KR20230019634A - 세라믹체 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 세라믹 원료 및 용매를 혼합하고, 밀링(milling)하여 세라믹 슬러리를 제조하는 단계; 상기 세라믹 슬러리를 교반하는 단계; 상기 교반된 세라믹 슬러리를 체분리하는 단계; 상기 체분리된 세라믹 슬러리를 전자석 챔버를 통과시키면서 자성에 의해 중금속을 제거하는 단계; 상기 중금속이 제거된 세라믹 슬러리에 필터 프레스(filter press) 작업을 수행하여 사전에 설정된 정도로 수분을 제거하여 세라믹 케이크(cake)를 제조하는 단계; 및 상기 세라믹 케이크를 압출하여 세라믹체를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 세라믹 슬러리를 제조하는 단계는 12mm 미만의 입도를 갖는 볼을 이용하여 총 세라믹 분말 중량 중 2um 이하의 입도를 갖는 제1 세라믹 분말의 중량이 10% 이상인 세라믹 슬러리를 제조하는, 세라믹체 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명의 실시예들은 세라믹체 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 세라믹은 광물에 열을 가해 만든 비금속 무기재료로 높은 내열 특성을 가지고, 우수한 기계적 특성 및 절연성 등의 특성을 가진다. 세라믹의 이러한 특성으로 인하여, 산업 및 생활과 밀접한 첨단 제품이나 일상생활에서 사용되고 있는 수많은 기기의 핵심소재로 사용되고 있다. 그러나, 대부분의 세라믹은 금속이나 고분자재료에 비하여 깨지기 쉬운 특성이 있고 성형이 어려운 단점이 있다.
한편, 세라믹 공정에서 원료 분말을 미분으로 분쇄하거나 재료배합을 목적으로 볼 밀이 가장 많이 사용되고 있으며, 설치 및 운용 비용이 저렴하고 비교적 쉽게 다룰 수 있는 장점이 있어 현장에서 널리 채택되어 사용되고 있다. 볼 밀링의 원리는 실린더형 용기에 단단한 볼을 넣어 회전시킴으로써 텀블링에 의한 충격이나 전단력, 마찰력 등을 이용하여 원료를 분쇄하는 것으로, 분말의 입도와 분말의 형상은 볼 밀링 작업을 평가하는 주요한 성능의 척도가 된다. 분말의 입도 및 분말의 형상은 볼의 크기, 경도, 강도, 무게, 양 등에 크게 의존하며 회전속도, 밀링 시간, 적재량 등 밀링 조건에도 많은 영향을 받는다.
종래의 세라믹 산업에서는 단순한 분쇄 및 정제 공정만을 거친 원료 분말만으로도 충분한 성능을 발휘하였지만, 분말 입자의 형태 및 크기는 최종 물질의 특성과 제품의 성능에 큰 영향을 미치게 되므로, 최근 세라믹 제품의 고기능화를 위해서는 원료 분말의 고순도화 및 초미립화가 필수적이다.
상기한 문제 및/또는 한계를 해결하기 위하여, 본 발명은 초미립화된 세라믹 분말을 함유한 세라믹 슬러리를 제조하고, 이를 이용한 고강도 세라믹체 제조 방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예는 세라믹 원료 및 용매를 혼합하고, 밀링(milling)하여 세라믹 슬러리를 제조하는 단계; 상기 세라믹 슬러리를 교반하는 단계; 상기 교반된 세라믹 슬러리를 체분리하는 단계; 상기 체분리된 세라믹 슬러리를 전자석 챔버를 통과시키면서 자성에 의해 중금속을 제거하는 단계; 상기 중금속이 제거된 세라믹 슬러리에 필터 프레스(filter press) 작업을 수행하여 사전에 설정된 정도로 수분을 제거하여 세라믹 케이크(cake)를 제조하는 단계; 및 상기 세라믹 케이크를 압출하여 세라믹체를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 세라믹 슬러리를 제조하는 단계는 12mm 미만의 입도를 갖는 볼을 이용하여 총 세라믹 분말 중량 중 2um 이하의 입도를 갖는 제1 세라믹 분말의 중량이 10% 이상인 세라믹 슬러리를 제조하는, 세라믹체 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 세라믹 슬러리를 제조하는 단계는, 상기 볼과 상기 세라믹 원료를 1:1.1 내지 1:3 비율로 혼합하여 9.5 시간 내지 10.5 시간 밀링할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 세라믹체를 성형한 후 소성하여, 50 kg/cm2 이상의 꺾임 강도를 갖는 세라믹 제품을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 볼의 입도와 상기 제1 세라믹 분말의 중량은 반비례 관계를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 세라믹 슬러리를 제조하는 단계는, 상기 용매와 일정 비율 혼합하는 경우 제1 점도를 갖는 제1 세라믹 원료를 제1 입도를 갖는 제1 볼로 밀링하여 제1 슬러리를 제조하는 단계; 및 상기 용매와 일정 비율 혼합하는 경우 상기 제1 점도와 다른 제2 점도를 갖는 제2 세라믹 원료를 상기 제1 입도와 다른 제2 입도를 갖는 제2 볼로 밀링하여 제2 슬러리를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 세라믹 슬러리를 교반하는 단계는 각각 제조된 상기 제1 슬러리와 상기 제2 슬러리를 교반 탱크에서 혼합하여 교반할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 세라믹체 제조 방법은 초미립화된 세라믹 분말을 포함하는 세라믹 슬러리를 제공할 수 있고, 이를 이용한 세라믹체는 꺾임 강도 