KR20200040058A - 혼합 세라믹 분말을 성형틀에 부어넣어 생산되는 세라믹 필터 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혼합 세라믹 분말을 성형틀에 넣어 일체소결에 의해 생산되는 세라믹 필터 제조방법에 관한 것으로, 특히 탄화규소, 알루미나, 실리마나이트, 카올린, 실리카, 티타니아, 점토 및 규조토로 이루어지는 군으로부터 1 종 내지 이상 선택되는 세라믹 분말과 분말 상태의 조공제, 유기바인더, 무기바인더 각 군으로부터 1종 내지 이상의 첨가물을 혼합하여 제조한 혼합 세라믹 분말을 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀에 부어넣은 이후, 상기 혼합 세라믹 분말이 들어있는 내열성 소재의 성형틀 전체를 소결하는 것이며, 소결이후 이를 소결틀과 분리하여 소결된 세라믹 필터를 표면가공, 표면코팅 및 촉매담지, 치수절단, 조립 가공하는 등의 공정단계를 걸쳐 제품으로 완성되는 것을 특징으로 제조되는 세라믹 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 혼합 세라믹 분말을 성형틀에 넣어 일체소결에 의해 생산되는 세라믹 필터 제조방법은 별도의 성형공정이 없으며 제품생산 제조공정을 단축할 수 있어 제조비용이 저렴하고, 제조방법이 용이할 뿐만 아니라, 동시에 형상변경 및 대형필터의 생산이 용이하고, 가공이 용이하며, 내마모성, 내화학성, 내구성이 뛰어나고, 기공도 조절범위가 상대적으로 우수한 효과가 있는 것을 특징으로 하는 제조방법에 관한 것이다.
[색인어]
고온용 필터, 세라믹필터, 세라믹촉매필터.

Description

혼합 세라믹 분말을 성형틀에 부어넣어 생산되는 세라믹 필터 제조방법{ CERAMIC FILTER MANUFACTURING METHOD BY MIXED CERAMIC POWDER INJECTION MOLDING }

본 발명은 수질 및 대기오염 물질이 발생하는 공정 및 환경에서 입자상 물질을 포집하여 저감하거나 동시에 발생하는 폐가스를 촉매 기능을 추가하여 저감하는데 있어, 내화학성, 내마모성, 내구성 등이 우수한 세라믹필터 제품을 만드는 것이며, 세라믹필터에 촉매의 기능을 추가해 사용하여 동시저감하는 것을 목적으로 수질과 대기의 필요한 환경조건에서 입자상물질과 폐가스를 동시에 저감하기 위한 다양한 기능성 소재의 세라믹필터를 만드는 것에 관한 것이다.

기존의 개발된 세라믹 필터의 경우 일반적으로 세라믹 섬유(Fiber)를 이용해 튜브 형태를 진공성형이나 압축성형해서 사용하는 것이 가장 보편적인 방법이었으며, 이는 여과 효율과 배압 특성은 비교적 우수하나 제조되는 비용이 고가이고, 장시간 사용할 때 세라믹 섬유의 열화로 인해 필터의 내구성이 떨어져 여과효율이 감소할 뿐만 아니라, 필터의 재생작업에서 압축공기를 역으로 분사하여 외벽의 분진을 털어 낼 때 세라믹 섬유가 파손되고, 이렇게 파손된 세라믹 섬유는 정상운전 상황에서도 배기가스 중에 포함되어 배출되면서 2차 오염물질을 발생시키는 문제가 있다.

또한 상기 진공성형 방법 이외에도 압출성형, 프레스 성형, 정수압(hydrostatic pressure)성형, 와인딩 성형 등의 성형 방법들이 개발되고 있으나 이 경우에도 제품을 성형할 때는 금형제작 등을 필수적으로 사용하며 가압장치를 구비해야 하므로 제작비용이 증가하고 제조가 용이하지 못할 뿐만 아니라 금형의 마모가 심해 제품의 크기, 중량, 두께 등이 달라져 오차범위 내에서 연속생산에 어려운 문제점을 가지고 있다.

