JPH0573713B2 - - Google Patents

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JPH0573713B2
JPH0573713B2 JP60270860A JP27086085A JPH0573713B2 JP H0573713 B2 JPH0573713 B2 JP H0573713B2 JP 60270860 A JP60270860 A JP 60270860A JP 27086085 A JP27086085 A JP 27086085A JP H0573713 B2 JPH0573713 B2 JP H0573713B2
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JP
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porosity
weight
fibers
ceramic molded
area
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Butsushuman Ryuudeigeru
Gantsu Ruudorufu
Uiruman Geruto
Uiruto Ruutoihi
Erusutoneru Ingo
Ieshuke Peeteru
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Didier Werke AG
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Didier Werke AG
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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、高温に耐える耐火繊維と微粒耐火材
料と場合によつては他の普通の添加物から成るセ
ラミツク成形部材に関する。
〔従来の技術〕
この種のセラミツク成形部材は既に公知である
が、公知の成形部材では、成形部材の断面にわた
つて耐火繊維の分布ができるだけ均質であること
が常に望まれる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の課題は、特に補強体として使用される
ような特別の強度特性をもつセラミツク成形部材
を提供することである。
〔問題点を解決するための手段〕
この課題を解決するため、次の特徴をもつセラ
ミツク成形部材が役立つ。
ａ 気孔率が成形部材の空間方向に勾配状に20％
未満から70％を越えるまで連続的に増大し、 ｂ 小さい気孔率をもつ範囲が大体において微粒
耐火材料から構成され、 ｃ 大きい気孔率をもつ範囲が、大体において
Al2O3，SiO2，ZrO2，Ｃ，SiCまたはこれらの
混合物から成る繊維を主材とする繊維セラミツ
クから構成され、 ｄ 中間の範囲が繊維セラミツクと耐火材料との
混合物から構成される。
好ましい実施態様によれば、小さい気孔率をも
つ範囲が90重量％を越えるSiO2から成る材料か
ら構成され、大きい気孔率をもつ範囲が60重量％
未満のSiO2から成る材料から構成されている。
別の好ましい実施態様によれば、小さい気孔率
をもつ範囲が90重量％を越えるZrO2から成る材
料から構成され、大きい気孔率をもつ範囲が60重
量％未満のZrO2から成る材料から構成されてい
る。
さらに好ましい実施態様によれば、小さい気孔
率をもつ範囲が90重量％を越えるAl2O3から成る
材料から構成され、大きい気孔率をもつ範囲が60
重量％未満のAl2O3から成る材料から構成されて
いる。
別の好ましい実施態様によれば、小さい気孔率
をもつ範囲が80重量％を越えるガラス相をもつ材
料から構成され、大きい気孔率をもつ範囲が80重
量％を越える結晶相をもつ材料から構成されてい
る。
本発明によるセラミツク成形部材を製造するた
め、高温に耐える耐火繊維と微粒耐火材料とから
成る異なる割合の個々の混合物と、場合によつて
は他の普通の添加物を含む混合物、特に水性分散
系または懸濁液が製造され、繊維と耐火材料との
異なる割合をもつこれらの混合物が、分散媒また
は懸濁用液体特に水の吸取りを可能にする型へ順
次流し込まれる。
セラミツク成形部材を製造するための耐火繊維
として、専門分野で知られており鉱物質繊維とも
称される繊維を使用することができる。このよう
な繊維の例はけい酸アルミニウム繊維、酸化アル
ミニウム繊維、炭素繊維、SiC繊維またはZrO2を
含む繊維である。もちろん種々の繊維の混合物を
使用することも可能である。高温に耐える繊維は
例えば600℃までの温度に少なくとも短時間耐え
る芳香族ポリアミド繊維すなわち有機繊維であ
る。
