JPH0433760B2 - - Google Patents

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JPH0433760B2
JPH0433760B2 JP2154058A JP15405890A JPH0433760B2 JP H0433760 B2 JPH0433760 B2 JP H0433760B2 JP 2154058 A JP2154058 A JP 2154058A JP 15405890 A JP15405890 A JP 15405890A JP H0433760 B2 JPH0433760 B2 JP H0433760B2
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JP
Japan
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alumina
fiber
heat insulating
polycrystalline
shrinkage rate
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JP2154058A
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JPH03115180A (ja
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Yasuo Saito
Kenichiro Myahara
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Saint Gobain TM KK
Original Assignee
Toshiba Monofrax Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野 本発明は、多結晶高アルミナフアイバーを含む
断熱構造体の製造方法に関する。 従来の技術 近年、省エネルギーのための断熱材としてセラ
ミツクフアイバーの使用が一般的に行なわれるよ
うになつてきている。こうしたセラミツクフアイ
バーの使用量は次第に多くなり、それに伴つて
1600℃までの温度に耐える多結晶高アルミナフア
イバーが開発され、高温用断熱材として使用され
るようになつてきた。 このような多結晶高アルミナフアイバーは従来
からのアルミナ・シリカを主成分とするガラス質
セラミツクフアイバーの使用限界温度以上の高温
でも使用できるように開発されたものであり、ア
ルミナ・シリカを主成分とするものではあるが、
従来一般に使用されていたガラス質セラミツクフ
アイバーと比較するとアルミナ分の高いものであ
る。最近開発されたセラミツクフアイバーの中に
は構成成分の組成として100%アルミナのものも
あるが、通常、シリカを重量で5〜30%含み、第
三成分としてB2O3,Cr2O3,P2O5等を含む。ま
た、結晶相はα−アルミナ、中間アルミナ、ムラ
イト結晶の単一相又はこれらの混合物が主相とし
て存在する。例えば、アルミナ微粉を主原料にし
て作製された100%アルミナフアイバー
(USP3705223)や、95%アルミナと5%シリカ
の組成を有し、α−アルミナ、ムライト結晶から
なるもの(英国ICI社製 商品名「サフイル」)
や、67〜77%アルミナ、23〜33%シリカの他、
B2O3,P2O5,Cr2O3,Fe2O3を少量含み、主とし
てムライト結晶からなるもの(USP4047965)等
が知られている。 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上述した多結晶アルミナフアイ
バーを含む従来のセラミツクフアイバー製高温用
断熱構造体は、1600℃を越える高温では温度が高
くなるにつれて熱安定性が失なわれ、収縮が大き
くなるばかりでなく、機械的強度とくに曲げ強度
が低下するという欠点がある。 発明の目的 本発明は、上記欠点を解消するためになされた
ものであり、熱安定性と高温での強度を改善した
