KR101047355B1

KR101047355B1 - 친환경 인덕션 레인지용 도자기 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101047355B1
Application number: KR1020110019532A
Authority: KR
Inventors: 이오훈
Original assignee: (주)에릭스
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2011-07-08
Anticipated expiration: 2031-03-04
Also published as: WO2012121474A1

Abstract

본 발명은 도자기의 두께를 감소시키면서도 뛰어난 성형성, 강도 및 내열성을 확보하여 조리시간을 단축시킬 수 있고, 장시간 수분을 흡수시킨 후 바로 인덕션 가열하더라도 도자기의 소지 또는 유약층이 수분과 함께 튀어나오지 않고, 24시간 침지했을 때 수분 흡수율이 2 ~ 5 %로 낮으며, 원적외선 방사율이 뛰어난 인덕션 레인지용 도자기 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

친환경 인덕션 레인지용 도자기 및 그 제조방법{Heat resistant ceramic ware for induction range and preparation method thereof}

본 발명은 얇은 두께로 성형 가능하면서 충분한 강도와 내열성을 발휘하여 조리시간을 단축할 수 있는 친환경 인덕션 레인지용 도자기 및 그 제조방법에 관한 것이다.

도자기란 원래 도기(陶器)와 자기(磁器)의 합성어로서 점토, 장석, 규석, 도석 등의 무기물질을 을 단독 또는 혼합하여 성형한 다음 열을 가하여 경화시킨 제품을 말한다. 도자기의 분류는 나라 또는 학자에 따라 다르나 한국에서는 일반적으로 도자기라면 자기(porcelain), 도기(earthenware), 석기(stoneware) 및 토기(clayware)의 4종류로 크게 나눈다. 본 발명에서 자기는 일반인들이 특별히 구별하지 않고, 흔히 도자기라 불리우는 것을 의미하는 것으로서, 자기라고 표현하기는 하나, 일반적인 의미의 도자기를 포함하는 것을 해석되어야 할 것이다.

도자기의 제조공정은 일반적으로 소지(素地)의 제조, 성형, 건조, 소성, 유약칠, 채식 등으로 나눌 수 있다.

소지의 제조방법은 건식과 습식이 있으며, 원료의 성질,처리방법, 사용목적 등에 따라 알맞은 방법을 택한다. 건식 방법은 원료를 곱게 분쇄하여 원료별로 저장된 것 중에서 필요한 양을 각각 저울로 달아서 혼합하며, 이때 적당량의 물을 첨가해서 균일하게 혼합이 되도록 잘 섞는다. 습식방법은 백색 소지의 도기나 자기의 경우에 주로 이용되며, 수비한 점토와 각각 미분쇄한 원료들을 적당량씩 달아서 혼합하고 물을 사용하여 이장(泥漿:slip)으로 만들어 잘 저어서 균일하게 배합이 되도록 한다. 이 방법 외에 근래에 많이 사용되는 것은 괴상(塊狀)의 원료들을 조 크러셔(jaw crusher) 또는 플랫 밀(plat mill)로 조분쇄, 중간분쇄한 각 원료의 필요량과 점토의 적당량을 달아서 적당량의 물과 함께 볼 밀(ball mill)에 넣고, 미분쇄와 동시에 혼합하는 방법을 주로 택하고 있다. 볼 밀은 두꺼운 철판으로 된 원통형의 내면에 알루미나 질의 블록을 붙이고 그 속에 프린트구(球)를 넣은 것이며, 원료와 물을 넣고 회전시키므로 원료의 마쇄와 혼합을 동시에 할 수 있게 되어 있다. 볼 밀 속에서 마쇄되어 혼합된 이장은 체로 거르고, 탈철기를 통과시켜서 철분을 제거시킨 다음, 콘크리트로 된 탱크에 옮겨 교반하면서 펌프로 여과기에 보내어 탈수한다. 탈수된 소지는 진공토련기(眞空土練機)를 사용하여 다시 잘 반죽하고 소지 속에 섞여 있는 공기를 빼낸 다음 일정기간 동안 저장하였다가 사용한다. 근대적이고 대형화된 공장에서는 성능이 우수한 진공토련기를 사용하며, 이 토련기를 거쳐서 나온 소지를 바로 사용하기도 한다.

