Jurnal f the Krean Ceramic Sciety Vl. 48, N. 1, pp. 74~79, 2011. DOI:10.4191/KCERS.2011.48.1.074 Lightweight Prcelain using GHM(Glass Hllw Micrsphere) Geun-Hee Kim, Hy-Sung Chi, Jae-Hwan Pee, W-Sek Ch, and Kyeng-Ja Kim Whiteware Ceramic Center, KICET, Ichen 467-84, Krea (Received Nvember 26, 2010; Revised December 20, 2010; Accepted December 21, 2010) œ GHM(Glass Hllw Micrsphere) y w» y ½ Á z Áv y Á Á½ w» l (2010 11 26 ; 2010 12 20 ; 2010 12 21 ) ABSTRACT The pre generatin technlgy using GHM (Glass Hllw Micrsphere) was studied in rder t reduce the weights f prcelain. In this study, we verify the prperty f mdified slurry by adding GHM. The mdified slurry was prepared by adding 1.0~ 2.5 wt%(k1), 1.0~6.0 wt%(k7) f GHM t the slurry fr prcelain. The slurry viscsity were stable inside a cntent range f 1.0~2.5 wt%(k1), 1.0~6.0 wt%(k7). Hwever, the viscsity f mdified slurry increased mre than.0 wt%(k1) and 6.5 wt%(k7). The frmed specimen by slip casting was fired at 1229 C, 1254 C. As the amunt f GHM cntent increased, the weight decreased and the additin f 1.0~2.5 wt%(k1), 1.0~6.0 wt%(k7) f GHM resulted in a weight drp f 0%(K1) and 25(K7). Hwever, when the GHM cntent increased, the strength decreases ver 70%. This is caused by the presence f a large vlume f surface defects (pres) and defects frm the agglmeratin f GHM. Key wrds : Lightweight, Prcelain, Glass hllw micrsphere, Prus, Slip casting 1. y»(»,», k ) š m,, ³ š (2.6 ) wš. t y g (,, )z» w ƒ v w. t y (2.5 w) w,»œx mw y w.»œx x»œ x 1-) w»œ x w. œ»œ x w t v q w z t ³ ƒ t(, k ) y š ù z t ³ ƒ ƒ v w. w y ƒ w (Mg Si 4 O 10 (OH) 2, LiAlSi 4 O 10, CaMg (CO ) 2 ) w ƒ». wù y t Ì Crrespnding authr : Jae-Hwan Pee E-mail : pee@kicet.re.kr Tel : +82-1-645-1426 Fax : +82-1-645-1487 w y w ƒ. xw» 4-6) w š x»» v w.»œx mw t y w wwš. 1-)»œx j»» œ w.»»œx œx, œx w. œx»œx Plyacrylnitrile t š œx»œx PMMA (Ply-methylmethacrylate),, v p y š.»»œx œx 7,8) ƒ wš, Fly-ash, Glass, HAp œ y w wš.»»œx Fly-ash 9-11) w w GHM(glass hllw micrsphere) w ƒ w.» y e w w» w GHM kw. w»œ x w» GHM w e y w ƒ w. š e w» x w yw w. ù GHM ³ w ywwš p w sƒ ƒ w.»»œx GHM y 74
