KR20160137631A - 세라믹 산화물 바디, 이의 제작 방법, 및 유리 시트의 제조방법 - Google Patents

세라믹 산화물 바디, 이의 제작 방법, 및 유리 시트의 제조방법 Download PDF

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Abstract

세라믹 산화물 바디는 개시된다. 상기 세라믹 산화물 바디는 용융 주조 산화알루미늄 분말, 미세 산화알루미늄 분말 및 산화티타늄 분말을 포함할 수 있다.

Description

세라믹 산화물 바디, 이의 제작 방법, 및 유리 시트의 제조방법 {CERAMIC OXIDE BODY, METHOD OF MANUFACTURING THEREOF, AND METHOD OF MANUFACTURING GLASS SHEET}
본 출원은 2014년 3월 27일자에 출원된 미국 가 특허출원 제61/970,974호의 우선권을 주장하며, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 혼입된다.
본 개시는 일반적으로 세라믹 산화물 바디 (ceramic oxide body), 세라믹 산화물 바디의 제조방법, 및 유리 시트의 제조방법에 관한 것이다.
알루미나 물질은 모든 종류의 적용에 대해 내화물 (refractory)로서 사용된다. 알루미나는 일반적으로 상대적으로 높은 열전도도 (20℃에서 측정된 경우 약 40 W/mㆍK)를 갖는다. 그러나, 열전도도가 고유 특성이긴 하지만, 알루미나의 열전도도는 다공도 (porosity), 입도 크기 (grain size), 및 결함의 밀도와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 기술분야의 당업자에게 알려진 외부 파라미터에 부가적으로 의존할 수 있다.
예로서, 고밀도 알루미나 (dense alumina)에 대하여, 열전도도는 높지만, 열 충격 성능 및 절삭성 (machinability)은 좋지 않다. 더욱이, 다공성 알루미나의 형성 및 기계가공은 알루미나의 다공도가 내화물의 기계적인 신뢰성 (mechanical integrity)에 역효과를 받을 정도로 충분히 낮지 않은 한 더 쉬울 수 있다. 그러나, 다공성 알루미나의 열전도도는 일반적으로 낮다. 알루미나의 열전도도는 부가적으로 순도에 의해 영향받을 수 있다.
다음은 본 개시의 간단한 요약을 나타내어 상세한 설명에 기재된 몇몇 실시 관점들의 기초적인 이해를 제공한다.
본 개시의 제1 관점에서, 세라믹 산화물 바디는 용융 주조 산화알루미늄 분말 (fused cast aluminum oxide powder), 미세 산화알루미늄 분말 및 산화티타늄 분말을 포함한다.
제1 관점의 일 실시 예에서, 용융 산화알루미늄 분말은 세라믹 산화물 바디의 약 10 wt% 내지 약 50 wt%의 범위를 포함한다.
제1 관점의 다른 실시 예에서, 상기 미세 산화알루미늄 분말은 세라믹 산화물 바디의 약 10 wt% 내지 약 50 wt%의 범위를 포함한다.
제1 관점의 또 다른 실시 예에서, 상기 용융 주조 산화알루미늄 분말은 약 44 microns 내지 약 700 microns 범위에서 입자 크기 분포를 포함한다.
제1 관점의 또 다른 실시 예에서, 상기 세라믹 산화물 바디는 약 11.4% 내지 약 21.3% 범위의 다공도를 포함한다.
제1 관점의 추가 실시 예에서, 상기 세라믹 산화물 바디는 200℃에서 약 10 W/mㆍK 내지 약 14.5 W/mㆍK의 범위에서 열전도도를 포함한다.
제1 관점의 부가적인 실시 예에서, 상기 세라믹 산화물 바디는 1200℃에서 약 4 W/mㆍK 내지 약 5.81 W/mㆍK의 범위에서 열전도도를 포함한다.
제1 관점의 다른 실시 예에서, 형성 장치는 상기 세라믹 산화물 바디를 포함한다.
제1 관점은 단독 또는 전술된 제1 관점의 실시 예들 중 하나 또는 어떤 조합과 조합하여 제공될 수 있다.
제2 관점에서, 세라믹 산화물 바디의 제조방법은 용융 주조 산화알루미늄 분말, 미세 산화알루미늄 분말 및 산화티타늄 분말을 포함하는 혼합물을 배칭하는 (batching) 단계, 혼합물을 형성하는 단계, 및 세라믹 산화물 바디를 형성하기 위해 상기 형성된 혼합물을 소성하는 단계를 포함한다.
제2 관점의 하나의 실시 예에서, 상기 용융 주조 산화알루미늄 분말은 세라믹 산화물 바디의 약 50 wt% 내지 약 99.5 wt%의 범위를 포함한다.
제2 관점의 또 다른 실시 예에서, 상기 미세 산화알루미늄 분말은 세라믹 산화물 바디의 약 10 wt% 내지 약 50 wt%의 범위를 포함한다.
제2 관점의 또 다른 실시 예에서, 상기 용융 주조 산화알루미늄 분말은 약 44 microns 내지 약 700 microns의 범위에서 입자 크기 분포를 포함한다.
제2 관점의 또 다른 실시 예에서, 상기 세라믹 산화물 바디는 약 11.4% 내지 약 21.3%의 범위에서 다공도를 포함한다.
제2 관점의 또 다른 실시 예에서, 상기 세라믹 산화물 바디는 200℃에서 약 10 W/mㆍK 내지 약 14.5 W/mㆍK의 범위에서 열전도도를 포함한다.
제2 관점의 또 다른 실시 예에서, 상기 세라믹 산화물 바디는 1200℃에서 약 4 W/mㆍK 내지 약 5.81 W/mㆍK의 범위에서 열전도도를 포함한다.
제2 관점의 또 다른 실시 예에서, 상기 혼합물은 슬립 캐스팅 (slip casting), 건식 프레싱, 냉간 등압 프레싱 (cold isostatic pressing), 고온 프레싱, 고온 등압 프레싱, 사출성형 및 테이프 캐스팅으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법으로부터 형성된다.
제2 관점의 또 다른 실시 예에서, 상기 소성은 약 1550℃ 내지 약 1650℃에서 수행된다.
제2 관점은 단독 또는 전술된 제2 관점의 실시 예들 중 하나 또는 어떤 조합과 조합하여 제공될 수 있다.
제3 관점에서, 유리 시트의 제조방법은 용융 주조 산화알루미늄 분말, 미세 산화알루미늄 분말, 및 산화티타늄 분말을 포함하는, 세라믹 산화물 바디를 사용하여 유리 시트를 형성하는 단계를 포함한다.
제3 관점의 하나의 실시 예에서, 상기 세라믹 산화물 바디의 적어도 일부는 가열 블록으로부터 열에너지를 수신한다.
제3 관점의 또 다른 실시 예에서, 상기 세라믹 산화물 바디는 약 11.4% 내지 약 21.3%의 범위에서 다공도를 포함한다.
제3 관점은 단독 또는 전술된 제3 관점의 실시 예들 중 하나 또는 어떤 조합을 조합하여 제공될 수 있다.
하기 상세한 설명을 수반되는 도면을 참조하여 판독하는 경우, 본 개시의 이들 및 다른 관점들, 장점들, 및 현저한 특색들은 더 잘 이해될 것이다:
도 1은 본 개시의 구체 예에 따른 형성 장치를 포함하는 유리 형성 장치의 실시 예를 예시하는 개략도이다.
