CuO-Fe2O3계 채색료의 발색 및 전파흡수특성 = Color Development and Microwave Absorbing Properties of CuO-Fe2O3 Stains
저자
발행사항
서울: 명지대학교 대학원, 2004
학위논문사항
학위논문(석사)-- 명지대학교 대학원: 무기재료공학과 2004. 8
발행연도
2004
작성언어
한국어
주제어
KDC
530.4 판사항(4)
발행국(도시)
서울
형태사항
xv, 195p. : 삽도 ; 26cm
일반주기명
참고문헌: p. 186-190
소장기관
본 연구는 CuO, α-Fe_(2)O_(3), CuO/α-Fe_(2)O_(3) 혼합물, Cu-Ferrite (CuFe_(2)O_(4))등의 CuO-Fe_(2)O_(3)계 채색료의 발색특성을 규명함을 목적으로 한다. 이를 위하여 장석-석회석계 유약, 장석-석회석-마그네시아계 유약, 장석-석회석-바륨계 유약에 채색료를 첨가하여 색유약을 만든후, 기본유약의 종류, 유약중의 알루미나와 실리카의 함유량, 채색료의 종류 및 첨가량, 소성분위기등이 유조 및 발색특성에 미치는 영향을 중점적으로 검토하였다. 한편 CuO/α-Fe_(2)O_(3) 혼합물 및 Cu-Ferrite(CuFe_(2)O_(4)) 채색료를 기본유약에 첨가하여 유약형 전파흡수체를 만든후 기능성 유약으로서의 적합성을 검토하였다.
기본유약의 조성과 특성에 따라 같은 채색료를 첨가할지라도 발색특성이 달라지기 때문에 명확한 유약의 선택기준이 있어야 한다. 각 기본유약의 조합비-카올린과 규석의 첨가량-유조간의 상관관계를 검토하여 채색료가 선명하게 발색될 수 있는 표면광택영역을 결정하였다. 유조는 기본유약의 조성비에 의해 일차적으로 결정되고, 여기에 카올린과 규석이 첨가되면 2 차적으로 표면외관이 변하게 된다.
기본유약에 CuO를 첨가하여 산화분위기중에서 소성한 유약의 외관특성은 SiO_(2)가 적은 영역에서는 Al_(2)O_(3)의 양에 크게 영향을 받지않고 광택 및 반광택특성을 나타내었으나, SiO_(2)가 많은 영역에서는 Al_(2)O_(3)양이 감소함에 따라 귤껍질 유조, 유표면 수포 및 부품현상, 불용현상이 발생하였다. 환원분위기중에서 소성한 유약의 외관도 산화소성한 유약과 비슷한 경향을 보였다. 명도(L*)는 CuO 첨가량이 증가할수록 감소하였으며, 색상과 채도(a* , b*)는 산화분위기에서 소성한 시편은 색도표의 red-yellow영역에서 red를 중심으로 발색하였으며, 환원분위기중에서 소성한 시편은 green-yellow 영역에서 green을 중심으로한 색상이 발색하였다.
기본 유약에 α-Fe_(2)O_(3) 첨가시의 외관 및 발색특성은 소성조건, α-Fe_(2)O_(3) 첨가량, 유약중의 Al_(2)O_(3)와 SiO_(2)의 함유량에 큰 영향을 받음을 알 수 있었다. 특히, 산화분위기 중에서 소성한 시편은 α-Fe_(2)O_(3) 3 wt.%이상 첨가시에는 표면이 미세기포, 귤껍질유조, 유표면 수포현상등이 넓은 영역에 걸쳐 나타나므로 실용재료로서는 부적합하였다. 환원분위기 중에서 소성한 시편은 거의 전 영역이 광택특성을 나타내었으며, 산화분위기 소성에 비하여 유약제조시 공정관리가 용이할 것으로 판단된다. 명도(L*)는 장석-석회석-바륨계 유약이 가장 높은 값을 나타냈으며, 장석-석회석계 유약이 가장 낮은 값을 나타내었다. α-Fe_(2)O_(3) 첨가량이 증가할수록 명도(L*)는 감소하였다. 환원분위기에서 소성한 시편의 색상과 채도(a*, b*)는 색도표의 yellow축을 중심으로 red 및 green이 약간 가미된 영역에서 lightcyan으로부터 black까지 다양한 색상이 발현되며, 산화분위기에서 소성한 시편에 비하여 채도가 높은 값을 나타내었다. 산화분위기에서 소성한 시편은 색도표의 green-yellow 영역에서 beige로부터 balck까지 다양한 색상이 발현되며 채도가 비교적 낮은 값을 나타내었다.
