KR20170013387A

KR20170013387A - 세라믹 조성물

Info

Publication number: KR20170013387A
Application number: KR1020177000181A
Authority: KR
Inventors: 웬 창; 질르 가스그니어; 폴 미칼레티; 그레고리 에슈고엔; 베네딕트 차스타그니어
Original assignee: 이메리스 세라믹스 프랑스
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2017-02-06
Also published as: US20170113972A1; EP3152021B1; EP3152021A1; US20200140336A1; PT3152021T; FR3021968B1; WO2015185651A1; FR3021968A1

Abstract

건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료; 약 15 wt.% 이하의 잔여 용매 함량을 지니는 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료를 제조하는 방법; 하나 이상의 세라믹 전구체, 감온성 겔화제, 용매를 포함하고, 저압 사출 성형에 적합한 점도를 지니는 세라믹 포뮬레이션; 상기 세라믹 포뮬레이션을 제조하기 위한 방법; 상기 세라믹 포뮬레이션으로부터 세라믹 물품을 형성시키는 방법; 및 이로부터 수득가능한 세라믹 물품이 본원에 제공된다.

Description

세라믹 조성물{CERAMIC COMPOSITIONS}

본 발명은 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료, 약 15 wt.% 이하의 잔여 용매 함량을 지니는 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료를 제조하는 방법, 하나 이상의 세라믹 전구체, 감온성 겔화제(temperature sensitive gelling agent), 용매를 포함하고, 저압 사출 성형(low pressure injection molding)에 적합한 점도를 지니는 세라믹 포뮬레이션, 상기 세라믹 포뮬레이션을 제조하기 위한 방법, 상기 세라믹 포뮬레이션으로부터 세라믹 물품을 형성시키는 방법, 및 이로부터 수득가능한 세라믹 물품에 관한 것이다.

저압 사출 성형(LPIM)은 정형(net shape) 세라믹 부품의 성형을 위해 사용된다. 복합 준정형 성형 능력(capability of forming near net complex shape)에 더하여, LPIM 기술은 이의 상대적 단순성(simplicity) 때문에 연구원의 주목을 끌었으며, 다른 세라믹 제작 기술에 비해 이점을 제공한다.

사출 성형은 성형 동안 액체 제거가 없는 직접적인 응고화 공정이다. 다시 말해서, 세라믹 바디(body)의 그린 밀도(green density)는 사용된 슬러리의 고체 투입량과 거의 동일하다. 결과적으로, 이러한 공정의 과제들 중 하나는 고도로 농축된 슬러리를 제조하는 것이다. 또 다른 과제는 고도로 농축된 슬러리를 제조하기 위한 공급원료의 제조 및 세라믹 제조업체를 위한 사용자-친화적인(user-friendly) 편리한 그러한 공급원료의 제공이다.

도면의 간단한 설명

도 1a는 본 발명의 한 가지 예시적인 구체예를 요약하는 흐름도이다.

도 1b는 본 발명의 또 다른 예시적인 구체예를 요약하는 흐름도이다.

도 2는 1.0 wt.%에서 한천액(물)의 점도의 변화를 도시하는 그래프이다.

도 3은 가열 사이클 동안 1.0 wt.%의 아가로오스 겔의 겔 강도의 변화를 도시하는 그래프이다.

도 4는 아가로오스 겔과 아가로오스/프룩토오스 겔의 겔 강도를 비교한 것이다.

도 5 및 6은 대표적인 구체예에 따른 겔화 시(just-gelled) 바디의 파괴 강도 및 크리핑(creeping)(변형율)을 도시한 것이다.

도 7은 겔 강도를 측정하는데 사용된 장치의 개략적 도식이다.

도 8은 겔화된 바디의 파괴 강도의 측정에 사용된 인덴터(indenter)의 개략적 도식이다.

발명의 요약

첫 번째 양태에 따르면, 하나 이상의 세라믹 전구체, 감온성 겔화제, 용매를 포함하고 적어도 50 vol.%의 고형물 농도를 지니는 세라믹 포뮬레이션으로서, 세라믹 포뮬레이션이 저압 사출 성형에 적합한 점도, 예를 들어, 겔화제의 겔화점보다 큰 온도에서 100 s^-1의 전단 속도로 10 Pa.s 이하의 점도를 지님을 추가로 특징으로 하는 세라믹 포뮬레이션이 제공된다.

두 번째 양태에 따르면, 첫 번째 양태에 따른 세라믹 포뮬레이션을 제조하는 방법으로서, 적어도 하나의 사전-분산된 세라믹 전구체를 제공하고; 용매 및 적어도 하나의 사전-겔화된 겔화제를 임의로 겔화제가 아닌 보강 첨가제 및 결합제와 함께 포함하는 용액 또는 현탁물을 제공하고; 적어도 하나의 사전-분산된 세라믹 전구체와 용액 또는 현탁물을 혼합하여 세라믹 포뮬레이션을 형성시킴을 포함하는 방법이 제공된다.

본 발명의 세 번째 양태에 따르면, 하나 이상의 세라믹 전구체 및 감온성 겔화제를 포함하는 세라믹 공급원료로서, 세라믹 공급원료가 건조되거나 적어도 부분적으로 건조되고, 세라믹 공급원료의 총 중량을 기준으로 약 15wt.% 이하의 용매 함량을 지니는 세라믹 공급원료가 제공된다.

본 발명의 네 번째 양태에 따르면, 약 15 wt.% 이하의 잔여 용매 함량을 지니는 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료를 제조하는 방법으로서, 상기 방법이 하나 이상의 세라믹 전구체, 감온성 겔화제, 용매 및 임의의 분산제 및/또는 겔화제가 아닌 보강 첨가제 및/또는 결합제를 포함하는 세라믹 슬러리를 제조하거나, 얻거나, 제공하고; 적합한 조건하에 세라믹 슬러리를, 세라믹 공급원료의 총 중량을 기준으로 약 15 wt.% 이하의 잔여 용매 함량을 지니는 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료를 얻도록 처리함을 포함하는 방법이 제공된다.

본 발명의 다섯 번째 양태에 따르면, 하나 이상의 세라믹 전구체, 감온성 겔화제, 용매를 포함하고, 저압 사출 성형(low pressure injection molding)에 적합한 점도, 예를 들어, 약 100 s^-1의 전단 속도에서 약 0.1 내지 10.0 Pa.s의 점도를 지니는 세라믹 포뮬레이션이 제공된다.

본 발명의 여섯 번째 양태에 따르면, 세라믹 포뮬레이션을 제조하기 위한 방법으로서, 하나 이상의 세라믹 전구체, 감온성 겔화제, 용매 및 임의의 분산제 및/또는 겔화제가 아닌 보강 첨가제 및/또는 결합제를 포함하는 세라믹 슬러리를 제조하거나, 얻거나, 제공하고; 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료를 얻도록 적합한 조건하에 세라믹 슬러리를 처리하고; 겔화제의 겔화점 초과의 온도에서 적합한 양의 추가 용매와 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료를 혼합하여 저압 사출 성형에 적합한 점도를 지니는 세라믹 포뮬레이션을 수득함을 포함하는 방법이 제공된다.

본 발명의 일곱 번째 양태에 따르면, 세라믹 물품을 형성시키는 방법으로서, 하나 이상의 세라믹 전구체, 감온성 겔화제, 용매를 포함하고 적어도 50 vol.%의 고형물 농도를 지니는 세라믹 포뮬레이션으로부터 미가공(green) 겔화된 세라믹 바디를 형성시키고, 임의로, 미가공 겔화된 세라믹 바디를 건조시키고; 미가공 겔화된 세라믹 바디를 소성(firing)시켜 소결된 세라믹 물품을 형성시킴을 포함하는 방법이 제공된다.

본 발명의 여덟 번째 양태에 따르면, 본 발명의 일곱 번째 양태에 따른 방법에 의해 수득가능한 세라믹 물품이 제공된다.

본원에서 사용되는 용어 "세라믹 공급원료"는 하나 이상의 세라믹 전구체를 포함하는 조성물로서, 포장 및 운반에 적합하고, 더욱이, 적합한 양의 용매, 예컨대, 물과의 혼합 시에 저압 사출 성형에 적합한 세라믹 포뮬레이션을 형성시키는 조성물을 의미한다.

세라믹 공급원료는 건조되거나 적어도 부분적으로 건조되며, 세라믹 공급원료의 총 중량을 기준으로 약 15 wt.% 이하의 용매(예, 수분 함량)을 지닌다. 특정의 구체예에서, 용매 함량은 약 0.1 내지 약 15 wt.%, 예를 들어, 약 0.1 내지 약 10 wt.%, 또는 약 0.1 내지 약 7.5 wt.%, 또는 약 0.1 내지 약 5.0 wt.%, 또는 약 0.1 내지 약 4.0 wt.%, 또는 약 0.1 내지 약 3.0 wt.%, 또는 약 0.1 내지 약 2.0 wt.%, 또는 약 0.1 내지 약 1.0 wt.%, 또는 약 0.2 내지 약 5.0 wt.%, 또는 약 0.3 내지 약 3.0 wt.%, 또는 약 0.4 내지 약 2.0 wt.%, 또는 약 0.2 내지 약 1.0 wt.%, 또는 약 0.3 내지 약 0.8 wt.%, 또는 약 0.4 내지 약 0.6 wt.%이다.

건조된 공급원료는 세라믹 공급원료의 총 중량을 기준으로 약 0.1 wt.% 미만의 용매(예, 수분 함량)을 지니는 것을 특징으로 할 수 있다.

용매 함량(예, 수분 함량)은 건조된/부분적으로 건조된 상태의 세라믹 공급원료를 얻기 위한 처리 전의 공급원료 전구체, 즉, 본원에 기재된 세라믹 슬러리 간의 중량 차이에 의해 측정될 수 있다. 공급원료의 용매 함량은 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료를 얻기 위한 공급원료 전구체, 즉, 본원에 기재된 세라믹 슬러리의 처리 후에 남아 있는 용매의 양이기 때문에 "잔여 용매"라 지칭될 수 있다.

용매는 겔화제가 냉각 후에 겔화제의 겔화점으로 또는 그 미만으로 겔화될 수 있게 하기에 적합한 어떠한 형태일 수 있다. 유리하게는, 용매는 세라믹 공급원료의 제조 동안 겔화제를 용해시키는(즉, 겔화제의 융점 초과의 온도에서) 작용을 하고, 성형 동안 세라믹 혼합물을 위한 담체(carrier)로서의 역할을 한다. 특정의 구체예에서, 용매는 극성 용매, 예를 들어, 수용액, 예컨대, 물, 또는 알코올이다. 특정의 구체예에서, 용매는 물이다.

