KR100530104B1 - 고상폐기물을 재활용한 세라믹 다공체의 제조방법 - Google Patents

고상폐기물을 재활용한 세라믹 다공체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물을 분산매로 사용하여 세라믹 분말을 분산시킨 후 재응집하여 기공의 크기분포가 일정한 세라믹 다공체의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 알루미노실리케이트가 주성분인 고상 폐기물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 비가소성 분체 10~70중량% 및 점토, 고령토, 도석 및 운모광물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 가소성 분체 30~90중량%의 조성을 갖는 슬러리 100중량부에 대하여 0.1~10 중량부의 해교제와 0.01~2 중량부의 응집제를 첨가하여 균일한 기공구조를 갖는 세라믹 다공체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 다공체의 제조방법은 유기첨가제가 아닌 무기의 해교제 및 응집제를 사용하여 유기물 제거공정이 필요치 않으므로 환경적으로도 문제가 없으며, 상온에서 작업이 가능하여 작업성이 좋고, 공정의 단순화가 이루어져 경제성에도 상당히 유리하다.

Description

고상폐기물을 재활용한 세라믹 다공체의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING CERAMIC POROUS BODIES REUTILIZING SOLID-STATE WASTES}
본 발명은 균일한 기공구조를 갖는 세라믹 다공체의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 비가소성 분체와 가소성 분체에 해교제와 응집제를 적절히 첨가하여 균일한 기공구조를 갖는 세라믹 다공체 (porous body)를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 일반적으로 적용되는 세라믹 입자들의 매질내 최적 분산방법 및 성형방법과 관련한다.
기존의 세라믹 물질을 성형시키는 방법으로서, 사출몰딩 (Injection molding), 테이프 성형 (Tape casting), 가소적 압출성형 (Plastic extrusion)과 같은 기술은 널리 알려져 있으나, 이러한 기술들은 유기결합제 및 가소제와 함께 분산된 미립의 성형 및 조작을 용이하게 하기 위해 유기용매를 사용해 왔으며, 따라서 상기 방법들은 공정 중에 유기용매 제거공정이 요구되고, 이러한 제거공정이 시행되는 동안 원하는 형태와는 다르게 수축과 뒤틀림이 일어날 수 있으며, 공정 후에도 남아있는 불순물로 인하여 세라믹의 기계적 특성이 저하될 수 있다. 따라서, 환경적인 조건과 경제적인 면을 고려할 때, 유기용매 또는 고분자 첨가제를 사용하지 않는 새로운 성형방법이 요구된다.
일반적인 세라믹 성형체의 분말 공정 (Powder processing)은 하기 4단계로 이루어진다.
1) 분말의 제조
2) 성형하기 위한 분말(슬러리)의 제조
3) 요구되는 형태로의 성형
4) 기공을 제거하고, 최적 특성을 나타내기 위한 치밀화 및 미세구조 증진.
상기 각각의 단계에서 세라믹 성형체의 불균일화는 분말자체 및 분말(슬러리)의 제조로부터 유래되거나, 치밀화 및 충진과정에서 일어날 수 있다.
또한, 응교제는 유기물과 무기물을 포함하여, 분말에 있어서 주된 불균질물이다. 각각의 불균질물에는 응력이 집중되고, 따라서 전위 흐름 (potential flow)이 생겨서, 조기 깨짐의 원인이 되므로 절연과 기계적 결함을 발생한다.
본 발명의 방법은 미세구조의 불균질화와 조절되지 않은 상분포를 조절하기 위한 것이다. 따라서, 불균질화와 조절되지 않은 상분포를 최소화하는 최적의 공정에 의존하는 방법이 필요하다.
