KR101729650B1 - Mullite ceramic and method for producing same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 뮬라이트 세라믹스는, 연마 단면(斷面)에 있어서, 애스펙트비가 1 이상 2 이하인 뮬라이트의 구상 입자 및 애스펙트비가 2 초과 10 이하인 뮬라이트의 침상 입자를 포함하면서, 침상 입자의 평균 장경이 구상 입자의 평균 입경의 2~10배이고, 침상 입자/전 입자의 면적비가 0.03~0.3인 것을 특징으로 한다. 연마 단면에서의 애스펙트비 10 초과의 조대 침상 입자의 면적/전 입자의 면적의 비가 0.2 이하인 것이 적합하다. 겉보기 기공율이 5~27%인 것도 적합하다.The mullite ceramics according to the present invention comprises mullite spherical particles having an aspect ratio of not less than 1 and not more than 2 and mullite needle particles having an aspect ratio of not less than 2 but not more than 10 in a polished cross section and the average long diameter of the needle- Is 2 to 10 times the average particle diameter, and the area ratio of needle-like particles / total particles is 0.03 to 0.3. It is preferable that the ratio of the area of the coarse needle-shaped particles having an aspect ratio of more than 10 to the total area of the particles in the polished cross section is 0.2 or less. It is also suitable that the apparent porosity is 5 to 27%.
Description
본 발명은 뮬라이트 세라믹스 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 뮬라이트 세라믹스는 예를 들면 소성용 치구(治具), 소성로 구축용 부재 등의 내화물(耐火物)로서 특히 유용하다.The present invention relates to mullite ceramics and a process for producing the same. The mullite ceramics of the present invention is particularly useful as a refractory (refractory) such as, for example, a firing jig and a member for building a furnace.
뮬라이트 세라믹스에 관한 종래의 기술로서, 내크립성(creep resistance) 및 내스폴링성(spalling resistance)을 향상시킨 뮬라이트질 다공체가 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 이 다공체는 뮬라이트 결정 및 그 응집체를, 실리카가 주성분인 결합상(結合相)을 통해 결합시켜 이루어지는 것이다. 이 다공체는 알루미나 분말과 탄화규소 분말의 배합물을 성형 후, 산화 분위기하 1550℃~1700℃의 범위에서 소성함으로써 얻어진다.As a conventional technique related to mullite ceramics, there has been known a mullite-like porous body having improved creep resistance and spalling resistance (see Patent Document 1). This porous body is formed by bonding mullite crystals and agglomerates thereof via a bonding phase (silica phase) in which silica is a main component. This porous article is obtained by baking a mixture of alumina powder and silicon carbide powder in the range of 1550 ° C to 1700 ° C under an oxidizing atmosphere.
특허문헌 2에는 알루미늄, Al2O3 및 Si 함유 물질로 이루어지는 미분산성의 분말 혼합물로 성형된 소지(素地)를 산소 함유 분위기 내에서 열처리함으로써 얻어지는 반응 소결한 뮬라이트 함유 세라믹스 성형체가 기재되어 있다. 이 뮬라이트 함유 세라믹스 성형체는 소성 수축이 작은 것이라고 동 문헌에는 기재되어 있다.Patent Document 2 describes a reactionally sintered mullite-containing ceramics formed body obtained by heat-treating a base material molded from a powder mixture of a finely dispersing powder comprising aluminum, Al 2 O 3 and a Si-containing material in an oxygen-containing atmosphere. This mullite-containing ceramics formed article is described in that the firing shrinkage is small.
세라믹스제의 전자부품을 비롯하여, 세라믹스의 소성에 있어서, 에너지 절약 및 저비용을 목적으로 하여, 얇은 두께·경량이면서, 어느 정도의 고강도, 내크립성 및 내열충격성이 높은 가마 도구가 요구되고 있다. 그러나 상술의 특허문헌 1에 기재된 뮬라이트 세라믹스는 높은 내크립성 및 고내열충격성이긴 하지만, 강도면에서는 만족스러운 성능은 아니었다. 또한 상술의 특허문헌 2에 기재된 뮬라이트 세라믹스는 소성 온도가 1700℃미만으로 낮기 때문에, 뮬라이트의 단일상(單一相)이 얻어지지 않아, 두께를 얇게 할 때에 내크립성이 저하하는 문제가 있었다.There is a demand for a kiln tool which is thin and light in weight and has high strength, creep resistance and thermal shock resistance to some extent for the purpose of energy saving and low cost in firing ceramics including electronic parts made of ceramics. However, although the mullite ceramics described in Patent Document 1 described above has high creep resistance and high heat shock resistance, it is not satisfactory in terms of strength. In addition, the mullite ceramics described in the above-mentioned Patent Document 2 has a low firing temperature of less than 1,700 DEG C, so that a single phase of mullite can not be obtained and the creep resistance is lowered when the thickness is reduced.
발명의 목적은 상술한 종래 기술이 가지는 다양한 결점을 해소할 수 있는 뮬라이트 세라믹스를 제공하는 것에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a mullite ceramics capable of overcoming various drawbacks of the above-described conventional techniques.
본 발명은, 연마 단면(斷面)에 있어서, 애스펙트비가 1 이상 2 이하인 뮬라이트의 구상(球狀) 입자 및 애스펙트비가 2 초과 10 이하인 뮬라이트의 침상(針狀) 입자를 포함하면서, 침상 입자의 평균 장경(長徑)이 구상 입자의 평균 입경의 2~10배이고, 침상 입자/전 입자의 면적비가 0.03~0.3인 것을 특징으로 하는 뮬라이트 세라믹스를 제공하는 것이다.The present invention relates to a spherical particle of mullite having an aspect ratio of 1 or more and 2 or less and a needle-shaped particle of mullite having an aspect ratio of 2 or more and 10 or less in the polished cross- Wherein the long diameter is 2 to 10 times the average particle diameter of the spherical particles, and the area ratio of the needle particles / total particles is 0.03 to 0.3.
또한 본 발명은 상기의 뮬라이트 세라믹스의 적합한 제조방법으로서,The present invention also provides a method for producing a mullite ceramics,
알루미나, 실리카, 및 평균 입경 0.1~10㎛인 Si 또는 Si 함유 화합물(단 실리카 및 실리케이트를 제외)을 포함하는 원료를, 산소 함유 분위기하에 1700~1800℃에서 반응 소결시켜, 뮬라이트를 생성시키는 것을 특징으로 하는 뮬라이트 세라믹스의 제조방법을 제공하는 것에 있다.Characterized by reacting and sintering a raw material containing alumina, silica and an Si or Si-containing compound (excluding silica and silicate) having an average particle diameter of 0.1 to 10 μm under an oxygen-containing atmosphere at 1700 to 1800 ° C to produce mullite And a method for producing the mullite ceramics.
본 발명에 의하면, 뛰어난 내열충격성, 내크립성 및 고강도의 성능을 구비한 뮬라이트 세라믹스가 제공된다. 종래 알려져 있던 뮬라이트 세라믹스는 벽돌질이며, 강도 부족에 기인하여 실용에 견딜 수 있는 두께가 얇은 형상으로 하는 것이 곤란하였다. 본 발명의 뮬라이트 세라믹스는 상온 강도 50MPa를 넘고, 두께 1.5mm이하에도 대응할 수 있어 최박(最薄) 0.5mm의 소성체도 얻을 수 있다.According to the present invention, there is provided a mullite ceramics having excellent thermal shock resistance, creep resistance and high strength. Conventionally known mullite ceramics are bricks, and it is difficult to make the mullite ceramics thin enough to withstand practical use due to lack of strength. The mullite ceramics of the present invention can cope with a room temperature strength of more than 50 MPa and a thickness of 1.5 mm or less, thereby obtaining a sintered body having a minimum thickness of 0.5 mm.
도 1은 실시예 1에서 얻어진 뮬라이트 세라믹스의 연마 단면의 주사형 전자 현미경상이다.
도 2는 비교예 2에서 얻어진 뮬라이트 세라믹스의 연마 단면의 주사형 전자 현미경상이다.1 is a scanning electron micrograph of a polished section of the mullite ceramics obtained in Example 1. Fig.
2 is a scanning electron micrograph of the polished section of the mullite ceramics obtained in Comparative Example 2. Fig.
이하 본 발명을 그 바람직한 실시형태에 근거하여 설명한다. 본 발명의 뮬라이트 세라믹스는 상기 세라믹스를 구성하는 입자의 형상에 특징의 하나를 가진다. 상세하게는 뮬라이트 세라믹스는 그 연마 단면을 현미경으로 확대하면, 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2)의 구상 입자와 뮬라이트의 침상 입자가 혼재하고 있는 상태가 관찰된다. 구상 입자와 침상 입자는 균일하게 혼재하고 있다. 구상 입자와 침상 입자가 혼재한 뮬라이트 세라믹스는 내열충격성이 높아지면서, 내크립성이 뛰어난 것이 본 발명자들의 검토의 결과 판명되었다. 여기서 구상 입자란, 뮬라이트 세라믹스의 연마 단면을 관찰했을 때에, 애스펙트비가 1 이상 2 이하인 입자를 말하고, 진구(眞球;a true sphere)인 것을 요하지 않는다(이하, "구상"이라 할 때의 의미는 이것과 같음). 한편, 침상 입자란, 뮬라이트 세라믹스의 연마 단면을 관찰했을 때에 애스펙트비가 2 초과 10 이하인 입자를 말한다. 또한 후술하는 조대(粗大) 침상 입자란, 뮬라이트 세라믹스의 연마 단면을 관찰했을 때에 애스펙트비가 10 초과인 입자를 말한다.Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments thereof. The mullite ceramics of the present invention have one of the features in the shape of the particles constituting the ceramics. Specifically, when the polished section of the mullite ceramics is expanded by a microscope, spherical particles of mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ) and needle-like particles of mullite are mixed. Spherical particles and needle-shaped particles are mixed uniformly. The inventors of the present invention have found that mullite ceramics in which spherical particles and needle-like particles are mixed together have high heat shock resistance and excellent creep resistance. Here, the spherical particles refer to particles having an aspect ratio of not less than 1 and not more than 2 when the polished cross-section of the mullite ceramics is observed (hereinafter referred to as " spherical " Same as this). On the other hand, the needle-like particles mean particles having an aspect ratio of not less than 2 but not more than 10 when the polished cross-section of the mullite ceramics is observed. The coarse needle-shaped particles to be described later refer to particles having an aspect ratio exceeding 10 when the polished cross-section of the mullite ceramics is observed.
