KR20170002342A

KR20170002342A - 초고강도 자기 조성물 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20170002342A
Application number: KR1020160177870A
Authority: KR
Inventors: 정호정
Original assignee: 주식회사 행남생활건강
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2017-01-06

Abstract

본 발명은 초고강도 식기 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 저온소성에서 뮬라이트(mullite) 결정생성을 촉진함으로써 제조되는 초고강도 식기 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

초고강도 자기 조성물 및 이의 제조방법{Ultra-high strength tableware composition and the preparation method thereof}

본 발명은 초고강도 자기 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 저온소성에서 뮬라이트(mullite) 결정생성을 촉진함으로써 제조되는 초고강도 자기 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

기존 도자기 제품의 경우 제품의 파손, 사용상 깨짐에 대한 클레임이 많이 발생하고 있다. 도자기 제품의 경우 보통 강도가 약하기 때문에 소비자들은 잘 깨지지 않는 강화유리, 플라스틱 또는 금속 식기를 선호하고 있다. 그러나 강화유리의 경우 파손 시 파편의 비산에 의한 위험요소를 안고 있고, 플라스틱과 금속의 경우 친환경적이지 않다는 문제가 있다.

석영, 장석, 점도의 3성분계 도자기소지는 석영 및 뮬라이트(mullite) 입자를 골재로하고, SiO₂ 가 주성분인 유리(glass)를 매트릭스로 하는 조직으로 구성되어 있다. 이에 대하여 소지를 고강도화하기 위한 종래기술로서, 상술한 바와 같이 원료로서 사용하는 석영 혹은 석영원료로 되는 석영과 장석이나 점토를 포함하는 도석대신에 결정계가 코런덤인 알루미나를 사용하는 것으로, 알루미나와 석영 그리고 뮬라이트 입자의 결정상을 골재로 하는 알루미나 입자에 의하여 고강도화된 도자기소지가 얻어진다. 여기서 사용되는 알루미나 원료는 품질, 공급의 안정성에서 일반적으로 바이어(Bayer)법에 의하여 공업적으로 제조된 결정계가 코런덤인 알루미나이다. 기타 용융법에 의하여 제조된 알루미나 등도 사용되고 있다. 이와 같은 종래 기술에서 사용되는 알루미나 원료는 일반적인 도자기소지에 사용되는 원료에 비하여 매우 고가이기 때문에 얻어진 소지도 고가로 되고, 그 용도가 한정되고, 일부의 고급식기나 고압액자 등의 일부의 산업용 도자기로서 사용되고 있는 것이 현실이다. 더욱이, 상술한 바와 같은 종래기술로 얻어지는 고강도의 도자기소지에는 내열충격성에 문제가 있다.

이와 관련하여 소성하면 코런덤을 생성하는 천연광석원료 또는 이를 하소하여 코런덤을 생성시킨 원료와, 소성하면 뮬라이트를 생성하는 천연광석원료 또는 이를 하소하여 뮬라이트를 생성시킨 원료와, 점토질 원료와, 장석, 네페린, 돌로마이트등의 소결조제를 주성분으로하는 소지구성원료를 성형한후, 소성하는 것을 특징으로 하는 고강도 고내열충격성 도자기소지의 제조방법에 관한 특허가 존재한다. 여기에서는 종래보다 염가로 고강도인 동시에 내열충격성이 우수한 도자기소지에 대해 개시하고 있다. 그러나 강도가 150 MPa 남짓으로 충분한 고강도가 아닌 문제가 있다.

국제공개특허 제96/09996호 (1996.4.4. 공개) 한국공개특허 제2014-0147184호 (2014.12.30. 공개) 한국등록특허 제344,220호 (1990.7.12. 등록) 한국등록특허 제166,569호 (1998.9.23. 등록)

본 발명에서는 약 200 MPa 이상의 초고강도를 발현하면서도 가소성이 우수하여 성형이 용이한 자기 조성물 및 이러한 조성물로 제조된 자기, 그리고 그 제조방법을 제공하고자 한다.

보다 구체적으로 본 발명의 해결과제를 설명하면 다음과 같다:

1. 저온소성 조성 확보

정량적 목표치인 270 MPa의 강도를 가진 고강도 자기를 제조하기 위해 고강도 원료가 첨가된 조성을 개발하고자 한다. 고강도 원료는 융점이 높기 때문에 융점을 감소시킬 수 있는 융제물질이 첨가되어야 한다. 이에 본 발명에서는 기존 도자기 소성온도와 유사한 저온소성을 하기 위하여 저융점 물질을 첨가하고자 한다. 저융점 물질은 크게 세 가지 계열로 분류된다. 첫 번째 저융점 물질은 장석계열로 장석중에서도 카리장석(K₂O)과 소다장석(Na₂O)을 각각 첨가하여 장석의 첨가로 인하여 융점감소에 대하여 평가하고자 한다. 두 번째 저융점 물질로는 CaO가 주성분인 석회석, 세 번째 저융점 물질은 MgO 성분의 탈크를 첨가하여 융제원료의 종류와 배합비에 따른 융점감소에 대하여 평가하고자 한다.

2. Mullite 결정생성

강도를 증가시키기 위한 방법으로 고강도 소성체 내부에 Mullite 결정상을 생성하여 강도를 증가시키는 방법이 있다. 이에 Mullite 결정상을 생성하기 위하여 고강도 원료의 배합기술을 확보하고, 이에 따른 소성체를 평가하여 Mullite 결정상의 생성량을 정량적으로 분석하고자 한다. 또한, Mullite 생성(3Al₂O₃2SiO₂) 원료조성 및 이를 배합하고 저온소성에서 Mullite 결정을 생성 및 촉진하여 소성조건을 확립하고자 한다.

3. 가소성 향상

고알루미나계 비가소성 물질이 첨가된 고강도 조성 소지는 가소성이 저하되기 마련이다. 이에 본 발명에서는 비가소성 산화알루미나, 카올린 대체 조성을 개발하고 가소성 향상을 위한 무기가소제(점토1, 점토2)를 추가로 첨가하여 무기가소제 첨가에 따른 고강도 소지의 가소성 향상 및 평가를 하고자 한다.

4. 고강도화

본 발명에서는 저융점 원료의 첨가로 인하여 융점을 감소시키고 저온에서 Mullite 결정을 생성하여 고강도 조성을 개발하고자 한다. 여기에 고알루미나계 비가소성 물질을 첨가하여 저하된 가소성을 증가시켜 최종 고강도 조성을 개발하고 이에 따른 정량적인 평가가 필요하다. 이에 본 발명에서는 X-회절분석과 미세조직, 꺾임강도를 평가하여 정량적 목표치인 270 MPa의 고강도 자기를 개발하고자 한다.

본 발명에서는 알루미나, 도석, 카올린, 카리장석 및 탈크, 추가로 규석, ZrO₂ 또는 ZrSiO₄를 혼합하여 배합한 후 제조된 고강도 조성 소성체를 제공함으로써 상기 과제를 해결하였고, 본 발명에 따른 고강도 조성 소성체는 270 MPa 이상의 강도값을 나타내 초고강도를 갖는다는 점을 구명하였다.

본 발명에서는 융제조성 배합기술을 확보하였으며, 저온소성(1,300℃ 미만)에서 Mullite 결정생성을 촉진하는 제조공정을 확립하였고, 가소성이 우수하고, 고강도화 되었으면서도 본 발명에 따른 고강도 자기(H4)는 ΔT150℃에서도 안정적인 결과가 나타났으며, 상용되는 일반자기와 유사하게 내세제성에 반응하지 않는 것으로 확인되었고, 경량화되었다는 장점을 갖는다.

보다 구체적으로 본 발명에 따른 고강도 자기의 효과 측정방법 및 결과를 요약하면 다음과 같다:

본 발명에서는 고강도 조성을 저온소성 하기 위하여 융제물질을 첨가하였다. 융제물질은 장석(K₂O, Na₂O), 석회석(CaO), 탈크(MgO)을 선정하여 첨가하였다. Na₂O 성분의 소다장석 계열은 두 가지 계열로 분류하여 조성을 확보하고 K₂O가 주성분인 카리장석은 함량을 증가시키며 세 가지 계열로 분류하여 조성을 확보하였다. CaO가 주성분인 석회석은 각각 5%, 10% 첨가한 조성을 개발하고 MgO가 주성분인 탈크는 탈크의 함량을 3%씩 증가하여 4가지 계열의 조성을 개발하였다. 이렇게 제조한 융제조성 소성체는 흡수율과 결정상분석, 강도평가를 통해 소성체 평가를 하였으며, 전체적으로 흡수율은 0.1%를 넘지 않는 범위에 해당하는 것으로 나타나 이는 융제원료의 첨가로 인하여 치밀화가 촉진되었기 때문으로 판단된다. 결정상분석에서는 탈크가 첨가된 계열에서 Cordierite 결정상이 추가로 관찰되었고 석회석이 첨가된 계열에서는 Calcium silicate 결정상이 생성되었다. 전체적으로 주로 관찰된 결정상은 Corundum 결정상과 Mullite 결정상으로 관찰되었다.

또한 저온에서 소성한 소성체에 Mullite 결정상을 생성 및 촉진하여 강도를 증가시키는 실험을 진행하였다. 원료의 배합비는 1,300℃ 미만에서 Mullite를 생성할 수 있도록 융제 원료와 Al₂O₃, SiO₂ 성분이 혼합되어 있는 원료들을 주로 첨가하여 배합하였다. 1,260℃에서 소성한 후 소성체들의 결정상을 정량적으로 분석한 결과 Z계열의 Mullite결정 생성량은 전체적으로 45%를 초과하는 것으로 나타났다. 이에 강도 값도 동반 증가하는 것으로 나타났다. Z계열의 강도 값은 194~283MPa 사이에 포함되는 것으로 확인되었으며, 저온에서 치밀화를 촉진시키고 Mullite 결정을 생성한 것이 강도 값을 증가시킨 원인으로 판단된다.

한편 비가소성 물질이 혼합되어 있는 고강도 자기 원료는 고강도 소지의 가소성을 저하시키게 된다. 이에 저하되는 가소성을 향상시키기 위하여 알루미나 함량이 포함되어 있는 점토계열(카올린1)원료를 사용하고, 판상형태의 무기가소제(점토1, 점토2)를 첨가하여 가소성을 정량적으로 평가하였다. 가소성 계열인 P계열은 비가소성물질인 탈크가 5% 첨가된 계열로 무기가소제를 첨가하지 않은 P0와 무기가소제를 첨가한 P1~P6계열을 비교 평가한 결과 무기가소제가 첨가된 계열의 가소성이 현저히 증가한 것을 확인하였다. 특히, 무기가소제 중 점토1을 첨가하였을 때에 가소성이 더 증가하는 것으로 확인되었다.

최종적으로 선정된 본 발명에 따른 고강도 조성의 원료 배합비는 4가지로 구분하였다. H계열의 고강도조성에 사용한 원료는 알루미나, 도석1, 뉴질랜드 카올린, 점토1, 카리장석, 탈크, 규석, 지르콘, 지르코니아를 혼합하여 배합하였다. 이렇게 제조된 고강도 조성 소성체의 전체적인 강도 값은 271~283MPa 범위에 포함하는 것으로 나타났다. H계열의 강도 값은 타 계열의 강도 값과 비교 시 매우 높은 강도 값으로 확인되었으며, 본 발명의 정량적 목표치에 해당하는 270MPa과 거의 유사한 강도 값인 것으로 확인되었다. 이 중에서도 지르코니아가 첨가된 H2계열의 강도 값은 283MPa로 나타나 고강도 원료로 사용한 지르코니아의 첨가로 인하여 강도 값이 현저하게 증가한 것으로 판단된다. 이처럼 최종적인 고강도 계열에서는 모두 270MPa이상의 강도 값을 가진 것으로 확인되었다.

본 발명에 따른 자기의 열충격에 대한 균열 상태를 확인하기 위하여 유면 열충격 테스트를 진행하였다. 고강도 자기는 H4계열을 대상으로 일반자기와 비교평가 하였다. 그 결과 일반자기는 시험온도차(가열온도와 물의온도차) ΔT150℃에서 유면에 크랙이 발생하여 불안정한 것으로 나타났다. 이에 ΔT160℃에서 유면의 크랙이 발생하는 것으로 나타났다.

고강도 자기(H4)와 상용화되고 있는 일반자기를 탄산나트륨 용액 3리터가 들어있는 스테인레스강 통에 넣고 각각 1차, 2차, 3차로 가열을 하여 전사지의 발색 및 광택 상태변화를 나타내었다. 일반 흰색의 면직물로 고강도 자기와 일반 자기를 강한 충격을 가했을 때 침식정도는 어떤 물질도 묻어나지 않으며, 광택의 손상도 발생하지 않아 판정등급이 양호한 것으로 확인되었다.

그리고 고강도 자기 계열 중 중량이 가장 높은 계열은 A7으로 확인되었다. 이에 고강도 조성 중 A7과 일반자기를 수동 기계성형법으로 성형하여 소성하고 이에 대한 중량변화를 살펴보았다. 성형체는 일반적으로 성형하는 식기형태로 성형하였고 정확한 평가를 위하여 2차소성까지 마친 후 평가하였다. 그 결과 일반자기는 약 191g의 중량을 나타내었고, 동일한 방법으로 제작된 고강도 조성 A7계열은 약 142g의 중량을 나타내었다. 일반자기보다 비중이 높은 원료들이 다량 포함된 고강도 자기는 일반자기보다 중량이 높을 것으로 예상되지만, 일반자기보다 두께를 얇게 성형하여 중량을 최소화 하였다. 일반자기와 고강도 자기의 중량은 26%의 감소된 것으로 나타나 정량적 목표치인 25%를 초과하는 것으로 확인되었다.

도1은 강화자기 개발 프로세스를 도시한 것으로서 (a)는 저온소성, (b)는 mullite 결정 촉진, (c)는 가소성 향상, (d)는 고강도화를 나타낸다.
도2는 강화자기 개발 플로우 차트를 나타낸다.
도3은 Mullite(3Al₂O₃2SiO₂) 상태도 및 Mullite 미세조직을 나타낸 것이다.
도4는 비가소성 강화자기 성형체를 나타낸 것이다.
도5는 가소제 첨가에 의한 도자기 원료의 개질 개념도이다.
도6은 강화자기 성형체를 제조하는 성형방법을 나타낸 것이다.
도7은 소성방법에 대한 전체 공정을 나타낸 것이다.
도8은 꺾임강도 측정 장비와 가공 시편 규격도를 나타낸 것으로서 (a)는 측정장비이고, (b)는 시편 규격도이다.
도9는 아르키메데스 법에 의한 흡수율 측정과정을 나타낸 것이다.
도10은 결정상분석 장비 XRD이다.
도11은 입도분석기 외관(a)과 측정구조(b)를 나타낸 것이다.
도12는 SEM 장비 외관과 측정 원리도를 나타낸 것이다.
도13은 가소성 측정장치를 나타낸 것이다.
도14는 시험체 성형 몰드를 나타낸 것이다.
도15는 열충격(Spalling) 테스트 장치를 나타낸 것이다.
도16은 내세제성 테스트 장치를 나타낸 것이다.
도17은 규석1의 입도분포를 나타낸 것이다.
도18은 규석1의 결정상을 나타낸 것이다.
도19는 규석2의 입도분포를 나타낸 것이다.
도20은 규석2의 결정상을 나타낸 것이다.
도21은 석회석의 입도분포를 나타낸 것이다.
도22는 석회석의 결정상을 나타낸 것이다.
도23은 알루미나1의 입도분포를 나타낸 것이다.
도24는 알루미나1의 결정상을 나타낸 것이다.
도25는 알루미나2의 입도분포를 나타낸 것이다.
도26은 알루미나2의 결정상을 나타낸 것이다.
도27는 알루미나3의 입도분포를 나타낸 것이다.
도28은 알루미나3의 결정상을 나타낸 것이다.
도29는 카리장석의 입도분포를 나타낸 것이다.
도30은 카리장석의 결정상을 나타낸 것이다.
도31은 소다장석의 입도분포를 나타낸 것이다.
도32는 소다장석의 결정상을 나타낸 것이다.
도33은 도석1의 입도분포를 나타낸 것이다.
도34는 도석1의 결정상을 나타낸 것이다.
도35는 도석2의 입도분포를 나타낸 것이다.
도36은 도석2의 결정상을 나타낸 것이다.
도37은 도석3의 입도분포를 나타낸 것이다.
도38은 도석3의 결정상을 나타낸 것이다.
도39는 카올린1의 입도분포를 나타낸 것이다.
도40은 카올린1의 결정상을 나타낸 것이다.
도41은 카올린2의 입도분포를 나타낸 것이다.
도42는 카올린2의 결정상을 나타낸 것이다.
도43은 카올린3의 입도분포를 나타낸 것이다.
도44는 카올린3의 결정상을 나타낸 것이다.
도45는 카올린4의 입도분포를 나타낸 것이다.
도46은 카올린4의 결정상을 나타낸 것이다.
도47은 점토1의 입도분포를 나타낸 것이다.
도48은 점토1의 결정상을 나타낸 것이다.
도49는 점토2의 입도분포를 나타낸 것이다.
도50은 점토2의 결정상을 나타낸 것이다.
도51은 ZrSiO₄의 입도분포를 나타낸 것이다.
도52는 ZrSiO₄의 결정상을 나타낸 것이다.
도53은 ZrO₂의 입도분포를 나타낸 것이다.
도54는 ZrO₂의 결정상을 나타낸 것이다.
도55는 탈크의 입도분포를 나타낸 것이다.
도56은 탈크의 결정상을 나타낸 것이다.
도57은 융제조성 소다장석(Na₂O)계열의 흡수율을 나타낸 그래프이다.
도58은 융제조성 소다장석(Na₂O)계열의 결정상 분석결과를 나타낸 것이다.
도59는 융제조성 소다장석(Na₂O)계열의 강도 측정결과를 나타낸 것이다.
도60은 융제조성 카리장석(K₂O)계열의 흡수율 측정결과를 나타낸 것이다.
도61은 융제조성 카리장석(K₂O)계열의 결정상 측정결과를 나타낸 것이다.
도62는 융제조성 카리장석(K₂O)계열의 강도 측정결과를 나타낸 것이다.
도63은 융제조성 석회석(CaO)계열의 흡수율 측정결과를 나타낸 것이다.
도64는 융제조성 석회석(CaO)계열의 결정상 측정결과를 나타낸 것이다.
도65는 융제조성 석회석(CaO)계열의 강도 측정결과를 나타낸 것이다.
도66은 융제조성 탈크(MgO)계열의 흡수율 측정결과를 나타낸 것이다.
도67은 융제조성 탈크(MgO)계열의 결정상 측정결과를 나타낸 것이다.
도68은 융제조성 탈크(MgO)계열의 강도 측정결과를 나타낸 것이다.
도69는 Mullite 생성계열의 흡수율 측정결과를 나타낸 것이다.
도70은 Mullite 생성계열의 결정상 측정결과를 나타낸 것이다.
도71은 Mullite 생성계열의 Mullite 정량분석 결과를 나타낸 것이다.
도72는 Mullite 생성계열의 강도 측정결과를 나타낸 것이다.
도73은 Mullite 생성계열의 미세조직을 나타낸 것이다.
도74는 Mullite 생성계열의 흡수율 측정결과를 나타낸 것이다.
도75는 Mullite 생성계열의 결정상을 나타낸 것이다.
도76은 Mullite 생성계열의 Mullite 정량분석 결과를 나타낸 것이다.
도77은 Mullite 생성계열의 강도 측정결과를 나타낸 것이다.
도78은 Mullite 생성계열의 미세조직을 나타낸 것이다.
도79는 Mullite 생성계열의 흡수율 측정결과를 나타낸 것이다.
도80은 Mullite 생성계열의 결정상을 나타낸 것이다.
도81은 Mullite 생성계열의 Mullite 정량분석 결과를 나타낸 것이다.
도82는 Mullite 생성계열의 강도 측정결과를 나타낸 것이다.
도83은 Mullite 생성계열의 미세조직을 나타낸 것이다.
도84는 Mullite 생성계열의 흡수율 측정결과를 나타낸 것이다.
도85는 Mullite 생성계열의 결정상을 나타낸 것이다.
도86은 Mullite 생성계열의 Mullite 정량분석 결과를 나타낸 것이다.
도87은 Mullite 생성계열의 강도 측정결과를 나타낸 것이다.
도88은 Mullite 생성계열의 미세조직을 나타낸 것이다.
도89는 고강도 계열의 흡수율 측정결과를 나타낸 것이다.
도90은 고강도 계열의 결정상을 나타낸 것이다.
도91은 고강도 계열의 강도 측정결과를 나타낸 것이다.
도92는 고강도 계열의 미세조직을 나타낸 것이다.
도93은 고강도 계열의 흡수율 측정결과를 나타낸 것이다.
도94는 고강도 계열의 결정상을 나타낸 것이다.
도95는 고강도 계열의 강도 측정결과를 나타낸 것이다.
도96은 고강도 계열의 미세조직을 나타낸 것이다.
도97은 고강도 계열의 흡수율 측정결과를 나타낸 것이다.
도98은 고강도 계열의 결정상을 나타낸 것이다.
도99는 고강도 계열의 강도 측정결과를 나타낸 것이다.
도100은 고강도 계열의 미세조직을 나타낸 것이다.
도101은 점토1 첨가에 따른 가소성 변화(P1-점토1 5%첨가) 분석결과를 나타낸 것이다.
도102는 점토1 첨가에 따른 가소성 변화(P2-점토1 10%첨가) 분석결과를 나타낸 것이다.
도103은 점토1 첨가에 따른 가소성 변화(P3-점토1 15%첨가) 분석결과를 나타낸 것이다.
도104는 점토2 첨가에 따른 가소성 변화(P4-점토2 1%첨가) 분석결과를 나타낸 것이다.
도105는 점토2 첨가에 따른 가소성 변화(P5-점토2 2%첨가) 분석결과를 나타낸 것이다.
도106은 점토2 첨가에 따른 가소성 변화(P6-점토2 3%첨가) 분석결과를 나타낸 것이다.
도107은 일반자기와 고강도자기의 중량 비교 결과를 나타낸 것이다.
도108은 일반자기와 고강도자기의 두께 비교평가 결과를 나타낸 것이다.
도109는 일반자기와 고강도자기의 유면 열충격 테스트 비교결과를 나타낸 것이다.
도110은 일반자기와 고강도자기의 열충격 테스트 후 샘플형상 (△T150℃)을 나타낸 것이다.

