KR101283314B1 - Composite for ceramic ware with low deformation and high strength and manufacturing method of ceramic ware - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 도자기용 소지 조성물 및 이를 이용한 도자기의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 점토, 장석 및 규석을 포함하는 기본 소지원료를 바탕으로 열변형이 적고 변형 안정성을 가지며 강도를 증진시킬 수 있는 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물 및 이를 이용한 도자기의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a base material composition for ceramics and to a method of manufacturing ceramics using the same, and more particularly, based on basic subsidiary materials including clay, feldspar and silica, which have less thermal deformation, have stability of deformation, and can improve strength. It relates to a low-strength high-strength porcelain holding composition and a method for producing a porcelain using the same.
도자는 제조를 위하여 사용되는 원료가 점토-장석-규석의 세 가지 구성 성분으로 이루어졌다고 하여 '3성분 백색도자기(triaxial whiteware)'라고도 일컬어진다. 근래에는 도자 제품의 물성 증진 및 특성 부여를 위하여 사용되는 원료를 물리적/화학적으로 정제하거나 다른 원료로 대치하는 연구가 활발하게 진행 중이다. 도자 제품의 강도 증진을 위하여 규석을 다른 원료로 대치한 제품에 대한 연구가 진행 중이며, 또한 소다장석, 칼륨장석 등을 대치하여 네펠린 섬장암(Nepheline syenite)이 사용되기도 한다. Ceramics are also referred to as 'triaxial whiteware' because the raw materials used for manufacturing are composed of three components: clay, feldspar and silica. In recent years, researches are being actively conducted on physically and chemically refining raw materials used for improving physical properties and characterizing ceramic products or replacing them with other raw materials. In order to improve the strength of ceramic products, research is being conducted on products that have replaced silica with other raw materials.Nepheline syenite is also used to replace soda feldspar and potassium feldspar.
점토는 성형 공정 중 소지에 가소성을 제공하고 성형된 기물의 이동이나 장식 등의 공정에 견딜 수 있는 충분한 성형강도를 유지할 수 있도록 하여준다. 또한 소성 후 기물 내에 뮬라이트상과 유리상을 형성시켜 사용 환경에서 충분한 강도를 유지하도록 하면서 기물이 백색의 투광성을 띠게 하는데 기여한다. 미국이나 영국에서 채취되는 점토는 지역에 따라서 카올린(kaolin)이나 볼 클레이(ball clay) 등으로 불린다. 카올리나이트(kaolinite)가 주성분을 이루는 점토 광물을 고령토라 지칭하기도 한다. The clay provides plasticity to the substrate during the molding process and maintains sufficient molding strength to withstand the process of moving or decorating the molded article. In addition, after firing, the mullite phase and the glass phase are formed in the substrate to maintain the sufficient strength in the use environment, and contribute to the white light transmitting property of the substrate. Clay from the United States and the United Kingdom is called kaolin or ball clay, depending on the region. Clay minerals composed mainly of kaolinite are also called kaolinite.
카올리나이트는 [Si2O5]2- 층(layer)과 [Al2(OH)4]2+ 층(layer)으로 이루어진 1:1 층상 규산염(sheet silicate)으로 가장 흔한 점토 광물 중에 하나이다. 카올리나이트의 화학성분은 Al2O3·2SiO2·2H2O로서 장석질암(feldspathic rock)의 분해과정을 통하여 형성되는 것으로 알려져 있다. 점토의 층상 구조는 다른 세라믹 분체와 가장 특징적으로 구분되는 점이다. 또한 점토의 판상 구조는 유사한 입도를 갖는 다른 원료와 비교하여 18~30 m2/g 에 이르는 높은 비표면적을 갖게 하는 이유이다. 점토의 입자 크기는 대개 0.3~0.5 ㎛ 이다. 점토의 판상 구조와 높은 비표면적이 점토가 물과 혼합되었을 때 가소성을 나타내는 이유로 알려져 있다.Kaolinite is one of the most common clay minerals with a 1: 1 sheet silicate consisting of a [Si 2 O 5 ] 2 -layer and an [Al 2 (OH) 4 ] 2+ layer. The chemical composition of kaolinite is Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O and is known to be formed through the decomposition of feldspathic rock. The layered structure of clay is the most distinctive feature of other ceramic powders. The plate-like structure of clay is also the reason why it has a high specific surface area of 18-30 m 2 / g compared to other raw materials with similar particle size. The particle size of the clay is usually 0.3-0.5 μm. The plate-like structure and high specific surface area of clays are known for their plasticity when clay is mixed with water.
장석의 화학성분은(K,Na,Ca,Ba)(Al,Si)4O8이다. 장석은 화강암의 주요 구성성분으로 천연으로 산출되는 장석은 대부분 칼륨장석(KAlSi3O8), 소다장석(NaAlSi3O8), 칼슘장석(CaAl2Si2O8)의 세 가지 단성분의 계열에 속한다. 칼륨장석과 칼슘장석은 거의 고용체를 이루지 않지만, 칼륨장석과 소다장석 및 소다장석과 칼슘장석은 연속고용체를 이루며, 각각의 계열을 알칼리장석 및 사장석이라 총칭한다. 장석은 도자 원료로 사용되어 점토질이나 규석질을 용해하여 강도를 갖게 하는 융제역할을 한다. 일반적으로 칼륨장석은 소다장석에 비하여 소지의 열팽창계수를 감소시키는 것으로 알려져 있다.The chemical composition of feldspar is (K, Na, Ca, Ba) (Al, Si) 4 O 8 . Feldspar is the main constituent of granite, and the naturally produced feldspar belongs to three types of single components: potassium feldspar (KAlSi 3 O 8 ), soda feldspar (NaAlSi 3 O 8 ), and calcium feldspar (CaAl 2 Si 2 O 8 ). . Potassium feldspar and calcium feldspar hardly form a solid solution, but potassium feldspar and soda feldspar, and soda feldspar and calcium feldspar form a continuous solid solution, and each series is collectively referred to as alkali feldspar and plagioclase. Feldspar is used as a raw material for ceramics, and it acts as a flux to dissolve clay or silica and give strength. In general, potassium feldspar is known to reduce the coefficient of thermal expansion of the body compared to soda feldspar.
규석은 실리카가 주성분이어서 내화도가 SK32~35로서 성형과 소성공정 중 소지의 뼈대 역할을 하며 유리질을 형성한다. 양질의 규석은 순백색이고 분쇄가 용이한 것이다. 규석은 소지에 사용시에는 백색도와 투광성이 높아지며 기계적 강도가 향상되고 마모율이 적어진다. 미국에서는 규석을 900℃ 정도에서 하소하여 미분쇄한 분말을 플린트(Flint) 또는 쿼츠(Quartz)라 부르며, 주로 소지에 섞어서 입도가 균일한 소지를 만들거나 유약에 사용하여 유약의 뼈대 역할을 하게 한다. Silica is mainly composed of silica, so its fire resistance is SK32 ~ 35. Fine silica is pure white and easy to grind. When it is used in the base material, whiteness and light transmittance are increased, mechanical strength is improved and wear rate is reduced. In the United States, the pulverized powder is calcined at about 900 ° C, and it is called Flint or Quartz, and it is mainly mixed in the base to make the base with uniform particle size or to be used as a glaze skeleton. .
점토-장석-규석의 삼성분계로 이루어진 도자기의 강도증진을 목적으로 강도에 영향을 끼치는 변수를 정립하기 위하여 많은 연구가 진행되어 오고 있다.
Many studies have been conducted to establish the variables that affect strength for the purpose of increasing the strength of the porcelain consisting of clay, feldspar and gyuseok.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 점토, 장석 및 규석을 포함하는 기본 소지원료를 바탕으로 열변형이 적고 변형 안정성을 가지며 강도를 증진시킬 수 있는 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물 및 이를 이용한 도자기의 제조방법을 제공함에 있다.
The problem to be solved by the present invention is a low-strength high-strength porcelain base composition and a method of manufacturing ceramics using the same, based on the basic support material, including clay, feldspar and silica, low heat deformation, deformation stability In providing.
본 발명은, 점토 29∼38중량%, 장석 28∼40중량% 및 규석 28∼40중량%를 포함하는 기본 소지원료, 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 ZrOCl2·8H2O 0.01∼2중량부, 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 Al(OH)3 0.01∼2중량부, 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 골회 0.01∼10중량부 및 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 코디어라이트 0.01∼10중량부를 포함하는 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물을 제공한다. The present invention is a basic support material comprising 29 to 38% by weight of clay, 28 to 40% by weight feldspar and 28 to 40% by weight of quartz, and 0.01 to 2 weight of ZrOCl 2 · 8H 2 O based on 100 parts by weight of the basic support material. 0.01 to 2 parts by weight of Al (OH) 3 with respect to 100 parts by weight of the basic sub-support fee, 0.01 to 10 parts by weight of bone based on 100 parts by weight of the basic sub-support fee and cordierite with respect to 100 parts by weight of the basic sub-support fee. It provides a low-strength high strength porcelain holding composition comprising 0.01 to 10 parts by weight.
상기 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물은 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 페탈라이트 0.01∼10중량부를 더 포함할 수 있다.The low-strength high strength porcelain holding composition may further include 0.01 to 10 parts by weight of petalite based on 100 parts by weight of the basic small support material.
또한, 상기 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물은 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 ZrSiO4 0.01∼10중량부를 더 포함할 수 있다.In addition, the low strain high strength porcelain holding composition may further comprise 0.01 to 10 parts by weight of ZrSiO 4 based on 100 parts by weight of the basic small support material.
또한, 상기 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물은 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 마그네슘알루미네이트(MgAl2O4) 0.01∼10중량부를 더 포함할 수 있다.In addition, the low strain high strength porcelain holding composition may further include 0.01 to 10 parts by weight of magnesium aluminate (MgAl 2 O 4 ) based on 100 parts by weight of the basic small support material.
또한, 상기 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물은 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 침상의 휘스커 0.01∼10중량부를 더 포함할 수 있다.In addition, the low strain high strength ceramic holding composition may further comprise 0.01 to 10 parts by weight of the needle-shaped whisker with respect to 100 parts by weight of the basic small support material.
또한, 상기 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물은 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 탈크 0.01∼10중량부를 더 포함할 수 있다.In addition, the low strain high strength ceramic holding composition may further comprise 0.01 to 10 parts by weight of talc based on 100 parts by weight of the basic small support material.
