KR20120136855A - 세라믹제품 제조방법 - Google Patents

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Abstract

세라믹 제품의 내취성 확보를 위해 바인더를 제거할 필요가 없는 소결공정을 제거한 세라믹제품 제조방법을 개시한다. 세라믹제품 제조방법은 세라믹 파우더에 첨가제와 바인더를 혼합하여 세라믹 파우더 혼합물을 만들고, 세라믹 파우더 혼합물을 진공진동압축(Vacuum Vibration Press)하여 세라믹 제품을 성형하는 것을 포함한다. 세라믹 파우더는 세라믹 재료를 용융점 이상의 열을 가하여 용융하고, 상기 용융된 재료를 냉각하고, 상기 냉각된 재료를 분쇄하여 제조되는 퓨즈드(fused) 세라믹 파우더를 포함한다.

Description

세라믹제품 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING CERAMIC PRODUCT}
본 발명은 제품의 외형에 사용되는 세라믹제품을 성형하는 세라믹제품 제조방법에 관한 것이다.
세라믹제품 제조방법 내지 세라믹 공정(Ceramic Processing)은 세라믹 재료를 이용하여 가공된 세라믹 제품을 만드는 것을 말한다.
세라믹 제품은 비금속 무기물질을 원료로 하여 열처리 공정을 거쳐서 만든 제품을 말한다.
종래 세라믹 공정은 소결(sintering)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
소결은 세라믹 분말을 적당한 형상으로 성형하고 이를 가열하여 세라믹 제품이 조립화 또는 치밀화를 이루게 하고, 그 결과 강화된 세라믹 제품을 얻기 위한 과정을 의미한다.
위 강화는 세라믹 입자(particle)들이 서로의 접한 면에서 결합하고 중합하여 서로 하나의 덩어리로 고결되는 것을 의미한다.
여기서 조립화는 기공이 많은 세라믹 파우더 성형체가 가열에 의해 밀도변화 없이 입자간 결합으로 표면적이 감소되고 강도가 증가되는 것을 말하고, 치밀화는 세라믹 파우더 성형체가 가열에 의해 밀도의 증가와 함께 표면적이 감소되고 강도가 증가되는 것을 말한다.
소결을 거친 세라믹 제품은 강도를 얻을 수 있으나, 그에 의해 취성에 약한 특징을 가진다.
취성이란 외부에서 힘을 받았을 때 어떤 재료가 소성 변형을 거의 하지 아니하고 파괴되는 것을 말한다.
세라믹 제품의 취성을 개선하기 위해서 내충격성이 좋은 재료를 같이 블랜딩하면 좋지만, 소결온도에 견딜 수 있는 바인더가 존재하지 않는다.
따라서, 종래에 소결 전에 세라믹 파우더에 블랜딩된 바인더를 제거하는 디바인딩 과정을 거친다.
본 발명의 일 측면은 세라믹 제품의 내취성 확보를 위해 바인더를 제거할 필요가 없는 소결공정을 제거한 세라믹제품 제조방법을 개시한다.
본 발명의 사상에 따른 세라믹제품 제조방법은 세라믹 파우더에 첨가제와 바인더를 혼합하고, 상기 세라믹 파우더 혼합물을 진공진동압축(Vacuum Vibration Press)하여 세라믹 제품을 성형하는 것을 포함한다.
상기 세라믹 파우더는 열처리를 거친 세라믹 파우더를 포함할 수 있다.
상기 세라믹 파우더는 세라믹 재료를 용융점 이상의 열을 가하여 녹였다가 냉각하고, 이를 분쇄하여 파우더 형태로 만드는 공정을 거친 퓨즈드(fused) 세라믹 파우더를 포함할 수 있다.
상기 세라믹 파우더는 SiO2, Al2O3, SiC, ZrO2 및 크롬망간체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 상기 세라믹 제품에 색상을 구현하는 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 전이금속족을 포함할 수 있다.
상기 바인더는 폴리에스테르계, 폴리이미드계, 폴리프로필렌계 및 폴리스틸렌계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 사상에 따른 세라믹제품 제조방법은 세라믹 파우더에 첨가제와 바인더를 혼합하여 섞어 세라믹 파우더 혼합물을 형성하고, 상기 세라믹 파우더 혼합물을 진공진동압축(Vacuum Vibration Press)을 통해 제품의 형상으로 성형하여 성형품을 얻고, 상기 성형품 내의 상기 세라믹 파우더, 상기 첨가제 및 상기 바인더가 결합되도록 경화하고, 경화된 상기 성형품의 표면에 광택을 내기 위해 연마하는 것을 포함할 수 있다.
