JPH0446058A - アルミナ・シリカ系焼結体及びその製造方法 - Google Patents
アルミナ・シリカ系焼結体及びその製造方法Info
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- JPH0446058A JPH0446058A JP2154654A JP15465490A JPH0446058A JP H0446058 A JPH0446058 A JP H0446058A JP 2154654 A JP2154654 A JP 2154654A JP 15465490 A JP15465490 A JP 15465490A JP H0446058 A JPH0446058 A JP H0446058A
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- mullite
- silica
- alumina
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- sintered body
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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。
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]
本発明はアルミナ・シリカ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
されるアルミナ・シリカ系焼結体及びその製造方法に関
する。
係り、特に高温強度等の特性に優れ、しかも安価に提供
されるアルミナ・シリカ系焼結体及びその製造方法に関
する。
C従来の技術]
ムライトはA J22.0 、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。
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、天然ムライトを改賞す
ることにより、合成ムライト並の物性を比すことができ
るようになったが、この研究の主体はムライト組成中の
シソカ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。
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、天然ムライトを改賞す
ることにより、合成ムライト並の物性を比すことができ
るようになったが、この研究の主体はムライト組成中の
シソカ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合成ム
ライトという理論組成の素材もあり、これは金属アルコ
キシド等の方法で理論組成となるように共沈法で製造し
たものが主である。
ライトという理論組成の素材もあり、これは金属アルコ
キシド等の方法で理論組成となるように共沈法で製造し
たものが主である。
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ミ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。
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ミ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a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、Af
1203−5 i 02ボンデイングが分解し、シリカ
がムライトの結晶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
使用に難があつた。
改質したものでは、長期間の使用や高温使用時に、Af
1203−5 i 02ボンデイングが分解し、シリカ
がムライトの結晶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
使用に難があつた。
アルコシキト法による高純度合成ムライトは、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。
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組成のアルミナ
・シリカ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。
に優れ、かつ安価に提供されるムライト組成のアルミナ
・シリカ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)のアルミナ・シリカ系焼結体は、ZrO2
(酸化ジルコニウム)及びムライトよりなり、Z ro
2含有量がムライトに対して3〜30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)のアルミナ・シリカ系焼結体の製造方法は
、精製粘土鉱物、バイヤーアルミナ、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、AJ2203/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
30μm以下のZ r02を前記調合原料に対して3〜
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1600℃以上の温度で1時間以上焼成するこ
とを特徴とする。
(酸化ジルコニウム)及びムライトよりなり、Z ro
2含有量がムライトに対して3〜30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)のアルミナ・シリカ系焼結体の製造方法は
、精製粘土鉱物、バイヤーアルミナ、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、AJ2203/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
30μm以下のZ r02を前記調合原料に対して3〜
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、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。
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)のアルミナ・シリカ系焼結体は、ムライト
に対して3〜30重量%のZ r02を含有するもので
ある。Zr0aの含有量がムライトに対して3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Z ro2の量が多くなり過ぎて、アル
ミナ・シリカ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、ZrO2含有量はムライトに対
して3〜30重量%とする。特に、ZrO2含有量がム
ライトに対して5〜20重量%であると、とりわけ高強
度なアルミナ・シリカ系焼結体を得ることができる。
に対して3〜30重量%のZ r02を含有するもので
ある。Zr0aの含有量がムライトに対して3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Z ro2の量が多くなり過ぎて、アル
ミナ・シリカ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、ZrO2含有量はムライトに対
