KR20200040339A

KR20200040339A - 혼합 세라믹 슬러리를 성형틀에 부어넣어 생산되는 세라믹 필터 제조방법

Info

Publication number: KR20200040339A
Application number: KR1020180119849A
Authority: KR
Inventors: 아모스 훈 김; 신현경; 김기호
Original assignee: 아모스 훈 김
Priority date: 2018-10-08
Filing date: 2018-10-08
Publication date: 2020-04-20

Abstract

본 발명은 혼합 세라믹 슬러리를 성형틀에 넣어 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 조공제, 유기바인더, 무기바인더로 이루어지는 각 군으로부터 1종 내지 이상 선택되는 첨가물을 혼합하여 제조한 슬러리를 다양한 형상의 성형틀에 부어 넣어 성형한 이후, 상기 성형된 성형물을 건조하여 치수절단, 표면가공, 표면코팅, 촉매코팅, 조립하는 등의 공정을 통행 제품을 만드는 것과 다양한 형상의 내열성 소재의 성형틀에 혼합 세라믹 슬러리를 부어넣어 이를 건조하고 성형틀 전체를 소결로에서 소결하는 것으로 이후 분리한 세라믹 필터를 치수절단, 표면코팅, 촉매코팅, 가공, 조립하는 것을 특징으로 제조되는 세라믹 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 혼합 세라믹 슬러리를 성형틀에 넣어 생산되는 세라믹 필터 제조방법은 적용 공정의 저온과 고온에서 내화학성, 내마모성, 내구성 등의 특성을 가지고 필터의 기능을 사용가능하며, 건조 이후 최소의 가공으로 제품을 만들거나 상대적으로 낮은 온도에서 소결하여 제품의 생산량을 높일 수 있어 제조비용이 저렴하고, 제조방법이 용이할 뿐만 아니라, 동시에 형상변경 및 대형필터의 생산이 용이하고, 가공이 용이하며 내화학성, 내마모성, 내구성이 뛰어나고, 기공도 조절범위가 상대적으로 우수한 효과가 있다.
[색인어]
고온용 필터, 세라믹필터, 세라믹촉매필터.

Description

혼합 세라믹 슬러리를 성형틀에 부어넣어 생산되는 세라믹 필터 제조방법{ CERAMIC FILTER MANUFACTURING METHOD BY MIXED CERAMIC SLURRY 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, 진공성형 공정의 경우는 진공박스 및 진공펌프의 제조에 많은 비용이 소요되며, 진공박스의 크기제한에 따라 제작할 수 있는 세라믹 필터의 크기가 결정되어 대형 세라믹 필터는 제조하지 못하는 문제가 있으며, 마모가 심한 세라믹 분말소재의 특성에 따른 일정 생산량마다 금형을 교체해야함으로 오차범위 내의 연속생산에 어려운 문제점을 가지고 있으며, 높은 고정비로 생산단가가 높은 문제점이 있다.

