초록 ▼

$\square$ 실리카, 알루미나, 규회석 등과 같은 IT 산업 원료용 비금속 분말의 기능성 향상을 위한 분쇄 메커니즘 및 분쇄, 분급, 표면개질에 의한 기능성 향상 연구를 수행
$\square$ 분쇄 시간, 분말의 고액비, 분쇄 메디아의 종류 및 충진율, 메디아의 혼합비 및 마모율에 따른 실리카 및 알루미나 분말의 분쇄 특성 조사하고 분쇄 조건에 따른 미립화 경향, 입자형상 및 분쇄 효율을 평가
$\square$ 실리카 및 알루미나의 분급 특성은 각종 분쇄 매

$\square$ 실리카, 알루미나, 규회석 등과 같은 IT 산업 원료용 비금속 분말의 기능성 향상을 위한 분쇄 메커니즘 및 분쇄, 분급, 표면개질에 의한 기능성 향상 연구를 수행
$\square$ 분쇄 시간, 분말의 고액비, 분쇄 메디아의 종류 및 충진율, 메디아의 혼합비 및 마모율에 따른 실리카 및 알루미나 분말의 분쇄 특성 조사하고 분쇄 조건에 따른 미립화 경향, 입자형상 및 분쇄 효율을 평가
$\square$ 실리카 및 알루미나의 분급 특성은 각종 분쇄 매체에 따른 분쇄 후 산물의 분급 시 미치는 영향 및 분급 효율과의 상관관계를 규명하고, 건식 및 습식 분급시 분산제의 효과를 검토
$\square$ 분급에 의한 입자 형상 제어 특성은 분쇄 방식 및 원료 분말의 초기 형상에 따라 분급효율이 결정
$\square$ 규회석 분말의 형상은 분쇄 및 분급 방식에 따라 서로 다른 종횡비를 가지는 산물을 얻을 수 있었으며, 전단력을 주 메커니즘으로 하는 분쇄 방식에 의해 종횡비 20:1, 백색도 92 이상, 겉보기 밀도 0.4 이하의 규회석 분말이 제조 가능
$\square$ 표면 개질에 의한 알루미나 세라믹 소결체 제조시 높은 소지밀도를 가지는 현탁액으로부터 PAA와 함께 $1{\mu}m$ 알루미나 분체를 혼합하여 제조한 경우 92%, 활석을 2% 추가한 경우 최대 96%의 상대 밀도를 갖는 알루미나 치밀 소성체를 제조

Abstract ▼

In the recent, the information technology(IT) industry has been drastically developed. Today, studies on the raw materials that are used in IT industry are mainly focused on the application and manufacture of fine particles. It is important that the fine particles have high purity, well-controlled p