도자기의 성형방법으로는 물레성형(jiggering), 주입성형(casting, 슬립캐스팅이라고도 한다), 압출성형(plastic forming by extruding), 압착성형(pressing)의 네 가지가 중요하다. 물레성형은 진공토련기에서 이긴 소지를 써서 물레로 성형하는 방법이며, 손물레성형과 기계물레성형이 있다. 손물레성형은 물레 위에 소지를 놓고 물레를 돌려가며 손으로 빚어서 형상을 만드는 것이다. 비능률적이어서 공업적으로는 거의 쓰이지 않는 방법이지만, 공예품 성형에는 아직도 많이 쓰인다. 기계물레는 석고틀에 소지를 놓고 물레를 돌려가면서 틀과 주걱 사이에서 성형되도록 하는 것으로, 식기류나 용기류의 제조에 가장 많이 쓰는 방법이다. 이 방법도 기계물레를 사용한다는 것 이외에는 수공이 많이 드는 방법이며, 소지에서 완전 성형까지의 조작을 자동화하여 이 공정 전부를 기계화한 자동기계 물레방식이 최근에 채택되고 있다. 주입성형은 점토나 소지원료에 물을 넣어 손으로 이겨서 반죽하면 연토가 되고, 다시 물을 더 가하면 반죽은 유동성을 띠게 되어 용기를 기울이기만 해도 수월하게 다른 용기에 옮길 수 있게 된다. 여기에 다시 물을 가하면 가는 입자가 물 속에 현탁(懸濁)되어 있는 상태가 되어 액체와 같은 성질을 가지게 된다. 이와 같이 한 것을 이장 또는 슬립이라고 한다. 이장을 석고틀에 주입하여 성형하는 방법을 주입성형이라고 한다. 이장을 석고틀에 주입하면 석고틀은 물 속에 현탁하고 있는 분체를 물과 함께 틀의 표면에 끌어들이고, 끌어들인 물은 석고의 내부에 확산 흡수되며, 틀의 표면에 수분이 적은 이장의 층이 생긴다. 시간이 경과하면 이 이장의 층은 굳어지고 두꺼워진다. 이와 같이 굳어진 이장의 두께가 적당히 된 다음에 남아 있는 이장을 쏟아버리면, 굳은 이장의 층만이 석고틀에 붙게 된다. 상기 석고틀에 부착된 이장층은 탈수될수록 수축하고 견고하게 되므로 석고틀을 뽑아내면 성형된 소지가 남는다. 이와 같은 주입성형은 주로 다른 방법으로는 성형하기 어려운 복잡하고 정밀한 물체를 성형하는 데 쓰인다. 압출성형은 손으로 이겨서 만들 수 있는 상태의 물을 포함하고 있는 소지로 성형하는 가소성 또는 소성성형의 일종으로 함수량은 대개 15 내지 25%이다. 이러한 배토를 진공토련기와 같은 압출장치로 압출하여 연속적으로 성형하는 대량생산에 적합한 방법이다. 단면이 균일한 것, 즉 단면이 원형, 반원형, 다각형인 것들을 성형할 수 있다. 단면이 작아서 1단 압출로는 곤란한 것은 2단 압출로 하며, 또 압출성형한 것을 반건조상태나 건조상태로서 다시 선반가공으로 성형을 완료하는 수도 있다. 압착성형은 소지를 압착기와 틀을 써서 가압하여 성형하는 방법이다. 그러나 이 방법은 주로 반건식 이하의 가소성이 적은 소지를 이용하여 성형할 때 쓰며, 마찰 프레스와 수압 또는 유압 프레스를 가장 많이 이용한다.

성형체에서 가마재입에 필요한 강도를 주고 소성을 위험없이 빠르게 하기 위하여 수분을 제거하여 건조하여야 한다. 성형체 건조의 제1단계 점토입자에 윤활제 구실을 하는 물의 제거 단계이다. 물의 증발은 표면에서 일어나는 것인데, 점토입자간의 틈은 서로 불규칙적이지만 모세관으로 되어 있으므로 내부의 물은 이 모세관을 통하여 표면으로 이동되고 계속 증발한다. 그러므로 미립자가 많은 가소성이 큰 점토를 많이 함유할수록 모세관은 가늘어서 건조에 오랜 시간이 걸린다. 이와 같이 점토입자의 활재로 되어 있는 수분이 나감에 따라서 점토입자는 접근하여 부피가 줄어들고 수축이 계속된다. 그러나 좀 큰 입자가 서로 접촉하게 되면 수축은 거의 완료된다. 이때 달아나는 물을 수축수라고 하며, 이때까지의 건조에 특히 조심하여야 한다. 나머지 틈에 있는 물도 역시 증발하여 달아나며, 이때에는 수축은 거의 일어나지 않고, 물이 달아난 자리는 틈이 생긴다. 끝으로 입자의 표면에 흡착되어 있는 물 피막의 제거이다. 그러나 이 물은 표면적(겉넓이)은 크지만 입자에 강하게 흡착되어 있으므로 상당히 높은 온도로 건조하여야 하며, 특히 입자가 작으면 작을수록 건조가 어렵다. 결과적으로 건조공정에서 가장 주의하여야 하는 과정은 수축수가 증발하는 단계, 즉 수축현상을 수반하는 건조 과정이다. 건조장치로는 온돌형, 상자형, 터널형 등 여러 가지가 쓰인다. 상자형에서도 건조선반이 이동식으로 되어 있는 물티제트 건조기가 많이 쓰인다. 이것은 많은 분사공이 달린 판을 통하여 최적의 건조조건으로 조절된 공기를 피건조물에 수직으로 분사 통과시켜서 건조하는 장치이다. 터널형으로는 소성용 터널가마에서의 폐열을 이용하는 열풍식 터널가마가 가장 많이 쓰이며, 이것은 소성용 터널가마의 냉각대에서 약 140℃ 정도의 열풍을 한쪽에서 끌어넣고 다른 한쪽에서 방출한다.