도 2는 도 1의 선 2-2를 따른 형성 장치의 단면 확대 사시도이다;
도 3은 도 1의 선 2-2를 따른 형성 장치의 단면 확대 정면도이다;
도 4는 세라믹 산화물 바디를 제조하는 방법에서 실시 단계를 예시하는 개략적인 흐름도이다; 및
도 5는 유리 시트를 제조하는 방법에서 실시 단계를 예시하는 개략적인 흐름도이다.
이하 실시 예들은 실시 구체 예들이 나타난 수반되는 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 기재될 것이다. 가능한 한, 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 부품을 나타내는 것으로 도면 내내 사용된다. 관점들은 많은 다른 형태에서 구체화될 수 있지만, 여기에 서술된 구체 예에 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다.
여기에 사용된 용어는 오직 특정 구체 예를 묘사하기 위한 것이지, 본 개시를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 여기에 사용된 바와 같은, 용어들의 "단수"는, 특별한 언급이 없는 한, 적어도 하나 또는 하나 이상을 의미한다. 용어 "포함" 및/또는 "포함하는"은, 본 명세서에 사용된 경우, 명시된 특색들, 정수들, 단계들, 작동들, 요소들, 및/또는 성분들의 존재를 구체화하는 것이지, 하나 이상의 다른 특색들, 정수들, 단계들, 작동들, 요소들, 성분들, 및/또는 이의 그룹의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아닌 것으로 또한 이해될 것이다. 또한, 용어 "분말"은 오직 하나의 단일 분말인 것을 의미하는 것이 아닌 것으로 이해될 것이다. 대신에, 용어 "분말"은 다수의 분말들이 응집 상태인 것으로 해석되어야 한다. 본 문맥에서, "분말" 및 "입자"는 동일한 특색을 나타내는 것으로 고려된다. 예를 들어, 입자 크기 분포에서 용어 "입자"는 "분말" 크기 분포와 실질적으로 동일한 것으로 해석된다. 용어 "유리 리본"은 형성 장치로부터 인발되고, 유리 두께가 변화되기에 충분한 낮은 점도를 갖는 유리를 의미한다. 용어 "유리 시트"는, 유리 시트의 두께가 더 변화되지 않을 수 있도록, "유리 리본"과 비교하여 더 높은 점도를 갖는, 형성 장치로부터 제작된 유리를 의미한다. "미세 산화알루미늄 분말"에서 용어 "미세"는, 미세 산화알루미늄 분말보다 전체적으로 더 큰 분말 크기를 포함하는, "용융 주조 산화알루미늄 분말"에 대한 것으로 해석되어야 하는 것으로 또한 이해될 것이다.
본 논의의 목적을 위하여, "COB"는, 10시간 동안 1580℃에서 충분히 건조된 바디의 소성 후에 획득된 세라믹 산화물 바디를 의미한다.
도 1은 유리 시트로 후속 가공을 위해 유리 리본 (103)을 퓨전 인발하기 위한 유리 형성 장치 (101)의 개략도를 예시한다. 예시된 유리 형성 장치 (101)는, 비록 다른 퓨전 형성 장치가 또 다른 실시 예에 제공될 수 있을지라도, 퓨전 인발 장치를 포함한다. 유리 형성 장치 (101)는 저장빈 (storage bin: 109)으로부터 배치 물질 (107)을 수신하도록 구성된 용융 용기 (또는 용융 가열로) (105)를 포함할 수 있다. 배치 물질 (107)은 모터 (113)에 의해 구동된 배치 전달 장치 (111)에 의해 도입될 수 있다. 선택적인 조절장치 (115)는 모터 (113)를 작동시키도록 구성될 수 있어, 화살표 (117)에 의해 나타낸 바와 같이, 용융 용기 (105)로 원하는 양의 배치 물질 (107)을 도입한다. 유리 금속 프로브 (119)는 스탠드파이프 (123) 내에서 유리 용융물 (또는 용융 유리) (121) 수준을 측정하고, 통신선 (125)을 경유하여 조절장치 (115)로 측정된 정보를 전달하는데 사용될 수 있다.
유리 형성 장치 (101)는 또한 용융 용기 (105)의 다운스트림에 위치되고, 및 제1 연결관 (129)을 경유하여 용융 용기 (105)에 유동적으로 연결된, 청징관와 같은, 청징 용기 (127)를 포함할 수 있다. 교반 챔버와 같은, 혼합 용기 (131)는 또한 상기 청징 용기 (127)의 다운스트림에 위치될 수 있다. 볼 (bowl)과 같은, 전달 용기 (133)는, 혼합 용기 (131)의 다운스트림에 위치될 수 있다. 나타낸 바와 같이, 제2 연결관 (135)은 혼합 용기 (131)에 청징 용기 (127)을 연결할 수 있고, 제3 연결관 (137)는 전달 용기 (133)에 혼합 용기 (131)를 연결할 수 있다. 더욱 예시된 바와 같이, 하강관 (139)은 전달 용기 (133)로부터 형성 장치 (143)의 주입구 (141)로 유리 용융물 (121)을 전달하도록 위치될 수 있다. 나타낸 바와 같이, 용융 용기 (105), 청징 용기 (127), 혼합 용기 (131), 전달 용기 (133), 및 형성 장치 (143)는 유리 형성 장치 (101)을 따라 직렬로 위치될 수 있는 유리 용융 스테이션 (glass melt station)의 예이다.
용융 용기 (105)는, 내화 (예를 들어, 세라믹) 벽돌과 같은, 내화재 (refractory material)로부터 만들어질 수 있다. 유리 형성 장치 (101)는 백금 또는 백금-로듐, 백금-이리듐 및 이의 조합과 같은 백금-함유 금속으로부터 통상적으로 만들어진 성분을 더욱 포함할 수 있지만, 또한 몰리브덴, 팔라듐, 레늄, 탄탈륨, 티타늄, 텅스텐, 루테늄, 오스뮴, 지르코늄, 및 이의 합금 및/또는 이산화지르코늄 또는 산화알루미늄과 같은 이러한 내화 금속 (refractory metals)을 포함할 수 있다. 백금-함유 성분은, 제1 연결관 (129), 청징 용기 (127) (예를 들어, 청징관), 제2 연결관 (135), 스탠트파이프 (123), 혼합 용기 (131) (예를 들어, 교반 챔버), 제3 연결관 (137), 전달 용기 (133) (예를 들어, 볼), 하강관 (139) 및 주입구 (141) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 형성 장치 (143)는, 내화물과 같은, 세라믹 물질로부터 만들어지고, 유리 리본 (103)을 형성하도록 설계된다.
유리 형성 장치 (101)는 도 1 및 2에 개략적으로 예시된 하나 이상의 가열 모듈 (151)을 더욱 포함할 수 있다. 가열 모듈 (151)은 유리 형성 장치 (101)의 일부에 열에너지의 형태로 열을 제공하기 위해 다양한 위치에 위치될 수 있어, 유리 리본을 간접적으로 가열하거나 및/또는 상기 유리 리본을 직접적으로 가열하도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 가열 모듈 (151)은 에지 디렉터 (edge director) (223)에 걸쳐 통과하는 유리 리본 (103)의 에지를 간접적으로 가열하기 위해 및/또는 에지 디렉터에 걸쳐 통과하는 유리 리본의 에지를 직접적으로 가열하기 위해, 에지 디렉터 (223) (도 2 참조)를 가열하도록 구성된 에지 디렉터 가열 모듈 (153a, 153b)을 포함할 수 있다. 이러한 실시 예에서, 에지 디렉터 가열 모듈 (153a, 153b)은 각각의 에지 디렉터에 원하는 열을 제공하기 위해 독립적으로 작동될 수 있다.