세라믹 기물을 제조하기 위해 알려진 방법을 개선시키기 위해서는 액상 매질내에 현탁되어 있는 세라믹 분말 입자 사이의 상호작용 특성을 상당히 고려하여야 한다. 왜냐하면, 입자들 사이의 상호작용에 따라 거동이 달라지므로, 슬러리 내의 입자들 간의 상호작용에 의한 슬립 (slip)의 구조를 파악하는 것이 무엇보다도 중요하기 때문이다. 이에 대하여 최근 Young, Graule, Lange 등은 새로운 성형방법에 관한 연구를 활발히 진행하고 있으나, 어떠한 방법도 유기용매 사용등의 문제점을 해결하진 못했다.
Young 등 [J. Am. Ceram. Soc. 74(3) 612-618(1991)]은 알루미나 분말의 겔성형(Gel-casting)에 관하여 연구하였는데, 고분자 분산제를 포함하고 있는 수용액을 사용하여 슬러리를 분산시키고, 분산된 슬러리에 유기단분자(단기능, 쌍기능)를 첨가하고 촉매를 사용하여 거대분자의 망목을 형성시켜 입자들을 고정시키고 슬러리의 온도를 높여 고분자의 겔화를 이용하여 성형하는 방법을 제시하였다. 그러나, 상기 방법은 성형 후 일정한 시간(공전시간, idle time)이 흐른 뒤 겔화의 진행이 시작되었고, 특히, 성형체의 건조와 결합제의 제거 공정이 요구되어 공정시간이 길어져서 경제성에 문제가 생길 수 있다. Graule 등 [Ceramic Transaction, Vol 51, 457-467(1994)]은 산 또는 염기, 유기분산제를 사용하여 분산된 세라믹 현탁액의 pH를 등전점(IEP)으로 조정하거나 유기염을 직접 현탁액에 첨가하여 전기이중층의 두께를 감소시킴으로써 응집시키는 직접 응집 성형(direct coagulation casting; DCC) 방법을 제안하였는데, 상기 방법은 첨가되는 유기염의 양이 많고, 슬러리의 온도에 따라 응집속도가 달라지므로 슬러리의 온도를 조절하여야 하며, 공전시간(idle time)이 요구되는 문제점이 있다.
Lange 등 [미국특허 제 5,188,780호 (1993)]은 현탁액의 pH를 조정하여 분산후 응집하였다가 재분산시킨 후, 이를 가압여과와 원심분리법으로 성형하여 성형체를 제작하였는데, 상기 방법은 고체의 함량에 관계없이 거의 일정한 성형체의 미세구조를 갖기 때문에 구조재료의 성형에 유리하다고 하였다. 그러나, 상기 방법은 치밀한 성형체를 얻기에는 가능한 방법이나, 다공질의 성형체를 제작하기에는 적합하지 않으며, 성형체를 제작하기까지의 공정이 복잡한 단점이 있다.
이에, 본 발명자들은 종래의 기술이 가지고 있는 결점을 해소하고, 공정을 단순화시키는 방법을 광범위하게 연구하여 슬러리의 분산과 응집, PSHP (Poly-Silicon Hydroxo Precipitates)에 의한 자기겔화 (self-gellation)에 의하여 겔화 성형을 가능하게 하는 방법을 개발하였으며, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 균일한 기공구조를 갖는 세라믹 다공체를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 알루미나실리케이트가 주성분인 고상폐기물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 비가소성 분체 10~70중량% 및 점토, 고령토, 도석 및 운모광물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 가소성 분체 30~90중량%의 조성을 갖는 슬러리 100중량부에 대하여 0.1~10 중량부의 해교제와 0.01~2 중량부의 응집제를 첨가하는 것으로 이루어진다.여기서, 상기 고상폐기물로는 석탄회, 석분, 소각재등이 있다.
상기 해교제는 Na2SiO3, Na4P2O7 또는 Na2 CO3 등을 사용할 수 있고, 응집제는 Al3+, Mg2+, Sr2+, Ba2+, Ca2+, Li+, K+ 또는 Na+ 등의 이온을 포함하는 무기염으로 이루어진다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 수용액 매질 하에 높게 하전된 세라믹 입자들의 표면에 해교제를 흡착시킴으로써 표면에너지를 낮게 조절하여 세라믹 입자를 분산시키고, 응집제를 첨가하여 분산된 슬러리 내의 세라믹 입자들은 작은 응집체로 형성시켰으며, 이러한 응집체들의 겔화를 이용하여 다공질의 새로운 망목구조를 형성하였다.