등의 기계적 특성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹체 제조 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 2는 볼 입도에 대하여 세라믹 분말의 입도에 따른 중량비를 나타낸 표이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 세라믹체에 있어서 제1 세라믹 분말의 중량비에 따른 꺾임 강도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 세라믹체에 있어서 제2 세라믹 분말의 중량비에 따른 꺾임 강도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 2는 볼 입도에 대하여 세라믹 분말의 입도에 따른 중량비를 나타낸 표이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 세라믹체에 있어서 제1 세라믹 분말의 중량비에 따른 꺾임 강도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 세라믹체에 있어서 제2 세라믹 분말의 중량비에 따른 꺾임 강도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 이하의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예들은 다양한 변환을 가할 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 실시예들의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 내용들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 실시예들은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하의 실시예에서 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서 유닛, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 유닛, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
이하의 실시예에서 연결하다 또는 결합하다 등의 용어는 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 반드시 두 부재의 직접적 및/또는 고정적 연결 또는 결합을 의미하는 것은 아니며, 두 부재 사이에 다른 부재가 개재된 것을 배제하는 것이 아니다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 이하의 실시예는 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹체 제조 방법을 순차적으로 도시한 순서도이며, 도 2는 볼 입도에 대하여 세라믹 분말의 입도에 따른 중량비를 나타낸 표이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 세라믹체에 있어서 제1 세라믹 분말의 중량비에 따른 꺾임 강도를 측정하여 나타낸 그래프이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 세라믹체에 있어서 제2 세라믹 분말의 중량비에 따른 꺾임 강도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹체 제조 방법은 세라믹 원료 및 용매를 혼합하고, 밀링하여 세라믹 슬러리를 제조하는 단계(S100), 세라믹 슬러리를 교반하는 단계(S200), 교반된 세라믹 슬러리를 체분리하는 단계(S300), 체분리된 세라믹 슬러리에서 중금속을 제거하는 단계(S400), 수분을 제거하여 세라믹 케이크를 제조하는 단계(S500) 및 세라믹 케이크를 압출하여 세라믹체를 제조하는 단계(S600)를 포함하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹체 제조 방법은 세라믹체를 성형 소성하여 세라믹 제품을 제조하는 단계(S700)를 더 포함할 수 있다.
이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹체 제조 방법의 각 단계를 더욱 상세히 설명한다.
우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹체 제조 방법은 세라믹 원료 및 용매를 혼합하고, 밀링하여 세라믹 슬러리를 제조한다(S100).
세라믹체 제조 방법은 준비된 세라믹 원료를 기계적으로 혼합 및 분쇄하기 위하여 볼 밀링기를 사용할 수 있다. 볼 밀링기는 실린더형 용기에 단단한 볼을 넣어 고속으로 회전시킴으로써 입자에 압축, 전단, 충격 등의 외력을 가하여 원료를 분쇄 및 혼합할 수 있다. 볼 밀링에 사용되는 용기는 테프론 재질을 사용할 수 있으며, 테프론 재질을 사용하게 되면, 볼 밀링 공정에서 마모에 따라 발생되는 오염이나 조성의 불균일을 해소할 수 있는 장점이 있다. 볼 밀링에 사용되는 볼은 볼의 마모가 원료에 영향을 적게 주는 볼을 사용하는 것이 바람직하며, 세라믹 원료에 포함되는 지르코니아(ZrO2) 분말, 알루미나(Al2O3) 분말과 동일한 재질인 지르코니아 또는 알루미나 볼을 사용하는 것이 불순물을 발생시키지 않는 측면에서 바람직하다. 볼은 모두 같은 크기의 것일 수도 있고 2가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다.