또한 상기 진공성형 방법 이외에도 압출성형, 프레스 성형, 정수압(hydrostatic pressure)성형 등의 압축성형 방법들이 개발되고 있으나 이 경우에도 제품을 성형할 때는 금형제작 및 사용하는 것이 필수적이며, 가압장치를 구비해야 하므로 제작비용이 증가하고 제조가 용이하지 못할 뿐만 아니라 금형이 결정되면 제작형상의 변경이 어려워 대형필터의 연속생산이 어려운 문제점을 가진다. 또한 상기 성형방식의 경우는 대부분 가압방식에 의한 성형이므로 금형에서 탈형, 분리하고 제품만 소결하여 만드는 방법이므로 크랙(crack)이나 파손으로 불량률이 높은 문제점도 있다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자, 종래의 제조방법은 대부분의 성형공정에서 성형이후 건조하여 분리하고 이를 소결로에서 소결하여 제품을 제조하여 만들고 있으나 본 발명은 유기 및 무기바인더의 특성을 이용한 혼합 세라믹 슬러리를 제조하여 다양한 형상의 성형틀에 부어넣어 건조이후 분리하여 바로 각 산업공정에서 사용가능한 제품으로 만드는 제조방법과 이를 건조이후 분리 없이 내열성 소재의 성형틀 전체를 소결하여 제조하는 것을 특징으로 제조되는 세라믹 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 세라믹 분말, 조공제, 유기바인더, 무기바인더를 혼합한 세라믹 슬러리를 제조하여 다양한 형태의 소재로 만들어진 성형틀에 부어넣어 건조하고 이후 분리하여 가공, 표면코팅, 촉매담지, 치수절단 등을 하거나 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀 전체를 소결하여 최소 공정으로 내마모성, 내화학성, 내구성이 우수하고, 기공도 조절범위 및 필터의 크기를 상대적으로 넓고, 크게 만들 수 있으며, 세라믹 필터를 소결공정 이후 표면가공, 표면코팅, 치수절단, 조립가공 등을 통해 주문자가 원하는 완제품으로 만들어 사용하는 것으로 세라믹 필터 형상의 깨짐이나, 변형 없이 건조는 5℃ ~ 250℃ 사이에서 하고, 소결을 200℃ ~ 1,600℃ 사이의 다양한 온도범위에서 공정에 맞게 적용될 세라믹 필터의 용도에 맞게 선택적 건조와 소결을 통해 제조되는 세라믹 필터를 제공하는 것을 목적으로 하기에 혼합 세라믹 슬러리의 제조배합 특성과 다양한 소재의 성형틀을 선정하고 만들어 이를 이용하여 만드는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 제조비용이 저렴하고, 제조방법이 용이할 뿐만 아니라, 동시에 형상변경 및 대형필터의 생산이 용이한 세라믹 필터의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 일정 공간 내에서 형상변경을 통하여 필터의 여과면적을 극대화할 수 있어 집진효율을 극대화시킬 수 있는 세라믹 필터를 제공하는 것이다.

본 발명은 혼합 세라믹 슬러리를 제조하여 성형틀에 넣어 생산되는 세라믹 필터 제조방법에 관한 것으로, 특히 성형틀의 건조이후 성형물과 분리가 잘 되는 소재 이거나 내열성 소재의 성형틀로 내화학성, 내마모성, 내구성 등에 탁월한 금속소재를 사용하여 다양한 형상의 성형틀을 이용해 세라믹필터를 만드는 것을 특징으로 한다.

더욱 상세하게는 상대적으로 간단한 성형공정과 일반적인 열풍건조 및 선택적인 소결로의 온도에서 소결를 통해 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 저온용 세라믹필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 혼합 세라믹 슬러리를 성형틀에 넣어 생산되는 세라믹 필터 제조방법은 세라믹 필터의 제작에 별도의 고가의 금형제작이 필요 없고 가압장치 또는 진공장치가 필요 없음에 따라 세라믹 필터의 제작비용이 저렴하고, 제조방법이 용이할 뿐만 아니라 형상변경이 용이하고, 소결 공정이 필요 없어 허용하는 한도 내에서 대형필터의 생산이 가능하다. 또한 가압이나 진공 공정이 없으므로 기공도 조절범위를 상대적으로 넓게 가질 수 있고, 담지체의 밀도, 조공제의 크기 및 양에 따라 0.001 내지 5 mm 범위에서 선택하여 적은 편차로 기공 크기 조절하여 제작가능하고, 50 % 이상 높은 기공율을 성형 할 수 있고, 이에 따라 제조되는 저온용 세라믹 필터는 저중량의 다공성 구조로 세라믹필터가 제조될 수 있다.

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 고압에서 사용이 가능하여 다양한 산업 공정의 후처리 공정에 용이하게 적용할 수 있다.

