JPH06256070A - 軽量低熱膨張セラミックス建材の製造法 - Google Patents
軽量低熱膨張セラミックス建材の製造法Info
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- JPH06256070A JPH06256070A JP6764193A JP6764193A JPH06256070A JP H06256070 A JPH06256070 A JP H06256070A JP 6764193 A JP6764193 A JP 6764193A JP 6764193 A JP6764193 A JP 6764193A JP H06256070 A JPH06256070 A JP H06256070A
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- aid
- firing
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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- C04B2103/0004—Compounds chosen for the nature of their cations
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- C04B2103/0008—Li
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- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】Li2 O・Al2 O3 ・4SiO2 を含む骨材
を主原料とし、これに焼成助剤および成形助剤を加え加
圧成形し、焼成することにより、Li2 O・Al2 O3
・4SiO2 の結晶構造をα型(低温型)からβ型(高
温型)に転移させる。 【構成】各種加圧成形に適しているため、大物、薄物、
異形品の成形が可能である。また、焼成収縮率および熱
膨張率が小さいため、迅速な焼成により低い吸水率のも
のが寸法精度よく得られる。
を主原料とし、これに焼成助剤および成形助剤を加え加
圧成形し、焼成することにより、Li2 O・Al2 O3
・4SiO2 の結晶構造をα型(低温型)からβ型(高
温型)に転移させる。 【構成】各種加圧成形に適しているため、大物、薄物、
異形品の成形が可能である。また、焼成収縮率および熱
膨張率が小さいため、迅速な焼成により低い吸水率のも
のが寸法精度よく得られる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、軽量でかつ加工性に優
れ、迅速焼成が可能で低熱膨張係数を有するセラミック
ス組成物の製造法に関する。
れ、迅速焼成が可能で低熱膨張係数を有するセラミック
ス組成物の製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、セラミックス成形体は嵩比重が
大きく加工性に乏しいという問題がある。これに対し軽
量高加工性セラミックス成形体を得る手法としては、軽
量原料の利用、加熱焼失原料の利用、更には、素地が含
むあるいは素地から発生する微量ガスを軟化したマトリ
ックスが閉じ込めることによる発泡現象の利用が考えら
れる。
大きく加工性に乏しいという問題がある。これに対し軽
量高加工性セラミックス成形体を得る手法としては、軽
量原料の利用、加熱焼失原料の利用、更には、素地が含
むあるいは素地から発生する微量ガスを軟化したマトリ
ックスが閉じ込めることによる発泡現象の利用が考えら
れる。
【0003】しかし、軽量原料の利用については、加熱
により軽量原料自体が熱収縮をするため、寸法精度のよ
い成形体は得られず、また、熱収縮を生じない軽量原料
は高価であり実用的でない。加熱焼失原料の利用につい
ては、焼成におけるその加熱焼失温度域で内部応力を発
生するため迅速焼成に適さず、また、原料の加熱焼失に
より生じる気孔は焼成収縮を助長するため、寸法精度の
