KR20050096140A - 양식 진주핵 및 이를 탄산칼슘 분말로부터 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄산칼슘을 이용한 성형체의 성형, 성형체의 수분함량이 5-8% 정도가 되도록 조정하는 안정화공정, 탄산칼슘구를 제조하기 위한 부분적으로 치밀화된 성형체의 구형화 공정, 치밀화된 진주종자를 제조하기 위한 탄산칼슘의 처리공정, 석회석 현탁액 내에서의 치밀화된 종자의 텀블링, 쌍각류의 껍질과 외벽엽 사이에 종자의 삽입과정, 종자 위의 진주성장 과정, 및 그 수확을 포함하는 양식진주의 제조방법에 관한 것이다. 진주는 약 6개월에서 36개월 동안 성장된다.

Description

양식 진주핵 및 이를 탄산칼슘 분말로부터 제조하는 방법{Cultured pearl nuclei and method of fabricating same from calciumcarbonate precursor powders}

본 발명은 탄산칼슘을 이용한 성형체의 성형, 성형체의 수분함량이 5-8% 정도가 되도록 조정하는 안정화공정, 탄산칼슘구를 제조하기 위한 부분적으로 치밀화된 성형체의 구형화 공정, 치밀화된 진주종자를 제조하기 위한 탄산칼슘의 처리공정, 석회석 현탁액 내에서의 치밀화된 종자의 텀블링, 쌍각류의 껍질과 외벽엽 사이에 종자의 삽입과정, 종자 위의 진주성장 과정, 및 그 수확을 포함하는 양식진주의 제조방법에 관한 것이다. 진주는 약 6개월에서 36개월 동안 성장된다.

진주는 광산에서 발굴하는 것이 아니라 생물 안에서 자라나는 독특한 원석이다. 진주는 물 속에 사는 쌍각류(vivalves)에 의해 자란다. 진주는 해수나 혹은 민물에서 연체류에 속하는 조개와 같은 여러 종류의 쌍각(vivalves)에 의해 형성될 수 있다. 연체류는 머리, 발, 내장부 및 탄산칼슘으로 이루어져 있다. 껍데기에 탄산칼슘의 결정구조는 보통 아라고나이트(aragonite) 상으로 알려져 있다. 전통적으로 보석시장의 대부분의 진주는 해수조개류인 핀타다 불가리스(Pintada vulgaris)나 흑엽조개(P. margaratifera)로부터 얻어진다. 이러한 조개류는 수심이 15-20 미터 정도인 적절한 환경을 가지고 있는 페르시아만에 풍부하게 서식한다.

담수진주는 미국의 몇몇 강에 서식하는 여러 종류의 조개류에서 발견되어 왔다. 대부분의 담수진주는 유니오(Unio)라는 연체류에서 자라나고 부분적으로 미국 내에서 담수진주 산업에 기초가 되고 있다. 진주는 칼슘류의 자극제(irritant)가 외벽엽(mantle lobe)과 껍질 사이에 포착될 때 그 형성이 시작된다. 흔히 알려진 것과는 반대로 진주는 모래알맹이(sand)에 의해 형성되지 않고 그 자극제는 반드시 칼슘류여야 한다. 외부 입자가 연체류(mollusk)에 침투되면 껍데기의 분비물이 입자에 착상하고 이로 인해 진주는 겹겹의 층을 형성하기 시작한다. 쌍각조개류는 껍질 안에 조직들로부터 자극제를 고립시키기 위해 아라고나이트가 형성된 보호층을 분비한다. 자극제가 쌍각 안에 존재하는 한 아라고나이트층의 형성은 계속된다. 결국, 진주는 자극제 위에 아라고나이트층 형성의 산물이라고 할 수 있다. 이상적인 보석으로서는 진주핵이 조개껍질로부터 떨어져서 쌍각 외벽에 붙고 이에 따라 독립된 구형의 진주가 되어야 한다. 흔히, 비구형(non-spherical) 진주는 아라고나이트의 일정치 않은 증착에 의해 생성되기도 한다. 또한, 핵이 껍질로부터 떨어져나가지 않아 껍질 안에 반구모양의 아라고나이트 덩어리를 만들기도 한다. 바로크(baroque) 진주라고도 하는 이러한 비정형의 진주는 근조직에서 자라거나 껍질에 붙어서 자라며 반구진주라고 하기도 한다.

