JPH0627027B2 - 高強度陶磁器質材の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の目的」 本発明は高強度陶磁器質材の製造法に係り、強度的に卓
越した特性を有する陶磁器質材を適切に製造することの
できる方法を提供しようとするものである。

（産業上の利用分野） 天然陶磁器質材料による陶磁器質成形体の製造技術。

（従来の技術） 食器、タイル、壁材、置物などとして陶磁器質材は優れ
た質感、耐熱性、耐食性、電気抵抗性などの特性を有し
ており、古くから広く利用されており、その製造法につ
いても種々に知られている。この陶磁器質材において良
質とされるものは白色で透光性があり、緻密で衝撃によ
り金属音に近似した音響を発し、組織はガラス相の緻密
なものとなり、強度向上の要因は微細な天然硅石粉であ
る。即ちこのような強度構成要因からして長石、硅石粉
を用い、その成形を円滑化するために天然粘土粉などが
配合されたものを成形してから焼成して製品としてい
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかし上記のような従来法による陶磁器質材は破損し易
い欠点を有している。即ちその曲げ強度は３〜７kg／mm
^２程度であり、このため破損の可能性が高いので充分な
耐用性が得られず、またその用途、形態その他に制限を
受けざるを得ない。

「発明の構成」 問題点を解決するための手段 天然陶磁器質材：２０〜６０wt％、４μｍ以下の微
粒アルミナ：２５〜７５wt％およびベントナイト：２〜
１０wt％を主成分とした原料混合物を成形したのち加熱
焼成することを特徴とする高強度陶磁器質材の製造法。

天然陶磁器質材：２０〜６０wt％、４μｍ以下の微
粒アルミナ：２５〜７５wt％、ベントナイト：２〜１０
wt％および微粒水酸化アルミニウム：２〜１５wt％を主
成分とした原料混合物を成形したのち加熱焼成すること
を特徴とする高強度陶磁器質材の製造法。

作用 天然陶磁器質材に４μｍ以下の微粒アルミナを２５wt％
以上配合することにより組織を充分に微細化し破壊源と
なる粗大粒子および気孔を大幅に減少して強度を向上す
る。上限を７５wt％とすることにより陶磁器質材として
の特性と成形性を確保する。

ベントナイトを２〜１０wt％配合して上記のように強度
向上を図った混合物の成形性を良好とし、即ち１０wt％
以上では粘度が上昇しすぎて成形が困難となり、一方２
wt％未満ではベントナイト添加による成形性向上が乏し
い。

微粒水酸化アルミニウムを２wt％以上添加して粘結性を
高め、ゲル化を良好とする。その上限を１５wt％とする
ことにより、焼結時の亀裂発生を防止する。

混捏物のpHを６〜９とすることにより塩類が細かく析出
して粘度を高める。pH６未満およびpH９以上では塩類が
溶解したままとなって粘度を上昇させる作用が求め難い
こととなる。

前記した微粒アルミナ、ベントナイトおよび微粒水酸化
アルミニウムのより好ましい配合比は、微粒アルミナが
３０〜５０wt％、ベントナイトが２〜５wt％、微粒水酸
化アルミニウムも２〜５wt％である。

（実施例） 上記したような本発明について更に説明すると、本発明
者等は上記したような従来のものの問題点を解消するこ
とについて仔細な検討を重ねた結果、従来から用いられ
ている天然産出の陶磁器質材料に４μｍ以下の微粒アル
ミナおよびベントナイトを適量混合したものを成形し加
熱焼成することにより、この種陶磁器質材の強度、特に
曲げ強度を大幅に向上し、またその成形性を良好ならし
め得ることを知った。

