유약을 디버깅하고 사용하는 과정에서 특정 장식 효과 및 성능 지표를 충족하는 것 외에도 가장 기본적인 공정 요구 사항도 충족해야 합니다. 이 글에서는 유약 사용 과정에서 가장 흔히 발생하는 두 가지 문제점을 살펴보고 논의합니다.
1. 유약 슬러리의 성능이 좋지 않다
도자기 공장의 생산은 연속적으로 이루어지기 때문에 유약 슬러리의 성능에 문제가 생기면 유약 공정에서 다양한 결함이 발생하여 제조업체 제품의 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 가장 중요하고 기본적인 성능은 유약 슬러리의 성능입니다. 유리병 유약의 경우를 예로 들어 보겠습니다. 좋은 유약 슬러리는 유동성이 좋고, 요변성이 없으며, 침전물이 없고, 기포가 없으며, 적절한 수분 보유력과 건조 시 일정 강도를 가져야 합니다. 이러한 공정 성능을 바탕으로 유약 슬러리의 성능에 영향을 미치는 요인을 분석해 보겠습니다.
1) 수질
물의 경도와 pH는 유약 슬러리의 성능에 영향을 미칩니다. 일반적으로 수질의 영향은 지역적입니다. 특정 지역의 수돗물은 처리 후 비교적 안정적이지만, 지하수는 암석층의 용해성 염류 함량 및 오염 등의 요인으로 인해 일반적으로 불안정합니다. 따라서 제조업체는 볼밀 유약 슬러리에 비교적 안정적인 수돗물을 사용하는 것이 가장 좋습니다.
2) 원료의 용해성 염분 함량
일반적으로 물 속에서 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 이온의 침전은 유약 슬러리의 pH와 전위 균형에 영향을 미칩니다. 따라서 광물 원료를 선정할 때 부유선별, 수세, 수분쇄 등의 공정을 거친 원료를 사용하는 것이 좋습니다. 원료의 가용성 염 함량은 광맥의 전체적인 형성 및 풍화 정도와도 관련이 있으며, 광산마다 가용성 염 함량이 다릅니다. 간단한 방법으로는 일정 비율로 물을 첨가하여 볼밀링 후 유약 슬러리의 유동성을 측정하는 것이 있습니다. 유동성이 상대적으로 낮은 원료는 가급적 적게 사용하거나 사용하지 않는 것이 좋습니다.
3) 나트륨카르복시메틸 셀룰로오스및 트리폴리인산나트륨
저희 건축용 세라믹 유약에 사용되는 현탁제는 카르복시메틸셀룰로오스산나트륨(CMC)입니다. CMC의 분자 사슬 길이는 유약 슬러리 내 점도에 직접적인 영향을 미칩니다. 분자 사슬이 너무 길면 점도는 좋지만 유약 슬러리 내에서 기포가 쉽게 발생하고 배출이 어렵습니다. 반대로 분자 사슬이 너무 짧으면 점도가 제한적이고 접착 효과가 떨어지며, 유약 슬러리가 장기간 방치 후 쉽게 변질됩니다. 따라서 저희 공장에서는 대부분 중저점도 셀룰로오스를 사용합니다. 트리폴리인산나트륨의 품질은 비용과 직접적인 관련이 있습니다. 현재 시중에는 불량품이 많아 탈검 성능이 급격히 저하되는 경우가 많습니다. 따라서 일반적으로 믿을 수 있는 제조업체의 제품을 구매하는 것이 중요하며, 그렇지 않으면 이익보다 손실이 더 큽니다.
4) 외부 불순물
일반적으로 원료 채굴 및 가공 과정에서 불가피하게 유류 오염물질과 화학 부유제가 유입됩니다. 더욱이, 현재 많은 인공 이수에는 분자 사슬이 비교적 긴 유기 첨가제가 사용됩니다. 유류 오염물질은 이수 표면에 오목한 형태의 결함을 직접적으로 유발합니다. 부유제는 산-염기 균형에 영향을 미치고 이수 슬러리의 유동성을 저하시킵니다. 인공 이수 첨가제는 일반적으로 분자 사슬이 길어 기포 발생 가능성이 높습니다.