良い成形体は得られない。さらに、素地中の微量ガスと
軟化マトリックスによる発泡の利用については、特開平
4−89350のようにガラス粉末を含有させることに
よる独立気泡の形成およびその発泡の研究がなされてい
るが、嵩比重を1.5以下にするためには、発泡現象を
かなり生じさせなければならず、寸法精度の良い軽量高
加工性セラミックス成形体を得ることはできないという
課題があった。
により軽量原料自体が熱収縮をするため、寸法精度のよ
い成形体は得られず、また、熱収縮を生じない軽量原料
は高価であり実用的でない。加熱焼失原料の利用につい
ては、焼成におけるその加熱焼失温度域で内部応力を発
生するため迅速焼成に適さず、また、原料の加熱焼失に
より生じる気孔は焼成収縮を助長するため、寸法精度の
良い成形体は得られない。さらに、素地中の微量ガスと
軟化マトリックスによる発泡の利用については、特開平
4−89350のようにガラス粉末を含有させることに
よる独立気泡の形成およびその発泡の研究がなされてい
るが、嵩比重を1.5以下にするためには、発泡現象を
かなり生じさせなければならず、寸法精度の良い軽量高
加工性セラミックス成形体を得ることはできないという
課題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
上記課題を解消し、軽量で加工性に優れ、迅速焼成が可
能で低熱膨張性の新しいセラミックス成形体の製造法の
提供を目的とする。
上記課題を解消し、軽量で加工性に優れ、迅速焼成が可
能で低熱膨張性の新しいセラミックス成形体の製造法の
提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、Li2 O・A
l2 O3 ・4SiO2 を含む骨材を主原料とし、これに
焼成助剤および成形助剤を加え、加圧成形し焼成するこ
とにより、Li2 O・Al2 O3 ・4SiO2 の結晶構
造をα型(低温型)からβ型(高温型)に転移させる軽
量低熱膨張セラミックス成形体の製造法を提供する。
l2 O3 ・4SiO2 を含む骨材を主原料とし、これに
焼成助剤および成形助剤を加え、加圧成形し焼成するこ
とにより、Li2 O・Al2 O3 ・4SiO2 の結晶構
造をα型(低温型)からβ型(高温型)に転移させる軽
量低熱膨張セラミックス成形体の製造法を提供する。
【0006】本発明における骨材は、補強材または骨格
形成材の役割で使用される。該骨材には、Li2 O・A
l2 O3 ・4SiO2 (スポジューメン)を含み、化学
組成は、Li2 O 4〜8%、Al2 O3 15〜30
%、SiO2 50〜80%、Na2 O 0〜1%、K2
O 0〜1%、Fe2 O3 0〜1%のものを用いる。
形成材の役割で使用される。該骨材には、Li2 O・A
l2 O3 ・4SiO2 (スポジューメン)を含み、化学
組成は、Li2 O 4〜8%、Al2 O3 15〜30
%、SiO2 50〜80%、Na2 O 0〜1%、K2
O 0〜1%、Fe2 O3 0〜1%のものを用いる。
【0007】該骨材は、補強材または骨格形成材の役割
で使用されるため、60%以上の割合で使用するするこ
とが好ましい。骨材含有量が60%未満では、焼成収縮
および熱膨張率が大きくなり好ましくなく、また、転移
による体積膨張(軽量化)効果が低減するので好ましく
ない。
で使用されるため、60%以上の割合で使用するするこ
とが好ましい。骨材含有量が60%未満では、焼成収縮
および熱膨張率が大きくなり好ましくなく、また、転移
による体積膨張(軽量化)効果が低減するので好ましく
ない。
【0008】また、該骨材は、−7〜7×10-6/℃の
熱膨張係数を有するものを使用する。熱膨張係数が7×
10-6/℃を超えると、耐熱衝撃性が悪くなり、好まし
くなく、−7×10-6/℃未満の熱膨張係数を有する骨
材は、高価であり、また、使用する焼成助剤の熱膨張係
数との差が大きくなり、耐熱衝撃性が悪くなるため、本
発明では、使用することは好ましくない。
熱膨張係数を有するものを使用する。熱膨張係数が7×
10-6/℃を超えると、耐熱衝撃性が悪くなり、好まし
くなく、−7×10-6/℃未満の熱膨張係数を有する骨
