WO2023149760A1 - 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법 - Google Patents

규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법 Download PDF

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WO2023149760A1
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing porous ceramics using magnesium silicate.
  • FIG. 1 is a perspective view of a fine particle generator using a liquid cartridge according to the prior art.
  • a fine particle generator is supplied with liquid from the upper part of the body 3 equipped with a battery (not shown), a control circuit (not shown), a liquid storage tank for storing liquid, and a liquid storage tank. It has a cartridge (1) equipped with an atomizer for atomizing a liquid.
  • the cartridge 1 is detachably attached to the upper part of the main body 3, and receives power from the main body 3 to heat the liquid to generate fine particles.
  • FIG. 2 is an exploded view of a liquid cartridge according to the prior art.
  • the cartridge includes a liquid storage housing 3001 for storing liquid, an elastomer cap 3011 installed in the liquid storage housing 3001 and partitioning the liquid storage space and the atomization space, and a liquid storage housing installed below the elastomer cap 3011 ( 3001), a wick/coil assembly 3002 installed at one end, a wick housing 3005 fixing the wick/coil assembly 3002, an elastomer cap 3011 and a cannula 3009 penetrating the liquid storage space, the cannula It includes a mouthpiece 3017 separated from the tank for inhaling microparticles passing through 3009 and one or more absorbent pads 3019 installed in the mouthpiece 3017 to absorb droplets.
  • the contact terminals 3007 pass through the liquid storage housing 3001, some of which are exposed outside the housing 3001, and others are located within the housing 3001.
  • a cover 3015 may be coupled to a lower portion of the housing 3001 to protect the contact terminal 3007 exposed to the outside of the housing 3001 before the cartridge is coupled to the main body and to prevent liquid phase from leaking.
  • FIG. 3 is a view showing a wick/coil assembly provided in a liquid cartridge according to the prior art.
  • the coil/wick assembly 3002 has a coil 3002b wound on the outside of a wick 3002a made of silica wick, sponge foam material, fiber material, etc. ) vaporizes the liquid contained in it.
  • a wick 3002a made of silica wick, sponge foam material, fiber material, etc.
  • vaporizes the liquid contained in it At this time, local carbonization of the liquid phase and the wick 3002a may occur due to a difference in heat transfer rate between the wick 3002a and the coil 3002b. If the liquid phase or the wick 3002a is carbonized, it may cause a user to feel uncomfortable when inhaling and reduce satisfaction. Therefore, it is required to develop a structure capable of preventing carbonization of the heating part.
  • An object of the present invention is to provide a porous ceramic using magnesium silicate that can be used as a ceramic heater.
  • the present invention comprises the steps of preparing a mixture by mixing a magnesium silicate raw material powder and a pore-forming agent; charging the mixture into a mold; Molding a porous ceramic by uniaxially pressurizing the mixture loaded into the mold and maintaining the pressurized state; and demolding the porous ceramic molded body molded from the mold.
  • the magnesium silicate raw material powder provides a porous ceramic manufacturing method using magnesium silicate, characterized in that provided in the form of spherical particles.
  • a method for producing a porous ceramic using magnesium silicate characterized in that the diameter of the spherical particles is 75 ⁇ 120 ⁇ m is provided.
  • a method for producing porous ceramics using magnesium silicate is provided, wherein the pore-forming agent is an acrylic polymer.
  • a method for producing porous ceramics using magnesium silicate characterized in that the pore-forming agent is added in an amount of 20 wt% or less compared to the magnesium silicate raw material powder, is provided.
  • a method for producing a porous ceramic using magnesium silicate is provided, wherein the pore-forming agent has a diameter of 20 ⁇ m or more.
  • a method for manufacturing porous ceramics using magnesium silicate wherein a binder is added to increase the bonding strength of the porous ceramics in the step of preparing the slurry.
  • a method for producing a porous ceramic using magnesium silicate characterized in that the binder is added in an amount of 10 wt% or less compared to the magnesium silicate raw material powder, is provided.