세라믹 공급원료를 하나 이상의 세라믹 전구체를 포함한다. 하나 이상의 세라믹 전구체는 전형적으로 약 0.1 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 예를 들어, 약 0.1 ㎛ 내지 약 250 ㎛, 또는 약 0.1 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 또는 약 0.1 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 또는 약 0.1 ㎛ 내지 약 25 ㎛의 d₅₀을 지니는 미립자 형태일 것이다. 달리 명시되지 않는 한, 본원에서 지칭되는 중간(평균) 상당 입자 직경(d₅₀ 값)은 "Horiba LA950 기기"라고 본원에서 지칭되는 Horiba에 의해 공급되는 LA950 기계를 사용하여 수성 매질에서 완전히 분산된 조건하에 미립자 물질의 레이저 광 산란(laser light scattering)에 의해 잘 알려진 방식으로 측정된다. 그러한 기계는 '상당 구형 직경(equivalent spherical diameter)'(esd)으로서 당해 기술 분야에서 지칭되는 주어진 esd 값 미만의 크기를 지니는 입자의 누적 부피%의 측정 및 플롯을 제공한다. 중간 입자 크기(d₅₀)는 그러한 d₅₀ 값 미만의 상당 구형 직경을 지니는 입자의 50부피%가 있는 곳에서 이러한 방식으로 결정된 입자 esd의 값이다. 마찬가지로, d₉₀은 그러한 d₉₀ 값 미만의 상당 구형 직경을 지니는 입자의 90부피%가 있는 곳에서 이러한 방식으로 결정된 입자 esd의 값이다. 마찬가지로, d₁₀은 그러한 d₁₀ 값 미만의 상당 구형 직경을 지니는 입자의 10부피%가 있는 곳에서 이러한 방식으로 결정된 입자 esd의 값이다.

특정의 구체예에서, 하나 이상의 세라믹 전구체는 식기(tableware), 위생 도기(sanitary ware), 요도구(kiln furniture), 내화물 및 기술용 등급 세라믹으로부터 선택된 세라믹을 제작하기에 적합한다.

특정의 구체예에서, 하나 이상의 세라믹 전구체는 식품 보관 또는 서빙(serving)용으로 설계된 기구, 및 용기 등을 포함한 식기를 제작하기에 적합하다. 하나 이상의 세라믹 전구체는 자기 식기를 제작하기에 적합할 수 있다.

특정의 구체예에서, 하나 이상의 세라믹 전구체는 화장실, 및 대야 등을 포함한 위생 도기뿐만 아니라 욕조, 샤워 트레이(shower tray) 및 기둥과 같은 욕실 가구의 다른 품목을 제작하기에 적합하다. 하나 이상의 세라믹 전구체는 석기 또는 유리질 위생 도기를 제작하기에 적합할 수 있다.

특정의 구체예에서, 하나 이상의 세라믹 전구체는 요도구를 제작하기에 적합하다. 도기 가구는 가마 내부에서 도기를 지지하는데 사용되는 선반 및 포스트(post) 등을 포함한다.

특정의 구체예에서, 하나 이상의 세라믹 전구체는 내화물을 제작하기에 적합하다. 내화물은 액체 금속 및 슬래그(slag), 또는 어떠한 다른 고온 액체, 고체 또는 기체를 함유하거나, 이의 유동을 유도하거나, 이의 산업적 처리를 용이하게 하기에 적합한 내화 라이닝(refractory lining), 예컨대, 동그 화로(cupolas hearth) 및 사이펀(siphon)용 라이닝, 용광로, 1차, 2차 및 틸팅 러너(tilting runner), 용기 또는 용기 스파우트(vessel spout), 레이들(ladle), 턴디쉬(tundish), 반응 챔버 및 도관(trough)을 포함한다. 내화물은 또한 내화 물품, 예컨대, 상술된 것들, 및 전체 또는 일부가 사전-성형된 물품, 예컨대, 내화 벽돌 및 도가니를 포함한다.

특정의 구체예에서, 하나 이상의 세라믹 전구체는 기술용 등급 세라믹을 제작하기에 적합하다. 기술용 등급 세라믹은, 예를 들어, 석영, 규소 금속, 알루미나 자기, 스티어타이트(steatite), 코어디어라이트(cordierite), 멀라이트(mullite), 알루미나, 지르코니아, 페라이트(ferrite), 가넷(garnet), 티타네이트, 카바이드, 예컨대, 실리콘 카바이드, 보론 카바이드, 텅스텐 카바이드 및 티타늄 카바이드, 보론 니트라이드, 및 실리사이드, 및 이들의 혼합물과 같은 세라믹 전구체로부터 제조된 물품을 포함한다. 기술용 등급 세라믹은 높은 내열성 타일과 같은 물품, 예컨대, 우주선에 사용되는 것들, 가스 버너 노즐, 도가니, 주조용 몰드(mold) 및 코어(core), 용융 금속 필터, 허니콤(honeycomb) 또는 랜덤 패킹과 같이 구조화된 열 교환기, 용접 링 및 지지대, 탄도 방호(ballistic protection), 예를 들어, 방탄복 삽입물, 생체의학용 임플란트, 제트 엔진 터빈의 코팅 및 이들의 부품, 예컨대, 블레이드, 세라믹 디스크 브레이크(ceramic disk brake), 미사일 코 콘(missile nose cone), 및 베어링(bearing)을 포함한다. 그 밖의 기술용 등급 세라믹은 전기적 적용에 사용되는 부분품, 예컨대, 플러그, 소켓, 절연체, 저항 지지체(resistance support), 스파크-플러그(spark-plug), 점화기(ignitor), 및 퓨즈(fuse) 등을 포함한다. 다른 기술용 등급 세라믹은 여과 또는 촉매 적용에 사용되는 부분품, 예컨대, 분자체, 유체 및 가스 필터, 및 촉매 층 지지체를 포함한다. 그 밖의 기술용 등급 세라믹은 유리 스크린, 창, 로드(rod), 통(tub), 반도체, 광학용 렌즈 및 섬유의 구성 부품을 포함한다.

특정의 구체예에서, 하나 이상의 세라믹 전구체는 알루미나, 알루미노실리케이트, 하석 섬장암, 장석(feldspar), 활석, 운모, 석영, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 지르코니아 실리케이트, 규회석, 진주암, 규조토, 알칼리 토금속 카보네이트 또는 설페이트, 예컨대, 칼슘 카보네이트, 마그네슘 카보네이트, 백운석, 및 석고, 카바이드, 예컨대, 실리콘 카바이드, 보론 카바이드, 텅스텐 카바이드 및 티타늄 카바이드, 보론 니트라이드, 실리사이드, 예컨대, 니켈 실리사이드, 소듐 실리사이드, 마그네슘 실리사이드, 플래티넘 실리사이드, 티타늄 실리사이드, 텅스텐 실리사이드, 규소 금속, 세리아, 이트륨 옥사이드, 페라이트, 예컨대, 아연-철 페라이트, 바륨-스트론튬 페라이트, 스트론튬 페라이트, 석류석, 예컨대, 이트륨-알루미늄 석류석, 티타네이트, 예컨대, 바륨 티타네이트, 납 티타네이트, 흑연, 그 밖의 탄소 기반 세라믹 전구 물질, 및 이들의 조합물로부터 선택된다.

알루미노실리케이트는 홍주석(andalusite), 남정석(kyanite), 규선석(sillimanite), 멀석(mullite), 몰로차이트(molochite), 수화 칸다이트(kandite) 점토, 카올린(kaolin), 일라이트(illite) 또는 볼 클레이(ball clay), 또는 무수(소성) 칸다이트, 예컨대, 메타카올린(metakaolin) 또는 완전 소성된 카올린 중 하나 이상일 수 있다.

알루미나는 융합된 알루미나(예, 강옥(corundum)), 소결된 알루미나, 소성된 알루미나, 반응성 또는 반-반응성 알루미나, 보크사이트(bauxite), 및 알루미나 함량을 지니는 샤모트(chamotte) 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다.

세라믹 공급원료는 세라믹 공급원료의 총 중량을 기준으로 약 99.9 wt.% 이하, 예를 들어, 약 70 wt.% 내지 약 99.5 wt.%, 약 70 wt.% 내지 약 99.0 wt.%, 또는 약 70 wt.% 내지 약 98.5 wt.%, 약 70 wt.% 내지 약 98.0 wt.%, 또는 약 70 wt.% 내지 약 97.5 wt.%, 또는 적어도 약 75 wt.%, 또는 적어도 약 80 wt.%, 또는 적어도 약 85 wt.%, 또는 적어도 약 90 wt.%, 또는 적어도 약 91 wt.%, 또는 적어도 약 92 wt.%, 또는 적어도 약 93 wt.%, 또는 적어도 약 94 wt.%, 또는 적어도 약 95 wt.%, 또는 적어도 약 96 wt.%, 또는 적어도 약 97 wt.%, 또는 적어도 약 98 wt.%, 또는 적어도 약 98.5 wt.%, 또는 적어도 약 99.0 wt.%, 또는 적어도 약 99.1 wt.%, 또는 적어도 약 99.2 wt.%, 또는 적어도 약 99.3 wt.%, 또는 적어도 약 99.5 wt.%의 하나 이상의 세라믹 전구체를 포함할 수 있다. 세라믹 공급원료의 나머지는 본원에 기재된 바와 같이 감온성 겔화제, 및 임의의 잔여 용매, 분산제, 보강 첨가제, 결합제(겔화제가 아닌), 살생물제, 보조제(예, 윤활제) 및/또는 거품 억제제(antifoamer)를 포함한다. 특정의 구체예에서, 하나 이상의 세라믹 전구체가 아닌 성분들의 총 중량은 세라믹 공급원료의 총 중량을 기준으로 약 5 wt.% 이하, 예를 들어, 약 0. 5 wt.% 내지 약 5 wt.%, 또는 약 1.0 wt.% 내지 약 4.5 wt.%, 또는 약 1.5 wt.% 내지 약 4.0 wt.%, 또는 약 2.0 wt.% 내지 약 3.5 wt.%, 또는 약 3.0 wt.% 이하, 또는 약 2.5 wt.% 이하이다.

세라믹 공급원료는 감온성 겔화제를 포함한다. "감온성"은 물과 같은 적합한 용매의 존재하에서 가열-냉각-가열-냉각 사이클 동안, 즉, 물과 같은 용매에서 겔화제의 가열 시에 겔화제가 가역적으로 겔화되어 겔화제를 용해시킨 후 이의 겔화점으로 또는 그 미만으로 냉각됨을 의미한다. 특정의 구체예에서, 겔화제는, 약 1.0 wt.%의 겔화제와 나머지가 물로 이루어진 겔로부터 형성된 겔화된 바디에 대한 실온(약 18 내지 25℃)에서 측정된 겔 강도를 적어도 약 25 kPa, 예를 들어, 적어도 약 35 kPa, 또는 적어도 약 45 kPa로 나타내는 물질이다.