또한, 상기 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물은 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 제올라이트 0.01∼10중량부를 더 포함할 수 있다.In addition, the low strain high-strength porcelain holding composition may further comprise 0.01 to 10 parts by weight of zeolite based on 100 parts by weight of the basic small support material.
또한, 본 발명은, 점토 29∼38중량%, 장석 28∼40중량% 및 규석 28∼40중량%를 포함하는 기본 소지원료, 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 ZrOCl2·8H2O 0.01∼2중량부, 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 Al(OH)3 0.01∼2중량부, 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 골회 0.01∼10중량부 및 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 코디어라이트 0.01∼10중량부를 포함하는 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물을 배합하고 용제와 분산제를 첨가하여 혼합하는 단계와, 원하는 입경을 갖도록 혼합된 원료들을 분쇄하는 단계와, 분쇄된 원료들을 원하는 형태로 성형하고 건조하는 단계 및 건조된 결과물을 소성하여 도자기를 형성하는 단계를 포함하는 도자기의 제조방법을 제공한다.
In addition, the present invention, the basic support material containing 29 to 38% by weight of clay, 28 to 40% by weight of feldspar, and 28 to 40% by weight of silica, ZrOCl 2 · 8H 2 O 0.01 to 0.01 parts by weight of the
본 발명에 의하면, 열변형이 저감되고 변형 안정성을 가지며 강도가 개선된 도자기를 제조할 수 있다. According to the present invention, it is possible to produce ceramics having reduced thermal deformation, deformation stability, and improved strength.
또한, 본 발명에 의하면, 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물에 내열성과 열충격 저항성이 우수한 코디어라이트(cordierite) 또는 페탈라이트(petalite)가 함유됨으로써 내열성이 우수한 저변형 고강도 도자기를 제조할 수 있다.According to the present invention, low-strength high-strength ceramics having excellent heat resistance can be produced by containing cordierite or petalite having excellent heat resistance and thermal shock resistance in the base material composition for low-strength high-strength ceramics.
또한, 본 발명에 의하면, 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물에 ZrSiO4, 마그네슘알루미네이트(MgAl2O4) 또는 침상의 휘스커가 함유됨으로써 유리상의 기지(matrix)와 그 안에 분포되어 있는 결정상들의 열팽창계수의 차이로 인하여 유리상에 강한 압축력(compressive force)이 작용하게 되어 소지의 강도가 증진될 수 있다.
In addition, according to the present invention, the ZrSiO 4 , magnesium aluminate (MgAl 2 O 4 ) or acicular whisker is contained in the low-strength high-strength porcelain composition so that the coefficient of thermal expansion of the glass matrix and the crystal phases distributed therein Due to the difference in the strong compressive force (compressive force) on the glass can be applied to increase the strength of the body.
도 1은 규석 입자들에 가해지고 있는 잔류변형(Residual strain)을 시편의 꺾임강도와 함께 나타낸 그래프이다.
도 2는 실험예 2에 따라 소성 후 시편의 꺾임강도를 측정하여 나타낸 도면이다.
도 3은 기존 소지의 융제인 네펠린 시에나이트(nepheline syenite)를 다양한 종류의 융제들로 치환한 시편들의 소성수축률을 보여주는 그래프이다.
도 4는 실험예 3에 따라 소성 후 시편의 수축률을 측정하여 나타낸 도면이다.
도 5는 실험예 3에 따라 소성 시편의 밀도를 측정하여 나타낸 도면이다.
도 6은 ZrOCl2·8H2O와 Al(OH)3가 표준소지의 강도에 미치는 영향을 보여주는 그래프이다. 1 is a graph showing residual strain applied to silica particles together with bending strength of a specimen.
2 is a view showing the measured bending strength of the specimen after firing according to Experimental Example 2.
Figure 3 is a graph showing the plastic shrinkage rate of the specimens substituted with various types of fluxes of nephline syenite, the existing flux.
Figure 4 is a view showing the measured shrinkage of the specimen after firing according to Experimental Example 3.
5 is a view showing the density of the fired specimens according to Experimental Example 3.
6 is a graph showing the effect of ZrOCl 2 · 8H 2 O and Al (OH) 3 on the strength of the standard body.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that the following embodiments are provided so that those skilled in the art will be able to fully understand the present invention, and that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is not.
도자기의 경량화 및 강도증진은 오랜 기간 동안 도자 분야의 연구 과제로 다루어져 오고 있다. 특히 소형화 및 경량화가 강조되는 현대의 생활 패턴에서 적정 강도를 유지한 채 박형의 경량화된 제품을 생산하려는 많은 연구가 진행되어 오고 있다. 그러나 대부분의 연구노력은 공정의 최적화를 통한 제품의 물성증진에 집중되어 오고 있다. 즉 점토 슬러리(clay slurry)나 소성체(plastic body)의 균일성을 증진시켜 성형된 소지 내의 결함(defect)를 방지하거나 소성온도와 시간을 조절하여 소지 내의 상형성을 제어하는 방법으로 제품의 강도증진을 실현하고 있다. 이러한 접근은 사용되는 원료에서 오는 한계성 때문에 물성증진에 있어서 그 범위가 제한적이다. The weight reduction and strength improvement of ceramics have long been the subject of research in the ceramics field. In particular, many studies have been conducted to produce thin and lightweight products while maintaining appropriate strength in the modern life pattern, which emphasizes miniaturization and light weight. However, most of the research efforts have been focused on improving product properties through process optimization. In other words, the strength of the product is controlled by improving the uniformity of the clay slurry or the plastic body to prevent defects in the molded body or by controlling the firing temperature and time to control the image formation in the body. We realize promotion. This approach has a limited scope for property development because of the limitations that arise from the raw materials used.
본 발명은 열변형이 적고 경량성을 나타내며 고강도를 갖는 도자기를 구현할 수 있는 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물 및 이를 이용한 도자기의 제조방법을 제시한다. The present invention proposes a low-strength high-strength porcelain composition and a method for producing a porcelain using the same, which can realize a porcelain having low heat deformation, light weight, and high strength.
본 발명의 저변형 고강도 도자기는 점토, 장석 및 규석을 포함하는 기본 소지원료를 바탕으로 ZrOCl2·8H2O, Al(OH)3, 골회(bone ash), 코디어라이트(cordierite), 페탈라이트(petalite), ZrSiO4, 마그네슘알루미네이트(MgAl2O4), 휘스커(whisker), 탈크(talc) 또는 제올라이트(zeolite)를 첨가하여 조성을 설계한다. 다양한 종류의 첨가제를 사용하여 요구되는 성질을 갖도록 혼합하여 사용할 수 있다. 도자기는 첨가되는 물질에 의해 그 물리적 성질이 크게 변화될 수 있다. 본 발명에서는 도자기의 기본 소지원료에 첨가제를 첨가하여 저변형 고강도 도자기를 제조하고자 한다.Low-strength high-strength ceramics of the present invention is based on basic subsidiary materials including clay, feldspar and silica, ZrOCl 2 · 8H 2 O, Al (OH) 3 , bone ash, cordierite, petalite (petalite), ZrSiO 4 , magnesium aluminate (MgAl 2 O 4 ), whiskers, talc or zeolites are added to design the composition. Various kinds of additives may be used to mix and have the required properties. Pottery can vary greatly in its physical properties by the added material. In the present invention, the additive is added to the basic subsidiary material of the ceramics to produce a low deformation high strength ceramics.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물은, 점토 29∼38중량%, 장석 28∼40중량% 및 규석 28∼40중량%를 포함하는 기본 소지원료, 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 ZrOCl2·8H2O 0.01∼2중량부, 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 Al(OH)3 0.01∼2중량부, 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 골회 0.01∼10중량부 및 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 코디어라이트 0.01∼10중량부를 포함한다. Low-strength high-strength porcelain holding composition according to a preferred embodiment of the present invention, the basic subsidiary fee comprising 29 to 38% by weight of clay, 28 to 40% by weight of feldspar, and 28 to 40% by weight of silica, 100 weight of the basic support material 0.01 to 2 parts by weight of ZrOCl 2 · 8H 2 O, 0.01 to 2 parts by weight of Al (OH) 3 based on 100 parts by weight of the basic support material, and 0.01 to 10 parts by weight of bone ash based on 100 parts by weight of the basic support material. And 0.01 to 10 parts by weight of cordierite based on 100 parts by weight of the basic subsidiary material.
규석은 도자기에서 백색도를 높이고 도자기의 골격을 유지하는 역할을 한다. 규석은 점토, 장석 및 규석을 포함하는 기본 소지원료에 28∼40중량% 함유되는 것이 바람직하다. 규석의 함량이 28중량% 미만일 경우에는 도자기의 백색도가 저하될 수 있고, 규석의 함량이 40중량%를 초과하는 경우에는 원하는 강도의 도자기를 얻는데 한계가 있다. Quartz is responsible for increasing the whiteness in ceramics and maintaining the skeleton of the ceramics. The silica is preferably contained in an amount of 28 to 40% by weight in the basic subsidiary material including clay, feldspar and silica. If the content of silica is less than 28% by weight, the whiteness of the porcelain may be lowered. If the content of the silica is more than 40% by weight, there is a limit to obtaining a ceramic of desired strength.
장석은 비교적 낮은 온도에서 용융을 시작하여 규석 등의 원료를 융해하는 융제로서 작용한다. 장석에는 알칼리성 성분으로서 K2O 및 Na2O를 많이 함유하고 있어 장석의 함량을 증가시키면 용융이 촉진되어 융점이 낮아져 보다 저온에서 소성이 가능하다. 그러나, 장석의 함량을 증가시켰을 경우, 소성 시에 원료의 점성(粘性)이 감소되기 때문에 소성 시에 자중(自重) 등의 응력에 의한 소지의 소성 변형량이 커진다. 즉, 장석 성분을 많이 함유할 경우에는, 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물의 소성이 진행됨에 따라 연화에 의한 소성 변형이 증대된다. 이러한 점을 고려하여 장석은 점토, 장석 및 규석을 포함하는 기본 소지원료에 28∼40중량% 함유되는 것이 바람직하다. Feldspar starts to melt at a relatively low temperature and acts as a flux to melt raw materials such as silica. Feldspar contains a lot of K 2 O and Na 2 O as an alkaline component, and increasing the content of feldspar promotes melting and lowers the melting point so that it can be fired at a lower temperature. However, when the content of feldspar is increased, the viscosity of the raw material at the time of baking decreases, so that the amount of plastic deformation due to stress such as self weight at the time of baking increases. That is, when it contains many feldspar components, plastic deformation by softening increases as baking of the low-strength high-strength ceramic holding composition advances. In view of this point, feldspar is preferably contained in an amount of 28 to 40% by weight in the basic subsidiary material including clay, feldspar and silica.
