KR20190020453A - 다공성 부재의 표면 처리 방법 - Google Patents

Abstract

다공성 부재의 표면 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 표면 처리 방법은, 그 내외부에 다수의 기공을 갖는 다공성 부재를 마련하는 공정; 상기 다공성의 부재 표면에 붕사 분말, PbO 분말, 및 붕사와 CaO의 혼합 분말로 이루어진 그룹 중 선택된 하나의 분말을 도포하는 공정; 및 상기 분말이 도포된 다공성 부재의 표면을 가열 처리함으로써 표면 치밀화층을 형성하는 공정;을 포함한다.

Description

다공성 부재의 표면 처리 방법{Surface treating method for porous member}

본 발명은 건축용 단열재 등 다공성 구조를 갖는 부재의 표면을 치밀하게 개질 할 수 있는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다공성 부재의 표면에 붕사 등을 도포한 후, 가열함으로써 그 표면을 유리질화 피막으로 개질 할 수 있는 표면 처리 방법에 관한 것이다.

다공성 구조체는 기지 내부에 다량의 빈 공간을 보유하고 있어서 열전달 능력이 낮으므로 내화재 용도로 쓰이기도 하고, 빈 공간에 윤활유를 담지시켜 기계적 마모부에 지속적인 윤활기능을 가능하게 하는 담지체 등의 용도로 활용된다.

내화재의 용도 면에서, 예를 들어, 보로실리케이트 글라스 블록은 제조 시 보로실리케이트 분말과 기공 발포제를 혼합시키고 소결하는데, 이때, 0.01~1000㎛ 크기의 다양한 크기와 형태의 기공을 발생시키면, 밀도는 0.18g/cc (bulk 2.0 g/cc), 압축강도 ＞1MPa, 열전도율 0.065W/mK 정도의 물리적 물성을 갖게 되어 4.0~400℃ 범위에서 활용하기 우수한 내열 특성을 가진 내화재로 활용이 가능하다. 이러한 이유로 건축용 단열 재료로의 활용이 가능하다.

또한 10% 이상의 보론이 첨가된 경우, 200℃ 정도의 10% 황산에 대한 내산화성이 우수하여 연통형탈황시스템 (flue gas desulfurization:FGD)의 라이닝 재료로도 활용이 가능하다.

그러나 건축용 단열재로 활용되는 경우, 시공 시 표면부가 수분에 노출되면 모세관 효과에 의해 표면부로부터 일정 두께까지 수분이 침투하였다가 기온이 내려가는 겨울에는 수분의 부피팽창이 일어나 결국 다공성 모재의 기계적 강도가 열화되고 궁극적으로 파괴가 일어나는 단점이 있었다.

아울러, FGD 용도의 라이닝재료로 활용되는 경우, 표면부의 다공성으로 강산성 액상물질이 감지되어 내부로 확산하거나 그라스 모재 내부의 혼합 원소인 Na, Ca, K 등이 표면부로 이동하고 이들이 고온 산성 환경에서 산화되어 연소함으로써 화재가 진행되는 문제가 있었다.

따라서 이러한 다공성 부재의 표면부 때문에 구조적으로 생기는 표면 반응 면적의 증가와 외부 액상물의 감지효과를 개선하기 위한 필요성이 대두 되고 있는 실정이다.

일본 특개2012-167000(2012.09.06 공개)

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래 다공성 구조체 블록의 표면부가 다공성이라서 쉽게 외부로부터 액상물질을 흡수하고, 내부로 확산되어 담지하는 문제를 방지하기 위해, 모재의 내열 성능에는 영향을 주지 않으면서 표면부만 선택적으로 다공성이 아닌 치밀한 구조체층으로 개질하는 표면 처리 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

그 내외부에 다수의 기공을 갖는 다공성 부재를 마련하는 공정;

상기 다공성의 부재 표면에 붕사 분말, PbO 분말, 및 붕사와 CaO의 혼합 분말로 이루어진 그룹 중 선택된 하나의 분말을 도포하는 공정; 및

상기 분말이 도포된 다공성 부재의 표면을 가열 처리함으로써 표면 치밀화층을 형성하는 공정;을 포함하는 다공성 부재의 표면처리 방법에 관한 것이다.

