KR20030067102A - 대형 세라믹스 제조용 조성물과 그 조성물을 이용한 대형세라믹스 제조방법및 대형 세라믹스 제조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대형 세라믹스를 습식공정에 적합한 조성물을 압축공기와 다공성필터 및 종이필터를 이용하여 필터의 거름작용에 의하여 슬립내부의 수분을 제거하여 고형분을 응집, 고착시켜 세라믹스를 제조함으로서 제조를 위한 성형시간이 짧고 성형 후 기계가공이 용이하면서도 우수한 강도를 유지할 수 있어 저렴한 비용과 간단한 설비로 대량생산이 가능하도록 하여 생산성의 향상과 제품의 질을 향상시킬 수 있도록 한 것으로서,
반도체나 엘시디(LCD)및 웨이퍼를 제조공정에서 받침대로 사용되는 대형 세라믹스 제조함에 있어서; 알루미나(Al2O3)분말 90∼100％에 점토(SiO2.Al2O3)0∼8％, 활석(3MgO.4SiO2.H2O)0∼2％을 혼합하여 기본 조성물로 하고; 상기 기본 조성물에 PVA(Poly Vinyl Alcohol)0.1∼2％와, PEG(Poly Ethylene Glycol)0∼3％, 구연산(Citric Acid;C6H8O7.H2O)0.1％를 외삽하여 수분으로 분산시켜 슬립화 한 조성물(31)을 다공성필터나 다공성종이필터로 이루어진 몰드(45)에 가압시켜 고형분은 몰드(45)에 응집고착시켜 성형하는 것이 특징이다.
Description
본 발명은 대형 세라믹스 제조를 위한 조성물과 그 조성물을 이용한 대형 세라믹스 제조방법 및 대형 세라믹스 제조장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 반도체 및 엘시디(LCD)제조공정에 사용되는 대형의 세라믹스을 보다 용이하게 제조하면서 제조후 기계적인 가공성이 가능한 강도를 가지는 세라믹스 제조방법과 장치등의 제공에 관한 것이다.
반도체나 엘시디(LCD)및 웨이퍼 제조공정 중 산성물질과 플라즈마 가스를 이용하여 행하는 에칭과 기타 공정에서 고온, 전기절연 및 내마모성을 요하는 부분이 많은데 이때 반도체나 엘시디(LCD)및 웨이퍼를 용이하게 가공할 수 있도록 받침대로 사용되는 것이 세라믹스이다.
일반적으로 무기원료를 기반으로 하는 세라믹스의 제조방법은 다양한 종류의 것이 있으며, 이를 살펴보면 프레스를 이용하여 압축성형하는 방법과 원료를 현탄액으로 만든 후 석고와 같은 흡수성 몰드를 이용하여 수분을 제거하여 성형하는 슬립캐스팅과 유체내에 성형하고자 하는 내용물을 넣어 고압으로 성형하는 등압압축성형, 사출성형, 압출성형등이 있다.
그러나, 대형세라믹스(소결체 기준; 1200 X 240 X 20㎜이상)을 제조하는 방법으로는 앞서 언급한 방법으로는 적합하지 않는데 그 이유로는,
프레스를 이용한 방법의 경우에는 대용량의 프레스를 사용하여야 하므로 불필요한 설비비용이 낭비되는 단점이 있고, 슬립캐스팅의 경우에는 성형체 제조 후 건조시 균열이 발생하기 쉽고 강도가 약하여 취급시 상당한 문제점이 발생한다.
등압압축성형방법의 경우에는 고압을 사용하기 때문에 설비가 복잡하여지고 그로인한 투자비용이 고가이고 제조되는 세라믹스의 크기에도 제약이 있으며, 사출성형의 경우에는 복잡한 형상을 성형하는데 상당한 효과가 있으나 유기물 탈지시 균열이 발생하기 쉽고 대형세라믹스을 제조하는데 설비의 제약이 뒤따르는 문제점이 있다.