또한 상기 대부분의 성형방식의 경우는 가압방식에 의한 성형이후 이를 금형에서 탈형, 분리하고 제품만 소결하여 만드는 방법이므로 연속생산 공정에 어려움이 있으며, 크랙(crack)이나 파손으로 불량률이 높고, 생산성이 떨어져 제조비용이 높으며, 기능성에서 기공도가 낮고, 통기성이 떨어지며, 상대적인 필터제작 크기와 여과면적의 한계로 공정 중에 눈막힘에 의해 급격히 압력손실을 증가시키는 문제점 등이 있다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 혼합 세라믹 분말을 제조하여 다양한 형상의 내열성 소재의 성형틀에 부어넣어 내열성 소재의 성형틀 전체를 소결하여 세라믹 필터의 기본적인 형상을 만드는 것을 특징으로 제조되는 세라믹 필터 및 그 제조방법이다.

본 발명의 혼합 세라믹 분말을 성형틀에 넣어 일체소결에 의해 생산되는 세라믹 필터 제조방법은 별도의 성형공정이 없어 일반적인 세라믹필터 제품생산 제조공정을 단축하여 제작하는 것으로 성형틀 내에 투입이 가능한 세라믹 분말, 조공제, 유기바인더, 무기바인더를 혼합한 세라믹 분말을 혼합 제조하여 제공하는 것이다.

본 발명은 다양한 형태의 내열성 소재 성형틀을 선택하여 성형틀 내에 부어넣어 전체를 소결하여 세라믹 필터 형상의 깨짐이나, 변형 없이 소결을 400℃ ~ 1,600℃의 다양한 온도범위에서 선택적인 소결을 통해 오차범위 내에서 희망하는 소비자의 가격에 제공하고자 제조되는 세라믹 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 세라믹 필터를 소결공정 이후 표면가공, 표면코팅, 촉매코팅, 치수절단, 조립가공 등을 통해 주문자가 원하는 완제품으로 만들어 공정에서 사용하는 것으로 최소 공정으로 내마모성, 내화학성, 내구성이 우수하고, 기공도 조절범위 및 필터의 크기를 상대적으로 넓고, 크게 만들 수 있는 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제조비용이 저렴하고, 제조방법이 용이할 뿐만 아니라, 동시에 형상변경 및 대형필터의 생산이 용이한 세라믹 필터의 제조방법과 일정 공간 내에서 형상변경을 통하여 필터의 여과면적을 극대화 할 수 있어 집진효율 및 장치의 수명을 극대화시킬 수 있는 세라믹 필터를 제공하는 것이다.

본 발명은 혼합 세라믹 분말을 제조하고 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀에 부어넣어 성형틀 전체를 소결하여 세라믹 필터를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 내열성 소재의 성형틀로 내화학성, 내마모성, 내구성 등에 탁월한 금속소재를 사용하여 다양한 형상의 성형틀을 만들어 이를 이용해 세라믹필터를 만드는 것을 특징으로 한다.

더욱 상세하게는 별도의 성형, 건조, 탈형 등의 공정이 없이 제조가 가능한 것은 혼합 세라믹 분말을 용도별로 제공하는 것과 소결온도에 따라 제조 가능하고 다양한 형상의 세라믹 필터를 만들 수 있는 제조방법으로 제조비용이 저렴하고, 제조방법이 용이할 뿐만 아니라, 동시에 형상변경 및 대형필터의 생산이 용이하고, 내화학성, 내마모성, 내구성, 기공도 조절범위 및 대형화 하는데 상대적으로 우수한 세라믹필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 혼합 세라믹 분말을 성형틀에 넣어 일체소결에 의해 생산되는 세라믹 필터 제조방법은 세라믹 필터 제작에 있어서 별도의 성형공정 없이 최소한의 내열성 소재의 성형틀 제작으로 기존공정의 단축이 가능한 것으로 대부부의 세라믹필터 제조과정의 필수설비인, 성형설비, 가압장치 또는 진공장치 등이 필요 없음에 따라 세라믹 필터의 제작비용이 저렴하고, 제조방법이 용이할 뿐만 아니라 형상변경이 용이하고, 성형, 건조, 분리, 등으로 이어지는 소결 공정이 필요 없어 제조생산공정의 단축과 허용하는 한도 내에서 대형필터의 생산이 가능하다.

또한 가압이나 아출, 진공 공정이 없으므로 기공도, 조절범위를 상대적으로 넓게 가질 수 있고, 세라믹 필터 지지체의 밀도, 조공제의 크기 및 양에 따라 0.001 ~ 5 mm정도 범위에서 선택하여 적은 편차로 기공 크기 조절하여 제작가능하고, 50 % 이상 높은 기공율을 성형 할 수 있고, 이에 따라 제조되는 세라믹 필터는 선택 기공크기가 일정하고, 불규칙한 기공형태의 다공성 터널 구조로 세라믹 필터가 제조될 수 있다.