소지에 유약을 입히는 것을 시유 또는 유약칠이라고 한다. 시유는 소지 표면에 광택을 주어 더욱 아름답고 돋보이게 하여 미적 장식효과를 높이는 목적과 표면을 매끄럽게 하여 오염을 방지하고, 흡수성을 없애 물이나 화학약품에 대한 저항성을 증대시키는 데 있다. 미적 효과를 더욱 크게 하기 위해서는 소지에 조각한다든지 유약을 칠하기 전에 채료(彩料)를 사용하여 그림이나 문자, 그 밖의 채색(밑그림, 바닥그림 또는 무늬넣기라고 한다)을 한다든지, 또는 유약 위에 색유(色釉) 또는 채료를 사용하여 채식(彩飾:윗그림)하는 방법 등이 이용된다. 유약은 기물에 입혀서 소성하면 녹아서 소지에 밀착하는데, 만일 소지의 팽창률 또는 수축률과 일치하지 않으면 잔금이 생기거나 유약이 떨어져 나간다. 용융온도에 따라 서 연질유와 경질유로 크게 분류되며, 연질유는 도기에 널리 사용되며, 특히 낮은 온도에서 녹는 납성분이 많은 유약을 납유약이라고 하여 조도기, 토기 등에 많이 사용한다. 경질유는 주로 자기에 쓰이며, 불투명유는 목적에 따라 아비산, 안티몬, 주석, 아연, 티탄, 골회 등을 적당히 배합하여 사용한다. 색유는 모든 유약에 무기색소의 구실을 하는 코발트, 크롬, 철, 구리, 니켈, 망간 등이나 적당량의 무기질 채료를 첨가하여 착색한 유약이며, 청자유, 진사유 등도 색유의 일종이다. 또한 윗그림용 채료도 저온에서 융착하는 색유이다. 일반적으로 사용하고 있는 시유방법은 담금법으로서, 유약을 이장으로 만들고, 이 이장 속에 성형하여 건조된 또는 초벌구이한 소지를 담그고, 소지의 흡수성을 이용하여 소지체 표면에 유약을 입히는 방법을 사용하고 있다. 이 때 유약의 두께는 소지의 흡수율, 이장의 농도, 담그는 시간에 따라 다르므로 잘 조절하여야 한다. 표면에 요철(凹凸)이 있는 소지(조각을 한 것 등) 또는 소지의 두께가 두꺼운 것에는 압착공기를 사용한 분무법을 사용한다.

소성은 도자기의 제조공정에서 가장 중요한 단계이며, 소지, 유약, 모양, 크기, 용도 또는 가마의 종류, 연료, 소성온도, 불꽃 등의 조건에 따라 다소의 차이는 있지만, 초벌구이(biscuit fire), 재벌구이(본구이: glost fire), 채색구이(decorating fire) 등으로 분류된다.

한편 인덕션 레인지는 전자유도 가열식 조리기로서, 그 작동 원리는 레인지 상판 아래에 있는 코일에 전류를 보내면 코일에 자력선이 발생하고 이 자력선이 상판 위에 놓인 냄비의 바닥을 통과 시에 냄비의 재질에 포함된 저항성분(철성분)에 의해서 와류전류를 생성시키고, 냄비바닥에서 발생한 와류전류는 냄비자체만을 발열을 시키므로 렌지 상판의 달구어짐이 없이 그릇만 뜨거워지는 유도가열이 일어나고, 냄비를 들거나 전원을 중단하면 가열이 즉시 멈추게 된다. 인덕션 레인지는 상판을 손으로 만져도 뜨겁지 않아 안전하고, 또한 냄비가 닿는 부분에서만 에너지가 생성되므로 에너지효율이 높으며, 이산화탄소를 생성하지 않는 친환경 조리기이다.

종래 인덕션 레인지용으로는 쇠로 된 냄비나 솥이 이용되어 왔으나, 외관이 수려하고 화학적으로 안정한 내열 도자기의 표면에 철성분의 열전사필름층을 형성한 인덕션 레인지용 도자기에 대한 수요가 꾸준히 증가하고 있다.

그러나 인덕션 레인지용 도자기는 접시, 그릇, 컵 등 일반 식기에 비해 비교적 큰 용량과 크기의 냄비나 솥으로 활용되어야 하기 때문에 강도가 뛰어나고, 인덕션 레인지에 전원이 인가 여부에 따라 빠른 속도로 유도가열이 이루어졌다가 냉각되므로 내열성이 뛰어나야 하므로, 이러한 충분한 강도와 내열성을 확보하기 위해 지금까지 10 ~ 15 mm 정도로 두껍고 투박하게 제조될 수밖에 없었고, 이러한 두꺼운 인덕션 레인지용 도자기는 가열 조리시간의 증대를 가져와 전기를 많이 사용하게 되는 단점이 있었다.

인덕션 레인지용 도자기에 관한 선행기술로, 한국특허 제777831호에는 도자기 요기의 내부면을 샌드블라스트하여 요철을 형성시키고, 상기 요철이 형성된 도자기 용기의 내부면에 유성 세라믹 코팅제를 도포하고, 상기 유성 세라믹 코팅제 위에 수성 불소수지 코팅제를 더 도포한 후, 상기 도자기를 100 ℃ 내지 400 ℃에서 건조시켜 상기 세라믹 코팅제와 상기 불소수지 코팅제를 융합시키고, 외부 바닥면에는 굽이 없는 평평한 면에 은가루가 도포된 인덕션 전사지가 부착된 것을 특징으로 하는 인덕션 레인지용 도자기 용기를 개시하고 있고, 한국특허 제450059호에는 전사필름의 일측에 분말형태의 은75%(부피비)와 철금속25%(부피비)가 조성된 감응제와, 흑연으로 조성된 보호제와, 통상의 무기안료와, 통상의 분말 유약과, 아크릴 수지를 순차적으로 인쇄하여 전사지를 형성한 후, 상기 전사지를 세라믹 조리용기의 바닥 저면에 전사하여 600℃~800℃로 1시간 30분에서 3시간 소성하는 것을 특징으로 하는 인덕션 렌지용 세라믹 조리용기의 제조방법을 개시하고 있다.

