KR910001363B1 - 카본(Carbon)을 배합치 않는 탄화규소질 내화재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

카본(Carbon)을 배합치 않는 탄화규소질 내화재의 제조방법

본 발명은 카본(Carbon)을 첨가하지 않고 각입도(各粒度)의 알파형 탄화규소(α-SiC)와 금속규소(Si)를 원료로하여 유기결합재로 혼련하고 성형한 후 1350-1420℃의 온도로 소성하는 탄화규소질 내화재의 제조방법에 관한 것이다. 탄화규소질 내화재는 내열충격성, 내식성, 열간강도, 내마모성, 열전도율 등이 우수하여 고로용(高爐用) 내화물, 요업 킬른용(窯業 kiln用)내화물, 열교환기의 파이프, 기타 공업용 내화물 등에 널리 이용되고 있다. 통상적인 탄화규소질 내화재의 제조방법은 소성온도(약 1450℃)가 높고 카본을 혼합배드(Bed)에 첨가하여 소성중 금속규소와 반응시켜 베타형 탄화규소(β-SiC)를 제조하고 있으나 이런 종래의 방법은 미세한 카본 첨가에 따른 혼련시 국부적인 카본의 밀집현상으로 이를 방지키 위한 혼련시간이 길어지는 등의 어려움과 기브스 자유에너지(Gibbs Free Energy)가 낮은 상태인 고체와 고체의 반응이므로 원자확산에 의한 베타 탄화규소를 생성키 위하여는 소성온도가 높아야 하며, 이때는 금속규소와 카본의 계면 반응에 따라 대부분의 베타 탄화규소는 입계에서 일어나 국부적인 취약부위가 발생한다. 따라서 압축강도와 열간강도등이 좋지 않다. 또한 탄화 생성반응이 본원 발명보다 높은 온도에서 일어나고 온도조절에 의거 베타 탄화규소가 용융되기전(약 1400℃ 이하)에 베타 탄화규소를 생성시킨 후 다시 온도를 올리고 (약1430℃) 장시간 유지시켜 메트릭스(Matrix)내에 베타 탄화규소 메트(Matte)를 성장시켜 강도특성을 꾀하여야 하기 때문에 온도조절 및 상승과 그 공정이 복잡하였다.

또한 결합재와 젖음성이 작은 카본으로 인한 결합재 양의 증대로서 배드(Bed)의 변화폭이 커지는 등의 공정상 어려움도 있다. 따라서 본 발명은 원료에 카본을 직접 첨가치 않고 소성중 분위기내에 CO가스를 취입시키고 소성온도도 낮추므로서 종래의 문제점을 해결코자 하는데 그 목적이 있다.

이에 따라 본 발명은 혼련공정의 단축과 탄소와 원료간의 불균일성 방지 및 소성온도의 낮춤에 따른 에너지 절약에서도 유리하고 소성중 탄소를 남기는 분해물에서 발생한 카본과 금속규소가 반응하여 생성된 베타탄화규소는 소결체내의 기공내에 휘스커(Whisker)나 파이버 (Fiber)상으로 잘 발달된다.

즉, 이런 탄화규소는 휘스커나 파이버가 큰입자와 작은입자 사이에서 발달하여 고밀도의 소결체로서 강도특성이 우수하다. 이에따라 내식성, 내스폴링성, 내알카리성을 향상시키는 것이다.

이하 본 발명의 기술적 구성과 작용효과에 대해 구체적으로 설명키로 한다.

본 발명의 구성은 80-87중량%의 탄화규소(α-SiC)와 13-20중량%의 금속규소를 원료로 하고 여기에 결합재로서 통상적인 수지계를 배합하고 가압 혼련시켜 숙성 및 건조후 1350-1420℃에서 4-9시간 소성한것으로 한다. 각 조성물과 그 조성비, 소성온도 및 소성시간에 대한 수치적용 범위에 있어서 이들은 상호유기적인 결합관계가 있으므로 독단적인 개별의 구성만을 대상으로 논할 수 없는 것으로서 탄화규소(SiC)가 90% 이상 또는 금속규소가 25% 이상일때는 과잉 메트릭스(Matrix)에 따른 강도저하와 큰입자와 작은 입자의 분배율이 좋지 않아 물리적 특성이 저하된다.

