KR20000007475A

KR20000007475A - 다공질 세라믹의 제조방법

Info

Publication number: KR20000007475A
Application number: KR1019980026841A
Authority: KR
Inventors: 최춘식
Original assignee: 최춘식
Priority date: 1998-07-03
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 2000-02-07

Abstract

본 발명은 다공질 세라믹의 제조방법에 관한 것으로서, 비교적 저온에서 열처리하여도 세라믹에 높은 기공률을 부여할 수 있는 새로운 다공질 세라믹의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 본 발명에 따르면, 150㎛이하의 입도를 갖는 규조토나 제올라이트, 또는 이들의 혼합물 20 ∼ 80중량%에 100㎛이하의 입도를 갖는 유리분말을 20 ∼ 80중량%로 혼합하여, 약 750 ∼ 850℃에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 다공질 세라믹의 제조방법이 제공된다.

Description

다공질 세라믹의 제조방법

본 발명은 다공질 세라믹의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비교적 저온에서 열처리하여도 세라믹에 높은 기공률을 부여할 수 있는 새로운 다공질 세라믹의 제조방법에 관한 것이다.

다공질 세라믹은 주로 인공토양이나 각종 여과제, 양액재배용 배지, 미생물 등의 담체, 단열재, 보수재, 흡착제, 흡취제 등으로 사용되는 것으로, 일반적으로 그 기공률에 의해서 제품의 성능이 결정된다. 이와 같은 다공질 세라믹은 종래에는 주로 다음과 같은 방법에 의해 제조되었다.

종래의 다공질 세라믹을 제조하는 방법중의 하나로, 세라믹분말을 1000℃이상의 비교적 높은 온도에서 열처리하여 세라믹분말입자들이 접촉면에서만 서로 연결되도록 하는 방법이 있다. 그러나 이 방법에 의하면 세라믹의 기공크기는 사용된 유리입자의 크기에 의해 결정되고 개방기공률은 유리입자의 충전상태에 따라 좌우되기 때문에 일반적인 충전밀도이론에 의해 35VoL%이상의 개방기공률을 갖는 다공질 세라믹의 제조는 거의 불가능한 것으로 알려져 있다.

종래의 다공질 세라믹을 제조하는 다른 방법으로는, 분말입자내에 미세기공을 갖는 규조토 또는 제올라이트만을 사용하여 세라믹을 제조하는 방법이 있으나 이 방법에 의하면 세라믹의 기공률은 우수하나 열처리시 1000℃이상의 높은 온도가 필요하여 코스트를 상승시켰다.

또 다른 방법으로는, 유리분말을 사용하여 다공질 소결유리를 제조하는 방법이 있다. 이 방법은 저온에서도 소결이 가능하다는 장점은 있으나 열처리시 유리의 연화온도에서 장시간 유지시키거나 열처리온도가 유리연화온도보다 높으면 소결체의 개방기공률이 저하된다. 그러나 소결유리의 제조시 소결체의 내부와 외부의 표면온도를 동일하게 유지시키기가 쉽지 않아 높은 개방기공률을 갖는 소결체의 제조가 곤란하였다. 또한, 유리분말은 가소성이 없기 때문에 유리분말의 성형과정에서 별도의 결합체를 첨가하여야 하는 단점이 있다.

또 다른 방법으로는, 유리분말 또는 유리섬유에 가용성 물질을 혼합하여 열처리한 후 상온에서 가용성물질을 용출제거하는 방법이 있으나 이 방법은 가용성물질을 용출하는데 장시간이 요구되며, 성형을 위해 별도의 결합체를 첨가하여야 하는 단점이 있다.

이와 같이 종래의 다공성 세라믹의 제조방법들은 각각 나름대로의 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래 다공질 세라믹제조방법의 문제점에 착안하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 다공질 세라믹의 제조시 고온에서 열처리하지 않아도 높은 기공률을 갖는 다공질 세라믹을 생산할 수 있는, 새로운 다공질 세라믹의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따르면, 150㎛이하의 입도를 갖는 규조토나 제올라이트, 또는 이들의 혼합물 20 ∼ 80중량%에 100㎛이하의 입도를 갖는 유리분말을 20 ∼ 80중량%로 혼합하여, 약 750 ∼ 850℃에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 다공질 세라믹의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 규조토나 제올라이트 또는 이들의 혼합물에 유리분말을 혼합한 것을 100중량%로 하여, 이에 벤토나이트나 점토를 5 ∼ 50중량% 첨가한 것을 특징으로 하는 다공질 세라믹의 제조방법이 제공된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 규조토나 제올라이트는 분말입자내에 미세한 기공을 갖는 것으로, 이 입자내의 미세기공은 열처리 후에도 기공으로 잔존하여 세라믹의 기공률을 높여준다. 일반적으로 규조토나 제올라이트 그 자체는 소결시 1000 ∼ 1300℃의 고온을 필요로 하는 것이나 본 발명에서는 상기 규조토나 제올라이트에 유리분말을 혼합함으로써 750 ∼ 850℃ 정도의 비교적 낮은 온도에서도 기공률이 높은 다공질세라믹을 제조할 수 있다. 이는 상기 규조토와 제올라이트 그 자체는 상기 750 ∼ 850℃의 온도에서 소결되지 않으나 연화점이 낮은 유리는 이 온도에서 연화되어, 이 연화된 유리가 상기 규조토나 제올라이트의 분말입자들을 3차원적으로 연결시키기 때문에 가능한 것이다.

따라서, 상기 규조토나 제올라이트를 20중량% 이하로 사용하거나 상기 유리분말을 80중량% 이상으로 사용하는 경우에는 낮은 온도에서도 소요의 소결체를 제공할 수 있으나 기공률이 높은 다공질체를 얻기가 어렵다.

또한, 상기 규조토나 제올라이트를 80중량% 이상으로 사용하거나 유리분말을 20중량% 이하로 사용하는 경우에는 연화된 유리가, 전술한 바와 같이, 규조토나 제올라이트의 분말입자들을 3차원적으로 충분히 연결시키지 못하므로 열처리온도를 규조토나 제올라이트가 소결되는 온도인 1000 ∼ 1300℃정도의 높은 온도로 상승시켜야 하는 문제점이 있다.

한편, 상기 제올라이트는 양이온교환능을 갖는 것으로서 다공질 세라믹에 양이온교환능을 부여하여 다공질 세라믹이 인공토양이나 각종 여과제, 양액재배용 배지, 흡착제, 흡취제 등의 용도로 사용될 때, 각각의 용도에 따른 효과적인 기능을 발하도록 한다.

이상과 같이 본 발명에서는 상기 규조토와 제올라이트를 혼합하여 사용할 수도 있으나 필요에 따라서 어느 하나만을 사용할 수도 있다. 규조토와 제올라이트를 혼합하여 사용하는 경우에는, 이들 규조토와 제올라이트의 혼합비는 적절하게 선택될 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 다공질 세라믹의 가소성을 향상시키기 위하여 소결물질에 벤토나이트, 점토 등의 가소성 첨가물을 혼합한다. 특히 상기 벤토나이트는 소결체의 가소성을 향상시킬 뿐만 아니라 일반 점토와는 달리 소결체의 기공률을 향상시키며, 이온교환기능도 가지는 것으로서, 그 사용이 바람직하다. 즉, 150㎛이하의 입도를 갖는 규조토나 제올라이트 또는 이들의 혼합물에 유리를 혼합하고, 이 혼합물 100중량부에 벤토나이트, 점토 등의 가소성 첨가물을 5 ∼ 50중량%로 혼합한 후, 약 750 ∼ 850℃에서 열처리한다.

이와 같이 소결물질에 벤토나이트, 점토 등의 가소성물질을 첨가하면 다공질 세라믹에 가소성이 부여되므로, 다공질 세라믹의 기공률, 흡수률 및 기계적 강도 등의 물성을 저하시키지 않으면서 성형성을 향상시킬 수 있다. 따라서 다공질 세라믹을 다양한 형상으로 성형할 수 있어서 제품의 다양화를 꾀할 수 있다.

또한, 필요에 따라서는 다공질 세라믹의 제조시, 규조토나 제올라이트, 유리, 벤토나이트 등의 소결물질에 유기물결합제를 첨가할 수도 있다.

실시예 1

150㎛이하의 입도를 갖는 규조토 60중량%에 100㎛이하의 입도를 갖는 유리분말을 40중량%로 혼합하여 약 800℃에서 열처리하였다. 이 결과로 얻어진 다공질 세라믹의 화학적, 물리적 특성을 조사한 결과, 기공률은 46%, 겉보기밀도 1.18g/cc, 흡수율 0.40g/cc, 양이온 교환능 5meq/100g을 나타내었다.

실시예 2

150㎛이하의 입도를 갖는 규조토 50중량%에 100㎛이하의 입도를 갖는 유리분말 30중량%와, 벤토나이트 20중량%를 혼합하여 약 800℃에서 열처리하였다. 이 결과로 얻어진 다공질 세라믹의 화학적, 물리적 특성을 조사한 결과, 기공률은 47%, 겉보기밀도 1.21g/cc, 흡수율 0.41g/cc, 양이온 교환능 26meq/100g을 나타내었다.

실시예 3

150㎛이하의 입도를 갖는 규조토 40중량%에 제올라이트10중량%와, 100㎛이하의 입도를 갖는 유리분말 30중량%와, 벤토나이트 20중량%를 혼합하여 약 800℃에서 열처리하였다. 이 결과로 얻어진 다공질 세라믹의 화학적, 물리적 특성을 조사한 결과 기공률은 45%, 곁보기 밀도 1.29g/cc, 흡수율 0.41g/cc, 양이온교환능 38meq/100g을 나타내었다.

이와 같이 상기 실시예 1,2,3의 결과로 얻어진 다공질 세라믹들은 종래의 규조토만으로 된 다공질 세라믹의 기공률 35 ∼ 42%, 겉보기밀도 1.5 ∼ 1.8g/cc, 흡수율 0.32g/cc, 양이온 교환능 7meq/100g에 비하여 우수한 화학적, 물리적 특성을 가진다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 비교적 낮은 온도에서 열처리하여도 높은 기공률을 가진 다공질 세라믹을 제공할 수 있는 다공질 세라믹의 제조방법이 제공되므로 코스트를 낮출 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 비교적 낮은 온도에서 열처리하여 기공률이 우수한 다공질 소결세라믹을 생산할 수 있는 다공질 세라믹의 제조방법이 제공된다. 또한, 본 발명에 의하면 다공질 세마믹을 제조하기 위한 소결물질로 벤토나이트나 제올라이트 등의 양이온 교환능을 갖는 물질을 사용하므로 다공질 세라믹에 양이온교환기능을 부여한다. 따라서 본 발명에 의하면 기공률, 흡수률 및 양이온교환기능 등의 성능이 우수한 다공질 세라믹을 낮은 코스트로 생산할 수 있다.

Claims

본 발명에 따르면, 150㎛이하의 입도를 갖는 규조토나 제올라이트, 또는 이들의 혼합물 20 ∼ 80중량%에 100㎛이하의 입도를 갖는 유리분말을 20 ∼ 80중량%로 혼합하여, 약 750 ∼ 850℃에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 다공질 세라믹의 제조방법
제 1항에 있어서, 상기 규조토나 제올라이트 또는 이들의 혼합물에 유리분말을 혼합한 것을 100중량%로 하여, 이에 벤토나이트나 점토를 5 ∼ 50중량% 첨가한 것을 특징으로 하는 다공질 세라믹의 제조방법