특정의 구체예에서, 겔화제는 적어도 약 45 kPa의 1회 사이클 겔 강도를 니닌다. 본원에 기재된 방법에 따라 측정된 "1회 사이클 겔 강도"는 물에서 겔화제를 용해시키는 최초 가열 사이클(예, 90℃ 초과) 이어서 겔화제의 겔화점으로 또는 그 미만으로의 냉각 후의 겔의 겔 강도를 지칭한다. '2회 사이클 겔 강도'는 겔을 더 낮은 점도의 액체로 파쇄하는 제 2 가열 단계 및 겔화제의 겔화점 또는 그 미만으로의 제 2 냉각 단계 후의 겔의 겔 강도이다. '3회 사이클 겔 강도'는 후속적인 가열 및 냉각 사이클 후의 겔 강도이다. 특정의 구체예에서, 겔화제는 1회 사이클 겔 강도의 적어도 70%인 2회 사이클 겔 강도, 및 1회 사이클 겔 강도의 적어도 약 50%인 3회 사이클 겔 강도를 지닌다. 특정의 구체예에서, 겔화제는 1회 사이클 겔 강도의 적어도 90%, 또는 1회 사이클 겔 강도의 적어도 약 95%, 또는 1회 사이클 겔 강도의 약 1 또는 2% 이내인, 또는 1회 사이클 겔 강도와 비슷한 2회 및/또는 3회 사이클 겔 강도를 지닌다.

특정의 구체예에서, 감온성(TS) 겔화제는 폴리사카라이드, 젤라틴, 폴리오사이드(polyoside), 폴록사머(poloxamer) 및 이들의 혼합물 중 하나 이상으로부터 선택된다. 특정의 구체예에서, TS 겔화제는 폴리사카라이드 또는 폴리사카라이드들의 혼합물, 예를 들어, 한천(agar), 아가로오스(agarose), 카라기난(carrageenan), 갈락토만난(glactomannan)(로커스트 빈 검(locust bean gum)) 및 아라빅 검(arabic gum) 중 하나 이상이다. 특정의 구체예에서, 폴리사카라이드는 한천, 아가로오스 및 아라빅 검 중 하나 이상으로부터 선택된다.

특정의 구체예에서, 폴리사카라이드는 글리코사이드 결합(glycosidic bond)에 의해 링킹(linking)된 D-갈락토오스 및 L-갈락토오스 단위, 예를 들어, 교대 D-갈락토오스 및 L-갈락토오스를 포함한다. 특정의 구체예에서, L-갈락토오스 단위는 L-갈락토피라노오스 단위, 예를 들어, 3,6-안하이드로-L-갈락토피라노오스 단위이고, 임의로 폴리사카라이드는 글리코사이드 결합에 의해 링킹된 교대 D-갈락토오스 및 L-갈락토피라노오스 단위, 예를 들어, 교대 D-갈락토오스 및 3,6-안하이드로-L-갈락토피라노오스 단위를 포함한다.

유리하게는, TS 겔화제는 한천 또는 아가로오스, 바람직하게는 아가로오스이다. 아가로오스는 한천의 두 가지 주요 성분들 중 하나이며, 한천의 다른 성분인 아가로펙틴을 제거함으로써 한천으로부터 정제된다.

특정의 구체예에서, TS 겔화제는 약 70℃ 미만, 예를 들어, 약 60℃ 미만, 또는 약 55℃ 미만, 또는 약 50℃ 미만, 또는 약 45℃ 미만 또는 약 40℃ 또는 그 미만의 겔화점을 지닌다. 특정의 구체예에서, TS 겔화제는 실온보다 높은 겔화점, 예를 들어, 적어도 약 25℃, 또는 적어도 약 30℃, 또는 적어도 약 35℃의 겔화점을 지닌다. 겔화점은 겔화제가 물에서 용해되는 온도로부터 냉각됨에 따라 물에서 1.0 wt.% 겔화제 용액의 점도 증가를 관찰함으로써 측정될 수 있다. 점도의 급격하고 빠른 증가가 있는 온도는 겔화점의 표시이다. 겔화점은, 당업자가 온도의 함수로서 겔화제를 포함하는 조성물의 점도를 확실히 측정하고 모니터링하는 것을 가능하게 하는 어떠한 적합한 방법에 따라 측정될 수 있다. 예를 들어, 물 중의 1.0 wt.% 아가로오스 용액의 냉각 시에, 아가로오스는 약 36℃의 겔화점을 지니는 것으로 보인다.

세라믹 공급원료는 분산제를 추가로 포함할 수 있다. 본원에서 기재된 바와 같이, 분산제는 공급원료 전구체, 즉, 세라믹 슬러리의 제조 동안 첨가될 수 있다. 분산제는 하나 이상의 세라믹 전구체를 분산시키기에 적합하다. 적합한 분산제는 당업자에게 잘 알려져 있다. 분산제는, 충분한 양으로 존재하는 경우, 일반적인 가공 요건에 따라 입자의 응집(flocculation) 또는 뭉침(agglomeration)을 요망되는 정도로 방지하거나 효과적으로 제한하도록, 하나 이상의 세라믹 전구체의 입자 상에서 작용할 수 있는 화학적 첨가제이다. 분산제는 상이한 분산제들의 혼합물일 수 있다. 적합한 분산제는 설폰화된 나프탈렌 포름알데하이드 응축물(sulfonated naphthalene formaldehyde condensate: SNFC), 다가전해질, 예컨대, 폴리카복실산, 폴리아크릴레이트 및 폴리아크릴레이트 화학종, 특히, 폴리아크릴레이트 염을 함유하는 코폴리머(예, 임의로 II족 금속 염과 나트륨 및 알루미늄), 폴리포스포네이트, 소듐 헥사메타포스페이트, 비이온성 폴리올, 폴리인산, 응축된 소듐 포스페이트, 비이온성 계면활성제, 알칸올아민 및 이러한 기능을 위해 일반적인 사용되는 그 밖의 시약으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 분산제를 포함한다. 분산제는, 예를 들어, 무기 미립자 물질의 가공 및 그라인딩(grinding)에서 일반적으로 사용되는 통상적인 분산제 물질로부터 선택될 수 있다. 그러한 분산제는 당업자에게 잘 인식되어 있을 것이다. 그들은 일반적으로 이들의 유효량으로 무기 입자의 표면 상에서 흡수하고, 그에 의해서 입자의 뭉침을 억제할 수 있는 음이온성 화학종을 공급할 수 있는 수용성 염이다. 비용매화된 염은 적합하게는 나트륨과 같은 알칼리 금속 양이온을 포함한다. 용매화는 일부 경우에 수성 현탁액을 약간 알칼리성으로 만듦으로써 보조될 수 있다. 적합한 분산제의 예는 수용성 응축된 포스페이트, 예를 들어, 폴리메타포스페이트 염(나트륨 염의 일반적인 형태: (NaPO₃)_x], 예컨대, 테트라소듐 메타포스페이트 또는 소위 "소듐 헥사메타포스페이트"(그레이엄 염(Graham's salt)); 폴리규산의 수용성 염; 다가전해질; 적합하게는 약 20,000 미만의 중량 평균 분자 질량을 지니는 호모폴리머 또는 아크릴산과 메타크릴산의 코폴리머의 염, 또는 아크릴산의 다른 유도체의 폴리머의 염을 포함한다. 분산제는 세라믹 공급원료의 총 중량을 기준으로 약 5 wt.% 이하, 예를 들어, 약 2 wt.% 이하, 예를 들어, 약 0.05 내지 약 2 wt.%, 또는 약 0.05 내지 1.5 wt.%, 또는 약 0.05 내지 약 1.0 wt.%, 또는 약 0.05 내지 약 0.75 wt.%, 또는 약 0.05 내지 약 0.5 wt.%, 또는 약 0.05 내지 약 0.25 wt.%, 또는 약 0.05 내지 약 0.15 wt.%의 양으로 존재할 수 있다.

특정의 구체예에서, 분산제는 음이온성 다가전해질 또는 음이온성 다가전해질의 혼합물이거나 이들을 포함한다. 특정의 구체예에서, 분산제는 다가전해질, 예컨대, 폴리아크릴레이트, 및 폴리아크릴레이트 화학종, 특히 폴리아크릴레이트 염을 함유하는 코폴리머(예, 임의로 II족 금속 염과 나트륨 및 알루미늄)이다. 특정의 구체예에서, 분산제는 폴리아크릴레이트, 예를 들어, 소듐 폴리아크릴레이트이다.

유리하게는, 겔의 겔 강도, 및, 이에 따라서, 본원에 기재된 세라믹 공급원료 및 세라믹 포뮬레이션으로부터 형성된 세라믹 바디(겔화제의 겔화점 또는 그 미만으로 냉각된 성형된 미가공 세라믹 바디)의 기계적 강도는 보강 첨가제의 혼입에 의해 향상될 수 있다. 따라서, 특정의 구체예에서, 세라믹 공급원료(및, 이에 따라서, 세라믹 포뮬레이션 및 이로부터 형성된 미가공 세라믹 바디)는 추가로 보강 첨가제를 포함한다. 유리하게는, 보강 첨가제는 2회 및 3회 사이클 겔 강도를 개선시킨다(즉, 보강 첨가제의 존재하에서 2회 및/또는 3회 사이클 겔 강도는 달리 보강 첨가제의 부재하에 있는 것보다 높다). 예를 들어, 보강 첨가제의 존재하에서, 2회 및 3회 사이클 겔 강도는 1회 사이클 겔 강도와 실질적으로 동일하고, 예를 들어, 이에 필적가능할 수 있다.

특정의 구체예에서, 보강 첨가제는 모노사카라이드, TS 겔화제가 아닌 폴리사카라이드, 디사카라이드, 글리세롤, 이눌린 시럽(inulin syrup), 및 알칼리 또는 알칼리 토금속 보레이트(예, 소듐 보레이트, 마그네슘 보레이트, 및 칼슘 보레이트 등) 중 하나 이상으로부터 선택된다. 특정의 구체예에서, 보강 첨가제는 TS 겔화제가 아닌 폴리사카라이드, 예를 들어, 글락토만난(로커스트 빈 검)이다.

특정의 구체예에서, 보강 첨가제는 모노사카라이드 및/또는 디사카라이드이다. 모노사카라이드는 디오스, 트리오스, 테트로오스, 펜토오스, 헥소오스 또는 헵토오스일 수 있다. 특정의 구체예에서, 모노사카라이드는 헥소오스, 예를 들어, 알로오스, 알트로오스, 글루코오스 만노오스, 굴로오스, 이도오스, 갈락토오스, 탈로오스, 프시코오스, 프룩토오스, 소르보오스 및 타가토오스이다. 특정의 구체예에서, 보강제는 프룩토오스이다. 적합한 디사카라이드는 수크로오스, 락툴로오스, 락토오스, 말토오스, 트레할로오스 및 셀로비오스를 포함한다.