유리질 중공체 GHM(Glass Hllw Micrsphere)을 활용한 자기의 경량화 Chemical Cmpsitin f Whiteware Slurry Al2O Fe2O CaO SiO2 71.60 18.90 0.6 0.1 75 Table 1. MgO 0.19 Chemical Cmpsitin f GHM SiO2 Al2O Fe2O CaO 72.00 0.08 0.07 12.40 K2O 1.75 Na2O 1.16 TiO2 0.0 P2O5 0.0 Table 2. MgO 0.2 K2O 0.01 Na2O 6.4 TiO2 0.01 P2O5 0.70 B2O 7.7 (wt%) Ig. lss 5.28 (wt%) Ig. lss - 하여 백자 슬러리와 혼합하여 슬러리 특성평가 및 경량 화 특성에 대하여 조사하고자 하였다. 또한 GHM이 자기 의 결정상 형성에 미치는 영향과 기공이 치밀화에 미치 는 영향에 대하여 논하고자 한다. 2. 실험방법 출발 원료로는 (1S, Grye Dt, Krea) 함수율 2.5 wt% 인 백자 슬러리를 사용하였다. Table 1에 백자슬러리 고형 분의 화학성분을 나타내었다. 기공형성제로는 평균입도 4 µm, 1 µm급의 중공형 GHM (Glass hllw micr-sphere, K1, K7, M, Krea)을 혼합 첨가하여 사용하였다. GHM 은 SiO, Na O, CaO, B O 를 주 성분으로한 유리질 조성 으로 화학성분 분석결과를 Table 2에 나타내었다. 백자 슬러리의 평균입도는 레이저 산란법에 의해 측정 되었고, 6.8 µm로 나타났다. GHM의 평균 입도는 SEM (JSM-690, JEOL, Japan)으로 약 700개 이상의 GHM 입 자들을 관찰하여 측정하였다. 이들의 형상을 Fig. 1에 나 타내었다. K1은 평균입도 4 µm(fig. 1(a))으로 구성되었 고, K7은 1 µm(fig. 1(b))으로 관찰되었다. GHM의 밀 도는 밀도측정기(Accupyc -140, Micrmeritics, USA)로 측정하였다. K1은 0.1(g/cm ), K7은 0.5(g/cm )로 나타 나 K1이 저비중인 것으로 나타났다. 2.5 wt%의 함수율을 가진 백자 슬러리에 기공형성제인 GHM을 1.0~6.0 wt% 범위까지 첨가하였다. 기공형성제를 첨가한 후 혼합한 슬러리를 초음파 분산기를 사용하여 10 분 혼합하였다. 혼합된 슬러리 온도는 40 C로 하였고 석 고몰드는 50 C에서 12시간 건조된 몰드를 사용하였다. 혼 합된 슬러리를 몰드에 주입하여 40분 건조하고 이형 하 였다. 성형체는 25 C의 실내에서 24시간 건조 후 120 C, 1260 C까지 C/min로 가열한 후 0분 유지하여 로냉 하 였다. 소성 후 PTCR 측정 결과 실제소성온도는 1229 C, 1254 C로 측정 되었다. 슬러리의 점도 평가를 위해 GHM 을 1.0~6.0 wt%까지 첨가된 슬러리를 Brkfield LV 점도 계로 측정하였다. 스핀들 s61, 0.1 rpm의 조건으로 슬러리 온도를 40 C로 유지하면서 측정하였고 측정시간은 60초 로 하여 측정하였다. 수축율은 시편의 장축방향으로 10 cm 의 확인선을 표시하여 소성 후 수축된 선을 확인하여 측 2 2 2 II Fig. 1. SEM images f GHM micrstructure ((a) GHM-K1, (b) GHM-K7). 정하였다. 경량화율은 기공형성제를 첨가한 시편과 무 첨 가한 시편의 무게 비로 측정하였다. 건조된 성형체를 양 쪽에 10 mm씩 간격을 주어 지지대위에 올려놓고 소성 후 열간 변형을 측정하였다. 강도측정은 소결체를 40 4 mm 로 가공 후 표면 연마하여 0.5 mm/min의 crss head 속도로 점 굴곡강도로 측정하였다.. 결과 및 고찰 소성 전 백자 슬러리 고형분과 GHM의 결정상을 XRD (X-ray diffractin, Right D/max 2500v/pc, Rigaku, Japan) 로 분석한 결과를 Fig. 2에 나타내었다. 백자슬러리 고형 분은 quartz, kalinite, muscvite, albite 결정상들이 나타 났다. GHM의 결정상은 비정질 상으로 피크가 폭넓게 나 타났다. 무기물인 GHM을 슬러리와 혼합하였을 때 나타나는 슬 러리의 특성변화를 알아보기 위하여 점도를 측정하였다. 친수성이 우수한 GHM을 슬러리 대비 1.0~6.0 wt%까지 첨가하여 GHM이 잘 분산된 슬러리를 제조하였다. 각기 제조된 슬러리의 점도변화를 Fig. 에 나타내었다. 함수 율 2.5% 백자 슬러리의 점도는 약 6000 cp로 나타났다. GHM을 첨가할수록 고형분 양은 증가 되고 GHM의 부력 이 높아지기 때문에 유동성이 떨어져 점도 값이 상승한 것으로 판단된다. 첨가량이 6.0 wt%까지 첨가되었을 때에 점도 값은 무첨가 대비 약 2배 이상 증가한 1000 cp값을 나타내었다. 또한 K1과 K7의 밀도가 서로 다르기 때문 에 동일한 질량을 첨가했을 경우 밀도가 낮은 K1이 K7 보다 더 많은 질량이 첨가되어 K1이 K7보다 점도 값이 더 높게 나타났다. GHM이 첨가된 슬러리는 K1-1.0~ 제 48 권 제1호(2011)