して3〜30重量%とする。特に、ZrO2含有量がム
ライトに対して5〜20重量%であると、とりわけ高強
度なアルミナ・シリカ系焼結体を得ることができる。
請求項(1)のアルミナ・シリカ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アル
ミナ・シリカ系焼結体の曲げ強度が低下し、また10μ
mよりも小さいとZrO2粒子が結晶内又は粒界面に取
り込まれ難くなる。従って、ムライト結晶の粒径は10
〜100μm、好ましくは10〜50μmとする。
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アル
ミナ・シリカ系焼結体の曲げ強度が低下し、また10μ
mよりも小さいとZrO2粒子が結晶内又は粒界面に取
り込まれ難くなる。従って、ムライト結晶の粒径は10
〜100μm、好ましくは10〜50μmとする。
一方、ZrO2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、逆にZrO2粒子の粒径
が大き過ぎるとムライト結晶粒界にのみZrO2が存在
するようになり、粒界クランク発生の原因となる。従っ
て、本発明において、ZrO2粒子の粒径は30μm以
下、特に10μm以下、とりわけ3〜10μmであるこ
とが好ましい。
均一に混合することが難しい、逆にZrO2粒子の粒径
が大き過ぎるとムライト結晶粒界にのみZrO2が存在
するようになり、粒界クランク発生の原因となる。従っ
て、本発明において、ZrO2粒子の粒径は30μm以
下、特に10μm以下、とりわけ3〜10μmであるこ
とが好ましい。
なお、アルミナ・シリカ系焼結体中のムライトはその組
成が理論組成のAl2O3 /S i 02 =3/2
(モル比) 即ち71.8/28.2(重量%)である
ことが好ましい。ムライト組成のAl2O2が理論組成
よりも多過ぎるとA、、122o3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Sio2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、アルミナ・シリカ系
焼結体中のムライトは、理論組成Al1203 /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。
成が理論組成のAl2O3 /S i 02 =3/2
(モル比) 即ち71.8/28.2(重量%)である
ことが好ましい。ムライト組成のAl2O2が理論組成
よりも多過ぎるとA、、122o3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Sio2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、アルミナ・シリカ系
焼結体中のムライトは、理論組成Al1203 /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。
このような請求項(1)のアルミナ・シリカ系焼結体は
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。
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)のアルミナ・シリカ系焼結体の製造
方法について説明する。
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、バイヤーアルミナ、水酸化アルミニウム又は
珪石(シワ力)を用い、AuaO3/SiO2組成比が
ムライト生成範囲、好ましくはA J2203 / S
i O2+3/2(モル比)となるように調合する。
粘土鉱物、バイヤーアルミナ、水酸化アルミニウム又は
珪石(シワ力)を用い、AuaO3/SiO2組成比が
ムライト生成範囲、好ましくはA J2203 / S
i O2+3/2(モル比)となるように調合する。
この場合、特にぶ料としては精製カオリンとバイヤーア
ルミナ又は水酸化アルミニウム、或いは、バイヤーアル
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ミル、又はアト
ライター等によりアルコール等を用いて90%以上が粒
径5μm以下となるように湿式粉砕する。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ZrO2を該粉砕物に対して3〜
30重量%、好ましくは5〜20重量%添加し、ボール
ミル等で混合する。
ルミナ又は水酸化アルミニウム、或いは、バイヤーアル
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ミル、又はアト
ライター等によりアルコール等を用いて90%以上が粒
径5μm以下となるように湿式粉砕する。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ZrO2を該粉砕物に対して3〜
30重量%、好ましくは5〜20重量%添加し、ボール
ミル等で混合する。
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、1000 k g f / c rn’
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。
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、1000 k g f / c rn’
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寓圧焼結により焼成
し、アルミナ・シリカ系焼結体を得る。
し、アルミナ・シリカ系焼結体を得る。
この場合、昇温速度は50〜b
るのが好ましく、焼成温度は1600℃以上、好ましく
は1600〜1650℃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 rn’程度とするのが好ましい。
は1600〜1650℃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 rn’程度とするのが好ましい。
〔作用]
一般に、精製カオリン、バイヤーアルミナ、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。
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、ムライト組成中に第2相としてZrO2
粒子を3〜30重量%添加するど、ボールミル等による
粉砕混合でも、通常の成形、焼成により高温強度に優れ
たアルミナ・シリカ系焼結体が得られる。
粒子を3〜30重量%添加するど、ボールミル等による
粉砕混合でも、通常の成形、焼成により高温強度に優れ
たアルミナ・シリカ系焼結体が得られる。
本発明において、ZrO2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Z r02粒子がムライト中の5i0
2のガラス相への移動をブロックしているため、更には
、z「02粒子がムライト結晶粒内や結晶粒界−\分散
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。
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Z r02粒子がムライト中の5i0
2のガラス相への移動をブロックしているため、更には
、z「02粒子がムライト結晶粒内や結晶粒界−\分散
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。
説明する。
実施例1.2、比較例1
