JPH0230651A - 窯業鉱物学的に安定した鉱物相を持ったフアインセラミックス（ニューセラミックス）原料素材の生産方法 - 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】 本願発明は窯業産業に於けるファインセラミックス原料
微粉鉱物を瞬間高熱照射後瞬間急冷するインセラミック
スが得られる事を発見した。

斯くして得られたファインセラミックス素材を仝−目的
で生産せられている電融に依るファインセラミックスと
比較した場合、得られた鉱物相及び化学的性質は仝−で
、唯急冷に依った為、其の物質に於て結晶が微細化して
いる点と、結晶格子が爾後の物理的方法で此の奎′は′
除去され、完全に仝−の物性を持ったものとなり、使用
上筒等の支障を起こさない。

にも係らず、現在も尚、此等高溶融点を持ち且つ低熱転
導性の耐火セラミックス類素材は殆ど悉く不合理不経済
操業に依って造られているのが現状である。

此れは前記半溶融塊セラミックス素材を得るのに従来の
高温型窯業炉を使用しても其の生産が困い間接アークを
熱源として使用して居り而も此の熱源は点熱源で生産品
に多くの焼ムラが生じ、且つ電融の場合と仝様、高電力
料金が生産コストに大きく響いて経済的に其の利用を困
難にしている。

又本願発明の如き半溶融物を含む耐火物の製法は、昭和
４６−３０２８４　（公告４６−９−３）　　で公知で
あるが、本願発明は其の目的製法並に機構が全く異るも
のである。

従って現在の様に電融に依ってファインセラミックス素
材を生産する場合は次に列挙する多くの不合理、不利、
困難が存在する。（１）原料中の不純物を高価のエネル
ギーで除去しなければならない。

（２）使用電炉は多くはニル−炉で其の熱効率は５０％
前後と甚だ低い。（３）融点の高い耐火物原料は一般に
熱伝導性は低く且粘性も低いから電融に長時間を容し、
且つ炉よりの取出し流出の為、温度も上昇せしめ、不必
要なエネルギーの損失が大きい。

（４）電融品をセラミックス素材はとする場合、溶融冷
魂の微粉砕に多大の動力エネルギーを必要とする。（５
）電融目的原料が微粉の時は原料投入の場合電炉の吹上
げに依って原料の逸散飛散が多く実収率を下げる。（６
）電炉操業の場合は絶対に集塵装置の設置を必要とする
。

本願発明は上記の処理、不経済を悉く除去し、更に窯業
炉に依る焼成の困難等を除去して、合理的にファインセ
ラミックス素材を工業的に生産を行う事を目的としてな
されたものである。

本願発明に従えば、高耐火セラミックス原料も充分な高
温域内では給粉が適宜の微粉であるならば、安定型変態
転移、解離合成も瞬間に完了する。

而して此の瞬間は操作に依って制御することは不能の１
０−’ｓｅｃ　とされている。

本願発明（１）は原料鉱物を其の鉱物の持つ特性に従っ
て適宜の粒度に粉砕し、後此の微粉を、セラミックスフ
レーム溶射設備の如き高温火焔噴射装置を使用して、其
の噴射火焔の中央部に空気又は窒素ガスで送扮して焼成
を行う。此の火焔噴射装置は燃料ガスとしてアセチレン
、プロパン其他を使用するが鉱物の半溶融目的に合せて
適宜選択し酸素ガス中で燃焼して必要な高温火焔を得る
もので、セラミックス溶射の場合と違って給粉を溶融す
る必要が全く無く、其の半溶融セラミックス素材に使用
される熱効率は著しく高＜８０％以上である。此の火焔
中央部に送扮された鉱物を温度制御しながら半溶融の状
態に保ち、此の半溶融粉を保持した火焔を、其の直下の
流水中に噴射急冷する。

其の噴射速度は著しく早く通常１３７５ｍ／ｓｅｃ以上
であり、為に急冷の効果を高める事が出来る。

此等の操作をする為に特別な炉を必要とせず、たゾ空気
のドラフトに依る熱源の冷却を防ぐ為に鉄板類にて囲を
造る程度で済み、粉塵の発生がないから集塵機の必要も
無い。

