KR20200045095A - 세라믹 판의 제조 방법 및 이를 제조하기 위한 성형부재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세라믹 판의 제조 방법 및 성형부재에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 세라믹 분말을 준비하여 성형부재 내에 진공충진하고, 세라믹 분말이 진공충진된 성형부재를 가압하여 성형물을 형성한 후, 성형한 성형물을 소결하는 단계를 포함하는 세라믹 판의 제조방법에 관한 것이며, 본 발명의 실시 예에 따른 세라믹 판의 제조 방법은 유기물을 포함하지 않기 때문에 공정 효율을 증대시킬 수 있으며, 유기물에 의한 세라믹 판의 균열 및 파손을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 세라믹 판의 제조 방법 및 이를 제조하기 위한 성형부재에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 세라믹 분말을 준비하여 성형부재 내에 진공충진하고, 세라믹 분말이 진공충진된 성형부재를 가압하여 성형물을 형성한 후, 성형한 성형물을 소결하는 단계를 포함하는 세라믹 판의 제조방법에 관한 것이다.
종래에 얇고 넓은 세라믹 판을 제조하는 방법으로는 슬립 캐스팅(slip-casting), 사출 성형(injection), 테이프 성형(tape casting) 등의 습식 성형법이 널리 알려져 있으며, 그 중에서도 생산 효율성이 우수한 테이프 성형방법이 가장 널리 사용되고 있다.
그러나, 상기 언급한 습식 성형방법들의 경우에는 세라믹 슬러리를 준비하는 단계가 필수적인데, 슬러리를 준비하는 단계에서 슬러리를 구성하는 물질 중 세라믹 원료분말 이외에 용매(solvent), 바인더(binder), 분산제(dispersant), 가소제(plasticizer) 등의 유기물이 대량으로 포함되는 것이 일반적이다.
상기와 같은 다종의 유기물이 혼합된 슬러리를 사용하여 성형체를 제조할 경우, 탈지(binder burn-out) 공정을 통해 유기물을 제거하는 과정이 필수적이다. 유기물을 제거를 하지 않고 소결할 경우, 성형체 내부에 갇혀있는 유기물들이 급속하게 증발하거나 타면서 기체를 방출함으로써 성형체에 심각한 균열 또는 파괴를 유발하게 된다.
다종의 유기물 성분들은 서로 다른 온도에서 단계적, 점진적으로 방출되기 때문에 유기물 제거를 위한 탈지 공정은 일반적으로 긴 시간이 소요될 수 밖에 없다. 공정 시간이 짧게는 1일 길게는 3일이 소요되기 때문에 공정 중 가장 심한 병목구간으로 볼 수 있다.
즉, 상기 종래의 습식 공정을 통한 세라믹 판의 제조방법은 세라믹 슬러리 제조 시 포함되는 유기물질들을 제거하기 위하여 장시간이 소요되어 공정효율이 저하된다는 문제점이 있으며, 상기 유기물이 제대로 제거되지 않을 시 세라믹 판의 균열 및 파괴로 인하여 완성도 있는 성형물을 얻기 어렵다는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자들은 상기 종래기술들의 문제점들을 극복하기 위하여 예의 연구노력한 결과, 세라믹 슬러리를 제조 시 바인더로서 유기물을 포함시키는 대신 본 발명에 따른 성형부재를 이용하여 슬러리 분말을 성형 부재 내에 진공충진 후 가압을 통해 세라믹 판을 제조할 경우, 공정 효율을 증가시키고 균열 및 파손이 없는 세라믹 판을 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 주된 목적은 공정 효율을 증가시키고 균열 및 파손이 없는 세라믹 판을 제조할 수 있는 세라믹 판의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 세파믹 판을 제조하기 위한 성형부재를 제공하는데 있다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은, 세라믹 분말을 준비하는 단계; 상기 세라믹 분말을 성형부재 내에 진공충진하는 단계; 상기 세라믹 분말이 진공충진된 성형부재를 가압하여 성형물을 형성하는 단계; 및 상기 성형한 성형물을 소결하는 단계; 를 포함하는 세라믹 판의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 세라믹 판의 제조 방법에 있어서, 상기 성형부재는, 성형몰드; 상기 성형부재의 적어도 일면에 배치되는 기판; 및 상기 성형몰드 및 기판을 감싸는 진공 봉투; 로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 세라믹 판의 제조 방법에 있어서, 상기 성형부재는, 압력에 의한 충격을 흡수하고 기판을 지지하기 위한 성형몰드; 상기 성형몰드 상부에 결합되고 세라믹 분말이 충진되는 제1 기판; 상기 제1 기판에 충진된 세라믹 분말의 상부에 적층되고 세라믹 분말에 압력을 전달하기 위한 제2 기판; 및 상기 제1 기판 및 제2 기판이 결합된 성형몰드 외부를 감싸고, 세라믹 분말을 진공충진하기 위한 진공 봉투로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 