KR20110088910A - 독특한 기공구조를 갖는 다공질 뮬라이트 복합체의 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된 다공질 뮬라이트 복합체 - Google Patents

독특한 기공구조를 갖는 다공질 뮬라이트 복합체의 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된 다공질 뮬라이트 복합체 Download PDF

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Abstract

석탄회에 산화알루미늄(Al2O3)을 첨가하여 Al2O3/SiO2의 몰비가 1.2 - 1.8이 되도록 혼합하고, 분산매로 알코올을 사용하여 동결주조용 슬러리를 형성하는 단계; 상기 슬러리에 결합제 및 분산제를 첨가하여 교반하고 폴리머 몰드에 주입하는 단계; 상기 슬러리를 함유하는 폴리머 몰드를 하부로부터 상부로 동결이 진행하도록 동결시편을 형성하는 단계; 상기 동결된 시편을 상기 폴리머 몰드로부터 제거하고 상기 알코올을 승화건조시키는 단계; 및 상기 알코올이 증발된 시편을 500 - 700℃의 온도로 하소한 다음 1,200 - 1,500℃로 1 - 3시간 동안 가열하여 소결하는 단계를 포함하는 다공질 뮬라이트 복합체의 제조방법을 개시한다. 본 발명에 따르면, 산업폐기물의 일종인 석탄회의 고부가가치 자원창출을 위하여 3차 부틸 알코올을 이용한 동결주조 기술을 도입하여 독특한 기공구조를 갖는 다공질 세라믹복합체를 제조할 수 있으며, 산업폐자원의 재활용 및 석탄회의 유효성분을 이용한 다양한 세라믹원료의 합성, 뮬라이트의 수입대체효과, 물성향상을 위한 복합화 등을 통하여 석탄회의 이용 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

Description

독특한 기공구조를 갖는 다공질 뮬라이트 복합체의 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된 다공질 뮬라이트 복합체{Method for preparation of porous mullite composite with special pore structure and the porous mullite composite prepared by the method}
본 발명은 독특한 기공구조를 갖는 다공질 뮬라이트 복합체의 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된 다공질 뮬라이트 복합체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석탄회의 유효성분을 이용하여 다양한 세라믹원료를 합성함으로써 석탄회를 고부가가치 자원으로 효율적으로 이용할 수 있도록 한 독특한 기공구조를 갖는 다공질 뮬라이트 복합체의 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된 다공질 뮬라이트 복합체에 관한 것이다.
석탄 화력발전소에서 대량으로 발생하는 플라이애쉬 (이하 ‘석탄회’라 칭함)의 자원화는 발전소 폐기물 처리에 있어서 해결하여야만 할 가장 중요한 과제 중의 하나이다. 석탄회는 다량의 미연소 잔유물질을 함유하고 있는 무기물의 미세한 입자들로 구성되어 있다.
기존의 석탄회 재활용 기술은 시멘트 분야, 골재분야, 건축분야, 토목분야 등의 원료 성분의 분리 기술을 이용하여 건축분야에 제한적으로 사용되고 있다. 석탄회를 이용한 다공질 파인세라믹스의 제조기술은 종래에 보고된 바가 없다. 석탄회의 화학성분은 원탄의 종류에 따라 다소간의 차이가 있으나, 그 주요 성분은 Al2O3와 SiO2이다.
뮬라이트는 2성분계 Al2O3-SiO2의 좁은 조성범위에서 생성되는 안정한 중간화합물로서 상온 및 고온강도가 우수하며 높은 용융점, 낮은 열팽창, 우수한 화학적 안정성 및 크립 저항성 등의 우수한 특성을 보유하므로 고온구조재료로 각광을 받고 있다. 특히, 입자의 폭에 대한 길이의 비, 즉 종횡비(aspect ratio)가 10 이상이고 단결정인 뮬라이트 침상결정(mullite whisker)은 고온에서의 기계적 강도 및 인성이 크게 요구되는 각종 재료, 즉 세라믹 재료, 금속재료, 플라스틱 등의 지지물질(matrix materials)에 대한 강화재료로 응용될 수 있다.