5) 원료의 유기물 함량
광물 원료는 반감기, 분화 등의 요인으로 인해 필연적으로 유기물로 변환됩니다. 이러한 유기물 중 일부는 물에 잘 녹지 않아 기포 발생, 여과 및 막힘 현상이 나타날 수 있습니다.
2. 바탕 유약의 색상이 잘 맞지 않습니다.
소성체와 유약의 적합성은 소성 배기 범위 적합성, 건조 및 소성 수축률 적합성, 팽창 계수 적합성이라는 세 가지 측면에서 논의할 수 있습니다. 하나씩 살펴보겠습니다.
1) 점화 배기 간격 일치
도자기 본체와 유약을 가열하는 과정에서 온도가 상승함에 따라 수분 흡착, 결정수 방출, 유기물의 산화 분해, 무기 광물의 분해 등과 같은 일련의 물리적, 화학적 변화가 발생합니다. 구체적인 반응 및 분해 온도는 선임 학자들이 실험을 통해 확인했으며, 참고를 위해 아래에 기록합니다. ① 실온 - 100℃, 흡착된 수분이 휘발됩니다.
② 200~118°C에서 구획 간 수분 증발 ③ 350~650°C에서 유기물 연소, 황산염 및 황화물 분해 ④ 450~650°C에서 결정 재결합, 결정수 제거 ⑤ 573°C에서 석영 변환, 부피 변화 ⑥ 800~950°C에서 방해석, 백운석 분해, 가스 제거 ⑦ 700°C에서 새로운 규산염 및 복합 규산염 상 형성
위의 분해 온도는 실제 생산에서 참고용으로만 사용해야 합니다. 원료 등급이 점점 낮아지고 생산 비용 절감을 위해 가마 소성 시간이 점점 짧아지고 있기 때문입니다. 따라서 세라믹 타일의 경우, 빠른 소성으로 인해 분해 반응 온도가 지연되고 고온 영역에 배기가스가 집중되어 각종 결함이 발생할 수 있습니다. 만두를 빨리 익히기 위해 만두피를 얇게 만들고, 만두소를 적게 넣거나, 잘 익는 만두소를 사용하는 등 만두소와 도자기의 특성에 신경을 써야 하는 것처럼, 세라믹 타일도 마찬가지입니다. 소성, 반죽 두께 조절, 유약 소성 범위 확대 등 여러 가지 요소가 작용합니다. 반죽과 유약의 관계는 여성의 화장과 같습니다. 화장을 해본 사람이라면 왜 바탕 유약과 윗유약을 바르는지 쉽게 이해할 수 있을 것입니다. 화장의 근본적인 목적은 결점을 가리고 아름답게 하는 것이 아니기 때문입니다. 하지만 실수로 땀을 조금이라도 흘리면 얼굴에 얼룩이 생기고 알레르기 반응이 나타날 수 있습니다. 도자기 타일도 마찬가지입니다. 원래는 잘 구워지지만, 우연히 미세한 구멍이 생길 수 있습니다. 화장품이 통기성을 중시하고 피부 타입에 따라 제품을 선택하는 이유도 바로 여기에 있습니다. 화장품마다 다르듯이, 유약도 본질적으로는 같습니다. 다만, 도자기의 재질에 따라 적합한 유약이 다를 뿐입니다. 도자기 타일은 한 번만 소성하는데, 이전 글에서 언급했듯이 소성 과정에서 기포가 늦어지면 원료를 더 많이 사용하고 탄산염과 함께 2가 알칼리 토금속을 첨가하는 것이 좋습니다. 반대로 생체가 빨리 소성되면 프릿을 더 많이 사용하거나 소성 손실이 적은 재료와 함께 2가 알칼리 토금속을 첨가해야 합니다. 소성 원리는 생체의 소성 온도가 일반적으로 유약의 소성 온도보다 낮아야 유약 표면이 아름답게 유지되지만, 실제 생산 과정에서는 이를 구현하기 어렵습니다. 따라서 생체의 소성을 원활하게 하기 위해 유약의 연화점을 적절히 낮춰야 합니다.
