JPH063066A

JPH063066A - 焼成用セラミック棚板

Info

Publication number: JPH063066A
Application number: JP4157964A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Miyaji; 清宮地; Shoichi Takamura; 正一高村
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1992-06-17
Filing date: 1992-06-17
Publication date: 1994-01-11

Abstract

(57)【要約】【構成】上下面及び側面に開口部を有する円柱又は角
柱ユニットが連結して板状になった焼成用セラミック棚
板である。開口部は連結しており、各ユニットの上下面
の孔の面積比率が３０〜８０％、側面の孔の面積比率が
５〜５０％、孔径が０．５〜４ｍｍである。棚板の目付
は７０００ｇ／ｍ²以下、厚みは８ｍｍ以下である。【効果】本発明の棚板は、熱容量が小さく、通気性、
強度が大きい為、被焼成物を均一に焼成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は焼成用セラミック棚板に
関する。さらに詳しくは、各種セラミック製品、例え
ば、セラミック系電子部品、セラミック系摺動材料、一
般陶磁器、粉末冶金で製造されるバイトなどを製作する
場合の被焼成物の支持用、敷板等の焼成治具用等に有用
なセラミック棚板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】焼成用セラミック棚板は、高温加熱と冷
却の繰り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。一方、炉使用時に
於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
べく熱容量の小さい軽量のものが望まれていた。また、
現在では、単純な省エネルギー、生産性の向上だけでは
なく、被焼成物を均一に焼成する事により、余分な後処
理をのぞく、あるいは、軽減することで、全体の省エネ
ルギーおよびコスト低減が求められている。余分な後処
理との例として、焼成治具との接触面と周囲のガスに暴
露されている面での不均一な加熱による電気特性の違い
を修正するための処理や、被焼成物中のバインダーの分
解除去工程で上下面での不均一加熱による分解速度の異
なりにより、被焼成物の上面が収縮し被焼成物が台形
状、あるいは凸に反るのを修正するために再焼成工程が
ある。

【０００３】従来の焼成用セラミック棚板としては、粉
体をプレス等により圧縮成型したものを焼成して得られ
る耐火物が知られている。このような焼成治具に於いて
は、被焼成物を均一に焼成するために、三角錘状の突起
を表面に成型したり、耐火物の上下面に貫通穴を開ける
ことによって被焼成物の周囲のガスおよび温度分布を均
一化するための検討が成されている。しかし、突起物等
を耐火物表面に形成しても、耐火物が加熱される速度と
周囲のガスの加熱される速度差が大きいため、被焼成物
の耐火物面と周囲のガス面の間に大きな温度差が生じ、
バインダー等の有機物の分解が均一に行われなく、さら
に、焼結を含めた不均一な加熱が被焼成物に悪影響を与
える。また、貫通穴を設けた場合、耐火物では前述と同
じ問題が起こるだけでなく、周囲のガスの自由な移動を
阻害する。例えば、窒化珪素等の焼成に於いては、周囲
のガスに窒素を使用するが、周囲のガスの置換面から、
被焼成物により貫通穴が塞がれて周囲のガスの置換が不
十分になり、被焼成物の焼成斑を起こす。

【０００４】最近、多孔セラミック体を使用することも
提案されている。多孔セラミック体は、ハニカム及びウ
レタンフォームを用いたセラミックフォーム等が広く知
られているが、押し出し可能なセラミック原料をオリフ
ィスから押し出すことによりハニカム構造を製造する方
法が、特開昭４８−５５９６０号公報に開示されてい
る。また、特開昭６２−５６７７１号公報に無機繊維で
あるアルミノシリケート繊維とセラミック原料粉末から
抄紙法によって得られるシートをハニカムフィルター状
に成型して焼成することによって得られるセラミック多
孔体が開示されている。この方法によれば、多数の貫通
穴があるセラミック多孔体が得られるが、周囲のガスの
自由な移動が前述の貫通孔と同じように阻害されるため
に問題が生じる。

【０００５】特開昭４８−８１９０７号公報及び、特開
昭５２−７７１１４号公報には、内部連通空間を有する
有機発泡体の表面にセラミックスラリーを付着させ、発
泡体を乾燥し、焼成することからなる製造方法が開示さ
れている。これらは貫通孔と比べて側面方向への周囲の
ガスの移動が自由である。しかし、上下面方向には貫通
孔がなく、一般に孔径が０．５ｍｍ以下と小さいものと
なっており、強度面からは厚みが大きくなっており、そ
の結果、空気の通気抵抗が非常に大きい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】焼成用セラミック棚板
は軽量、高強度とともに棚板付近での伝熱現象、通気現
象も考慮した最適な構造が要求されている。本発明者ら
はかかる観点から焼成用セラミック棚板の前述のような
従来技術の持つ欠点を解決するため鋭意検討した結果、
軽量で被焼成物が均一に焼成できる焼成用棚板を発明す
るに至ったものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、面に開口部を
有する円柱又は角柱のセラミックユニットが連結して成
形され、開口部が連通した板状体であって、各ユニット
の上下方向の面の孔の面積比率が３０％〜８０％、側面
の孔の面積比率が５％〜５０％であり、孔径が０．５ｍ
ｍ〜４ｍｍ、板状体の目付が７０００ｇ／ｍ²以下、厚
みが８ｍｍ以下の構造からなる焼成用セラミック棚板で
ある。