본 발명은 알루미나 15 내지 40중량부, 도석 10 내지 35중량부, 카올린 30 내지 40중량부, 카리장석 5 내지 20중량부 및 탈크 1 내지 10중량부를 함유하는, 고강도 자기 조성물에 관한 것이다.

강화자기의 기본 조건인 고강도화의 첫 번째 조건은 저온에서 소성되어야 한다는 것이고, 두 번째 조건은 소성체에 뮬라이트(3Al₂O₃·2SiO₂) 결정을 형성 및 촉진하는 것이다.

본 발명의 일 양태에서, 알루미나 20 내지 35중량부, 도석 20 내지 30중량부, 카올린 30 내지 40중량부, 카리장석 8 내지 15중량부 및 탈크 2 내지 8중량부를 함유하는, 고강도 자기 조성물이 제공된다.

본 발명의 일 양태에서, 규석, ZrO₂ 및 ZrSiO₄로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상을 1 내지 10중량부의 양으로 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는, 고강도 자기 조성물이 제공된다.

본 발명의 일 양태에서, 규석, ZrO₂ 및 ZrSiO₄로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상을 2 내지 8중량부의 양으로 추가로 함유하는 것을 특징으로 한다.

최종적으로 선정된 고강도 조성의 원료 배합비는 표30에 나타낸 바와 같다. 고강도 조성의 H계열에서는 알루미나, 태백도석, 뉴질랜드 카올린, 점토1, 인도장석, 활성, 규성 및 ZrSiO₄의 원료를 배합할 수 있다. 고강도 원료 배합시에는 다른 배합에 첨가하지 않았던 ZrSiO₄를 추가로 배합하는 것이 보다 바람직하다. 상기 H계열 화학성분은 저온소성, 가소성, 뮬라이트 결정촉진 계열에 포함되어 있는 알루미나 함량보다 높은 것으로 관찰되었다.

본 발명의 일 양태에서, 상기 식기 조성물의 화학성분은, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, TiO₂, CaO, MgO, K₂O, Na₂O, ZrO₂, ZrSiO₄ 및 I.L가 각각 40 내지 50 w/w%, 40 내지 50 w/w%, 0.1 내지 0.2 w/w%, 0.01 내지 0.08 w/w%, 2 내지 3 w/w%, 0.01 내지 0.2 w/w%, 1 내지 2 w/w%, 0.1 내지 1 w/w%, 0 내지 5 w/w%, 0 내지 5 w/w%, 5 내지 6 w/w%인 것을 특징으로 한다.

저온에서 소성한 소성체에 뮬라이트 결정상을 생성 및 촉진하여 강도를 증가시킬 수 있다. 이에 뮬라이트 생성(3Al₂O₃·2SiO₂) 원료 조성을 배합하여 고강도 소성체 매트릭스에 뮬라이트를 형성할 수 있다.

한편 비가소성 물질이 혼합되어 잇는 강화자기 원료는 강화소지의 가소성을 저하시키게 된다. 이에 저하되는 가소성을 향상시키기 위하여 알루미나 함량이 높은 점토계열(뉴질랜드 카올린 등)을 사용하고, 판상형태의 무기 가소제(점토1(Al2O3·2SiO2·2H2O), 점토2(Al2O3·2SiO2)를 첨가할 수 있다.

본 발명은 또한 (a) 알루미나 15 내지 40중량부, 도석 10 내지 35중량부, 카올린 30 내지 40중량부, 카리장석 5 내지 20중량부 및 탈크 1 내지 10중량부를 함유하는 원료 분말을 혼합하여 슬러리를 수득하는 단계; (b) 상기 단계(a)에서 얻어진 슬러리를 이용해 성형체를 형성하는 단계; (c) 상기 단계(b)에서 얻어진 성형체를 건조시키는 단계; 및 (d) 상기 단계(c)에서 건조된 성형체를 소성하는 단계를 포함하는, 고강도 자기의 제조방법에 관한 것이다.

강화소성체를 제조하기 위하여 포트에 각 원료로 배합된 원료 조성물을 투입 후 증류수 및 해교제를 넣어 볼밀링하고, 제조된 슬러리는 성형용 몰드에 주입성형한 후 건조시킨다. 일정시간이 지나면 몰드로부터 시편을 분리하여 떼어내고 탈형된 시편을 건조기에서 건조시킨다. 그 후 소성과정을 거치는데 1차 소성 및 2차 소성을 거친다. 1차 소성은 성형한 시편은 오븐에 넣고 건조 후 로에 넣어 소성하는 것이다. 이 때의 소성온도는 1260 내지 1270℃이다. 2차 소성을 하기 전에 도자기 표면에 유약을 바르는 시유공정을 거친다. 시유공정은 1차 소성한 시편의 상태를 검사한 후 표면에 묻어있는 이물질을 제거하고 유약을 바르는 것이다. 시유된 시편은 로에 넣고 소성하며, 이 때 소성온도는 1110 내지 1120℃이다.

본 발명의 일 양태에서, 단계(a)에서 규석, ZrO₂ 및 ZrSiO₄로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상을 1 내지 10중량부의 양으로 추가로 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양태에서, 상기 단계(d)는 공기 분위기 하에서 1200℃ 이상 1300℃ 미만의 온도로 수행되며, 단계(d) 이후 추가로 시유하는 단계 및 2차 소성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 또한 제조방법에 의해 제조된 고강도 자기에 관한 것이다.

본 발명의 일 양태에서, 상기 자기는 뮬라이트(Mullite) 결정 생성량이 40% 이상, 보다 구체적으로 45% 이상이다.

본 발명의 일 양태에서, 상기 자기는 250 MPa 이상의 강도, 보다 구체적으로 260 MPa 이상의 강도, 보다 더 구체적으로 270 MPa 이상의 강도를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양태에서, 상기 자기는 150℃에서 유면에 크랙이 발생하지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고강도 자기는 강한 충격에도 내충격성을 가지며, 전사지 반응성 평가 결과 침식되지 않고, 광택의 손상이 발생하지 않았으며, 내세제성에 반응하지 않는 것을 특징으로 한다. 또한 경량화되어 산업상 보다 유용한 강화자기를 제공하는 것이 가능하다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이지 본 발명의 권리범위를 이로 한정하는 것을 의도하지 않는다.

< 실시예 >

1-1. 융제조성 배합기술 확보

고강도 조성을 저온소성 하기 위하여 융제물질을 첨가하였다. 융제물질은 장석(K₂O, Na₂O), 석회석(CaO), 탈크(MgO)을 선정하여 첨가하였다. Na₂O 성분의 소다장석 계열은 두 가지 계열로 분류하여 조성을 확보하고 K₂O가 주성분인 카리장석은 함량을 증가시키며 세 가지 계열로 분류하여 조성을 확보하였다. CaO가 주성분인 석회석은 각각 5%, 10% 첨가한 조성을 개발하고 MgO가 주성분인 탈크는 탈크의 함량을 3%씩 증가하여 4가지 계열의 조성을 개발하였다. 이렇게 제조한 융제조성 소성체는 흡수율과 결정상분석, 강도평가를 통해 소성체 평가를 하였으며, 전체적으로 흡수율은 0.1%를 넘지 않는 범위에 해당하는 것으로 나타나 이는 융제원료의 첨가로 인하여 치밀화가 촉진되었기 때문으로 판단된다.

결정상분석에서는 탈크가 첨가된 계열에서 Cordierite 결정상이 추가로 관찰되었고 석회석이 첨가된 계열에서는 Calcium silicate 결정상이 생성되었다. 전체적으로 주로 관찰된 결정상은 Corundum 결정상과 Mullite 결정상으로 관찰되었다.

1-2. 저온소성(1,300℃ 미만)에서 Mullite 결정생성 촉진 및 제조공정 확립

저온에서 소성한 소성체에 Mullite 결정상을 생성 및 촉진하여 강도를 증가시키는 실험을 진행하였다. 원료의 배합비는 1,300℃ 미만에서 Mullite를 생성할 수 있도록 융제 원료와 Al₂O₃, SiO₂ 성분이 혼합되어 있는 원료들을 주로 첨가하여 배합하였다. 1,260℃에서 소성한 후 소성체들의 결정상을 정량적으로 분석한 결과 Z계열의 Mullite결정 생성량은 전체적으로 45%를 초과하는 것으로 나타났다. 이에 강도 값도 동반 증가하는 것으로 나타났다. Z계열의 강도 값은 194~283MPa 사이에 포함되는 것으로 확인되었으며, 저온에서 치밀화를 촉진시키고 Mullite 결정을 생성한 것이 강도 값을 증가시킨 원인으로 판단된다.

1-3. 고알루미나 조성에서의 가소성 향상 및 평가

비가소성 물질이 혼합되어 있는 고강도 자기 원료는 고강도 소지의 가소성을 저하시키게 된다. 이에 저하되는 가소성을 향상시키기 위하여 알루미나 함량이 포함되어 있는 점토계열(카올린1)원료를 사용하고, 판상형태의 무기가소제(점토1, 점토2)를 첨가하여 가소성을 정량적으로 평가하였다. 가소성 계열인 P계열은 비가소성물질인 탈크가 5% 첨가된 계열로 무기가소제를 첨가하지 않은 P0와 무기가소제를 첨가한 P1~P6계열을 비교 평가한 결과 무기가소제가 첨가된 계열의 가소성이 현저히 증가한 것을 확인하였다. 특히, 무기가소제 중 점토1을 첨가하였을 때에 가소성이 더 증가하는 것으로 확인되었다.

1-4. 고강도화

최종적으로 선정된 고강도 조성의 원료 배합비는 4가지로 구분하였다. H계열의 고강도조성에 사용한 원료는 알루미나, 도석1, 뉴질랜드 카올린, 점토1, 카리장석, 탈크, 규석, 지르콘, 지르코니아를 혼합하여 배합하였다. 이렇게 제조된 고강도 조성 소성체의 전체적인 강도 값은 271~283 MPa 범위에 포함하는 것으로 나타났다. H계열의 강도 값은 타 계열의 강도 값과 비교 시 매우 높은 강도 값으로 확인되었으며, 본 사업의 정량적 목표치에 해당하는 270 MPa과 거의 유사한 강도 값인 것으로 확인되었다. 이 중에서도 지르코니아가 첨가된 H2계열의 강도 값은 283 MPa로 나타나 고강도 원료로 사용한 지르코니아의 첨가로 인하여 강도 값이 현저하게 증가한 것으로 판단된다. 이처럼 최종적인 고강도 계열에서는 모두 270 MPa이상의 강도 값을 가진 것으로 확인되었다.

1-5. 유약 및 전사지 반응성 평가

1-5-1. 유면평가

본 발명에서 개발한 고강도 자기의 열충격에 대한 균열 상태를 확인하기 위하여 유면 열충격 테스트를 진행하였다. 고강도 자기는 H4계열을 대상으로 일반자기와 비교평가 하였다. 그 결과 일반자기는 시험온도차(가열온도와 물의온도차) ΔT150℃에서 유면에 크랙이 발생하여 불안정한 것으로 나타났다. 이에 고강도 자기(H4)는 ΔT150℃에서도 안정적인 결과가 나타났으며 ΔT160℃에서 유면의 크랙이 발생하는 것으로 나타났다.

1-5-2. 전사지 반응성 평가

고강도 자기(H4)와 상용화되고 있는 일반자기를 탄산나트륨 용액 3리터가 들어있는 스테인레스강 통에 넣고 각각 1차, 2차, 3차로 가열을 하여 전사지의 발색 및 광택 상태변화를 나타내었다. 일반 흰색의 면직물로 고강도 자기와 일반 자기를 강한 충격을 가했을 때 침식정도는 어떤 물질도 묻어나지 않으며, 광택의 손상도 발생하지 않아 판정등급이 양호한 것으로 확인되었다. 따라서 본 연구에서 개발한 고강도 자기는 상용되는 일반자기와 유사하게 내세제성에 반응하지 않는 것으로 확인되었다.

1-6. 강도증가에 따른 경량화

고강도 자기 계열 중 중량이 가장 높은 계열은 A7으로 확인되었다. 이에 고강도 조성 중 A7과 일반자기를 수동 기계성형법으로 성형하여 소성하고 이에 대한 중량변화를 살펴보았다. 성형체는 일반적으로 성형하는 식기형태로 성형하였고 정확한 평가를 위하여 2차소성까지 마친 후 평가하였다. 그 결과 일반자기는 약 191g의 중량을 나타내었고, 동일한 방법으로 제작된 고강도 조성 A7계열은 약 142g의 중량을 나타내었다. 일반자기보다 비중이 높은 원료들이 다량 포함된 고강도 자기는 일반자기보다 중량이 높을 것으로 예상되지만, 일반자기보다 두께를 얇게 성형하여 중량을 최소화 하였다. 일반자기와 고강도 자기의 중량은 26% 감소된 것으로 나타나 정량적 목표치인 25%를 초과하는 것으로 확인되었다.

○ 융제조성 배합기술 확보

- 융제물질 Na₂O첨가 조성

조성	Al ₂ O ₃	태백도석	N.K	인도장석	소다장석
N1	30	20	33	-	17
N2	30	20	33	17	-

- 융제물질 K₂O첨가 조성

조성	Al ₂ O ₃	태백도석	N.K	인도장석	활석	규석
K1	42	14	20	10	4	10
K2	37	13	23	14	3	10
K3	32	8	31	16	3	10

- 융제물질 CaO 첨가 조성

조성	Al ₂ O ₃	태백도석	N.K	인도장석	석회석
L1	29	19	31	16	5
L2	29	19	31	11	10

- 융제물질 MgO첨가 조성

조성	Al ₂ O ₃	태백도석	N.K	인도장석	활석
T1	30	20	33	11	6
T2	30	20	33	8	9
T3	30	20	33	5	12
T4	30	20	33	2	15

○ 저온소성(1,300℃미만)에서 Mullite 결정생성 촉진 및 제조공정 확립

- 뮬라이트 생성(3Al₂O₃2SiO₂) 원료 조성 및 배합

* 4가지 계열(M1~M4)의 Mullite 결정생성 조성 확보

조성	Al ₂ O ₃	태백도석	N.K	인도장석	활석	규석
M1	47	0	31	16	6	0
M2	40	6	33	15	6	0
M3	37	13	23	14	3	10
M4	30	20	33	12	5	0

- 저온소성에 의한 Mullite 생성촉진(20%이상)

- 소결체 결정상 정량분석에 의한 평가

Mullite 결정생성 계열의 결정상 정량분석 결과 20~40%의 Mullite 결정이 생성된 것으로 나타났다.

