KR20180101768A - 리튬 세라믹스 페블 제조방법 및 리튬 세라믹스 페블 제조장치 - Google Patents

리튬 세라믹스 페블 제조방법 및 리튬 세라믹스 페블 제조장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20180101768A
KR20180101768A KR1020170028129A KR20170028129A KR20180101768A KR 20180101768 A KR20180101768 A KR 20180101768A KR 1020170028129 A KR1020170028129 A KR 1020170028129A KR 20170028129 A KR20170028129 A KR 20170028129A KR 20180101768 A KR20180101768 A KR 20180101768A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lithium
slurry
solid
chamber
coolant
Prior art date
Application number
KR1020170028129A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102376619B1 (ko
Inventor
윤영수
우성필
이강수
신서윤
Original Assignee
가천대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가천대학교 산학협력단 filed Critical 가천대학교 산학협력단
Priority to KR1020170028129A priority Critical patent/KR102376619B1/ko
Publication of KR20180101768A publication Critical patent/KR20180101768A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102376619B1 publication Critical patent/KR102376619B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62695—Granulation or pelletising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62625—Wet mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62655—Drying, e.g. freeze-drying, spray-drying, microwave or supercritical drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3203—Lithium oxide or oxide-forming salts thereof

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 리튬 세라믹스 페블 제조방법은 리튬을 포함하는 산화물 분말, 유기물 및 용매를 혼합하여 리튬 슬러리를 형성하는 과정; 상기 리튬 슬러리가 급속냉각되어 응고체로 변하는 과정; 상기 응고체에 포함된 고상의 용매를 승화시켜 건조시키는 과정; 및 상기 응고체를 열처리하여 상기 유기물을 휘발시키는 과정을 포함할 수 있다.

Description

리튬 세라믹스 페블 제조방법 및 리튬 세라믹스 페블 제조장치{Method of manufacturing lithium ceramics pebble and Manufacturing apparatus of lithium ceramics pebble}
본 발명은 리튬 세라믹스 페블 제조방법 및 리튬 세라믹스 페블 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동결건조법을 이용한 리튬 세라믹스 페블 제조방법 및 리튬 세라믹스 페블 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 핵융합은 두 개의 원자핵이 같이 모여서 하나의 무거운 원자핵을 형성하는 현상을 나타내며, 핵융합로가 발전소로서 상용화되기 위해서는 중수소와 플라즈마 반응을 하는 삼중수소의 지속적인 생산이 필요하다.
중수소는 바닷물에 존재하지만, 삼중수소의 경우 자연계에서 극히 드물게 존재하여 핵융합로 내에서 인위적으로 중성자와 리튬의 반응에 의해 생성시켜야 한다.
이러한 삼중수소의 생성을 위해서 핵융합로는 삼중수소를 생성하는 물질인 페블이 위치되는 블랑켓 및 플라즈마 노심을 포함한다.
플라즈마가 형성되는 플라즈마 노심은 블랑켓으로 감싸져 있고, 플라즈마 노심에 핵융합의 연료인 중수소 및 삼중수소가 공급되어 플라즈마 노심에서 중수소와 삼중수소의 핵융합 반응이 이루어진다. 이러한 중수소와 삼중수소의 핵융합 반응이 일어나기 위해선 매우 높은 온도와 가벼운 원자로부터 전자가 떨어지게 하는 큰 에너지가 필요하다.
중수소와 삼중수소가 결합하는 핵융합 반응을 식으로 표현하면 반응식 1과 같다.
<반응식 1 > D + T → 4He + n + Energy
반응식 1을 참조하면, D(Deuterium)는 중수소이고, T(Tritium)은 삼중수소이다. 즉, 상기 중수소(D)와 삼중수소(T)가 플라즈마 노심에서 플라즈마 반응을 통해 질량수가 4인 헬륨(He)과 중성자(n)로 변화되며, 질량결손에 따라 전자기파 형태의 에너지(Energy)가 생성된다. 중수소와 삼중수소의 핵융합 반응에 의한 대부분의 에너지는 고에너지의 중성자 형태로 방출되며, 중성자와 전자기파는 플라즈마 노심을 자유롭게 빠져나가 블랑켓에 흡수된다.