이 또한 본 발명은 형상 변경이 용이하며, 복잡한 형상의 제조가 용이하므로 일정 공간 내에서 필터의 여과면적을 극대화할 수 있는 세라믹 필터를 제조할 수 있다. 또한 본 발명의 세라믹 필터는 내마모성 및 내구성이 뛰어나 고온과 고압에서 사용이 가능하여 다양한 산업 공정의 환경오염 저감하는 공정에 용이하게 적용할 수 있는데 특히 각종 집진설비의 집진필터로 사용될 수 있고, 화력발전, 제철 및 제강, 용해로, 소각로, 화장로 등의 집진장치나 분진과 질소산화물이 발생하는 공정에서 하나의 장치로 동시 저감하기 위해 사용되는 핵심부품으로 사용하는 것과 디젤엔진의 배기가스, 자동차의 배기가스 등의 입자상물질과 질소산화물을 동시에 저감하기 위해 사용되는 핵심부품으로 사용하는 것과 공기정화장인 촉매담체 또는 공기청정기내의 광촉매 작용에 의한 휘발성 유기화합물(VOC 's) 제거장치 등에 사용될 수 있다.

도 1은 성형틀의 기본적인 사각 형상의 세로구조를 나타낸 사시도이다
도 2는 (a)원형과 (b)사각 가로 성형틀의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 3은 (a)원형과 (b)사각 세로 성형틀의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 4는 세라믹 필터 제조방법의 계략적인 흐름을 나타낸 공정도이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

a) ⅰ) 세라믹 분말은 탄화규소, 알루미나, 실리마나이트, 카올린, 실리카, 티타니아 및 슬래그, 규조토, 점토로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 세라믹 분말 30 내지 95 중량부를 혼합하여 제조하는 단계;

ⅱ) 조공제는 목재분말, 각 종류의 활성탄, 합성수지 분말, 활석, 나프탈렌 등으로 이루어지는 각 군으로부터 1 종 이상 선택되는 분말 3 내지 35 중량부를 혼합하여 제조하는 단계;

ⅲ) 유기바인더는 분말 상태의 메틸셀루로오즈(methylcellulose. MC), 에틸셀루로오즈(ethylcellulose. EC), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol ,PVA), 카르복시메틸셀루로오즈( carboxymehycellulose. CMC), 곡물(쌀, 밀, 옥수수 등)로 가공하여 만들어진 풀이 가루형태로 만들어져 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 분말 3 내지 60 중량부를 혼합하여 제조하는 단계;

ⅳ) 무기바인더는 각종 유약(glaze), 탄산바륨(BaCO₃), 프리트(frit), 유리 분말(Glass Powder)로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 분말 20 내지 85 중량부를 혼합하여 제조하는 단계;

b) 상기 a)단계에서 제조한 혼합 세라믹 분말을 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀에 부어넣어 진공이나 떨림으로 혼합 세라믹 분말의 밀도를 조절하여 성형 제조하는 단계;

c) 상기 b)단계에서 공정과 용도별로 혼합한 세라믹 분말을 부어넣은 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀 전체를 소결하는 단계;

d) 상기 c)단계에서 소결 이후 내열성 소재의 성형틀에서 탈형한 성형물을 분리하여 표면가공, 표면코팅, 촉매코팅, 치수절단, 조립 등의 각 공정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터의 제조방법을 제공하는 단계; 또한 본 발명은 상기 방법으로 제조된 세라믹 필터를 제공한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 세라믹 필터는 탄화규소, 알루미나, 실리마나이트, 카올린, 실리카, 티타니아, 점토 및 규조토로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 세라믹 분말과 조공제, 무기바인더, 유기바인더로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택 분말을 혼합하여 제조한 세라믹 분말을 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀에 부어넣은 이후, 상기 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀 전체를 소결하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세라믹 필터 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

a) 혼합 세라믹 분말 제조

본 단계는 ⅰ) 세라믹 분말 30 내지 95 중량부, ⅱ) 조공제 3 내지 35 중량부, ⅲ) 유기바인더 3 내지 60 중량부, ⅳ) 무기바인더 20 내지 85 중량부를 혼합하여 혼합 세라믹 분말을 제조하는 단계이다.