材は、高価であり、また、使用する焼成助剤の熱膨張係
数との差が大きくなり、耐熱衝撃性が悪くなるため、本
発明では、使用することは好ましくない。
【0009】本発明における焼成助剤としては、骨材よ
り融点が低く、熱膨張係数が2〜7×10-6/℃である
ホウケイ酸ガラスが好ましい。該ホウケイ酸ガラスの化
学組成は、重量%表示で、SiO2 65〜75%、A
l2 O3 3〜6%、Na2 O7〜12%、Fe2 O3
0.2%、B2 O3 10〜16%、CaO 0〜2%の
ものが望ましく、原料費の面から魔法瓶のガラス屑が特
に望ましい。該ガラスは、20%以下の割合で使用する
ことが好ましい。該ガラスの含有量が20%を超えると
焼成により発泡現象を生じ、寸法精度が悪くなりやす
い。
り融点が低く、熱膨張係数が2〜7×10-6/℃である
ホウケイ酸ガラスが好ましい。該ホウケイ酸ガラスの化
学組成は、重量%表示で、SiO2 65〜75%、A
l2 O3 3〜6%、Na2 O7〜12%、Fe2 O3
0.2%、B2 O3 10〜16%、CaO 0〜2%の
ものが望ましく、原料費の面から魔法瓶のガラス屑が特
に望ましい。該ガラスは、20%以下の割合で使用する
ことが好ましい。該ガラスの含有量が20%を超えると
焼成により発泡現象を生じ、寸法精度が悪くなりやす
い。
【0010】本発明においては、加圧成形により均一な
成形体を得るために成形助剤を用いる。該成形助剤とし
ては、水溶性高分子材料が好ましい。具体的には、成形
性の確保および低乾燥収縮化を目的にメチルセルロース
またはヒドロキシエチルセルロースの使用が望ましい。
一般にタイルなどのセラミックス成形体は、成形後の乾
燥において水の逸散により原料の粒子間隔が狭まり乾燥
収縮を生じるが、前記メチルセルロースまたはヒドロキ
シエチルセルロースを成形助剤として適量用いることに
より、乾燥において水の逸散が生じても原料粒子間にス
ケルトン状となった前記メチルセルロースまたはヒドロ
キシエチルセルロースが残り原料粒子間隔が狭まるのを
防ぎ、乾燥収縮を小さく抑えることができるためであ
る。
成形体を得るために成形助剤を用いる。該成形助剤とし
ては、水溶性高分子材料が好ましい。具体的には、成形
性の確保および低乾燥収縮化を目的にメチルセルロース
またはヒドロキシエチルセルロースの使用が望ましい。
一般にタイルなどのセラミックス成形体は、成形後の乾
燥において水の逸散により原料の粒子間隔が狭まり乾燥
収縮を生じるが、前記メチルセルロースまたはヒドロキ
シエチルセルロースを成形助剤として適量用いることに
より、乾燥において水の逸散が生じても原料粒子間にス
ケルトン状となった前記メチルセルロースまたはヒドロ
キシエチルセルロースが残り原料粒子間隔が狭まるのを
防ぎ、乾燥収縮を小さく抑えることができるためであ
る。
【0011】該水溶性高分子材料は0.2〜3%の範囲
で使用する。0.2%未満では、全ての原料粒子の表面
に均一に付着させることが難しく、前記の目的を達成し
難いため好ましくない。また、また、3%を超えると原
料コストが高くなり、また、乾燥後の焼成において充分
な脱脂工程が必要で、寸法精度が悪くなりやすい。
で使用する。0.2%未満では、全ての原料粒子の表面
に均一に付着させることが難しく、前記の目的を達成し
難いため好ましくない。また、また、3%を超えると原
料コストが高くなり、また、乾燥後の焼成において充分
な脱脂工程が必要で、寸法精度が悪くなりやすい。
【0012】加圧成形のうち押出成形法により成形する
場合は、成形助剤として前記水溶性高分子材料に加えマ
イクロシリカを用いることが望ましい。該マイクロシリ
カとしては、フェロシリコン、脱珪ジルコニア生産時の
珪酸質ダストで、球状で、SiO2 分が80%以上で比
表面積も10m2 /g以上、好ましくは20m2 /g以
上のものがボールベアリング効果が大きいので好まし
い。
場合は、成形助剤として前記水溶性高分子材料に加えマ
イクロシリカを用いることが望ましい。該マイクロシリ
カとしては、フェロシリコン、脱珪ジルコニア生産時の
珪酸質ダストで、球状で、SiO2 分が80%以上で比