블랑켓은 플라즈마 노심의 외측을 감싸 형성되고, 플라즈마 노심으로부터 나온 중성자를 흡수하여 열에너지를 생성하며, 블랑켓으로 흡수된 중성자가 블랑켓 내부에 위치하는 페블의 리튬과 반응하여 삼중수소를 생성할 수 있다.
이러한 페블 제조방법으로는 대부분 습식법으로서, 일반적으로 전과립법(Rotating granulation method), 압출-구형화-소결법(Extrusion-spheronisation-sintering method), 졸-겔법(Sol-gel method), 슬러리 액적 습식법(Slurry droplet wetting method) 및 리튬 용액 침투법(Lithium solution penetration method) 등이 있다.
하지만, 전술한 페블 제조방법들은 핵융합로 적용을 위한 삼중수소 증식재의 대량 생산에는 적합하지 않고, 페블 제작을 위한 많은 시간이 소요되며, 슬러리 액적 습식법의 경우 액정 생성을 위해 사용되는 시약으로 인한 환경적인 문제가 발생한다.
한국등록특허공보 제10-1328807호
본 발명은 동결건조법을 이용해 페블의 크기를 조절할 수 있는 리튬 세라믹스 페블 제조방법 및 리튬 세라믹스 페블 제조장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 리튬 세라믹스 페블 제조방법은 리튬을 포함하는 산화물 분말, 유기물 및 용매를 혼합하여 리튬 슬러리를 형성하는 과정; 상기 리튬 슬러리가 급속냉각되어 응고체로 변하는 과정; 상기 응고체에 포함된 고상의 용매를 승화시켜 건조시키는 과정; 및 상기 응고체를 열처리하여 상기 유기물을 휘발시키는 과정을 포함할 수 있다.
상기 응고체로 변하는 과정 이전에, 상기 리튬 슬러리를 동결건조기 내부에 분사시키는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 리튬 슬러리를 급속냉각시키는 과정에서, 상기 리튬 슬러리는 상기 동결건조기 내부에 공급되는 -80℃ 이하의 온도를 가지는 냉각제에 의해 급속냉각되고, 상기 냉각제는 액화 질소, 액화 이산화탄소 및 드라이 아이스 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 응고체를 건조시키는 과정은 진공상태에서 수행될 수 있다.
상기 진공상태는 상기 냉각제가 모두 휘발될 때까지 진공 상태를 유지할 수 있다.
상기 열처리는 1시간 내지 3시간 동안 400℃ 내지 600℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다.
상기 리튬을 포함하는 산화물 분말은 리튬 산화물, 리튬-티타늄 산화물, 리튬-알루미늄 산화물, 리튬-지르코늄 산화물 및 리튬-실리콘 산화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 세라믹스 페블 제조장치는 리튬 슬러리 및 상기 리튬 슬러리를 냉각시키는 냉각제가 공급되는 챔버; 상기 리튬 슬러리를 분사하는 노즐부; 및 상기 챔버의 내부공간을 진공상태로 유지하는 압력부를 포함하고, 상기 냉각제 및 압력부에 의해서 상기 챔버의 내부가 -80℃ 이하의 온도 및 진공 분위기가 형성되면 상기 리튬 슬러리는 상기 챔버 내부로 공급될 수 있다.
상기 리튬 슬러리는 상기 노즐부를 통해 상기 챔버 내부로 분사되어 냉각될 수 있다.
상기 노즐부는 0.05mm 내지 0.15mm의 직경을 가질 수 있다.
상기 리튬 슬러리는 리튬을 포함하는 산화물 분말, 유기물 및 용매를 포함할 수 있다.
본 발명에서는 동결건조법으로 리튬 세라믹스 페블을 제조함으로써, 기존 슬러리 액적 습식법에서 액적 형성에 사용되는 시약에 따른 환경적인 문제를 방지할 수 있고, 동결건조기 내부로 슬러리가 분사되는 노즐 크기에 따라 다양한 크기의 페블을 형성할 수 있다.