세라믹 원료 및 용매를 볼 밀링기에 투입하고, 분쇄 및 혼합을 위해 볼을 같이 넣어준 후, 볼 밀링기를 일정 속도로 회전시켜 세라믹 원료를 기계적으로 분쇄하고 균일하게 혼합할 수 있다. 이때, 회전하는 용기 내에서 볼과 세라믹 원료에는 마찰과 원심력이 작용하게 되고, 회전하는 용기와 같이 회전하다가 특정 높이에서 자동으로 떨어지며, 볼과 세라믹 원료 또는 용기 내부와 세라믹 원료 등의 충돌에 의하여 세라믹 원료들은 미세한 크기의 분말로 분쇄될 수 있고, 용매와 혼합되어 세라믹 슬러리가 제조될 수 있다.
상기 용매로는 세라믹 원료와의 화학 반응을 일으키지 않으며, 독성이 없고 안전하며, 낮은 끓는점을 가지며, 약 100℃에서 휘발성 제거가 가능하며, 작은 표면 장력을 가지는 물질을 사용할 수 있다. 바람직하게는 용매로 물 또는 에탄올과 같은 알코올 등을 사용할 수 있다. 용매를 이용하여 습식 분쇄를 하게 되면, 분말을 분산시켜 균일하게 분쇄 및 혼합할 수 있으며, 분쇄 과정에서 용기의 벽이나 볼에 미립자가 부착되어 형성되는 피복이 생기지 않으므로 더욱 미세한 입자로 분쇄할 수 있게 된다.
볼 밀링기에서 볼의 크기, 볼과 세라믹 원료의 중량비, 밀링 시간, 밀링기의 회전속도 등을 조절함으로써 세라믹 원료를 목표하는 분말 입자의 크기로 분쇄할 수 있고, 균일하게 혼합할 수 있게 되며, 이를 통해 세라믹 슬러리를 제조할 수 있다. 일반적으로, 볼의 입도는 1mm 내지 60mm의 값을 가지는 볼을 이용할 수 있고, 밀링 시간은 1 내지 100시간일 수 있으며, 150 내지 250RPM의 회전 속도로 밀링하여 세라믹 슬러리를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹체 제조 방법은 12mm 미만의 입도를 갖는 볼을 이용하여 총 세라믹 분말 중량 중 2um 이하의 입도를 갖는 제1 세라믹 분말의 중량이 10% 이상인 세라믹 슬러리를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 세라믹 분말은 세라믹 원료 및 용매를 혼합하고 밀링하여 세라믹 슬러리를 제조하는 단계에서 생성될 수 있으며 세라믹 분말 중에서 입도가 2um 이하인 분말들을 지칭한다.
볼 밀링시 볼의 입도는 12mm 미만인 볼을 이용할 수 있는데, 12mm이상의 큰 크기의 볼은 볼 사이의 간격이 커 오히려 분쇄를 방해하며, 목표하는 미분쇄를 달성하지 못할 수 있다. 다만, 너무 작은 크기의 볼은 분쇄력이 약하고, 회전속도가 빨라지는 경우 볼 밀링기의 용기 내부를 따라 같이 회전하게 되어 분쇄가 일어나지 않게 된다. 따라서, 볼의 입도가 2mm, 3mm, 5mm 및 8mm인 볼 중 선택된 하나 이상의 볼을 이용하는 것이 바람직하다. 볼은 하나의 종류를 이용하거나 혼합하여 이용할 수 있다.
