KR900003087B1 - 이층 구조 내열판 및 그 제조공정 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

이층 구조 내열판 및 그 제조공정
제 1 도는 본 발명에 따른 이층구조 내열판의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 지지체 2 : 입자
본 발명은 내화물, 파인세라믹스, 도자기 및 전자 세라믹 부품 등, 소성에 의해 제품화되는 제조분야에 사용되는 내열판에 관한 것이다.
내화물, 파인세라믹, 도자기 및 전자세라믹 부품등을 소성할 경우, 소성대(燒成坮) 또는 붕판(棚板)이라 불리우는 도구벽돌(tool brick)을 사용하는 것이 일반적이다. 이후 이러한 도구벽돌을 붕판이라 칭한다.
붕판에 요구되는 특성으로는 (1) 제품과의 무반응, (2) 반복 사용후 양호한 균열 저항성(비용절감의 이점), (3) 무변형 및 (4) 높은 열효율 등이 있다.2 2 2 2 3있으나, 만능한 특성을 갖는 붕판은 없다.
즉 Al2O3-SiO2붕판은 제품과의 반응 및 소성시 변형이라는 문제점으로 사용상 한계가 있다. Al2O3붕판의 경우에는 고온 소성이 필요하여 고가이고 또한 일부 제품들과 반응할 수 있다.
ZrO2붕판의 경우에는 제품과의 반응이나 변형이 발생하지 않으나 비중이 크기때문에 무거워서 취급하기 곤란하고, 고가이며 열전도율이 낮으며, 그리고 ZrO2변태로 인한 구조적인 취약화때문에 반복 사용후 부서지기 시작하는 등의 단점을 갖는다.
SiC의 경우에는, 변형이 발생하지 않으나 산화에 의한 노화 및 제품과의 반응을 방지하기 위한 고가의 코우팅을 필요로 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위해서, Al2O3붕판을 제조하는 경우에 있어서, 내크리이프성이 우수한 SiC를 중앙에 두고 상하면에 2개의 Al2O3층을 배열하여 3층으로된 샌드위치 구조인 붕판이 제조된다.
그러나 3층 구조의 붕판은 고가이고 균일한 3층을 만드는 것이 곤란하다. 또한 반복사용 후 층간의 박리상의 균열이 발생될 수 있어 전술한 문제점의 유효한 해결수단으로서의 역활을 하지 못한다.
또 다른 종래의 방법으로서, 일본국 실개소 61-192300호에는 내열용기의 내표면에 두께가 0.1~0.5mm인 세라믹시이트를 1층 또는 2층 이상 서로 압착시키거나 점착시킴으로써 라이닝한 후 이들을 동시에 소성하여 일체화한 세라믹 시이트가 라이닝된 내열용기가 게재되어 있다.
그러나 이러한 세라믹 시이트는 초지법(抄紙法)에 의해 제조된 것이고 만약 소성전의 생 세라믹 시이트를 내열용기에 사용한 경우라면 소성 온도 부근에서 적어도 15%정도 수축하고 또한 세라믹 시이트상에 균열이 발생하여 내열용기용 시이트로서 상기 시이트를 사용하는 것은 바람직하지 못하다. 또한 소성된 재료인 견고한 시이트를 사용한 경우 지지체로서 사용되는 내열용기에 상기 시이트를 붙이는 것이 곤란하고 양호하게 붙였을 경우라 하더라도 균열이나 박리사 세라믹 시이트와 내열 용기간에 열팽창이 서로 다르기 때문에 실행 온도에서 반복 사용 후 상기 세라믹 시이트와 내열용기간에 발생하게 된다.
따라서 반복적인 온도 변화를 겪는 붕판으로서 상기 시이트를 사용하는 것은 바람직하지 못하다.
따라서 본 발명은 입자상 표층부 및 지지체로된 2층 구조 내열판을 제공한다.
본 발명에 따른 2층 구조 내열판은 주로 온도 변화를 수반하는 소성로의 붕판으로서 사용되고 종래의 2층 구조 내열판의 결점인 표층부와 지지체간의 열팽창의 차이로 인한 표층부의 균열 및 박리를 방지하기 위하여 내열지지체에 입자상의 표층부를 배치한다. 즉 입자상 표층부와 지지체의 재료가 서로 다르기 때문에 발생하는 상기 입자상 표층부와 지지체간의 열팽창의 차이가 입자들간에 위치한 간극에서 흡수되어 박리 및 균열 등이 방지된다.
