KR19980075814A - 탄화규소를 이용한 발포세라믹재 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

탄화규소를 이용한 발포세라믹재.

[청구항 2]

발명이 해결하려고 하는 기술적과제

주지된 바와 같이 종래에는 탄화규소가 혼합되지 아니하였거나 거의 간과된 상태에서 소성하였기에 발포시 균일한 크기의 공극형성이 어렵고, 공극이 불규칙하며, 공극이 성형물의 어느한쪽에만 형성되거나 하여 성형물 자체가 소성시심하게 틀어지거나 변형되는 등 상당한 폐단이 따랐다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 SiO2+3C → SiC+2CO를 1800℃~1900℃의 온도와 10~30시간의 반응시간을 통하여 얻어진 탄화규소 초미립자물을 점토, 황토, 장석, 도석, 규석, 납석, 화산재, 제오라이트, 벤토나이트 등의 무기물 미립자와 일정비율 조합한뒤 1050℃~1250℃ 온도범위내에서 소성하여 발포성세라믹재를 제조할 수 있도록 한 것이다.

4. 발명의 중요한 용도

천정재 내·외장재등 각종의 건축자재 등으로 사용됨.

Description

탄화규소를 이용한 발포세라믹재

본 발명은 SiO2+3C → SiC+2CO를 1800℃~1900℃의 온도와 10~30시간의 반응시간을 통하여 얻어진 탄화규소 초미립자를 중심으로 하여 이를 점토, 황토, 장석, 도석, 규석, 납석, 화산재, 제오라이트, 벤토나이트 등의 미립자와 일정비율을 조합한 후 약 1050℃~1250℃의 온도범위내에서 소성하여 발포성세라믹재를 제조할 수 있도록 한 것이다.

주지된 바와 같이 탄화규소가 혼합되지 않고 조합된 점토, 황토, 장석 등의 복합무기화합물을 소성하였을 때의 현상은 첫째 : 일정한 크기의 발포(공극형성)가 어렵고, 둘째 : 공극의 크기가 매우 불규칙한 상태로 불포되며, 셋째 : 공극이 성형물의 어느 한쪽으로만 형성되기도 하고, 넷째 : 성형물의 한쪽은 공극이 크고 다른쪽은 공극이 작게 형성되기도 하며, 다섯째 : 성형물이 틀어지거나, 좌우 및 전후 높이가 크게 달라져서 울퉁불퉁해지기도 하는 등 이루말할 수 있는 문제점이 야기되는데, 그 원인으로 혼합상의 문제나 소성로내의 온도편차 등의 문제점도 있겠으나, 주된 원인은 발포가 완료된 융해점에서 냉각직선으로 이어질때 열에 의해 팽창되었다가 낮은 온도로 전환되는 냉각직선 과정에서 소성물 자체의 수축성에 주된 문제점이 발생(발포된 원형이 으깨어지거나 일그러지는 현상이 다량 발생됨)되었기 때문이다.

한편, 현대의 건축물은 한정된 대지 면적위에 점점더 고층화 추세에 있고, 이에따라 건축자재의 경량화가 보다 더 절실하게 요구되고 있다하여도 과언은 아니나 아직까지는 시멘트재 건축자재보다 경량이면서도 값이 저렴한 건축자재의 개발은 이루어지지 못한 실정에 있으며, 따라서 건축물 공사시 공사기간의 장기화와 과다한 중량으로 인한 건축자재의 운반 및 시공이 큰 난제로 작용할 수 밖에 없었던 것이며, 특히 해체시 건축폐기물 처리가 크게 대두되는 등 많은 폐단이 따랐던 것이기에, 근자에 와서는 철골조, 스틸조로 전환되면서 건축물의 조립화에 박차를 가하고 있는 실정이어서 보다 더 경량화된 건축자재의 개발이 시급한 것이다.

따라서 본 발명은 일반시멘트로 제조된 건축자재보다 훨씬 경량이면서 인체와의 관계에서 볼때 매우 유익한 발포성세라믹재를 제공하려는 그 1차적 목적이 있지만 이보다 더 중요한 목적은 탄화규소를 매우 효과성있게 활용하여 발포성세라믹재를 제공하고자 함에 있다는 것이다.