또한, 동결건조법을 통해 페블의 강도를 저하시키지 않고 페블의 표면적을 증가시킬 수 있으며, 단시간에 간단한 공정으로 페블의 대량생산이 가능할 수 있다.
게다가, 동결건조를 통해 리튬 슬러리가 냉각된 응고체의 고체 결정들이 증발하면서 생긴 공극으로 인해 삼중수소가 생성, 방출되는 최적의 공극율을 가지는 페블을 형성할 수 있다. 이에 따라, 공극의 내부 표면에서 생성되는 삼중수소 생성율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 세라믹스 페블 제조방법을 나타내는 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 세라믹스 페블 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 세라믹스 페블 제조방법은 리튬을 포함하는 산화물 분말, 유기물 및 용매를 혼합하여 리튬 슬러리를 형성하는 과정; 상기 리튬 슬러리가 급속냉각되어 응고체로 변하는 과정; 상기 응고체에 포함된 고상의 용매를 승화시켜 건조시키는 과정; 및 상기 응고체를 열처리하여 상기 유기물을 휘발시키는 과정을 포함할 수 있다. 또한, 상기 응고체로 변하는 과정 이전에, 상기 리튬 슬러리를 동결건조기 내부에 분사시키는 과정을 더 포함할 수 있다.
먼저, 리튬을 포함하는 산화물 분말 및 유기물을 혼합하여 리튬 슬러리를 형성할 수 있다(S100).
이때, 페블을 제조하기 위한 상기 리튬을 포함하는 산화물 분말은 리튬 산화물, 리튬-티타늄 산화물, 리튬-알루미늄 산화물, 리튬-지르코늄 산화물 및 리튬-실리콘 산화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
삼중수소를 생성할 수 있는 리튬을 포함하는 산화물 중에서 삼중수소 방출능력, 고온에서의 물리적, 화학적 및 기계적인 성질을 고려하였을 때, 리튬 산화물(Li2O), 리튬-티타늄 산화물(Li2TiO3), 리튬-알루미늄 산화물(LiAlO2), 리튬-지르코늄 산화물(Li2ZrO3) 및 리튬-실리콘 산화물(Li4SiO4) 중 적어도 어느 하나의 리튬 산화물계 세라믹스 재료가 삼중수소 생성을 위한 리튬 세라믹스 페블로 사용될 수 있다.
전술한 리튬을 포함하는 산화물 분말 중 적어도 어느 하나와 유기물 및 용매를 혼합하여 리튬 슬러리를 형성할 수 있는데, 본 발명에서 사용하는 유기물은 고분자 계열의 재료로서 리튬을 포함하는 산화물 분말과 결합함에 의해 결합제(바인더)의 역할을 할 수 있고, PVA(polyvynil alcohol), PVC(polyvynil chloride), PVDF(Polyvinylidene fluoride) 및 PE(Polyethylene) 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예로서, 리튬을 포함하는 산화물 분말은 리튬-알루미늄 산화물일 수 있고, 유기물은 고체형의 PVA일 수 있으며, 용매는 증류수일 수 있다.
그 다음, 형성된 리튬 슬러리를 동결건조기 내부에 분사시킬 수 있다(S200). 이때, 리튬 슬러리는 노즐을 통해 동결건조기 내부로 분사될 수 있다.
형성된 리튬 슬러리는 노즐을 통해 동결건조기 내부로 분사될 수 있으며, 리튬 슬러리가 분사되는 노즐의 직경을 조절하여 다양한 직경을 가지는 구형의 리튬 세라믹스 페블을 제조할 수 있다.
페블 제조에 사용되는 슬러리 액적 습식법을 이용하여 페블을 제조할 경우, 산화물 분말과 유기물이 결합되어 혼합된 슬러리를 액체 상에 떨어뜨려 구형의 액적을 형성해야 하기 때문에 액적의 크기 즉, 페블의 크기 조절이 어렵다. 하지만 본 발명에 따른 리튬 세라믹스 페블 제조방법은 후술될 냉각제에 의해 저온을 유지하는 동결건조기 내부로 다양한 직경을 가지는 노즐을 통해 리튬 슬러리가 분사되어 급속냉각될 수 있고, 리튬 슬러리가 급속냉각되어 변한 응고체를 동결건조하고 열처리하여 본 발명에 따른 리튬 세라믹스 페블을 형성할 수 있기 때문에 노즐 직경에 따라 다양한 직경을 가지는 구형의 응고체(최종적으로는 리튬 세라믹스 페블)을 형성할 수 있다.