도 2를 참조하면, 볼 밀링시 볼의 입도를 40~60mm부터 2mm까지 점차적으로 변화시켜가며 세라믹 분말의 입도 크기에 따른 중량비를 살펴보았을 때, 40~60mm, 20~40mm, 12mm의 입도를 가지는 볼을 이용하여 볼 밀링을 할 경우 분말의 입도가 10um를 초과하는 세라믹 분말의 중량비가 50% 이상이 되어 미분쇄를 달성하기가 어려운 것을 알 수 있다. 볼의 입도가 8mm, 5mm, 3mm, 2mm인 볼을 사용하여 볼 밀링을 하게 되면, 분말의 입도가 10um 이하인 세라믹 분말의 중량비가 50% 이상을 차지하고, 특히 분말의 입도가 2um 이하인 미세한 세라믹 분말의 중량 비율이 10% 이상이 되게 된다. 따라서, 총 세라믹 분말의 중량 중 2um 이하의 입도를 갖는 제1 세라믹 분말의 중량이 10% 이상인 세라믹 슬러리를 제조하기 위하여 볼의 입도가 12mm 미만인 볼을 이용하여 볼 밀링 공정을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹체 제조 방법은 볼의 입도와 제1 세라믹 분말의 중량이 반비례 관계를 가질 수 있다. 도 2를 참조하면, 볼의 입도가 작아질수록 분말의 입도가 2um 이하인 제1 세라믹 분말의 중량은 그에 반비례하여 증가하게 되므로, 목표하는 제1 세라믹 분말의 중량의 비율이 정해지면 그에 상응하는 볼의 입도를 선택하여 볼 밀링 공정을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹체 제조 방법은 볼과 세라믹 원료를 1:1.1 내지 1:3 비율로 혼합하여 9.5시간 내지 10.5 시간 밀링을 할 수 있다. 밀링 공정에서 볼의 적재량이 늘어날수록 볼과 세라믹 원료 사이의 충돌이 많이 일어나게 되어 분쇄 효율을 높일 수 있으나, 너무 많은 양의 볼을 사용하게 되면 충돌이 원활하게 일어나지 않아 오히려 분쇄 효율이 감소하게 되므로 볼의 적정 적재량은 용기 체적의 50% 미만일 수 있다. 반면, 볼을 너무 적게 적재할 경우 볼은 슬라이딩 상태가 되기 쉽고 이 경우 분쇄 효율이 낮아질 수 있다. 따라서, 볼과 세라믹 원료의 비율을 1:1.1 내지 1:3 비율로 혼합하는 것이 바람직하다. 이 경우 바람직한 밀링 시간은 9.5시간 내지 10.5 시간이 될 수 있다.
다음, 획득된 세라믹 슬러리를 교반한다(S200). 전술한 공정에 의해 획득된 세라믹 슬러리는 점도와 유동성을 가지는 상태이므로, 균일화를 위한 혼합 공정을 필요로 한다. 이는 교반 탱크의 중심 부분에 수직축으로 수평 회전하는 주교반 날을 가지는 교반기를 이용하여 세라믹 슬러리를 교반할 수 있고, 또는 밀링 공정에서 사용하였던 볼 밀링기를 이용하여 세라믹 슬러리의 교반 공정을 진행할 수도 있다. 볼 밀링기를 이용하는 경우 분쇄가 주로 이루어졌던 밀링 공정 보다는 낮은 회전 속도를 이용하여 세라믹 슬러리를 교반할 수 있다. 예를 들어 회전 속도는 50 내지 150RPM일 수 있다. 밀링 공정에서 빠른 회전 속도로 회전하는 기계로 인하여 세라믹 슬러리의 온도가 올라간 경우, 이 단계에서 세라믹 슬러리의 온도를 실온으로 낮추어 줄 수 있다. 한편, 세라믹 슬러리의 분산성 향상을 위하여 분산제를 첨가할 수 있다. 세라믹 슬러리를 교반하는 단계에서 세라믹 분말의 분쇄가 일어날 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹체 제조 방법은 용매와 일정 비율 혼합하는 경우 제1 점도를 갖는 제1 세라믹 원료를 제1 입도를 갖는 제1 볼로 밀링하여 제1 슬러리를 제조하는 단계 및 용매와 일정 비율 혼합하는 경우 제1 점도와 다른 제2 점도를 갖는 제2 세라믹 원료를 제1 입도와 다른 제2 입도를 갖는 제2 볼로 밀링하여 제2 슬러리를 제조하는 단계를 포함하고, 각각 제조된 제1 슬러리와 제2 슬러리를 교반 탱크에서 혼합하여 교반하는 단계를 포함할 수 있다. 두가지 세라믹 원료를 이용하여 세라믹체를 제조하는 경우 각각의 세라믹 원료를 용매와 혼합하였을 때 서로 다른 점도를 가지게 되므로, 각각의 세라믹 원료마다 서로 다른 입도를 가지는 볼로 밀링 공정을 거쳐 세라믹 슬러리를 제조한 후, 각각 제조된 세라믹 슬러리를 교반 탱크에서 넣어 균일하게 혼합하여 교반하는 단계를 통하여 세라믹 슬러리를 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 세라믹 슬러리는 제1 슬러리 또는 제2 슬러리와 다른 특성을 가질 수 있다. 세가지 이상의 세라믹 원료를 이용하는 경우도 각각 별도의 입도를 가지는 볼을 이용해 밀링 공정을 거친 후 각각 만들어진 세라믹 슬러리를 교반 탱크에서 교반하는 단계를 통하여 목표하는 특성을 가진 세라믹 슬러리를 제조할 수 있다.
