Unity Molecular Formula를 활용한 유약의 특성 연구 (2)

Study on the Glaze Properties via Unity Molecular Formula (2)

도자기 유약은 유리의 결정 생성과 밀접한 관계를 가지며, 고온소결 과정을 통하여 소지 위에 다양한 특성을 띠며 형성한다. 본 연구는 유약의 조성 도표(diagram)에서 유약의 특성(결정상 미세구조, 경도, Brittleness)과 상관관계를 분석하였다. UMF(Unity Molecular Formula)식을 이용하여 35가지 유약을 125 0℃ 산화소결을 하여 유약의 특성에 따라 조성 도표(diagram)에 분류하였다. 유약의 구성요소를UMF(Unity Molecular Formula)식을 적용하여 융제(Fluxing)인 알카리(Alkali)와 알카리토(Alkali-earth)의 비율을 0.3:0.7로 고정하고 알루미나(Alumina)의 비율 0.2~0.6과 실리카(Silica)의 비율 1.5~4.5 범위로 유약을 조합하여, 광택(Gloss), 반광택(Semi-gloss), 무광택(Matt)영역으로 분류하였다. 결정상 분석은 광택영역에서 Calcium Silicate (CaSiO3-JCPDS#34-0612), Quartz(SiO2)가 존재하였다. 반광택(Semi-gloss) 영역은 공통적으로 Calcium Silicate(CaSiO3-JCPDS#31-0300)가 존재하였다. 무광택(Matt) 영역은 Dioside (Ca(Mg,Al)(Si,Al)2O6, Anorthite (CaAl2SiO2O8)가 공통적으로 존재하였다. 미세구조 분석 결과 광택 영역의 유약 표면에서는 결정들을 관찰할 수 없었다. 반광택(Semi-gloss) 영역은 유면위에 결정이 존재하였고, 냉각과정에서 석출되는 작은 바늘 형태의 anorthite 결정상이 관찰되었다. 무광택(Matt) 영역은 알루미나(Alumina) 영역에서 불투명한 실투 현상과 실리카(Silica) 무광택(Matt) 영역에서는 용해되지 않은Quartz(SiO2) 결정에 의해 거친 표면의 불투명한 표면을 관찰하였다. 유약의 경도는 Al2O3 0.47~0.53, SiO2 2.5~3.3의 범위에서 경도값 8(Hv/GPa)로 가장 높게 나타났다. 유약의 경도는 6~7(Hv/Gpa) 값으로 넓은 영역으로 분포하였다. Brittleness 분석 결과, 0.2~0.35 Al2O3, 2.3~3.3 SiO2 영역에서 SiO2의 함유량이 낮아질수록 반광택(Semi-gloss) 영역의 유질에서 140㎛-1/2 값을 나타냈으며, 실리카(Silica) 0.3~4.5 범위에서 독립적인 형태로 Brittleness의 값이 80㎛-1/2이상의 값으로 분포하였다. 전반적으로 알루미나(Alumina) 와 실리카(Silica)의 비율이 낮은 접점 부분에서 내마모성이 증가하였고, Brittleness 값은 광택의 정도와 높은 경도의 값과는 연관성이 없는 것으로 판단되었다.

Ceramic glazes refer to coated layers that are formed on the ceramic body through a high-temperature sintering process. The present study analyzed the correlation between the glaze characteristics applied to the diagram and crystal phase, microstructures, hardness, and brittleness. Thirty-five glazes were created by using the Unity Molecular Formula(UMF), subjected to oxidation sintering at 1,250℃, and classified in the diagram according to their characteristics. As for the components of the glazes, by applying the UMF, the proportion of alkali and alkaline earth was fixed at 0.3:0.7, and the glazes were combined, with the proportion of alumina in a range of 0.2-0.6 and the proportion of silica in a range of 1.5-4.5, and classified into the glossy, semi-matte, and matte areas. According to the results of a crystalloid analysis, Calcium Silicate(CaSiO3-JCPDS#34-0612) and Quartz(SiO2) existed in the glossy area. Both calcium silicate(CaSiO3-JCPDS#31-0300) and Calcium Silicate(CaSiO3-JCPDS#34-0612) existed in the semi-matte area. Both Dioside(Ca(Mg, Al)(Si, Al)2O6)and Anorthite(CaAl2SiO2O8) existed in the matte area. According to the results of a microstructure analysis, crystals could not be observed on the surfaces of the glazes on the gloss area. As for the semi-matte area, crystals existed on the surface of the glass, and small needle-shaped Anorthite(CaAl2SiO2O8) phase that precipitated in the cooling process were observed. An opaque devitrification phenomenon was observed in the alumina matte area, and an opaque and rough surface was observed in the silica matte area due to undissolved Quartz(SiO2) crystals. As for the hardness of the glazes, the hardness value was 8 (Hv/GPa), the highest, in the 0.47-0.53 range for Al2O3 and the 2.5-3.3 range for SiO2, respectively. The hardness of the glazes amounted to 6-7(Hv/GPa), thus being distributed over broad areas. According to the results of a Brittleness analysis, as the SiO2 content decreased in the 0.2-0.35 range for Al2O3 and 2.3-3.3 range for SiO2, respectively, the brittleness value amounted to 140 ㎛-1/2 in the hyaline of the semi-matte area, and the brittleness value amounted to 80 ㎛-1/2 or above in an island form in the 0.3-4.5 range for silica. Overall, scratch resistance increased at junctions with low proportions of alumina and silica, and the brittleness value was unrelated to the degree of glossiness and high hardness values.