세라믹 판의 제조 방법에 있어서, 상기 진공충진하는 단계는, 성형부재의 제1 기판 상부에 세라믹 분말을 충진하는 단계; 상기 제1 기판에 충진된 세라믹 분말 상부에 제2 기판을 적층하는 단계; 및 세라믹 분말 내부에 생성되는 기체를 제거하기 위하여 성형부재의 진공 봉투를 40 내지 80kPa 진공으로 압축하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 세라믹 판의 제조 방법에 있어서, 상기 성형부재를 가압하여 성형물을 형성하는 단계는, 진공으로 압축된 성형부재의 제2 기판 일 측면을 유체를 이용하여 25MPa 내지 300MPa 의 압력으로 가압하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 세라믹 판의 제조 방법에 있어서, 상기 성형몰드는 스티렌부타디엔고무(styrene butadien rubber:SBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 실리콘고무(silicone rubber), 플루오로고무(fluororubber), 우레탄고무(urethane rubber) 및 아크릴고무(acrylic rubber)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고무 재질로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 세라믹 판의 제조 방법에 있어서, 상기 기판은 두께가 1cm 내지 5cm의 금속 재질로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 세라믹 판의 제조 방법에 있어서, 상기 진공 봉투는 폴리에틸렌(polyethylene:PE), 폴리프로필렌(polypropylene: PP) 및 나일론(Nylon)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 재질로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 세라믹 판을 제조하기 위한 성형부재를 제공한다.
본 발명에 따른 성형부재는 압력에 의한 충격을 흡수하고 기판을 지지하기 위한 성형몰드; 상기 성형몰드 상부에 결합되고 세라믹 분말이 충진되는 제1 기판; 상기 제1 기판에 충진된 세라믹 분말의 상부에 적층되고 세라믹 분말에 압력을 전달하기 위한 제2 기판; 및 상기 제1 기판 및 제2 기판이 결합된 성형몰드 외부를 감싸고, 세라믹 분말을 진공충진하기 위한 진공 봉투로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 세라믹 판의 제조 방법은 세라믹 유기물의 제거 공정을 생략함으로써 세라믹 판의 제조 공정 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 세라믹 판의 제조 방법은 제조과정 중에 병목현상을 일으키는 건조 및 탈지 과정을 생략함으로써 세라믹 판의 제조 공정 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 세라믹 판의 제조 방법은 유기물을 포함하지 않기 때문에 유기물에 의한 세라믹 판의 균열 및 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 성형 부재를 이용한 세라믹 판의 제조 방법의 순서도 이다.
도 2는 본 발명의 세라믹 판을 제조하기 위해 이용되는 성형 부재를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 성형 부재를 이용한 세라믹 판의 제조 과정을 도시한 것이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 제조한 세라믹 판을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 비교 예에 따라 제조한 세라믹 판을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 세라믹 판을 제조하기 위해 이용되는 성형 부재를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 성형 부재를 이용한 세라믹 판의 제조 과정을 도시한 것이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 제조한 세라믹 판을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 비교 예에 따라 제조한 세라믹 판을 도시한 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 성형 부재를 이용한 세라믹 판의 제조 방법의 순서도 이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 세라믹 판의 제조 방법은, 세라믹 분말을 준비하는 단계; 상기 세라믹 분말을 성형부재 내에 진공충진하는 단계; 상기 세라믹 분말이 진공충진된 성형부재를 가압하여 성형물을 형성하는 단계; 및 상기 성형한 성형물을 소결하는 단계; 를 포함한다.