다시말해 종래에도 일반 세라믹재를 제조함에 있어 탄화규소를 일부포함시켜 제조한예가 가끔있지만 이는 어디까지나 탄화규소의 중요성을 충분히 감안한 상태에서 사용하였다기 보다는 부차적인 요소로서 일부가미한 정도에 지나지 아니한 반면 본 발명에 따른 탄화규소는 본 발명에서 가장 중추적인 역할과 기능을 담당함과 동시에 후술할 복합무기화합물과의 상관관계를 충분히 살펴 개발되어진 것이라 할 수 있는데, 이를 전통적인 세라믹재의 제조와 관련하여 좀더 구체성 있게 설명하여 보면 다음과 같다. 즉 전통적으로 이어져오고 있는 세라믹재의 제조와 발포세라믹재의 차이점을 살펴보면 먼저 전자의 경우에는 진공상태의 유지외에 고온소성된 기물(器物)이 반드시 수축되는데 반해 발포세라믹재는 팽창 발포하여 늘어나는 정반대의 현상이 일어나게 되며 그렇지만 전·후자 모두 고온·소성후에는 기물(器物)의 절대적 안정이 요구됨은 동일함 또한 전자는 수천년동안 그 원료와 기물의 안정을 위한 개발이 상당하여 오래전부터 그 기틀이 짜여진 연구자료 및 임상적 실시예가 허다할 뿐아니라 이러한 원료가운데에서도 팽창성 원료들이 많음과 동시에 팽창성 원료들을 사용하는 주된 요인으로서는 물질이 팽창됨으로 인해 소성온도를 낮추고 소성시간을 단축하기 위함이지만 가끔은 조성이 잘못되어 소성된 기물의 일부분에 발포현상을 가져오는 문제점(전통적인 세라믹재에 있어 내부 및 표면부에 공기구멍과 같은 부분이 간혹 눈에 띄면 불량품으로 취급함)이 있는 반면 발포세라믹재의 무기원료들은 수많은 발포팽창성 원료중에서 가장 원활한 발포(공극현상)가 이루어지는 원료들만을 선택함과 동시에 그 원료들을 조합비에 따라 조성하고 조성되어진 혼합조성물을 다시 고온소성시켜 발포세라믹재를 제조하게 되는데 이때 제조되어진 발포세라믹재는 조합된 조성물에 따라 각기 다른 특정이 있게 되고 이러한 특정에 따라 그 사용용도가 여러가지로 구분되어질 수 있게 된다.

그러나 앞서 말한대로 탄화규소가 혼합되지 않고 조합된 점토 등의 복합무기화합물(조성물) 내지 탄화규소가 적정비율대로 혼합되지 않은 상태에서 고온소성시켰을시에는 (ⅰ) 일정한 크기의 발포(공극형성)가 어렵고, (ⅱ) 공극의 크기가 매우 불규칙한 상태로 발포되며, (ⅲ) 공극이 성형물의 어느 한쪽으로만 형성되기도 하는 등의 문제가 다량 발생하게 되는 것이다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 점토등 각종 무기물질들을 조합비에 따라 조성시키고 이렇게 조성된 조성물마다의 성질내지 그 특성에 따라 탄화규소(SIC)의 비율을 같거나 각기 다른 비율로 투입·혼합하여 고온·소성할 경우에는 일정한 크기의 공극형성이 어렵거나 공극의 크기가 매우 불규칙한 상태로 발포되는 등의 전술한 문제점을 완벽히 제거할 수 있게되고 이로써 그야말로 인체에 유익한 각종 내·외장재 등의 건축자재를 가장 경제적으로 제공할 수 있음에 또 하나의 커다란 목적이 있다 할 것이다.

또한 본 발명에 따른 탄화규소에 이용은 가장 적은 비용으로서 고품질의 제품을 생산해낼 수 있음과 동시에 고른 공극 형성은 제품의 경량화 및 공극부분의 진공상태로 말미암아 방음·흡음·축열등의 여러 효과를 가져오므로 이 역시 본 발명이 노리고자하는 또다른 목적이라 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 좀더 구체성 있게 설명하여 보면 다음과 같다.

점토, 황토, 장석, 도석, 규석, 납석, 화산재, 제오라이트, 벤토나이트 등의 미립자(微粒子)를 조합(이처럼 점토나 황토 등의 미립자물을 조합한 것을 복합무기 화합물 이라고도 함)하 탄화규소와 혼합하고 이를 판재, 블럭, 골재(인조자갈), 인조모래 등으로 1차성형한 후, 수분이 10% 이하가 되도록 건조한 다음 1050℃~1250℃로 소성하되 용해점에서 일정한 시간을 유지시켜 일부다공질의 미립자를 용해시키면, 미립자가 용해되어 승화(昇華 Sublimation)하면서 핵으로 작용하게 되어 발포가 이루어지게 된다. 그리고 복합무기화합물의 원재료중 화산재, 제오라이트, 벤토나이트내의 일부성분이 용해하면서 융해 알칼리(融解 alkali)화하여 탄화규소를 분해하게 되는데, 이러한 탄화규소가 분해되면서 발포(공극형성)된 폐기공(공극) 내부에 강한 팽창감을 주게되고 이에 따라 냉각대의 냉각곡선 과정(약 1200℃내외의 융해점에서 융해를 마친점에서 약 300℃까지는 온도가 서서히 하강을 하면서도 서냉하게 되는데, 이때의 냉각그래프는 곡선형태가 아니라 직선형태로 이루어지게 된다)에서 발포된 것에 변화를 주지 않게 하면서도 탄화규소의 양과 조성되는 미립자물의 조절로서 요구하는 발포(공극) 크기를 가진 경량발포세라믹재를 제조할 수 있도록 함에 본 발명의 근원적인 목적이 있는 것이다.

본 발명은 인체에 매우 유익하게 작용하면서 경량화의 실현이 가능한 것으로서 먼저 제조에 들어가기전의 준비과정을 살펴보면, 원광의 원석들을 전문 가공회사에서 함마밀이나 로울러크락샤 또는 죠오크락샤 등으로 1차분쇄하고 이어 레이몬드 밀이나 진동밀 또는 습식의 볼밀(Ball Mill)로 분쇄한 60메쉬(Mesh) 이상의 미립자(微粒子)를 구비한 후 조합비에 따라 조합된 조성물을 약 200메쉬 이상으로 재차 미분쇄하여 혼합한 다음, 이곳에 주요재료인 1000메쉬 이상의 탄화규소 초미립자를 혼합, 혼련하여 대형토련기나 대형프레스로 성형한 뒤(혼합된 미립자들이 건식일때는 붕판으로 사각체함을 만들고 그 내부에 카오린 등을 도포한 후 그 속에 혼합된 미립자물을 2/3가량 채워 넣고서 이 사각체함을 소성·발포시키는 방법을 채택함) 이러한 성형물을 대차에 요적한 후 1050℃~1250℃에서 소성하고 발포시켜 경량화된 발포세라믹재가 제조되어질 수 있도록 한 것으로, 이하 제조방법을 공정별로 설명하면 다음과 같다.