상기 방법은 세라믹 재료를 용융점 이상의 열을 가하여 용융하고, 상기 용융된 재료를 냉각하고, 상기 냉각된 재료를 분쇄하여 상기 세라믹 파우더로 만드는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 분쇄된 상기 세라믹 파우더 내의 큰 입자를 체거름을 통해 걸러 내고, 상기 세라믹 파우더 내의 금속 이물질을 제거하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 세라믹 파우더는 열처리를 거친 세라믹 파우더를 포함할 수 있다.
상기 세라믹 파우더는 세라믹 재료를 용융점 이상의 열을 가하여 녹였다가 냉각하고, 이를 분쇄하여 파우더 형태로 만드는 공정을 거친 퓨즈드(fused) 세라믹 파우더를 포함할 수 있다.
상기 세라믹 파우더는 SiO2, Al2O3, SiC, ZrO2 및 크롬망간체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 상기 세라믹 제품에 색상을 구현하는 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 전이금속족을 포함할 수 있다.
상기 바인더는 폴리에스테르계, 폴리이미드계, 폴리프로필렌계 및 폴리스틸렌계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 사상에 따른 세라믹제품 제조방법은 퓨즈드(fused) 세라믹 파우더에 바인더를 혼합하고, 상기 바인더가 혼합된 상기 퓨즈드(fused) 세라믹 파우더를 진공진동압축(Vacuum Cibrating Press)을 통해 세라믹 제품을 성형하는 것을 포함할 수 있다.
상기 퓨즈드(fused) 세라믹 파우더에 첨가제를 더 혼합하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 본 발명의 사상에 따른 세라믹제품 제조방법은 세라믹 재료를 용융점 이상의 열을 가하여 용융하고, 상기 용융된 재료를 냉각하고, 상기 냉각된 재료를 분쇄하여 세라믹 파우더로 만들고, 상기 세라믹 파우더에 바인더를 혼합하여 세라믹 파우더 혼합물을 형성하고, 상기 세라믹 파우더 혼합물을 진공진동압축(Vacuum Vibration Press)을 통해 세라믹 제품을 성형하는 것을 포함할 수 있다.
상기 방법은 분쇄된 상기 세라믹 파우더 내의 큰 입자를 체거름을 통해 걸러 내고, 상기 세라믹 파우더 내의 금속 이물질을 제거하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 세라믹 파우더에 첨가제를 더 혼합하여 상기 세라믹 파우더 혼합물을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
세라믹제품 제조과정에서 진동진공압축성형을 사용하므로 소결과정을 제거할 수 있고 세라믹 제품 성형 시 바인더를 첨가할 수 있어, 세라믹 제품의 내취성을 확보할 수 있다.
소결과정을 제거하므로 세라믹 파우더 혼합물에 다양한 첨가제를 부가할 수 있고, 이에 의해 세라믹 제품에 다양한 색상을 구현할 수 있다.
소결을 거친 세라믹 제품보다 낮은 밀도를 가져 세라믹 제품의 질량을 감소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹제품 제조방법의 과정을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹제품 제조방법에 있어서 퓨즈드(fused) 세라믹 파우더를 제조하는 과정을 도시한 블록도.
도 3a는 파우더 분급과정을 거친 세라믹 파우더를 나타낸 도면.
도 3b는 세라믹 파우더 혼합물을 나타낸 도면.
도 3c는 진공진동압축성형 단계의 성형품을 나타내는 도면.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹제품 제조방법의 과정을 도시한 블록도이다.
세라믹제품 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같이 세라믹 파우더 열처리(S100), 파우더 분급(S110), 세라믹 파우더 혼합물 제조(S120), 진공진동압축성형(S130), 경화(S140) 및 연마(S150)의 단계를 포함한다.
위 과정 외에 통상의 기술자가 부가할 수 있는 부가적인 단계를 포함할 수 있다.
