JPH03146463A - ムライト質焼結体及びその製造方法 - 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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明はムライト質焼結体及びその製造方法に係り、特
に高温強度等の特性に優れ、しかも安価に提供されるム
ライト質焼結体及びその製造方法に関する。

［従来の技術］ ムライトはＡｊ！ａ　Ｏｓと５１０２からなり、化学組
成は理論的には３ＡｆＬ２０ｓ−２ＳｉＯ２であり、そ
の特性としては、耐熱性に優れ、特にクリープ特性が良
好である。また、熱衝撃特性は良好であるが電気的特性
はあまり良くない。

ムライトセラよツクスはオールドセラミックスに属し、
その研究の歴史は永く、原料としては、アルミナ源とし
てカオリン、バイヤーアル稟す、シリカ源として珪石が
主に用いられている。最近では、天然ムライトを改質す
ることにより、合成ムライト並の物性を出すことができ
るようになったが、この研究の主体はムライト組成中の
ＳｉＯ２相の析出及びガラス化の防止であり、原料の調
製や焼結条件などを検討したものである。

一方、ファインセラミックス技術を用いた高純度ムライ
トという理論組成の素材もあり、これは金属アルコキシ
ドから理論組成となるように共沈法で製造したものであ
る。

しかして、これらの原料を目的に合わせて混合し、焼結
したものがムライト系セラミックス材料といわれ、ムラ
イト系セラよツクスはアルミナセラ稟ツクスと同様、高
温強度が比較的大きく、天然原料を用いたものは安価な
素材であることから、炉材、サヤ、セッター材、耐熱材
、構造材等、主に耐火材料として用いられてきた。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のムライト系セラミックスのうち、天然ムライトを
改質したものでは、長期間の使用や高温使用時に、もと
もと入っているＡｌ１０３−３ｉＯ２ボンデイングが分
解し、ＳｉＯ２がムライト粒界にガラス相として析出す
る。このため、強度が著しく低下し、連続的な使用や繰
り返しの使用に難があった。

アルコシキト法による高純度ムライトは、上記欠点を解
決するために開発されたものであるが、高純度ムライト
は高温強度、耐久性等に大きな改善効果を有するものの
、価格が高いために従来より用いられている耐熱材料等
の工業材料の分野で使用するにはコスト的に不利であっ
た。

本発明は上記従来の問題点を解決し、高温強度等の特性
に優れ、かつ安価に提供されるムライト質セラくツクス
焼結体及びその製造方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 請求項（１）のムライト質焼結体は、Ａ４２Ｎ（窒化ア
ルミニウム）、ＭｇＯ及びムライトよりなり、ＡｆＮ％
ＭｇＯ含有量がムライトに対して各々５〜４０重量％、
１〜１０重量％であって、ムライト粒径が１０〜１００
μｍであることを特徴とする 請求項（２）のムライト質焼結体の製造方法は、精製粘
土鉱物、バイヤーアル主す、水酸化アルミニウム及び珪
石よりなる群から選ばれる少なくとも２種を主原料とし
て、ＡＩｔ２０ａ　／ＳｉＯ２の組成比がムライト生成
範囲となるように調合し、該調合原料を９０％以上が粒
径５μｍ以下となるように湿式粉砕した後、粒径３０μ
ｍ以下のＡｆＬＮを前記調合原料に対して５〜４０重量
％、粒径１μｍ以下のＭｇＯを前記調合原料に対して１
〜１０重量％添加混合し、次いで、得られた混合物を乾
燥、解砕し、その後、有機質バインダーを用いて成形し
、成形体を１６００℃以上の温度で１時間以上焼成する
ことを特徴とする。

即ち、本発明は、原料として従来より用いられている安
価な原料を用い、物性改良の手段として、特定のセラミ
ックス粒子を第２相としてムライト結晶内又は粒界面に
分散させることにより高強度化を図り、更に、ＭｇＯの
添加により遊離したガラス状シリカを固溶体として固定
し、高純度合成ムライト並の特性を有する材料を提供す
るものである。

以下に本発明の詳細な説明する。

請求項（１）のムライト質焼結体は、ムライトに対して
５〜４０重量％のＡＪ２Ｎと１〜１０重量％のＭｇＯを
含有するものである。ＡＪ２Ｎの含有量がムライトに対
して５重量％未満では本発明による強度の改善効果が得
られず、４０重量％を超えるとＡｆＮの量が多くなり過
ぎて、ムライト質焼結体としての特性が損なわれる。従
って、本発明においては、ＡｉＮ含有量はムライトに対
して５〜４０重量％とする。特に、ＡｉＮ含有量がムラ
イトに対してｌＯ〜２０！ｉ量％であると、とりわけ高
強度なムライト質焼結体を得ることができる。

一方、ＭｇＯの含有量がムライトに対して１重量％未満
では後述のムライト生成時に遊離するガラス相を十分に
固定することができず、強度改善効果が十分ではなく、
１０重量％を超えるとＭｇＯ相が大きくなり好ましくな
い。従って、本発明においては、ＭｇＯ含有量はムライ
トに対して１〜１０１ｉ量％とする。特に、ＭｇＯ含有
量がムライトに対して２〜５重量％であると、とりわけ
高強度なムライト質焼結体を得ることができる。