도 1에서 나타낸 바와 같이, 또 다른 실시 예에서, 일련의 가열 모듈 (155a-e)은 인발 유리 리본을 직접적으로 가열하기 위해 가열 축을 따라 일정하게 이격될 수 있다. 이러한 실시 예에서, 가열 모듈 (155a-e)은 가열 축을 지나가는 유리 리본의 측면 범위를 적절하게 가열하기 위해 가열 축을 따라 원하는 열 프로파일 (heat profile)을 제공하도록 독립적으로 작동될 수 있다.
몇몇 실시 예에서, 따라서, 하나 이상의 가열 모듈 (151)은 형성 장치 (143)의 일부 및/또는 상기 형성 장치 (14)로부터 인발될 유리 리본에 열복사 (heat radiation)를 직접적으로 또는 간접적으로 투사하기 위해 형성 장치 (143) 근처에 위치될 수 있다. 다른 경우에서, 하나 이상의 가열 모듈 (151)은 용융 용기 (105), 청징 용기 (127), 혼합 용기 (131), 또는 전달 용기 (133)와 같은 어떤 유리 용융 스테이션 근처에 위치될 수 있다. 또 다른 경우에서, 하나 이상의 가열 모듈 (151)은 용융 유리 (121)에 열을 제공할 수 있다.
도 2는 도 1의 선 2-2를 따른 형성 장치 (143)의 단면 확대 사시도이다. 나타낸 바와 같이, 형성 장치 (143)는 홈통 (201)의 대립 측면을 한정하는 제1 웨어 (203) 및 제2 웨어 (205)를 포함하는 한 쌍의 웨어에 의해 적어도 부분적으로 한정된 홈통 (201)을 포함할 수 있다. 형성 장치 (143)은, 형성 웨지 (forming wedge) (211)의 대립 말단들 사이에서 연장하는 한 쌍의 하방으로 경사진 형성 표면부 (213, 215)를 포함하는 형성 웨지 (211)을 더욱 포함할 수 있다. 한 쌍의 하방으로 경사진 형성 표면부 (213, 215)는 다운스트림 방향 (217)을 따라 모여서 루트 (root) (219)를 형성한다. 인발 평면 (221)은 루트 (219)를 통해 연장되고, 여기서 상기 유리 리본 (103)은 인발 평면 (221)을 따라 다운스트림 방향 (217)으로 인발될 수 있다. 나타낸 바와 같이, 인발 평면 (221)은, 비록 인발 평면 (221)이 루트 (219)에 대하여 다른 배향으로 연장될 수 있을지라도, 루트 (219)를 이등분할 수 있다.
형성 장치 (143)는 선택적으로 한 쌍의 하방으로 경사진 형성 표면부 (213, 215) 중 적어도 하나와 교차하는 하나 이상의 에지 디렉터 (223)를 제공할 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 하나 이상의 에지 디렉터는 하방으로 경사진 형성 표면부 (213, 215) 모두와 교차할 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 에지 디렉터는 형성 웨지 (211)의 각각의 대립 말단에 위치될 수 있고, 여기서 상기 유리 리본 (103)의 에지는 에지 디렉터 (223)를 벗어나 흐르는 용융 유리에 의해 형성된다. 예를 들어, 도 2에서 나타낸 바와 같이, 에지 디렉터 (223)는 제1 대립 말단 (225)에 위치될 수 있고, 제2 동일한 에지 디렉터 (도 2에 도시되지 않음)는 제2 대립 말단 (227) (도 1에서 (223) 참조)에 위치될 수 있다. 각 에지 디렉터 (223)는 하방으로 경사진 형성 표면부 (213, 215)의 모두와 교차하도록 구성될 수 있다. 각 에지 디렉터 (223)는, 비록 에지 디렉터가 또 다른 실시 예에서 다른 특징을 가질 수 있을지라도, 서로 실질적으로 동일할 수 있다. 다양한 형성 웨지 및 에지 디렉터 구조는 본 개시의 관점에 따라 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 관점은 미국 특허 제3,451,798호, 미국 특허 제3,537,834호, 및/또는 미국 특허 제7,409,839호에 개시된 형성 웨지 및 에지 디렉터 구조로 사용될 수 있고, 이들의 전체적인 내용은 참조로 여기에 혼입된다.
도 3은 도 1의 선 2-2를 따른 형성 장치 (143)의 대표 단면도를 예시하고, 여기서 유리 형성 장치 (101)에 대하여 가열 모듈의 대표 위치는 예시된다. 도 3에서 나타낸 바와 같이, 가열 모듈 (151)은 적어도 가늘고 긴 저항 발열체 (elongated resistive heating element) (251)를 포함할 수 있다. 저항 발열체 (251)는 복수의 가열 부분 (heating segments) 및 연결 부분을 포함하도록 조절 가능하게 굽혀지거나 또는 감겨진 가늘고 긴 저항 발열체일 수 있다. 저항 발열체 (251)는 유리 형성 장치 (101)에서 볼 때 국소적 가열 영역을 포함할 수 있다. 저항 발열체 (251)는, 비록 발열체 (251)가 다른 구조에 장착될 수 있거나 또는 또 다른 실시 예에서 독립형일 수 있을지라도, 장착 블록 (mounting block) (229)에 장착될 수 있다. 선택적으로, 저항 발열체 (251)의 일부는 장착 블록 (229) 또는 또 다른 구조에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 수용하거나, 내장되거나, 또는 수신될 수 있다. 예를 들어, 전체 저항 발열체 (251)는 캐비티 (cavity) 내에 수용될 수 있거나 또는 장착 블록 (229)에 내장 (예를 들어, 앤캡슐화)될 수 있어서, 표적 영역 (target area)을 향한 방향으로 장착 블록을 통해 열을 전달한다.
가열 모듈 (151)은 표적 표면, 예를 들어, 형성 장치 (143)의 양 측면 (도 2 참조) 근처에 위치될 수 있다. 예시된 바와 같이, 각 가열 모듈 (151)은 저항 발열체 (251)의 부분 (255)이 인발 평면 (221)에 실질적으로 평행하게 연장되도록 위치될 수 있다. 또 다른 경우에서, 가열 모듈 (151)은 부분 (255)이 각각의 표적 형성 표면부 (213, 215)에 실질적으로 평행하게 연장되는 각도에 위치될 수 있다. 비록 나타내지는 않았지만, 또 다른 실시 예에서, 가열 모듈 (151)은 부분 (255)이 가열 적용에 의존하는 표적 표면에 대한 각도에서 연장되도록 배향될 수 있다. 그러나, 표적 표면에 실질적으로 평행한 배향은 가열 모듈의 전체 표적-가열 차지 공간에 따른 균일한 열 분포를 가능하게 할 수 있다. 가열 모듈 (151) 및 표적 표면 사이의 거리는 원하는 표적 표면 온도, 가열 모듈 (151)의 총 발열량 (heating power), 또는 가열 모듈 (151) 및 표적 표면 사이의 거리를 결정하는데 기술분야의 당업자에게 알려진 어떤 다른 방법에 기초하여 결정될 수 있다.