점토는 성형 공정 중 소지 조성물에 가소성을 제공하고 성형된 도자기 소지의 이동이나 장식 등의 공정에 견딜 수 있는 충분한 성형강도를 유지할 수 있도록 하여준다. 또한, 소성 후 소지 내에 뮬라이트상과 유리상을 형성시켜 사용 환경에서 충분한 강도를 유지하도록 하면서 소지가 백색의 투광성을 띠게 하는데 기여한다. 이러한 점을 고려하여 점토는 점토, 장석 및 규석을 포함하는 기본 소지원료에 29∼40중량% 함유되는 것이 바람직하다. Clay provides plasticity to the base material composition during the molding process and maintains sufficient molding strength to withstand the process of moving or decorating the molded porcelain body. In addition, after firing, the mullite phase and the glass phase are formed in the substrate, thereby contributing to making the substrate white light-transmitting while maintaining sufficient strength in the use environment. In view of this point, it is preferable that the clay is contained in the basic sub-support fee including clay, feldspar and silica.
상기 ZrOCl2·8H2O는 ZrOCl2·8H2O 분말을 증류수 등의 용매에 용해하여 ZrOCl2·8H2O 용액 상태로 만들어서 첨가하는 것이 바람직하다. ZrOCl2·8H2O는 소성 공정 중 수산기(hydroxyl group)의 분해(decomposition)를 통하여 ZrO2 결정상을 생성시킴으로써 도자기의 강도를 증진시키는 역할을 한다. ZrOCl2·8H2O는 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물에 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 0.01∼2중량부 함유되는 것이 바람직하다. The ZrOCl 2 · 8H 2 O is preferably added by dissolving ZrOCl 2 · 8H 2 O powder in a solvent such as distilled water to make a ZrOCl 2 · 8H 2 O solution. ZrOCl 2 · 8H 2 O enhances the strength of porcelain by generating ZrO 2 crystal phase through decomposition of hydroxyl group during firing process. ZrOCl 2 · 8H 2 O is preferably contained in 0.01 to 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the basic small support material in a low-strength high-strength porcelain holding composition.
상기 Al(OH)3는 Al(OH)3 분말을 포름산(formic acid) 등과 같은 산(acid)에 중탕하여 Al(OH)3 용액 상태로 만들어서 첨가하는 것이 바람직하다. Al(OH)3는 소성 공정 중 수산기(hydroxyl group)의 분해(decomposition)를 통하여 Al2O3 결정상을 생성시킴으로써 도자기의 강도를 증진시키는 역할을 한다. Al(OH)3는 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물에 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 0.01∼2중량부 함유되는 것이 바람직하다. The Al (OH) 3 is preferably added to the Al (OH) 3 powder in an Al (OH) 3 solution state by agitation with an acid such as formic acid. Al (OH) 3 enhances the strength of porcelain by generating an Al 2 O 3 crystal phase through decomposition of hydroxyl groups during the firing process. Al (OH) 3 is preferably contained in the low-strength high strength ceramic holding composition 0.01 to 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the basic small support material.
상기 골회(bone ash)는 장석을 대체하여 융제로 작용될 수 있고, 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물의 소성수축률을 감소시키는 역할을 할 수 있다. 골회는 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물에 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 0.01∼10중량부 함유되는 것이 바람직하다. The bone ash may act as a flux to replace feldspar, and may serve to reduce the plastic shrinkage rate of the low-strength, high-strength porcelain composition. It is preferable that the bone ash is contained in the low strain high strength porcelain holding composition in an amount of 0.01 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the basic small support material.
상기 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물은 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 코디어라이트 0.01∼10중량부를 포함할 수 있다. 코디어라이트(cordierite)는 2MgO-2Al2O3-5SiO2의 화학식을 가지며, 내열성이 우수한 재료이다. 코디어라이트(cordierite)는 열팽창계수가 작고 열충격 저항성이 우수하며 내식성이 뛰어난 물질이다. 이러한 코디어라이트는 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물에 기본 소지원료 100중량부에 대하여 0.01∼10중량부 함유되는 것이 바람직하다. The low strain high strength porcelain holding composition may include 0.01 to 10 parts by weight of cordierite based on 100 parts by weight of the basic small support material. Cordierite has a chemical formula of 2MgO-2Al 2 O 3 -5SiO 2 , and is a material having excellent heat resistance. Cordierite is a material with a low coefficient of thermal expansion, excellent thermal shock resistance and excellent corrosion resistance. Such cordierite is preferably contained in a low strain high strength ceramic holding composition 0.01 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the basic support material.
또한, 상기 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물은 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 페탈라이트 0.01∼10중량부를 더 포함할 수 있다. 페탈라이트(petalite)는 내열성이 우수한 재료이다. 고온과 상온에서 사용되는 경우에 재료 내에 온도구배가 생기고, 이러한 온도 변화에서 생성된 열응력이 재료를 파괴시킬 수 있으나, 페탈라이트의 첨가에 의해 이러한 현상을 억제할 수 있는 장점이 있다. 이러한 페탈라이트는 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물에 기본 소지원료 100중량부에 대하여 0.01∼10중량부 함유되는 것이 바람직하다. In addition, the low strain high-strength porcelain holding composition may further comprise 0.01 to 10 parts by weight of petalite based on 100 parts by weight of the basic small support material. Petalite is a material with excellent heat resistance. When used at high temperature and room temperature, a temperature gradient occurs in the material, and the thermal stress generated at such a temperature change may destroy the material, but there is an advantage of suppressing this phenomenon by the addition of petalite. It is preferable that such a petalite is contained in a low strain high strength porcelain base composition in an amount of 0.01 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the basic support material.
내열성이 우수한 재료인 코디어라이트는 낮은 열팽창계수를 갖고 있어서 열충격 저항성은 우수한 반면에 기계적 성질은 좋지 못하다. 높은 강도의 재료를 얻기 위해 보강재의 첨가로 이러한 문제점을 해결할 수 있다. 상기 보강재로는 ZrSiO4, 마그네슘알루미네이트(MgAl2O4) 또는 침상의 휘스커를 사용할 수 있으며, 코디어라이트 주위에 미세한 ZrSiO4, MgAl2O5, 휘스커 등이 균일하게 분포되게 되므로 코디어라이트의 입자성장 억제와 미세균열을 감소시켜 강도를 증진시킬 수 있다. Cordierite, a material having excellent heat resistance, has a low coefficient of thermal expansion, and thus has excellent thermal shock resistance, but poor mechanical properties. This problem can be solved by the addition of reinforcing materials to obtain high strength materials. The reinforcement in the ZrSiO 4, magnesium aluminate (MgAl 2 O 4) or so may be used a needle whisker of cordierite fine ZrSiO 4, MgAl 2 O 5, whiskers, etc. are to be evenly distributed around the light cordierite Inhibit the growth of particles and reduce the microcracks can enhance the strength.
도자기의 경우 유리상의 기지(matrix)와 그 안에 분포되어 있는 결정상들의 열팽창계수의 차이로 인하여 유리상에 강한 압축력(compressive force)이 작용하게 되어 소지의 강도 증진으로 이어진다. 도자기의 강도는 소성 후 형성되는 유리상의 기지(matrix)와 유리상의 기지 안에 존재하는 결정상들의 종류와 특성(크기, 형태 등)에 의하여 영향을 받는다. 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물에서 이와 같은 보강재를 추가함으로써 저변형 고강도 도자기를 제조할 수 있다. 상기 보강재는 소성 공정 시에 용융된 소지의 점도를 증가시키고, 액상의 결정화를 촉진하여 열변형을 낮추며 소성체(소성된 도자기)의 강도를 증진시킨다. 보강재의 첨가량이 증가됨에 따라 높은 강도가 얻어지고 소성 변형량은 작아지지만, 소성온도가 다소 높아지게 된다. In the case of ceramics, a strong compressive force acts on the glass due to the difference in the coefficient of thermal expansion of the matrix of the glass phase and the crystal phases distributed therein, leading to an increase in the strength of the base. The strength of ceramics is influenced by the glass matrix (matrix) formed after firing and the type and characteristics (size, shape, etc.) of the crystal phases present in the glass matrix. By adding such a reinforcing material in the low-strength high-strength porcelain holding composition, a low-strength high-strength porcelain can be produced. The reinforcing material increases the viscosity of the molten body in the firing process, promotes the crystallization of the liquid phase to lower the heat deformation and to enhance the strength of the fired body (fired ceramics). As the addition amount of the reinforcing material is increased, high strength is obtained and the plastic deformation amount is small, but the firing temperature is rather high.
이러한 점을 고려하여 보강재로 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 ZrSiO4 0.01∼10중량부, 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 마그네슘알루미네이트(MgAl2O4) 0.01∼10중량부 또는 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 침상의 휘스커 0.01∼10중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. ZrSiO4는 지르콘(zircon)의 주성분을 이루는 물질로서, ZrSiO4 대신에 지르콘을 사용할 수도 있다. 휘스커는 침상의 섬유 형태를 띠는 물질로서 0.01∼10㎛의 직경을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다. In consideration of this point, 0.01 to 10 parts by weight of ZrSiO 4 based on 100 parts by weight of the basic support material, 0.01 to 10 parts by weight of magnesium aluminate (MgAl 2 O 4 ) or 100 parts by weight of the basic support material It is preferable to add 0.01-10 weight part of needle-shaped whiskers with respect to 100 weight part of micro support materials. ZrSiO 4 is a material constituting the main component of zircon, and zircon may be used instead of ZrSiO 4 . It is preferable to use a whisker having a diameter of 0.01 to 10 mu m as a material having a needle-like fiber shape.