表面積も10m2 /g以上、好ましくは20m2 /g以
上のものがボールベアリング効果が大きいので好まし
い。
【0013】該マイクロシリカは、1〜20%の割合で
使用する。1%未満では、押出成形が容易にできないの
で好ましくない。また、20%を超えると押出成形性は
特に問題ないが、焼成時に発泡現象を示す傾向があり、
寸法精度が悪くなる。
使用する。1%未満では、押出成形が容易にできないの
で好ましくない。また、20%を超えると押出成形性は
特に問題ないが、焼成時に発泡現象を示す傾向があり、
寸法精度が悪くなる。
【0014】以上の成分に水を加えて混練し、加圧成形
を行う。添加する水量は、成形方法により異なるが、押
出成形においては15〜25重量部程度である。また、
押出成形にあたっての押出圧力としては5〜50kg/
cm2 程度が採用される。プレス成形における添加水量
は5〜30重量部程度である。また、プレス成形にあた
ってのプレス圧力としては2〜200kg/cm2 程度
が採用される。各成形方法において、成形体の形状は特
に限定されない。
を行う。添加する水量は、成形方法により異なるが、押
出成形においては15〜25重量部程度である。また、
押出成形にあたっての押出圧力としては5〜50kg/
cm2 程度が採用される。プレス成形における添加水量
は5〜30重量部程度である。また、プレス成形にあた
ってのプレス圧力としては2〜200kg/cm2 程度
が採用される。各成形方法において、成形体の形状は特
に限定されない。
【0015】かくして成形した成形体の焼結にあたって
は、骨材が含有するLi2 O・Al2 O3 ・4SiO2
の結晶構造のα型(低温型)からβ型(高温型)への転
移が生じる温度と同等か若干高い温度に保持する。通常
950〜1200℃の温度に1〜3時間保持することに
より達成される。
は、骨材が含有するLi2 O・Al2 O3 ・4SiO2
の結晶構造のα型(低温型)からβ型(高温型)への転
移が生じる温度と同等か若干高い温度に保持する。通常
950〜1200℃の温度に1〜3時間保持することに
より達成される。
【0016】
【作用】次に、本発明の作用について説明する。熱膨張
率が小さくなければ、大型かつ複雑形状を迅速に焼成す
ることは困難であり、さらに、軽量で加工性がなければ
建築材として適さない。そこで、Li2O・Al2 O3
・4SiO2 を含む低膨張骨材を用いることにより迅速
焼成を可能にする。さらに、Li2 O・Al2 O3 ・4
SiO2 の相転移を生じる温度で焼成することにより、
Li2 O・Al2 O3 ・4SiO2 の相転移による約
1.3倍の体積膨張を生じ、焼成体自体の体積膨張を生
じ、軽量で加工性の優れるセラミックス成形体が得られ
る。
率が小さくなければ、大型かつ複雑形状を迅速に焼成す
ることは困難であり、さらに、軽量で加工性がなければ
建築材として適さない。そこで、Li2O・Al2 O3
・4SiO2 を含む低膨張骨材を用いることにより迅速
焼成を可能にする。さらに、Li2 O・Al2 O3 ・4
SiO2 の相転移を生じる温度で焼成することにより、
Li2 O・Al2 O3 ・4SiO2 の相転移による約
1.3倍の体積膨張を生じ、焼成体自体の体積膨張を生
じ、軽量で加工性の優れるセラミックス成形体が得られ
る。
【0017】焼成助剤として酸化ホウ素を含む低膨張ガ
ラスの粉末を用いる場合、焼成において骨材中のリチウ
ムがガラス中のソーダと置換することにより骨材とガラ
スの界面部分のガラスの軟化を促進し、骨材とガラスが
充分に融着し、さらに、ガラスと骨材の熱膨張率が小さ
く、その差も小さいために大型品の迅速焼成が可能であ
り、その焼成体は、耐熱衝撃性に優れる。また、焼成に
より骨材の転移による体積膨張が生じる際、ガラス粉末
は充分に軟化しているため骨材の膨張に追随するととも
に、ガラス粉末の含有量が20%以下であるため骨材と
骨材を点で接着するため、軽量で加工性の良好なセラミ
ックス焼成体が得られる。
ラスの粉末を用いる場合、焼成において骨材中のリチウ
ムがガラス中のソーダと置換することにより骨材とガラ