76 ½ Á z Áv yá Á½ Fig. 2. Phase analysis f start materials ((a)whiteware pwder, (b) GHM). Fig.. Viscsity f mixed slurry depending n GHM cntents. 2.5 wt%, K7-1.0~6.0 wt%¾ ƒ ƒ wš ƒ š w x ƒ w. x x r z 1229 C, 1254 C ƒƒ w w Fig. 4 ùk ü. GHM ƒ ƒw z w. 1254 C GHM ƒw 12.16% š ƒ K1-2.5 wt% 11.7%, K7-6.0 wt% 8.80% GHM ƒ ƒw y w.»œ x wš š»œ w» p ww q. 1229 C, 1254 C w r K7-2.5~.0 wt% ƒ y w. GHM ƒw ww»œ ù q. GHM ƒ r w z Fig. 5 ùkü. 1254 C z w quartz (SiO 2 ), mullite (Al 6 Si 2 O 1 ), cristbalite (SiO 2 ) ƒ ùkû. GHM SiO 2 72% sw» GHM ƒ ƒ w cristbalite ƒw. Cristbalite ƒw quartz mullite intensity š w e q. 1229 C w Fig. 4. Shrinkage rate depending n GHM cntents fired at (a)1229 C, (b)1254 C. w wz
œ GHM(Glass Hllw Micrsphere) y w» y 77 Fig. 5. Phase analysis f fired samples added GHM at 1254 C (a) and (b) is magnificatin f (a). Fig. 6. Lightweight rate depending n GHM cntents fired at (a)1229 C, (b)1254 C. 1254 C w r w ùkþ. GHM ƒ r»œx ƒ ƒ r w Fig. 6 ùkü. K1-2.5 wt% ƒ 0%, K7-6.0 wt% ƒ 25% ùkþ. GHM ƒ ƒw» œx w ƒw y w. K1 š 0.1 g/cm K7 0.5 g/cm K1 2.7 ƒ ùš w w K1 GHM ƒ 2.7 ùkü. K1 s³ ƒ 41 µm K7 j»œ x w š ùkû. K7 5µm w s»»œx s š w K1 sw wš ƒ ƒw e w q. GHM ƒ r Fig. 7 ùkü. ƒ r 1254 C w 105.6θ MPa ùkþ. GHM ƒ ƒw p»œ x ƒ» ƒ r x w w. K1 GHM 2.5 wt% ƒ 2 MPa d š K7 6.0 wt% ƒ 25 MPa d. z (Fig. 5) ùkù GHM ƒ ƒ w ƒwš cristbalite ƒ w j š q. 1229 C 1254 Cƒ ùkûš y w w ùkû. GHM ƒw r Fig. 8 ùkü. 1254 C w 0.28% t r j ù. w GHM ƒw r K1-2%, K7-4% ù kû ƒ ƒw»œ ƒw j ƒw ùkû. 1229 C ƒ û k» 1254 C ùkù q. GHM ƒ r Fig. 9 ùkü. r»œ j» K1 K7 ³ew ùkû z w w s³ j ùkû. 48«1y(2011)
김근희 최효성 피재환 조우석 김경자 78 Fig. 9. Fig. 7. Bending strength f sample fired at (a)1229c, (b)1254c depending n GHM cntents. Fig. 8. Absrptin rate f samples fired at (a)1229c, (b)1254c depending n GHM cntents. SEM images f GHM micrstructure fired at 1254C ((a) K1-1.0 wt% (b) K1-1.5 wt% (c) K1-2.0 wt% (d) K1-2.5 wt% (e) K7-1.0 wt% (f) K7-2.5 wt% (g) K7-4.0 wt% (h) K7-6.0 wt%). 과에서와 같이 첨가량에 따라 기공형성이 증가하며 기공 이 경량화에 가장 크게 영향을 미치는 것으로 나타났다. 대체적으로 K1과 K7보다 기공의 크기가 더 크게 나타나 며 이것으로 K1이 경량율이 더 증가되는 것으로 판단된다. 한국세라믹학회지 4. 결 론 무기물 GHM 첨가에 의한 경량화 자기 제조와 특성에 대하여 평가하였다. GHM을 백자 슬러리에 K1-1.0~2.5 wt%,