水中に噴射堆積したセラミックス素材は、異種鉱物間の
膨張収縮の差違から互に剥離分離して各単体鉱物となる
から、爾後物理的な手法に依って高純度各鉱物に選別さ
れる。

斯り荏産せられたファインセラミックス素材は１次の様
な多くの特性を持っているのが特徴である。

有の壁間を持たなく又マグネシャ特有の水分等に依る消
化現象を起こさず且つ鉱酸に対する抵抗性も増大する。

上記アルミナ、マグネシャ其他此等合成解離に依って高
温処理を受けた他の多くのファインセラミックス素材も
それぞれの特性を示し、合成スピンネルの如く加熱に依
る膨張後の収縮を起こさない。

尚現在のファインセラミックス素材の要求する超微粉も
此急冷に依って結晶が微細化され爾後の超微粉を得るの
に便利有益であるのも此の特徴の一つである。

本願発明（２）は発明（１）と仝−平手法依って従来ジ
ルコニア立方晶の生産が安定化剤を添加しなけれを得る
事が出来る。

得られたジルコニアは体心立方晶安定型で正方晶単斜晶
を全く含まない半溶融微結晶で、爾後加熱した場合０．
　Ｊ、　ｗｈｉｔｔｍｏｒｅ　に櫨るジルコニア熱膨張
曲線図に示されている通り可逆的直線膨張収縮のみでジ
ルコニア特有の異状変態転移は起らない。

従って得られたファインセラミックスジルコニア素材は
品質９９．９％以上を保つ事が出来る。

以下に此の発明の実施の態様を更に詳しく詳述する。

Ａ）−成分系高温安定型半溶融素材を生産する場合 発明（１）の場合でアルミナ或はマグネシャに就で其の
生産方法を述べる。

化学的に生産された高純度のアルミナ或はマグネシャは
通例微細であるが、原料が本願発明に適応する粒度でな
い場合は通例粉砕して一１００μｍとし此の微粉を２１
００℃にて高熱火焔で瞬間照射し、早い速度で炉の下部
に設置しである流後水洗乾燥を経て製品とする。

更に、発明（２）の場合は例えばジルコニアは（１）と
仝−平手法依るが此の場合焼成温度を２３５０−２６５
０℃域内約２５００℃で焼成すればジルコニア体心立方
晶１００％のファインセラミックス素材を得ることが出
来る。

Ｂ）多成分系の高温安定型半溶融素材を生産する場合 （イ）二成分系鉱物の解離の場合 一例としてジルコニアを得る目的で原料をジルコンとし
た場合に就で記載する。

ジルコン原砂商品は杓ね其の粒度８００ミクロン以下の
砂状であるから、先づジルコニア製ボールミルで微粉砕
して一１００μｍとする。

此の微粉を、酸素と燃料ガスプロパンの供給Ｚｉｒｃｏ
ｎ（ジルコン）は１５００℃より解離が始り完全に解離
する迄は長時間を此の温度では要するが約１９００℃以
上では完全に１００％瞬間此の解離物を焼成炉直下の流
水中に噴射急ジルコニアの熱膨張係数は８．０Ｘ１０−
’で溶融硅酸は０．６Ｘ１０−”で著しく相違し、其の
急冷に依る収縮も亦両鉱物共直線的可逆膨張であるから
其の収縮も亦著しく相違して、此の両鉱物は其の収縮差
に依って水中にてジルコ物をバルブ濃度６０％として、
アトリションスクラッパーミルで処理する。此のミル中
では両鉱物粒子は同体摩擦に依り更にジルコニア粒子表
面に耐着残存した未剥離の溶融硅酸を除去してジルコニ
アは単体となるが更に強靭性のジルコニアと脆弱性の溶
融硅酸は其のＦｒ１ａｂｉｌｉｔｙ（粉砕能）　が著し
く異るから上記ミルでの処理に依って完全に両鉱物と単
体分離が可能となる。

