KR102584536B1 - 블로팅 결점 방지를 위한 소지 조성물을 이용한 도자기의 제조방법 - Google Patents

블로팅 결점 방지를 위한 소지 조성물을 이용한 도자기의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 점토 30∼45중량%, 장석 25∼30중량% 및 규석 25∼40중량%로 조성된 기본 소지원료 100중량부에 대하여, 규회석 0.1∼10중량부, 활석 0.1∼7중량부, 골회 0.1∼10중량부, 프리트 0.1∼3중량부 및 엽장석 0.1∼10중량부로 조성된 소지조성물을 이용하여 제조되는 블로팅 결점 방지를 위한 소지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

블로팅 결점 방지를 위한 소지 조성물을 이용한 도자기의 제조방법{ethod for manufacturing ceramics using a body composition for preventing blotting defects}
본 발명은 점토, 장석 및 규석을 포함하는 기본 소지원료를 바탕으로 블로팅(BLOATING) 결점을 사전에 방지하고 충분히 자화(磁化)가 이루어지며, 소성 유면이 우수한 도자기를 제조할 수 있는 블로팅 결점 방지를 위한 소지 조성물을 이용한 도자기의 제조방법에 관한 것이다.
일상생활에서 사용하는 음식물의 그릇들 중에는 급격하게 가열하거나 급격하게 냉각해야 하는 용기들이 있다. 보통의 가열조리용이나 뚝배기 등이 그 예이다. 이들 용기들에게 요구되는 성질로서는 급열 급냉에 견딜 수 있는 내열충격성이다.
도자기 등 세라믹은 열전도도가 낮고, 인성(Toughness)도 낮기 때문에 급격한 온도변화가 있으면 표면과 내부에서 용량변화가 일어나고, 그것으로부터 발생한 응력이 파괴를 일으키고, 이것을 열 충격 파괴라 한다.
도자기란 원래 도기와 자기의 합성어로서 점토, 장석, 규석, 도석 등의 무기물질을 단독 또는 혼합하여 성형한 다음, 열을 가하여 경화시킨 제품을 말한다. 근래에는 도자기 제품의 물성 증진 및 특성 부여를 위하여 사용되는 원료를 물리적 또는 화학적으로 정제하거나 다른 원료로 대치하는 연구가 활발하게 진행 중이다. 소결성(Sintering)을 증진하기 위하여 규석 및 일반 납석질 도석 대신에 세리사이트(Sericite)질 도석 등 다른 원료로 대체한 제품에 대한 연구가 진행 중이며, 또한 소다장석, 칼륨장석 등을 대체하여 엽장석(Petalite) 또는 네펠린섬장암(syenite)이 사용되기도 한다.
도자기에서는 소지의 투수성을 방지하고 미적 아름다움을 갖도록 유약을 입히는데, 급열 급냉을 반복하여 사용하는 내열자기에서 소지와 유약 모두 열 팽창율이 작아야 하고 소지와 유약의 열 팽창율을 적합하게 조정하는 것은 매우 중요하다.
도자기 식기 제조용 소성 가마는 터널가마(Tunnel kiln), 셔틀가마 (Shuttle kiln) 및 롤러허스가마(Roller hearth kiln)가 있다.
도자기 식기 제조업은 에너지 사용 과다 업종이며, 생산원가 중 에너지 비용이 차지하는 비중이 크다.
이에 오래전부터 세계 각국에선 에너지 비용 절감을 위해서 신속 소성(Fast Firing)에 대한 기술적인 개발연구가 꾸준히 이어져 왔다. 주방용 도자기의 소성공정은 지금까지 국내에서는 주로 터널가마나 셔틀가마를 많이 사용하여 왔다. 그러나 대차를 불필요하게 가열하는 등으로 에너지 원단위가 비교적 높고, 소성시간이 대체적으로 많이 소요되어 최근에는 신속소성 설비인 'Roller hearth kiln'이 많이 보급되어 있다.
최근에 일부 업체에서 신속 소성용 롤러허스가마(R.H.K)의 소성온도는 높이고, 소성시간을 더 빠르게 단축 운영하면서부터 과거에 볼 수 없었던 Bloating 결점의 발생량이 급증하게 되고, 소성 후 제품의 품위가 낮아 생산 수율이 저하되면서, 관련 업체 간의 클레임 제기와 보상 요청 등 마찰 사례가 점증하는 문제가 야기되고 있다. 오히려 소지공급업체에 소지를 문제 삼는 경우가 그 예이다.
신속소성은 짧은 시간에 소지를 자화(Vitrified)시켜야 되며, 이 시간 내에 각 원료들은 분해 및 반응을 일으키게 되고, 이때 발생되는 가스 분해 및 결정구조의 전이현상은 소성 기물에 큰 문제점을 야기하게 된다. 따라서 이는 신속소성의 가장 중요한 요인으로서 이를 어떻게 제어 하느냐에 따라 신속소성의 성패를 결정짓는다고 할 수 있다.
블로팅 결점(Bloating Defects)은 소성 중에 소지에서 나오는 가스로 인한 소지의 결점이며, 제품의 팽윤(Swelling), 물집(Blisters), 및 핀홀(Pinhole)로 이어질 수 있다. 주로 소지와 유약 모두 공통적으로 관계하는 결함이며, 소성에 따라 발달된 가스주머니로 구성되어 있다.
주로, 온도가 높을수록, 소성시간이 지나치게 짧을수록 발생 가능성이 더 높고, 소지 내부에 존재하는 황화물(SO3)이나, 미처 탈출하지 못하고 갇혀있는 가스의 트래핑(Trapping), 과소성(Over Firing), 나쁜 Wedging 또는 이물질 때문일 수 있다.
블로팅 결점〔Bloating(또는blotting)Defects; 이하 "블로팅"이라 함.〕은 소성 중에 점토에서 나오는 많은 가스로 인한 점토의 결함이며, 제품의 팽윤(swelling), 물집(blisters) 및 핀홀(pinhole)등의 현상을 말하며, 유발 원인은 매우 다양하지만, 무엇보다도 가장 큰 원인은 소지의 자화가 유약의 용융 시, 충분히 이루어지지 않은 데에 있다.
이러한 블로팅 결점은 소지의 내부로부터 소성휘발(Burn-out)하는 가스에 의해서 용융 고화된 유약 표면상에 부풀어 올라 터지거나, 남는 흔적으로 그 현상을 보인다. 이에, 점토-장석-규석의 삼성분계로 이루어진 도자기 신속소성 제품의 품질을 제어하기 위하여 소지의 자화(磁化)에 악영향을 끼치는 인자(Factor)들을 제어하기 위한 상당한 연구가 진행되어 오고 있다.