육안으로 관찰하면, 진주의 파단면은 동심원층으로 이루어져 있다. 그 미세구조는 아라고나이트 증착에 의한 겹쳐진 층구조로 되어 있다. 여기서, 아라고나이트층은 판상형으로 되어 있다. 이 판상형들은 유기단백질인 칸카이얼린(conchiolin)으로 부착되어 진다. 진주는 아라고나이트층에 의해 빛을 회절하거나 간섭시켜서 진주빛의 광택을 내게 한다. 이와 같은 진주빛 광택은 아라고나이트 판상층의 수와 두께에 의해 좌우된다.

모폐(진주층)는 연체류 껍질 내면 혹은 내면에 형성된다. 모폐는 연체류 껍질의 일부이기 때문에 껍질에서 완전히 분리된 진주와는 다른 것이다. 진주의 가치는 그 색깔, 광택, 진주빛, 모양, 및 그 크기에 의해 결정된다. 그 크기가 크고 완전한 구형의 진주가 그 희귀성 때문에 고가치를 갖는다. 보통 진주의 색은 양식법과 그 장소에 의해 결정된다. 예컨데, 미장미색이나 밝은 장미색 진주는 순백색이나 순노랑의 진주에 비해 그 평가가 높다. 마찬가지로 타원형이나 물방울 진주, 혹은 판진주(flat pearl)는 그 가치가 떨어진다. 좋은 광택의 반투명진주는 불투명한 진주나 낮은 광택의 진주에 높이 평가된다. 진주빛 광택(orient) 역시 진주 평가에 있어서 중요하다. 뀐 진주의 평가는 위의 특성 뿐 아니라 일련 안에 진주간 균일성 또한 그 기준이 된다. 그 동안, 많은 인조진주가 수지(resin)나 플라스틱을 이용해 만들어졌지만 보석으로서의 가치는 없다. 양식진주만이 유일하게 인공진주로서 그 가치를 가진다. 양식진주는 쌍각의 외벽(mantle)과 그 껍질 사이에 보통 구형의 진주층이나 조개 껍질인 아라고나이트 자극제를 넣어 만든다. 양식진주 산업은 13세기경 아시아에서 시작되었고 흑엽조개류인 굴조개를 이용했으며 그 이후 조금씩 변해 왔다. 현대에는 진주층(nacre) 구를 약 3년생의 굴조개에 넣고, 그 후 양식진주 성장은 약 1년에서 2년동안 이루어진다. 굴조개는 자극제 위에 탄산칼슘을 분비하고 연간 약 0.1에서 0.2mm 정도의 그 층이 형성된다. 진주양식장은 일본에서 시작되었지만 그 후 담수진주를 키우는 호주나 미국으로 확대되었다. 양식의 38% 이하가 진주로 성장하며 그 중에서도 아주 적은 양이 고급진주로 분리된다. 이와 같은 이유 때문에 양식진주 제조는 담수진주에 비해 그 비용이 많이 든다. 양식진주는 X-레이 분석과 같은 전문기술로만 자연진주로부터 구별될 수 있다.

현재 양식진주는 자연에서 얻어지는 아라고나이트 자극제를 쌍각조개에 넣어 키워진다. 이와 같은 자극제는 굴조개나 조개 등의 자연 아라고나이트로 만들어진다. 조개껍질은 작은 크기의 조각으로 부숴지고 연마되어 작은 구형으로 만들어진다. 이것은 비교적 작고 강한 재료를 연마해야 하므로 고비용 공정이다. 또한 현재에 이용되고 있는 연마방법은 많은 노동력을 필요로 하고 비효율적이다. 각각의 핵(자극제)은 연마를 위해서, 텀블링(tumbling)에서 연마법에 이르기까지 여러 방법이 이용되고, 그 중에는 평행판반회전법이나 각각의 자극제를 선반형의 기구에서 일일이 연마하는 방법등이 있다. 위와 같은 방법들은 연하고 무른 무기재료를 연마하는데 문제점을 가지고 있다. 연하고 무른 재료들로 소결 전후의 무기재료나 금속을 그 예로 들 수 있다. 텀블링(tumbling)법은 적은 샘플의 손상을 가져오지만 연마 후 비구형의 샘플을 얻을 수 있는 것이 문제이다. 평행판의 반회전법은 연하고 무른 재료를 다루기엔 지나치게 강력함으로 여기서는 적당치 않다. 선반식 기구에 의한 방법은 자극제를 하나씩 처리해야 하므로 비효율적이다. 특히 뒤의 두 방법은 돌이나 볼베어링과 같은 강한 물질을 구형으로 만들기 위해 개발된 방법이다.