다만, 앞서 말한바 있지만 본 발명에서 가장 강조하고 싶고 또 요지로 잡고 싶은 점은 전공정의 상세한 설명보다는 후술한 복합무기화합물의 원료들과 탄화규소간의 조합비, 이중에서도 특히 탄화규소의 투입비 및 복합무기화합물 속에서 작용하는 탄화규소의 기능·역할이라는 점이다.

제 1 공정 : 원료준비 공정

점토 및 황토는 약 60메쉬 정도이상 분쇄된 것을 구비하고 장석, 도석, 규석, 납석, 백운석, 방해석, 페유약소지, 골재채석장슬럿지, 화산재, 제오라이트, 벤토나이트 등은 약 120메쉬 이상의 입자로 된것을 구비하며, 탄화규소는 1000메쉬 이상으로 하여 구비한다.

또한 본 발명에서 사용하고 있는 복합무기화합물이란 점토, 장석 등의 각 원석원료들을 입자화한 상태에서 후술하는 제 3 공정상의 조합비에 따라 작절히 혼합되어진 미립자물을 말한다. 그리고 위해서 언급한 원료 가운데 화산재, 폐유약소지, 골재채석장슬럿지 등은 사실상 원료입고시에 약 200메쉬 이상될 정도로 미립자화되어 있다하여도 과언이 아니지만(왜냐면 위 원료들은 더이상 사용할 수 없을 정도로 잘게 분쇄되어진 산업폐기물성 재료이기 때문) 본 발명에서는 미립자화되어 있을수록 발포가 용이하므로 매우 좋은 원료라 할 수 있다.

제 2 공정 : 단미시험 공정

융해점, 가소성, 수분함유, 점력등 각 무기물질의 원료마다 그 성질을 분석·시험하는 공정을 말함인데 각 원료들이 입고 될때마다 이러한 단미시험 공정을 거침이 원칙이라 할 수 있다.

제 3 공정 : 조합조성공정

단미 시험을 토대로 조합된 원료가 발포상에서 트러블(troable)이 없는 조합비로 되게 조성하는데, 발포시 융합이 원활한 조합비를 상세히 설명해 보면 다음과 같다. 여기서 재삼강조컨대 이 조합공정은 본 발명에 있어 핵심이자 가장 중요한 공정이라 할 수 있다.

다시말해 제 1의 원료준비 공정에서부터 발포세라믹재를 완전제조한후 검사하여 출하하는 공정들은 본출원인의 선출원특허 등에 의해 기히 소개된 바가 있으므로 그리 새삼스러울 것이 못되지만 본 공정에서 소개되는 조합비 특히 각 무기화합물들과 탄화규소간의 조합비는 일정한 크기의 발포형성 등을 위해 수없는 연구와 반복실험끝에 얻어진 결과라는 것이고 또한 본 발명에 따른 공정중에서 제 3 의 조합공정을 제외한 나머지공정들은 사실상 세라믹재를 제조하기 위한 일련의 공정이라고 할 수 있을 뿐만 아니라 일반세라믹 및 발포세라믹 분야의 개발이라고 한다면 원료선택 및 조합비의 조성을 말한다고해도 과언이 아니라는 것, 그러므로 본 발명에서도 조합공정을 무척강조하지만 이중에서도 탄화규소의 조합비에 보다 큰 비중을 두고 있음을 반드시 적시하고자 한다.

그리고 본 발명에 따른 조합공정외에도 수많은 조합비가 있음은 사실이나 거의 경제적이질 못하다는 것. 다시말해 본출원인 역시 값싸면서도 손쉽게 제조가능한 방법을 강구하다보니 하기하는 바와 같이 배합하여 제조하는 것이 저렴한 가격으로서 고품질의 발포세라믹재를 제조할 수 있다는 것이다.

※ 도표 1 : 복합무기화합물과 탄화규소간의 조합비 관계도표

※ 예를 들어 박운석 대신 석회석의 대체사용이 가능한 이유는 단미시험결과 상호간의 성질내지 특성이 대체적으로 보아 같기 때문이다.

제 4 공정 : 미분쇄 공정

제 3 공정의 조합비로 조성된 각 원재료가운데

1) 건식방법(원재료를 건조시킨 상태에서 분쇄하는 방법)을 이용하여 미분쇄할 경우에 황토 및 점토는 100메쉬 이상이 되게 팜밀로 미분쇄시키고 장석, 규석, 도석, 납석, 백운석, 방해석, 폐유약소지, 골재채석장슬럿지, 화산재, 제오라이트, 벤토나이트는 진동밀로 평균 200메쉬 이상이 되도록 2시간~12시간 동안 미분쇄하며 이때의 비중은 1.1~1.4의 비중으로 계산하여 미분쇄토록 한다.

