KR940007522B1 - 미세 통공을 갖는 관형 세라믹 구조물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

미세 통공을 갖는 관형 세라믹 구조물의 제조방법

제 1 도는 관형 세라믹 구조물의 형상을 크게 확대하여 나타낸 확대도.

제 2 도는 종래의 방법으로 세라믹 구조물을 압출형성하는 장치를 개략적으로 도시한 단면도.

제 3 도는 본 발명이 적용되는 세라믹 구조물 압출성형장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도.

제 4 도는 제 3 도의 점선부분(A) 확대 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 세라믹 구조물 20 : 압출기 금형물

21 : 압출구용 관 22 : 통공형성용 세봉

23 : 세선공급용 관 24 : 세선드럼

25 : 세선 26 : 세선정렬대

본 발명은 미세 통공을 갖는 관형 세라믹 구조물의 제조방법에 관한 것으로, 특히 수십 미크론 내지 수백 미크론의 미세한 통공을 갖는 관형상의 세라믹 구조물을 압출기법으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

미세 통공을 갖는 관형 세라믹 구조물은 근래에 이르러 전자부품, 광부품, 또는 기계부품에서 그 이용도가 날로 증가되고 있다. 예를들어, 최근 수요가 크게 증가하고 있는 것으로서, 광 컨넥터에 사용되는 세라믹 페룰은 직경이 약 125㎛인 광섬유를 끼울 수 있는 정도의 미세한 세공을 갖고 있으며, 반도체 집적소자의 기판 접착에 이용되는 세라믹 모세관도 200㎛ 정도의 세공이 형성되어 있는 구조물이다.

이러한 관형의 세라믹 구조물을 성형하는 종래의 방법은 가압상형법, 사출성형법, 및 압출성형법 등이 있다.

그러나, 가압성형법은 길이가 짧은 관을 성형하기는 용이하나, 외경에 비해 길이가 긴 관을 성형하기가 어렵다.

사출성형법 또한 성형할 수 있는 관의 길이의 제약이 따르며, 후술하는 압출성형법 보다도 생산속도가 느리고, 금형을 제작하기 어려운 문제점이 있다.

압출성형법은 관형태의 세라믹 구조물을 제조하는데 있어서는 기존의 방법중 가장 적합한 성형법인데, 이러한 방법으로 세라믹 구조물을 압출성형하는 장치의 금형 단면을 제 2 도에 도시하였는 바, 세라믹 구조물(제 1 도 참조)의 외경(10d)은 압출구용 관(21)의 내경에 의해 결정되고, 상기 세라믹 구조물의 내경(11d)은 통공형성용 세봉(22)의 외경에 의해 결정되는 것이다.

따라서, 상기한 바와 같은 종래의 압출성형법을 채용함에 있어서, 세라믹 구조물의 내경이 1㎜ 이상인 경우에는 대체로 문제가 없었으나, 세라믹 구조물의 내경이 1㎜ 이하로 미세해지면 통공형성용 세봉의 정밀 가공 자체가 어렵고, 압출시 경도가 큰 세라믹 반죽과의 마찰에 의해 마모되어 성형되는 세라믹 구조물 칫수의 정밀 조절이 어려워지는 문제점이 있었다. 더욱이, 광 컨넥터용 세라믹 페룰과 같이 내원과 외원의 동심도가 성형단계에서 수십 미크론 정도로 요구되는 구조물을 성형하기는 더욱 어려웠다. 왜냐하면 압출시 세라믹 반죽의 압력 불균일에 의해 통공형성용 세봉(22)이 쉽게 변형되기 때문이다.

본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 통공형성용 세선과 세라믹 반죽을 동시에 압출시켜 세라믹 구조물의 내경(통공)치수 및 내원과 외원의 동심도를 정밀하게 제어하여 미세 통공을 갖는 관형 세라믹 구조물을 제조하는 방법을 제공함에 그 목적을 두고 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 일측에 압출구용 관이 형성된 압출용 금형물 내에 장착되어 외부의 세선드럼으로부터 제공되는 세선이 중심정렬되도록 지지하는 세선공급용 관을 구비하고 있는 압출성형장치를 이용하여 세라믹 소재의 분말에 일정비율의 첨가물을 혼합하여 가소성을 갖도록 한 세라믹 반죽과 세선을 상기 압출구용 관을 통해 동시에 압출시키고, 탈지 및 소성 공정을 거치도록 하여 형성하는 미세통공을 갖는 관형 세라믹 구조물 제조방법과, 일측에 압출구용 관이 형성된 압출용 금형물 내에 장착되어 외부의 세선드럼으로부터 제공되는 세선이 중심정렬되도록 지지하는 세선공급용 관, 및 상기 압출구용 관 외부에 위치하여 세선공급용 관과 함께 세선의 중심정렬을 지지하는 외부정렬대를 구비하고 있는 압출성형장치를 이용하여 초기에 상기 세선공급용 관 및 외부 정렬대를 통해 세선을 팽팽히 중심정렬시킨 후, 가소성을 갖는 세라믹 반죽과 상기 세선을 동시에 압출시킨 후, 탈지 및 소성 공정을 거치도록 하여 형성하는 미세 통공을 갖는 관형 세라믹 구조물 제조방법을 제공한다.