請求項（１）のムライト質焼結体中のムライト結晶は、
粒径が１１００ａの範囲のものである。

ムライト結晶の粒径が１００μｍよりも大きいと得られ
るムライト質焼結体の曲げ強度が低下し、また１０μｍ
よりも小さいとＡＪ２Ｎ粒子やＭｇＯ粒子をムライ、ト
結晶内又は粒界面に取り込み難くなる。従って、ムライ
ト結晶の粒径は１０〜１００μｍ、好ましくは１０〜５
０μｍとする。

一方、ＡｉＮ粒子の粒径が微細過ぎるとムライトと均一
に混合することが難しい、このため、ムライト結晶粒内
に均一に取り込まれなくなる。逆にＡＩＮ粒子の粒径が
大き過ぎるとムライト結晶粒界にのみＡｊ！Ｎが存在す
るようになり、粒界クラック発生の原因となる。従って
、本発明において、ＡｉＮ粒子の粒径は３０μｍ以下、
特に１０ｕｍ以下、とりわけ３〜１０μｍであることが
好ましい。

また、ＭｇＯ粒子の粒径は、大きいとＳｉＯ２と、の反
応性に劣ることから、１μｍ以下、好ましくは０．５μ
ｍ以下とする。

なお、ムライト質焼結体中のムライトはその組成が理論
組成のＡ　Ｊ２２０　ｓ　／　Ｓ　ｉ　Ｏ２！３／２（
モル比）　即ち７２Ｏ３／ＳｉＯ８７２８．２（重量％
）であることが好ましい、ムライト組成のＡｌ１２　ｏ
ｓが理論組成よりも多過ぎるとＡｕ２０３中にムライト
結晶が分散した形となり十分な強度が得られない、逆に
、ムライト組成の５ｉ０２が理論組成よりも多過ぎると
、ムライト中に遊離シリカ相がガラス相となって生成し
、十分な高温強度が得られない、従って、ムライト質焼
結体中のムライトは、理論組成Ａｊ！２０ｓ　／Ｓ　ｉ
　０２　＝３／２　（モル比）にできるだけ近い組成で
あることが好ましい。

以上のように、可能な限りシリカガラス相が析出しない
ようにしても、若干の析出があり、このため十分に強度
を上げることはできない、ここにＭｇＯを添加した場合
、ムライト生成時に遊離する若干のシリカガラスが、こ
のＭｇＯと反応して固定されるため、ムライト粒界にガ
ラス相として析出しなくなり、高強度なものとなる。Ｍ
ｇＯの添加量を１〜１０重量％、より好ましくは２〜５
重量％とすると、遊離ガラス相は、コージライトとして
固定されているものと思われ、Ｘ線回折では含有量が少
ないため確認できないが、非常に高強度なものとなった
。なお、前述の如く、ＭｇＯの添加量が多すぎるとＭｇ
Ｏ相が大きくなり好ましくない、また、少なすぎると遊
離ガラス相を十分固定できなくなり効果がない。

このような請求項（１）のムライト質焼結体は請求項（
２）の方法により容易かつ効率的に低コストにて製造す
ることができる。

以下に請求項（２）のムライト質焼結体の製造方法につ
いて説明する。

請求項（２）の方法においては、まず、原料として精製
粘土鉱物、′パイヤーアルミナ、水酸化アルミニウム又
は珪石（シリカ）を用い、ＡＡａＯａ／ＳｉＯ２組成比
がムライト生成範囲、好ましくはＡ　ｊ！　２０　ｓ　
／　Ｓ　ｉ　Ｏ２＝　３　／　２（モル比）となるよう
に調合する。この場合、特に原料としては精製カオリン
とパイヤーアルミナ又は水酸化アル主二りム、或いは、
パイヤーアルミナ又は水酸化アルミニウムと珪石を用い
るのが好ましい、これらの原料はその所要量をボール主
ル、又はアトライター等によりアルコール等を用いて９
０％以上が粒径５μｍ以下となるように湿式粉砕する６
次に、得られた粉砕物に粒径３０μｍ以下、好ましくは
１０μｍ以下、特に３〜１０μｍのＡｆｔＮを該粉砕物
に対して５〜４０重量％、好ましくは１０〜２０重量％
添加し、更に１μｍ以下のＭｇＯを１〜１０重量％、好
ましくは２〜５重量％添加しポールよル等で混合する。

得られた混合物は乾燥、解砕した後、ポリビニルアルコ
ール（ＰＶＡ）等の有機質バインダーを用いて成形する
。成形は３００　ｋ　ｇ　ｆ　／　ｃ　ｒｎ’以上での
加圧成形後、１００１００Ｏ／ｃｍ’以上での静水圧プ
レス成形による２段成形で行なうのが好ましい。