2) 습식방법(원재료에 수분을 첨가하여 분쇄하는 방법)을 이용하여 미분쇄할 경우에는 볼밀로 10시간~24시간 분쇄하되, 수분은 45%~65%를 첨가하여 평균 200메쉬 이상이 되도록 하고, 이때 비중은 1.1~1.4의 비중으로 하며 잔사량은 0.4g~5g 이하가 되도록 미분쇄한다.

3) 위에서 언급한 원료들중 입고 당시부터 200메쉬 이상으로 미립자화된 것은 제 4 공정상의 미분쇄공정을 거칠필요가 없음은 물론이다.

제 5 공정 : 교반공정

[제 4 공정의 1)항은 본제 5 공정이 필요하지 않음]

미분쇄된 복합무기화합물을 슬립탱크에 넣은 다음 침전물이 생성되지 않도록 교반하며, 아울러 침전을 방지하기 위해 2.4/1000의 염화칼슘을 사용한다.

제 6 공정 : 휠타프레싱(Filter Pressing) 공정(케익화Cake化시키는 공정)

[제 4 공정의 1)항은 본제 6 공정이 필요하지 않음]

제 5 공정에서 교반된 미분쇄물을 휠타프레스로 수분을 제거한뒤 케이크화시키는데 이때의 이수분 함유량은 20%~25%로 하여 소지화한다.

※ 별도 공정 [제 6 공정의 또 다른 방법임]

제 4 공정 2)항의 조성물을 볼밀로 미분쇄한 후에 이러한 미분쇄물이 건식성형이나 프레싱성형이 요구될시에는 제 5 공정상의 교반 공중후에 제 6 공정상의 휠타프레싱 공정을 스프레이 드라이어기로 된 건조공정으로 전환토록하고 후술하는 제 8 공정의 건조공정은 생략하도록 한다.

제 7 공정 : 성형공정

1) 제 6 공정에서 케이크화된 소지를 대형토련기로 성형할 수도 있고(이것은 약간 녹진녹진하면서도 밀가루반죽 상태와 같은 소지를 내·외장재 등의 각종 건축자재 형태로 성형하는 것을 말한다.

2) 제 6 공정의 하단에 기술되어 있는 ※표의 별도공정에서 보듯 스프레이 드라이어기(Spray Dryer기)로 건조시킨 소지를 ① 프레스기로 프레싱하여 성형토록 하거나 ② 또는 소성용 붕판으로 형성된 상부면이 없는 사각체함속에 건조시킨 소지를 넣어서 성형할 수도 있다.

③ 제 7 공정의 제 2 항은 밀가루반죽 상태와 같은 소지를 어느정도 건조시키고 이어 프레스기로 원하는 제조형태로 성형하거나 또는 일정한 형틀을 가진 사각체함속에 소지를 넣어(성형) 소성·발포시킴을 말한다.

3) 그리고 제 4 공정의 1)항에서 기히 기술한바 있듯이 건식 상태로 미분쇄한 미분쇄물을 소성용 붕판으로 형성된, 상부면이 없는 소정의 사각체함속에 미분쇄된 건식분말을 일정량채워 넣음으써 성형작업을 마무리한다.

(이대목에서의 성형이란 일정한 형틀을 가진 사각체함속에 미분쇄된 건식분말을 2/3 가량 채우는 것을 의미한다)

제 8 공정 : 건조공정

제 7 공저의 1)항의 경우에는 성형공정을 마친 성형물을 150℃~300℃의 건조실에서 약 10시간 이상 건조하여 수분이 10% 이하가 될때까지 건조시키도록 한다.

제 7 공정의 2)항과 3)항의 경우는 제 8 공정인 건조공정이 필요없다.

제 9 공정 : 적재공정

건조된 성형물을 이송수단의 하나인 대차에 차곡차속 적재토록 한다.

제 10 공정 : 소성공정

제 3 공정의 조합비에 따라 소성온도가 약간씩 다르지만 융해점에서 부터는 융해되는 시간을 적절히 주어야 하며 융해완료후 이어지는 냉각에 있어서는 하강 온도가 곡선상태가 아니라 직선상태가 되도록 하면서도 매우 천천히 서냉시킨다.

아울러 이를 좀더 부연하면, 제 9 공정에서 기술한 바 있는 대차의 적재는 대차를 터널키른이나 샤틀키른에 넣어 소성시킬 때 사용하는 방법이며, 슬라이딩키른이나 로라스키른의 경우에는 소성용붕판에 소지 또는 미분쇄된 건식분말이 요적된 상태 그대로를 밀어넣어 소성시킬때 사용하는 방법이지만, 양자공히 소성로내에 넣어 소성시키는 것은 동일하며, 또한 소성로마다 각기 다른 면은 일부있지만 소성곡선과 융해점(融解點)에서의 융해시간, 그리고 냉각과정에서의 냉각온도를 직선 형태로 하여 매우 천천히 서냉시켜야 하는 소성로내에서의 분위기는 모두 동일하다 할 것이다.

(아래도표 Ⅱ 참조)

도표 Ⅱ : 소성공정도표

그리고 곡선형태의 소성과정에서부터 융해점에 이르기까지 성형물에 닿는 승온은 통상 1050℃~1250℃로서 이러한 승온시간에 따른 문제는 크게 없지만 일단 조합된 조성물마다의 융해시간 즉 조성물이 용융(발포)되기 시작한 융해점에서부터 시작하여 연속이어지는 융해시간(melting time)은 통상 25~30 분가량 지속시켜줌이 필요하다 할 것이다.