국내등록특허공보 등록번호 제10-1283314(2013.7.2.)호에는 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)30.01∼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 조성물 및 이를 이용한 도자기의 제조방법이 기재되어 있고,
국내등록특허공보 등록번호 제10-1508721(2015.03.30.)호에는 산화리튬(Li2O) 9 내지 16 중량%를 포함하는 내열자기용 유리프리트 40 내지 50 중량%, 납석 10 내지 20중량%, 및 점토광물 30 내지 40 중량%를 포함하는 내열자기용 소지조성물에 관한 기술이 기재되어 있으며,
국내등록특허공보 등록번호 제10-075377(2007.08.23.)호에는 0.20∼0.45 mol 의 Li2O, 0.13∼0.35 mol 의 MgO, 0.01∼0.05 mol 의 Na2O, 0.01∼0.12 mol 의 K2O, 0.01∼0.06 mol 의 CaO, 0.01∼0.02 mol 의 ZnO, 1 mol 의 Al2O3, 3.80∼5.20 mol 의 SiO2, 0.01∼0.10 mol 의 ZrO2, 0.01∼0.02 mol 의 TiO2로, 이제게르(Seger)식의 조성물로 만드는 소지와, 이 내열자기의 소지에 열팽창율이 적합한 균열이 없는 내열자기의 유약을 만들었는데, 균열이 없는 내열자기의 유약조성물의 제게르(Seger)식은 0.65∼0.91 mol 의 Li2O, 0.02∼0.10 mol 의 BaO(또는 0.01∼0.10 mol 의 PbO), 0.01∼0.05 mol 의 Na2O, 0.01∼0.05 mol 의 K2O, 0.01∼0.10 mol 의 CaO, 0.01∼0.05 mol 의 ZnO, 0.35∼1.40 mol 의 Al2O3, 0.01∼0.10 mol 의B2O3, 0.00∼0.02 mol 의 Fe2O3, 2.95∼7.50 mol 의 SiO2, 0.01∼0.04 mol 의 ZrO2로, 이 제게르(Seger)식의 유약조성물로 균열이 없는 내열자기에 관한 기술이 기재되어 있고,
국내등록특허공보 등록번호 제10-1265943(2013.05.14.)호에는 점토 20~50중량%, 장석 20~45중량% 및 규석 15~40중량%를 포함하는 고형분과 증류수가 혼합되어 고형분의 함량이 35∼70중량%를 이루는 슬러리에 0.05~0.2mol/ℓ의 Co(NO3)2 용액, 0.1~0.3mol/ℓ의 Al(NO3)2 용액 및 알칼리 용액이 함유되어 pH가 7∼10 범위를 이루는 도자기용 청색소지 조성물 및 이를 이용한 청색소지의 제조방법이 기재되어 있으며, 국내등록특허공보 등록번호 제10-1056996(2011.08.09.)호에는 옹기토 30~80 중량%, 와목점토 10~50 중량% 및 샤모트 5~30 중량%로 이루어지는 도자기용 무유소지(unglazed ceramic) 조성물 및 이를 이용한 도자기의 제조방법이 기재되어 있음을 알 수 있다.
1. 국내등록특허공보 등록번호 제10-1283314호 2. 국내등록특허공보 등록번호 제1015087210000호 3. 국내등록특허공보 등록번호 제10075377호 4. 국내등록특허공보 등록번호 제101265943호 5. 국내등록특허공보 등록번호 제1010569960000 호
상기와 같은 종래의 기술들은 소지와 유약의 조성상의 미스매치(mismatch) 및 소지조성물의 품질관리 소홀에 기인한 유약 표면상의 주요 결함 발생하는 문제점이 있어, 본 발명에서는 이를 해결하고자 함에 있다.
또한, 본 발명은 도자기 제조공정을 단축시키고자, 롤러허스가마(R.H.K)의 운영시 소성시간을 너무 지나치게 단축하면서부터 전에 볼 수 없었던 블로팅(BLOATING) 혹은 핀홀 등의 결점들이 발생하여 도자기 제품의 품위는 저하되는 문제점을 해결하고자 하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 점토, 장석 및 규석을 포함하는 기본 소지원료에 추가로 보조 융제를 첨가한 조성물을 이용함으로써 소지조성물을 완전히 자화(磁化)시키는데 있다.
또한, 본 발명은 점토 30∼45중량%, 장석 10∼30중량% 및 규석 25∼40중량%로 조성된 기본 소지원료 100중량부에 대하여, 활석 0.1∼5중량부, 규회석 0.1∼10중량부, 골회 0.1∼10중량부, 프리트(FRIT) 0.1∼3중량부 및 엽장석 0.1∼10중량부를 혼합한 소지 조성물을 조성함으로써, 소지 조성물의 물성을 개선하고, 유약이 완전히 용융되기 이전에 소지조성물 내의 분해물질의 탈출을 종결시키며, 블로팅 결점을 방지하는데 있다.
본 발명은 블로팅(BLOATING) 결점 방지를 위한 고자화 신속소성용 도자기 소지 조성물에 용융성과 소결성이 우수한 골회 또는 활석이 함유됨으로써 투광성이 우수한 블로팅(BLOATING) 결점을 방지하고,
또 유리상의 기지(matrix)와 그 안에 분포되어 있는 결정상들 사이에 중간층을 형성하여 소지와 유약 사이에서 발생할 수 있는 결점을 감소시키고, 소지와 유약의 결합력이 증진시키는 장점과 소지를 충분히 자화(磁化)시켜 블로팅(BLOATING) 결점을 방지하여 도자기의 고급화를 증진시키는 효과가 있는 것이다.
도1 소성 시간에 따른 소성 온도 구간을 나타낸 소성 곡선(firing curve) 그래프
도2 기존 소지의 융제인 카리장석을 다양한 종류의 융제들로 치환한 시편들의 소성변형량 그래프
도3 본 발명의 소성 후 샘플의 선 수축률을 측정하여 나타낸 도면
도4 본 발명의 소성후 샘플의 곡 강도를 측정하여 나타낸 도면
도5 본 발명의 블로팅 결점 방지용 신속소성 도자기와 종래 신속 소성 도자기의 소성온도에 따른 투광도와 흡수율을 비교한 그래프
본 발명은 점토 30∼45중량%, 장석 25∼30중량% 및 규석 25∼40중량%로 조성된 기본 소지원료 100중량부에 대하여, 규회석 0.1∼10중량부, 활석 0.1∼7중량부, 골회 0.1∼10중량부, 프리트 0.1∼3중량부 및 엽장석(Petalite ) 0.1∼10중량부를 혼합하여 소지조성물을 제조한 다음, 상기 소지조성물을 볼 밀링기에 장입하여 볼의 크기는 직경 0.1㎜∼50㎜ 의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 10∼500rpm 1∼72시간 동안 분쇄시킨 후 이송장치를 통해 1차 저장탱크로 이송하며,
1차 탱크에 저장된 슬러리는 펌프를 사용하여 탈철기로 이송되며, 탈철기를 통과한 슬러리는 연속적으로 180 mesh 정도의 진동체를 통과시켜 탈철처리한 후, , 2차 저장탱크로 이송시켜, 함수율이 50%∼60%이며, 점도는 2.0∼7.0 poise 상태의 슬러리를 제조한다.