또한 침상 입자 및 후술하는 조대 침상 입자에 관해서는, 뮬라이트 세라믹스의 연마 단면의 조제의 방법에 따라서는, 실제로는 침상 입자임에도 불구하고 구상 입자와 같이 인식해 버릴 경우가 있다. 그러한 외관상 구상 입자로 인식되는 침상 입자는 본 발명에 있어서는 편의적으로 구상 입자로 간주하기로 한다.Further, needle-shaped particles and coarse needle-like particles to be described later may be perceived as spherical particles in spite of being actually needle-shaped particles depending on the method of preparing the polished section of mullite ceramics. The needle-shaped particles recognized as such apparent spherical particles are referred to as spherical particles for convenience in the present invention.
구상 입자와 침상 입자의 크기의 관계는 뮬라이트 세라믹스의 성능에 영향을 미친다. 본 발명자들의 검토의 결과, 구상 입자의 평균 입경을 r로 했을 때, 침상 입자의 평균 장경이 2r~10r의 범위임으로써, 상술한 내열충격성이나 내크립성을 가지는 뮬라이트 세라믹스가 얻어지는 것이 판명되었다. 침상 입자의 평균 장경이 2r에 미치지 않으면, 상기 침상 입자의 애스펙트비가 큰 경우여도, 침상 입자가 구상 입자간에 들어가는 "브레이스(brace) 효과"가 충분히 발현되지 않아, 내크립성이 향상하지 않는다. 한편, 침상 입자의 장경이 10r을 넘으면, 뮬라이트 세라믹스에서의 입자간에 조대 결함이 생기기 쉬워진다. 이 조대 결함은 내열충격성의 저하의 한 요인이 된다. 침상 입자의 장경의 범위가 특히 3r~6r이면, 뮬라이트 세라믹스의 내열충격성이나 내크립성이 한층 향상하므로 바람직하다.The relationship between spherical particles and needle-like particle size affects the performance of mullite ceramics. As a result of the studies conducted by the present inventors, it has been found that mullite ceramics having the above-described thermal shock resistance and creep resistance can be obtained when the average particle diameter of the spherical particles is r and the average long diameter of the needle-shaped particles is in the range of 2r to 10r. If the average long diameter of the needle-like particles is less than 2r, even if the aspect ratio of the needle-shaped particles is large, the "brace effect" in which the needle-shaped particles enter the spherical particles is not sufficiently developed and the creep resistance is not improved. On the other hand, when the long diameter of the needle-like particles exceeds 10 r, coarse defects easily occur between the particles in the mullite ceramics. This coarse defect is a cause of deterioration in thermal shock resistance. When the range of the long diameter of the needle-shaped particles is in particular 3 r to 6 r, the thermal shock resistance and creep resistance of the mullite ceramics are further improved.
구상 입자와 침상 입자의 상대적인 크기는 상술과 같은 바, 구상 입자의 크기 그 자체는 평균 입경이 5~10㎛, 특히 6~9㎛인 것이 바람직하다. 한편, 침상 입자의 크기 그 자체는 상술한 2r~10r의 범위를 만족하는 것을 조건으로 하여, 장경이 10~100㎛, 특히 12~90㎛인 것이 바람직하다. 한편, 단경(短涇)은 상술한 애스펙트비(2 초과 10 이하)인 것을 조건으로 하여, 1~50㎛, 특히 1~10㎛인 것이 바람직하다.As described above, the relative sizes of the spherical particles and the needle-like particles are preferably such that the spherical particles themselves have an average particle diameter of 5 to 10 탆, particularly 6 to 9 탆. On the other hand, it is preferable that the size of the needle-shaped particles themselves is 10 to 100 탆, particularly 12 to 90 탆, provided that the size itself satisfies the above-mentioned range of 2 to 10 r. On the other hand, it is preferable that the short diameter is 1 to 50 탆, particularly 1 to 10 탆, provided that the aspect ratio is the above-mentioned aspect ratio (2 or more and 10 or less).
침상 입자에 관해서는, 상술과 같이, 그 애스펙트비는 2 초과인 바, 그 상한은 10 이하로 하는 것이 필요하다. 바꿔 말하면, 10 초과의 애스펙트비를 가지는 침상 입자(이하, 이러한 침상 입자를 "조대 침상 입자"라 칭함)가 과잉하게 포함되어 있지 않은 것이 바람직하다. 이러한 조대 침상 입자의 존재는 뮬라이트 세라믹스에서의 입자간에 조대 결함을 생기게 하는 원인이 된다. 이 조대 결함은 내열충격성의 저하의 한 요인이 되는 것이다. 또한 침상 입자는 내크립성을 향상시키는 효과가 있지만, 애스펙트비가 10을 넘는 침상 입자에는 그 효과가 없다. 이 관점에서, 뮬라이트 세라믹스의 연마 단면에서의 애스펙트비 10 초과의 조대 침상 입자의 면적/전 입자의 면적의 비를 0.2 이하, 특히 0.1 이하로 하는 것이 바람직하다.As for needle-like particles, as described above, the aspect ratio is more than 2, and the upper limit thereof is required to be 10 or less. In other words, it is preferable that needle-shaped particles having an aspect ratio of more than 10 (hereinafter, such needle-like particles are referred to as "coarse needle-like particles") are not excessively contained. The presence of these coarse-grained particles causes coarse defects between the particles in the mullite ceramics. This coarse defect is one factor of the deterioration of the thermal shock resistance. The needle-shaped particles have an effect of improving the creep resistance, but the needle-shaped particles having an aspect ratio of more than 10 have no effect. From this viewpoint, it is preferable to set the ratio of the area of the coarse needle-like particles having an aspect ratio of more than 10 to the area of the whole particles in the polished cross-section of the mullite ceramics to 0.2 or less, especially 0.1 or less.
구상 입자와 침상 입자의 상대적인 크기와 더불어, 뮬라이트 세라믹스 중에서의 구상 입자와 침상 입자의 존재 비율도 뮬라이트 세라믹스의 성능에 영향을 미친다. 구상 입자간에 침상 입자가 들어감으로써, "브레이스 효과"가 생겨 내크립성이 향상하지만, 침상 입자의 입성장에 의해 강도가 저하하여 내열충격성이 저하하는 경향이 있다. 이에 대하여, 검토의 결과, 뮬라이트 세라믹스의 연마 단면에서의 침상 입자/전 입자의 면적비가 0.03~0.3의 범위 내가 되도록, 구상 입자와 침상 입자의 존재 비율을 조정함으로써, 내열충격성과 내크립성이 양립하는 뮬라이트 세라믹스가 얻어지는 것이 판명되었다. 이 면적비가 이 범위가 특히 0.05~0.25이면, 뮬라이트 세라믹스의 내열충격성이나 내크립성이 한층 향상하므로 바람직하다.In addition to the relative sizes of spherical particles and needle-shaped particles, the presence of spherical particles and needle-like particles in the mullite ceramics also affects the performance of the mullite ceramics. When the needle-like particles enter the spherical particles, a "brace effect" occurs to improve the creep resistance. However, the strength of the needle-shaped particles decreases due to grain growth, and the thermal shock resistance tends to decrease. On the other hand, as a result of the examination, the ratio of the spherical particles to the needle-shaped particles was adjusted such that the area ratio of the needle particles / the whole particles in the polished cross section of the mullite ceramics was in the range of 0.03 to 0.3, Mullite ceramics was obtained. When the area ratio is particularly in the range of 0.05 to 0.25, the thermal shock resistance and creep resistance of the mullite ceramics are further improved.
상술의 설명에서의 뮬라이트 세라믹스의 연마 단면은, 예를 들면 다이아몬드 슬러리를 분무한 원판 숫돌을 회전시키고, 그 면에 뮬라이트 세라믹스를 밀어붙여 연마함으로써 얻어진다.The abrasive cross section of the mullite ceramics in the above description can be obtained, for example, by rotating a disk grindstone sprayed with a diamond slurry, and pressing the surface with mullite ceramics and polishing.
상술과 같이 하여 얻어진 뮬라이트 세라믹스의 연마 단면을 관찰할 경우에는, 예를 들면 주사형 전자 현미경(SEM)을 사용한 확대 관찰을 행한다. 구상 입자의 평균 입경 측정, 및 침상 입자 및 조대 침상 입자의 평균 장경 및 평균 단경의 측정은 다음과 같이 하여 행한다. 연마 단면은 그 크기를 적어도 10mm×2mm로 하고, 그 연마 단면에서의 200㎛×200㎛의 관찰 시야에서 임의의 부위의 SEM상을 몇 군데 촬영한다. 촬영된 상에 각각 임의의 직선을 그리고, 상기 직선을 가로지르는 100개의 입자를 선택한다. 100개에 달하지 않을 경우는, 이 조작을 반복하여 가로지르는 입자가 100개가 될 때까지 행한다. 선택된 각 입자의 장경 및 단경을 측정하여 애스펙트비를 계산한다. 구체적으로는, 대상으로 하는 입자가 타원형에 근사하고, 그 타원형의 장축의 길이를 측정하고, 이것을 장경으로 하는 동시에 장축과 직교하는 방향을 단축으로 하여, 그 길이를 단경으로 한다. 이와 같이 하여 구해진 장축 및 단축에 근거하여, 애스펙트비가 1 이상 2 이하인 입자를 구상 입자, 2 초과 10 이하인 입자를 침상 입자, 10 초과인 입자를 조대 침상 입자로 분류한다. 구상 입자의 경우, 장경과 단경의 평균값을 평균 입경으로 한다. 침상 입자 및 조대 침상 입자의 경우는, 장경과 단경을 각각 별개로 평균함으로써 평균 장경과 평균 단경을 구한다.In order to observe the polished cross section of the mullite ceramics obtained as described above, enlarged observation is performed using, for example, a scanning electron microscope (SEM). The measurement of the average particle diameter of the spherical particles and the measurement of the average long diameter and the average short diameter of the needle-like particles and the coarse needle-shaped particles are performed as follows. The size of the polished section is at least 10 mm x 2 mm, and an SEM image of an arbitrary portion is photographed at several points in an observation field of 200 m x 200 m in the polished section. An arbitrary straight line is drawn on the photographed image, and 100 particles crossing the straight line are selected. If the number of particles does not reach 100, repeat this operation until the number of particles crossing 100 is reached. The aspect ratio is calculated by measuring the long diameter and the short diameter of each selected particle. Concretely, the object particle is approximated to an ellipse, and the length of the major axis of the ellipse is measured. The length of the major axis is set to be the long diameter, and the direction orthogonal to the major axis is shortened. Spherical particles having an aspect ratio of not less than 1 and not more than 2 are classified into acicular particles, particles having an aspect ratio of not less than 10 and not more than 10 are classified as coarse acicular particles based on the thus obtained long axis and short axis. In the case of spherical particles, the average value of the long diameter and the short diameter is taken as the average particle diameter. In the case of acicular particles and coarse acicular particles, the average long diameter and the average short diameter are obtained by averaging the long diameter and the short diameter separately.