한편, 본 발명에서 가장 중요한 사항이자 핵심이라 할 수 있는 탄화규소의 작용·역할을 소성공정면에서 살펴보면, 우선 소성융점에 이르게되면 장석, 규석등 혼합되어진 무기원료 가운데 제오라이트나 벤토나이트와 같이 발포성질이 강한 물질들이 발포시핵의 역할을 하여 공극(패기공)을 형성함과 동시에 주변의 또다른 물질들의 발포를 자극케되고 이어 용융시 발생되는 융해알칼리(融解 alkail)가 탄화규소를 분해(分解; decomposition)하게 하고 탄화규소가 분해하면서 발포된 공극을 더욱더 팽창하게 해줌으로써 탄화규소가 발포물질체를 더욱 가볍게 하는 작용를 하게 된다는 것이다.

아울러 본 발명에서 또하나 주의해야할 것은 탄화규소에 의해 더욱 팽창된 공극을 가진 발포체가 소성로내에서의 냉각과정에서 발생되는 수축현상과 발포된 공극의 일그러짐 현상 등이 없게끔 냉각온도를 서서히 낮추되, 직선상태로 하여 서냉시켜야 한다는 것이며, 그리고 매우 중요한 사실 하나는 탄화규소의 적정한 투입이라 할 수 있다. 다시 말해 일정비율로 혼합되어진 무기원료에 탄화규소를 소량의 적정비율 만큼만 투입·혼합시켜야만이 아무런 부작용이나 역작용 없이 발포의 안정성을 기할수가 있다는 것이다.

이밖에 제 3 공정상에 기술되어 있는 도표 Ⅰ의 조합비를 중심으로 이들의 융해점 등을 살펴보면 다음과 같다.

전술한 도표 Ⅰ의 내용중

a. 번호 1의 조합비에 따른 복합무기화합물 및 탄화규소의 혼합조성물은 그 소성온도를 1050℃~1100℃로 하며, 번호 2의 조합비에 따른 혼합조성물은 그 소성온도를 1000℃~1050℃로 하고 용융시간(Melting time)은 25분 정도로하여 소성·발포시킨후 서냉시키되, 연속로를 이용하여 주로 대형블럭이나 판재로 사용할 수 있도록 제조한다.

b. 번호 3, 4, 6, 8, 9, 10, 19, 20, 22, 23의 조합비에 따른 혼합조성물은 그 소성융점을 1100℃~1150℃로 하고 용융시간은 30분정도로 하여 소성·발포한 후 서내시키되, 주로 연속로를 사용하여 대형블럭이나 판재가 제조될 수 있게끔하며, 아울러 번호 19, 20, 22, 23의 혼합조성물은 로타리키른을 이용하여 제조하여도 고품질의 제품제조가 가능하다 할 것이다.

c. 번호 5, 7, 11, 12, 13, 21, 24, 25의 조합비에 따른 혼합조성물은 그 소성융점을 1150℃~1200℃로 하고 용융시간은 30분정도로 하여 소성·발포한후 서냉시키되, 연속로를 이용하여 주로 대형블럭이나 내·외장재 등과 같은 판재가 제조될 수 있게끔 한다.

d. 번호 14, 15, 16, 17, 18, 26의 조합비에 따른 혼합조성물은 그 소성융점을 1150℃~1200℃로 하고 용융시간은 30분정도로 하여 소성·발포한 후 서냉시키되, 연속로를 사용하여 주로 판재가 제조될 수 있도록 한다.

e. 번호 29, 34, 37의 조합비에 따른 혼합조성물은 그 소성융점을 1150℃~1200℃로 하고 용융시간은 30분정도로 하여 소성·발포한 후 서냉시키되, 연속로를 이용하여 대형블럭 및 판재 등의 제조가 가능하도록 하고 이외에도 로타리키른도 이용하여 자갈 등과 같은 골재의 제조도 가능하도록 한다.

f. 번호 38, 39, 40의 조합비에 따른 혼합조성물은 그 소성융점을 1200℃~1250℃로 하고 용융시간은 35분정도로 하여 소성·발포한 후 서냉시키되, 연속로를 이용한 대형블럭 등의 제조 및 로타리키튼을 이용한 골재 등의 제조가 가능하도록 한다.

g. 번호 27, 28, 30, 31, 32, 33, 34, 35이 조합비에 따른 혼합조성물은 그 소성융점을 1170℃~1220℃로 하고 용융시간은 30분정도로 하여 소성·발포한 후 서냉시키되, 연속로를 이용한 대형블럭 등의 제조 및 로타리키튼을 이용한 골재 등의 제조가 가능하도록 한다.

h. 번호 41, 42, 43, 44, 45의 조합비에 따른 혼합조성물은 그 소성융점을 1200℃~1250℃로 하고 용융시간을 40분정도로 하여 소성·발포한 후 서냉시키되, 연속로를 이용한 대형블럭 등의 제조 및 로타리키른을 이용한 골재 등의 제조가 가능하도록 한다.