精製したカオリナイトに組成がAf1203 /5tO
2=3/2(モル比)となるようにアルミすを添加、シ
、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(アトライター)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5
μm以下となるように粉砕した後、これにZrO2粉末
(試薬特級を焼結、分級したもの)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。
2=3/2(モル比)となるようにアルミすを添加、シ
、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(アトライター)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5
μm以下となるように粉砕した後、これにZrO2粉末
(試薬特級を焼結、分級したもの)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
kg/cm”で成形した後、ラバープレスにより150
0kg/cm”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組成のアルミナ・シリカ系焼結体
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、300kg/crn’にて1
600℃で1時間行なった。
kg/cm”で成形した後、ラバープレスにより150
0kg/cm”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組成のアルミナ・シリカ系焼結体
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、300kg/crn’にて1
600℃で1時間行なった。
得られた焼結体の諸特性を第1表に示す。
第
表
第1表より所定量のZrO2を添加したムライト組成の
アルミナ・シリカ系焼結体により、常温から1000℃
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。
アルミナ・シリカ系焼結体により、常温から1000℃
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、本発明のアルミナ・シリカ系焼結体
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。
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。
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)
- (1)ZrO_2及びムライトよりなり、 ZrO_2含有量がムライトに対して3〜30重量%で
あって、ムライト粒径が10〜100μmであることを
特徴とするアルミナ・シリカ系焼結体。 - (2)精製粘土鉱物、バイヤーアルミナ、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ZrO_2を前記調合原料に対
して3〜30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1600℃以上の温度で1時間以上焼
成することを特徴とするアルミナ・シリカ系焼結体の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2154654A JPH0446058A (ja) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | アルミナ・シリカ系焼結体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2154654A JPH0446058A (ja) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | アルミナ・シリカ系焼結体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0446058A true JPH0446058A (ja) | 1992-02-17 |
Family
ID=15588964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2154654A Pending JPH0446058A (ja) | 1990-06-13 | 1990-06-13 | アルミナ・シリカ系焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0446058A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013514960A (ja) * | 2009-12-21 | 2013-05-02 | コンセホ スペリオール デ インベスティガシオネス シエンティフィカス(セエセイセ) | 酸化物セラミックを含む、制御された熱膨張率を有する複合材料および当該複合材料を得るためのプロセス |
| US20180327314A1 (en) * | 2015-11-05 | 2018-11-15 | Center For Abrasives And Refractories Research & Development C.A.R.R.D. Gmbh | Sintered zirconia mullite refractory composite, methods for its production and use thereof |
-
1990
- 1990-06-13 JP JP2154654A patent/JPH0446058A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013514960A (ja) * | 2009-12-21 | 2013-05-02 | コンセホ スペリオール デ インベスティガシオネス シエンティフィカス(セエセイセ) | 酸化物セラミックを含む、制御された熱膨張率を有する複合材料および当該複合材料を得るためのプロセス |
| US20180327314A1 (en) * | 2015-11-05 | 2018-11-15 | Center For Abrasives And Refractories Research & Development C.A.R.R.D. Gmbh | Sintered zirconia mullite refractory composite, methods for its production and use thereof |
| JP2018537387A (ja) * | 2015-11-05 | 2018-12-20 | センター フォア アブラシブズ アンド リフラクトリーズ リサーチ アンド ディベロップメント ツェー アー エァ エァ デー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 焼結ジルコニアムライト耐火性複合材、その生産方法、及びその使用 |
| US11208354B2 (en) | 2015-11-05 | 2021-12-28 | Imertech Sas | Sintered zirconia mullite refractory composite, methods for its production and use thereof |
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