보강 첨가제(예, 모노사카라이드, 예컨대, 프룩토오스)는 세라믹 공급원료의 총 중량을 기준으로 약 5 wt.% 이하, 예를 들어, 약 2 wt.% 이하, 예를 들어, 약 0.1 내지 약 2 wt.%, 또는 약 0.1 내지 1.5 wt.%, 또는 약 0.1 내지 약 1.25 wt.%, 또는 약 0.5 내지 약 1.25 wt.%, 또는 약 0.75 내지 약 1.25 wt.%의 양으로 존재할 수 있다.

특정의 구체예에서, TS 겔화제는 아가로오스이고, 보강 첨가제는 프룩토오스이다. 그러한 구체예에서, 세라믹 공급원료는 세라믹 공급원료의 총 중량을 기준으로 약 5 wt.% 이하, 예를 들어, 약 0.1 wt.% 내지 약 5 wt.%, 또는 약 0.5 wt.% 내지 약 4 wt.%, 또는 약 3 wt.% 이하, 또는 약 2 wt.% 이하의, 조합된 아카로오스와 프룩토오스를 포함할 수 있다. 그러한 구체예에서, 세라믹 공급원료는 세라믹 공급원료의 총 중량을 기준으로 약 1 wt.% 이하의 분산제, 예를 들어, 폴리아크릴레이트, 예컨대, 소듐 폴리아크릴레이트, 예를 들어, 약 0.05 내지 약 0.5 wt.%, 또는 약 0.05 내지 약 0.25 wt.%, 또는 약 0.05 내지 약 0.15 wt.%의 분산제를 포함할 수 있다.

특정의 구체예에서, 겔화제는 세라믹 공급원료로부터 형성될 세라믹 바디를 위한 결합제로서 역할을 한다. 특정의 구체예에서, 세라믹 공급원료는 겔화제가 아닌 결합제를 포함한다.

특정의 구체예에서, 세라믹 공급원료는 메틸 셀룰로오스(MC), 하이드록시메틸프로필 셀룰로오스(HEMC), 카복시 메틸 셀룰로오스(CMC), 폴리비닐 부티랄, 에멀젼화된 아크릴레이트, 폴리비닐 알코올(PVOH), 폴리비닐 피롤리돈, 폴리아크릴, 전분, 규소 결합제, 폴리아크릴레이트, 실리케이트, 폴리에틸렌 이민, 리그노설포네이트, 및 알지네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 결합제를 포함한다. 결합제는 약 0.1 wt.% 내지 약 10 wt.%, 또는 약 0.2 wt.% 내지 약 8 wt.%, 또는 약 0.2 wt.% 내지 약 5 wt.%, 또는 약 0.5 wt.% 내지 약 3 wt.% (세라믹 공급원료의 총 중량을 기준으로)의 총량으로 존재할 수 있다.

추가의 구체예에서, 세라믹 공급원료는 하나 이상의 미네랄 결합제를 포함한다. 적합한 미네랄 결합제는 벤토나이트, 알루미늄 포스페이트, 베마이트, 소듐 실리케이트, 보론 실리케이트, 또는 이들의 혼합물 중 하나 이상을 포함하지만 이로 제한되지 않는 군으로부터 선택될 수 있다.

특정의 구체예에서, 세라믹 공급원료는 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 글리세롤, 글리세린, 에틸렌 글리콜, 옥틸 프탈레이트, 스테아레이트, 예컨대, 암모늄 스테아레이트, 왁스 에멀젼, 올레산, 맨해튼 어유(Manhattan fish oil), 스테아르산, 왁스, 팔미트산, 리놀레산, 미리스트산, 및 라우르산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 보조제(예, 가소제 및 윤활제)를 포함한다. 보조제는 0.01 wt.% 내지 5 wt.% (세라믹 공급원료의 총 중량을 기준으로), 예를 들어, 약 0.01 wt.% 내지 약 2 wt.%, 또는 약 0.1 wt.% 내지 2 wt.%, 또는 약 0.5 wt.% 내지 2 wt.%의 총량으로 존재할 수 있다.

특정의 구체예에서, 세라믹 공급원료는 하나 이상의 살생물제/변질 제어제(spoilage control agent)를 포함한다: 예를 들어, 약 1중량% 이하의 수준으로, 예를 들어, 산화성 살생물제, 예컨대, 염소 가스, 이산화염소 가스, 소듐 하이포클로라이트, 소듐 하이포브로마이트, 수소, 퍼옥사이드, 퍼아세틱 옥사이드, 암모늄 브로아미드/소듐 하이포클로라이트, 또는 비-산화성 살생물제, 예컨대, GLUT(글루타르알데하이드, CAS No 90045-36-6), ISO (CIT/MIT) (이소티아졸리논, CAS No 55956-84-9 & 96118-96-6), ISO (BIT/MIT) (이소티아졸리논), ISO (BIT) (이소티아졸리논, CAS No 2634-33-5), DBNPA, BNPD (Bronopol), NaOPP, CARBAMATE, THIONE (Dazomet), EDDM - 디메탄올 (O-포르말), HT - 트리아진 (N-포르말), THPS - 테트라키스 (O-포르말), TMAD - 디우레아 (N-포르말), 메타보레이트, 소듐 도데실벤젠 설포네이트, 티오시아네이트, 유기황, 소듐 벤조에이트 및 이러한 기능으로 시중에서 판매되는 다른 화합물, 예를 들어, Nalco에 의해 판매되는 다양한 살생물제 폴리머.

특정의 구체예에서, 세라믹 공급원료는, 예를 들어, 약 1중량% 이하의 수준으로, 하나 이상의 거품 억제제 및 소포제(defoamer), 예를 들어, 계면활성제들의 배합물, 트리부틸 포스페이트, 지방 폴리옥시에틸렌 에스테르와 지방 알코올, 지방산 비누, 실리콘 에멀젼 및 그 밖의 실리콘 함유 조성물, 왁스 및 미네랄 오일 중의 무기 미립자, 에멀젼화된 탄화수소들의 배합물 및 이러한 기능을 수행하는 시중에서 판매되는 그 밖의 화합물을 포함한다.

세라믹 공급원료는 추가로 가공하거나, 고객에게 포장하고 운반하기에 적합한 어떠한 형태로 제공될 수 있다. 특정의 구체예에서, 세라믹 공급원료는 분말 형태이다. 특정의 구체예에서, 세라믹 공급원료는 과립 형태이다. 특정의 구체예에서, 세라믹 공급원료는 펠릿화된 형태이다. 특정의 구체예에서, 세라믹 공급원료는 와이어, 예를 들어, 공급원료 와이어의 코일 형태이다.

특정의 구체예에서, 세라믹 전구체들의 혼합물일 수 있는 세라믹 전구체는 겔화제와 조합하기 전에 요망되는 입도 분포를 지니는 무기 미립자를 얻도록 밀링(milling)/그라인딩/시빙(sieving)에 주어진다. 예를 들어, 하나 이상의 세라믹 전구체는 밀, 예를 들어, 볼 밀(ball mill)에서 건조 조건하에 또는 액체 매질, 예를 들어, 물 중에 조합되고 밀링될 수 있다. 분산제는 습식-밀링(wet-milling) 동안 포함될 수 있다. 밀링은 요망되는 입도 분포를 지니는 미립자를 얻기에 충분하고 적합한 기간 동안 수행될 수 있다. 당업자는 밀링의 기간이 다수의 가공 파라미터, 예컨대, 밀의 유형, 에너지 투입, 원료의 양 및 요망되는 입도 분포에 좌우될 것임을 이해할 것이다. 특정의 구체예에서, 전체 밀링 시간은 약 25시간 미만, 예를 들어, 약 20시간 미만, 또는 약 15시간 미만, 또는 약 10시간 미만, 또는 약 5시간 미만, 또는 약 3시간 미만, 또는 약 2시간 미만, 또는 약 1시간 미만, 또는 약 45분 미만이다. 전형적으로, 전체 밀링 시간은 약 10분 초과이다. 특정의 구체예에서, 하나 이상의 세라믹 전구체는 약 0.1 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 예를 들어, 약 0.1 ㎛ 내지 약 250 ㎛, 또는 약 0.1 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 또는 약 0.1 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 또는 약 0.1 ㎛ 내지 약 25 ㎛의 d₅₀를 지니는 미립자를 얻도록 밀링된다.

특정의 구체예에서, 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료는 (i) 하나 이상의 세라믹 전구체, 감온성 겔화제, 용매 및 임의의 분산제 및/또는 겔화제가 아닌 보강 첨가제 및/또는 결합제를 포함하는 세라믹 슬러리를 제조하거나, 얻거나, 제공하고, (ii) 세라믹 슬러리를 세라믹 공급원료의 총 중량을 기준으로 약 15 wt.% 이하의 잔여 용매 함량을 지니는 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료를 얻도록 처리함을 포함하는 방법에 의해 수득가능하거나, 제조된다. 이러한 방법은 또한 본 발명의 네 번째 양태에 따른 방법이다.

특정의 구체예에서, 세라믹 슬러리는 (i)(a) 하나 이상의 세라믹 전구체를 용매 및 임의의 분산제와 혼합하고, 가열하고, (i)(b) 용매 중에 겔화제를 임의로 겔화제가 아닌 보강 첨가제 및 결합제와 개별적으로 용해시키고; (i)(c) 하나 이상의 세라믹 전구체를 용해된 겔화제와 함께 용매 및 임의의 분산제와 혼합함을 포함하는 공정에 의해 제조된다.

하나 이상의 세라믹 전구체를 용매 및 임의의 분산제와 혼합하는 것은 어떠한 적합한 혼합 장치, 예를 들어, Z-아암 혼합기(Z-arm mixer) 또는 Eirich 혼합기에서 실시될 수 있다. 특정의 구체예에서, 세라믹 슬러리는 하나 이상의 세라믹 전구체, 용매 및 임의의 분산제를, 예를 들어, 볼 밀에서 세라믹 슬러리를 얻기에 적합한 조건하에 밀링시킴으로써 제조된다. 세라믹 슬러리는 이의 제조 동안 가열되거나, 세라믹 슬러리의 제조 후에 가열될 수 있다. 세라믹 슬러리는 바람직하게는 겔화제의 겔화점보다 높은 온도, 예를 들어, 겔화제의 겔화점보다 적어도 10℃, 또는 적어도 20℃, 또는 적어도 30℃ 높은 온도로 가열된다. 온도는 전형적으로 겔화제의 융점보다 낮다.

용매, 전형적으로 물 중에 겔화제를 다른 임의의 첨가제, 예컨대, 보강 첨가제와 용해시키는 것은 어떠한 적합한 장치에서 실시될 수 있다. 겔화제는 물에 첨가되고, 겔화제의 용해점보다 높은 온도로 가열되거나, 물이 가열된 물에 용해된 겔화제와 함께 권장 온도로 미리 가열될 수 있다.

