현대 세라믹 생산: 원료부터 완제품까지 전 공정 가이드

세라믹 산업은 도자기, 자기 같은 전통 세라믹부터 화학·기계 등 분야의 현대 기술 세라믹까지 폭넓은 제품을 다룹니다.

현대 세라믹 제품의 제조 공정을 간략히 개요하여, 필요한 원자재를 파악하고 전체 공정을 관리하는 데 도움이 되고자 합니다.

1. 세라믹이란 무엇인가?

세라믹은 제조용으로 고온 처리를 거치는 무기 비금속 고체로 정의됩니다. 이 글에서는 현대 기술 세라믹에 초점을 맞춥니다.

기술 세라믹 제품에는 우주왕복선 프로그램용 타일, 가스 버너 노즐, 핵연료 우라늄 산화물 펠릿, 생체 의료용 임플란트 등이 포함됩니다.

이 제품들은 점토가 아닌, 특정한 물성을 위해 선택된 비점토 재료로 만들어지며 다음과 같이 분류됩니다:

• 산화물: 실리카, 알루미나, 지르코니아
• 비산화물: 탄화물, 붕화물, 질화물, 규화물
• 복합재: 입자·휘스커 강화 재료, 산화물과 비산화물 조합

2. 세라믹 제품 일반 제조 공정

최종 제품을 만들기 위해 세라믹 소재는 다음과 같은 일반 공정을 거칩니다:

2.1 분쇄(Milling)

분쇄는 큰 입자 재료를 더 작은 크기로 줄이는 공정입니다.

일반적으로 마모, 압축, 충격 등 기계적 수단으로 수행됩니다.

마모는 입자 간 충돌로 응집체 분쇄나 입자 전단·압축을 유발합니다. 압축은 파쇄력을 가합니다.

마모 분쇄 장비로는 패들이 물속에서 와류를 만들어 재료를 충돌·파쇄하는 습식 스크러버가 있습니다.

압축 분쇄기에는 조 크러셔, 롤 크러셔, 콘 크러셔가 있습니다. 충격 분쇄기에는 매체가 회전하며 재료를 파쇄하는 볼 밀이 있습니다.

2.2 배합(Batching)

배합은 레시피에 따라 산화물을 계량하고 혼합·건조를 위해 준비하는 공정입니다.

2.3 혼합(Mixing)

혼합은 배합 후 다양한 장비로 수행됩니다: 건식 리본 믹서, 뮬러 믹서, 퍼그 밀 등. 습식 혼합도 보통 같은 장비를 사용합니다.

2.4 성형(Forming)

성형은 혼합 재료를 변기·스파크플러그 절연체 등 다양한 형상으로 만드는 공정입니다.

성형 방법에는:

• 압출: '슬러그' 압출로 벽돌 제조,
• 프레싱: 성형 부품 제조,
• 슬립 캐스팅: 세면대·장식용 도자기상 제조 등.

성형으로 '그린 파트'가 만들어지며 건조 준비가 됩니다. 그린 파트는 부드럽고 가소성이 있어 시간이 지나면 형상이 변합니다. 취급 시 형상이 변형될 수 있습니다.

세라믹 분말을 압축해 그린 상태 부품을 만들면 밀도는 약 50~70%입니다.

상대적으로 약하지만 주의 깊게 다루면 복잡한 형상으로 가공 가능합니다. 강도를 부여하기 위해 보통 소결합니다.

2.5 건조(Drying)

건조는 성형체에서 물이나 바인더를 제거하는 과정입니다. 스프레이 건조가 프레싱용 분말 제조에 널리 쓰입니다. 그 외 터널 건조기, 주기식 건조기도 사용됩니다.

제어된 열을 2단계로 가합니다. 첫째, 수분을 제거합니다. 급속 가열은 균열과 표면 결함을 유발하므로 세심한 제어가 필요합니다.

건조된 파트는 그린 파트보다 작고 부서지기 쉬워 세심한 취급이 필요합니다. 작은 충격에도 부서질 수 있습니다.

2.6 소결(Sintering)

소결은 건조 파트가 제어된 가열 공정을 거치며 산화물이 화학적으로 변화해 결합과 치밀화가 일어나는 과정입니다. 소성 파트는 건조 파트보다 작아집니다.

이상이 세라믹 제품의 일반 제조 공정입니다. 도움이 되셨길 바랍니다. 궁금한 점은 댓글로 남겨 주세요.

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