본 발명에 사용되는 상기 ⅰ)의 혼합 세라믹 분말은 소결 후 세라믹 필터의 기본 구조를 이루는 성분으로 세라믹 필터의 지지체 역할을 한다.

상기 세라믹 분말은 당 업계에서 사용되는 통상의 다양한 형태의 세라믹 분말을 사용할 수 있으며, 세라믹 분말은 탄화규소, 알루미나, 실리마나이트(sillimanite group, Al₂O₃·SiO₂), 카올린(kaolin group, Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O), 실리카(SiO₂), 티타니아, 슬래그, 점토 또는 규조토 등을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 알루미나, 탄화규소 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이다.

상기 세라믹 분말은 0.001 ㎛ 내지 5 mm의 다양한 입도를 가지는 성분을 사용할 수 있고, 동일한 성분과 입도를 가진 분말을 사용할 수도 있으며, 각각 다른 성분과 입도를 가지는 분말을 혼합하여 사용할 수 있음은 물론이며, 공정의 용도와 기능성에 맞게 성분과 입도인 것을 별도로 구분하거나 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 세라믹 분말의 입도가 상기 범위 내일 경우에는 세라믹 필터의 기공형성 및 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

상기 세라믹 분말은 혼합분말 조성물에 55 내지 90 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 그 함량이 상기 범위 내인 경우에는 세라믹 필터의 물리적 강도 및 형상을 유지할 수 있는 효과가 있으며, 동시에 여과효율을 현저히 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 소결시 뒤틀림 및 균열을 방지하고 세라믹 필터의 내마모성을 증대할 수 있다.

본 발명에 사용되는 상기 ⅱ)의 조공제는 소결 이후의 세라믹 필터의 기공크기와 기공형상을 조절하거나 결정하여 배기가스를 효율적으로 저감하는 기능을 담당하고 있어 블랙카본, 활성탄, 목재분말, 합성수지 분말, 소금, 나프탈렌, 또는 활석 등을 선택하여 사용할 수 있다.

상기 조공제는 다양한 입도를 가지는 성분을 사용할 수 있음은 물론이며, 특히 0.001 ㎛ 내지 5 mm의 입도인 것이 바람직하며, 조공제의 입도가 상기 범위 내일 경우에는 세라믹 필터의 적절한 기공크기와 기공형상의 조절을 통해 기능성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

상기 조공제는 소결과정에서 없어지거나 형태가 남아 비표면적을 가져 세라믹 필터의 미세기공을 형성하며, 바람직하게는 15 내지 30 중량부로 포함되는 것이다. 그 함량이 상기 범위 내인 경우에는 세라믹 필터의 기공을 더욱 효과적으로 형성할 수 있다.

본 발명에 사용되는 상기 ⅲ)의 유기바인더는 소결공정의 이전에 제품 성형에 필수인 결합을 이루는 작용을 한다.

상기 유기바인더는 분말 상태의 메틸셀루로오즈(methylcellulose. MC), 에틸셀루로오즈(ethylcellulose. EC), 카르복시메틸셀루로오즈(carbox mehyl cellulose. CMC) 및 곡물(쌀, 밀, 옥수수 등)로 가공하여 만들어진 풀이 가루형태로 만들어져 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 분말을 바람직하게는 20 내지 55 중량부로 포함되는 것이다.

그 함량이 상기 범위 내인 경우에는 혼합분말이 내열성 소재의 성형틀 내에서 성형강도와 내구성을 높여주어 효과적으로 결합시킬 수 있다.

상기와 같은 세라믹 분말, 조공제, 및 무기바인더를 동시 투입하여 혼합할 수도 있으며, 일정간격으로 순차적으로 분리 투입하여 혼합할 수도 있다.

본 발명에 사용되는 상기 ⅳ)의 무기바인더는 소결공정의 제품 성형에 필수인 결합을 이루는 작용을 한다.

상기 무기바인더는 각종 유약(glaze), 탄산바륨(BaCO₃), 프리트(frit), 유리 분말(Glass Powder)로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 무기바인더를 바람직하게는 30 내지 60 중량부로 포함되는 것이다.