또한, 상기 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물은 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 탈크 0.01∼10중량부를 더 포함할 수 있다. 상기 탈크(talc)는 장석을 대체하여 융제로 작용될 수 있고, 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물의 소성수축률을 감소시키는 역할을 할 수 있다. 탈크는 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물에 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 0.01∼10중량부 함유되는 것이 바람직하다. In addition, the low strain high strength ceramic holding composition may further comprise 0.01 to 10 parts by weight of talc based on 100 parts by weight of the basic small support material. The talc may act as a flux to replace feldspar, and may serve to reduce the plastic shrinkage rate of the low-strength high strength ceramic holding composition. It is preferable that talc is contained 0.01-10 weight part with respect to 100 weight part of said basic small support materials in the low distortion high strength ceramic holding composition.
또한, 상기 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물은 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 제올라이트 0.01∼10중량부를 더 포함할 수 있다. 제올라이트(zeolite)는 실리콘(Si)과 알루미늄(Al)으로 이뤄진 다공성 결정으로 그 결정구조 내에 있는 양이온의 작용에 의해 불포화 탄화수소나 극성물질을 선택적으로 강하게 흡착하는 성질을 갖는다. 제올라이트는 일정한 크기의 세공경(細孔經)을 갖고 있기 때문에 이것보다 작은 분자를 선택적으로 통과시켜 흡착하는 특성을 가지며, 결정구조 내에 교환가능한 양이온을 함유하고 있기 때문에 용이하게 다른 양이온과 자유롭게 교환된다. 제올라이트를 구성하고 있는 양이온의 일부를 음이온으로 치환한 것이 항균성을 갖기 때문에 항균성을 갖는 도자기로도 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 제올라이트는 다공성 결정 구조로 인하여 경량의 도자기를 얻을 수 있게 한다. In addition, the low strain high-strength porcelain holding composition may further comprise 0.01 to 10 parts by weight of zeolite based on 100 parts by weight of the basic small support material. Zeolite is a porous crystal made of silicon (Si) and aluminum (Al) and has a property of selectively and strongly adsorbing unsaturated hydrocarbons or polar substances by the action of cations in its crystal structure. Since zeolites have a fixed pore size, they have a characteristic of selectively passing small molecules and adsorbing them, and because they contain exchangeable cations in the crystal structure, they are easily exchanged freely with other cations. . Substituting some of the cations constituting the zeolite with an anion is antibacterial, so it is expected to be used as a ceramic having antimicrobial properties. In addition, zeolites make it possible to obtain lightweight ceramics due to the porous crystal structure.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도자기의 제조방법은, 점토 29∼38중량%, 장석 28∼40중량% 및 규석 28∼40중량%를 포함하는 기본 소지원료, 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 ZrOCl2·8H2O 0.01∼2중량부, 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 Al(OH)3 0.01∼2중량부, 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 골회 0.01∼10중량부 및 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 코디어라이트 0.01∼10중량부를 포함하는 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물을 배합하고 용제와 분산제를 첨가하여 혼합하는 단계와, 원하는 입경을 갖도록 혼합된 원료들을 분쇄하는 단계와, 분쇄된 원료들을 원하는 형태로 성형하고 건조하는 단계 및 건조된 결과물을 소성하여 도자기를 형성하는 단계를 포함한다.Method for producing a ceramic according to a preferred embodiment of the present invention, the basic subsidiary fee comprising 29 to 38% by weight of clay, 28 to 40% by weight of feldspar and 28 to 40% by weight of quartz, with respect to 100 parts by weight of the basic small support fee 0.01 to 2 parts by weight of ZrOCl 2 · 8H 2 O, 0.01 to 2 parts by weight of Al (OH) 3 based on 100 parts by weight of the basic support material, 0.01 to 10 parts by weight of bone ash and 100 parts by weight of the basic support material Blending a low-strength high-strength porcelain holding composition comprising 0.01 to 10 parts by weight of cordierite with respect to 100 parts by weight of a small support material, adding and mixing a solvent and a dispersant, and pulverizing the mixed raw materials to have a desired particle size; Forming and drying the pulverized raw material into a desired form and firing the dried result to form a ceramic.
본 발명의 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물의 출발원료를 원하는 비율로 배합하여 혼합한다. 상기 혼합시에 용매와 분산제를 더 첨가할 수 있으며, 상기 용매로는 증류수, 에탄올, 메탄올 등을 사용할 수 있다. 상기 분산제는 원료 입자의 응집을 억제하고 분산성을 높이기 위해 첨가되는 것이다. 상기 분산제는 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물의 출발원료 고형분 대비 0.1∼10중량부 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 출발원료는 점토, 장석 및 규석을 포함하는 기본 소지원료를 바탕으로 ZrOCl2·8H2O 0.01∼2중량부, Al(OH)3 0.01∼2중량부, 골회(bone ash) 0.01∼10중량부, 코디어라이트(cordierite) 0.01∼10중량부, 페탈라이트(petalite) 0.01∼10중량부, ZrSiO4 0.01∼10중량부, 마그네슘알루미네이트(MgAl2O4) 0.01∼10중량부, 휘스커(whisker) 0.01∼10중량부, 탈크(talc) 0.01∼10중량부, 제올라이트(zeolite) 0.01∼10중량부 또는 이들의 혼합물을 첨가한 원료일 수 있다. The starting material of the low-strength high strength ceramic holding composition of the present invention is blended and mixed in a desired ratio. A solvent and a dispersant may be further added during the mixing, and distilled water, ethanol, methanol, or the like may be used as the solvent. The dispersant is added to suppress aggregation of raw material particles and to increase dispersibility. The dispersant is preferably added 0.1 to 10 parts by weight relative to the starting material solids of the low-strength high-strength porcelain holding composition. The starting material is 0.01 to 2 parts by weight of ZrOCl 2 · 8H 2 O, 0.01 to 2 parts by weight of Al (OH) 3, and 0.01 to 10 parts by weight of bone ash based on basic subsidiary materials including clay, feldspar and silica Part, 0.01 to 10 parts by weight of cordierite, 0.01 to 10 parts by weight of petalite, 0.01 to 10 parts by weight of ZrSiO 4, 0.01 to 10 parts by weight of magnesium aluminate (MgAl 2 O 4 ), whisker ( whisker) 0.01 to 10 parts by weight, talc 0.01 to 10 parts by weight, zeolite (zeolite) 0.01 to 10 parts by weight or a mixture thereof may be added.
출발원료를 미분화하기 위하여 분쇄한다. 일반적으로 도자기의 원료로 사용되는 장석, 규석 등은 수 ㎜ 까지의 크기를 갖는 굵은 암석질로 이루어진다. 일반적으로 이들 암석질 원료들을 그대로 사용할 경우 소성 온도를 낮추는데 한계가 있다. 따라서, 이들 원료를 사용하여 열변형이 적은 저변형 고강도 도자기를 제조하기 위하여 장석, 규석 등의 원료를 100 마이크로미터(㎛) 이하(예컨대, 1∼100㎛)로 미분화한다. 소성 변형량을 작게 하기 위해 원료 분말을 미분화(미세화)할 경우 소성 시의 변형은 적어진다. 이들 원료를 미분화하면, 열변형뿐 아니라 소성 온도를 낮출 수 있어 에너지 절감에도 유리하다. 도자기의 출발원료를 분쇄하여 미분화하고 분별 충전하면, 성형체 단계에서 밀도가 상승하고, 소성 밀도를 높일 수 있으며, 흡수율은 감소되고, 소성 온도는 낮아지게 된다. 도자기의 출발원료로서 사용되는 장석, 규석 등을 미분화하는 방법은 건식 또는 습식 볼 밀링(ball milling), 밀링 미디어(milling media) 등 다양한 분쇄 방법을 사용할 수 있다. The starting material is ground in order to micronize. In general, feldspar, silica, etc. used as a raw material of ceramics is made of coarse rock material having a size up to several mm. In general, when these rocky raw materials are used as they are, there is a limit in lowering the firing temperature. Therefore, raw materials such as feldspar and silica are micronized to 100 micrometers (µm) or less (for example, 1 to 100 µm) in order to manufacture low-strength high-strength ceramics with little thermal deformation using these raw materials. When the raw material powder is micronized (micronized) in order to reduce the plastic deformation amount, the deformation during firing is small. By micronizing these raw materials, not only thermal deformation but also the firing temperature can be lowered, which is advantageous for energy saving. When the starting material of ceramics is pulverized, finely divided and fractionally charged, the density increases in the molded body stage, the firing density can be increased, the absorption rate is decreased, and the firing temperature is lowered. As a method for finely pulverizing feldspar, silica and the like used as starting materials of ceramics, various grinding methods such as dry or wet ball milling and milling media can be used.
이하 볼밀링법에 의한 분쇄 공정을 구체적으로 설명한다. 출발원료를 볼밀링기(ball milling machine)에 장입하여 용매와 함께 습식 혼합한다. 상기 용매는 물, 알코올 등일 수 있다. 볼 밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 출발원료를 기계화학적으로 분쇄하고 균일하게 혼합한다. 볼 밀링에 사용되는 볼은 알루미나, 지르코니아와 같은 세라믹으로 이루어진 볼을 사용할 수 있으며, 볼은 모두 같은 크기의 것일 수도 있고 2가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다. 볼의 크기, 밀링 시간, 볼 밀링기의 분당 회전속도 등을 조절하여 목표하는 입자의 크기로 분쇄한다. 예를 들면, 입자의 크기를 고려하여 볼의 크기는 0.1㎜∼50㎜ 정도의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 10∼500rpm 정도의 범위로 설정할 수 있다. 볼 밀링은 목표하는 입자의 크기 등을 고려하여 1∼72시간 동안 실시한다. 볼 밀링에 의해 출발원료는 미세한 크기의 입자로 분쇄되고, 균일한 입자 크기 분포를 갖게 되며, 균일하게 혼합되게 된다. Hereinafter, the grinding process by the ball milling method will be described in detail. The starting materials are charged into a ball milling machine and wet mixed with the solvent. The solvent may be water, alcohol, or the like. Rotate at a constant speed using a ball mill to mechanically grind and uniformly mix the starting materials. The ball used for ball milling may be a ball made of ceramics such as alumina or zirconia, and the balls may be all the same size or may be used together with balls having two or more sizes. The size of the balls, the milling time, and the rotation speed per minute of the ball miller are adjusted so as to be crushed to the target particle size. For example, in consideration of the size of the particles, the size of the ball can be set in the range of about 0.1 mm to 50 mm, and the rotational speed of the ball mill can be set in the range of about 10 to 500 rpm. Ball milling is performed for 1 to 72 hours in consideration of the target particle size and the like. The ball mill causes the starting material to be ground into particles of fine size, to have a uniform particle size distribution, and to be mixed uniformly.