특히 본 발명은 상기와 같이 제조된 저온용 세라믹 필터를 제공하는 바, 본 발명의 세라믹 필터는 각종 집진설비의 집진필터로 사용될 수 있고, 특히 소각로, 화장터의 집진장치, 엔진 배기가스의 집진장치, 자동차 배기가스의 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 사각(b) 가로 성형틀의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 3은 (a)원형과 사각(b) 세로 성형틀의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 4는 세라믹 필터 제조방법의 계략적인 흐름을 나타낸 공정도이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

a) i ) 세라믹은 탄화규소, 알루미나, 실리마나이트, 카올린, 실리카, 티타니아 및 슬래그, 규조토, 점토로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 세라믹 35 내지 96 중량부를 혼합하여 제조하는 단계;

ⅱ) 조공제는 각 종류의 활성탄, 합성수지 분말, 활석, 나프탈렌 등으로 이루어지는 각 군으로부터 1 종 이상 선택되는 조공제 6 내지 42 중량부를 혼합하여 제조하는 단계;

ⅲ) 유기바인더는 메틸셀루로오즈(methylcellulose. MC), 에틸셀루로오즈(ethylcellulose. EC), 폴리비닐알콜(poiyvinyl alcohol ,PVA), 카르복시메틸셀루로오즈( carboxymehylcellulose. CMC), 곡물(쌀, 밀, 옥수수 등)로 가공하여 만들어진 풀이 가루형태로 만들어져 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 유기바인더 4 내지 74 중량부를 혼합 제조하는 단계;

iv) 무기바인더 A는 각종 유약(glaze), 탄산바륨(BaCO₃), 프리트(frit), 유리 분말(Glass Powder)로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 분말 9 내지 76 중량부를 혼합하여 세라믹 슬러리를 제조하여 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀에 부어넣어 건조이후 성형틀 전체를 소결하여 제조하는 공정단계; 및

무기바인더 B는 기경성 시멘트(석회, 로로질 석회, 석고, 마그네시아 시멘트 등), 수경성 시멘트(단미시멘트, 혼합시멘트, 특수시멘트), 단미시멘트(포틀랜트 시멘트 종류, 수경성 석회, 천연시멘트, 로만시멘트), 혼합시멘트(고로슬래그시멘트, 프라이애쉬시멘트, 포틀랜트 포졸란시멘트), 특수시멘트(백색 포틀랜드시멘트, 단열시멘트, 팽차성수경시 멘트, 메이슨리시멘트, 초조강 시멘트, 초속경시멘트, 실리카 시멘트, 알루미나 시멘트, 바통시멘트, 유정시멘트, 타일 시멘트) 등으로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 시멘트 20 내지 84 중량부를 혼합하여 세라믹 슬러리를 제조하여 다양한 소재로 다양한 형상으로 만든 성형틀에 부어넣어 건조이후 성형틀에서 분리하여 기타 가공, 표면코팅, 촉매담지, 치수절단 등의 공정을 통해 제조하는 공정단계;

b) 상기 a)단계에서 무기바인더 A와 무기바인더 B를 선택하여 제조한 혼합 세라믹 슬러리를 다양한 소재로 다양한 형상의 성형틀에 부어넣어 제조하는 단계;

c) 상기 b)단계에서 혼합 세라믹 슬러리를 부어넣은 다양한 형상의 소재로 만들어진 성형틀 전체를 건조하는 단계;

d) 상기 c)단계이후 다양한 형상의 소재의 성형틀에 들어가 건조 이후에 분리하여 가공을 통해 기본제품을 얻을 수 있은 제조단계;

e) 상기 c)단계이후 혼합 세라믹 슬러리를 부어넣은 다양한 형상의 소재로 만들어진 성형틀을 내열성 소재 내지는 금속성형틀로 만들고 전체를 건조이후 소결하여 기본제품을 얻을 수 있은 제조단계;

f) 상기 d)단계에서 건조이후 탈형한 성형물이나 e)단계에서 건조이후 소결된 성형물을 분리하여 기능성 촉매코팅, 표면코팅, 치수절단, 조립 등의 각 가공하는 단계를 특징으로 포함하여 세라믹필터의 제조방법을 제공하는 단계;

g) 상기 e)단계나 f)단계에서 건조나 소결된 성형물을 기능성 코팅, 치수절단, 각 가공하는 단계에서 제품을 구성에 맞는 구조물을 조립하고 이를 품질 검사하고 포장하여 상품화하는 것을 특징으로 하는 세라믹필터의 제조방법을 제공한다.