상기 슬러리를 압출 여과기(filter press)로 이송시켜 이용하여 탈수 처리하여 함수율 21∼23 중량%의 판재형상의 케이크 형태로 제조한 후,
상기 판재형상의 케이크를 토련기로 이송하여 탈철처리된 슬러리(판재형상의 케이크)를 반자동 또는 전자동 성형장치(ATM)를 이용하여 도자기를 성형 한 후에, 건조시킨 도자기를 750∼850℃의 온도에서 5~15시간 동안 셔틀가마에서 초벌구이를 하고, 상온으로 냉각시킨 후에 투명유약을 도자기의 표면에 코팅한 다음, 1∼2시간 건조시킨 후에, 신속 소성로로 이송시켜 1200∼1300℃의 온도에서 1∼5시간 동안소성한 후에, 상온까지 냉각시켜 제조함을 특징으로 한다.
삭제
또한, 본 발명의 도자기는 점토, 장석 및 규석을 포함하는 기본 소지조성물을 바탕으로 활석, 규회석, 골회, 프리트(FRIT), 엽장석를 첨가하여 소지조성물을 제조함으로써 다양한 종류의 첨가제를 사용하여 요구되는 성질을 갖도록 혼합하여 사용할 수 있다.
도자기는 첨가되는 물질에 의해 그 물리적 성질이 크게 변화될 수 있어, 도자기의 소성은 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.
본 발명은 블로팅(BLOATING) 결점을 현저히 감소시키고 충분히 자화(磁化)가 이루어지며, 유면이 우수한 도자기를 제조할 수 있는 신속소성용 도자기 소지 조성물 및 이를 이용한 도자기의 제조방법을 제시한다.
도자기를 제작하는데 필요한 소지조성물은 크게 3가지로 구분할 수 있다. 먼저 고온에서도 도자기가 무너져 내리지 않도록 뼈대 역할을 하는 내화결정성(cristalline)원료, 도자기의 모양을 형성하게 하는 가소성(plastic)원료, 고온에서 변화되는 물질들을 안정시켜서 연결해주는 용융제(flux)이다.
삭제
내화결정성 원료는 규석이 대표적이고 가소성 원료는 점토, 융제 원료는 장석이 대표적이다.
소지는 점토-장석-규석 원료를 사용하여 제조되는데 이들 원료를 구성하는 성분은 SiO2, Al2O3, Fe2O3, K2O, Na2O, MgO 등이며, 이때 각 원료가 소지에서의 역할은 다음과 같다.
도자기 소지의 골격 역할을 하는 성분으로는 SiO2, Al2O3가 있다. SiO2는 천연원료로 보통 규석을 사용하는데 규석은 도자기 소지에서 골격 역할 외에도 백색도 및 투광성을 좋게 한다. 그러나, SiO2는 용융온도가 1713℃로 매우 높아 많이 넣으면 내화성이 높아지고 소결이 잘 안될 뿐만 아니라 가소성도 떨어진다.
Al2O3는 소지에 장석, 고령토, 점토와 같은 원료로 공급된다. 소지에 있어서의 Al2O3의 역할은 골격유지 외에도 소지에 내화성을 부여하여 소성범위를 넓게 하는 작용과 백색도 증진에 기여한다.
도자기 소지의 소성온도를 낮추기 위한 융제 역할을 하는 성분은 주로 K2O, Na2O, MgO 등의 염기성 성분이다. K2O, Na2O를 공급해 주는 천연원료로는 카리장석과 소다장석 등이 있다.
장석은 도자기 원료로서 중요한 염기성, 중성, 산성의 세 가지 성분을 함유하고 있다.
소다장석은 카리장석에 비해 점성이 떨어지고 소성 도중에 비틀림이 많다. 그래서 카리장석은 소지에 많이 쓰이고, 소다장석은 유리나 유약의 원료로 많이 쓰이고 있다.
장석은 용융온도가 낮기 때문에 쉽게 용융되어 알갱이들을 물리적으로 결합시켜 치밀하게 해주고 고온소성 중에 카올린이나 규석을 용해하는 융제작용을 함으로써 특히 자기를 소성하는 과정에서 가장 중요한 역할을 한다.
지구상에 존재하는 점토나 카올린은 순수한 것은 없다. 어느 정도의 불순물을 가지고 있다. 소지에서 발색이나 반점 등을 나타내는 불순물로 Fe2O3이나 TiO2 등이 있는데 그 중에서 Fe2O3은 도자기의 천연원료 중에 어느 원료나 들어있다.
Fe2O3은 도자기 소지의 색에 미치는 영향이 커 산화염이냐, 환원염이냐에 따라 불꽃의 색이 달라진다. Fe2O3 함량이 많을수록 짙은 색상을 나타내며, 소성 후 도자기에 검은 반점으로 나타난다. 알칼리나 알카리 토금속의 산화물이 적을수록 내화성이 커진다.
Fe2O3은 소성온도에도 영향을 미쳐 소결온도를 어느 정도 낮추며 소지 백색도를 저하시키는 유해한 불순물로 알려져 있으나 소결작용 및 소성강도 증가는 물론 항소성질에 유리한 작용을 하는 멀라이트(Mullite)의 생성온도를 낮추어 주는 작용을 하기 때문에 소지의 백색도 품질은 저하되나 생산성에는 도움이 될 수 있는 불순물이다.
백색자기의 주된 융제가 장석이다. 소지를 만들려면 사용원료가 제품의 형상을 유지하기 충분한 내화도를 가지며 결정이 발달하고 유리상이 충분하도록 용융되어야 한다.
본 발명의 소지조성물에 사용되는 점토는 점토 중에 가소성이 우수하며 알루미나 함량이 많아 내화도가 높은 벤토나이트, SiO2와 Al2O3의 성분이 다량 함유되어 있으며 비교적 가소성이 좋은 태백도석을 사용하였고, 백색도를 높이기 위해서 불순물이 적고, 투광성이 우수한 뉴질랜드 카올린을 사용하였다.
카올린 점토를 고정시키고 장석 및 규석을 변화하는 시험을 행하였고, 장석 및 규석을 고정시키고 소지 내 백색도 높이기 위하여 불순물이 적고 투광성이 좋은 뉴질랜드카올린을 변화하는 시험을 행하였다. 이후 제겔식으로 풀어 조합하고, 각각의 원료를 자기제 포트밀(pot mill)을 이용하여 습식 혼합하였다.
본 발명의 도자기는 점토, 장석 및 규석을 포함하는 소지조성물을 바탕으로 가소 활석, 규회석, 골회, FRIT, 엽장석를 첨가하여 조성되어 있다. 다양한 종류의 첨가제를 사용하여 요구되는 성질을 갖도록 혼합하여 사용할 수 있다. 도자기는 첨가되는 물질에 의해 그 물리적 성질이 크게 변화될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신속소성 도자기용 소지 조성물은,
점토 30∼45중량%, 장석 10∼30중량% 및 규석 25∼40중량%로 조성된 기본 소지원료 100중량부에 대하여, 활석 0.1∼5중량부, 규회석 0.1∼10중량부, 골회 0.1∼10중량부, 프리트(FRIT) 0.1∼3중량부 및 엽장석 0.1∼10중량부로 조성되어 있음을 알 수 있다.