특히, 반도체나 엘시디(LCD) 및 웨이퍼 제조공정의 특성상 미립자의 오염을불허하는 고청정과 화학 및 물리적으로 안정한 재료를 요구하기 때문이기도 한데, 이러한 요건을 만족하면서 대형 세라믹스를 제조하는 방법은 슬립캐스팅 주입성형방법과 정수압성형법이 있다.
슬립캐스팅 주입성형방법의 경우에는 다공성 석고를 이용하여 석고의 모세관력으로 수분을 제거하여 성형체를 제조하기 때문에 석고의 모세관력 한계에 따르는 제조시간의 과다와 제조된 세라믹스의 강도가 약하여 후가공이 곤란하고, 석고를 재 사용하는데 상당한 어려움이 있는 등의 문제점이 있다.
그리고, 정수압성형법은 제조된 세라믹스의 강도는 강하나 이를 제조하기 위한 설비가 대형화 되어야 하고 고가이기 때문에 생산성이 저하되는 등 여러 문제점들이 있었다.
이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명된 것으로서 대형 세라믹스를 습식공정에 적합한 조성물을 압축공기와 다공성필터 및 종이필터를 이용하여 필터의 거름작용에 의하여 슬립내부의 수분을 제거하여 고형분을 응집, 고착시켜 세라믹스를 제조하도록 하는 것이 특징이다.
특히, 제조를 위한 성형시간이 짧고 성형 후 기계가공이 용이하면서도 우수한 강도를 유지할 수 있는 세라믹스의 제공이 가능함으로서 저렴한 비용과 간단한 설비로 대량생산이 가능하도록 하여 생산성의 향상과 더불어 사용자들의 편익향상에 기여할 수 있도록 하는데 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 기술이 적용된 대형 세라믹스를 제조하기 위한 장치를 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 적용된 대형 세라믹스를 제조하기 위한 장치중 1실시예가 적용된 몰드의 A - A선을 따라서 취한 단면도.
도 3은 도 1에 적용된 대형 세라믹스를 제조하기 위한 장치중 1실시예가 적용된 몰드의 B - B선을 따라서 취한 단면도.
도 4는 본 발명의 기술이 적용된 대형 세라믹스를 제조하기 위한 장치중 2실시예가 적용된 몰드를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 제조장치를 이용하여 세라믹스를 제조하는 1실시예를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 제조장치를 이용하여 세라믹스를 제조하는 2실시예를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 제조장치를 이용하여 세라믹스를 제조하는 3실시예를 도시한 단면도.
*도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명*
30; 제조장치
31; 조성물
32; 조성물탱크
39; 컴프레셔
45; 몰드
47; 성형공간
48; 가이드
49; 필터
50; 배수구
51; 배수판
56; 코어
이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 제조예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 기술이 적용된 대형 세라믹스를 제조하기 위한 장치를 도시한 사시도, 도 2는 도 1에 적용된 대형 세라믹스를 제조하기 위한 장치중 1실시예가 적용된 몰드의 A - A선을 따라서 취한 단면도, 도 3은 도 1에 적용된 대형 세라믹스를 제조하기 위한 장치중 1실시예가 적용된 몰드의 B - B선을 따라서 취한 단면도, 도 4는 본 발명의 기술이 적용된 대형 세라믹스를 제조하기 위한 장치중 2실시예가 적용된 몰드를 도시한 단면도, 도 5는 본 발명의 제조장치를 이용하여 세라믹스를 제조하는 1실시예를 도시한 단면도, 도 6은 본 발명의 제조장치를 이용하여 세라믹스를 제조하는 2실시예를 도시한 단면도, 도 7은 본 발명의 제조장치를 이용하여 세라믹스를 제조하는 3실시예를 도시한 단면도로서 함께 설명한다.
본 발명에서는 대형 세라믹스를 제조하기 위한 조성물로서는 알루미나(Al2O3)분말 90∼100％에 점토(SiO2.Al2O3)0∼8％, 활석(3MgO.4SiO2.H2O)0∼2％를 기본 조성물로 한다.