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 분말, 조공제, 유기바인더와 무기바인더는 용도에 따라 무기바인더 A와 무기바인더 B를 선택하여 혼합하고 제조한 세라믹 슬러리를 다양한 소재로 다양한 형상으로 만든 성형틀에 부어넣어 건조이후, 상기 성형된 성형물을 분리하여 제조되는 것과 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀에 부어넣어 건조이후 성형틀 전체를 소결하는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터 제조방법이다.

본 발명의 저온용 세라믹 필터 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

a) 혼합 세라믹 슬러리 제조

본 단계는 i ) 세라믹 분말 35 내지 96 중량부, ⅱ) 조공제 6 내지 42 중량부, ⅲ) 유기바인더는 4 내지 74 중량부, iv) 무기바인더 9 내지 76 중량부 및 선택되는 시멘트 군으로부터 20 내지 84 중량부를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계이다.

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

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

상기 세라믹 분말은 다양한 입도를 사용할 수 있고, 일정성분이 동일한 입도를 가질 수도 있고, 각각 다른 입도를 가지는 동일성분이거나 다른 성분을 혼합하여 사용할 수 있음은 물론이며, 특히 0.001 ㎛ 내지 5 mm의 입도인 것이 바람직하다. 상기 세라믹 분말의 입도가 상기 범위 내일 경우에는 세라믹 필터의 기공형성 및 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

상기 세라믹 분말은 슬러리 조성물에 65 내지 95 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, 건조시 뒤틀림 및 균열을 방지하고 세라믹 필터의 내마모성을 증대할 수 있다.

본 발명에 사용되는 상기 ⅱ)의 조공제는 건조후의 세라믹 필터의 기공을 형성 및 배가스, 악취 흡착하는 작용을 한다.

상기 조공제는 카본(탄소), 활성탄, 목재분말, 합성수지 분말, 소금, 나프탈렌, 또는 활석 등을 사용할 수 있다.

상기 조공제는 다양한 입도를 가지는 성분을 사용할 수 있음은 물론이며, 특히 0.001 ㎛ 내지 3 mm의 입도인 것이 바람직하다. 상기 조공제의 입도가 상기 범위 내일 경우에는 세라믹 필터의 적절한 크기의 기공형성 및 기능성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

상기 조공제는 건조과정에서 없어지거나 작아져 세라믹 필터의 기공을 형성하며, 그 함량은 슬러리 조성물에 15 내지 24 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 그 함량이 상기 범위 내인 경우에는 건조시 세라믹 필터의 기공을 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), 폴리비닐알콜 (polyvinyl alcohol ,PVA) 및 곡물(쌀, 밀, 옥수수 등)로 가공하여 만들어진 풀로 만들어져 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 유기바인더 10 내지 80 중량부로 포함되는 것이다. 그 함량이 상기 범위 내인 경우에는 혼합분말이 금속성형틀 내에서 성형강도와 내구성을 높여주어 효과적으로 결합시킬 수 있다.

본 발명에 사용되는 상기 iv)의 무기바인더는 슬러리와 담지체의 결합을 이루는 작용을 한다.

상기 무기바인더 A는 각종 유약(glaze), 탄산바륨(BaCO₃), 프리트(frit), 유리 분말(Glass Powder)로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 무기바인더를 바람직하게는 20 내지 50 중량부로 포함되며, 특히 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%, Al₂O₃10 내지 30 wt%, Na20 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 혼합분말이 내열성 소재의 성형틀 내에서 세라믹필터의 성형강도와 내구성을 높여주어 효과적으로 결합시킬 수 있다.

또한 무기바인더 B로 사용되는 시멘트 종류로 기경성 시멘트(석회, 로로질 석회, 석고, 마그네시아 시멘트 등), 수경성 시멘트(단미시멘트, 혼합시멘트, 특수시멘트), 단미시멘트(포틀랜트 시멘트 종류, 수경성 석회, 천연시멘트, 로만시멘트), 혼합시멘트(고로슬래그시멘트, 프라이애쉬시멘트, 포틀랜트 포졸란시멘트), 특수시멘트(백색 포틀랜드시멘트, 단열시멘트, 팽차성수경시멘트, 메이슨리시멘트, 초조강 시멘트, 초속경시멘트, 실리카 시멘트, 알루미나 시멘트, 바통시멘트, 유정시멘트, 타일 시멘트)로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 시멘트 무기바인더 10 내지 80 중량부를 혼합하여 슬러리를 제조하는 것이 바람직하다. 그 함량이 상기 범위 내인 경우에는 슬러리와 담지체를 효과적으로 결합시킬 수 있는 효과가 있다.

b) 다양한 소재를 형상으로 만든 성형틀에 부어넣기

본 단계는 상기 a)단계에서 제조된 슬러리를 다양한 형상과 소재의 성형틀에 부어넣어 제조하는 단계이다.