본 발명에 따른 세라믹 분말을 준비하는 단계는 세라믹 슬러리를 제조한 후 이를 건조 및 과립화하여 분말 형태로 준비하는 것으로, 본 발명에서는 세라믹 슬러리 제조 시 유기계의 바인더를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 세라믹 판을 제조하기 위한 제조 방법은 세라믹 분말을 준비하는 단계에서 유기계 바인더를 포함시키지 않음으로써, 세라믹 제조과정 중에 변목현상을 일으키는 건조/탈지 과정을 생략하였다.
또한, 본 발명에 따른 세라믹 판을 제조하기 위한 제조 방법은 세라믹 분말을 성형 부재 내에 진공충진하는 단계를 수행한다. 상기 단계를 통해 유기계 바인더를 제거하는 단계가 생략됨으로써 제조 공정 시간을 단축하여 공정 효율을 증대시킬 수 있다.
본 발명에 따른 세라믹 판을 제조하기 위한 제조 방법에 있어서, 상기 세라믹 분말을 준비하는 단계는, 세라믹 판을 제조하기 위하여 이용되는 어떠한 분말도 이용될 수 있으나, 구체적으로는 질화실리콘(Si3N4)을 사용하고 산화이트륨(Y2O3), 산화마그네슘을(MgO) 알루미나(Al2O3) 및 실리콘(Si)으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 분말을 혼합하여 준비할 수 있다. 세라믹 판을 제조하기 위한 일반적인 습식성형 방법에서는 세라믹 슬러리를 제조하기 위하여 세라믹 분말에 유기계 바인더 및 물을 혼합하여 제조하였으나, 본 발명의 세라믹 판의 제조방법은 유기계 바인더를 포함하지 않기 때문에 건조/탈지 과정을 생략됨으로써 제조 공정 시간을 단축하여 공정 효율을 증대시킬 수 있다.
상기 세라믹 분말을 성형부재 내에 진공충진하는 단계를 통해 상기 세라믹 분말 내에 함유된 유체의 적어도 일부를 제거할 수 있다.
상기 세라믹 분말을 성형부재 내에 진공충진하는 단계는, 성형부재의 제1 기판 상부에 세라믹 분말을 충진하는 단계; 상기 제1 기판에 충진된 세라믹 분말 상부에 제2 기판을 적층하는 단계; 및 세라믹 분말 내부에 생성되는 기체를 제거하기 위하여 성형부재의 진공 봉투를 진공으로 압축하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 성형부재의 제1 기판 상부에 세라믹 분말을 충진하는 단계는, 제1 기판의 상부에 일정양의 세라믹 분말을 배치하는 것일 수 있다. 일 예로, 용기를 이용하여 세라믹 분말을 제1 기판 상에 부은 후 고르게 펼침으로써 수행될 수 있다.
상기 제1 기판에 충진된 세라믹 분말 상부에 제2 기판을 적층하는 단계는, 상기 세라믹 분말의 상부에 제2 기판을 배치함으로써, 상기 세라믹 분말의 상부 및 하부에 각각 기판이 배치되도록 수행하는 것일 수 있다. 이를 통해 세라믹 분말을 가압하는 단계에서 상기 세라믹 분말의 각 영역에 고른 압력을 가할 수 있다.
또한, 경우에 따라서 금속판과 충진된 세라믹 분말 사이에는 얇은 탈형제를 추가로 배치시킬 수 있다. 1축 압력을 가하는 과정에서 세라믹과 금속판 간의 물리적 결합력이 너무 강하면 세라믹 성형체로부터 금속판의 분리가 어려워져 세라믹 성형체의 파손이 발생할 수 있기 때문에 탈형제를 이용함으로써 금속판과 세라믹 성형체의 분리를 용이하게 할 수 있다.