得られた成形体はホットプレス又は常圧焼結により焼成
し、ムライト質焼結体を得る。この場合、昇温速度は５
０〜ｂ 好ましく、焼成温度は１６００℃以上、好ましくは１６
００〜１６５０℃とし、焼成時間は１時間以上、好まし
くは１〜３時間とするのが好ましい、なお、ホットプレ
スを採用する場合、圧力は３００〜６００　ｋ　ｇ　／
　ｃ　ｍ’程度とするのが好ましい。

【作用］ 一般に、精製カオリン、バイヤーアル主す、水酸化アル
ミニウム又は珪石等の原料を用いて、これをボールミル
等で微粉砕して混合しても、原子レベルで理論組成に混
合することは不可能であり、焼結により拡散させるため
には長時間を必要とする。

これに対して、ムライト組成中にＮ２相としてＡｊｌＮ
粒子を５〜４０１ｉ量％、ＭｇＯ粒子を１〜１０重量％
添加すると、ボールよル等による粉砕混合でも、通常の
成形、焼成により高温強度に優れ、たムライト質焼結体
が得られる。

このＡＪＺＮ添加による高温強度改善の機構の詳細は明
らかではないが、ムライト結晶内又は粒界面に取り込ま
れたＡｉＮ粒子がムライト中の５ｉＯｚのガラス相への
移動をブロックしているため、更には、ＡＩＮ粒子がム
ライト結晶粒内や結晶粒界へ分散し、ムライト結晶の戊
辰を抑制しているためと考えられる。まり、Ｍｇｏ添加
については、遊離シリカ（ガラス相）がＭｇＯと反応し
てコージライトなどの結晶となり、固定されるため、ガ
ラス相の析出がなくなり、高温強度の大きなものとなっ
ているためと考えられる。

［実施例］ 以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。

実施例２Ｏ３／ＳｉＯ２、比較例１ 精製しにカオリナイトに組成がＡＪ！ａ　Ｏ３／５ＩＯ
ａ＝３／２（モル比〉となるようにアルミナを添加し、
ボールミル（ＺｒＯａボール）によりアルコールを用い
て４８時時間式粉砕した。なお、この場合、メディア攪
拌型粉砕機（アトライター＞　ヲ用いると１〜２時間で
処理することが可能である。原料を９０％以上が粒径５
μｍ以下となるようじ粉砕した後、これにＡｆｔＮ粉末
（電気化学工業社製）及びＭｇＯ粉末（三菱鉱業セメン
ト■製：平均粒径０．５μｍ）を第１表に示す量添加し
く比較例１は添加せず）、更にボールよルで５時間混合
した。これを乾燥、解砕した後、有機質バインダー（Ｐ
ＶＡ）を５３ｉ量％添加して十分に混練した。

混練物をプレス成形により５０ｍｍφＸ５ｍｍに５００
ｋｇ／ｃｒｎ’で成形した後、ラバープレスにより１５
００ｋｇ／ｅｒｒ？で更に加圧して成形体を得た。この
成形体を焼結してムライト質焼結体を得た。なお、焼結
はホットプレスを用い、昇温速度は１５０℃／　ｈ　ｒ
とし、３０Ｏｋｇ／ｃｒｒ？にて１６００℃で１時間行
なった。

得られたムライト質焼結体の緒特性を第１表に示す。

ＴＳ１表 第１表より所定量のＡｆＬＮ及びＭｇＯを添加したムラ
イト質焼結体により、常温から１３００’ｅといった高
温まで安定して著しく高い強度が得られることが明らか
である。

［発明の効果コ 以上詳述した通り、本発明のムライト！焼結体は、安価
な原料を用いて低コストに提供されるものであり、しか
も、高温強度、耐久性等の特性に著しく優れる。従って
、本発明のムライト質焼結体は、工業用耐火材料等とし
て、長期にわたり極めて有効に使用することができる。

しかして、このような本発明のムライト質焼結体は、本
発明の方法により容易かつ効率的に低コストにて製造す
ることが可能とされる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＡｌＮ、ＭｇＯ及びムライトよりなり、ＡｌＮ含
   有量がムライトに対して５〜４０重量％、ＭｇＯ含有量
   がムライトに対して１〜１０重量％であって、ムライト
   粒径が１０〜１００μｍであることを特徴とするムライ
   ト質焼結体。
2. （２）精製粘土鉱物、パイヤーアルミナ、水酸化アルミ
   ニウム及び珪石よりなる群から選ばれる少なくとも２種
   を主原料として、Ａｌ＿２Ｏ＿３／ＳｉＯ＿２の組成比
   がムライト生成範囲となるように調合し、該調合原料を
   ９０％以上が粒径５μｍ以下となるように湿式粉砕した
   後、粒径３０μｍ以下のＡｌＮを前記調合原料に対して
   ５〜４０重量％、粒径１μｍ以下のＭｇＯを前記調合原
   料に対して１〜１０重量％添加混合し、次いで、得られ
   た混合物を乾燥、解砕し、その後、有機質バインダーを
   用いて成形し、成形体を１６００℃以上の温度で１時間
   以上焼成することを特徴とするムライト質焼結体の製造
   方法。