세라믹제품 제조방법을 거쳐 세라믹 제품을 형성하게 되는 세라믹 파우더(10)는 세라믹 재료를 분쇄하여 얻을 수 있다.
세라믹 재료는 SiO2, Al2O3, SiC, ZrO2 및 크롬망간체를 포함할 수 있다.
세라믹 파우더 열처리(S100)는 세라믹 파우더에 열을 가하여 재료적 결함(defect) 등을 제거하기 위한 공정이다.
세라믹 파우더 열처리(S100)를 거쳐 일정하고 균일한 재료적 성질을 가진 세라믹 파우더를 세라믹제품 제조방법에 이용하여 세라믹 제품의 품질을 향상할 수 있다.
세라믹 파우더의 물성을 향상시킨 퓨즈드(fused) 세라믹을 제조하는 방법에 대해서는 도 2에서 설명하기로 한다.
세라믹 파우더 열처리(S100)를 거친 후 파우더 분급(S110) 과정을 거친다.
파우더 분급(S110)은 세라믹 파우더의 입자(particle)를 크기별로 분리하고, 원하는 크기의 입자로 이루어진 세라믹 파우더만을 세라믹제품 제조방법에 이용하기 위함이다.
세라믹 파우더의 입자의 크기가 일정해야 이에 의해 제조된 세라믹 제품 내지 세라믹 성형체가 깨지지 않고 안정한 상태가 된다.
분급된 세라믹 파우더에 첨가제(11)와 바인더(12)를 블랜딩하여 세라믹 파우더 혼합물(1)을 만드는 세라믹 파우더 혼합물 제조(S120) 단계를 거친다.
세라믹 제품의 성형을 위하여 다양한 첨가제(11)를 부가한다.
첨가제(11)는 세라믹 제품의 색상을 구현하는 첨가제를 포함한다.
첨가제(11)는 전이금속 족을 포함할 수 있다.
바인더(12)는 조립화 내지 치밀화 되지 않은 세라믹 파우더 상태에서 입자를 뭉쳐 있게 만들어 세라믹 파우더 혼합물(1)을 제품의 형상으로 성형할 수 있게 하는 물질을 말한다.
바인더(12)는 넓은 의미에서 첨가제의 일종에 속한다.
바인더(12)는 소결의 고온을 견딜 수 있는 것이 아니기에 종래 성형 후, 소결 전에 제거되는 것이 일반적으나, 본 발명은 소결과정이 제거된 세라믹제품 제조방법에 관한 것이기 때문에 바인더를 제거하는 과정이 필요없다.
바인더(12)는 세라믹 제품이 완성된 후에도 남아 세라믹 제품의 내충격성 내지 내취성을 향상하게 한다.
바인더(12)의 첨가에 의해서 본 발명에 의해 제조된 세라믹 제품은 내취성이 향상된다.
바인더(12)는 폴리에스테르계, 폴리이미드계, 폴리프로필렌계, 및 폴리스틸렌계 등을 포함할 수 있다.
제조된 세라믹 파우더 혼합물(1)을 이용하여 진동압축성형(S130)을 한다.
진공진동압축성형(S130)을 통하여 세라믹 파우더 혼합물은 세라믹 제품의 형상을 가진 성형품(2)으로 성형된다.
진공진동압축성형(S130)을 거친 성형품(2)은 소결과정을 거치지 않아도 충분한 강도를 얻게 된다.
진공진동압축성형(S130)은 기존의 압축성형을 진공상태에서 진동을 주어 실시하는 것을 말한다.
세라믹 파우더 혼합물(1)내의 파우더, 첨가제 및 바인더가 압축되면서 제품의 형상으로 성형되는 동시에 압축과 진동에 의해 입자 간의 충진율이 높아지게 된다.
진공진동압축성형(S130)은 고온의 열을 가하는 소결과정이 없기 때문에 상기 살펴본 바와 같이 바인더(12)를 첨가하는 것이 가능하다.
나아가, 소결과정에서 입자간 접합이 일어나지 않기 때문에 성형품(2)의 크기에 변화가 없다.
성형품(2)의 크기에 변화가 없어 소결 후 성형품(2)의 치수를 가공하는 과정이 필요없다.
경화(S140)는 진공진동압축성형(S130)을 마친 성형품(2)내의 세라믹 파우더(10), 첨가제(11) 및 바인더(12)가 결합하여 세라믹 제품이 적절한 강도를 가질 수 있게 하는 과정이다.
