JPH0365553A - ムライト系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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はムライト系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
ライト系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！２０３とＳｉＯ２からなり、化学組成
は理論的には３ＡＩＬ２０３−２Ｓ　ｉ　０２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。

ムライトセラミッ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、バイヤーアルミナ、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
イト系セラミックスはアルくナセラミックスと同様、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Ａ１２０３Ｓｉ０２ボンデイングが分解し
、５ｉ０２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系焼結体及びそ
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）のムライト系焼結体は、８４Ｃ（炭化硼素
）及びムライトよりなり、８．４Ｃ含有量がムライトに
対して５〜３０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 請求項（２）のムライト系焼結体の製造方法は、精製粘
土鉱物、バイヤーアルミナ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、Ａ　１１２０　ｓ
　／　Ｓ　Ｉ　Ｏ２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８
４Ｃを前記調合原料に対して５〜３０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戒心し、成形体を１５５０℃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、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）のムライト系焼結体は、ムライトに対して
５〜３０重量％のＢ４Ｃを含有するものである。Ｂ４Ｃ
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、３０重量％を超えると
８４Ｃの量が多くなり過ぎて、ムライト系焼結体として
の特性が損なわれる。従って、本発明においては、Ｂ　
４　Ｃ含有量はムライトに対して５〜３０重量％とする
。特に、８４Ｃ含有量がムライトに対して７〜２０重量
％であると、とりわけ高強度なムライト系焼結体を得る
ことができる。

請求項（１）のムライト系焼結体中のムライト結晶は、
粒径が１００μｍ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
るムライト系焼結体の曲げ強度が低下し、また１０μｍ
よりも小さいとＢ４Ｃ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１
０〜１００１．１ｍ、好ましくは１０〜５０μｍとする
。

一方、ムライト結晶又は粒界面に取り込まれてムライト
系焼結体内に含有されているＢ＋Ｃ粒子の粒径が微細過
ぎると表面活性が生じ、８４Ｃ自身の表面酸化が起きる
。また、ムライトと均一に混合することが難しい。逆に
８４Ｃ粒子の粒径が大き過ぎるとムライト結晶粒界にの
みＢ４Ｃが存存するようになり、粒界クラック文士（Ｄ
　ＥＣ因）：　）ｘる。従っ“Ｃ１本発明「おいＴ′、
Ｂ４Ｃ粒子の粒イＩは３０７ｚ　ｍ以下、特！＝：　１
０　μｍ以下、とりゎ＋−３：ｑ〜・１０７１ｍである
ことが好ましい。

なお、ムライト系焼結体中のムライトはでの組成が理論
組成０”）　Ａ　ｊ２　；！０２　／　Ｓ　ｉ　Ｏ２＝
３／２（モル比）　即ち７１．８／２８．２Ｃ重量％）
であることが好ま１ノい。ムライ１組成のＡｌ１２０３
が理論組成よりも多過ぎるどＡ　ｆｌ　２０つ中にムラ
、７Ｆ・結晶が分散した形と・なり十分な強度が得られ
ｌｚ　ｊ、）。道に、ムライト組成σ′）ＳｉＯ２が理
論組成よりも多過ぎると、ムライト中シ涜離シリカ相が
ガラス相となって生成１ノ、１−分な高温強度が得らｉ
″１ない。従って、ムライト系焼結体中のムライトは、
理論組成Ａｌ２２０ｓ／Ｓ　ｉ　Ｏ２＝　３　／　２　
（モル比）「できるだけ近い組成であるこεが好ましい
。

このような請求項（１）のムライト系焼結体は請求項（
２）の方法「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。

」ユ下Ｉ：、請求項（２）のムライ）・系焼結体の製造
方法医＝ついて説明する。

請求項（２）の方法にわいては、まず、原料として精製
粘子鉱物、バイヤーアル主す、又は珪石（シリカ）を用
い、Ａ　ｊ２２０３　／　Ｓ　ｉ　Ｏ２組成比がムライ
ト生成範囲、好ましくはＡｆｌｗ　０３　／Ｓ　ｉ　Ｏ
２＝　３　／　２　（モル比）となるように調合する。