  • a method for producing porous ceramics using magnesium silicate characterized in that a lubricant coating is formed on the inner surface of the mold before the step of loading the slurry into the mold.
  • the lubricant provides a porous ceramic manufacturing method using magnesium silicate, characterized in that a lubricant such as BN-spray, GL-2002 is used.
  • a porous ceramic manufacturing method using magnesium silicate characterized in that it further comprises; performing a sintering process after demolding the porous ceramic molded body.
  • the step of performing the sintering process is a process of heating up to a first temperature at a constant temperature increase rate and then de-binding for a first time, to a second temperature higher than the first temperature. It provides a method for producing porous ceramics using magnesium silicate, characterized in that it includes a process of maintaining a second temperature for a second time after raising the temperature at a constant temperature increase rate and a process of furnace cooling.
  • magnesium silicate characterized in that the porosity and compressive strength of the ceramic molded body are adjusted by adjusting the first temperature, the second temperature, the first time and the second time, and the heating rate in the sintering process.
  • a method for producing porous ceramics is provided.
  • porous ceramics using magnesium silicate characterized in that the porous ceramic molded body has a compressive strength of 5 to 90 MPa by a sintering process.
  • a method for manufacturing porous ceramics using magnesium silicate wherein the binder is removed by a sintering process and the porous ceramic molded body has a porosity of 10 to 55%.
  • a porous ceramic manufacturing method using magnesium silicate characterized in that the shrinkage rate of the porous ceramic molded body after the sintering process is 10% to 25% (based on a molded body having a diameter of 1.5 cm and a height of 1 cm).
  • a method for producing a porous ceramic using magnesium silicate characterized in that the magnesium silicate raw material powder can be provided in micronization by a milling process, is provided.
  • a method for producing a porous ceramic using magnesium silicate wherein the magnesium silicate raw material powder has nanopores and a rough surface and has a high specific surface area compared to the average particle size.
  • the method for manufacturing porous ceramics provided by the present invention provides a method for manufacturing porous ceramics using a magnesium silicate raw material.
  • the method for manufacturing porous ceramics using magnesium silicate provided by the present invention has the advantage that all raw materials necessary for synthesis can be supplied domestically, so that the supply and demand of raw materials is stable and thus stable production is possible.
  • magnesium silicate has a low manufacturing cost and can be sintered at a lower temperature (1000 ° C. or less) than other materials, thereby reducing the production cost of the porous ceramic molded body.
  • magnesium silicate which is a raw material used in the method for manufacturing porous ceramics using magnesium silicate provided by the present invention, has low harmfulness and high human body stability to the extent that it can be added to food additives, cosmetics, and pharmaceutical products.
  • the method for producing porous ceramics using magnesium silicate provided by the present invention has the advantage that the sintered body has high strength and porosity even at a low sintering temperature.
  • FIG. 1 is a perspective view of a fine particle generator using a liquid cartridge according to the prior art
  • FIG. 2 is an exploded view of a liquid cartridge according to the prior art
  • FIG. 3 is a view showing a wick/coil assembly provided in a liquid cartridge according to the prior art
  • FIG. 4 is a flow chart showing a porous ceramic manufacturing method using magnesium silicate according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a flow chart showing a method for manufacturing a porous ceramic using magnesium silicate according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flow chart showing a method for manufacturing a porous ceramic using magnesium silicate according to a first embodiment of the present invention.
  • the method for producing a porous ceramic using magnesium silicate includes preparing a mixture by mixing a magnesium silicate raw material powder and a pore-forming agent (S1), charging the mixture into a mold (S2), and charging the mixture into a mold. and forming the porous ceramic by uniaxially pressing and maintaining the pressure state (S3) and demolding the porous ceramic molded body formed from the mold (S4).
  • the magnesium silicate raw material powder is spherical particles, preferably having a diameter of 75 to 120 ⁇ m.
