KR20160100512A - 세라믹 파우더의 성형방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세라믹 파우더의 성형방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 세라믹 파우더의 성형방법은, 과립화(granule)된 세라믹 파우더, 상기 세라믹 파우더 100중량%를 기준으로 올레인산 0.5~1.0중량%, 상기 세라믹 파우더 100중량%를 기준으로 등유 0.5~1.0중량%, 및 상기 세라믹 파우더 100중량%를 기준으로 파라핀 또는 양초분말 0.5~1.0중량%를 배합하고 혼합하는 제1단계와; 혼합된 원료를 원하는 제품의 형상에 따른 금형에 부어 성형하는 제2단계와; 성형된 제품을 건조하고 응력을 줄이기 위해 숙성시키는 제3단계와; 숙성된 제품을 일정온도에서 열처리하는 제4단계를 구비한다.

Description

세라믹 파우더의 성형방법{Method for forming of ceramic granule powder}
본 발명은 세라믹 파우더의 성형방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 대형사이즈 및 정밀한 제품을 성형하기 위한 세라믹 파우더의 성형방법에 관한 것이다.
일반적으로 혼합된 세라믹 원료를 배합하여 바인더(PVA), 윤활제 및 이형제(PEG)를 세라믹 원료와 함께 첨가하고, 1차 및 2차 볼 밀링(Ball milling)의 공정을 거쳐서 혼합된 슬러리를 적정온도에서 스프레이 드라이(Spray Dry)하게 되면 과립화된 세라믹 파우더(또는 그레률화 된 세라믹 파우더(Granule Powder))가 얻어진다.
일반적으로 산업현장에서 제조되는 그레률 파우더는 성형시 제품의 크기 및 정밀 유무와 관계없이 일률적인 바인더 및 이형제를 첨가한 형태로 생산되어 판매된다.
따라서 실제 세라믹 제품을 생산하는 세라믹 업체에서는 공급된 그레률 세라믹 파우더로 성형하여 소결하게 되면 제품 특성에 따라 불량 발생 및 제품의 질 저하를 초래한다는 문제점이 있다.
도 1은 일반적인 그레률 세라믹 파우더의 입도분석결과 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 60~100㎛ 사이즈가 요구되는 그레률 파우더의 경우 'A' 구간에서 보이는 바와 같이 40㎛ 이하의 사이즈를 가지는 미립화된 그레률파우더가 존재하게 된다. 특히 판매되는 그레률 파우더의 경우, 스프레이 드라이 장비를 이용한 그레률 파우더의 생산 제조시에 미립화된 그레률 파우더가 포함되게 된다.
특히 재료의 특성상 매우 민감하다고 여겨지는 안정화지르코니아(Stabilized Zirconia)를 이용한 세라믹 제품 생산시에는, 판매되어 공급되는 그레률 파우더를 그 제품의 특성(크기나 정밀도)에 맞게 제조하는 경우에 완성제품에 영향(성형시 에지 크랙, 파손, 라미네이션, 소결후 외형 광도, 크랙 발생 등)을 미치게 된다. 즉 미립화된 그레률 파우더의 존재에 의해 세라믹 제품의 성형시 접착력부족, 결합력 부족, 원료의 흐름성 저하, 성형후 제품의 크랙이나 파손 등의 문제점이 발생되고, 또한 성형품을 가공시에 가공성이 떨어지는 문제점이 발생된다. 또한 대형구조물의 성형시에는 에지부분이 떨어지거나 크랙발생이 두드러지게 된다.
대한민국 등록특허공보 제10-0367073(2002.12.20.)
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 극복할 수 있는 세라믹 파우더의 성형방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 그레률 세라믹 파우더의 성형시 크랙 및 파손방지가 가능한 세라믹 파우더의 성형방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 세라믹 대형구조물이나 정밀도를 요구하는 제품의 제조시에 유용한 세라믹 파우더의 성형방법을 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 구체화에 따라, 본 발명에 따른 세라믹 파우더의 성형방법은, 과립화(granule)된 세라믹 파우더, 상기 세라믹 파우더 100중량%를 기준으로 올레인산 0.5~1.0중량%, 상기 세라믹 파우더 100중량%를 기준으로 등유 0.5~1.0중량%, 및 상기 세라믹 파우더 100중량%를 기준으로 파라핀 또는 양초분말 0.5~1.0중량%를 배합하고 혼합하는 제1단계와; 혼합된 원료를 원하는 제품의 형상에 따른 금형에 부어 성형하는 제2단계와; 성형된 제품을 건조하고 응력을 줄이기 위해 숙성시키는 제3단계와; 숙성된 제품을 일정온도에서 열처리하는 제4단계를 구비한다.