따라서, 노즐 직경을 조절하여 다양한 직경을 가지는 구형의 리튬 세라믹스 페블을 형성할 수 있다.
리튬 슬러리를 노즐을 통해 동결건조기 내부에 분사시킨 뒤, 리튬 슬러리를 급속냉각시키면 리튬 슬러리는 응고체로 변할 수 있다(S300).
상기 리튬 슬러리를 급속냉각시키는 과정에서, 상기 리튬 슬러리는 상기 동결건조기 내부에 공급되는 -80℃ 이하의 온도를 가지는 냉각제에 의해 급속냉각되고, 상기 냉각제는 액화 질소, 액화 이산화탄소 및 드라이 아이스 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예로서, 동결건조기 내부는 액화 질소로 채워질 수 있다.
동결건조기 내부에 공급되는 액화 질소에 의해 저온의 상태를 유지하고 있는 동결건조기 내부로 노즐을 통해 리튬 슬러리를 분사시키면 리튬 슬러리는 분사됨과 동시에 급속냉각을 통해 응고체로 변할 수 있다. 즉, 혼합된 리튬 슬러리를 급속냉각하면 리튬 슬러리에 포함된 용매인 증류수가 고체로 상변화함으로써 용매의 고체화가 이루어질 수 있고, 이로써 리튬 슬러리가 응고체로 변할 수 있다.
리튬 슬러리의 급속냉각을 통해 응고체로 변화시킨 다음, 응고체에 포함된 고상의 용매를 승화시켜 건조시킬 수 있다(S400). 이때, 상기 응고체를 건조시키는 과정은 진공상태에서 수행될 수 있고, 상기 진공상태는 상기 냉각제가 모두 휘발될 때까지 진공 상태를 유지할 수 있다.
리튬 슬러리가 노즐을 통해 공급되어 냉각제에 의해 저온 상태를 유지하고 있는 동결건조기 내부에서 응고체로 변화되면 진공 분위기를 형성한 다음 진공도를 낮추어 응고체에 포함된 고상의 용매를 증발(승화)시켜 동결건조시킬 수 있다.
즉, 리튬 슬러리를 동결건조기 내부에 공급된 냉각제을 이용해 냉각시켜 얼린 다음, 동결건조기 내부를 진공상태로 만들고 물의 3중점인 고체, 액체, 기체가 공존하는 포인트까지 진공도를 낮추게 되면 고상의 용매가 기체로 빠져나가며 동결건조가 진행될 수 있다.
보다 자세하게는, 진공 동결건조를 통해 급속냉각된 응고체에 포함된 고상의 용매를 증발시켜 제거할 수 있는데, 급속냉각된 응고체는 고상의 용매 사이에 리튬 산화물 분말 및 유기물의 혼합 입자가 존재하는 형상으로서 이를 저온 저압의 분위기에서 고체 결정(고상의 용매)만을 승화 및 건조시키면 다공성 응고체를 얻을 수 있다. 이러한 승화과정에 의해 고체 결정이 있던 공간은 빈 공간으로 될 수 있고, 동결건조를 통해 생성된 빈공간은 삼중수소가 생성되는 공극으로 형성될 수 있기 때문에 일반적인 페블의 공극보다 더 많은 공극이 형성될 수 있는 리튬 세라믹스 페블을 제조할 수 있다.
마지막으로, 건조된 응고체를 열처리하여 유기물을 휘발시킬 수 있고(S500), 상기 열처리는 1시간 내지 3시간 동안 400℃ 내지 600℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다.
동결건조된 다공질의 응고체는 400℃ 내지 600℃의 온도에서 약 2시간 동안의 열처리 과정을 통해 응고체에 잔존하는 유기물을 휘발시키고 기계적 특성을 강화시킬 수 있다. 열처리한 리튬 세라믹스 페블은 추가적인 공극이 형성될 수 있는데, 이러한 공극은 열처리 시 응고체에 포함된 유기물이 휘발되면서 발생하는 빈 공간일 수 있다.
