KR20110013801A - Setter for manufacturing ceramic and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a setter for manufacturing ceramic is provided to simplify whole manufacturing processes and to enable both side use of the setter by forming a zirconia coating layer at both sides of an alumina support. CONSTITUTION: A method for manufacturing a setter(34) for manufacturing ceramic comprises the steps of: a first slurry containing alumina(Al2O3) and a second slurry containing zirconia(ZrO2); respectively applying the first slurry and the second slurry on a base film; removing the base film after drying to prepare an alumina tape and a zirconia tape; forming an alumina stack by laminating plural alumina tapes and laminating plural zirconia tapes on the alumina stack; and heat-compressing, plasticizing, and degreasing the alumina stack and the zirconia stack to form an alumina support(30) and a coating layer(32).

Description

세라믹 제조용 세터와 이의 제조 방법 {SETTER FOR MANUFACTURING CERAMIC AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}SETTER FOR CERAMIC PRODUCTION AND MANUFACTURING METHOD THEREOF {SETTER FOR MANUFACTURING CERAMIC AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 세라믹 제조용 세터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조 공정을 단순화하고, 제조 비용을 낮추며, 양면 모두를 사용할 수 있는 세라믹 제조용 세터 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ceramic manufacturing setter, and more particularly, to a ceramic manufacturing setter and a method for manufacturing the same, which simplifies the manufacturing process, lowers the manufacturing cost, and can use both surfaces.

세라믹 제조용 세터(setter)는 세라믹 원재료를 소결 압착하여 세라믹 부품을 제조할 때 세라믹 원재료를 지지하는 역할을 한다. 이러한 세라믹 제조용 세터는 세라믹 원재료의 소결 온도 이상에서 파손되거나 변형이 일어나지 않아야 하며, 세라믹 원재료에 포함된 금속 산화물과 반응하지 않아야 한다.A setter for manufacturing a ceramic serves to support the ceramic raw material when the ceramic component is manufactured by sintering and compressing the ceramic raw material. This ceramic manufacturing setter should not be damaged or deformed above the sintering temperature of the ceramic raw material, and should not react with the metal oxide contained in the ceramic raw material.

예를 들어, 알루미나(Al2O3)로 제조된 세터의 경우, 고체산화물 연료전지의 전극 구성 물질인 Ni 산화물을 알루미나 세터 위에서 소결하면, 알루미나 세터와 Ni 산화물이 반응하여 니켈 알루미네이트(NiAl2O4)가 형성되고, Ni 성분이 알루미나 세터로 이동하여 연료전지 스택 제조시 제품 불량이 발생하게 된다.For example, in the case of a setter made of alumina (Al 2 O 3 ), when Ni oxide, which is an electrode constituent of a solid oxide fuel cell, is sintered on an alumina setter, the alumina setter and Ni oxide react to form nickel aluminate (NiAl 2). O 4 ) is formed, the Ni component is moved to the alumina setter, and product defects occur when manufacturing the fuel cell stack.

따라서 알루미나 지지체 위에 Ni과의 반응성이 없는 지르코니아(ZrO2) 코팅 층을 형성한 세터가 제안되었다. 이 세터는 지르코니아로 제조된 세터와 동일한 효과(예를 들어, 녹는점이 매우 높고, 많은 금속과의 반응성이 적은 효과)를 발휘하면서 생산 원가를 줄일 수 있는 장점이 있다.Therefore, a setter has been proposed in which a zirconia (ZrO 2 ) coating layer having no reactivity with Ni is formed on an alumina support. This setter has the same advantages as the setter made of zirconia (for example, a very high melting point and less reactivity with many metals) while reducing the production cost.

전술한 세터는, ① 가압 프레스법 또는 슬립 캐스팅법을 이용하여 알루미나 지지체를 성형한 다음 이를 소성 및 탈지하여 알루미나 지지체를 제조하고, ② 스프레이 코팅법을 이용하여 알루미나 지지체 위에 지르코니아를 도포한 다음 이를 소성 및 탈지하여 지르코니아 코팅층을 형성하며, ③ 세터의 표면을 가공 및 절단하는 과정을 거쳐 완성된다.The above-described setter is prepared by a) forming an alumina support by using a pressure press method or a slip casting method, and then firing and degreasing it to produce an alumina support, and ② applying zirconia on the alumina support by using a spray coating method and then firing it. And degreasing to form a zirconia coating layer, ③ is completed through the process of processing and cutting the surface of the setter.

그런데 가압 프레스법과 슬립 캐스팅법은 생산성이 높지 못하며, 연속식 공정이 불가능하다. 스프레이 코팅법은 공정 단가가 매우 높고, 양면 코팅에 어려움이 있으며, 지르코니아 코팅층의 두께가 불균일하기 때문에 제조 후 정밀 가공이 요구되나, 정밀 가공 후에는 제조 수율이 저하되는 이중의 문제를 안고 있다. 더욱이 종래에는 두 번에 걸친 소성 및 탈지 공정으로 인해 제조 공정이 복잡해지고, 제조 비용이 상승하게 된다.However, the pressure press method and the slip casting method are not high in productivity, and continuous processes are impossible. The spray coating method has a high process cost, difficulty in double-sided coating, and precision processing after manufacturing is required because the thickness of the zirconia coating layer is nonuniform, but there is a double problem that the manufacturing yield is reduced after the precision processing. Moreover, conventionally, two firing and degreasing processes complicate the manufacturing process and increase the manufacturing cost.

본 발명은 제조 공정을 단순화하고, 제조 비용을 낮추며, 양면 사용이 가능한 세라믹 제조용 세터 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.The present invention aims to simplify the manufacturing process, lower the manufacturing cost, and to provide a ceramic manufacturing setter and a method of manufacturing the same, which can be used on both sides.

본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 제조용 세터의 제조 방법은, ⅰ) 알루미 나(Al2O3)를 포함하는 제1 슬러리 및 지르코니아(ZrO2)를 포함하는 제2 슬러리를 제조하는 단계와, ⅱ) 제1 슬러리와 제2 슬러리를 각각 바탕 필름 위에 도포, 건조 후 바탕 필름을 제거하여 알루미나 테이프 및 지르코니아 테이프를 제조하는 단계와, ⅲ) 알루미나 테이프를 복수개 적층하여 알루미나 스택을 형성하고, 알루미나 스택 위에 지르코니아 테이프를 복수개 적층하여 지르코니아 스택을 형성하는 단계와, ⅳ) 알루미나 스택과 지르코니아 스택을 가열 압착 후 동시 소성 및 탈지하여 알루미나 지지체와 지르코니아 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.Method for producing a ceramic setter according to an embodiment of the present invention, iii) preparing a first slurry containing alumina (Al 2 O 3 ) and a second slurry containing zirconia (ZrO 2 ), Ii) applying a first slurry and a second slurry onto the base film and drying the base film to remove the base film, and iii) laminating a plurality of alumina tapes to form an alumina stack, and then stacking the alumina stack. Forming a zirconia stack by laminating a plurality of zirconia tapes thereon; and iii) concurrently calcining and degreasing the alumina stack and the zirconia stack to form an alumina support and a zirconia coating layer.

제1 슬러리는 알루미나와 탈크가 혼합된 세라믹 파우더, 바인더, 해교제, 가소제, 및 용매를 포함할 수 있다. 알루미나는 세라믹 파우더에 대해 60중량% 내지 80중량%로 포함될 수 있다. 제1 슬러리는 기공제를 더 포함할 수 있다. 기공제는 세라믹 파우더에 대해 20중량% 내지 40중량%로 포함될 수 있다. 제1 슬러리는 3000cps 내지 7000cps의 점도를 가질 수 있다.The first slurry may include a ceramic powder mixed with alumina and talc, a binder, a peptizing agent, a plasticizer, and a solvent. Alumina may be included in an amount of 60% to 80% by weight based on the ceramic powder. The first slurry may further comprise a pore agent. The pore-forming agent may be included in an amount of 20% to 40% by weight based on the ceramic powder. The first slurry may have a viscosity of 3000 cps to 7000 cps.

제2 슬러리는 지르코니아 파우더, 바인더, 해교제, 가소제, 및 용매를 포함할 수 있다. 제2 슬러리는 기공제를 더 포함할 수 있다. 기공제는 지르코니아 파우더에 대해 10중량% 내지 20중량%로 포함될 수 있다.The second slurry may comprise zirconia powder, a binder, a peptizing agent, a plasticizer, and a solvent. The second slurry may further comprise a pore agent. The pore-forming agent may be included in an amount of 10% to 20% by weight based on the zirconia powder.

지르코니아 테이프는 40㎛ 내지 100㎛의 두께를 가질 수 있다.Zirconia tapes may have a thickness of 40 μm to 100 μm.

가열 압착은 70℃ 내지 100℃에서 진행될 수 있고, 동시 소성은 1500℃ 내지 1600℃에서 진행될 수 있다. 지르코니아 스택을 알루미나 스택의 양면에 배치하여 지르코니아 코팅층을 알루미나 지지체의 양면에 형성할 수 있다.Thermal compression may be performed at 70 ° C. to 100 ° C., and simultaneous firing may be performed at 1500 ° C. to 1600 ° C. The zirconia stack can be placed on both sides of the alumina stack to form a zirconia coating layer on both sides of the alumina support.

본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 제조용 세터는, 전술한 방법으로 제조된 알루미나 지지체와 지르코니아 코팅층을 포함한다.The setter for manufacturing a ceramic according to an embodiment of the present invention includes an alumina support and a zirconia coating layer prepared by the method described above.

알루미나 지지체는 1.5mm 내지 3mm의 두께를 가질 수 있고, 지르코니아 코팅층은 30㎛ 내지 200㎛의 두께를 가질 수 있다. 알루미나 지지체와 지르코니아 코팅층은 10% 내지 50%의 기공도를 가질 수 있다.The alumina support may have a thickness of 1.5mm to 3mm, the zirconia coating layer may have a thickness of 30㎛ 200㎛. The alumina support and the zirconia coating layer may have a porosity of 10% to 50%.

본 발명에 의한 세터의 제조 방법에 따르면, 소성 공정 수를 줄여 전체 제조 공정을 단순화하고, 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 지르코니아 코팅층의 표면 구조 및 세터의 기공도를 용이하게 제어할 수 있으므로, 세터의 사용 목적에 따라 다양한 종류의 세터를 제조할 수 있고, 테이프 캐스팅법의 특성상 연속식 제조가 가능하므로 세터의 대량 생산이 가능하다. 또한, 알루미나 지지체의 양면에 지르코니아 코팅층을 형성하므로 세터의 양면 모두를 사용할 수 있다.According to the method of manufacturing a setter according to the present invention, the number of firing steps can be reduced, thereby simplifying the entire manufacturing process and reducing the manufacturing cost. In addition, since the surface structure of the zirconia coating layer and the porosity of the setter can be easily controlled, various kinds of setters can be manufactured according to the purpose of use of the setter, and the continuous casting can be performed due to the characteristics of the tape casting method. Production is possible. In addition, since the zirconia coating layer is formed on both sides of the alumina support, both sides of the setter can be used.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 제조용 세터의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.1 is a process flowchart showing a method of manufacturing a ceramic manufacturing setter according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 세라믹 제조용 세터의 제조 방법은, 알루미나(Al2O3)를 포함하는 제1 슬러리 및 지르코니아(ZrO2)를 포함하는 제2 슬러리를 제조하는 제1 단계(S100)와, 제1 슬러리를 이용하여 알루미나 테이프를 제조하고 제2 슬러리를 이용하여 지르코니아 테이프를 제조하는 제2 단계(S200)와, 알루미나 테이프와 지르코니아 테이프를 이용하여 알루미나 스택과 지르코니아 스택을 형성하는 제3 단계(S300)와, 알루미나 스택과 지르코니아 스택을 가열 압착 후 동시 소성 및 탈지하여 알루미나 지지체와 지르코니아 코팅층을 형성하는 제4 단계(S400)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method of manufacturing a ceramic setter includes a first step (S100) of preparing a first slurry including alumina (Al 2 O 3 ) and a second slurry including zirconia (ZrO 2 ), A second step (S200) of preparing an alumina tape using a first slurry and a zirconia tape using a second slurry, and a third step of forming an alumina stack and a zirconia stack using an alumina tape and a zirconia tape ( S300) and a fourth step (S400) of forming the alumina support and the zirconia coating layer by simultaneously calcining and degreasing the alumina stack and the zirconia stack by heat pressing.

제1 단계(S100)에서, 제1 슬러리는 테이프 캐스팅용 알루미나 슬러리이고, 제2 슬러리는 테이프 캐스팅용 지르코니아 슬러리이다.In the first step (S100), the first slurry is an alumina slurry for tape casting, and the second slurry is a zirconia slurry for tape casting.

제1 슬러리는 알루미나와 탈크가 혼합된 세라믹 파우더, 바인더, 가소제, 해교제, 및 용매를 포함한다. 이때 알루미나는 세라믹 파우더에 대해 60중량% 내지 80중량%로 포함되고, 탈크는 세라믹 파우더에 대해 20중량% 이하로 포함될 수 있다.The first slurry includes a ceramic powder mixed with alumina and talc, a binder, a plasticizer, a peptizing agent, and a solvent. At this time, the alumina may be included in 60% by weight to 80% by weight based on the ceramic powder, talc may be included in 20% by weight or less based on the ceramic powder.

세라믹 파우더에 대한 알루미나의 함량이 60중량% 미만이면, 세라믹 제조용 세터의 기계적 강도가 낮아져 세라믹 소결시 고온에서 균열이 발생할 수 있다. 세라믹 파우더에 대한 알루미나의 함량이 80중량%를 초과하면, 제4 단계(S400)에서 알루미나 지지체와 지르코니아 코팅층의 수축에 차이가 생기므로 지르코니아 코팅층의 분리 현상이 나타나거나 균열이 발생할 수 있다. 또한, 세라믹 파우더에 대한 탈크의 함량이 20중량%를 초과하면, 알루미나 지지체의 소결이 어려워져 세라믹 제조용 세터의 기계적 강도가 낮아지고, 소결시 휘어지는 현상이 나타날 수 있다.If the content of alumina in the ceramic powder is less than 60% by weight, the mechanical strength of the ceramic setter may be lowered, so that cracking may occur at high temperatures during ceramic sintering. When the content of the alumina in the ceramic powder exceeds 80% by weight, a difference occurs in shrinkage of the alumina support and the zirconia coating layer in the fourth step (S400), which may result in separation of the zirconia coating layer or cracking. In addition, when the content of talc in the ceramic powder exceeds 20% by weight, it is difficult to sinter the alumina support, thereby lowering the mechanical strength of the ceramic manufacturing setter, and may cause a phenomenon of bending during sintering.

제1 슬러리는 기공 형성을 위한 기공제를 더 포함할 수 있다. 이 경우 알루미나 지지체는 기공제의 함량에 비례하는 다공성을 나타낸다. 기공제는 카본계 물질로 제조되며, 그라파이트, 카본 블랙, 전분, 및 에틸 셀룰로오스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 기공제는 세라믹 파우더에 대해 20중량% 내지 40중량%로 포함될 수 있다.The first slurry may further include a pore agent for pore formation. In this case, the alumina support exhibits a porosity proportional to the content of the pore agent. The pore agent is made of a carbon-based material and may include at least one of graphite, carbon black, starch, and ethyl cellulose. The pore-forming agent may be included in an amount of 20% to 40% by weight based on the ceramic powder.

세라믹 파우더에 대한 기공제의 함량이 20중량% 미만이면, 알루미나 지지체가 과도하게 치밀화되어 세라믹 제조용 세터로 사용시 세라믹 소결 과정에서 탈지의 문제를 일으킬 수 있다. 세라믹 파우더에 대한 기공제의 함량이 40중량%를 초과하면, 알루미나 지지체의 기계적 강도가 낮아져 세라믹 제조용 세터로 장기 사용시 균열의 문제를 유발할 수 있다.If the content of the pore-forming agent in the ceramic powder is less than 20% by weight, the alumina support may be excessively densified, which may cause a problem of degreasing during the ceramic sintering process when used as a setter for producing a ceramic. If the content of the pore-forming agent in the ceramic powder exceeds 40% by weight, the mechanical strength of the alumina support is lowered, which may cause a problem of cracking during long-term use as a setter for producing ceramics.

전술한 세라믹 분말과 기공제를 바인더, 가소제, 및 해교제가 녹아있는 용매에 혼합하고, 이 혼합물을 비드 밀링(bead milling) 공정으로 교반하여 제1 슬러리를 제조한다. 제1 슬러리는 테이프 캐스팅에 적합한 3000cps 내지 7000cps의 점도를 가질 수 있다.The above-mentioned ceramic powder and pore-forming agent are mixed with a solvent in which a binder, a plasticizer, and a peptizing agent are dissolved, and the mixture is stirred by a bead milling process to prepare a first slurry. The first slurry may have a viscosity of 3000 cps to 7000 cps suitable for tape casting.

제2 슬러리는 지르코니아 파우더, 바인더, 가소제, 해교제, 및 용매를 포함한다. 제2 슬러리 또한 기공 형성을 위한 기공제를 더 포함할 수 있다. 이 경우 지르코니아 코팅층은 기공제의 함량에 비례하는 다공성을 나타낸다. 기공제의 성분은 제1 슬러리와 동일하며, 지르코니아 파우더에 대해 10중량% 내지 20중량%로 포함될 수 있다.The second slurry contains zirconia powder, a binder, a plasticizer, a peptizing agent, and a solvent. The second slurry may also further include a pore agent for pore formation. In this case, the zirconia coating layer exhibits a porosity proportional to the content of the pore agent. The component of the pore-forming agent is the same as the first slurry, and may be included in an amount of 10% to 20% by weight based on the zirconia powder.

지르코니아 파우더에 대한 기공제의 함량이 10중량% 미만이면, 제4 단계(S400)에서 지르코니아 코팅층이 과도하게 치밀화되어 세라믹 제조용 세터 사용시 바인더 탈지의 문제를 일으킬 수 있다. 지르코니아 파우더에 대한 기공제의 함량이 20중량%를 초과하면, 제4 단계(S400)에서 지르코니아 코팅층의 소결이 어렵게 되어 알루미나 지지체와의 층간 분리가 일어나거나 층 사이가 들뜨는 현상이 발생할 수 있다.If the content of the pore-based to the zirconia powder is less than 10% by weight, the zirconia coating layer is excessively densified in the fourth step (S400) may cause a problem of binder degreasing when using a setter for manufacturing ceramics. When the content of the pore-forming agent to the zirconia powder exceeds 20% by weight, the sintering of the zirconia coating layer in the fourth step (S400) is difficult to cause the delamination with the alumina support may occur or the phenomenon of lifting between the layers may occur.

전술한 지르코니아 파우더와 기공제를 바인더, 가소제, 및 해교제가 녹아있는 용매에 혼합하고, 이 혼합물을 비드 밀링 공정으로 교반하여 제2 슬러리를 제조한다. 제2 슬러리는 테이프 캐스팅에 적합한 1000cps 내지 3000cps의 점도를 가질 수 있다.The zirconia powder and the pore-forming agent described above are mixed with a solvent in which a binder, a plasticizer, and a peptizing agent are dissolved, and the mixture is stirred by a bead milling process to prepare a second slurry. The second slurry may have a viscosity of 1000 cps to 3000 cps suitable for tape casting.

도 2는 도 1에 도시한 제2 단계에서 사용되는 테이프 캐스팅 장치를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시한 테이프 캐스팅 장치의 부분 확대 단면도이다.FIG. 2 is a perspective view showing the tape casting device used in the second step shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of the tape casting device shown in FIG.

도 2와 도 3을 참고하면, 테이프 캐스팅 장치(100)는 바탕 필름(12)을 이송하는 한 쌍의 롤러(14)와, 슬러리를 제공받아 바탕 필름(12) 위에 도포하는 슬러리 챔버(16)와, 슬러리 챔버(16)에 부착되어 슬러리를 균일한 두께로 밀어내는 닥터 블레이드(18)와, 바탕 필름(12) 위에 도포된 슬러리를 건조시키는 건조 챔버(20) 등을 포함한다.2 and 3, the tape casting device 100 includes a pair of rollers 14 for conveying the base film 12, and a slurry chamber 16 for receiving a slurry and applying the slurry onto the base film 12. And a doctor blade 18 attached to the slurry chamber 16 to push the slurry to a uniform thickness, a drying chamber 20 for drying the slurry applied on the base film 12, and the like.

전술한 테이프 캐스팅 장치(100)를 이용하여 제1 슬러리를 바탕 필름(12) 위에 도포 후 건조시켜 알루미나 테이프 모재를 형성하고, 같은 방법으로 제2 슬러리 를 바탕 필름(12) 위에 도포 후 건조시켜 지르코니아 테이프 모재를 형성한다. 이어서 알루미나 테이프 모재와 지르코니아 테이프 모재를 원하는 크기로 절단 및 가공한 후 바탕 필름(12)을 제거하여 알루미나 테이프와 지르코니아 테이프를 완성한다.The first slurry is applied onto the base film 12 using the above-described tape casting apparatus 100 and dried to form an alumina tape base material. In the same manner, the second slurry is applied onto the base film 12 and dried to zirconia. Form a tape base material. Subsequently, the alumina tape base material and the zirconia tape base material are cut and processed to a desired size, and then the base film 12 is removed to complete the alumina tape and zirconia tape.

이 과정에서 알루미나 테이프는 이후 알루미나 지지체가 되므로 전술한 3000cps 내지 7000cps의 고점도 슬러리로 제조되는 것이 유용하며, 200㎛ 내지 500㎛의 비교적 큰 두께로 형성될 수 있다. 지르코니아 테이프는 이후 알루미나 지지체와의 반응을 억제하기 위한 최소 두께인 40㎛ 이상의 두께를 가지는 한편, 지르코니아 코팅층의 균질성 유지를 위해 100㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다.In this process, since the alumina tape becomes an alumina support, it is useful to prepare the above-described high viscosity slurry of 3000 cps to 7000 cps, and may be formed with a relatively large thickness of 200 μm to 500 μm. The zirconia tape may then have a thickness of at least 40 μm, the minimum thickness for inhibiting the reaction with the alumina support, while having a thickness of 100 μm or less to maintain homogeneity of the zirconia coating layer.

도 4는 도 1에 도시한 제3 단계에서 알루미나 스택과 지르코니아 스택을 나타낸 개략 단면도이다.4 is a schematic cross-sectional view showing an alumina stack and a zirconia stack in the third step shown in FIG.

도 4를 참고하면, 알루미나 테이프(22)를 복수개 적층하여 알루미나 스택(24)을 형성하고, 지르코니아 테이프(26)를 알루미나 스택(24) 위에 복수개 적층하여 지르코니아 스택(28)을 형성한다. 이때 지르코니아 스택(28)은 알루미나 스택(24)의 윗면과 아랫면 모두에 위치할 수 있으며, 이 경우 세라믹 제조용 세터의 양면 사용이 가능해진다.Referring to FIG. 4, a plurality of alumina tapes 22 are stacked to form an alumina stack 24, and a plurality of zirconia tapes 26 are stacked on an alumina stack 24 to form a zirconia stack 28. At this time, the zirconia stack 28 may be located on both the top and bottom surfaces of the alumina stack 24, in which case it is possible to use both sides of the ceramic setter.

알루미나 스택(24)은 추후 알루미나 지지체가 되고, 지르코니아 스택(28)은 추후 지르코니아 코팅층이 되므로, 원하는 알루미나 지지체의 두께 및 지르코니아 코팅층의 두께를 고려하여 알루미나 테이프(22)의 적층 수와 지르코니아 테이프(26)의 적층 수를 조절한다.Since the alumina stack 24 later becomes an alumina support and the zirconia stack 28 later becomes a zirconia coating layer, considering the desired thickness of the alumina support and the thickness of the zirconia coating layer, the number of laminated alumina tapes 22 and the zirconia tape 26 Adjust the number of layers of).

도 5는 도 1에 도시한 제4 단계에서 완성된 알루미나 지지체와 지르코니아 코팅층을 나타낸 개략 단면도이다.5 is a schematic cross-sectional view showing an alumina support and a zirconia coating layer completed in the fourth step shown in FIG.

도 5를 참고하면, 알루미나 스택(24, 도 4 참조)과 지르코니아 스택(28, 도 4 참조)을 가열 압착하여 원하는 모양으로 성형하고, 이를 원하는 크기로 절단한 다음, 가열 압착된 알루미나 스택(24)과 지르코니아 스택(28)을 동시 소성 후 탈지하여 알루미나 지지체(30)와 지르코니아 코팅층(32)을 포함하는 세라믹 제조용 세터(34)를 완성한다.Referring to FIG. 5, the alumina stack 24 (see FIG. 4) and the zirconia stack 28 (see FIG. 4) are hot pressed to form a desired shape, cut into a desired size, and then the hot pressed alumina stack 24. ) And the zirconia stack 28 are co-fired and degreased to complete the ceramic manufacturing setter 34 including the alumina support 30 and the zirconia coating layer 32.

가열 압착은 70℃ 내지 100℃에서 진행될 수 있으며, 동시 소성은 1500℃ 내지 1600℃에서 진행될 수 있다. 가열 압착 온도가 전술한 범위를 벗어나면, 압착 불량이 발생하여 소성 후 알루미나 지지체(30)와 지르코니아 코팅층(32)이 분리되거나 늘어짐 또는 주름이 생기게 되어 소성 후 정밀한 두께 조절이 불가능해질 수 있다. 소성 온도가 1500℃ 미만이면, 지르코니아 코팅층(32)의 소결력 약화로 인해 표면 일부가 박리될 수 있다. 소성 온도가 1600℃를 초과하면, 알루미나 지지체(30)가 과도하게 치밀화되고 기공도가 낮아져 세라믹 제조용 세터(34)로 사용시 바인더 탈지의 문제를 유발할 수 있다.Thermal compression may be performed at 70 ° C. to 100 ° C., and simultaneous firing may be performed at 1500 ° C. to 1600 ° C. When the heat compression temperature is out of the above-mentioned range, poor compression may occur, and after the firing, the alumina support 30 and the zirconia coating layer 32 may be separated, sagging, or wrinkled, thereby making precise thickness control impossible after firing. When the firing temperature is less than 1500 ° C., a part of the surface may be peeled off due to the weakening of the sintering force of the zirconia coating layer 32. When the firing temperature exceeds 1600 ° C., the alumina support 30 may be excessively densified and the porosity may be low, which may cause a problem of binder degreasing when used as the setter 34 for ceramic manufacture.

완성된 세라믹 제조용 세터(34)에서 알루미나 지지체(30)는 1.5mm 내지 3mm의 두께를 가질 수 있으며, 지르코니아 코팅층(32)은 30㎛ 내지 200㎛의 두께를 가질 수 있다.In the finished ceramic manufacturing setter 34, the alumina support 30 may have a thickness of 1.5 mm to 3 mm, and the zirconia coating layer 32 may have a thickness of 30 μm to 200 μm.

알루미나 지지체(30)의 두께가 1.5mm 미만이면, 세라믹 제조용 세터(34)의 기계적 강도가 낮아져 장기 사용시 균열이 발생할 수 있다. 알루미나 지지체(30)의 두께가 3mm를 초과하면, 세라믹 제조용 세터(34)로 사용시 알루미나 지지체(30)와 지르코니아 코팅층(32)의 열팽창율 차이가 커져 열팽창율 차이로 인한 스트레스로 인해 고온 세라믹 소결시 세라믹 제조용 세터(34)가 갈라지는 현상이 발생할 수 있다.When the thickness of the alumina support 30 is less than 1.5 mm, the mechanical strength of the ceramic setter 34 may be lowered and cracking may occur during long-term use. When the thickness of the alumina support 30 exceeds 3mm, the difference in thermal expansion rate between the alumina support 30 and the zirconia coating layer 32 is increased when used as the setter 34 for manufacturing ceramics, and the high temperature ceramic sintering due to the stress due to the difference in thermal expansion rate Splitting of the setter 34 for producing ceramics may occur.

지르코니아 코팅층(32)의 두께가 30㎛ 미만이면 소성 과정에서 지르코니아 코팅층(32)이 갈라지는 현상이 나타날 수 있으며, 지르코니아 코팅층(32)의 두께가 200㎛를 초과하면 알루미나 지지체(30)와 지르코니아 코팅층(32)의 수축율 차이로 인한 스트레스가 증가하여 알루미나 지지체(30)와 지르코니아 코팅층(32)이 분리되는 문제가 발생할 수 있다.If the thickness of the zirconia coating layer 32 is less than 30 μm, the zirconia coating layer 32 may be cracked during the firing process. If the thickness of the zirconia coating layer 32 exceeds 200 μm, the alumina support 30 and the zirconia coating layer ( The stress due to the difference in shrinkage of the 32 increases, which may cause a problem that the alumina support 30 and the zirconia coating layer 32 are separated.

알루미나 지지체(30)와 지르코니아 코팅층(32)은 전술한 기공제의 함량에 따라 소정의 기공을 가진다. 이는 제조하고자 하는 세라믹 부품의 기공도에 맞추어 세라믹 제조용 세터(34)가 이와 동일한 기공도를 가져야 하기 때문이다. 즉, 알루미나 지지체(30)와 지르코니아 코팅층(32)의 기공도가 작을수록 세라믹 제조용 세터(34)는 치밀한 세라믹 부품을 만드는데 유용하며, 기공도가 클수록 다공성 세라믹 부품을 만드는데 유용하다. 이때 세라믹 제조용 세터(34)의 기공도는 지르코니아 코팅층(32)의 기공도보다는 알루미나 지지체(30)의 기공도에 크게 좌우된다.The alumina support 30 and the zirconia coating layer 32 have predetermined pores according to the content of the above-described pore-forming agent. This is because the ceramic manufacturing setter 34 should have the same porosity in accordance with the porosity of the ceramic component to be manufactured. That is, the smaller the porosity of the alumina support 30 and the zirconia coating layer 32, the more useful the ceramic setter 34 is for making dense ceramic parts, and the larger the porosity, the more useful for making porous ceramic parts. At this time, the porosity of the ceramic manufacturing setter 34 depends on the porosity of the alumina support 30 rather than the porosity of the zirconia coating layer 32.

알루미나 지지체(30)와 지르코니아 코팅층(32) 모두 10% 내지 50%의 기공도를 가질 수 있다. 알루미나 지지체(30)와 지르코니아 코팅층(32)의 기공도가 10% 미만이면, 세라믹 제조용 세터(34)를 이용하여 세라믹 원재료를 소결할 때 세라믹 원재료에 포함된 바인더 등의 유기 용매가 완전하게 제거되지 않으므로 세라믹 부 품의 수율이 저하될 수 있다. 한편, 알루미나 지지체(30)와 지르코니아 코팅층(32)의 기공도가 50%를 초과하면, 과도한 기공도로 인해 세라믹 제조용 세터(34)의 기계적 강도가 낮아져 장기간 사용시 균열이나 휘어짐이 발생할 수 있다.Both the alumina support 30 and the zirconia coating layer 32 may have a porosity of 10% to 50%. When the porosity of the alumina support 30 and the zirconia coating layer 32 is less than 10%, organic solvents such as binders contained in the ceramic raw materials are not completely removed when the ceramic raw materials are sintered using the ceramic setter 34. Therefore, the yield of ceramic parts may be lowered. On the other hand, when the porosity of the alumina support 30 and the zirconia coating layer 32 exceeds 50%, the mechanical strength of the ceramic setter 34 is lowered due to excessive porosity, which may cause cracking or warping during long-term use.

도 6은 전술한 방법으로 제조된 세라믹 제조용 세터의 단면을 확대하여 나타낸 전자 현미경 사진이다. 도 6을 참고하면, 약 30㎛ 두께의 지르코니아 코팅층(32)이 알루미나 지지체(30)와 소결 후 잘 결합되어 있는 것을 확인할 수 있다.6 is an enlarged electron micrograph showing a cross section of a ceramic manufacturing setter manufactured by the method described above. Referring to FIG. 6, it can be seen that the zirconia coating layer 32 having a thickness of about 30 μm is well bonded with the alumina support 30 after sintering.

도 7은 세라믹 제조용 세터 중 지르코니아 코팅층의 표면을 나타낸 전자 현미경 사진이다. 도 7을 참고하면, 세라믹 제조용 세터에 다공성 지르코니아 코팅층이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.7 is an electron micrograph showing the surface of the zirconia coating layer of the setter for producing ceramics. Referring to Figure 7, it can be seen that the porous zirconia coating layer is formed in the setter for manufacturing ceramics.

도 8은 세라믹 제조용 세터의 기공도를 나타낸 그래프이다. 도 8에서 실시예 1은 제1 슬러리 제조시 세라믹 파우더에 대해 기공제를 25중량% 포함시켜 제조한 세라믹 제조용 세터이고, 실시예 2는 제2 슬러리 제조시 지르코니아 파우더에 대해 기공제를 10중량% 포함시켜 제조한 세터이다. 실시예 1의 세터는 대략 28%의 기공도를 나타내며, 실시예 2의 세터는 대략 41%의 기공도를 나타낸다.8 is a graph showing the porosity of the ceramic setter. In FIG. 8, Example 1 is a ceramic manufacturing setter prepared by including 25% by weight of the pore agent with respect to the ceramic powder when preparing the first slurry, and Example 2 is 10% by weight of the pore agent with respect to the zirconia powder when preparing the second slurry. It is a setter produced by inclusion. The setter of Example 1 has a porosity of approximately 28% and the setter of Example 2 has a porosity of approximately 41%.

이와 같이 제1, 2 슬러리의 기공제 함유 여부와 기공제의 함량에 따라 세라믹 제조용 세터(34)의 기공도를 용이하게 제어할 수 있다. 따라서 사용 목적에 따라 치밀한 구조의 세터와 다공성 세터를 다양하게 제조할 수 있다.As described above, the porosity of the ceramic setter 34 may be easily controlled according to whether the first and second slurries contain a pore agent and the pore content. Therefore, according to the purpose of use, it is possible to manufacture a variety of dense structure setter and porous setter.

본 실시예에 의한 세터(34)의 제조 방법에 따르면, 알루미나 지지체(30)와 지르코니아 코팅층(32)을 별도로 소성하지 않고 동시 소성함에 따라, 소성 공정 수를 줄여 전체 제조 공정을 단순화하고, 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 지르코 니아 코팅층(32)의 표면 구조 및 세터(34)의 기공도를 용이하게 제어할 수 있으므로, 세터(34)의 사용 목적에 따라 다양한 종류의 세터(34)를 제조할 수 있고, 테이퍼 캐스팅법의 특성상 연속식 제조가 가능하므로 세터(34)의 대량 생산이 가능하다. 또한, 알루미나 지지체(30)의 양면에 지르코니아 코팅층(32)을 형성하므로 세터(34)의 양면 모두를 사용할 수 있다.According to the manufacturing method of the setter 34 according to the present embodiment, by simultaneously firing the alumina support 30 and the zirconia coating layer 32 separately, the number of firing steps is reduced, thereby simplifying the overall manufacturing process, and manufacturing cost. Can reduce the cost. In addition, since the surface structure of the zirconia coating layer 32 and the porosity of the setter 34 can be easily controlled, various kinds of setters 34 can be manufactured according to the purpose of use of the setter 34. Due to the tapered casting method, continuous production is possible, so that mass production of the setter 34 is possible. In addition, since the zirconia coating layer 32 is formed on both sides of the alumina support 30, both sides of the setter 34 may be used.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 제조용 세터의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.1 is a process flowchart showing a method of manufacturing a ceramic manufacturing setter according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시한 제2 단계에서 사용되는 테이프 캐스팅 장치를 나타낸 사시도이다.2 is a perspective view showing a tape casting device used in the second step shown in FIG.

도 3은 도 2에 도시한 테이프 캐스팅 장치의 부분 확대 단면도이다.3 is a partially enlarged cross-sectional view of the tape casting device shown in FIG. 2.

도 4는 도 1에 도시한 제3 단계에서 알루미나 스택과 지르코니아 스택을 나타낸 개략 단면도이다.4 is a schematic cross-sectional view showing an alumina stack and a zirconia stack in the third step shown in FIG.

도 5는 도 1에 도시한 제4 단계에서 완성된 알루미나 지지체와 지르코니아 코팅층을 나타낸 개략 단면도이다.5 is a schematic cross-sectional view showing an alumina support and a zirconia coating layer completed in the fourth step shown in FIG.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 제조용 세터의 단면을 확대하여 나타낸 전자 현미경 사진이다.6 is an enlarged electron micrograph showing a cross section of a ceramic manufacturing setter according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 제조용 세터 중 지르코니아 코팅층의 표면을 나타낸 전자 현미경 사진이다.Figure 7 is an electron micrograph showing the surface of the zirconia coating layer of the ceramic manufacturing setter according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 제조용 세터의 기공도를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the porosity of the ceramic manufacturing setter according to an embodiment of the present invention.

Claims (12)

알루미나(Al2O3)를 포함하는 제1 슬러리 및 지르코니아(ZrO2)를 포함하는 제2 슬러리를 제조하는 단계;Preparing a first slurry comprising alumina (Al 2 O 3 ) and a second slurry comprising zirconia (ZrO 2 ); 상기 제1 슬러리와 상기 제2 슬러리를 각각 바탕 필름 위에 도포, 건조 후 바탕 필름을 제거하여 알루미나 테이프 및 지르코니아 테이프를 제조하는 단계;Preparing the alumina tape and the zirconia tape by applying the first slurry and the second slurry onto the base film and removing the base film after drying; 상기 알루미나 테이프를 복수개 적층하여 알루미나 스택을 형성하고, 상기 알루미나 스택 위에 지르코니아 테이프를 복수개 적층하여 지르코니아 스택을 형성하는 단계; 및Stacking a plurality of alumina tapes to form an alumina stack, and stacking a plurality of zirconia tapes on the alumina stack to form a zirconia stack; And 상기 알루미나 스택과 상기 지르코니아 스택을 가열 압착 후 동시 소성 및 탈지하여 알루미나 지지체와 지르코니아 코팅층을 형성하는 단계Thermally compressing the alumina stack and the zirconia stack, and then simultaneously calcining and degreasing to form an alumina support and a zirconia coating layer. 를 포함하는 세라믹 제조용 세터의 제조 방법.Method for producing a ceramic manufacturing setter comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 슬러리는 알루미나와 탈크가 혼합된 세라믹 파우더, 바인더, 해교제, 가소제, 및 용매를 포함하며, 상기 알루미나는 상기 세라믹 파우더에 대해 60중량% 내지 80중량%로 포함되는 세라믹 제조용 세터의 제조 방법.The first slurry includes a ceramic powder mixed with alumina and talc, a binder, a peptizing agent, a plasticizer, and a solvent, wherein the alumina is prepared from 60 wt% to 80 wt% with respect to the ceramic powder. Way. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제1 슬러리는 기공제를 더 포함하며, 상기 기공제는 상기 세라믹 파우더에 대해 20중량% 내지 40중량%로 포함되는 세라믹 제조용 세터의 제조 방법.The first slurry further comprises a pore agent, wherein the pore agent is 20 to 40% by weight based on the ceramic powder manufacturing method of the setter for manufacturing ceramics. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제1 슬러리는 3000cps 내지 7000cps의 점도를 가지는 세라믹 제조용 세터의 제조 방법.The first slurry is a manufacturing method of a ceramic manufacturing setter having a viscosity of 3000cps to 7000cps. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2 슬러리는 지르코니아 파우더, 바인더, 해교제, 가소제, 및 용매를 포함하는 세라믹 제조용 세터의 제조 방법.The second slurry is a manufacturing method of a ceramic manufacturing setter comprising a zirconia powder, a binder, a peptizing agent, a plasticizer, and a solvent. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제2 슬러리는 기공제를 더 포함하며, 상기 기공제는 상기 지르코니아 파우더에 대해 10중량% 내지 20중량%로 포함되는 세라믹 제조용 세터의 제조 방법.The second slurry further comprises a pore agent, wherein the pore agent is 10 to 20% by weight relative to the zirconia powder manufacturing method of a ceramic manufacturing setter. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 지르코니아 테이프는 40㎛ 내지 100㎛의 두께를 가지는 세라믹 제조용 세터의 제조 방법.The zirconia tape is a manufacturing method of a ceramic manufacturing setter having a thickness of 40㎛ 100㎛. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가열 압착은 70℃ 내지 100℃에서 진행되고, 상기 동시 소성은 1500℃ 내지 1600℃에서 진행되는 세라믹 제조용 세터의 제조 방법.The heat compression is carried out at 70 ℃ to 100 ℃, the co-firing is a manufacturing method of a ceramic manufacturing setter is carried out at 1500 ℃ to 1600 ℃. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 지르코니아 스택을 상기 알루미나 스택의 양면에 배치하여 상기 지르코니아 코팅층을 상기 알루미나 지지체의 양면에 형성하는 세라믹 제조용 세터의 제조 방법. The zirconia stack is disposed on both sides of the alumina stack to form the zirconia coating layer on both sides of the alumina support for producing a ceramic manufacturing setter. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되며, 상기 알루미나 지지체와 상기 지르코니아 코팅층을 포함하는 세라믹 제조용 세터.A setter for manufacturing ceramics, which is prepared by the method of claim 1 and comprises the alumina support and the zirconia coating layer. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 알루미나 지지체는 1.5mm 내지 3mm의 두께를 가지며, 상기 지르코니아 코팅층은 30㎛ 내지 200㎛의 두께를 가지는 세라믹 제조용 세터.The alumina support has a thickness of 1.5mm to 3mm, the zirconia coating layer is a ceramic manufacturing setter having a thickness of 30㎛ to 200㎛. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 알루미나 지지체와 상기 지르코니아 코팅층은 10% 내지 50%의 기공도를 가지는 세라믹 제조용 세터.The alumina support and the zirconia coating layer is a ceramic manufacturing setter having a porosity of 10% to 50%.
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