오늘날 다공질 세라믹스는 용융금속의 여과, 고온단열재, 디젤엔진의 배기가스로부터 입자상의 제거, 촉매담체, 연료전지의 전극, 여러 산업공정에서 발생하는 고온 부식성 가스의 여과 등과 같은 환경 및 산업용 소재로 각광을 받고 있다. 다공질 세라믹스의 특성은 주로 기공률, 기공크기분포, 기공 성상에 의하여 좌우되므로 조성 및 미세구조를 제어함으로써 특정 용도에 적합하도록 이러한 성질을 설계하여야 한다. 다공질 세라믹스를 제조하기 위하여 많은 공정기술이 이용되고 있으나, 이들은 복제(replica), 희생 템플릿(sacrificial template), 직접 포밍 기술(direct foaming technique)로 대별된다.
희생 템플릿의 일종인 동결주조 (freeze casting)는 적은 건조수축, 폭넓은 기공제어, 비교적 높은 기계적 강도 등과 우수한 특성을 부여하는 성형기술로서 미세구조가 제어된 다공질 세라믹스의 제조를 위하여 유용하게 이용된다. 이 공정은 슬립(slip)의 조제, 몰드 내부로 슬립의 주입 및 동결, 탈형, 승화건조, 소결을 포함한다. 동결용매로서 물뿐만 아니라 용매의 종류 및 동결조건에 따라서 소결 후 다양한 미세구조가 얻어진다.
그러나 석탄회의 재활용을 통한 다공질 뮬라이트 복합체를 제조한 사례는 없고, 일반적으로 산업폐기물을 이용한 다공질 뮬라이트의 제조는 고도의 공정기술을 요구하며, 특히 뮬라이트의 조성 및 미세기공의 크기 및 성상을 특정 용도에 적합하도록 제어하는 것이 용이하지 않다는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 비교적 낮은 온도 (<40℃)에서 쉽게 증발할 수 있는 용매물질을 선정하고 동결, 승화건조, 소결조건을 제어함으로써 독특한 기공구조를 갖는 다공질 뮬라이트 복합체의 제조방법을 개발하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 산업폐기물의 일종인 석탄회를 고부가가치를 갖는 소재로 재활용하기 위하여 융점이 낮은 알코올을 이용한 동결주조 방법에 의하여 제조된 독특한 기공구조를 갖는 다공질 뮬라이트를 개발하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
석탄회에 산화알루미늄(Al2O3)을 첨가하여 Al2O3/SiO2의 몰비가 1.2 - 1.8이 되도록 혼합하고, 분산매로 알코올을 사용하여 동결주조용 슬러리를 형성하는 단계;
상기 슬러리에 결합제 및 분산제를 첨가하여 교반하고 폴리머 몰드에 주입하는 단계;
상기 슬러리를 함유하는 폴리머 몰드를 하부로부터 상부로 동결이 진행하도록 동결시편을 형성하는 단계;
상기 동결된 시편을 상기 폴리머 몰드로부터 제거하고 상기 알코올을 승화건조시키는 단계; 및
상기 알코올이 증발된 시편을 500 - 700℃의 온도로 하소한 다음 1,200 - 1,500℃로 1 - 3시간 동안 가열하여 소결하는 단계를 포함하는 다공질 뮬라이트 복합체의 제조방법을 제공한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
석탄회에 적당량의 산화알루미늄(Al2O3)을 첨가하여 Al2O3/SiO2의 몰비가 1.2 - 1.8이 되도록 혼합하고, 분산매로 알코올을 사용하여 동결주조용 슬러리를 형성하고, 상기 슬러리에 결합제 및 분산제를 첨가하여 교반하고 폴리머 몰드에 주입하고, 상기 슬러리를 함유하는 폴리머 몰드를 하부로부터 상부로 동결이 진행하도록 동결시편을 형성하고, 상기 동결된 시편을 상기 폴리머 몰드로부터 제거하고 상기 알코올을 승화건조시키고, 알코올이 증발된 시편을 500 - 700℃의 온도로 하소한 다음 1,200 - 1,500℃로 1 - 3시간 동안 가열하여 소결하여 형성된 다공질 뮬라이트를 제공한다.
본 발명에 따르면, 산업폐기물의 일종인 석탄회의 고부가가치 자원창출을 위하여 3차 부틸 알코올을 이용한 동결주조 기술을 도입하여 독특한 기공구조를 갖는 다공질 세라믹복합체를 제조할 수 있으며, 산업폐기물의 재활용 및 석탄회의 유효성분을 이용한 다양한 세라믹원료의 합성, 뮬라이트의 수입대체효과, 물성향상을 위한 복합화 등을 통하여 석탄회의 이용 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 출발물질인 석탄회의 주사전자현미경(SEM) 사진을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 산화이트륨이 도핑된 산화지르코늄이 포함된 경우(b)와 포함되지 않은 경우(a)의 XRD 패턴을 도시한 것이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따라 Al2O3/SiO2의 몰비를 각각 1.2, 1.5, 1.8로 조절하여 제조된 동결주조 소결체의 주사전자현미경(SEM) 사진을 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따라 고체 함량을 각각 40, 50, 60 중량%로 조절하여 제조된 동결주조 소결체의 주사전자현미경(SEM) 사진을 도시한다.