○ 고알루미나 조성에서의 가소성 향상 및 평가(pfeffer' korn법 25%)

- 비가소성 산화알루미나, 카올린 대체 조성 개발

Al₂O₃ + 고령토, 카올린, 도석을 배합한 조성개발

* - 가소성 향상을 위한 무기 가소제 적용 평가(벤토나이트, 와목점토)

무기가소제 벤토나이트, 와목을 첨가한 6가지 가소성 향상 조성 개발

조성	Al ₂ O ₃	태백도석	N.K	와목	인도장석	활석	벤토나이트
P1	30	20	33	5	2	15	0
P2	30	20	33	10	2	15	0
P3	30	20	33	15	2	15	0
P4	30	20	33	0	2	15	1
P5	30	20	33	0	2	15	2
P6	30	20	33	0	2	15	3

가소성이 저하된 T4계열 조성을 대상으로 무기가소제 와목(5, 10, 15%), 벤토나이트(1, 2, 3%)를 첨가하여 고강도 소지의 가소성을 평가하였다. 그 결과 와목, 벤토나이트첨가 계열 모두 T4계열보다 가소성이 증가하는 것으로 나타났다.

○ 고강도화

- 융제+Mullite+가소성조성 확보 후 최종 고강도 조성을 확립하였다.

고강도조성(H계열) 강도값 평균 242MPa

○ 유약 및 전사지 반응성 평가(Spalling test)

- 유면평가

고강도 조성 중 H4계열과 일반자기를 대상으로 열충격 평가를 실시하였다.

고강도 H4계열은 △T 150℃에서 안정적인 것으로 평가되었다. 반면 상용 일반자기는 △T 150℃에서 유면에 크랙발생으로 불안정 평가되었다.

- 전사지 반응성 평가(내세제성 평가)

내세제성 평가 1, 2, 3차 측정 후 시험 전 후 전사지의 색상, 광택도 발색 변화가 발견되지 않았다.

○ 강도증가에 따른 경량화율 결정(15% 감소)

- 고강도 조성 중 중량이 높은 M1계열과 일반자기의 경량율 비교평가

일반자기 중량 191g

고강도자기 중량 160g

일반자기 대비 고강도 자기의 중량이 16% 감소한 것으로 나타났다.

○ 소결체 평가

- 고강도 원료 분석 및 평가

고강도 원료 성분분석 11건

입도분석 11건

결정상분석 11건

- 가소성 정량 분석

와목 첨가 계열(P1, P2, P3) 가소성 정량분석 3건

벤토나이트 첨가 계열(P4, P5, P6) 가소성 정량분석 3건

- 소결체 특성 평가

X-회절분석 19건

미세조직 관찰 및 분석 8건

꺾임강도 측정 19건

2. 실험방법

2-1. 원료배합

고강도 자기를 개발하기 위하여 총 11종의 원료들을 사용하였다. 이 원료들은 점토, 알루미나, 장석, 지르콘, 도석, 석회석, 탈크 등으로 일반자기에 첨가되는 원료와는 달리 다종의 원료들을 활용하였다.

원료 화학성분

원료명	SiO ₂	Al ₂ O ₃	Fe ₂ O ₃	TiO ₂	CaO	MgO	K ₂ O	Na ₂ O	ZrSiO ₄	ZrO2	I.L
규석1	99.90	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0.1
규석2	99.60	-	0.03	-	-	-	-	-	-	-	0.37
석회석	1.67	0.15	0.07	-	54.80	0.06	0.06	0.12	-	-	43.07
알루미나1	-	99.80	-	-	-	-	-	0.05	-	-	0.05
알루미나2	-	99.50	-	-	-	-	-	-	-	-	0.05
알루미나3	-	99.90	-	-	-	-	-	-	-	-	0.05
카리장석	66.52	18.36	0.03	0.01	0.14	0.09	12.18	2.35	-	-	0.32
소다장석	64.91	21.21	0.09	-	2.74	0.47	1.19	8.76	-	-	0.63
도석1	82.00	12.60	0.24	0.08	0.10	0.13	1.00	0.03	-	-	3.82
도석2	82.10	12.30	0.08	0.15	0.11	0.02	0.08	0.11	-	-	5.05
도석3	74.10	18.70	0.06	0.12	0.31	0.07	2.11	0.45	-	-	3.65
카올린1	50.20	35.80	0.28	0.08	0.07	0.06	0.05	0.06	-	-	13.40
카올린2	47.00	38.00	0.39	0.03	0.10	0.22	0.80	0.15	-	-	13.31
카올린3	53.25	32.54	0.54	0.14	0.18	0.32	0.58	0.05	-	-	11.60
카올린4	48.32	37.39	0.27	0.01	0.03	0.9	2.27	0.18	-	-	12.00
점토1	47.90	36.20	1.27	0.67	0.15	0.10	0.59	0.34	-	-	12.78
점토2	46.81	42.15	0.09	0.02	0.17	0.09	0.09	0.19	-	-	10.39
ZrSiO ₄	3.31	-	-	-	-	-	-	-	96.58	-	0.11
ZrO2	-	-	-	-	-	-	-	-	-	99.0	0.1
탈크	64.40	0.40	0.20	-	0.20	33.40	0.02	0.03	-	-	1.35

다음 표의 조성은 저온소성을 하기 위하여 융제물질을 첨가한 조성이다. 그 중에서 소다장석의 첨가에 의한 저온소성을 나타내었다. 전체적인 조성은 알루미나와 도석1, 뉴질랜드 카올린을 기본 조성으로 고정한 후 소다장석(17%)을 첨가하였다.

소다장석 첨가에 따른 원료 배합비

조성	알루미나1	도석1	카올린1	카리장석	소다장석
N1	30	20	33	-	17
N2	30	20	33	17	-

다음은 위의 소다장석 첨가 배합비에 다른 화학성분에 대하여 나타내었다. 여기에서 소다장석이 첨가된 조성 N1은 Na₂O 성분이 1.53%로 높은 수치를 나타내었고, 소다장석이 첨가되지 않은 조성에서는 K₂O 성분이 2.29%로 확인되었다. 전체성분에서 주성분인 SiO₂와 Al₂O₃ 성분은 각각 44%, 47%로 확인되었다.

소다장석 첨가 배합비에 따른 화학성분

조성	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	TiO₂	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	I.L
N1	44.00	47.91	0.16	0.04	0.51	0.13	0.42	1.53	5.31
N2	44.27	47.43	0.15	0.04	0.07	0.06	2.29	0.44	5.26

융제물질 중 카리장석 첨가에 대한 원료 배합비를 나타내었다. 조성은 3가지로 구분하였다. 카리장석 계열의 카리장석은 10, 14, 16%로 함량을 증가시켜서 배합하였고 카리장석의 함량이 증가할수록 알루미나와 도석1의 함량은 감소하였다.

카리장석 첨가에 따른 원료 배합비

조성	알루미나1	도석1	카올린1	카리장석	탈크	규석2
K1	42	14	20	10	4	10
K2	37	13	23	14	3	10
K3	32	8	31	16	3	10

다음은 카리장석 첨가 배합비에 다른 화학성분에 대하여 나타내었다. 카리장석이 10% 첨가된 조성 K1은 K₂O 성분이 1.56%, 14% 첨가한 K2는 1.85%, 16% 첨가한 K3 조성은 2.05%로 카리장석의 함량이 증가할수록 순차적으로 K₂O 성분의 함량이 증가하는 것으로 나타났다.

카리장석 첨가 배합비에 따른 화학성분

조성	SiO ₂	Al ₂ O ₃	Fe ₂ O ₃	TiO ₂	CaO	MgO	K ₂ O	Na ₂ O	I.L
K1	42.72	48.69	0.15	0.04	0.07	1.06	1.56	0.30	5.41
K2	43.41	49.41	0.11	0.03	0.06	1.05	1.85	0.37	3.71
K3	44.65	47.02	0.12	0.03	0.06	1.05	2.05	0.41	4.61

다음은 융제물질 중 CaO(석회석) 첨가에 대한 원료 배합비를 나타내었다. 조성은 2가지로 구분하였고 석회석의 함량을 5%(L1), 10%(L2)로 구분하여 첨가하는 조성으로 배합하였다.

CaO 첨가에 따른 원료 배합비

조성	알루미나1	도석1	카올린1	카리장석	석회석
L1	29	19	31	16	5
L2	29	19	31	11	10

석회석을 첨가한 배합비에 따른 CaO 화학성분을 다음 표에 나타내었다. CaO의 함량은 5% 첨가한 L1계열이 2.80%로 나타났으며, 10% 첨가한 L2계열은 3.09%로 나타나 약 0.2% 증가한 조성으로 확인되었다.

CaO 첨가 배합비에 따른 화학성분

조성	SiO ₂	Al ₂ O ₃	Fe ₂ O ₃	TiO ₂	CaO	MgO	K ₂ O	Na ₂ O	I.L
L1	41.03	46.51	0.15	0.04	2.80	0.06	1.68	0.33	7.39
L2	41.98	45.64	0.15	0.04	3.09	0.12	0.4	1.46	7.11

다음은 융제물질 MgO 성분의 탈크가 첨가된 저온소성 배합비를 나타내었다. MgO 첨가에 따른 배합비는 총 4종으로 탈크의 함량을 6, 9, 12, 15%씩 증가시킨 조성이다. 이때의 알루미나와 도석1, 뉴질랜드 카올린의 함량은 고정하고 카리장석의 함량을 조절하여 원료를 배합하였다.

MgO 첨가에 따른 원료 배합비

조성	알루미나1	도석1	카올린1	카리장석	탈크
T1	30	20	33	11	6
T2	30	20	33	8	9
T3	30	20	33	5	12
T4	30	20	33	2	15

MgO 성분의 탈크를 첨가한 배합비에 따른 화학성분을 다음 표에 나타내었다. T1~T4계열의 MgO 성분을 확인한 결과 T1계열은 2.06%, T2계열은 3.06%, T3계열은 4.06%, T4계열은 5.06%로 나타나 탈크의 첨가량이 3%씩 증가할수록 MgO의 함량은 1%씩 증가하는 것으로 확인되었다.

MgO 첨가 배합비에 따른 화학성분

조성	SiO ₂	Al ₂ O ₃	Fe ₂ O ₃	TiO ₂	CaO	MgO	K ₂ O	Na ₂ O	I.L
T1	44.15	46.35	0.16	0.04	0.07	2.06	1.56	0.30	5.32
T2	44.08	45.81	0.16	0.04	0.07	3.06	1.19	0.23	5.35
T3	44.02	45.27	0.17	0.04	0.07	4.06	0.83	0.16	5.38
T4	43.96	44.73	0.17	0.04	0.08	5.06	0.46	0.09	5.41

다음은 알루미나의 함량을 조절하여 조합한 배합비이다. 사용된 알루미나는 2종류이며 알루미나 함량을 각각 5%씩 늘리는 조성으로 배합하였다.

알루미나 첨가에 따른 원료 배합비

조성	알루미나1	알루미나2	도석1	도석2	카올린2	카리장석	탈크	규석1
A1	10		16	20	34	10	5	5
A2	12	3	11	20	34	10	5	5
A3	15	5	6	20	34	10	5	5
A4	18	7	4	20	34	12	5
A5	23	12		17	31	12	5
A6	26	14		14	29	12	5
A7	20	9		20	34	12	5

다음은 알루미나 함량별 배합비에 따른 화학성분을 다음 표에 나타내었다. A1-A6계열의 Al₂O₃ 성분을 확인한 결과 알루미나 함량이 증가할수록 Al₂O₃ 의 화학조성도 증가하는 것을 알 수 있었다.

알루미나 첨가 배합비에 따른 화학조성

조성	SiO2	Al2O3	Fe2O3	Ti02	CaO	MgO	K2O	Na2O	BaO	I.L
A1	47.32	27.2	0.16	0.04	2.81	0.09	1.43	0.41	0.01	5.60
A2	47.32	32.18	0.16	0.04	2.81	0.09	1.43	0.41	0.007	5.60
A3	47.32	37.16	0.16	0.04	2.81	0.09	1.43	0.41	0.004	5.60
A4	43.66	42.51	0.17	0.04	2.81	0.09	1.66	0.48	0.002	5.61
A5	39.79	50.97	0.15	0.03	2.8	0.08	1.63	0.47	0	5.05
A6	36.38	54.82	0.14	0.03	2.8	0.07	1.61	0.46	0	4.64
A7	43.66	46.5	0.17	0.04	2.81	0.09	1.66	0.48	0	5.61

다음은 알루미나 입도별 배합비이다. 입도가 다른 알루미나 3종을 20:9, 9:20과 같이 첨가하여 배합하였다. 입도의 크기는 알루미나1>알루미나2>알루미나3으로 입도분석 결과가 나타났다.

알루미나 입도에 따른 배합비

조성	알루미나1	알루미나3	알루미나2	도석1	카올린1	카리장석	탈크
P1	29			20	34	12	5
P2	20	9		20	34	12	5
P3	9	20		20	34	12	5
P4	20		9	20	34	12	5
P5	9		20	20	34	12	5
P6		20	9	20	34	12	5
P7		9	20	20	34	12	5

다음은 알루미나 입도별 배합비의 화학조성이다. 화학조성의 경우 알루미나의 순도에 따라 약간의 변화는 나타났지만, 거의 비슷한 수준으로 확인되었다.

알루미나 입도별 배합비에 따른 화학조성

조성	SiO2	Al2O3	Fe2O3	Ti02	CaO	MgO	K2O	Na2O	BaO	I.L
P1	44.59	45.7	0.12	0.02	2.75	0.01	1.37	0.42	0.06	5.47
P2	44.59	45.71	0.12	0.02	2.75	0.01	1.37	0.42	0.06	5.47
P3	44.59	45.72	0.12	0.02	2.75	0.01	1.37	0.42	0.06	5.47
P4	44.59	45.67	0.12	0.02	2.75	0.01	1.37	0.42	0.06	5.47
P5	44.59	45.64	0.12	0.02	2.75	0.01	1.37	0.42	0.06	5.47
P6	44.59	45.69	0.12	0.02	2.75	0.01	1.37	0.42	0.06	5.47
P7	44.59	45.65	0.12	0.02	2.75	0.01	1.37	0.42	0.06	5.47

다음은 도석 종류별 배합비이다.

도석 종류에 따른 배합비

조성	알루미나1	알루미나2	도석1	규석1	규석2	도석3	도석2	카올린1	카리장석	탈크
S1	20	9	20					34	12	5
S2	20	9					20	34	12	5
S3	20	9	10				10	34	12	5
S4	20	9				20		34	12	5
S5	20	9	10		10			34	12	5
S6	20	9	10	10				34	12	5

다음은 도석 종류별 배합비의 화학조성이다.

도석 종류별 배합비에 따른 화학조성

조성	SiO2	Al2O3	Fe2O3	Ti02	CaO	MgO	K2O	Na2O	P2O5	BaO	I.L
S1	44.59	45.67	0.12	0.02	2.75	0.01	1.37	0.42	0.05	0.06	5.47
S2	44.31	45.78	0.14	0.05	2.77	0.01	1.38	0.44	0.05	0.05	5.81
S3	44.45	45.72	0.13	0.04	2.76	0.01	1.38	0.43	0.05	0.06	5.64
S4	42.71	47.06	0.13	0.05	2.81	0.02	1.79	0.51	0.05	0.05	5.53
S5	46.2	44.49	0.12	0.02	2.75	0.01	1.37	0.42	0.05	0.06	5.17
S6	46.24	44.49	0.12	0.02	2.75	0.01	1.37	0.42	0.05	0.06	5.13

다음은 카올린 종류별 배합비이다. 실험에 사용된 카올린은 총 4종이며 추가로 K4에는 점토1.7%가 추가되어 배합되었다.

카올린 종류에 따른 배합비

조성	알루미나1	알루미나2	도석1	규석2	카올린1	카올린2	카올린3	카올린4	점토1	카리 장석	탈크
K1	20	9	10	10	34					12	5
K2	20	9	10	10			34			12	5
K3	20	9	10	10		34				12	5
K4	20	9	10	10	32.3				1.7	12	5
K5	20	9	10	10				34		12	5

다음은 카올린 종류별 배합비의 화학조성이다.

카올린 종류별 배합비에 따른 화학조성

조성	SiO2	Al2O3	Fe2O3	Ti02	CaO	MgO	K2O	Na2O	BaO	I.L
K1	46.2	44.49	0.12	0.02	2.75	0.01	1.37	0.42	0.06	5.17
K2	47.68	43.36	0.2	0.05	2.81	0.12	1.56	0.42	0.01	4.4
K3	45.55	45.21	0.15	0.01	2.78	0.08	1.64	0.46	0.01	4.98
K4	47.77	45.66	0.17	0.06	2.76	0.02	1.4	0.42	0.05	5.61
K5	46	45.01	0.11	0	2.76	0.14	2.14	0.47	0.01	4.54

다음은 ZrO₂의 첨가비율별 배합비이다. 기본 조합인 Z1에 추가로 각각 1~5%의 ZrO₂를 첨가하는 배합비이다.

ZrO₂ 첨가비율에 따른 배합비

조성	알루미나1	알루미나2	도석2	카올린2	카리장석	탈크	ZrO2
Z1	20	9	21	35	11	4
Z2	20	9	21	35	11	4	1
Z3	20	9	21	35	11	4	2
Z4	20	9	21	35	11	4	3
Z5	20	9	21	35	11	4	4
Z6	20	9	21	35	11	4	5

다음은 ZrO₂ 첨가비율에 따른 배합비의 첨가비율별 배합비의 화학조성이다. Z1 조합에 추가로 ZrO₂ 첨가비율에 따른 배합비를 첨가하였기 때문에 화학조성에서 ZrO₂ 첨가비율에 따른 배합비의 함량만 1%씩 증가하고 있다.

ZrO₂ 첨가비율에 따른 배합비 첨가 배합비에 따른 화학조성

조성	SiO2	Al2O3	Fe2O3	Ti02	CaO	MgO	K2O	Na2O	ZrO2	I.L
Z1	43.64	46.81	0.17	0.04	2.26	0.09	1.55	0.45	0	5.79
Z2	43.64	46.81	0.17	0.04	2.26	0.09	1.55	0.45	0.99	5.79
Z3	43.64	46.81	0.17	0.04	2.26	0.09	1.55	0.45	2.00	5.79
Z4	43.64	46.81	0.17	0.04	2.26	0.09	1.55	0.45	3.00	5.79
Z5	43.64	46.81	0.17	0.04	2.26	0.09	1.55	0.45	4.00	5.79
Z6	43.64	5.79	5.79	5.79	5.79	5.79	5.79	5.79	5.00	5.80

다음은 ZrSiO₄의 첨가비율별 배합비이다. 기본조합인 F1에 추가로 각각 ZrSiO₄ 1~5%를 첨가하는 배합비이다.

