KR20090108464A

KR20090108464A - 강압 고화식 세라믹 슬립성형방법 및 그 장치.

Info

Publication number: KR20090108464A
Application number: KR1020080033889A
Authority: KR
Inventors: 오중표
Original assignee: 다이섹(주)
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2009-10-15
Also published as: KR100927216B1

Abstract

본 발명은 슬러리 상태의 세라믹 혼합재료를 주형에 주입한 다음 수분을 주형 외부로 신속하게 배출하여 세라믹 분말성형체로 건조한 다음 건조된 세라믹 분말성형체를 원하는 형태로 가공한 후 가열 소결하여 세라믹 성형품을 제조하는 강압 고화식 세라믹 슬립성형방법 및 그 장치에 관한 것이다.

본 발명은 압력주형제작단계(11)와, 성형재료 고압 주입단계(12)와, 강제흡인단계(13)와, 건조단계(14)와, 가공단계(15)와, 소결단계(16)를 포함하여 이루어지는 것이 특징이며,

슬러리 상태의 세라믹 혼합재료인 성형재료를 생산하는 교반기(31)와 재료공급관(32)을 포함하여 이루어지는 성형재료 공급수단(30)이 설치된 것과; 성형공간(21) 및 여과수단(24)이 마련되고, 배출공(23)이 형성된 벽체(22)로 이루어지는 압력주형(20)을 설치한 것;이 특징이다.

본 발명에서 제시하는 강압 고화식 세라믹 슬립성형방법 및 그 장치는 수분을 신속하게 배출하여 생산성과 가공성이 뛰어난 효과가 있고, 압력주형도 반영구적으로 사용이 가능하여 작업효율이 뛰어난 효과가 있고, 물리적인 힘(압력)에 의해 매우 조밀한 상태로 완성되어 뛰어난 물성을 가지는 세라믹 성형품을 얻을 수 있으며, 세라믹 성형품의 치수정밀도도 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

세라믹, 슬립성형, 주형, 압력, 배출공, 여과, 슬러리

Description

강압 고화식 세라믹 슬립성형방법 및 그 장치.{The Ceramic slip casting method of strong-pressure high dry powder jet-type and it's equipment.}

본 발명은 강압 고화식 세라믹 슬립성형방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슬러리 상태의 세라믹 혼합재료를 주형에 주입한 다음 수분을 주형 외부로 신속하게 배출하여 세라믹 분말성형체로 건조한 다음 건조된 세라믹 분말성형체를 원하는 형태로 가공한 후 가열 소결하여 세라믹 성형품을 제조하는 강압 고화식 세라믹 슬립성형방법 및 그 장치에 관한 것이다.

고순도의 무기 화합물을 원료로 하여 만든 요업 제품인 파인세라믹스(fine ceramics)는 특히 내열성, 내마모성, 내식성, 전기 절연성이 뛰어나 고온용 기계 및 부품, 인공골, 전자 부품 등을 만드는 데 주로 사용되고 있으며, 파인세라믹스의 주원료로는 알루미나(Alumina; Al₂O₃), 지르코니아(Zirconia; ZrO₂), 질화규소(SiN), 탄화규소(SiC) 등이 대표적으로 잘 알려져 있다.

이러한 파인세라믹스는 건식 프레스성형이나 압출성형, 시트성형, 사출성형 및 슬립성형 등과 같은 다양한 세라믹 성형방법에 의해 적의의 물성과 형태를 갖는 완성된 성형품으로 제조되어지는데, 다양한 세라믹 성형방법 중 하나인 세라믹 슬립성형(slip casting)방법은 세라믹 분말을 물과 같은 액체에 풀어 유동상태(流動狀態)로 된 슬러리(slurry) 상태의 세라믹 혼합재료를 석고주형에 주입한 다음 액체(수분)를 석고주형으로 배출(또는 흡수)시킴으로써 고화(固化)된 성형체를 만들고 이를 가열소결(加熱燒結)과정을 거쳐 적의의 물성과 형태를 가진 완성된 성형품으로 만드는 것이다.

