KR0126585B1 - 구형세라믹 구조물의 제조방법 및 그 장치(The Fabrication Method of Speherical Ceramics and Device of the Same) - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹 구조물 중 볼(ball) 형태의 구형 특히 매우 미세한 구형상의 세라믹의 성형 제조가 용이하도록 한 구형 세라믹 구조물의 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로서 종래의 방법에 의해서는 큰 규격의 세라믹 구조물 제작시에는 대체로 문제가 없었으나 세라믹 구조물이 1㎜ 이하로 미세해지면 정밀성형이 어려워지고, 또한 성형 및 소결로 제조된 미세한 소결체 구조물의 정밀가공에도 많은 문제점을 가지고 있으며, 부대설비가 복잡하고 장치의 부피가 큰 단점을 가지고 있고, 충돌 등으로 인한 균일한 구형 구조물을 얻기가 어렵다.

이와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 본 발명에서는 직경에 관계없이 분말을 이용하여 1㎜ 이하의 구조물을 성형함은 물론 큰 규격의 구조물을 성형함에 있어 균일한 표면의 구를 간단하고 편리하게 제작할 수 있도록 하기 위하여 고분자, 금속, 세라믹재질로서 원통형태로서 내부에는 마찰사포종이, 다이아몬드종이, 광택 천 등이 도포되어 구성된 회전자와 상기 회전자를 회전시켜 주기 위한 볼밀과 볼밀회전자로 구성되며, 상기 회전되는 회전자의 내부에서 상호마찰에 의하여 정밀한 구형으로 형성되는 시료소재는 세라믹자성체의 자기 이방성이 없어 정확한 물성 특성을 갖도록 함을 특징으로 하는 것이다.

Description

구형세라믹 구조물의 제조방법 및 그 장치

제1도는 본 발명 회전자에 의한 제조장치 구성도.

제2도는 본 발명 회전자의 확대 상태도.

제3도는 종래의 사출성형을 이용한 제조장치 단면도.

제4도는 종래의 평행관을 이용한 제조장치 단면도.

제5도는 종래의 회전벨트를 이용한 제조장치 단면도.

제6도는 종래의 주입공기를 이용한 제조장치 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 회전자101 : 마모재

110 : 볼밀 회전자120 : 볼밀(Ball Mill)

200 : 성형시료

본 발명은 세라믹 구조물중 볼(ball) 형태의 구형을 성형하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로 특히 매우 미세한 구형상 세라믹의 성형 제조가 용이하도록 한 구형세라믹 구조물의 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다.

종래에는 구형의 세라믹 구조물을 성형함에 있어서 제3도에 도시된 바와 같은 사출성형 등의 방법을 사용하여 왔다.

즉 세라믹 반죽의 투입구(11)가 형성되어 있는 외부금형(10)내에 세라믹 반죽을 투입시켜 성형하는 것이다.

이와 같은 종래의 사출성형방법은 직경이 큰 구형의 구조물을 성형하기는 용이하나 직경이 매우 작은 미세한 구조의 구형 구조물을 성형하기에는 매우 어려운 문제점이 있었다.

상기의 문제점은 금형제작시 정밀한 금형의 제작으로 인한 제조단가가 높고 성형공정에서 세라믹 반죽주입시 매우 작은 양의 반죽이 주입되므로 주입의 난점이 있었다.

종래의 다른 실시예로서는 제4도에 도시된 바와 같이 상, 하부 판을 이용하는 법이 사용되고 있다.

각각 수평회전되는 상부평행판(20)과 하부평행판(21)의 사이에 성형시료(1)를 놓고 구동축(22)(23)에 의하여 각기 다른 방향으로 회전되도록 하는 것이다.

상기 상,하부판(20)(21)을 이용하는 방법은 정밀한 직경의 구형 구조물의 제작이 가능한 잇점이 있으나 재료 투입시 균일한 양의 반죽 주입이 곤란하여 작업의 어려움이 문제점으로 지적된다.

또한 제5도에 도시된 바와 같은 회전벨트(30)를 이용하는 방법은 성형제의 재인입 및 벨트의 긴 길이로 인한 부대설비가 복잡하여 부피가 큰 단점이 있다.

그리고 제6도는 외부의 송풍장치(42)에 의해 주입되는 공기를 이용하는 방법으로서 주입공기로 인한 벽면과의 마찰을 이용하여 구형을 제조하도록 하는 것이다.

그러나 상기의 방법은 마찰재(41)가 도포된 벽면과의 충돌로 인한 성형시료(1)의 파손 및 시료 표면의 균열이 발생하는 문제점을 갖고 있다.

이와 같은 종래의 방법들은 모두 큰 구형 세라믹 구조물의 제작시에는 대체로 문제가 없었으나 세라믹 구조물이 1㎜ 이하로 미세해지면 정밀성형이 어려워지는 문제점을 갖고 있다.