하나 이상의 세라믹 전구체, 용매 및 임의의 분산제, 및 용해된 겔화제를 포함하는 혼합물의 제조 후에, 상기 혼합물(겔화제의 겔화점보다 높은 상승된 온도에서) 및 용해된 겔화제는 혼합되어 세라믹 슬러리를 형성시킨다. 특정의 구체예에서, 혼합 동안 온도는 약 85℃ 또는 그 미만, 예를 들어, 약 80℃ 또는 그 미만이다. 일반적으로, 적합한 온도는 겔화제의 겔화점보다 높고 겔화제의 융점보다 낮게, 그리고 분산제가 존재하는 구체예의 경우에 그러한 온도에서는 분산제의 작용에 불리하게 영향을 미치지 않도록 선택된다. 특정의 구체예에서, 세라믹 전구체와 용해된 겔화제의 혼합 동안 온도는 약 50℃ 내지 85℃, 예를 들어, 약 65℃ 내지 85℃, 또는 약 70℃ 내지 약 85℃, 또는 약 75℃ 내지 약 85℃, 또는 약 75℃ 내지 약 80℃이다.

특정의 구체예에서, 하나 이상의 세라믹 전구체, 용매 및 임의의 분산제를 포함하는 혼합물과 용해된 겔화제는 실질적으로 균질한 세라믹 슬러리를 얻는 조건하게 혼합된다. '균질한'은 원료들의 혼합물이 내내 균일한 조성을 지닌다는 것을 의미한다.

특정의 구체예에서, 용매는 물이다. 세라믹 슬러리는 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료에서의 용매의 잔여량보다 큰 양의 용매, 예를 들어, 물을 포함할 것이다. 특정의 구체예에서, 혼합 후이지만, 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료를 얻는 처리 전에 세라믹 슬러리는 세라믹 슬러리의 총 중량을 기준으로 약 15 wt.% 내지 약 80 wt.%의 용매, 예를 들어, 물, 예를 들어, 약 15 wt.% 내지 약 60 wt.%의 용매, 또는 약 15 wt.% 내지 약 50 wt.%의 용매, 또는 약 20 wt.% 내지 약 50 wt.%의 용매, 또는 약 20 wt.% 내지 약 40 wt.%의 용매, 또는 약 30 wt.% 내지 약 40 wt.%의 용매를 포함한다.

세라믹 슬러리가 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료를 얻도록 처리되기 때문에, 적합한 양의 세라믹 전구체, 겔화제, 및 그 밖의 임의의 첨가제가 본원에 기재된 구체예에 따른 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료를 얻도록 선택될 수 있다.

세라믹 슬러리는 세라믹 공급원료의 총 중량을 기준으로 약 15 wt.% 이하의 잔여 용매 함량을 지니는 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료, 예를 들어, 본원에 기재된 구체예에 따른 잔여 용매 함량을 지니는 세라믹 공급원료로 처리된다. 용매, 예를 들어, 물은 처리의 말미에 세라믹 슬러리로부터 부분적으로 또는 완전히 제거된다.

특정의 구체예에서, 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료를 얻도록 세라믹 슬러리를 처리하는 것은 겔화제의 겔화점 미만으로 세라믹 슬러리를 냉각시키고, 얻어지는 냉각된 세라믹 겔화된 물질을 파쇄(shredding)하고, 파쇄되고 냉각된 세라믹 겔화된 물질을 건조시키고 밀링함을 포함한다.

세라믹 겔화된 물질은 어떠한 적합한 파쇄 장치에서 파쇄될 수 있다. 파쇄는 겔화된 물질을 물질의 더 작은 덩어리로 부수고, 취급 및 후속 밀링을 용이하게 한다. 밀링은 어떠한 적합한 밀링 장치, 예를 들어, 혼합기 또는 밀, 예를 들어, 볼 밀, 예컨대, 유성형 볼 밀(planetary ball mill)에서 실시될 수 있다.

특정의 구체예에서, 전체 밀링 시간은 약 10시간 미만, 예를 들어, 약 5시간 미만, 또는 약 3시간 미만, 또는 약 2시간 미만, 또는 약 1시간 미만, 또는 약 45분 미만이다. 전형적으로, 전체 밀링 시간은 약 10분 초과이다.

건조는 어떠한 적합한 건조 장치, 예를 들어, 건조 오븐에서 실시될 수 있다. 다른 건조기는 터널 건조기(tunnel dryer) 및 주기적 건조기(periodic dryer)를 포함한다. 건조는 밀링된 물질로부터 용매, 예를 들어, 물을 부분적으로 또는 완전히 제거하기에 적합한 온도에서 그리고 적합한 기간 동안 실시될 수 있다. 특정의 구체예에서, 온도는 약 50℃ 초과, 예를 들어, 약 60℃ 또는 그 초과이다. 특정의 구체예에서, 온도는 약 150℃ 미만, 예를 들어, 약 125℃ 미만, 또는 약 110℃ 미만이다.

특정의 구체예에서, 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료를 얻도록 세라믹 슬러리를 처리하는 것은 세라믹 슬러리를 분무 건조시켜, 예를 들어, 과립 형태의 세라믹 공급원료를 제조함을 포함한다. 특정의 구체예에서, 세라믹 슬러리는 분무 건조되어 과립형 물질을 형성시키고, 이는 이후 약 2000㎛ 이하의 개구 크기를 지니는 시브를 통과하여 큰 크기의 입자, 예를 들어, 장치, 예를 들어, 분무-건조 탑의 벽을 따라 고착됨으로써 형성될 수 있는 큰 크기의 입자를 제거할 수 있다. 특정의 구체예에서, 시브는 약 1500㎛ 이하, 예를 들어, 약 1000㎛ 이하, 또는 약 750㎛ 이하, 또는 약 500㎛ 이하, 또는 약 250㎛ 이하의 개구 크기를 지닌다.

또한, 하나 이상의 세라믹 전구체, 감온성 겔화제, 용매를 포함하고, 저압 사출 성형에 적합한 점도, 예를 들어, 65℃에서 Haake 레오미터를 사용하여 측정될 수 있는 바와 같은, 약 100 s^-1의 전단 속도에서 약 0.1 내지 10.0 Pa.s의 점도를 지니는 세라믹 포뮬레이션이 제공된다. 특정의 구체예에서, 세라믹 포뮬레이션은 건조되거나 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료를 적합한 양의 용매와 혼합하여 저압 사출 성형에 적합한 요망되는 점도를 지니는 세라믹 포뮬레이션을 얻음으로써 수득가능하다. 유리하게는, 용매는 물이다. 특정의 구체예에서, 세라믹 포뮬레이션은 약 0.5 내지 약 10 Pa.s, 예를 들어, 약 0.5 내지 약 8 Pa.s, 또는 약 0.5 내지 약 7 Pa.s, 또는 약 0.5 내지 약 6 Pa.s, 또는 약 0.5 내지 약 5 Pa.s, 또는 약 0.5 내지 약 4 Pa.s, 또는 약 1.0 내지 약 8 Pa.s, 또는 약 2 내지 약 7 Pa.s, 또는 약 3 내지 약 7 Pa.s, 또는 약 4 내지 약 6 Pa.s의 점도를 지닌다. 세라믹 포뮬레이션이 높을수록, 흔히 유의하게 더 높을 수록, 이것이 제조되는 세라믹 공급원료와 용매 함량은 비슷해지는 것으로 나타났다.

특정의 구체예에서, 세라믹 공급원료는 본 발명의 다섯 번째 양태에 따른 세라믹 포뮬레이션을 제조하는데 사용된다.

유리하게는, 세라믹 포뮬레이션은 비교적 높은 고형물 함량, 예를 들어, 적어도 약 40 vol.%, 또는 적어도 약 50 vol.%의 고형물 농도에서 저압 사출 성형에 적합하다. 특정의 구체예에서, 세라믹 포뮬레이션은 약 50 vol.% 내지 약 80 vol.%, 또는 약 50 vol.% 내지 약 70 vol.%, 또는 약 50 vol.% 내지 약 65 vol.%, 또는 약 50 vol.% 내지 약 60 vol.%의 고형물 농도를 지닌다. 특정의 구체예에서, 세라믹 포뮬레이션의 고형물 농도는 적어도 약 51 vol.%, 또는 적어도 약 52 vol.%, 또는 적어도 약 53 vol.%, 또는 적어도 약 54 vol.%, 또는 적어도 약 55 vol.%, 또는 적어도 약 56 vol.%, 또는 적어도 약 57 vol.%, 또는 적어도 약 58 vol.%, 또는 적어도 약 59 vol.%이다.

유리하게는, 세라믹 포뮬레이션은 세라믹 공급원료를 적합한 양의 용매와 겔화제의 겔화점보다 높은 온도에서 혼합함으로써 제조될 수 있다. 전형적으로, 용매, 예를 들어, 물은 약 60℃ 내지 약 100℃, 또는 약 60℃ 내지 약 80℃의 권장 온도로 가열된 후, 세라믹 공급원료와 조합될 것이다. 특정의 구체예에서, 권장 온도는 겔화제의 융점보다 낮다. 특정의 구체예에서, 혼합은 저압 사출 성형 장치의 혼합 탱크에서 실시된다.