경화(S140)는 세라믹제품 제조방법에서 일반적으로 사용되는 방법을 포함한다.
연마(S150)는 성형품(2)의 표면에 광택을 내는 과정이다.
연마(S150)는 샌드페이퍼, 부직포 또는 연마제를 사용하여 연마하는 것을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹제품 제조방법에 있어서 퓨즈드(fused) 세라믹 파우더를 제조하는 과정을 도시한 블록도이다.
퓨즈드(fused) 세라믹 파우더 제조 과정은 도 1의 세라믹 파우더 열처리(S100)의 일종일 수 있다.
퓨즈드(fused) 세라믹 파우더는 세라믹 파우더 열처리(S100)를 거치지 않을 수 있다.
도 2에 도시된 과정을 거쳐 제조되는 퓨즈드(fused) 세라믹 파우더는 균질하고 결합력이 강한 구조를 가진다.
퓨즈드(fused) 세라믹 파우더를 이용하여 도 1에 도시된 세라믹제품 제조방법을 통해 성형된 세라믹 제품은 결함이 적고 강도가 우수하다.
세라믹 재료 용융(S200)은 가공되지 않은 세라믹 재료를 용광로에서 용융하는 것을 의미한다.
세라믹 재료를 용광로에 넣고 재료의 용융점 이상의 열을 가하여 재료를 녹인다.
냉각(S210)은 주형에 용융된 세라믹 재료를 넣고 식혀 단단하게 만드는 과정이다.
분쇄(S220)는 냉각된 세라믹 재료를 파우더 형태로 만드는 과정이다.
분쇄(S220)는 1차로 조경합금 재료로 1차 파쇄하고, 2차로 알루미나 볼로 볼밀링(ball milling)하는 것을 포함할 수 있다.
분쇄(S220)는 위 방법 외에 세라믹 파우더 제조에 사용되는 일반적인 분쇄방법을 포함할 수 있다.
분쇄(S220)를 거쳐 파우더 형태로 된 세라믹 파우더를 체거름(S230)을 통해 분쇄(S220)가 덜 된 큰 입자를 걸러 낸다.
체거름(S230)을 거치면 세라믹 파우더 내의 금속 이물질 등을 제거하는 불순물 제거(S240)를 거친다.
불순물 제거(S240)는 자석의 자기력을 이용하여 이물질을 제거하는 방법을 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 퓨즈드(fused) 세라믹 파우더 제조방법을 거쳐 제조된 퓨즈드(fused) 세라믹 파우더를 도 1에 도시된 세라믹제품 제조방법에 사용하는 경우 일반 열처리 과정을 거친 세라믹 파우더를 사용한 경우보다 세라믹 제품의 내취성이 더욱 증가된다.
도 3a는 파우더 분급과정을 거친 세라믹 파우더를 나타낸 도면이다.
파우더 분급(S110)을 통해 세라믹 파우더(10)의 입자가 각 크기별로 배열된다.
도 3b는 세라믹 파우더 혼합물을 나타낸 도면이다.
세라믹 파우더 혼합물(1)은 세라믹 파우더(10)에 첨가제(11) 및 바인더(12)를 첨가하여 제조된다.
첨가제(11)는 세라믹 제품에 색상을 구현하기 위한 첨가제를 포함하는 것은 앞서 살핀 바와 동일하다.
바인더(12)는 세라믹 파우더 혼합물(1)을 성형을 위해 입자를 뭉치게 하고, 세라믹 제품의 내취성을 향상시킨다.
도 3c는 진공진동압축성형 단계의 성형품을 나타내는 도면이다.
진공진동압축기(4)에 의해 세라믹 파우더 혼합물(1)이 제품의 형상을 가진 성형품(2)으로 성형된다.
성형품(2) 내의 세라믹 파우더(10), 첨가제(11) 및 바인더(12)의 높은 밀도로 충진된다.
압축성형 후 소결과정이 없어 진공진동압축기(4)에 의해 성형된 형상 및 치수대로 세라믹 제품이 성형된다.