更に此のミルで処理する目的に（１）微粉給鉱ジルコニ
ア粒子が高温処理で溶融硅酸で融着されて粗大となって
いる部分があるから其の部分の砕解と（２）爾後の両鉱
物の比選の際、スライムテーブルへの給鍍粒子の最小限
度が＋７０μｍであるから、出来るだけジルコニア粒子
の微粉化を防ぐ、（３）上記瞬間高熱照射焼成と瞬間急
冷の為、ジルコニア結晶格子の歪に依る残存応力が結晶
内に残留するから、仝ミル操作に依って外圧をジルコニ
ア粒子表面に加えて其の格子歪を除去する等が附随する
。

此の大きな外圧に依って完全に除去する。又に依っても
此の歪は完全に必要があれば除去出来る。

上記ミルより排出された二種鉱物は湿式サイクロン等を
利用してタラシファイヤーで分級して後パルプ濃度３０
％でスライムテーブルにて比重選鉱を行う。此のスライ
ムテーブルの選別能は±５μｍ内外迄精選が可能であり
、普通此の種スライムテーブルでは可能比重差１で其の
比重差実に４．０と太き（、従って前記単体分離が完全
に行われているならば此の両鉱物の精選別は可能であり
且つ其の実収率も９５％と極めて高く効率良く精選され
たジルコニアと溶融硅酸の二産物を得る事が出来る。

又此の比重はＴＢＥ　（Ｓ、Ｇ、３．０）のサイクロン
を利用した重液型破に依っても亦スライムの浮選で精選
された高純度ジルコニアを得る事が出来る。

上記浮選を含めてテーブル等の動力は僅少でコスト経済
に大きく寄与する。

其の後必要に応じて細微粉をマイクロサイザーで行って
、尚残存するかも知れない結晶格子の歪を、此の粉砕の
大きな外圧で完全に除去する。

された高純度溶融硅酸を得る事が出来る。

ジルコニアを得る目的でジルコンを原料とした場合、ジ
ルコンのジルコニア含有率及び型破実収率より計算して
、ジルコンよりジルコニア６０％溶融硅酸３０％が得ら
れることになる。

（ロ）二成分系鉱物の合成半溶融素材を生産するネルの
合成の場合に就で次に記述する。

Ｇ　、Ａ　、　Ｒａｍｋｉｓｔ及びＨ，Ｅ、　Ｍｅｒｗ
ｉｎ　１９１６に櫨るＭｇｏ−αＡ　ｌ　ｘ○、二元系
平衡状態図えば両鉱物は１６００℃より合成が始るが、
完全にスピンネルが合成する迄には長時間を要す１″し て立方体微晶となっている。（半溶融状）此の合成スピ
ンネルを流水中に噴射急冷して半溶融高温安定型スピン
ネルを得る事が出来る。

此の合成されたスピンネルは焼成時に若干の融液を含み
、゛急冷すると其の鉱物のガラス相が混在し且つ未反応
のマグネシャ、アルミナも僅少であるが残存する可能性
があり、又原料粉砕時の不純物の混入も有るが、而し此
等混在鉱物の熱膨張係数はアルミナ＝８０Ｘ１０７マグ
ネシヤ＝　１４０Ｘ１０−’、スピンネル＝９０ＸＩＯ
−’で急冷に依り直線的可逆膨張収縮の為に此等混在鉱
物は互いに剥離現象に依って各単体鉱物となる。故に前
記ジルコニア生産の如き精選方法で高純度スピンネルを
高収率で採取することが出来る。

而して上記鉱物類は其の比重スビンネルキ３．５、マグ
ネシャ＝５．４、アルミナ＝３．９、ダラス相＝４．０
で比重差は大きくないから比重は不利である。

従って浮選に依ってスピンネルのみを浮遊させて高純度
精鉱とする。此の場合スピンネルは十−のイオン捕収剤
の何れにても其の浮選は可能であるから、スピンネルの
みをノノン酸（Ｎｏｎｏｉｃ　Ａｃ１ｄ）及び高級脂肪
酸に依って浮選する。

選別後はサブミクロン迄微粉砕して大きな外圧をスピン
ネルの粒子表面に与えて急冷に依り残存した結晶格子の
歪を除去し、後鉱酸にて処理して混入不純分を除き水洗
乾燥して高純度超微粉スピンネル製品とする。