따라서, 원하고자 하는 기물을 성형할 때, 별도의 성형방법이 필요하지 않게 되었다. 상기 새로운 망목구조에서는 이제까지 응집된 구조에서 관찰되었던 슬러리내 입자의 침강이 발생하지 않았다. 따라서, 복잡한 모양의 형체를 제작하는데 큰 어려움은 없다.
세라믹 입자들 간의 약한 인력은 매우 짧은 범위(5㎚이하)의 수화척력과 함께 DLVO 이론에 의한 일정 거리에서의 반 데르 발스 (van der Waals) 인력과 정전기적 반발력의 조합에 의해 생긴다. 이러한 짧은 범위에서 수화척력은 입자들이 접촉하는 인력을 막아준다. 따라서, 적당한 조건 하에서 이러한 힘은 입자들이 다른 입자로 쉽게 미끄러지고 고형화될 때 건조된 분체 또는 입자들이 접촉한 망목을 형성하고 있을 때 보다 높은 충진밀도를 가진다. 수화척력은 입자표면 간에 떨어진 거리가 매우 짧을 때(5nm이하)에만 작용하는 척력이며, 이때 반 데르 발스 인력은 점차 강해진다 [Ceramic Transaction, Vol. 22, 185-201 (1991)].도 1은 기존의 입자간의 세 개의 망목구조를 나타낸 개략도로서, (a)는 응교구조(접촉 망목)이고, (b)는 분산구조(비-접촉 망목)이며, (c)는 응집구조(비-접촉 망목)를 나타낸다.
본 발명에서는 세라믹 다공체를 제조하는데, 석탄회, 석분, 소각재등의 고상폐기물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 비가소성 분체와 점토, 고령토, 도석 및 운모광물로 이루어진 가소성 분체를 적절히 혼합한 슬러리를 사용하였는데, 이러한 입자들, 예를 들면, 상기 석탄회 및 점토 입자들은 그 표면이 소수성이기 때문에 DLVO 이론에서 기술한 바와 같이 초기에 슬러리 내에서 입자들이 강하게 응교되고, 응교된 입자들 간에 망목이 형성되어 입자들의 침강이 생겼다. 이렇게 응교된 슬러리에 해교제를 첨가하였을 때, 슬러리는 분산된 입자구조를 가지게 되었다.또한, 분산된 슬러리에 응집제를 첨가하면 분산된 입자구조가 다시 인력이 생기는 입자구조로 변화되었다. 그러나, 새로운 입자간 인력에 의하여 생긴 입자구조는 응집력이 강한 입자구조는 아니었다. 이 망목의 입자들은 초기의 응교된 입자의 망목구조와는 달리 미약한 응력에 의해서도 쉽게 재배열(rearrange)이 일어났다.
본 발명에서는 사용되는 응집제들은 3가, 2가, 1가 양이온들을 함유하는 무기염으로, 이들의 첨가는 전기이중층을 감소시킴으로써 정전기적 척력을 감소시키는 결과를 초래한다. 즉, 분산된 입자 망목은 지속적인 반 데르 발스 인력에 의하여 인력이 생기는 망목구조로 변화되었다.