양식진주에 자극제의 이용은 많은 양의 조개껍질을 그 원료로 이용하게 한다. 원료로의 조개껍질의 양은 한정되어 있고 빠르게 소모되어져 가고 있다. 따라서 진주핵의 재료를 대체할 수 있는 재료의 개발이 필요하다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하고자 한다.

도 1은 본 발명의 첫번째 구현예에 따른 인공 진주 핵 제조과정을 보여주는 순서도이다.

도 2는 상기 도 1의 제조과정에서 사용되는 진동 연마기의 투시도이다.

도 3은 상기 도 1의 제조과정에서 사용되는 소결 챔버를 보여주는 투시도이다.

도 4A는 도 1에 따라 생산되는 두 가지 종자들의 현미경 사진이다.

도 4B는 도 4A의 종자들 중 하나의 부분확대도이다.

도 4C는 도 4B의 종자들 중 하나의 부분확대도이다.

본 발명은 탄산칼슘의 액상 소결 방법에 관한 것이다. 이 방법은 비표면적이 15㎡/g 이상인 탄산칼슘 분말을 부분적으로 치밀화된 성형체로 성형하고, 성형체는 5%에서 8%의 수분을 포함하도록 하고, 그리고 이와 같이 준비된 성형체를 압력처리하는 것이다. 이용되는 압력기는 진공상태와 탄산가스 분위기를 가지도록 하고 이때 탄산가스압은 600에서 700psi를 유지하도록 한다.

또한 본 발명은 진주종자(pearl seed) 제조방법에 관한 것이다. 진주종자는"핵"이라고도 하고 그 외에 양식진주를 성장시키는 것을 일컫는다. 그 제조과정은 탄산칼슘 분말로부터 성형체를 성형하고 성형체의 수분을 5-8%로 조정한 후 정방가압성형(isostatic pressing)으로 만들어지고 그 다음 소결하여 더욱 치밀화한다. 이렇게 치밀화된 탄산칼슘구는 최종 단계로써 칼슘액 속에서 텀블링(tumbling)에 의해 연마되거나 그라인딩(grinding)이나 폴리싱(polishing)하여 표면처리한다.

더 나아가 본 발명은 양식진주의 제조방법에 관한 것이다. 그 제조방법은 탄산칼슘 분말로부터 성형체를 성형하고 성형체의 수분을 5-8%로 조정한 후 정방가압성형(isostatic pressing)으로 만들어지고 그 다음 소결하여 더욱 치밀화한다. 이렇게 치밀화된 탄산칼슘구는 최종 단계로써 칼슘액 속에서 텀블링(tumbling)에 의해 연마하고 이와 같이 치밀화된 진주종자를 쌍각의 껍질과 외벽엽 사이에 넣어서 성장시킨 후 쌍각으로부터 진주를 얻는다. 이와 같은 진주의 성장은 6개월에서 3년 동안에 이루어진다.

또한 본 발명은 양식진주에 관한 것이며 이것은 소결된 탄산칼슘으로 형성된 내핵(inner nucleus)과 아라고나이트(aragonite) 판상으로 이루어진 외껍질로 이루어져 있다. 이때 외껍질은 쌍각에 의해 핵 위에 형성되는 진주층이다.

본 발명은 연(soft)하고 무른(brittle) 비구형 성형체를 구형으로 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 개조된(modified) 진동밀을 이용하고 여기서 진동밀은 진동원에 연결되어 있는 판으로 구성되어 있다. 여기서 판은 그 방향에 수직하고 실린더 모양의 셀(cell)들로 구성되어 있다. 구형 성형체는 이러한 셀에 의해 만들어진다. 비구형 성형체는 셀에서 0.5에서 1.5시간 진동연마에 의해 만들어지고 생성되는 먼지는 셀 밖으로 제거되어야 한다. 각각의 셀은 연마재로 만들어지고 셀마다 하나의 성형체를 처리하고 그 셀의 크기는 성형체 보다 커야 한다. 본 발명의 목적은 양식진주의 제조방법을 개선하는데 있다. 본 발명의 관련성과 특이성은 세부사항에서 서술한다.

본 발명 원리의 이해를 돕기 위하여 도면을 이용한 세부사항과 이용되는 용어들은 뒤에 첨부한다. 본 발명의 범위는 동 분야에 한한 연장된 응용과 설명되어지는 장치(device)의 변경 및 개조를 모두 포함한다.