다음, 교반된 세라믹 슬러리를 체분리한다(S300). 전술한 공정에서 획득된 세라믹 슬러리는 밀링 공정에서 사용하였던 볼을 포함하고 있는 상태이므로, 체분리 단계를 거쳐 볼과 세라믹 슬러리를 분리할 수 있다. 또한, 체의 구멍 크기를 적절히 선택하여 불순물 또는 목표하는 크기 이상의 입자 등을 걸러낼 수 있다. 습식 체분리 공정의 효율을 향상시키기 위하여 진동기, 초음파기, 진공펌프 등을 이용할 수 있다.
다음, 체분리된 세라믹 슬러리에서 중금속을 제거한다(S400). 전술한 공정에서 체분리를 거친 세라믹 슬러리를 전자석 챔버를 통과시키면서 자성에 의해 중금속을 흡착 분리할 수 있다. 이때, 전자석 챔버에는 교반 날이 더 형성되어 중금속 분리과정이 이루어질 수 있으며, 전자석 챔버에 진동을 인가하여 세라믹 슬러리에 대한 중금속 제거가 더 용이하게 이루어질 수도 있다.
다음, 수분을 제거하여 세라믹 케이크를 제조한다(S500). 전술한 공정에 의해 획득된 세라믹 슬러리는 다량의 수분을 포함하고 있으므로, 필터 프레스(filter press) 작업을 수행하여 수분을 제거할 수 있다. 필터 프레스는 가압 탈수 원리를 이용하는 것으로 여과장치에 세라믹 슬러리를 주입한 후 압력을 가함으로써 여액을 분리하여 사전에 설정된 정도로 수분을 제거하여 세라믹 케이크를 제조할 수 있다. 세라믹 슬러리의 수분을 제거하기 위하여 건조 공정이 더 포함될 수도 있다.
다음, 세라믹 케이크를 압출하여 세라믹체를 제조한다(S600). 필터 프레스 작업을 거친 세라믹 케이크는 압출 장치를 이용하여 세라믹체를 제조할 수 있다. 압출 장치는 형틀을 포함할 수 있으며, 세라믹 케이크를 압출 장치에 투입하고 압출 장치의 형틀을 통과하며 밀려 압출되어 나오면 일정 형태를 가지는 세라믹체를 제조할 수 있다.
다음, 세라믹체를 성형 소성하여 세라믹 제품을 제조한다(S700). 상기 공정을 거쳐 획득된 세라믹체를 목표한 형태로 성형한 후 소성 공정을 거쳐 세라믹 제품을 제조할 수 있다. 소성 공정의 조건은 성형된 세라믹체의 성분에 따라 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹체 제조 방법은 세라믹체를 성형한 후 소성하여, 50kg/cm2 이상의 꺾임 강도를 갖는 세라믹 제품을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹체 제조 방법으로 제조한 세라믹 제품의 꺾임 강도는 50kg/cm2 이상 100kg/cm2 미만의 값을 가질 수 있다.
세라믹 분말의 입도가 작아지게 되면 성형된 세라믹체의 밀도가 증가하고, 소성 과정을 거쳐 제조된 세라믹 제품의 강도 향상이 이루어질 수 있다. 또한, 입자의 크기가 감소하면 표면의 거칠기가 감소하는 특성을 보인다.
세라믹체의 강도는 응력이 모이게 되는 미세 틈 등의 결함을 없애거나 줄임으로써 달성할 수 있는데, 세라믹 원료 분말의 입도가 감소하게 되면 세라믹체의 구조가 더 치밀해지고 공극이 줄어들어 높은 강도를 달성할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹체 제조 방법으로 제조한 세라믹체의 꺾임 강도를 나타낸 그래프로서, 총 세라믹 분말 중량 중 2um 이하의 입도를 갖는 제1 세라믹 분말의 중량이 다른 7개의 샘플에 대하여 꺾임 강도를 측정하여 나타내었다.
