KR20100065709A - 밀링 장치 및 밀링 장치용 세라믹 필터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 밀링 장치는 일정 크기로 해쇄하기 위한 대상물을 저장하는 배출부; 내부에 다공성 세라믹을 구비하는 필터부를 포함하고, 상기 배출부로부터 전달받은 상기 대상물을 상기 필터부를 통과시켜 일정 크기로 해쇄하는 해쇄부; 및 상기 해쇄된 대상물을 전달받아 저장하는 저장부;를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 밀링 장치용 세라믹 필터의 제조방법은 증류수에 알루미나 분말을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계; 상기 슬러리에 가연성 제조분말을 혼합하여 캐스팅할 수 있는 점도를 유지하도록 교반하는 단계; 교반 후 상기 슬러리를 필터 몰드에 주입하며, 겔 상태의 필터로 만들기 위해 저온 가열하여 수분을 제거하는 단계; 및 상기 겔 상태의 필터를 저온 건조한 후, 상기 가연성 제조분말을 가소하고 소성시키는 단계;를 포함한다.

Description

밀링 장치 및 밀링 장치용 세라믹 필터의 제조방법{MILLING APPARATUS AND MENUFATURING METHOD OF CERAMIC FILTER THEREFOR}

본 발명은 밀링 장치 및 밀링 장치용 세라믹 필터의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 분말을 해쇄하여 일정 크기의 미쇄분말을 얻기 위한 밀링 장치 및 그 밀링 장치의 구성인 세라믹 필터의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 작은 입자크기를 갖는 미세 분말을 얻기 위해서 기계적인 분산 과정인 밀링 장치를 사용하게 되며, 현재 일반적으로 사용되고 있는 밀링 장치는 비즈를 이용하는 밀링장치 및 제트 밀 등이 있다.

여기서, 비즈를 사용하는 밀링장치는 단단하고 불활성인 비즈(세라믹 볼)를 회전하는 기기에 해쇄하고자 하는 분말 슬러리와 함께 넣어서 강한 회전력으로 회전시킨다.

이때, 강한 회전력에 의해서 비즈들간의 충돌이 발생하며, 이러한 충돌에 의해서 발생하는 전단력에 의해서 입자가 분쇄되며, 이러한 방식이 상기 비즈를 사용하는 밀링장치이다.

또한, 제트 밀은 압축 공기를 이용하여 고속으로 해쇄하고자 하는 분말을 이 젝터를 통해 투입해 내부 노즐에서 빠른 속도의 회전 운동 시 고압-고속의 공기의 운동에 의해서 해쇄가 이뤄지는 장치를 의미한다.

그러나, 종래의 비즈를 사용하는 밀링장치는 비즈를 분말로부터 균일하게 분급하는 것이 중요하므로 분급 장치가 필요하며 이것으로 인해 비즈의 크기 및 주속(로터의 회전 속도)에 한계점이 발생한다.

따라서, 로터를 일정 속도 이하 또는 일정 크기 이하로 회전시키면 비즈와 분말의 원심력 차이에 의한 분급 장치가 작동을 하지 않으므로 비즈의 순환 시스템에 문제가 발생한다.

또한, 이러한 로터를 빠른 속도로 사용하면 로터의 내면과 비즈의 충돌로 인하여 해쇄된 입자의 마모가 발생한다는 단점이 있다.