점토는 성형 공정 중 소지 조성물에 가소성을 제공하고 성형된 도자기의 이동이나 장식 등의 공정에 견딜 수 있는 충분한 성형강도를 유지할 수 있도록 하여준다.
또한, 소성 후 소지조성물 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 30∼45중량% 함유되는 것이 바람직하다.
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. 하지만, 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, 도자기 소지 조성물의 소성이 진행됨에 따라 연화에 의한 소성 변형이 증대된다. 이러한 점을 고려하여 장석은 점토, 장석 및 규석을 포함하는 기본 소지원료에 10∼30중량% 함유되는 것이 바람직하다.
규석은 도자기에서 백색도를 높이고 도자기의 골격을 유지하는 역할을 한다. 규석은 점토, 장석 및 규석을 포함하는 기본 소지원료에 25∼40중량% 함유되는 것이 바람직하다.
규석의 함량이 25중량% 미만일 경우에는 도자기의 백색도가 저하될 수 있고, 규석의 함량이 40중량%를 초과하는 경우에는 원하는 강도의 도자기를 얻는데 한계가 있다
상기 활석(Calcined talc)는 융제로 작용될 수 있고, 도자기 소지조성물의 투광성은 높이고, 소성수축률을 감소시키는 역할을 할 수 있다. 활석은 상기 소지원료 100중량부에 대하여 0.1∼5중량부 함유되는 것이 바람직하다
상기 규회석(Woolastonite)는 보조융제로 작용될 수 있고, 도자기 소지 조성물의 투광성을 증진시키는 역할을 할 수 있다. 규회석은 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 골회(bone ash)는 융제로 작용될 수 있고, 자기 소지 조성물의 투광성은 높이고, 소성수축률을 감소시키는 역할을 할 수 있다. 골회는 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부 함유되는 것이 바람직하다
상기 프리트(FRIT)는 강한 보조융제로 작용될 수 있고, 도자기 소지조성물의 투광성은 높이고, 소성변형량을 증가시키는 역할을 할 수 있다. 프리트(FRIT)는 신속소성용 도자기 소지 조성물에 상기 기본 소지원료 100중량부에 대하여 0.1∼3중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 엽장석(petalite)는 내열성이 우수한 재료이다. 고온과 상온에서 사용되는 경우에 재료 내에 온도구배가 생기고, 이러한 온도 변화에서 생성된 열응력이 재료를 파괴시킬 수 있으나, 엽장석의 첨가에 의해 이러한 현상을 억제할 수 있는 장점이 있다. 이러한 엽장석는 도자기 소지조성물 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부 함유되는 것이 바람직하다.
일반적으로 이들 암석질 원료들을 그대로 사용할 경우 소성 온도를 낮추는데 한계가 있다. 따라서, 이들 소지 조성물을 사용하여 자화가 잘 되는 신속하게 소성하기 위한 도자기를 제조하기 위하여 장석, 규석 등의 원료를 100 마이크로미터 (㎛) 이하(1∼100㎛)로 미분화한다.
소성 변형량을 작게 하기 위해 원료 분말을 미분말화 할 경우 소성 시의 변형은 적어진다.
이들 원료를 미분화하면, 열 변형뿐 아니라 소성 온도를 낮출 수 있어 에너지 절감에도 유리하다. 도자기의 소성조성물을 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 illing), 밀링 미디어(milling media) 등 다양한 분쇄 방법을 사용할 수 있다.
이하, 볼 밀링법에 의한 분쇄 공정을 구체적으로 설명한다.
소성조성물을 볼 밀링기에 장입하여 용매와 함께 습식 혼합한다. 상기 용매는 물, 알코올 등일 수 있다. 볼 밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 소성조성물을 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 볼 밀링기의 회전속도는 10∼500rpm 정도의 범위로 설정할 수 있다. 볼 밀링은 목표하는 입자의 크기등을 고려하여 1∼72시간 동안 실시한다.
볼 밀링에 의해 출발원료는 미세한 크기의 입자로 분쇄되고, 균일한 입자 크기 분포를 갖게 되며, 균일하게 혼합되게 된다.
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.
일반적으로 유약은 도자기를 제조할 때 성형하여 구운 소지(素地) 위에 엷게 피복·밀착시키기 위해 바르는 유리질의 잿물을 말한다.
유약을 바르는 목적은 표면에 광택을 주어 제품을 아름답게 하는 것 외에도 강도를 더하고 표면을 반질반질하게 하여 더러워지는 것을 방지하는 데 있다. 또 흡수성이 제거되어 물에 대한 저항성을 증가시킨다는 실용적인 면에도 도움이 된다.
유약의 성질로서는 열팽창률이 소지의 재료와 거의 같고 녹는 점이 소지재료보다 낮아야 한다. 도자기에 유약을 바르고 구웠을 때 잘 녹아 유동하여 소지에 밀착함으로써 표면에 엷은 유리막을 생성하는 것이라야 한다. 유약이 소지의 팽창 수축과 일치하지 않을 때는 벗겨지거나 균열이 생긴다. 이 균열을 관유(貫乳)라고 하며, 이것을 장식으로 이용하는 도자기도 있다.
유약은 일반적으로 투명한 것이지만 유백유 ·색유 ·결정유 ·무염유 ·균열유 등이 있다.
유약의 조성은 소성(燒成) 온도의 고저와 토질에 따라서 조합과 조성이 다르며, 일반적으로 자기유와 도기유로 분류된다. 주성분은 규산화합물이고, 사용되는 원료로 자기와 같이 고온도(1,200∼1,500 ℃)에서 소성하는 것으로, 장석·석영·석회석 ·고령토 등이 있으며, 도기(陶器)와 같이 저온도(960∼1,000 ℃) 소성에는 고령토 ·붕사 ·장석 ·석회석 등이 사용된다. 색채를 가하기 위해서는 철 ·구리 ·코발트 등의 산화금속 화합물이 혼합된다.
유약은 도자기 소지의 표면에 융착시킨 얇은 유리질의 피막으로서 일반적으로 균질 규산염의 혼합물이다. 유약은 단단하며 강산이나 강알카리에 녹지 않거나 혹은 극소량이 용해되고, 가스 및 액체에 대하여 불투과성이며 적용하는 유약에 따라 색상, 질감, 투광성, 광택의 정도 등 유약 표면의 효과가 다양하게 나타난다.
본 발명에서 사용되는 유약은 투명유를 사용하였다.
투명유는 투명 결정형의 유약으로 빛이 유약을 통과해 소지에 까지 이른다. 투광성이 탁월하기 때문에 색슬립(ColrSlip)이나 안료로 채색된 도자기나 소지가 가지고 있는 고유의 색상 발현을 위해서 혹은 질감 표현을 위해 사용 된다. 유약은 소지 내의 성분 산화물에도 영향을 받기 때문에 투명유는 시유된 소지와의 반응으로 인해 달라진 외관 특성과 색상을 파악하기 쉽다.