상기 제3단계에서 건조는 24시간 동안 30~40℃의 습기가 없는 건조실에서 수행되고, 숙성은 성형된 제품의 내부 응력을 줄이기 위해 24시간동안 수행될 수 있다.
상기 제4단계의 열처리는 65~100℃ 의 열처리 온도에서 30~90분 동안 수행될 수 있다.
상기 세라믹 파우더는 안정화지르코니아(Stabilized Zirconia)의 과립화(granule)된 파우더일 수 있다.
본 발명에 따르면, 과립화된 세라믹 파우더에 미립화된 파우더가 존재한다고 하여도, 본 발명에 따라 첨가되는 올레인산, 등유, 파라핀 또는 양초분말 등으로 인하여, 미립화된 파우더에 따라 완성된 세라믹 제품에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 즉 미립화된 그레률 파우더의 존재에 의해 세라믹 제품의 성형시 접착력부족, 결합력 부족, 원료의 흐름성 저하, 성형후 제품의 크랙이나 파손 등의 문제점 발생을 최소화 할 수 있다. 이에 따라, 가공성이 좋아져 대형구조물이나 정밀 제품 제조가 용이하게 된다.
도 1은 도 1은 일반적인 그래률 파우더의 입도분석결과 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 파우더의 성형방법을 나타낸 공정순서도이고,
도 3은 도 2를 통해 성형과정에서의 세라믹 제품의 내부구조도이고,
도 4는 도 2를 통해 열처리 과정을 거친 세라믹 제품의 내부구조도이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 파우더의 성형방법을 나타낸 공정순서도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 파우더의 성형방법은, 제1단계인 혼합단계(S110), 제2단계인 성형단계(S112), 제3단계인 숙성단계(S114) 및 제4단계인 열처리 단계(S116)를 구비한다.
상기 혼합단계(S110)는 과립화(granule)된 세라믹 파우더(또는 그레률 세라믹 파우더)와, 상기 세라믹 파우더 100중량%를 기준으로 올레인산 0.5~1.0중량%와, 상기 세라믹 파우더 100중량%를 기준으로 등유 0.5~1.0중량%, 및 상기 세라믹 파우더 100중량%를 기준으로 파라핀 또는 양초분말 0.5~1.0중량%를 배합하고 혼합하는 단계이다.
상기 세라믹 파우더는 안정화지르코니아(Stabilized Zirconia)의 과립화(granule)된 파우더일 수 있다.
상기 올레인산은 상기 세라믹 파우더들의 윤활성을 보강하기 위한 것이고, 배합비율이 많아지면 세라믹 파우더들의 결합력을 떨어뜨리므로 0.5~1.0중량%를 첨가하는 것이 적절하다.
상기 등유는 상기 세라믹 파우더들의 윤활성 보강과 세라믹 파우더들의 성형시 높은 압력이 가해지는 경우에 마찰계수를 감소시키는 역할을 수행하기 위한 것으로 세라믹 파우더들의 결합력이 떨어지지 않는 범위인 0.5~1.0중량%를 첨가하게 된다.
상기 올레인산 및 등유는 모두 상기 세라믹 제품의 성형시 높은 압력에 의한 금형과 성형체 사이의 마찰에 의한 응력을 방지하고, 성형후 성형체의 내부 응력에 의한 소결 및 가공시 크랙 및 파손을 방지하기 위한 것이다.
상기 파라핀 또는 양초 분말은 분쇄기를 통해 초미립 상태로 분쇄하여 사용하며, 상기 세라믹 파우더의 평균사이즈와 비슷하거나 약간 큰 사이즈 정도로 분쇄하여 첨가하게 된다. 상기 파라핀 또는 양초 분말은 후공정인 열처리 공정에서 상기 세라믹 파우더를 코팅하여 세라믹 제품의 성형시에 에지크랙, 파손, 크랙발생등을 최소화할 수 있게 된다.
상기 세라믹 파우더, 올레인산, 등유, 파라핀 또는 양초분말을 배합하고 믹서(V-mixer) 등 혼합기를 이용하여 3~5분 동안 혼합하게 된다. 혼합시간이 5분을 초과하는 경우에는 상기 과립화된 세라믹 파우더가 깨지는 현상이 발생되고, 3분 미만인 경우에는 혼합이 완전히 이루어지는 않는 현상이 발생될 수 있다.
상기 성형단계(S112)는 상기 혼합단계(S110)에서 혼합된 혼합원료를 원하는 제품의 형상에 따른 금형에 부어 성형한다.
성형압력은 0.8~1.0 ton/㎠ 이 적정하고 이 범위를 벗어나는 경우에는 높은 압력에 의해 제품에 응력이 발생하여 소결시 크랙 및 파손현상이 발생되게 된다.