연마 단면에서의 구상 입자의 면적은 상술한 방법으로 구해진 평균 입경을 원 상당 직경으로 간주하여 계산한다. 침상 입자의 면적은, 상술한 방법으로 구해진 침상 입자의 평균 장경(a) 및 평균 단경(b)을 타원의 장경 및 단경으로 간주하고, 타원의 면적(πab)으로부터 산출한다.The area of the spherical particles in the polished section is calculated by considering the average particle diameter obtained by the above-mentioned method as the circle equivalent diameter. The area of the needle-like particles is calculated from the area (? Ab) of the ellipse by considering the average long diameter (a) and the average short diameter (b) of the needle-shape particles obtained by the above-described method as the long and short diameters of the ellipse.
뮬라이트 세라믹스의 연마 단면을 관찰했을 때에, 상기 연마 단면에, 상술의 구상 입자 및 침상 입자밖에 관찰되고 있지 않은 것이 바람직하지만, 이들 형상 이외의 형상을 가지는 입자가 관찰되어도 된다. 그러한 형상의 입자로서는 모퉁이가 뾰족한 형상을 가지는 입자 등을 들 수 있다. 상기 입자의 구체예로서는 원료의 하나로서 사용되는 입자인, 후술하는 전융(電融) 뮬라이트 입자를 들 수 있다. 전융 뮬라이트 입자는 전융 뮬라이트 덩어리를 분쇄함으로써 제조된다. 이 분쇄에 의해 모퉁이가 뾰족한 형상을 가지는 전융 뮬라이트 입자가 생긴다.When observing the polished cross-section of the mullite ceramics, it is preferable that only the spherical particles and the needle-like particles described above are observed on the polished cross section, but particles having shapes other than these spherical particles may be observed. Examples of the particles having such a shape include particles having a sharp-pointed shape. Specific examples of the particles include molten (molten) mullite particles, which will be described later, which are particles used as one of raw materials. The molten mullite particles are produced by pulverizing a molten mullite mass. This grinding produces molten mullite particles having a sharp-pointed shape.
뮬라이트 세라믹스에는 어느 일정의 기공이 포함되는 것이 바람직하다. 그 겉보기 기공율은 5~27%, 특히 9~20%의 범위가 바람직하다. 이 범위의 겉보기 기공율로 함으로써, 내크립성과 내열충격성을 효과적으로 균형있게 양립시킬 수 있다. 겉보기 기공율은 JIS-R2205에 준하여 진공법에 의해 측정된다.It is preferable that the mullite ceramics include certain pores. The apparent porosity is preferably in the range of 5 to 27%, particularly 9 to 20%. By setting the apparent porosity in this range, it is possible to effectively balance the creep resistance and the thermal shock resistance. The apparent porosity is measured by a vacuum method in accordance with JIS-R2205.
또한 뮬라이트 세라믹스에는 조대 기공이 포함되지 않는 것이 바람직하다. 조대 기공이란, 연마 단면에 있어서 관찰되는 기공 중에서, 상기의 침상 입자의 평균 장경의 5배 이상의 장경을 가지는 기공을 말한다. 이러한 조대 기공의 존재는 뮬라이트 세라믹스의 강도, 내열충격성 및 내크립성을 저하시키는 원인이 되는 경우가 있다. 이 관점에서, 뮬라이트 세라믹스의 연마 단면에 있어서, 관찰 시야의 면적에 대한 조대 기공의 면적의 총합의 비율(즉, 조대 기공의 면적의 총합/관찰 시야의 면적)을 바람직하게는 0.07 이하, 더욱 바람직하게는 0.05 이하로 한다. 조대 기공의 형성을 억제하기 위해서는, 후술하는 뮬라이트 세라믹스의 제조방법에 있어서 원료 성분의 입경 및 소성 조건을 조정하면 된다. 조대 기공의 장경이란, 상기 조대 기공의 애스펙트비가 1 이상 2 이하인 경우는 장경과 단경의 평균값을 말하며, 상기 조대 기공의 애스펙트비가 2 초과인 경우는 상기 장경을 말한다.It is also preferred that mullite ceramics do not contain coarse pores. The coarse pores refer to pores having a long diameter of 5 times or more of the average diameter of the needle-shaped particles among the pores observed in the polished section. The presence of such coarse pores may cause deterioration of the strength, thermal shock resistance and creep resistance of the mullite ceramics. From this viewpoint, in the polished cross section of the mullite ceramics, the ratio of the sum of the areas of the coarse pores to the area of the observation field (that is, the sum of the areas of the coarse pores / the area of the viewing field) is preferably 0.07 or less Is not more than 0.05. In order to suppress the formation of coarse pores, the grain size and firing conditions of the raw material components may be adjusted in a method of producing mullite ceramics to be described later. The long diameter of the coarse pores refers to the average value of the long diameter and the short diameter when the aspect ratio of the coarse pores is not less than 1 and not more than 2, and when the aspect ratio of the coarse pores is more than two, it refers to the long diameter.
조대 기공의 면적은, 연마 단면은 그 크기를 적어도 10mm×2mm로 하고, 그 연마 단면에서의 200㎛×200㎛의 관찰 시야에서 임의의 부위의 SEM상을 촬영하여, 촬영된 관찰 시야에 존재하는 모든 조대 기공의 면적을, 앞서 기술한 침상 입자의 면적 및 구상 입자의 면적의 산출과 동일한 방법으로 산출함으로써 구한다.The area of the coarse pores is set to be at least 10 mm x 2 mm in terms of the polished cross section and the SEM image of an arbitrary portion is photographed in an observation field of 200 m x 200 m in the polished cross section, The area of all coarse pores is calculated by the same method as the calculation of the area of the needle-shaped particles and the area of the spherical particles described above.
뮬라이트 세라믹스에는 불순물로서, 예를 들면 Na2O를 비롯한 알칼리 금속의 산화물이나 알칼리 토류 금속의 산화물 등의 망목(網目) 수식 산화물이 함유되는 경우가 있다. 이들 불순물은 입계의 유리의 점성을 낮추어 내크립성의 저하에 영향을 미치기 때문에, 고순도의 원료를 사용하여, 그들의 총량을 뮬라이트 세라믹스에 대하여 0.01~0.3중량%, 특히 0.03~0.25중량%로 하는 것이 바람직하다. 뮬라이트 세라믹스에 포함되는 망목 수식 산화물의 비율은 형광 X선 분석장치에 의해 측정할 수 있다. 또한 Fe2O3, TiO2, ZrO2, CoO, NiO 등의 중간 산화물은, 유리의 망목 골격을 안정화시켜 유리의 점성 저하를 억제하여, 내크립성 향상에 기여하기 때문에, 그들의 총량이 뮬라이트 세라믹스에 대하여 0.01~0.3중량%가 되도록 함유되는 것이 바람직하다.The mullite ceramics may contain an oxide of an alkali metal, such as Na 2 O, or an oxide of a net-like oxide such as an oxide of an alkaline earth metal, as an impurity. Since these impurities lower the viscosity of the glass in the grain boundaries and affect the creep resistance, it is preferable to use a high purity raw material so that the total amount thereof is 0.01 to 0.3% by weight, particularly 0.03 to 0.25% by weight, based on the mullite ceramics Do. The ratio of the network-modified oxide contained in the mullite ceramics can be measured by a fluorescent X-ray analyzer. Further, the intermediate oxides such as Fe 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , CoO, and NiO stabilize the framework of the glass mesh to suppress the decrease in viscosity of the glass and contribute to improvement in creep resistance. By weight based on the total weight of the composition.