또한 성형 및 소결로 제조된 미세한 소결체 구조물의 정밀가공에도 많은 문제점을 가지고 있으며, 부대설비가 복잡하고 장치의 부피가 큰 단점을 가지고 있고 충돌 등으로 인한 균일한 표면의 구형 구조물을 얻기가 어렵다.

이와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 본 발명에서는 직경에 관계없이 분말을 이용하여 1㎜ 이하의 구조물을 성형함은 물론 큰 규격의 구조물을 성형함에 있어 균일한 표면의 구를 간단하고 편리하게 제작할 수 있도록 한 구형세라믹 구조물의 제조방법 및 그 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 고분자, 금속, 세라믹 재질로서 원통형태로서 내부에는 마찰사포종이, 다이아몬드종이, 광택 천 등이 도포되어 구성된 회전자와 상기 회전자를 회전시켜 주기 위한 볼밀과 볼밀회전자로 구성되며, 상기 회전되는 회전자의 내부도포 벽면과의 상호마찰에 의하여 정밀한 구형으로 형성되는 시료소재는 세라믹 자성체의 자기 이방성이 없어 정확한 물성 특성을 갖도록 함을 특징으로 하는 것이다.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제 1 도는 본 발명 실시예 장치의 개략적인 구성을 보인 제조장치의 구성도이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이 원통형의 세라믹 구조물로 된 회전자(100)와 상기 회전자(100)를 회전시키기 위한 볼밀 회전자(110)의 볼밀(Ball Mill)(120)로 구성된다.

제2도는 원통형의 세라믹 구조물로 된 회전자(100)의 확대 상태도이다.

상기 회전자(100)의 내부에는 마찰재(101)가 벽면에 부착되어 있다. 상기 마찰재(101)는 거칠기 종류로 선발된 마찰사포종이(SiC Paper), 다이아몬드 종이(Diamond Paper), 광택 천(Polahing Cloth)등으로서 천 또는 종이에 경도가 높은 물질이 밀착된 것을 이용한다.

이와 같이 마찰재(101)가 내면에 부착된 회전자(100)에 성형시료(200)를 넣고 회전시킴으로써 상호 마찰에 의하여 구형의 구조물을 성형하는 것이다.

상기 회전자(100)내부의 마모재(101)는 용도에 따라 이용할 수도 있고 이용하지 않을 수도 있다.

상기의 방법에 의하면 마모재(101)의 사용 유뮤 및 거칠기에 따라 구형 생성물의 표면의 거칠기를 결정하는 중요한 인자가 된다.

또한 회전자의 회전속도, 회전시간에 따라 구형의 진원도 및 직경이 결정된다.

일반적으로 분말을 이용한 세라믹 공정에서는 성형 후 탈지 및 소성(Firing)공정을 거치게 된다.

탈지 및 소성공정에서는 수축이 일어나게 되므로 수축률을 고려하여 구의 의경을 선택하여야 한다.

따라서 최종 구조물의 직경은 1㎜보다 더욱 작은 구형도 쉽게 제작이 가능하다.

이와 같은 본 발명의 작용 및 효과를 실시예를 들어 살펴본다.

실험에서는 세라믹 소재를 알루미나(Alumina), 지르코니아(Zirconia), 가네트(Garnet) 자성체, 니켈을 이용하였다.

먼저 소재를 일정한 두께의 원판이나 평판의 판상형태로 일정한 압력으로 성형한다.

상기 성형된 판상의 소재를 정육면체 형태로 절단하여 마찰재(101)가 내부에 부착설치되어 있는 원통형태의 회전자(100)에 넣고 일정한 속도로 회전시킨다.

이때 회전속도를 증가시키면 성형시료(200)의 회전속도도 동시에 빨라지게 되며 육면체의 성형시료(200)는 둥근 공이 구르는 것처럼 회전을 하게 되며 마찰재(101)와의 마찰정도도 증가하여 회전 초기에 성형체가 육면체에서 회전자(100) 내부에서 회전이 될수록 모서리부분의 우선 마모현상으로 최종적으로 전원의 구(球)를 성형하게 된다. 실시예에 의하면 세라믹 소재를 1톤/㎠의 압력으로 판상을 성형한 다음, 약 2㎜ 두께의 정육면체 크기로 절단하고 절단된 정육면체를 거칠기가 약 100(Grid 100)정도 마찰사포종이로 도포된 직경10㎝ 회전자에 50rpm에 약 30분 정도 회전시키면 약 1㎜의 구형이 형성된다.

이때 회전자의 회전속도를 100rpm으로 증가시키면 회전시간 15분 정도에서 1㎜의 구형이 형성된다.

