KR101021620B1 - 내열직화자기용 유약 조성물 및 그로부터 제조된 내열직화자기 - Google Patents

내열직화자기용 유약 조성물 및 그로부터 제조된 내열직화자기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 장시간 수분 흡수 후 직화가열 시 안정성이 뛰어난 내열직화자기용 유약 조성물 및 이를 이용한 내열직화자기에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 맥반석을 함유하여 장시간 수분을 흡수시킨 후 바로 직화가열하더라도 내열직화자기의 소지 또는 유약층이 수분과 함께 튀어나오지 않고, 수분 흡수율이 2 ~ 5 %로 낮으며, 원적외선 방사효율이 뛰어나다.

Description

내열직화자기용 유약 조성물 및 그로부터 제조된 내열직화자기{Glaze compositon for heat resistant ceramic ware and ceramic ware manufactured thereof}
본 발명은 장시간 수분 흡수 후 직화가열 시 안정성이 뛰어난 내열직화자기용 유약 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 맥반석을 함유하여 장시간 수분을 흡수시킨 후 바로 직화가열하더라도 내열직화자기의 소지 또는 유약층이 수분과 함께 튀어나오지 않고, 24시간 침지했을 때의 수분 흡수율이 2 ~ 5%로 낮으며, 원적외선 방사효율이 뛰어난 내열직화자기를 제조하기 위한 유약 조성물에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 유약을 이용한 내열직화자기의 제조방법에 관한 것이다.
도자기란 원래 도기(陶器)와 자기(磁器)의 합성어로서 점토, 장석, 규석, 도석 등의 무기물질을 을 단독 또는 혼합하여 성형한 다음 열을 가하여 경화시킨 제품을 말한다. 도자기의 분류는 나라 또는 학자에 따라 다르나 한국에서는 일반적으로 도자기라면 자기(porcelain), 도기(earthenware), 석기(stoneware) 및 토기(clayware)의 4종류로 크게 나눈다. 본 발명에서 자기는 일반인들이 특별히 구별하지 않고, 흔히 도자기라 불리우는 것을 의미하는 것으로서, 자기라고 표현하기는 하나, 일반적인 의미의 도자기를 포함하는 것을 해석되어야 할 것이다.
도자기의 제조공정은 일반적으로 소지(素地)의 제조, 성형, 건조, 소성, 유약칠, 채식 등으로 나눌 수 있다.
소지의 제조방법은 건식과 습식이 있으며, 원료의 성질,처리방법, 사용목적 등에 따라 알맞은 방법을 택한다. 건식 방법은 원료를 곱게 분쇄하여 원료별로 저장된 것 중에서 필요한 양을 각각 저울로 달아서 혼합하며, 이때 적당량의 물을 첨가해서 균일하게 혼합이 되도록 잘 섞는다. 습식방법은 백색 소지의 도기나 자기의 경우에 주로 이용되며, 수비한 점토와 각각 미분쇄한 원료들을 적당량씩 달아서 혼합하고 물을 사용하여 이장(泥漿:slip)으로 만들어 잘 저어서 균일하게 배합이 되도록 한다. 이 방법 외에 근래에 많이 사용되는 것은 괴상(塊狀)의 원료들을 조 크러셔(jaw crusher) 또는 플랫 밀(plat mill)로 조분쇄, 중간분쇄한 각 원료의 필요량과 점토의 적당량을 달아서 적당량의 물과 함께 볼 밀(ball mill)에 넣고, 미분쇄와 동시에 혼합하는 방법을 주로 택하고 있다. 볼 밀은 두꺼운 철판으로 된 원통형의 내면에 알루미나 질의 블록을 붙이고 그 속에 프린트구(球)를 넣은 것이며, 원료와 물을 넣고 회전시키므로 원료의 마쇄와 혼합을 동시에 할 수 있게 되어 있다. 볼 밀 속에서 마쇄되어 혼합된 이장은 체로 거르고, 탈철기를 통과시켜서 철분을 제거시킨 다음, 콘크리트로 된 탱크에 옮겨 교반하면서 펌프로 여과기에 보내어 탈수한다. 탈수된 소지는 진공토련기(眞空土練機)를 사용하여 다시 잘 반죽하고 소지 속에 섞여 있는 공기를 빼낸 다음 일정기간 동안 저장하였다가 사용한다. 근대적이고 대형화된 공장에서는 성능이 우수한 진공토련기를 사용하며, 이 토련기를 거쳐서 나온 소지를 바로 사용하기도 한다.