위 인덕션 레인지용 도자기에 대한 선행기술들은, 도자기의 소지 및 유약 조성물을 개선한 것이 아니라 통상의 도자기에 코팅이나 전사지 조성만을 변경한 것으로 도자기의 두께를 감소시키면서도, 강도와 내열성을 증대시켜 조리시간을 단축시킬 수 있고, 장시간 수분을 흡수시킨 후 바로 인덕션 가열하더라도 도자기의 소지 또는 유약층이 수분과 함께 튀어나오지 않고, 24시간 침지했을 때 수분 흡수율이 2 ~ 5 %로 낮으며, 원적외선 방사율이 뛰어난 소지 및 유약 조성물에 대해서는 어떠한 암시도 없었다.

본 발명의 목적은 도자기의 두께를 감소시키면서도 강도와 내열성을 증대시켜 조리시간을 단축시킬 수 있고, 장시간 수분을 흡수시킨 후 바로 인덕션 가열하더라도 도자기의 소지 또는 유약층이 수분과 함께 튀어나오지 않으며, 24시간 침지했을 때 수분 흡수율이 2 ~ 5 %로 낮고, 원적외선 방사율이 뛰어난 소지 및 유약 조성물을 통해 가공된 인덕션 레인지용 도자기를 제공하는 것이다.

본 발명의 인덕션 레인지용 도자기는, 도자기 표면에 인덕션 열전사필름층이 형성된 인덕션 레인지용 도자기에 있어서, 상기 도자기는 엽장석 40 ~ 70 중량%, 퓨리트 3 ~ 15 중량% 및 맥반석 4 ~ 18 중량%를 포함하는 소지 조성물을 이용하는 소지 조성물로 성형되고, 엽장석 52 ~ 68 중량%, 퓨리트 8 ~ 19 중량%, 활석 0.2 ~ 4 중량%, 규회석 1 ~8 중량% 및 맥반석 8 ~ 25 중량% 을 포함하는 유약을 시유하여 가공된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 인덕션 레인지용 도자기에서 상기 소지 조성물은 엽장석 55 ~ 68 중량%, 퓨리트 5 ~ 10 중량%, 활석 0.2 ~ 4 중량%, 카올린 6 ~ 18 중량%, 점토 4 ~16 중량% 및 맥반석 8 ~ 16 중량%를 포함하는 소지 조성물인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 인덕션 레인지용 도자기에서 상기 퓨리트는 납을 함유하지 않은 알카리성 퓨리트 또는 붕산 퓨리트인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 인덕션 레인지용 도자기에서 상기 퓨리트는 SiO₂ 40∼45중량부, Na₂O 12∼18중량부, K₂O 1.5∼2.5중량부, BaO 2∼3 중량부, NiO 0.5∼1.0 중량부, MnO 0.5∼1.0중량부, CuO 0.5∼1.2 중량부, CoO 0.1∼0.2중량부 및 CaO 5∼10중량부인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 인덕션 레인지용 도자기에서 상기 유약은 장석, 카올린 및 석회석 중에서 선택된 어느 하나 이상의 유약 원료를 더 포함하고, 이 때 상기 장석의 함량은 1.5 ~ 5 중량%, 카올린 함량은 2.5 ~ 5 중량%, 석회석 함량은 1 ~ 5 중량%인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 인덕션 레인지용 도자기에서 상기 인덕션 열전사필름층이 형성된 도자기의 두께는 3 ~ 7 mm인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 인덕션 레인지용 도자기의 제조방법은, 엽장석 55 ~ 68 중량%, 퓨리트 5 ~ 10 중량%, 활석 0.2 ~ 4 중량%, 카올린 6 ~ 18 중량%, 점토 4 ~16 중량% 및 맥반석 8 ~ 16 중량%를 포함하는 소지 조성물을 이용하는 소지 조성물로 기물을 성형한 후 그 성형체를 900 ~ 1100 ℃에서 초벌구이하는 단계; 상기 초벌구이된 성형체에 엽장석 52 ~ 68 중량%, 퓨리트 8 ~ 19 중량%, 활석 0.2 ~ 4 중량%, 규회석 1 ~8 중량% 및 맥반석 8 ~ 25 중량% 을 포함하는 유약을 시유하고 1200 ~ 1350 ℃에서 재벌구이하는 단계; 및 상기 재벌구이된 성형체의 표면에 인덕션 열전사필름층을 코팅하고 850 ~ 1000 ℃에서 소성하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

본 발명은 도자기의 두께를 감소시키면서도 뛰어난 성형성, 강도 및 내열성을 확보하여 조리시간을 단축시킬 수 있고, 장시간 수분을 흡수시킨 후 바로 인덕션 가열하더라도 도자기의 소지 또는 유약층이 수분과 함께 튀어나오지 않으며, 24시간 침지했을 때 수분 흡수율이 2 ~ 5 %로 낮고, 원적외선 방사율이 뛰어난 인덕션 레인지용 도자기의 대량생산이 가능하게 한다.

본 발명의 도자기 표면에 인덕션 열전사필름층이 형성된 인덕션 레인지용 도자기에서, 상기 도자기는 엽장석 40 ~ 70 중량%, 퓨리트 3 ~ 15 중량% 및 맥반석 4 ~ 18 중량%를 포함하는 소지 조성물을 이용하는 소지 조성물로 성형되고, 엽장석 52 ~ 68 중량%, 퓨리트 8 ~ 19 중량%, 활석 0.2 ~ 4 중량%, 규회석 1 ~8 중량% 및 맥반석 8 ~ 25 중량% 을 포함하는 유약을 시유하여 가공된 것을 특징으로 한다.

