JPH06191957A

JPH06191957A - 金属を骨格とした陶磁器質焼結体

Info

Publication number: JPH06191957A
Application number: JP34800992A
Authority: JP
Inventors: Hideo Igami; 英雄居上; Chisato Ota; 千里太田
Original assignee: ADO CERAMICS KENKYUSHO KK
Current assignee: ADO CERAMICS KENKYUSHO KK
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1994-07-12
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: WO1994014728A1; JP3202376B2; CN1088898A

Abstract

(57)【要約】【構成】陶磁器質焼結体であって、この焼結体には線
状、棒状または金網状の金属材料が所定の骨格配置で埋
設一体化されていることを特徴とする金属を骨格とした
陶磁器質焼結体。【効果】従来、常識では不可能とされていた鉄筋等の
金属骨格が埋設一体化された陶磁器質焼結体が提供され
る。強度信頼性に優れ、しかもセラミック耐候性に優れ
た建築材料が実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は金属を骨格とした陶磁
器質焼結体に関するものである。さらに詳しくは、この
発明は、建築構造材料あるいは下水道管などの土木材料
等として、高い破壊強度が必要な材料分野に利用される
陶磁器質焼結体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】鉄筋で補強された窯業系材料
は鉄筋コンクリート、Ａ．Ｌ．Ｃなど、広く建築や土木
分野において使用されているが、いずれもセメント質材
料に限られている。また、ガラス材料の分野では、板ガ
ラスの内部に金網を入れて一体化成形した「網入りガラ
ス」が知られており、破損し易いガラス材料を金属で補
強したものとして広く使用されている。この板ガラス
は、セラミックスとしては熱膨張率が高く、金属に近い
材料であること、および線径の細い金網を使用し、ガラ
スの凝固温度である６００〜７００℃からの冷却過程に
おいて、熱膨張率の差により内部に発生する潜在応力が
比較的小さいことがこのような製品を可能としている。

【０００３】このように、セメント質材料および板ガラ
スについては、鉄筋や金属網で補強したものが知られて
いるが、いずれも極めて限られた材料分野での応用であ
って、「脆くてこわれ易い」欠点を有する陶磁器質材料
については、いまだ金属材料による補強は実用的に完成
されていないのが実情である。このような状況におい
て、この発明の発明者によって、「金属複合セラミック
ス焼結体」が提案されているが、この焼結体は繊維状ま
たは切片状の金属を分散させて補強したものであって、
部方的な補強効果は発揮されるが、製品としての骨格を
有しない為、構造材料としての信頼度が低く、使用分野
が制約されていた。

【０００４】このため、陶磁器質焼結体に、骨格となる
金属材料を一体化した製品の実現が求められていたが、
このことは、以下の理由によって極めて困難な課題であ
ると考えられていた。（１）金属は一般にセラミックスの約２倍に近い熱膨張
率を持ち、焼結時に内部に封入されると金属の膨張によ
り組織が破壊される。（２）鉄筋など金属は５００℃を越えると急激に表面か
ら酸化して酸化層を形成して容積をさらに拡大すると共
に、長時間の高温度加熱により酸化層が広がり、鉄筋が
段々と細くなって補強効果が著しく低下する。

【０００５】従って、金属を骨格として一体化焼結した
陶磁器質材料は従来技術によっては実現不可能であっ
た。この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたも
のであり、従来技術の限界を克服し、製品強度として最
も信頼度の高い金属材料を骨格として、焼結体内部へ、
安定状態でこれを埋設した金属を骨格とする陶磁器質焼
結体を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、陶磁器質焼結体であって、この
焼結体には、線状、棒状または金網状の金属材料が所定
の骨格配置で埋設一体化されていることを特徴とする金
属を骨格とする陶磁器質焼結体を提供する。また、さら
に詳しくは、この発明は、焼成、加熱の過程において、
昇温とともに８０×１０^-7／℃以上の線熱膨張率を保ち
ながら、ほぼ直線的に膨張を続け、１０００℃以上の温
度において０．５％以上の焼結収縮を起こすことなく焼
結した後冷却して製品となる陶磁器質組成物が、所定の
骨格位置で線状、棒状または金網状の金属材料を埋設一
体化成形した後、１０００℃以上、１２５０℃以下の温
度で焼結されてなる焼結体をその態様としてもいる。