即ち天然陶磁器質材料としては通常の硅石、長石、粘土
の３成分系のものを用い、その組成についての一般的範
囲は、SiO₂ ：５０〜７５％、Al₂O₃ ：１５〜２５％、K
₂O ：２〜５％、Na₂O：0.5〜３％であって、これを好ま
しくは粉砕し混合したものとして準備し、これをwt％
（以下単に％という）で１０〜６０％とアルミナおよび
ベントナイトを混合するもので、アルミナの添加量が増
加するに従い、硅石、粘土、長石の順にアルミナと置換
するが、粘土は必ず配合し、又セリサイトや雲母のよう
なものはそのまま残してよい。アルミナは本発明におい
て強度向上のため不可欠の材料であり、４μｍ以下、好
ましくは１〜４μｍの微粉アルミナを２５〜８５％の範
囲で適宜に選び配合する。４μｍを超えるような粗粒、
あるいは１μｍ未満のような超微粉のみでは強度向上が
少なく、特に１μｍ未満の微粉のみのものは高価とな
る。然してこの微粉アルミナが２５％未満では上記した
ような強度向上が適切に得られず、例えば工業的生産と
して実用的な１３００℃焼成の条件において強度σ_Ｂが
１０００kg／cm²を確保するにはこの微粉アルミナが２
５％以上とされることが必要である。然して強度はこの
微粉アルミナ添加量が増加するに従い次第に向上し、例
えば前記したところと同じく１３００℃焼成の条件にお
いても、アルミナが３５％程度で前記σ_Ｂが１３００kg
／cm²前後、４５〜５０％では１８００kg／cm²程度、５
０〜５５％では１９００〜２０００kg／cm²と高強度な
ものを得ることができるが、この微粉アルミナが８５％
以上となると、天然陶磁器質材およびベントナイトの配
合量が相対的に低下することは明らかであって、これら
の他の配合材において本発明が得ようとする特性を得難
いこととなり、この点からしてアルミナについては７５
％、好ましくは７０％程度を上限とすることが必要であ
る。即ち望ましい微粉アルミナの添加量範囲は３０〜５
０％である。

上記したような天然陶磁器質材料および微粉アルミナか
ら成る混合物に対し、本発明においてはベントナイトを
２〜１０wt％添加することも不可欠である。即ち本発明
者等は次の第１表に示すような成分組成を有する各種ベ
ントナイトについて検討したが何れも成形性を良好に
し、切れやクラックの発生をなからしめ、反りの発生が
少ない成形体が得られる。

前記ベントナイトの添加量については、少なくとも２％
以上であり、その上限は１０％である。即ち前記したよ
うに成形性の改善のみならず、切れやクラックを解消
し、反りを縮減して好ましい成形体を得しめるには上述
したようなベントナイトの何れを採用するとしても２％
以上添加することが必要であるが、斯うしたベントナイ
トを１０％を超えて添加すると発泡ガラスを形成する傾
向が認められ、それに伴い製品の強度その他の特性も思
わしいものとならないので、これを上限とする。このよ
うなベントナイトは湿式法（泥漿鋳込みまたはろくろ法
など）において成形性を向上し、また乾燥時の亀裂発生
を防止する。

上述したような基本的配合のものに対して、本発明では
更に水酸化アルミニウムを２〜１５％加えることが好ま
しい。この水酸化アルミニウムも微粉である程好まし
く、望ましくは0.5 μｍ以下が適切であって、それによ
って粘結性を向上し、混練物のゲル化を良好とする。２
％以下ではこのような添加効果が不充分で、又１５％を
超えて水酸化アルミニウムを添加すると焼結時に多数の
大きな亀裂を生ずることとなり好ましくない。

なお本発明によるものは上記したような天然陶磁器材
質、微粒アルミナ、ベントナイトの３者あるいはこれら
に加えて微粒水酸化アルミニウムを主成分とするもの
で、これら以外の原料については１％未満で、しかも上
記したような基本的作用効果が実質的に損なわれない範
囲で採用することができる。

更に本発明においては前記配合による混捏物のpHを６〜
９、好ましくは６〜８に調整することが適切である。即
ち混捏物にはAl⁺⁺⁺ ，Ca⁺⁺，Fe⁺⁺⁺ などのイオンが混入
しており、特にアルミナ、水酸化アルミニウムが用いら
れているのでその表面電位を等電点とすることにより塩
類を細かく析出せしめ粘度を向上し、成形性を良好とす
ることができる。

上記のように水酸化アルミニウムをも用い、又pHを調整
することは粘土が比較的少ない条件下においても成形性
を良好にし、又乾燥時における素地の切れを防止する上
において有効な手段である。

混捏物の調整は、上記のような材料に加水してボールミ
ルで、一般的に８〜２４時間の混合、粉砕をなし、適宜
に酸を添加して前記pHの調整を行ってからフィルタープ
レスに掛けて得られるマットをろくろ成形して成形体と
する。或いは前記マットを土練機により混練し脱気して
からスラリーを調整し鋳込成形（スリップキャステイン
グ）して成形体とするものである。

上記のようにして得られる成形体は何れにしても乾燥処
理してから焼成されて製品とされる。この乾燥は適宜の
方法で実施できるが比較的短時間内に目的の乾燥状態を
得るためには１００℃以下のような比較的低温に加熱し
た条件下で実施することができる。

上述のようにして乾燥処理された成形体に対しては焼成
処理されるが、この焼成温度は、混捏物における長石の
増減を考慮して適当な温度を選ぶことができ、一般的に
は１２００〜１３５０℃として磁器質を適切に得しめ
る。この焼成による線収縮率は１２〜１８％が一応の目
安であり、吸水率は３％以下、望ましくは１％以下まで
焼成することにより強度発現が適切に得られ、好ましい
製品を得ることができる。