본 발명에 사용되는 상기 다양한 형상과 소재의 성형틀은 제조하고자 하는 세라믹 필터의 크기에 따라 그 크기를 달리할 수 있음은 물론이다.

상기 성형특은 슬러리를 부어 넣을 수 있는 그릇 형태의 기본구조인 것은 모두 사용 가능하며, 특히 나무, 플라스틱, 고분자 화합물, 다양한 소재의 금속 등을 포함하고 있으며, 성형틀 소재의 선택적 적용을 통해 공정의 용이성을 보다 바람직하게 활용할 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.

상기 슬러리를 부어 넣는 성형틀은 목적에 따라 원하는 형태대로 다양하게 성형할 수 있음은 물론이며, 특히, 원형튜브, 방사형 절곡튜브, 또는 사각튜브 형태의 성형틀 내부에 그 형상과 용도에 맞게 내부틀을 넣을 수 있으며 외부틀과 내부틀 사이에 혼합한 세라믹 슬러리를 부어넣어 이를 공지기술로 건조하는 등으로 원형튜브 형상, 방사형 튜브 형상, 또는 사각튜브형상 등으로 성형할 수 있다.

또한 상기 성형틀에 혼합 세라믹 슬러리가 밀착 결합하는 경우에 건조이후 성형틀과 성형제품의 분리가 잘되게 유도하기 위하여 성형제품과 성형틀 사이에 이형제 내지 탈형 필름을 추가할 수 있다. 상기 이형제 내지 탈형 필름에는 바람직하게는 고무, 우레탄 수지, PE, PET, PP, PVC, ABS, 프라스틱 등을 포함하는 합성수지 또는 에폭시 수지 등을 재질로 하는 수지필름이나 액상이나 크라프트지와 같은 종이필름을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 이형 역할을 하는 액상을 성형틀에 코팅하여 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

c) 다양한 소재 및 형상의 성형틀 건조

본 단계는 상기 b)단계에서 제조한 혼합 세라믹 슬러리를 부어넣은 성형틀을 건조하는 단계이다. 이때, 건조는 성형물의 형상 및 변형을 방지하고 고정하는 공정단계이다.

상기 건조는 공지기술을 포함하며, 자연건조, 열풍건조, 일광건조, 또는 응달건조 등의 방법을 이용하여 실시할 수 있으며, 특히 건조시간의 단축 및 성형물의 변형 방지와 크랙이 발생하지 않도록 적외선 건조를 실시하는 것이 바람직하나, 일반적인 열풍건조를 기준으로 10 ~ 250℃ 사이에서 건조하는 것이 바람직하다.

d) 건조이후 분리 및 기타 가공 공정단계

본 단계는 상기 c)단계에서 건조된 성형물을 분리 가공하는 공정단계이다. 상기 성형물은 건조이후 성형틀을 분리하고 건조로 내지 그늘에서 필터의 성형강도가 충분할 정도의 2 내지 3일 이상의 최대 시간으로 건조 시킨다. 또한 본 발명의 세라믹 필터는 세라믹 필터의 기능성을 향상시키기 위하여 상기 (c)건조된 세라믹 필터 내부 또는 외부에 기능성 물질을 추가로 도포한 후, 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 단계를 더 포함하도록 할 수 있다.

