KR900001729B1 - 합성 뮬라이트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

합성 뮬라이트의 제조방법

제1도는 낮은 온도에서 우수한 내화성 뮬라이트 골재의 생산이 가능함을 보인 본 발명의 열팽창 곡선임.

본 발명은 내화성 뮬라이트의 골재를 저온에서 소결가능케한 소지조합과 그 제조 방법에 관한 것이다.

알루미나와 실리카를 주성분으로 하는 뮬라이트 요업체는 상압에서 유일하게 안정한 화합물이고 이론적으로 중량백분율로 71.8%의 알루미나와 28.2%의 실리카로 구성되어 있다.

특히 내화골재용 뮬라이트는 그 용도가 산업용 구조내화물로 널리 사용되고 있어서 제조 가격면에서 저렴한 방법으로 생산되어야 한다.

일반적으로 합성 뮬라이트의 원료는 실리마나이트(sillimanite; Al₂O₃·SiO₂)족 광물, 카올린(kaolin; Al₂O·2SiO₂·2H₂O)족 광물 및 납석질(pyrophillite; Al₂O₃· 4SiO₂·H₂O) 원료등이 사용되어 왔으나 이들 원료만으로는 합성후에 뮬라이트 이외에 부수광물로서 미 반응의 석영이 수반되어 내화특성이 우수한 뮬라이트를 제조할 수 없으므로 추가로 알루미나원을 첨가하여 화학양론적인 뮬라이트를 제조하고 있다.

또 사용한 이들 원료중에 알칼리토금속류의 산화물이 미량 포함되어 있으면 액상의 생성량이 증가되기 때문에 최종 합성된 뮬라이트의 내화도 및 크립저항 특성은 상당히 저하되게 된다. 뮬라이트는 1850℃ 부근의 고융점과 다른 산화물에 비교하여 작은 열팽창특성과 그에 따른 열충격저항성 및 내침식성이 우수한 것이 뮬라이트의 특성이나 알칼리토금속류의 함유에 따라 이 모든 특성이 나빠지게 된다. 그러므로 순수한 뮬라이트를 얻기 위해서는 공지자료(J.Am.Ceram Soc., 68[1]c6(1985))에서와 같이 원료중에 포함되어 있고 합성후 유리상(glassy phase)으로 되는 제반 알칼리등의 불순물을 제거하여 균일한 조성으로 처리해야 한다. 또한 내화재용 뮬라이트의 합성을 위해서는 공지 자료[Worldceramics, vol.2. p11-12(1985)) 및 (Ceram. Bull., 61[8]p83 8-842(1982)와 같이 융점(약 1850℃)에 가까운 소결온도로만이 균일조성의 원료로 화학양론적인 치밀구조의 뮬라이트를 합성할 수가 있어서 그 제조원가는 급상승하는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 불순물의 제어와 소결온도와의 관계를 검토한 결과 불순물의 량을 극소화하고 소결온도를 저하시킨 소지조합으로 뮬라이트를 합성할 수 있는 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 사용되는 주 내화재는 고순도의 납석, 고령토 및 점토중에서 단독으로 사용하거나 두가지 이상의 원료를 혼합 사용하며, 또 알루미나 원료로는 하소 알루미나, 수산화 알루미늄, 보오크사이트등의 실리마나이트 원료중에서 단독으로 선택하거나 두가지 이상의 원료를 혼합 사용한다. 이때에 주원료의 구성비는 무게 %로(이하생략) 41-62%이며, 알루미나의 구성비는 38-59%이다.

상기 분쇄한 기본 배합물에 0.1-4.8%의 지르콘(ZrSiO₄) 또는 0.5-1.7%의 지르코니아를 단독으로 또는 혼합첨가하여 균일한 혼합물이 되도록 혼합, 분쇄, 성형한 후 1600-1780℃의 온도에서 소결하여 뮬라이트의 결정화율이 98% 이상인 치밀한 소결체를 제조하는 것이다.

본 발명에서 첨가제로 지르콘을 사용하게 되면 약 1550℃ 부근에서 지르콘이 분해하여 지르코니아와 실리카의 분해 생성물이 생성하게 되고 본 발명의 소결온도 부근에서는 실리카는 알루미나와 반응하여 뮬라이트가 되고 지르코니아는 실리카나 뮬라이트의 결정격자내에 치환형 고용체를 형성하게 되는 것이다.