ごの場合、特こて原料と１７で（よ精製カオリンどバイ
ヤ・−・アル煮す、或いは、バイヤーアルミナと１１石
を用いるのが好Ｊ」）い。これらの原料はその所要ｆｆ
ｌをボールミル、又はアト・ライター等によりアルコ・
〜ル等を用いて９０％以上が粒径５μｍ以下となるよう
に１　？Ｗ式粉砕する。次に、得られた粉砕物に粒径３
０４ｍ以下、好ましくは１ｏμｎ１以下、特に３　＝−
１０μｍの８４Ｃを該粉砕物に対して５〜３０重量％、
好ましくは７〜２０瑣量％添加し、更にボールミル等で
混合する。

得られた混合物は乾燥、解砕１ノだ後、ポリビニルアル
−ｙ−ル（ＰＶＡ）等の有機質バインダーを用いて成形
する６成形は３００　ｋ　ｇ、　ｆ　／　ｅ　ｍ”以上
での加「成形後、１０００　ｋ　ｇ　ｆ　／　ｃ　＋−
ｎＦ以りでの静水圧プレス成形による３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、ムライト系焼結体を得る。この場合、昇温速度は
５０〜＝、、２００℃／１１ｒとするのが好ましく、焼
成温度は１５５０℃以上、好まｌ、２＜は１５５０〜１
６５０℃、１″１ノ、焼成時間は１時間以上、好ましく
は１〜３時間ヒするのが好ましい。なお、ホットプレス
を採用する場合、圧力は３００〜６００　ｋ　ｇ　／　
ｃ　ｄ程度とするのが好ｉｔ。

い。

［作用］ 一般に、精製カオリン、バイヤー・アルミナ又は珪石等
の原料を用いて、これをボールなル等で微粉砕して混合
しても、原子１ノ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社は長時間を必要
たする。

これに対１ノで、ムライト組成中に第２相としてＢ４Ｃ
粒子を５〜３０重量％添加すると、ボールゑル等による
粉砕混合でも、通常の成形、焼成（ζより高温強度に優
れたムライト系焼結体が得ら４する。

このＢ４Ｃ添加による高温強度改善の機構の詳細は明ら
かでＩｆ　ｔｔいが、ムライト結晶内又は粒界面に取り
込まれたＢ４Ｃ粒子がムライト中の５ｉ０２のガラス相
への移動をブロックしているため、更「は、Ｂ４Ｃ粒子
がムライト結晶粒内や結晶粒界へ分ｎ）ζし、ムライト
結晶の成長を抑制し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１，２、比較例１ 精製しまたカオリナイト・ｋ：組成がＡｌ２Ｏ３／Ｓｉ
Ｏ２０３　／５ｉＯ２＝３／２（モル比）となるように
アルミナを添加し、ボールミル（Ｚｒ０２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（７１〜ライター）を用
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５μｍ以下となるように粉砕した後、
これに８４Ｃ粉末（デンカ社製°：平均粒径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
ールミルで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（ＰＶＡ）を５重量％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
　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒｎ”で成形した後、ラバープレス
によりｆ５００ｋｇ／ｃ１１１１で更に加圧して生形体
を得た。この生形体を焼結してムライト系焼結体を得た
。なお、焼結はホットプレスを用い、昇温速度は１５０
℃／　ｈ　ｒとし、３００　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒｎ”に
て１５５０℃で１時間行なった。

得られたムライト系焼結体の諸特性を第１表に示す。

第　　１ 表 第１表より所定量の８４Ｃを添加したムライト系焼結体
により、常温から１３００℃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］ 以上詳述した通り、本発明のムライト系焼結体は、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
、本発明のムライト系焼結体は、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系焼結体は、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）Ｂ＿４Ｃ及びムライトよりなり、Ｂ＿４Ｃ含有量
   がムライトに対して５〜３０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
   ト系焼結体。
2. （２）精製粘土鉱物、バイヤーアルミナ及び珪石よりな
   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５μ
   ｍ以下となるように湿式粉砕した後、粒径３０μｍ以下
   のＢ＿４Ｃを前記調合原料に対して５〜３０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１５５
   ０℃以上の温度で１時間以上焼成することを特徴とする
   ムライト系焼結体の製造方法。