도 3을 참조하면, 제1 세라믹 분말의 중량비가 커질수록 세라믹체의 꺾임 강도가 커짐을 알 수 있고, 제1 세라믹 분말의 중량비가 10% 이하인 샘플들은 꺾임 강도가 50 kg/cm2 이하의 값을 가짐을 확인할 수 있다. 특히, 제1 세라믹 분말의 중량비가 10%이상인 샘플들은 꺾임 강도가 현저히 증가하고, 50 kg/cm2 이상의 높은 꺾임 강도를 가지는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹체 제조 방법으로 제조한 세라믹체는 2um 이하의 입도를 갖는 제1 세라믹 분말의 중량이 총 중량 대비 10% 이상이 되도록 제조되어 우수한 강도를 가질 수 있게 되고, 양호한 기계적 가공성을 보유할 수 있게 된다.
한편, 도 4는 총 세라믹 분말 중량 중 4um 이하의 입도를 갖는 제2 세라믹 분말의 중량이 다른 7개의 샘플에 대하여 꺾임 강도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 제2 세라믹 분말의 중량비가 커질수록 꺾임 강도는 증가하는 것을 알 수 있고, 제2 세라믹 분말의 중량비가 11.5% 이상인 4개의 샘플은 꺾임 강도가 현저히 증가된 값을 가짐을 확인할 수 있다.
따라서, 세라믹 원료의 밀링 공정에서 볼의 입도가 12mm 미만인 볼을 이용하여 세라믹 분말이 4um 이하의 입도를 갖는 제2 세라믹 분말의 비중이 커질수록 더 강도가 높은 세라믹체를 제조할 수 있게 된다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
Claims (5)
- 세라믹 원료 및 용매를 혼합하고, 밀링(milling)하여 세라믹 슬러리를 제조하는 단계;
상기 세라믹 슬러리를 교반하는 단계;
상기 교반된 세라믹 슬러리를 체분리하는 단계;
상기 체분리된 세라믹 슬러리를 전자석 챔버를 통과시키면서 자성에 의해 중금속을 제거하는 단계;
상기 중금속이 제거된 세라믹 슬러리에 필터 프레스(filter press) 작업을 수행하여 사전에 설정된 정도로 수분을 제거하여 세라믹 케이크(cake)를 제조하는 단계; 및
상기 세라믹 케이크를 압출하여 세라믹체를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 세라믹 슬러리를 제조하는 단계는 12mm 미만의 입도를 갖는 볼을 이용하여 총 세라믹 분말 중량 중 2um 이하의 입도를 갖는 제1 세라믹 분말의 중량이 10% 이상인 세라믹 슬러리를 제조하는, 세라믹체 제조 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 세라믹 슬러리를 제조하는 단계는, 상기 볼과 상기 세라믹 원료를 1:1.1 내지 1:3 비율로 혼합하여 9.5 시간 내지 10.5 시간 밀링하는, 세라믹체 제조 방법. - 제2 항에 있어서,
상기 세라믹체를 성형한 후 소성하여, 50 kg/cm2 이상의 꺾임 강도를 갖는 세라믹 제품을 제조하는 단계;를 포함하는, 세라믹체 제조 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 볼의 입도와 상기 제1 세라믹 분말의 중량은 반비례 관계를 갖는, 세라믹체 제조 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 세라믹 슬러리를 제조하는 단계는,
상기 용매와 일정 비율 혼합하는 경우 제1 점도를 갖는 제1 세라믹 원료를 제1 입도를 갖는 제1 볼로 밀링하여 제1 슬러리를 제조하는 단계; 및
상기 용매와 일정 비율 혼합하는 경우 상기 제1 점도와 다른 제2 점도를 갖는 제2 세라믹 원료를 상기 제1 입도와 다른 제2 입도를 갖는 제2 볼로 밀링하여 제2 슬러리를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 세라믹 슬러리를 교반하는 단계는 각각 제조된 상기 제1 슬러리와 상기 제2 슬러리를 교반 탱크에서 혼합하여 교반하는, 세라믹체 제조 방법.
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| KR20160079489A (ko) * | 2014-12-26 | 2016-07-06 | 에스케이씨 주식회사 | 세라믹 그린시트 제조를 위한 압출 성형 장치, 세라믹 시트 및 이의 제조방법 |
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|---|
| N. Hlabangana et al: South African Journal of Chemical Engineering.:2018, 25, 79-84* * |
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