도자기의 성형방법으로는 물레성형(jiggering), 주입성형(casting, 슬립캐스팅이라고도 한다), 압출성형(plastic forming by extruding), 압착성형(pressing)의 네 가지가 중요하다. 물레성형은 진공토련기에서 이긴 소지를 써서 물레로 성형하는 방법이며, 손물레성형과 기계물레성형이 있다. 손물레성형은 물레 위에 소지를 놓고 물레를 돌려가며 손으로 빚어서 형상을 만드는 것이다. 비능률적이어서 공업적으로는 거의 쓰이지 않는 방법이지만, 공예품 성형에는 아직도 많이 쓰인다. 기계물레는 석고틀에 소지를 놓고 물레를 돌려가면서 틀과 주걱 사이에서 성형되도록 하는 것으로, 식기류나 용기류의 제조에 가장 많이 쓰는 방법이다.
이 방법도 기계물레를 사용한다는 것 이외에는 수공이 많이 드는 방법이며, 소지에서 완전 성형까지의 조작을 자동화하여 이 공정 전부를 기계화한 자동기계 물레방식이 최근에 채택되고 있다. 주입성형은 점토나 소지원료에 물을 넣어 손으로 이겨서 반죽하면 연토가 되고, 다시 물을 더 가하면 반죽은 유동성을 띠게 되어 용기를 기울이기만 해도 수월하게 다른 용기에 옮길 수 있게 된다. 여기에 다시 물을 가하면 가는 입자가 물 속에 현탁(懸濁)되어 있는 상태가 되어 액체와 같은 성질을 가지게 된다. 이와 같이 한 것을 이장 또는 슬립이라고 한다. 이장을 석고틀에 주입하여 성형하는 방법을 주입성형이라고 한다. 이장을 석고틀에 주입하면 석고틀은 물 속에 현탁하고 있는 분체를 물과 함께 틀의 표면에 끌어들이고, 끌어들인 물은 석고의 내부에 확산 흡수되며, 틀의 표면에 수분이 적은 이장의 층이 생긴다. 시간이 경과하면 이 이장의 층은 굳어지고 두꺼워진다. 이와 같이 굳어진 이장의 두께가 적당히 된 다음에 남아 있는 이장을 쏟아버리면, 굳은 이장의 층만이 석고틀에 붙게 된다. 상기 석고틀에 부착된 이장층은 탈수될수록 수축하고 견고하게 되므로 석고틀을 뽑아내면 성형된 소지가 남는다. 이와 같은 주입성형은 주로 다른 방법으로는 성형하기 어려운 복잡하고 정밀한 물체를 성형하는 데 쓰인다. 압출성형은 손으로 이겨서 만들 수 있는 상태의 물을 포함하고 있는 소지로 성형하는 가소성 또는 소성성형의 일종으로 함수량은 대개 15 내지 25%이다.
이러한 배토를 진공토련기와 같은 압출장치로 압출하여 연속적으로 성형하는 대량생산에 적합한 방법이다. 단면이 균일한 것, 즉 단면이 원형, 반원형, 다각형인 것들을 성형할 수 있다. 단면이 작아서 1단 압출로는 곤란한 것은 2단 압출로 하며, 또 압출성형한 것을 반건조상태나 건조상태로서 다시 선반가공으로 성형을 완료하는 수도 있다. 압착성형은 소지를 압착기와 틀을 써서 가압하여 성형하는 방법이다. 그러나 이 방법은 주로 반건식 이하의 가소성이 적은 소지를 이용하여 성형할 때 쓰며, 마찰 프레스와 수압 또는 유압 프레스를 가장 많이 이용한다.
성형체에서 가마재입에 필요한 강도를 주고 소성을 위험없이 빠르게 하기 위하여 수분을 제거하여 건조하여야 한다. 성형체 건조의 제1단계 점토입자에 윤활제 구실을 하는 물의 제거 단계이다. 물의 증발은 표면에서 일어나는 것인데, 점토입자간의 틈은 서로 불규칙적이지만 모세관으로 되어 있으므로 내부의 물은 이 모세관을 통하여 표면으로 이동되고 계속 증발한다. 그러므로 미립자가 많은 가소성이 큰 점토를 많이 함유할수록 모세관은 가늘어서 건조에 오랜 시간이 걸린다.