위하여 10 내지 150kPa 진공으로 압축할 수 있으며, 바람직하게는 40 내지 80kPa 진공으로 압축할 수 있다. 만일, 진공이 충분하지 않은 경우에는 내부에 잔류하는 기체에 의해 이후 공정에서 성형체를 고압으로 압축하는 과정에서 상기 잔류 기체에 의해 결함이 발생할 수 있다.
다음으로, 세라믹 분말이 진공충진된 성형부재를 가압하여 성형물을 형성하는 단계는 진공 압축된 세라믹 분말이 경도가 높은 판으로 형성될 수 있도록 일정한 압력을 가해주는 단계일 수 있다. 압력을 가하는 방법으로는 세라믹 분말이 충진된 기판에 일정한 압력을 가해주기 위한 어떠한 압축성형 방법도 이용될 수 있다. 바람직하게는 진공으로 압축된 성형부재의 제2 기판의 일 측면을 물 또는 오일 등과 같은 유체를 이용하여 25MPa 내지 300 MPa의 압력으로 가압하여 일축 성형 할 수 있다. 상기 성형과정에서의 1축 압력이 25MPa 이하일 경우, 분말 간의 물리적 결합력이 약하기 때문에 탈형 시 또는 그 이후 성형체 취급 과정에서 성형체에 균열/파손과 같은 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 1축 최대 압력은 금속판의 재질별 항복강도에 따라 달라질 수 있으나, 200 MPa이 바람직하다.
다음으로, 상기 성형한 성형물을 소결하는 단계는 상기 가압된 세라믹 분말을 소결하여 세라믹 판을 형성하는 단계일 수 있다. 본 단계를 수행하기 전 필요에 따라 성형부재를 미리 제거하고, 상기 가압된 세라믹 분말을 소결할 수 있다. 본 단계에서 소결 공정 온도는 세라믹 분말의 양, 종류 및 두께에 따라 선택될 수 있으며, 바람직하게는 1100 내지 1900 ℃일 수 있다. 소결 공정 시간은 세라믹 분말의 양, 종류 및 두께에 따라 선택될 수 있으며, 바람직하게는 120분 내지 420분 일 수 있다.
상기 성형부재로부터 분리된 가압된 세라믹 분말에는 유기계 바인더, 분산제, 가소제 등이 함유되어 있지 않기 때문에 탈지 과정 없이 바로 소결할 수 있는 이점이 있다. 탈지 과정은 성형체의 변형/균열/파손 없이 유기물 분해/방출을 해야하므로 1일 내지 3일의 장시간 다단계 열처리 공정이 요구된다. 본 발명에서는 이 과정이 생략가능하기 때문에 성형체를 바로 소결할 수 있어 경제적으로, 시간적으로 현저한 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 소결 단계를 거쳐 형성된 세라믹 판은 직경이 100 내지 150mm이고 두께는 0.5 내지 1mm이며, 직경/두께의 비율이 100 이상인 것일 수 있다. 통상적으로 유체를 이용해서 압력을 가하는 것은 정수압성형장치에 물을 유체로 하여 압력을 가하는데, 금속판의 강성에 의해 정수압이 아닌 1축 압력이 가해지게 되어, 탈형 후 성형체의 직경은 금속판의 외경과 동일하게 된다.
도 2는 본 발명의 세라믹 판을 제조하기 위해 이용되는 성형 부재(100)를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명에 따른 성형 부재(100)를 이용한 세라믹 판의 제조 과정을 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 상기 성형부재(100)는, 성형몰드(101); 상기 성형부재(100)의 적어도 일면에 배치되는 기판(102); 및 상기 성형몰드(101) 및 기판(102)을 감싸는 진공 봉투(103); 로 구성된 것 일 수 있다.