투명유는 인도장석, 국내 석회석, 아연화, 중국카올린, 국내 규석, 와목점토가 조성에 사용되었다.
건조된 소지 조성물로 성형한 도자기를 소성하여 제조하는 방법은 다음과 같다.
소성은 1차 가열로 750∼850℃의 온도에서 5∼15시간 동안 성형된 도자기를 셔틀가마에서 초벌구이를 하고, 상온으로 냉각시킨 후에 투명유약을 도자기의 표면에 코팅한 다음, 1∼2시간 건조시킨 후에, 2차 가열하기 위하여 신속 소성로로 이송시켜 1200∼1300℃의 온도에서 1∼5시간 동안 소성한 후에, 상온까지 냉각하여 실시할 수 있다. 상기 소성은 산화 분위기(예컨대, 산소(O2) 또는 공기(air) 분위기)에서 실시하는 것이 바람직하다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
<실시예1>
점토 30g, 장석 30g, 규석 40g를 혼합하여 소지 원료를 제조하고, 상기 소지 원료에 활석 0.1g, 규회석 0.1g, 골회 0.1g, 프리트 0.01g, 엽장석 0.1g를 혼합하여 소지조성물을 제조한 다음,
상기 소지조성물을 볼 밀링기(ball milling machine)에 장입하여 볼의 크기는 직경 0.1㎜∼50㎜ 의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 10∼500rpm 1∼72시간 동안 분쇄시킨 후, 이송장치를 통해 1차 저장탱크로 이송하며,
1차 탱크에 저장된 슬러리는 펌프를 사용하여 탈철기로 이송되며, 탈철기를 통과한 슬러리는 연속적으로 180 mesh 정도의 진동체를 통과시킨 후, 2차 저장탱크로 이송시켜 함수율이 50%∼60%이며, 점도는 2.0∼7.0 poise 상태의 슬러리를 제조한다.
상기 슬러리를 압출 여과기(filter press)로 이송시켜 이용하여 탈수 처리하여 함수율 21∼23 중량%의(탈수 후에는 고형에 근접한 상태로 점도 측정은 불가.)인 판재형상의 케이크 형태로 제조한 후, 상기 판재형상의 케이크를 토련기로 이송하여 상기 탈철처리된 슬러리(판재형상의 케이크)를 반자동 또는 전자동 성형장치(ATM)를 이용하여 도자기를 성형한 다음, 건조시킨 도자기를 750∼850℃의 온도에서 5~15시간 동안 셔틀가마에서 초벌구이를 하고, 상온으로 냉각시킨 후에 투명유약을 도자기의 표면에 코팅한 다음, 1∼2시간 건조시킨 후에, 신속 소성로로 이송시켜 1200∼1300℃의 온도에서 1∼5시간 동안 소성한 후에, 상온까지 냉각시켜 도자기를 제조하였다.
<실시예 2>
점토 45g, 장석 30g, 규석 25g를 혼합하여 소지 원료를 제조한 다음, 상기 소지원료에 규회석 10g, 활석5g, 골회 10g, 프리트 3g, 엽장석 10g를 혼합하여 소지조성물을 제조한 다음,
상기 소지조성물을 볼 밀링기(ball milling machine)에 장입하여 볼의 크기는 직경 0.1㎜∼50㎜ 의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 10∼500rpm 1∼72시간 동안 분쇄시킨 후에 이송장치를 통해 1차 저장탱크로 이송하며,
1차 탱크에 저장된 슬러리는 펌프를 사용하여 탈철기로 이송되며, 탈철기를 통과한 슬러리는 연속적으로 180 mesh 정도의 진동체를 통과시킨 후, 2차 저장탱크로 이송시켜 함수율이 50%∼60%이며, 점도는 2.0∼7.0 poise 상태의 슬러리를 제조한다.
상기 슬러리를 압출 여과기(filter press)로 이송시켜 이용하여 탈수 처리하여 함수율 21∼23 중량%의(탈수 후에는 고형에 근접한 상태로 점도 측정은 불가.)인 판재형상의 케이크 형태로 제조한 후,
상기 판재형상의 케이크를 토련기로 이송하여 상기 탈철처리된 슬러리(판재형상의 케이크)를 반자동 또는 전자동 성형장치(ATM)를 이용하여 도자기를 성형한 다음, 건조시킨 도자기를 750∼850℃의 온도에서 5~15시간 동안 셔틀가마에서 초벌구이를 하고, 상온으로 냉각시킨 후에 투명유약을 도자기의 표면에 코팅한 다음, 1∼2시간 건조시킨 후에, 신속 소성로로 이송시켜 1200∼1300℃의 온도에서 1∼5시간 동안 소성한 후에, 상온까지 냉각시켜 도자기를 제조하였다.
<실시예 3>
점토 40g, 장석 25g, 규석 35g를 혼합하여 소지 원료를 제조한 다음, 상기 소지원료에 규회석 5g, 활석 7g, 골회 1g, 프리트 0.5 g, 엽장석 5g를 혼합하여 소지조성물을 제조한 다음,
상기 소지조성물을 볼 밀링기(ball milling machine)에 장입하여 볼의 크기는 직경 0.1㎜∼50㎜ 의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 10∼500rpm 1∼72시간 동안 분쇄시킨 후에 이송장치를 통해 1차 저장탱크로 이송하며,
1차 탱크에 저장된 슬러리는 펌프를 사용하여 탈철기로 이송이 되며, 탈철기를 통과한 슬러리는 연속적으로 180 mesh 정도의 진동체를 통과시킨 후, 2차 저장탱크로 이송시켜 함수율은 50%∼60%이며, 점도는 2.0∼7.0 poise 상태의 슬러리를 제조한다.
상기 슬러리를 압출 여과기(filter press)로 이송시켜 이용하여 탈수 처리하여 함수율 21 ~ 23 중량%의(탈수 후에는 고형에 근접한 상태로 점도 측정은 불가.)인 판재형상의 케이크 형태로 제조한다. 상기 판재형상의 케이크를 토련기로 이송하여 탈철한 다음, 상기 탈철 처리된 슬러리(판재형상의 케이크)를 반자동 또는 전자동 성형장치(ATM)를 이용하여 도자기를 성형한 다음, 건조시킨 도자기를 750~850℃의 온도에서 5~15시간 동안 셔틀가마에서 초벌구이를 하고, 상온으로 냉각시킨 후에 투명유약을 도자기의 표면에 코팅한 다음, 1~2시간 건조시킨 후에, 신속 소성로로 이송시켜 1200∼1300℃의 온도에서 1∼5시간 동안 소성한 후에, 상온까지 냉각시켜 도자기를 제조하였다.