高温用断熱構造体の製造方法を提供することを目
的としている。 問題点を解決するための手段 本願発明は、アルミナ含有率70〜80重量%の多
結晶高アルミナフアイバーを混合させたセラミツ
クフアイバーにアルミナ粉及びコロイダルシリカ
を添加し、多結晶高アルミナフアイバーに対する
アルミナ粉及びコロイダルシリカの比率を重量比
で 0.05≦Al2O3/多結晶 高アルミナフアイバー≦10、 0.15≦SiO2/多結晶 高アルミナフアイバー≦2 の範囲に設定し、成形後、少なくとも有機質結合
材が焼失する温度以上の温度で仮焼する高温用断
熱構造体の製造方法である。 実施例 本願発明においては、多結晶高アルミナフアイ
バーを混合させたセラミツクフアイバー(たとえ
ば多結晶高アルミナフアイバーとガラス質セラミ
ツクフアイバーとの混合フアイバー)にアルミナ
粉及びコロイダルシリカを添加し、それを成形し
て高温用断熱構造体を製造する。 セラミツクフアイバーに占める多結晶高アルミ
ナフアイバーの割合は用途により適宜選定する。 多結晶高アルミナフアイバー中のアルミナ含有
率は70〜80重量%に設定する。そのようにアルミ
ナ含有率70〜80重量%の多結晶高アルミナフアイ
バーを用いるのは、アルミナ含有率が70%未満の
場合には1600℃を超える高温における収縮率が大
きく、用途によつては熱安定性が不十分であるた
めである。一方、アルミナ含有率が80重量%を超
えると、アルミナ粉の添加により収縮率を低下さ
せる効果が顕著ではなくなる。また、アルミナ含
有率が80重量%(特に85重量%)を超える高アル
ミナフアイバーは、製造工程が煩雑であり、工業
的に使用するには適していないためである。 また、アルミナ粉の添加量を重量比で 0.05≦Al2O3/多結晶 高アルミナフアイバー≦10 の範囲としたのは、0.05未満では1600℃を超える
高温における収縮率が大きく、用途によつては熱
安定性が劣るためであり、一方、10を超えると、
1000℃以下の低温における熱伝導率が大きく、断
熱性が劣るためである。コロイダルシリカの添加
量を重量比で 0.15≦SiO2/多結晶 高アルミナフアイバー≦2 の範囲としたのは、2を超えると、1600℃を超え
る高温における収縮率が大きく、熱安定性が劣る
上に、1000℃以下の低温における熱伝導率が大き
く断熱性が劣るためである。他方、SiO2/多結
晶高アルミナフアイバーの値を0.15以上にした理
由を述べると、コロイダルシリカはAl2O3と共に
高温での収縮率を低下させると同時に、加熱後の
強度を向上させる役割を持つからである。
SiO2/多結晶高アルミナフアイバーの比が0.15よ
りも小さい場合には室温〜高温に至る任意の中間
温度、例えば500℃で仮焼した時の強度を十分に
補うことが出来ないのである。 こうした高温用断熱構造体の製造方法の好適な
態様としては、以下のような真空成形法を挙げる
ことができる。 水中で多結晶高アルミナフアイバー、アルミナ
粉、コロイダルシリカ及び(又は)有機結合剤を
良く攪拌して混合した後、型を用いて真空吸引す
ることにより成形体を得て、この成形体を乾燥さ
せる。そして、乾燥物を少なくとも有機質結合材
が焼失する温度以上の温度で仮焼する。 本発明の高温用断熱構造体の製造方法は、上述
した真空成形法に限らず、たとえば多結晶高アル
ミナフアイバー、アルミナ粉、コロイダルシリカ
及び(又は)有機結合剤をペースト状に練りわせ
たものを型に流し込んで乾燥させる方法(ペース
ト流し込み法)や、上記原料を粘土状に練つたも
のを型に入れてスタンプする方法(スタンプ法)
や、プレス成形する方法(プレス成形法)として
実施してもよい。 以下、本発明の実験例と比較例を説明する。 比較例 1〜10 まず、比較例として多結晶高アルミナフアイバ
ーにAl2O3を添加した組成について述べる。比較
例を示すことによりAl2O3の役割を理解し易くし
ている。多結晶高アルミナフアイバーとしてAl2
O372重量%、SiO228重量%の化学組成でムライ
ト結晶からなる平均繊維径3μmの短繊維(以下、
ムライトフアイバーと称する)60gを用い、有機