e) 슬러리를 부어넣은 내열성 소재 성형틀 전체를 소결

본 단계는 상기 b)단계에서 제조한 혼합 세라믹 슬러리를 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀에 부어넣은 공정단계 이후 c)단계의 성형틀 건조 공정을 거쳐 이를 소결하는 공정단계이다. 이때, 소결 온도에 따라 혼합 세라믹 슬러리가 들어 있는 내열성 소재 성형틀의 형상대로 소결되면서 세라믹 필터 형태가 만들어 지며, 보통 소결하는 온도는 세라믹 필터 용도와 사용하는 공정에 따라 조공제, 유기바인더, 무기바인더의 역할과 혼합비율에 따라 만들어지는 상기 혼합 세라믹 슬러리를 제조하여 소결온도를 결정하며 400 ~ 1,600℃ 사이에서 선택하여 5시간 이상 소결하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명에 따른 세라믹 필터 제조방법은 제조비용이 저렴하고, 제조방법이 용이할 뿐만 아니라, 동시에 형상변경 및 대형필터의 생산이 용이하고, 내마모성, 내열성, 및 기공도 조절범위가 상대적으로 우수한 장점이 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 물 10 ~ 70 중량부를 첨가하고, 여기에 알루미나(Al₂O₃) 40 ~ 60 중량부, 조공제 10 ~ 30 중량부 및 무기바인더 A 40 ~ 60 중량부를 첨가하여 혼합기에서 1 시간 이상 혼합하여 세라믹 슬러리를 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 높여 입장하여 용도에 맞게 조절하여 강도와 기공율, 기공경을 가지고 내화학성, 내마모성, 내구성 등의 성능을 갖는 기본적인 세라믹 필터를 얻으려고 금속성형틀 전체를 건조하는데 30 ~ 100 ℃의 온도에서 10 시간 동안 열풍건조 하였다.

상기 혼합 세라믹 슬러리를 부어넣어 건조된 금속성형틀 전체를 700 ~ 1400 ℃의 온도 범위에서 선택 소결하고 소결이후 성형물을 분리하여 표면코팅, 촉매코팅, 치수제단 등과 품질검사 공정을 통하여 가격경쟁력 있는 세라믹 필터 제조를 완성하였다.

실시예 2

혼합기에 물 10 ~ 70 중량부를 첨가하고, 여기에 알루미나(Al₂O₃) 40 ~ 60 중량부, 조공제 10 ~ 30 중량부 및 무기바인더 B 40 ~ 60 중량부를 첨가하여 혼합기에서 1 시간 이상 혼합하여 세라믹 슬러리를 제조하였다.

상기 제조한 혼합 세라믹 분말을 플라스틱 소재 성형틀을 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 높여 입장하여 용도에 맞게 조절하여 강도와 기공율, 기공경을 가지고 내화학성, 내마모성, 내구성 등의 성능을 갖는 기본적인 세라믹 필터를 얻으려고 플라스틱 성형틀 전체를 건조하는데 30 ~ 100 ℃의 온도에서 10 시간 동안 열풍건조 하였다.

상기 건조이후 플라스틱 성형틀과 성형물을 분리하여 표면코팅, 촉매코팅, 치수제단 등과 품질검사 공정을 통하여 200℃ 미만 저온에서 사용가능한 가격경쟁력 있는 세라믹 필터 제조를 완성하였다.

실시예 2

상기 실시예 1에서 금속성형틀 전체를 건조이후 이를 분리하지 않고 소결로에서 금속성형틀 전체를 400 ~ 1600 ℃ 사이에서 소결하는 것 외에는 동일한 방법으로 실시하며 소결이후 기본적인 세라믹 필터를 만드는 것을 특징으로 제조하는 방법이다.

상기 소결이후 성형틀에서 금속성형틀과 소결물을 분리하여 표면코팅, 촉매코팅, 치수제단 등과 품질검사 공정을 통하여 750℃ 미만 고온에서 사용가능한 가격경쟁력 있는 세라믹 필터의 제조를 완성하였다.

실시예 3

상기 실시예 1과 2에서 알루미나(Al₂O₃) 중량부를 대신하여 알루미나 25 중량부 및 탄화규소(SiC) 25 중량부를 함께 사용한 것과 조공제 투입하고 건조된 성형물을 500℃ 미만의 저온 소결을 통해 실시한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 2와 동일한 방법으로 실시하여 세라믹 필터를 제조하였다.

