吳有根공학박사 요업기술원 도자구조세라믹본부장 朴宣敏공학박사 요업기술원 도자구조세라믹본부 선임연구원 文盛載요업기술원 도자구조세라믹본부 연구원 제6장. 원적외선 분광방사율 측정 및 결과 제1절. 측정시료의 제작 1. 분말 분말에 대한 조건별 즉 입도별(50#, 140#, 325#) 성형형태(금속몰드, Cu holder압착), 성상별(입도 및 시료두께), 원적외선 방사율의 차이를 확인하기 위하여 다음과 같이 분말시료를 준비하였다. 가. 시료의 선정 및 처리 분말 시료는 고령토 원광을 선정하였으며, 이 고령토에 대한 원광특성은 아래와 같다. 입도가 원적외선 방사율에 미치는 영향을 알아보기 위하여 고령토 원료를 입단별로 50#, 140#, 325#로 전통시켜 준비하였다. 이 때 입도분포는 다음과 같다. 나. 시료의 제작 (1) 프레스 성형법 성형에 있어서 성형압력에 의한 표면 밀도 변화로 인한 원적외선 방사율 영향을 알아보았다. 50# 전통 시료를 이용하여 몰드 성형에 대하여 2(200kg/㎠) 및 6ton(600kg/㎠)의 압력 변화로 원적외선 방사율을 측정하였다. (2) 압착성형법 Cu holder에 분말시료를 압착하여 측정하였다. (3) 입도가 다른 시료 6ton(600kg/㎠)의 압력으로 몰드 성형할 때, 50#, 140# 및 325# 전통시료의 입도가 원적외선 방사율에 미치는 영향을 알아보았다. (4) 시료두께가 다른 시료 50#, 140# 및 325# 전통시료의 입도별 시료두께가 원적외선 방사율에 미치는 영향을 알아보기 위하여, slide glass 위에 시료를 1:1 slip으로 만들어 1회, 3회 시유 및 건조로 시료 두께를 변화시켜 원적외선 방사율을 측정하였다. 2. 소결체 및 괴상 천연광물을 대상으로 한 소결체 및 괴상의 표면조도에 따른 원적외선 방사율의 변화를 확인하기 위해 다음과 같이 시료를 준비하였다. 가. 소결체 조도가 원적외선 방사율에 미치는 영향을 알아보기 위하여 입단별로 50#, 140#, 325#로 전통시킨 위의 고령토 원료를 dia.35.7×t 4.5㎜, 성형압 5ton(500kg/㎠)로 성형하여 1,200℃로 소결하고, 각각에 대한 조도를 측정한 후 온도별 원적외선 방사율을 측정하였다. 나. 괴상 시료의 선정 및 처리 괴상시료로 사용된 천연광물로는 장석을 사용하였으며 화학성분 구성은 다음과 같다. (1) 시료의 제작 장석을 40×40×3mm 크기로 제작을 하고 표면연마를 실시하여 표면에 광택을 주었다. 그리고 표면의 조도를 변화시키 위해 사포번호 #60, #100, #220, #400, #1000을 사용하여 거칠기를 조절하였다. 이 때 표면조도는 다음과 같다. 또한 제조과정에서 흡수된 수분을 제거하기 위해 110℃로 유지되는 오븐에서 건조를 실시하여 시료제작을 완료하였다. (가) 표면조도가 다른 시료 표면조도가 2.58㎛, 1.71㎛, 0.58㎛, 0.38㎛, 0.23㎛, 0.15㎛일 때 40℃, 60℃, 80℃, 100℃, 200℃, 250℃, 300℃에서 원적외선 방사율을 측정하였다. (나) 표면온도가 다른 시료 표면조도가 일정할 때 40℃, 60℃, 80℃, 100℃, 200℃, 250℃, 300℃에서 원적외선 방사율을 측정하였다. 3. 표면코팅면 코팅물질의 두께에 따른 원적외선 방사율 및 기지재료가 원적외선 방사율에 미치는 영향을 알아보기 위해 다음과 같이 시료를 준비하였다. 가. 투명 세라믹 코팅시료 제작 코팅에 사용된 기지금속으로는 탄소 0.06%의 냉연강판으로 40×40×1.5mm 크기이다. 코팅제의 부착성 향상을 위해 초음파세척기에서 세척을 실시 후 아세톤으로 깨끗이 닦았다. 그리고 투명코팅액은 SiO2 Sol-Gel액을 사용하였다. 코팅방법은 기판전체에 균일한 코팅과 두께가 일정하도록 침적코팅하여 200℃에서 1시간 건조하였다. 이 코팅방법을 수회 반복하여 코팅막의 두께을 조절하였다. 