다음으로, 본 발명의 뮬라이트 세라믹스의 적합한 방법에 대하여 설명한다. 뮬라이트 세라믹스는, 알루미나 및 실리카를 포함하는 원료를 산소 분위기하에 반응 소성하여 뮬라이트를 생성시킴으로써 적합하게 제조할 수 있다. 특히, 목적으로 하는 뮬라이트 세라믹스 중에, 구상 입자 및 침상 입자를 생성시키기 위해서는, 알루미나 및 실리카와 더불어, Si 또는 Si 함유 화합물(단 실리카 및 실리케이트를 제외)을 사용하는 것이 유효한 것이, 본 발명자들의 검토의 결과 판명되었다(이하의 설명에서는, 간편하게 하기 위해 Si 또는 Si 함유 화합물을 총칭하여, 간단히 Si 함유 화합물이라 칭함). 상세하게는, 알루미나와 실리카의 반응 소결에 있어서, 실리카의 일부를 Si 함유 화합물로 치환함으로써, 뮬라이트의 생성 속도에 차(差)를 마련하고, 그것에 의해 침상 입자를 용이하게 생성시킬 수 있는 것이 판명되었다. 상세하게는, 실리카의 일부를 Si 함유 화합물로 치환하면, 반응 소결시에 뮬라이트의 침상 입자가 국소적으로 성장하는 한편, 상기 침상 입자의 주위에 위치하는 구상 입자는 입성장의 정도가 낮아진다. 그 결과, 내크립성이나 내열충격성이 높은 뮬라이트 세라믹스가 용이하게 얻어진다. Si 함유 화합물을 사용하지 않고 알루미나와 실리카만으로 반응 소결을 행하면, 침상 입자의 성장보다도 구상 입자의 조대화가 우선적으로 생겨 버린다. 그 결과, 얻어지는 뮬라이트 세라믹스는 강도 저하를 초래하여 내열충격성이 떨어지는 것이 되어 버린다. 또한 침상 입자의 성장이 적기 때문에 "브레이스 효과"가 생기기 어려워져 내크립성이 저하한다.Next, a suitable method of the mullite ceramics of the present invention will be described. The mullite ceramics can suitably be produced by reactively firing a raw material containing alumina and silica in an oxygen atmosphere to produce mullite. Particularly, in order to produce spherical particles and needle-shaped particles in the aimed mullite ceramics, it is effective to use Si or a Si-containing compound (except for silica and silicate) in addition to alumina and silica. (In the following description, Si or a Si-containing compound is simply referred to as a Si-containing compound for the sake of simplicity.) Specifically, it has been found that by substituting a part of silica with a Si-containing compound in the reaction and sintering of alumina and silica, it is possible to provide a difference in production rate of mullite, . Specifically, when a part of the silica is substituted with a Si-containing compound, needle-shaped particles of mullite grow locally at the time of reaction sintering, while spherical particles located around the needle-shaped particles have a low degree of grain growth. As a result, mullite ceramics having high creep resistance and high thermal shock resistance can be easily obtained. When the reaction and sintering are carried out using only alumina and silica without using the Si-containing compound, the coarsening of the spherical particles takes precedence over the growth of the needle-shaped particles. As a result, the resulting mullite ceramics cause a decrease in strength and deteriorate thermal shock resistance. Further, since the growth of the needle-like particles is small, the "brace effect" hardly occurs and the creep resistance deteriorates.
Si 함유 화합물은, 상술과 같이, 뮬라이트 세라믹스의 제조에서의 반응 소결시에 뮬라이트의 침상 입자를 생성시키기 위해 사용되는 것이다. Si 함유 화합물로서는 세라믹스 재료로서 알려져 있는 것이 사용된다. 그 예로서는 무기 Si 함유 화합물을 들 수 있다. 무기 Si 함유 화합물로서는 Si 함유 비산화물 화합물을 들 수 있다. 구체적으로는 SiC나, Si3N4, Si2ON2 및 SiAlON 등의 Si3N4계 재료 등을 들 수 있다. SiAlON은 Si3N4에 Al2O3 및 SiO2를 고용시켜 얻어지는 Si3N4계 재료의 하나이다. Si 함유 화합물은, 뮬라이트 세라믹스의 제조에서의 소성 중에 산화 팽창하므로 알루미나나 실리카의 소성 수축을 보완하는 효과가 있다. 그 결과, 수축시에 생기는 기공의 조대화나, 세라믹스에 생기는 경우가 있는 균열의 진전이 억제되고, 나아가서는 내열충격성의 저하도 억제된다.The Si-containing compound is used for producing needle-shaped particles of mullite during reaction sintering in the production of mullite ceramics, as described above. As the Si-containing compound, those known as ceramics materials are used. Examples thereof include inorganic Si-containing compounds. Examples of the inorganic Si-containing compound include Si-containing non-oxide compounds. Specifically, SiC, Si 3 N 4 -based materials such as Si 3 N 4 , Si 2 ON 2, and SiAlON can be given. SiAlON is one of Si 3 N 4 based material obtained by employing an Al 2 O 3 and SiO 2 to Si 3 N 4. The Si-containing compound is oxidatively expanded during firing in the production of mullite ceramics, and thus has an effect of compensating firing shrinkage of alumina or silica. As a result, the coarsening of the pores occurring at the time of shrinking and the progress of the cracks which may occur in the ceramics are suppressed, and further the lowering of the thermal shock resistance is suppressed.
원료에서의 각 성분의 비율은, 목적으로 하는 뮬라이트 세라믹스에서의 알루미나와 실리카의 량론비(量論比)를 고려하여 결정된다. 구체적으로는, 원료에서의 각 성분을, Al을 함유하는 화합물인 알루미나와, Si를 함유하는 화합물인 실리카 및 Si 함유 화합물로 분류했을 때, 알루미나와, 실리카 및 Si 함유 화합물의 비율을, 알루미나와 실리카의 몰비로 환산하여 3:2~3.5:1.5, 특히 3.1:1.9~3.4:1.6으로 하는 것이 바람직하다.The ratio of each component in the raw material is determined in consideration of the amount ratio of alumina and silica in the objective mullite ceramics. Specifically, when each component in the raw material is classified into alumina, which is an Al-containing compound, silica which is a compound containing Si, and a Si-containing compound, the ratio of alumina to silica and the Si- Silica is 3: 2 to 3.5: 1.5, particularly 3.1: 1.9 to 3.4: 1.6 in terms of the molar ratio of silica.
원료 중에서의 실리카와 Si 함유 화합물의 비율은 Si의 몰비로 환산하여, 실리카:Si 함유 화합물=0.1:1.9~1.9:0.1, 특히 0.5:1.5~1.5:0.5로 하는 것이 바람직하다. 이 비율로 실리카와 Si 함유 화합물을 병용함으로써 구상 입자의 조대화를 방지하면서, 침상 입자를 성장시킬 수 있다. 또한 Si 함유 화합물이 가지는 내열성에 의해 조직의 결정성이 저하하는 것이나, 그에 기인하는 기공의 증대 및 내크립성의 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.The ratio of the silica and the Si-containing compound in the raw material is preferably in terms of the molar ratio of Si to the silica: Si-containing compound = 0.1: 1.9 to 1.9: 0.1, particularly 0.5: 1.5 to 1.5: 0.5. By using the silica and the Si-containing compound at this ratio in combination, the needle-shaped particles can be grown while preventing the coarsening of the spherical particles. In addition, it is possible to effectively prevent the crystallinity of the structure from deteriorating due to the heat resistance of the Si-containing compound, and to effectively increase the pore and deteriorate the creep resistance.
원료의 하나인 알루미나로서는 α-알루미나나 γ-알루미나가 적합하게 사용된다. 이들 혼합물을 사용하는 것도 지장 없다. 알루미나의 입자의 형상에 특별히 제한은 없고, 해당 기술분야에서 알려져 있는 다양한 형상의 것을 사용할 수 있다. 특히 바람직하게 사용되는 형상은 구상이다. 형상에 관계없이 알루미나는 그 평균 입경이 0.1~20㎛, 특히 1~10㎛인 것이 바람직하다. 알루미나는 Na나 K 등의 알칼리 성분을 최대한 포함하지 않는 것이 바람직하다.As alumina which is one of raw materials,? -Alumina and? -Alumina are suitably used. There is no problem in using these mixtures. The shape of the alumina particles is not particularly limited, and various shapes known in the art can be used. Particularly preferably used shape is spherical. Regardless of the shape, alumina preferably has an average particle diameter of 0.1 to 20 μm, particularly 1 to 10 μm. It is preferable that the alumina does not contain alkali components such as Na and K at the maximum.
실리카도 그 입자의 형상에 특별히 제한은 없고, 해당 기술분야에서 알려져 있는 다양한 형상의 것을 사용할 수 있다. 특히 바람직하게 사용되는 형상은 구상이다. 형상에 관계없이 실리카는 그 평균 입경이 0.05~30㎛, 특히 0.1~20㎛인 것이 바람직하다.The shape of the particles of the silica is not particularly limited, and various shapes known in the art can be used. Particularly preferably used shape is spherical. Regardless of the shape, the silica preferably has an average particle diameter of 0.05 to 30 탆, particularly 0.1 to 20 탆.
알루미나 및 실리카의 평균 입경은, 예를 들면 레이저 회절식 입도 분포 측정장치를 사용하여 측정된다(이하에 기술하는 Si 함유 화합물 및 이하에 기술하는 뮬라이트 입자에 대해서도 동일하다).The average particle diameter of alumina and silica is measured using, for example, a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus (the same applies to the Si-containing compound described below and the mullite particles described below).
Si 함유 화합물의 입자의 입경은 목적으로 하는 뮬라이트 세라믹스의 성능에 영향을 미친다. 상세하게는, Si 함유 화합물의 입자의 입경이 너무 크면, 얻어지는 뮬라이트 세라믹스의 조직에 조대 결함이 생기기 쉬워진다. 또한 충분히 산화할 수 없어, 단일 뮬라이트 조성이 되기 어려워 내크립성이 악화할 경우가 있다. 또한 강도 저하나 내열충격성의 저하가 일어나기 쉬워진다. 반대로 Si 함유 화합물의 입자의 입경이 너무 작으면, 저온 영역에서 Si 함유 화합물의 산화가 시작되는 경향이 있어, 침상의 뮬라이트 입자의 생성이 촉진되기 어려워진다. 이들 관점에서, Si 함유 화합물의 입자의 평균 입경을 0.1~10㎛로 하고, 바람직하게는 1~10㎛로 한다. 이 유리한 효과는 Si 함유 화합물로서 특히 SiC를 사용한 경우에 현저하다. Si 함유 화합물의 입자의 형상에 관해서는 구상의 것을 사용하는 것이 바람직하다.The particle size of the particles of the Si-containing compound affects the performance of the desired mullite ceramics. In detail, when the particle diameter of the Si-containing compound is too large, a large defect tends to occur in the structure of the obtained mullite ceramics. It can not be sufficiently oxidized, so that a single mullite composition is difficult to be obtained and the creep resistance may deteriorate. Further, the strength is lowered and the thermal shock resistance is likely to be lowered. On the other hand, if the particle diameter of the Si-containing compound is too small, the oxidation of the Si-containing compound tends to start in the low-temperature region, and generation of acicular mullite particles is hardly promoted. From these viewpoints, the average particle diameter of the particles of the Si-containing compound is set to 0.1 to 10 탆, preferably 1 to 10 탆. This advantageous effect is remarkable when SiC is used as the Si-containing compound. As for the shape of the particles of the Si-containing compound, it is preferable to use a spherical one.