실시예 4

상기 실시예 1과 2에서 원형튜브 형태의 금속성형틀과 플라스틱 성형틀을 대신하여 사각 내지 육각 구조의 튜브형태를 금속성형틀로 사용하여 실시예 1과 2와 같이 동일한 방법으로 실시하여 세라믹 필터를 제조하였다.

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

Claims

a) i ) 세라믹은 탄화규소, 알루미나, 실리마나이트, 카올린, 실리카, 티타니아 및 슬래그, 규조토, 점토로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 세라믹 35 내지 96 중량부를 혼합하여 제조하는 단계;
ⅱ) 조공제는 각 종류의 활성탄, 합성수지 분말, 활석, 나프탈렌 등으로 이루어지는 각 군으로부터 1 종 이상 선택되는 조공제 6 내지 42 중량부를 혼합하여 제조하는 단계;
ⅲ) 유기바인더는 메틸셀루로오즈(methylcellulose. MC), 에틸셀루로오즈(ethylcellulose. EC), 폴리비닐알콜(poiyvinyl alcohol ,PVA), 카르복시메틸셀루로오즈( carboxymehylcellulose. CMC), 곡물(쌀, 밀, 옥수수 등)로 가공하여 만들어진 풀이 가루형태로 만들어져 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 유기바인더 4 내지 74 중량부를 혼합 제조하는 단계;
iv) 무기바인더 A는 각종 유약(glaze), 탄산바륨(BaCO₃), 프리트(frit), 유리 분말(Glass Powder)로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 분말 9 내지 76 중량부를 혼합하여 세라믹 슬러리를 제조하여 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀에 부어넣어 건조이후 성형틀 전체를 소결하여 제조하는 공정단계; 및
무기바인더 B는 기경성 시멘트(석회, 로로질 석회, 석고, 마그네시아 시멘트 등), 수경성 시멘트(단미시멘트, 혼합시멘트, 특수시멘트), 단미시멘트(포틀랜트 시멘트 종류, 수경성 석회, 천연시멘트, 로만시멘트), 혼합시멘트(고로슬래그시멘트, 프라이애쉬시멘트, 포틀랜트 포졸란시멘트), 특수시멘트(백색 포틀랜드시멘트, 단열시멘트, 팽차성수경시 멘트, 메이슨리시멘트, 초조강 시멘트, 초속경시멘트, 실리카 시멘트, 알루미나 시멘트, 바통시멘트, 유정시멘트, 타일 시멘트) 등으로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 시멘트 20 내지 84 중량부를 혼합하여 세라믹 슬러리를 제조하여 다양한 소재로 다양한 형상으로 만든 성형틀에 부어넣어 건조이후 성형틀에서 분리하여 기타 가공, 표면코팅, 촉매담지, 치수절단 등의 공정을 통해 제조하는 공정단계;
b) 상기 a)단계에서 무기바인더 A와 무기바인더 B를 선택하여 제조한 혼합 세라믹 슬러리를 다양한 소재로 다양한 형상의 성형틀에 부어넣어 제조하는 단계;
c) 상기 b)단계에서 혼합 세라믹 슬러리를 부어넣은 다양한 형상의 소재로 만들어진 성형틀 전체를 건조하는 단계;
d) 상기 c)단계이후 다양한 형상의 소재의 성형틀에 들어가 건조 이후에 분리하여 가공을 통해 기본제품을 얻을 수 있은 제조단계;
e) 상기 c)단계이후 혼합 세라믹 슬러리를 부어넣은 다양한 형상의 소재로 만들어진 성형틀을 내열성 소재 내지는 금속성형틀로 만들고 전체를 건조이후 소결하여 기본제품을 얻을 수 있은 제조단계;
f) 상기 d)단계에서 건조이후 탈형한 성형물이나 e)단계에서 건조이후 소결된 성형물을 분리하여 기능성 촉매코팅, 표면코팅, 치수절단, 조립 등의 각 가공하는 단계를 특징으로 포함하여 세라믹필터의 제조방법을 제공하는 단계;
g) 상기 e)단계나 f)단계에서 건조나 소결된 성형물을 기능성 코팅, 치수절단, 각 가공하는 단계에서 제품을 구성에 맞는 구조물을 조립하고 이를 품질 검사하고 포장하여 상품화하는 것을 특징으로 하는 세라믹필터의 제조방법을 제공하는 단계;