In the recent, the information technology(IT) industry has been drastically developed. Today, studies on the raw materials that are used in IT industry are mainly focused on the application and manufacture of fine particles. It is important that the fine particles have high purity, well-controlled particle size and shape as well as well-controlled physical properties. On the other hand, the replacement of imported raw materials to domestic raw materials is very important because of the international competitiveness.
Since the raw materials used in the IT industry are very diverse in their usage, they must have high purity, well-controlled particle size and shape as well as well-controlled physical properties. Fine particle having these properties can be produced by grinding, separation and surface modification.
In this study, technologies on selective grinding, fine separation, particle shape control and surface modification for manufacturing fine particles with increasing their chemical and physical properties were developed.
The results of this study were followed;
$\circ$ The results of grinding experiment for silica and alumina showed that the tendency of grinding strongly depend on media size and grinding speed. In the ball milling of silica and alumina, it is suggested that initial size of the particles and milling time have to be considered to decide the final particle size. On the other hand, decrease in particle size occurred at the surface of particles when using stirred mill. Therefore, stirred mill is adequate for producing spherical type particles. In addition, wet sub-micron grinding and dispersion characteristics by stirred milling of alumina powder with mean particle size of $46.7{\mu}m$ were investigated. Grinding efficiency of alumina powder was increased as the media size decreased and the solid/liquid ratio of sample increased. The sub-micron grinding was achieved when solid/liquid ratio was controlled higher than 30%. Also it was found that the grinding efficiency according to the mixing of media with different size was increased when 1mm and 3mm media was used together rather than 2mm or 3mm media. Ammonium polyacylate(PAA) was used to depress the formation of hydrates on the surface of alumina particle during wet grinding and the formation was depressed when 0.7wt.% of PAA was added. Furthermore, a complete dispersion of suspension was achieved when over 0.3wt.% of PAA was added during wet grinding.
$\circ$ Simulations for ball mill grinding processes were conducted on the base of mathematical model of grinding. And results of simulations showed similar trend between the experimental values and the values estimated by simulations. In addition, the effect of mixed media promoting the grinding efficiency was certified by simulations. In this case, the grinding efficiency obtained using mixed media of 1mm and 3mm media was expected to increase about two times compared to that obtained using 3mm media only.
$\circ$ The characteristics of wollastonite powder ground for manufacturing high aspect ratio(HAR) using various mills such as a ball mill, a stirred ball mill, and a jet mill having each different comminution mechanisms were investigated. From the comminution of the wollastonite by a ball mill for 60minutes($d_{50}:\;8.4{\mu}m$) to 120minutes($d_{50}:\;6.8{\mu}m$), wollastonite powder which has the whiteness of between $90{\sim}93.0$, the aspect ratio of below 5:1, the loose bulk density of between $0.89{\sim}0.85g/cm^3$, and the tapped bulk density of between $1.45{\sim}1.36g/cm^3$ was obtained. And by a stirred ball mill for 15minutes($d_{50}:\;8.8{\mu}m$) to 25minutes($d_{50}:\;4.9{\mu}m$), wollastonite powder which has the whiteness between $92{\sim}95$, the aspect ratio range of $6:1{\sim}4:1$, the loose bulk density between 0.71 and $0.60g/cm^3$, and the tapped bulk density of between 1.22 and $0.90g/cm^3$ was obtained. Also, by a jet mill under the wheel speed of between 7,000rpm($d_{50}:\;9.9{\mu}m$) to 9,000rpm($d_{50}:\;7.4{\mu}m$), wollastonite powder which has the whiteness of between $91{\sim}92$, the aspect ratio of above 14:1, the loose bulk density of between $0.44{\sim}0.40g/cm^3$, and the tapped bulk density of between $0.66{\sim}0.62g/cm^3$ was obtained. Therefore, it was found that relatively high aspect ratio wollastonite powder can be manufactured by using a jet mill.