엽장석(Petalite)은 규산리튬알루미늄으로 소지의 열팽창 및 수축을 완화하기 위한 기본 원료로 사용되고, 수분을 제외한 소지 조성물 전체에서 40 ~ 70 중량%, 바람직하게는 55 ~ 68 중량% 사용된다. 상기 하한치 미만에서는 가열과 냉각에 따른 열팽창성 및 열수축성이 커서 내열성이 낮아 파손 가능성이 높고, 상한치를 초과하면 기물 성형에 필요한 퓨리트, 장석, 활석, 카올린, 규석, 점토 등의 함량이 제한을 받고, 또한 맥반석의 함량에도 제한을 받으며, 성형불량률이 높아진다.

퓨리트는 고온에서 내열성을 발휘하고 소지와 유약층의 결합력을 증진시키기 위한 원료로 사용하는 것으로, 바람직하게는 고화도 내열 퓨리트를 사용하는 것이 고, 수분을 제외한 소지 조성물 전체에서 3 ~ 15 중량%, 바람직하게는 5 ~ 10 중량% 사용된다. 상기 하한치 미만에서는 상기 하한치 미만에서는 가열과 냉각에 따른 열팽창성 및 열수축성이 커서 내열성이 낮아 파손 가능성이 높고, 상한치를 초과하면 기물 성형에 필요한 장석, 활석, 카올린, 규석, 점토 등의 함량이 제한을 받고, 또한 맥반석의 함량에도 제한을 받으며, 성형불량률이 높아진다.

또한 상기 퓨리트는 납을 함유하지 않은 알카리성 퓨리트 또는 붕산 퓨리트가 바람직하고, 퓨리트의 융점은 600 ~ 850 ℃이다. 퓨리트의 조성을 특별히 한정하지는 않지만 SiO₂ 40∼45중량부, Na₂O 12∼18중량부, K₂O 1.5∼2.5중량부, BaO 2∼3 중량부, NiO 0.5∼1.0 중량부, MnO 0.5∼1.0중량부, CuO 0.5∼1.2 중량부, CoO 0.1∼0.2중량부 및 CaO 5∼10중량부를 포함하여 이루어진 것을 사용할 수 있다.

맥반석은 지질학적으로 화강암류에 속하고, 암석명으로 석영-몬조나이트로서 석영과 장석이 촘촘하게 섞여 있는 암석으로 소지 조성물에 맥반석이 첨가됨으로 인하여 장시간 수분을 흡수시킨 후 직화가열 시 안정성을 증대시킨다. 맥반석은 수분을 제외한 소지 조성물 전체에서 4 ~ 18 중량%, 바람직하게는 8 ~ 16 중량% 사용되고, 상기 하한치 미만에서는 장시간 수분을 흡수시킨 후 유도가열 시 안정성을 충분히 달성할 수 없고, 상한치를 초과하면 열팽창 및 수축을 억제하기 위한 맥반석의 함량에 제한을 받거나 기물 성형에 필요한 퓨리트, 활석, 카올린, 점토 등의 함량의 제한을 받는다.

본 발명의 인덕션 레인지용 도자기의 소지 조성물에는 기물의 성형을 위해 장석, 활석, 카올린, 규석 및 점토 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 소지 원료를 더 포함한다. 이들 함량은 수분을 제외한 소지 조성물 전체에서 활석 0.2 ~ 4 중량%, 카올린 6 ~ 18 중량%, 점토 4 ~16 중량% 포함되는 것이 바람직하며, 상기 함량 범위를 벗어나면 기물의 성형이 어렵거나 소성시 균열이 발생하거나 충분한 내열성을 갖지 못할 가능성이 높다.

본 발명에서는 상기 본 발명의 소지 조성물로 기물을 성형하여 초벌구이를 한 후, 엽장석 및 맥반석을 포함하는 유약을 시유하는 것이 기물과 유약의 열팽창 및 수축율 차이를 줄이고, 24시간 침지했을 때 수분흡수율을 2 ~ 5 중량%까지 낮추며, 장시간 수분 흡수 후 유도가열 시 안정성을 높이기 위해 바람직하다.

본 발명의 유약은 엽장석 52 ~ 68 중량%, 퓨리트 8 ~ 19 중량%, 활석 0.2 ~ 4 중량%, 규회석 1 ~8 중량% 및 맥반석 8 ~ 25 중량% 함유하는 것이 바람직하고, 상기 범위를 벗어날 경우 도자기를 가열할 때 미세한 균열이 발생할 가능성이 높다. 유약에 사용하는 퓨리트는 소지 조성물에 사용되는 퓨리트와 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 그러나 바람직하게는 소지 조성물에 사용되는 퓨리트의 특성과 유사하거나 동일한 유약을 사용하는 것이 유약과 소지층의 결합력을 증진시키는데에 바람직하다.

본 발명의 유약은 장석, 카올린 및 석회석 중에서 선택된 어느 하나 이상의 유약 원료를 더 포함할 수 있고, 이 때 상기 장석의 함량은 1.5 ~ 5 중량%, 카올린 함량은 2.5 ~ 5 중량%, 석회석 함량은 1 ~ 5 중량%인 것이 바람직하다.