<실험예>
1. 실험에 사용된 유약
유약은 도자기 소지의 표면에 융착시킨 얇은 유리질의 피막으로서 일반적으로 균질 규산염의 혼합물이다. 유약은 단단하며 강산이나 강알카리에 녹지 않거나 혹은 극소량이 용해되고, 가스 및 액체에 대하여 불 투과성이며 적용하는 유약에 따라 색상, 질감, 투광성, 광택의 정도 등 유약 표면의 효과가 다양하게 나타난다.
투명유는 투명 결정형의 유약으로 빛이 유약을 통과해 소지에 까지 이른다. 투광성이 탁월하기 때문에 색슬립(ColorSlip)이나 안료로 채색된 도자기나 소지가 가지고 있는 고유의 색상 발현을 위해서 혹은 질감 표현을 위해 사용 된다. 유약은 소지 내의 성분 산화물에도 영향을 받기 때문에 투명유는 시유된 소지와의 반응으로 인해 달라진 외관 특성과 색상을 파악하기 쉽다.
투명유는 인도장석, 국내 석회석, 아연화, 중국카올린, 국내 규석, 와목점토가 조성에 사용되었다.
2. 샘플 제작 및 소성
조합된 소지조성물에 대한 수축율, 흡수율, 곡 강도 등의 물리적, 기계적 특성을 분석하기 위하여 석고 Mould를 사용하여 5.0×0.8×0.8cm의 Bar type으로 성형하여 샘플을 실시예와 같이 제작하였다.
또한 소지조성물의 열간 하중을 비교하기 위하여 13.0×3.0×1.0cm의 샘플을 실시예와 같은 방법에 의해 제작하였다 성형된 샘플은 산화소성 하였으며, 이때의 소성변형량 그래프는 도2에 나타내었다. 산화소성은 Lindburg Electric Kiln에서 상온에서 최고 소성온도는 1250℃로 설정하고 상온에서 600℃까지는 15℃/min, 600℃에서 소성온도인 1250℃까지는 20℃/min로 승온시키며 소성하였다. 최고 소성온도에서는 30분 유지시킨 후 자연냉각 시켰다.
3. 물성시험
본 발명에 사용된 소지 조성물들의 입도분포를 확인하였다. 점토의 중요한 성질은 성형성, 건조강도, 건조수축, 소성수축, 내화도, 하중연화온도 및 소성색상 등이다. 일반적으로 소지조성물의 입자가 미세할수록 가소성이 좋아진다. 그러나 미세한 입자가 많으면 수축율이 커져 균열의 요인이 되며 건조속도가 느리게 된다.
또 건조강도를 높이기 위해서는 미세한 입자의 량 이외에 입도 조성이 알맞아야 한다.
이와 같이, 입자의 크기와 그 분포상태는 소지의 기본적 특성을 좌우하는 요소가 된다. 입도는 MALVERN Mastersizer 2000 입도분석기 장치를 사용하여 분석하였다.
4. 가소성 측정
Pfefferkorn법은 철봉과 직경 186㎜원판 등으로 구성되어 있다. 이들 무게가 총 1192g 중량으로 이를 높이 186㎜높이에서 샘플의 직경 33㎜, 높이 40㎜ 시험체에 낙하시켜서 그 높이가 시험체 초기(h0) 40㎜와 낙하 후 시편의 길이(h1)의 비가(h0/h1) 3.3일때의 수분을 가소성치로 하는 방법으로 비교적 도자기 분야에서 활용하고 있으나 시험자의 숙련이 요구되는 시험 방법이다.
5. 백색도 측정(L*, a*, b*)
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물질의 색상 정도를 정량적으로 평가하기 위해 색도계를 사용하여 색상의 정도를 측정 색도계는 색을 측정하기 위하여 광학계나 센서 및 프로그램 등이 색 측정에 맞게 고안된 장비로 광학계란 일반적으로 적분구로 만들어진 조명장치를 말하는데 적분구 내에서 만들어진 확산 조명이 시료표면에 조사되고, 표면에서 반사된 빛을 흡광광도계의 센서로 읽는 것을 말한다.
색도 측정은 일반 분광광도계의 single beam이나 double beam과 같은 조명방식이 아닌 확산조명 또는 단방향조명 등의 측정표준이 있다.
또한 이 때 받아들인 정보를 색도 단위로 표시하기 위해 스펙트럼 정보를 적분 연산하여 L*, a*, b*나 L*, C*, h* 등의 색 좌표로 표현할 수 있는 수식이 내장되어 있거나 별도의 프로그램에서 연산하여 결과를 보여준다.
6. 내열충격성 측정
일정온도로 가열하였다가 급랭하여 색 잉크를 투입 시켜 보고 온도차에
얼마나 견딜 수 있는지 온도차를 변화시켜 가며 측정.
내열충격성 시험방법은 소성체를 오븐에 넣고 물이 담긴 수조와 온도 차이를 벌려가면서 측정.
온도차 130℃ 시험에서 수조 속의 물 온도가 20℃라면 오븐에 소성체를 150℃까지 뜨겁게 하여 수조의 물속에 급랭시킴. 이후 균열이 생겼는지 색 잉크를 묻혀 균열 여부를 확인한다.
온도차를 조금씩 크게 하면서 실험한 결과는 표 1과 같다.
온도차(℃) △T130 △T140 △T150 △T160
균열발생
(유/무)		 무 무 무 유
7. 열팽창계수 측정
소지와 유약의 열팽창 계수 차를 10%미만으로 조정하여 열팽창 계수 측정하였다.
도자기에서 소지와 유약의 열팽창거동은 도자기 균열에 대한 매우 중요한 인자이며, 열팽창의 측정은 재료를 다른 재료와 결합하여 적용할 때나 단상의 재료인 경우에서도 적용온도가 일정하지 않고, 변화할 때 그 재료에 걸리게 되는 응력을 예측하는데 유용하게 사용하였다.
이에 측정하고자하는 시료를 φ5∼6mm, 길이 50mm의 원주형으로 가공 후 10℃/min의 속도로 가열하여 열팽창계수를 측정하였다.
8. 선 수축율 측정
소지조성물의 수축률은 한국산업규격 KS L 4004에 의해 측정하였다. 소지조성물을 성형한 후 시편의 장축방향으로 10㎝ 크기의 수축 확인선을 표시하였다.
표시된 샘플은 건조대 위에서 20∼40℃로 24시간 동안 예비 건조시킨다. 이때 샘플의 뒤틀림을 방지하기 위해서 약 2시간 간격으로 샘플을 90°씩 돌려놓았다.
예비 건조가 끝난 샘플을 건조기에서 110℃로 24시간 건조시킨다. 건조된 샘플을 900℃, 1250℃에서 각각 초벌과 재벌 소성하여 시편에 표시된 수축선의 길이를 버니어 캘리퍼스를 이용하여 0.05㎝ 까지 측정하여 3개 시편의 평균값을 구하였다.
9. 곡 강도 측정
샘플은 직경 10㎜크기의 봉(rod)을 석고 mould를 사용하여 제작하여 이를 110℃에서 24시간 건조시킨 후 상온에서 데시게이터 속에서 상온까지 냉각시킨 후 곡 강도 측정기에서 측정하여 아래 공식에 대입하여 구한다. 소성강도 시편도 Size는 동일하다.