본 발명은 쌍각 안에서 자라나는 양식진주의 인조 탄산칼슘핵 혹은 진주종자의 이용과 그 제조방법, 그리고 제조되는 양식진주에 관한 것이다. 진주종자의 제조공정은 도 1에 도식적으로 설명되어 있다. 진주종자는 탄산칼슘 분말을 이용해 만들어진다. 이용되는 탄산칼슘 분말은 아라고나이트(aragonite)나 칼사이트(calcite) 상 혹은 두 상의 혼합물이어야 한다. 칼사이트는 주로 석회석이나 그 침전법에 의해 얻어지거나 조개껍질의 아라고나이트에서 얻어진다. 침전법에 의해 얻어진 석회석은 진주핵 제조에는 적당하지 않다. 이것은 침전공정 중에 쓰여지는 표면 안정제 때문인데 여기서 표면 안정제는 소결공정 중에 입자 간의 반응을 저해한다. 이용되는 탄산칼슘에 함유되는 불순물의 양은 1.0% 보다 적어야 한다.

이용될 수 있는 탄산칼슘의 비표면적(BET에 의해 측정되는)은 약 15㎡/g 이고 더욱 좋은 결과는 그 비표면적이 16-18㎡/g을 갖는 분말로부터 얻어진다. 석회석이나 조개껍질과 같은 탄산칼슘의 공급원은 분쇄되어 공정에 적합한 미립의 분말 입도를 가지도록 한다. 진동밀이나 볼밀과 같은 순식분쇄가 공정에 적당하지만 재래적인 어떤 분쇄공정이라도 이용되어 질 수 있다. 습식분쇄공정 중 분산제는 나중소결공정이나 진주핵의 거동에 좋지 않은 영향을 미치므로 사용되지 않는 것이 좋다. 습식분쇄 중 현탁액의 농도는 15%(부피비) 정도가 적당하다. 이보다 높은 농도는 분쇄의 효율을 저하한다. 또한 입도 감소에 의한 현탁액 점도의 증가는 분쇄공정의 효율을 저해한다. 적당한 분쇄 시간은 20시간 정도이고, 이 시간은 분쇄방법과 분쇄제(milling media) 크기에 따라 크게 달라질 수 있다. 분쇄후 탄산칼슘 분말은 실린더 형태나 구형의 성형체로 성형된다.

탄산칼슘 분말이 습식분쇄공정에 의해 제조되는 경우, 현탁액의 수분은 가소성형이나 건식가압성형의 공정을 위해서 제거되어야 한다. 혹은 이장주입성형(slip casting)과 같은 습식성형에 의해 성형하는 경우 공정에 적당한 점도를 얻기 위해 현탁액의 수분을 조정할 수 있다.

사출성형(extrusion)에 의해 성형하는 경우 가소소지는 압착식 여과기(filter press)를 이용해 얻어진다. 적당한 가소소지의 수분은 18-22%(건조무게기준)이다. 최적의 수분량은 사용되는 사출성형기와 그 사출형(die)에 의해 결정된다. 성형체를 성형하기 위해 건식가압성형이 이용되는 경우 현탁액은 분무건조(spray drying)에 의해 건조되고 얻어지는 수분은 1.5-3.5%이다. 가압에 필요한 최적의 수분은 제조되는 진주핵의 크기에 의해 결정된다. 성형체가 이장주입성형에 의해 성형되는 경우 이장성형 중 수분이 제거되므로 따로 수분제거 공정이 필요하지 않다.

사출성형을 할 경우 탄산칼슘은 최종 진주핵 크기보다 약 1.5배 크게 둥근 막대모양으로 성형한다. 예컨데 지름이 6mm인 진주핵을 제조하기 위해서는 약 9mm의 성형체가 성형되어야 한다. 사출성형된 탄산칼슘은 수분이 약 12-15%가 되도록 건조되고 실린더 모양으로 잘라서 기본형(blank)을 만든다. 여기서 실린더는 그 지름과 높이가 같아야만 연마 후 완전한 구형의 진주핵을 만들기 쉽다. 사출성형은 균일한 내부밀도를 갖는 성형체를 제조하기 쉽기 때문에 본 발명에서 성형체를 제조하는데 이용되었다. 진주핵 내에 밀도차는 대부분 불균일한 소결체를 만들고 진주핵이 물에 들어갔을 때 불안정하게 한다.

탄산칼슘을 가압성형하는 경우에는 성형 후 실린더 형태가 그 지름과 높이가 같아지도록 분말의 양이 조정되어야 한다. 성형체 내에 밀도차가 생기지 않도록 성형체 내의 수분은 조종되어야 한다. 가압성형 중 윤활제는 소성 중 입자 간의 반응을 저해할 수 있기 때문에 쓰지 않는 것이 좋다. 실린더 모양의 초기형은 역시 최종 진주핵의 약 1.5배로 성형되어야 한다. 구형의 기본형을 제조하는 경우는 약 1.2배가 적당하다. 가압성형법으로 구형 기본형을 제조하는 경우 균밀한 내부 밀도를 갖도록 각별히 주의해야 한다.