형성 장치 (143)는 하나 이상의 내화 블록 (261)을 제공할 수 있다. 내화 블록 (261)은 열에너지를 방출하기 전에 저항 발열체로부터 표적 표면으로 열에너지를 수신하도록 형성 장치 (143)와 저항 발열체 (251) 사이에 위치될 수 있다. 내화 블록 (261)은 저항 발열체 (251)의 적어도 일부를 부분적으로 또는 전체적으로 수신하기 위해 발열체 (251)과 접촉할 수 있다. 선택적으로, 내화 블록 (261)은 저항 발열체 (251)로부터 미리결정된 갭으로 위치될 수 있다. 내화 블록 (261)은 가열 모듈 (151) 또는 장착 블록 (229)에 연결될 수 있다. 선택적으로, 내화 블록 (261)은 가열 모듈 (151) 또는 장착 블록 (229)로부터 독립적으로 위치될 수 있다.
내화 블록 (261)은 유리 리본 제조 공정 동안 고온 및 저온 극값에 주기적으로 노출될 수 있다. 하나의 예에서, 유리 리본 형성 공정 동안, 저항 발열체 (251)는 다운스트림 방향 (217)로 흐르는 유리 리본 (103)의 점도를 조절하기 위해 미리결정된 기간 동안 약 600℃ 내지 약 800℃로 가열될 수 있다. 저항 발열체 (251)를 작동하기 위한 시간은 유리 형성 공정 동안 다운스트림 방향 (217)으로 흐르는 유리 리본 (103)에 대해 요구된 점도 범위를 기초하여 결정될 수 있다.
저항 발열체 (251)는 나중에, 유리 리본 (103)의 흐름 특징에 의존하여, 미리결정된 기간 동안 차단될 수 있다. 저항 발열체 (251)에 가장 가깝게 위치되고 저항 발열체 (251)로부터 열에너지에 의해 가열된, 내화 블록 (261)은 또한 실온 근처로 냉각될 수 있다. 이로써, 고온과 저온 사이에 내화 블록 (261)의 반복 사이클링에 의해, 내화 블록 (261)은 비-균일한 치수 변화 및 상응하는 축적 응력에 기인하여 균열될 수 있다. 그런 까닭에, 저항 발열체 (251)로부터 방사된 열에너지는 유리 리본 (103) 또는 형성 장치 (143)의 일부에 도달하기 전에 최소화된 열에너지 손실 및 최소 시차로 내화 블록을 통해 통과하는 것이 필요하다.
그 결과, 내화 블록 (261)은 어떤 일반적인 특징 및 특성을 보유하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 내화 블록 (261)은 유리 형성 공정 내에서 발생하는 연속적인 열 사이클에 대하여 소정의 열충격 저항을 보유하도록 구성될 수 있다. 부가적으로, 내화 블록 (261)은 상승된 온도에 노출될 경우 소정의 열전도도를 달성하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 내화 블록 (261)은 저항 발열체 (251)로부터 방사된 열에너지가 유리 리본 (103) 또는 형성 장치 (143)의 일부에 도달하기 전에 감소된 열에너지 손실 및 시차로 내화 블록 (261)을 통해 통과하는 것이 가능하도록 구성될 수 있다.
형성 장치 (143)의 내화 블록은 복수의 COBs를 포함할 수 있다. COBs는 용융 주조 내화물을 포함할 수 있다. 예로서, 용융 주조 내화물은 정제된 원료 산화물 물질이 완전히 용융될 때까지 전기 아크 가열로 (electric arc furnace) 또는 다른 고온 가열로에서, 원료에 포함된 세라믹 산화물의 용융 온도 이상, 즉, 물질 조성물에 의존하여 1,900℃ 내지 2,500℃의, 어떤 정제된 원료를 가열하여 형성될 수 있다. 그러나, 여기에 개시된 구체 예는 이에 제한되지 않으며, 기술분야의 당업자에게 알려진 용융 주조 내화물을 형성하는 어떤 방법을 포함할 수 있다. 정제된 원료 산화물 물질의 용융물은 그 다음 원하는 형상 및 크기로 냉각될 수 있다. 예를 들어, 상기 용융물은 원하는 형상 및 치수를 갖는 몰드에 부을 수 있고, 용융 주조 블록이 원하는 형상 및 치수를 갖도록 점진적으로 고화되게 방치한다.
COB는 용융 주조 산화알루미늄 분말을 포함할 수 있다. 이의 열충격 저항 및 열전도도 특징 때문에, 다른 용융 주조 내화물과 비슷한, 용융 주조 산화알루미늄은, 내화 블록 (261) 및 유리-형성 또는 제-강 가열로에 적용된 기술분야의 당업자에서 알려진 다른 사용과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 내화물 적용을 위해 사용될 수 있다. 예로서, 용융 주조 산화알루미늄 분말은 COB의 약 50 wt% 내지 약 99.5 wt%의 범위를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 부가적으로, 용융 주조 산화알루미늄 분말은 약 44 microns 내지 약 700 microns의 범위에서 입자 크기 분포를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
여기에 기재된 COBs가 용융 주조 산화알루미늄 분말을 포함하는 것으로 묘사되지만, 여기에 기재된 구체 예는 이에 제한되는 것은 아니다. 원료의 조성물에 의존하여, 복수의 다른 용융 주조 내화물은 이용 가능할 수 있다. 예를 들어, 용융 주조 산화알루미늄 (Al2O3), 용융 주조 산화지르코늄 (ZrO2), 용융 주조 산화알루미늄-산화 실리콘-산화지르코늄 (Al2O3-SiO2-ZrO2) 또는 용융 주조 알루미나-실리카 (멀라이트, 3Al2O3ㆍ2SiO2)는 유리 용융 가열로 및/또는 제강 가열로에 사용될 수 있다.
용융 주조 산화알루미늄 분말에 부가하여, COB는 미세 산화알루미늄 분말 및 산화티타늄 분말을 부가적으로 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, COB는 약 11.4% 내지 약 21.3%의 범위에서 다공도를 포함할 수 있다. COB의 다공도는, 높은 다공도가 상대적으로 느슨한 구조와 연관되기 때문에, COB를 원하는 형상으로 기계 가공하기 위해 요구된 전체 시간의 양을 줄이도록 제공될 수 있다. 부가적으로, COB는 200℃에서 약 10 W/mㆍK 내지 약 14.5 W/mㆍK의 범위에서 열전도도 또는 1,200℃에서 약 4 W/mㆍK 내지 약 5.81 W/mㆍK의 범위에서 열전도도를 포함할 수 있다. 이로써, COB는 100% 용융 주조 산화알루미늄의 열전도도 이상으로 열전도도를 가질 수 있다.
COB 제조를 위한 대표 방법은 도 4에 묘사된 흐름도에 의해 예시된다. 도 4에 묘사된 단계의 순서는 오직 예시를 목적으로 하는 것이고, 본 개시의 손상 없이, 단계들이 다른 논리 순서로 진행될 수 있거나, 부가적인 또는 개입 단계들이 포함될 수 있거나, 또는 개시된 단계들이 다수의 단계로 분할될 수 있는 것으로 이해됨에 따라, 어떤 방식으로 본 방법을 제한하는 것으로 의미하지 않는 점이 이해될 것이다.