슬러리 상태의 출발원료에 대하여 탈수 공정을 수행한다. 압출 여과기(filter press)를 이용하여 탈수 처리한 후, 토련기로 혼합한다. 탈수 공정 전에 출발원료에 포함된 철(Fe) 성분 등을 제거하기 위하여 탈철기로 탈철하는 공정을 수행할 수도 있다. 탈철 공정은 일반적으로 알려진 방법을 이용할 수 있으며, 여기서는 그 설명을 생략한다. A dehydration process is performed on the starting materials in the slurry state. After dehydration using an extrusion filter, the mixture is mixed with a refiner. In order to remove iron (Fe) components, etc. contained in the starting material before the dehydration process may be carried out a step of de-ironing with a degasser. A known method can be used for the de-ironing process, and a description thereof will be omitted here.
상술한 공정을 거친 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물은 후술하는 성형, 건조 및 소성 공정을 통하여 저변형 고강도 도자기를 형성할 수 있다. 상기 성형은 주입 성형, 압출 성형 등의 다양한 방법을 이용할 수 있다. Low-strength high-strength porcelain holding composition that has undergone the above-described process can form a low-strength high-strength porcelain through the molding, drying and firing process to be described later. The molding may use various methods such as injection molding and extrusion molding.
더욱 구체적으로 설명하면, 분쇄된 결과물을 원하는 형태로 성형하고, 건조 공정을 실시한다. 상기 건조 공정은 80∼150℃ 오븐에서 2∼24시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 상기 건조 공정에 의해 용매 성분은 대부분 제거되게 된다. In more detail, the pulverized product is molded into a desired shape, and a drying process is performed. The drying process is preferably performed for 2 to 24 hours in an 80 ~ 150 ℃ oven. Most of the solvent components are removed by the drying process.
건조된 시편을 소성하여 도자기를 제조한다. 상기 소성은 1000∼1500℃의 온도에서 1∼48시간 동안 실시한다. 상기 소성 공정은 소성 온도(1000∼1500℃)까지는 일정 승온 속도(예컨대, 2∼50℃/min)로 승온시킨 후, 일정 시간(1∼48시간)을 유지하여 소성하고, 상온까지 로냉하여 실시할 수 있다. 상기 소성은 산화 분위기(예컨대, 산소(O2) 또는 공기(air) 분위기)에서 실시하는 것이 바람직하다. 공정 중에 분산제가 첨가된 경우에, 분산제는 유기물 성분으로 이루어져 있으므로 300∼400℃의 온도가 되면 태워져 없어지게 되며, 소성 온도는 유기물 성분이 타는 온도보다 높은 온도에서 이루어지므로 소성 공정이 완료되면 분산제 성분은 모두 제거되게 된다. The dried specimens are fired to prepare ceramics. The firing is carried out for 1 to 48 hours at a temperature of 1000 to 1500 ℃. The firing step is performed by heating up to a firing temperature (1000-1500 ° C.) at a constant heating rate (for example, 2-50 ° C./min), maintaining the baking for a predetermined time (1 to 48 hours), and cooling to room temperature. can do. The firing is preferably performed in an oxidizing atmosphere (for example, oxygen (O 2 ) or air atmosphere). When the dispersant is added during the process, the dispersant is composed of the organic component and thus burns away when it reaches a temperature of 300 to 400 ° C. Since the firing temperature is higher than the burning temperature of the organic component, the dispersant is completed when the firing process is completed. All ingredients are removed.
상기 소성 공정은 다음과 같은 공정으로 이루어질 수도 있다. 제1 온도(예컨대, 상온)에서 제2 온도(700∼1000℃)로 승온하여 초벌 소성을 실시하고, 제3 온도(예컨대, 1000∼1500℃)에서 일정 시간(1∼48시간) 유지하는 재벌 소성을 실시한 후, 상온까지 냉각하는 공정으로 이루어질 수도 있다. 상기 초벌 소성을 실시한 후에는 상온까지 냉각하고 제3 온도(예컨대, 1000∼1500℃)로 승온하여 재벌 소성을 실시할 수도 있다.
The firing process may be performed as follows. A conglomerate that raises the temperature from the first temperature (for example, room temperature) to the second temperature (700 to 1000 ° C) to carry out firing, and maintains a predetermined time (1 to 48 hours) at the third temperature (for example, 1000 to 1500 ° C). After firing, the process may be performed to cool to room temperature. After the initial firing, the chaebol firing may be performed by cooling to room temperature and raising the temperature to a third temperature (for example, 1000 to 1500 ° C).
이하에서, 본 발명에 따른 실험예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the experimental examples according to the present invention will be more specifically shown, and the present invention is not limited to the following experimental examples.
이하의 실험예들에서 소성 시편은 밀도 및 수축률을 측정하였고 3점 곡강도법을 이용하여 꺾임강도를 측정하였다. In the following experimental examples, the fired specimens were measured for density and shrinkage, and the bending strength was measured using the three-point bending strength method.
(1)밀도 및 수축률(1) density and shrinkage
밀도의 측정은 한국산업규격 KS L 4008에 의해 측정하였다. 시편을 110℃ 오븐에서 항량될 때까지 건조한 후 데시케이터 속에서 냉각시켜 0.01g 까지 정확히 무게를 달아 건조무게로 한다. 증류수가 담긴 용기 속에 소성 시편을 넣고 계속 시편이 물속에 잠긴 것을 살피며 5시간 동안 끓인 다음 가열을 중지하고 1시간 이상 그대로 담가 두었다. 이때 상온까지 냉각시켜준 다음 저울의 영점 조정 버튼을 눌러 저울을 조정한 후 증류수에 포화된 시편을 물속 접시 위에 올린 후 물속 상태에서 각 시편의 무게를 0.01g까지 정확히 측정하여 침수 무게 w2로 표시하였다. 증류수로 포화된 시편을 꺼내 젖은 천으로 표면을 가볍게 닦고 0.01g까지 정확하게 무게를 달아 포수 무게 w3으로 표기하였다. 포수된 시편은 110℃의 오븐에서 항량이 될 때 까지 건조하고 데시케이터 속에서 냉각시킨 다음 0.01g까지 측정할 수 있는 저울로 정확히 무게를 달아 w1로 하였다.The density was measured by Korean Industrial Standard KS L 4008. The specimens are dried until weighed in an oven at 110 ° C, cooled in a desiccator, weighed exactly to 0.01 g and dried. The calcined specimen was placed in a container containing distilled water and continuously boiled for 5 hours while observing that the specimen was submerged in water, and then the heating was stopped and soaked for 1 hour or more. After cooling to room temperature, adjust the balance by pressing the balance button of the balance, place the specimen saturated in distilled water on the dish, and accurately measure the weight of each specimen to 0.01g in water and display it as the submerged weight w 2 It was. Specimens saturated with distilled water were taken out, and the surface was lightly wiped with a damp cloth, weighed accurately to 0.01 g, and labeled as catcher weight w 3 . The catched specimens were dried in an oven at 110 ° C. until weighed, cooled in a desiccator, and weighed exactly to a weight of 1 with a weighing scale of 0.01 g.
밀도의 계산은 건조된 시편의 무게를 포수무게와 침수무게의 차로 나누어 값으로 계산되어 진다. 밀도의 계산은 아래의 수학식 1과 같다.The density calculation is calculated by dividing the weight of the dried specimen by the difference between the catcher weight and the submerged weight. The calculation of the density is shown in
[수학식 1][Equation 1]
소지의 수축률은 한국산업규격 KS L 4004에 의해 측정하였다. 소지를 성형한후 시편의 장축방향으로 5㎝ 크기의 수축 확인선을 표시하였다. 표시된 시편은 건조대 위에서 20~40℃로 24시간 동안 예비 건조시킨다. 이때 시편의 뒤틀림을 방지하기 위해서 약 2시간 간격으로 시편을 90°씩 돌려놓았다. 예비 건조가 끝난 시편을 건조기에서 110℃로 24시간 건조시킨다. 건조된 시편을 900℃, 1260℃에서 각각 초벌과 재벌 소성하여 시편에 표시된 수축선의 길이를 버니어 캘리퍼스를 이용하여 0.01㎝ 까지 측정하여 3개 시편의 평균값을 구하였다. Body shrinkage was measured according to Korean Industrial Standard KS L 4004. After the base was molded, a shrinkage confirmation line having a size of 5 cm was marked in the longitudinal direction of the specimen. Specimens indicated are pre-dried on a drying rack at 20-40 ° C for 24 h. At this time, the specimen was turned by 90 ° at intervals of about 2 hours to prevent the specimen from warping. Pre-dried specimens are dried in a drier at 110 ° C. for 24 hours. The dried specimens were calcined at 900 ° C. and 1260 ° C., respectively, and the average length of the three specimens was determined by measuring the length of the shrinkage line indicated on the specimen to 0.01 cm using a vernier caliper.
(2) 꺽임강도(2) bending strength
소지의 꺾임강도는 한국 산업규격 KSL 1591(2002)에 의하여 다목적 시험기를 이용한 3점 꺾임강도를 측정하였다. 꺾임강도의 시험은 세라믹스 강도 시험중 가장 일반적인 방법이다. 1260℃에서 소성된 시험편을 사용하여 측정하였다. 시험편의 모서리의 둥글기는 모떼기를 하였다. 그리고 시험편의 상하면의 거칠기는 원칙적으로 KSB0161(표면거칠기)에 규정하는 0.8S 이하로 하였다. 시험편의 너비(w)와 두께(h)는 디지털 버니어 캘리퍼스를 이용하여 0.1mm 까지 측정하였다. 시험편을 하부지점 간의 거리 30mm의 지지대에 위치하고 하중점에 크로스헤드 속도 0.5mm/min 의 하중을 가하여 시험편이 파괴될 때까지의 최대하중을 측정하였다. 꺾임강도의 계산은 다음의 수학식 2에 의하여 계산하였다.The bending strength of the body was measured by three-point bending strength using a multi-purpose tester according to the Korean Industrial Standard KSL 1591 (2002). Bending strength test is the most common method of ceramic strength test. It measured using the test piece baked at 1260 degreeC. The rounded corners of the test piece were chamfered. The roughness of the upper and lower surfaces of the test piece was, in principle, set to 0.8 S or less specified in KSB0161 (Surface Roughness). The width (w) and thickness (h) of the test piece were measured up to 0.1 mm using a digital vernier caliper. The test piece was placed on a support with a distance of 30 mm between the lower points, and a load of 0.5 mm / min crosshead speed was applied to the load point to measure the maximum load until the test piece was destroyed. The bending strength was calculated by the following equation (2).