本発明によるセラミツク成形部材の製造の際、
微粒耐火材料として、専門分野で使用される普通
の材料、例えば鋼玉、焼成ボーキサイト、板状ア
ルミナ等のようなAl2O3を主材とする材料、けい
酸アルミニウム、きん青石、けい線石、ムライト
等のような材料、石英のようなSiO2材料、ZrO2、
SiC，Cr2O3またはこれらの混合物を使用するこ
とができる。これらは少なくとも一部をコロイド
状でも使用することができる。場合によつては使
用される添加物の例として、界面活性剤、でん粉
のような糊料、有機重合体例えばポリアクリル酸
塩懸濁液のような凝集剤があげられる。
微粒耐火材料の粒径は、繊維と微粒材料との混
合物き良好な分散を保証するため、0.09mm以下で
あるのが有利である。
セラミツク成形部材の製造の際、製造過程の始
めまたは終りに、高温に耐える耐火繊維および場
合によつては使用される添加物のみを含むかまた
は微粒耐火材料および場合によつては使用される
添加物のみを含む分散系を使用して、セラミツク
成形部材の製造の際成形部材の一方の側に繊維の
みを存在させ、他方の側には微粒耐火材料のみを
存在させ、それにより特に大きい気孔率勾配を得
ることも可能である。
セラミツク成形部材の製造の際高温に耐える耐
火繊維および／または微粒耐火材料の分散系また
は懸濁液に、通常は水が加えられる。しかしこの
ために有機溶媒を使用することも可能である。
分散系または懸濁液の液体の吸取りを可能にす
る型へ種々の混合物を流し込む際、層が制御でき
ないように混合し、すなわちこれらが場合によつ
ては互いに流れ込むのを回避せねばならない。こ
れは、適当な手段、例えばゆつくりした流れ込
み、または型内へ粗いふるいを導入して、ちよう
ど流し込まれる分散系または懸濁液を慎重にこの
ふるいの上に流すことによつて達せられ、既に流
し込まれた層はその位置を充分に維持する。層の
流し込み後ふるいをもち上げて、別の組成をもつ
分散系または懸濁液の次の層をその上へ流すこと
ができる。もちろん個々の層のうず形成ができる
だけ回避されるように、ふるいの取出しを慎重に
行なわねばならない。
すべての層を型へ入れた後、層が境界面で均一
に互いに混合するまで、型内にある層へ振動作用
を及ぼして、高温に耐える耐火繊維と微粒耐火材
料に関して懸濁液の組成の連続的な変化が得られ
るようにするのが有利である。
続いて境界で互いに均一に混合した個々の層を
さらに100時間まで放置することができるけれど
も、通常は２時間以下の放置時間しか必要ではな
い。型は、分散系または懸濁液の液体を吸取る例
えば石こう製の多孔質型とすることができる。そ
れから成形品は型から出され、通常は80ないし
150℃の温度で２ないし48時間乾燥される繊維の
限界使用温度および微粒耐火材料の焼結または溶
融温度に関係している。この焼成の際、どんな成
分がどの層に存在するかに応じて、微粒耐火材料
および／または高温に耐える耐火繊維の間に反応
が行なわれる。こうして高温に耐える耐火繊維の
反応により、いわゆる繊維セラミツクが生じ、こ
れは、焼結または化学反応により繊維が網状結合
すること、すなわちその接触面で接着することを
意味し、本発明の繊維セラミツクは、90〜100％
の繊維と、残部としての無機結合剤すなわち10重
量％までの結合剤とから成る。
前述したセラミツク成形部材の製造法により、
成形部材の空間方向すなわち型へ順次導入される
層に対して直角な方向の気孔率が異なり、全部ま
たは主して微粒耐火材料の分散系または懸濁液か
ら成る層の方向における気孔率が、全部または主
として耐火繊維の分散系または懸濁液から成る層
の方へ、勾配状に連続的に増大する。
セラミツク成形部材の製造に使用される繊維と
微粒材料の混合物から成る分散系または懸濁液の
組成によつて、成形部材の一方の側に20％未満の
気孔率があり、反対側で気孔率は70％を越える値
をとることができる。
セラミツク成形部材の製造の際、場合によつて
は使用される添加物として、専門分野で知られて
いる無機または有機の結合剤を使用することも可
能で、結合剤としていわゆる化学結合剤、すなわ
ち成形部材の焼成の際個別成分の間に化学反応を
生ずる結合剤例えば燐酸塩を使用することができ
る。
本発明による成形部材は、特に含浸される複合
材料成形部材の製造に適している。成形部材の空
間方向における異なる気孔率によつては、有機樹
脂、金属、合金またはガラスのような物質による
含浸の程度が異なるので、この気孔率に対してほ
ぼ平行に延びる勾配状添加物割合をもつセラミツ
ク成形部材が得られる。有機樹脂の代りに、高い
温度例えば400ないし600℃で分散後のピツチまた
はタールも使用でき、いわゆる炭素含浸複合成形
部材が得られる。アルミニウム合金で含浸された
内燃機関用ピストンの製造に、本発明によるセラ
ミツク成形部材を使用するのが特に好ましい。な
ぜならばピストンの一方の側における含浸アルミ
