JPH0518780B2 - - Google Patents

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JPH0518780B2
JPH0518780B2 JP62304507A JP30450787A JPH0518780B2 JP H0518780 B2 JPH0518780 B2 JP H0518780B2 JP 62304507 A JP62304507 A JP 62304507A JP 30450787 A JP30450787 A JP 30450787A JP H0518780 B2 JPH0518780 B2 JP H0518780B2
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alumina
mullite
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refractory
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Kenichi Shibata
Koichi Kimura
Juji Kanamori
Tomohiko Hara
Tatsuo Takagi
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Nichias Corp
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Nichias Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B30/00Compositions for artificial stone, not containing binders
    • C04B30/02Compositions for artificial stone, not containing binders containing fibrous materials

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は、高度の耐熱性を有する軽量耐火物に
関するものであり、さらにくわしくは、各種セラ
ミツクス製品たとえばセラミツクス系電子部品
(セラミツクコンデンサ、アルミナ基板、フエラ
イト素子、サーミスタ、バリスタ等)、セラミツ
クス系摺動材料、一般用陶磁器等を製造するに当
り焼成工程で被焼成物を支持させるために使用す
る匣鉢、敷台等の焼成補助具や、各種窯炉におけ
る遮熱板、発熱体支持具等に適した、繰返し加熱
冷却に耐える軽量耐火物に関するものである。 〔従来の技術〕 上述の焼成補助具や窯炉構成材は、高温加熱と
冷却の繰返しに耐える高度の耐熱性と用途に応じ
た機械的強度を備えていなければならないが、一
方では、炉使用時においてそれらが消費する熱エ
ネルギーを少なくするとともに昇温と冷却に要す
る時間を短くし、それによりエネルギーコストの
低減と生産性の向上をはかるため、なるべく体積
当りの熱容量の小さい軽量のものであることが望
まれる。特に焼成補助具の場合は、搬送その他の
取扱を容易にするためにも、軽量であることが強
く望まれる。 このような要望に答えるための軽量耐火物の一
つとして、特開昭59−88378号公報には、アルミ
ナ質、ムライト質等の耐火材原料粉末90〜50wt
%及びアルミナ質、ムライト質等の耐火材繊維10
〜50wt%からなる骨材100重量部に対して無定形
シリカを0.5〜10重量部添加したものを成形し、
次いで1450〜1600℃で焼成することにより得られ
る耐火物が記載されている。しかしながら、この
軽量耐火物は、熱膨張率の大きい高アルミナ質の
ものであるため、耐スポーリング性の点で改良の
余地あるものである。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明の目的は、上述のような欠点のない軽量
耐火物、すなわち軽量かつ高強度でありながら高
度の耐熱性と耐久性を示す軽量耐火物およびその