[수학식 2]&Quot; (2) "
여기서, σ: 3점 꺾임강도(MPa)Where σ: three-point bending strength (MPa)
P: 시험편이 파괴되었을 때의 최대하중(N)P: Maximum load when the specimen is broken (N)
L: 하부지점 간의 거리(m)L: Distance between lower points (m)
w: 시험편의 너비(m)w: width of the test piece (m)
t: 시험편의 두께(m)
t: thickness of the test piece (m)
<실험예 1><Experimental Example 1>
도자기 소지를 제조하기 위하여 사용된 원료는 에드가 포터의 카올린(Edgar Potter's Kaolin(EPK)), 올드 마인의 #4 볼 클레이(Old Mine #4 Ball Clay(OM#4)), A375 네펠린 시에나이트(A375 Nepheline Syenite(NS)), 호주산 규석(Quartz) 이었다. 사용된 원료의 화학 성분을 유도결합 플라즈마 분광기(Inductively coupled plasma spectroscopy(ICP))로 분석하여 아래의 표 1에 정리하였다. 광물 조성의 영향을 실험하기 위하여 아래의 표 2에서와 같이 각 광물조성의 상한/하한(Upper/Lower limit)을 정의하였다. The raw materials used to make the porcelain bases were Edgar Potter's Kaolin (EPK), Old Mine # 4 Ball Clay (OM # 4), and A375 Nepelin Ceinite ( A375 Nepheline Syenite (NS)) and Australian Quartz (Quartz). The chemical composition of the raw materials used was analyzed by inductively coupled plasma spectroscopy (ICP) and summarized in Table 1 below. In order to test the effect of mineral composition, the upper and lower limits of each mineral composition were defined as shown in Table 2 below.
표 1은 소지의 제조를 위하여 사용된 광물의 화학성분을 보여준다.Table 1 shows the chemical composition of the minerals used for the preparation of the body.
표 2는 소지의 제조를 위하여 사용된 광물성분의 상한과 하한을 보여준다.Table 2 shows the upper and lower limits of the mineral components used for the preparation of the body.
디자인엑스퍼트 소프트웨어(DesignExpert software)의 디-옵티말 믹싱 디자인(d-optimal mixing design)을 이용하여 표 3과 같은 14가지 배치(batch)들의 조성 성분들을 도출하였다. 14가지의 조성 중 4가지는 신뢰도의 확인을 위하여 소프트웨어(software)가 자동적으로 도출하는 중복 성분들이다. 아래의 표 3은 디자인엑스퍼트 소프트웨어로 조합한 소지의 광물 성분을 보여준다.The compositional components of the 14 batches as shown in Table 3 were derived using the d-optimal mixing design of DesignExpert software. Four of the 14 formulations are redundant components that the software automatically derives to confirm reliability. Table 3 below shows the minerals in your composition combined with the Design Expert software.
위의 14가지 배치(batch) 성분에 근거하여 아래의 표 4에서와 같이 주입성형을 위한 슬립을 준비하였다. 표 4는 실험에서 사용된 소지의 광물 성분을 보여준다.Based on the 14 batch components above, slip was prepared for injection molding as shown in Table 4 below. Table 4 shows the mineral components of the body used in the experiment.
점토류의 경우 제조업체에서 일반적으로 2가지 이상의 카올린(Kaolin)과 볼 클레이(Ball clay)를 혼합하여 사용한다. 그러므로 본 실험에서도 점토 성분에 해당하는 분량을 카올린(Kaolin)과 볼 클레이(Ball clay)를 4:1 비율로 혼합하여 사용하였다. In the case of clay, manufacturers generally use a mixture of two or more kaolin and ball clay. Therefore, in this experiment, the amount corresponding to the clay component was used by mixing kaolin and ball clay in a 4: 1 ratio.
각각의 배치(batch) 조성에 해당하는 원료 물질들을 350㎖의 증류수에 첨가하여 슬립을 준비하였다. 각각의 배치(batch)는 나트륨-폴리아크릴산(Na polyacrylic acid; Na-PAA)을 이용하여 최적 분산시킨 후 믹서(mixer)를 이용하여 고속에서 10분간 혼합되었다. 이 시점에서 슬립의 비중을 측정하여 1.45 g/cm3 이 되도록 조절하였다. 슬립을 날진(Nalgene) 병에 Al2O3 밀링 미디어(milling media)와 함께 넣은 후 볼밀(ball mill)에서 100rpm으로 24시간 동안 혼합하였다.Slip was prepared by adding raw materials corresponding to each batch composition to 350 ml of distilled water. Each batch was optimally dispersed using sodium polyacrylic acid (Na-PAA) and then mixed at high speed for 10 minutes using a mixer. At this point, the specific gravity of the slip was measured to 1.45 g / cm 3 It was adjusted to be. The slip was placed in a Algene bottle with Al 2 O 3 milling media and mixed for 24 hours at 100 rpm in a ball mill.
혼합 후 슬립에서 밀링 미디어(milling media)를 제거한 후 약 10방울 정도의 CaCl2 용액을 첨가하여 슬립의 점도를 증가시켰다. 이렇게 준비된 슬립을 디스크(Disk) 형태의 석고 몰드에 부어 시편을 성형하였다. 슬립을 주입한 뒤 30분 후에 몰드 위로 튀어나온 부분을 제거한 후 시편이 몰드로부터 자연적으로 분리될 때까지 약 1시간 동안 건조하였다. 이렇게 준비된 시편들은 대기 중에서 24시간 동안 건조한 후 다시 110℃의 건조오븐(drying oven)에서 24시간 동안 완전히 건조하였다. 각 배치(batch) 당 4개의 시편씩 총 56개의 시편을 성형하였다. After mixing, the milling media were removed from the slip, and about 10 drops of CaCl 2 solution was added to increase the viscosity of the slip. The thus prepared slip was poured into a disk-shaped gypsum mold to form a specimen. 30 minutes after the slip was injected, the portion protruding above the mold was removed and dried for about 1 hour until the specimen naturally separated from the mold. The specimens thus prepared were dried in air for 24 hours and then completely dried in a drying oven at 110 ° C. for 24 hours. A total of 56 specimens were molded, with four specimens for each batch.
성형하여 완전 건조시킨 다음, 900℃에서 초벌 소성에 이어 1260℃에서 재벌하여 소지 시편들을 준비하였다. 초벌 소성 조건은 분당 4℃씩 승온시켜 최고 온도에서 유지시간 없이 로냉하였다. 재벌 소성 역시 분당 4℃씩 승온시켜 최고 온도에서 1시간 유지시킨 후 로냉하였다. After molding and completely dried, the specimens were prepared by first firing at 900 ° C followed by conglomeration at 1260 ° C. The initial firing conditions were raised by 4 ° C. per minute and cooled to the maximum temperature without holding time. The conglomerate firing was also cooled by 4 ° C. per minute and maintained at the highest temperature for 1 hour.
소성 후 시편들의 선수축율과 밀도를 한국산업규격 KSL 4004와 4008에 따라서 측정하였다. The shrinkage and density of the specimens after firing were measured according to Korean Industrial Standards KSL 4004 and 4008.
도자기 소지의 조성 제어에 따른 소지의 물성과 특성을 최적화하기 위한 실험을 진행하였다. 14 종류의 도자기 시편을 제조하여 소성 수축률을 측정한 결과를 아래의 표 5에 나타내었다. An experiment was conducted to optimize the properties and properties of the body according to the composition control of the ceramic body. Table 14 shows the results of measuring the plastic shrinkage of 14 kinds of porcelain specimens.
소성 시편의 평균 수축률은 11.24% 이었고 표준편차는 0.68이었다. 육안 상으로 모든 시편은 유사한 정도의 소성 수축률을 보였으나 실제로 최대와 최소 소성수축률을 보이는 시편들의 차이는 2.33% 이었다. The average shrinkage of the fired specimens was 11.24% and the standard deviation was 0.68. Visually, all specimens showed similar plastic shrinkage, but the difference between the specimens with the maximum and minimum plastic shrinkage was 2.33%.
시편의 밀도를 측정하여 아래의 표 7에 정리하였다. 소성 시편의 밀도는 아르키메데스(Archimedes) 원리를 이용하여 측정하였다. 표 6은 14가지 배치(batch) 시편의 밀도 측정 결과이다.The density of the specimen was measured and summarized in Table 7 below. The density of the fired specimens was measured using the Archimedes principle. Table 6 shows the density measurement results for the 14 batch specimens.
소성 시편들의 평균 밀도는 2.377g/cm3 이었고 표준편차는 0.0279 이었다. 소성 후 가장 이상적인 경우는 시편이 최대의 밀도(최소의 기공률) 가질 때이다. 일반적으로 성형 후 소지가 최밀충전을 이루게 되면 성형밀도와 증가하고 소성공정중 치밀화가 증진되어 최대의 소성밀도를 가지게 된다. 이러한 시편은 결함(defect)으로 인한 강도의 저하를 최소화할 수 있어 상대적으로 높은 기계적 강도를 나타내게 된다. The average density of the fired specimens was 2.377 g / cm 3 and the standard deviation was 0.0279. The most ideal case after firing is when the specimen has the highest density (minimum porosity). In general, when the base is close to the filling after molding, the molding density increases and densification is enhanced during the firing process to have the maximum plastic density. Such specimens can minimize the deterioration of strength due to defects, resulting in relatively high mechanical strength.