프리트 분말( SiO₂ 50 내지 95 wt%, Al₂O₃ 10 내지 40 wt%, CaO 2 내지 30 wt%, NaO 3 내지 35 wt%, K₂O 3내지 35 wt%, B₂O₃ 3 내지 40 wt%, MgO 0.1 내지 10 wt%, 기타 0.01 내지 8 wt% )과 유리 분말( SiO₂ 50 내지 75 wt%, Al₂O₃ 10 내지 30 wt%, Na2O 5 내지 20 wt%, B₂O₃ 0.1 내지 15 wt%, MgO 0.1 내지 10 wt%, 기타 0.01 내지 5 wt% )은 그 함량이 상기 범위 내인 경우에는 혼합 세라믹 분말이 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀 내에서 세라믹필터의 성형강도와 내구성을 높여주어 효과적으로 결합시킬 수 있다.

b) 성형틀에 혼합 세라믹 분말 부어넣어 성형하기

본 단계는 상기 a)단계에서 혼합 세라믹 분말을 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀에 부어넣어 진동이나 떨림을 주어 충진 밀도를 제작조건에 맞추고 세라믹 필터 성형물을 만들기 위한 공정단계이다.

본 발명에 사용되는 상기 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀은 제조하고자 하는 세라믹 필터의 형상, 크기에 따라 그 형태와 크기를 달리할 수 있음은 물론이며, 다양한 형상의 내열성 소재의 성형틀의 기본적인 재질은 금속 내지 세라믹 재질이나 바람직하게는 stainless 계열의 금속을 선정하여 사용하면 고온부식 및 내열성, 내구성 등에서 성형틀의 안정적인 구조를 얻을 수 있다.

대부분 보통의 경우 성형틀의 외부틀(10)은 1개 내지 이상 분할하여 조립하고, 내부틀(20)도 1개 내지 이상 분할하고 조립이 가능한 구조로 하며, 외부틀과 내부틀 사이가 1mm이상 떨어져 있어, 그 사이에 (40)에 부어 넣어 떨림이나 진동으로 원하는 충진 밀도를 맞추어 성형틀에 혼합 세라믹 분말을 일정량 부어넣어 제조하는데 있어 성형틀의 구조는 담을 수 있거나, 파이프 형태 등의 다양한 형상으로 만들 수 있으며, 성형틀 표면에 0.1 ~ 1mm 이내의 폭으로 성형틀의 크기 내에서 길이방향으로 최대 300mm 이내에서 장홀(14)로 찢어 소결과정에서 혼합 세라믹 분말의 흘러나오지 않고, 열의 순환을 내부와 외부가 통할 수 있게 한다. 이는 최소 5mm 이상의 간격을 가지고 여러 개 가공하는 것이 바람직하다.

또한 상기 세라믹필터의 형상을 결정하는 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀은 그 적용분야에 따라 원형, 사각형, 육각형 또는 방사형 절곡 튜브 형상 등의 다양한 형상의 성형틀을 만들어 세라믹필터를 제조할 수 있다.

상기 내열성 소재의 성형틀은 혼합 세라믹 분말을 소결 공정 온도에서 형상을 유지할 수 있는 재질이면 모두 가능하며, 특히 내열성과 내마모성, 내화학성, 고온부식의 내성 등의 특성을 가진 stainless계열의 금속 내지 특수합금 금속을 적용하는 것이 보다 바람직하다.

c) 혼합 세라믹 분말을 부어넣은 성형틀 전체를 소결

본 단계는 상기 b)단계에서 제조한 혼합 세라믹 분말을 내열성 소재 성형틀에 부어넣은 공정단계 이후 이를 소결하는 단계이다.

이때, 소결 온도에 따라 혼합 세라믹 분말의 배합비율을 달리할 수 있으며, 내열성 소재 성형틀의 형상대로 변형하면서 세라믹필터 형태를 만들어 가며, 보통 소결 온도는 세라믹필터를 사용하는 온도 및 적용공정의 용도와 조공제, 유기바인더, 무기바인더의 특성과 역할에 따라 혼합 비율을 조정하여 소결 온도를 결정하며 400 ~ 1,600℃ 사이에서 온도를 선택적인 소결이 가능하도록 하고 보통 5시간 이상 소결하고 이후 성형틀과 분리하여 제품을 만드는 것이 바람직하다.

d) 세라믹필터 소결물 가공 및 기능성 추가 공정

본 단계는 상기 c)단계에서 소결된 내열성 소재 성형틀에서 세라믹 필터를 분리이후 이를 표면가공, 표면코팅, 촉매코팅, 치수절단, 조립 등의 공정을 통하여 완성하는 단계이다.