상기 소지용 조성물은 원료들을 혼합 및 분쇄하여 수분 함량 20 ~ 24 중량%가 되도록 소지를 제조한다. 상기 소지로 원하는 기물의 형상으로 성형체를 형성하고, 상기 성형체를 소성온도 900 ~ 1100 ℃에서 초벌구이한다. 초벌구이 온도가 상기보다 낮으면 초벌구이 성형체의 표면에 곰보처럼 핀홀 현상이 발생할 수 있다.

다음으로 초벌구이된 성형체에 유약을 시유하고, 유약이 시유된 성형체를 소성온도 1200 ~ 1350 ℃, 바람직하게는 1250 ~ 1350 ℃, 더욱 바람직하게는 1300 ~ 1350 ℃에서 15 ~ 38 시간, 바람직하게는 18 ~ 28 시간, 더욱 바람직하게는 20 ~ 25 시간 재벌구이 한다. 재벌구이의 온도가 상기 하한치 미만인 경우에는 도자기의 강도가 저하되고 수분함량이 높아지는 문제가 있고, 재벌구이 시간이 짧은 경우에도 수분함량을 원하는 수준으로 낮출 수 없다.

상기 재벌구이된 성형체의 표면에 철성분을 함유한 인덕션 열전사필름층을 형성하고, 850 ~ 1000 ℃, 바람직하게는 880 ~ 950 ℃, 더욱 바람직하게는 900 ~ 920 ℃에서 소성하여 제조할 수 있다. 소성온도가 높을수록 인덕션 열전사필름층이 내열직화자기의 표면에 더 강력히 고착되면서 자화된다.

인덕션 열전사필름층은 성형체의 바닥면, 측면 어느 부위에도 형성될 수 있고, 조리용기의 내부 또는 외부에 관계없이 형성할 수 있다. 바람직하게는 바닥면의 외부에 형성한다.

본 발명의 인덕션 레인지용 도자기는 맥반석을 함유하여 장시간 수분을 흡수시킨 후 바로 유도가열하더라도 도자기 몸체 또는 유약층이 수분과 함께 튀어나오지 않고, 24시간 침지했을 때 수분 흡수율이 2 ~ 5 %로 낮으며, 원적외선 방사효율이 뛰어나다.

본 발명의 인덕션 레인지용 도자기에서 유도가열이 발생하는 인덕션 열전사필름층이 형성된 부분의 두께는 3 ~ 7 mm, 바람직하게는 3.5 ~ 5 mm이다. 두께가 상기 하한치 미만인 경우에는 대형 조리용기 성형시 성형성이 저하되고, 성형체의 강도가 충분하지 않을 수 있고, 상기 상한치를 초과하는 경우에는 열전달 효율이 저하되어 조리시간을 단축할 수 없다. 특히 본 발명의 인덕션 레인지용 도자기는 특히 대형 조리용기, 예를 들어 종래 내열자기의 조성으로 달성이 불가능한 지름 150 ~ 300 mm, 특히 200 mm 이상이거나, 또는 높이 70 ~ 150 mm 이상인 대형 용기의 제조시에도 종래의 소지 조성물과 달리 성형 또는 소성 가공에서 변형되거나 주저앉지 않고 원하는 형상으로 성형된다는 점에서 특히 바람직하다. 또한 본 발명의 인덕션 레인지용 도자기는 바닥면에 굽이 있는 형태가 더욱 바람직하다. 바닥면의 굽은 유도가열 효율에는 큰 지장을 주지 않으면서 인덕션 레인지용 도자기와 인덕션 레인지의 표면의 접촉면을 줄여 인덕션 레인지 표면의 반복적인 가열과 냉각에 따른 내구성 저하를 미연에 방지할 수 있다. 굽의 높이는 특별히 한정할 필요는 없으나 1 ~ 5 mm, 바람직하게는 1.5 ~ 4 mm로 한다.

이하 실시예, 비교예 및 제조예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 예시적인 것일 뿐 이에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시예 및 비교예에 사용된 퓨리트를 제외한 소지용 원재료의 화학조성을 표 1에 나타내었다.

구분	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	LiO₂	K₂O	Na₂O	TiO₂
엽장석	78.2	16.8	0.037	0	0	4.38	0.21	0.40	0
장석	65.9	18.8	0.07	0.09	0.09	0	11.4	3.03	0.02
활석	61.1	0	0.91	7.03	30.9	0	0	0	0
카올린	47.6	37.6	0.24	0.06	0.34	0	2.32	0	0.02
규석	99.5	0.20	0.02	0.01	0.01	0	0.01	0.01	0.02
점토	46.6	36.4	1.12	0.04	0.21	0	0.78	0.05	0.32
맥반석	59.1	14.6	5.26	4.22	4.04	0	2.40	3.52	0.72

상기 표 1의 함량은 단위는 중량%, 상기 화학조성에 나타내지 않은 나머지는 미량 조성 및 가열감량이 포함되어 있다.

소지용 원재료 중 퓨리트의 화학조성은 SiO₂ 42.1 중량%, Na₂O 14.6 중량%, K₂O 1.9 중량%, BaO 2.1 중량%, NiO 0.8 중량%, MnO 0.7 중량%, CuO 1.1 중량%, CoO 0.12 중량% 및 CaO 7.1 중량%이고, 융점은 590 ℃ 이었다.

제조예 1: 도자기용 소지 제조

상기 표 1의 소지 원재료에서 325 mesh에서 잔사 1 중량% 미만인 원료는 그대로 혼합하고, 다음 표 2의 중량비로 볼밀에 원재료 및 물을 넣고 325 mesh에서 잔사 1 중량% 미만, 평균 입자크기가 1 ~ 40 ㎛가 되도록 분쇄하면서 혼합하여 수분함량 22 ~ 23 중량%의 소지를 제조하였다.