ZrSiO₄ 첨가비율에 따른 배합비

조성	알루미나1	알루미나2	도석2	카올린2	카리장석	탈크	ZrSiO4
F1	20	9	21	35	11	4
F2	20	9	21	35	11	4	1
F3	20	9	21	35	11	4	2
F4	20	9	21	35	11	4	3
F5	20	9	21	35	11	4	4
F6	20	9	21	35	11	4	5

다음은 ZrSiO₄의 첨가비율별 배합비의 화학조성이다. F1 조합에 추가로 ZrSiO₄를 첨가하였기 때문에 화학조성에서 ZrSiO₄의 함량만 0.96%씩 증가하고 있으며, ZrSiO₄에 있는 소량의 SiO₂ 0.03%씩 증가하고 있다.

ZrSiO₄ 첨가비율별 배합비에 따른 화학조성

조성	SiO2	Al2O3	Fe2O3	Ti02	CaO	MgO	K2O	Na2O	ZrSiO4	I.L
F1	43.64	46.81	0.17	0.04	2.26	0.09	1.55	0.45	0	5.79
F2	43.67	46.81	0.17	0.04	2.26	0.09	1.55	0.45	0.97	5.79
F3	43.70	46.81	0.17	0.04	2.26	0.09	1.55	0.45	1.93	5.79
F4	43.74	46.81	0.17	0.04	2.26	0.09	1.55	0.45	2.90	5.79
F5	43.77	46.81	0.17	0.04	2.26	0.09	1.55	0.45	3.86	5.80
F6	43.80	46.81	0.17	0.04	2.26	0.09	1.55	0.45	4.83	5.80

다음은 고알루미나계열 조성에 가소성을 부여하기 위한 배합비이다. P계열은 알루미나와 도석1, 뉴질랜드 카올린, 탈크를 일정하게 고정하고, 점토1(5, 10, 15%)과 점토2(1, 2, 3%)의 함량을 조절하였다.

가소성 향상 원료 배합비

조성	알루미나1	도석1	카올린1	점토1	카리장석	탈크	점토2
P1	30	20	33	5	2	15	0
P2	30	20	33	10	2	15	0
P3	30	20	33	15	2	15	0
P4	30	20	33	0	2	15	1
P5	30	20	33	0	2	15	2
P6	30	20	33	0	2	15	3

P계열의 가소성 향상 원료 배합비에 따른 화학성분을 다음에 나타내었다. P1, P2, P3계열은 점토1의 함량을 증가시킨 계열로 SiO₂와 장석계열의 함량이 증가하였고, P4, P5, P6계열은 점토2의 함량을 증가시킨 계열로 이 역시 SiO₂의 함량이 미세하게 증가하는 조성으로 관찰되었다. 기타 미량원소인 TiO₂, CaO 함량은 0.1% 미만으로 나타났다.

가소성 향상 원료 배합비에 따른 화학성분

조성	SiO ₂	Al ₂ O ₃	Fe ₂ O ₃	TiO ₂	CaO	MgO	K ₂ O	Na ₂ O	I.L
P1	44.14	44.32	0.22	0.07	0.08	4.82	0.47	0.10	5.76
P2	44.31	43.96	0.27	0.10	0.08	4.61	0.47	0.11	6.08
P3	44.47	43.62	0.31	0.12	0.09	4.41	0.48	0.12	6.37
P4	43.98	44.71	0.17	0.04	0.08	5.01	0.46	0.09	5.46
P5	44.01	44.68	0.17	0.04	0.08	4.96	0.46	0.09	5.51
P6	44.04	44.66	0.17	0.04	0.08	4.91	0.45	0.10	5.56

최종적으로 선정된 고강도 조성의 원료 배합비를 다음에 나타내었다. 고강도 조성의 H계열은 총 4가지로 구분하였다. H계열의 배합비에서는 알루미나, 태백도석, 뉴질랜드 카올린, 점토1, 인도장석, 활석, 규석, ZrSiO₄의 원료로 배합하였다. 고강도 원료 배합비에서는 다른 배합비에 첨가하지 않았던 ZrSiO₄를 추가로 첨가하여 배합하였다.

고강도 조성 원료 배합비

조성	알루미나1	알루미나2	도석1	도석2	카올린1	점토1	카리장석	탈크	규석1	ZrO ₂	ZrSiO ₄
H1	20	9		20	19	15	12	5
H2	20	9		20	19	15	12	5		3
H3	20	9		20	19	15	12	5			4
H4	15	5	6	20	19	15	10	5	5

H계열의 화학성분은 저온소성, 가소성, Mullite 결정촉진 계열에 포함되어 있는 알루미나 함량보다 높은 것으로 관찰되었다. 고강도 조성인 H계열은 비정질을 생성하는 CaO 성분을 최소화 하였으며 융점을 감소시키는 MgO의 함량을 1.0~1.7% 사이로 고정하였다. 또한 SiO₂ 성분과 Al₂O₃ 성분의 함량을 44~46% 사이로 유사하게 고정하였다.

고강도 조성 원료 배합비에 따른 화학성분

조성	SiO2	Al2O3	Fe2O3	Ti02	CaO	MgO	K2O	Na2O	ZrO2	ZrSiO4	I.L
H1	43.83	46.11	0.27	0.14	2.82	0.09	1.63	0.46	0	0	5.65
H2	43.83	46.11	0.27	0.14	2.82	0.09	1.63	0.46	3.00	0	5.65
H3	43.86	46.11	0.27	0.14	2.82	0.09	1.63	0.46	0	3.86	5.65
H4	52.50	37.49	0.27	0.14	2.82	0.09	1.41	0.39	0	0	5.84

< 실험예 >

2-2. 실험순서

270 MPa급 고강도 자기를 개발하기 위한 원료조성을 4가지로 분류하였다. 첫 번째로는 고알루미나 조성의 배합기술을 확보하기 위한 융제선택 조성이다. 일반적으로 자기를 생산하는 소성온도와 유사한 온도를 형성하기 위하여 MgO, CaO, K₂O, Na₂O 성분이 첨가된 조성을 확보하여 융점을 감소하였다. 두 번째로는 강도를 증가하기 위한 결정상 촉진으로 원료 조성에 따른 Mullite 결정상을 촉진한다. 세 번째로는 알루미나와 비가소성 물질첨가로 인해 저하되는 가소성을 향상시키고, 네 번째는 종합적으로 일반 자기소성온도와 유사하고 가소성이 우수한 고강도 조성으로 실험하였다.

2-2-1. 융제선택에 따른 저온소성

고알루미나 첨가된 고강도 조성의 융점을 감소시키기 위하여 융제물질을 선택하여 첨가하였다. 융제물질의 주성분은 MgO, CaO, K₂O, Na₂O가 주성분인 물질들을 선택하여 첨가하였다. ＭgO 성분이 주성분인 원료는 탈크를 사용하였고, CaO 성분은 석회석, K₂O는 카리장석(카리장석), Na₂O는 소다장석을 첨가하여 융점을 감소시키고자 하였다.

저온소성을 위한 융제물질 선택

융제물질
MgO	CaO	K₂O	Na₂O
탈크(Talc)	석회석(Lime stone)	카리장석(카리장석)	소다장석

2-2-2. Mullite 결정생성 촉진

저온에서 소성한 소성체에 Mullite 결정상을 생성 및 촉진하여 강도를 증가시키고자 하였다. 이에 Mullite 생성(3Al₂O₃2SiO₂)원료 조성 및 배합하여 고강도 소성체 Matrix에 Mullite를 형성하고자 하였다. 이에 저온소성에서 Mullite 결정을 촉진하고 1,300℃ 이하 온도에서 Mullite 결정생성을 위한 소성조건을 확립, 소결체 결정상의 정량적 분석을 통하여 Mullite 결정상을 정량적으로 평가하고자 하였다.

2-2-3. 가소성 향상

비가소성 물질이 혼합되어 있는 강화자기 원료는 강화소지의 가소성을 저하시키게 된다. 이에 저하되는 가소성을 향상하기 위하여 알루미나 함량이 많이 포함되어있는 점토계열(뉴질랜드 카올린)을 사용하고 판상형태의 무기 가소제(점토1(Al₂O₃, 2SiO₂, 2H₂O), 점토2(Al₂O₃, 2SiO₂))를 첨가하였다. 또한 이에 대한 가소성을 정량적으로 평가하고자 한다.

2-2-4. 고강도화

강화자기의 기본 조건인 고강도화의 첫 번째 조건은 저온에서 소성되어야 하고 두 번째로는 소성체에 Mullite(3Al₂O₃2SiO₂) 결정을 형성 및 촉진하는 것이다. 또한 소성체 내부에 형성되는 비정질을 결정화하여 강도를 증가시키고자 한다. 여기에 가소성을 부여하여 최적조건의 고강도 조성을 개발하고 정량적 목인 230MPa 이상의 고강도 자기를 제조하고자 한다.

2-3. 성형방법

강화소성체를 제조하기 위하여 시험용 포트(400g)에 각각의 원료로 배합된 원료들을 100 g 기준으로 투입 후 증류수 60 ml와 해교제(규산소다: 0.5 ml, CF44-0.5 ml)를 넣어 2시간동안 볼밀링(Ballmilling) 하였다. 제조된 슬러리는 성형용 석고몰드에 주입성형한 후 건조하였다. 일정시간이 지나면 석고몰드로부터 시편을 분리하여 떼어낼 수 있다. 탈형된 시험편은 건조기에서 24시간동안 건조시켰다. 시편의 크기는 가로 21.5 mm, 세로 99.09 mm, 높이 5 mm의 Bar형 형태로 제조하였다(도6 참조).

2-4. 소성방법

소성하는 과정은 1차소성과 2차소성으로 분류된다. 1차소성은 성형한 시편을 오븐(130~140℃)에 넣고 1시간동안 건조 후 B.K 로에 넣어 26시간(40분 송차) 소성하였다. 이때의 소성온도는 1260~1270℃로 하였다. 2차소성을 하기 전에 도자기 표면에 유약을 바르는 시유공정을 거치게 된다. 시유공정은 1차 소성한 시편의 상태를 검사한 후 표면에 묻어있는 이물질을 제거하고 유약을 발랐다. 시유된 시편은 G. K 로에 넣고 18시간(40분 송차)동안 소성하였다. 이때의 소성온도는 1110~1120℃로 하였다(도7 참조).

2-5. 평가방법

2-5-1. 강도

소성체를 단면이 직사각형인 기둥 형으로 40×4×3mm, 상하면의 평행도를 KS B 0425에 규정하는 0.02mm 이하로 가공 후 표면 연마하여 0.5mm/min의 cross head 속도로 3점 꺾임강도를 측정하였다.

P : 절단시 수치 (kgfm/sec²)

L : 지지대간의 거리 (10cm)

b : 시편의 너비 (cm)

d : 시편의 두께 (cm)

9.8 : 중력 가속도 (m/sec²)

2-5-2. 흡수율

흡수율은 아르키메데스 법으로 측정하였다. 준비된 시편을 110±5℃의 건조기에서 건조하고, 상온에서 0.01g 까지 정확히 무게를 달아 건조무게를 측정하였다. 같은 부피를 절단 및 가공하여 증류수에 담가놓았다. 이를 5시간동안 100℃에서 유지하여 끓이고, 물속에서 24시간 정치하여 냉각시켰다. 그 후 증류수가 담긴 용기 속에 건조된 시편을 잠기게 하여 침수무게를 측정하고 잠긴 시편을 꺼내어 젖은 천으로 가볍게 표면을 닦고 0.01g 까지 정확히 포화무게를 측정하여 흡수율로 나타내었다.

w_{1 :} 소성된 시편의 무게

w_{2 :} 물속에서 24시간 정치 후 겉 표면을 닦은 무게

2-5-3. 결정상(XRD)

XRD는 시료에 X선을 조사하여 굴절되는 각을 측정하여 결정구조를 판단하는 것이 주 목적인 장비이다. 고강도 강화자기에 대하여 결정구조와 결정상을 알아보기 위해 X-Ray Diffraction을 사용하고 Mullite와 기타 결정상을 정량적으로 평가하였다.

2-5-4. 입도(PSA)

강화자기 원료의 입도를 측정하기 위하여 레이저 회절법(Beckman Coulter LS13 320, U.S.A)을 이용하였다. 레이저는 작은 입자의 표면을 지나갈 때 회절하게 되는데, 그때의 각도는 각각의 입자 크기에 따라 변하게 된다. 즉 작은 입자의 표면에서 레이저는 큰 각도로 회절되며, 큰 입자의 표면에서는 작은 각도로 회절된다. 이때 중요한 것이 입자의 분산이며, 각각의 입자를 분산시키면서 레이저가 통과하고 있는 공간으로 운반시키면 레이저는 입자를 만날 때마다 표면에서 회절하게 된다. 이 회절되는 레이저를 수십 개의 검출기(각각의 검출기는 고유의 각도 값을 가지고 있다.)가 빛의 강도를 측정하게 된다. 측정된 빛의 강도는 입자의 숫자로 계산되어지며, 측정된 빛의 강도(몇 번 검출기까지 빛을 검출하는지를 확인하여 각도를 계산한다.)로 입자의 크기를 측정하였다.

2-5-5. 미세조직(SEM)

주사전자 현미경(SEM)은 집속된 전자빔을 시편에 주사 시료로부터 방출되는 이차전자나 후방산란전자 신호를 이용하여 시편의 표면 형태를 관찰하는 장비이다. 영상을 흐리게 하지 않고, 시료를 현미경의 광축을 따라서 움직일 수 있는 최대 거리로 광학 현미경에 비해 높은 초점 심도를 가지므로, 입체 형상을 고배율로 관찰할 수 있다. 시편은 30mm×50mm의 원통형 홀더에 소성체의 파단면을 평탄하게 고정하고 실리콘으로 굳히고, 표면을 연마기로 9㎛, 3㎛, 1㎛상판에 각 10분씩 연마한다. 연마 후 5%로 희석한 불산에 10분간 식각처리하여 80℃ 온도에서 3시간 건조하고 80초간 Gold Coating을 하여 준비했다. 실험 장비는 주사전자 현미경(JSM-6390, JEOL, Japan)을 사용하여 소성 후의 미세조직을 관찰하였다.

2-5-6. 가소성(Pfeffer‘ korn)

○ 시험기구 및 장치

- 건조기 : 항온 105~120℃의 온도를 유지할 수 있는 자동 온도조절기가 부착된 것

- 저울 : 0.01 g 까지 측정할 수 있는 저울

- 가소성 측정기 : (부표 1)의 가소성 측정 장치도와 같은 측정기

- 자 : 최소 눈금 0.5mm 의 Stainless 자

- 가습 Sprayer : 측정 시료에 물을 첨가할 때 사용할 수 있는 가정용 물 Sprayer.

- 시료 혼련용 Knife : 시료를 혼련(混練)할 때 사용 가능한 철(鐵)제 칼.

- 유리판 : 시료를 혼련(混練)할 때에 바닥에 깔아놓고 사용 할 수 있는 유리판.

- 자제(磁製) Pot Mill

○ 샘플 준비

- 시료 채취는 MHS-H-101(도자기 원료 시료 채취방법)에 따르며 300g 까지 축소한 후, 자제 Pot Mill을 사용하여 미(微)분쇄하였다. 이때의 분쇄입도는 잔사율 0.3~0.2% (325 Mesh 체의 잔류물 양) 이하로 하였다.

- 미분쇄한 시료를 빈 석고형 등을 이용하여, 시험에 적당한 반죽상태가 되도록 시료의 수분 양을 낮추고, 유리판 위에서 혼련용 칼을 사용하여 충분히 반죽한 후, 측정용 시료 약 200 g을 취하였다. 이때, 시료 반죽이 지나치게 딱딱하지 않도록 유의하였다.

○ 성형

- 준비된 반죽상태의 시료를 시험체 성형 Mould에 다져가며 채워 넣어 시험체를 성형하였다. 이때 성형된 시험체의 내, 외부에 빈 공간이 생기지 않도록 유의하였다.

○ 시험체의 초기높이 측정

- 가소성 측정 장치도에 따라 성형한 시험체를 측정기에 올려놓고, 시험체의 처음 높이(H ₀ )를 Stainless 자를 사용하여 0.5mm 까지 정확히 측정한다. 매 측정 횟수에 따른 시험체의 처음높이(H ₀ )는 Mould 규격에 따라 40.0mm 로 한다.

- 시험체 취급시에는 무리한 힘을 가함으로 인한 뒤틀림 현상이 생기지않도록 유의한다.

○ 변형된 시험체의 높이 측정(H₁)

- 가소성 측정 장치도에 따라 Stopper로 고정된 가압판을 시험체에 낙하시켰다. 이때 Stopper는 순간적으로 제거하였다.

- 낙하한 가압판에 의해 변형된 시험체의 높이(H₁)를 Stainless자를 사용하여 0.5mm까지 정확하게 측정하였다.

○ 시료의 수분함유율 측정(W₁)

- 시료 약 20g을 취하여 측정 시료의 수분함유율(W₁)을 MSH-H-102(유리수분 측정방법)에 따라 측정하였다.

○ 2회차 측정을 위한 시료의 수분 함유량 조정 및 시험체 성형

- 가습 Sprayer를 사용하여 위의 측정이 끝난 시료와 나머지 시료에 물을 가한 후, 유리판 위에서 칼을 사용하여 물과 시료가 고르게 혼합되도록 충분히 반죽하였다. 시료에 물을 첨가할 때에는 측정 횟수 및 시료의 종류를 고려하여 수분율이 거의 균등하게 증가 될 수 있도록 물 첨가량을 적정히 조절하였다.

- 혼련한 시료는 2회차 측정을 위한 시험체 성형을 하였다.

○ 2회차 변형높이(H₂) 및 수분함유율(W₂) 측정

- 2외차 측정의 변형된 시험체 높이(H₂)를 측정한 후, 수분 함유율(W₂)을 정확하게 측정하였다.

○ 변형높이 및 수분 함유율 측정의 반복

- 매 회에 대한측정이 끝나면 이를 반복하였다. 이 때 측정 횟수는 시료의 종류에 따라 3~5회로 하였다.

- 측정 횟수에 따른 변형높이 값은 H₁, H₂, H₃, H₄, H₅로 하고, 수분 함유율 측정값은 W₁, W₂, W₃, W₄, W₅로 하였다.

○ 변형값의 계산(E_i)

매 측정 횟수에 대한 시험체의 변형값은 다음 계산식에 따른다.

E_i = H_i / H_o

- H_o : 시험체의 초기높이, 매 측정회의 시험체 초기높이는 40mm로 함.

- H_i : i회 째의 변형된 시험체의 높이(mm)

- E_i : i회 째의 변형값

○ 가소성값의 산출

- 변형값의 역의 값, 즉 1/E_i=1/(H_i/H_o)를 X값으로 하고, 이에 대응하는 수분 함유율 측정값을 Y값으로 하여 X-Y 그래프를 pfeffer' korn법에 의한 가소성 측정 곡선에 따라 도시한 후, 최적 가소 변형값의 역의 값인 3.30에서의 수분율을 내삽하여, 소숫점 이하 첫째자리까지 읽은 후, 이를 가소성 값으로 하였다.