에서 본 발명의 세라믹 필터는 탄화규소, 알루미나, 실리마나이트, 카올린, 실리카, 티타니아, 점토 및 규조토로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 세라믹 분말, 조공제, 유기바인더와 무기바인더는 용도에 따라 무기바인더 A와 무기바인더 B를 선택하여 혼합하고 제조한 세라믹 슬러리를 다양한 소재로 다양한 형상으로 만든 성형틀에 부어넣어 건조이후, 상기 성형된 성형물을 분리하여 제조되는 것과 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀에 부어넣어 건조이후 성형틀 전체를 소결하는 것을 특징으로 하는 세라믹필터 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 b)단계의 담지 전 또는 후에 슬러리가 담지된 담지체를 일정형태로 성형하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 a)단계의 i ) 세라믹 분말이 알루미나, 탄화규소, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 세라믹 필터의 제조방법.
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.
ⅲ) 유기바인더는 메틸셀루로오즈(methylcellulose. MC), 에틸셀루로오즈(ethylcellulose. EC), 폴리비닐알콜(poiyvinyl alcohol ,PVA), 카르복시메틸셀루로오즈( carboxymehylcellulose. CMC), 곡물(쌀, 밀, 옥수수 등)로 가공하여 만들어진 풀이 가루형태로 만들어져 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 유기바인더 10 내지 80 중량부를 혼합하여 제조하는 단계;
제1항에 있어서, 상기 a)단계의 iv) 무기바인더 A는 각종 유약(glaze), 탄산바륨(BaCO₃), 프리트(frit), 유리 분말(Glass Powder)로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 분말 9 내지 76 중량부를 혼합하여 세라믹 슬러리를 제조하여 다양한 형상의 내열성 소재 성형틀에 부어넣어 건조이후 성형틀 전체를 소결하여 제조하는 공정단계; 및
무기바인더 B는 기경성 시멘트(석회, 로로질 석회, 석고, 마그네시아 시멘트 등), 수경성 시멘트(단미시멘트, 혼합시멘트, 특수시멘트), 단미시멘트(포틀랜트 시멘트 종류, 수경성 석회, 천연시멘트, 로만시멘트), 혼합시멘트(고로슬래그시멘트, 프라이애쉬시멘트, 포틀랜트 포졸란시멘트), 특수시멘트(백색 포틀랜드시멘트, 단열시멘트, 팽차성수경시 멘트, 메이슨리시멘트, 초조강 시멘트, 초속경시멘트, 실리카 시멘트, 알루미나 시멘트, 바통시멘트, 유정시멘트, 타일 시멘트) 등으로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 시멘트 20 내지 84 중량부를 혼합하여 세라믹 슬러리를 제조하여 다양한 소재로 다양한 형상으로 만든 성형틀에 부어넣어 건조이후 성형틀에서 분리하여 기타 가공, 표면코팅, 촉매담지, 치수절단 등의 공정을 통해 제조하는 공정단계;
제1항에 있어서, 상기 b)단계의 다양한 형상의 내열성 소재의 성형틀에 있어서 상기 a)단계의 혼합 세라믹 슬러리를 성형틀에 부어넣는데, 성형틀의 재질은 세라믹 재질이나 금속 재질 등 모든 내열성을 기본으로 내부식성, 내화학성, 내구성 등이 재질이면 사용할 수 있은 강한 것을 특징으로 하는 세라믹 필터의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 b)단계의 성형물이 원형튜브 형상, 방사형 절곡 튜브 형상, 또는 사각 튜브형상인 것을 특징으로 하는 세라믹 필터의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 b)단계의 성형물이 성형틀 내에 이형제 내지 탈형 필름을 결합한 이후 혼합 세라믹 슬러리를 부어넣어 건조이후 성형하는 것과 소결하여 성형하는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터의 제조방법.
발명의 구성 내용과 실시 예를 포함하고, 이를 이용한 어느 하나의 제조방법에 의하여 제조되는 것과 이를 700℃ 미만 저온에서 소결하여 기공의 특성을 얻는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터의 제조방법.
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.
제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 세라믹 필터 제조방법.