기본유약에 CuO/α-Fe_(2)O_(3) 혼합물 및 Cu-Ferrite(CuFe_(2)O_(4))첨가 시의 외관특성은 유약의 종류 및 유약중의 Al_(2)O_(3)와 SiO_(2)의 함유량에 크게 영향을 받았다. Al_(2)O_(3)에 비하여 SiO_(2)의 함유량이 유약의 외관에 큰 영향을 미치며, SiO_(2)가 적은 영역에서는 광택 및 반광택, SiO_(2)가 많은 영역에서는 귤껍질 유조, 유면부품 및 수포현상, 불용특성을 나타내었다. 발색특성은 채색료의 첨가량과 소성분위기에 크게 영향을 받았다.
CuO/α-Fe_(2)O_(3) 혼합물 첨가시의 명도(L*)는 첨가량이 1 wt.%일 때 가장 높은 값을 보였으며, 첨가량이 증가할수록 감소하였다. 환원분위기 중에서 소성한 시편의 색상과 채도(a*, b*)는 색도표의 red-yellow 영역에서 첨가량이 증가함에 따라 rosybrown → darkred → maroon → black으로 색이 변하였다. 산화분위기 중에서 소성한 시편은 대부분 색도표의 yellow-green 영역에서 첨가량이 증가함에 따라 green yellow → goldenrod → saddle brown → black이 발색되었다.
Cu-Ferrite첨가시의 명도(L*)는 첨가량이 1 wt.%일 때 가장 높은 값을 보였으며, 첨가량이 5 wt.%까지는 감소하였으나, 그 이상 첨가시에는 거의 일정하였다. 환원분위기 중에서 소성한 시편의 색상과 채도(a*, b*)는 색도표의 red-yellow 영역에서 Cu-Ferrite 첨가량이 증가함에 따라 rosybrown → dark rosybrown → cocoabrown → darkbrown으로 변하였다. 산화분위기 중에서 소성한 시편의 색상과 채도(a*, b*)는 색도표의 green-yellow 영역에서 첨가량이 증가함에 따라 soft yellow green → goldenrod → maroon → black이 발색되었다.
CuO/α-Fe_(2)O_(3) 혼합물 및 Cu-Ferrite를 첨가한 유약의 전파흡 수특성은 CuO/α-Fe_(2)O_(3) 혼합물에 비하여 Cu-Ferrite가 높은 반사손실을 나타내었으며, 특히 장석-석회석-바륨계 유약에 Cu-Ferrite를 첨가한 후 산화분위기 중에서 소성한 시편은 11 G㎐ 및 15.5 G㎐에서 반사손실이 크게 나타나며, 2개의 정합주파수를 갖고 있으므로 광대역전파흡수체로의 활용이 기대된다.
The objective of this study was to investigate the coloring properties of the CuO-Fe_(2)O_(3) system stains such as CuO, α-Fe_(2)O_(3), CuO/α-Fe_(2)O_(3) mixture and Cu-Ferrite (CuFe_(2)O_(4)). The glaze stains were obtained by adding the stains to basic glazes of albite-limestone, albite-limestone-magnesite and albite-limestone-barium system, and the dependence of the kind of basic glaze systems, the amount of alumina and silica in a glaze, the kind of stains and their amounts added and sintering atmosphere upon an appearance and coloring properties were extensively examined. Also, the possibility as a functional glaze for a microwave absorber for the basic glazes mixed with CuO/α-Fe_(2)O_(3) mixture and Cu-Ferrite(CuFe_(2)O_(4)) were investigated.
The coloring properties of glaze stains were dependent on the basic glazes and their properties even though the same strain was used, so the criterion for the glaze selection should be precise. The compositional regions of glossy surface in which the stain could be clearly appeared were determined by considering the relationship between the batch composition of basic glazes - kaolin and quartz - and their appearances. The appearance of glazing surfaces after sintering was mostly affected by the batch composition of the basic glazes, and then changed by addition of kaolin and quartz.