2-5-7. 열충격(Spalling)

○ 실험기구 및 장치

- 가열 항온기 : 120~270℃의 온도로 가열할 수 있고, 가열온도에서 ± 3℃이하의 온도차로 항온을 유지할 수 있는 가열기.

- 수조 : 가열된 시료를 냉각시킬 수 있는 크기의 것으로서, 투입한 시료가 서로 겹쳐지지 않으며 수면에서 시료까지의 깊이가 적어도 15mm 이상인 것으 로 하며, 물의 양은 시료를 냉각하여도 수온이 29℃보다 높아지지 않는 것으로 하였다.

- 온도계 : 0 ~ 350℃의 온도를 측정할 수 있는 유리제 수은 온도계

○ 시료의 준비

- 시료의 채취는 KS A 3151(랜덤 샘플링 방법) 및 당사의 완제품 검사 MHS-F-401(완제품 검사규격)에 따른다.

- 시험 전 시료의 잔금, 갈라짐 등의 결점 유무를 조사하여 이들 결점이 없는 것을 시료로 하였다.

○ 시료의 가열

- 가열하고자하는 온도로 가열된 항온기에 시료를 넣고 1시간 이상 유지하여 가열하였다. 시료를 항온기에 넣을 때에는 시료의 형태, 수량 등을 고려하여 시료를 균일하게 가열, 급냉 시킬 수 있는 적정한 도구를 사용하였다.

- 시험온도차(가열온도와 물의온도차)는 △T 120℃ 이상으로 하였다.

○ 시료의 급냉

- 가열된 시료를 가열 항온기에서 꺼내어 곧바로 수조에 투입하여 급냉하였다. 투입된 시료는 서로 겹치지 않도록 유의한다. 수조의 수온은 4 ± 3℃ 이며, 물의 양은 시료를 냉각하여도 수온이 29℃보다 높아지지 않도록 채우며, 수면에서 시료까지의 깊이는 15mm 이상이 되도록 하였다.

○ 결점 유무의 조사

- 시료를 수온까지 냉각시킨 후 꺼내어 유약 층의 갈라짐, 박리, 혹은 소지의 깨짐, 갈라짐, 잔금, 또는 이빠짐의 결점이 생겼는가를 육안으로 조사하였다. 미세한 잔금 등은 눈에 쉽게 띄지 않으므로 염료 또는 잉크를 사용하여 주의 깊게 조사한다.

○ 시험의 반복

- 결점 조사가 끝난 후 결점이 발생한 시료는 제외하고 나머지 시료는 가열 항온기에 다시 넣어 순서대로 반복 시험한다. 같은 시험 온도차에서의 반복 횟수는 3회로 한다.

- 3회까지 반복하여 결점이 발생되지 않은 시료는 처음 시험온도차보다 10℃ 높은 온도차로 순서에 따라 3회 반복하여 시험하였다.

- 시험은 시료에 결점이 생길때 까지 시험온도차를 10℃씩 높여가며 반복하였다. 단, 시험온도차 180℃에서도 결점이 생기지 않으면 시험을 종료하였다.

○ 결과처리

- 가열 급냉 시험결과 시료에 발생되는 결점, 즉 유약층의 갈라짐, 박리, 혹은 소지의 깨짐, 갈라짐, 잔금, 또는 이빠짐 등의 결점이 발생되지 않은 시험 온도차를 열충격강도 값으로 하였다.

2-5-8. 내세제성

○ 시험 기구 및 장치

- 스테인레스강 통 및 지지대 : 덮개를 갖춘 4ℓ용량의 통과 통의 바닥면에서 시편을 분리, 지지 할 수 있는 지지대.

- 증기 가열기 : 온도를 99 ± 1.1℃로 유지할 수 있는 장치.

- 탄산나트륨 용액 : 5g의 무수 탄산나트륨을 1ℓ의 증류수로 용해시킨 용액.

- 세척용 직물

○ 시료준비

- 시료의 채취는 KS A 3151(랜덤 샘플링방식) 및 당사의 완제품 검사 규격(MHS-F-401)에 따른다.

- 가열(82℃ 이상)된 증류수로 시편을 세척한 후, 엷은 증류수막이 균일하게 생길 때까지 아세톤으로 세척하여 공기중에서 건조하였다.

○ 조작 및 측정

- 스테인레스강 통에 탄산나트륨 용액 3ℓ를 넣고, 99 ± 1℃의 온도로 가열하였다.

- 시험용액이 규정온도에 다다르면 시료를 서로 겹치지 않게 완전히 액중에 잠기도록 넣은 후 뚜껑을 덮고 온도 99 ± 1℃에서 2시간 가열을 하였다.

- 2시간 가열 후 시편을 꺼내어 장식부위를 세척용 직물로 강하게 문질러서 시험용액으로 적셔진 두께 부위를 없애 본 후, 82℃이상의 증류수로 씻어내고 공기중에 건조하였다.

* - 4시간, 6시간 가열한 시편을 각각 1개씩 꺼내어 3)에 따라 조작하여 결과 평가시료로 하였다.

○ 결과 처리

- 결과의 측정방법은 장식부위의 침식 여부를 육안으로 검사하며 시험처리하지 않은 시편과 비교하여 판정하였다.

결과처리 평가치

판정등급	침식정도	침식 부위의 육안 확인
0	없 음	문지르는 조작으로 어떤 물질도 묻어나지 않으며 광택의 손상도 발생하지 않음.
1	약간있음	세척용 직물에 약간의 물질이 묻은 흔적이 있고, 약간 흐려지거나 무디어진 색 이 나타나며, 색의 변화를 감별할 수 있음.
2	보통있음	세척용 직물에 묻은 흔적이 있고 명백한 색의 흐려짐이나 무디어짐을 볼수있음
3	심 함	세척용 직물에 물질이 묻은 흔적이 커지고 장식물로부터의 물질의 제거 정도가 커진 것.
4	완 전	장식 부위의 물질이 완전히 제거되고 원래의 장식물 색을 식별할 수 없는 것.

3. 결과

3-1. 기초원료 평가

3-1-1. 규석1

○ 입도분포

강화자기 원료에 사용된 SiO₂의 입도를 분석하였다. SiO₂ 20 ㎛ 이상의 입도분포는 관찰되지 않았다.

○ 결정상

SiO₂의 결정상을 분석한 결과 Quartz(SiO₂) 단일 결정상으로 관찰되었다.

3-1-2. 규석2

○ 입도분포

강화자기 원료에 사용된 규석의 입도를 분석하였다. 규석의 평균입도는 5.20 ㎛로 관찰되었고 20 ㎛ 이상의 입도분포는 관찰되지 않았다.

○ 결정상

규석의 결정상을 분석한 결과 Quartz(SiO₂) 단일 결정상으로 관찰되었으며 약 20도 부근에서 소량의 비정질이 관찰되었다.

3-1-3. 석회석

○ 입도분포

석회석의 입도분포를 관찰하였다. 석회석은 3.64㎛의 평균입도를 가진 것으로 관찰되었으며 1㎛ 이하와 10㎛ 이상의 크기를 가진 입자들의 분포는 관찰되지 않았다.

○ 결정상

석회석의 결정상을 분석한 결과 Calcite(CaCO₃)상의 단일 결정상으로 관찰되었다. Calcite(CaCO₃)결정상은 Limestone 결정상과 동일한 결정상으로 확인되었으며, 비정질은 관찰되지 않았다.

3-1-4. 알루미나1

○ 입도분포

Al₂O₃의 입도분포를 분석하였다. Al₂O₃의 평균입도는 5.64 ㎛로 관찰되었으며 1~20 ㎛ 사이의 입자들로 형성된 것을 확인하였다.

○ 결정상

Al₂O₃의 결정상을 분석하였다. Al₂O₃는 Aluminum Oxide 결정상으로 관찰되었고 기타 다른 결정상과 비정질은 없는 것으로 확인되었다. 이는 Al₂O₃의 순도와 영향이 있는 것으로 판단된다.

3-1-5. 알루미나2

○ 입도분포

Al₂O₃의 입도분포를 분석하였다. Al₂O₃ 1~20㎛ 사이의 입자들로 형성된 것을 확인하였다.

○ 결정상

3-1-6. 알루미나3

○ 입도분포

○ 결정상

3-1-7. 카리장석

○ 입도분포

융제물질인 장석 중 카리장석 계열의 카리장석 입도를 분석하였다. 카리장석의 평균입도는 3.80㎛로 관찰되었고 1~10㎛ 범위를 벗어나는 입자들은 관찰되지 않았다.

○ 결정상

카리장석의 결정상을 분석하였다. 카리장석의 결정상은 Microcl-ine(KAlSi₃O₈), Quartz(SiO₂)결정상으로 두 가지 결정상이 관찰되었다.

3-1-8. 소다장석

○ 입도분포

소다장석의 입도를 분석하였다. 소다장석은 다른 원료들에 비하여 다소 큰 입자를 형성하였다. 평균입도는 10.29로 나타났으며 입도분포는 1~500㎛사이의 입도분포를 나타내었다.

○ 결정상

소다장석의 결정상을 분석하였다. 주 결정상으로는 Albite(NaAlSi₃O₈) 결정상과 Quartz(SiO₂) 결정상이 관찰되었다. 소다장석은 주 결정상 외에 비정질은 관찰되지 않았다.

3-1-9. 도석1

○ 입도분포

도석1의 입도분포를 관찰하였다. 도석1의 평균입도는 4.01㎛로 관찰되었다. 도석1의 입도분포는 0.8~200㎛로 다른 원료보다 넓게 분포되어 있는 것으로 관찰되었다.

○ 결정상

도석1의 결정상을 분석하였다. 주 결정상으로는 Halloysite(AlSi₂O₅(OH₄)상과 Quartz(SiO₂) 상으로 관찰되었다. 그밖에 결정상과 비정질은 관찰되지 않았다.

3-1-10. 도석2

○ 입도분포

도석2의 입도분포를 관찰하여 나타내었다.

○ 결정상

도석2의 결정상을 분석하였다. 주 결정상으로는 Quartz(SiO₂) 상과 Kaolinite(Al4(OH)8(Si4O10))상으로 관찰되었다. 그밖에 결정상과 비정질은 관찰되지 않았다.

3-1-11. 도석3

○ 입도분포

도석3의 입도분포를 관찰하였다.

○ 결정상

도석3의 결정상을 분석하였다. 주 결정상으로는 Quartz(SiO₂) 상과 Kalsilite(KAlSiO4)상으로 관찰되었다. 그밖에 결정상과 비정질은 관찰되지 않았다.

3-1-12. 카올린1

○ 입도분포

뉴질랜드 카올린의 평균입도는 0.87㎛로 관찰되어 타 원료의 평균입도보다 작은 입자들이 형성된 것으로 관찰되었다. 또한 입도분포가 두 가지 타입의 입도분포인 것으로 나타났다.

○ 결정상

뉴질랜드 카올린의 결정상을 분석하였다. 주 결정상으로는 Hall-oysite(AlSi₂O₅(OH₄)상과 Quartz(SiO₂) 상으로 관찰되었다. 그밖에 결정상은 관찰되지 않았지만 비정질을 가진 물질로 확인되었다.

3-1-13. 카올린2

○ 입도분포

SSP.K의 입도는 3.33㎛로 관찰되었다. 또한 입도분포가 두 가지 타입의 입도분포인 것으로 나타났다.

○ 결정상

SSP.K의 결정상을 분석하였다. 주 결정상으로는 Al₄(OH)₅(Si₄O₁₀)상으로 관찰되었다. 그밖에 결정상은 관찰되지 않았지만 비정질을 가진 물질로 확인되었다.

3-1-14. 카올린3

○ 입도분포

AKW.K의 입도는 3.33 ㎛로 관찰되었다. 또한 입도분포가 두 가지 타입의 입도분포인 것으로 나타났다.

○ 결정상

AKW.K의 결정상을 분석하였다. 주 결정상으로는 Al₄(OH)₅(Si₄O₁₀)상으로 관찰되었다. 그밖에 결정상은 관찰되지 않았지만 비정질을 가진 물질로 확인되었다.

3-1-15. 카올린4

○ 입도분포

OG-71의 입도는 3.33 ㎛로 관찰되었다. 또한 입도분포가 두 가지 타입의 입도분포인 것으로 나타났다.

○ 결정상

OG-71의 결정상을 분석하였다. 주 결정상으로는 Al₄(OH)₅(Si₄O₁₀)상으로 관찰되었다. 그밖에 결정상은 관찰되지 않았지만 비정질을 가진 물질로 확인되었다.

3-1-16. 점토1

○ 입도분포

점토1의 입도분포를 관찰하였다. 점토1은 3.51 ㎛의 평균입도를 나타내었고 입도분포에서는 0.1 ㎛대의 입자들이 1~10 ㎛ 사이의 입자들과 혼재되어있는 것으로 관찰되었다.

○ 결정상

점토1의 결정상은 Microcline(KAlSi₃O₈)의 결정상과 Quartz(SiO₂)의 결정상이 주 결정상인 것으로 나타났다. 점토1의 결정상은 뉴질랜드 카올린의 결정상과 매우 흡사한 것으로 판단된다.

3-1-17. 점토2

○ 입도분포

무기가소제로 사용한 점토2의 입도분석 결과는 도49에 나타낸 바와 같다. 점토2의 평균입도는 10.36 ㎛로 관찰되었으며, 입도분포는 5~500 ㎛사이의 분포로 확인되었다. 그러나 500 ㎛에 가까운 입자들은 소량인 것으로 관찰되었다.

○ 결정상

* 점토2의 주 결정상은 두 가지 결정상으로 Quartz(SiO₂), Montmorllonite(Na_0.3(Al,Mg)₂Si₄O₁₀(OH)₂4H₂O)상의 결정상이 관찰되었다. 또한 비정질이 포함된 것도 확인되었다.

3-1-18. ZrSiO₄

○ 입도분포

고강도 물질로 사용한 ZrSiO₄의 입도분포에 대한 결과는 도51에 나타낸 바와 같다. ZrSiO₄는 평균입도가 1.87 ㎛로 관찰되었다. 입도분포에서는 0.1~0.8 ㎛ 사이의 입자들과 1~10 ㎛ 사이의 입자들이 혼재되어 있는 것으로 관찰되었다.

○ 결정상

ZrSiO₄의 결정상을 분석한 결과 Zircon(ZrSiO₄)의 단일결정상으로 관찰되었다. 그 밖에 결정상들은 관찰되지 않았으며 소량의 비정질도 포함되지 않은 것으로 확인되었다.

3-1-19. ZrO₂

○ 입도분포

다음은 고강도 물질로 사용한 ZrO₂의 입도분포에 대한 결과이다. ZrO₂는 입도분포에서 0.1~0.8 ㎛ 사이의 입자들이 있는 것으로 관찰되었다.

○ 결정상

ZrO₂의 결정상을 분석한 결과 Zirconium Oxide(ZrO₂)의 단일결정상으로 관찰되었다. 그 밖에 결정상들은 관찰되지 않았으며 소량의 비정질도 포함되지 않은 것으로 확인되었다.

3-1-20. 탈크

○ 입도분포

MgO 성분이 함유된 탈크의 입도를 분석하였다. 탈크는 입도분포가 한 가지 유형으로 매우 고르게 나타났으며, 평균입도는 4.76 ㎛로 관찰되었다. 또한 입도분포가 1~10 ㎛ 사이인 것으로 확인되었다.

○ 결정상

다음은 탈크의 결정상분석 결과로 주 결정상은 Magnesite(MgCO₃), Kaolinite(Al₂Si₂O₅(OH₄), Talc(Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂의 세 가지 결정상인 것으로 확인되었다. 그밖에 비정질은 나타나지 않았다.

3-2. 융제조성 소성체 평가

3-2-1. 소다장석(Na₂O) 계열

○ 흡수율

융제조성 중 소다장석(Na₂O)첨가한 계열의 흡수율을 도 57에 나타내었다. N1은 소다장석이 전체원료 중 17% 첨가된 조성으로 Na₂O의 화학성분 함량은 1.54%이다. 이때의 흡수율은 0.07%로 나타나 일반자기에 비해 흡수율이 매우 낮은 것으로 나타났다. N2는 카리장석(K₂O)가 17% 첨가된 조성으로 소다장석과 같은 함량을 첨가하였다. 이때의 흡수율은 0.02%로 나타나 소다장석을 첨가한 N1보다 흡수율이 현저히 낮게 나타났다. N2의 화학조성에 Na₂O의 함량은 0.44%이며, K₂O의 함량은 2.29%로 두 가지 장석이 첨가되는 양을 동일하게 하여도 장석이 함유하고 있는 화학성분으로 인하여 융제거동이 다르게 나타나는 것으로 판단된다. 그러나 N1, N2 모두 일반자기와 비교 시 매우 낮은 흡수율을 나타내어 융제의 매우 큰 역할을 하는 것으로 판단된다.

○ 결정상

융제조성 중 소다장석(Na₂O)첨가한 계열의 결정상을 분석하여 도58에 나타내었다. 결정상 분석 결과 N1과 N2의 결정상이 매우 유사한 것으로 나타났다. 두 가지의 주 결정상은 Mullite(Al₆Si₂O₁₀), Corundum(Al₂O₃)의 결정상으로 관찰되었다. 융제역할을 하기위하여 장석계열을 첨가하였지만 결정상 분석에서 장석계열의 결정상이 나타나지 않은 것은 장석 성분이 전체의 5% 미만이기 때문에 결정상으로 나타나지 않은 것으로 판단된다. 그러나 장석의 첨가로 인하여 결정질보다는 비정질이 생성된 것을 확인하였다. 비정질은 N1, N2 모두 생성되었다. 소다장석이 17%첨가된 N1보다 N2의 결정상분석에서 비정질이 더 많이 검출된 것으로 나타났다.

○ 강도

융제조성 중 소다장석(Na₂O)첨가한 계열의 강도를 측정하여 다음 그림에 나타내었다. N계열의 강도 값은 165~200 MPa 범위에 포함되는 것으로 나타났다. 이 중에서 N1의 강도 값은 116 Mpa이고 N2의 강도 값은 196 MPa로 측정되었다. 이 강도 값은 일반자기에 비하여 50%이상 증가된 강도 값이다. N계열에서도 N1보다 N2의 강도 값이 현저히 높은 것을 확인하였다. 이는 결정상분석 결과에서 다소 높은 비정질의 양이 관찰되었지만, 흡수율 결과에서 나타나듯이 흡수율이 0.02%로 나타난 N2가 N1보다 치밀화되어 발생한 현상으로 판단된다. 이러한 결과로 보았을 때 융제물질 첨가로 인하여 일반자기보다 강도 값이 크게 증가하였고 융제조성으로 인하여 강도 값이 증가하는 것으로 확인되었다.