코팅막의 두께는 5㎛, 10㎛, 20㎛, 30㎛, 40㎛이었다. 나. 불투명 세라믹 코팅시료 제작 불투명 코팅액은 SiO2 Sol-Gel액에 금속산화물을 첨가하여 제조하였다. 코팅은 투명코팅면과 동일한 방법으로 실시하였다. 제2절. 원적외선 분광방사율 측정결과 1. 분말상 가. 성형압력 및 Cu holder 압착법이 방사율에 미치는 영향 분말상에서 성형압력이 방사율에 미치는 영향을 알아보기 위하여 50mesh전통시킨 고령토를 이용하여 disc형태의 금형몰드 (dia.35.7×t4.5㎜)로 2ton(200kg/㎠), 6ton(600kg/㎠)으로 성형하고, 또한 Cu holder에 slide glass로 압착시키는 방법으로 시편을 제작하여 방사율을 측정하였다. 그 결과 표 36에서 알 수 있듯이 같은 입도를 갖는 분말에서는 6ton과 Cu holder압착 방법의 경우 같은 방사율을 가지며, 2ton으로 성형하였을 때의 방사율은 0.5%이상 증가하였다. 그림 111을 확대하여 성형압력의 영향을 정확히 알아보았다. 그 결과 2ton의 압력으로 성형한 경우가 전체적으로 전체 파장대에서 에너지 변화가 없어 방사에너지가 제일 크게 나타났음을 알수 있다.(그림 112) 방사에너지를 방사율로 나타내 보았을 때 6ton에서의 방사율이 크게 떨어져 그래프 형태가 크게 다르게 보이지만 전체 파장에서의 방사율이 holder와 6ton은 거의 같고, 2ton으로 성형한 경우가 높은 값으로 나타났다.(그림 113) Holder압착을 slide glass로 하였기 때문에 압착시 위 표면의 조도가 작아져, 6ton으로 성형했을 때와 같은 방사율을 갖는 것으로 사료된다. 나. 입도변화가 방사율에 미치는 영향 입도를 50#, 140#, 325#로 각각 전통시켜 금형몰드에 6ton의 일정한 압력으로 성형시켜 시료를 제작하고, 방사율을 측정하였다. 그 결과 방사율이 50#＞140#＞325# 순으로 입도가 클수록 방사율이 1% 이상의 차이를 내는 것을 알 수 있었다. 이것을 뒷받침하는 방사에너지 그래프를 아래 그림 115에 나타내었다. 6~11㎛파장 영역에서 약간의 에너지 차이가 나타남을 알 수 있었다. 그림 115를 쉽게 알아보기 위하여 일부 파장 영역 7.2~9.2 ㎛을 확대하여 보았다.(그림 116) 그 결과 입자 크기가 클수록 방사에너지가 크게 나타남을 알 수 있었으며, 방사에너지에 대한 방사율 그래프를 그림 117에 나타내었으며, 여기에서도 입도변화가 방사율에 미치는 영향을 알 수 있었다. 다. 시료두께가 방사율에 미치는 영향 입도를 50#, 140#, 325#로 각각 전통시킨 원료를 슬립으로 만들어 slide glass 위에 1회, 3회 각각 시유, 건조하여 시료두께를 변화시켜 측정시료를 제작하고, 방사율을 측정하였다. 그 결과 시료두께에 대한 영향은 거의 없으며, 입도에 대한 영향으로 방사율에 차이를 보였다. 이것은 원적외선 방사에너지는 표면방사이므로 표면의 상태와 관계가 있음을 알 수 있다. 결과를 표 38, 그림 119~121에 각각 나타내었다. 그림 119는 50# 전통시킨 시료를 1회(시료두께 1.51mm), 3회(시료두께 3.05mm) 시유하여 측정한 결과로 거의 방사에너지 차이가 없이 두 그래프가 overlap되어 있다. 그림 119를 확대하여 보면(그림 120) 방사에너지 차이는 거의 없고, 입도의 영향이 더욱 큼을 알 수 있다. 2. 소결체 및 괴상 가. 소결체에서 표면조도가 방사율에 미치는 영향 소결체의 경우 표면조도가 방사율에 미치는 영향을 알아보기 위하여 입도를 50#, 140#, 325#로 각각 전통시킨 원료를 금형몰드에 프레스 성형한 후, 1200℃ 로 각각 소성하여 측정시편을 제작하고, 이 시편에 대한 표면조도를 측정한 후 방사율을 측정하였다. 그 결과 조도가 클수록 방사율이 크게 나타났다.(표 39)