  • it may be provided after performing a milling process of atomization in a milling device such as a ball mill. It is preferable to use a magnesium silicate raw material powder having nanopores and a rough surface and having a high specific surface area compared to the average particle size.
  • the pore-forming agent is preferably an acrylic polymer derived from acrylic acid.
  • the pore-forming agent has a diameter of 20 ⁇ m or more and is preferably added in an amount of 20 wt% or less compared to the magnesium silicate raw material powder. tribute
  • a binder may be added to increase the bonding strength of the porous ceramic powders in addition to the magnesium raw material powder and the pore-forming agent.
  • the binder is preferably added in an amount of 10 wt% or less compared to the magnesium silicate raw material powder.
  • a lubricant coating is formed on the inner surface of the mold to help demold the molded body before the mixture is charged into the mold.
  • BN-spray, GL-2002, etc. can be used as a lubricant.
  • FIG. 5 is a flow chart showing a method for manufacturing porous ceramics using magnesium silicate according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the temperature in the furnace according to time in the step (S5) of performing the sintering process.
  • the step of performing the sintering process (S5) is a process of raising the temperature to a first temperature at a constant rate of temperature increase and then de-binding for a first time, increasing the temperature to a second temperature higher than the first temperature at a constant rate of temperature increase. After that, a process of maintaining the second temperature for a second time and a process of furnace cooling are included.
  • the first temperature was 550 ° C
  • the first time was 2 hours
  • the second temperature was 1300 ° C to 1500 ° C
  • the second time was 1 hour.
  • the first temperature, the first time, the second temperature, and the second time are not limited thereto, and the first temperature, the second temperature, the first time and the second time, and the heating rate are adjusted in the sintering process so as to increase the temperature of the ceramic molded body. Porosity and compressive strength can be adjusted.
  • FIG. 7 is a graph showing the change in compressive strength of the ceramic sintered molded body according to firing temperature
  • FIG. 8 is a graph analyzing the porosity characteristics of the ceramic sintered molded body.
  • the porous ceramic molded body has a compressive strength of 5 to 90 MPa by the sintering process, and the binder is removed by the sintering process, and the porous ceramic molded body preferably has a porosity of 10 to 55%.
  • the shrinkage rate of the porous ceramic molded body is preferably 10% to 25% (based on a molded body having a diameter of 1.5 cm and a height of 1 cm).
  • Magnesium silicate has the advantage that all raw materials required for synthesis can be supplied domestically, so that the supply and demand of raw materials is stable and thus stable production is possible.
  • magnesium silicate is cheaper to manufacture than other materials, and can be sintered at a lower temperature (1000 ° C. or less) than other materials, thereby reducing the production cost of the porous ceramic molded body.
  • magnesium silicate has the advantage of being low in harmfulness and high in human body stability to the extent that it can be added to food additives, cosmetics, and pharmaceutical products.
  • the magnesium silicate material has an average particle size of 70 ⁇ m but shows a high specific surface area of 200 m 2 /g or more, and when producing a sintered specimen, the sintered body showed high strength and porosity even at a low sintering temperature of 1,000 ° C or less.

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Abstract

본 발명은 미세입자 발생장치의 기화부에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 가열 코일과 열 전달률의 차이가 적은 재료가 액상을 머금고 있어 탄화를 방지할 수 있는 미세입자 발생장치의 기화부에 관한 것이다. 본 발명은 실리게이트, 바인더, 조공제 혼합하여 슬러리로 제조하고 성형, 건조 및 소결하여 제조되는 다공성 세라믹; 및 다공성 세라믹에 결합되어, 전류가 인가되면 발열하며 다공성 세라믹을 가열하는 저항가열체;를 포함하며, 발열체의 발열에 의해 다공성 세라믹에 담지된 액상을 기화시키는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치의 다공성 세라믹 히터를 제공한다.

Description

규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법
본 발명은 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 액상 카트리지를 이용하는 미세입자 발생장치의 사시도이다.
