도자기 원료 배합과 혼합

 

2. 배합과 혼합

가. 배합과 혼합             

두 가지 이상의 원료를 일정한 비율로 섞어 새로운 조합물을 만드는 것을 배합이라고 하고, 정해진 원료를 단순히 섞는 작업을 혼합이라고 한다. 따라서 점토, 규석, 장석 등을 일정한 비율로 섞어 원하는 성분의 소지 조합물을 얻는 것을 소지의 배합이라고 하고, 이 조합물을 혼합기에서 고르게 섞는 작업을 혼합이라고 한다.

나. 소지배합의 계산

표Ⅱ-7과 같은 화학성분과 광물조성의 원료를 사용하여 점토광물 63.08%, 장석 28.62%, 석영 8.30%의 소지를 조합하면 다음과 같다.

표Ⅱ-7 사용 원료의 화학조성과 광물조성(%)

성분 광물	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O	강열 감량	점토 광물	장석	규석
카올린 점 토 장 석 규 석	48.31 49.09 64.98 95.60	39.07 36.74 18.04 0.11	0.15 0.42 0.12 0.12	0.05 0.11 0.38 3.04	0.02 0.20 0.21 -	0.18 0.52 14.45 -	0.03 0.11 1.54 -	12.09 12.81 0.33 1.13	96.78 89.72 - -	1.96 7.66 100.00 4.40	1.26 2.62 - 95.60

     

점토광물의 1/2 즉, 31.54%을 카올린으로 하고, 나머지 1/2를 점토로 한다면 두 원료의 소요량은 다음과 같다.

① 카올린의 소요량 : 31.54 = 32.59% - 카올린 배합비

     이 카올린 32.59% 속에는

   o. 장석분 : 32.59 = 0.64%와

   o. 석영분 : 32.59 = 0.41%가 들어 있다.

② 점토의 소요량 : 31.54 = 35.15% - 점토 배합비

     이 점토 35.15% 속에는

   o. 장석분 : 35.15 = 2.69%와

   o. 석영분 : 35.15 = 0.92%가 들어 있다.

③ 규석의 소요량 - 배합비

필요한 석영량은 8.3%인데 카올린과 점토에서 들어오는 석영이 0.41+

0.92 = 1.33%가 되므로 규석에서 충당할 석영은 8.3 - 1.33 = 6.97%이다.  실제 규석은 석영이 95.6%이므로 실제로 필요한 규석은 6.97=7.29%가 된다.

④ 장석의 소요량 - 배합비

규석 7.29% 속에는 장석이 7.29 = 0.32%가 들어 있으므로, 카올린, 점토, 규석에서 들어오는 장석은 0.64 + 2.69 + 0.32 = 3.65이다. 따라서 실제로 필요한 장석은 28.62 - 3.65 = 24.97%가 된다.

결국 원하는 소지의 배합비는 다음과 같다.

카올린	점 토	장 석	규 석	총 계
32.59%	35.15%	24.97%	7.29%	100.00%

다. 입도 조정과 배합

입도 조정과 배합이란 치밀한 성형품을 얻기 위해 굵은 원료와 가는 원료를 일정비율로 배합하는 것을 말한다. 예를 들면, 굵은 원료 : 중간 원료 : 가는 원료의 배합비율을 50 : 10 : 40으로 할 때 가장 치밀한 성형품을 얻을  수 있다는 것이다.

그러나 이러한 입도 조정 배합은 건식 분말을 가압 성형하는 내화물이나 타일소지의 배합에서 주로 실시하고, 물레성형이나 주입성형을 하는 도자기의 소지배합에서는 별로 하지 않는다. 오히려 도자기에서는 가소성을 좌우하는 입자의 모양이 중요하므로 점토와 카올린은 분쇄를 하지 않고 일정한 입도 범위 내에서 수비만 하여 사용한다.

