JPH01219073A - セラミックス構造材とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、結晶化ガラスの繊維状組織を磁器質に形成
し、格段の機械的強度及び耐火、耐候性に優れた軽量な
セラミックス構造材に関するものである。

（従来の技術） 近年、建築の高層化に伴い軽量で高強度且つ耐火性の構
造材が要求されているが、それらの要求を一挙に満たす
素材は実用化されていなかった。

例えば、繊維強化コンクリートは、−ａ的なコンクリー
トより強度が大きいが軽量とは言い難い。

またセラミック繊維やガラスウール及びロックウール等
を接着剤等でブロック状にした軽量の保温材または断熱
材や気泡コンクリートのように成形体内部に気泡を残存
させた軽量壁材等があるが機械的強度が不十分である。

一方、結晶化ガラスは耐熱ガラス製品や内装建材等に焼
成加工されるが、重量の大きなものである上、成形方法
の故にその成形寸法にも限度があった。なお、特開昭４
９−１０７００５号にて高強度大面積陶磁器板を製造す
る手段として熱処理した結晶化ガラス繊維を骨材とする
ものや、特開昭５６−１６４０７０号及び特公昭６２−
４１１８２号に示されるように結晶化組成原料ガラス粉
末を用いる方法や製品についての関連する文献がある。

（発明が解決しようとする課題） 従来の技術で述べたように、建築の高層化に伴う建築構
造等で要求される軽量で高強度かつ耐火性を有する等の
多様な要求事項を満足する材料はまだ実用化されていな
いという問題点がある。

この発明は、上述にかんがみて従来の材料の欠点を補い
、しかも構造上必要な大きな成形品を均一寸法で形成で
きるようなセラミック構造材とその製造方法を提示する
ことを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上述の目的を達成するため、この発明のセラミックス構
造材は、結合材３５〜８５重量％と骨材１５〜６５重量
％からなる配合物１００重量部にバルブ３〜２５重量部
を添加し抄造法により成形し９００〜１０００℃で焼成
してなるものであり、結合材が９００〜１０００℃の焼
成により磁器化する無機質物質であって骨材がフッ素リ
ヒテライト組成原料にＡｌ２Ｏ３，Ｚｒｏ２．　Ｐ２Ｏ
５及びＰｂＯ組成原料を少なくとも１種以上添加し溶融
して形成した非晶質ガラス繊維であり、９００〜１００
０℃の温度範囲で熱処理することにより高強度結晶化ガ
ラスとなるものとその製造方法に関するものである。以
下にこの発明の詳細について説明する。なお、本明細書
において％は特記しない限り重量％を示す。

この発明のセラミックス構造材を製造するには、まず、
長石、珪石、カオリン、粘土、石灰石及びフリット等の
一般的な陶磁器原料を用いて９００〜１０００℃の温度
範囲で焼成して磁器化する配合の無機質粉末粘土を調製
して結合材とし、炭酸ナトリウム、氷晶石、蛍石、タル
ク、ドロマイト、炭酸マグネシウム、アルミナ、珪酸ジ
ルコニウム、鉛白及び骨灰等の原料を用いて、９００〜
１０００℃で熱処理するとフッ素リヒテライト結晶を主
成分とする結晶化ガラスとなる配合を有し、１３５０〜
１４５０℃にて溶融し常法により非晶質ガラス繊維とし
たものを骨材とする。

次に、結合材を３５〜８５％と骨材を１５〜６５％とを
配合した混合物１００重量部にパルプ３〜２５重量部を
添加し、適量の水と必要な薬剤（凝集剤とエマルジョン
タイプの有機物からなるバインダーからなるもの）とを
加えてスラリーと成し、抄造法によって任意の寸法で板
状に成形した後乾燥して９００〜１０００℃で焼成しセ
ラミックス構造材とする。

なお、結合材と骨材の配合割合は骨材の量が１５％より
少ないときは抄紙法による成形が難しく嵩比重の大きな
強度の不十分なものとなり、６５％を超えると強度が十
分でも成形体の表面が粗となり骨材である繊維の先端が
露出して取扱い上の安全性に不都合を生ずる恐れがある
。

この発明の成形方法は抄紙法によるが結合材さして骨材
の配合割合によっては抄紙操作をより容易化するために
、パルプを添加するものであり、その添加量は結合材と
骨材との混合物１００重量部に対して、３〜２５重量部
、２５重量部を超えると結合材の焼成密度が低下し強度
を低下させる。