이장주입성형은 석고나 폴리머(polymeric) 주형에 의해 이루어지며 기존의 어떤 이장법으로도 만들어질 수 있지만 특히 통상적인 고체주입법(solid-casting)이나 가압주입법(pressure casting)이 주로 쓰인다. 이장주입성형되는 경우 구형의 기본형이 만들어질 수 있고, 따라서 그 후에 이루어지는 구형의 성형체를 만들기 위한 몇몇 공정들이 생략될 수 있다.

성형체의 수분은 5-8%(건조무게지준) 사이에서 조정되어야 한다. 이러한 성형체의 수분 조절은 사출성형이나 이장주입성형된 경우에 건조에 의해 이루어지고 가압성형된 경우 가수(hydration)에 의해 얻어진다. 건조에 의한 수분 조절은 25%에서 29%의 수분을 함유한 사출성형체를 정해진 온도와 시간 동안에서 이루어진다. 여기서 건조 온도와 시간은 넓은 범위에 대해 먼저 실험한 결과에 의해 결정된다. 또 다른 방법으로는 사출성형체를 완전히 건조시킨 후 다시 수화하는 것이 있다. 재수화(re-hydrate)는 습도가 일정하게 유지되는 분위기에 성형체를 노출시키거나, 정확한 양의 물을 성형체에 첨가하는 방법으로 이루어진다. 이로써 성형체의 수분은 정방가압(isostatic)성형에 적당하도록 조정되어 진다.

수분 조절 공정이 끝나면 성형체(실린더 형태)는 그 안에 수분을 균일하게 분포시키기 위해 습기가 조절된 분위기에 24시간 동안 저장된다. 수분양이 적절하지 못하면 정방가압(isostatic) 성형 후 성형체 내에 불균일한 밀도 분포를 가져올 수 있다. 예컨데, 성형체 내에 수분이 너무 적으면 성형 중 성형체에 금(crack)이 갈 수 있다.

성형 후 모든 성형체는 치밀화된다. 여기서 성형 최종 치밀화는 습식(wet bag process)법을 이용하는 정방가압성형에 의해 이루어진다. 실린더형의 성형체를 진공백에 넣고 진공한 후 25,000psi에서 유압을 이용해 성형한다. 정방가압성형은 균일한 성형체를 얻는데 큰 역할을 하고 또한 불량 성형체의 발생률을 크게 줄일 수도 있다.

정방가압성형 공정 후 실린더형 성형체는 구형으로 만들어진다. 성형체를 구형화시키는 방법 중의 하나는 개조된 진동밀(vibration mill)이다. 여기서 개조된 진동밀은 여러 개의 실린더 혹은 연마셀(grinding cell)을 포함하는 판으로 이루어져 있다(도 2). 이와 같은 판은 고진폭(high amplitude) 진동밀에 연결된다. 각각의 연마셀(grinding cell)은 실린더형이고 그 원형의 지름이 적어도 성형체의 대각선길이(성형체의가장긴길이방향)의 1.2배가 되어야 하고 약 1.5배에서 2.5배가 적당하다. 공정에서 정형의 성형체가 적당하지만 이 공정은 비정형의 성형체에도 이용될 수 있다. 여기서 연마셀(grinding cell)은 공정 중 생성되는 먼지를 쉽게 제거할 수 있도록 만들어져야 한다. 이것은 셀 안에 쌓이는 먼지가 구형화에 문제를 일으키기 때문이다. 따라서 공정 중에 생성되는 먼지는 각각의 셀에 연결된 통로를 따라 진공펌프에 의해 제거된다. 각각 셀의 내부 벽은 샌드페이퍼(sand paper)와 같은 연마재로 처리된다. 그 적당한 크기는 60-200 메쉬(mesh) 정도이고 100-150 메쉬의 연마재 크기가 더욱 적당하다. 하지만 연마재는 사용자에 의해 결정될 수 있다. 연마셀을 밀(mill)의 중앙으로부터 적절한 거리에 위치해야 한다. 그 거리가 너무 짧으면 작은 구형을, 너무 멀면 크거나 불완전한 구형을 얻게 된다.