製造法を提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明が提供する軽量耐火物は、長さを2000μ
以下にしたアルミナ質短繊維、長さを1〜40mmに
したアルミナ質連続繊維、および耐火性粉末がム
ライトにより相互に結合されてなる多孔質成形体
であつて、結晶構造においてムライトおよびコラ
ンダムから主としてなり且つムライトの量がムラ
イトとコランダムとの合計量の12モル%以上であ
り、遊離のシリカを実質的に含まないことを特徴
とするものである。 本発明はまた、上記本発明の軽量耐火物の特に
有利な製造法、すなわち長さが20〜2000μになる
まで切断した多結晶質アルミナ質短繊維および長
さを1〜40mmに切断した多結晶質アルミナ質連続
繊維またはこれらと等量以下の耐火性粉末との混
合物に10〜30重量%の無定形シリカ粉末を加えて
混合し、得られた混合物を成形し、次いでクリス
トバライトの存在が認められなくなるまで1400〜
1600℃で焼成することを特徴とする製造法を提供
するものである。 最初に上記製造法について説明すると、原料混
合物成形後の焼成工程において、多結晶質アルミ
ナ質繊維は、その表層部が、無定形シリカ粉末ま
たはそれから生成した結晶質シリカ・クリストバ
ライトと反対してムライト(3Al2O3・2SiO2)を
生成し、このムライトが結合剤となつて、強固な
成形体が形成される。未反応の繊維芯部はアルミ
ナ(コランダム)のまま残り、繊維形状を保つ。
前述の従来法と比較した場合、この製造法の特色
は、多結晶質アルミナ質繊維の一部(好ましくは
大部分)を微細に切断し、原料混合工程において
繊維がもつれ合わず他の粉体原料(特に無定形シ
リカ)と均一に混合されるようにしたうえで、繊
維および無定形シリカの配合比率を高くしたこと
にある。そして高い繊維比率は製品強度の向上に
役立ち、無定形シリカの配合比率を高くしこれを
アルミナと完全に反応させる(つまりムライト化
させる)ようにしたことは、製品中のアルミナの
比率を下げ、製品耐熱性の向上に役立つている。 原料の一部である2000μ以下の多結晶質アルミ
ナ質短繊維は、多結晶質アルミナ質繊維を湿式ま
たは乾式の適当な粉砕機等を用いて切断すること
により調製する。別に1〜40mm以上のアルミナ質
繊維を使用するにもかかわらず、この極短小化繊
維群は2000μ以下の長さのものにしなければなら
ない。このように短いものにすると、繊維は全体
としては粉体に近い性質を示し、他の粉体原料と
よく混じり合うようになる。2000μをこえる繊維
長のものは、特に繊維径が小さい場合、原料混合
工程でもつれ易く、その中に他の粉体原料が入り
難い。そのため、無定形シリカの配合量が多い
と、無定形シリカ(またはそれが焼成工程でクリ
ストバライト化したもの)と多結晶質アルミナ質
繊維との均一な反応が行われず、シリカの一部が
未反応のままクリストバライトの状態で製品中に
残り、製品の耐久性を悪くする(クリストバライ
ト自体の耐熱性は良好であるが、約250℃を境に
する高温領域と低温領域で安定な結晶形を異に
し、それら二つの結晶形の間を転位する過程で体
積変化を起こすから、耐火物中にクリストバライ
トが存在すると加熱−冷却による亀裂発生の原因
となる。)。ただし、繊維長があまり小さいと、低
比重でしかも強度や耐久性に優れている製品を得
ることは難しくなるので、約20μを下限とするこ
とが望ましい。特に好ましい繊維長は、約50〜
500μ、平均約200μである。 いまひとつの多結晶質アルミナ質連続繊維は、
長さ2mm以上、好ましくは1〜40mm、最適には2
〜20mmのものとする。この繊維は、主として製品
補強のために使われるものであるから、少量を
(望ましくは、全多結晶質アルミナ質繊維および
耐火性粉末の合計量の0.5〜10重量%程度を)均
一分散させることに留意して用いる必要がある。
好ましい長さは2〜20mmである。長すぎる繊維や
過剰量の使用は製品を不均一組織のものとし、か
えつて物性の悪化を招き易い。なおこの繊維は、
2000μ以下にして用いる多結晶質アルミナ質短繊
維と長さが異なるだけのものであつてもよいが、
やや太い、繊維径5〜20μのもののほうが、成形