응집된 구조의 슬러리를 제조하기 위해 DLVO 이론에서 예기한 전위우물의 제 1 최소값(primary minimum)을 제 2 최소값(secondary minimum)으로 유도하여 인력이 강하지 않은 응집체를 형성시켰다. 그러나, 이러한 응집체 내의 입자들은 입자들 간에 강한 접촉(touching)은 발생하지 않았으며, 이러한 입자들의 망목구조를 응집된 망목(coagulated network)이라 부른다[Ceramic Transaction, Vol. 22, 185-201(1991)](도 1의 (c)).본 발명의 방법은 해교제를 첨가하여 슬러리를 분산시키고, 입자들이 분산된 슬러리에 응집제를 첨가하여 응집된 망목을 형성시키고, 형성된 망목에 PSHP가 자기겔화(self-gellation)가 일어나서 다공질의 구조를 갖는 슬러리를 제조하는 것으로 이루어진다. 바꾸어 말하면, 해교제를 이용하여 정전기적 반발력을 조절하고, 응집제를 이용하여 인력을 조절하여 입자들의 망목을 형성시키고, 슬러리의 겔화를 이용하여 기공의 크기 분포가 일정한 다공질 슬러리의 제조가 가능하였다.
즉, 모든 정전기적 척력전위를 최대로 하여 슬러리를 분산시킨 후, 수화척력과 반 데르 발스 인력을 이용하여 전위우물의 제 2 최소값에 위치하게 하면 [Lange 등의 미국특허 제 5,188,780호 (1993)], 인력이 작용하는 비-접촉망 (non-touching network)이지만 응교(flocced)된 망목에 비해서 약한 망목이므로 응력에 의하여 쉽게 재분산이 가능하였다.
하전된 세라믹 입자들의 수화척력에 기인한 응집된 입자망 (coagulated particle network)을 증진시키는데 다양한 종류의 유기와 무기염들의 원리를 적용시킬 수 있다. 그러나, 유기염을 적용하는 경우, 유기물의 제거공정이 요구되므로 공정의 단순화 측면에서 부적절하고, 미세한 세라믹 입자들의 조성에 의존하여 어떠한 경우 특별한 형태의 염은 세라믹 입자들과 반응할 가능성이 있기 때문에 부적절할 것이다. NaCl, NH4Cl 등의 무기염은 대부분의 세라믹 분말들과 함께 사용하기에 바람직하다.본 발명은 응집제에 의한 약한 인력을 가지는 입자들의 망목을 형성시키고, 이러한 망목들의 겔화에 의하여 침강이 일어나지 않는 슬러리를 제조하였다. 이를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
알루미노실리케이트가 주성분인 고상폐기물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 비가소성 분체 10~70중량% 및 Al2O3 및 SiO2를 포함하는 점토, 고령토, 도석 및 운모광물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 가소성 분체 30~90중량%의 조성을 갖는 슬러리 100중량부에 대하여 0.1~10 중량부의 해교제를 첨가하여 분산된 슬러리 (물과 분말의 혼합체)를 만들고, 0.01~2 중량부의 응집제를 첨가함으로써 슬러리에 포함되어 있는 입자들이 다른 입자들과 인력을 형성하여 응집체를 형성시키고, 이러한 응집체들 사이에 PSHP의 자기겔화를 이용하여 다공질의 슬러리를 제조하였다.
여기서, 상기 고상폐기물로는 석탄회, 석분, 소각재 등이 있으며, 본 발명의 바람직한 비가소성 분체는 석탄회이고, 가소성 분체는 점토이다.
상기 해교제는 Na2SiO3, Na4P2O7 및 Na2CO 3로 이루어진 군으로부터 선택되며, 바람직하게는 Na2SiO3이고, 응집제는 Al3+, Mg2+, Sr2+ , Ba2+, Ca2+, Li+, K+ 및 Na+로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 이온을 포함하는 무기염으로, 바람직하게는 CaSO4이다.
본 발명에서 사용되는 비가소성 분체의 사용량은 10~70중량%로, 만일 상기 사용량이 10중량% 미만이면, 비가소성 분체의 특성 -예를들면, 강도 및 내마모성등-이 나타나지 않는 문제가 발생하고, 70중량%를 초과하면, 안정하게 분산된 슬러리 제조가 안되는 문제가 발생한다. 또한, 상기 가소성 분체의 사용량은 30~90중량%로, 만일 상기 사용량이 30중량% 미만이면, 슬러리 제조가 불가능하며, 가소성이 없는 문제가 발생하고, 90중량%를 초과하면, 비가소성 분체의 특성이 발현되지 못하는 문제가 발생한다.