시편의 광물 조성 변화에 따르는 수축률과 밀도의 변화로부터 표준소지의 조성을 아래와 같이 최적화 하였다. 이 조성의 시편은 소성 후 11% 의 소성수축률, 0.37%의 기공률, 2.405 g/cm3 의 밀도를 가지는 것을 위의 실험결과로부터 알 수 있다. 표준소지의 조성으로 카올린(kaolin)(EPK) 29.2%, 볼클레이(ball clay)(OM#4) 7.3%, 네펠린 시에나이트(Nepheline syenite) 34.0%, 규석(Quartz) 29.5%를 함유하는 소지를 선정하였다. 표 7은 표준소지의 광물 조성을 보여준다.The composition of the standard body was optimized as follows from the shrinkage and density change according to the mineral composition of the specimen. It can be seen from the above test results that the specimen of this composition has a plastic shrinkage rate of 11%, a porosity of 0.37%, and a density of 2.405 g / cm 3 after firing. Standard composition contains kaolin (EPK) 29.2%, ball clay (OM # 4) 7.3%, Nepheline syenite 34.0%, quartz 29.5% Was selected. Table 7 shows the mineral composition of the standard substrate.
도 1에 규석 입자들에 가해지고 있는 잔류변형(Residual strain)을 시편의 꺾임강도와 함께 나타내었다. 시그마 플롯 소프트웨어(Sigma plot Software)의 회귀(regression) 기능을 이용하여 결과물의 경향을 분석하여 나타내었다. 도 1에서 보이듯이 도자기의 강도는 잔류변형(Residual strain)이 증가하면서 함께 증가하다 정점을 이루고 다시 감소하는 것을 알 수 있다. 이 결과는 소지 내 기지를 형성하는 유리상의 열팽창계수의 제어를 통하여 필러(filler) 역할을 하는 규석에 가해지는 잔류변형(residual strain)을 적정범위에서 조절할 경우 강도의 증진을 이룰 수 있다는 것이다.
Residual strain applied to the silica particles in Figure 1 is shown with the bending strength of the specimen. Trends of the results were analyzed using the regression function of Sigma plot Software. As shown in FIG. 1, the strength of ceramics increases with increasing residual strain, peaks, and decreases again. This result indicates that the strength can be improved when the residual strain applied to the silica, which acts as a filler, is controlled through the control of the coefficient of thermal expansion of the glass phase forming the matrix in the substrate.
<실험예 2><Experimental Example 2>
상기 표준소지를 바탕으로 각각의 배치(batch) 조성에 해당하는 원료 물질들을 300g의 증류수에 첨가하여 고형분 50%의 슬립을 준비하였다. 각각의 배치(batch)는 나트륨-폴리아크릴산(Na polyacrylic acid; Na-PAA)을 이용하여 최적 분산시킨 후 믹서(mixer)를 이용하여 고속에서 10분간 혼합되었다. 이렇게 준비한 슬립을 날진(Nalgene) 병에 주입한 후 Al2O3 밀링 미디어(milling media)를 첨가하여 24시간 동안 볼밀(ball mill)에서 느린 속도로 혼합하였다. 혼합 후 밀링 미디어(milling media)를 제거하여 슬립을 50℃의 건조오븐(drying oven)에서 완전히 건조하였다. 건조 후 응고된 소지를 핸드믹서(hand mixer)를 이용하여 분쇄하였다. 일차적으로 분쇄된 소지를 자동 유발을 이용하여 30분 동안 분쇄하여 미분화 하였다. Based on the standard material, raw materials corresponding to each batch composition were added to 300 g of distilled water to prepare a slip of 50% solids. Each batch was optimally dispersed using sodium polyacrylic acid (Na-PAA) and then mixed at high speed for 10 minutes using a mixer. The slip thus prepared was injected into a Nalgene bottle and then mixed at a slow speed in a ball mill for 24 hours by adding Al 2 O 3 milling media. After mixing, the milling media was removed and the slips were completely dried in a drying oven at 50 ° C. After drying, the solidified body was ground using a hand mixer. The first ground ground was ground for 30 minutes using an automatic trigger to finely differentiate.
준비된 분말을 이용하여 막대 모양의 시편을 가압 성형하였다. 성형에 사용된 금속 몰드는 150mm*800mm의 직육면체 형태였다. 금속 몰드를 윤활유로 세정한 후 10g의 분말을 고르게 펴서 최대한 평형이 되도록 하였다. 금속 몰드에 4 톤(ton)의 하중을 가하여 30초간 유지하였다. The rod-shaped specimen was press-molded using the prepared powder. The metal mold used for molding was in the form of a cuboid of 150 mm * 800 mm. The metal mold was rinsed with lubricating oil and then 10g of powder was evenly spread out to achieve the best equilibrium. A load of 4 tons was applied to the metal mold and held for 30 seconds.
위와 같이 성형한 시편을 110℃의 건조오븐(drying oven)에서 다시 완전 건조시킨 다음, 900℃에서 초벌 소성에 이어 1260℃에서 재벌 하여 소성 시편들을 준비하였다. 초벌 소성 조건은 분당 4℃씩 승온시켜 최고 온도에서 유지시간 없이 로냉하였다. 재벌 소성 역시 분당 4℃씩 승온시켜 최고 온도에서 1시간 유지시킨 후 로냉하였다. The specimen thus formed was completely dried again in a drying oven at 110 ° C., and then calcined at 1260 ° C. after the initial firing at 900 ° C. to prepare firing specimens. The initial firing conditions were raised by 4 ° C. per minute and cooled to the maximum temperature without holding time. The conglomerate firing was also cooled by 4 ° C. per minute and maintained at the highest temperature for 1 hour.
슬립의 제조와 시편의 성형 및 소성은 위에서 이미 기술된 바와 같다. 소성 후 시편들은 선수축율과 밀도를 한국산업규격 KSL 4004와 4008에 따라서 측정하였다. 소성 시편들의 꺾임강도를 한국산업규격 KSL 1591에 따라 3점 곡강도법으로 측정하였다. The preparation of the slip and the shaping and firing of the specimen are as already described above. After firing, the specimens were subjected to bow shrinkage and density in accordance with Korean Industrial Standards KSL 4004 and 4008. The bending strength of the fired specimens was measured by the three-point bending strength method according to Korean Industrial Standard KSL 1591.
유리상의 화학성분 변화가 도자기의 강도와 물성에 끼치는 영향을 확인하고자 기존 소지의 융제인 네펠린 시에나이트(Nepheline syenite)를 다양한 종류의 융제들과 대체하여 실험하였다. 아래의 표 8에서와 같이 네펠린 시에나이트를 융제 역할을 하는 물질들과 25:75, 50:50, 75:25, 0:100의 비율로 혼합하여 소지를 조합하였다. In order to determine the effect of glass chemical changes on the strength and physical properties of ceramics, we tested Nepheline syenite, a flux of existing materials, with various types of fluxes. As shown in Table 8 below, nephelin seinite was mixed with materials acting as a flux in a ratio of 25:75, 50:50, 75:25, and 0: 100 to combine materials.
도자기의 기지를 형성하는 유리상은 융제(flux)의 화학성분에 의하여 물성과 특성에 영향을 받는다. 또한 유리상의 매트릭스(matrix)와 그 안에 분포되는 첨가제의 결정상들이 열팽창계수의 차이로 인하여 유리상에 강한 압축력(compressive force)이 작용하게 되어 소지의 강도 증진으로 이어진다. The glass phase that forms the base of ceramics is affected by the properties and properties of the chemical composition of the flux. In addition, due to the difference in the coefficient of thermal expansion of the matrix of the glass phase and the additives distributed therein, a strong compressive force is applied to the glass phase, leading to the enhancement of the base strength.
유리상의 화학성분 변화가 도자기의 강도와 물성에 끼치는 영향을 확인하고자 기존 소지의 융제인 네펠린 시에나이트(Nepheline syenite)를 다양한 종류의 융제들과 대치하여 실험하였다. 소성 후 시편의 꺾임강도를 측정하여 도 2에 나타내었다. In order to check the effect of glass chemistry on the strength and physical properties of ceramics, Nepheline syenite, a flux of existing materials, was replaced with various types of fluxes. The bending strength of the specimen after firing was measured and shown in FIG. 2.
도 2를 참조하면, 네펠린 시에나이트(Nepheline syenite)가 골회(Bone ash)로 대치될 때 표준소지에 비하여 강도가 증가하는 것을 알 수 있다. 골회(Bone ash)를 네펠린 시에나이와 50% 치환하였을 때 강도는 70 Mpa 이상으로 증가하며 100% 대치하였을 때 84.85 Mpa를 나타내었다.
Referring to FIG. 2, it can be seen that when Nepheline syenite is replaced with bone ash, the strength is increased compared to the standard substrate. When 50% of bone ash was replaced with nephelin sinai, the strength increased to 70 Mpa or more and 84.85 Mpa when 100% replaced.
도 3은 기존 소지의 융제인 네펠린 시에나이트(nepheline syenite)를 다양한 종류의 융제들로 치환한 시편들의 소성수축률을 보여주는 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the plastic shrinkage rate of the specimens substituted with various types of fluxes of nephline syenite, the existing flux.
도 3을 참조하면, 소성 후 시편의 수축률을 측정하여 도 3에 나타내었다. 네펠린 시에나이트(nepheline syenite)를 다른 융제(flux) 물질들로 대치할 때 전반적인 소성수축률의 감소로 나타났다. 코디어라이트(Cordierite)를 네펠린 시에나이트와 대치해 나갈 때 소성수축률은 점차 감소하였으며 100% 치환되었을 때 소성수축률은 거의 0%에 가까웠다. 탈크(Talc)로 네펠린 시에나이트를 대치하였을 경우에도 소성 수축률은 각각 0.36%로서 매우 낮은 수축률을 나타냈다.
Referring to FIG. 3, the shrinkage of the specimen after firing is measured and shown in FIG. 3. The replacement of nepheline syenite with other flux materials resulted in a reduction in overall plastic shrinkage. The plastic shrinkage rate gradually decreased when the cordierite was replaced with nephelene cementite and the plastic shrinkage rate was almost 0% when 100% substituted. The plastic shrinkage rate was 0.36%, which was very low, even when Nephlin cementite was replaced by Talc.
<실험예 3><Experimental Example 3>
골회(bone ash) 도입을 통하여 소지 내 석출되는 결정상들과 유리상의 물성 변화가 도자기의 강도에 끼치는 영향을 분석하기 위하여 기존의 소지에 융제 역할을 하는 골회를 첨가하여 시험하였다. 골회를 소지의 고형분 대비 5, 10, 15% 각각 첨가하였다. In order to analyze the effect of changes in the properties of crystal phases and glass phases precipitated in the body through the introduction of bone ash, bone ash, which acts as a flux to the existing body, was tested. Bone ash was added 5, 10, 15% of the solids of the body respectively.