제 11 공정 : 해체, 검사공정, 출하

소성물이 충분히 발포되고 냉각된 후에는 대차에서 소성물을 꺼내어 해체한 뒤 검사한다. 검사가 이루어진 제품에 대해서는 출하한다.

위와 같은 공정을 거쳐 제조되는 본 발명에 따르면, 발포성무기화합물들을 소성시키되, 조성되는 무기화합물마다 탄화규소를 적절히 혼합·조성하여 소성·발포시킴으로서 공극의 분포와 그 크기가 매우 일정한 상태로 발포세라믹재가 제조되므로 부가가치가 높는 고품질의 제품제조가 가능하며 또한 가벼우면서도 세라믹 자체의 특성에 의해 원적외선 등이 방사됨으로서 인체에 매우 유익한 신 건축자재로서 편리하고 유용하게 사용할 수 있는 이점이 있다할 것이다.

이하 본 발명을 실시예를 들어 설명한다.(건식공정에 따른 실시예만 설명한다)

[실시예]

제 1 공정 : 원료입고

황토 및 점토는 100메쉬 정도의 것으로 준비하였고 장석, 규석, 도석, 납석, 화산재, 방해석, 백운석, 폐유약소지, 골재채석장슬럿지, 제오라이트, 벤토나이트 등은 150메쉬 정도로 된 입자의 원료를 준비하고 탄화규소는 1100메쉬 정도의 것을 준비하였다.

제 2 공정 : 단미시험 공정

준비딘 각 원료마다 융해점, 가소성, 수분함유, 점력의 특성을 분석하였다.

제 3 공정 : 무기원료조합조성 공정

단미시험에 의해 원활한 조합비로 조성하되, 준비된 원료들을 이용하여 조성한 것을 보면,

1) 제오라이트 63%, 폐유약소지 27%, 규석 9.97%, 탄화규소 0.03%로 조합하였다.

2) 화산재 80%, 벤토나이트 10%, 규석 9.92%, 탄화규소 0.08%로 조합하였다.

3) 장석 50%, 제오라이트 33%, 벤토나이트 10%, 도석 6.9%, 탄화규소 0.1%로 조합하였다.

4) 골재채석장슬럿지 88%, 장석 11.8%, 탄화규소 0.2%로 조합하였다.

5) 제오라이트 51.6%, 황토 30%, 방해석 18%, 탄화규소 0.4%로 조합하였다.

6) 제오라이트 60.3%, 점토 29%, 백운석 10%, 탄화규소 0.7%로 조합하였다.

7) 점토 38%, 제오라이트 28.1%, 납석 20%, 규석 13%, 탄화규소 0.9%로 조합하였다.

제 4 공정 : 미분쇄 공정(건식공정만 선택)

제 3 공정의 조합비로 조성한 발포성 복합무기화합물을 진동밀에 넣어 4시간 동안 분쇄시켰더니 220메쉬 정도의 미립자로 미분쇄되었고 이때의 비중은 1.3이었다.

제 5 공정 : 성형공정

뚜껑이 없는, 성냥값과 같은 모양의 사각체함을 소성용 붕판으로 제작한뒤 그 내부에 카오린 분말을 도포하고 다시 이 안에 제 4 공정에서 조성된 발포성 복합무기화합물의 미립자 분말을 넣어 하나의 성형체를 이루도록하거나 또는 상기 사각체함속에 스프레이드라이어기로 건조시킨 소지를 넣어 하나의 성형체가 형성될 수 있도록 하였다.

제 6 공정 : 적재공정

제 5 공정을 거침으로써 소성용 붕판에 요적되어진 성형물들을 대차에 차곡차곡 적재했다.

제 7 공정 : 소성공정

앞서 말한대로 터널키른이나 로라스키른등 소성로마다의 소성환경은 다소 다르지만 주된 소성곡선과 융해점(融解點)에서의 융해시간, 냉각대에서의 냉각온도를 직선상태로 하여 매우 천천히 서냉시켜야 하는등 소성로내의 분위기는 동일하였고, 아울러 소성곡선에서 융해점까지의 성형물에 닿는 승온은 주로 1050℃~1250℃로서, 이러한 승온 시간의 문제는 별 제약을 받지 않았으나(시간이 그리중요하지 아니하나), 조합된 조성물 마다의 융해점에서 융해시간(멜팅타임)은 발포의 완전함을 이루는데 중요하므로 반드시 지켜져야 함이 필요하였다.

그리고 시험소성에서 얻어진 결과는 아래에 그 예를 기술하기로 하고, 냉각온도 그래프는 직선으로서 매우 서냉시켜야 하므로 소성로내의 냉각대를 매우 길게하여 서냉시켰던 것이다.

소성예

실시예 제 3 공정상의 무기원료 조합조성예 가운데,

1)의 경우에는 융해점 온도인 1100℃에서 25분가량 융해하여 서냉하였고,

2)와 3)의 경우에는 소성융점을 1170℃로 한뒤 30분가량 융해하여 서냉시켰으며,

4)의 경우에는 소성융점을 1150℃로 한뒤 30분정도 융해하여 서냉하였고,

5)와 6)과 7)의 경우에는 그 소성융점을 1200℃로 한뒤 30분정도 융해하여 서냉시켰다.

위 소성예대로 실시한 결과 제각기 다른 장점을 지나면서도 매우 가벼운 발포성세라믹재(이를 플로우팅세라믹이라고도 함)가 완성되었다.