スの界面部分のガラスの軟化を促進し、骨材とガラスが
充分に融着し、さらに、ガラスと骨材の熱膨張率が小さ
く、その差も小さいために大型品の迅速焼成が可能であ
り、その焼成体は、耐熱衝撃性に優れる。また、焼成に
より骨材の転移による体積膨張が生じる際、ガラス粉末
は充分に軟化しているため骨材の膨張に追随するととも
に、ガラス粉末の含有量が20%以下であるため骨材と
骨材を点で接着するため、軽量で加工性の良好なセラミ
ックス焼成体が得られる。
【0018】
【実施例】表1に示す各配合の混練物を本田鉄工製押出
機DE−250型に投入し、600×20mm口金ダイ
スより押出成形し、1000mm長さで切断した。成形
体を40℃で16時間、その後110℃で3時間乾燥
し、同表の焼成温度で焼成し冷却して試料を作製した。
この試料より供試体を切り出し、熱膨張係数、耐熱衝撃
性および吸水率を測定した。また、成形後の長さ方向の
寸法(L1 )、乾燥後の長さ方向の寸法(L2 )および
焼成後の長さ方向の寸法(L3 )を測定し、数1により
乾燥収縮率および焼成収縮率を求めた。
機DE−250型に投入し、600×20mm口金ダイ
スより押出成形し、1000mm長さで切断した。成形
体を40℃で16時間、その後110℃で3時間乾燥
し、同表の焼成温度で焼成し冷却して試料を作製した。
この試料より供試体を切り出し、熱膨張係数、耐熱衝撃
性および吸水率を測定した。また、成形後の長さ方向の
寸法(L1 )、乾燥後の長さ方向の寸法(L2 )および
焼成後の長さ方向の寸法(L3 )を測定し、数1により
乾燥収縮率および焼成収縮率を求めた。
【0019】
【数1】 乾燥収縮率(%)=(L1 −L2 )×100/L1 焼成収縮率(%)=(L2 −L3 )×100/L2
【0020】吸水率および嵩比重は、JIS−A520
9に基づいて求めた。すなわち、試験体を105〜11
0℃の空気乾燥器内で約3時間保った後常温に冷却し、
その質量を量って乾燥時の重量(W1 )とする。次にこ
れを常温の清水中に浸し、24時間経過した後取り出
し、固く絞った湿布で手早く拭き直ちに量った質量を吸
水時の質量(W2 )とする。さらに、吸水時の質量測定
直後の供試体の水中で量った質量水中重量(W3 )とす
る。吸水率および嵩比重を数2により求める。
9に基づいて求めた。すなわち、試験体を105〜11
0℃の空気乾燥器内で約3時間保った後常温に冷却し、
その質量を量って乾燥時の重量(W1 )とする。次にこ
れを常温の清水中に浸し、24時間経過した後取り出
し、固く絞った湿布で手早く拭き直ちに量った質量を吸
水時の質量(W2 )とする。さらに、吸水時の質量測定
直後の供試体の水中で量った質量水中重量(W3 )とす
る。吸水率および嵩比重を数2により求める。
【0021】
【数2】 吸水率(%)=(W2 −W1 )×100/W1 嵩比重=W1 /(W2 −W3 )
【0022】熱膨張率は、マックサイエンス製熱分析シ
ステムにより、室温から900℃まで測定し、熱膨張係
数は、室温から900℃までの平均値とした。なお、9
00℃以下で軟化する場合は、室温から軟化開始温度ま
での平均値とした。また、耐熱衝撃性はJIS−A13
21の表面試験に基づいて行った。
ステムにより、室温から900℃まで測定し、熱膨張係
数は、室温から900℃までの平均値とした。なお、9
00℃以下で軟化する場合は、室温から軟化開始温度ま
での平均値とした。また、耐熱衝撃性はJIS−A13
21の表面試験に基づいて行った。
【0023】結果を表1に示す。表1の耐熱衝撃性の欄
の○印は割れが生じなかったことを示し、×印は割れが
生じたことを示す。加工性は、ALC用手動鋸で評価を
行い、加工性の欄の○印は切削可能を示し、×印は切削
困難または不可能を示す。
の○印は割れが生じなかったことを示し、×印は割れが
生じたことを示す。加工性は、ALC用手動鋸で評価を
行い、加工性の欄の○印は切削可能を示し、×印は切削
困難または不可能を示す。
【0024】
【表1】
【0025】なお、表1中の原料としては表2に示すも
のを使用した。表1より明かな如く、本発明によるもの