【０００７】すなわち、この発明における前記の組成物
は、８０×１０^-7／℃以上の熱膨張率をほぼ直線的に示
すものとし、１０００℃以上の焼結温度においても、焼
結による収縮は０．５％を越えない収縮の少ない組成物
であることを好ましい要件としている。一般の陶磁器組
成物は、焼成昇温過程においては、石英はその変態によ
って大きな膨張を示し、５７０〜６００℃を越えるとそ
の昇温膨張は８０×１０^-7／℃以上になるが、一方で、
６００℃以下の温度では、粘土成分の収縮などにより昇
温膨張は５０〜６０×１０^-7／℃程度の低いレベルにと
どまり、１０００℃以上の焼結温度においては５〜１０
％の大きい焼結収縮を示す。

【０００８】このため、従来一般の陶磁器組成物の場合
には、たとえば図１（Ａ）に示したように、膨張、収縮
について大きな変曲点を示し、たとえば１２０〜１５０
×１０^-7／℃の熱膨張によって直線的に膨張する金属材
料（図１（Ｂ））との膨張相似性を持ち得ないため、焼
結においては、この金属材料の膨張による破壊から逃れ
られない。

【０００９】だが、この発明においては、図１（Ｃ）の
ように、金属材料との相似性を維持して直線的に膨張し
ていく。このため、組成物と金属材料との焼結体として
の一体化が可能となる。好適にこの発明の金属を骨格と
した陶磁器質焼結体を実現するための陶磁器質組成物と
しては、（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ａｌ₂Ｏ₃）／ＳｉＯ₂の
比が０．６〜１．５の範囲の化学組成を有し、かつ、高
温度で溶融させて、ガラス質として産出されたものが主
原料として２０〜９５重量％の範囲内で含まれ、金属塩
及び水硬性セメント類からなる成形助剤の１種以上が原
料の３〜２０重量％配合され、さらに必要に応じて非収
縮性原料が配合されてなり、収縮が０．５％以内で焼結
される組成物が示される。ガラス状態で産出される原料
は、高炉水滓などが代表的なものであり、ガラス質水滓
は、加熱過程において８５０℃〜９５０℃の温度範囲
で、発熱反応を起こしながら結晶化し、わずかに膨張を
示しながら反応焼結する特性を有している。このガラス
質物が主原料として２０％以上含有された組成物は、１
０００℃以上の焼結温度において、焼結収縮率が０．５
％以下の範囲に調整される。配合率が大きくなる程焼結
体は膨張性を示す焼結体製品の寸法安定性の点からは、
配合割合は２０〜９５％とするのが好ましい。

【００１０】成形助材として珪酸ソーダ、珪酸カリなど
の金属塩を用いる場合には、３％〜１０％の範囲が適当
であり、３％以下の場合は充分な成形強度が得られず、
１０％を越えると経済性の面で問題がある。ポルトラン
ドセメント、高炉セメントなど水硬性セメント類を使用
する場合には、１０％〜２０％の範囲で調整する。これ
らの成形助剤は、単独もしくは混合して使用される。ま
た、組成物は目的とする製品の要求される物性や製品の
大きさなどにより、予め高温度で焼成されて収縮しない
ものとした陶磁器や煉瓦等を粉砕したシャモット類や、
フライアッシュあるいは軽量化の目的の場合にはパーラ
イト等を配合することができる。

【００１１】さらにまた、この発明において焼結体内部
に埋設される金属材料としては、鉄筋としての鉄線、そ
の他の丸棒もしくは角棒、金網等が使用される。この場
合、鉄材に限られることなく、熱膨張が鉄材に近似した
各種の金属材料が好ましく使用されることは言うまでも
ない。これらの金属材料は、一般的に上記の組成物と比
べて熱膨張の程度が大きいが、この差を吸収するため
に、金属材料表面には澱粉、ポリビニールアルコール、
Ｃ．Ｍ．Ｃなどの有機質糊材料の塗膜を付与しておくこ
とが有効でもある。この有機質糊材料は組成物内部の酸
素の少ない状態では容易に消失することはなく、約３５
０℃から炭化が始まり１２００℃においても、炭素とし
て鉄筋の表面層に残留する。そして、この炭素が残留す
る限り、鉄筋の酸化は容易に進行することなく、焼成完
了後切開して鉄筋表面の状態を観察すると、滲炭層のよ
うに鉄筋表面は光沢のある状態を示す。有機質糊層の厚
さは実験の結果からは鉄筋直径の０．５％で良いが、表
面層に残る残留炭素量および鉄筋の長手方向の伸縮によ
り応力の吸収を考慮すると、直径の１．０％以上とする
のが望ましい。また、塗膜の厚さが０．０５ｍｍ以上必
要である場合には、木炭粉、紙粉などを混合するのも有
効である。