상기 기본 조성물에 외삽(주원료를 100으로 하고 기타 첨가되는 물질을 부외로 첨가하는 방식)으로 결합제 역할을 하는 PVA(Poly Vinyl Alcohol)0.1∼2％, 가소제역할을 하는 PEG(Poly Ethylene Glycol)0∼3％, 구연산(Citric Acid;C6H8O7.H2O)0.1％를 첨가하여 수분으로 분산이 잘 되도록 한 슬립을 완성하여 세라믹스 제조를 위한 조성물로 사용한다.
상기 조성물에 사용되는 알루미나는 전기절연성, 내식성 및 내마모성이 상하나 성형이 어려운 단점을 가지게 되는데 이러한 성형성 향상을 위하여 첨가하는 것이 점토이다.
상기 점토는 전체중량의 0∼8％ 첨가하는 것이 좋으며 8％이상 첨가할 경우에는 성형성은 우수하나 슬립제조시 저비중으로 인한 분리가 이러나가 소결(1650℃이상)과정에서 수축이 심하게 이러나 소결체가 휘어지는 원인이 된다.
그리고, 본 발명의 필터프레싱으로 제조시 필터의 성능을 저하시키는 원인이 되므로 8％이하로 첨가하는 것이 바람직하며, 8％이하 첨가시 성형성을 부여하면서도 입자의 재 배열을 도와 성형밀도를 향상시키고 고온에서의 수축율의 변화가 적어 휨현상이 없어진다.
활석은 성형성과 소결성의 향상을 위하여 첨가하는 것으로 고온에서 알루미나 입자의 재배열을 돕고 성형 후 몰드와의 이탈성을 좋도록 하는 이형제 역할을 한다.
상기 활석을 2％이상 첨가할 경우 알루미나 입자에 다량의 유기질 기지로 농축되어 소결체의 강도저하를 가져오고 이로인한 에칭에 약하기 때문에 성형체의 정밀도를 높이고 소결체의 밀도를 증가시킬 수 있도록 2％이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 기본조성물에 외삽으로 첨가되는 PVA(Poly Vinyl Alcohol)는 알루미나 입자들을 흡착함과 동시에 건조 후에 엉킨 분자들의 망목구조를 형성하기 때문에 응집력을 향상시키는 역할을 하므로 초이온수에 10％용해로 만들어 사용하는 것이바람직 하다.
상기 PVA를 사용하지 않으면 성형강도가 약하여 작업성을 기대할 수 없으며 특히 대형의 성형체 성형시에는 강도부족과 더불어 많은 시간이 소요되고 건조과정에서 균열이 발생하기 쉽다.
그리고, PVA를 2％이상 첨가하게 되면 건조강도가 좋아져 작업성은 향상될 수 있으나 소결과정에서 성형체가 파괴되는 현상과 기계적 강도의 저가 발생할 수 있어 그 양은 0.2∼2％가 가장 바람직하다.
상기 PEG(Poly Ethylene Glycol)는 가소제로 작용하여 연결되고자 하는 결합제의 기능 그룹들을 막아주기 때문에 결합제의 강성을 완화기켜주는 역할을 한다.
결합제와 가소제간의 역할분담은 주로 유리전이온도(Tg)로 해석하며, 상기 유리전이온도는 결합제의 연성과 취성거동을 분리하여주는 온도이다.
성형온도가 유리전이온도 이하에서는 결합제는 결정질이며 취성을 가지고, 유리전이온도 이상에서는 결합제는 비결정질이며 부드러워 입자들은 보다 자유롭게 이동할 수 있다.
그러므로, 유리전이온도의 영행은 결합제의 분자량과 연관이 있어서 분자량이 높으면 결합제는 더 단단해지고 성형밀도는 낮아지므로 습식공정인 본 발명에서는 친수성이며 경합제의 강성을 완화시켜 입자들의 유동을 쉽게하여 성형밀도를 증진시킬 목적으로 사용한다.