종래 기술에 따른 미세입자 발생장치는, 배터리(미도시), 제어 회로(미도시) 등이 구비된 본체(3)의 상부와, 액상을 저장하는 액상 저장 탱크와 액상 저장 탱크로부터 액상을 공급받아 액상을 무화시키는 무화기가 구비되는 카트리지(1)를 구비한다. 본체(3)의 상부에 카트리지(1)가 교체식으로 탈부착되며, 본체(3)로부터 전력을 공급받아 액상을 가열하여 미세입자를 발생한다.
도 2는 종래 기술에 따른 액상 카트리지의 분해도이다.
카트리지는 액상을 저장하는 액상 저장 하우징(3001), 액상 저장 하우징(3001) 내에 설치되며 액상 저장 공간과 무화 공간을 구획하는 엘라스토머 캡 (3011), 엘라스토머 캡(3011) 하부에 설치되는 액상 저장 하우징(3001)의 일 단부에 설치되는 심지/코일 조립체(3002), 심지/코일 조립체(3002)를 고정하는 심지 하우징(3005), 엘라스토머 캡(3011)과 액상 저장 공간을 관통하는 캐뉼라(3009), 캐뉼라(3009)를 통과한 미세입자를 흡입하기 위해 탱크로부터 분리 된 마우스 피스(3017)와 마우스 피스(3017) 내에 설치되어 액적을 흡수하는 하나 이상의 흡수성 패드 (3019)를 포함한다.
심지/코일 조립체(3002)의 코일과 연결되며, 본체로부터 전력을 전달받기 위한 접촉 단자(3007)가 한 쌍 구비된다. 접촉 단자(3007)는 액상 저장 하우징(3001)을 관통하여, 일부는 하우징(3001) 밖으로 노출되며 나머지는 하우징(3001) 내에 위치한다.
또한 카트리지가 본체에 결합되기 전 하우징(3001) 외부로 노출된 접촉 단자(3007)를 보호하고, 액상이 누출되는 것을 방지하기 위해 커버(3015)가 하우징(3001)의 하부에 결합될 수 있다.
엘라스토머 캡(3011) 하부에 심지/코일 조립체(3002)가 설치되면, 하우징(3001) 하부에 형성된 기공을 통해 공기가 유입되어 심지/코일 조립체(3002)에서 액상을 무화시켜 형성된 미세입자와 함께 캐뉼라(3009)를 통해 흡입한다.
도 3은 종래 기술에 따른 액상 카트리지가 구비하는 심지/코일 조립체를 도시한 도면이다. 코일/심지 조립체(3002)는 실리카윅이나 스폰지 발포체 물질, 섬유 물질 등으로 제조된 심지(3002a) 외부에 코일(3002b)이 감긴 형태로, 전원이 인가되면 코일(3002b)이 발열하여 심지(3002a)가 머금고 있는 액상을 기화시킨다. 이때, 심지(3002a)와 코일(3002b)의 열전달 속도 차이로 인하여 액상과 심지(3002a)의 국부적인 탄화가 발생할 가능성이 있다. 액상이나 심지(3002a)가 탄화될 경우, 사용자가 흡입 시에 불쾌감을 유발할 수 있으며 만족감을 떨어트리게 된다. 따라서, 발열부의 탄화를 방지할 수 있는 구조의 개발이 요구된다.
이를 해결하기 위해, 액상이나 심지 대신 액상을 머금을 수 있는 다공성 세라믹 소재를 이용하는 발열부가 개발되고 있다.