소성 후 시편의 수축률을 측정하여 도 4에 나타내었다. 도 4에서 보이듯이 골회(bone ash)를 첨가한 시편에서 골회의 첨가량이 증가하면서 소성 수축률이 감소하는 것을 알 수 있다. 골회를 10% 첨가할 때까지 소성수축률이 감소하다 15% 첨가에서는 소성수축률이 평형을 이루는 것을 알 수 있다.
The shrinkage of the specimen after firing was measured and shown in FIG. 4. As shown in Figure 4 it can be seen that the plastic shrinkage rate decreases as the amount of bone ash is increased in the specimen to which bone ash is added. The plastic shrinkage rate decreases until 10% of bone ash is added.
소성 시편의 밀도를 측정하여 도 5에 나타내었다. 표준소지의 밀도는 2.41 g/cm3 이었다. 도 5에서 보이듯이 골회(bone ash)를 첨가한 시편은 2.40 g/cm3 이하의 상대적으로 낮은 밀도를 나타내었다. 골회가 15% 첨가될 때까지 시편의 밀도가 감소하는 것으로 나타났다.
The density of the fired specimens was measured and shown in FIG. 5. The density of the standard body was 2.41 g / cm 3 . As shown in FIG. 5, the specimen to which bone ash was added showed a relatively low density of 2.40 g / cm 3 or less. The density of the specimens appeared to decrease until 15% of bone ash was added.
<실험예 4><Experimental Example 4>
도 6은 ZrOCl2·8H2O와 Al(OH)3가 표준소지의 강도에 미치는 영향을 보여주는 그래프이다. 6 is a graph showing the effect of ZrOCl 2 · 8H 2 O and Al (OH) 3 on the strength of the standard body.
도 6을 참조하면, ZrOCl2·8H2O와 Al(OH)3가 표준소지의 강도에 끼치는 영향을 확인하기 위하여 실험을 진행하였다. ZrOCl2·8H2O 분말을 증류수에 용해하여 ZrOCl2·8H2O 용액을 준비하고, Al(OH)3 분말을 50% 포름산(formic acid)에 50℃에서 중탕하여 Al(OH)3 용액을 준비하였다. 두 용액 모두 고형분 20%의 상태였다. 또한 ZrOCl2·8H2O 용액과 Al(OH)3 용액을 첨가하여 소성 공정 중 수산기(hydroxyl group)의 분해(decomposition)를 통하여 ZrO2와 Al2O3 입자들을 생성시키고자 하였다. Referring to FIG. 6, an experiment was conducted to confirm the effect of ZrOCl 2 · 8H 2 O and Al (OH) 3 on the strength of the standard body. ZrOCl 2 · 8H 2 O powder was dissolved in distilled water to prepare a ZrOCl 2 · 8H 2 O solution, and Al (OH) 3 powder was bathed in 50% formic acid at 50 ° C. to prepare an Al (OH) 3 solution. Ready. Both solutions were in a state of 20% solids. In addition, ZrOl 2 and 8H 2 O solution and Al (OH) 3 solution were added to produce ZrO 2 and Al 2 O 3 particles through decomposition of hydroxyl groups during the firing process.
도 6에서 보이듯이 ZrOCl2·8H2O 용액과 Al(OH)3 용액이 첨가되었을 경우에는 모두 강도의 증진을 가져왔다. 두 용액 모두 첨가량은 소량이었으나 이에 반하여 강도의 증진은 상대적으로 크게 나타났다. 두 용액이 표준소지의 고형분 대비 0.5% 첨가되었을 때 가장 높은 강도의 증가를 나타내었으며, ZrOCl2·8H2O 용액의 첨가가 더 큰 강도 증진 효과를 나타내었다. 두 용액이 1% 첨가되었을 때 강도는 약간 감소하는 경향이 두 용액 모두에서 나타났다.
As shown in FIG. 6, when ZrOCl 2 · 8H 2 O solution and Al (OH) 3 solution were added, the strength was enhanced. Both solutions had a small amount, but the increase in strength was relatively large. When both solutions were added 0.5% compared to the solid content of the standard body, the highest increase was obtained, and the addition of ZrOCl 2 · 8H 2 O solution showed a greater strength enhancement effect. When both solutions were added 1%, the strength tended to decrease slightly in both solutions.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation by a person of ordinary skill in the art within the scope of the technical idea of this invention is carried out. This is possible.
Claims (8)
Basic support material comprising 29 to 38% by weight of clay, 28 to 40% by weight of feldspar and 28 to 40% by weight of quartz, 0.01 to 2 parts by weight of ZrOCl 2 · 8H 2 O, based on 100 parts by weight of the basic support material 0.01 to 2 parts by weight of Al (OH) 3 with respect to 100 parts by weight of the small support fee, 0.01 to 10 parts by weight of bone based on 100 parts by weight of the basic support material and 0.01 to 10 parts by weight of cordierite with respect to 100 parts by weight of the basic support material. Low-strength high-strength porcelain holding composition comprising a part.
The low-strength high strength ceramic holding composition according to claim 1, further comprising 0.01 to 10 parts by weight of petalite based on 100 parts by weight of the basic small support material.
According to claim 1, Low-strength high-strength porcelain holding composition further comprises 0.01 to 10 parts by weight of ZrSiO 4 with respect to 100 parts by weight of the basic small support material.
The low-strength high strength ceramic holding composition according to claim 1, further comprising 0.01 to 10 parts by weight of magnesium aluminate (MgAl 2 O 4 ) based on 100 parts by weight of the basic support material.
The low-strength high strength ceramic holding composition according to claim 1, further comprising 0.01 to 10 parts by weight of a needle-shaped whisker with respect to 100 parts by weight of the basic small support material.
According to claim 1, Low-strength high-strength porcelain holding composition further comprises 0.01 to 10 parts by weight of talc relative to 100 parts by weight of the basic small support material.
The composition according to claim 1, further comprising 0.01 to 10 parts by weight of zeolite based on 100 parts by weight of the basic sub-support material.
원하는 입경을 갖도록 혼합된 원료들을 분쇄하는 단계;
분쇄된 원료들을 원하는 형태로 성형하고 건조하는 단계; 및
건조된 결과물을 소성하여 도자기를 형성하는 단계를 포함하는 도자기의 제조방법.Basic support material comprising 29 to 38% by weight of clay, 28 to 40% by weight of feldspar and 28 to 40% by weight of quartz, 0.01 to 2 parts by weight of ZrOCl 2 · 8H 2 O, based on 100 parts by weight of the basic support material 0.01 to 2 parts by weight of Al (OH) 3 with respect to 100 parts by weight of the small support fee, 0.01 to 10 parts by weight of bone based on 100 parts by weight of the basic support material and 0.01 to 10 parts by weight of cordierite with respect to 100 parts by weight of the basic support material. Blending a low-strength high-strength porcelain holding composition according to claim 1 comprising a portion, and adding and mixing a solvent and a dispersant;
Grinding the mixed raw materials to have a desired particle diameter;
Molding and drying the ground raw materials into a desired shape; And
Firing the dried result to form porcelain.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108017369A (en) * | 2017-12-07 | 2018-05-11 | 德化县昕涛陶瓷工艺厂 | A kind of once-firing in low temperature ceramic and its manufacturing process |
| KR20220057670A (en) * | 2020-10-29 | 2022-05-09 | (주)에릭스 | Ceramic ware for Non-stick and heat-resistant frying pan and preparation method thereof |
| KR20220168714A (en) | 2021-06-17 | 2022-12-26 | 박주영 | Pattery composition for preventing blotting defects and method for producing ceramic using the same |
| KR20230018180A (en) | 2021-07-29 | 2023-02-07 | 이창용 | Manufacturing Method of Crack Resistance Ceramic Composition and Resistance Ceramic Composition by the same |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR910000566A (en) * | 1989-06-23 | 1991-01-29 | 정세화 | Method of manufacturing far-infrared radiation ceramics |
| JPH09502689A (en) * | 1993-09-16 | 1997-03-18 | ブリティッシュ・テクノロジー・グループ・リミテッド | White porcelain ceramic composition |
| KR20090048946A (en) * | 2007-11-12 | 2009-05-15 | 신상철 | High-intensity heat-resistance pocelain |
| JP2011184245A (en) | 2010-03-09 | 2011-09-22 | Seto Seido Kk | Composition for low-temperature firing porcelain and method for manufacturing low-temperature firing porcelain |
-
2012
- 2012-03-09 KR KR1020120024398A patent/KR101283314B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR910000566A (en) * | 1989-06-23 | 1991-01-29 | 정세화 | Method of manufacturing far-infrared radiation ceramics |
| JPH09502689A (en) * | 1993-09-16 | 1997-03-18 | ブリティッシュ・テクノロジー・グループ・リミテッド | White porcelain ceramic composition |
| KR20090048946A (en) * | 2007-11-12 | 2009-05-15 | 신상철 | High-intensity heat-resistance pocelain |
| JP2011184245A (en) | 2010-03-09 | 2011-09-22 | Seto Seido Kk | Composition for low-temperature firing porcelain and method for manufacturing low-temperature firing porcelain |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108017369A (en) * | 2017-12-07 | 2018-05-11 | 德化县昕涛陶瓷工艺厂 | A kind of once-firing in low temperature ceramic and its manufacturing process |
| KR20220057670A (en) * | 2020-10-29 | 2022-05-09 | (주)에릭스 | Ceramic ware for Non-stick and heat-resistant frying pan and preparation method thereof |
| KR102514858B1 (en) * | 2020-10-29 | 2023-03-30 | (주)에릭스 | Ceramic ware for Non-stick and heat-resistant frying pan and preparation method thereof |
| KR20220168714A (en) | 2021-06-17 | 2022-12-26 | 박주영 | Pattery composition for preventing blotting defects and method for producing ceramic using the same |
| KR102584536B1 (en) * | 2021-06-17 | 2023-09-27 | 박주영 | ethod for manufacturing ceramics using a body composition for preventing blotting defects |
| KR20230018180A (en) | 2021-07-29 | 2023-02-07 | 이창용 | Manufacturing Method of Crack Resistance Ceramic Composition and Resistance Ceramic Composition by the same |
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