최종적으로 열처리에 의해 응고체에 잔존하는 유기물이 휘발되면 본 발명에 따른 리튬 세라믹스 페블로 변할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 세라믹스 페블 제조장치는 리튬 슬러리 및 상기 리튬 슬러리를 냉각시키는 냉각제가 공급되는 챔버; 상기 리튬 슬러리를 분사하는 노즐부; 및 상기 챔버의 내부공간을 진공상태로 유지하는 압력부를 포함하고, 상기 냉각제 및 압력부에 의해서 상기 챔버의 내부가 -80℃ 이하의 온도 및 진공 분위기가 형성되면 상기 리튬 슬러리는 상기 챔버 내부로 공급될 수 있다.
챔버는 챔버 내부에 리튬 슬러리가 분사되어 공급될 수 있고, 냉각제가 수용될 수 있다. 냉각제는 액화 질소, 액화 이산화탄소 및 드라이 아이스 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
노즐부는 챔버와 연결되어 리튬 슬러리를 챔버 내부로 분사시킬 수 있다. 상기 리튬 슬러리는 상기 노즐부를 통해 상기 동결건조기 내부로 분사되어 냉각될 수 있는데, 챔버 내부에 공급되는 액화 질소에 의해 저온의 상태를 유지하고 있는 챔부 내부로 노즐부를 통해 리튬 슬러리를 분사시키면 리튬 슬러리는 분사됨과 동시에 급속냉각을 통해 응고체로 변할 수 있다. 즉, 혼합된 리튬 슬러리를 급속냉각하면 리튬 슬러리에 포함된 용매인 증류수가 고체로 상변화함으로써 용매의 고체화가 이루어질 수 있고, 이로써 리튬 슬러리가 응고체로 변할 수 있다.
상기 노즐부는 0.05mm 내지 0.15mm의 직경을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 형성된 리튬 슬러리는 노즐부를 통해 챔버 내부로 분사될 수 있으며, 리튬 슬러리가 분사되는 노즐부의 직경을 조절하여 다양한 직경을 가지는 구형의 리튬 세라믹스 페블을 제조할 수 있다. 리튬 세라믹스 페블이 제조되는 과정은 앞에서 설명한 내용과 동일하므로 자세한 내용은 생략한다.
압력부는 챔버의 내부공간을 진공상태로 유지할 수 있다. 압력부는 챔버와 연결되어 챔버의 내부공간에 진공압을 발생시킬 수 있다.
리튬 슬러리가 노즐부를 통해 공급되어 냉각제에 의해 저온 상태를 유지하고 있는 챔버 내부에서 응고체로 변화되면 압력부를 통해 진공 분위기를 형성한 다음 진공도를 낮추어 응고체에 포함된 고상의 용매를 증발(승화)시켜 동결건조시킬 수 있다. 즉, 리튬 슬러리를 챔버 내부에 공급된 냉각제을 이용해 냉각시켜 얼린 다음, 챔버 내부를 진공상태로 만들고 물의 3중점인 고체, 액체, 기체가 공존하는 포인트까지 진공도를 낮추게 되면 고상의 용매가 기체로 빠져나가며 동결건조가 진행될 수 있다.
이러한 구성으로 챔버 내부의 냉각제을 통해 동결 온도를 부여하고, 냉각제의 승화 및 진공압 환경을 통해 리튬 슬러리의 동결건조를 수행할 수 있다.
상기 리튬 슬러리는 리튬을 포함하는 산화물 분말, 유기물 및 용매를 포함할 수 있다.
삼중수소를 생성할 수 있는 리튬을 포함하는 산화물 중에서 삼중수소 방출능력, 고온에서의 물리적, 화학적 및 기계적인 성질을 고려하였을 때, 리튬 산화물(Li2O), 리튬-티타늄 산화물(Li2TiO3), 리튬-알루미늄 산화물(LiAlO2), 리튬-지르코늄 산화물(Li2ZrO3) 및 리튬-실리콘 산화물(Li4SiO4) 중 적어도 어느 하나의 리튬 산화물계 세라믹스 재료가 삼중수소 생성을 위한 리튬 세라믹스 페블로 사용될 수 있다.