1 : 세라믹 파우더 혼합물
2 : 성형품
10 : 세라믹 파우더
11: 첨가제
12 : 바인더
4 : 진공진동압축성형기

Claims (21)

  1. 세라믹 파우더에 첨가제와 바인더를 혼합하여 세라믹 파우더 혼합물을 만들고,
    상기 세라믹 파우더 혼합물을 진공진동압축(Vacuum Vibration Press)하여 세라믹 제품을 성형하는 것을 포함하는 세라믹제품 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 파우더는 열처리를 거친 세라믹 파우더를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹제품 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 파우더는 세라믹 재료를 용융점 이상의 열을 가하여 녹였다가 냉각하고, 이를 분쇄하여 파우더 형태로 만드는 공정을 거친 퓨즈드(fused) 세라믹 파우더를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹제품 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 파우더는 SiO2, Al2O3, SiC, ZrO2 및 크롬망간체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹제품 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 상기 세라믹 제품에 색상을 구현하는 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹제품 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 전이금속족을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹제품 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 바인더는 폴리에스테르계, 폴리이미드계, 폴리프로필렌계 및 폴리스틸렌계 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹제품 제조방법.
  8. 세라믹 파우더에 첨가제와 바인더를 혼합하여 섞어 세라믹 파우더 혼합물을 형성하고,
    상기 세라믹 파우더 혼합물을 진공진동압축(Vacuum Vibration Press)을 통해 제품의 형상으로 성형하여 성형품을 얻고,
    상기 성형품 내의 상기 세라믹 파우더, 상기 첨가제 및 상기 바인더가 결합되도록 경화하고,
    경화된 상기 성형품의 표면에 광택을 내기 위해 연마하는 것을 포함하는 세라믹제품 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    세라믹 재료를 용융점 이상의 열을 가하여 용융하고,
    상기 용융된 재료를 냉각하고,
    상기 냉각된 재료를 분쇄하여 상기 세라믹 파우더로 만드는 것을 더 포함하는 세라믹제품 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    분쇄된 상기 세라믹 파우더 내의 큰 입자를 체거름을 통해 걸러 내고,
    상기 세라믹 파우더 내의 금속 이물질을 제거하는 것을 더 포함하는 세라믹제품 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 세라믹 파우더는 열처리를 거친 세라믹 파우더를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹제품 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 세라믹 파우더는 세라믹 재료를 용융점 이상의 열을 가하여 녹였다가 냉각하고, 이를 분쇄하여 파우더 형태로 만드는 공정을 거친 퓨즈드(fused) 세라믹 파우더를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹제품 제조방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 세라믹 파우더는 SiO2, Al2O3, SiC, ZrO2 및 크롬망간체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹제품 제조방법
  14. 제8항에 있어서,
    상기 첨가제는 상기 세라믹 제품에 색상을 구현하는 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹제품 제조방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 첨가제는 전이금속족을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹제품 제조방법.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 바인더는 폴리에스테르계, 폴리이미드계, 폴리프로필렌계 및 폴리스틸렌계 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹제품 제조방법.
  17. 퓨즈드(fused) 세라믹 파우더에 바인더를 혼합하고,
    상기 바인더가 혼합된 상기 퓨즈드(fused) 세라믹 파우더를 진공진동압축(Vacuum Cibrating Press)을 통해 세라믹 제품을 성형하는 것을 포함하는 세라믹제품 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 퓨즈드(fused) 세라믹 파우더에 첨가제를 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 세라믹제품 제조방법.
  19. 세라믹 재료를 용융점 이상의 열을 가하여 용융하고,
    상기 용융된 재료를 냉각하고,
    상기 냉각된 재료를 분쇄하여 세라믹 파우더로 만들고,
    상기 세라믹 파우더에 바인더를 혼합하여 세라믹 파우더 혼합물을 형성하고,
    상기 세라믹 파우더 혼합물을 진공진동압축(Vacuum Vibration Press)을 통해 세라믹 제품을 성형하는 것을 포함하는 세라믹제품 제조방법.
  20. 제19항에 있어서,
    분쇄된 상기 세라믹 파우더 내의 큰 입자를 체거름을 통해 걸러 내고,
    상기 세라믹 파우더 내의 금속 이물질을 제거하는 것을 더 포함하는 세라믹제품 제조방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 세라믹 파우더에 첨가제를 더 혼합하여 상기 세라믹 파우더 혼합물을 형성하는 것을 특징으로 하는 세라믹제품 제조방법.
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