마찰재(101)인 마찰사포의 거칠기를 400정도로 하면 1㎜의 구형을 얻는데 2시간 정도 회전자(100)를 회전시켜야 한다.

따라서 회전자(100)의 속도 및 마찰 사포종이의 거칠기에 따라서 구형의 직경이 결정된다.

또한 회전자(100)의 직경을 증가시키면 많은 양의 구(球)성형이 가능하다.

따라서 최종 직경의 구를 성형하기 위하여는 초기 성형된 정육면체의 크기, 회전자의 크기, 속도 및 회전시간의 최적화가 필요하다.

또한 최종 구형 구조물의 소성 수축률을 고려하여야 한다.

상기의 방법으로 성형된 구형을 각 세라믹에 따라 최적 소결온도에서 소결하면 원하는 형태의 구형 구조물을 제조할 수 있다.

그리고 앞서 언급한 성형방법을 이용하여 소결체의 표면광택 및 가공도 가능하다.

즉 소결체의 표면 가동시 회전자에 도포된 마찰 사포종이의 거칠기를 변화시키면 구조물 표면의 가공이 가능하다.

또한 표면광택에도 상기 방법이 이용되는데 광택천 등으로 내부를 도포한 다음 경도가 높은 물질인 알루미나 분말, 다이아몬드 분말혼탁액을 회전자에 소량 첨가하여 회전시키면 광택이 나는 구형 구조물을 얻을수 있다.

본 발명의 회전자 방법을 이용하면 종래의 방법에서 해결하기 어려운 다음과 같은 장점이 있다.

첫째 ; 1㎜ 이하의 작은 직경의 구형 구조물을 용이하게 형성할 수 있다.

둘째 ; 종래의 충돌 등으로 인한 불균일한 구의 제작을 배제한 균일한 표면의 구를 간단하고 편리하게 제조가능하다.

셋째 ; 성형체의 성형압을 자유로이 조절가능하므로 성형압에 따른 구형의 물성조절이 용이하다.

넷째 ; 일반적인 세라믹 공정에서 세라믹의 혼합 및 분쇄를 위하여 흔히 이용하는 볼밀(Ball Mill)장치를 이용하기 때문에 불필요한 부대설비의 소요문제를 해결하므로서 제조원가를 절감하는데 매우 효과적이다.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명은 1㎜ 이하의 세라믹 혼합용 볼, 광택용 볼, 기타 구형의 구조물, 특히 세라믹 자성체의 특성 측정용 구형의 시료제작에 이용되는 성형시료를 구형으로 제작함으로써 특성측정시 자기이방성을 없애기 때문에 정확한 물성을 평가할 수 있다.

따라서 본 발명은 다양한 용도를 갖는 구형세라믹 구조물을 균일하게 제조가 용이하도록 하는 잇점이 있는 것이다.

Claims (6)

1. 구형 세라믹 구조물의 제조방법에 있어서, 세라믹소재를 압력을 가하여 일정한 두께의 판형상으로 성형한 다음 이를 정육면체 형태로 절단한 다음, 내부면에 마모재(101)가 부착 설치되고 볼밀회전자(110)에 의하여 회전되는 회전자(100)의 내부에서 상호마찰에 의해 정밀한 구형을 형성하도록 함을 특징으로 하는 구형 세라믹 구조물의 제조방법.
2. 세라믹 구조물로 되고 볼밀회전자(110)에 의하여 회전되는 회전자(100)와 상기 회전자(100)의 내부면에는 마모재(101)가 부착되어 구성됨을 특징으로 하는 구형 세라믹 구조물의 제조장치.
3. 제2항에 있어서, 회전자(100)의 내부면에 부착되는 마모재(101)는 천 또는 종이 위에 경도가 높은 물질이 도포되고 거칠기 종류별로 선별된 마찰사포종이(SiC Paper)임을 특징으로 하는 구형 세라믹 구조물의 제조장치.
4. 제2항에 있어서, 회전자(100)의 내부면에 부착되는 마모재(101)는 천 또는 종이 위에 경도가 높은 물질이 도포되고 거칠기 종류별로 선별된 다이아몬드 종이(Diamond Paper)임을 특징으로 하는 구형 세라믹 구조물의 제조장치.
5. 제2항에 있어서, 회전자(100)의 내부면에 부착되는 마모재(101)는 천 또는 종이 위에 경도가 높은 물질이 도포되고 거칠기 종류별로 선별된 광택천(Polahing Cloth)임을 특징으로 하는 구형 세라믹 구조물의 제조장치.
6. 제2항에 있어서, 회전자(100)는 고분자, 금속, 세라믹재질의 원통형태로 이루어짐을 특징으로 하는 구형 세라믹 구조물의 제조장치.