$\circ$ Dispersibility of alumina was determined from sedimentation height and the content of powder. Filling density of sedimented particles increased with the enhancement of dispersion effect, and the height of sedimented particles decreased. The variation of pHs was observed with PMMA(polymetylmethacrylate), PMAA(polymethacrylic acid) and PAA(polyacrylic acid) dispersants. Dispersibility enhanced rapidly in the experiment with PAA. It was interpreted that pH decreased promptly with the increase of PAA content. In the characterization of sedimentation with various dispersants, optimal dispersant and its concentration were PAA and 1.11wt%, respectively. Stability of powder suspension has important role on the properties of dense sintered body. Accordingly we modified alumina powder surface to enhance stability of powder suspension and to form the dense sintered body at low temperature. In results, the content of alumina powder was directly proportional to the increase of densities. However, it was difficult to mold the powder due to the increase of its viscosity when the content of alumina powder to PAA or PMAA was excess of 35 vol.% and 40 vol.%, respectively. At this time, the relative densities of sintered specimens were 59% and 57% of density of pure alumina, respectively. From these results, we confirmed that PAA was more excellent dispersant than PMAA. Also the highest relative density, 72% of pure alumina, was found in specimen sintered at $1,600^{\circ}C$, but it did not reach at density of pure alumina. Such low density was due to the absent of the flux in specimens to determine the effect of dispersant to alumina powder. As the flux were added and the different particle sizes were used, we obtained the specimen with the relative density of 96%, similar to pure alumina powder.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요...1
  • 
    제 2 장 국내외 기술개발 현황...5
  • 제 1 절 국외 현황....5
    • 
      제 2 절 국내 현황....5
    제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...7
  • 제 1 절 이론적 배경....7
    • 1. 미분체 제조를 위한 분쇄....7
      • 가. 분쇄의 정의....7
        • 
          나. 분쇄 메커니즘....7
        • 
          다. 분쇄회로....10
        • 
          라. 분쇄공정에서 고려사항....12
        • 
          마. 분쇄 장치....14
        • 
          바. 미분체 제조를 위한 분쇄 장치 및 특성....16
        • 1) 볼밀(Ball mill)....16
          • 
            2) 진동 밀(Vibration mill)....19
          • 
            3) 교반 밀(Stirred mill)....22
        2. 미분체 제조를 위한 분급....25
      • 가. 분급의 원리 및 분급장치 특성....25
        • 
          나. 분급에 의한 마모성 물질의 제거....27
        3. 분쇄에 의한 입자 형상 및 입형 제어....27
      • 가. 입자 형상의 표현....28
        • 1) 형상지수....28
          • 
            2) 형상계수....28
          나. 분쇄에 의한 입자 구형화 및 미립화....28
        4. 충전제의 조건 및 기초 이론....30
      • 
        5. 표면 개질....34
      • 가. 현탁액의 분산거동....35
        • 1) 정전기적 안정화(Electrostatic stabilization)....36
          • 
            2) 폴리머적 안정화(Polymeric stabilization)....36
          • 
            3) Electrosteric 안정화 메커니즘....37
          나. 분체의 성형방법....37
      제 2 절 알루미나 및 실리카의 파분쇄 및 형상제어 특성....43
    • 1. 볼밀에 의한 알루미나 sub-micron 분말제조 특성....43
      • 가. 볼밀의 회전수에 따른 영향....43
        • 
          나. 메디아 크기, 충진량 및 밀의 회전수에 따른 알루미나의 분쇄거동....44
        • 
          다. 분쇄물의 입도 및 비표면적 상관관계....44
        • 
          라. 알루미나 입자의 미립화에 따른 medium liquid의 영향....49
        2. 실리카의 파분쇄 및 미립화 특성....53
      • 가. 볼밀에 의한 실리카의 파분쇄 특성....53
        • 
          나. Stirred mill에 의한 실리카의 파분쇄 특성....57
        • 
          다. 분쇄조건에 따른 실리카의 미립화 경향 및 입자특성....61
        • 
          라. 분쇄공정의 모사....61
        3. 분쇄 특성에 따른 알루미나 및 실리카의 입형제어 특성....68
      • 가. 수산화알루미늄 및 알루미나 분말의 입형 제어 특성....68
        • 
          나. 실리카 분말의 입형 제어 특성....76
        4. 습식 stirred mill을 이용한 알루미나 sub-micron 분쇄 특성....79
      • 가. 분쇄 조건의 설정....79
        • 
          나. 분쇄 조건에 따른 미립화 특성....81
        • 
          다. 메디아의 혼합비에 따른 미립화 특성....86
        • 
          라. 메디아의 크기에 따른 마모율....89
        • 
          마. 분산제 첨가에 따른 미립화 특성....89
        5. 습식 stirred mill을 이용한 실리카 sub-micron 분쇄 특성....92
      • 가. 메디아 및 시료의 고액비에 따른 미립화 특성....92
        • 
          나. 메디아의 혼합비에 따른 미립화 특성....99
      제 3 절 규회석의 분쇄 분급에 따른 형상제어 특성....103
    • 1. 연구 내용 및 방법....103
      • 가. 분쇄특성....103
        • 
          나. 분급특성....116
        2. 결론....123
      제 4 절 비금속 분체의 분급 특성....127
    • 1. 규회석의 분급특성....127
      • 
        2. 알루미나와 실리카의 분급특성 비교....128
      • 가. 건식분급 특성....128
        • 
          나. 습식분급 특성....137
      제 5 절 비금속 분체의 표면개질 연구....142
    • 1. 실험방법....142
      • 가. 침강특성평가....142
        • 
          나. 현탁액 및 소성체 제조....142
        • 
          다. 기공률(porosity) 및 겉보기 비중(apparent specific gravity) 측정....142
        2. 알루미나 분체 현탁액의 안정성 연구....146
      • 
        3. 알루미나 세라믹 소성체 제조....147
      • 가. 분체 현탁액의 안정성이 성형체에 미치는 영향....150
        • 
          나. 고밀도 알루미나 소성체 제조....154
      제 6 절 Formation and Transformation of non-metallic minerals by physical and chemical reaction....160
    • 1. Introduction....160
      • 
        2. Experimental....161
      • A. Starting materials....161
        • 
          B. Experimental techniques....162
        • 
          C. Analytical procedures....164
        3. Results....164
      • 
        4. Conclusions....175
    제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...176
  • 
    제 5 장 연구개발결과의 활용계획...178
  • 
    제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...179
  • 제 1 절 개요....179
    • 
      제 2 절 주요 분체 관련기기 개요....179
    제 7 장 참고문헌...187