성형체의 모양은 균일한 크기와 특성을 갖는 실린더형이 적절하고 더 나아가 그 높이가 직경에 대해 약 0.9에서 0.95배 일 때 더 좋은 결과를 가져온다. 그 비가 1:1이면 경우에 따라 공정 후 타원형의 최종 성형체를 얻을 수 있다.

각각의 실린더형 성형체는 각각의 연마셀에 넣어지고 여기서 연마셀의 직경은 실린더형 성형체의 직경(성형체의 가장 긴 길이)에 1.5배에서 2배이다. 현연마공정으로 충분한 연마시간은 약 30분정도이며 이보다 더한 연마시간은 필요 이상으로 작은 구를 만들기 때문에 주의해야 한다. 두 판 사이에 이루어지는 기존의 구형화 방법 또한 이용될 수 있지만 추천하지는 않는다. 치밀화된 구형 성형체의 밀도는 약 2.0g/㎤ 이다. 치밀화된 구형 성형체의 직경은 약 7mm-8mm이고 따라서 각각의 성형체는 약 0.7g이다.

구형의 성형체는 높은 밀도, 경도, 내구성, 그리고 필요한 특성을 갖게 하기 위해 소결된다. 소결은 물을 이용한 액상 소결법이나 대기 중 가열에 의해 이루어진다. 재례적인 탄산칼슘 소결방법 역시 경우에 따라 이용될 수 있다. 이용되는 소결실(sintering chamber)은 도 3에 설명된다. 참고로 성형체의 성형방법은 소결방법을 결정하는데 영향을 주지 않는다. 하지만 고밀도의 균일한 내부구조를 갖는 성형체는 균일하고 비교적 결함이 없는 진주핵을 제조하는데 영향이 있다.

액상소결법은 실온에서 탄산칼슘의 용해도(solubility)에 미치는 이산화탄소 부분압의 영향을 밝혀냄으로써 개발되었다. 여기서 주의할 점은 높은 온도는 소결을 방해한다는 것이고 이것은 서술된 다른 소결방법에는 맞지 않는 것이다. 액상소결을 위해서 준비된 성형체의 수분 함량은 5%에서 8%(건조무게기준)이어야 한다. 예컨데, 액상소결은 750psi의 승압이 가능한 압력실에서 이루어지고 이때 압력실(pressure chamber)은 진공 상태와 이산화탄소 분위기를 번갈아 유지하게 하고 다시 압력실은 이산화탄소를 이용해 그 안의 압력이 600-750psi 를 유지하게 된다. 탄산칼슘은 약 800psi에서 수화탄산칼슘으로 그 상을 전환하므로 압력실 안에 이산화탄소압은 그보다 낮게 유지되어야 한다. 한편 600psi 보다 낮은 압력에서는 용해도가 낮아서 충분한 소결반응을 할 수 없기 때문에 압력실의 압력은 그보다 높게 유지되야 한다. 압력실의 압력은 약 720psi를 유지해야 한다. 소결시간은 약 15에서 24시간이다. 경우에 따라 짧은 시간에 소결이 이루어질 수도 있다. 압력실에 성형체의 수는 소결공정에 영향이 없다. 참고로 분말의 비표면적이 15㎡/g 보다 낮으면(분말 입도가 크면), 소결성은 저하한다. 또 다른 방법으로서 탄산칼슘은 그 분해 온도인 850℃ 이하에서 분위기 조절없이 소결될 수 있다. 가열에 의한 소결온도는 550℃이다 탄산칼슘을 550℃ 이상의 온도에서 소결하면 그 분해에 의해 탈색되는 등의 진주핵으로서 바람직하지 않은 성질을 갖게 한다.

소결 후, 소결체는 석회 현탁액에서 연마되고 여기서 현탁액을 제조하는 석회석은 200 메쉬 보다 작은 입도를 갖는다. 현탁액의 농도는 그 점도를 낮게 하기 위해 낮게 유지된다. 여기서 현탁액은 분산제나 연마재 없이 준비된다. 연마시간은 약 24시간이다. 연마 후 현탁액은 건조되고 그로부터 구형의 진주종자 혹은 진주핵이 얻어진다. 이와 같은 진주종자의 크기는 약 7-8mm이다. 그 크기는 필요에 따라 다르게 만들어질 수 있다. 또한 진주종자의 무게는 약 0.7g 정도이고 역시 필요에 따라 달라질 수 있다. 만들어진 진주종자의 예는 도 4A-C 에 보여진다.

보충설명으로, 제조된 성형체가 구형화 과정에 견디지 못할 만큼 약하거나 무르면(brittle) 성형체를 먼저 소결하고 그 다음 구형화한다. 이런 경우 소결체는 비교적 단단하기 때문에 연마 시간은 길어진다.