이와 같이 점토입자의 활재로 되어 있는 수분이 나감에 따라서 점토입자는 접근하여 부피가 줄어들고 수축이 계속된다. 그러나 좀 큰 입자가 서로 접촉하게 되면 수축은 거의 완료된다. 이때 달아나는 물을 수축수라고 하며, 이때까지의 건조에 특히 조심하여야 한다. 나머지 틈에 있는 물도 역시 증발하여 달아나며, 이때에는 수축은 거의 일어나지 않고, 물이 달아난 자리는 틈이 생긴다. 끝으로 입자의 표면에 흡착되어 있는 물 피막의 제거이다. 그러나 이 물은 표면적(겉넓이)은 크지만 입자에 강하게 흡착되어 있으므로 상당히 높은 온도로 건조하여야 하며, 특히 입자가 작으면 작을수록 건조가 어렵다. 결과적으로 건조공정에서 가장 주의하여야 하는 과정은 수축수가 증발하는 단계, 즉 수축현상을 수반하는 건조 과정이다. 건조장치로는 온돌형, 상자형, 터널형 등 여러 가지가 쓰인다. 상자형에서도 건조선반이 이동식으로 되어 있는 물티제트 건조기가 많이 쓰인다. 이것은 많은 분사공이 달린 판을 통하여 최적의 건조조건으로 조절된 공기를 피건조물에 수직으로 분사 통과시켜서 건조하는 장치이다. 터널형으로는 소성용 터널가마에서의 폐열을 이용하는 열풍식 터널가마가 가장 많이 쓰이며, 이것은 소성용 터널가마의 냉각대에서 약 140℃ 정도의 열풍을 한쪽에서 끌어넣고 다른 한쪽에서 방출한다.
소지에 유약을 입히는 것을 시유 또는 유약칠이라고 한다. 시유는 소지 표면에 광택을 주어 더욱 아름답고 돋보이게 하여 미적 장식효과를 높이는 목적과 표면을 매끄럽게 하여 오염을 방지하고, 흡수성을 없애 물이나 화학약품에 대한 저항성을 증대시키는 데 있다. 미적 효과를 더욱 크게 하기 위해서는 소지에 조각한다든지 유약을 칠하기 전에 채료(彩料)를 사용하여 그림이나 문자, 그 밖의 채색(밑그림, 바닥그림 또는 무늬넣기라고 한다)을 한다든지, 또는 유약 위에 색유(色釉) 또는 채료를 사용하여 채식(彩飾:윗그림)하는 방법 등이 이용된다. 유약은 기물에 입혀서 소성하면 녹아서 소지에 밀착하는데, 만일 소지의 팽창률 또는 수축률과 일치하지 않으면 잔금이 생기거나 유약이 떨어져 나간다. 용융온도에 따라 서 연질유와 경질유로 크게 분류되며, 연질유는 도기에 널리 사용되며, 특히 낮은 온도에서 녹는 납성분이 많은 유약을 납유약이라고 하여 조도기, 토기 등에 많이 사용한다. 경질유는 주로 자기에 쓰이며, 불투명유는 목적에 따라 아비산, 안티몬, 주석, 아연, 티탄, 골회 등을 적당히 배합하여 사용한다. 색유는 모든 유약에 무기색소의 구실을 하는 코발트, 크롬, 철, 구리, 니켈, 망간 등이나 적당량의 무기질 채료를 첨가하여 착색한 유약이며, 청자유, 진사유 등도 색유의 일종이다. 또한 윗그림용 채료도 저온에서 융착하는 색유이다. 일반적으로 사용하고 있는 시유방법은 담금법으로서, 유약을 이장으로 만들고, 이 이장 속에 성형하여 건조된 또는 초벌구이한 소지를 담그고, 소지의 흡수성을 이용하여 소지체 표면에 유약을 입히는 방법을 사용하고 있다. 이 때 유약의 두께는 소지의 흡수율, 이장의 농도, 담그는 시간에 따라 다르므로 잘 조절하여야 한다. 표면에 요철(凹凸)이 있는 소지(조각을 한 것 등) 또는 소지의 두께가 두꺼운 것에는 압착공기를 사용한 분무법을 사용한다.