도 5는 다공질 동결주조물 복합체 골격의 주사전자현미경(SEM) 사진을 도시한다.
본 발명은 석탄회(플라이애쉬)로부터 산업용 소재로 널리 사용되고 있는 뮬라이트(3Al2O32SiO2)의 합성하는 방법으로 독특한 기공구조를 갖는 다공질 뮬라이트(mullite) 복합체의 제조방법을 제공한다. 석탄회의 주요 성분인 Al2O3와 SiO2를 이용하여 높은 용융점, 낮은 열팽창, 우수한 화학적 안정성 및 크립 저항성, 높은 상온 및 고온강도를 갖는 첨단 구조 세라믹재료로 널리 이용되는 뮬라이트(3Al2O32SiO2)를 합성할 수 있다.
용융금속의 여과, 고온단열재, 디젤엔진의 배기가스로부터 입자상의 제거, 촉매담체, 연료전지의 전극, 여러 산업공정에서 발생하는 고온 부식성 가스의 여과 등과 같은 환경 및 산업용 소재로 각광을 받고 있는 다공질 세라믹스를 만들기 위해 동결주조 공정을 이용하고, 기공 형성제로 높은 포화증기압(6.4KPa, 40℃)과 낮은 표면장력(15.15mN/m, 40℃)을 갖는다.
본 발명의 일 태양에 의하면, 석탄회에 적당량의 산화알루미늄(Al2O3)을 첨가하여 Al2O3/SiO2의 몰비가 1.2 - 1.8이 되도록 혼합하고, 분산매로 알코올 바람직하게는 3차 부틸 알코올을 사용하여 동결주조용 슬러리를 형성하는 단계; 상기 슬러리에 결합제 및 분산제를 첨가하여 교반하고 폴리머 몰드에 주입하는 단계; 상기 슬러리를 함유하는 폴리머 몰드를 하부로부터 상부로 동결이 진행하도록 동결시편을 형성하는 단계; 상기 동결된 시편을 상기 폴리머 몰드로부터 제거하고 상기 알코올을 승화건조시키는 단계; 및 상기 알코올이 증발된 시편을 500 - 700℃의 온도로 하소한 다음 1,200 - 1,500℃로 1 - 3시간 동안 가열하여 소결하는 단계를 포함하는 다공질 뮬라이트 복합체의 제조방법을 제공한다.
상기 슬러리를 형성하는 단계는 혼합물을 볼밀링하고 진공증발한 다음 이를 다시 볼밀링하는 것이 바람직하다. 혼합물은 고체 함량이 30 - 70 중량%인 것이 바람직하다. 본 발명의 혼합물에서 고체 함량은 다공질 뮬라이트 복합체의 기공 및 압축강도 특성을 결정짓는 중요한 역할을 한다. 고체 함량이 증가할수록 기공률은 어느 정도 감소하고, 감소할수록 기공률은 어느 정도 증가한다. 따라서 고체 함량이 30 중량% 미만인 경우에는 기공률이 너무 증가하여 바람직하지 못하고, 고체 함량이 70 중량%를 초과하는 경우에는 기공률이 너무 감소하기 때문에 바람직하지 못하다.
상기 폴리머 몰드 폼의 기공 셀의 크기 및 부피에 따라 향후 다공성 뮬라이트 복합체의 기공이 정해질 수 있으며, 폴리머 몰드는 폴리에틸렌인 것이 바람직하다.
상기 동결 시편이 형성되는 단계는 동결이 몰드의 하단면에서 시작하여 상부로 점진적으로 진행되는 것이 바람직하다. 동결주조 몰드 중간 이상의 상부로 갈수록 동결속도의 차이로 인하여 상대적으로 급속동결이 일어나는 주조시편의 하단 부분은 작은 크기의 기공들이 형성된다.
복합체 벽 외부의 큰 기공 채널과 내부의 미세기공은 선택적으로 결정된다. 동결 과정에서 형성된 3차 부틸 알코올의 고체 구조의 공간과 성상에 의하여 선택적으로 결정된다.