본 발명의 내열지지체용 재료는 그 재료가 소성로의 온도 변화에 대해 안정하고 균열 및 변형이 발생하지 않으며 열전도율이 높고 선열팽창율이 입자상 표층부의 선열팽창율과 유사하다면 특별히 한정적이지 않다. 상기 지지체용 재료의 예로서 마그네시아, 스피넬(MgO·Al2O3), 물라이트, 지르코니아(예를들면 천연 바델라이트 및 MgO, CaO, Y2O3로 안정화된 합성 지르코니아), 지르콘, 탄화규소 등이 있다. 이들중 마그네시아-스피넬 및 마그네시아-스피넬-지르코니아 내열지지체는 내구성이 크기때문에 특히 양호하다. 본 발명의 2층 구조 내열판에 사용되는 지지체는 소성제품과 직접적으로 접촉하지 않아서 지지체와 제품이 서로 반응할 위험성이 없다. 따라서 지지체용 재료의 순도는 특별히 한정적이지 않고 생지지체에 입자들이 박혀있는 것으로 족하다.
본 발명의 2층 구조 내열판의 입자상 표층부는 소성시에 제품과 직접 접촉되는 부분이며, 따라서 제품과의 반응 등을 고려하여 고순도의 재료를 사용하는 것이 필요하다.
비록 입자상 표층부의 재료가 소성되는 제품의 재료에 의존할지라도 예를 들어 지르코니아(예를 들면 천연 바델라이트 및 MgO, CaO, Y2O3로 안정화된 합성 지르코니아), 실리카, 알루미나, 마그네시아, 스피넬, 탄화규소, 질화규소, 카본 등의 재료를 사용할 수 있다. 소성되는 제품의 품질에 의존하여 상기 재료들의 1종 이상을 사용할 수 있다. 입자상 표층부는 상기 재료의 입자들로 이루어진다.
2층 구조 내열판을 제조할때의 소성 온도, 지지체와의 점착강도, 소성로의 온도, 제품과의 반응성 및 제품의 형상 및 크기에 의존하여 미세분말에서 조대한 입자까지의 다양한 크기의 입자를 사용할 수 있으며 입도 범위가 0.1~2mm인 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 입도가 상기 범위내에 존재할 경우 점착부의 두께가 얇고, 따라서 입자와 지지체간의 열팽창이 서로 다르기 때문에 발생되는 응력이 용이하게 흡수된다. 결과적으로 접착 강도의 저하가 감소되고 입자와 지지체간의 박리가 발생되지 않는다.
본 발명의 2층 구조 내열판의 단면을 나타내는 제 1 도에서 알 수 있듯이 입자(2)의 일부분이 지지체(1)에 박혀있고 입자상 표층부는 지지체(1)위에 일렬로 배치된 입자(2)의 층으로 되어 있다.
상기 구조를 갖는 입자상 표층부는 입자가 박힐 수 있을 정도로 연한 소정 형상의 생지지체를 전술한 입자들로 균일하게 피복시키고 피복된 입자를 구비한 생지지체를 성형하는 등의 여러 종류의 내화물 성형 방법을 사용하여 얻을 수 있다. 다음에 입자상 표층부를 갖는 생지지체를 소성하여 본 발명의 2층 구조 내열판을 수득한다.
소성 온도 및 소성 시간은 한정적이지 않고 지지체와 입자의 재료 및 입도범위에 따라 변할 수 있다. 그러나 소성로의 작업 온도보다 더 높은 온도, 통상 1,000~1,600℃의 소성온도에서 소성하는 것이 필요하다.
소성 온도는 입자상 표층부를 구성하고 있는 모든 입자가 용융되어 유리상으로변함으로써 표층부가 치밀화되는 온도를 초과해서는 안된다. 본 발명의 2층 구조 내열판의 작용 및 효과가 압자상 표층부의 각 입자들간의 간극에 의해 얻어지기 때문에 만약 입자가 용융되어 유리상으로 변함으로써 표층부가 치밀화된다면 종래의 2층 구조 내열판에서와 동일한 결점이 발생하게 된다. 그러나 입자들이 국부적인 정도로 용융되고 치밀화되었을 경우에 타 입자들간에 간극이 여전히 존재한다면 박리상의 균열이 발생하는 것이 방지될 수 있다. 이상적으로는 각각의 입자가 단독으로 지지체위에 지지되는 것이 바람직하다. 각 입자의 용융 온도는 입자의 재료 및 입도 등에 따라 변한다.
또한 입도가 균일한 입자를 사용하여 용융에 의한 치밀화를 방지할 수 있다. 입자상 표층부를 구성하고 있는 입자의 입도가 불균일하다면 작은 입자들이 큰 입자들간의 간극에 위치하여 저온에서 용융되어 상기 큰 입자들간의 간극을 메우고 입자상 표층부와 치밀화 된다.