본 발명의 해교제는 본 발명의 슬러리 100중량부에 대하여 0.1~10 중량부를 사용하는데, 이때, 0.1 중량부 미만이면, 슬러리내 고체입자들의 표면에 흡착되는 양이 부족하여 분산이 안 되는 문제가 발생하고, 10 중량부를 초과하면, 슬러리내 전해질 농도가 높아져서 분산이 안되며 또한 소결시 액상량이 너무 많아서 변형이 일어나는 문제가 발생한다.
또한, 본 발명의 응집제는 본 발명의 슬러리 100중량부에 대하여, 0.01~2 중량부로 사용되는데, 이때, 그 사용량이 0.01 중량부 미만이면, 응집이 일어나지 않는 문제가 발생하고, 2 중량부를 초과하면, 응집체가 너무 커져 침강이 일어나므로 응집체의 크기 조절이 안되어 균일한 기공크기를 갖는 다공체의 제조가 불가능하다.본 발명의 방법은 해교제를 이용하여 슬러리를 해교시키고, 해교된 슬러리에 응집제의 일종인 2가 이온을 첨가하여 전기이중층을 축소시켜 점도를 증가시키고, 슬러리의 겔화를 이용하여 슬러리의 미세구조를 조절하여 균일한 기공구조를 갖는 다공체를 제조함에 그 목적을 두고 있다. 호프마이스터 시리즈(Hofmeister series)에 의해 음이온의 경우 SO4 2-의 응집효과가 가장 크고, 양이온은 이온가가 크고 이온반경이 작을수록 응집효과가 크다고 했으므로, 본 발명에서는 CaSO4를 응집제로 선정하였으며, 분산된 슬립에 이러한 응집제를 첨가하면 슐쯔-하르디 법칙(Schultz-Hardy rule)에 따라 전해질의 농도가 증가한 것과 같은 효과가 발생하여 전기이중층이 축소되면서 응집(coagulation)이 일어나고, 따라서 점차 점도가 증가하게 된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 실시예에 본 발명의 범주가 한정되지 않는다.
실시예 1~3
<표 1>에 기재된 양으로 석탄회와 점토를 중량비로 7:3으로 혼합하여 물에 분산시켰다. 하기 <표 2>에는 상기 석탄회와 점토의 화학조성을 기재하였다.
<표 1>
<표 2>
상기 슬러리에 해교제 Na2SiO3을 0.05%씩 첨가하면서 점도변화를 점도계(Brookfield viscometer DVⅡ+)로 20rpm에서 15초후 측정하였다.
도 2는 본 발명의 석탄회-점토 조성을 갖는 슬러리에 대한 해교제 (물유리)의 첨가량에 따른 점도변화를 나타낸 그래프이다.
해교제 양이 증가하면서 점도는 감소하다가 일정량 이상이면 더 이상 감소하지 않으며 이때의 점도는 약 200cP이었다. 이렇게 분산된 슬러리를 슬립 D로, 분산이 덜된 응교된 슬러리를 슬립 F로 정의하며, 상기분산된 슬러리 슬립 D에 응집제를 첨가하여 다시 응집시킨 응집된 슬러리를 슬립 C로 정의한다.
슬립 D를 24시간 숙성시킨 후, 응집제 CaSO4를 슬러리의 중량비로 0.01wt%씩 첨가하면서, 점도계로 점도를 위와같은 방법으로 측정(도 3)하였고, 응집제 양이 증가하여 점도가 1000~1500cP에 다다르면 20φ×0hm/m의 틀에 주입하고 자연건조 시켰다.