【０００８】被焼成物を均一に焼成するためには、被焼
成物付近の周囲のガス（気流）が、自由に移動すること
が必要である。そのためには被焼成物の下面において、
単一細孔を介して焼成周囲のガスと接するだけでなく、
孔の側面に於いて、他の細孔と連通し焼成周囲のガスが
自由に移動することによって全体として、焼成周囲のガ
スが均一化される。しかし、単に孔が側面に連通してい
ればいいというものではない。一定の通気抵抗以下でな
ければ気流が自由に移動できず焼成周囲のガスを均一に
することができない。即ち、孔が小さいと通気抵抗が大
きく、自由に気流が移動できない。しかし、細孔が大で
あると強度を持たせるために柱構造の部分を大きくしな
ければならず、その場合先行技術の圧縮成型品に貫通孔
を開けたのと同様に焼成斑を生じる。本発明者らはこの
問題の解決を鋭意検討した結果、上記の要求を満たす焼
成用棚板を見い出した。

【０００９】本発明の棚板は、例えば、図１ａ〜ｄに示
すように、面に開口部を有する円柱又は角柱のセラミッ
クユニットが連結して形成された板状体である。ユニッ
トの形状は、円柱、三角柱、四角柱、五角柱、六角柱等
どのような形状でも良い。強度を上げるために図１の
ｃ，ｄのように面に柱構造を付加しても良い。

【００１０】本発明において、各ユニットの上下方向の
面の孔の面積比率は３０％以上、８０％以下である必要
があり、好ましくは４０％以上、７０％以下である。３
０％未満では通気抵抗が大きくなり棚板の上下面方向へ
の気流が十分自由に移動できなく均一焼成ができない。
８０％を越えると強度が弱くなる。側面の面積比率は５
％以上、５０％以下が必要であり、好ましくは１０％か
ら４０％である。５％未満では側面方向への気流の移動
が通気抵抗が大きくなり十分できなく、均一焼成となら
ない。しかし、薄く、かつ軽量でありながら強度を持た
せるには側面方向での柱部の強度が重要である。この観
点より５０％を越えると強度が弱くなる。

【００１１】孔径は下記の定義に従って求める。図３に
示すように、孔１をはさむ２本の平行線の組のうち、最
小間隔をもつ組の平行線の間隔をｓ、この平行線に直交
した、孔１をはさむ平行線の間隔をＬとし、孔径を（ｓ
＋Ｌ）／２と定義する。孔径は０．５ｍｍ以上、４ｍｍ
以下である事が必要である。より好ましくは０．８ｍｍ
以上、３ｍｍ以下である。０．５ｍｍより小さいと通気
抵抗が大となり焼成周囲のガスを均一にすることが困難
となる。また４ｍｍを越えると強度を考慮して成型する
とスケルトン形状の柱の径が大となり焼成斑を生じる結
果となる。

【００１２】棚板が軽量であるためには目付７０００ｇ
／ｍ²以下を必要とする。より好ましくは４０００ｇ／
ｍ²である。下限については特に限定はないが強度保持
上、１０００ｇ／ｍ²以上が好ましい。厚みは８ｍｍ以
下が必要であり、好ましくは５ｍｍ以下である。厚みの
下限は強度保持上１ｍｍ以上が好ましい。

【００１３】本発明のセラミック棚板は繊維材料を製編
織する事によって得られる表裏２枚の編織物と表裏を相
互に連結する連結部からなる立体織編物を用い、この立
体編織物にセラミックスラリーを含浸し、コートしたも
のを焼成することによって製造される。本発明の焼成用
セラミック棚板の製造に用いる有機繊維としては、セル
ロース系繊維、ポリアミド系繊維、ポリエステル系繊
維、ポリアクリル系繊維、ポリオレフィン系繊維、ポリ
ウレタン系繊維等が上げられる。また、前記の繊維を複
合してもよい。