材料混合過程でもつれにくく、また粉体原料の凝
集の核となつて成形性をよくするので、好まし
い。この繊維として特に適しているのは、連続繊
維を切断したもの、たとえばチヨツプドストラン
ド(ただし容易に開繊可能なように弱く収束され
たもの)である。連続繊維から調製されたもの
は、繊維径が単繊維内でも単繊維間でも均一であ
り長さも揃つているから、最適性状のものを用い
て少量で大きな補強効果を達成することができ
る。 多結晶質アルミナ質繊維としては、結晶相とし
てα−アルミナを主体とするAl2O395%、SiO25
%程度のもの、結晶相としてムライトをもつ
Al2O372%、SiO25%程度のもの、結晶相として
α−アルミナとムライトとを併有するAl2O380
%、SiO220%程度のもの、およびAl2O3−SiO2
B2O3系のものを包含する。 無定形シリカ粉末は、多結晶質アルミナ質繊維
と耐火性粉末との合計量の10〜30重量%とする。
無定形シリカの配合率が10重量%未満の場合は、
焼成後に遊離のシリカが残るおそれは少ないが、
製品が高アルミナ質のものとなつてしまう。反対
に無定形シリカの配合率が30重量%をこえると、
多結晶質アルミナ質繊維を切断して均一混合を達
成し且つ焼成を充分に行なつても、無定形シリカ
の一部が未反応のままクリストバライトの形で製
品中に残り、耐熱性不良の原因になり易い。無定
形シリカの配合率は、更に、耐火性粉末の形で導
入されるアルミナまたはムライトをも考慮した場
合における全Al2O3/SiO2重量比が70/30〜90/
10になるようにすることが望ましい。 無定形シリカとしては、たとえばシリカゾルを
用いることができる。 耐火性粉末としては、アルミナ粉末、ムライト
粉末、アルミナムライト粉末など高純度結晶質の
ものを、多結晶質アルミナ質繊維100重量部あた
り5〜100重量部の範囲で用いることが望ましい
が、ほかに、約5重量%までならば、コージライ
ト、シヤモツト、耐火粘土、カオリン等を併用し
てもよい。 これらの原料を上述の比率で混合し、さらに混
合の前後において適量の水を加えて、全体を湿潤
状態ないしスラリー状にする。次いで原料混合物
を脱水成形の常法により成形するが、成形は、最
終製品のカサ比重が約0.5〜1.5になるような条件
で行うことが望ましい。得られた成形体を乾燥後
約1400〜1600℃で焼成すると、多結晶質アルミナ
質繊維は、繊維状形態を保つたまま、前述のよう
に表層部の一部が、無定形シリカまたはそれから
生成したクリストバライトと反応してムライト化
するが、残りの部分はコランダムの状態で安定化
する。この反応によつてクリストバライトが完全
に消費されるまで、約1〜10時間を要して焼成を
行うと、結晶構造としてはほぼコランダムおよび
ムライトからなりそのうちムライトが約12〜90モ
ル%を占める製品が得られる。焼成が不充分でク
リストバライトを残したものは、前述のようなク
リストバライト含有品の欠点を示す。クリストバ
ライトの消失は、通常の粉末X線回折法により確
認することができる。 上述のようにして得られる本発明の軽量耐火物
では、短いとはいえ繊維形状を有する2000μ以下
のコランダム質繊維、より長く補強作用にすぐれ
たコランダム質繊維および耐火性粉末が、それら
の接点においてムライトにより結合されており、
多量の微細空〓部を持つ。標準的かつ好ましい気
孔率は約50〜80%であり、それによりこの耐火物
は0.5〜1.5のカサ比重を有し、単位体積当りでは
緻密質アルミナ系耐火物の約1/3の熱容量を示
す。 本発明の軽量耐火物は、そのまま、あるいは必
要に応じて切削加工や耐熱性表面コーテイング
(たとえばジルコニアコーテイング)を施して、
前述のような焼成補助具や窯炉構成材として利用
することができる。 〔発明の効果〕 本発明による軽量耐火物は、熱的特性がアルミ
ナよりもすぐれているムライトの量が多く、且つ
遊離のシリカを実質的に含まないことにより、ま
た、切断された(長さにおいて)2種類の多結晶
質アルミナ質繊維による補強の効率がよいことに
より、多結晶質アルミナ質繊維を原料として得ら
れるものでありながら従来の高アルミナ質軽量耐