도 4에 예시된 대표 방법은 용융 주조 산화알루미늄 분말, 미세 산화알루미늄 분말 및 산화티타늄 분말을 포함하는 혼합물을 배치하여 단계 (401)에서 시작할 수 있다. 원하는 입자 크기 분포를 갖는 용융 주조 알루미늄 분말은 용융 주조 알루미늄 케이크를 미분화시켜 제조될 수 있다. 혼합물은, 선택된 세라믹 형성 공정에 의존하여, 분산제, 바인더, 또는 물을 더욱 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
단계 (402)에서, 상기 혼합물은 형성될 수 있다. 혼합물은 복수의 세라믹 형성 공정 중 적어도 하나에 의해 미리결정된 형상 및 치수를 갖는 바디로 형성될 수 있다. 미리결정된 형상은 정육면체, 직육면체, 판, 벽돌 또는 COB 제작을 위한 혼합물의 형성에 사용될 기술분야의 당업자에게 알려진 어떤 형태를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
세라믹 형성 공정은, 슬립 캐스팅, 건식 프레싱, 냉간 등압 프레싱 (CIP), 고온 프레싱, 고온 등압 프레싱 (HIP), 사출성형 및 세라믹 분말이 미리결정된 형상 및 치수를 갖는 바디를 형성하기 위해 외부 힘에 의해 함께 다져지는 기술분야의 당업자에게 알려진 어떤 형성 공정을 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 이들 형성 공정 중에서, 슬립 캐스팅은 바람직하고, 가능한 복합, 형상으로 슬림을 캐스팅하기 위한 몰드를 활용할 수 있다. 상대적으로 얇은 COBs는 테이프 캐스팅 또는 기술분야의 당업자에게 알려진 유사한 다른 방법을 사용하여 제작될 수 있다. 고밀도를 포함하는 COB는 CIP, HIP, 또는 기술분야의 당업자에게 알려진 다른 유사한 방법을 사용하여 제작될 수 있다.
혼합물이 형성되는 공정에 의존하여, 형성된 혼합물은 건조될 수 있다. 예를 들어, 슬립 캐스팅, 테이프 캐스팅, 또는 기술분야의 당업자에게 알려진 유사한 방법에 의해 형성된 혼합물은 약 수 시간 내지 약 며칠 동안 대기 온도에서 건조될 수 있다.
다른 한편에서, 물 또는 어떤 액체 타입 분산제를 포함하지 않는 혼합물은 이의 형성 후에 건조할 필요가 없을 수 있다. 예를 들어, 건식 프레싱의 경우에서, 분산제, 바인더, 및 물은 상기 혼합물에 첨가되지 않을 수 있다. 또 다른 경우에서, 폴리비닐알코올 (PVA)와 같은 바인더는 산화물 분말과 혼합될 수 있어 건식 프레싱에 의해 미리결정된 형상으로 혼합물을 형성한다. 또 다른 경우에서, 슬립 캐스팅 또는 테이프 캐스팅을 위해, 타르타르산과 같은 분산제, Scogin® HV와 같은 바인더, 및/또는 물은 슬립 캐스팅 또는 테이프 캐스팅 동안 바람직한 어떤 레오로지 특성을 제공하기 위해 혼합물에 첨가될 수 있다.
PVA, 타르타르산, 및 Scogin® HV가 혼합물의 형성에 사용될 수 있는 분산제 및 바인더로서 인용되지만, 여기에 기재된 구체 예는 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 기술분야의 당업자에게 알려진 다른 분산제 및 바인더는 혼합물을 형성하기 위해 PVA, 타르타르산, 또는 Scogin® HV를 대신하여 선택될 수 있다.
단계 (403)에서, 형성된 혼합물은 COB를 형성하기 위해 소성될 수 있다. 혼합물이 형성된 후에, 형성된 혼합물은 나중에 COB를 형성하기 위해 미리결정된 기간 동안 미리결정된 온도에서 소성될 수 있다. 피크 소성 온도는 형성된 혼합물의 조성물에 기초하여 선택될 수 있다. 하나의 경우에서, 용융 주조 산화알루미늄 분말, 미세 산화알루미늄 분말 및 산화티타늄 분말을 포함하는 형성된 혼합물은 약 10시간 동안 약 1500℃ 내지 약 1680℃의 피크 온도에서 소성될 수 있어 COB를 형성한다. 또 다른 실시 예에서, 상기 소성은 약 1550℃ 내지 약 1650℃에서 수행할 수 있다.
COB가 형성된 혼합물을 소성하여 형성된 후에, COB의 물리적 특성은 측정될 수 있다. 물리적 특성은 다공도, 중간 기공 크기, 벌크 밀도 및 열전도도를 포함할 수 있다. COB의 다공도 및 중간 기공 크기는 수은 다공성 측정계 (mercury porosimeter)로 측정될 수 있다. COB의 벌크 밀도를 결정하기 위해, COB의 높이, 너비, 및 깊이는 측정될 수 있어 COB의 부피를 결정한다. COB의 중량은 측정될 수 있고, 따라서, 상기 COB의 벌크 밀도의 결정을 가능하게 한다. 열전도도는 레이저 플래쉬 방법 (laser flash method)에 의해 측정될 수 있고, 이것은 박형-디스크 샘플의 전면 (front face)에 제공된 짧은 에너지 펄스에 의해 생산된 상기 샘플의 뒷면 (rear face)에서 온도 상승의 측정에 기초한다. 열전도도는 표본의 열 확산도, 비열 및 밀도에 기초하여 결정될 수 있다. 실시 예에서, 열전도도는, 열전도도의 온도 의존도를 분석하기 위해, 200℃ 및 1200℃의 두 개의 다른 온도에서 결정될 수 있다.
도 5는 유리 시트의 제작 방법에서 대표 단계를 예시하는 개략적인 흐름도이다. 도 4와 유사하게, 도 5에 묘사된 단계는 오직 예시를 목적으로 하는 것이고, 본 개시의 손상 없이, 부가적인 또는 개입 단계들이 포함될 수 있거나, 또는 개시된 단계들이 다수의 단계로 분할될 수 있는 것으로 이해됨에 따라, 어떤 방식으로 본 방법을 제한하는 것으로 의미하지 않는 점이 이해될 것이다.
도 5의 방법은 용융 주조 산화알루미늄 분말, 미세 산화알루미늄 분말 및 산화티타늄 분말을 포함하는 COB를 사용하여 유리 시트를 형성하는 단계 (501)를 포함할 수 있다. 전술된 바와 같이, 유리 시트의 제작 동안, 유리 용융물 및/또는 유리 리본의 점도가 유리 리본 및/또는 유리 시트의 두께와 직접 연관되기 때문에, 일반적으로 유리 용융물 및/또는 유리 리본의 점도는 조절되는 것이 바람직할 수 있다. 통상적으로, 높은 점도를 갖는 유리 리본은 더 두꺼운 유리 리본을 유도하고, 반면에 저 점도의 유리 리본은 박형 유리 리본을 결과할 수 있다.
도 2 및 3의 논의에서 서술된 바와 같이, 유리 리본의 점도 및 두께는 유리 형성 장치 (101)의 일부를 간접적으로 가열하거나 또는 형성 장치 (143)를 벗어나 흐르는 유리 리본을 직접적으로 가열하여 조절될 수 있다.
복수의 COB를 포함하는 내화 블록 (261)은 내화 블록 (261)의 COBs의 적어도 일부가 저항 발열체 (251)로부터 열에너지를 수신하도록 위치될 수 있다. 가열 모듈 (151)로부터 수신된 열에너지는, 형성 장치 (143) 또는 유리 리본 (103)에 대하여 내화 블록 (261)의 위치에 의존하여, 내화 블록 (261)의 표면으로부터 유리 형성 장치 (101) 또는 유리 리본 (103)의 적어도 일부 쪽으로 재-방사될 수 있다. 내화 블록 (261)의 세라믹 산화물 바디는 저항 발열체 (251)의 표면으로부터 유리 형성 장치 (101) 또는 유리 리본 (103)으로 열 경로 동안 열에너지 손실을 감소시키기 위해 높은 열전도도를 가질 수 있다.