상기 붕사와 CaO의 혼합 분말이 이용할 경우, 붕사 대 CaO의 혼합비율을 1:1의 범위로 관리함이 바람직하다.

상기 가열 열처리 시, 가열 처리 온도를 700~950℃ 범위로 관리함이 바람직하다.

상기 다공성 부재는 실리케이트, 알루미나 및 마그네시아 중 1종 이상으로 이루어진 세라믹을 포함할 수 있다.

상기 다공성 부재는 보로실리케이트를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 표면 치밀화층은 10~10000㎛ 범위의 두께를 가짐이 바람직하다.

상술한 바와 같은 구성의 본 발명은, 다공성 부재의 표면에 치밀화층을 형성함으로써 시공 시 표면부가 수분에 노출되더라도 수분이 그 내부로의 침투가 어려워 종래 건축용 단열재에서 초래되던 모재의 기계적 강도 열화 및 파단 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.

또한 FGD 용도의 라이닝재료로 활용되는 경우에도 그 표면에 형성된 치밀화층 때문에 강산성 액상물질이 감지되어 내부로 확산하거나 그라스 모재 내부의 혼합 원소인 Na, Ca, K 등이 표면부로 이동하는 현상을 방지할 수 있어 고온 산성 환경에서 화재가 발생하는 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.

도 1은 표면처리 전의 보로실리케이트 블록의 표면 광학 이미지 사진이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에서의 붕사 분말을 이용하여 보로실리케이트 블록을 표면 처리한 결과를 나타내는 광학 이미지 사진으로서, (a)는 열처리된 표면 치밀화층의 상부면을, (b)는 그 단면부를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일실시예에서의 PbO 분말을 이용하여 보로실리케이트 블록을 표면 처리한 결과를 나타내는 광학 이미지 사진으로서, (a)는 열처리된 표면 치밀화층의 상부면을, (b)는 그 단면부를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일실시예에서의 붕사와 CaO 혼합 분말을 이용하여 보로실리케이트를 표면 처리한 결과를 나타내는 광학 이미지 사진이다.
도 5는 비교예로서 CaO 분말을 이용하여 다공성 보로실리케이트를 표면 처리한 결과를 나타내는 광학 이미지 사진이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 다공성 부재 표면 처리방법은, 그 내외부에 다수의 기공을 갖는 다공성 부재를 마련하는 공정; 상기 다공성의 부재 표면에 붕사 분말, PbO 분말, 및 붕사와 CaO의 혼합 분말로 이루어진 그룹 중 선택된 하나의 분말을 도포하는 공정; 및 상기 분말이 도포된 다공성 부재의 표면을 가열 처리함으로써 표면 치밀화층을 형성하는 공정;을 포함하다.

먼저, 그 내외부에 다수의 기공을 갖는 다공성 부재를 마련한다.

본 발명에서는 상기 다공성 부재는 건축용 단열재 내지 FGD 용도로 이용되는 세라믹 재료로써 그 내외부에 다수의 기공들이 형성되어 있다.

본 발명에서 상기 다공성 부재는 실리케이트, 알루미나 및 마그네시아 중 1종 이상을 포함하는 세라믹 재료일 수가 있으며, 예컨대 보로실리케이트를 다공성 부재의 재료로 이용할 수 있다.

이어, 본 발명에서는 상기 다공성의 부재 표면에 붕사(NaB₄O₇·10H₂0) 분말, PbO 분말, 및 붕사와 CaO의 혼합 분말로 이루어진 그룹 중 선택된 하나의 분말을 도포한다.

본 발명에서 상기 붕사와 CaO의 혼합 분말이 이용할 경우, 붕사 대 CaO의 혼합비율을 1:1의 범위로 관리함이 바람직하다.

이러한 다공성 부재의 표면에 도포된 분말들은 후속하는 가열 열처리 공정에서 용융되어 표면 치밀화층을 형성한다.

그리고 본 발명에서는 상기 분말이 도포된 다공성 부재의 표면을 가열 처리한 후, 냉각함으로써 표면 치밀화층을 형성한다.