ニウム合金の異なる割合によつて、主としてアル
ミニウム合金を含む面が得られ、反対側では含浸
アルミニウム合金の量が成形部材の単位空間に関
して非常に少ないからである。こうして製造され
る内燃機関用ピストンは、一方の側でアルミニウ
ム合金の性質を多くもち、すなわち大きい熱伝導
率と強度とをもち、ピストンの他方の側では、さ
らに大きい強度で非常に小さい熱伝導率が得られ
る。物理的パラメータ特に熱伝導率を断面にわた
つて勾配状に変化するこのようなピストンは、燃
焼室温度の上昇およびピストンの冷却費用の減少
という利点をもつている。多孔質セラミツク体に
金属または合金を含浸することは、英国特許第
1567328号明細書および英国特許出願第
GB2088761A号に記載されている。
〔実施例〕
セラミツク成形部材の製造を次の例により詳細
に説明する。
まず1260℃の限界使用温度をもつ耐火繊維（け
い酸アルミニウム繊維）と50重量％の固体を含む
SiO2スリツプとの種々の混合物が、水中で次の
割合で製造された。型へ流し込まれかつ取出され
た成形部材の特定の生強度を得るために、使用さ
れる乾燥固体に関してさらに５％のでん粉がスリ
ツプへ入れられた。
繊維 SiO2スリツプ （重量％） （重量％） 混合物２ 94 ６ 混合物３ 86 14 混合物４ 64 36 混合物５ 49 51 引続き水中に10％の繊維を懸濁させた混合物１
が製造された。物の混合物６は前述したSiO2ス
リツプのみからできていた。
混合物１ないし６が順次多孔質石こう型へ流し
込まれた。このためまず繊維のみを含む混合物が
入れられた。それから、流し込みの際個別層の相
互混合を防止する粗目ふるいを使用して、混合物
２ないし５が順次流し込まれた。続いて混合物６
の純SiO2スリツプの層が流し込まれたので、全
部で６つの層からなる成形体が構成された。流し
込み中境界面におけるわずかな混合を別として、
層の理論的組成は次のとおりであつた。
繊維 SiO2ピストン （重量％） （重量％） 層 100 ０ 層 94 ６ 層 86 14 層 64 36 層 49 51 層 ０ 100 層を満たされた型が５分間振動テーブル上で振
動せしめられて、層が境界面で均一に互いに混合
されるようにした。透明なガラス型内での予備実
験で、このような５分間の振動で充分なことがわ
かつた。
室温で10時間の放置後、成形品が型から取出さ
れ、まず80℃で10時間、それから110℃で12時間
乾燥された。乾燥後今や充分水分を除去された成
形品が、1000℃の温度で４時間焼成された。
成形部材の一方の側における熱伝導率および気
孔率は、800℃で1.0W／mKおよび15％で、セラ
ミツク成形部材の他方の側では80％の気孔率と
800℃におけるわずか0.16W／mKの熱伝導率が測
定された。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 高温に耐える耐火繊維と微粒耐火材料とを含
    むものにおいて、 ａ 気孔率が成形部材の空間方向に勾配状に20％
    未満から70％を越えるまで連続的に増大し、 ｂ 小さい気孔率をもつ範囲が大体において微粒
    耐火材料から構成され、 ｃ 大きい気孔率をもつ範囲が、大体において
    Al2O3，SiO2，ZrO2，Ｃ，SiCまたはこれらの
    混合物から成る繊維を主材とする繊維セラミツ
    クスから構成され、 ｄ 中間の範囲が繊維セラミツクスと耐火材料と
    の混合物から構成される ことを特徴とする、セラミツク成形部材。 ２ 小さい気孔率をもつ範囲が90重量％を越える
    SiO2から成る材料から構成され、大きい気孔率
    をもつ範囲が60重量％未満のSiO2から成る材料
    から構成されていることを特徴とする、特許請求
    の範囲第１項に記載のセラミツク成形部材。 ３ 小さい気孔率をもつ範囲が90重量％を越える
    ZrO2から成る材料から構成され、大きい気孔率
    をもつ範囲が60重量％未満のZrO2から成る材料
    から構成されていることを特徴とする、特許請求
    の範囲第１項に記載のセラミツク成形部材。 ４ 小さい気孔率をもつ範囲が90重量％を越える
    Al2O3から成る材料から構成され、大きい気孔率
    をもつ範囲が60重量％未満のAl2O3から成る材料
    から構成されていることを特徴とする、特許請求
    の範囲第１項に記載のセラミツク成形部材。 ５ 小さい気孔率をもつ範囲が80重量％を越える
    ガラス相をもつ材料から構成され、大きい気孔率
    をもつ範囲が80重量％を越える結晶相をもつ材料
    から構成されていることを特徴とする、特許請求
    の範囲第１項または第２項に記載のセラミツク成
    形部材。
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