は軽量で加工性に優れ、熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃
性に優れるものである。
のを使用した。表1より明かな如く、本発明によるもの
は軽量で加工性に優れ、熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃
性に優れるものである。
【0026】
【表2】
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、各種加圧成形に適して
いるため、大物、薄物、異形品の成形が可能であると同
時に、焼成においては、焼成収縮率および熱膨張率が小
さいため、迅速な焼成により低い吸水率のものが寸法精
度よく得られる。また、得られたものの軽量で加工性に
優れ、熱膨張率が小さいため耐熱衝撃性に優れるので大
物セラミックス建材として有用である。
いるため、大物、薄物、異形品の成形が可能であると同
時に、焼成においては、焼成収縮率および熱膨張率が小
さいため、迅速な焼成により低い吸水率のものが寸法精
度よく得られる。また、得られたものの軽量で加工性に
優れ、熱膨張率が小さいため耐熱衝撃性に優れるので大
物セラミックス建材として有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸 慶二 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内 (72)発明者 平野 旭 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内
Claims (5)
- 【請求項1】Li2 O・Al2 O3 ・4SiO2 を含む
骨材を主原料とし、これに焼成助剤および成形助剤を加
え加圧成形し、焼成することにより、Li2 O・Al2
O3・4SiO2 の結晶構造をα型(低温型)からβ型
(高温型)に転移させる軽量低熱膨張セラミックス建材
の製造法。 - 【請求項2】焼成助剤として、軟化温度が骨材より高
く、熱膨張係数が−7〜7×10-6/℃である低膨張ガ
ラス粉末を加えることにより、より低温での焼成におい
ても製造可能となる、請求項1のセラミックス建材の製
造法。 - 【請求項3】前記含有量は、無機成分が重量%表示で骨
材60%以上であり、ガラス粉末20%以下である、請
求項1のセラミックス建材の製造法。 - 【請求項4】焼成温度が950〜1200℃である、請
求項1のセラミックス建材の製造法。 - 【請求項5】嵩比重が0.5〜1.5である、請求項1
のセラミックス建材の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6764193A JPH06256070A (ja) | 1993-03-03 | 1993-03-03 | 軽量低熱膨張セラミックス建材の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6764193A JPH06256070A (ja) | 1993-03-03 | 1993-03-03 | 軽量低熱膨張セラミックス建材の製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06256070A true JPH06256070A (ja) | 1994-09-13 |
Family
ID=13350838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6764193A Pending JPH06256070A (ja) | 1993-03-03 | 1993-03-03 | 軽量低熱膨張セラミックス建材の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06256070A (ja) |
-
1993
- 1993-03-03 JP JP6764193A patent/JPH06256070A/ja active Pending
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