곡 강도 (Kg/cm2) =
p = 파괴 하중(㎏s)
L = 받침간 거리(㎝)
d = rod의 직경(㎝)
11. 투광도 측정
분광광도계는 빛을 고성능 단색광 장치를 거쳐서 필요로 하는 파장영역을 선택 후 240nm~2600nm의 파장 범위를 이용하여 측정코자 하는 고체시료를 빛에 통과 시키면서 반사가 일어나는 원리를 이용하여 고체시료의 흡수도 투과율, 반사율, 확산반사율 등을 알 수 있으므로 광학재료 분야의 고체 시료의 물성연구의 시험분석에는 필수적으로 사용되는 장비임.
식. 투과율 계산식
각 실시예에 따른 원료는 MALBERN社 입도분석기 및 수동으로 잔사율 검사를 실시한 후 조합하였고, 사용된 원료의 화학조성을 표 2.에 나타내었다.
또한, 소지조성물은 표 3.에 나타내었으며, 각각의 소지조성물에 따른 도자기의 특성 결과를 표 4.에 나타내었다.
원료의 화학조성
구분 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O TiO2 Na2O Li2O P2O5 L.O.I
점토 50.2 35.8 0.28 0.07 0.06 0.05 0.08 0.06 Tr Tr 12.8
장석 65.9 18.8 0.07 0.09 0.09 11.4 0.02 3.03 Tr Tr 0.30
규석 99.5 0.10 0.03 0.01 0.01 0.01 0.02 0.01 Tr Tr 0.35
규회석 50.0 0.76 0.15 47.0 0.16 0.08 Tr 0.02 Tr Tr 1.02
활석 64.4 0.40 0.20 0.20 33.4 0.02 Tr 0.03 Tr Tr 1.35
골회 2.1 0.08 0.06 52.9 1.13 0.02 0.01 0.52 Tr 39.8 3.38
퓨리트 51.6 14.5 0.15 16.6 5.00 1.60 0.15 Tr Tr Tr 0.50
엽장석 77.3 17.1 0.05 Tr Tr 0.18 Tr 0.37 4.01 Tr 1.99
상기 표 2의 함량의 단위는 중량%이며, 미량 조성이 포함되어 있다.
신속소성(Fast firing)에 있어서 가장 중요한 문제는 불순물 및 Ig.Loss에 의한 분해반응 시 일어나는 가스들에 의해서 발생되는 몸체(body)의 블로팅(Bloating), 유면에 핀홀 및 블리스터링(Blistering) 등 결점을 일으키게 하는 요인을 제거하여야 하며, 또한 짧은 시간에 자화(Vitrifierd)가 이루어져야만 되므로 알칼리 원료들의 선택이 중요하다.
신속소성용 소지조성물의 선택에 있어서 중요한 것은 다음과 같다.
1) 가능한 흡착수(absorption water) 결정수가 적은 원료
2) 가소성 좋은 원료
3) sulphur, 철 화합물 등 불순물이 적은 원료
4) Carbon, Carbonate, Carbonaeus 물질 등 유기물이 적은 원료
5) 강한 알칼리 원료(강한 융제 역할 할 수 있는 알칼리 토류 금속 산화물 원료)
소지조성물
구분 점토 장석 규석 규회석 활석 골회 프리트 엽장석
실시예1 30 30 40 0.1 0.1 0.1 0.01 0.1
실시예2 45 30 25 10 5 10 3 10
실시예3 40 25 35 5 7 1 0.5 5
비교예1 32 30 38 0 0 0 0 0
비교예2 34 23 35 0 0 0 0 0
〈실험 결과〉
상기 표3에 기재된 각 실시예 및 비교예 도자기의 블로팅 결점 정도, 흡수율, 선 수축율, 투광도, 백색도, 곡 강도, 가소성, 열팽창 계수 및 열 충격저항성을 측정하여 표 4.에 나타내었다.
소지조성물에 따른 도자기의특성
구분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2
Bloating 결점 정도 ○ ○ ○ △ X
흡수율(%) 0.06 0.06 0.06 0.23 1.02
선 수축율(%) 11.3 11.7 11.6 11.4 10.5
투광도(%) 85 90 88 80 50
백색도(무유 기준) 92 90 91 92 92
곡 강도(㎏/㎠) 1,065 972 950 991 864
가소성(%) 27.5 26.8 26.5 27.4 27.2
열팽창 계수(× 10-6/℃) 7.52 7.48 7.50 7.46 7.40
열충격저항성(균열발생 유/무) 무 무 무 무 무
1) 블로팅(Bloating) 결점 정도
블로팅(Bloating) 결점 정도는 육안 관찰을 통해 양호(○), 보통(△), 불량(X)으로 판정하였다.
실시예1, 실시예2, 실시예3 에서는 모두 블로팅 결점이 발생하지 않았으며, 유면상태도 양호하였다. 하지만 비교예1 에서는 블로팅 결점이 적은 양이지만 발생하였고, 비교예2 에서는 블로팅 결점이 상당히 많이 발생하여 유면상태가 매우 불량하였다.
2) 흡수율(Water Absorption)
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흡수율 측정은 water heating bath에서 3시간 중탕(boiling)한 후 측정하였다. 그 결과는 도 5와 같다.
흡수율은 실시예1, 실시예2, 실시예3에서는 모두 0.06% 값을 나타내었으며, 이 결과를 통하여 소지조성물의 자화가 충분히 이루어졌음을 알 수 있다. 반면에, 비교예1과 비교예2에서는 모두 흡수율이 증가하였으며, 특히 상대적으로 알칼리 함량이 매우 적은 비교예2에서는 흡수율이 1.02%로서 자화가 거의 이루어지지 않음을 알 수 있다.
3) 선 수축율(Linear Shrinkage)
선 수축율은 실시예1, 실시예2, 실시예3 및 비교예1 에서 모두 비슷하였고 큰 차이를 보이지 않았다. 반면에, 비교예2에서는 자화가 불충분함에 따라 수축이 덜 이루어졌다. 이는 신속소성에서 소결(Sintering) 혹은 자화(磁化)가 매우 중요한 요인(Factor)임을 말해준다.
4) 투광도(Translucency)
투광도는 관능검사로서 100점 만점을 기준으로 표시하였다. 실시예1에 비하여 상대적으로 알칼리 첨가량이 많은 실시예2 및 실시예3에서 투광도가 증가함을 알 수 있다. 반면에, 비교예2 에서는 자화가 불충분함에 따라 전혀 투광도가 없었다. 투광도 물성의 결과도 신속소성에서는 자화(磁化)가 매우 중요한 요인(Factor)임을 알 수 있다.
5) 백색도(Whiteness)
백색도는 일제 Minolta 색차계를 이용하여 측정하였다.
실시예1, 실시예2, 실시예3 및 비교예1과 비교예2 에서 모두 비슷하였고 상호간에 유의미한 차이를 보이지 않았다.