구체적으로, 상기 성형부재(100)는, 압력에 의한 충격을 흡수하고 기판(102)을 지지하기 위한 성형몰드(101); 상기 성형몰드(101) 상부에 결합되고 세라믹 분말(200)이 충진되는 제1 기판(10); 상기 제1 기판에 충진된 세라믹 분말(200)의 상부에 적층되고 세라믹 분말(200)에 압력을 전달하기 위한 제2 기판(20); 및 상기 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)이 결합된 성형몰드(101) 외부를 감싸고, 세라믹 분말(200)을 진공충진하기 위한 진공 봉투(103)로 구성된 것일 수 있다.
상기 성형몰드(101)는 가압에 의해 기판(102)이 휘거나 파손되는 것을 방지하고 압력에 의한 충격을 흡수할 수 있는, 기판(102)을 지지하기 위한 어떠한 재질로도 구성될 수 있으나, 바람직하게는 탄성을 갖는 소재, 예켠대 스티렌부타디엔고무(styrene butadien rubber:SBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 실리콘고무(silicone rubber), 플루오로고무(fluororubber), 우레탄고무(urethane rubber) 및 아크릴고무(acrylic rubber)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고무 재질로 구성된 것일 수 있다.
또한, 성형몰드(101)의 크기는 특별히 제한되지 않으나, 압력에 의한 충격을 충분히 흡수할 수 있고, 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)과 세라믹 분말(200)을 수용할 수 있는 크기일 수 있다.
상기 성형몰드(101)는 제조하고자 하는 세라믹 판의 형상 및 두께에 따라 다양한 형상 및 두께를 가질 수 있다. 본 발명의 실시 예에서, 성형몰드(101)에 세라믹 분말을 배치하여 세라믹 판을 형성하므로, 성형몰드(101)의 형상 및 크기를 제어함으로써 원하는 세라믹 판의 형상, 크기 및 두께를 얻을 수 있다.
다음으로, 상기 성형부재(100)의 적어도 일면에 배치되는 기판(102)은, 세라믹 분말을 충진하여 세라믹 분말에 압력을 전달함으로써 세라믹 분말을 압출할 수 있는 어떠한 재질로도 구성될 수 있다. 바람직하게는 강성을 갖는 소재, 예컨대 알루미늄판, 아연철판, 스테인레스판 및 티타늄판으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 재질로 구성된 것일 수 있다.
또한, 상기 기판(102)의 크기는 특별히 제한되지 않으나, 성형몰드(101) 내측에 배치될 수 있도록 성형몰드(101)의 내측보다 너비가 작은 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 성형몰드(101)의 내측보다 0.01mm 내지 0.5mm 작게 구성될 수 있다. 상기 기판(102) 직경이 성형몰드(101)의 내경과 동일하거나 더 크면 진공을 인가할 때 충진된 세라믹 분말에 공기가 빠져나가지 못해서 최종 성형체에 균열이나 층간 분리가 일어날 수 있다.
또한, 상기 기판(102)의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 성형몰드(101) 내측에 배치될 수 있도록 성형몰드(101)의 내측보다 높이가 낮은 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 기판의 두께가 1cm 내지 5cm일 수 있다.
다음으로, 상기 성형몰드(101) 및 기판(102)을 감싸는 진공 봉투는 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)이 결합된 성형몰드(101)의 외부를 충분히 감쌀 수 있고, 세라믹 분말을 진공충진하기 위한 어떠한 재질로도 구성될 수 있으나, 바람직하게는 폴리에틸렌(polyethylene:PE), 폴리프로필렌(polypropylene: PP) 및 나일론(Nylon)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 재질로 구성될 수 있다. 상기 진공 봉투는 성형몰드(101) 및 세라믹 분말이 투입되는 적어도 하나의 투입구를 포함할 수 있고, 상기 성형몰드(101)를 감싸는 내부공간을 포함할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 제조한 세라믹 판을 도시한 것이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 얇은 세라믹 판이 균열 및 파손 없이 제조된 것을 확인할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 의한 세라믹 판을 소결하는 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
세라믹 분말로서 질화실리콘(Si3N4)을 사용하고 산화이트륨(Y2O3), 산화마그네슘을(MgO) 첨가제로 사용하였다. 혼합한 원료를 세라믹 볼을 사용하여 12시간 동안 무수에탄올 중에서 볼 밀링 하였다. 볼 밀링한 혼합 슬러리를 건조/과립화 시키고 성형부재(도 2 및 도 3)인 우레탄 형틀, 2mm STS 금속판 2장, 고분자 봉투에 진공 충진한 다음, 이를 정수압성형장치에 장입하였다. 그 다음, 물을 이용해 200MPa의 압력을 가하여 1축 성형하여 제조된 질화실리콘 성형체를 도 4에 나타내었다. 상기 성형체를 가스압소결로에 1900℃ 6시간 소결하는데, 휘어짐을 방지하기 위해 BN 판을 상부/하부에 덧대어 주었다. 소결 후 얻은 질화실리콘 소결체를 도 5에 나타내었다.