소성은 도자기의 제조공정에서 가장 중요한 단계이며, 소지, 유약, 모양, 크기, 용도 또는 가마의 종류, 연료, 소성온도, 불꽃 등의 조건에 따라 다소의 차이는 있지만, 초벌구이(biscuit fire), 재벌구이(본구이: glost fire), 채색구이(decorating fire) 등으로 분류된다.
위와 같이 제조되는 도자기는 외관이 수려하고 화학적으로 안정하여 식기로서도 많이 이용되고 있다. 특히 음식의 가열조리 시에 사용되는 주방용기나 구이판으로는 내열성이 높고, 가열과 냉각에 따른 열팽창성 및 열수축성이 적어 가열조리시 균열이 적은 내열 도자기가 사용되고 있다.
한국특허공개 특1995-0023629호에는 엽장석, 카오린 샤못트, 점토 등의 소지 원료를 일정 크기로 조분쇄하고, 탈철, 탈수, 토련 및 성형한 후 900 ℃ 이하에서 예비소성한 소지 표면에 엽장석, 활석 및 석회석을 주원료로 하는 유약을 도포하여 1160 ~ 1200 ℃에서 저온소성하여 제조하는 열팽창계수가 낮은 원적외선 방사 내열 도자기의 제조방법을 개시하고 있으나, 수분 흡수율이 높고 도자기 표면에 미세한 균열이 발생되어 그 균열을 통해 물을 흡수되고, 또한 미세한 균열에는 여러 가지 오염물질이 부착되어 세척이 용이하지 않고 미관상 보기 좋지 않기 때문에 어두운 색 유약을 두껍게 칠할 수 밖에 없는 문제가 있었다.
또한 한국공개특허 제2004-99498호에서는 수분 흡수율이 0%인 무균열 내열 도자기 제조방법에 관한 발명으로, 짐바브웨산 엽장석 65중량%, 활석 5중량%, 및 회색점토 30중량%로 이루어지는 내열자기 소지 조성물 및 엽장석 73중량%, 활석16중량%, 흑색점토 5중량%, 및 석회석 6중량%로 이루어지는 유약 조성물을 개시하고 있으나, 수분 흡수율이 0%인 도자기는 가열조리시 팽창에 의해 파열하는 문제가 있었다.
또한 한국공개특허 제2007-0023839호에서는 수분 흡수율이 2 ~5%이고 밝은 색상을 가지는 엽장석 45∼60중량%, 도석 10∼20중량%, 장석 2∼8중량%, 활석 5∼10중량%, 카오린 5∼15중량%, 규석 2∼8중량%, 및 점토 2∼8중량%로 이루어진 백색 내열 도자기용 조성물을 개시하고 있으나, 실제 수분 흡수율은 5 ~ 7%이고, 또한 단시간 수분을 흡수한 경우에는 직화가열시에도 안정성이 있으나, 장시간 수분을 흡수시킨 경우에는 직화가열시 도자기 몸체 또는 유약이 수분과 함께 튀어나와 도자기 외표면에 움푹 패인 흔적을 다수 남기는 문제가 있었다.
또한 한국공개특허 제2008-0042532호에서는 소지 조성물의 전체 중량을 기준으로, 엽장석 50~70중량%, 활석 5~10중량% , 코디어라이트 3~5중량% 탄산바륨3~5중량% 및 점토+백토 10~39중량%로 이루어지는 다채색 고강도 내열 세라믹을 위한 소지 조성물로 제품을 성형한 후, 1000±50℃에서 초벌로 구어낸 후에 전체 중량을 기준으로, 엽장석 40~60중량%, 활석5~15중량%, 탄산바륨 3~5중량%, 탄산리튬 3~5중량%, 지르코늄 5~10중량% 및 세레사이트20~30중량%로 이루어지는 유약으로 시유한는 다채색 고강도 내열 세라믹을 개시하고 있으나, 수분 흡수율을 4% 이하로 하면서 강도를 증대시켰으나 중량이 무겁고 고가의 원재료를 사용하여 일반 주방용기에 적용하기 부적합하며, 역시 장시간 수분 흡수 후 직화가열 시의 안정성을 해결할 수는 없었다.
본 발명의 목적은 장시간 수분 흡수 후 직화가열 시 안정성이 뛰어난 내열직화자기용 유약 조성물을 제공하는 것이다.