【００１４】繊維の形態は、長繊維であっても良いし、
短繊維であっても良い。糸の形態は、モノフィラメン
ト、マルチフィラメント、紡績糸のいずれであっても良
いし、それらが複合されたものであっても良い。この糸
を用いた立体織編物は、経糸および緯糸で形成された表
裏２枚の織編物間と表裏を相互に連結する連結部からな
る。表裏の開口位置、開口径は、使用する編機のゲージ
および編立密度によって、開口部、開口径を設定するこ
とが可能である。開口径、開口部は、織編物の構造によ
って出来る穴（空隙）を言う。

【００１５】連結部の糸は、少なくとも表裏２枚の織編
物を立体的に保持するだけの剛性を有する糸を使用す
る。立体構造を保持する場合に於いて、通常、剛性面か
らはモノフィラメントが、後述のセラミック塗布工程に
於いて、セラミックスラリーの連結部分での保持面から
は、マルチフィラメントや紡績糸が好ましい。剛性面お
よびセラミックスラリーの連結部分での保持面から検討
を加えた結果、連結糸の糸配列をモノフィラメントとマ
ルチフィラメントを同時に用いることにより、樹脂加工
等の後加工による立体構造の保持が必要ないセラミック
基布用の立体織編物となることがわかった。つまり、連
結糸の組織を立体的に保持する剛性が必要な部分と隣合
うセルとの間を開口する骨格を形成するセラミックのセ
ラミックスリップを保持する部分を分けて、組織を設計
することにより、樹脂加工等の後加工による立体構造の
保持が必要ない立体織編物となる。また、表裏２枚の織
編物間に含まれる連結部の間に一層以上の織編物を形成
することも可能であり、これによって、より流体の制御
が可能になる。

【００１６】織編物は、そのままで次のセラミックスラ
リーの塗布工程に使用しても良いし、編織物工程以前の
油剤、糊剤等を除去する工程、水等の溶剤、および、熱
に対する安定性を向上させるために、熱処理を行っても
良い。セラミック原料は、使用目的に応じて選択すれば
良い。コージェライト、アルミナ、安定化ジルコニア等
の酸化物系セラミック、窒化珪素、窒化アルミ等の窒化
物系、炭化珪素等の炭化物系が、一般に用いられるが、
金属等の粉体を含めこれらに限定されるものではない。
また、セラミック原料粉末の粒径は、使用する単繊維の
直径に応じて変化するさせることが好ましく、最密充填
するような粒度分布が更に好ましい。繊維径に対して最
大粒経は繊維径以下、好ましくは１／２以下である。セ
ラミックスラリーを作成するに当たっては、特殊織編物
への均一な含浸、付着が得られるような組成、粘度にす
る。付着率は、使用する粉体の密度によって異なるが、
アルミナの真密度を３．９ｇ／ｃｃとした場合には繊維
重量に対し２００重量％以上、１０００重量％以下であ
り、好ましくは４００重量％以上、８００重量％以下で
ある。粉体の嵩密度によって、付着率は変化し、例え
ば、真密度が７．８ｇ／ｃｃの粉体を使用するとすれ
ば、繊維重量に対し４００重量％以上２０００重量％以
下となり、体積が同一になるようにする。

【００１７】２００重量％以下では、繊維間、および繊
維集合体表面がコートされず、強度がでなかったり、焼
成中に形状が崩れたりする。１０００重量％以上では、
開口部、特に隣合うセルの間の開口部がセラミックによ
って埋められてしまう。一般的には、水等の分散媒体に
解膠剤とバインダー（例えば、メチルセルロース、エチ
ルセルロース、ポリブチルセルロース、ポリビニールア
ルコール、ワックス等）と共にセラミック原料粉末を分
散させてスラリーとする。

【００１８】セラミックスラリーの含浸方法として、織
編物をセラミックスラリーに浸漬後、マングルで搾液す
るか、遠心分離、圧縮空気等の吹き付け等で過剰のスラ
リーを除去するか、または、キッスロール、グラビヤロ
ールを用いるなどいずれの方法であってもよく、組み合
わせてもよい。要はセラミック原料が織編物を構成して
いる繊維集合体の単繊維間に含浸し、繊維集合体の空隙
をセラミック原料が充填された状態で繊維集合体表面の
セラミック原料と均一に繁る状態で繊維集合体表面をセ
ラミック原料が覆う状態を作り出すことが出来る方法で
あれば、いずれの方法であっても良い。

【００１９】このことが、従来の有機発泡体を用いた場
合と大きく異なる点である。有機質発泡体を用いた場合
はどうしても骨格を形成する有機質の側面が大きく、骨
格表面にセラミック原料を塗布するにさいして、焼成後
有機物が分解除去された後の中空部分の存在から、強度
を維持するためにある程度のセラミック被覆の厚さを確
保する必要がある。このため、一つにはセラミック多孔
体の空隙率、（骨格内の中空部分を除く）が減少する。
もう一つの問題は、セラミックの塗布が均一に行われな
いためにセラミック多孔体の連通空間を塞ぐことにな
る。

