JPH0465030B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、高度の耐熱性を有する軽量耐火物に
関するものであり、さらにくわしくは、各種セラ
ミツクス製品たとえばセラミツクス系電子部品
（セラミツクコンデンサ、アルミナ基板、フエラ
イト素子、サーミスタ、バリスタ等）、セラミツ
クス系摺動材料、一般用陶磁器等を製造するに当
り焼成工程で被焼成物を支持させるために使用す
る匣鉢、敷台等の焼成補助具や、各種窯炉におけ
る遮熱板、発熱体支持具等に適した、繰返し加熱
冷却に耐える軽量耐火物に関するものである。 従来の技術 上述の焼成補助具や窯炉構成材は、高温加熱と
冷却の繰返しに耐える高度の耐熱性と用途に応じ
た機械的強度を備えていなければならないが、一
方では、炉使用時においてそれらが消費する熱エ
ネルギーを少なくするとともに昇温と冷却に要す
る時間を短くし、それによりエネルギーコストの
低減と生産性の向上をはかるため、なるべく体積
当りの熱容量の小さい軽量のものであることが望
まれる。特に焼成補助具の場合は、搬送その他の
取扱を容易にするためにも、軽量であることが強
く望まれる。 このような要望に答えるための軽量耐火物の一
つとして、特開昭59−88378号公報には、アルミ
ナ質、ムライト質等の耐火材原料粉末90〜50wt
％及びアルミナ質、ムライト質等の耐火材繊維10
〜50wt％からなる骨材100重量部に対して無定形
シリカを0.5〜10重量部添加したものを成形し次
いで1450〜1600℃で焼成することにより得られる
耐火物が記載されている。しかしながら、この軽
量耐火物は、熱膨張率の大きい高アルミナ質のも
のであるため、耐スポーリング性および耐クリー
プ性の点で改良の余地あるものである。 発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、上述のような欠点のない軽量
耐火物、すなわち軽量かつ高強度でありながら高
度の耐熱性と耐久性を示す軽量耐火物およびその
製造法を提供することにある。 問題点を解決するための手段 本発明が提供する軽量耐火物は、耐火性粉末お
よび高アルミナ質短繊維がムライトにより相互に
結合されてなる多孔質成形体であつて、結晶構造
においてムライトおよびコランダムから主として
なり且つムライトの量がムライトとコランダムと
の合計量の12モル％以上であり、遊離のシリカを
実質的に含まないことを特徴とするものである。 本発明はまた、上記本発明の軽量耐火物の特に
有利な製造法、すなわち長さが20〜2000μになる
まで切断した多結晶質アルミナ繊維またはこれと
等量以下の耐火材粉末との混合物に10〜30重量％
の無定形シリカを加えて混合し、得られた混合物
を成形し、次いでクリストバライトの存在が認め
られなくなるまで1400〜1600℃で焼成することを
特徴とする軽量耐火物の製造法を提供するもので
ある。 最初に上記製造法について説明すると、成形後
の焼成工程において、多結晶質アルミナ繊維はそ
の表層部が無定形シリカまたはそれから生成した
結晶質シリカ・クリストバライトと反応してムラ
イト（3Al₂O₃・2SiO₂）を生成し、このムライト
が結合剤となつて、強固な成形体が形成される。
前述の従来法と比較した場合、この製造法の特色
は、多結晶質アルミナ繊維を微細に切断すること
により原料混合工程において繊維がもつれ合わず
他の原料（特に無定形シリカ）と均一に混合され
るようにしたうえで、繊維および無定形シリカの
配合比率を高くしたことにある。そして高い繊維
比率は製品強度の向上に役立ち、無定形シリカの
配合比率を高くしこれをアルミナと完全に反応さ
せる（つまりムライト化させる）ようにしたこと
は、製品中のアルミナの比率を下げ、製品耐熱性
の向上に役立つている。 多結晶質アルミナ繊維の切断は、湿式または乾
式の適当な粉砕機等を用いて行う。2000μをこえ
る繊維長のものがあると、原料混合工程でもつれ
合い、その中に他の原料が入り難い。そのため、
無定形シリカの配合量が多いと、無定形シリカ
（またはそれが焼成工程でクリストバライト化し
たもの）とアルミナ繊維との均一な反応が行われ
ず、シリカの一部が未反応のままクリストバライ
トの状態で製品中に残り、製品の耐久性を悪くす
る（クリストバライト自体の耐熱性は良好である
が、約250℃を境にする高温領域と低温領域で安
定な結晶形を異にし、それら二つの結晶形の間を
転位する過程で体積変化を起こすから、耐火物中
にクリストバライトが存在すると加熱−冷却によ
る亀裂発生の原因となる。）。一方、繊維長が20μ
未満になると、短かすぎて補強作用が不充分にな
る。特に好ましい繊維長は、約50〜500μ、平均
約200μである。 無定形シリカは、アルミナ繊維と耐火性粉末と
の合計量の10〜30重量％とする。無定形シリカの
配合率が10重量％未満の場合は、焼成後に遊離の
シリカが残る恐れは少ないが、製品が高アルミナ
質のものとなつてしまう。反対に無定形シリカ配
合率が30重量％をこえると、アルミナ繊維を切断
して均一混合を達成し且つ焼成を充分に行なつて
も、無定形シリカの一部が未反応のままクリスト
バライトの形で製品中に残り、耐熱性不良の原因
になり易い。無定形シリカの配合率は、更に、耐
火性粉末の形で導入されるアルミナまたはムライ
トをも考慮した場合における全Al₂O₃／SiO₂重量
比が、70／30〜90／10になるようにすることが望
ましい。 耐火性粉末としては、アルミナ粉末、ムライト
粉末、アルミナムライト粉末などの、高純度結晶
質のものを用いることが望ましいが、ほかに、約
５重量％までならば、コージライト、シヤモツ
ト、耐火粘土、カオリン等を併用してもよい。 無定形シリカとしては、たとえばシリカゾルを
用いることができる。 これらの原料を上述の比率で混合し、さらに混
合の前後において適量の水を加えて、全体を湿潤
状態ないしスラリー状にする。次いで原料混合物
を脱水成形の常法により成形するが、成形は、最
終製品のカサ比重が約0.8〜1.2になるような条件
で行うことが望ましい。得られた成形体を乾燥後
約1400〜1600℃で焼成すると、アルミナ繊維は、
繊維状形態を保つたまま、前述のように表層部の
一部が、無定形シリカまたはそれから生成したク
リストバライトと反応してムライト化するが、残
りの部分はコランダムの状態で安定化する。この
反応によつてクリストバライトが完全に消費され
るまで、約１〜10時間を要して焼成を行うと、結
晶構造としてはほぼコランダムおよびムライトか
らなりそのうちムライトが約12〜90モル％を占め
る製品が得られる。焼成が不充分でクリストバラ
イトを残したものは、前述のようなクリストバラ
イト含有品の欠点を示す。クリストバライトの消
失は、通常の粉末Ｘ線回折法により確認すること
ができる。 上述のようにして得られる本発明の軽量耐火物
では、補強材として充分な長さを持つコランダム
質短繊維と耐火性粉末とがそれらの接点において
ムライトにより結合されており、多量の微細空隙
部を持つ。標準的かつ好ましい気孔率は約60〜80
％であり、それによりこの耐火物は0.8〜1.2のカ
サ比重を有し、単位体積当りでは緻密質アルミナ
系耐火物の約1/3の熱容量を示す。 本発明の軽量耐火物は、そのまま、あるいは必
要に応じて切削加工や耐熱性表面コーテイング
（たとえばジルコニアコーテイング）を施して、
前述のような焼成補助具や窯炉構成材として利用
することができる。 発明の効果 本発明による軽量耐火物は、熱的特性がアルミ
ナよりもすぐれているムライトの量が多く、且つ
遊離のシリカを実質的に含まないことにより、ア
ルミナ繊維を原料として得られるものでありなが
ら従来の高アルミナ質軽量耐火物よりもはるかに
すぐれた耐久性を示す。また、切断されたアルミ
ナ繊維による補強の効率がよいため、カサ比重が
約1.0以下でも実用上充分な強度を示すものが容
易に得られ、切削加工も容易であるという特長が
ある。 実施例 以下、実施例および比較例を示して本発明を説
明する。 なお、各例において用いた原料は次のとおりで
ある。 多結晶質アルミナ繊維：繊維径3μ、平均繊維長
50mm、Al₂O₃含有率95％のもの。 “処理品”は、これをパルパーで開繊およ
び切断して約50〜500μの繊維長の切断繊維
にしたもの。 耐火性粉末：焼結アルミナ 無定形シリカ：シリカゾル 以上の原料のうち、まず多結晶質アルミナ繊維
および耐火性粉末を水に分散させ、次いで無定形
シリカを加えて攪拌したのち、吸引脱水成形す
る。得られた成形体を、熱風で乾燥後、1500〜
1600℃で３時間焼成する。 上記製法において原料配合比率および処理条件
を種々変更して行なつた実験の結果を、第１表に
示した。なお、表中に示した特性値の試験法は次
のとおりである。 曲げ強さ：厚さ６mm、幅25mm、長さ75mmの試験片
について、スパン50mm、荷重速度0.2mm／
min、温度常温または1400℃の条件で測定。 耐スポーリング性：厚さ６mm、幅200mm、長さ200
mmの試験片を600℃の炉内に入れ、１時間加
熱したのち空冷し、クラツクの有無を調べ
る。クラツクがない場合、再び同様の操作
を、最高30サイクルまで繰返す。 耐クリープ性：厚さ６mm、幅200mm、長さ200mmの
試験片をその四隅において支持体（支持面15
mm×15mm、高さ20mm）で支持し、さらに試験
片上に等分布の荷重（３Kg）を載せてから、
1400℃の炉内に入れて24時間加熱する。その
後、試験片の最大たわみ量を測定する。