장시간 수분 흡수 후 직화가열 시 안정성이 내열직화자기에서 필요한 이유는 식기류, 특히 음식점이나 레스토랑에서 사용하는 식기류는 일반적으로 사용 후 장시간 물에 불린 후 세척하는 것이 일반적이므로, 장시간 침지시킨 후 세척한 내열직화자기를 충분한 시간, 예를 들어 12 ~ 24시간 이상 건조시키지 않고 바로 센불에 직화가열하면 종래의 모든 직화내열자기는 흡수된 수분이 갑자기 외표면으로 방출되면서 도자기가 폭발하거나 도자기 몸체 또는 유약에 패인 홈이 발생하여 미관상 좋지 않기 때문이다.
또한 본 발명의 목적은 장시간 수분 흡수 후 직화가열 시 안정성이 뛰어난 내열직화자기용 소지 조성물 및 유약 조성물로 제조한 내열직화자기를 제공하는 것이다.
삭제
또한 본 발명의 목적은 장시간 수분 흡수 후 직화가열 시 안정성이 뛰어난 내열직화자기의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 엽장석을 40 ~ 70 중량% 포함하는 소지 조성물에 있어서, 맥반석을 4 ~ 18 중량% 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 내열직화자기용 소지 조성물은 도석, 장석, 활석, 카올린, 규석 및 점토 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 소지 원료를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 내열직화자기용 소지 조성물은 엽장석 55 ~ 68 중량%, 도석 2 ~ 8 중량%, 활석 0.2 ~ 4 중량%, 카올린 6 ~ 18 중량%, 점토 4 ~16 중량% 및 맥반석 8 ~ 16 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 소지 조성물을 사용하여 기물을 성형한 후 초벌구이한 후에 시유하는 내열직화자기용 유약 조성물로서, 상기 유약은 엽장석 52 ~ 68 중량%, 퓨리트 8 ~ 19 중량%, 활석 0.2 ~ 4 중량%, 규회석 1 ~8 중량% 및 맥반석 8 ~ 25 중량% 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유약 조성물에서 상기 유약은 장석, 카올린 및 석회석 중에서 선택된 어느 하나 이상의 유약 원료를 더 포함하고, 이 때 상기 장석의 함량은 1.5 ~ 5 중량%, 카올린 함량은 2.5 ~ 5 중량%, 석회석 함량은 1 ~ 5 중량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 내열직화자기용 소지 조성물을 가공하여 제조한 내열직화자기를 특징으로 한다.
삭제
본 발명은 상기 소지 조성물을 사용하여 기물을 성형한 후 초벌구이하는 단계; 및 상기 유약을 시유하여 재벌구이하는 단계;를 포함하는 내열직화자기의 제조방법을 특징으로 한다.
본 발명은 장시간 수분을 흡수시킨 후 바로 직화가열하더라도 내열직화자기의 소지 또는 유약층이 수분과 함께 튀어나오지 않고, 24시간 침지했을 때 수분 흡수율이 2 ~ 5 %로 낮으며, 원적외선 방사율이 뛰어난 소지 조성물, 유약을 통해 소비자의 사용 행태에 관계없이 미관상 수려하고 매끄러운 외표면을 유지할 수 있고, 건강 유용성이 뛰어난 내열직화자기의 대량생산이 가능하게 한다.
삭제
본 발명의 내열직화자기용 소지 조성물은 엽장석을 40 ~ 70 중량% 포함하는 소지 조성물에 있어서, 맥반석을 4 ~ 18 중량% 포함한다.
엽장석(Petalite)은 규산리튬알루미늄으로 소지의 열팽창 및 수축을 완화하기 위한 기본 원료로 사용되고, 수분을 제외한 소지 조성물 전체에서 40 ~ 70 중량%, 바람직하게는 55 ~ 68 중량% 사용된다. 상기 하한치 미만에서는 가열과 냉각에 따른 열팽창성 및 열수축성이 커서 내열성이 낮아 파손 가능성이 높고, 상한치를 초과하면 기물 성형에 필요한 도석, 장석, 활석, 카올린, 규석, 점토 등의 함량이 제한을 받고, 또한 맥반석의 함량에도 제한을 받으며, 성형불량률이 높아진다.