본 발명에서 상기 가열처리 시, 가열 처리 온도를 700~950℃ 범위로 관리함이 바람직하다. 만일 상기 온도가 700℃ 미만이면 분말이 용융되지 않아 치밀화층의 형성이 불가능하며, 950℃를 초과하면 다공성 부재 표면이 빠르게 용융되어 제품 가치가 저하되기 때문이다.

바람직하게는, 상기 가열 시간을 30초 이상 15분 미만으로 제한하는 것이다.

한편 본 발명에서는 상기 가열처리 조건에 제한되지 않으며, 다양한 가열방법을 제한 없이 이용할 수 있다. 예컨대 본 발명에서는 상기 분말이 도포된 다공성 부재의 표면을 부탄 소스의 토치를 이용하여 가열하는 방법도 이용할 수 있다.

또한 본 발명에서는 상기 표면 치밀화층이 10~10000㎛ 범위의 두께를 가짐이 바람직하다.

상술한 바와 같은 제조공정으로 제조된 본 발명의 다공성 부재는, 그 표면에 치밀화층을 형성함으로써 시공 시 표면부가 수분에 노출되더라도 수분이 그 내부로 침투가 어려워 종래 건축용 단열재에서 초래되던 모재의 기계적 강도의 열화 및 파단 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.

또한 FGD 용도의 라이닝재료로 활용되는 경우에도 그 표면에 형성된 치밀화층 때문에 강산성 액상물질이 감지되어 내부로 확산하거나 그라스 모재 내부의 혼합 원소인 Na, Ca, K 등이 표면부로 이동하는 현상을 방지할 수 있어 고온 산성 환경에서 화재가 발생하는 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예 1)

SiO₂ 68.5/Na₂O 9.21/CaO 1.93/B₂O₃ 8.77/K₂O 0.82의 조성으로 이루어진 평균 직경 910㎛의 닫힌 셀(closed cell) 구조의 기공을 가지는, 2×2×1cm 크기의 보로실리케이트 블록 시편을 준비하였다. 도 1은 이러한 표면처리 전의 보로실리케이트 블록의 표면 광학 이미지 사진이다.

이어, 상기 마련된 보로실리케이트 블록의 표면에 1g의 붕사(NaB₄O₇·10H₂0) 분말을 도포하고 평탄한 막대기로 블록 표면부를 평탄화시켜서 잉여의 붕사 분말을 제거하였다.

그리고 상기 분말이 도포된 보로실리케이트 블록 표면을 부탄가스 토치를 이용하여 900℃에서 60초간 가열하여, 그 표면에 치밀화층을 형성하였다.

도 2는 붕사 분말을 이용하여 보로실리케이트 블록을 표면 처리한 결과를 나타내는 광학 이미지 사진으로서, (a)는 열처리된 표면 치밀화층의 상부면을, (b)는 그 단면부를 나타낸다.

도 2(a)에 나타난 바와 같이, 가열 처리에 의해 붕사 분말이 유리질 형태로 용융된 후, 다시 응고하여 기존 닫힌셀 구조의 다공성 부재 상부 표면이 투명한 고상으로 덮여 있는 것을 확인할 수 있다.

도 2(b)는 단면부의 이미지 사진으로, 노란색 점선표시부는 상부의 붕사 분말이 용융 후 응고된 부분을 나타낸 것이다. 상기와 같은 가열 처리 조건 하에서, 평균 약 986㎛정도의 두께로 치밀화층이 형성된 것을 알 수 있다. 그런데 하부의 닫힌셀 구조는 변형되지 않았으므로 표면부에만 선택적인 치밀층 형성 구조를 얻을 수 있음을 또한 확인할 수 있다.

(실시예 2)

실시예 1과 같은 보로실리케이트 블록 시편을 준비하였다.

이어, 상기 마련된 보로실리케이트 블록의 표면에 1g의 PbO 분말을 도포하고 평탄한 막대기로 블록 표면부를 평탄화시켜서 잉여의 PbO 분말을 제거하였다.

그리고 상기 분말이 도포된 보로실리케이트 블록 표면을 부탄가스 토치를 이용하여 900℃에서 60초간 가열하여, 그 표면에 치밀화층을 형성하였다.