3-2-2. 카리장석(K₂O) 계열

○ 흡수율

융제조성 중 카리장석(K₂O)첨가한 계열의 흡수율을 도60에 나타내었다. K1은 카리장석이 전체원료 중 10% 첨가된 조성으로 K₂O의 화학성분 함량은 1.56%이다. K2는 카리장석이 전체원료 중 14% 첨가된 조성으로 K₂O의 화학성분 함량은 1.85%이다. K3은 카리장석이 전체원료 중 16% 첨가된 조성으로 K₂O의 화학성분 함량은 2.05%이다. K계열의 흡수율은 전체적으로 0.4% 미만으로 나타나 일반자기에 비해 흡수율이 매우 낮은 것으로 나타났다. 카리장석 첨가량에 따른 흡수율 변화를 살펴본 결과 카리장석의 함량이 증가할수록 흡수율이 크게 감소하는 것을 확인하였다. 카리장석의 함량이 가장 낮은 K1의 흡수율은 0.4%로 나타나 K계열 중 가장 높은 흡수율을 나타내었다. K2는 K1보다 낮은 0.25%의 흡수율을 나타내었으며, 카리장석의 함량이 가장 높은 K3은 0.04%흡수율을 나타내어 계열 중 가장 낮은 흡수율로 확인되었다. 이러한 결과로 보았을 때 융제물질로 첨가한 카리장석의 첨가로 인하여 흡수율이 감소하고 카리장석의 함량을 증가할수록 흡수율을 점차 감소하는 것으로 나타났다. 또한 K1, K2, K3 모두 일반자기와 비교 시 현저히 낮은 흡수율을 나타내어 융제의 매우 큰 역할을 하고 융제물질로 적합한것을 확인하였다.

○ 결정상

융제조성 중 카리장석(K₂O)을 첨가한 계열의 결정상을 분석하여 도61에 나타내었다. 결정상 분석 결과 주 결정상은 네 가지로 결정상으로 관찰되었다. K1의 결정상을 살펴보면 Mullite(Al₆Si₂O₁₃), Corundum(Al₂O₃), Muscovite(Kal₂(Si₃Al)O₁₀(OH)₂의 결정상으로 관찰되었다. 이 결정상에서 Mullite 결정상은 기초 원료들의 화학성분으로 인하여 생성된 것으로 판단되며, Corundum 결정상은 강도향상에 기여하는 알루미나 성분의 함량으로 인하여 생성된 결정상으로 판단된다. Muscovite 결정상은 장석성분과 규석, 알루미나 계열이 혼재되어 생성된 결정상으로 판단되어진다. K2 결정상을 분석한 결과 K1과 동일한 결정상이 관찰되었다. 그러나 K1에서는 관찰되지 않았던 Cordierite(Mg(Al₄Si₅O₁₈) 결정상이 추가로 관찰되었다. 이는 K계열에 혼합되어 있는 원료 중 탈크의 MgO성분으로 인하여 생성된 결정상으로 판단되며, Cordierite결정상 피크의 함량은 높지 않은 것으로 나타났다. K3의 결정상을 분석한 결과 K2의 결정상과 매우 흡사한 경향성을 나타내었다. K3는 카리장석의 함량이 가장 높은 계열이다. K계열의 결정상에서 비정질의 양을 분석한 결과 K계열 모두 비정질의 양이 증가한 것을 확인하였다. 이는 카리장석의 특성상 생성되는 비정질로 카리장석이 첨가된 첨가량이 증가할수록 비정질도 동반 증가하였다.

○ 강도

융제조성 중 카리장석(K₂O)을 첨가한 계열의 강도를 측정하여 도62에 나타내었다. K계열의 강도 값은 200~250MPa 범위에 포함되는 것으로 나타났다. 이 중에서 K1의 강도값은 208Mpa이고 K2의 강도 값은 219MPa로 측정되었다. 이 강도 값은 일반자기에 비하여 60%이상 증가된 강도 값이다. K계열은 카리장석의 함량이 증가할수록 강도 값이 현저히 증가하는 것으로 확인되었다. 이는 결정상분석 결과에서 다소 높은 비정질의 양이 관찰되었지만, 흡수율 결과에서 나타나듯이 매우 낮은 흡수율 수치를 나타내어 발생한 결과로 판단되어진다. 또한 K계열의 조성에는 탈크가 3~4% 포함되어 있는데, 여기에 포함된 탈크는 MgO를 주성분으로 하여 강도 값이 증가한 것에 기여한 것으로 판단된다. 이러한 결과로 보았을 때 융제물질 첨가는 도자기의 치밀화를 크게 촉진하는 것으로 판단되며, 일반자기보다 강도 값을 크게 증가시키는 것으로 확인되었다.

3-2-3. 석회석(CaO) 계열

○ 흡수율

융제조성 중 석회석(CaO)을 첨가한 계열의 흡수율을 도63에 나타내었다. L1은 석회석이 전체원료 중 5% 첨가된 조성으로 CaO의 화학성분 함량은 2.8%이다. L2는 석회석이 전체원료 중 10% 첨가된 조성으로 CaO의 화학성분 함량은 3.1%이다. L계열의 흡수율은 전체적으로 0.05% 미만으로 나타나 일반자기에 비해 흡수율이 매우 낮은 것으로 나타났다. 석회석 첨가량에 따른 흡수율 변화를 살펴본 결과 석회석의 함량이 증가할수록 흡수율이 크게 감소하는 것을 확인하였다. 석회석의 함량이 가장 낮은 L1의 흡수율은 0.04%로 나타나 L계열 중 가장 높은 흡수율을 나타내었다. L2는 L1보다 낮은 0.01%의 흡수율을 나타내었다. 이러한 결과로 보았을 때 융제물질로 첨가한 석회석의 첨가로 인하여 흡수율이 감소하고 석회석의 함량을 증가할수록 흡수율을 점차 감소하는 것으로 나타났다.

○ 결정상

융제조성 중 석회석(CaO)을 첨가한 계열의 결정상을 분석하여 도64에 나타내었다. 결정상 분석 결과 L1의 주 결정상은 두 가지로 결정상으로 관찰되었다. L1의 결정상을 살펴보면 Mullite(Al₆Si₂O₁₃), Corundum(Al₂O₃)의 결정상으로 관찰되었다. 이 결정상에서 Mullite 결정상은 기초 원료들의 화학성분으로 인하여 생성된 것으로 판단되며, Corundum 결정상은 강도향상에 기여하는 알루미나 성분의 함량으로 인하여 생성된 결정상으로 판단된다. 석회석이 전체조성에서 5% 첨가된 L1은 낮은 첨가량으로 인하여 CaO에 관련된 결정상이 관찰되지 않았다. L2 결정상을 분석한 결과 KL1과 동일한 Mullite(Al₆Si₂O₁₃), Corundum(Al₂O₃)결정상이 관찰되었다. 또한 L1에서 관찰되지 않았던 결정상이 추가로 관찰되었다. 이 결정상은 Calcium silicate(Ca₂(SiO₄)) 결정상과 Quartz(SiO₂) 결정상으로 관찰되었다. 석회석 첨가량이 전체 원료 배합비에서 10%를 차지하는 L2는 석회석 첨가량이 L1보다 증가되자 Calcium silicate 결정상이 생성된 것으로 판단된다. L계열의 결정상에서 비정질의 양을 분석한 결과 L계열 모두 비정질의 양이 증가한 것을 확인하였다. 또한 L2 결정상에서 비정질의 양이 증가한 것을 확인하였다. 이는 석회석의 CaO 성분으로 인하여 비정질이 증가한 것으로 판단된다.

○ 강도

융제조성 중 석회석(CaO)을 첨가한 계열의 강도를 측정하여 도65에 나타내었다. L계열의 강도 값은 144~166MPa 범위에 포함되는 것으로 나타났다. 이 중에서 L1의 강도 값은 166Mpa이고 L2의 강도 값은 144MPa로 측정되었다. 이 강도 값은 일반자기에 비하여 30%이상 증가된 강도 값이다. L계열은 석회석의 함량이 증가할수록 강도 값이 현저히 약 20MPa 정도 감소하는 것으로 확인되었다. 이는 결정상분석 결과에서와 같이 다소 높은 비정질의 생성이 원인인 것으로 판단되고, L2에서 나타난 Calcium silicate(Ca₂(SiO₄)) 결정상이 강도저하에 영향을 미친 것으로 판단된다. 또한 평균 0.03%의 낮은 흡수율을 나타낸 L계열은 석회석의 첨가로 인하여 치밀화가 촉진?瑩嗤? 결정상분석에서 비정질생성과 기타 결정상 생성으로 인하여 다른 융제 계열보다 강도값이 감소한 것으로 판단된다.

3-2-4. 탈크(MgO) 계열

○ 흡수율

융제조성 중 4번째 조성인 탈크(MgO)을 첨가한 계열의 흡수율을 도66에 나타내었다. 탈크가 첨가된 조성은 T1~T4까지 4개의 조성으로 실험하였다. T1은 탈크가 전체원료 중 6% 첨가된 조성으로 MgO의 화학성분 함량은 2.06%이다. T2는 탈크가 전체원료 중 9% 첨가된 조성으로 MgO의 화학성분 함량은 3.06%이다. T3은 탈크가 전체원료 중 12% 첨가된 조성으로 MgO의 화학성분 함량은 4.06%이다. T4는 탈크가 전체원료 최대첨가량인 15% 첨가된 조성으로 MgO의 화학성분 함량은 5.06%로 가장 높다. T계열의 흡수율은 전체적으로 0.05% 미만으로 나타나 일반자기에 비해 흡수율이 매우 낮은 것으로 나타났다. 탈크 첨가량에 따른 흡수율 변화를 살펴본 결과 탈크의 함량이 증가할수록 흡수율은 미세하게 증가하는 것으로 나타났다. 탈크의 함량이 가장 낮은 T1의 흡수율은 0.01%로 나타나 T계열 중 가장 낮은 흡수율을 나타내었다. T2는 T1보다 높은 0.03%의 흡수율을 나타내었다. 또한 T3, T4의 흡수율은 각각 0.04, 0.05% 흡수율을 나타내어 전체적으로 탈크의 첨가량이 증가할수록 흡수율은 증가하였다. 탈크의 첨가량이 증가할수록 흡수율이 증가한 원인은 탈크의 첨가량에 따라 장석의 첨가량이 감소하기 때문인 것으로 판단된다. 그러나 T계열 모두 일반자기에 비하여 매우 낮은 흡수율을 나타내었다.

○ 결정상

융제조성 중 탈크(MgO)을 첨가한 계열의 결정상을 분석하여 도67에 나타내었다. 결정상 분석 결과 T1의 주 결정상은 세 가지로 결정상으로 관찰되었다. T1의 결정상을 살펴보면 Mullite(Al₆Si₂O₁₃), Corundum(Al₂O₃), Cordierite(Mg(Al₄Si₅O₁₈))의 결정상으로 관찰되었다. 이 결정상에서 Mullite 결정상은 기초 원료(카올린, 도석 등)들의 화학성분으로 인하여 생성된 것으로 판단되며, Corundum 결정상은 강도향상에 기여하는 알루미나 성분의 함량이 44~46% 이기 때문에 생성된 결정상으로 판단된다. T계열은 전체적으로 모두 동일한 결정상으로 관찰되었다. T1~T4의 조성모두 Mullite(Al₆Si₂O₁₃), Corundum(Al₂O₃), Cordierite(Mg(Al₄Si₅O₁₈))의 결정상이 동일하게 관찰되었다. 이 계열의 결정상 분석에서 발견된 차이점은 비정질이다. 특히 T4소성체의 결정상분석에서 비정질이 크게 증가한 것으로 관찰되었다. 이는 탈크의 함량이 증가할수록 장석의 함량이 감소되어 비정질이 감소할 것으로 추측하였지만, 저융점 물질인 탈크의 MgO 성분이 비정질을 크게 생성시킨 것으로 판단된다. 그러나 T계열에서는 화석의 MgO 성분으로 인하여 생성된 Cordirite 결정상으로 인하여 강도 값에는 큰 영향을 미치지 않을 것으로 판단된다. 또한 Cordirite 결정상과 함께 생성된 Mullite 결정상으로 인하여 다른 융제조성의 강도 값보다 T계열의 강도 값이 높을 것으로 판단된다.

○ 강도

융제조성 중 탈크(MgO)을 첨가한 계열의 강도를 측정하여 도68에 나타내었다. T계열의 강도 값은 157~200MPa 범위에 포함되는 것으로 나타났다. 이 중에서 T1의 강도 값은 157Mpa이고 T2의 강도 값은 166MPa, T3의 강도 값은 175MPa, T4의 강도 값은 199MPa로 측정되었다. 이 강도 값은 일반자기에 비하여 45%이상 증가된 강도 값이다. T계열은 탈크의 함량이 증가할수록 강도 값도 동반 증가하는 것으로 나타났다. 이는 탈크의 주성분인 MgO성분이 융점을 감소시키고 강도를 증가시킨 것이 원인으로 판단된다. 이와 같은 결과는 흡수율과 결정상분석 결과와 매우 연관성 있는 것으로 나타났다. 흡수율 결과에서는 탈크의 첨가량이 증가하는 계열일수록 흡수율이 감소하였고, 결정상분석 결과에서는 T계열 모두 동일하게 Cordirite 결정상을 생성하였다. 그러나 결정상분석 결과에서 T계열 소성체에 비정질이 생성된 것으로 확인되었는데 이 결과는 비정질이 생성되었어도 MgO 자체 성분의 특성으로 인하여 강도 값은 증가하는 것으로 나타났다. 또한 MgO 성분은 고강도 물질에 융점을 감소시키는 역할을 하기 때문에 탈크의 첨가량이 증가할수록 강도 값이 동반 증가하는 것으로 판단된다. 이에 저융점 물질 중 탈크의 경우 가장 낮은 흡수율을 나타내었고 또한 이에 따라서 강도 값도 함께 증가한 것으로 판단된다.

3-3. Mullite 생성 소성체 평가

3-3-1. 알루미나 첨가

○ 흡수율

Mullite 결정 생성계열의 흡수율을 분석하여 도69에 나타내었다. A6은 알루미나 함량이 40%로 가장 높고 여기에 탈크가 5% 첨가되어 MgO 성분이 0.1%, 융제물질 카리장석이 12% 첨가되어 K₂O 성분이 약 1.6% 포함된 조성이다. A6의 흡수율은 0.18%로 높은 알루미나의 함량으로 인하여 다른 계열의 흡수율 값보다 다소 높은 것으로 관찰되었다. A5는 알루미나 함량이 35% 포함된 조성으로 이 역시 탈크를 5% 첨가한 조성이다. A5의 흡수율은 0.18%로 관찰되었으며, A1의 흡수율과 비슷하게 나타내었다. A4는 알루미나 함량이 30% 포함된 조성으로 이 역시 탈크를 5% 첨가하였다. A4 흡수율이 0.15%로 나타났으며, 이것은 할루미나 함량의 감소로 인해 치밀화가 일어난 것을 나타내었다. A3은 알루미나의 함량을 20%로 하고 규석을 5% 첨가하여 SiO₂ 성분이 43.7%인 조성이다. A3, A2, A1은 A계열중 가장 낮은 흡수율로 관찰되었다. A3는 알루미나, 도석, 카올린, 장석, 탈크를 모두 첨가하여 화학성분의 비율을 일정하게 맞춘 계열이다. A4~6계열은 규석을 추가로 첨가하지 않았으며, A4~6의 흡수율은 0.1%대로 나타났다. Mullite 생성 소성체 흡수율을 전체적으로 관찰한 결과 7가지 계열 모두 0.2% 이하의 흡수율을 나타내어 일반자기와 비교 시 현저히 낮은 흡수율을 나타내었다.

○ 결정상

Mullite 결정 생성계열의 결정상을 분석하여 도70에 나타내었다. A6은 알루미나 함량이 40%로 가장 높은 조성이다. A6의 결정상에서는 Mullite(Al₆Si₂O₁₈), Corundum(Al₂O₃), Cordierite(Mg₂Al₄Si₅O₁₈)의 세 가지 결정상이 관찰되었다. A2의 결정상은 Mullite(Al₆Si₂O₁₈), Corundum(Al₂O₃), Cordierite(Mg₂Al₄Si₅O₁₈) 의 세 가지 결정상이 관찰되었다. A6에서는 A2에서 관찰되었던 결정상과 동일한 결정상으로 관찰되었다. A7은 Mullite(Al₆Si₂O₁₈), Corundum(Al₂O₃), IndialiteMg2(Al4Si5O18) 결정상이 주 결정상으로 관찰되었다. A1,3~5의 결정상은 A6, A2와 동일한 결정상으로 Mullite(Al₆Si₂O₁₈), Corundum(Al₂O₃), Cordierite(Mg₂Al₄Si₅O₁₈) 결정상이 주 결정상으로 관찰되었다. 이에 A계열에서는 Mullite(Al₆Si₂O₁₈), Corundum(Al₂O₃), IndialiteMg2(Al₄Si₅O₁₈), Cor-dierite(Mg₂Al₄Si₅O₁₈)의 네 가지 결정상이 주로 관찰되었으며, 이 중에서도 Mullite 결정상과 Cordierite 결정상 생성으로 인하여 소성체의 강도 값이 크게 증가될 것으로 추측된다. 또한 결정상분석 결과와 흡수율 결과를 비교 평가한 결과 흡수율이 낮고 Mullite 결정상함량이 높은 계열일수록 강도 값에 크게 영향을 미칠 것으로 판단된다.

○ Mullite 결정생성 정량분석

A계열의 결정상분석을 토대로 Mullite 결정상을 정량분석 하여 도71에 나타내었다. A1은 44.8%의 Mullite가 생성된 것으로 관찰되었다. 이는 알루미나의 함량이 가장 적은 계열로 Mullite의 함량이 정량적 목표인 30%를 초과하는 것으로 확인되었다. A2는 40.5%의 Mullite가 생성되어 A1보다 다소 낮은 값을 나타내었다. A3은 40.7%의 Mullite가 생성된 것으로 확인되었다. A1은 Al₂O₃ 성분의 함량이 낮고 SiO₂와 성분의 함량이 높기 때문에 Mullite를 가장 많이 생성한 것으로 판단된다. A4는 37.6% Mullite 생성하였고, A5는 32.1%, A6은 25.1%로 나타났다. A계열 중 A6를 제외한 A2~5,A7계열 모두 Mullite 결정생성이 촉진된 것으로 나타났다.