맥반석은 지질학적으로 화강암류에 속하고, 암석명으로 석영-몬조나이트로서 석영과 장석이 촘촘하게 섞여 있는 암석으로 소지 조성물에 맥반석이 첨가됨으로 인하여 장시간 수분을 흡수시킨 후 직화가열 시 안정성을 증대시킨다. 맥반석은 수분을 제외한 소지 조성물 전체에서 4 ~ 18 중량%, 바람직하게는 8 ~ 16 중량% 사용되고, 상기 하한치 미만에서는 장시간 수분을 흡수시킨 후 직화가열 시 안정성을 충분히 달성할 수 없고, 상한치를 초과하면 열팽창 및 수축을 억제하기 위한 맥반석의 함량에 제한을 받거나 기물 성형에 필요한 도석, 활석, 카올린, 점토 등의 함량의 제한을 받는다.
본 발명의 내열직화자기용 소지 조성물에는 기물의 성형을 위해 도석, 장석, 활석, 카올린, 규석 및 점토 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 소지 원료를 더 포함한다. 이들 함량은 수분을 제외한 소지 조성물 전체에서 도석 2 ~ 8 중량%, 활석 0.2 ~ 4 중량%, 카올린 6 ~ 18 중량%, 점토 4 ~16 중량% 포함되는 것이 바람직하며, 상기 함량 범위를 벗어나면 기물의 성형이 어렵거나 소성시 균열이 발생하거나 충분한 내열성을 갖지 못할 가능성이 높다.
상기 소지용 조성물은 원료들을 혼합 및 분쇄하여 수분 함량 20 ~ 24 중량%가 되도록 소지를 제조한다. 상기 소지로 원하는 기물의 형상으로 성형체를 형성하고, 상기 성형체를 소성온도 900 ~ 1100 ℃에서 초벌구이한다. 초벌구이 온도가 상기보다 낮으면 초벌구이 성형체의 표면에 곰보처럼 핀홀 현상이 발생할 수 있다.
다음으로 초벌구이된 성형체에 유약을 시유하고, 유약이 시유된 성형체를 소성온도 1200 ~ 1350 ℃, 바람직하게는 1250 ~ 1350 ℃, 더욱 바람직하게는 1300 ~ 1350 ℃에서 15 ~ 38 시간, 바람직하게는 18 ~ 28 시간, 더욱 바람직하게는 20 ~ 25 시간 재벌구이하여 본 발명의 내열직화자기를 완성한다. 재벌구이의 온도가 상기 하한치 미만인 경우에는 내열직화자기의 강도가 저하되고 수분함량이 높아지는 문제가 있고, 재벌구이 시간이 짧은 경우에도 수분함량을 원하는 수준으로 낮출 수 없다.
삭제
본 발명에서는 상기 본 발명의 소지 조성물로 기물을 성형하여 초벌구이를 한 후, 엽장석 및 맥반석을 포함하는 유약을 시유하는 것이 기물과 유약의 열팽창 및 수축율 차이를 줄이고, 24시간 침지했을 때 수분흡수율을 2 ~ 5 중량%까지 낮추며, 장시간 수분 흡수 후 직화가열 시 안정성을 높이기 위해 바람직하다.
본 발명의 유약은 엽장석 52 ~ 68 중량%, 퓨리트 8 ~ 19 중량%, 활석 0.2 ~ 4 중량%, 규회석 1 ~8 중량% 및 맥반석 8 ~ 25 중량% 함유하는 것이 바람직하고, 상기 범위를 벗어날 경우 도자기를 가열할 때 미세한 균열이 발생할 가능성이 높다.
본 발명의 유약은 장석, 카올린 및 석회석 중에서 선택된 어느 하나 이상의 유약 원료를 더 포함할 수 있고, 이 때 상기 장석의 함량은 1.5 ~ 5 중량%, 카올린 함량은 2.5 ~ 5 중량%, 석회석 함량은 1 ~ 5 중량%인 것이 바람직하다.
본 발명의 내열직화자기는 맥반석을 함유하여 장시간 수분을 흡수시킨 후 바로 직화가열하더라도 내열직화자기의 도자기 몸체 또는 유약층이 수분과 함께 튀어나오지 않고, 24시간 침지했을 때 수분 흡수율이 2 ~ 5 %로 낮으며, 원적외선 방사효율이 뛰어나다.
이하 실시예, 비교예 및 제조예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 예시적인 것일 뿐 이에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예 및 비교예에 사용된 소지용 원재료의 화학조성을 표 1에 나타내었다.