전술한 리튬을 포함하는 산화물 분말 중 적어도 어느 하나와 유기물 및 용매를 혼합하여 리튬 슬러리를 형성할 수 있는데, 본 발명에서 사용하는 유기물은 고분자 계열의 재료로서 리튬을 포함하는 산화물 분말과 결합함에 의해 결합제(바인더)의 역할을 할 수 있고, PVA(polyvynil alcohol), PVC(polyvynil chloride), PVDF(Polyvinylidene fluoride) 및 PE(Polyethylene) 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예로서, 리튬을 포함하는 산화물 분말은 리튬-알루미늄 산화물일 수 있고, 유기물은 고체형의 PVA일 수 있으며, 용매는 증류수일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (11)

  1. 리튬을 포함하는 산화물 분말, 유기물 및 용매를 혼합하여 리튬 슬러리를 형성하는 과정;
    상기 리튬 슬러리가 급속냉각되어 응고체로 변하는 과정;
    상기 응고체에 포함된 고상의 용매를 승화시켜 건조시키는 과정; 및
    상기 응고체를 열처리하여 상기 유기물을 휘발시키는 과정을 포함하는 리튬 세라믹스 페블 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 응고체로 변하는 과정 이전에,
    상기 리튬 슬러리를 동결건조기 내부에 분사시키는 과정을 더 포함하는 리튬 세라믹스 페블 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 리튬 슬러리를 급속냉각시키는 과정에서,
    상기 리튬 슬러리는 상기 동결건조기 내부에 공급되는 -80℃ 이하의 온도를 가지는 냉각제에 의해 급속냉각되고,
    상기 냉각제는 액화 질소, 액화 이산화탄소 및 드라이 아이스 중 적어도 어느 하나를 포함하는 리튬 세라믹스 페블 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 응고체를 건조시키는 과정은 진공상태에서 수행되는 리튬 세라믹스 페블 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 진공상태는 상기 냉각제가 모두 휘발될 때까지 진공 상태를 유지하는 리튬 세라믹스 페블 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 열처리는 1시간 내지 3시간 동안 400℃ 내지 600℃의 온도 범위에서 수행되는 리튬 세라믹스 페블 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 리튬을 포함하는 산화물 분말은 리튬 산화물, 리튬-티타늄 산화물, 리튬-알루미늄 산화물, 리튬-지르코늄 산화물 및 리튬-실리콘 산화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 리튬 세라믹스 페블 제조방법.
  8. 리튬 슬러리 및 상기 리튬 슬러리를 냉각시키는 냉각제가 공급되는 챔버;
    상기 리튬 슬러리를 분사하는 노즐부; 및
    상기 챔버의 내부공간을 진공상태로 유지하는 압력부를 포함하고,
    상기 냉각제 및 압력부에 의해서 상기 챔버의 내부가 -80℃ 이하의 온도 및 진공 분위기가 형성되면 상기 리튬 슬러리는 상기 챔버 내부로 공급되는 리튬 세라믹스 페블 제조장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 리튬 슬러리는 상기 노즐부를 통해 상기 챔버 내부로 분사되어 냉각되는 리튬 세라믹스 페블 제조장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 노즐부는 0.05mm 내지 0.15mm의 직경을 가지는 리튬 세라믹스 페블 제조장치.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 리튬 슬러리는 리튬을 포함하는 산화물 분말, 유기물 및 용매를 포함하는 리튬 세라믹스 페블 제조장치.