그리고, 종래의 제트 밀은 비즈를 사용하지 않으므로 비즈의 충돌에 의한 입자의 마모가 적다는 특징은 있지만 내부에서의 피드의 회전 운동 시에 발생하는 전단력이 작아 해쇄효율이 작다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술된 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 해쇄 효율이 높고 원료 표면의 마모를 줄이면서도 그 구성이 간단하여 제조 비용이 적은 밀링 장치 및 밀링 장치용 세라믹 필터의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 밀링 장치는 일정 크기로 해쇄하기 위한 대상물을 저장하는 배출부; 내부에 다공성 세라믹을 구비하는 필터부를 포함하고, 상기 배출부로부터 전달받은 상기 대상물을 상기 다공성 세라믹을 통과시켜 일정 크기로 해쇄하는 해쇄부; 및 상기 해쇄된 대상물을 전달받아 저장하는 저장부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 밀링 장치의 상기 필터부는, 다공성 알루미나 필터를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 밀링 장치의 상기 필터부에서 상기 배출부로부터 전달되는 상기 대상물의 투입구는 상기 필터부의 몸체보다 좁게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 밀링 장치의 상기 필터부에서 상기 저장부로 방출되는 상기 대상물의 방출구는 상기 필터부의 몸체보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 밀링 장치의 상기 해쇄부는 병렬 연결되는 다수의 필터부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 밀링 장치용 세라믹 필터의 제조 방법은 증류수에 알 루미나 분말을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계; 상기 슬러리에 가연성 제조분말을 혼합하여 캐스팅할 수 있는 점도를 유지하도록 교반하는 단계; 교반 후 상기 슬러리를 필터 몰드에 주입하며, 겔 상태의 필터로 만들기 위해 저온 가열하여 수분을 제거하는 단계; 및 상기 겔 상태의 필터를 저온 건조한 후, 상기 가연성 제조분말을 가소하고 소성시키는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 밀링 장치용 세라믹 필터의 제조 방법에서 증류수에 알루미나 분말을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계는 정전기적인 안정성을 가지기 위해서 산/염기를 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 밀링 장치용 세라믹 필터의 제조 방법에서 상기 가연성 제조분말은 곡물 가루를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 밀링 장치용 세라믹 필터의 제조 방법에서 상기 곡물 가루를 가소하기 위한 가소 온도는 대략 300도에서 600도 사이인 것을 특징을 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 밀링 장치용 세라믹 필터의 제조 방법에서 상기 겔 상태의 필터로 만들기 위해 저온 가열하여 수분을 제거하는 단계는, 가열 온도가 대략 100도이고 가열 시간은 대략 30분인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 밀링 장치용 세라믹 필터의 제조 방법에서 상기 가연성 제조분말을 가소하고 소성시킬 때에 소성 온도는 대략 1500도인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 밀링 장치 및 밀링 장치용 세라믹 필터의 제조 방법은 복잡한 유로를 가지는 다공성 세라믹 필터를 사용하므로 해쇄 효율이 좋고 원료 표면의 마모를 줄일 수 있으며 그 구성이 간단하므로 제조 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 밀링 장치 및 밀링 장치용 세라믹 필터의 제조 방법에 관하여 도 1 내지 도 6을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.

다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 밀링 장치를 설명하기 위한 개략도이다.

도 1을 참조하면, 밀링 장치는 배출부(110), 해쇄부(120) 및 저장부(130)를 포함한다.

배출부(110)는 일정 크기로 분쇄하기 위한 대상물을 저장하는 저장 공간을 구비하며, 상기 저장 공간의 배출구는 이송관(140)에 연결되어 이송관(140)을 통해 서 일정 속도로 해쇄부(120)를 향하여 이동하게 된다.

이때, 배출부(110)로부터 배출된 대상물은 빠른 유속을 생성시키는 유속 생성부(미도시)에 의해서 이송관(140)을 지나 해쇄부(120)로 이송하는 것이 바람직하다. 이때, 유속 생성부는 공급 노즐로부터 뿜어 들어가는 고속의 유류에 의해서 형성되는데, 이에 한정되는 것은 아니며 공기를 이용하는 에어 노즐을 설계하는 것도 가능하다.

해쇄부(120)는 배출부(110)와 이송관(140)에 의해서 연결되며, 배출부(110)로부터 대상물을 전달 받아 일정 크기로 해쇄하는 역할을 한다.