구분 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO LiO2 K2O Na2O TiO2
엽장석 78.2 16.8 0.037 0 0 4.38 0.21 0.40 0
도석 61.6 25.1 1.08 0.15 0.40 0 6.63 0.25 0.34
장석 65.9 18.8 0.07 0.09 0.09 0 11.4 3.03 0.02
활석 61.1 0 0.91 7.03 30.9 0 0 0 0
카올린 47.6 37.6 0.24 0.06 0.34 0 2.32 0 0.02
규석 99.5 0.20 0.02 0.01 0.01 0 0.01 0.01 0.02
점토 46.6 36.4 1.12 0.04 0.21 0 0.78 0.05 0.32
맥반석 59.1 14.6 5.26 4.22 4.04 0 2.40 3.52 0.72
상기 표 1의 함량은 단위는 중량%, 상기 화학조성에 나타내지 않은 나머지는 미량 조성 및 가열감량이 포함되어 있다.
제조예 1: 내열직화자기용 소지의 제조
상기 표 1의 소지 원재료에서 325 mesh에서 잔사 1 중량% 미만인 원료는 그대로 혼합하고, 다음 표 2의 중량비로 볼밀에 원재료 및 물을 넣고 325 mesh에서 잔사 1 중량% 미만, 평균 입자크기가 1 ~ 40 ㎛가 되도록 분쇄하면서 혼합하여 수분함량 22 ~ 23 중량%의 소지를 제조하였다.
구분 엽장석 도석 장석 활석 카올린 규석 점토 맥반석
실시예1 65 6 2 2 10 0 8 7
실시예2 63 5 0 2 12 0 8 10
실시예3 60 5 0 2 11 0 12 10
실시예4 58 5 0 2 15 0 8 12
실시예5 55 4 2 2 16 1 9 14
비교예1 60 10 5 5 10 5 5 0
비교예2 58 8 4 3 15 2 8 2
비교예3 50 5 2 2 12 0 9 20
비교예4 70 5 0 2 8 0 3 12
제조예 2: 소지 조성물을 달리한 내열직화자기의 제조
상기 표 2의 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 4의 소지를 이용해서 기물(지름 10.5 인치, 높이 5.5 인치 냄비)을 기계물레법으로 성형하였다.
상기 성형체를 실온에서 200 ℃에서 15시간 건조시킨 후, 900 ℃에서 초벌구이를 하고, 엽장석 60 중량%, 퓨리트 13 중량%, 활석 2 중량%, 카올린 5 중량%, 규회석, 5 중량% 및 맥반석 15 중량%로 이루어진 유약(실시예 7)을 시유한 후, 1320 ℃에서 20 시간 재벌구이를 하여 직화자기를 제조하였다.
실험예 1: 소지에 따른 내열직화자기의 특성
제조예 2의 내열직화자기의 미세균열 정도, 수분 흡수율, 내열성, 침지하지 않은 내열직화자기 및 장시간 물에 침지한 내열직화자기의 직화가열 안정성 및 열팽창계수를 측정하여 표 3에 나타내었다.
미세균열 정도는 육안 관찰을 통해 양호(○), 보통(△), 불량(×)으로 판정하였다.
수분 흡수율은 24 시간 침지후 흡수된 수분 함량의 백분율로 계산하였다.
내열성은 시료를 각각 204 ℃ 오븐에 넣고 1시간 유지시킨 후 4 ℃ 물에 넣고 급랭하여 크랙의 발생여부를 확인하였다.
내열직화자기의 직화가열 안정성은 침지하지 않은 내열직화자기 또는 24시간 물에 침지시킨 내열직화자기를 센불에서 20분가 직화가열 후 외표면에 수증기가 방출되면서 발생하는 도자기 몸체 또는 유약에 패인 홈이 전혀 없는 경우는 우수(◎), 1 ~ 5 곳 인 경우는 양호(○), 5 ~ 50 곳인 경우는 보통(△), 50 곳을 초과하는 경우는 불량(×)으로 판정하였다.