앞에서 본 발명의 기술은 몇몇의 선택된 세부사항만으로 이루어졌으므로 본 발명의 개념에 포함되는 모든 개조나 변경은 법에 의해 보호되어져야 한다.

Claims (30)

1. 하기 단계들을 포함하는 탄산칼슘체의 액상 소결 방법:

   a) 탄산칼슘 분말로부터 부분적으로 치밀화된 성형체를 성형하는 단계;

   b) 5-8%의 수분함량을 가지도록 성형체의 수분을 조절하는 단계;

   c) 압력실에 성형체를 투입하는 단계;

   d) 압력실을 진공시키는 단계;

   e) 이산화탄소를 이용하여 압력실의 압력을 조정하는 단계;

   f) 상기 e) 단계를 거친 후 압력실을 재진공시키는 단계; 및

   g) 압력실 내에 이산화탄소압이 600-850 psi가 되도록 압력을 조정하는 단계;

   여기에서 사용되는 분무의 비표면적은 15㎡/g 이상이어야 함.
2. 제 1항에 있어서, 상기 g) 단계는 15-24 시간 정도 소요됨을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 g) 단계에서 압력실은 이산화탄소를 이용하여 700-750 psi의 압력으로 유지됨을 특징으로 하는 방법.
4. 하기 단계들을 포함하는 탄산칼슘체의 액상 소결 방법:

   a) 비표면적이 15㎡/g 이상인 탄산칼슘 분말을 이용하여 성형체를 성형하는 단계;

   b) 부분적으로 치밀하게 성형체의 수분 함량을 5-8%(무게비)로 조정하는 단계;

   c) 부분적으로 치밀화된 표면을 이산화탄소의 흡착으로 코팅하는 단계; 및

   d) 650-750 psi 의 이산화탄소 분위기에서 상기 성형체를 처리하는 단계.
5. 제 4항에 있어서, 상기 d) 단계는 15-24 시간 정도 소요됨을 특징으로 하는 방법.
6. 제 4항에 있어서, 상기 c) 단계는 하기의 하위 단계들을 포함하는 것임을 특징으로 하는 방법:

   c1) 부분적으로 치밀화된 성형체를 진공처리하는 단계;

   c2) 상기 c1) 단계를 거친 후 이산화탄소를 이용하여 성형체를 가압시키는 단계; 및

   c3) 상기 c2) 단계를 거친 다음 성형체를 재진공처리하는 단계.
7. 제 4항에 있어서, 상기 분말은 방해석 및 아라고나이트로 이루어진 군에서 선택된 것임을 특징으로 하는 방법.
8. 하기 단계들을 포함하는 진주 종자의 제조방법:

   a) 탄산칼슘 분말을 이용하여 성형체를 성형하는 단계;

   b) 성형체의 수분 함량이 5-8%가 되도록 조정하는 단계;

   c) 상기 성형체를 부분적으로 치밀화시키는 단계;

   d) 탄산칼슘구를 제조하기 위한 구형화공정을 거치는 단계;

   e) 치밀화된 종자 제조를 위하여 상기 탄산칼슘 구형을 소결시키는 단계; 및

   f) 석회석 현탁액에서 치밀화된 종자를 텀블링하는 단계;

   여기에서, 치밀화된 종자의 밀도는 2g/㎤ 이고, 무게는 0.7g 임.
9. 제 8항에 있어서, 상기 분말의 비표면적이 15㎡/g 이상이고, 여기에서 상기 c) 단계는 오일 안에서 15,000 PSI 압력으로 정방가압성형(isostatic pressing)하는 단계를 더 포함하며, 상기 f) 단계는 200 메쉬 보다 작은 입도를 가지는 석회석분으로 준비된 현탁액에서의 텀블링하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
10. 제 8항에 있어서, 상기 e) 단계는 성형체를 액상 소결시키는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
11. 제 10항에 있어서, 상기 e) 단계는 하기의 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 방법:

    e1) 성형체의 수분함량이 5-8%가 되도록 조정하는 단계;

    e2) 성형체를 압력실에 투입하는 단계;

    e3) 압력실을 진공시키는 단계;

    e4) 압력실을 이산화탄소로 가압하는 단계;

    e5) 상기 e4) 단계를 거친 후 압력실을 재진공시키는 단계; 및

    e) 압력실을 600-850 psi 압력의 이산화탄소로 가압하는 단계.
12. 하기 단계들을 포함하는 양식진주의 제조방법:

    a) 탄산칼슘 분말로부터 성형체를 성형하는 단계;

    b) 성형체의 수분 함량이 5-8%가 되도록 조정하는 단계;

    c) 성형체를 부분적으로 치밀화시키는 단계;

    d) 탄산칼슘구를 제조하기 위하여 구형화시키는 단계;

    e) 치밀화된 종자를 제조하기 위하여 상기 탄산칼슘 구형을 소결시키는 단계;

    f) 석회석 현탁액에서 치밀화된 종자를 텀블링하는 단계;

    g) 치밀화된 종자를 쌍각류의 외벽엽과 껍질 사이에 삽입하는 단계;

    h) 종자 위에서 진주를 성장시키는 단계; 및

    i) 쌍각으로부터 진주를 수확하는 단계;

    여기에서, 상기 h) 단계는 2-3년간 소요되며,

    여기에서, 치밀화된 종자의 크기는 쌍각류를 자극할 수 있는 만큼의 크기를 가지고,

    여기에서, 상기 종자의 밀도는 2g/㎤ 이며,

    상기 종자의 무게는 0.7g 임.
13. 제 12항에 있어서, 상기 단계 c)의 부분적으로 치밀화하는 과정은 정방가압성형에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
14. 제 12항에 있어서, 상기 탄산칼슘은 99% 이상의 순도를 가지는 것임을 특징으로 하는 방법.
15. 제 12항에 있어서, 상기 탄산칼슘은 99.9% 이상의 순도를 가지는 것임을 특징으로 하는 방법.
16. 제 12항에 있어서, 상기 탄산칼슘 분말은 아라고나이트임을 특징으로 하는 방법.
17. 제 12항에 있어서, 상기 탄산칼슘 분말은 석회석과 아라고나이트의 혼합물임을 특징으로 하는 방법.
18. 제 17항에 있어서, 상기 탄산칼슘 분말은 석회석임을 특징으로 하는 방법.
19. 제 17항에 있어서, 상기 탄산칼슘 분말은 아라고나이트임을 특징으로 하는 방법.
20. 제 12항에 있어서, 상기 탄산칼슘구는 액상 소결됨을 특징으로 하는 방법.
21. 제 12항에 있어서, 상기 치밀화된 종자는 직경이 7-8mm 임을 특징으로 하는 방법.
22. 하기의 것들로 이루어진 양식진주:

    소결된 탄산칼슘으로 형성된 내부핵; 및

    아라고나이트 판상의 형성으로 형성된 외부 껍질, 여기에서, 외부 껍질은 쌍각에 의해 형성됨.
23. 쌍각류에 인조핵을 삽입한 후 상기 인조핵 위에서 진주층을 형성하도록 쌍각류를 양식하는 단계에 의해 생성되는 진주:

    여기에서, 상기 인조핵은 소결된 탄산칼슘임.
24. 제 23항에 있어서, 상기 탄산칼슘은 이산화탄소 분위기에서 액상 소결됨을 특징으로 하는 방법.
25. 하기의 단계들을 포함하고, 진동원에 연결된 판으로 이루어져 있으며, 그 판은 여러 개의 판에 대해 수직한 실린더 셀로 이루어져 있는 개조된 진동밀을 이용하여 구형체를 제조하는 방법:

    a) 셀에 비구형체를 투입하는 단계;

    b) 0.5 내지 1.5 시간동안 진동시키는 단계; 및

    c) 셀 안에 먼지 누적을 방지하는 단계;

    여기에서, 각 셀의 내부는 연마재로 처리되고,

    각 셀은 성형체보다 그 크기가 큼.
26. 제 25항에 있어서, 상기 비구형의 크기는 그 가장 긴 길이에 의해 결정되고, 각 셀은 그 직경으로 표시되며, 상기 직경은 가장 긴 성형체의 길이보다 1.2배 이상 긴 것임을 특징으로 하는 방법.
27. 제 25항에 있어서, 상기 연마재는 연마분의 크기에 의해 규정되고 그 크기는 60-200 메쉬임을 특징으로 하는 방법.
28. 제 27항에 있어서, 상기 연마재는 연마분의 크기에 의해 규정되고 그 크기는 100-150 메쉬임을 특징으로 하는 방법.
29. 제 25항에 있어서, 상기 셀들은 미리 정해지는 특정한 거리에 위치됨을 특징으로 하는 방법.
30. 제 26항에 있어서, 상기 직경은 성형체 크기에 대하여 1.5-2.5 배 긴 것임을 특징으로 하는 방법.