【００１２】有機糊材が熱焼を開始し、炭化して容積を
減少し始める約３５０℃までの鉄筋と組成物の熱膨張率
の差はわずかに０．１％以内であり、組成物に及ぼす鉄
筋の膨張応力は充分弾性吸収できることが確認されてい
る。以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明につい
て説明する。

【００１３】

【実施例】以下の条件でサイズ３００ｍｍ×６００ｍｍ
×２０ｍｍの陶磁器質成形体の内部に、直径５ｍｍ径の
鉄筋を埋設成形し、ローラーハースキルンを用いて、昇
温速度２０℃／分で１２００℃まで上昇させ、約２０分
間保持した後３０℃／分の速度で冷却して焼結製品を得
た。（１）鉄筋の表面処理澱粉と木炭粉を１：１の重量比で混合し、１０〜１２倍
の水を加えて加温して糊を調整した後、鉄筋表面に膜厚
約０．２ｍｍ程度に塗布し乾燥した。（２）鉄筋の配列と結着図２に示すように組成物成形体（１）のほぼ中心部に鉄
筋（２）を埋設した。鉄筋（２）の交叉部分は１．０ｍ
ｍ径の針金でルーズに結着した。（３）陶磁器質組成物の配合次の表１の通りの配合比（重量比）とした。

【００１４】

【表１】

【００１５】（４）成形方法 NO．１、NO．２は粉末加圧成形方法で１５０ｋｇ／ｃｍ
²の圧力で成形し、NO．３は水分３０〜５０％を加えて
セメントモルタルとして混練し、金型間へ振動充填成形
し、６０℃の水蒸気雰囲気中で２４時間養生硬化させ
た。（５）焼結後の製品の外観および内部切開になる鉄筋周
辺の亀裂観察以下の結果が観察された。

【００１６】 NO.１外観及び内部に全く亀裂部分発生なし NO.２外観及び内部に全く亀裂部分発生なし NO.３外観及び内部に全く亀裂部分発生なし（６）焼結製品の物性表２の物性値が確認された。

【００１７】

【表２】

【００１８】なお、上記表２の焼結収縮欄の＋は膨張
を、−は収縮を示している。また、曲げ強度は、スパン
２００ｍｍで中央に荷重をかけながら表面を観察し、組
成物に亀裂が発見された時点の強度値を示している。ま
た、NO．１、NO．２、NO．３いずれもが、１０００ｋｇ
／ｃｍ²の荷重下においても鉄筋と組成物は分離するこ
とがなかった。

【００１９】

【発明の効果】従来、常識では不可能とされていた鉄筋
等の金属骨格が埋設一体化された陶磁器質焼結体が提供
される。強度信頼性の高い鉄骨等の金属材料と耐候性の
高いセラミックスの特徴を生かした建築用構造材料とし
ての新しい素材が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係わる鉄筋および組成物の熱膨張性
を、従来の陶磁器組成物と比較して示した温度相関図で
ある。

【図２】実施例としてのこの発明の焼結体を示した平断
面図および正断面図である。

【符号の説明】

１成形体２鉄筋

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陶磁器質焼結体であって、この焼結体に
は線状、棒状または金網状の金属材料が所定の骨格配置
で埋設一体化されていることを特徴とする金属を骨格と
した陶磁器質焼結体。
【請求項２】焼成、加熱の過程において、昇温ととも
に８０×１０^-7／℃以上の線熱膨張率を保ちながら、ほ
ぼ直線的に膨張を続け１０００℃以上の温度をおいて
０．５％以上の焼結収縮を起こすことなく焼結した後冷
却して製品となる陶磁器質組成物が、所定の骨格位置で
線状、棒状または金網状の金属材料を埋設一体化成形し
た後、１０００℃以上、１２５０℃以下の温度で焼結さ
れてなることを特徴とする請求項１の金属を骨格とした
陶磁器質焼結体。
【請求項３】陶磁器質焼結体は、（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋
Ａｌ₂Ｏ₃）／ＳｉＯ₂の比が０．６〜１．５の範囲の
化学組成を有し、かつ高温度で溶融されて、ガラス質と
して産出されたものが主原料として２０〜９５重量％の
範囲で含まれ、金属塩及び水硬性セメント類からなる成
形助剤の１種以上が原料の３〜２０重量％配合され、さ
らに必要に応じて非収縮性原料が配合されてなる組成物
の焼結体である請求項１または２の金属を骨格とした陶
磁器質焼結体。
【請求項４】埋設一体化成形される金属材料の表面層
には、有機質糊により金属材料の直径の１％以上の厚さ
に塗膜を形成させてなる請求項２または３の金属を骨格
とした陶磁器質焼結体。