도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 직경 101.15mm, 두께 0.776mm로 직경/두께 비율이 130.3의 판상형 세라믹 소결체를 얻을 수 있었다.
<실시예 2>
세라믹 분말로서 알루미나(Al2O3)를 사용하였다. 혼합한 원료를 세라믹 볼을 사용하여 12 시간 동안 무수에탄올 중에서 볼 밀링 하였다. 볼 밀링한 슬러리를 건조/과립화 시키고 성형부재(도 2 및 도 3)인 우레탄 형틀, 2mm STS 금속판 2장, 고분자 봉투에 진공 충진한 다음, 이를 정수압성형장치에 장입하였다. 그 다음, 물을 이용해 200MPa의 압력을 가하여 1축 성형해주었다. 상기 제조방법을 통해 제조된 결과를 도 6에 나타내었다.
그 결과, 금속판을 구비한 성형부재를 이용하여 압축 성형한 경우에는 알루미나 성형체에서 균열/파손이 발견되지 않았다.
<실시예 3>
세라믹 분말로서 실리콘(Si)을 사용하고, 산화이트륨(Y2O3), 산화마그네슘을(MgO) 첨가제로 사용하였다. 혼합한 원료를 세라믹 볼을 사용하여 12 시간 동안 무수에탄올 중에서 볼 밀링 하였다. 볼 밀링한 혼합 슬러리를 건조/과립화 시키고 성형부재(도 2 및 도 3)인 우레탄 형틀, 2mm STS 금속판 2장, 고분자 봉투에 진공 충진한 다음, 이를 정수압성형장치에 장입하였다. 그 다음, 물을 이용해 200MPa의 압력을 가하여 1축 성형하여 제조된 질화실리콘 성형체를 도 7에 나타내었다.
상기 실리콘 성형체를 1400℃에서 3시간 질화반응을 통해 질화실리콘으로 상변화시키고, BN 판을 상부/하부에 덧대어서 1900℃ 6시간 가스압소결시켜 주었으며, 소결된 판상 질화실리콘 세라믹을 도 8에 나타내었다.
도 8에서 확인할 수 있는 바와 같이, 직경 101.15mm, 두께 0.776mm로 직경/두께 비율이 130.3의 판상형 세라믹 소결체를 얻을 수 있었다.
<비교예>
세라믹 분말로서 알루미나(Al2O3)를 사용하였다. 혼합한 원료를 세라믹 볼을 사용하여 12 시간 동안 무수에탄올 중에서 볼 밀링 하였다. 볼 밀링한 슬러리를 건조/과립화 시키고 성형부재(도 2 및 도 3) 대신, 금속판이 구비되지 않은 성형부재를 제조하여 상기 슬러리를 진공 충진하여 1축 성형을 진행하였다. 상기 제조방법을 통해 제조한 결과를 9에 나타내었다.
도 9에서 확인할 수 있는 바와 같이, 금속판을 사용하지 않은 경우에는 성형체가 우레탄 형틀에 결합되어 다량의 균열/파손이 일어나는 것을 확인하였다.