The appearance for the basic glazes mixed with CuO sintered at oxidizing atmosphere was not dependent on the amount of Al_(2)O_(3) and showing glossy or semi-glossy in the low SiO_(2) content region. For the specimens of high SiO_(2) content, however, the dimpled, blistering and bloating and underfired surfaces occurred with decreasing Al_(2)O_(3) content. The appearance of specimens glazed and sintered at reducing atmosphere was similar to those at oxidizing atmosphere. The value(L*) was decreasing with CuO content.
And the hue and chroma (a*, b*) for the specimens sintered at oxidizing atmosphere were red coloring among the red-yellow region in a chromaticity diagram, while for the specimens sintered at reducing atmosphere were green coloring among the green-yellow region.
It was evident that sintering conditions, α-Fe_(2)O_(3) content and the amount of Al_(2)O_(3) and SiO_(2) in a glaze greatly affected the appearance and coloring properties for the basic glazes mixed with α-Fe_(2)O_(3). Especially the glazes mixed with above 3 wt.% α-Fe_(2)O_(3) and sintered at oxidizing atmosphere showed pinholing, dimpling and blistering over a wide area not to be appropriate for a practical use. The glazes containing α-Fe_(2)O_(3) sintered at reducing atmosphere, however, appeared glossy over the most area, so its manufacturing process could be easily controlled. The albite-limestone-barium system glazes had the highest value (L*) while albite-limestone systems had the lowest value. As the amount of α-Fe_(2)O_(3) increased, the value (L*) decreased. The hue and chroma (a*, b*) for the glaze stains sintered at reducing atmosphere showed diverse coloring, lightcyan to black among the red and green region at the yellow axis in a chromaticity diagram. And the chroma of glaze stains sintered at reducing atmosphere was higher than that of at oxidizing atmosphere. The specimens sintered at oxidizing atmosphere showed diverse coloring, beige to black among the green-yellow region in a chromaticity diagram, and the chroma was comparatively low.
The appearance of the basic glazes mixed with CuO/α-Fe_(2)O_(3) mixture and Cu-Ferrite(CuFe_(2)O_(4)) was greatly affected by the kind of glazes and the amount of Al_(2)O_(3) and SiO_(2) in a glaze. The amount of SiO_(2) exerted more influence upon an appearance than the Al_(2)O_(3) amount. The glossy and semi-glossy appearance was for the low SiO_(2) content region while the dimpled, bloating and blistering and underfired appearance for the high SiO_(2) content region. The coloring properties was greatly affected by the amount of stains and sintering atmosphere.
The glazes mixed with 1 wt.% CuO/α-Fe_(2)O_(3) mixture had the highest value(L*) but, above 1 wt.%, the value decreased with the CuO/α-Fe_(2)O_(3) mixture content. The hue and chroma for the glaze stains sintered at reducing atmosphere changed rosybrown → darkred → maroon → black among the red-yellow region in chromaticity diagram with increasing CuO/α-Fe_(2)O_(3) mixture content, while, for the specimens sintered at oxidizing atmosphere, the hue and chroma changed green yellow → goldenrod → saddle brown → black among the yellow-green region in chromaticity diagram with increasing CuO/α-Fe_(2)O_(3) mixture content.
The glazes mixed with 1 wt.% Cu-Ferrite had the highest value(L*) but, above 1 wt.%, the value decreased with the Cu-Ferrite content up to 5 wt.% and showed no change over 5 wt.% content. The hue and chroma for the glazes containing Cu-Ferrite sintered at reducing atmosphere changed rosybrown → dark rosybrown → cocoabrown → darkbrown among the red-yellow region in chromaticity diagram with increasing Cu-Ferrite content, while, for the specimens sintered at oxidizing atmosphere, the hue and chroma changed soft yellow green → goldenrod → maroon → black among the green-yellow region in chromaticity diagram with increasing Cu-Ferrite content.
The basic glazes mixed with Cu-Ferrite had a higher reflection loss in microwave absorbing characteristics than the glazes mixed with CuO/α-Fe_(2)O_(3) mixture. Especially the albite-limestone-barium system glazes mixed with Cu-Ferrite and sintered at oxidizing atmosphere showed a high reflection loss at 11 and 15.5 GHz and had two matching frequencies so it is expected to be used as a broad band microwave absorber.
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