제 8 공정 : 해체 및 검사공정

소성물이 충분히 냉각된 후 사각체함을 해체하여서 소성물을 꺼낸뒤 발포는 제대로 되었는지, 공극현상이 너무 한쪽으로만 쏠리지 않았는지, 공극크기는 균일한지 등을 살펴보는 선별검사를 실시하였다.

이상과 같이 여러 공정을 거쳐 발포세라믹(플로우팅세라믹)을 얻을 수 있었으며, 이렇게 완성된 발포성세라믹재는 사용목적에 따라 재가공 여부가 결정나겠지만 가공에 따라 벽돌, 타일, 지붕재, 천정재, 내·외장재 등으로 다양하게 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 이미앞의 성형공정에서 기술하였듯이 자갈이나 모래 등으로 성형된 상태에서 전(全) 공정을 거쳐 완성된 경우에는 가공여부와는 무관하게 곧바로 사용할 수가 있는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 발포성세라믹재는 순수하게 흙 종류로만 제조된 제품으로서 인간에게 매우 유익한 것이며, 원적외선 등의 방사로 인하여 모든 사람들이 갈구해오던 신소재임은 물론, 고층화·조립화 시대에 아주 적절한 초경량 제품인것이며, 또한 발포제품이므로 [제품자체가 수많은 공극(패기공)과 공극으로 이루어져 있고 그 공극은 개개의 전부가 진공상태이므로] 방음, 흡음, 단열, 축열효과가 뛰어난 건축자재로 사용시 그 효능이 뛰어난 매우 유용한 발명이라 할 것이다.

또한 본 발명에 있어 위의 사실보다 더 중요한 사실은 복합무기화합물과 탄화규소의 유효적적한 혼합비로 말미암아 발포현상이 이상하게 변질되는 것을 방지하여 고급 제품으로서의 가치를 드높였다는데에 있을 뿐아니라 매우 저렴한 가격으로 제조·공급할 수 있다는데에 개발의 획기적인 전기를 마련한 뛰어난 발명이라 할 것이다.

Claims (27)

1. 발포성세라믹재를 형성함에 있어,

   일정 메쉬(Mesh)이상의 크기를 가진 황토, 점토, 제오라이트(Zeolite), 규석, 납석, 장석, 백운석, 방해석, 프릿트, 화산재, 골재채석장슬럿지, 폐유약소지, 도석, 벤토나이트(Bentonite)등의 무기원료를 일정한 비율로 혼합하고 이어 약 1000메쉬 가량의 크기를 가진 탄화규소(炭化硅素)의 초미립자물 0.02~2.5%를 상기 무기원료의 혼합물에 일정비율 만큼만 다시 투입·혼합시켜 복합무기화합물을 형성하며 이러한 복합무기화합물을 재차 소성로에 넣고 1050℃~1250℃의 언도범위 내에서 약25~30분정도 융해(融解)한뒤 서냉시킴으로써 공극크기가 일정한 양질의 발포세라믹재가 제조되어짐을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
2. 제1항에 있어서,

   제오라이트 50~65%, 폐유약소지 25~40%, 규석 7~15%의 혼합무기원료에 탄화규소 0.02~0.5% 정도가 추가·혼합되어져 소성·발포되어짐을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
3. 제1항에 있어서,

   제오라이트 40~55%, 폐유약소지 35~53%, 규석 10~19%의 혼합무기원료에 탄화규소 0.02~0.5%의 정도가 추가·혼합되어져 소성·발포되어짐을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
4. 제1항에 있어서,

   제오라이트 65~83%, 규석 18~30%에 탄화규소 0.02~0.5%가 혼합되어 소성·발포되어짐을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
5. 제1항에 있어서,

   제오라이트 70~90%, 장석 10~20%에 탄화규소 0.02~0.5%가 혼합되어 소성·발포되어짐을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
6. 제1항에 있어서,

   제오라이트 46~65%, 장석 45~60%, 탄화규소 0.02~0.5%를 혼합하거나 제오라이트 35~50%, 장석 55~76%에 탄화규소 0.02~0.5%를 혼합하거나 제오라이트 67~86%, 규석 20~35%에 탄화규소 0.02~05.%를 혼합하여 소성·발포시킬 수도 있음을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
7. 제1항에 있어서,

   제오라이트 70~87%, 방해석 9~20%, 규석 7~18%에 탄화규소 0.02~0.5%를 혼합하여 소성·발포됨을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
8. 제1항에 있어서,

   제오라이트 65~80%, 방해석 10~26%, 규석 10~20%에 탄화규소 0.02~0.5%를 혼합하거나, 제오라이트 70~88%, 백운석 5~10%, 규석 5~16%에 탄화규소 0.02~0.5%를 혼합하거나 제오라이트 58~75%, 백운석 14~30%, 규석 10~20%에 탄화규소 0.02~0.5를 혼합하여 소성·발포시킬 수도 있음을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
9. 제1항에 있어서,

   화산재 70~90%, 벤토나이트 5~18%, 규석 5~16%에 탄화규소 0.02~0.5%를 혼합하여 소성·발포되어짐을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
10. 제1항에 있어서,