한 가지 예시적인 구체예에서, 세라믹 공급원료/세라믹 포뮬레이션 제조의 흐름도는 도 1(a)에 나타나 있다. 하나 이상의 분말 형태의 세라믹 전구체(즉, 세라믹 분말), 물(용매로서) 및 분산제(예, 폴리아크릴레이트, 예컨대, 소듐 폴리아크릴레이트)를 포함하는 세라믹 슬러리의 제조를 포함한다. 세라믹 슬러리는 이러한 구성성분들을 어떠한 적합한 수단에 의해 혼합함으로써 제조된다. 특정의 구체예에서, 세라믹 슬러리는 세라믹 분말, 물 및 분산제의 혼합물을 밀링, 예를 들어, 볼 밀링함으로써 제조된다. 개별적으로, 아가로오스는 물 및 임의의 첨가제, 예컨대, 보강 첨가제(예, 프룩토오스)와 혼합되고, 겔화제를 용해시키기에 적합한 온도로 가열된다. 겔화제가 아가로오스인 특정의 구체예에서, 겔화제와 용매의 혼합물은 약 80℃ 초과, 예를 들어, 약 85℃ 초과, 또는 약 90℃ 초과로 가열된다. 세라믹 슬러리는 바람직하게는 겔화제의 겔화점보다 높은 온도로 가열되고, 겔화제와 임의의 첨가제의 용액은 세라믹 슬러리와 혼합된다. 세라믹 슬러리는 균질하게 혼합될 수 있다. 얻어진 세라믹 슬러리는 이후 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료를 얻도록 처리된다. 처리는 (1) 겔화제의 겔화점 미만으로 세라믹 슬러리를 냉각시키고, 얻어지는 냉각된 셀라믹 겔화된 물질을 파쇄하고, 파쇄된 냉각된 세라믹 겔화된 물질을 건조시키고, 밀링하거나, (2) 세라믹 슬러리를 분무-건조시킴을 포함할 수 있다. 저압 사출 성형을 위한 세라믹 포뮬레이션을 제조하기 위해서, 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료는 아가로오스의 겔화점보다 높은 온도, 예를 들어, 약 60℃ 내지 약 90℃, 또는 약 60℃ 내지 약 80℃에서 물과 간단히 혼합된다. 세라믹 포뮬레이션은 이후 저압 사출 성형을 위한 준비가 된다

특정의 구체예에서, 세라믹 포뮬레이션(즉, 적어도 50 vol.%의 고형물 농도를 지니는 본 발명의 첫 번째 양태에 따른 세라믹 포뮬레이션)은 본 발명의 두 번째 양태에 따른 방법에 의해 제조된다. 따라서, 특정의 구체예에서, 세라믹 포뮬레이션은 적어도 하나의 사전-분산된 세라믹 전구체를 제조하고; 용매 및 적어도 하나의 사전-분산된 TS 겔화제를 임의로 겔화제가 아닌 보강 첨가제 및 결합제와 함께 포함하는 용액 또는 현탁액을 제조하고; 적어도 하나의 사전-분산된 세라믹 전구체 및 현탁액의 용액을 혼합하여 세라믹 포뮬레이션을 형성시킴을 포함하는 방법에 의해 제조된다. 이 섹션에 기재된 세라믹 포뮬레이션, 예를 들어, 세라믹 전구체, 용매, TS 겔화제, 분산제, 및 보강 첨가제 등의 다양한 성분 및 이의 양은 세 번째 양태에 따른 세라믹 포뮬레이션 및/또는 세라믹 공급원료 및 이들의 제조와 연관하여 상술된 것들과 같다.

특정의 구체예에서, 적어도 하나의 사전-분산된 세라믹 전구체는 건조되거나 부분적으로 건조된 형태이다(예를 들어, 사전-분산된 세라믹 전구체의 총 중량을 기준으로 약 15 wt.% 이하의 잔여 용매 함량을 지님). 특정의 구체예에서, 용액 또는 현탁액은 용매를 사전-분산된 겔화제를 포함하는 건조되거나 부분적으로 건조된 분말에 첨가함으로써 제공된다. 용매는 사전-분산된 세라믹 전구체를 제조하는데 사용되는 용매와 동일한 용매일 수 있다.

특정의 구체예에서, 방법은 적어도 하나의 사전-분산된 세라믹 전구체와 혼합하기 전에 겔화제의 겔화점보다 높은 온도, 예를 들어, 약 100℃ 이하의 온도로 용액 또는 현탁액을 가열함을 추가로 포함한다. 특정의 구체예에서, 온도는 약 95℃ 이하, 또는 약 90℃ 이하, 또는 약 85℃ 이하, 또는 약 80℃이다. 추가로 또는 대안적으로, 상기 방법은 세라믹 포뮬레이션을 겔화제의 겔화점보다 높은 온도, 예를 들어, 약 100℃ 이하, 또는 약 95℃ 이하, 또는 약 90℃ 이하, 또는 약 85℃ 이하, 또는 약 80℃ 이하의 온도로 세라믹 포뮤레이션을 가열함을 추가로 포함할 수 있다.

특정의 구체예에서, 사전-분산된 세라믹 전구체는 용매 및 용액 또는 현탁액과의 혼합 전에, 예를 들어, 겔화제의 겔화점보다 높은 온도로, 또는 겔화점의 약 20℃ 이내, 또는 겔화점의 약 10℃ 이내의 온도로 가열된다. 특정의 구체예에서, 사전-분산된 세라믹 전구체는 용액 또는 현탁액과 혼합되기 전에 가열되지 않는다. 그러한 구체예에서, 사전-분산된 세라믹 슬러리는 (i) 혼합물의 온도가 겔화제의 겔화점 미만으로 떨어지고/거나 (ii) 혼합물의 겔화를 방지하도록 충분히 느리게 첨가된다.

특정의 구체예에서, 혼합은 저압 사출 성형 장치의 혼합 탱크에서 실시된다.

또 다른 예시적인 구체예에서, 세라믹 포뮬레이션 제조의 흐름도가 도 1b에 나타나 있다. 방법은 하나 이상의 분말 형태의 세라믹 전구체(즉, 세라믹 분말), 물(용매로서) 및 분산제(예, 폴리아크릴레이트, 예컨대, 소듐 폴리아크릴레이트)를 포함하는 세라믹 슬러리의 제조를 포함한다. 세라믹 슬러리는 어떠한 적합한 수단에 의해 이러한 구성 성분들을 혼합함으로써 제조된다. 임의의 첨가제가 세라믹 슬러리와 혼합될 수 있다. 특정의 구체예에서, 세라믹 슬러리는 세라믹 분말, 물 및 분산제의 혼합물을 밀링, 예를 들어, 볼 밀링함으로써 제조된다. 세라믹 슬러리는 균질하게 혼합될 수 있다. 그 후에, 얻어진 세라믹 슬러리는, 예를 들어, 분무 건조에 의해 건조되거나 적어도 부분적으로 건조된 세라믹 공급원료를 얻도록 처리된다. 개별적으로, 보강 첨가제(예, 프룩토오스)와 같은 임의의 첨가제와 임의로 혼합되는 겔화제, 예를 들어, 아가로오스가 제공된다. 임의의 첨가제가 포함되는 경우, 겔화제 및 임의의 첨가제는 건조-혼합될 수 있다. 저압 사출 성형을 위한 세라믹 포뮬레이션을 제조하기 위해서, 겔화제(임의로 이를 포함하는 건조 혼합물)는 물 및 임의의 추가의 결합제 및/또는 분산제와 혼합되고, 겔화제의 겔화점보다 높은 온도, 예를 들어, 약 60℃ 내지 약 90℃, 또는 약 60℃ 내지 약 80℃로 가열되어 사전-분산된 겔화제의 용액/현탁액을 형성시킨다. 세라믹 공급원료는 바람직하게는 겔화제의 겔화점보다 높은 온도로 가열되고, 사전-분산된 겔화제의 용액/현탁액과 혼합된다. 얻어진 세라믹 포뮬레이션은 저압 사출 성형을 위한 준비가 된다.

특정의 구체예에서, 세라믹 공급원료 및 사전-분산된 겔화제는 제 1 위치에서 개별적으로 제조된 후, 사전-분산된 겔화제의 용액 또는 현탁액이 제조된 후 세라믹 공급원료와 조합되어 세라믹 포뮬레이션이 제조되는 제 2 위치로 운반된다. 특정의 구체예에서, 세라믹 공급원료 및 사전-분산된 겔화제는 상이한 위치에서 개별적으로 제조된 후, 세라믹 포뮬레이션의 제조를 위한 또 다른 위치로 운반된다.

특정의 구체예에서, 세라믹 물품은 하나 이상의 세라믹 전구체, 감온성 겔화제, 용매를 포함하고 적어도 50 vol.%의 고형물 농도를 지니는 세라믹 포뮬레이션으로부터 미가공 겔화된 세라믹 바디를 형성시키고, 미가공 겔화된 세라믹 바디를 소성시켜 소결된 세라믹 물품을 형성시킴을 포함하는 방법에 의해 형성된다.

형성시키는 것은 세라믹 포뮬레이션을 어떠한 요망되는 형태 또는 모양, 예를 들어, 플레이트(예, 타일), 패널 또는 벽돌, 실린더, 구체, 또는 복합 모양, 예, 네트(net) 복합 모양의 미가공 바디를 만드는 것이다.

소성은 세라믹 물질의 유형에 따라 어떠한 적합한 온도에서 실시될 수 있다. 예를 들어, 카바이드 기반 세라믹은 약 2300 ℃ 이하의 온도에서 소성되어야 할 수 있다.

소성은 약 900℃ 내지 약 2500℃의 온도에서 실시될 수 있다.

소성은 적어도 900℃, 예를 들어, 적어도 약 1000℃, 또는 적어도 약 1100℃, 또는 적어도 약 1200℃, 또는 적어도 1250℃, 또는 적어도 약 1300℃, 또는 적어도 약 1350℃, 또는 적어도 약 1400℃, 또는 적어도 약 1450℃, 또는 적어도 약 1500℃, 또는 적어도 약 1550℃, 또는 적어도 약 1600℃, 또는 적어도 약 1650℃, 또는 적어도 약 1700℃의 온도에서 실시될 수 있다. 소성 온도는 약 2000℃ 미만, 예를 들어, 약 1750℃ 미만, 또는 약 1500℃ 미만, 또는 약 1450℃ 미만, 또는 약 1300℃ 미만일 수 있다.

소성 시간은 세라믹 물질의 유형에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 소성은 약 96시간 이하, 또는 약 72시간 이하의 어떠한 적합한 시간일 수 있다.

소성은 약 5시간 내지 48시간, 예를 들어, 약 10시간 내지 약 36시간, 예를 들어, 약 10시간 내지 약 24시간일 수 있다.

특정의 구체예에서, 소성은 15분 내지 120분, 예를 들어, 약 20분 내지 약 90분, 예를 들어, 약 20분 내지 약 60분이다.

겔화된 세라믹 바디는 건조되고, 예를 들어, 적어도 약 100℃, 예를 들어, 약 105℃의 온도에서 건조되고, 적합한 온도에서 적합한 시간 동안 소성되어 소결된 세라믹 물품을 형성시킬 수 있다. 건조 및 소성 조건은 세라믹 가공 조건, 조성, 성형, 미가공 바디의 크기 및 장비의 성질에 좌우하여 달라질 것이다. 소성은 어떠한 적합한 오븐 또는 가마에서 실시될 수 있다.

유리하게는, 형성시키는 것은 세라믹 포뮬레이션을 저압 사출 성형시키고, 겔화제의 겔화점 미만으로 성형된 포뮬레이션을 냉각시킴으로써 겔화된 세라믹 바디를 형성시킴을 포함한다. 특정의 구체예에서, 저압 사출 성형은 약 10 bar의 게이지 압력(gauge pressure)에서 수행되고, 임의로, 여기서 세라믹 포뮬레이션은 사출 성형 동안 약 80℃ 이하의 온도에 있다. 일반적으로, 사출 성형 동안, 세라믹 포뮬레이션은 겔화제의 융점보다 낮고 겔화제의 겔화점보다 높은 온도에서 유지된다. 특정의 구체예에서, 사출 성형 동안 세라믹 포뮬레이션의 온도는 적어도 약 50℃, 예를 들어, 적어도 약 55℃, 또는 적어도 약 60℃이다.