구분	엽장석	퓨리트	장석	활석	카올린	규석	점토	맥반석
실시예1	65	6	2	2	10	0	8	7
실시예2	63	5	0	2	12	0	8	10
실시예3	58	5	0	2	15	0	8	12
실시예4	55	4	2	2	16	1	9	14
비교예1	59	11	5	5	10	5	5	0
비교예2	58	8	4	3	15	2	8	2
비교예3	50	5	2	2	12	0	9	20
비교예4	72	0	0	2	11	0	3	12

제조예 2: 소지 조성물을 달리한 도자기의 제조

상기 표 2의 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4의 소지를 이용해서 기물(지름 280 mm, 높이 120 mm, 바닥면 두께 4 mm, 굽 3 mm인 냄비)을 기계물레법으로 성형하였다.

상기 성형체를 실온에서 200 ℃에서 15시간 건조시킨 후, 850 ℃에서 초벌구이를 하고, 엽장석 60 중량%, 퓨리트 13 중량%, 활석 2 중량%, 카올린 5 중량%, 규회석, 5 중량% 및 맥반석 15 중량%로 이루어진 유약(실시예 6)을 시유한 후, 1320 ℃에서 20 시간 재벌구이를 하고, 인덕션 열전사 필름을 냄비 바닥의 외표면에 부착한 후 900 ℃로 소성하여 인덕션 레인지용 도자기를 제조하였다.

실험예 1: 소지에 따른 인덕션 레인지용 도자기의 특성

제조예 2의 인덕션 레인지용 도자기의 성형성, 미세균열 정도, 수분 흡수율, 내열성, 침지하지 않은 도자기 및 장시간 물에 침지한 도자기의 직화가열 안정성 및 열팽창계수를 측정하여 표 3에 나타내었다.

성형성은 기물 성형이 가능하고 초벌 및 재벌구이 과정을 통해 기물의 주저앉음이나 변형이 발생하지 않으면 양호(○), 기물 성형은 가능하지만 초벌 및 재벌구이 과정에서 기물의 변형이 일부 발생하면 보통(△), 기물 성형 자체가 불가능하거나 초벌 및 재벌구이 과정에서 기물의 주저앉음이 발생하면 불량(ㅧ)으로 판정하였다.

미세균열 정도는 육안 관찰을 통해 양호(○), 보통(△), 불량(ㅧ)으로 판정하였다.

수분 흡수율은 24 시간 침지후 흡수된 수분 함량의 백분율로 계산하였다.

내열성은 시료를 각각 204 ℃ 오븐에 넣고 1시간 유지시킨 후 4 ℃ 물에 넣고 급랭하여 크랙의 발생여부를 확인하였다.

도자기의 유도가열 안정성은 침지하지 않은 도자기 또는 24시간 물에 침지시킨 도자기를 인덕션 레인지에서 10분간 유도가열 후 외표면에 수증기가 방출되면서 발생하는 도자기 몸체 또는 유약에 패인 홈이 전혀 없는 경우는 우수(◎), 1 ~ 5 곳 인 경우는 양호(○), 5 ~ 50 곳인 경우는 보통(△), 50 곳을 초과하는 경우는 불량(ㅧ)으로 판정하였다.

열팽창계수는 지름 7 mm, 높이 50 mm의 원주장형 측정용 시료를 독일 네취사의 열팽창계수측정장치(NETZSCH, 독일)를 이용하여 40 ~ 800 ℃ 범위에서 열팽창계수를 측정하였다.

구분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4
성형성	○	○	○	○	△	△	x	x
미세균열 정도	○	○	○	○	○	○	△	△
수분흡수율(%)	3.6	3.2	3.0	3.1	5.8	5.2	6.5	7.6
내열성	크랙 없음	크랙 없음	크랙 없음	크랙 없음	크랙 없음	크랙 없음	크랙 없음	크랙 있음
유도가열 안정성 (침지 없음)	◎	◎	◎	◎	◎	◎	◎	○
유도가열 안정성 (24시간 침지)	◎	◎	◎	◎	△	○	△	△
열팽창계수 (x 10^-6/℃)	2.65	2.68	2.6	2.6	2.75	2.68	2.85	3.62

제조예 3: 유약을 달리한 인덕션 레인지용 도자기의 제조

실시예 3의 소지를 이용해서 기물(지름 280 mm, 높이 120 mm, 바닥면 두께 4 mm, 굽 4 mm인 냄비)을 기계물레법으로 성형하였다.

상기 성형체를 실온에서 200 ℃에서 15시간 건조시킨 후, 850 ℃에서 초벌구이를 하고, 표 4의 실시예 5 ~ 8 및 비교예 5 ~ 6의 유약으로 시유한 후, 1320 ℃에서 20 시간 재벌구이를 하고, 인덕션 열전사 필름을 냄비 바닥의 외표면에 부착한 후 900 ℃로 소성하여 인덕션 레인지용 도자기를 제조하였다.