10: 제 1기판
20: 제 2기판
100: 성형부재
101: 성형몰드
102: 기판
103: 진공 봉투
200: 세라믹 분말
20: 제 2기판
100: 성형부재
101: 성형몰드
102: 기판
103: 진공 봉투
200: 세라믹 분말
Claims (9)
- 세라믹 분말을 준비하는 단계;
상기 세라믹 분말을 성형부재 내에 진공충진하는 단계;
상기 세라믹 분말이 진공충진된 성형부재를 가압하여 성형물을 형성하는 단계; 및
상기 성형한 성형물을 소결하는 단계; 를 포함하는,
세라믹 판의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 성형부재는,
성형몰드;
상기 성형부재의 적어도 일면에 배치되는 기판; 및
상기 성형몰드 및 기판을 감싸는 진공 봉투; 로 구성된 것인,
세라믹 판의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 성형부재는,
압력에 의한 충격을 흡수하고 기판을 지지하기 위한 성형몰드;
상기 성형몰드 상부에 결합되고 세라믹 분말이 충진되는 제1 기판;
상기 제1 기판에 충진된 세라믹 분말의 상부에 적층되고 세라믹 분말에 압력을 전달하기 위한 제2 기판; 및
상기 제1 기판 및 제2 기판이 결합된 성형몰드 외부를 감싸고, 세라믹 분말을 진공충진하기 위한 진공 봉투로 구성된 것인,
세라믹 판의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 진공충진하는 단계는,
성형부재의 제1 기판 상부에 세라믹 분말을 충진하는 단계;
상기 제1 기판에 충진된 세라믹 분말 상부에 제2 기판을 적층하는 단계; 및
세라믹 분말 내부에 생성되는 기체를 제거하기 위하여 성형부재의 진공 봉투를 진공으로 압축하는 단계; 를 포함하는 것인,
세라믹 판의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 성형부재를 가압하여 성형물을 형성하는 단계는,
진공으로 압축된 성형부재의 제2 기판 일 측면을 유체를 이용하여 가압하는 것인,
세라믹 판의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 성형몰드는 스티렌부타디엔고무(styrene butadien rubber:SBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 실리콘고무(silicone rubber), 플루오로고무(fluororubber), 우레탄고무(urethane rubber) 및 아크릴고무(acrylic rubber)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 고무 재질로 구성된 것인,
세라믹 판의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 기판은 두께가 1cm 내지 5cm의 금속 재질로 구성된 것인,
세라믹 판의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 진공봉투는 폴리에틸렌(polyethylene:PE), 폴리프로필렌(polypropylene: PP) 및 나일론(Nylon)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 재질로 구성된 것인,
세라믹 판의 제조 방법.
- 성형몰드;
상기 성형몰드의 내측 면에 배치되는 제1 기판;
상기 제1 기판 상부에 적층되는 제2 기판 및
상기 성형몰드, 제1기판 및 제2 기판을 감싸는 진공 봉투; 를 포함하는,
제1항에 따른 세라믹 판 제조용 성형부재.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180125668A KR20200045095A (ko) | 2018-10-22 | 2018-10-22 | 세라믹 판의 제조 방법 및 이를 제조하기 위한 성형부재 |
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| KR20200045095A true KR20200045095A (ko) | 2020-05-04 |
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ID=70732741
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|---|---|
| KR (1) | KR20200045095A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102154289B1 (ko) * | 2020-06-10 | 2020-09-10 | 주식회사 미코세라믹스 | 세라믹 히터의 제조 방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6286582B1 (en) | 1998-11-12 | 2001-09-11 | Societe Nationale d'Etude et de Construction de Moteurs d'Aviation “SNECMA” | Process for the manufacture of thin ceramic cores for use in precision casting |
| KR100484612B1 (ko) | 2001-05-08 | 2005-04-22 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 세라믹의 제조방법 |
| KR20180003277A (ko) | 2016-06-30 | 2018-01-09 | 울산대학교 산학협력단 | 전계유기 변형특성이 우수한 무연 압전 세라믹스의 제조방법 |
-
2018
- 2018-10-22 KR KR1020180125668A patent/KR20200045095A/ko not_active Application Discontinuation
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