소결하는 단계에서 복합체 내부에 길이 방향으로 길게 기공 채널이 형성되는 것이 바람직하다. 기공은 규칙적으로 배열되고 일축 방향으로 성장되어 채널을 형성하게 되고, 동결건조와 소결조건에 의존하며 동결방향과 온도구배를 제어함으로써 배향성을 갖는 기공채널 및 기공구배를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 일 태양에 의하면, 본 발명은 석탄회에 적당량의 산화알루미늄(Al2O3)을 첨가하여 Al2O3/SiO2의 몰비가 1.2 - 1.8이 되도록 혼합하고, 분산매로 알코올을 사용하여 동결주조용 슬러리를 형성하고, 상기 슬러리에 결합제 및 분산제를 첨가하여 교반하고 폴리머 몰드에 주입하고, 상기 슬러리를 함유하는 폴리머 몰드를 하부로부터 상부로 동결이 진행하도록 동결시편을 형성하고, 상기 동결된 시편을 상기 폴리머 몰드로부터 제거하고 상기 알코올을 승화건조시키고, 알코올이 증발된 시편을 500 - 700℃의 온도로 하소한 다음 1200 - 1500℃로 1 - 3시간 동안 가열하여 소결하여 형성된 다공질 뮬라이트를 제공한다.
상기 복합체 내부에 기공이 형성되고, 결정이 일축 방향으로 성장되는 것이 바람직하다. 상기 복합체의 기공률은 65 - 72% 인 것이 바람직하다. 복합체 기공의 기공률이 65% 미만인 경우에는 제조과정에서 수축이 발생되어 기공의 크기가 너무 작고 불균일하여 바람직하지 못하고, 기공률이 72%를 초과하는 경우에는 복합체에 너무 많은 기공이 차지하게 되어 강도가 매우 약하게 되어 바람직하지 못하다.
상기 복합체의 압축강도는 12 - 23 MPa 인 것이 바람직하다. 압축강도는 기공률과 통상적으로 반비례한다. 즉 낮은 기공률이 소결 재료의 고밀도에 기인하여 높은 압축강도를 나타내게 한다. 소결온도는 1,200 - 1,500 ℃로 조절하는 것이 바람직하다. 소결온도를 높이게 되면 기공률이 감소하게 되고 수축(shrinkage)이 증가하게 되나, 압축강도는 증가시키게 된다. 반대로 소결온도를 낮추면 기공률이 증가하고 수축은 감소하나, 압축강도는 감소하게 된다.
본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 산화이트륨(Y2O3) 도핑된 산화지르코늄(ZrO2) 5 - 10 중량%를 200 메쉬 분급망 통과후 첨가하는 것이 바람직하다. 이러한 산화이트륨 도핑된 산화지르코늄을 첨가함으로써 순수 뮬라이트와 비교하여 압축강도를 증가시킬 수 있기 때문이다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하나 본 발명의 범위가 아래에 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
재료
본 발명의 실시예에 있어서 출발물질은 국내 화력발전소에서 산출되는 석탄회를 사용하였다. 출발물질로 사용한 석탄회의 SEM 사진을 도 1에 도시하였다. 도 1을 참조하면, 석탄회는 구형의 분말이 서로 독립적으로 다수 보이고 있다. 석탄회의 분석결과를 하기의 표 1에 나타내었다.
화학구성
(중량%)		 결정상 비표면적
(m2/g)		 응집입자 크기(㎛)
<30% <50% <90%
SiO2(53.83) Al2O3(23.29)
Fe2O3(5.96) MnO(0.10)
CaO(7.87) MgO(0.83)
K2O(0.99) Na2O(0.70)
P2O5(0.65) TiO2(0.85),
Ig. Loss(10.33)		 mullite,
sillimanite,
quartz


 3.82




 2.3




 8.0




 42.1
표 1을 참고하면, 석탄회는 SiO2 53.83 중량%와 Al2O3 23.29 중량%를 함유하였으며, 3.82 m2/g의 비표면적과 42.1μm (<90%)의 응집입자크기를 갖는 구상 및 판상 형상의 입자가 혼재된 규산염광물로 구성되어 있다.
실시예 1
Al2O3/SiO2의 몰비가 1.2가 되도록 부족한 양의 Al2O3 (AES-11C, Sumitomo Chemicals)를 첨가하였다. 조합분말을 3차 부틸 알코올을 분산매로 하여 볼밀링하였다. 회전진공증발한 후, 건조분말을 미분쇄하여 200 메쉬 분급망을 통과시켰다.