열팽창계수는 지름 7 mm, 높이 50 mm의 원주장형 측정용 시료를 독일 네취사의 열팽창계수측정장치(NETZSCH, 독일)를 이용하여 40 ~ 800 ℃ 범위에서 열팽창계수를 측정하였다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
미세균열 정도 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ △ △
수분흡수율(%) 3.8 3.7 3.2 3.2 2.9 5.2 4.4 6.5 7.2
내열성 크랙
없음		 크랙
없음		 크랙
없음		 크랙
없음		 크랙
없음		 크랙
없음		 크랙
없음		 크랙
없음		 크랙
있음
직화가열 안정성
(침지 없음)		 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ○
직화가열 안정성
(24시간 침지)		 ○ ◎ ◎ ◎ ○ △ △ × ×
열팽창계수
(× 10-6/℃)		 2.75 2.7 2.66 2.65 2.5 2.7 2.65 2.85 3.4
제조예 3: 유약을 달리한 내열직화자기의 제조
실시예 3의 소지를 이용해서 기물(지름 10.5 인치, 높이 5.5 인치 냄비)을 기계물레법으로 성형하였다.
상기 성형체를 실온에서 200 ℃에서 15시간 건조시킨 후, 900 ℃에서 초벌구이를 하고, 표 4의 실시예 6 ~ 9 및 비교예 5 ~ 6의 유약으로 시유한 후, 1320 ℃에서 20 시간 재벌구이를 하여 직화자기를 제조하였다.
구분 엽장석 퓨리트 장석 활석 카올린 규회석 규석 석회석 맥반석
실시예6 60 13 0 2 5 2 0 0 18
실시예7 60 13 0 2 5 5 0 0 15
실시예8 65 10 0 2 5 5 0 2 11
실시예9 55 15 3 2 0 2.5 0 2.5 20
비교예5 60 20 3 3 8 6 0 0 0
비교예6 35 45 5 5 8 0 2 0 0
실험예 2: 유약에 따른 내열직화자기의 특성
실험예 1과 동일한 방법으로 내열직화자기의 미세균열 정도, 수분 흡수율, 내열성, 침지하지 않은 내열직화자기 및 장시간 물에 침지한 내열직화자기의 직화가열 안정성을 측정하여 표 5에 나타내었다.
구분 실시예6 실시예7 실시예8 실시예9 비교예5 비교예6
미세균열 정도 ○ ○ ○ ○ ○ ○
수분흡수율(%) 3.2 3.2 3.2 3.2 4.3 4.5
내열성 크랙
없음		 크랙
없음		 크랙
없음		 크랙
없음		 크랙
없음		 크랙
없음
직화가열 안정성
(침지 없음)		 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
직화가열 안정성
(24시간 침지)		 ◎ ◎ ◎ ◎ ○ ○

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 엽장석을 40 ~ 70 중량% 포함하고, 맥반석을 4 ~ 18 중량% 포함하는 소지 조성물을 사용하여 기물을 성형한 후 초벌구이한 후에 시유하는 내열직화자기용 유약 조성물로서, 상기 유약 조성물은 엽장석 52 ~ 68 중량%, 퓨리트 8 ~ 19 중량%, 활석 0.2 ~ 4 중량%, 규회석 1 ~8 중량% 및 맥반석 8 ~ 25 중량% 을 포함하는 것을 특징으로 하는 유약 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 유약은 장석, 카올린 및 석회석 중에서 선택된 어느 하나 이상의 유약 원료를 더 포함하고, 이 때 상기 장석의 함량은 1.5 ~ 5 중량%, 카올린 함량은 2.5 ~ 5 중량%, 석회석 함량은 1 ~ 5 중량%인 것을 특징으로 하는 유약 조성물.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 엽장석을 40 ~ 70 중량% 포함하고, 맥반석을 4 ~ 18 중량% 포함하는 소지 조성물을 사용하여 기물을 성형한 후 초벌구이하는 단계; 및 청구항 제 4 항 또는 제 5 항의 유약을 시유하여 재벌구이하는 단계;를 포함하는 내열직화자기의 제조방법.
  9. 엽장석을 40 ~ 70 중량% 포함하고, 맥반석을 4 ~ 18 중량% 포함하는 소지 조성물로 성형되고, 청구항 제4항 또는 제5항의 유약을 시유하여 가공된 내열직화자기.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 소지 조성물은 엽장석 55 ~ 68 중량%, 도석 2 ~ 8 중량%, 활석 0.2 ~ 4 중량%, 카올린 6 ~ 18 중량%, 점토 4 ~16 중량% 및 맥반석 8 ~ 16 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 내열직화자기.
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