본 발명은 세라믹 히터로 활용가능한 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 규산 마그네슘 원료 분말과 조공제를 혼합하여 혼합제를 마련하는 단계; 혼합제를 금형에 장입하는 단계; 금형에 장입된 혼합제를 일축 가압하고 가압 상태를 유지하여 다공성 세라믹을 성형하는 단계; 및 금형으로부터 성형된 다공성 세라믹 성형체를 탈형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 일 예로, 규산 마그네슘 원료 분말은 구형 입자로 마련되는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 구형 입자의 지름은 75~ 120㎛인 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 조공제는 아크릴 중합체인 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 조공제는 규산 마그네슘 원료 분말 대비 20wt% 이하로 첨가되는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 조공제는 20㎛ 이상의 지름을 가지는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 슬러리를 마련하는 단계에 다공성 세라믹의 결합 강도를 증가시키기 위해 바인더가 첨가되는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 바인더는 규산 마그네슘 원료 분말 대비 10wt%이하로 첨가되는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 슬러리를 금형에 장입하는 단계의 수행 전에 금형 내면에 윤활제 코팅이 이루어지는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 윤활제는 BN-spray, GL-2002와 같은 윤활제가 이용되는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 다공성 세라믹 성형체를 탈형 후 소결 공정을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 소결 공정을 수행하는 단계는, 일정한 승온 속도로 제1 온도까지 승온시킨 후 제1 시간 동안 탈바인딩(de-binding)하는 과정, 제1 온도보다 높은 제2 온도까지 일정한 승온 속도로 승온시킨 후 제2 온도를 제2시간 동안 유지하는 과정 및 로냉(furnace cooling) 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 소결 공정에서 제1 온도, 제2 온도, 제1 시간 및 제2 시간, 승온 속도를 조절함으로써 세라믹 성형체의 기공률 및 압축 강도를 조절하는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 소결 공정에 의해 다공성 세라믹 성형체가 5~90MPa의 압축 강도를 가지는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 소결 공정에 의해 바인더가 제거되고 다공성 세라믹 성형체는 10~55%의 기공률을 가지는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 소결 공정 후 다공성 세라믹 성형체의 수축율은 10% ~ 25%(지름1.5cm 높이 1cm인 성형체 기준)인 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 규산 마그네슘 원료 분말은 밀링 공정에 의해 미립화되어 제공될 수 있는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 규산 마그네슘 원료 분말은 나노 기공 및 거친 표면을 가져 평균 입도 대비 높은 비표면적을 가지는 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 제공한다.
본 발명이 제공하는 다공성 세라믹 제조 방법은, 규산 마그네슘 원료를 이용한 다공성 세라믹을 제조하는 방법을 제공한다.
또한 본 발명이 제공하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법은, 합성에 필요한 모든 원료를 국내에서 수급할 수 있어, 원료의 수급이 안정적이며 따라서 안정적인 생산이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 다른 소재들에 비해 규산 마그네슘은 제조 단가가 저렴하며, 다른 소재들에 비해 낮은 온도(1000℃ 이하)에서 소결할 수 있어 다공성 세라믹 성형체의 생산 단가를 절감할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명이 제공하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법에 사용되는 원료인 규산 마그네슘은 식품 첨가제, 화장품, 의약용 제품군에 첨가가 가능할 정도로 유해성이 낮고 인체 안정성이 높다는 장점이 있다.
또한 본 발명이 제공하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법은, 낮은 소결 온도에서도 소결체가 높은 강도와 기공률을 가진다는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 액상 카트리지를 이용하는 미세입자 발생장치의 사시도,
도 2는 종래 기술에 따른 액상 카트리지의 분해도,
도 3은 종래 기술에 따른 액상 카트리지가 구비하는 심지/코일 조립체를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 도시한 플로우 차트,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 도시한 플로우 차트,
도 6은 소결 공정을 수행하는 단계(S5)에서 시간에 따른 로 내의 온도를 도시한 그래프,
도 7은 소성 온도에 따른 세라믹 소결 성형체의 압축 강도 변화를 나타낸 그래프,
도 8은 세라믹 소결 성형체의 기공 특성을 분석한 그래프.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 도시한 플로우 차트이다.