상기 소결이후 성형틀에서 세라믹 필터를 분리하고 기능성을 향상시키기 위하여 상기 c)단계에서 소결된 세라믹 필터 내부 또는 외부에 기능성 물질을 추가로 도포한 이후, 건조하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 기능성 물질의 도포는 상기 기능성 물질과 세라믹 필터 간에 적절한 결합이 이루어질 수 있는 공지의 다양한 코팅방법을 적용할 수 있음은 물론이며, 특히 기능성 물질의 도포, 스프레이, 침적 후 에는 건조 단계 내지 소결단계를 더 포함하도록 할 수 있다.

상기 기능성 물질은 제올라이트, 백금, 팔라듐, 로듐, 은, 바나듐, 텅스텐, TiO₂, 또는 ZnO, Mn 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 세라믹 필터의 내부 또는 외부에 도포되는 기능성 물질은 세라믹 필터의 내부 및 외부를 동일한 성분으로 코팅할 수도 있고, 내부와 외부의 성분을 달리하여 코팅할 수도 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시 예를 제시하나, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1

혼합기에 알루미나(Al₂O₃) 50 ~ 80 중량부, 조공제 20 ~ 30 중량부, 유기바인더 15 ~ 40 중량부, 무기바인더 20 ~ 45 중량부를 첨가하여 혼합기에서 1 시간 이상 혼합하여 혼합 세라믹 분말을 제조하였다.

상기 제조한 혼합 세라믹 분말을 금속성형틀 재질로 stainless계열을 사용해 크기는 원형으로 외부틀(내부지름 150mm), 내부틀(외부지름 130mm), 길이(600mm)로 외부를의 내벽과 내부틀의 외벽에 이형제를 코팅하거나 이형 역할이 가능한 고분자 막을 붙이고 사이가 약 10mm 미만 떨어져 있는 공간 내에 부어넣으면서 진동과 떨림을 주어 밀도를 높이거나 줄여 원하는 밀도를 조절할 수 있으며, 충진 밀도를 용도에 맞게 조절하여 강도와 기공율, 기공경과 내화학성, 내마모성, 내구성 등의 성능을 갖는 기본적인 세라믹필터 형상을 얻으려고 제조하였다.

이후 혼합 세라믹 분말을 부어넣은 금속성형틀 전체를 전기로에서 800℃ ~ 1,200℃에서 10시간 이상 소결을 통해 세라믹필터를 제조하였다.

특히 소결온도와 소결시간은 사용공정과 용도 등의 조건 및 상황에 따라 혼합 세라믹 분말의 배합비율에 따라 범의 내에서 선택적으로 결정하여 소결하는 것이 바람직하다.

이후 공지의 다양한 기능성 추가 공정을 통해 필터표면에 SiC 미분을 코팅하여 기공을 조절하거나, SCR 촉매를 코팅하거나 담지하여 기능성을 갖는 세라믹촉매필터를 제조하였다.

실시예 2

상기 실시예 1에서 알루미나를 대신하여 탄화규소(SiC)를 사용한 것과 조공제나 유기바인더 투입을 공정 선택에 따라 뺀 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 세라믹 필터를 제조하였다.

실시예 3

상기 실시예 1에서 알루미나(Al₂O₃) 중량부를 대신하여 알루미나 40 중량부 및 탄화규소(SiC) 40 중량부를 함께 사용한 것을 제외하는 것과 혼합 세라믹 분말을 금속성형틀에 넣어 800℃ 미만에서 소결을 통해 실시한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 세라믹 필터를 제조하였다.

실시예 4

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 도 1과 도 2와 도 3에 나타낸 바와 같은 금속성형틀과 이외 다양한 형상의 내열성 소재의 성형틀을 이용하여 세라믹 필터를 제조한 것 외에는 기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 세라믹 필터를 제조하였다.