火物よりもはるかにすぐれた高温耐久性を示す。
そしてカサ比重が約1.0以下でも実用上充分な強
度を示すものが容に得られ、切削加工も容易であ
るという特長がある。 〔実施例〕 以下、実施例および比較例を示して本発明を説
明する。 なお、各例において用いた原料は次のとおりで
ある。 多結晶質アルミナ質繊維 無処理品:繊維径3μ、平均繊維長約50mm Al2O395%、SiO25%のもの。 極短小化品:上記無処理品をパルパーで開繊およ
び切断して約50〜500μの繊維長に
したもの。 補強用繊維:Al2O3−B2O3−SiO2系多結晶質ア
ルミナ質繊維(Al2O368%、SiO227
%、B2O35%、単繊維繊維径15μ、
長さ10mmのチヨツプドストランド
品;ただし、比較例8は1mm、比較
例9は30mm) 耐火性粉末:焼結アルミナ 無定形シリカ:シリカゾル 以上の原料のうち、まず多結晶質アルミナ質繊
維および耐火性粉末を水に分散させ(チヨツプド
ストランド状の補強用繊維は単繊維まで開繊す
る)、次いで無定形シリカを加えて撹拌したのち、
吸引脱水成形する。得られた成形体を、熱風で乾
燥後1500〜1600℃で3時間焼成する。 上記製法において原料配合比率および処理条件
を種々変更して行なつた実験の結果を、第1表に
示した。なお、表中に示した特性値の試験法は次
のとおりである。 曲げ強さ:厚さ6mm、幅25mm、長さ75mmの試験片
について、スパン50mm、荷重速度0.2
mm/min、温度常温または1400℃の条件
で測定。 耐スポーリング性:厚さ6mm、幅200mm、長さ200
mmの試験片を600℃、700℃または800℃
の炉内に入れ、1時間加熱したのち空冷
し、クラツクの有無を調べる。クラツク
がない場合、再び同様の操作を、最高30
サイクルまで繰返す。表に示した
【表】
【表】 数値はクラツクが発生するに至つた加熱回数
である。 また、実施例1の製品の結晶構造を示すX線回
折チヤートを第1図に示した。
【図面の簡単な説明】
第1図:実施例1による耐火物の結晶構造を示
すX線回折チヤート。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 長さを2000μ以下にしたアルミナ質短繊維、
    長さを1〜40mmにしたアルミナ質連続繊維、およ
    び耐火性粉末がムライトにより相互に結合されて
    なる多孔質成形体であつて、結晶構造においてム
    ライトおよびコランダムから主としてなり且つム
    ライトの量がムライトとコランダムとの合計量の
    12モル%以上であり、遊離のシリカを実質的に含
    まないことを特徴とする軽量耐火物。 2 カサ比重が0.5〜1.5である特許請求の範囲第
    1項記載の軽量耐火物。 3 長さを20〜2000μにした多結晶質アルミナ質
    短繊維および長さを1〜40mmにした多結晶質アル
    ミナ質連続繊維またはこれらと等量以下の耐火性
    粉末との混合物に10〜30重量%の無定形シリカ粉
    末を加えて混合し、得られた混合物を成形し、次
    いでクリストバライトの存在が認められなくなる
    まで1400〜1600℃で焼成することを特徴とする軽
    量耐火物の製造法。 4 耐火性粉末として粉末状のアルミナ、ムライ
    トまたはアルミナムライトを用いる特許請求の範
    囲第3項記載の製造法。 5 多結晶質アルミナ質連続繊維を全多結晶質ア
    ルミナ質繊維および耐火性粉末の合計量の0.5〜
    10重量%使用する特許請求の範囲第3項記載の製
    造法。 6 多結晶質アルミナ質連続繊維として長さ2〜
    20mm、直径5〜20μのものを使用する特許請求の
    範囲第3項記載の製造法。 7 多結晶質アルミナ質連続繊維として連続繊維
    を切断したものを用いる特許請求の範囲第3項記
    載の製造法。
JP30450787A 1987-12-03 1987-12-03 軽量耐火物およびその製造法 Granted JPH01148764A (ja)

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