도 3은 PbO 분말을 이용하여 보로실리케이트 블록을 표면 처리한 결과를 나타내는 광학 이미지 사진으로서, (a)는 열처리된 표면 치밀화층의 상부면을, (b)는 그 단면부를 나타낸다.

도 3(a)에 나타난 바와 같이, 가열 처리에 의해 기존 노란색을 띠는 PbO ㅂ분말이 용융된 후, 다시 응고하여 기존 닫힌셀 구조의 다공성 부재 상부 표면이 고상으로 덮여 있는 것을 확인할 수 있다.

도 3(b)는 단면부의 이미지 사진으로, 노란색 점선표시부는 상부의 PbO 분말이 용융 후 응고된 부분을 나타낸 것이다. 상기와 같은 가열 처리 조건 하에서, 평균 약 730㎛정도의 두께로 치밀화층이 형성된 것을 알 수 있다. 그런데 하부의 닫힌셀 구조는 변형되지 않았으므로 표면부에만 선택적인 치밀층 형성 구조를 얻을 수 있음을 또한 확인할 수 있다.

(실시예 3)

실시예 1과 같은 보로실리케이트 블록 시편을 준비하였다.

이어, 상기 마련된 보로실리케이트 블록의 표면에, 붕사(NaB₄O₇·10H₂0)와 CaO 분말을 1:1로 혼합하여 얻어진 1g의 혼합 분말을 도포하고 평탄한 막대기로 블록 표면부를 평탄화시켜서 잉여의 혼합 분말을 제거하였다.

그리고 상기 분말이 도포된 보로실리케이트 블록의 표면을 부탄가스 토치를 이용하여 900℃에서 60초간 가열하여, 그 표면에 치밀화층을 형성하였다.

도 4는 붕사와 CaO 혼합 분말을 이용하여 보로실리케이트를 표면 처리한 결과를 나타내는 광학 이미지 사진이다.

도 4에 나타난 바와 같이, 가열 처리에 의해 CaO 분말은 용해되지 않고 잔류하지만, 가열에 의해 용융되어 응고된 붕사 분말에 의해 보로실리케이트 블록의 표면에 치밀화층이 형성되는 것을 알 수 있다.

(비교예 1)

실시예 1과 같은 보로실리케이트 블록 시편을 준비하였다.

이어, 상기 마련된 보로실리케이트 블록의 표면에, 1g의 CaO 분말을 도포하고 평탄한 막대기로 블록 표면부를 평탄화시켜서 잉여의 CaO 분말을 제거하였다.

그리고 상기 분말이 도포된 보로실리케이트 블록의 표면을 부탄가스 토치를 이용하여 900℃에서 60초간 가열하였다.

도 5에 나타난 바와 같이, CaO 분말은 용융되지 않아 보로실리케이트를 표면 에 치밀화층을 형성할 수 없음을 알 수 있다

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (6)

1. 그 내외부에 다수의 기공을 갖는 다공성 부재를 마련하는 공정;
   상기 다공성의 부재 표면에 붕사 분말, PbO 분말, 및 붕사와 CaO의 혼합 분말로 이루어진 그룹 중 선택된 하나의 분말을 도포하는 공정; 및
   상기 분말이 도포된 다공성 부재의 표면을 가열 처리함으로써 표면 치밀화층을 형성하는 공정;을 포함하는 다공성 부재의 표면처리 방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 붕사와 CaO의 혼합 분말이 이용할 경우, 붕사 대 CaO의 혼합비율이 1:1의 범위를 만족함을 특징으로 하는 다공성 부재의 표면처리 방법.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 가열 열처리 시, 가열 처리 온도를 700~950℃ 범위로 관리함이 특징으로 하는 다공성 부재의 표면처리 방법.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 부재는 실리케이트, 알루미나 및 마그네시아 중 1종 이상으로 이루어진 세라믹을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 부재의 표면처리 방법.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 부재는 보로실리케이트인 것을 특징으로 하는 다공성 부재의 표면처리 방법.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 표면 치밀화층은 10~10000㎛ 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 다공성 부재의 표면처리 방법.

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