상기 PEG를 첨가하지 않을 경우에는 슬립의 유동성 저하로 인한 성형에 상당한 시간의 소요됨과 성형밀도가 낮아지는 것과, 건조 및 소결시 성형체에 균열이발생하는 문제점이 있다.
그리고, PEG를 3％이상 첨가했을 경우에는 성형체가 쉽게 굳지않고 완전건조에 상당한 시간이 소요되고, 소결 후 PEG가 존재한 자리가 결함으로 남게 됨으로서 강도저하의 원인이 되므로 PEG는 3％가 적합하다.
구연산(Citric Acid)은 경화지연제로 첨가하는 것으로서 상온에서 강도발현과 함께 유동성이 좋아 작업성 확보에 용이하다.
상기와 같은 조성물을 이용하여 대형의 세라믹스를 제조하기 위한 대형 세라믹스 제조장치(30)를 살펴보면;
상기 제조장치(30)는 알루미나(Al2O3)분말 90∼100％에 점토(SiO2.Al2O3)0∼8％, 활석(3MgO.4SiO2.H2O)0∼2％의 혼합물에 외삽으로 PVA0.1∼2％, PEG0∼3％, 구연산(Citric Acid)0.1％를 첨가하여 슬립으로 완성한 조성물(31)을 수용할 수 있는 조성물탱크(32)를 구비한다.
상기 조성물탱크(32)에는 조성물(31)이 응고되지 않도록 하기 위한 수단으로 조성물탱크(32)의 상방에 설치되는 모터(33)와 상기 모터(33)로 부터 인출되어 조성물탱크(32)의 내방에 위치하는 샤프트(34)에 고정되는 교반임펠러(35)로 구성되는 교반수단(36)을 구비한다.
상기 조성물탱크(32)에는 교반수단(36)에 의하여 조성물(31)이 교반될 때 발생하는 기포를 제거하여 순수 조성물(31)만이 존재할 수 있도록 하기 위한 진공펌프(37)를 설치한다.
상기 조성물탱크(32)에는 교반되고 기포가 제거된 순수 조성물(31)을 성형할 수 있도록 하방의 아웃렛부(38)로 배출시킬 수 있는 압력을 부여하는 컴프레셔(39)를 더 가지도록 한다.
상기 아웃렛부(38)에는 공급관(40)을 연결하여 세라믹스 성형을 위한 몰드(45)와 연결하여 조성물(31)을 공급할 수 있도록 한다.
상기 몰드(45)는 공급관(40)을 통하여 조성물(31)을 공급받을 수 있도록 일측에는 연결공(46)을 형성하고 중앙에는 성형될 세라믹스 만큼의 크기를 가지는 성형공간(47)을 가지는 가이드(48)를 구비한다.
상기 가이드(48)의 하방에는 가이드(48)로 공급된 조성물(31)을 필터링(Filtering)하기 위한 필터(49)를 구비하고, 상기 필터(49)의 하방에는 일정한 방향으로 다수개의 배수구(50)를 형성하여 필터(49)를 경유하여 배출되는 물을 자연스럽게 배출할 수 있는 배수판(51)으로 구성한다.
상기 몰드(45)의 다른 예로서는 도 4에서와 같이 판상형태의 세라믹스 외에 링타입의 세라믹스를 제조할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 상방에는 조성물탱크(32)로 부터 조성물(31)을 공급받을 수 있도록 연결공(46)을 형성한 주입판(55)을 더 구비하고, 가이드(48)의 성형공간(47)에는 링형상을 구현하기 위한 코어(56)를 삽입하는 구성이다.
상기 몰드(45)에 사용되는 가이드(48)와 필터(49)는 조성물(31)의 고형분은 가이드(48)에 잔존시켜 성형물이 되도록 하고 수분은 자연배출할 수 있도록 1∼3㎛는 다공성필터나 다공성종이필터를 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명의 조성물(31)과 제조장치(30)를 이용하여 대형 세라믹스를 제조하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
알루미나(Al2O3)분말 90∼100％에 점토(SiO2.Al2O3)0∼8％, 활석(3MgO.4SiO2.H2O)0∼2％의 혼합물에 외삽으로 PVA0.1∼2％, PEG0∼3％, 구연산(Citric Acid)0.1％를 첨가하여 슬립으로 완성한 조성물(31)을 조성물탱크(32)에 투입한 후 모터(33)를 작동시켜 교반임펠러(35)로 조성물(31)을 교반한다.
상기 조성물(31)의 교반과 함께 진공펌프(37)를 작동시켜 교반과정에서 발생하는 기포를 제거하여 순수 조성물(31)만이 조성물탱크(32)에 남아있도록 하고, 일정시간동안 교반하여 조성물(31)을 숙성시키는 것이 바람직 하다.
상기와 같이 조성물(31)을 교반하는 과정에는 조성물탱크(32)의 아웃렛부(38)와 몰드(45)상간을 공급관(40)으로 연결하여 몰드(45)로 조성물(31)을 공급할 수 있도록 준비한다.
상기 몰드(45)는 판상형태의 세라믹스를 제조할 경우에는 배수판(51), 필터(49), 가이드(48)를 순차적으로 적층하여 이탈되지 않도록 클램프로 고정하고, 링타입의 세라믹스를 제조하고자 할 경우에는 배수판(51), 필터(49), 코어(56)가 삽입된 가이드(48) 및 주입판(55)을 순차적으로 적층하여 클램프로 고정하여 사용한다.
물론, 상기 각각의 몰드(45)의 가이드(48)와 주입판(55)에 형성되는연결공(46)과 공급관(40)을 연결함은 당연할 것이다.
상기 몰드(45)는 도 5에서와 같이 판상형태의 세라믹스를 제조하기 위한 몰드(45)만을 적층 또는 배치하거나, 도 6에서와 같이 링타입의 세라믹스를 제조할 수 있는 몰드(45)만을 적층 또는 배치하여 사용하거나, 도 7에서와 같이 판상 및 링타입의 세라믹스를 제조할 수 있는 몰드(45)를 함께 적층내지 배치하여 사용하여도 된다.
상기와 같이 조성물탱크(32)와 몰드(45)상간의 연결이 완료되면 컴프레셔(39)를 작동시켜 조성물탱크(32)로 압력을 가하여 조성물(31)이 아웃렛부(38)와 공급관(40)을 경유하여 각각의 몰드(45)로 주입되도록 한다.
상기 몰드(45)로 주입된 조성물(31)은 몰드(45)의 가이드(48)와 필터(49)가 다공성필터나 다공성종이필터로 이루어진 특성에 의하여 고형분은 가이드(48)에 형성된 성형공간(47)에 응집고착되어 세라믹스가 성형되는 것이다.
물론, 상기 조성물(31)에 함유된 수분은 다공성필터나 다공성종이필터의 외부로 유출되어 최하방에 위치한 배수판(51)을 통하여 외부로 배출되어지는 것이다.
상기와 같이 성형된 세라믹스는 상온에서 일정시간 자연건조 시킨 후 소결과정을 거침으로서 완전하게 제조되는 것이다.
이상과 같은 본 발명은 대형 세라믹스를 습식공정에 적합한 조성물을 압축공기와 다공성필터 및 종이필터를 이용하여 필터의 거름작용에 의하여 슬립내부의 수분을 제거하여 고형분을 응집, 고착시켜 세라믹스를 제조함으로서 제조를 위한 성형시간이 짧고 성형 후 기계가공이 용이하면서도 우수한 강도를 유지할 수 있어 저렴한 비용과 간단한 설비로 대량생산이 가능하도록 하여 생산성의 향상과 제품의 질을 향상시킬 수 있는 등 다양한 효과를 얻을 수 있다.
Claims (6)
- 반도체나 엘시디(LCD)및 웨이퍼를 제조공정에서 받침대로 사용되는 대형 세라믹스 제조하기 위한 조성물(31)을 구성함에 있어서;상기 조성물(31)은 알루미나(Al2O3)분말 90∼100％에 점토(SiO2.Al2O3)0∼8％, 활석(3MgO.4SiO2.H2O)0∼2％을 혼합하여 기본 조성물로 하고;상기 기본 조성물에 PVA(Poly Vinyl Alcohol)0.1∼2％와, PEG(Poly Ethylene Glycol)0∼3％, 구연산(Citric Acid;C6H8O7.H2O)0.1％를 외삽하여 수분으로 분산시켜 슬립화 한 것을 특징으로 하는 대형 세라믹스 제조용 조성물.
- 반도체나 엘시디(LCD)및 웨이퍼를 제조공정에서 받침대로 사용되는 대형 세라믹스 제조함에 있어서;알루미나(Al2O3)분말 90∼100％에 점토(SiO2.Al2O3)0∼8％, 활석(3MgO.4SiO2.H2O)0∼2％을 혼합하여 기본 조성물로 하고;상기 기본 조성물에 PVA(Poly Vinyl Alcohol)0.1∼2％와, PEG(Poly Ethylene Glycol)0∼3％, 구연산(Citric Acid;C6H8O7.H2O)0.1％를 외삽하여 수분으로 분산시켜 슬립화 한 조성물(31)을 다공성필터나 다공성종이필터로 이루어진 몰드(45)에 가압시켜 고형분은 몰드(45)에 응집고착시켜 성형하고 수분은 배출되도록 하여 제조하는 것을 특징으로 하는 대형 세라믹스 제조방법.
- 반도체나 엘시디(LCD)및 웨이퍼를 제조공정에서 받침대로 사용되는 대형 세라믹스 제조하기 위한 제조장치(30)를 구성함에 있어서;상기 제조장치(30)는 슬립화 된 조성물(31)을 수용할 수 있도록 구비되는 조성물탱크(32)와;상기 조성물탱크(32)에는 조성물(31)이 응고되지 않도록 모터(33)와 교반임펠러(35)로 구성되는 교반수단(36)과;상기 교반수단(36)에 의하여 조성물(31)교반 시 발생하는 기포제거를 위한 진공펌프(37)와;상기 조성물탱크(32)의 하방에 구비되는 아웃렛부(38)로 조성물(31)을 배출하고 가압하는 컴프레셔(39)를 구비하고;상기 아웃렛부(38)와 연결되는 공급관(40)으로부터 조성물(31)을 공급받아 세라믹스를 성형하는 몰드(45)를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 세라믹스 제조장치.
- 제 3 항에 있어서;상기 몰드(45)는 조성물(31)을 공급받을 수 있도록 형성하는 연결공(46)과;조성물(31)을 성형할 성형공간(47)을 가지는 가이드(48)와;상기 가이드(48)의 하방에는 가이드(48)로 공급된 조성물(31)을필터링(Filtering)할 수 있도록 구비되는 필터(49);상기 필터(49)의 하방에는 일정한 방향으로 배수구(50)를 형성하여 필터(49)를 경유한 물을 배출할 수 있는 배수판(51)으로 구성하는 것을 특징으로 하는 대형 세라믹스 제조장치.
- 제 3 항에 있어서;상기 몰드(45)를 구성하는 가이드(48)의 성형공간(47)에는 코어(56)를 삽입하여 링형상의 세라믹스를 제조할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 대형 세라믹스 제조장치.
- 제 3 항에 있어서;상기 몰드(45)에 사용되는 가이드(48)와 필터(49)는 조성물(31)의 고형분은 가이드(48)에 잔존시켜 성형물이 되도록 하고 수분은 자연배출할 수 있는 다공성필터나 다공성종이필터로 구성하는 것을 특징으로 하는 대형 세라믹스 제조장치.
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| CN102516941A (zh) * | 2011-11-10 | 2012-06-27 | 河南金源新材料科技股份有限公司 | 加胶的高强度中铝研磨球 |
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- 2002-02-07 KR KR1020020006943A patent/KR20030067102A/ko not_active Application Discontinuation
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