KR1020170028129A 2017-03-06 2017-03-06 리튬 세라믹스 페블 제조방법 및 리튬 세라믹스 페블 제조장치 KR102376619B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170028129A KR102376619B1 (ko) 2017-03-06 2017-03-06 리튬 세라믹스 페블 제조방법 및 리튬 세라믹스 페블 제조장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170028129A KR102376619B1 (ko) 2017-03-06 2017-03-06 리튬 세라믹스 페블 제조방법 및 리튬 세라믹스 페블 제조장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180101768A true KR20180101768A (ko) 2018-09-14
KR102376619B1 KR102376619B1 (ko) 2022-03-21

Family

ID=63599487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170028129A KR102376619B1 (ko) 2017-03-06 2017-03-06 리튬 세라믹스 페블 제조방법 및 리튬 세라믹스 페블 제조장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102376619B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007204297A (ja) * 2006-01-31 2007-08-16 Denso Corp セラミックス原料の製造方法及びセラミックス成形体の製造方法
KR101328807B1 (ko) 2012-03-27 2013-11-13 한국기초과학지원연구원 슬러리 액적 습식법을 이용한 리튬 세라믹스 페블의 제조방법
KR20160122409A (ko) * 2015-04-14 2016-10-24 한국기초과학지원연구원 고상법을 이용한 리튬-티타늄 산화물의 합성 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007204297A (ja) * 2006-01-31 2007-08-16 Denso Corp セラミックス原料の製造方法及びセラミックス成形体の製造方法
KR101328807B1 (ko) 2012-03-27 2013-11-13 한국기초과학지원연구원 슬러리 액적 습식법을 이용한 리튬 세라믹스 페블의 제조방법
KR20160122409A (ko) * 2015-04-14 2016-10-24 한국기초과학지원연구원 고상법을 이용한 리튬-티타늄 산화물의 합성 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FUSION ENGINEERING AND DESIGN. VOLUME 88, ISSUE 11, NOVEMBER 2013, PAGES 3091_3094 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR102376619B1 (ko) 2022-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101279841B (zh) 一种多铁性材料的强磁场制备方法
KR101568122B1 (ko) 분무 건조 공정을 통한 요크­쉘 구조 소재의 제조방법 및 이로부터 제조된 요크­쉘 구조 소재
Chen et al. Processing and Properties of Garnet‐Type Li7La3Zr2O12 Ceramic Electrolytes
Shrivastava et al. Li2TiO3 pebble fabrication by freeze granulation & freeze drying method
US9469806B2 (en) Sintering aid coated YAG powders and agglomerates and methods for making
CN104909722B (zh) 一种无氟溶胶‑凝胶法合成Tl‑2212超导薄膜的制备方法
KR20180101768A (ko) 리튬 세라믹스 페블 제조방법 및 리튬 세라믹스 페블 제조장치
Jung et al. A polymer solution technique for the synthesis of nano-sized Li2TiO3 ceramic breeder powders
CN107840331A (zh) 一种金刚石改性的方法及改性金刚石
Radhakrishnan et al. Cold sintering behaviors of barium titanates: Recent progress and impact on microstructure, densification and dielectric-ferroelectric response
CN112195512A (zh) 一种氮化铝晶体生长用多孔原料的制备方法
Toyoda et al. Fabrication process of silica hard-shell microcapsule (HSMC) containing phase-change materials
CN105463568B (zh) 一种掺钬氟化钇钡晶体的制备方法
CN106495208B (zh) 一种镓酸镧非晶及其制备方法
CN108886135A (zh) 钛酸锂电极材料、制造方法及其应用
McGrath et al. Theoretical Process Development for Freeze‐Drying Spray‐Frozen Aerosols
JP4253855B2 (ja) 蒸着材
CN106744800B (zh) 利用花生壳制备钠离子电池电极碳材料的方法
KR101290123B1 (ko) 플루오린이 치환된 마이에나이트형 전자화물의 제조방법
KR101213238B1 (ko) 클로린이 함유된 마이에나이트형 전자화물의 제조방법
CN106800412A (zh) 一种具有核壳结构的氧化钇基透明陶瓷及其制备方法
Zhang et al. Rapid preparation of traditional and high-entropy garnet ceramics by SPS at low temperature with ultrafast densification
US20200087213A1 (en) Method and device for densifying materials or consolidating an assembly of materials by hydrothermal or solvothermal sintering
CN117902916B (zh) 一种多孔TaC陶瓷材料及其制备方法
Mukai One‐step fabrication of Li2TiO3 ceramic pebbles using pulsed YAG laser

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant