JPH02208253A - コーディエライトセラミックス複合体の製造方法 - 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 この発明は機械的強度、耐熱性、耐熱衝撃性が要求され
る部材に使用されるコーディエライトセラミック複合体
の製造方法に係り、より詳しくはコープイライトとアル
ミナの化学反応を利用して柱状のムライト、スピネルを
コーディエライト中に均一に析出分散させ、強度、破壊
靭性、耐熱性に優れた焼結体を得る方法に関する。

従来の技術 セラミックスは周知の通り高強度、高硬度、耐摩耗性に
優れた材料でおり、広範な用途に使用されているが、そ
の中でもコーディエライト（２Ｍｇ０・　２Ａ＆２０３
　・５ＳｉＯ２）が耐熱衝撃性に優れたセラミックスと
して知られている。このコーディエライトセラミックス
は、ハニカム構造に加工し自動車排ガス浄化触媒担体と
して実用化されている。

また耐熱性も耐熱衝撃性とともに要求される特性の一つ
でおり、例えば特開昭５３−８２８２２号公報には、マ
グネシア源原料の種類と粒度を調整することにより、ム
ライト（３Ａρ２０３　　・　２ＳＬＯ２）　、スピネ
ル（ＭｇＯ−ＪＶ２０３　）　、サフイリン（４Ｍｇ０
・５Ａ＆２０３　・２ＳＬＯｚ＞を含む焼結体の細孔分
布を制御し、耐熱衝撃性を劣化させずに耐熱性を向上さ
せることが示されている。

また、特開昭５８−９５６４３号公報には、ムライトと
］−ディエライ１〜を焼結し、シリコンに近い熱膨張率
を有する焼結体を得る技術が開示されている。

また、井用、渡辺ら（１９８５，１２，窯業協会誌）に
より、コーディエライトにムライトを添加し、焼成する
ことにより強度、耐熱性に優れた焼結体が得られること
が報告されている。

これら従来の技術は、タルク（３Ｍｃ＋０・　４Ｓｊ０
２・Ｈ２Ｃ）、カオ’）ン（Ａ＆２０３　・２Ｓｊ０２
　・２Ｈ２０）等の原料粉からコーディエライトを合成
する時、副生成物のムライト、スピネル、サフィリン等
と複合体にする技術でおり、またコーディエライト粉に
ムライト粉を添加し、化学反応させずに、焼結により緻
密化させる技術である。

しかし、従来のコーディエライトセラミックスの室温曲
げ強度は３．５〜１０に３祷で、ジルコニア（８０〜１
２０Ｋｇ看）、アルミナ（２５〜５！ＭＩ７Ｊ＞　、ム
ライト（１５〜２５に’Ｊ４ｒｒＸ＞等の他の構造用セ
ラミックスより劣っている。

また、破壊靭性値においても、従来のコーディエライト
は２Ｍｐａυ１で、ジルコニア（７Ｍｐａ口、アルミナ
（３，５Ｍｐａ西１）と比べて低いことが知られている
。

耐熱性においても、１２００℃付近から急激に強度が低
下することが知られており、純度の低いものは１３５０
℃以上では液相か生成し変形が起る。

一方、アルミナ、ジルコニアは室温強度、破壊靭性値か
優れるものの耐熱衝撃性が劣り、水急冷による熱衝撃で
強度低下を起ず温度差は、コープイライトの５００°Ｃ
以上に対してアルミナは２００°Ｃ１ジルコニアは３０
０℃と大きく劣っている。そのため、アルミナ、ジルコ
ニア共にそのままでは耐熱衝撃性と機械的強度が要求さ
れる用途に使用することは困難でおる。

発明が解決しようとする課題 この発明は、従来のコーディエライトセラミックスの室
温曲げ強度、破壊靭性値、耐熱性がジルコニア、アルミ
ナ、ムライト等の他のセラミックスより劣るという欠点
にかんがみ、コーディエライトとアルミナの化学反応を
利用することによって、強度、靭性、耐熱性に優れたコ
ープイエライ１〜セラミツクス複合体を製造し得る方法
を提案しようとするものである。

課題を解決するための手段 この発明者らは、コーディエライト、ムライト、スピネ
ル複合セラミックスを製造するに当り、粒径２０Ａｍ以
下のコーディエライト粉と粒径５Ｉ１ｍ以下のアルミナ
粉を用い、焼成中の下記化学反応により、ムライト粒と
スピネル粒を均一な分布で生成させ、また各々の粒子は
従来からのムライトを添加する方法とは異なり、ムライ
トを柱状に発達させることができるため、粒子分散効果
の高い複合材が得られ、強度、破壊靭性、耐熱性を向上
させることかでき、またコーディエライトとアルミナの
配合割合を変えることにより各々異なった特性の材料を
製造できることを知見した。

χ（２Ｍｇ０・　２Ａり２０３　・　５Ｓｊ○２）＋Ｖ
（Ａｇ２０３）−）Ｚ（３Ａ１２２０３　　・２ＳＬＯ
２）　＋Ｗ（ＭｇＯ−Ａ＃２０３）すなわち、この発明
はコーディエライト原料粉に、粒径５．ａｍ以下のアル
ミナ粉を５〜３０重量％添加した後成形し、１３００℃
以上の温度で焼成することにより、前記化学反応により
ムライ１〜粒とスピネル粒をコーディエライト中に均一
に析出分散させることを要旨とするものである。

作　　　用 コーディエライト粉に添加するセラミックスとしてアル
ミナ粉を用いたのは、先に示したように、強度、耐熱性
にすぐれたムライト、スピネルを化学反応で生成させ、
コーディエライトと複合化することでコーディエライト
の欠点である耐熱性、強度、靭性を改善するためである
。

コーディエライト粉の粒径としては５０μｍ以下が好ま
しい。粒径がそれより大きくなると焼結性が圧下し、強
度が低下する。それと共にアルミナ粉との混合も不十分
となり、化学反応が不均一となり、ムライ１−、スピネ
ルの分散性が悪化する。

アルミナ粉の粒径を５／、１ｍ以下に限定したのは、５
〃…を超える粒径では］−デイエライトと混合後の各粒
子の分散性が不十分で、化学反応により生じたムライト
、スピネルの分散性が悪化するためである。

なお、コーディエライト粉末中の不純物は１重量％以下
であることが、化学反応で高純度のムライト、スピネル
を生成させるために好ましい。

コーディエライト粉とアルミナ粉の混合物の焼成条件を
１３００′Ｃ以上（好ましくは１３００〜１４６０°Ｃ
）と限定したのは、１３００℃未満では焼結反応の速度
が低下し、焼結体の強度が低下するためである。

なお、焼成温度がコープイエライ１〜の融点を超えると
、焼結時に生成する液相の量が増加し、焼結晶の形状、
寸法精度に影響をおよぼすため、焼成温度の上限はコー
プイエライ１〜の融点とするのが好ましい。

また、焼成時間は焼成が十分に行なわれることと、焼成
し過ぎにより強度低下をきたさないようにすることを考
慮すると、０．５〜２０時間、好ましくは１〜１０時間
程度とする。

実　　施　　例 粒径２０．ｍ以下のコーディエライト粉と粒径５７７ｍ
以下のアルミナ粉を第１表に示す割合で配合し、ボール
ミルで混合して得られた混合粉を１．５ｔ４の圧力でプ
レス成形し、この成形品を第１表に示す条件で焼成し、
得られたコーディエライトセラミックスの機械的特性を
第１表に示す。

なお、第１表には比較のため、本発明の製造条件から外
れたもの、］−デデイプライ１にムライｌ〜を添加した
もの、コーディエライトにムライトとスピネルを添加し
たものを併せて示した。

また、第１図には焼成温度１４２５°Ｃ１焼成時間２時
間の条件にてアルミナ、ムライトの添加量を変更した時
の曲げ強度の関係を、第２図には同じくアルミナ、ムラ
イ１〜の添加量と破壊靭性値（Ｋ＋ｃ　）の関係をそれ
ぞれ示す。

また、第３図にはアルミナを添加したコーディエライト
セラミックス焼結体と、ムライトを添加したコーディエ
ライトセラミックス焼結体の顕微鏡観察による組織をそ
れぞれ図（Ａ〉、図（Ｂ）にボす。

第１図より、曲げ強度に対するアルミナ添加の効果は、
５〜３０重量％が適当であることがわかる。

第２図より、破壊靭性値はアルミナ添加により増加し、
ムライト添加のものより高いことがわかる。

また、高温強度においても、アルミナの添加により特性
が約１００℃改善され、実用上の耐熱温度は１３００℃
と上昇した。

また、第３図より、アルミナ添加とムライト添加におい
ては組織に違いが見られる。すなわち、図（Ｂ）のムラ
イ１〜添加のものは焼結体中のムライト粒（Ｍ）が凝集
して大きな粒を形成しているのに対し、図（Ａ＞のアル
ミナ添加のものは柱状に発達したムライト粒（Ｍ）、ス
ピネル粒（Ｓ）が均一に分布していることがわかる。

次に、本発明例の試験Ｎｏ、　３の］−デイエクイ１〜
セラミツクス焼結体（コーディエライト９０重量％＋ア
ルミナ１０重量％）で、第４図に示す］−キングプレー
ト（１）を製作し、このコーキングプレート（１）と、
比較例の試験Ｎｏ、　１の焼結体くコープイライト１０
０重量％）で製作したコーキングプレー１〜をそれぞれ
第５図に示すようにコークス炉炉蓋に装着し、実機操業
を行なって６ケ月使用後の状態を調べた。なお第５図中
、（２）はコークス炉、（３）はコクス炉炉蓋、（４）
は断熱材、（５）はコークスをそれぞれ示す。

その結果、両方とも大きな割れ、変形は認められなかっ
たが、炉蓋開閉時に発生したと思われるプレート端部の
欠けは、本発明例の試験Ｎｏ、３の方が比較例の試験Ｎ
ｏ、　１より少なかった。

また、本発明例の試験Ｎｏ、　３の焼結体で通常の厚さ
より肉厚を薄クシたコーキングプレートを各種製作し、
上記と同様の実炉試験を行なった結果、比較例の試験Ｎ
ｏ、　１と同じ耐久性を保ちながら４０％の薄型化が可
能となり、十分実用に耐えられることが判明した。

以下余白 第５図は同上コーキングプレートの使用状態を示す概略
平面図でおる。

１・・・コーキングプレート、　２・・・コークス炉３
・・・炉Ｍ４・・・断熱材 ５・・・コークス 出願人　　住友金属工業株式会社 発明の詳細 な説明したごとく、この発明方法によれば、耐熱性に優
れた柱状のムライト粒子とスピネル粒子を均一な分布で
生成させることができるので、強度、破壊靭性耐熱性、
耐熱衝撃性に優れたコーディエライト複合体を得ること
ができ、コークス炉のコーキングプレート等、熱衝撃の
加わる構造用部材に幅広く利用できるという大なる効果
を奏するものでおる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例におけるアルミナ、ムライト
の添加量と曲げ強度の関係を示す図、第２図は同上実施
例にあけるアルミナ、ムライトの添加量と破壊靭性値の
関係を示す図、第３図は同上実施例における焼結体の顕
微鏡観察による組織を示す概略図で、図（Ａ＞はアルミ
ナを添加したコーディエライトセラミックス焼結体の組
織図、図（Ｂ）はムライトを添加したコーディエライト
セラミックス焼結体の組織図、第４図は同上実施例で使
用したコーキングプレートを示す斜視図、添加量（ｗｔ
％） 添加量（ｗｔ％） （Ａ） （Ｂ） コーキンクプレート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コーディエライト原料粉に、粒径５μｍ以下のアルミナ
   粉を５〜３０重量％添加した後成形し、１３００℃以上
   の温度で焼成することを特徴とするコーディエライトセ
   ラミックス複合体の製造方法。