혼합첨가된 지르콘과 지르코니아량은 지르코니아 성분이 뮬라이트 결정성장에 있어서 억제효과를 나타내기 때문에 생성되는 뮬라이트 결정의 크기에 좌우되며 6.5% 이상 첨가하게 되면 고용체를 이루고 남은 지르코니아의 영향 때문에 뮬라이트 결정과 함께 공존하여 열간 변화작용으로 인한 지르코니아의 상변태로 말미암아 뮬라이트의 특성이 저하되게 된다. 또 극미립자 지르코니아를 첨가하게 되면 소결온도 부근에서 뮬라이트와 고용체를 이룰 수 있게 하는 것이다. 이때 사용하는 원료의 입도는 미분에 한정되는 것은 아니고 일반적인 세라믹스 제조에 사용되는 분쇄매체를 사용하여 0.1-10미크론의 입도분포가 65-75%인 화합물로도 가능함을 확인하였다.

아래 실시예에서와 같이 본 발명은 융점부근의 높은 온도에서 완전 소결이 일어나고 있는 공지 제조방법(비교예 4 와 5) 즉 지르콘화합물이 포함되어 있지 않은 화합물보다 훨씬 낮은 온도에서 저렴한 제조원가로도 특성이 우수한 내화성 뮬라이트 골재의 생산성이 가능함을 알 수 있다.

이의 확인은 본 발명이 열팽창 특성 곡선에서 그 우수한 뮬라이트의 제조가 가능함을 도면으로부터 확인할 수 있었다. 아래 실시예에 의해 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다.

[실시예 1]

중량비율로 고령토 40.4%, 수산화 알루미늄 56.6% 및 지르콘 3.0%(지르코니아기준 1.8%)로 조합된 혼합물을 2.5톤의 대형 볼밀속에서 수분 68-70%로 15시간 분쇄하고 얻어진 필터프레스에서 탈수하여 26% 수분을 갖는 필터케이크를 만들었다. 케이크는 진공(760mmHg)하의 토련기에서 ø12×L5mm로 사출성형하여 완전 건조과정을 거쳐 1690℃의 회전식 가마에서 4시간 소성후 치밀한 뮬라이트 골재를 제조하였다. 제1표와 2표는 실시예 1의 조성물에 대한 화학조성과 1690℃에서 소성한 후 얻어진 골재의 물리적 소결특성을 조사한 결과이다.

[실시예 2]

고령토 43.9%, 수산화 알루미늄 32.8%, 보오크 사이트 21.5%의 비율로 혼합분쇄한 기본 이장에 소결 알루미나를 분쇄매체로 사용한 진동밀(Vibration mill)에서 분쇄하고 평균입도가 약 0.1미크론인 지르콘을 원료 건조 무게비로 1.8%에 해당하는 지르콘 이장을 연속식의 교반조에 혼합하고 이하 공정은 실시예 1과 동일공정을 거쳐 1720℃에서 소결하였을 때 치밀한 뮬라이트 골재를 제조하였다.

[실시예 3]

고령토 27.9%, 납석 17.3%와 알루미나 원료로서 하소 알루미나 53.3%의 조합물에 극미립자 지르코니아를 1.5% 첨가한 뮬라이트 조성물로서 실시예 1과 같은 방법으로 제조하고 1750℃에서 3시간 소결하여 치밀한 뮬라이트 골재를 얻었다.

[표 1]

[표 2]

Claims (5)

1. ＂41-62%(무게비)의 내화재와 38-59%(무게비)의 실리마나이트 및 0.1-6.5%(무게비)의 지르콘 화합물＂로 구성된 조성물을 소결시키는 것을 특징으로 하는 합성뮬라이트의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 내화재로서 납석, 고령토, 점토 중에서 한가지 또는 두가지 이상으로 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 합성뮬라이트의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 실리마나이트로서 하소 알루미나, 수산화알루미늄, 보오크사이트 중에서 한가지 또는 두가지 이상으로 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 합성뮬라이트의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 1600-1750℃의 범위에서 소결시키는 것을 특징으로 하는 합성뮬라이트의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 지르콘 화합물이 지르콘 또는 지르코니아인 것을 특징으로 하는 합성뮬라이트의 제조방법.

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