특정의 구체예에서, 저압 사출 성형은 약 0.1 bar 내지 약 10 bar, 예를 들어, 약 0.5 bar 내지 약 8 bar, 또는 약 1 bar 내지 약 6 bar의 게이지 압력에서 수행된다.

본원에 기재된 바와 같이, 세라믹 포뮬레이션으로부터 얻어질 수 있는 세라믹 물품은 많고 다양하다.

이들은 식품의 유지 또는 서빙을 위해 설계된 집구, 및 용기 등을 포함하는 식기를 포함한다. 식기의 물품은 자기일 수 있다.

이들은 화장실, 및 대야 등을 포함한 위생 도기뿐만 아니라 욕실 가구의 다른 품목, 예컨대, 욕조 및 샤워 트레이 및 기둥을 포함한다. 위생 도기의 물품은 자기일 수 있다.

요도구의 물품은 가마 내부의 물품을 지지하는데 사용되는 선반 및 포스트 등을 포함한다.

내화물은 액체 금속 및 슬래그, 또는 어떠한 다른 고온 액체, 고체 또는 기체를 함유하거나, 이의 흐름을 유도하거나, 이의 산업적 처리를 용이하게 하기에 적합한 내화 라이닝, 예컨대, 동그 화로 및 사이펀, 용광로, 1차, 2차 및 틸팅 러너, 용기 또는 용기 스파우트, 레이들, 턴디쉬, 반응 챔버 및 도관을 포함한다. 내화물은 또한 내화 물품, 예컨대, 상술된 것들, 및 전체 또는 일부가 사전-성형된 물품, 예컨대, 내화 벽돌 및 도가니를 포함한다.

기술용 등급 세라믹 물품은 높은 내열성 타일, 예컨대, 우주선에 사용되는 것들, 가스 버너 노즐, 도가니, 주조용 몰드 및 코어, 용융 금속 필터, 허니콤 또는 랜덤 패킹과 같이 구조화된 열 교환기, 용접 링 및 지지대, 탄도 방호, 예를 들어, 방탄복 삽입물, 생체의학용 임플란트, 제트 엔진 터빈의 코팅 및 이들의 부품, 예컨대, 블레이드, 세라믹 디스크 브레이크, 미사일 코 콘, 및 베어링을 포함한다 그 밖의 기술용 등급 세라믹은 전기적 적용에 사용되는 부분품, 예컨대, 플러그, 소켓, 절연체, 저항 지지체, 스파크-플러그, 점화기, 및 퓨즈 등을 포함한다. 다른 기술용 등급 세라믹은 여과 또는 촉매 적용에 사용되는 부분품, 예컨대, 분자체, 유체 및 가스 필터, 및 촉매 층 지지체 등을 포함한다. 그 밖의 기술용 등급 세라믹은 유리 스크린, 창, 로드, 반도체, 광학용 렌즈 및 섬유의 구성 부품을 포함한다.

실시예

참조예 1

1.0 wt.% 의 한천액(물)의 변화를 모니터링하였고, 이는 도 2에 도시되어 있다. 가열 사이클은 대략 실온(약 25℃)에서 시작하고, 약 95℃에서 종결하고, 이어서 냉각 사이클을 수행하였다. 완전한 용해는 약 90℃에서 이루어졌고, 40 내지 30℃에서 점도의 빠르고 급격한 증가에 의해 나타난 겔화점(냉각 시)은 40℃ 미만인 것으로 나타났다.

참조예 2

용해-겔화-용해 사이클을 1.0 wt.% 아가로오스 용액(물)에 대하여 수행하였다. 총 3회 사이클을 실시하였다. 각각의 사이클 후 아가로오스 겔의 겔 강도를 측정하였고, 이는 도 3에 도시되어 있다. 겔 강도는 각각의 사이클에 걸쳐 감소하는 것으로 나타났다. 그러나, 모든 겔은 10 kPa보다 현저히 높은 겔 강도를 나타냈는데, 이는 세라믹의 겔-캐스팅(gel-casting)에 대한 최소 값이었다.

겔 강도:

도 7을 참조하면, 원통형 인덴터(cylindrical indenter: 3)(78.5 mm²의 단면 및 50 mm의 길이를 지님)를 사용하여 4N/min의 속도로 실온에서 압축 하중을 겔화된 바디(일반적으로 1256 mm²의 단면 및 25 mm의 높이를 지니는 원통)에 가하였다. 도 7에서의 화살표는 인덴터의 이동 방향이 겔화된 바디를 향한다는 것을 나타낸다. 표시(링)(7)는 원통형 인덴터의 바닥으로부터 2 mm의 거리로 이루어져 있다. 원통형 인덴터는 적합한 하우징(5)에 의해 위에서부터 지지된다. 하우징은 원통형 인덴터(3)를 높이거나 낮추기 위한 수단(미도시)을 포함하거나 이에 부착되어 있다. 겔화된 바디(9)는 적합한 플레이트(11)에 의해 아래로부터 지지된다. 하중의 시작 시에, 겔화된 바디(9)는 탄성으로 변형된다. 하중이 증가함에 따라, 인덴터(3)은 겔화된 물질(9)의 실린더의 바디로 관통되거나, 바디(9)는 균열된다. 하중된 곳에서 원통형 인덴터(3)는 겔화된 물질(9)의 바디로 2mm 관통하거나, 하중된 곳에서 균열된 바디(9)는 겔의 압축 강도에 상응한다.

참조예 3

실시예 3을 1.0 wt.%의 아가로오스 및 1.0 wt.%의 프룩토오스를 포함하는 겔화 용액에 대하여 반복하였다. 각각의 사이클 후 아가로오스/프룩토오스 겔의 겔 강도를 측정하였고, 이는 도 4에 도시되어 있다. 실시예 2로부터의 결과는 비교 목적으로 포함된다. 프룩토오스의 첨가는 반복된 겔화 사이클에 걸처 겔 강도를 개선시키고/보존하는 것으로 나타났다.

실시예 4

두 개의 자기 세라믹 공급원료를 도 1에 도시되어 있는 절차에 따라 제조하였다. 각각의 경우에, 자기 세라믹 공급원료를 처리 경로 1, 즉, 냉각, 이어서 파쇄, 건조 및 밀링에 의해 수득하였다. 각각의 공급원료는 약 0.5 wt.%의 잔여 물 함량을 가졌다. 공급원료 조성의 세부 사항은 표 1에 제공되어 있다.

각각의 공급원료를 온수(75℃)와 저압 사출 성형 기계(Peltzamn)의 혼합 탱크에서 혼합하여 세라믹 포뮬레이션을 형성시켰다. 40 vol.% 내지 60 vol.%으로 달라지는 고형물 투입을 지니는 다양한 포뮬레이션을 제조하였다. 각각의 세라믹 포뮬레이션을 비-다공성 몰드로 주입하였다(10 bar 미만의 압력하에). 성형된 바디를 아가로오스의 겔화점 미만으로 냉각시키고, 탈성형(de-molding)시켰다. 겔화 시 바디의 특성, 특히, 기계적 강도는 건조 및 소성 전에 안전하게 취급되는 이들의 능력을 나타낸다. 겔화 시 바디의 파괴 강도 및 크리핑을 측정하였다. 결과는 도 5 및 6에 요약되어 있다.

표 1.

파괴 강도:

참조예 2 및 3의 순수한 겔의 겔 강도를 측정하는데 이용되는 절차와 비교하여 시험 절차 및 설정을 약간 변형시켰다.

겔화된 샘플(일반적으로 원통형 바디)은 27 mm의 직경 및 30 mm의 높이를 가졌다. 도 7에 도시되어 있는 바와 같은 원통형 인덴터(3) 대신에, 도 8a 및 8b에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같은 인덴터(13)는 매끄러운 둔탁한 에지(15)를 가졌다. 도 8b는 도 8a에서의 도면과 상대적으로 90° 회전된 인덴터의 도면이다. 압축 동안, 인덴터(13)는 1 mm/min의 속도에서 겔화된 바디의 상부로 낮춰져 있다. 하중 동안 측정된 최대 힘은 샘플의 파괴 강도로서 이해된다.

크리핑 :

52 vol.%의 고형물 투입을 지니는 슬러리의 겔화된 조각에 대하여 크리핑 측정을 수행하였다. 이는 겔화 시 조각이 탈성형된 후 그 자체의 중량하에 서서히 변형되고/붕괴되는 경향을 평가하는 것이다. 시편은 27 mm의 직경 및 30 mm의 높이를 지니는 원통이었다. 시험 동안, 시편을 두 개의 평행한 판 사이에 놓았다(일반적인 압축 시험 설정). 장치는 인덴터가 하부 플레이트(111)에 평행한 상부 플레이트에 의해 교체된 것을 제외하고, 도 7에 도시된 것과 유사했다. 2 N의 일정한 단축 하중을 5 min의 기간 동안 가하였다. 크리핑은 시편의 높이 변형에 상응한다.

실시예 5

자기 세라믹 공급원료를 도 1b에 도시된 절차에 따라 제조하였다. 자기 세라믹 공급원료를 볼 밀링 이어서 분무-건조에 의해 얻었다. 공급원료는 약 5 wt.%의 잔여 물 함량을 가졌다. 공급원료 조성의 세부 사항은 표 2에 제공되어 있다.

표 2.

개별적으로, 아가로오스를 온수(100℃)에서 저압 사출 성형 기계(Cerinnov)의 혼합 탱크에서 혼합하였다. 아가로오스를 잘 용해시킨 후, 탱크 온도를 80℃로 감소시키고, 추가 분산제 및 자기 세라믹 공급원료를 첨가하고, 혼합 탱크에서 혼합하여 세라믹 포뮬레이션을 형성시켰다. 일련의 포뮬레이션을 약 53 vol.%의 고형물 함량으로 제조하였고, 이는 100 s^-1의 전단 속도에서 약 5.6 Pa.s의 점도를 가졌다. 각각의 세라믹 포뮬레이션을 냉각된 비-다공성 몰드로 주입하였다(10 bar 미만의 압력 하에 주입 시간은 118 cm³ 조각에 대하여 5 내지 60초로 변화됨). 성형된 조각을 아가로오스의 겔화점 미만으로 냉각시키고(30초), 탈성형시켰다. 겔화 시 조각을 건조, 굳힘 소성(biscuit firing), 글레이징(glazing) 및 소성 전에 안전하게 취급될 수 있다.