【表】 ※１ クラツクが発生するまでの加熱回数； ※２
たわみ量〓mm〓
また、実施例１および比較例３の製品の結晶構
造を示すＸ線回折チヤートを第１図および第２図
に示した。

【図面の簡単な説明】

第１図：実施例１による耐火物の結晶構造を示
すＸ線回折チヤート、第２図：比較例３による耐
火物の結晶構造を示すＸ線回折チヤート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 耐火性粉末および高アルミナ質短繊維がムラ
   イトにより相互に結合されてなる多孔質成形体で
   あつて、結晶構造においてムライトおよびコラン
   ダムから主としてなり且つムライトの量がムライ
   トとコランダムとの合計量の12モル％以上であ
   り、遊離のシリカを実質的に含まないことを特徴
   とする軽量耐火物。 ２ 耐火性粉末が粉末状のアルミナ、ムライトま
   たはアルミナムライトである特許請求の範囲第１
   項記載の軽量耐火物。 ３ 長さが20〜2000μになるまで切断した多結晶
   質アルミナ繊維またはこれと等量以下の耐火性粉
   末との混合物に10〜30重量％の無定形シリカを加
   えて混合し、得られた混合物を成形し、次いでク
   リストバライトの存在が認められなくなるまで
   1400〜1600℃で焼成することを特徴とする軽量耐
   火物の製造法。 ４ 耐火性粉末として粉末状のアルミナ、ムライ
   トまたはアルミナムライトを用いる特許請求の範
   囲第３項記載の製造法。