10 외부틀(반쪽) 30 중앙위치 고정 핀
14 열 순환 장홀 32 본체체결 핀 내지 체결 띠
20 내부틀 34 바닦판 내지 본체 고정판
22 높이 조절 및 고정 핀 36 체결 홀
40 혼합 세라믹 분말 투입구

Claims (12)

1. a)ⅰ) 세라믹 분말은 탄화규소, 알루미나, 실리마나이트, 카올린, 실리카, 티타니아 및 슬래그, 규조토, 점토로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 세라믹 분말 30 내지 95 중량부;
   ⅱ) 조공제는 목재분말, 각 종류의 활성탄, 합성수지 분말, 활석, 나프탈렌 등으로 이루어지는 각 군으로부터 1 종 이상 선택되는 분말 3 내지 35 중량부;
   ⅲ) 유기바인더는 분말 상태의 메틸셀루로오즈(methylcellulose. MC), 에틸셀루로오즈(ethylcellulose. EC), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol ,PVA), 카르복시메틸셀루로오즈( carboxmehylcellulose. CMC) 및 가루 풀, 폴리머 분말 등으로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 분말 3 내지 60 중량부를 혼합하여 제조하는 단계;
   ⅳ) 무기바인더는 각종 유약(glaze), 탄산바륨(BaCO₃), 프리트(frit), 유리 분말(Glass Powder)로 이루어지는 군으로부터 1종 내지 이상 선택되는 분말 20 내지 85 중량부를 혼합하여 제조하는 단계;
   b) 상기 a)단계에서 제조한 혼합 세라믹 분말을 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀에 부어넣어 진동이나 떨림으로 혼합세라믹 분말의 밀도를 조절하여 성형하는 공정단계;
   c) 상기 b)단계에서 공정과 용도별로 혼합한 세라믹 분말을 부어넣은 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀 전체를 소결하는 단계;
   d) 상기 c)단계에서 소결 이후 내열성 소재의 성형틀에서 분리 내지 탈형한 성형물을 표면가공, 표면코팅, 촉매코팅, 치수절단, 조립 등의 각 공정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 a)단계의 ⅰ) 세라믹 분말이 알루미나, 탄화규소, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 세라믹 필터의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 a)단계의 ⅱ) 조공제 조공제가 탄소, 활성탄, 목재분말, 합성수지 분말, 소금, 나프탈렌, 및 활석으로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 a)단계의 ⅲ) 유기바인더는 분말 상태의 메틸셀루로오즈(methylcellulose. MC), 에틸셀루로오즈(ethylcellulose. EC), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol ,PVA), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol ,PVA), 카르복시메틸셀루로오즈( carboxmehyl cellulose. CMC) 및 가루 풀, 폴리머 분말 등으로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 a)단계의 ⅳ) 무기바인더는 각종 유약(glaze), 탄산바륨(BaCO₃), 프리트(frit), 유리 분말(Glass Powder)로 이루어지는 군으로부터 1종 내지 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 b) 단계는 a)단계에서 제조한 혼합 세라믹 분말을 다양한 형상의 스텐레스( stainless )계열 금속성형틀 내지 내열성 소재 성형틀에 일정량을 부어넣어 진동, 떨림 등의 공정을 통해 원하는 충진 밀도를 가지는 것을 특징으로 제조하는 세라믹필터의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 c) 단계는 b)단계에서 혼합 세라믹 분말을 부어넣은 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀 전체를 소결하는 공정을 특징으로 하는 세라믹필터의 제조방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 d) 단계는 c)단계에서 소결 이후 내열성 소재의성형틀에서 분리 및 탈형한 성형물을 표면가공, 표면코팅, 촉매코팅, 치수절단, 조립 등의 각 공정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹필터의 제조방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 b)단계의 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀은 도1, 도2, 도3 과 같은 기본적인 구조를 가지고 원형튜브 형상, 방사형 절곡 튜브 형상, 또는 사각, 오각, 육각 등의 다각의 튜브형상 및 판상 등의 각 다양한 형태의 성형틀은 내부틀과 외부틀의 사이가 1mm 이상의 간격을 선택적으로 갖는 것을 특징으로 하는 세라믹필터의 제조방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 a), b), c), d)단계의 구성 내용과 실시 예를 포함하고, 이를 이용한 어느 하나의 제조방법만 선택하여 제조되는 것과 이를 400 ~ 550℃와 550 ~ 700℃와 700 ~ 800℃와 800 ~ 950℃와 950 ~ 1,050℃와 1,050 ~ 1,300℃와 1,300 ~ 1,600℃사이에서 각 소결온도를 결정하여 사용하는 공정과 용도에 맞게 기공 및 강도의 특성을 얻는 것을 특징으로 하는 세라믹필터의 제조 방법.
11. 발명의 구성 내용과 실시 예를 포함하고, 도 1, 도 2, 도 3의 내용과 도 4의 공정을 이용한 성형물의 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터 제조방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터.

Images