2) 건조 및 소성 수축률 일치
누구나 옷을 입듯이, 옷은 비교적 편안해야 합니다. 조금이라도 부주의하면 이음새가 벌어지기 마련이죠. 마찬가지로, 벽돌에 바르는 유약도 우리가 입는 옷처럼 몸에 잘 맞아야 합니다! 따라서 유약의 건조 수축률도 생벽돌의 수축률과 잘 맞아야 하며, 너무 크거나 작으면 건조 과정에서 균열이 생겨 완성된 벽돌에 결함이 생깁니다. 물론, 요즘 유약 작업자들의 경험과 기술 수준을 고려하면 이는 더 이상 어려운 문제가 아니라고 합니다. 일반적인 문제 해결사들도 점토를 다루는 데 매우 능숙하기 때문에, 극도로 열악한 생산 환경을 가진 공장이 아니라면 위와 같은 상황은 자주 발생하지 않습니다.
3) 확장 계수 일치
일반적으로, 소성 전의 도자기 몸체의 팽창 계수는 유약의 팽창 계수보다 약간 크고, 소성 후 유약은 도자기 몸체에 압축 응력을 받게 되어 열 안정성이 더 좋고 균열이 잘 생기지 않습니다. 이는 규산염을 공부할 때 반드시 알아야 할 이론이기도 합니다. 며칠 전 친구가 제게 이렇게 물었습니다. "유약의 팽창 계수가 몸체보다 크면 벽돌 모양이 휘어지고, 유약의 팽창 계수가 몸체보다 작으면 벽돌 모양이 곡선이 되는 이유는 무엇일까요?" 가열되어 팽창하면 유약이 바탕보다 커져서 곡선이 되고, 유약이 바탕보다 작아져서 휘어진다고 말하는 것이 타당해 보입니다.
답변을 서두르지 않고, 열팽창 계수가 무엇인지 살펴보겠습니다. 우선, 열팽창 계수는 어떤 값일까요? 바로 온도에 따라 변하는 물질의 부피 값입니다. 온도가 변하면 부피도 변하기 마련이죠. 우리가 흔히 세라믹에서 사용하는 열팽창 계수는 바로 부피 팽창 계수입니다. 부피 팽창 계수는 일반적으로 선팽창 계수와 관련이 있으며, 선팽창 계수의 약 3배 정도입니다. 측정된 팽창 계수는 일반적으로 "특정 온도 범위" 내에서만 유효합니다. 예를 들어, 20~400도 사이의 온도 범위에서는 어떤 곡선을 보일까요? 굳이 400도와 600도의 값을 비교한다면 객관적인 결론을 도출할 수 없겠죠.
팽창 계수의 개념을 이해했으니, 이제 본론으로 돌아가 보겠습니다. 가마에서 타일을 구울 때 팽창과 수축 단계를 모두 거칩니다. 고온 영역에서 열팽창과 수축으로 인한 변화는 일단 고려하지 않겠습니다. 왜냐하면 고온에서는 소성 전의 생체와 유약 모두 가소성이 있기 때문입니다. 쉽게 말해, 둘 다 부드럽고 중력의 영향이 자체 장력보다 큽니다. 이상적으로는 생체는 곧고 매끄러우며, 팽창 계수의 영향은 미미합니다. 세라믹 타일이 고온 구간을 통과한 후에는 급속 냉각과 서서히 냉각되면서 가소성 상태에서 경화됩니다. 온도가 낮아짐에 따라 부피는 수축합니다. 당연히 팽창 계수가 클수록 수축량도 커지고, 팽창 계수가 작을수록 수축량도 작아집니다. 생체의 팽창 계수가 유약의 팽창 계수보다 크면 냉각 과정에서 생체가 유약보다 더 많이 수축하여 타일이 휘어지게 됩니다. 만약 도자기 몸체의 팽창 계수가 유약의 팽창 계수보다 작으면, 냉각 과정에서 유약 없이 몸체만 수축하게 됩니다. 벽돌이 너무 많으면 벽돌이 뒤집히게 되므로, 위의 질문들을 설명하는 것은 어렵지 않습니다!
게시 시간: 2024년 4월 25일