저항 발열체 (251)로부터 직접적으로 조사된 열에너지는, 저항 발열체 (251)의 국소적 가열 영역에 기인하여, 유리 형성 장치 (101) 또는 유리 리본 (103)에 균일하게 제공되지 않을 수 있다고 이해된다. 그러나, 내화 블록 (261)의 COBs는 유리 형성 장치 (101) 또는 유리 리본 (103)의 균일한 가열을 달성하도록 균일한 가열 영역의 제공이 이루어지는 것을 가능하게 하는 열전도도를 가질 수 있다. 내화 블록 (261)의 COBs의 열전도도는 유리 형성 장치 (101) 또는 유리 리본 (103)을 가로지르는 국지적 온도 구배의 감소를 더욱 가능하게 할 수 있다.
실시 예
이 논의 목적을 위하여, 상대적으로 작은-크기의 세라믹 분말은 상대적으로 큰-크기의 세라믹 분말에 의해 형성된 공간을 채울 수 있어 형성 혼합물의 밀도와, 그에 상응하여, 소성 후에 COB의 밀도를 증가시키는 것으로 이해된다. 이와 반대로, 하나 이상의 입자 크기 분포를 갖는 세라믹 분말은 원하는 밀도를 달성하는데 사용될 수 있다.
더욱이, 미세 산화알루미늄 분말은, COB가 원하는 기계적 온전함 및 원하는 조절된 다공도를 갖게 형성될 수 있도록 상승된 온도에서 소성 동안, 그 자체 또는 하나 이상의 다른 산화물 분말과 조합하여, 소결 조제 (sintering aid)로서 작용할 수 있다.
부가적으로, 산화티타늄 분말은 소성 동안 용융 주조 산화알루미늄 분말용 소결 조제로서, 단독으로 또는 미세 산화알루미늄 분말과 같은 다른 산화물 분말과 함께 작용할 수 있다. 예로서, 산화물 분말의 순도 및 조성물에 의존하여, 액체 상은 약 1500℃ 이상의 온도와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 상승된 온도에서 형성될 수 있다. 산화알루미늄 및 산화티타늄 중 적어도 하나를 포함하는 액체 상은 분말의 경계를 가로질러 확산할 수 있어 다중 분말을 하나의 바디로 용융시킨다.
게다가, 각 슬립의 점도는 고체 산화물 분말, 바인더, 분산제 및 물 중에서 상대적인 비에 의존할 수 있다. 일반적으로, 고체 산화물 분말의 상대적 양이 많은 경우, 볼 밀링 후에 슬립의 점도는 높을 수 있다.
이 실시 예에서, 10개의 COBs는 슬립 캐스팅 공정에 의해 용융 주조 산화알루미늄 분말, 미세 산화알루미늄 분말, 산화티타늄 분말, 바인더, 분산제 및 물로 제조된다. 용융 주조 산화알루미늄 분말에 대하여, 다른 입자 크기 분포를 갖는 세 개의 용융 주조 산화알루미늄 분말은 사용된다. 다른 입자 크기 분포를 갖는 용융 주조 산화알루미늄 분말을 갖기 위해, 용융 주조 산화알루미늄 케이크는 분말로 미분화된다. 이 실시 예에서, 크기에 따라 28 메쉬 용융 주조 산화알루미늄 분말 (약 700㎛의 최대 입자 크기), 60 메쉬 용융 주조 산화알루미늄 분말 (약 250㎛의 최대 입자 크기) 및 325 메쉬 용융 주조 산화알루미늄 분말 (약 44 ㎛의 최대 입자 크기)은 표 1에 계산된 바와 같이 측량된다.
높은 열전도도를 갖는 다공성 알루미나에 대한 슬립 조성물 (Slip Compositions)
샘플 ID 슬립 A
(wt.%)		 슬립 B
(wt.%)		 슬립 C
(wt.%)		 슬립 D
(wt.%)		 슬립 E
(wt.%)
용융 주조 산화알루미늄 분말 28 19 19 19 - -
용융 주조 산화알루미늄 분말 60 5 5 5 - -
용융 주조 산화알루미늄 분말 325 75.4 50.4 37.7 99.4 74.4
미세 산화알루미늄 325 - 12.5 18.9 - 12.5
미세 산화알루미늄 3000 - 12.5 18.9 - 12.5
산화티타늄 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
Scogin HV 0.008 0.008 0.008 0.008 0.008
주석산 0.054 0.054 0.054 0.054 0.054
물 13.2 11.8 11.6 14.0 15.6
샘플 ID 슬립 F
(wt.%)		 슬립 G
(wt.%)		 슬립 H
(wt.%)		 슬립 I
(wt.%)		 슬립 J
(wt.%)
용융 주조 산화알루미늄 분말 28 - 19 19 24 24
용융 주조 산화알루미늄 분말 60 - 5 5 - -
용융 주조 산화알루미늄 분말 325 49.4 62.9 50.4 62.9 50.4
미세 산화알루미늄 325 25 - - - -
미세 산화알루미늄 3000 25 12.5 25 12.5 12.5
산화티타늄 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
Scogin HV 0.008 0.008 0.008 0.008 0.008
주석산 0.054 0.054 0.054 0.054 0.054
물 12.8 13.4 10 13.3 10
각 슬립에 대해 사용된 물질의 상대적인 양은 표 1에 나타낸다. 각 슬립에서 바인더, 분산제 및 물의 상대적인 양은 모든 산화물 분말의 양, 즉, 용융 주조 산화알루미늄 분말 28, 용융 주조 산화알루미늄 분말 60, 용융 주조 산화알루미늄 분말 325, 미세 산화알루미늄 325, 미세 산화알루미늄 3000 및 산화티타늄에 기초하여 나타내고, 각 슬립의 물질의 총 양은 100 wt%로 조정된다. 다른 입자 크기 분포를 갖는 용융 주조 산화알루미늄 분말은 COBs의 밀도를 조절하는데 사용된다. 용융 주조 산화알루미늄 분말은, 표 1에 모든 슬립 조성물에서, 용융 주조 산화알루미늄 분말, 미세 산화알루미늄 분말 및 산화티타늄 분말을 포함하는 모든 산화물 분말의 (슬립 F에 대해) 약 50 wt% 내지 (슬립 A 및 D에 대해) 약 99.5 wt%의 범위를 포함한다.
미리결정된 양의 미세 산화알루미늄 분말은 용융 주조 산화알루미늄 분말에 첨가된다. 다른 입자 크기 분포를 갖는 두 개의 다른 미세 산화알루미늄 분말은 - 325 메쉬 크기 (약 44㎛의 최대 입자 크기)를 갖는 미세 산화알루미늄 325 및 1㎛의 평균 입자 크기를 갖는 미세 산화알루미늄 3000이 사용된다. 두 개의 다른 미세 산화물 알루미늄 분말의 적어도 하나는 용융 주조 산화알루미늄 분말과 혼합하는데 사용된다.
미세 산화알루미늄 분말의 크기는 일반적으로 용융 주조 산화알루미늄 분말의 크기 미만이다. 전술된 바와 같고, 본 실시 예에서의 경우와 같이, 더 작은 미세 산화알루미늄 분말은 슬립 캐스팅 동안 혼합물의 밀도를 유지하기 위해 슬립에 용융 주조 산화알루미늄 분말 사이에 형성된 공간을 채운다. 슬립 캐스팅 동안, 변형 또는 파손을 억제하기 위한 시도로, 혼합물은 임계값 (threshold number)을 초과하게 밀도를 유지시켜 석고 주형 주형 (gypsum mold) 상에 형성된다.