상기 숙성단계(S114)는 상기 성형단계(S114)를 통해 성형된 제품을 건조하고 응력을 줄이기 위해 숙성시키는 단계이다.
상기 숙성단계(S114)에서의 건조는 상기 성형단계의 성형제품을 24시간 동안 30~40℃의 습기가 없는 건조실에서 수행될 수 있다. 그리고, 숙성은 성형된 제품의 내부 응력을 줄이기 위해 24시간동안 상온에서 어떤 처리도 없이 방치하는 형태로 수행될 수 있다. 상기 숙성은 세라믹 제품의 성형시에는 세라믹 파우더들이 결합하면서 높은 압력에 의한 내부응력이 발생되게 되고, 이러한 내부응력은 일정시간이 지나면 자연스럽게 풀어지게 되므로, 자연스럽게 내부응력이 풀어지고 제거되도록 24시간동안 숙성과정을 거치게 된다.
상기 열처리 단계(S116)는 상기 숙성단계(S114)를 통해 숙성된 제품을 일정온도에서 열처리하는 단계이다.
상기 열처리 단계(S116)에서의 열처리는 상기 파라핀 또는 양초분말의 녹는 온도인 70℃ 정도를 포함하여 보다 더 높은 범위인 65~100℃ 의 열처리 온도에서 30~90분 동안 수행될 수 있다.
상기 열처리를 수행하게 되면, 성형된 제품 내에 포함되어 있던 파라핀 또는 양초분말이 녹아 액체화되면서 제품 전체에 골고루 퍼지게 되어 세라믹 파우더를 감싸는 형태를 가지게 된다.
즉 성형단계(S114)를 거친 세라믹 제품은 도 3에 도시된 바와 같이, 세라믹 파우더(100)들 사이에 파라핀 또는 양초분말(200)이 섞여 있는 상태를 가지나, 상기 열처리 단계(S116)를 거치게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 파라핀 또는 양초분말이 녹아 액체화되면서 액상의 파라핀 또는 양초(200a)가 세라믹 파우더(100)들 사이에 퍼지게 되어 세라믹 파우더(100)를 감싸는 형태를 가지게 된다.
이때는 파라핀 또는 양초분말 뿐 아니라 첨가된 올레인산 및 등유 또는 세라믹 제품 전체에 골고루 확산되게 되어 우수한 그린바디를 가지는 세라믹 제품의 생산이 가능해지게 된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 과립화된 세라믹 파우더에 미립화된 파우더가 존재한다고 하여도, 본 발명에 따라 첨가되는 올레인산, 등유, 파라핀 또는 양초분말 등으로 인하여, 미립화된 파우더에 따라 완성된 세라믹 제품에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 즉 미립화된 그레률 파우더의 존재에 의해 세라믹 제품의 성형시 접착력부족, 결합력 부족, 원료의 흐름성 저하, 성형후 제품의 크랙이나 파손 등의 문제점 발생을 최소화 할 수 있다. 이에 따라, 가공성이 좋아져 대형구조물이나 정밀 제품 제조가 용이하게 된다.
상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.
100 : 세라믹 파우더 200 : 파라핀 또는 양초분말

Claims (4)

  1. 세라믹 파우더의 성형방법에 있어서:
    과립화(granule)된 세라믹 파우더, 상기 세라믹 파우더 100중량%를 기준으로 올레인산 0.5~1.0중량%, 상기 세라믹 파우더 100중량%를 기준으로 등유 0.5~1.0중량%, 및 상기 세라믹 파우더 100중량%를 기준으로 파라핀 또는 양초분말 0.5~1.0중량%를 배합하고 혼합하는 제1단계와;
    혼합된 원료를 원하는 제품의 형상에 따른 금형에 부어 성형하는 제2단계와;
    성형된 제품을 건조하고 응력을 줄이기 위해 숙성시키는 제3단계와;
    숙성된 제품을 일정온도에서 열처리하는 제4단계를 구비함을 특징으로 하는 세라믹 파우더의 성형방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3단계에서 건조는 24시간 동안 30~40℃의 습기가 없는 건조실에서 수행되고, 숙성은 성형된 제품의 내부 응력을 줄이기 위해 24시간동안 수행됨을 특징으로 하는 세라믹 파우더의 성형방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제4단계의 열처리는 65~100℃ 의 열처리 온도에서 30~90분 동안 수행됨을 특징으로 하는 세라믹 파우더의 성형방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 세라믹 파우더는 안정화지르코니아(Stabilized Zirconia)의 과립화(granule)된 파우더임을 특징으로 하는 세라믹 파우더의 성형방법.
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