仝様な手法で、ピコタイ）　（ＭｇＯ：　Ｃｒ２Ｏ３重
量比５８．５％＋４１．５％）、フォルステライト　（
２ＭｇＯ：　Ｓ　ｉ　Ｏ，重量比５７．２％：４２．８
％）、ムライト　（３Ａｌ、ｏ、＝２８ｉｏ２重量比７
１．８％：　２８．２％）　、コージイライト（２Ｍｇ
Ｏ：２ＡＩｉＯｉ　　：５ＳｉＯａ　重量比１３．８％
：３４．９％：５１．３％）、チタン酸マグネ：　Ｔ　
ＩＯ，重量比４９．５％：　５０．５％）　等の高級耐
火セラミックス類は皆スピンネルの場合と仝様其の成分
系平衡状態図を利用してスピンネル合成の場合と仝−の
設備で仝−千手法生産を達成する。

此等の合成に依って生産された鉱物類は等しく高温処理
を受けているからスピンネルの場合仝様膨張後の収縮を
起こさない安定型産物となる事は勿論である。

特許請求範囲（２）に就て更に其の実施の態様を特徴と
する 特許請求範囲（１）と全く仝−千手法ジルコニアを生産
するが、（１）の手法では高温安定型体心立方晶のジル
コニアは得る事が出来ない。

依ってジルコニアの微粉を（１）の製法に従ってＪ　、
Ｒ、ＨｅｌｌｍａｎのＺｒ０２−Ｃａｏ及びＨ，Ｇ。

５ｃｏｔｔ（Ｄ　Ｚ　ｒ　Ｏａ　　Ｙ２０ｓ　の此の二
元両平衡状態図１９７５に見られるジルコニア１００％
の成分域で温度域が２３５０−２６７０℃の範囲即ちジ
ルコニアの立方晶の域内で不必要な加熱エネルギーの損
失を却けて２５００℃で瞬間高温熱照射を行って後此の
ものを流水中に噴射急冷して爾後は【１］の手法で体心
立方微小ジルコニアを得る。得られたヂルコニアは高温
安定型である。

以上詳述した発明から明かな様に本願発明は次の如きす
ぐれた多くの効果を奏するものである。

（１）本願発明は生産にエネルギー源として熱効率の著
しく低く高価な電力を使用しないで安価の燃料を高効率
で使用して、従来の電融品と同質の而も常温で高温型安
定の半溶融品が工業的に大量安価に供給出来る点で其の
生産コストに及ぼす効果は絶大である。

（２）従来ジルコニアは此の安定剤を添加しなければ立
方晶で得る事が不能であった為、止むを得ず、不純分と
なるカルジャ、マグネシャ、イツトリヤ等を添加して其
の添加量も５％以上添加しなければならない為に、折角
のジルコニアの純度を下げて使用することになる。

ジルコニア豆方晶１００％では２７００　’の耐火度の
あるものと添加剤を添加した場合ジルコニア９２−９５
％程度となり、従って耐火度も２５００　’上限で此の
高温域に於ける２００　℃の差異は高耐火ファインセラ
ミックス素材として使用利用上絶大な効果を持つ。

出　　顆　　人　　　松　　１）　恭　　雄２月１７日
差出 添　　付　　書　　類 明細書の（１、発明の名称欄を「窯業鉱物学的に安定し
た鉱物相を持ったファインセラミックスにューセラミッ
クス）原料素材の生産方法」とあるを、「窯業鉱物学的
に安定した鉱物相を持ったファインセラミックス原料素
材の生産方法」と訂正します。

郵便番号 方法」 と訂正します。

以 上 補正の内容 添付別紙の通り

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）耐火原料鉱物の微粉を瞬間高温火焔にて照射し、
   半溶融焼成品を造り後此のものを、火焔直下の流水中に
   噴射し瞬間に急冷して、其の鉱物の高温域内で安定して
   いた鉱物相並びにその物性を常温域に於ても其の■状態
   で 保持している事を特徴とした高温耐火セラミックス原料
   素材の生産方法。
2. （２）請求（１）の手法に依り、ジルコニア（ＺｒＯ＿
   ２）の常温にに於ける安定化に従来の如き安定剤を添加
   しないで常温で安定の体心立方晶ジルコニアを１００％
   生産する方法。