해쇄부(120)는 내부에 다공성 세라믹을 구비하는 필터부(122) 및 필터부(122)의 외부 환경에 압력을 조절하기 위한 가압부(128)를 포함할 수 있다.

필터부(122)는 다공성 알루미나(Al₂O₃)필터를 포함하는데, 상기 알루미나 필터는 알루미나 분말을 사용하여 제조한다.

여기서, 알루미나 필터는 증류수에 알루미나 분말을 혼합하여 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리에 가연성 제조분말을 혼합하여 캐스팅할 수 있는 점도를 유지하도록 교반한 슬러리 제조된다.

교반 후의 슬러리를 필터 몰드에 주입하며, 겔 상태의 필터로 만들기 위해 저온 가열하여 수분을 제거하고, 상기 겔 상태의 필터를 저온 건조한 후, 상기 가연성 제조분말을 가소하고 소성시키면, 가연성 제조분말이 가소되면서 생기는 공간에 의해서 다공성 알루미나 필터가 된다.

또한, 필터부(122)에서 배출부(110)로부터 전달되는 상기 대상물의 투입구(124)는 상기 필터부(122)의 몸체보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 필터부(122)에서 상기 저장부(130)로 방출되는 상기 대상물의 방출구(126)는 상기 필터부의 몸체보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 이송관(140)으로부터 전달되는 유체의 흐름을 보다 안정적으로 진행시킬 수 있으며, 외부로부터 충격에서 필터부(122)의 몸체보다 유리하다. 그러나, 필터부(122)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며 설계자의 의도에 따라 다양한 형상을 적용할 수 있다.

여기서, 해쇄부의 필터부(122)는 복수개가 형성될 수 있으며, 복수개의 필터부(122)가 병렬 연결로 배치될 수 있다. 따라서, 대상물이 하나의 필터부(122)를 통과하는 것이 아니라 한번에 여러개의 필터부(122)를 통과하여 해쇄되므로 해쇄 효율이 보다 증가할 수 있다.

저장부(130)는 이송관(140)을 통해서 해쇄된 대상물이 보관되는 장소를 제공한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 알루미나 필터의 내부를 설명하기 위한 내부 사시도이다.

도 2를 참조하면, 필터부(122)의 내부에서 응집된 수많은 응집체(10)들이 형성되고, 해쇄를 위한 대상물(20)들이 상기 필터(122)의 내부 공간을 지나다가 상기 응집체(10)들과 부딪치면서 입자(22)가 서로 떨어져 나가면서 대상물(20)이 작은 크기로 해쇄되게 된다(ⓐ).

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 세라믹 필터에서 부피분율과 투과성(permeability)의 상관성을 설명하기 위한 그래프이다.

도 3을 참조하면, 가로축은 직경 0.1mm의 알루미나 입자를 무작위 충진시켰을 때의 입자가 전체에 차지하는 부피 분율을 표시하였으며, 세로축은 이 값에 대응하는 투과성(permeability)의 값을 표시하였다.

이때, 투과성은 코제니-카르멘(Kozeny-Carman) 관계(relation)(1)에 의해서 계산할 수 있으며, 가로축의 부피 분율과 관계된다.

상기 방정식(1)에서 X는 투과성(permeability)을 의미하며, φ_B는 부피 분율을 의미하는 데, 부피 분율(Volume fraction of beads)의 방정식(2)에 의해서 정의된다.

상기 방정식(2)에서 도시된 바와 같이, 부피 분율은 응집체(beads)의 반경(a_B)과 몰드된 부피(V_mold)에 따라 결정된다.

이렇게 결정된 부피 분율을 코제니-카르멘(Kozeny-Carman) 관계(relation)(1)에 대입하여 투과성을 구할 수 있으며, 도 3에서 참조한 바와 같이 부피 분율이 클수록 그 투과성은 작아짐을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 세라믹 필터를 통과하는 유체의 유속과 그에 필요한 압력과의 관계를 그린 그래프이다.