이하, 첨부한 제 3 도 및 제 4 도를 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.

제 3 도는 본 발명이 적용되는 세라믹 구조물 압출성형장치의 개략적인 구조를 나타낸 일실시예 단면도이고, 제 4 도는 상기 제 3 도의 점선부분(A) 확대 단면도로서, 도면에서 20은 압출기 금형물, 21은 압출구용 관, 22는 통공형성용 세봉, 23은 세선공급용 관, 24는 세선드럼, 25는 세선, 26은 세선정렬대를 각각 나타낸 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 세라믹 소재로 알루미니와 지르코니아를 각각 사용하였다. 상기의 세라믹 소재의 분말에 적당량의 수분, 가소성 수지, 결합제, 윤활제, 조제 등을 첨가하여 혼련기에서 혼합함으로써 가소성을 갖는 균일한 반죽상태를 만든다.

그리고 나서, 압출기에 넣어 제 3 도에 도시한 바와 같은 압출용 금형물(20)을 통과시킨다. 그런데 여기에서의 압출금형구조는 상기의 세라믹 반죽과 세선(25)을 동시에 압출성형하는 구조이다. 따라서, 초기에 세선(25)을 도면에서와 같이, 금형외부의 세선을 감은 드럼(24)으로부터 세선공급용 관(23)을 통하여 그 끝단 중심에 이르도록 하고, 다시 외부의 세선정렬대(26)에 지지되도록 인출시켜 상기 세선(25)이 압출구용 관(21)의 중심에 위치하도록 조절한다.

그리하여 상기의 세라믹 반죽이 금형의 외부 방향으로 강한 압력을 받아 압출구용 관(21)을 통해 압출되면, 세선(25)도 세라믹 반죽과의 압착에 기인한 마찰력에 의해 상기 세라믹 반죽과 함께 동일한 압출속도로 계속 압출된다.

그런데, 일단 세라믹 성형물이 압출되어 밖으로 나오기 시작하면 세선정렬대(26)를 제거하여도 상기 세선(25)은 세선 공급통로용 관(23) 및 압출되는 세라믹 반죽에 지지되어 중심정렬이 유지된다.

상기의 방법으로 압출된 세라믹 구조물은 사용목적에 따라 적당한 길이로 절단된 후, 탈지 및 소성 공정을 거치도록 하여 미세 통공을 갖는 세라믹 구조물을 제조한다.

특히, 세선(25)으로 고분자 물질인 낚시줄을 사용하여, 세라믹 지르코니아 소재와 함께 압출시킨 실시예에서는 세라믹 구조물 압출성형후 1450℃ 정도의 고온 공기중에서 소결한 결과, 별도의 세선 제거공정 과정을 거치지 않고도 세라믹 구조물 중심에 세공이 자연스럽게 형성되었다. 그 이유는 고분자 물질인 낚시줄의 구성 성분이 상기 소성 공정중에 산화되어 기체상태로 증발해 버리기 때문이다.

상기 실시예에서 지르코니아 소재와 직경이 120미크론인 낚시줄을 사용한 경우, 소성후에 세라믹 구조물의 파단면을 전자현미경으로 관찰한 결과 상기 세라믹 구조물에 정원형의 세공이 중심에 형성되어 있었으며, 세공의 직경은 95미크론이었다. 따라서, 세라믹 소재의 종류와 구조물의 성분비에 따라 일정 비율만큼 수축되는 것을 감안하여 세선의 직경을 결정한다.

또한, 상기 세라믹 구조물을 연마하여 세공의 내벽을 관찰한 결과 0.5미크론 이하의 표면 거칠기를 갖는 우수한 표면이 형성되어 있었다.

게다가 제 2 도와 같은 금형을 이용한 종래의 방법으로는 세라믹 구조물의 외원과 내원의 동심도를 0.2㎜ 이하로 유지하기가 매우 어려웠으나, 본 발명의 방법(세선동시압출방법)에서는 동심도를 0.2㎜이내로 조절하기가 용이하고, 압출구용 관(21)의 내부 금형에 의해 결정되는 세라믹 구조물의 외형을 변경시켜 원형외에도 다양한 각형의 구조물로 제조할 수 있다.

제 4 도는 제 3 도의 세선공급용 관의 끝부분(A)을 확대 도시한 단면도로서, 도면에서 t는 세선(25)과 세선공급용 관(23)의 끝부분 통로와의 여유간격을 나타낸 것이다. 도면에서와 같이 상기 세선공급용 관의 끝부분통로 직경을 세선의 직경보다 0.1㎜ 크게 형성하여, 세선의 공급이 원활하게 유지되면서 세라믹 성형체의 동심도를 매우 정밀하게 조절할 수 있도록 한다.