○ 강도

Mullite 결정생성을 위한 A계열의 강도를 측정하여 도72에 나타내었다. A계열의 강도 값은 219~274MPa 범위에 포함되는 것으로 나타났다. 이 중에서 A1의 강도 값은 230Mpa이고 A2의 강도 값은 224MPa, A3의 강도 값은 274MPa, A4의 강도 값은 265MPa A5의 강도 값은 219MPa A6은 237MPa A7은 271MPa로 측정되었다. 이 강도 값은 타 계열의 강도 값과 비교 시 높은 강도 값을 나타내었다. 또한 일반자기에 비하여 약 60%의 강도 값이 증가되었다. 이 중에서도 A3은 알루미나의 함량이 20%이고 결정상분석에서 Mullite를 40.7% 생성한 계열로 정량적 목표치인 270MPa 이상으로 나타났다. A5 계열은 A 계열 중 낮은 강도 값으로 확인되었지만, 타 계열과 비교해 낮은 강도값은 아니다. A3은 A 계열 중 가장 높은 강도 값을 나타내었다. 알루미나 함량으로 인하여 A1의 강도 값이 가장 높을 것으로 추측하였지만, 결정상분석에서도 Mullite 생성량이 가장 높았던 A1은 강도 값은 230MPa로 정량적 목표치 보다 40MPa가 낮은 것으로 관찰되었다.

○ 미세조직

A계열의 Mullite 결정생성을 확인하기 위하여 미세조직을 관찰하였다. 도73에 Mullite 결정생성에 대한 미세조직을 나타내었다. 전체적으로 A계열은 Mullite의 생성이 원활하게 이루어진 것으로 나타났다. A계열 중에서도 강도 값이 가장 높고 Mullite 정량분석에서 Mullite 생성량이 높게 나타난 A3, A4계열에서 Mullite가 비교적 많이 생성된 것을 확인하였다. 여기에는 탈크의 성분 중 MgO 성분으로 인하여 Cordirite도 함께 생성된 것이 관찰되었다. 알루미나 함량이 가장 높았던 A1은 Mullite의 침상형태가 확연하게 구분이 되었고 이는 A3에서도 유사하게 나타났다. 이와 같은 결과로 보아 Mullite 조성 확보로 인하여 Mullite 상의 생성을 촉진하였고 강도 값 증가에 크게 기여한 것으로 판단된다.

3-3. Mullite 생성 소성체 평가

3-3-2. 입도별 알루미나

○ 흡수율

Mullite 결정 생성계열의 흡수율을 분석하여 도74에 나타내었다. P1은 알루미나1을 29% 첨가한 조합으로 흡수율은 0.12%로 나타났다. P2의 경우 입도가 다른 알루미나1과 2를 20:9로 조합하였으며 흡수율은 0.05%가 나왔다. 알루미나2의 입도가 상당히 미분인 것으로 보아 조합에서 치밀함이 증가한 것으로 보인다. P3의 경우 알루미나 1과 2를 9:20으로 조합하여 너무 미분인 알루미나를 과량 사용하다보니 흡수율도 0.25%로 P2에 비해 0.2%가 높다. P4의 경우 입도 차이가 1㎛이하의 차이를 보이는 알루미나1과 3을 20:9로 조합하였다. 흡수율은 0.0%로 가장 낮은 값을 나타내었다. P5의 경우 P4의 알루미나 조합비를 9:20으로 변경한 조합비이며 흡수율은 0.15%로 나타났다. P6과 P7의 경우 알루미나2와 3을 각각 20:9, 9:20으로 조합하였으며 흡수율은 0.1%, 0.05%를 나타내었다.

○ 결정상

Mullite 결정 생성계열의 결정상을 분석하여 도75에 나타내었다. P계열 전체의 결정상에서 Mullite(Al₆Si₂O₁₈), Corundum(Al₂O₃), Cordierite(Mg₂Al₄Si₅O₁₈)의 세 가지 결정상이 관찰되었다. P계열의 경우 조합비 입도별 알루미나 3종외에 조합비에서 추가되거나 제거된 원료가 없기 때문에 P계열 전체가 3가지 결정상을 보이고 있으며, 알루미나의 입도 차이에 의한 약간의 차이만 나타나고 있다.

○ Mullite 결정생성 정량분석

P계열의 결정상분석을 토대로 Mullite 결정상을 정량분석 하여 도76에 나타내었다. P1의 경우 뮬라이트 함량이 33.6%로 나타났다. P2, P3, P6, P7 계열에서 뮬라이트 함량이 높게 나타났는데, 이는 미분의 알루미나인 알루미나3이 첨가된 조합에서 더 치밀한 구조를 나타났기 때문으로 보인다. P4 계열의 경우 32.7%, P5 계열의 경우 33.8%를 나타냈다.

○ 강도

Mullite 결정생성을 위한 P계열의 강도를 측정하여 도77에 나타내었다. P계열의 경우 135~235Mpa 범위에 포함되는 것으로 나타났다. P1의 경우 187Mpa, P2의 경우 215Mpa, P3의 경우 136Mpa, P4의 경우 232Mpa, P5의 경우 176Mpa, P6의 경우 201Mpa, P7의 경우 213Mpa의 값을 나타냈으며, P4계열의 강도값이 가장 높게 나타난 232Mpa 이지만, 정량적 목표치인 270Mpa에는 38Mpa 부족한 수치를 나타내고 있다.

○ 미세조직

P계열의 Mullite 결정생성을 확인하기 위하여 미세조직을 관찰하였다. 도78에 Mullite 결정생성에 대한 미세조직을 나타내었다. 전체적으로 P계열은 Mullite의 생성이 정량적 목표치와 유사하게 이루어진 것으로 나타났다. P계열 중에서는 P4가 강도 값이 가장 높고 Mullite 정량분석에서 Mullite 생성량은 정량적 목표치 30%이상인 32.7%로 나타났다. 알루미나 함량이 다 일정하기 때문에 뮬라이트 함량도 변화폭이 크지 않은 32~41%대에서 다 나타났다.

3-3. Mullite 생성 소성체 평가

3-3-3. 도석별 첨가

○ 흡수율

Mullite 결정 생성계열의 흡수율을 분석하여 도79에 나타내었다. S계열의 경우 도석과 규석을 첨가시킨 조합비이다. S1의 경우 도석1을 사용하여 기준을 만들었고 흡수율은 정량적 목표치인 0.2%와 동일하게 나타났다. S2의 경우 도석2를 사용하였으며, 흡수율은 0.22%로 S1보다 0.02% 증가하였다. S3의 경우 도석 1과 2를 1:1로 사용하였으며 흡수율은 S2와 동일하게 0.22%로 나타났다. S4의 흡수율은 0.18이 나왔다. S5와 S6은 도석에 규석을 1:1로 조합하였으며, 흡수율은 각각 0.22%, 0.2%가 나왔다.

○ 결정상

Mullite 결정 생성계열의 결정상을 분석하여 도80에 나타내었다. S 계열의 경우 Mullite(Al₆Si₂O₁₈), Corundum(Al₂O₃), Cordierite(Mg₂Al₄Si₅O₁₈)의 3가지 상으로 나타났다. 도석과 규석의 추가로 Quarts상이 나타나야 하지만, 함량이 증가 한 것이 아닌, 조합비의 조정만 있었기 때문에 Quarts상은 주 결정상에 나타나지 않았다. 규석이 첨가된 S5와 S6에서 뮬랴이트 함량이 조금 더 높은 것이 나타났다.

○ Mullite 결정생성 정량분석

Mullite 결정 생성계열의 결정상을 분석하여 도81에 나타내었다. S 계열은 알루미나의 함량은 29%로 일정하다. 추가로 도석과 규석을 첨가하여 나타냈다. S1의 경우 원래 사용하던 도석1을 사용하였으며, 뮬라이트 함량은 31.0%로 나타났다. S2, S3, S4의 경우 새로운 도석을 사용하였으며, 정량적 목표치인 30.0%에 도달하지 못했다. S5와 S6은 각각 도석1과 규석1, 규석2를 1:1로 조합하며 사용하였는데, 뮬라이트 함량이 32.1%, 33.5%로 정략적 목표치보다 높게 나타났다.

○ 강도

Mullite 결정생성을 위한 S계열의 강도를 측정하여 도82에 나타내었다. S계열의 강도 값은 218~277MPa 범위에 포함되는 것으로 나타났다. S1의 경우 254MPa의 값을 나타냈고, S2의 경우 277MPa, S3의 경우 218MPa, S4의 경우 266MPa, S5의 경우 254MPa, S6의 경우 247MPa를 나타냈다. 강도 값에서는 S2가 정량적 목표치 이상의 값으로 나타났으며, 규석2를 사용한 조합이다.

○ 미세조직

S계열의 Mullite 결정생성을 확인하기 위하여 미세조직을 관찰하였다. 도83에 Mullite 결정생성에 대한 미세조직을 나타내었다. 전체적으로 S계열은 Mullite의 생성이 대부분 정량적 목표치보다 적게 이루어진 것으로 나타났다. S계열 중에서도 강도 값이 가장 높고 Mullite 정량분석에서 Mullite 생성량이 높게 나타난 S2계열에서 Mullite가 정량적 목표치 30.0% 이하로 나타난 것을 확인하였다. S5와 S6에서 Mullite가 가장 높은 값을 보였고 화학조성에서 봤을 때 SiO₂함량이 46%이상으로 나타났다. SiO₂의 함량이 높은 두 가지가 Mullite함량도 높게 나타났음을 알 수 있다.

3-3. Mullite 생성 소성체 평가

3-3-4. 카올린별 알루미나

○ 흡수율

Mullite 결정 생성계열의 흡수율을 분석하여 도84에 나타내었다. K 계열의 경우 카올린을 종류를 다르게 한 실험이였다. K1의 경우 기존 사용하는 카올린을 사용하였고, 흡수율은 0.23%로 나타났다. K2의 경우 카올린3을 사용했으며, 흡수율은 0.19%로 정량적 목표치보다 0.01% 적게 나타났다. K3의 경우 카올린2를 사용했으며, 흡수율은 0.00%로 나타났고, K 계열 조합이후 사용하는 카올린은 모두 카올린2번을 사용하고 있다. K4의 경우 기본 카올린1에 점토1을 첨가한 조합으로 흡수율은 0.2%가 나왔으며 K5는 카올린4를 사용했으며, 흡수율은 0.18%가 나왔다. 다른 계열과 다르게 SiO2와 Al2O3의 함량비가 약 45%:45% 정도로 나타났다. 뮬라이트 생성량이 다른 계열에 비해 현저히 낮게 나타난 것을 알 수 있었다.

○ 결정상

Mullite 결정 생성계열의 결정상을 분석하여 도85에 나타내었다. K1의 결정상에서는 Mullite(Al₆Si₂O₁₈), Corundum(Al₂O₃), Cordierite(Mg₂Al₄Si₅O₁₈)의 세 가지 결정상이 관찰되었다. K2 결정상은 Mullite(Al₆Si₂O₁₈), Corundum(Al₂O₃), Cordierite(Mg₂Al₄Si₅O₁₈) 의 세 가지 결정상이 관찰되었다. K2에서는 K1에서 관찰되었던 결정상과 동일한 결정상으로 관찰되었다. K3에서도 Mullite(Al₆Si₂O₁₈), Corundum(Al₂O₃), Cordierite(Mg₂Al₄Si₅O₁₈)상이 관찰 되었으며, K4와 K5에서도 Mullite(Al₆Si₂O₁₈), Corundum(Al₂O₃), Cordierite(Mg₂Al₄Si₅O₁₈)상으로 동일하게 나타났다. 카올린의 종류를 변화시키는 조합이었기 때문에 다른 상은 관찰되지 않은 것으로 나타났다.

○ Mullite 결정생성 정량분석

K계열의 결정상분석을 토대로 Mullite 결정상을 정량분석 하여 도86에 나타내었다. K1은 28.1%의 Mullite가 생성된 것으로 관찰되었다. K2는 20.0%의 Mullite가 생성되어 K1보다 다소 낮은 값을 나타내었다. K3는 Mullite가 24.1%생성되었으며 K4은 25.0%의 Mullite가 생성되었고 K계열 중 가장 높은 것은 K1으로 확인되었다. K1은 MgO 성분의 함량이 낮고 SiO₂와 Al₂O₃성분의 함량이 높기 때문에 Mullite를 가장 많이 생성한 것으로 판단된다. K5는 Mullite가 24.9% 생성되었다. K 계열은 다른 계열에 비해 Mullite가 생성되는 양이 적었고 정량적 목표치 30.0%이상으로 확인되는 계열이 없는 것으로 나타났다.

○ 강도

Mullite 결정생성을 위한 M계열의 강도를 측정하여 도87에 나타내었다. K계열의 강도 값은 198~248MPa 범위에 포함되는 것으로 나타났다. 이 중에서 K1의 강도 값은 227Mpa이고 K2의 강도 값은 212MPa, K3의 강도 값은 246MPa, K4의 강도 값은 235MPa이고 K5의 강도값 198MPa로 측정되었다. 이 수치는 타 계열보다 뮬라이트 생성량도 적고 강도도 적은편에 속한다. 이 중에서도 K1은 결정상분석에서 Mullite를 28.1% 생성한 계열로 정량적 목표치인 270MPa에는 못미치지만 높은 강도값으로 나타났다. K3은 K 계열 중 가장 높은 강도 값을 나타내었다.

○ 미세조직

M계열의 Mullite 결정생성을 확인하기 위하여 미세조직을 관찰하였다. 도88에 Mullite 결정생성에 대한 미세조직을 나타내었다. 전체적으로 K계열은 Mullite의 생성이 다른계열만큼 원활하게 나타나지 않았다. K계열 중에서도 강도 값이 가장 높고 Mullite 정량분석에서 Mullite 생성량이 높게 나타난 K1, K3계열에서 Mullite가 다른 것에 비해 많이 생성된 것을 확인하였다.

3-4. 고강도화

3-4-1. ZrO₂의 첨가

○ 흡수율

융제조성 중 ZrO₂를 첨가한 계열의 흡수율을 도89에 나타내었다. Z 계열에 Z2계열부터 차례로 1~5%가 첨가 되었으며, Z1의 흡수율은 0.21%로 나타났다. Z2의 경우 0.3%로 나타났으며, Z3의 경우 0.26%로 나타났다. Z4의 ZrO2가 3% 첨가되어 있으며 흡수율은 0.15%로 정량적 목표치인 0.2%이하로 나타나 일반자기에 비해 흡수율이 낮게 나타났다. Z5의 경우 0.2%로 나타났고, Z6의 경우 0.22%로 나타났다. Z 계열에서 Z4를 보면 알 수 있듯이 융제로 첨가되는 ZrO2의 양은 3%가 적당한 것으로 나타났고, 흡수율도 정량적 목표치에 들어오는 것을 알 수 있다.

○ 결정상

융제조성 중 ZrO₂를 첨가한 계열의 결정상을 분석하여 다음 그림에 나타내었다. Z1의 경우 결정상은 Mullite(Al₆Si₂O₁₈), Corundum(Al₂O₃), Albite(NaAlSiO₃), Sodium Aliminum Silica(Na₂Al₂SiO₄) 의 네 가지 결정상이 주 결정상으로 관찰되었다. Z계열 중 Z2~Z6까지는 지르콘코니아 1~5% 첨가하였는데, 결정상분석 결과에서 ZrO₂에 관련된 결정상이 관찰되지 않은 이유는 지르코니아의 첨가량이 5% 미만으로 5% 이하의 성분은 검출되지 않을 수 있으므로 본 결정상 분석 결과에는 반영되지 않은 것으로 판단된다. 이에 주로 관찰된 결정상은 Mullite, Corundum, Albite의 결정상이 관찰되었다.

○ 강도

융제조성 중 ZrO₂를 첨가한 계열의 강도를 측정하여 도91에 나타내었다. Z 계열의 강도는 194~283MPa 범위에 포함 되는 것으로 나타났다. Z1의 경우 ZrO₂의 첨가가 없었으며 강도값은 265MPa로 나타났다. Z2는 1% 첨가되었으며 252MPa의 값으로 나타났다. Z3의 경우는 2% 첨가되었으며 264MPa로 나타났다. Z4의 경우 3% 첨가되었고 강도값은 283MPa로 Z 계열중 가장 높게 나타났다. Z5의 경우 270MPa로 나타났으며 Z 계열의 가장높은 값과 13MPa차이이며 정량적 목표치와 동일한 것으로 나타났다. Z6의 경우 가장 낮은 값인 194MPa를 나타냈다. 융제로 들어간 ZrO₂의 양이 너무 과했던 것으로 예상되고 있다.

○ 미세조직

융제조성 중 ZrO₂를 첨가한 계열의 미세조직을 관찰하여 도92에 나타내었다. 전체적으로 Z 계열은 Mullite의 생성이 매우 원활하게 이루어진 것으로 나타났으며 매우 치밀한 Matrix 구조로 관찰되었다. Z 계열의 미세조직에서는 전체적으로 Mullite의 조직이 주로 관찰되었다. 이러한 미세조직 관찰로 보았을 때 충분히 강도 값이 증가된 것을 확인할 수 있다.

3-4. 고강도화

3-4-2. ZrSiO₄의 첨가

○ 흡수율

융제조성 중 ZrSiO₄를 첨가한 계열의 흡수율을 도93에 나타내었다. F 계열에 F2계열부터 차례로 1~5%가 첨가 되었으며, F1의 흡수율은 0.21%로 나타났다. F2의 경우 0.26%로 나타났으며, F3의 경우 0.15%로 나타났다. F4의 ZrSiO4가 3% 첨가되어 있으며 흡수율은 0.22%로 나타났다. F5의 경우 0.26%로 정량적 목표치인 0.2% 이하로 나타나진 않았지만 높은 강도를 나타냈다. F6의 경우 0.21%로 나타났다. F 계열에서 F5를 보면 알 수 있듯이 융제로 첨가되는 ZrSiO₄의 양은 4%가 적당한 것으로 나타났고, 흡수율은 정량적 목표치에 조금 벗어나는 것을 알 수 있다.

○ 결정상

융제조성 중 ZrSiO₄를 첨가한 계열의 결정상을 분석하여 다음 그림에 나타내었다. F1의 경우 결정상은 Mullite(Al₆Si₂O₁₈), Corundum(Al₂O₃), Albite(NaAlSiO3), Sodium Aliminum Silica(Na₂Al₂SiO₄) 의 네 가지 결정상이 주 결정상으로 관찰되었다. F계열 중 F2~F6까지는 지르콘을 1~5% 첨가하였는데, 결정상분석 결과에서 ZrSiO₄에 관련된 결정상이 관찰되지 않은 이유는 지르콘의 첨가량이 5% 미만으로 5%이하의 성분은 검출되지 않을 수 있으므로 본 결정상 분석 결과에는 반영되지 않은 것으로 판단된다. 이에 주로 관찰된 결정상은 Mullite, Corundum, Albite, Sodium Aliminum Silica의 결정상이 관찰되었다.