6) 곡 강도
곡 강도는 독일 NETZSCH社 M.O.R 꺽임강도 측정기에 의해서 측정하였다.
곡 강도는 실시예1, 실시예2, 실시예3에서 알칼리 함량의 증량에 따라 낮아지는(또는 값이 커지는) 결과를 나타내었다. 특히 실시예2, 실시예3의 경우는 자화가 너무 많이 이루어져, 즉 과소성(Over Firing)에 따라 소지 속에 폐기공(Closed pore)이 증가함에 따라 소지의 곡 강도 값이 오히려 낮아진 것으로 나타났다. 특히, 알칼리 함량이 적은 비교예2 에서는 자화가 불충분함에 따라 매우 낮은 곡 강도 값을 나타내었다.
7) 가소성
가소성 측정은 독일의 공업규격 PFEFFERKORON 法에 의해서 측정하였다.
실시예1, 실시예2, 실시예3 및 비교예1과 비교예2 에서 모두 비슷하였고 상호간에 유의미한 차이를 보이지 않았다. 비교적 점토량의 감소에 따라 가소성 값도 함께 낮아졌다.
8) 열팽창 계수(T.E.C)
열팽창계수는 지름 4 mm, 높이 50 mm의 원주장형 측정용 시료를 독일 네취사의 열팽창계수 측정장치(NETZSCH, 독일)를 이용하여 40 ~ 800 ℃ 범위에서 측정하였다.
실시예1, 실시예2, 실시예3 및 비교예1과 비교예2 에서 모두 비슷하였고 상호간에 유의미한 차이를 보이지 않았다.
실시예에 따른 열팽창은 비교적 비교예의 기존 도자기 보다 약간 높게 나타났다. 이는 도자기 속에 유리질 형성이 약간 많이 형성된 것으로, 특이한 점은 500℃~650℃ 팽창율이 비교적 안전하게 나타났다. 이는 자유릴리카(Free silica) 량이 적다는 것을 의미하였다.
9) 열 충격 저항성열
열 충격 저항성 실험은 투명유를 8“인치 접시에 시유하여 1250℃에서 130min. 조건으로 소성한 후, 180℃에서 상온수에 급냉(quenching)하여 실시하였다.
전체적으로 160℃까지 안정하였다. 다만 비교예2에서는 170℃에서 불안정함을 보였다. 그러나 모든 소지조성물에서는 170℃까지는 안정한 것으로 나타났다.
첨부된 도면을 설명하면 도1는 소성 시간에 따른 소성 온도 구간을 나타낸 소성 곡선(firing curve) 그래프, 도2는 기존 소지의 융제인 카리장석을 다양한 종류의 융제들로 치환한 시편들의 소성변형량 그래프, 도3은 본 발명의 소성 후 샘플의 선 수축률을 측정하여 나타낸 도면, 도4는 본 발명의 소성후 샘플의 곡 강도를 측정하여 나타낸 도면, 도5는 본 발명의 블로팅 결점 방지용 신속소성 도자기와 종래 신속소성 도자기의 소성온도에 따른 투광도와 흡수율을 비교한 그래프이다,

Claims (5)

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  3. 점토 40∼45중량%, 장석 25∼30중량% 및 규석 25∼40중량%로 조성된 기본 소지원료를 이용한 도자기의 제조방법에 있어서,
    상기 기본소지원료 100중량부에 대하여 규회석 0.1∼10중량부, 활석 0.1∼7중량부, 골회 0.1∼10중량부, 프리트 0.1∼3중량부 및 엽장석(Petalite) 0.1∼10중량부를 첨가하는 단계;
    상기 기본소지 원료 및 첨가제를 볼 밀링기에 장입하여 볼의 크기는 직경 0.1㎜∼50㎜ 의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 10∼500rpm 1∼72시간 동안 분쇄하여 이송장치를 통해 1차 저장탱크로 이송하는 단계;
    1차 탱크에 저장된 슬러리는 펌프를 사용하여 탈철기로 이송이 되며, 탈철기를 통과한 슬러리는 연속적으로 180 mesh 정도의 진동체를 통과시켜 탈철처리한 후, 2차 저장탱크로 이송하는 단계;
    상기 슬러리를 압출 여과기로 이송시켜 탈수 처리하여 함수율 21∼23 중량%인 판재형상의 케이크 형태로 제조하는 단계;
    상기 판재형상의 케이크를 토련기로 이송하여 반자동 또는 전자동 성형장치(ATM)를 이용하여 도자기를 성형하는 단계;
    상기 성형된 도자기를 750∼850℃에서 5∼15시간 동안 셔틀가마에서 초벌구이 하고 상온으로 냉각시킨 후 투명유약을 도자기의 표면에 코팅한 다음 1∼2시간 건조시킨 후에, 신속 소성로로 이송시켜 1200∼1300℃의 온도에서 1∼5시간 동안 소성시켜 건조한 후 상온으로 냉각시키는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 블로팅 결점 방지를 위한 소지 조성물을 이용한 도자기의 제조방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116143507B (zh) * 2023-02-21 2023-11-21 科达制造股份有限公司 一种无锆超白透光坯体材料及其应用
KR102652481B1 (ko) 2023-07-24 2024-03-29 주식회사 예랑 녹차 추출물을 유효성분으로 포함하는 친환경 도자기 소지 조성물

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000109381A (ja) 1998-08-07 2000-04-18 Tadashi Kawai 軽量陶磁器製品及びその製造方法
JP2002068825A (ja) * 2000-09-01 2002-03-08 Toto Ltd 陶磁器
KR101283314B1 (ko) * 2012-03-09 2013-07-09 최인규 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물 및 이를 이용한 도자기의 제조방법

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6325258A (ja) * 1986-07-08 1988-02-02 株式会社サンゴー 低温焼成磁器の製造方法
KR100753770B1 (ko) 2006-10-25 2007-08-31 주식회사 피닉스세라믹스 균열이 없는 내열자기의 소지와 유약조성물의 제게르(Seger)식
KR101056996B1 (ko) 2009-02-26 2011-08-16 경기도 도자기용 무유소지 조성물 및 이를 이용한 도자기 제조방법
KR101265943B1 (ko) 2010-11-26 2013-05-21 한국세라믹기술원 도자기용 청색소지 조성물 및 이를 이용한 도자기용 청색소지의 제조방법
KR101343806B1 (ko) * 2012-05-22 2013-12-20 한국세라믹기술원 경량도자기용 소지 조성물 및 이를 이용한 경량도자기의 제조방법
KR101508721B1 (ko) * 2013-05-20 2015-04-08 재단법인 전남테크노파크 내열자기용 소지조성물 및 상기 소지조성물 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000109381A (ja) 1998-08-07 2000-04-18 Tadashi Kawai 軽量陶磁器製品及びその製造方法
JP2002068825A (ja) * 2000-09-01 2002-03-08 Toto Ltd 陶磁器
KR101283314B1 (ko) * 2012-03-09 2013-07-09 최인규 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물 및 이를 이용한 도자기의 제조방법

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