몇몇 슬립 (슬립 A 및 D)에 대해, 미세 산화알루미늄은 포함되지 않지만, 슬립 G, H, I 및 J는 오직 한 타입의 미세 산화알루미늄 분말 - 미세 산화알루미늄 3000을 포함한다. 슬립 B, C, E 및 F에 대해, 두 개의 다른 타입의 미세 산화알루미늄 분말, 즉, 미세 산화알루미늄 325 및 미세 산화알루미늄 3000은 용융 주조 산화알루미늄 분말에 첨가된다. 미세 산화알루미늄을 함유하는 슬립에서, 상응하는 산화물 분말의 적어도 5 wt%는 미세 산화알루미늄 분말로 구성된다. 일 실시 예에서, 미세 산화알루미늄 분말의 양은 용융 주조 산화알루미늄 분말, 미세 산화알루미늄 분말 및 산화티타늄 분말을 포함하는 모든 산화물 분말의 약 10 wt% 내지 약 50 wt%의 범위이다. 예로서, 표 1에 서술된 바와 같이, 미세 산화알루미늄 분말의 양은 슬립 캐스팅 공정에 대해 약 12.5 wt% 내지 약 50 wt% 범위이다.
미리결정된 양의 1㎛의 평균 입자 크기를 갖는 산화티타늄 분말은 또한 혼합물을 형성하기 위해 첨가된다. 이 실시 예에 포함된 슬립이 약 0.6 wt%의 산화티타늄 분말의 양을 포함하지만, 여기에 구체 예는 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 슬립에 포함된 산화티타늄 분말은 COB의 약 0.1 wt% 내지 약 10 wt% 범위일 수 있다. 슬립에 포함된 산화티타늄 분말은 선택적으로 COB의 약 0.1 wt% 내지 약 5 wt%의 범위일 수 있다.
각 물질은 측량되고 나중에 균일한 혼합을 위해 볼-밀링머신에 제공된다. 미리결정된 양의 고순도 알루미나 볼 (alumina balls)은 또한 균일한 혼합 물질을 위해 볼-밀링머신에 놓인다. 볼 밀링 시간은 약 수 시간 내지 약 며칠의 범위이다.
물질의 볼 밀링 후에, 물질은 점성 슬립의 형태이다. 상기 슬립은 그 다음 원하는 형상 및 기하학적 크기로 석고 주형에 붓는다. 비록 석고 주형이 본 실시 예에 사용될지라도, 회반죽 모형틀 (plaster molds) 또는 기술분야의 당업자에게 알려진 적용 가능한 어떤 다른 주형이 사용될 수 있는 점이 주목된다.
슬립은 석고 주형의 내벽에 습한 고체 바디 (wet solid bodies)를 형성하기 위해 미리결정된 기간 동안 석고 주형에 유지한다. 나중에, 과잉의 슬립은 석고 주형의 외면에 석고 주형 내에 슬립을 부어서 보충된다. 석고 주형의 내벽에 형성된 습한 고형 층은 습한 고체 바디가 적어도 부분적으로 건조되어 부분적으로 건조된 고체 바디를 형성할 때까지 약 몇 시간 동안 석고 주형 내에 머무른다. 나중에, 부분적으로 건조된 고체 바디는 석고 주형으로부터 분리되고, 완전히 건조된 고체 바디를 형성하기 위해 약 24시간 이상 동안 대기에서 건조된다.
완전히 건조된 고체 바디는, 완전히 건조된 고체 바디로부터, 바인더, 분산제 및 물과 같은, 모든 휘발성 물질을 실질적으로 태우고 제거하기 위해, 표 2에 나타낸 소성 일정에 따른 소성을 위해 고온 가열로에 놓이고, 용융 주조 산화알루미늄 분말, 미세 산화알루미늄 분말 및 산화티타늄 분말을 포함하는 COBs를 결과한다.
소성 일정
단계 No. 출발 온도
(℃)		 종결 온도
(℃)		 램프 속도
(℃/min.)		 압력 유지 시간
(hour)
1 실온 200 25 -
2 200 1,580 50 -
3 1,580 1,580 - 10
4 1,580 1,200 50 -
5 1,200 실온 비조절 -
소성은 기술분야의 당업자에게 알려진 어떤 적용 가능한 방법을 사용하여 달성 또는 수행될 수 있고, 표 2에 제공된 소성 일정에 제한되는 것은 아니다. 게다가, 상기 표 2에 제공된 소성 일정은 기술분야의 당업자의 지식에 따라 변화할 수 있다는 점에 더욱 주목된다. 예를 들어, 단계 No. 3에서 피크 온도는, 산화알루미늄 (약 2,072℃) 및 산화티타늄 (약 1,843℃)의 용융 온도보다 낮은, 약 1,700℃ 미만으로 조절될 수 있다. 부가적으로, 표 2의 단계 No. 3에서 피크 온도는 약 1,500℃ 내지 약 1,680℃에서 변화할 수 있다. 단계 No. 2 및 단계 No. 4에서 램프 속도는 약 20℃/분 내지 약 70℃/분에서 변화할 수 있다.
완전히 건조된 바디가 소성되어 소성 일정에 따라 COBs을 형성한 후에, COB의 물리적 특성은 측정된다. 선택된 COBs의 특성은 표 3에 요약된다. 부가적으로, 표 3에 "COB E"는 표 1에 슬립 E로부터 제작된 COB와, 및 기타 등등으로 연관된다.
COBs의 특성
샘플 ID 다공도
(%)		 평균 기공 크기
(㎛)		 벌크 밀도
(g/ml3)		 200℃에서 열전도도
(W/m·K)		 1,200℃에서 열전도도
(W/m·K)
기준 16.7 6.30 3.30 9.98 4.03
COB B 15.8 3.48 3.30 12.61 4.70
COB C 13.4 2.88 3.41 13.31 4.89
COB E 16.6 2.73 3.29 11.55 4.56
COB F 11.4 1.44 3.26 14.43 5.81
COB G 21.3 3.91 3.09 10.73 3.90
COB H 14.5 3.17 3.37 13.03 4.38
COB I 21.3 3.30 3.10 12.71 4.78
COB J 15.9 3.18 3.34 13.25 5.05
내화 블록에 보통 사용되는 기술분야의 당업자에게 알려진, 상업용 100% 용융 주조 산화알루미늄 바디는, 이의 물리적 특성과 선택된 슬립으로부터 COBs의 물리적 특성을 비교하기 위해 표 3에서 기준으로 사용된다.
기준에 대한 다공도는 약 16.7%인 것으로 결정된다. 선택된 슬립으로부터 제작된 복수의 COBs는 11.4% 내지 약 21.3% 범위의 다공도 값을 포함한다. 예로서, 슬립 G 및 I로부터 제작된 COBs에 대해, 21.3%의 다공도는 달성된다. 부가적으로, 복수의 파라미터가 DOBs의 다공도에 기여하는 것으로 나타나지만, 적어도, 상대적인 양의 미세 산화알루미늄 분말은 COBs의 다공도에 영향을 주는 것으로 나타난다. 일 실시 예에서, COBs G 및 I보다 더 많은 양의 미세 산화알루미늄 분말을 갖는, COBs C, F, H 및 J는 각각 13.4%, 11.4%, 14.5%, 및 15.9%의 상대적으로 낮은 다공도를 나타낸다. 슬립 B 및 H에서 미세 산화알루미늄 분말들, 즉, 325 내지 3000 사이에 상대적 양의 변화는 다른 다공도를 결과한다 - COB B에 대해 15.8% 및 COB H에 대해 14.5%. 다공도에 대해 측정된 COBs에서, COBs E, G, 및 I는 기준의 다공도 이상인 다공도를 포함한다.
