KR930009892B1 - 입방정 보론 나이트라이드 연마지석에 있어서의 결정화 유리 결합재 및 지석의 제조방법 - Google Patents

입방정 보론 나이트라이드 연마지석에 있어서의 결정화 유리 결합재 및 지석의 제조방법

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배윤주
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국립공업기술원요업기술원
이종민
최병현
신태수
이창송
배윤주
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Abstract

내용 없음.

Description

입방정 보론 나이트라이드 연마지석에 있어서의 결정화 유리 결합재 및 지석의 제조방법
제 1 도는 입방정 보론 나이트라이드 연마지석에 있어, 지립과 결정화 유리 입자와의 결합형태를 보인 확대도.
제 2 도는 M. P(Mounted Point)형과 일체형 지석의 사시도 및 단면도.
본 발명은 입방정 보론 나이트 라이드 연마지석에 있어, 지립의 결합을 위한 결정화유리 결합재와 이를 이용한 지석의 제조방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 결합재의 제조온도가 낮을뿐만 아니라 결합재의 열팽창 계수가 작아, 결합재와 지립과의 열팽창계수와의 차가 미소해지므로 서로간의 결합력을 높일 수 있게한 것이다.
이미 일반화된 입방정 보론 나이트 라이드(BN) 연마지석은 초기 결합재로서 수지(resin) 금속(metal)등을 사용하던 것에서 비트리파이드(vitrified)입방정 보론 나이트 라이드의 개발과 함께 이의 결합재로서, 무기질 원료 예컨대, 장석이나 점토 등과 혹은 1차 용융 처리된 프리트(frit)가 사용되었다. 그러나 이와같은 상기의 결합재를 사용한 비트리파이드(vitrified)입방정 보론 나이트 라이드 연마지석은 냉각중 지립과 결합재 사이의 결합(bonding) 부분에서 미세균열이 발생하여 기계적 강도의 저하가 현저하게 나타났다.
이와같은 강도 저하의 원인은 결합재인 무기질 원료 또는 1차 용융한 프리트(frit)가 입방전 보론 나이트 라이드 지립과의 열팽창 계수차가 크기 때문인 것으로, 열팽창 계수차를 미소케하여 일정한 강도를 유지하는데 많은 문제점이 따랐다.
즉, 결합재와 지립과의 결합력(bonding bridge)부분에서 미세균열이 발생하지 않는 결합재로는 저 팽창성을 갖고 높은 연화점이 요구되어 필연적으로 제조온도가 약 1500℃이상으로 매우 높아야하는 문제점이 있었던 것이다.
따라서, 본 발명에서는 제조온도가 약 1300℃이하이며 열팽창 계수차가 입방전 보론 나이트 라이드 지립과 미소한 유리 결합재로서 냉각시 내부응력에 의한 구조적 결함의 감소와 더불어 높은 기계적 강도를 유지케한 것으로, 본 발명에 있어, 결정화 유리 결합재는 산화리튬(Li2O), 산화알루미나(Al2O3), 산화규소(SiO2)계 모유리로서 각각의 화학적 조성비(표1)를 달리하여 실시예와 같이 제조 실험하였다.
[표 1]
Figure kpo00001
[실시예 1]
55wt% SiO2, 5wt% Al2O3, 5wt% B2O3, 10wt% P2O5, 10wt% ZrO2, 3wt% BaO, 5wt% MgO, 2wt% Na2O, 5wt% Li2O 조성비로 뱃지(Batch)를 조합한후 1250-1300℃에서 3-5시간 용융한 후 급냉하여 325메쉬(mesh)체를 전부통과하게 한후 고속의 분쇄기로 약 3시간 회전시켜 15-20㎛입자크기로 분쇄하여 결정화 결합재로 사용하였다. 입방정 보론 나이트 라이드 연마지석 제조시 그 뱃지(batch)는 100-120메쉬(mesh)입도의 입방정 보론 나이트 라이드 지립과 140-180 메쉬인 구상 뮬라이트(mullite)와 아런덤(arundum)을 4 : 1로 사용한 충진재(filler) 그리고 결정화 유리 결합재, 기공제 및 유기결합제이다.
성형조제는 30-40wt%인 덱스트린 수용액을 지석 중량의 5-10wt%로 첨가하여 다음 공정과 같이 혼합하였다.
Figure kpo00002
이때, 핸드-믹싱(Hand-Mixing)의 경우 지립의 파손이 우려됨으로 연질의 유발과 유봉을 사용하였다.
이와같이 혼합된 원료로서 도면 제 1 도에서와 같이 일명 M.P(Mounted Point)형과 일체형의 지석을 성형하는데 이때, M.P형의 성형압은 500-700㎏/㎠에 가압하고 일체형 지석은 조합된 지지층 시료를 금형의 지지층부분에 장입하여 1차 가압한후 지립층의 금형을 탈형시키고 여기에 지립층의 시료를 장입하여 500-700㎏/㎠로 가압 성형하여 제조한 것이다.