그러나, 상술한 바와 같은 세라믹 슬립성형방법은 액체가 석고주형으로 자연(自然)적으로 서서히 배출(또는 흡수)되기 때문에, 즉 슬러리 상태의 세라믹 혼합재료가 고화되어 일정두께의 성형체가 되기까지 상당한 시간이 요구되기 때문에 생산성이 떨어지는 문제점이 지적된다. 따라서, 내부까지 건조시키지않고 외부를 일정두께까지만 건조시키는 항아리형태의 용기종류에 한정적으로 사용될 수 밖에 없었다.

또한, 석고주형에 액체가 일정량 이상 흡수되면 석고주형은 흡수성을 거의 상실하여 석고주형도 자주 교체하여야하므로 작업효율도 떨어지는 문제점도 있으며,

또한, 일반적인 세라믹 슬립성형방법에 의해 제조되는 세라믹 성형품은 석고주형의 흡수정도를 획일화시키기가 힘들기 때문에 타 세라믹 성형방법에 의해 제조된 세라믹 성형품에 비해 치수정밀도가 떨어지는 문제점도 지적되고 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 세라믹 슬립성형방법에서 발생되었던 제반 문제점을 일소하기 위하여 창출된 것으로서, 주형으로 주입된 슬러리 상태의 세라믹 혼합재료에서 수분만 주형 외부로 신속하게 강제배출될 수 있도록 하여 생산성을 향상시키고 아울러 완성된 세라믹 성형품의 물성(강도, 내마모성, 내구성 등)도 향상시킴은 물론 주형의 교체가 불필요하여 작업효율도 향상시킬 수 있고 다양한 형태로 정밀한 가공도 가능한 강압 고화식 세라믹 슬립성형방법 및 그 장치를 제공함에 그 기술적 과제의 주안점을 두고 완성한 것이다.

상기한 기술적 과제를 실현하기 위한 본 발명은 성형공간(21), 벽체(22),다수의 배출공(23), 여과수단(24) 등이 구비된 압력주형(20)을 제작하는 압력주형제작단계(11)와; 상기 압력주형(20)의 내부 성형공간(21)에 일정량의 성형재료(A)를 고압 주입하는 성형재료 고압 주입단계(12)와; 상기 성형재료 고압 주입단계(12)와 동시에 성형재료의 수분이 압력주형(20)의 외부로 더욱더 원활히 배출될 수 있도록 강제흡인하는 강제흡인단계(13)와; 잔존 수분을 완전 건조시켜 세라믹 분말성형체를 얻기 위한 건조단계(14)와; 건조된 세라믹 분말성형체를 요구되는 형태에 따라 가공하는 가공단계(15)와; 세라믹 분말성형체의 최종 마감을 위한 소결단계(16);를 포함하여 이루어지는 것이 특징이며,

본 발명에서 제시하는 강압 고화식 세라믹 슬립성형방법 및 그 장치는 주입압력 및 흡인압력을 이용하여 압력주형(20) 내부에 주입된 성형재료(A)로부터 수분을 신속하게 배출하여 생산성과 가공성이 뛰어나고, 압력주형(20)도 반영구적으로 사용이 가능하여 작업효율도 뛰어난 세라믹 슬립성형방법을 실현할 수 있고, 수분을 제외한 성형재료 입자는 물리적인 힘(압력)에 의해 더욱더 조밀한 상태로 될 수 있어 최종 완성된 세라믹 성형품은 보다 뛰어난 물성을 가질 수 있으며, 소결단계를 거치기 전에 정밀가공이 가능하여 세라믹 성형품의 치수정밀도도 향상시킬 수 있는 등 그 기대되는 효과가 실로 유익한 발명이다.

도 1에 본 발명의 블록도가 도시되는데, 도시된 바와 같이 본 발명은 주형으로 주입된 세라믹 분체 및 첨가제와 물을 혼합한 슬러리 상태의 세라믹 혼합재료를 건조하여 세라믹 성형품을 제조하는 세라믹 슬립성형방법에 있어서,

내부에는 성형공간(21)이 마련되고, 그 성형공간(21)을 둘러싼 벽체(22)에는 다수의 배출공(23)이 형성되는 한편, 벽체(22)의 내면 둘레에는 여과수단(24)이 구비되는 압력주형(20)을 제작하는 압력주형제작단계(11)와; 상기 압력주형제작단계(11)를 통해 제작된 압력주형(20)의 내부 성형공간(21)에 일정량의 성형재료(A)를 주입하되, 상기 성형재료의 주입시 주입되는 성형재료(A)가 성형공간(21)을 둘러싼 벽체(22)에 상당한 압력으로 밀착되면서 수분의 신속한 외부 배출을 촉진할 수 있게 고압 주입하는 성형재료 고압 주입단계(12)와; 상기 성형재료 고압 주입단계(12)와 동시에 상기 압력주형(20)의 외부에서는 그 압력주형(20)에 천공된 다수 배출공(23)의 외측에서 상기 내부의 고압주입과 대응하는 강제 흡인력이 인가되어 내부 수분의 외부 배출을 더욱더 촉진될 수 있도록 강제흡인하는 강제흡인단계(13)와; 상기 성형재료 고압 주입단계(12)와 강제흡인단계(13)를 통해 일정량의 수분이 제거되면 잔존 수분을 완전 건조시켜 세라믹 분말성형체를 얻기 위한 건조단계(14)와; 상기 건조된 세라믹 분말성형체를 요구되는 형태에 따라 가공하는 가공단계(15)와; 상기 가공단계(15)를 통해 가공된 세라믹 분말성형체의 최종 마감을 위한 소결단계(16);를 포함하여 최종 완성된 세라믹 성형품을 제조하는 강압 고화식 세라믹 슬립성형방법이 특징이다.

상기 성형재료(A)는 세라믹 분체 및 첨가제와 물을 혼합하여 이루어지는 세라믹 혼합재료로써, 교반기(31)에서 불용성의 고체 미립자를 서스펜션(suspension)상태로 함유한 유동성을 지닌 고체와 액체의 혼합물인 슬러리상태로 혼합되어진다.

상기 세라믹 분말성형체는 슬러러상태의 성형재료(A)가 압력주형(20) 내에서 수분만 배출, 건조되어 고화된 상태에 있는 것인데, 소결단계(16)를 거치고 난 후에는 강도 및 내마모성이 매우 뛰어나 가공성이 떨어지기 때문에 공업용 다이아몬드를 이용하여 수차례에 걸쳐 장시간 가공하여야 하므로 건조단계(14)와 소결단계(16)의 사이에서 원하는 형태로 가공을 하는 것이 바람직하며, 이와 같이 소결단계(16)를 거치기 전에 가공을 하게 되면 선반과 같은 일반적인 가공기계에 의해서도 쉽게 가공을 할 수 있기 때문에 완성된 세라믹 성형품의 치수정밀도도 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 본 발명에서 제시하는 강압 고화식 세라믹 슬립성형방법은 고압 주입단계(12)와 강제흡인단계(13)에서 상당한 압력, 즉 주입압력 및 흡인압력에 의해 성형재료(A)의 세라믹 입자를 조밀하게 밀착시킴으로써, 최종 세라믹 완성품의 강도 및 내구성, 내마모성 등을 현저히 향상시킬 수 있다.

도 2 내지 도 3에 성형재료의 고압주입, 강제흡인 및 수분배출과정을 설명하기 위한 강압 고화식 세라믹 슬립성형장치(10)의 개략도가 도시되는데, 도시된 바와 같이 본 발명에서 제시하는 강압 고화식 세라믹 슬립성형장치(10)는 세라믹 분체와 첨가제, 물을 혼합 및 교반하여 성형재료인 슬러리 상태의 세라믹 혼합재료를 생산하는 교반기(31)와 생산된 성형재료(A)를 압력주형(20)으로 공급하는 재료공급관(32)를 포함하여 이루어지는 성형재료 공급수단(30)이 설치된 것과; 상기 성형재료 공급수단(30)으로부터 공급받은 성형재료(A)가 투입된 후 일정한 체적으로 고화되는 성형공간(21)이 마련되고, 상기 성형공간(21)을 둘러싼 벽체(22)에는 투입 된 성형재료에 포함된 수분의 용이한 외부 배출을 위한 다수의 배출공(23)을 천공하는 한편, 상기 벽체(22)의 내면 둘레에는 수분배출은 허용하되 수분을 제외한 입자재료는 배출차단하는 여과수단(24)이 구비된 압력주형(20)을 설치한 것;이 특징임을 알 수 있다.

또한, 상기 압력주형(20)은 그 주형에 천공된 다수 배출공(23)의 외측에서 일정한 흡인 진공압력이 인가되어 내부 수분의 외부 배출을 촉진하기 위해 흡인펌프(42)를 갖는 흡인용 감압쳄버(40)의 흡인공간(41) 내에 설치하는 것이 특징이며,

상기 성형재료 공급수단(30)의 교반기(31) 일측에는 내부 성형재료(A)가 압력주형(20)에 공급될 때 고압으로 충진 주입될 수 있도록 압력펌프(33)를 추가로 더 설치한 것이 특징이다.

상기 성형재료(A)는 교반기(31)로부터 재료공급관(32)를 거쳐 압력주형의 주입공(25)을 통해 압력주형 내부의 성형공간(21)으로 주입되어진다.

상기 압력주형(20)은 내부에 마련된 성형공간(21)에 성형재료(A)가 압력펌프(33)에 의해 고압으로 주입되므로 고압상태에서도 변형이나 손상 등의 무리가 없는 견고한 재질로 제작됨이 바람직한데, 제조비용 및 제조의 용이성과 설치 및 사용의 용이성 등을 고려하여 피브이시(PVC)로 제작함이 이상적이며, 또한 사용의 편의를 위해서 각각의 벽체들을 조립하여 클램프로 고정 또는 해체가 가능하도록 제작하는 것이 바람직하다.

상기 배출공(23)은 압력펌프(33)에 의한 주입압력과 흡인펌프(42)에 의한 흡 인압력과 함께 성형재료(A)의 수분이 압력주형(20) 외부로 빠져나가는 통로역할을 하는 것으로써, 압력주형의 벽체(22)에 다수를 고르게 형성하는 것이 바람직하며,

상기 여과수단(24)은 성형재료(A)의 수분은 통과시키면서 수분을 제외한 입자는 차단시킬 수 있는 것으로써, 한지가 가장 이상적이나 여과지, 부직포 등과 같은 것을 사용하는 것도 가능하다.

상기 흡인용 감압쳄버(40)는 내부에 마련된 흡인공간(41)에는 압력주형(20)을 설치하고, 일측에는 흡인펌프(42)를 구비하며, 하측에는 배수공(40a)을 형성하여 이루어지는 것으로, 압력주형 내부로 주입된 성형재료의 수분은 흡인공간(41)으로 배출된 다음 배수공(40a)을 통해 흡인용 감압쳄버(40)의 외부로 배출되어 진다.

이상과 같이 이루어지는 본 발명의 작용은 하기와 같다.

교반기(31)에서 생산된 성형재료(A)가 재료공급관(32)를 거쳐 압력주형의 주입공(25)을 통해 압력주형 내부의 성형공간(21)으로 주입되는데, 이때 교반기(31)의 일측에 구비된 압력펌프(33)에 의해 고압으로 주입되고,

동시에 흡인펌프(42)에 의해 흡인용 감압쳄버(40) 내부의 흡인공간(41)을 감압(減壓)상태로 형성하게 되면, 압력주형의 성형공간(21)으로 고압주입된 성형재료(A)의 수분은 압력주형(20) 외부로 압력차이에 의해 강제로 신속하게 배출될 수 있는데, 이때 압력주형의 벽체 내면 둘레에 마련된 여과수단(24)에 의해 수분만 압력주형(20) 외부로 빠져나가고 수분을 제외한 입자재료는 압력주형(20) 내부에 남아서 건조되어 세라믹 분말성형체가 되는 것이며,

상기 세라믹 분말성형체는 원하는 형태로 가공된 다음 가열 소결되어 최종 세라믹 완성품으로 제조되는 것이다.

한편, 압력펌프(33)에 의해 성형재료(A)를 압력주형 내부의 성형공간(21)에 고압으로 주입하고 동시에 흡인펌프(42)에 의해 흡인용 감압쳄버(40) 내부의 흡인공간(41)을 감압상태로 형성하게 되면, 수분을 제외한 성형재료는 물리적인 힘(압력)에 의해 더욱더 조밀한 상태로 고화될 수 있게 되며, 최종 완성된 세라믹 성형품은 보다 뛰어난 물성(강도, 내구성, 내마모성 등)을 가질 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 블록도

도 2는 본 발명에 따른 성형재료의 고압 주입 및 강제흡인과정을 설명하기 위한 참고도.

도 3은 본 발명에 따른 성형재료의 수분 배출과정을 설명하기 위한 참고도.