Claims

하나 이상의 세라믹 전구체, 감온성 겔화제(temperature sensitive gelling agent), 용매를 포함하고 50 vol.% 이상의 고형물 농도를 지니는 세라믹 포뮬레이션(ceramic formulation)으로서, 세라믹 포뮬레이션이 저압 사출 성형(low pressure injection molding)에 적합한 점도, 예를 들어, 겔화제의 겔화점보다 높은 온도에서 100 s^-1의 전단 속도로 10 Pa.s 이하의 점도를 지님을 추가로 특징으로 하는, 세라믹 포뮬레이션.
하나 이상의 세라믹 전구체 및 감온성 겔화제를 포함하는 세라믹 공급원료로서, 세라믹 공급원료가 건조되거나 부분적으로 또는 완전히 건조되고, 세라믹 공급원료의 총 중량을 기준으로 약 15 wt.% 이하의 용매 함량을 지니는, 세라믹 공급원료.
제 2항에 있어서, 공급원료가
하나 이상의 세라믹 전구체, 감온성 겔화제, 용매 및 임의의 분산제 및/또는 겔화제가 아닌 보강 첨가제 및/또는 결합제를 포함하는 세라믹 슬러리를 제조하거나, 얻거나, 제공하고;
세라믹 슬러리를 세라믹 공급원료의 총 중량을 기준으로 약 15 wt.% 이하의 잔여 용매 함량을 지니는 건조되거나 부분적으로 또는 완전히 건조된 세라믹 공급원료를 얻도록 처리함을 포함하는 방법에 의해 수득가능한, 세라믹 공급원료.
제 2항 또는 제 3항에 있어서, 분말, 과립화 또는 펠릿화 형태인, 세라믹 공급원료.
약 15 wt.% 이하의 잔여 용매 함량을 지니는 건조되거나 부분적으로 또는 완전히 건조된 세라믹 공급원료를 제조하는 방법으로서,
하나 이상의 세라믹 전구체, 감온성 겔화제, 용매 및 임의의 분산제 및/또는 겔화제가 아닌 보강 첨가제 및/또는 결합제를 포함하는 세라믹 슬러리를 제조하거나, 얻거나, 제공하고;
세라믹 슬러리를 세라믹 공급원료의 총 중량을 기준으로 약 15 wt.% 이하의 잔여 용매 함량을 지니는 건조되거나 부분적으로 또는 완전히 건조된 세라믹 공급원료를 얻도록 적합한 조건하에 처리함을 포함하는 방법.
세라믹 포뮬레이션을 제조하기 위한 방법으로서,
하나 이상의 세라믹 전구체, 감온성 겔화제, 용매 및 임의의 분산제 및/또는 겔화제가 아닌 보강 첨가제 및/또는 결합제를 포함하는 세라믹 슬러리를 제조하거나, 얻거나, 제공하고;
건조되거나 부분적으로 또는 완전히 건조된 세라믹 공급원료를 얻도록 적합한 조건하에 세라믹 슬러리를 처리하고;
겔화제의 겔화점 초과의 온도에서 적합한 양의 추가 용매와 건조되거나 부분적으로 또는 완전히 건조된 세라믹 공급원료를 혼합하여 저압 사출 성형에 적합한 점도를 지니는 세라믹 포뮬레이션을 수득함을 포함하는 방법.
제 3항 또는 제 4항, 또는 제 5항 또는 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 세라믹 슬러리가
하나 이상의 세라믹 전구체를 용매 및 임의의 분산제와 혼합하고, 가열하고;
용매 중에 겔화제를 임의로 보강 첨가제 및 결합제와 함께 개별적으로 용해시키고;
하나 이상의 전구체를 용해된 겔화제와 함께 용매 및 임의의 분산제와 혼합함을 포함하는 방법에 의해 제조되는, 세라믹 공급원료 또는 방법.
제 3항, 제 4항 또는 제 7항, 또는 제 5항, 제 6항, 또는 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 세라믹 슬러리를 처리하는 것이
(i) 세라믹 슬러리를 겔화제의 겔화점 미만으로 냉각시키고, 얻어지는 냉각된 세라믹 겔화된 물질을 파쇄하고(shredding), 파쇄된 냉각된 세라믹 겔화된 물질을 건조시키고 밀링(milling)하거나;
(ii) 세라믹 슬러리를 분무 건조시킴을 포함하는, 세라믹 공급원료 또는 방법.
제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 건조되거나 부분적으로 또는 완전히 건조된 세라믹 공급원료를 적합한 양의 추가의 용매와 혼합하는 것이 세라믹 공급원료를 겔화제의 겔화점 초과의 온도를 지니는 물과 혼합하고, 임의로, 그러한 온도는 약 90℃ 미만이고, 임의로, 혼합하는 것이 저압 사출 성형 장치의 혼합 탱크에서 수행되는 방법.
제 1항에 따른 세라믹 포뮬레이션을 제조하는 방법으로서,
하나 이상의 사전-분산된 세라믹 전구체를 제공하고;
임의로 겔화제가 아닌 보강 첨가제 및 결합제와 함께 용매 및 하나 이상의 사전-분산된 감온성 겔화제를 포함하는 용액 또는 현탁액을 제공하고;
하나 이상의 사전-분산된 세라믹 전구체와 용액 또는 현탁액을 혼합하여 세라믹 포뮬레이션을 형성시킴을 포함하는, 세라믹 포뮬레이션을 제조하는 방법.
제 10항에 있어서, 하나 이상의 분산된 세라믹 전구체가 건조되거나 부분적으로 건조된 형태로 제공되는 방법.
제 10항 또는 제 11항에 있어서, 용액 또는 현탁액이 사전-분산된 겔화제를 포함하는 건조되거나 부분적으로 건조된 분말에 용매를 첨가함에 의해 제공되는 방법.
제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 사전-분산된 세라믹 전구체와 혼합하기 전에, 용액 또는 현탁액을 겔화제의 겔화점 초과, 임의로 약 100℃ 이하의 온도로 가열함을 추가로 포함하는 방법.
제 10항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 세라믹 포뮬레이션을 겔화제의 겔화점 초과, 임의로 약 80℃ 이하의 온도로 가열함을 추가로 포함하는 방법.
세라믹 물품을 형성시키는 방법으로서,
하나 이상의 세라믹 전구체, 감온성 겔화제, 용매를 포함하고 50 vol.% 이상의 고형물 농도를 지니는 세라믹 포뮬레이션으로부터 미가공(green) 겔화된 세라믹 바디(body)를 형성시키고;
임의로, 미가공 겔화된 세라믹 바디를 건조시키고;
미가공 겔화된 세라믹 바디를 소성시켜 소결된 세라믹 물품을 형성시킴을 포함하는 방법.
제 15항에 있어서, 제 10항 내지 제 14항 중 어느 한 항의 방법에 따라 세라믹 포뮬레이션을 제조함을 추가로 포함하는 방법.
제 15항 또는 제 16항에 있어서, 형성시키는 것이 세라믹 포뮬레이션을 저압 사출 성형하고, 성형된 포뮬레이션을 겔화제의 겔화점 미만으로 냉각시킴을 포함하는 방법.
제 17항에 있어서, 사출 성형하는 것이 약 10 bar 미만의 게이지 압력(gauge pressure)에서 수행되고, 임의로, 세라믹 포뮬레이션이 사출 성형 동안 약 80℃ 이하의 온도에 있는 방법.
제 15항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 수득가능한, 세라믹 물품.
제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 감온성 겔화제가 폴리사카라이드, 젤라틴, 폴리오사이드(polyoside), 폴리옥사머(poloxamer) 및 이들의 혼합물 중 하나 이상으로부터 선택되는, 세라믹 공급원료, 포뮬레이션 또는 방법.
제 20항에 있어서, 감온성 겔화제가 폴리사카라이드 또는 폴리사카라이드들의 혼합물인, 세라믹 공급원료, 포뮬레이션 또는 방법.
제 21항에 있어서, 폴리사카라이드가 한천(agar), 아가로오스(agarose), 및 아라빅 검(arabic gum) 중 하나 이상으로부터 선택되는, 세라믹 공급원료, 포뮬레이션 또는 방법.
제 1항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서, 감온성 첨가제가 약 60℃ 미만의 겔화점을 지니는, 세라믹 공급원료, 포뮬레이션 또는 방법.
제 1항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서, 분산제 및/또는 겔화제가 아닌 보강 첨가제 및/또는 결합제를 추가로 포함하는, 세라믹 공급원료, 포뮬레이션 또는 방법.
제 24항에 있어서, 분산제가 설폰화된 나프탈렌 포름알데하이드 응축물(sulfonated naphthalene formaldehyde condensate: SNFC), 다가전해질, 예컨대, 폴리카복실산, 폴리아크릴레이트 및 폴리아크릴레이트 화학종, 특히, 폴리아크릴레이트 염을 함유하는 코폴리머(예, 임의로 II족 금속 염과 나트륨 및 알루미늄), 폴리포스포네이트, 소듐 헥사메타포스페이트, 비이온성 폴리올, 폴리인산, 응축된 소듐 포스페이트, 비이온성 계면활성제, 및 알칸올아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 세라믹 공급원료, 포뮬레이션 또는 방법.
제 24항 또는 제 25항에 있어서, 보강 첨가제가 모노사카라이드 또는 감온성 겔화제가 아닌 폴리사카라이드인, 세라믹 공급원료, 포뮬레이션 또는 방법.
제 1항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 세라믹 전구체가 식기(tableware), 위생 도기(sanitary ware), 자기상(porcelain statue) 또는 장식용 피규어(decorative figure), 요도구(kiln furniture), 내화물 및 기술용 등급 세라믹으로부터 선택된 세라믹을 제작하기에 적합한, 세라믹 공급원료, 포뮬레이션 또는 방법.
제 1항 내지 제 27항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 세라믹 전구체가 알루미나, 알루미노실리케이트, 하석 섬장암(nepheline syenite), 장석(feldspar), 활석, 운모, 석영, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 지르코니아 실리케이트, 규회석(wollastonite), 진주암(perlite), 규조토(diatomaceous earth), 알칼리 토금속 카보네이트 또는 설페이트, 예컨대, 칼슘 카보네이트, 마그네슘 카보네이트, 백운석(dolomite), 및 석고(gypsum), 카바이드, 예컨대, 실리콘 카바이드, 보론 카바이드, 텅스텐 카바이드 및 티타늄 카바이드, 보론 니트라이드, 실리콘 니트라이드, 실리사이드, 예컨대, 니켈 실리사이드, 소듐 실리사이드, 마그네슘 실리사이드, 플래티넘 실리사이드, 티타늄 실리사이드, 텅스텐 실리사이드, 세리아, 이트륨 옥사이드, 페라이트, 예컨대, 아연-철 페라이트, 바륨 페라이트, 스트론튬 페라이트, 석류석(garnet), 예컨대, 이트륨-알루미늄 석류석, 티타네이트, 예컨대, 바륨 티타네이트, 납 티타네이트, 흑연, 그 밖의 탄소 기반 세라믹 전구 물질, 및 이들의 조합물로부터 선택되는, 세라믹 공급원료, 포뮬레이션 또는 방법.
제 1항 내지 제 28항 중 어느 한 항에 있어서, 용매가 수성 용매, 예를 들어, 물인, 세라믹 공급원료, 포뮬레이션 또는 방법.