○ 강도

융제조성 중 ZrSiO₄를 첨가한 계열의 강도를 측정하여 도95에 나타내었다. F 계열의 강도는 186~279MPa 범위에 포함 되는 것으로 나타났다. F1의 경우 ZrSiO₄의 첨가가 없었으며 강도값은 265MPa로 나타났다. F2는 1% 첨가되었으며 272MPa의 값으로 나타났다. F3의 경우는 2% 첨가되었으며 266MPa로 나타났다. F4의 경우 3% 첨가되었고 강도값은 246MPa로 나타났다. F5의 경우 279MPa로 F 계열중 가장 높게 나타났으며 정량적 목표치보다 9MPa 높은 것으로 나타났다. F6의 경우 가장 낮은 값인 186MPa를 나타냈다. 융제로 들어간 ZrSiO₄의 양이 너무 과했던 것으로 예상되고 있다.

○ 미세조직

융제조성 중 ZrSiO₄를 첨가한 계열의 미세조직을 관찰하여 도96에 나타내었다. 전체적으로 F 계열은 Mullite의 생성이 매우 원활하게 이루어진 것으로 나타났으며 매우 치밀한 Matrix 구조로 관찰되었다. F 계열의 미세조직에서는 전체적으로 Mullite의 조직이 주로 관찰되었다. 이러한 미세조직 관찰로 보았을 때 충분히 강도 값이 증가된 것을 확인할 수 있다.

3-4. 고강도화

3-4-3. H1~H4

○ 흡수율

* 최종적으로 고강도 조성을 결정하였다. 고강도 계열은 H계열로 H1~H4계열로 분류하였다. H계열의 흡수율을 측정한 결과를 도97에 나타내었다. H1계열은 알루미나, 도석, 카올린, 장석, 활석을 첨가한 계열이다. H1의 흡수율은 0.2%로 정량적 목표치에 속하는 값을 나타내었다. H2는 H1계열에서 ZrO₂를 첨가한 조성이다. H2의 흡수율은 0.15%로 측정되었다. H3은 H1계열에서 ZrSiO₄를 첨가한 조성이다. H3의 흡수율은 0.26%로 다소 높은 흡수율로 측정되었다. H4는 알루미나, 도석1, 도석2, 카올린, 장석, 활석, 규석을 첨가한 조성이다. H4의 흡수율은 0.00%로 H계열 중 가장 낮게 나타났다. 이 계열은 Al₂O₃와 SiO₂ 성분의 함량이 유사하며, 장석이 함량을 증가하였기 때문에 충분히 치밀화되어 흡수율이 가장 낮게 나타난 것으로 판단된다. 이처럼 최종 고강도 조성인 H계열은 H3을 제외한 3가지 계열에 대해 0.2% 미만의 정량적 목표치에 속하는 낮은 흡수율을 나타내어 충분히 치밀화가 진행된 것으로 판단되어진다.

○ 결정상

고강도 계열의 결정상을 분석하여 도98에 나타내었다. 전체적으로 H계열의 4가지 계열 모두 동일한 결정상으로 관찰되었다. H계열에서 관찰된 결정상으로는 Mullite(Al₆Si₂O₁₈), Corundum(Al₂O₃), Cordierite(Mg₂Al₄Si₅O₁₈), Albite(NaAlSi₃O₈), Sodium Aluminum Silicate(Na₂Al₂SiO₈)의 다섯 가지 결정상이 주 결정상으로 관찰되었다. H계열 중 H3는 지르콘이 4% 첨가하였는데, 결정상분석 결과에서 ZrSiO₄에 관련된 결정상이 관찰되지 않은 이유는 지르콘의 첨가량이 4% 미만으로 5% 이하의 성분은 검출되지 않을 수 있으므로 본 결정상 분석 결과에는 반영되지 않은 것으로 판단된다. 이에 주로 관찰된 결정상은 Mullite, Corundum, Cordierite, Albite, Sodium Aliminum Silicate의 결정상이 관찰되었다. 이 다섯 가지 결정상들은 알루미나, 기초 원료, 추가로 첨가되는 활석에 의하여 생성된 결정상으로 모두 강도증가에 크게 기여하는 결정상이다. 이에 고강도 계열의 결정상 분석 결과는 계열 중 가장 강도 값이 높을 것으로 추측된다.

○ 강도

최종적으로 형성된 고강도 계열의 강도를 측정하여 도99에 나타내었다. H계열의 강도 값은 271~283MPa 범위에 포함되는 것으로 나타났다. H계열의 강도 값은 타 계열의 강도 값과 비교시 매우 높은 강도 값을 나타내었다. 또한 정량적 목표치에 해당하는 270MPa을 넘긴 강도 값을 나타내었다. 이는 흡수율과 결정상 분석 결과에서 이미 언급했듯이 고강도 원료와 저융점 원료의 조성확보로 인하여 270MPa 이상의 강도 값이 확보된 것으로 판단된다. 이 중에서 H1의 강도값은 271Mpa이고 H2의 강도 값은 283MPa, H3의 강도 값은 279MPa, H4의 강도값은 274MPa로 측정되었다. H1, H3, H4는 지르니아가 첨가되지 않은 조성이지만 271~279MPa사이의 강도 값을 나타내었다. 여기에 추가로 지르코니아를 첨가한 H2는 강도 값이 283MPa 이상으로 측정되어 가장 높은 강도 값을 나타내었다. 이는 강도 값에 크게 기여할 것이라고 판단하여 첨가한 ZrO₂의 첨가로 인하여 강도 값이 크게 증가한 것으로 판단된다. 여기에 ZrO₂의 첨가량을 증가시켜 강도 값을 더 크게 증가시키고자 하였지만, 융점이 높은 ZrO₂의 특성으로 인하여 흡수율이 증가되고 치밀화가 촉진되지 않기 때문에 ZrO₂의 첨가량은 3% 이내로 첨가하게 되었다. 이처럼 최종적인 고강도 조성 계열에서는 모두 270MPa이상의 강도 값을 가진 소성체를 제조하였다.

○ 미세조직

고강도 계열의 미세조직을 관찰하여 도100에 나타내었다. 전체적으로 H계열은 Mullite의 생성이 매우 원활하게 이루어진 것으로 나타났으며 매우 치밀한 Ma-trix로 관찰되었다. 또한 H계열의 미세조직에서 추가로 관찰된 조직은 Cordirite로 관찰되었다. 이는 결정상분석에서 관찰되었듯이 Mullite와 Cordirite가 소성체 내부에 함께 잔존하는 것으로 판단된다. H 계열에서도 H2는 활석이 5% 첨가된 조성으로 Cordirite가 가장 많이 관찰되었다. 그 밖에 H계열의 미세조직에서는 전체적으로 Mullite의 조직이 주로 관찰되었다. 이러한 미세조직 관찰로 보았을 때 충분히 강도 값이 증가된 것을 확인할 수 있다.

3-5. 고알루미나 조성의 가소성 향상 및 평가

3-5-1. P1~P3계열(점토1)

도101에 무기가소제인 점토1이 15% 첨가된 P1계열의 가소성 분석결과를 나타내었다. 이 평가에서는 pfeffer' korn 방식으로 가소변형값(지수)과 함수율로 가소성을 평가하였다. P0은 무기가소제가 첨가되지 않은 조성으로 P1(점토1 5%첨가)과 비교 평가한 결과 P1은 P0보다 0.53%의 수분량이 증가한 것으로 나타나 P0보다 가소성이 우수하고, P1과 유사한 가소성 값을 나타내었다. 이는 무기가소제인 점토1의 첨가로 인하여 가소성이 증가하게 된 것으로 판단된다.

무기가소제인 점토1을 10% 첨가한 P2계열의 가소성 분석결과를 도102에 나타내었다. P0은 무기가소제가 첨가되지 않은 조성으로 P2(점토1 10%첨가)와 비교 평가한 결과 P2는 P0보다 0.78%의 수분량이 증가한 것으로 나타나 P0보다 가소성이 우수하고 점토1 첨가계열 중 수분량이 가장 높은 것으로 나타났다.

고강도 자기 조성의 가소성을 향상시키기 위하여 무기 가소제를 첨가한 고강도 소지를 pfeffer' korn 방법으로 가소성을 분석하여 도103에 나타내었다. P0는 무기가소제가 첨가되지 않은 조성으로 P3(점토1 15%첨가)과 비교평가 하였다. 그 결과 P3은 P0보다 1.4%의 수분량이 증가한 것으로 나타나 가소성이 더 우수한 것으로 확인되었다. 이는 무기가소제인 점토1의 첨가로 인하여 가소성이 증가하게 된 것으로 판단된다.

3-5-2. P4~P6계열(점토2)

도104는 무기가소제로 활용한 점토2를 1% 첨가한 계열의 가소성분석 결과이다. 이 평가에서는 위의 점토1을 첨가한 계열과 동일한 방법으로 가소성을 평가하였다. P0은 무기가소제가 첨가되지 않은 조성으로 P4(점토2 1%첨가)와 비교 평가한 결과 점토2를 1% 첨가한 P4의 수분량이 0.11% 감소한 것으로 나타나 P0보다 가소성이 낮은 것으로 확인되었다. 이는 점토1을 5% 첨가한 P1계열의 고강도 소지 가소성보다 낮은 수치를 나타냈고, 가소성이 미세하게 감소한 원인은 점토2의 P4계열이 점토2 함량 중 가장 낮은 함량이기 때문에 점토2의 함량을 증가하면 가소성 수치가 더 높을 것으로 추측된다.

도105에 무기가소제인 점토2를 2% 첨가한 P5계열의 가소성 분석결과를 나타내었다. P0은 무기가소제가 첨가되지 않은 조성으로 P5(점토2 2%첨가)와 가소성 값을 비교 평가한 결과 P5는 P0보다 0.22%의 수분량이 증가한 것으로 나타났다. 이에 점토2의 함량을 증가시키면 가소성 값이 증가하는 것을 확인하였다.

* 점토2를 3% 첨가한 P6은 점토2 계열 중 가장 우수한 가소성 값을 나타내었다. P6의 수분량은 0.6%로 나타났으며, 점토2의 첨가량이 증가할수록 가소성이 향상되었다.

3-6. 강도증가에 따른 경량화율

○ 중량 평가

고강도 자기 계열 중 중량이 가장 높은 계열은 A1으로 확인되었다. 이에 고강도 조성 중 A1과 일반자기를 수동 기계성형법으로 성형하여 소성하고 이에 대한 중량변화를 나타내었다. 성형체는 일반적으로 성형하는 식기형태로 성형하였고 정확한 평가를 위하여 2차소성까지 마친 후 평가하였다. 그 결과 일반자기는 약 191g의 중량을 나타내었고, 동일한 방법으로 제작된 고강도 조성 M1계열은 약 142g의 중량을 나타내었다. 일반자기보다 비중이 높은 원료들이 다량 포함된 고강도 자기는 일반자기보다 중량이 높을 것으로 예상되지만, 일반자기보다 두께를 얇게 성형하여 중량을 최소화 하였다. 일반자기와 고강도 자기의 중량은 25.7% 감소된 것으로 나타나 정량적 목표치인 25%를 초과하는 것으로 확인되었다.

○ 두께평가

일반자기와 본 연구에서 개발한 고강도자기의 중량을 비교하고 이에 따른 두께를 비교평가 하였다. 도108은 실제 일반자기와 동일한 조건으로 제조한 고강도자기의 두께를 비교한 결과이다. 도108에서 나타나듯이 일반자기의 두께는 3.77㎜로 나타났으며, 고강도자기의 두께는 2.83㎜로 관찰되었다. 중량분석 결과에서 일반자기보다 고강도자기가 약 26% 경량화 되었고, 두께를 평가해본 결과 약 25%의 두께가 감소한 것으로 확인되었다. 이에 고강도 자기는 고비중의 원료를 포함한 조성이지만, 성형 시 두께를 조절하여 26%의 경량율을 나타내었다.

3-7. 유약 및 전사지 반응성 평가(Spalling Test)

3-7-1. 유면 평가

본 발명에서 개발한 고강도 자기의 열충격에 대한 균열 상태를 확인하기 위하여 유면 열충격 테스트를 진행하였다. 고강도 자기는 H4계열을 대상으로 일반자기와 비교평가 하였다. 그 결과 일반자기는 시험온도차(가열온도와 물의 온도차) △T 150℃에서 유면에 크랙이 발생하여 불안정한 것으로 나타났다. 이에 고강도 자기(H4)는 △T 150℃에서도 안정적인 결과가 나타났으며 △T 160℃에서 유면의 크랙이 발생하는 것으로 나타났다.

일반자기와 고강도자기의 열충격 테스트 결과

시료명	시험온도차(℃)	Crack 발생유무	결과	비 고
일반자기	120	無	안정	△T 150℃ 크랙발생
	130	無	안정
	140	無	안정
	150	有	불안정
고강도자기 (H4)	120	無	안정	△T 160℃ 크랙발생
	130	無	안정
	140	無	안정
	150	無	안정
	160	有	불안정

도110은 일반자기와 본 발명에 따른 고강도자기를 수온까지 냉각시킨 후 꺼내어 유약 층의 갈라짐, 박리, 혹은 소지의 깨짐, 갈라짐, 잔금, 또는 이빠짐의 결점 유무를 확인한 결과를 나타낸 것이다.

도110은 △T150℃에서 일반자기와 고강도 자기를 가열, 급냉하여 염료 또는 잉크(Eosin Y)를 사용하여 미세한 잔금을 확인한 결과이다. 이 결과로 보았을 때 일반자기는 고강도자기와 비교 시 동일한 온도에서 유면에 크랙이 발생한 것으로 관찰되었다. 그러나 고강도자기는 △T150℃이하에서 크랙이 발생하지 않았고 열충격에 안정함을 확인하였다. 이에 본 연구에서 개발한 고강도 자기는 상용되는 일반자기와 비교 시 열충격에 안정화되었음을 확인하였다.

3-7-2. 전사지 반응성 평가

아래 표에 고강도 자기(H4)와 상용화 되고 있는 일반자기를 탄산나트륨 용액 3ℓ가 들어있는 스테인레스강 통에 넣고 각각 1차, 2차, 3차로 가열을 하여 전사지의 발색 및 광택 상태변화를 나타내었다. 일반 흰색의 면직물로 고강도 자기와 일반자기를 강한 충격을 가했을 때 침식정도는 어떤 물질도 묻어나지 않으며 광택의 손상도 발생하지 않아 판정등급이 양호한 것으로 확인되었다. 따라서 본 발명에서 개발한 고강도 자기는 상용되는 일반자기와 유사하게 내세제성에 반응하지 않는 것으로 확인되었다.

일반자기와 고강도 자기의 내세제성 시험결과

시료명	측정						판정
	1차(2시간)		2차(4시간)		3차(6시간)
	색변화	광택도저하	색변화	광택도저하	색변화	광택도저하
고강도 자기	없음	없음	없음	없음	없음	없음	양호
일반자기	없음	없음	없음	없음	없음	없음	양호

고강도자기에 여러 가지 색상을 가진 전사지를 부착하여 내세제성 시험 전, 시험 중, 시험 후의 사진을 비교하였다. 내세제성 시험전과 시험 후 사진을 비교해보면 고강도 자기 표면에 부착되어있는 전사지의 색상 변화나 광택도에서 발색의 변화를 찾을 수 없었으며 이에 내세제성 시험결과는 안정적인 것으로 판단된다.

Claims

고강도 자기 조성물에 있어서,
알루미나 15 내지 40중량부, 도석 10 내지 35중량부, 카올린 30 내지 40중량부, 카리장석 5 내지 20중량부, 및 탈크 1 내지 10중량부를 포함하고,
상기 고강도 자기 조성물은 가소성을 향상시키기 위해서, 카올린은 뉴질랜드 카올린을 포함하여 이루어지면서 판상 형태의 무기가소제를 더 포함하고,
상기 판상 형태의 무기가소제는 와목점토 및 벤토나이트를 포함하여 이루어지고,
상기 고강도 자기 조성물의 결정상은 Corundum 결정상과 Mullite 결정상을 포함하여 이루어지고, 상기 Mullite 결정상 분율은 45 부피% 이상인 것을 특징으로 하는, 고강도 자기 조성물.
제1항에 있어서,
알루미나 20 내지 35중량부, 도석 20 내지 30중량부, 카올린 30 내지 40중량부, 카리장석 8 내지 15중량부 및 탈크 2 내지 8중량부를 함유하는, 고강도 자기 조성물.
제1항에 있어서,
규석, ZrO₂ 및 ZrSiO₄로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상을 1 내지 10중량부의 양으로 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는, 고강도 자기 조성물.
제1항에 있어서,
상기 고강도 자기 조성물의 화학성분은, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, TiO₂, CaO, MgO, K₂O, Na₂O, ZrO₂, ZrSiO₄ 및 I.L가 각각 40 내지 50 w/w%, 40 내지 50 w/w%, 0.1 내지 0.2 w/w%, 0.01 내지 0.08 w/w%, 2 내지 3 w/w%, 0.01 내지 0.2 w/w%, 1 내지 2 w/w%, 0.1 내지 1 w/w%, 0 내지 5 w/w%, 0 내지 5 w/w%, 5 내지 6 w/w%인 것을 특징으로 하는, 고강도 자기 조성물.
(a) 알루미나 15 내지 40중량부, 도석 10 내지 35중량부, 카올린 30 내지 40중량부, 카리장석 5 내지 20중량부 및 탈크 1 내지 10중량부를 함유하는 원료 분말을 혼합하여 슬러리를 수득하는 단계;
(b) 상기 단계(a)에서 얻어진 슬러리를 이용해 성형체를 형성하는 단계;
(c) 상기 단계(b)에서 얻어진 성형체를 건조시키는 단계;
(d) 상기 단계(c)에서 건조된 성형체를 소성하는 단계; 및
(e) 상기 단계(d)에서 소성된 성형체를 추가로 시유하는 단계 및 2차 소성하는 단계;를 포함하고,
상기 슬러리를 수득하는 단계에서는 카올린을 뉴질랜드 카올린을 포함하여 이루어지면서 판상 형태의 무기가소제를 더 포함하여 원료 분말을 혼합하고,
상기 판상 형태의 무기가소제는 와목점토 및 벤토나이트를 포함하여 이루어지고,
상기 고강도 자기 조성물의 결정상은 Corundum 결정상과 Mullite 결정상을 포함하여 이루어지고, 상기 Mullite 결정상 분율은 45 부피% 이상인 것을 특징으로 하는, 고강도 자기의 제조방법.