一方、抄紙法を用いることにより結合材と骨材の分離が
防止され均質で厚みの揃った大型の板状成形体が得られ
ると同時に成形密度の小さい成形物を得ることができる
。

なお、パルプの添加量の増減によって成形密度の調節も
可能で焼成体の軽量化も図れる利点がある。

このようにして得られたセラミックス構造材は第１図の
断面組織拡大略図に示すように陶器素地の吸水孔より大
きな残存気孔Ｈを包含した磁器質素地Ｐに高強度結晶化
ガラスの繊維状の方向性を有する配列組織Ｇが形成され
、きわめて高い機械的強度を有し、かつ嵩比重の少ない
セラミックス構造材Ｓを得ることができる。

（作　用） この発明のセラミックス構造材は上述の技術的手段のな
かで説明したように結合材の原料が一般の陶磁器原料で
足りる上、骨材としても一般的なガラス原料にて一般的
なガラス繊維同様容易に製造でき、しかも抄紙法によっ
て寸法の大きな板状成形が連続的に行え、且っ１０００
　を以下の比較的低い焼成温度で製造が可能であるため
、製造コストの低廉化が期待できる作用効果が大きい。

また、結合材が焼成して磁器化する温度と骨材が結晶化
して高密度となる熱処理温度を一致させることによって
成形密度を調節することができるので、軽量化が可能と
なり、さらに焼成することによって耐候性や耐火性が優
れたものとなる作用効果も大である。

因みに、この発明のセラミックス構造材は一般的なコン
クリートの平均的な強度の数倍の強度を有し、一方嵩比
重は逆に約半分程度の低いものとなる。

（実施例） この発明の実施例及び比較例を挙げて以下詳細に説明す
る。なお、この発明はこれに限定されるものではない。

実施例１〜１０及び比較例１１，１２゜第１表に示す調
合割合によりａ、ｂ及びＣの３種の例の無機質粉末から
なる結合材と第２表に示す組成のＡ、Ｂ及びＣの３種の
例の非晶質ガラス繊維からなる骨材及びパルプとを第３
表に示す重量部によって配合し、実施例１〜１ｏの原料
を調製し、適量の水と凝集剤及び有機バインダー等を加
えてスラリーとして抄紙法により板状に成形したものを
６０〜８０℃の温度で乾燥した板状成形物から各性能試
験に応じた寸法の直方体を切り出し、第２図に示す焼成
曲線に示すように経過時間８時間で最高温度９５０℃に
昇温し１５分間保持した後自然冷却することにより試験
片を作成した。

得られた試験片を以下に示す性能試験条件で嵩比重、曲
げ強度及び圧縮強度と耐熱性、耐火性及び耐寒性を測定
または観察した結果を第４表に示す。

本性能試験の条件は下記の通りである。

嵩比重 試験片の重量、長さ、幅及び厚さを測定し、体積を計算
し！１）式によって求めた。

嵩比重＝重量子体積・・・・・・・・（１１曲げ強度 試験片をエツジ間隔ｄ”＝１００ｍの３点荷重式抗折試
験器に設置し、約２５ｋｇ／ｍｉｎの速度でａ　／　２
の位置の荷重を増加し、破断が生じたときの荷重Ｐを求
め（２）式によって曲げ強度Ｓを求めた。

５＝３ａＰ／２ｂｈ・・・・・・・（２）ただしｂは試
験片の幅、ｈは厚さである。

圧縮強度 一辺が３０鶴の立方体の試験片に第３図に示すような骨
材の繊維状組織の方向性配列の方向に直角の矢印りの方
向に加圧し、試験片が破壊したときの荷重を試験片の被
加圧面積で除して求めた。ただし、荷重を加える速度は
毎秒１ｋｇ／ａｄとした。

耐熱試験 試験片を恒温乾燥器に入れ、１５０℃で３０分間加熱し
、３０℃の水中に投入して、割れ等の損傷を観察する操
作を３０回繰り返した。

耐火試験 ガスコンロ上に試験片を置き、着火して３０分間加熱し
、放冷後外観変化を観察した。

耐寒試験 試験片を水中に１時間浸漬後、冷凍庫に凍らせ、取り出
して４０℃の乾燥器中で解凍し、外観変化を観察する操
作を１０回繰り返した。

なお、第４表において表示した比較例１１及び１２は欄
外に説明したようにそれぞれ普通ポルトランドセメント
及び早強ポルトランドセメントによる構造材の試験結果
である。