본 발명의 2층 구조 내열판은 용도에 따라 지지체의 재료와 입자상 표층부의 재료와의 다양한 조합을 가질 수 있으며 이 때문에 본 발명은 비용면에서 여러가지의 이점을 갖는다. 예를들어 종래의 알루미나질의 붕판은 내크리이프성을 향상시키기 위해서 약 1800℃에서 소성되었으나 본 발명에서는 입자상 표층부를 알루미나질로하고 지지체를 내크리이프성이 양호한 물라이트질로 함으로서 소성 온도를 약 1600℃로 낮추는 것이 가능하게 되었다. 따라서 적은 비용으로 붕판을 제조할 수 있다.
이후 본 발명을 하기 실시예로 설명한다.
[실시예]
표 1에 나타낸 품질을 갖는 입자를 150×150×10mm의 크기를 갖는 스퀘어 금속 모울드에 투입하여 균일층을 수득한 후 표 1에 나타낸 품질을 갖는 지지체를 제조하기 위한 반죽물을 상기 입자층위에 투입하고, 일축프레싱하며, 모울드를 제거한 후 생소지를 1500℃에서 소성하였다.
[표 1]
Figure kpo00001
(1) 실시예 및 비교예에 사용된 재료의 화학조성은 하기와 같다.
지르코니아 : ZrO295%(CaO로 안정화된 것)
마그네시아 : MgO 99.5%
스피넬 : MgO 28.9%, Al2O369.9중량%
알루미나 : 지지체에 사용하는 것…Al2O390%
단일층에(비교예)사용하는 것…Al2O390%
입자상 표층부에 사용하는 것…Al2O390%
물라이트 : Al2O372.8중량%, SiO227.2 중량%
탄화규소 : SiC 98%
지르콘 : ZrO267중량%, SiO232중량%
피크로크로마이트 : MgO 81중량%, Cr2O318.5중량%
산화크롬 : Cr2O399중량%.
(2) 혼합비
[실시예 2]
마그네시아/지르코니아 중량비=1/1
[실시예 3]
마그네시아/스피넬/지르코니아 중량비=10/5/1
[실시예 4]
알루미나/물라이트 중량비=1/1
알루미나/스피넬 중량비=1/2
[실시예 5]
마그네시아/스피넬/지르콘 중량비=3/1/1
마그네시아/스피넬 중량비=1/1
표 1에서 실시예 1~5는 본 발명의 2층 구조 내열판을 나타낸다. 상기 실시예중에서 실시예 1~3에서는 지지체로서 균열저항성, 내크리이프성 및 열효율이 양호한 재료를 사용하였고 입자상 표층부로서 내반응성이 양호한 재료를 사용하였기 때문에 그 제품은 내반응성, 균열저항성 및 열효율에 대한 특히 양호한 특성을 갖는다.
또한 실시예 4 및 5는 지지체용의 재료로서 통상의 재료를 사용함으로써 결과가 양호하고 비용적인 면에서도 싼것을 나타낸다.
한편 비교예 1~3은 종래 제품을 나타낸다. 비교예 1에서 지지체로서 균열저항성이 양호한 스피넬과 표층부로서 두께가 약 5mm인 내반응성이 양호한 지르코니아 판상체를 사용하여 2층 구조 내열판을 제조했다. 따라서 비교적 가벼운 내열판이 제조되었다. 그러나 두 재료간의 열팽창이 서로 다르기 때문에 균열저항성이 불량했다.
본 발명은 균열 저항성이 양호한 지지체 및 내반응성이 양호한 입자상 표층부로 이루어지는 2층 구조 내열판을 제공한다. 따라서 본 발명의 2층 구조 내열판은 단일층 구조 내열판에서 얻을 수 없는 양호한 균열 저항성 및 내반응성을 동시에 갖는다. 또한 본 발명은 지르코니아로된 단일층 구조 내열판에 비해서 가볍기 때문에 작업성이 우수하고 열효율이 양호한 내열판 제조공정을 제공한다.

Claims (5)

  1. 지지체 및 입자상 표층부로 이루어진 2층 구조 내열판.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 지지체가 마그네시아, 스피넬, 물라이트, 지르코니아, 지르콘, 알루미나, 샤모트, 코오디어라이트, 탄화규소 및 질화규소로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 2층 구조 내열판.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 입자상 표층부가 마그네시아, 스피넬, 지르코니아, 알루미나, 실리카, 산화크롬(Cr2O3), 탄화규소, 질화규소, 카본 및 피크로크로마이트로 구성되는 군으로 부터 선택되는 하나 이상의 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 2층 구조 내열판.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자상 표층부가 입도가 0.1~2mm인 것을 특징으로 하는 2층 구조 내열판.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지체 및 입자상 표층부를 갖는 생소지를 1,000~1,800℃의 온도에서 소성하여서된 것을 특징으로 하는 2층 구조 내열판.
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