40 중량% 고체함량을 갖는 3차 부틸 알코올(TBA) 슬러리를 40℃에서 24시간 볼밀링(ball milling)함으로써 제조하였다. 이때 분말함량을 기준으로 하여 분산제로 시트르산(Sigma-Aldrich) 1 wt%, 결합재로 PVB (Aldrich Chemical) 0.5 wt%를 첨가하였다. 상기 슬러리를 진공 하에서 자기 교반시켜 기포를 제거한 후 상부 및 측면이 단열물질로 보호된 원통형 폴리에틸렌 몰드 내부로 주입하였다. 주입 즉시 몰드의 하단면을 0℃ 미만으로 유지시킴으로써 TBA의 동결이 하부로부터 상부로 점진적으로 진행되도록 하였다. 동결된 시편을 몰드로부터 조심스럽게 제거한 후 동결건조기(labconco 77540, Western Medics) 내에서 동결된 TBA를 승화시켰다. 유기물질을 제거하기 위하여 600℃에서 하소한 후, 1,400℃에서 2시간 최종적으로 소결하였다.
실시예 2
Al2O3/SiO2의 몰비를 1.5로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 다공질 뮬라이트 복합체를 제조하였다.
실시예 3
Al2O3/SiO2의 몰비를 1.8로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 다공질 뮬라이트 복합체를 제조하였다.
실시예 4
Al2O3/SiO2의 몰비를 1.2로 조절하고, 50 중량% 고체함량을 갖는 TBA 슬러리를 사용하여 볼밀링한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 다공질 뮬라이트 복합체를 제조하였다.
실시예 5
Al2O3/SiO2의 몰비를 1.5로 조절하고, 50 중량% 고체함량을 갖는 TBA 슬러리를 사용하여 볼밀링한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 다공질 뮬라이트 복합체를 제조하였다.
실시예 6
Al2O3/SiO2의 몰비를 1.8로 하고, 50 중량% 고체함량을 갖는 TBA 슬러리를 사용하여 볼밀링한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 다공질 뮬라이트 복합체를 제조하였다.
실시예 7
Al2O3/SiO2의 몰비를 1.2로 하고, 60 중량% 고체함량을 갖는 TBA 슬러리를 사용하여 볼밀링한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 다공질 뮬라이트 복합체를 제조하였다.
실시예 8
Al2O3/SiO2의 몰비를 1.5로 하고, 60 중량% 고체함량을 갖는 TBA 슬러리를 사용하여 볼밀링한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 다공질 뮬라이트 복합체를 제조하였다.
실시예 9
Al2O3/SiO2의 몰비를 1.8로 하고, 60 중량% 고체함량을 갖는 TBA 슬러리를 사용하여 볼밀링한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 다공질 뮬라이트 복합체를 제조하였다.
실시예 10
3몰%의 산화이트륨(Y2O3) 도핑된 산화지르코늄(ZrO2) 10 중량%를 200 메쉬 분급망 통과후 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 다공질 뮬라이트 복합체를 제조하였다.
평가 및 결과
출발물질의 조성이 다공질 미세 구조의 발달에 영향을 미치는 정도를 관찰한 결과는 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 각각 산화이트륨이 도핑된 산화지르코늄이 포함된 실시예 10(b)과 포함되지 않은 실시예 1(a)의 XRD 패턴을 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 뮬라이트 및 α-Al2O3 피크를 확인할 수 있고, SiO2 결정상은 확인할 수 없다. 또한 10 중량%의 산화이트륨이 도핑된 산화지르코늄 분말의 첨가로 인하여 정방형 및 단사정 산화지르코늄의 피크가 확인되었다. 이러한 결정상은 1,300 - 1,500℃에서 소결된 물질에 존재한다.
도 3a 내지 도 3c는 Al2O3/SiO2의 몰비를 각각 1.2, 1.5, 1.8로 조절하여 제조된 실시예 4 내지 실시예 6에 따른 동결주조 소결체의 주사전자현미경(SEM) 사진을 도시한다. 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, Al2O3/SiO2의 몰비를 각각 1.2, 1.5, 1.8로 조절한 결과 출발물질의 유사 성분으로 인하여 미세구조에는 큰 차이가 없음을 확인할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 고체 함량이 각각 40, 50, 60 중량%로 조절하여 제조된 실시예 2, 실시예 4, 및 실시예 8에 따른 동결주조 소결체의 주사전자현미경(SEM) 사진을 도시한다. 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 다공질 미세구조의 발달에 미치는 고체 함량 (40, 50, 60 wt%)의 영향을 살펴보면, Al2O3/SiO2 (몰비 = 1.5)로 고정한 결과 용매 함량이 높을수록 기공채널의 배향성이 상대적으로 떨어지는 경향을 나타내었다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다공질 동결주조물 복합체 골격의 주사전자현미경(SEM) 사진을 도시한다. 도 5를 참조하면, 부분적으로 큰 조대기공이 형성되고, 동결주조물이 일축방향으로 성장하여 배열된 구조를 나타내고 있으며, 골격 내부에 미세기공이 형성되어 있음을 확인할 수 있다.