또한 상술의 원료는 뮬라이트 입자를 골재로서 함유하고 있어도 된다. 원료 중에 뮬라이트 입자를 함유시킴으로써, 열 충격에 의해 생기는 경우가 있는 균열의 진전을, 우회 효과에 의해 늦출 수 있으므로, 뮬라이트 세라믹스를 보다 길게 사용할 수 있다는 유리한 효과가 발휘된다. 원료에 포함되는 뮬라이트 입자의 입경이 너무 크면, 뮬라이트 세라믹스에 조대 기공이 생기기 쉬워지므로, 뮬라이트 세라믹스의 강도 및 내열충격성이 저하할 우려가 있다. 그리하여, 원료 중에 함유되는 뮬라이트 입자의 평균 입경은 20~100㎛, 특히 20~50㎛인 것이 바람직하다. 원료가 뮬라이트 입자를 함유할 경우, 그 함유량은 원료 중에 15중량%이하, 특히 10중량%이하로 하는 것이 강도 및 내열충격성의 향상의 면에서 바람직하다.The above-mentioned raw material may contain mullite particles as an aggregate. By containing the mullite particles in the raw material, it is possible to delay the progress of the cracks, which may be caused by thermal shock, by the detouring effect, so that an advantageous effect that the mullite ceramics can be used for a longer time is obtained. If the particle diameter of the mullite particles contained in the raw material is too large, coarse pores are likely to be formed in the mullite ceramics, which may lower the strength and thermal shock resistance of the mullite ceramics. Thus, it is preferable that the average particle diameter of the mullite particles contained in the raw material is 20 to 100 탆, particularly 20 to 50 탆. When the raw material contains mullite particles, the content thereof is preferably 15% by weight or less, more preferably 10% by weight or less, in the raw material, from the viewpoint of improvement of strength and thermal shock resistance.
상술한 각 성분을 포함하는 원료를 혼합하여, 반응 소성함으로써 목적으로 하는 뮬라이트 세라믹스가 얻어진다. 각 성분의 혼합에는 습식 혼합, 반습식 혼합, 건식 혼합 등 해당 기술분야에 있어서 공지의 혼합법을 사용할 수 있다. 반응 소결을 확실하게 생기게 하는 관점에서는, 건식 혼합을 행하는 것보다도 습식 혼합이나 반습식 혼합을 행하는 것이 유리하다.The raw materials containing the respective components described above are mixed and subjected to reaction firing to obtain the intended mullite ceramics. Mixing of the respective components may be performed by a known mixing method in the related art such as wet mixing, semi-wet mixing, dry mixing and the like. From the viewpoint of ensuring the reaction sintering, it is advantageous to perform wet mixing or semi-wet mixing rather than dry mixing.
습식 혼합을 행할 경우에는 알루미나, 실리카 및 Si 함유 화합물을, 액 매체를 사용하여 습식 혼합하여 슬러리화한다. 얻어진 슬러리는 이것을 주조 성형하거나, 또는 상기 슬러리를 분무 건조하여 얻어진 과립을 프레스 성형 또는 CIP 성형한 후에 반응 소성을 행한다. 습식 혼합에 사용하는 장치로서는 공지의 혼합반죽 장치, 예를 들면 볼밀 등의 미디어밀을 사용할 수 있다. 슬러리 중의 고형분 농도는 바람직하게는 35~45중량% 정도로 할 수 있다. 슬러리 중에는 바인더를 첨가할 수도 있다. 바인더로서는, 예를 들면 폴리비닐알코올(PVA)이나 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 등 해당 기술분야에 있어서 통상 사용되고 있는 것을 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. 프레스 성형이나 CIP 성형을 행할 경우의 성형압은 바람직하게는 70~150MPa 정도로 설정한다.When wet mixing is performed, alumina, silica, and a Si-containing compound are wet-mixed using a liquid medium to form a slurry. The obtained slurry is subjected to casting or spray-drying the slurry, and the obtained granules are subjected to press molding or CIP molding, followed by reaction firing. As a device used for wet mixing, a known mixing kneader, for example, a media mill such as a ball mill may be used. The solid content concentration in the slurry may be preferably about 35 to 45% by weight. A binder may be added to the slurry. As the binder, for example, polyvinyl alcohol (PVA) and carboxymethyl cellulose (CMC), which are usually used in the technical field, can be used without particular limitation. The molding pressure for press molding or CIP molding is preferably set to about 70 to 150 MPa.
반습식 혼합을 행할 경우에는, 알루미나, 실리카 및 Si 함유 화합물을 액 매체를 사용하여 반(半)유동체로 이루고, 이것을 혼합반죽하여 혼합반죽물을 얻는다. 혼합반죽물 중의 고형분 농도는 바람직하게는 10~15중량% 정도로 할 수 있다. 혼합반죽물은 압출 성형 등의 가소(可塑) 성형에 의해 소망하는 형상으로 성형된다.In the case of semi-wet mixing, alumina, silica and a Si-containing compound are formed into a semi-fluid by using a liquid medium, and the mixture is kneaded to obtain a mixed kneaded product. The solid content concentration in the mixed batter may be preferably about 10 to 15% by weight. The mixed dough is molded into a desired shape by plastic molding such as extrusion molding.
상술의 어느 성형법을 사용한 경우에 있어서도, 반응 소성의 분위기는 대기 등의 산소 함유 분위기로 한다. 반응 소성의 온도는 1700~1800℃, 특히 1730~1790℃로 설정하는 것이 바람직하다. 이 범위의 온도에서 소성함으로써, 이 소성 온도를 유지하는 시간은 1~8시간, 특히 2~7시간으로 하는 것이 바람직하다. 이 조건에서 반응 소성을 행함으로써, 세라믹스 중에서의 기공의 증대를 방지하여, 내크립성이 양호한 뮬라이트 세라믹스를 순조롭게 얻을 수 있다.Even in the case of using any of the above-mentioned molding methods, the atmosphere of the reaction firing is an oxygen-containing atmosphere such as air. The temperature of the reaction firing is preferably set to 1700 to 1800 ° C, particularly 1730 to 1790 ° C. It is preferable that the firing temperature is maintained for 1 to 8 hours, particularly 2 to 7 hours by firing at this temperature range. By carrying out the reaction firing in this condition, it is possible to prevent the increase of pores in the ceramics and smoothly obtain mullite ceramics having good creep resistance.
상술한 소성 온도로 승온할 때의 평균 승온 속도는, 900~1700℃의 온도 범위에 있어서, 25~300℃/h로 설정하고, 바람직하게는 30~200℃/h로 설정한다. 평균 승온 속도를 이 범위로 설정함으로써, 세라믹스 중에서의 기공의 증대를 방지하여, 내크립성이 양호한 뮬라이트 세라믹스를 순조롭게 얻을 수 있다. 승온 속도가 25℃/h에 달하지 않으면, 소결이 개시하기 전에 산화 팽창이 완료되어 버려, 입자간 거리가 증대하고, 소결성이 저하하여 기공이 증대해 버린다. 한편, 승온 속도가 300℃/h 초과이면, 산화가 완료되기 전에 소결이 완료되어 버려, 소결체 내부에 비산화 물질이 잔류하기 쉬워, 뮬라이트 세라믹스의 내크립성을 저하시키는 한 요인이 된다.The average rate of temperature rise when the temperature is raised to the above-mentioned firing temperature is set to 25 to 300 ° C / h, preferably 30 to 200 ° C / h, in the temperature range of 900 to 1700 ° C. By setting the average temperature raising rate in this range, it is possible to prevent the increase of pores in the ceramics and smoothly obtain mullite ceramics having good creep resistance. If the temperature raising rate does not reach 25 占 폚 / h, the oxidation expansion is completed before the sintering starts, the intergranular distance increases, the sinterability decreases, and the pore increases. On the other hand, if the heating rate is higher than 300 ° C / h, the sintering is completed before the oxidation is completed, and the nonoxidized material tends to remain in the sintered body, which is a factor for lowering the creep resistance of the mullite ceramics.
소성의 분위기는 상술과 같이 대기, 즉 산소 농도가 약 20%인 산소 함유 분위기로 할 수 있지만, 분위기의 온도가 900℃ 이상이 되면 Si 및 Si 함유 화합물의 산화가 현저해지므로, 승온에 의해 분위기의 온도가 900℃ 이상이 된 경우에는, 산소 함유 분위기 중의 산소 농도를 3% 이하로 저하시키는 것이 바람직하다. 산소 농도를 3% 이하로 저하시킴으로써, 소결이 개시하기 전에 산화 팽창이 완료되는 것을 방지할 수 있고, 그것에 의해, 입자간 거리의 증대, 소결성의 저하 및 기공의 증대를 효과적으로 방지할 수 있다. 한편, 산소 함유 분위기 중의 산소 농도의 하한값은, 분위기의 온도에 상관없이 0.5% 초과로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 산화가 완료되기 전에 소결이 완료되는 것을 방지할 수 있고, 그것에 의해, 소결체 내부에 비산화 물질이 잔류하는 것이나, 뮬라이트 세라믹스의 내크립성이 저하하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.The atmosphere of the firing can be an atmospheric oxygen-containing atmosphere having an oxygen concentration of about 20% as described above. However, when the temperature of the atmosphere is 900 ° C or higher, the oxidation of the Si- and Si- It is preferable to lower the oxygen concentration in the oxygen-containing atmosphere to 3% or less. By lowering the oxygen concentration to 3% or less, it is possible to prevent the oxidation expansion from being completed before the sintering is started, thereby effectively preventing the increase of the intergranular distance, the sintering property and the increase of the pore. On the other hand, it is preferable that the lower limit value of the oxygen concentration in the oxygen-containing atmosphere is set to more than 0.5% irrespective of the temperature of the atmosphere. By doing so, the sintering can be prevented from being completed before the oxidation is completed, whereby it is possible to effectively prevent the non-oxidized material from remaining in the sintered body and the creep resistance of the mullite ceramics to deteriorate.