œ GHM(Glass Hllw Micrsphere) y w» y 79 K7-1.0~6.0 wt% ƒw x ƒ w GHM ƒ (1.0~6.0 wt%) (6,000~1,000 cp) p sƒw. GHM x ü»œ x wš z»œ gš GHM g g.» œx ƒ ƒ r 1254 C, K1-2.5 wt% ƒ 0.6% ùkû. GHM w»œx ƒw 70%. REFERENCES 1. G. Crtts and T. G. Park, Preparatin f Prus and Nnprus Bidegradable Plymeric Hllw Micrspheres, J. Cntrll. Release, 5 91-105 (1995). 2. K. Kandri, K. Takeguchi, M. Fukusumi, and Y. Mrisada, Applicatins f Micrprus Glass Membranes, Plyhedrn, 28 06-42 (2009).. O. J. Cayre and S. Biggs, The Rle f Particle Technlgy in Develping Sustainable Cnstructin Materials, Adv. Pwder Tech., 21 19-22 (2010). 4. C. S. Prasad, K. N. Maiti, and Venugpal R, Replacement f Quartz and Ptash Feldspar with Sericitic Pyrphyllite in Whiteware Cmpsitins, Interceram, 40 [2] 94-8 (1991). 5. Y. Kbayashi, O. Ohira, T. Sath, and E. Kat, Cmpsitins fr Strengthening Prcelain Bdies in Alumina- Feldspar-Kalin System, Brit. Ceram. Trans., 9 [2] 49-52 (1994). 6. R. Harada, N. Sugiyama, and H. Ishida, Al 2 O -Strengthened Feldspathic Bdies : Effects f the Amunt and Particle Size f Alumina, Ceram. Eng. Sci. Prc., 17 [1] 88-98 (1996). 7. S. H. Chae, Y. W. Kim, I. H. Sng, H. D. Kim, and J. S. Bea, Effects f Template Size and Cntent n Prsity and Strength f Macrprus Zircnia Ceramics (in Krean), J. Kr. Ceram. Sc., 46 [1] 5-40 (2009). 8. E. J. Lee, I. H. Sng, H. D. Kim, Y. W. Kim, and J. S. Bae, Investigatin n the Pre Prperties f the Micrcellular ZrO 2 Ceramics using Hllw Micrsphere (in Krean), J. Kr. Ceram. Sc., 46 [1] 108-15 (2009). 9. S. J. Kim, H. G. Bang, and S. Y. Park, Prperties and Synthesis f Prus Crdierite frm Fly Ash (in Krean), J. Kr. Ceram. Sc., 4 [6] 44-50 (2006). 10. W. Y. Kim, H. B. Ji, T. Y. Yang, S. Y. Yn, and H. C. Park, Preparatin f Prus Mullite Cmpsites Thrugh Recycling f Cal Fly Ash (in Krean), J. Kr. Ceram. Sc., 47 [2] 151-56 (2010). 11. Y. S. Chu, C. W. Kwn, J. K. Lee, and K. B. Shim, Micrstructure and Physical Prperties f Prus Material Fabricated frm a Glass Abrasive Sludge (in Krean), J. Kr. Ceram. Sc., 4 [5] 277-8 (2006). 48«1y(2011)