보통 24~48시간 자연건조 시킨후 건조기에서 100~에서 24시간 완전건조 시킨다. 건조된 성형체는 전기로에서 승온속도 10~/hr로 1150~까지 승온한 후 2시간 유지시키고 노냉하였다.
도 6a는 본 발명의 응교된 슬러리로 제조한 소성체를 나타낸 사진이며, 도 6b는 본 발명의 응집된 슬러리로 제조된 소성체의 파단면 미세구조를 나타낸 사진이다.
도 6a 및 도 6b에서와 같이, 이렇게 제조된 소결체를 KS 3114에 의하여 부피비중을 측정하였고, 주사전자현미경(Topcon SX-30E, Japan)으로 미세구조를 관찰하였다. 또, 성형체와 소결체의 기공분포를 기공경측정기(Mercury poresizer 9320, Micromeritics, U.S.A)로 측정하여 기공의 크기 및 분포에 대해서도 조사하였다(도5).
도 2에서, 분산된 슬러리 (해교제가 2.8wt% 첨가된 슬러리)의 점도는 매우 낮으며 (도 2의 슬립 C, 200cP), 이는 높은 반발 입자망(repulsive particle network)의 거동으로 나타난다 (도 1의 (b)). 응교된(flocced) 슬러리의 점도(slip F, 초기 슬러리,1000cP)는 다른 슬러리에 비하여 상당히 높고, 강하게 점착(cohesive)된 것을 나타내는 쉐어 씨닝 (shear thining)이 크게 나타나며, 접촉 입자망목(touching particle network)으로 나타난다(도 1의 (a)) [Ceramic Transaction, Vol. 22, 185-201(1991)].또한, 슬러리 비중 1.6의 경우, 해교제의 양이 3 중량부 이상이면 전해질의 농도가 증가하여 전기이중층이 축소되기 때문에 응집이 일어나 침강하게 되어 불안정한 슬러리가 형성됨을 관찰하였다.
도 3을 참조하면, 해교제의 첨가에 의해 분산된 석탄회-점토 슬러리(슬립 D)에 응집제 CaSO4를 첨가하면, 슬러리의 점도를 증가시키고(슬립 C), 약한 인력성 비-접촉, 응집망목(도 1의 (c))을 나타내며, 쉐어 씨닝 거동을 나타낸다. 응집된 슬러리의 유동학적 거동은 첨가된 응집제 CaSO4의 양에 의존한다. 즉, 첨가량이 증가함에 따라 점도는 지수 함수적으로 증가한다. 그러나, 응집제의 양이 0.05 중량부이상이면, 응집의 정도가 커져 점도가 급격히 증가함으로 인하여 슬립의 유동이 줄어들게 되므로 성형하기가 불가능해 진다. 따라서, 첨가된 CaSO4의 양을 조절함으로써 새롭게 형성되는 망목의 크기를 조절할 수 있어 나아가서는 슬러리 내의 기공의 크기를 조절할 수 있는 결과를 얻을 수 있다.
따라서, 도 1의 (c) [Ceramic Transaction, Vol. 22, 185-201(1991)]에서 보여지는 바와 같이 응집된 슬러리 내의 입자들은 약하게 고정하고 있으며, 해교제가 입자 표면에서 녹아나와 PSHP (Poly-Silicon Hydroxo Precipitate)가 재흡착되면서 겔화가 일어난다.도 4에서, 슬립비중 1.55~1.65 세 경우 모두 소결체의 부피비중이 1.31~1.49이므로 경량골재의 비중규격인 1.3~1.8을 만족하는 것으로서 다공체의 제조가가능한 것을 보여주고 있다.