이렇게 하여 얻어진 뮬라이트 세라믹스는, 예를 들면 고온 가마 로(爐) 및 분위기 로(爐)의 가마 도구, 측벽, 아치, 로(爐) 바닥(hearth); 내장(內張) 벽돌 등 전자부품 소성용 셋터, 토갑(sagger), 대판(臺板); 가스 발생로를 포함하는 다양한 화학 반응 장치 내장(內張); 세라믹 기판; 카바이드 로(爐)용 내장; 카본블랙 로(爐)용 내장; 유리 용해로(溶解爐)용 내장; 세라믹스 소성용 가마 도구 등으로서 적합하게 사용된다.The mullite ceramics thus obtained can be used in a variety of applications such as, for example, kiln tools, sidewalls, arches, furnace hearths in a high-temperature kiln furnace and an atmospheric furnace; Setter for sintering of electronic components such as internal bricks, sagger, board; Various chemical reaction devices including gas generating furnaces; A ceramic substrate; A built-in oven for a carbide furnace; Carbon black furnace interior; Built-in glass melting furnace; Ceramics firing kiln tools and the like.
<실시예><Examples>
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명의 범위는 이러한 실시예에 제한되지 않는다. 특별히 언급하지 않는 한 "%"는 "중량%"를 의미한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the scope of the present invention is not limited to these embodiments. Unless otherwise stated, "%" means "wt% ".
[실시예 1][Example 1]
알루미나(평균 입경 8㎛, 구상), SiC(평균 입경 4㎛, 구상) 및 실리카(평균 입경 0.5㎛, 구상)를 산화 후의 몰비가 3:0.5:1.5가 되도록 칭량하였다. 이들 성분의 비율을 중량비로 나타내면, 이하의 표 4에 나타내는 바와 같이 된다. 이들 성분을 습식 혼합하여 슬러리(고형분 농도: 40%)를 얻었다. 습식 혼합의 액 매체에는 PVA 수용액을 사용하였다. 이 슬러리를 분무 건조하여 평균 입경 50㎛의 과립을 얻었다. 이 과립을 프레스 성형하여 판상의 성형체를 얻었다. 프레스압은 100MPa로 하였다. 이 성형체를 대기 분위기하에 1750℃에서 4시간 반응 소성하였다. 이때의 승온 속도는 40℃/h로 하였다. 소성 종료 후, 자연 냉각하여 목적으로 하는 뮬라이트 세라믹스를 얻었다. 얻어진 뮬라이트 세라믹스의 연마 단면의 주사형 전자 현미경상을 도 1에 나타낸다. 얻어진 세라믹스는 뮬라이트 단일상이며, 원료로서 투입한 SiC는 완전히 산화하여 뮬라이트화하고 있고, 특히 높은 내크립성이 뛰어난 소결체였다. 또한 두께를 얇게 해도 만족할 수 있는 강도를 가지고 있으며, 내열충격성도 뛰어났다.Alumina (average particle diameter 8 μm, spherical shape), SiC (average particle diameter 4 μm, spherical shape) and silica (average particle diameter 0.5 μm, spherical shape) were weighed so that the molar ratio after oxidation was 3: 0.5: 1.5. The ratio of these components in terms of weight ratio is as shown in Table 4 below. These components were wet mixed to obtain a slurry (solid content concentration: 40%). A PVA aqueous solution was used as a liquid medium for wet mixing. This slurry was spray-dried to obtain granules having an average particle diameter of 50 mu m. The granules were press-molded to obtain a plate-shaped molded article. The press pressure was set at 100 MPa. The formed body was subjected to reaction firing at 1750 ° C for 4 hours in an atmospheric environment. The rate of temperature rise was 40 ° C / h. After completion of the firing, the mixture was naturally cooled to obtain the objective mullite ceramics. The scanning electron micrograph of the polished section of the obtained mullite ceramics is shown in Fig. The obtained ceramics was mullite single phase, and the SiC charged as a raw material was completely oxidized to mullite, and in particular, was a sintered body excellent in creep resistance. It has a strength that can be satisfied even when the thickness is reduced, and the heat shock resistance is excellent.
[평가][evaluation]
얻어진 뮬라이트 세라믹스에 대하여, XRD 측정을 행하고, 거기에 포함되는 화합물을 식별하였다. 또한 상술의 방법으로 뮬라이트 세라믹스의 연마 단면을 조제하고, 상기 단면을 SEM 관찰하였다. 또한 상술의 방법으로 겉보기 기공율을 측정하였다. 또한 상술의 방법으로 망목 수식 산화물의 함유량을 측정하였다. 또한 상온 3점 구부림 강도(S), 내크립성 및 내열충격성을 이하의 방법으로 각각 측정하였다. 그들의 결과를 표 1에 나타낸다.The obtained mullite ceramics were subjected to XRD measurement to identify the compounds contained therein. Further, the polished section of the mullite ceramics was prepared by the above-mentioned method, and the cross section was observed by SEM. The apparent porosity was also measured by the method described above. Further, the content of the mesh oxide oxide was measured by the above-mentioned method. Three-point bending strength (S) at room temperature, creep resistance and thermal shock resistance were measured by the following methods. The results are shown in Table 1.
[상온 3점 구부림 강도(S)][Bending strength at room temperature three points (S)]
JIS R1601에 준하여 3점 구부림 시험에 의해 측정하였다.And measured by a three-point bending test according to JIS R1601.
[내크립성][Creep resistance]
100mm×30mm×2mm로 가공한 시험체를 스판(span) 90mm가 되도록 지주(支柱)상에 얹고, 중앙에 300g의 하중을 가하였다. 1400℃에서 12시간에 걸쳐 가열한 후의 휨 량을 딥스 게이지(depth gauge)에 의해 측정하고, 이 값을 내크립성의 지표로 하였다.A specimen processed to have a size of 100 mm x 30 mm x 2 mm was placed on a support so as to have a span of 90 mm and a load of 300 g was applied to the center. The amount of warping after heating at 1400 캜 for 12 hours was measured by a depth gauge, and this value was regarded as an index of creep resistance.
[내열충격성][Thermal shock resistance]
□90mm×2.5mm로 가공한 시험체를 4장 제작하였다. 이와는 별도로 길이 10mm×폭 5mm×높이 5mm의 지주를 준비하고, 상기 지주를 세라믹스 대판상에 배치하였다. 지주 배치 위치는 □90mm의 네 구석의 위치로 하였다. 지주의 위에 상기의 시험체를 4단으로 쌓아 올렸다. 그 각 시험체간에 동일하게 네 구석에 지주를 끼워 배치하였다. 다음으로 전기로를 소정의 온도까지 승온하여 30분 유지한 후, 상기의 시험체를 대판째로 로(爐) 내에 넣었다. 그 온도에서 60분 유지 후 시험체를 대판째로 로(爐)로부터 꺼내어 방냉(放冷)하였다. 시험체의 깨짐이나 절열(切裂)이 생겼는지 아닌지를 육안으로 확인하였다. 이상의 조작을 500℃에서 50℃씩 온도를 승온시켜 행하고, 깨짐이 생기지 않는 온도의 상한을 측정하여, 그 값을 내열충격성의 지표로 하였다.□ Four specimens processed to 90 mm × 2.5 mm were produced. Separately, a strut having a length of 10 mm, a width of 5 mm and a height of 5 mm was prepared, and the struts were placed on a ceramic base plate. The position of the supporting post was set to a position of four corners of □ 90 mm. The above test specimens were piled up in four stages on the support. Each of the specimens was placed in the same four corners of the specimen. Next, the electric furnace was heated to a predetermined temperature and maintained for 30 minutes, and then the above-mentioned test specimen was placed in a furnace as a main plate. After maintaining the temperature at that temperature for 60 minutes, the test piece was taken out of the furnace as a main plate and allowed to cool. It was visually confirmed whether or not the specimen was cracked or cut (torn). The above operation was performed by raising the temperature by 500 deg. C at 50 deg. C, and the upper limit of the temperature at which cracking did not occur was measured, and the value was taken as an index of thermal shock resistance.
[실시예 2~4][Examples 2 to 4]
실시예 2~4에 있어서는, 이하의 표 1에 나타내는 조건을 사용하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 뮬라이트 세라믹스를 얻었다. 실시예 1과 동일하게 행한 평가의 결과를 표 1에 나타낸다. 실시예 2에서는, 실시예 1과 다른 배합비로 SiC와 실리카를 혼합하여, 침상 결정을 성장시키고, 실시예 1과 동일한 높은 내크립성이 얻어졌다. 또한 내열충격성에 대해서도 실시예 1과 동일하게 높아졌다. 실시예 3에서는 SiC의 원료 입경을 실시예 1에 비해 작게 하였다. 실시예 3은 실시예 1에 비하면 내크립성 및 내열충격성은 떨어지지만, 실용에 견딜 수 있는 특성이라고 판단하였다. 또한 후술하는 비교예 5에 비하면, 높은 내크립성, 고내열충격성 및 고강도를 나타내었다. 실시예 4에서는 SiC의 원료 입경을 실시예 1에 비해 크게 하였다. 실시예 4는 실시예 1에 비하면, 후술하는 비교예 4와 마찬가지로 기공 지름이 커지므로, 내열충격성은 떨어지지만, 실용에 견딜 수 있는 내열충격성이라고 판단하였다.In Examples 2 to 4, mullite ceramics were obtained in the same manner as in Example 1 except that the conditions shown in Table 1 below were used. Table 1 shows the results of the evaluation conducted in the same manner as in Example 1. [ In Example 2, SiC and silica were mixed at a mixing ratio different from that in Example 1 to grow needle-like crystals, and the same high creep resistance as in Example 1 was obtained. The thermal shock resistance was also increased as in Example 1. In Example 3, the raw material particle diameter of SiC was made smaller than that in Example 1. [ The creep resistance and the thermal shock resistance of Example 3 were lower than those of Example 1, but the characteristics were determined to be endurable to practical use. Compared with Comparative Example 5 described later, it exhibited high creep resistance, high thermal shock resistance and high strength. In Example 4, the raw material particle size of SiC was larger than that in Example 1. Compared with Example 1, Example 4 has a pore diameter larger than that of Example 1, which is similar to Comparative Example 4 to be described later, so that it is judged that the product has thermal shock resistance that can withstand practical use although its thermal shock resistance is lowered.