도 4를 참조하면, 세로축은 유속(m/s)을 표시하였으며, 가로축은 그에 따르는 압력(atm/m)을 표시하였다. 도 4는 투과성(permeability)=30000이고 부피 분율=0.4일 때 각 유속별 필요압력을 도시한 그래프이다.

이때, 필터부(122)를 통과하는 필요 유속과 필요 압력은 다르시 법칙(Darcy's law)에 의해서 구할 수 있다.

여기서, 필요 유속(u_D)은 앞서 결정된 투과성(X)에 의해서 결정되며, 방정식(3)을 이용하여 그 수치를 구할 수 있다.

또한, 필요 유속(u_D)은 방정식(4)에 의해서 필요 압력과 관련되므로 필요 유 속(u_D)에 대응되는 필요 압력(P)을 구할 수 있다.

도 4는 이에 따라 필요 유속(u_D)과 필요 압력(P)을 구하여 도시하였으며, 두 변수의 관계는 정비례함을 알 수 있다.

따라서, 이와 같은 수치를 통해서 가압부(128)에서는 필터부(122)의 주변에 필요 압력을 가하는 역할을 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀링 시간과 응집체 크기의 변화를 도시한 그래프이다.

도 5를 참조하면, 세로축은 응집체의 초기 입도에 대한 상대적 크기 값으로 값이 작을 수록 해쇄력이 크다고 해석할 수 있다. 그리고, 가로축은 입자의 크기 만큼 해쇄되기 위해 걸린 시간값으로 무차원화된 시간이다.

그리고, 도 5에서 원은 유속이 5m/s일 때이고, 삼각형은 10m/s일 때이며, 사각형은 (15m/s)일 때를 도시한 것이다.

결과적으로 도 5에서 도시된 바와 같이, 유속이 빠를수록 해쇄되는 해쇄력은 증가하게 되며, 설계자가 응집체를 해쇄하기 위한 크기에 따라 변수를 달리하면 되므로 간단하게 응집체에 대하여 원하는 크기로 해쇄를 할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 밀링 장치는 복잡한 유로를 가지는 다공성 세라믹 필터를 사용하므로 해쇄 효율이 좋고 별도의 비즈를 사용하지 않으므로 원료 표면의 마모를 줄일 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 밀링 장치는 분급 장치등과 같은 구성이 필요 없이 필터부를 사용하므로 그 구성이 간단하여 제조 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀링 장치용 세라믹 필터의 제조 방법을 설명하기 위한 블록도이다.

도 6을 참조하면, 밀링 장치용 세라믹 필터는 증류수에 알루미나(Al₂O₃) 분말을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계(S1)를 포함한다. 이때, 알루미나 분말의 평균 입도 및 비표면적을 설계자의 의도에 따라 결정할 수 있다.

또한, 상기 단계(S1)는 일정 정도의 pH를 유지하며, 정전기적인 안정성을 가지기 위해서 산/염기를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 슬러리에 가연성 제조분말을 혼합하여 캐스팅할 수 있는 점도를 유지하도록 교반하는 단계(S2)를 포함한다. 이때, 가연성 제조분말은 밀가루와 같은 곡물 가루를 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.

여기서, 슬러리에 가연성 제조분말을 혼합하여 교반하는 방법은 볼밀링 방법을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 교반 후 상기 슬러리를 필터 몰드에 주입하며, 겔 상태의 필터로 만들기 위해 저온 가열하여 수분을 제거하는 단계(S3)를 포함한다.

이때, 겔 상태의 필터로 만들기 위해서 저온 가열하는 가열 온도는 대략 100도 정도이고, 가열 시간은 대략 30분인 것을 특징으로 할 수 있다. 그러나, 가열 온도 및 가열 시간은 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 상기 겔 상태의 필터를 저온 건조한 후, 상기 가연성 제조분말을 가소하고 소성시키는 단계(S4)를 포함한다.