    제오라이트 27~30%, 장석 57~75%, 규석 10~20%에 탄화규소 0.02~0.5%를 혼합하거나 제오라이트 25~38%, 장석 50~65%, 벤토나이트 10~20%, 도석 5~10%에 탄화규소 0.02~0.5%를 혼합하거나 제오라이트 60~80%, 장석 10~26%, 규석 10~20%에 탄화규소 0.02~0.5%를 혼합하거나 제오라이트 70~90%, 도석 7~15%, 규석 5~12% 에 탄화규소 0.02~0.5%를 혼합하여 소성·발포시킬 수도 있음을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
11. 제1항에 있어서,

    골재채석장슬럿지 70~90%, 장석 10~25%에 탄화규소 0.03~0.8%를 혼합하여 소성·발포시킬 수도 있음을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
12. 제1항에 있어서,

    골재채석장슬럿지 70~90%, 규석 11~28%에 탄화규소 0.03~0.8%를 혼합하여 소성·발포시킬 수도 있음을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
13. 제1항에 있어서,

    화산재 60~75%, 장석 10~26%, 규석 10~20%, 도석 6~13%에 탄화규소 0.03~0.8%를 혼합하여 소성·발포시킬 수도 있음을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
14. 제1항에 있어서,

    황토 25~39%, 장석 22~37%, 제오라이트 50~68%에 탄화규소 01.~1.1%를 혼합하여 소성·발포시킬 수도 있음을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
15. 제1항에 있어서,

    골재채석장슬럿지 70~90%, 납석 20~35%에 탄화규소 0.03~0.8%를 혼합하거나 골재채석장슬럿지 70~90%, 백운석 19~35%에 탄화규소 0.03~0.8%를 혼합하여 소성·발포시킬 수도 있음을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
16. 제1항에 있어서,

    화산재 45~65%, 장석 35~50%, 규석 11~21%에 탄화규소 0.03~0.8%를 혼합하거나 화산재 38~55%, 장석 7~15%, 제오라이트 30~45%, 규석 10~21%, 탄화규소 0.03~0.8%를 혼합하여 소성·발포시킬 수도 있음을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
17. 제1항에 있어서,

    황토 23~35%, 제오라이트 50~67%, 방해석 16~31%, 탄화규소 0.1~1.5%를 혼합하거나 점토 25~38%, 제오라이트 60~78%, 백운석 7~15%에 탄화규소 0.1~1.1%를 혼합하여 소성·발포시킬 수도 있음을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
18. 제1항에 있어서,

    황토 25~36%, 제오라이트 56~79%, 장석 15~12%, 규석 4~10%에 탄화규소 0.1~1.1%를 혼합하거나 점토 25~38%, 제오라이트 46~65%, 장석 8~18%, 규석 10~20%에 탄화규소 0.1~1.1%를 혼합하여 소성·발포시킬 수도 있음을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
19. 제1항에 있어서,

    황토 30~45%, 제오라이트 45~62%, 백운색 10~21%, 탄화규소 0.15~1.5%를 혼합하거나 점토 30~42%, 제오라이트 48~67%, 방해석 10~25%에 탄화규소 0.15~1.3%를 혼합하거나 점토 30~43%, 제오라이트 45~58%, 도석 17~32%에 탄화규소 0.15~1.3%를 혼합하여 소성·발포시킬 수도 있음을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
20. 제1항에 있어서,

    점토 35~47%, 제오라이트 37~52%, 장석 13~25%, 규석 6~13%에 탄화규소 0.1~1.5를 혼합하거나 점토 35~47%, 제오라이트 25~39%, 납석 12~25%, 규석 11~21%에 탄화규소 0.1~1.5%를 혼합하여 소성·발포시킴을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
21. 제1항에 있어서,

    황토 30~46%, 제오라이트 45~63%, 장석 10~20%, 도석 8~15%에 탄화규소 0.15~1.3%를 혼합하여 소성·발포시킴을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
22. 제1항에 있어서,

    점토 40~57%, 제오라이트 40~55%, 백운석 9~19%에 탄화규소 0.25~1.8%를 혼합하거나 황토 40~57%, 제오라이트 34~50%, 방해석 14~25%에 탄화규소 0.25~1.8%를 혼합하여 소성·발포시킬 수도 있음을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
23. 제1항에 있어서,

    점토 50~69%, 장석 25~38%, 벤토나이트 15~29%에 탄화규소 0.3~2%를 혼합하여 소성·발포시킴을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
24. 제1항에 있어서,

    황토 35~50%, 제오라이트 40~59%, 장석 8~20%에 탄화규소 0.2~1.5를 혼합하여 소성·발포시킴을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
25. 제1항에 있어서,

    점토 50~68%, 제오라이트 12~27%, 규석 12~28%, 납석 15~28%에 탄화규소 0.3~2%를 혼합하거나 점토 50~70%, 제오라이트 20~33%, 방해석 22~35%에 탄화규소 0.3~2%를 혼합하거나 점토 50~67%, 제오라이트 23~38%, 백운석 17~30%에 탄화규소 0.3~2%를 혼합하여 소성·발포시킬 수도 있음을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
26. 제1항에 있어서,

    황토 50~67%, 제오라이트 23~38%, 장석 17~30%에 탄화규소 0.25~1.8%를 혼합하여 소성·발포시킴을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.
27. 재1항에 있어서,

    점토 60~78%, 장석 20~35%, 벤토나이트 17~32%에 탄화규소 0.35~2.5%를 혼합하여 소성·발포시킴을 특징으로 하는 탄화규소를 이용한 발포세라믹재.