結合剤として澱粉3%水溶液680gとともに100メ
ツシユの焼結アルミナ粉をムライトフアイバーと
の重量比が下記第1表に示す値となるように添加
し、これらを水20中で十分に攪拌混合した。次
に、15cmx15cmの型を用いて真空成形した後、乾
燥して断熱構造体を得た。これらの断熱構造体
は、分析の結果、明らかにムライトフアイバー、
アルミナ粉及び澱粉からなることが確認された。
つづいて、500℃で仮焼して澱粉を燃焼揮散させ
た。 得られた断熱構造体について密度、1650℃及び
1750℃における収縮率、曲げ強度並びに、室温、
1000℃,1700℃における熱伝導率を測定した。そ
の結果を下記第1表に併記する。 なお、収縮率は各断熱構造体から10cmx4cmx1
cmの寸法(L0)の試料を切り出し、1650℃及び
1750℃において24時間加熱後の寸法(L′)から下
記式 (L0−L′)/L0x100(%) により求めた。 曲げ強度の測定は500℃で仮焼したもの及び
1650℃で収縮率を測定した後の試料について行つ
た。試料の大きさは幅3.5cm長さ9cmで、スパン
の幅を7cmにして三点曲げ強度を測定した。500
℃で仮焼したものは低温で有機質結合材が焼失し
た時点の強度を代表して示し、1650℃で加熱した
後の強度は高温で使用した後の強度を代表して示
しているとし、測定値を3段階に評価して第6表
に示した。評価の基準を次に示す。 X:強度が小さく取扱い時に変形し易い。 △:強度は小さいが、ていねいな取扱いには十
分耐え得る。 ○:強度が大きく、取扱いも容易である。 上記第1表から明らかなように比較例1及び2
の断熱構造体はAl2O3とムライトフアイバーとの
重量比が0.05未満であるため、特に1750℃におけ
る収縮率が大きく、熱安定性に劣る。また、比較
例10の断熱構造体はAl2O3とムライトフアイバー
との重量比が10を超えるため、1000℃以下の温度
における熱伝導率が大きく、断熱性に劣る。これ
に対して、比較例3〜9の断熱構造体はいずれも
収縮率が小さく熱安定性に優れ、また熱伝導率が
どの温度でも小さく断熱性も優れている。しか
し、コロイダルシリカが添加されていないので、
500℃で仮焼後の強度が十分でない。すなわち、
室温〜高温に至る中間温度に於ける強度が十分と
は言えない。 実験例1〜7及び比較例11〜13 Al2O372重量%、SiO228重量%のムライトフア
イバー60gに、SiO2含有率20重量%のコロイダル
シリカ68g、有機結合剤として澱粉3%水溶液
680gとともに1000メツシユの焼結アルミナ粉を
ムライトフアイバーとの重量比が下記第2表に示
す値となるように添加し、これを水20中で充分
に攪拌混合した。次に、15cmx15cmの型を用いて
真空成形した後、乾燥して断熱構造体を得た。こ
れらの断熱構造体は分析の結果、明らかにムライ
トフアイバー、アルミナ粉、コロイダルシリカ及
び澱粉からなることが確認された。つづいて、
500℃で仮焼して澱粉を燃焼揮散させた。 得られた断熱構造体について、密度、1650℃と
1750℃における収縮率、曲げ強度、及び室温、
1000℃,1700℃における熱伝導率を測定した。そ
の結果を下記第2表及び第6表に併記する。 上記第2表から明らかなように、比較例1及び
12の断熱構造体はAl2O3とムライトフアイバーと
の重量比が0.05未満であるため特に1750℃におけ
る収縮率が大きく、熱安定性に劣る。また、比較
例13の断熱構造体はAl2O3とムライトフアイバー
との重量比が10を超えるため、1000℃以下の温度
における熱伝導率が大きく、断熱性に劣る。これ
に対して、本発明の実験例1〜7の断熱構造体は
いずれも収縮率が小さく熱安定性に優れ、また熱
伝導率がどの温度でも小さく、断熱性も優れてい
る。しかし、さらに加熱後の強度も十分であつ
た。 実験例8〜12および比較例15 上記第2表から熱安定性および断熱性が最良と
判定されたAl2O3/ムライトフアイバーの重量比
2.0を一定にしてコロイダルシリカをSiO2/ムラ
イトフアイバーが重量比で下記第3表に示す値と