열전도도에 관하여, 열전도도 측정을 위해 선택된 거의 모든 COBs (B, C, E, F, H, I 및 J)는 기준의 열전도도를 초과 또는 비슷한 열전도도를 나타낸다. 오직 COB G는 1200℃에서 측정된 경우 기준의 열전도도 미만인 열전도도를 나타낸다. 이로써, 슬립 캐스팅에 의해 형성되고, 기준의 열전도도를 초과 또는 비슷한 열전도도를 갖는 COBs는 기준의 열에너지 손실과 비교하여 감소된 열에너지 손실을 갖는 열에너지를 방출하는 것으로 추론된다. COB I의 전체 성능은 기준으로 사용된 100% 용융 주조 산화알루미늄 내화물과 동등하다. 일반적으로, COBs의 제작 비용은 기준의 제작 비용 미만이다.
여기에 개시된 COB가 일반적으로 용융 주조 산화알루미늄 분말, 미세 산화알루미늄 분말 및 산화티타늄 분말을 포함하는 COBs에 기초하지만, 여기에 기재된 구체 예는, COB가 기술분야의 당업자에게 알려진 다른 세라믹 산화물 물질을 포함할 수 있는 것이 가능하기 때문에, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, COB는 용융 주조 산화지르코늄 (ZrO2) 분말 및 미세 산화지르코늄 분말을 포함할 수 있다. 더욱이, 산화알루미늄, 산화 제2구리 또는 산화망간을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 세라믹 산화물 중 적어도 하나는 소결 조제로서 용융 주조 산화지르코늄 분말 및 미세 산화지르코늄 분말에 첨가될 수 있다. 부가적으로, COB는 용융 주조 멀라이트 분말 및 미세 멀라이트 분말을 포함할 수 있다. 또 다른 경우에서, COB는 용융 주조 산화알루미늄-산화 실리콘-산화지르코늄 분말 (Al2O3-SiO2-ZrO2) 및 미세 산화알루미늄, 산화 실리콘 및 산화지르코늄 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 조성물을 갖는 세라믹 산화물은 혼합물로 형성하기 위해 배치될 수 있고, 그 다음 COB를 형성하기 위해 소성된다. 적어도 하나의 세라믹 산화물은 상승된 온도에서 소성 단계 동안 소결 조제로서 작용하도록 배치에 더욱 첨가될 수 있다.
다양한 변형 및 변화는 청구된 주제의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 여기에 기재된 구체 예에 대해 만들어질 수 있다. 따라서, 본 명세서는, 이러한 변형 및 변화가 첨부된 청구항 및 이들의 균등물의 범주 내에 속한다면, 여기에 기재된 구체 예의 변형 및 변화를 보호하는 것으로 의도된다. 다양한 변형 및 변화가 청구항의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 만들어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 용융 주조 산화알루미늄 분말, 미세 산화알루미늄 분말 및 산화티타늄 분말을 포함하는 세라믹 산화물 바디.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 용융 주조 산화알루미늄 분말은 세라믹 산화물 바디의 약 50 wt% 내지 약 99.5 wt% 범위를 포함하는 세라믹 산화물 바디.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 미세 산화알루미늄 분말은, 세라믹 산화물 바디의 약 10 wt% 내지 약 50 wt% 범위를 포함하는 세라믹 산화물 바디.
  4. 청구항 1 내지 3중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융 주조 산화알루미늄 분말은, 약 44 microns 내지 약 700 microns 범위의 입자 크기 분포를 포함하는 세라믹 산화물 바디.
  5. 청구항 1 내지 4중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹 산화물 바디는, 약 11.4% 내지 약 21.3% 범위의 다공도를 포함하는 세라믹 산화물 바디.
  6. 청구항 1 내지 5중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹 산화물 바디는, 200℃에서 약 10 W/m·K 내지 약 14.5 W/m·K 범위의 열전도도를 포함하는 세라믹 산화물 바디.
  7. 청구항 1 내지 6중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹 산화물 바디는, 1,200℃에서 약 4 W/m·K 내지 약 5.81 W/m·K 범위의 열전도도를 포함하는 세라믹 산화물 바디.
  8. 청구항 1 내지 7중 어느 한 항의 세라믹 산화물 바디를 포함하는 형성 장치.
  9. (I) 용융 주조 산화알루미늄 분말, 미세 산화알루미늄 분말 및 산화티타늄 분말을 포함하는 혼합물을 배칭하는 단계;
    (II) 상기 혼합물을 형성하는 단계; 및
    (III) 상기 형성 혼합물을 소성하여 세라믹 산화물 바디를 형성하는 소성 단계를 포함하는 세라믹 산화물 바디의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 용융 주조 산화알루미늄 분말은, 세라믹 산화물 바디의 약 50 wt% 내지 약 99.5 wt% 범위를 포함하는 세라믹 산화물 바디의 제조방법.
  11. 청구항 9 또는 10에 있어서,
    상기 미세 산화알루미늄 분말은, 세라믹 산화물 바디의 약 10 wt% 내지 약 50 wt% 범위를 포함하는 세라믹 산화물 바디의 제조방법.
  12. 청구항 9 내지 11중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융 주조 산화알루미늄 분말은, 약 44 microns 내지 약 700 microns 범위의 입자 크기 분포를 포함하는 세라믹 산화물 바디의 제조방법.
  13. 청구항 9 내지 12중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹 산화물 바디는, 약 11.4% 내지 약 21.3% 범위의 다공도를 포함하는 세라믹 산화물 바디의 제조방법.
  14. 청구항 9 내지 13중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹 산화물 바디는, 200℃에서 약 10 W/m·K 내지 약 14.5 W/m·K 범위의 열전도도를 포함하는 세라믹 산화물 바디의 제조방법.
  15. 청구항 9 내지 14중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹 산화물 바디는, 1200℃에서 약 4 W/m·K 내지 약 5.81 W/m·K 범위의 열전도도를 포함하는 세라믹 산화물 바디의 제조방법.
  16. 청구항 9 내지 15중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합물은, 슬립 캐스팅, 건식 프레싱, 냉간 등압 프레싱, 고온 프레싱, 고온 등압 프레싱, 사출성형 및 테이프 캐스팅으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법으로부터 형성되는 세라믹 산화물 바디의 제조방법.
  17. 청구항 9 내지 16중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소성 단계는 약 1550℃ 내지 약 1650℃에서 수행되는 세라믹 산화물 바디의 제조방법.
  18. 용융 주조 산화알루미늄 분말, 미세 산화알루미늄 분말 및 산화티타늄 분말을 포함하는 세라믹 산화물 바디를 사용하여 유리 시트를 형성하는 단계를 포함하는, 유리 시트의 제조방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 세라믹 산화물 바디의 적어도 일부는, 가열 블록으로부터 열에너지를 수신하는 유리 시트의 제조방법.
  20. 청구항 18 또는 19에 있어서,
    상기 세라믹 산화물 바디는, 약 11.4% 내지 약 21.3% 범위의 다공도를 포함하는 유리 시트의 제조방법.
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