[실시예 5][Example 5]
이하의 표 1에 나타내는 원료를 사용하여, 습식 혼합에 의해 슬러리(고형분 농도: 42%)를 얻었다. 습식 혼합의 액 매체에는 CMC 수용액을 사용하였다. 이 슬러리를 주조 성형하여 판상의 성형체를 얻었다. 이 성형체를 대기 분위기하에 1750℃에서 4시간 반응 소성하였다. 이때의 승온 속도는 40℃/h로 하였다. 소성 종료 후, 자연 냉각하여, 높은 내크립성 및 고내열충격성을 가지는 뮬라이트 세라믹스를 얻었다. 실시예 1과 동일하게 행한 평가의 결과를 표 1에 나타낸다.Using the raw materials shown in the following Table 1, a slurry (solid content concentration: 42%) was obtained by wet mixing. A CMC aqueous solution was used as a liquid medium for wet mixing. This slurry was subjected to cast molding to obtain a plate-shaped molded article. The formed body was subjected to reaction firing at 1750 ° C for 4 hours in an atmospheric environment. The rate of temperature rise was 40 ° C / h. After completion of the firing, the mixture was naturally cooled to obtain mullite ceramics having high creep resistance and high heat shock resistance. Table 1 shows the results of the evaluation conducted in the same manner as in Example 1. [
[실시예 6~9][Examples 6 to 9]
이하의 표 1에 나타내는 조건을 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 뮬라이트 세라믹스를 얻었다. 실시예 1과 동일하게 행한 평가의 결과를 표 1에 나타낸다. 실시예 6에서는 실시예 1에 비해 소성 온도를 내려 1700℃로 하였다. 실시예 6은 실시예 1에 비하면 내열충격성은 떨어지지만, 실용에 견딜 수 있는 특성이라고 판단하였다. 또한 비교예 6에 비하면 높은 내크립성, 고내열충격성 및 고강도를 나타낸다. 실시예 7에서는, 실시예 1에 비해 소성 온도를 올려 1800℃로 하였다. 실시예 7은 실시예 1에 비하면 내열충격성은 떨어지지만, 실용에 견딜 수 있는 특성이라고 판단하였다. 실시예 8에서는 실시예 1에 비해 승온 속도를 늦도록 하였다. 실시예 8은 실시예 1에 비하면 내열충격성은 떨어지지만, 실용에 견딜 수 있는 특성이라고 판단하였다. 또한 후술하는 비교예 7에 비하면 기공율이 낮아졌기 때문에, 고강도, 높은 내크립성을 나타내고, 또한 기공율의 저감에 의해 기공 지름가 작아져 고내열충격성을 나타내었다. 실시예 9에서는 실시예 1에 비해 승온 속도를 빠르게 하였다. 모든 실시예 중에서 내열충격성과 내크립성의 양면에서 고특성을 나타내는 결과가 되었다.Mullite ceramics were obtained in the same manner as in Example 1 except that the conditions shown in the following Table 1 were used. Table 1 shows the results of the evaluation conducted in the same manner as in Example 1. [ In Example 6, the firing temperature was lowered to 1700 占 폚 as compared with Example 1. Example 6 was judged to have practically acceptable properties although the thermal shock resistance was lower than that of Example 1. And exhibits high creep resistance, high thermal shock resistance, and high strength as compared with Comparative Example 6. In Example 7, the sintering temperature was increased to 1800 占 폚 as compared with Example 1. Example 7 was judged to have practically acceptable characteristics although the thermal shock resistance was lower than that of Example 1. In Example 8, the rate of temperature rise was slower than that in Example 1. Example 8 was judged to be a property that could withstand practical use although the thermal shock resistance was lower than that of Example 1. In addition, compared with Comparative Example 7 described later, since the porosity was lowered, high strength and high creep resistance were exhibited, and porosity was reduced, resulting in reduced pore diameter and high impact resistance. In Example 9, the heating rate was faster than that in Example 1. Among all the examples, the results showed high properties in both heat shock resistance and creep resistance.
[실시예 10][Example 10]
이하의 표 1에 나타내는 원료를 사용하여, CMC 수용액에 의해 고형분 농도 13%의 혼합반죽물을 얻었다. 혼합반죽물의 조제에는 혼합 교반기를 사용하였다. 이 혼합반죽물을 압출하여 성형하고, 판상의 성형체를 얻었다. 이 성형체를 대기 분위기하에 1750℃에서 4시간 반응 소성하였다. 이때의 승온 속도는 40℃/h로 하였다. 소성 종료 후, 자연 냉각하여, 실용에 견딜 수 있는 내열충격성과 내크립성을 가진 뮬라이트 세라믹스를 얻었다. 실시예 1과 동일하게 행한 평가의 결과를 표 1에 나타낸다.Using the raw materials shown in Table 1 below, a mixed kneaded product having a solid content concentration of 13% was obtained with an aqueous CMC solution. A mixing agitator was used to prepare the mixed batter. The mixed kneaded product was extruded and molded to obtain a plate-shaped molded body. The formed body was subjected to reaction firing at 1750 ° C for 4 hours in an atmospheric environment. The rate of temperature rise was 40 ° C / h. After completion of the firing, the product was naturally cooled to obtain a mullite ceramics having thermal shock resistance and creep resistance capable of withstanding practical use. Table 1 shows the results of the evaluation conducted in the same manner as in Example 1. [
[실시예 11~14][Examples 11 to 14]
이하의 표 2에 나타내는 조건을 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 뮬라이트 세라믹스를 얻었다. 구체적으로는, 실시예 11에서는 프레스 성형압을 70MPa로 저하시켰다. 실시예 12에서는 프레스 성형압을 30MPa로 저하시키면서, 소성 온도를 1800℃까지 상승시켰다. 실시예 13에서는, 표 4의 조성의 원료, 즉 220메시의 전융 뮬라이트 입자를 10% 함유하는 원료를 사용하였다. 실시예 14에 있어서는, 뮬라이트 세라믹스의 원료로서 Na2O를 비롯한 알칼리 금속의 산화물의 함유량이 낮은 고순도의 원료를 사용하였다. 실시예 11~14에 대하여, 실시예 1과 동일하게 행한 평가의 결과를 표 2에 나타낸다. 동 표에 나타내는 바와 같이, 실시예 11에서는, 실시예 1에 비해 겉보기 기공율이 낮아졌기 때문에, 내크립성과 내열충격성이 저하했지만, 상기 내크립성 및 내열충격성은 실용에 견딜 수 있는 값이다. 실시예 12에서는, 프레스 성형압을 낮게 했기 때문에, 원료 과립이 찌부러지기 어려워지고, 그 결과, 과립간에 생기는 조대 기공이 잔류하였다. 그 때문에, 내열충격성이 저하했지만, 상기 내열충격성은 실용에 견딜 수 있는 값이다. 실시예 13에서는, 원료에 전융 뮬라이트 입자가 첨가되었기 때문에 강도는 저하했지만, 내열충격성 및 내크립성에 대해서는 실시예 1과 동일한 값을 나타내었다. 실시예 14에서는, 실시예 1에 비해, 불순물인 망목 수식 산화물의 함유량을 저감시켰으므로 내크립성이 한층 향상하였다. 또한 실시예 13에 있어서, 표 2에 나타내는 구상 입자 및 침상 입자의 입경 애스펙트비의 측정은, 전융 뮬라이트 입자는 제외하고 측정하였다. 연마 단면의 관찰에 있어서, 전융 뮬라이트 입자는, 구상 입자 및 침상 입자와는 형상의 점에 있어서 명확하게 구별된다.Mullite ceramics were obtained in the same manner as in Example 1 except that the conditions shown in the following Table 2 were used. Specifically, in Example 11, the press forming pressure was lowered to 70 MPa. In Example 12, the firing temperature was raised to 1800 占 폚 while the press forming pressure was reduced to 30 MPa. In Example 13, a raw material having a composition shown in Table 4, that is, a raw material containing 10% of molten mullite particles of 220 mesh was used. In Example 14, a high-purity raw material having a low content of an alkali metal oxide such as Na 2 O was used as a raw material for mullite ceramics. Table 2 shows the results of evaluations carried out in the same manner as in Example 1 for Examples 11 to 14. As shown in the table, in Example 11, since the apparent porosity was lower than that in Example 1, the creep resistance and the thermal shock resistance were lowered. However, the creep resistance and the thermal shock resistance were values that can withstand practical use. In Example 12, since the press forming pressure was made low, the raw material granules were hardly crushed, and as a result, coarse pores occurring between the granules remained. Therefore, although the thermal shock resistance is lowered, the thermal shock resistance is a value that can withstand practical use. In Example 13, the strength was lowered because the molten mullite particles were added to the raw material, but the thermal shock resistance and the creep resistance were the same as those in Example 1. In Example 14, since the content of the oxide of the mesh, which is an impurity, was reduced in comparison with Example 1, the creep resistance was further improved. In Example 13, the particle size aspect ratios of the spherical particles and the needle-shaped particles shown in Table 2 were measured except for the molten mullite particles. In the observation of the polished section, the molten mullite particles are clearly distinguished from the spherical particles and the needle-shaped particles in terms of their shape.