본 발명은 메트(Matte)성장을 필요로 하지 않고 소성분위기내에 제공되는 CO가스는 금속규소와 반응하여 베타 탄화규소로 생성되며 이는 입자사이와 기공내에 휘스커나 파이버상으로 생성되기 때문에 소성온도를 기존온도보다 약 50℃ 낮추더라도 고밀도 소결체로서 우수한 강도 특성을 얻을 수 있다.

소성온도가 1350℃ 이하거나 1420℃ 이상일 때는 휘스커나 파이버상에 따른 고밀도 소결체를 얻을 수 없고, 소성시간이 3시간 이하거나 10시간 이상일때는 베타 탄화규소가 소량 생성되거나 파괴되므로서 미세조직이 발달되지 않아 강도특성이 저하된다.

또한 금속규소를 6㎛ 이하의 입도로 하되 내화재의 전체 입도 상태를(표 1)의 나)로 하면 베타형 탄화규소의 생성이 촉진된다. 결합제는 금속규소의 양과 소성시간과의 관계에서 베타형 탄화규소생성시 잔류카본을 남기지 않고 미반응 규소의 양이 나타나지 않은 3-9%로 하였다.

다음은 본 발명의 제조공정에 대하여 설명키로 한다. (표 1)과 같은 배합표에 따라 원료를 배합하고 가압혼련 후 상온에서 숙성과 자연건조를 행한다. 그후 자연건조된 성형체를 150℃에서 다시 건조한다. 건조된 성형체를 턴널킬른(Turrnel Kiln)로에서 1350-1420℃와 3-10시간 소성하되 소성분위기에서 CO가스를 취입시키면서 소성을 완료한다.

이상에서와 같은 기술적 구성과 그 작용효과를 실시예를 통하여 살펴보기로 한다.

[실시예 1]

원료배합비 탄화극소 84%, 금속극소 16%

결합제 7%(탄화규소+금속규소의 전체에 대한 중량비)

입도분포 금속극소 6㎛

전체입도분포 1mm 이상 40%

1-0.297mm 30%

0.297 이하 30%

소성 조건 온도 : 1395℃

시간 : 7시간

상기와 같은 조건에 따라 나타난 물리적 성질은 곡율강도가 600kg/㎠, 열간강도가 500kg/㎠, 압축강도가 2700kg/㎠으로서 종전기술인 곡율강도 550kg/㎠, 열간강도 480kg/㎠, 압축강도 2000kg/㎠ 보다 우수함을 알 수 있다

[실시예 2]

원료배합비 탄화극소 80%, 금속극소 20%

결합제 8%(탄화규소+금속규소의 전체에 대한 중량비)

입도분포 금속극소 6㎛

전체입도 1mm 이상 45%

1-0.297mm 25%

0.297 이하 35%

소성조건 온도 : 1410℃

시간 : 8시간

상기와 같은 조건에 따라 나타난 물리적 성질은 곡율강도 580kg/㎠, 열간강도 500kg/㎠, 압축강도 2500kg/㎠로서 (실시예 1)의 종전기술에 비해 우수하게 나타나고 있다.

본 실시예는 두가지만 언급하였으나(표 1)에 따른 조건을 실시하여 본바(표 2)와 같은 결과가 나타났다.

이상에서와 같이 본원 발명은 종전기술에 비해 탄소를 원료에 직접 배합치 않고 소성시 CO가스를 취입하고 소성온도를 낮추므로서 복잡한 혼련공정의 생략과 에너지 절감에 유리하고 물리적 성질에서도 우수함을 알수 있다.

[표 1]

[표 2]

Claims (1)

1. 80-87중량%의 탄화규소(α-SiC)와 13-20중량%의 금속규소(Si) 및 유기결합제를 혼련하여 성형한후 CO가스를 취입하는 환원분위기에서 1350℃-1410℃의 온도와 4-9시간으로 소성함을 특징으로 하는 카본을 배합치 않는 탄화규소질 내화재의 제조방법.