なるように添加し、前記方法と同様に15cmx15cm
の型を用いて真空成形した後、乾燥して断熱構造
体を得た。 これらの断熱構造体について密度、収縮率、曲
げ強度及び熱伝導率を測定し、その結果を下記第
3表及び第6表に併記する。 上記第3表から明らかなように比較例14の断熱
構造体は収縮率が小さく熱安定性に優れている
が、SiO2とムライトフアイバーとの重量比が0.15
以下であるので、500℃で仮焼後の曲げ強度が十
分とは言えない。また比較例15の断熱構造体は
SiO2とムライトフアイバーとの重量比が2を超
えるため、収縮率が大きく、熱安定性に劣るのに
対し、実験例8〜12の断熱構造体はいずれも収縮
率が小さく熱安定性に優れ、熱伝導率が小さく断
熱性も優れている。さらに加熱後の強度も十分で
あつた。 実験例13,14及び比較例16〜19 下記第4表に示す各種多結晶高アルミナフアイ
バー及びガラス質セラミツクフアイバーを用い、
これらフアイバーにアルミナ粉及びコロイダルシ
リカを重量比でそれぞれAl2O3/フアイバー=
2.0,SiO2/フアイバー=0.3となるように添加
し、前記したと同様な方法で断熱構造体を得た。 これらの断熱構造体について、密度、収縮率、
曲げ強度及び熱伝導率を測定し、その結果を下記
第4表及び第6表に併記する。 上記第4表からも明らかなように、比較例18及
び19の断熱構造体は高アルミナフアイバーとして
アルミナ含有率が70%未満のガラス質セラミツク
フアイバーのみを用いているため、収縮率が大き
く、熱安定性が劣るのに対し、比較例16,17及び
実験例13,14の断熱構造体はいずれも収縮率が小
さく、熱安定性に優れ、また熱伝導率が小さく、
断熱性にも優れている。さらに加熱後の強度も十
分であつた。 実験例25,26 上述した真空成形法以外の方法により製造され
た断熱構造体について、熱安定性及び断熱性を調
べるために以下のような2つの方法により断熱構
造体を得た。 (I) Al2O372重量%、SiO228重量%のムライ
トフアイバーに、325メツシユの電融アルミナ
粉及び30%のSiO2を含むコロイダルシリカを
重量比でそれぞれAl2O3/ムライトフアイバー
=0.3,SiO2/ムライトフアイバー=0.15の割
合で添加して粘土状に混合し、23cmx6.5cmの型
に入れてスタンプし、乾燥して断熱構造体を得
た。(実験例15)。 () 前述の(I)と同じ組成のムライトフア
イバーにアルミナ粉とコロイダルシリカとを上
記(I)と同一割合で添加し、さらに2%メチ
ルセルロース溶液を重量比で2%メチルセルロ
ース溶液/ムライトフアイバー=7.5の割合で
加えてペースト状に練り合わせた後、15cmx15
cmの型に流し込み、乾燥して断熱構造体を得た
(実験例16)。 これらの断熱構造体について、密度、収縮率、
曲げ強度及び熱伝導率を測定した。その結果を下
記第5表及び第6表に示す。
【表】
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Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 セラミツクフアイバーにアルミナ粉及びコロ
    イダルシリカを添加して成形する高温用断熱構造
    体の製造方法において、 アルミナ含有率70〜80重量%の多結晶高アルミ
    ナフアイバーをセラミツクフアイバーに混合さ
    せ、かつ、多結晶高アルミナフアイバーに対する
    アルミナ粉及びコロイダルシリカの比率を重量比
    で 0.05≦Al2O3/多結晶 高アルミナフアイバー≦10、 0.15≦SiO2/多結晶 高アルミナフアイバー≦2 の範囲に設定し、成形後、少なくとも有機結合材
    が焼失する温度以上の温度で仮焼することを特徴
    とする高温用断熱構造体の製造方法。
JP15405890A 1990-06-14 1990-06-14 高温用断熱構造体の製造方法 Granted JPH03115180A (ja)

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