도 5는 준비된 시험편의 성형체 및 소성체의 기공경 분포를 나타낸 그래프이다. 성형체와 소성체의 기공경 분포는 약 2.5㎛의 단봉분포를 보이고 있으므로 2가 이온의 첨가에 의하여 응집체가 형성되고, 이러한 응집체들의 겔화가 일어났기 때문에 균일한 기공분포를 가지는 다공체의 제조가 가능하였다. 도 6a는 응교된 슬러리로 제조한 소성체를 나타낸 사진이며, 도 6b는 응집된 슬러리로 제조된 소성체의 파단면 미세구조를 나타낸 사진이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 응교된 슬러리의 경우는 입자의 크기와 기공의 크기가 일정하지 않고 큰 것을 확인할 수 있고, 응집된 슬러리의 경우 분산 후 재응집한 조건이므로 응집체의 크기가 비교적 작고 일정하며, 기공의 크기 또한 작음을 확인할 수 있다.
일반적인 세라믹 공정은 입자 및 슬러리의 불균질성을 제거하는 연구로 이루어져 왔으며, 기존 연구들이 일반적으로 입자충진 및 물성증진 등의 연구에 주력해온 반면, 본 발명은 세라믹의 균질성 증진 뿐만 아니라, 새로운 성형방법의 개발에 그 목적을 두었으며, 슬러리의 미세구조를 조절하는 측면에서 새롭고 획기적인 방법을 제안했다는 점에 의의가 있다 하겠다.
본 발명의 방법은 유기첨가제가 아닌 무기의 해교제, 응집제를 사용하여 해교 및 응집을 유도하여 다공체를 제조함으로써 유기물 제거공정이 필요치 않으므로 환경적으로도 문제가 없으며 상온에서 작업이 가능하여 작업성이 좋고 공정의 단순화가 이루어져 경제성에도 상당히 유리하다.
또한, 본 발명의 방법은 조작이 편리하고, 비용이 저렴하며, 유기용매, 고분자 결합제 및 가소제 등의 사용을 피할 수 있어 안전한 방법이며, 기공경 분포가 일정한 세라믹 기물의 제작이 가능하다. 따라서, 본 발명은 매우 다양한 세라믹 분말로부터 복잡한 형태뿐만 아니라 미세구조를 조절할 수 있는 것이다. 본 발명은 무기재료를 이용하여 필요로 하는 형태 및 미세구조를 만들고, 열처리하여 최종 세라믹 제품을 제작할 수 있을 것으로 기대가 된다.
도 1은 기존의 입자간의 세 개의 망목구조를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 석탄회-점토 조성을 갖는 슬러리에 대한 해교제의 첨가량에 따른 점도변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 분산된 슬러리에 대한 응집제 (CaSO4)의 첨가량에 따른 점도변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 성형체와 소결체의 벌크 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 성형체 및 소성체의 기공경 분포를 나타낸 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 응교된 슬러리로 제조한 소성체를 나타낸 사진이다.
도 6b는 본 발명의 응집된 슬러리로 제조된 소성체의 파단면 미세구조를 나타낸 사진이다.

Claims (6)

  1. 알루미노실리케이트가 주성분이고, 석탄회, 석분, 소각재로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 고상폐기물 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 비가소성 분체 10~70 중량부 및 Al2O3 및 SiO2를 포함하는 점토, 고령토, 도석 및 운모광물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 가소성 분체 30~90 중량부의 조성을 갖는 슬러리 100 중량부에 대하여, Na2SiO3, Na4P2O7 및 Na2CO3로 이루어진 군으로부터 선택된 0.1~10 중량부의 해교제를 첨가하여 분산된 슬러리를 제조한 후, Al3+, Mg2+, Sr2+, Ba2+, Ca2+, Li+, K+ 및 Na+ 로 이루어진 군으로부터 선택된 양이온을 포함하는 무기염인 0.01~2 중량부의 응집제를 첨가하여 응집체를 형성시키고, 응집체들의 자기겔화에 의해 성형되는 것을 특징으로 하는 균일한 기공구조를 갖는 세라믹 다공체의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 세라믹 다공체의 기공 크기가 해교제와 응집제의 양으로 조절됨을 특징으로 하는 균일한 기공구조를 갖는 세라믹 다공체의 제조방법.
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