구분	엽장석	퓨리트	장석	활석	카올린	규회석	규석	석회석	맥반석
실시예5	60	13	0	2	5	2	0	0	18
실시예6	60	13	0	2	5	5	0	0	15
실시예7	65	10	0	2	5	5	0	2	11
실시예8	55	15	3	2	0	2.5	0	2.5	20
비교예5	60	20	3	3	8	6	0	0	0
비교예6	35	45	5	5	8	0	2	0	0

실험예 2: 유약에 따른 인덕션 레인지용 도자기의 특성

실험예 1과 동일한 방법으로 인덕션 레인지용 도자기의 미세균열 정도, 수분 흡수율, 내열성, 침지하지 않은 도자기 및 장시간 물에 침지한 도자기의 유도가열 안정성을 측정하여 표 5에 나타내었다.

구분	실시예5	실시예6	실시예7	실시예8	비교예5	비교예6
미세균열 정도	○	○	○	○	○	○
수분흡수율(%)	3.2	3.0	3.2	3.2	4.3	4.5
내열성	크랙 없음	크랙 없음	크랙 없음	크랙 없음	크랙 없음	크랙 없음
유도가열 안정성 (침지 없음)	◎	◎	◎	◎	◎	◎
유도가열 안정성 (24시간 침지)	◎	◎	◎	◎	○	○

실험예 3: 바닥면 두께에 따른 인덕션 레인지용 도자기의 조리시간

실시예 3의 바닥면의 두께가 4 mm인 냄비, 실시예 3과 동일한 소지 및 유약을 사용하여 실시예 3과 다른 규격은 동일하고 바닥면의 두께만 10 mm로 달리하여 성형한 후 실시예 3의 방법으로 제조한 인덕션 레인지용 도자기를 비교예 7로 하였고, 비교예 3과 동일한 소지 및 유약을 사용하여 실시예 3과 다른 규격은 동일하고 바닥면의 두께만 10 mm로 달리하여 성형한 후 실시예 3의 방법으로 제조한 인덕션 레인지용 도자기를 비교예 8로 한 후, 각각의 용기에 200 ml의 물을 끓일 때 소요되는 시간을 측정하였다. 대조군으로 실시예 3의 인덕션 레인지용 도자기를 센불로 직화가열했을 때의 시간을 함께 측정하여 표 6에 나타내었다.

구분	대조군	실시예3	비교예7	비교예8
조리시간	5분20초	3분40초	12분	11분20초

Claims

도자기 표면에 인덕션 열전사필름층이 형성된 인덕션 레인지용 도자기에 있어서,
상기 도자기는 엽장석 40 ~ 70 중량%, 퓨리트 3 ~ 15 중량% 및 맥반석 4 ~ 18 중량%를 포함하는 소지 조성물을 이용하는 소지 조성물로 성형되고,
엽장석 52 ~ 68 중량%, 퓨리트 8 ~ 19 중량%, 활석 0.2 ~ 4 중량%, 규회석 1 ~8 중량% 및 맥반석 8 ~ 25 중량% 을 포함하는 유약을 시유하여 가공된 것을 특징으로 하는 인덕션 레인지용 도자기.
제 1 항에 있어서, 상기 소지 조성물은 엽장석 55 ~ 68 중량%, 퓨리트 5 ~ 10 중량%, 활석 0.2 ~ 4 중량%, 카올린 6 ~ 18 중량%, 점토 4 ~16 중량% 및 맥반석 8 ~ 16 중량%를 포함하는 소지 조성물인 것을 특징으로 하는 인덕션 레인지용 도자기.
제 1 항에 있어서, 상기 퓨리트는 알카리성 퓨리트 또는 붕산 퓨리트인 것을 특징으로 하는 인덕션 레인지용 도자기.
제 3 항에 있어서, 상기 퓨리트는 SiO₂ 40∼45중량부, Na₂O 12∼18중량부, K₂O 1.5∼2.5중량부, BaO 2∼3 중량부, NiO 0.5∼1.0 중량부, MnO 0.5∼1.0중량부, CuO 0.5∼1.2 중량부, CoO 0.1∼0.2중량부 및 CaO 5∼10중량부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인덕션 레인지용 도자기.
제 1 항에 있어서, 상기 유약은 장석, 카올린 및 석회석 중에서 선택된 어느 하나 이상의 유약 원료를 더 포함하고, 이 때 상기 장석의 함량은 1.5 ~ 5 중량%, 카올린 함량은 2.5 ~ 5 중량%, 석회석 함량은 1 ~ 5 중량%인 것을 특징으로 하는 인덕션 레인지용 도자기.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인덕션 열전사필름층이 형성된 도자기의 두께는 3 ~ 7 mm인 것을 특징으로 하는 인덕션 레인지용 도자기.
엽장석 55 ~ 68 중량%, 퓨리트 5 ~ 10 중량%, 활석 0.2 ~ 4 중량%, 카올린 6 ~ 18 중량%, 점토 4 ~16 중량% 및 맥반석 8 ~ 16 중량%를 포함하는 소지 조성물을 이용하는 소지 조성물로 기물을 성형한 후 그 성형체를 900 ~ 1100 ℃에서 초벌구이하는 단계;
상기 초벌구이된 성형체에 엽장석 52 ~ 68 중량%, 퓨리트 8 ~ 19 중량%, 활석 0.2 ~ 4 중량%, 규회석 1 ~8 중량% 및 맥반석 8 ~ 25 중량% 을 포함하는 유약을 시유하고 1200 ~ 1350 ℃에서 재벌구이하는 단계; 및
상기 재벌구이된 성형체의 표면에 인덕션 열전사필름층을 코팅하고 850 ~ 1000 ℃에서 소성하는 단계;
를 포함하여 이루어지는 인덕션 레인지용 도자기의 제조방법.