성형된 시료를 상온 및 60℃에서 충분히 건조한후 하기의 열처리 스케쥴(schedule)에 의해 결정화 열처리 하였다. 종래 소성 초기에 조핵과 결정성정의 2단계만으로 열처리 하던것에서 소성 초기에 제 1 단계로 1020-1100℃에서 유지하여 입방정 보론 나이트 라이드 지립과 충진재 입자를 충분하게 코팅하여 결합할 수 있게 하였고 제2단계로 650℃까지 냉각시켜 다시 650-750℃에서 2시간 조핵시킨후, 온도를 850-950℃로 승온시켜 제3단계로 결정성장 열처리 하였다.
Figure kpo00003
이같이 제조된 입방정 보론 나이트 라이드 연마지석은 도면 제 2 도에서와 같은 결합형태를 나타낸다.
[실시예 2]
50wt% SiO2, 20wt% Al2O3, 5wt% P2O5, 10wt% ZrO2, 3wt% BaO, 5wt% MgO, 2wt% Na2O, 5wt% Li2O 조성비를 갖는 결정화 유리 결합재
[실시예 3]
50wt% SiO2, 15wt% Al2O3, 5wt% B2O3, 5wt% P2O5,10wt% ZrO2, 3wt% BaO, 5wt% MgO, 2wt% Na2O, 5wt% Li2O의 조성비를 갖는 결정화 유리 결합재
[실시예 4]
50wt% SiO2, 10wt% Al2O3, 10wt% B2O3, 5wt% P2O5,10wt% ZrO2, 3wt% BaO, 5wt% MgO, 2wt% Na2O, 5wt% Li2O의 조성비를 갖는 결정화 유리 결합재
[실시예 5]
45wt% SiO2, 15wt% Al2O3, 10wt% B2O3, 5wt% P2O5,10wt% ZrO2, 3wt% BaO, 5wt% MgO, 2wt% Na2O, 5wt% Li2O의 조성비를 갖는 결정화 유리 결합재
[실시예 6]
34wt% SiO2, 19wt% Al2O3, 3wt% P2O5, 18wt% ZrO2, 9wt% Na2O, 17wt% Na2SiF6의 조성비를 갖는 결정화 유리 결합재
실시예 2에서 6까지의 나머지 입방정 보론 나이트 라이드 연마지석 제조공정은 상기 실시예 1과 동일하게 하였다.
이와같이 결정화 유리를 결합재로 사용하여 제조한 입방정 보론 나이트 라이드 연마지석 시료중에 연삭성이 가장 우수한 결합재를 확인하기 위하여 트루잉(truing)과 드레싱(dressing) 작업후의 M.P형과 일체형 지석에 대하여 (표2)와 같은 연삭 시험을 하였다.
연삭비는 지석과 공작물의 용적비로 구하였고 표면 조도는 Rmax로 나타내어 실험한 결과는 (표3)과 같다.
[표 2]
Figure kpo00004
[표 3]
Figure kpo00005
이상의 시험결과는 일반 세라믹 지석인 A, WA, SiC 지석이나 Resinoid나 metal을 결합재로한 입방정 보론 나이트 라이드 지석보다는 시료1에서 6까지 모두 우수하였다. 그러나 시료1과 시료6은 열팽창이 커서 연삭시 지석의 지립탈락으로 인해 연삭비가 시료 2, 3, 4 및 5보다 낮았다. 한편, 시료2, 4 및 시료5의 연삭비는 매우 우수하였는데 M.P형보다 일체형이 약 1.5배정도였고 공작물의 표면 조도(Rmax)역시 우수하여 1.3-1.7㎛를 나타내었다.
특히, 시료3은 연삭비의 경우 M.P형이 770이상, 일체형이 920으로 나타나 일반 세라믹 연삭지석의 연삭비 5-10에 비해 월등하였으며 Resinoid 결합재나 metal결합재로 결합된 입방정 보론 나이트 라이드 지석보다도 아주 높았다. 또한, 공작물의 표면 조도(Rmax) 역시 일반 세라믹 조도에 비해 훨씬 우수한 1.2-1.4㎛였다. 그러므로 결정화유리 결합재 중에 가장 우수한 결합재는 표 1의 시료 3(실시예 3)이었다.
상기 (표 1)같이 조합된 조성물로된 모유리를 열처리 스케쥴에 의해 결정화시킨후 X-선 회절분석기로 그결정상을 분석한 결과 시료 1과 시료 6은 결정상이 규산 알루미나(Alumino-silicate)와 α-크리스토버라이트(α-cristobalite)로서 열팽창이 입방정 보론 나이트 라이드 지립과 약간의 차이만을 나타냈을 뿐이며 시료 2-5의 결정상은 규산 알루미나(Alumino-silicate)로서, 시료 2는 점성이 약간 높았고 시료 4와 5는 결정생성량이 적었지만 열팽창은 입방정 보론 나이트 라이드 지립과 유사했으며 특히, 시료 3은 거의 동일하였는데 열팽창 계수가 30-31×107/℃(모유리 : 56×107℃), 비커스 경도는 1200-1350㎏/㎟(모유리 : 644㎏/㎟) 및 지석의 꺽임강도는 750㎏/㎠(frit의 경우 450㎏/㎠)로서 일반 결합재에 비해 약 1.5배 이상으로 우수한 기계적 강도와 내열성을 나타내었다.
따라서, 본 발명은 결정화 유리 결합재의 제조온도가 낮고, 열팽창계수가 거의 유사하며, 결합재의 결정상이 낮은 온도에서 성장하기 때문에 소성온도를 낮춤이 가능하고 도면에서와 같이 결합력(bonding-bridge)을 형성하여 매우 강한 지립 보지력을 갖게 된다.