라. 혼합기계의 종류와 혼합 방법

1) 혼합

두 가지 이상의 원료를 섞어서 합치는 것을 혼합이라고 한다. 이러한 혼합작업은 원료의 종류와 특성 등에 따라 고체혼합, 혼련, 교반작업으로 구분한다.

가) 고체혼합 : 고체와 고체를 섞는 작업 즉, 건조한 가루상태의 원료를 섞는 작업이다.

나) 혼련(날화) : 가소성이 큰 반죽상태의 원료를 섞는 작업이다.

다) 교반 : 액체상태이거나 슬립상태의 원료를 섞는 작업이다.

2) 혼합기의 종류

가) 고체 혼합기

고체 혼합기는 혼합기가 회전하는 회전형과 혼합기는 고정되어 있고 내부의 날개나 스크류가 회전하여 혼합이 이루어지는 고정형이 있다.

(1) 회전원통형 : 수평원통, 또는 경사진 원 그림Ⅱ-37 회전원통형 혼합기

통 내부에 날개를 달거나 판 같은 것을 설치한 것으로 원통을 회전시켜 혼합이 이루어진다.

(2) 이중원뿔형 : 혼합기 원통을 이중원뿔로 만든 것으로 내부에 장애판이 있는 것도 있다. 혼합기를 회전시키면 원료가 모였다 흩어졌다 하면서 혼합이 이루어진  그림 Ⅱ-38 이중원뿔형 혼합기

다.              

(3) V형 혼합기 : 원통을 V자형으로 만

든 것으로 내부에 교반날개가 있는 것도 있다. 원통을 회전시켜 혼합이 이루어지며, 혼합물을 넣거나 쏟아내는 작업이 편리하다.

나) 혼련기

주로 점성이 큰 반죽 상태의 원료를 혼   그림 Ⅱ-39 V형 혼합기

합할 때 사용하는 것으로 전단, 압연, 겹침, 압축 등의 작용에 의해 혼합과 이김 작업이 이루어진다.

(1) 니더 : 두 축에 날개가 있고 이것이 맞물려 반대방향으로 회전하면서 혼합이 이루어진다.               

(2) 진공토련기 : 대표적인 혼련기로 두 개의 축에 나선형의 날개가 있고 중간에 진공펌프가 있어 혼련을 하면서 원료 속에 있는 기포를 제거하는 혼합기계이다.

그 밖에 원통 용기내의 수직축에 설치된 롤러가 자전과 공전을 하면서 혼합작업이 이루어지는 밀러 믹서 (muller mixer)와 회전속도가 서로 다른 롤러   그림 Ⅱ-41 진공토련기

사이에서 전단력과 압축력 등으로 점성이 큰 물질을 혼합하는 롤 밀(roll mill) 등이 있다.

다) 교반기

주로 액체나 액체 상태와 비슷한 현탁액 또는 슬립을 혼합하는 것으로 교반기의 날개 모양과 혼합액체의 흐름에 따라 여러 형식의 것이 있다.

<보충 과제>

소결 세라믹공장에서 장석, 규석, 도석, 석회석 등의 혼합은 원료를 중간 분쇄한 후 배합비에 따라 배합한 다음 볼 밀에서 미분쇄하면서 자연적으로 혼합이 이루어지도록 한다. 또한 수비한 점토와 카올린 등은 슬립상태에서 교반기로 혼합한다. 이렇게 수비한 점토와, 분쇄, 혼합한 원료슬립을 탈철, 여과하여 배토로 만든다

<심화 과제>

진공토련기는 그림Ⅱ-41과 같이 맞물려 돌아가는 나선형 날개에 의해 혼합과 이김 작업이 이루어지고, 진공펌프에 의해 배토속의 기포를 제거함으로써 배토속의 수분의 분포를 고르게 하고, 가소성을 크게 증가시켜주는 대표적인 혼련기이다.

또한 출구의 금형의 모양을 바꿈으로써 필요한 모양의 1차 성형작업도 가능하다.