본 발명이 제공하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법은, 규산 마그네슘 원료 분말과 조공제를 혼합하여 혼합제를 마련하는 단계(S1), 혼합제를 금형에 장입하는 단계(S2), 금형에 장입된 혼합제를 일축 가압하고 가압 상태를 유지하여 다공성 세라믹을 성형하는 단계(S3) 및 금형으로부터 성형된 다공성 세라믹 성형체를 탈형하는 단계(S4)를 포함한다.
이때, 규산 마그네슘 원료 분말은 구형 입자로, 지름이 75~ 120㎛인 것이 바람직하다. 규산 마그네슘 원료 분말을 미립화하기 위해, 볼밀과 같은 밀링 장치에서 미립화되는 밀링 공정을 수행한 후 제공될 수 있다. 규산 마그네슘 원료 분말은 나노 기공 및 거친 표면을 가져 평균 입도 대비 높은 비표면적을 가지는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 조공제는 아크릴 산으로 유도되는 아크릴 중합체인 것이 바람직하다. 조공제는 20㎛ 이상의 지름을 가지며, 규산 마그네슘 원료 분말 대비 20wt% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 조공제는
한편 혼합제를 마련하는 단계(S1)에서, 마그네슘 원료 분말과 조공제 외에, 다공성 세라믹 분말들의 결합 강도를 증가시키기 위해 바인더가 첨가될 수 있다. 바인더는 규산 마그네슘 원료 분말 대비 10wt%이하로 첨가되는 것이 바람직하다.
또한 혼합제를 금형에 장입하는 단계(S2)에서, 혼합제가 금형에 장입되기 전에 금형 내면에 성형체의 탈형을 돕는 윤활제 코팅이 이루어지는 것이 바람직하다. 윤활제로는 BN-spray, GL-2002 등이 이용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법을 도시한 플로우 차트이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법은, 제1 실시예에 따른 방법과 같이 규산 마그네슘 원료 분말과 조공제를 혼합하여 혼합제를 마련하는 단계(S1), 혼합제를 금형에 장입하는 단계(S2), 금형에 장입된 혼합제를 일축 가압하고 가압 상태를 유지하여 다공성 세라믹을 성형하는 단계(S3) 및 금형으로부터 성형된 다공성 세라믹 성형체를 탈형하는 단계(S4)를 수행한 후, 소결 공정을 수행하는 단계(S5)를 더 포함한다.
도 6은 소결 공정을 수행하는 단계(S5)에서 시간에 따른 로 내의 온도를 도시한 그래프이다.
소결 공정을 수행하는 단계(S5)는, 일정한 승온 속도로 제1 온도까지 승온시킨 후 제1 시간 동안 탈바인딩(de-binding)하는 과정, 제1 온도보다 높은 제2 온도까지 일정한 승온 속도로 승온시킨 후 제2 온도를 제2시간 동안 유지하는 과정 및 로냉(furnace cooling) 과정을 포함한다.
그래프에 도시된 예에서 제1 온도는 550℃, 제1 시간은 2시간이며, 제2 온도는 1300℃~1500℃, 제2 시간은 1시간이었다. 그러나, 제1 온도, 제1 시간, 제2 온도, 제2 시간은 이에 한정된 것이 아니며, 소결 공정에서 제1 온도, 제2 온도, 제1 시간 및 제2 시간, 승온 속도를 조절함으로써 세라믹 성형체의 기공률 및 압축 강도를 조절할 수 있다.
도 7은 소성 온도에 따른 세라믹 소결 성형체의 압축 강도 변화를 나타낸 그래프, 도 8은 세라믹 소결 성형체의 기공 특성을 분석한 그래프이다.
소결 공정에 의해 다공성 세라믹 성형체가 5~90MPa의 압축 강도를 가지는 것이 바람직하며, 소결 공정에 의해 바인더가 제거되고 다공성 세라믹 성형체는 10~55%의 기공률을 가지는 것이 바람직하다.
다음 표는 소결 온도에 따른 기공률을 정리한 것이다.