또한, 외부의 세선정렬대(26) 중심 세공의 가공정밀도도 초기 성형체의 동심도를 결정하는 주 요인이 되므로 정밀 가공하고, 초기에 정확하게 중심정렬을 할 수 있도록 지지한다.

상기와 같이 본 발명에서는 세라믹 구조물에 세공을 형성하기 위하여 세라믹소재와 동시에 세선을 압출하는 방법을 제공하는데, 세선은 세라믹 구조물의 내경을 결정하는 인자로서 직경이 1㎜ 이하인 여러가지 소재가 이용될 수 있다. 예를들어 낚시줄, 강선, 섬유, 카본파이버등을 이용할 수 있다.

일반적인 압출에 의한 세라믹공정에서는 압출된 세라믹의 구조물은 압출성형후 탈지 및 소성 공정을 거치게 되는데, 상기 실시예에서와 같이 탈지 및 소성 공정에서는 세라믹의 수축이 일어나게 되므로, 최종 구조물의 내경은 세선의 직경보다 작게 된다. 따라서 압출후 공정의 수축률을 고려하여 세선의 외경을 선택해야 한다. 그러나 다양한 치수의 세선이 상용화되어 있으므로, 수십미크론에서 1㎜ 정도의 세선은 쉽게 구할 수 있다.

그리고 필요에 따라서는 두개 이상의 세선을 인출, 제공하는 세선공급용 관을 채용하여, 다수의 세선이 일정 위치를 유지하면서 계속적으로 공급되도록 하고 세라믹반죽과 동시에 압출하여 한개의 세라믹 구조물에 여러개의 세공을 형성할 수도 있다.

상술한 바와 같은 본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 수십 미크론에서 1㎜ 정도까지 정확한 치수의 세공을 가진 세라믹 구조물을 용이하게 형성할 수 있다.

둘째, 종래의 방법으로는 세라믹 구조물이 관형인 경우 외원과 내원의 정밀한 동심도를 유지하기 어려우나 세선과 세라믹을 동시압출하는 방법을 이용하면 동심도를 0.2㎜ 이하로 유지할 수 있다.

특히 광 커넥터용 세라믹 페룰은 소성후 가공전에 상당한 정밀도의 동심도가 요구되기 때문에 본 발명의 적용효과는 매우 크다.

Claims (5)

1. 일측에 압출구용 관(21)이 형성된 압출용 금형물(20)내에 장착되어 외부의 세선드럼(24)으로부터 제공되는 세선이 중심정렬되도록 지지하는 세선공급용 관(23)을 구비하고 있는 압출성형장치를 이용하여 미세 통공을 갖는 관형 세라믹 구조물을 제조하는 방법에 있어서, 세라믹 소재의 분말에 일정비율의 첨가물을 혼합하여 가소성을 갖도록 한 세라믹 반죽과 세선(25)을 상기 압출구용 관(21)을 통해 동시에 압출시킨 후, 탈지 및 소성 공정을 거치도록 하여 형성하는 것을 특징으로 하는 미세 통공을 갖는 관형 세라믹 구조물 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 세선(25)으로 고분자 재료의 낚시줄, 강선, 카본파이버 중 어느하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 미세 통공을 갖는 관형 세라믹 구조물 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 세선(25)으로 0.01 내지 1㎜의 세선을 사용하는 것을 특징으로 하는 미세 통공을 갖는 관형 세라믹 구조물 제조방법.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 소성 공정은 1450℃의 고온 공기중에서 소결하여 고분자 재료의 세선(25)이 산화되어 증발되도록 하는 것을 특징으로 하는 미세 통공을 갖는 관형 세라믹 구조물 제조방법.
5. 일측에 압출구용 관(21)이 형성된 압출용 금형물(20)내에 장착되어 외부의 세선드럼(24)으로부터 제공되는 세선이 중심정렬되도록 지지하는 세선공급용 관(23), 및 상기 압출구용 관(21) 외부에 위치하여 세선공급용 관(23)과 함께 세선의 중심정렬을 지지하는 외부정렬대(26)를 구비하고 있는 압출성형장치를 이용하여 미세 통공을 갖는 관형 세라믹 구조물을 제조하는 방법에 있어서, 초기에 상기 세선공급용 관 및 외부정렬대를 통해 세선(25)를 팽팽히 중심정렬시킨 후, 가소성을 갖는 세라믹 반죽과 상기 세선(25)을 동시에 압출시킨 후, 탈지 및 소성 공정을 거치도록 하여 형성하는 것을 특징으로 하는 미세 통공을 갖는 관형 세라믹 구조물 제조방법.