（以下余白） 第　　２　　表　　　（％　） （発明の効果） この発明は上記の構成を有するので下記の効果を奏する
。

（１）請求項（１）の製造方法によって焼成される磁器
化する無機質粉末からなる結合材と、熱処理して結晶化
するガラス繊維を骨材として配合し成形した上、焼成す
ることによって、硬化したセラミックス構造材の機械的
強度が十分高くしかも耐久性に優れた軽量な構造材が得
られること。

（２）請求項（２）の成形方法によって結合材と骨材が
交絡し分離することが防止され、均質の厚みの揃った成
形材の軽量で大きな寸法のものを比較的簡単に得ること
ができる。なお、パルプの添加量の増減によって成形密
度の調節も可能であるので焼成体の軽量化が計れること
。

（３）請求項（３）の結晶化ガラス繊維は一般的なガラ
ス原料にて一般的ガラス繊維同様に製造が容易で抄紙法
により寸法の大きな板状成形を連続的に行って比較的低
温度で焼成して製造できるため、低廉でコンクリートの
数倍の強度の軽量構造材を得ることができること。

（４）請求項（４）の陶磁器用原料を結合材の組成原料
とすることによって形成される磁器質素地に上述の結晶
ガラスの繊維組成を形成させることによって両者相まっ
て高強度で低廉な構造材を容易に製造できること。

（５）請求項（５）は請求項（１）により製造されたセ
ラミックス構造材であり、軽量で機械的強度が大きい上
に焼成によって耐候性、耐火性にも優れ、寸法の大きな
板状成形体も得ることも容易で価格の低廉化も期待でき
る土木建築等の構造材として有効であること。

（６）請求項（６）は請求項（１）により製造されたセ
ラミックス構造材よりも骨材を主体とする配合の組成原
料を成形焼成したものであるため、さらに高強度で耐火
性に優れた軽量なセラミックス構造材を得ることができ
るため、特定の用途に有効であること。

（７）請求項（７）の薬剤を添加して抄造することによ
って組成原料とパルプからなるスラリーの形成を容易化
し、抄紙操作できるため、所要の組成の板状成形材を安
定的に得ることができること。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のセラミックス構造材の板状成形体の
断面の組織拡大略図、第２図はセラミックス構造材の実
施例の試験片の焼成温度上昇曲線説明図、第３図は骨材
の繊維状組織の方向配列説明略図である。 ＼Ｓ 第１図 第２図 第３図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）非晶質ガラス繊維からなる骨材１５〜６５重量％
   と無機質粉末からなる結合材３５〜８５重量％を配合し
   成形した上、９００〜１０００℃の温度範囲で焼成し高
   強度結晶化ガラスの繊維状組織を磁器質に形成させるこ
   とを特徴とするセラミックス構造材の製造方法。
2. （２）骨材と結合材からなる配合物１００重量部にパル
   プを３〜２５重量部添加してなるスラリーを抄造して板
   状に成形することを特徴とする請求項（１）記載のセラ
   ミックス構造材の製造方法。
3. （３）非晶質ガラス繊維をフッ素リヒテライト組成原料
   にＡｌ＿２Ｏ＿３、ＺｒＯ＿２、Ｐ＿２Ｏ＿５及びＰｂ
   Ｏ組成原料を少なくとも１種以上添加し溶融して形成す
   ることを特徴とする請求項（１）記載のセラミックス構
   造材の製造方法。
4. （４）無機質粉末が陶磁器用原料を９００〜１０００℃
   の温度範囲で焼成して磁器化するものであることを特徴
   とする請求項（１）記載のセラミックス構造材の製造方
   法。
5. （５）高強度結晶化ガラスの繊維状の方向性配列組織を
   磁器質素地に交絡して形成した上、多数の残存気孔を包
   合せしめた請求項（１）により製造した焼成構造からな
   る板状の成形体であることを特徴とするセラミックス構
   造材。
6. （６）非晶質ガラス繊維からなる骨材６５〜１００重量
   部と無機質粉末５〜３５重量部からなる組成原料にパル
   プを３〜２５重量部添加してなるスラリーを抄造成形し
   た上９００〜１０００℃に焼成し、高強度結晶化ガラス
   の繊維状組織を主体とする板状成形体を形成することを
   特徴とするセラミックス構造材の製造方法。
7. （７）抄造に添加する薬剤として凝集剤とエマルジョン
   タイプの有機物からなるバインダーを使用することを特
   徴とする請求項（２）または（６）項に記載するセラミ
   ックス構造材の製造方法。