本発明によるものの具体的な製造例に若干について説明
すると以下の如くである。

製造例１ 本発明者等が具体的に用いた天然陶磁器質材は多治見市
産出の坏土で、次の第２表のような分析結果のものであ
る。

上記陶磁器質坏土６２wt％に３μｍ以下のアルミナ３２
wt％、前記第１表に示した山形ベントナイト３wt％およ
び０．６μｍ以下の水酸化アルミニウム３wt％の割合に
配合した混合物１００重量部に７０重量部の水を加えて
比重が1.4 のスラリーとなるようにボールミルで２４時
間粉砕し、これに稀硫酸を加えてpH6.5 、8.0 および8.
6 と調整したものを加圧濾過脱水してケーキを得た。

上記ケーキを更に真空土練機で脱気した後、再び水を加
え、比重1.3 に調合し、この時解こう剤として日本ゼオ
ン社製クインズフローを0.2 重量部添加し、これを遠心
ポンプで石こう型に1.2 kg／cm²の圧力で圧入成形し
た。

上記成形物は次いで９５℃×４時間の乾燥処理し、５×
２２×１２３mmの成形体を得た。

前記成形体は電気炉内に装入し、２００℃／hrの昇温速
度で１３２０℃まで昇温し、該温度で２時間焼成し、次
いでスイッチオフし、自然放冷の炉冷を行ってからサン
プルを得た。

前記のようにして得られたサンプルについてＪＩＳ Ｒ
１６０１法に基づく３×４×５０mmの材料をダイヤモン
ドカッターで切断し、３点曲げ法による曲げ強度を測定
し、又ハンター式比色光度計により白色度を求めた結果
は、曲げ強度が14.8〜16.2kg／mm^２で、白色度が８７〜
８８であった。なおこのものの比重は2.57〜2.72で、吸
水率は0.01〜0.03％であり、強度的に頗る高い磁器であ
ることが確認された。

上記したような製造例１とその配合関係ないしpHを種々
に変えた製造例２〜６および微粒アルミナおよびベント
ナイトを何れも用いないもの、それらの何れかのみを用
いた比較例１〜３、更にアルミナの粒度を１０μｍとし
て製造例２と製造例４の配合に準じた場合の比較例４、
５についてその具体的数値および成形性、乾燥時の性状
と得られた焼成品の特性を要約して示すと次の第３表の
通りである。

即ち本発明の製造例によるものは何れも成形性が良好な
いし良で乾燥時の性状も良好ないし良であり、焼成品の
曲げ強度は実質的に１５kg／mm^２以上で２８kg／mm^２以
上にも達するのに対し、アルミナが１０μｍとされた比
較例４、５のものは何れも１０kg／mm^２達せず、また吸
水率が大幅に増大し、その他の比較例は曲げ強度におい
て更に低下することが確認された。

「発明の効果」 以上説明したような本発明によるときは天然産出の陶磁
器質材を用い、組織を充分に微細化すると共に破壊原因
を縮減して強度的に著しく優れた陶磁器質材を得しめ、
その破損を有効に防止すると共に従来材において求め得
ない新しい用途、形態の各種製品を提供し得るものであ
って、工業的にその効果の大きい発明である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】天然陶磁器質材：２０〜６０wt％、４μｍ
   以下の微粒アルミナ：２５〜７５wt％およびベントナイ
   ト：２〜１０wt％を主成分とした原料混合物を成形した
   のち加熱焼成することを特徴とする高強度陶磁器質材の
   製造法。
2. 【請求項２】原料混合物を泥漿鋳造法またはろくろ法に
   よって成形する特許請求の範囲第１項に記載の高強度陶
   磁器質材の製造法。
3. 【請求項３】泥漿鋳込法において原料混合物の泥漿をpH
   ６〜９として調整する特許請求の範囲第２項に記載の高
   強度陶磁器質材の製造法。
4. 【請求項４】天然陶磁器質材：２０〜６０wt％、４μｍ
   以下の微粒アルミナ：２５〜７５wt％、ベントナイト：
   ２〜１０wt％および微粒水酸化アルミニウム：２〜１５
   wt％を主成分とした原料混合物を成形したのち加熱焼成
   することを特徴とする高強度陶磁器質材の製造法。
5. 【請求項５】原料混合物を泥漿鋳造法またはろくろ法に
   よって成形する特許請求の範囲第４項に記載の高強度陶
   磁器質材の製造法。
6. 【請求項６】泥漿鋳込法において原料混合物の泥漿をpH
   ６〜９として調整する特許請求の範囲第５項に記載の高
   強度陶磁器質材の製造法。