참고하여 설명한다.
백금 90중량%, 로듐 10중량%(이하 PtRh10%로 칭함)의 합금재질로 파이프의 내경 30mm, 두께 1.5mm의 용기를 만들어, Al2O3분말로 부분적으로 플라즈마에 의하여 표면에 피복시켰다.
이렇게 제조된 백금족 재질의 용기를 1200℃의 전기로에 넣어 약 500시간을 가열한 후 취출하여 조직 및 중량을 검사하였다.
그와 반대로, 산화물이 피복되지 않은 PtRh10%재질의 두께 1.5mm, 폭 20mm, 길이 20mm의 시편을 동일한 전기로에 500시간 동안 넣었다. 그후, 휘발에 의한 감량 및 단면 조직을 비교하였다. 이하에는 산화물이 피복처리된 실시예와 피복처리되지 않은 시편의 전기로 투입전 후의 휘발감량 및 단면조직에 대해 각각 표 1과 도 5를 참고하여 설명한다.
전기로 투입전 전기로 투입후 감소량 감량 백분률
피복처리된실시예 102.57g 102.44g 0.13 0.126%
시편 12.14g 12.09g 0.05 4.11%
상기 표 1에 표시된 바와같이, 동일한 조건의 전기로 투입한 후의 백금족원소의 휘발감량은, 피복처리된 실시예의 경우 0.126%인 반면, 피복처리되지 않은 시편의 경우 4.11%였다.
또한 전기로 투입 전후의 조직단면을 도 5를 참고하여 살펴보면 다음과 같다. 전기로 투입 전의 PtRh10%의 조직은 도 5a에 도시된 바와같이, 그 결정립이 작고 균일하다. Al2O3분말이 피복처리된 실시예의 경우는 도 5b에 도시한 바와같이, 산화물 피복층이 피복되지 않은 표면 부근은 결정립이 조대화되지만 산화물 피복층(4)이 피복된 표면 부근의 경우는 조직이 미세하게 유지하고 있었다. 반면, 피복처리되지 않은 시편을 전기로 투입하여 열처리한 후의 단면은 도 5c에 도시한 바와같이, 결정립이 조대화되었다.
상기 설명된 바와같이, 백금족 원소로 구성된 재료의 표면에 산화물계 분말을 플라즈마 용사방법을 사용하여 피복하게 되면, 도 5b에 도시된 바와같이 산화물이 피복된 표면층의 결정립 조대화가 억제된다. 또한, 산화물을 피복하게 되면, 산화물 피복층에 의한 백금족 원소의 휘발이 극소화된다. 따라서, 결정립 조대화가 억제되고, 백금족 원소의 휘발이 극소화 됨으로써, 재료의 피로강도가 증대하게 되어 사용수명이 증대되며 내구성이 향상된다.

Claims (2)

  1. 백금족 원소를 주성분으로 하는 백금족 재질을 플레이트로 제조하고, 형상 대로 가공하여 백금족 재질의 용기를 성형한 후, 성형된 용기를 내화물에 압착하도록 조립하여 사용하는 백금족 재질의 용기에 있어서,
    상기 플레이트나 또는 상기 형상 가공된 용기의 표면에, 순도 97% 이상인 Al2O3, SiO2, Y2O3, ZrO2등의 산화물 분말 중 하나를, 플라즈마 용사법을 이용하여 100∼500μm두께로 피복하여 구성함으로써 고온에서도 안정하게 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 산화물이 피복된 백금족 재질의 용기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 백금족 재질은 백금과 로듐을 주성분으로 하며, 특히 백금의 단금속이거나, 또는 백금에 로듐을 1∼30중량% 합금한 합금재질인 것을 특징으로 하는 산화물이 피복된 백금족 재질의 용기.
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