이때, 상기 곡물 가루를 가소하기 위한 가소 온도는 대략 300도에서 600도 사이인 것을 특징을 한다. 따라서, 이러한 온도로 가열하면 슬러리에서 곡물 가루만이 가소되며, 곡물 가루가 위치하던 그 자리에 공간이 생긴다. 그 공간은 다공성 세라믹 필터의 다공성 공간이 된다.

그리고, 상기 가연성 제조분말을 가소하고 소성시킬 때에 소성 온도는 대략 1500도인 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 소성 온도 및 가소 온도는 상기의 온도에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 알루미나 분말을 사용하여 다공성 세라믹 필터를 제조하게 된다.

따라서, 본 실시예에 따른 밀링 장치용 다공성 세라믹 필터의 제조 방법은 그 방법이 간단하여 용이하게 제조할 수 있으며, 내부에 복잡한 유로를 가지므로 해쇄 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 밀링 장치를 설명하기 위한 개략도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 알루미나 필터의 내부를 설명하기 위한 내부 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 세라믹 필터에서 부피분율과 투과성(permeability)의 상관성을 설명하기 위한 그래프이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 세라믹 필터를 통과하는 유체의 유속과 그에 필요한 압력과의 관계를 그린 그래프이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀링 시간과 응집체 크기의 변화를 도시한 그래프이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀링 장치용 세라믹 필터의 제조 방법을 설명하기 위한 블록도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110.... 배출부 120.... 해쇄부

130.... 저장부 122.... 필터부

Claims (11)

1. 해쇄하기 위한 대상물을 저장하는 배출부;

   내부에 다공성 세라믹을 구비하는 필터부를 포함하고, 상기 배출부로부터 전달받은 상기 대상물을 상기 필터부를 통과시켜 일정 크기로 해쇄하는 해쇄부; 및

   상기 해쇄된 대상물을 전달받아 저장하는 저장부;

   를 포함하는 밀링 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 필터부는,

   다공성 알루미나 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀링 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 필터부에서 상기 배출부로부터 전달되는 상기 대상물의 투입구는 상기 필터부의 몸체보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 밀링 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 필터부에서 상기 저장부로 방출되는 상기 대상물의 방출구는 상기 필터부의 몸체보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 밀링 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 해쇄부는 병렬 연결되는 다수의 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀링 장치.
6. 증류수에 알루미나 분말을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계;

   상기 슬러리에 가연성 제조분말을 혼합하여 캐스팅할 수 있는 점도를 유지하도록 교반하는 단계;

   교반 후 상기 슬러리를 필터 몰드에 주입하며, 겔 상태의 필터로 만들기 위해 저온 가열하여 수분을 제거하는 단계; 및

   상기 겔 상태의 필터를 저온 건조한 후, 상기 가연성 제조분말을 가소하고 소성시키는 단계;

   를 포함하는 밀링 장치용 세라믹 필터의 제조방법.
7. 제6항에 있어서,

   증류수에 알루미나 분말을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계는 정전기적인 안정성을 가지기 위해서 산/염기를 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀링 장치용 세라믹 필터의 제조 방법.
8. 제6항에 있어서,

   상기 가연성 제조분말은 곡물 가루를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀링 장 치용 세라믹 필터의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 곡물 가루를 가소하기 위한 가소 온도는 대략 300도에서 600도 사이인 것을 특징을 하는 밀링 장치용 세라믹 필터의 제조 방법.
10. 제6항에 있어서,

    상기 겔 상태의 필터로 만들기 위해 저온 가열하여 수분을 제거하는 단계는, 가열 온도가 대략 100도이고 가열 시간은 대략 30분인 것을 특징으로 하는 세라믹 필터의 제조 방법.
11. 제6항에 있어서,

    상기 가연성 제조분말을 가소하고 소성시킬 때에 소성 온도는 대략 1500도인 것을 특징으로 하는 세라믹 필터의 제조 방법.

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