◀ 도면의 주요부분에 사용된 부호에 대한 설명 ▶

11 : 압력주형제작단계 12 : 성형재료 고압주입단계

13 : 강제흡인단계 14 : 건조단계

15 : 가공단계 16 : 소결단계

20 : 압력주형 21 : 성형공간

22 : 벽체 23 : 배출공

24 : 여과수단 25 : 주입공

30 : 성형재료 공급수단 31 : 교반기

32 : 재료공급관 33 : 압력펌프

40 : 흡인용 감압쳄버 40a : 배수공

41 : 흡인공간 42 : 흡인펌프

A : 성형재료

Claims

주형으로 주입된 세라믹 분체 및 첨가제와 물을 혼합한 슬러리 상태의 세라믹 혼합재료를 건조하여 세라믹 성형품을 제조하는 세라믹 슬립성형방법에 있어서,

내부에는 성형공간(21)이 마련되고, 그 성형공간(21)을 둘러싼 벽체(22)에는 다수의 배출공(23)이 형성되는 한편, 벽체(22)의 내면 둘레에는 여과수단(24)이 구비되는 압력주형(20)을 제작하는 압력주형제작단계(11)와;

상기 압력주형제작단계(11)를 통해 제작된 압력주형(20)의 내부 성형공간(21)에 일정량의 성형재료(A)를 주입하되, 상기 성형재료의 주입시 주입되는 성형재료(A)가 성형공간을 둘러싼 벽체(22)에 상당한 압력으로 밀착되면서 수분의 신속한 외부 배출을 촉진할 수 있게 고압 주입하는 성형재료 고압 주입단계(12)와;

상기 성형재료 고압 주입단계(12)와 동시에 상기 압력주형(20)의 외부에서는 그 압력주형에 천공된 다수 배출공(23)의 외측에서 상기 내부의 고압주입과 대응하는 강제 흡인력이 인가되어 내부 수분의 외부 배출을 더욱더 촉진될 수 있도록 강제흡인하는 강제흡인단계(13)와;

상기 성형재료 고압 주입단계(12)와 강제흡인단계(13)를 통해 일정량의 수분이 제거되면 잔존 수분을 완전 건조시켜 세라믹 분말성형체를 얻기 위한 건조단계(14)와;

상기 건조된 세라믹 분말성형체를 요구되는 형태에 따라 가공하는 가공단 계(15)와;

상기 가공단계(15)를 통해 가공된 세라믹 분말성형체의 최종 마감을 위한 소결단계(16);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 강압 고화식 세라믹 슬립성형방법.
세라믹 분체와 첨가제, 물을 혼합 및 교반하여 성형재료인 슬러리 상태의 세라믹 혼합재료를 생산하는 교반기(31)와 생산된 성형재료(A)를 압력주형(20)으로 공급하는 재료공급관(32)을 포함하여 이루어지는 성형재료 공급수단(30)이 설치된 것과;

상기 성형재료 공급수단(30)으로부터 공급받은 성형재료(A)가 투입된 후 일정한 체적으로 고화되는 성형공간(21)이 마련되고, 상기 성형공간(21)을 둘러싼 벽체(22)에는 투입된 성형재료(A)에 포함된 수분의 용이한 외부 배출을 위한 다수의 배출공(23)을 천공하는 한편, 상기 벽체(22)의 내면 둘레에는 수분배출은 허용하되 수분을 제외한 입자재료는 배출차단하는 여과수단(24)이 구비된 압력주형(20)을 설치한 것;을 특징으로 하는 강압 고화식 세라믹 슬립성형장치.
제 2항에 있어서,

상기 압력주형(20)은 그 주형에 천공된 다수 배출공(23)의 외측에서 일정한 흡인 진공압력이 인가되어 내부 수분의 외부 배출을 촉진하기 위해 흡인펌프(42)를 갖는 흡인용 감압쳄버(40)의 흡인공간(41) 내에 설치하는 것을 특징으로 하는 강압 고화식 세라믹 슬립성형장치.
제 2항에 있어서,

상기 성형재료 공급수단(30)의 교반기(31) 일측에는 내부 성형재료(A)가 압력주형(20)에 공급될 때 고압으로 충진 주입될 수 있도록 압력펌프(33)를 추가로 더 설치한 것을 특징으로 하는 강압 고화식 세라믹 슬립성형장치.