Claims (3)

  1. 다음 조성비를 갖는 성분 산화규소(SiO2) 34~55중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 5~20중량%, 산화붕소(B2O3) 5~19중량%, 산화바륨(BaO) 3중량%, 산화리튬(Li2O) 5중량, 산화 마그네슘(MgO) 5중량%, 산화나트륨(Na2O) 2~9중량%, 불화규소나트륨(Na2SiF6) 0~17중량% 및 조핵제로 산화지르코늄(ZrO2) 10~18중량%, 오산화인(P2O5) 3~10중량%를 혼합한 결정화유리 결합재의 조성물.
  2. 제 1 항에 의하여 생성되는 결정화유리 결합재 15~30중량%와 입방정 보론 나이트라이드지립 30~90중량%에 충진제 0~50중량%를 가하여 지립층을 구성하고, 결정화 유리 결합재 20~30중량%에 충진제 70~80중량%를 가하여 지지층을 구성하며, 상기 지립층과 지지층으로 구성된 지석을 1020~1100℃의 온도에서 일정시간 유지하여 결합시킨후 냉각중에 650~750℃에서 일정시간 조핵하여 다시 승온시켜 850~950℃에서 일정시간 결정성장 시킴을 특징으로 하는 입방정 보론 나이트 라이드 연마지석의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 충진제로 뮬라이트(mullite)와 아런덤(arundum)이 4 : 1의 비율로 이루어짐을 특징으로 하는 입방정 보론 나이트 라이드 연마지석의 제조방법.
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