기공률 및 압축강도
1400℃, 2시간 소결 후, 다공질 동결주조물의 기공률과 압축강도를 측정하여 공정변수와의 관계를 관찰하였고, 이를 표 2에 나타내었다. 일반적으로 고체 함량은 다공질 소결체의 기공 및 압축강도 특성을 결정짓는 중요한 역할을 한다. 미세구조에서는 뚜렷한 차이를 발견할 수 없었으나, 고체 함량이 증가할수록 기공률은 어느 정도 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 높은 초기 고체함량을 가지고 상대적으로 치밀한 다공질 소결체를 제조할 수 있다는 것을 의미한다.
실시예 기공률(%) 압축강도(MPa)
실시예 1 77.2 6.47
실시예 2 79.0 7.73
실시예 3 70.8 11.00
실시예 4 70.9 14.38
실시예 5 67.8 13.99
실시예 6 70.7 13.74
실시예 7 56.8 8.30
실시예 8 59.5 19.19
실시예 9 56.7 39.77
표 2를 참조하면, 본 발명의 다공질 동결주조물은 고체 골격 사이의 응고방향에 평행한 긴 기공과 그 내부의 미세기공을 함유한다. 따라서 슬러리의 농도가 낮을수록 TBA 고체의 증발 후 골격 사이의 간격은 보다 크게 되고 소결할 동안 보다 큰 수축을 유발할 수 있다.
본 발명은 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 석탄회에 산화알루미늄(Al2O3)을 첨가하여 Al2O3/SiO2의 몰비가 1.2 - 1.8이 되도록 혼합하고, 분산매로 알코올을 사용하여 동결주조용 슬러리를 형성하는 단계;
    상기 슬러리에 결합제 및 분산제를 첨가하여 교반하고 폴리머 몰드에 주입하는 단계;
    상기 슬러리를 함유하는 폴리머 몰드를 하부로부터 상부로 동결이 진행하도록 동결시편을 형성하는 단계;
    상기 동결된 시편을 상기 폴리머 몰드로부터 제거하고 상기 알코올을 승화건조시키는 단계; 및
    상기 알코올이 증발된 시편을 500 - 700℃의 온도로 하소한 다음 1,200 - 1,500℃로 1 - 3시간 동안 가열하여 소결하는 단계를 포함하는 다공질 뮬라이트 복합체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분산매로 사용된 알코올이 3차 부틸 알코올인 것을 특징으로 하는 다공질 뮬라이트 복합체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 슬러리를 형성하는 단계는 혼합물을 볼밀링하고 진공증발한 다음 이를 다시 볼밀링하는 것을 특징으로 하는 다공질 뮬라이트 복합체의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 혼합물은 고체 함량이 30 - 70 중량%인 것을 특징으로 하는 다공질 뮬라이트 복합체의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 폴리머 몰드는 폴리에틸렌인 것을 특징으로 하는 다공질 뮬라이트 복합체의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 동결시편을 형성하는 단계는 동결이 몰드의 하단면에서 시작하여 상부로 점진적으로 진행되는 것을 특징으로 하는 다공질 뮬라이트 복합체의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 소결하는 단계에서 복합체 내부에 길이 방향으로 길게 기공 채널이 형성되는 것을 특징으로 하는 다공질 뮬라이트 복합체의 제조방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조된 다공질 뮬라이트 복합체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 복합체 내부에 결정이 규칙적으로 배열되어 일축 방향으로 성장되는 것을 특징으로 하는 다공질 뮬라이트 복합체.
  10. 제8항에 있어서, 상기 복합체의 기공률은 65 - 72% 인 것을 특징으로 하는 다공질 뮬라이트 복합체.
  11. 제8항에 있어서, 상기 복합체의 압축강도가 12 - 23 MPa 인 것을 특징으로 하는 다공질 뮬라이트 복합체.
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