[비교예 1~9][Comparative Examples 1 to 9]
이하의 표 3에 나타내는 조건을 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 뮬라이트 세라믹스를 얻었다. 실시예 1과 동일하게 행한 평가의 결과를 표 3에 나타낸다. 또한 비교예 2에서 얻어진 뮬라이트 세라믹스의 연마 단면의 주사형 전자 현미경상을 도 1에 나타낸다. 비교예 1에서는 실시예 1에 비해 1810℃로 높은 소성 온도에서 소성하고 있다. 그 때문에, 침상 입자가 이상(異常)적으로 입성장하여, 조대 침상 입자가 연마 단면적비로 전 입자의 30%로 많아지고 있기 때문에, 입자간의 조대 결함이 생겨 내열충격성이 저하하였다. 또한 높은 소성 온도에서 소성했기 때문에, 결정 상태가 불안정해져 내크립성이 저하하였다. 비교예 2에서는 실시예 1 및 2와 다르게, 원료에 Si 함유 화합물을 포함하고 있지 않은 것에 기인하여, 뮬라이트의 생성 속도에 차가 생기지 않기 때문에 침상 입자가 성장하지 않아, 내크립성이 저하하였다. 비교예 3에서는 실시예 1 및 2와 다르게, 원료에 실리카를 포함하고 있지 않기 때문에, 비교예 2와 마찬가지로, 뮬라이트의 생성 속도에 차가 생기지 않으므로 침상 입자가 성장하지 않고, 내크립성이 저하하였다. 비교예 4에서는, 실시예 1에 비해 조대한 SiC를 사용했으므로 SiC의 산화가 진행되기 어려워진다. 그 결과, SiC의 산화와 뮬라이트의 반응 소결이 동시 진행되고, 산화 팽창에 의한 소결성의 저하를 초래하지 않고 소결을 진행시킬 수 있다. 그러나 그 반면, SiC의 산화 팽창과 뮬라이트의 반응 소결에 의해, SiC가 존재하고 있던 장소가 소결 후에 기공이 된다. 이것에 기인하여, 조대한 SiC를 사용한 본 비교예에 있어서는, 조대 기공이 형성되어, 강도 저하, 내열충격성의 저하 및 내크립성의 저하가 관찰되었다. 비교예 5에서는, 비교예 4와는 반대로 SiC의 원료 입자를 극소화시켰다. 이 경우는 SiC의 산화가 진행되기 쉬우므로 뮬라이트의 반응 소결이 진행되기 전에 SiC의 산화가 완료된다. 그 결과, 입자간의 거리 증대에 의한 소결성의 저하가 기공율 증가 및 강도 저하의 원인이 된다. 이것에 기인하여, 실시예 1에 비해 내크립성의 저하 및 내열충격성이 저하한다. 비교예 6에서는 실시예 1에 비해 소성 온도를 낮게 하여 소성을 행하였다. 그 결과, 뮬라이트 단일상이 되지 않고 내크립성이 저하하였다. 비교예 7에서는 실시예 1에 비해 승온 속도를 늦도록 하여 소성을 행하였다. 이 경우에는 SiC의 산화가 완료된 후에 뮬라이트 반응 소결이 진행되므로, 입자간 거리 증대에 의한 소결성의 저하가 기공율 증가 및 강도 저하의 원인이 된다. 이것에 기인하여, 실시예 1에 비해 내크립성의 저하 및 내열충격성이 저하하였다. 비교예 8에서는 실시예 1에 비해 승온 속도를 빠르게 하여 소성을 행하였다. 이 경우에는 SiC의 산화가 완료되기 전에 소결이 완료되므로 내부에 SiC가 잔류해 버린다. 그 결과, 알루미나, SiC 및 뮬라이트가 혼재하는 조직이 되어 내크립성이 저하한다. 비교예 9에서는 실시예 14에 비해 프레스 성형압을 30MPa로 내렸다. 본 비교예는 망목 수식 산화물이 실시예 14와 같음에도 불구하고 내크립성이 실시예 14보다도 저하하였다. 이 이유는 프레스 성형압을 낮춘 것에 기인하여 겉보기 기공율이 증대했기 때문에, 각 입자의 연결성이 저하했기 때문으로 생각된다. 또한 겉보기 기공율이 증대했기 때문에 내열충격성도 실시예 14보다도 저하하였다.Mullite ceramics were obtained in the same manner as in Example 1 except that the conditions shown in the following Table 3 were used. Table 3 shows the results of the evaluation conducted in the same manner as in Example 1. [ Fig. 1 shows a scanning electron micrograph of the polished cross section of the mullite ceramics obtained in Comparative Example 2. Fig. In Comparative Example 1, baking was performed at a baking temperature as high as 1810 캜 as compared with Example 1. [ As a result, the needle-shaped particles are abnormally ingrown and the coarse needle-like particles are increased to 30% of the total particles by the ratio of the cross-sectional areas of the abrasive grains. Further, since the calcination was performed at a high calcination temperature, the crystal state became unstable and the creep resistance decreased. In Comparative Example 2, unlike in Examples 1 and 2, because no Si-containing compound was contained in the raw material, no difference was generated in the rate of formation of mullite, so that needle-shaped particles did not grow and creep resistance decreased. In Comparative Example 3, unlike Examples 1 and 2, since silica was not contained in the raw material, similarly to Comparative Example 2, there was no difference in the production rate of mullite, so that needle-shaped particles did not grow and the creep resistance deteriorated. In Comparative Example 4, since coarse SiC was used in comparison with Example 1, the oxidation of SiC was difficult to proceed. As a result, the oxidation of SiC and the reaction and sintering of the mullite can proceed simultaneously, and the sintering can proceed without causing a decrease in sinterability due to the oxidation expansion. On the other hand, due to the oxidation expansion of SiC and the reaction and sintering of mullite, the place where SiC was present becomes pores after sintering. Due to this, coarse pores were formed in this comparative example using coarse SiC, so that the strength was lowered, the thermal shock resistance was lowered, and the creep resistance was lowered. In Comparative Example 5, contrary to Comparative Example 4, raw material particles of SiC were minimized. In this case, since the oxidation of SiC is easy to proceed, the oxidation of SiC is completed before the reaction and sintering of mullite proceeds. As a result, the decrease of the sinterability due to the increase of the distance between the particles causes the increase of the porosity and the decrease of the strength. As a result, the creep resistance deteriorates and the thermal shock resistance is lowered as compared with Example 1. In Comparative Example 6, firing was carried out at a lower firing temperature than in Example 1. As a result, mullite did not become single phase and creep resistance decreased. In Comparative Example 7, firing was carried out at a rate lower than that in Example 1. In this case, mullite reaction sintering proceeds after the completion of the oxidation of SiC, so that the decrease in sinterability due to the increase in the intergranular distance causes the increase in the porosity and the decrease in strength. As a result, the creep resistance and the thermal shock resistance were lowered as compared with Example 1. In Comparative Example 8, the heating rate was higher than that in Example 1, and firing was performed. In this case, since the sintering is completed before the oxidation of SiC is completed, SiC remains inside. As a result, the structure in which alumina, SiC, and mullite coexist, and creep resistance deteriorates. In Comparative Example 9, the press forming pressure was lowered to 30 MPa as compared with Example 14. In this Comparative Example, the creep resistance was lower than that of Example 14 even though the mesh oxide was the same as that of Example 14. This is considered to be because the apparent porosity was increased due to lowering of the press forming pressure, and thus the connectivity of each particle was lowered. Also, since the apparent porosity was increased, the thermal shock resistance was also lower than that of Example 14.
Claims (8)
연마 단면에서의 애스펙트비 10 초과의 조대(粗大) 침상 입자의 면적/전 입자의 면적의 비가 0.2 이하인 것을 특징으로 하는 뮬라이트 세라믹스.The method according to claim 1,
Wherein the ratio of the area of the coarse needle-shaped particles having an aspect ratio of more than 10 to the area of the total particles in the polished cross-section is 0.2 or less.
겉보기 기공율이 5~27%인 것을 특징으로 하는 뮬라이트 세라믹스.The method according to claim 1,
And an apparent porosity of 5 to 27%.
연마 단면에 있어서, 관찰 시야의 면적에 대하여, 침상 입자의 평균 장경의 5배 이상의 장경을 가지는 조대 기공의 면적의 총합의 비율이 0.07 이하인 것을 특징으로 하는 뮬라이트 세라믹스.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the ratio of the total area of coarse pores having a long diameter of not less than 5 times the average long diameter of the needle-shaped particles is 0.07 or less with respect to the area of the observation field of view.
알루미나, 실리카, 및 평균 입경 0.1~10㎛인 Si 또는 Si 함유 화합물(단, 실리카 및 실리케이트를 제외)을 포함하는 원료를, 산소 함유 분위기하에 1700~1800℃에서 반응 소성시켜, 뮬라이트를 생성시키는 공정을 포함하고,
상기 반응 소성에서의 900~1700℃ 사이의 평균 승온 속도를 25~300℃/h로 설정하는 것을 특징으로 하는 뮬라이트 세라믹스의 제조방법.A method for producing the mullite ceramics according to claim 1,
A step of subjecting a raw material containing alumina, silica and an Si or Si-containing compound having an average particle diameter of 0.1 to 10 μm (excluding silica and silicate) to reaction firing at 1700 to 1800 ° C in an oxygen-containing atmosphere to produce mullite / RTI >
Wherein the average heating rate between 900 and 1700 ° C in the sintering is set to 25 to 300 ° C / h.
Si 함유 비산화물 화합물이 SiC, Si3N4, Si2ON2 또는 SiAlON인 것을 특징으로 하는 제조방법.6. The method of claim 5,
Wherein the Si-containing non-oxide compound is SiC, Si 3 N 4 , Si 2 ON 2 or SiAlON.
알루미나, 실리카, 및 평균 입경 0.1~10㎛인 Si 또는 Si 함유 화합물(단, 실리카 및 실리케이트를 제외)을 습식 혼합에 의해 슬러리화하고, 얻어진 슬러리를 주조 성형하거나, 또는 상기 슬러리를 분무 건조하여 얻어진 과립을 프레스 성형 또는 CIP(Cold Isostatic Press) 성형한 후에 반응 소성하는 것을 특징으로 하는 제조방법.The method according to claim 5 or 6,
Alumina, silica, and Si or Si-containing compounds having an average particle size of 0.1 to 10 占 퐉 (excluding silica and silicate) by wet mixing, casting the obtained slurry, or spray-drying the slurry Wherein the granules are subjected to press molding or CIP (Cold Isostatic Press) molding, followed by reaction firing.
알루미나, 실리카, 및 평균 입경 0.1~10㎛인 Si 또는 Si 함유 화합물(단, 실리카 및 실리케이트를 제외)을 반습식으로 혼합 반죽하여, 얻어진 혼합반죽물을 가소(可塑) 성형한 후에 반응 소성하는 것을 특징으로 하는 제조방법.The method according to claim 5 or 6,
Alumina, silica, and Si or Si-containing compounds having an average particle diameter of 0.1 to 10 占 퐉 (excluding silica and silicate) are mixed and kneaded in a semi-wet process, the obtained kneaded mixture is subjected to plastic molding, .
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