1200℃
 1000℃
 800℃
PMMA
X
 PMMA
10wt%		 PMMA
X		 PMMA
10wt%		 PMMA
20wt%		 PMMA
x		 PMMA
10wt%		 PMMA
20wt%
기공율
(%)		 13.48 28.38 33.36 39.87 46.52 41.05 46.18 51.02
한편 소결 공정 후 다공성 세라믹 성형체의 수축율은 10% ~ 25%(지름1.5cm 높이 1cm인 성형체 기준)인 것이 바람직하다.
규산 마그네슘은 합성에 필요한 모든 원료를 국내에서 수급할 수 있어, 원료의 수급이 안정적이며 따라서 안정적인 생산이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 다른 소재들에 비해 규산 마그네슘은 제조 단가가 저렴하며, 다른 소재들에 비해 낮은 온도(1000℃ 이하)에서 소결할 수 있어 다공성 세라믹 성형체의 생산 단가를 절감할 수 있다.
또한, 규산 마그네슘은 식품 첨가제, 화장품, 의약용 제품군에 첨가가 가능할 정도로 유해성이 낮고 인체 안정성이 높다는 장점이 있다.
한편, 규산 마그네슘 소재는 평균70㎛의 입자 크기를 가지지만 200m2/g 이상의 높은 비표면적을 보이며, 소결 시편 제작 시 1,000℃ 이하의 낮은 소결 온도에서도 소결체가 높은 강도와 기공률을 보여주었다.

Claims (18)

  1. 규산 마그네슘 원료 분말과 조공제를 혼합하여 혼합제를 마련하는 단계;
    혼합제를 금형에 장입하는 단계;
    금형에 장입된 혼합제를 일축 가압하고 가압 상태를 유지하여 다공성 세라믹을 성형하는 단계; 및
    금형으로부터 성형된 다공성 세라믹 성형체를 탈형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    규산 마그네슘 원료 분말은 구형 입자로 마련되는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    구형 입자의 지름은 75~ 120㎛인 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    조공제는 아크릴 중합체인 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    조공제는 규산 마그네슘 원료 분말 대비 20wt% 이하로 첨가되는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    조공제는 20㎛ 이상의 지름을 가지는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    슬러리를 마련하는 단계에 다공성 세라믹의 결합 강도를 증가시키기 위해 바인더가 첨가되는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    바인더는 규산 마그네슘 원료 분말 대비 10wt%이하로 첨가되는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    슬러리를 금형에 장입하는 단계의 수행 전에 금형 내면에 윤활제 코팅이 이루어지는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    윤활제는 BN-spray, GL-2002와 같은 윤활제가 이용되는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    다공성 세라믹 성형체를 탈형 후 소결 공정을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    소결 공정을 수행하는 단계는, 일정한 승온 속도로 제1 온도까지 승온시킨 후 제1 시간 동안 탈바인딩(de-binding)하는 과정, 제1 온도보다 높은 제2 온도까지 일정한 승온 속도로 승온시킨 후 제2 온도를 제2시간 동안 유지하는 과정 및 로냉(furnace cooling) 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    소결 공정에서 제1 온도, 제2 온도, 제1 시간 및 제2 시간, 승온 속도를 조절함으로써 세라믹 성형체의 기공률 및 압축 강도를 조절하는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    소결 공정에 의해 다공성 세라믹 성형체가 5~90MPa의 압축 강도를 가지는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    소결 공정에 의해 바인더가 제거되고 다공성 세라믹 성형체는 10~55%의 기공률을 가지는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    소결 공정 후 다공성 세라믹 성형체의 수축율은 10% ~ 25%(지름1.5cm 높이 1cm인 성형체 기준)인 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    규산 마그네슘 원료 분말은 밀링 공정에 의해 미립화되어 제공될 수 있는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    규산 마그네슘 원료 분말은 나노 기공 및 거친 표면을 가져 평균 입도 대비 높은 비표면적을 가지는 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 규산 마그네슘을 이용한 다공성 세라믹 제조 방법.
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