【００２０】ついで、セラミックが含浸された編織物を
乾燥させる。乾燥の条件は、有機繊維が分解しない温度
以下で、編地の織編物の形状が崩れない温度であれば良
い。焼成は公知の方法で行うことができる。ただし、有
機物の分解除去については、分解ガスおよび溶融等によ
る多孔セラミック構造体の形状が崩れないような昇温速
度を設定する必要がある。

【００２１】

【実施例】実施例によって本発明を具体的に説明する。曲げ強度の測定法長さ１７０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さｔの試料１を、図４
に示すように１５０ｍｍの間隔をおいて設置した支点台
２上に、試料端と支点台の先端との距離が１０ｍｍにな
るように載置する。

【００２２】試料の中央部に、５０ｍｍの間で押圧先端
を有する荷重支点台３を載置し、荷重を加えていった時
の試料破断時の強力をＦとすると、曲げ強さは３Ｆ／ｔ
²で求められる。

【００２３】

【実施例１】６枚のガイドを装備するダブルラッシェル
機を用いて立体編み物を作成した。使用編機は、１８ゲ
ージ（１インチ当たり１８本の針本数を有する）仕事
で、糸は１イン２アウトの糸配列とし、ガイドバーＬ
１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６で表裏の網状物を形成し、Ｌ３、
Ｌ４で表裏を連結する連結部を形成し、かつ、表裏の網
状物の間に、隣合うセル間を連通する穴を形成させた。
Ｌ１、Ｌ６には１０００ｄ／１９２ｆのポリエステル
糸、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ５は１５０ｄ／４８Ｆのホリエステ
ル糸、Ｌ４には１８０ｄ／１Ｆのナイロンモノフィラメ
ント糸を用いた。得られた編地は、厚み４．５ｍｍであ
った。途中工程での編地の安定性のため、精錬、乾熱セ
ットを行い、厚み３．５ｍｍの編地を得た。この編地を
アルミナ原料粉末平均粒径０．５μ（昭和電工製ＡＬ
−１６０ＳＧ−３）１００部に、解膠剤（中京油脂社製
セルナＤ−３０５）１部、バインダー（中京油脂社製
セルナＷＥ−５１８）５部、蒸留水３０部をボールミ
ルを用いて、セラミックスラリーを作成した。作成した
セラミックスラリー中に編地を浸漬し、マングルで搾液
し、乾燥した後、再び、セラミックスラリー中に浸漬
し、余剰なセラミックスラリーを圧縮空気を用いて除去
した後、乾燥したものを電気炉で有機繊維を分解除去
し、アルミナの焼結温度１６００℃まで昇温し、１時間
保持して焼結した。

【００２４】得られたセラミック棚板は、スケルトン構
造の外観を保ち、表裏の網状物を形成し、表裏を連結す
る連結部を形成し、かつ、表裏の編状物の間に、隣合う
細孔間を連通する穴を形成していた。ユニットの上下面
方向の孔の平均面積比率は６４％、側面方向１５％、平
均孔径２．０ｍｍであった。板状体の目付は３３００ｇ
／ｍ²、厚みは３．３ｍｍで軽量で薄い構造のものがで
きた。曲げ強度は１０５ｋｇ／ｃｍ²であった。

【００２５】

【実施例２】実施例１と同様にして焼成用セラミック棚
板を成型した。ユニットの上下面方向の平均面積比率を
２０％〜９０％に変化させるため編み組織をそれぞれの
仕様に合わせて形成した。ユニットの平均孔径２．０ｍ
ｍ、側面方向１５％、板状体の厚みは３．３ｍｍであっ
た。結果を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【実施例３】実施例１と同様にして焼成用セラミック棚
板を成型した。ユニットの側面方向の平均面積比率を１
％〜６０％に変化させるため編み組織をそれぞれの仕様
に合わせて形成した。上下面方向の平均面積比率を６４
％、平均孔径２．０ｍｍ、板状体の厚みは３．３ｍｍで
あった。結果を表２に示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】

【比較例１】市販品の焼成用セラミック棚板で結晶質ア
ルミナ短繊維を成型焼成したものを使用した。周囲のガ
スの移動するような孔のない構造ものであるため上面方
向、側面方向の面積比率は０％、平均孔径は０．１ｍｍ
以下の非常に小さいものであった。板状体の目付は１０
０００ｇ／ｍ²、厚みは１０ｍｍであった。

【００３０】

【比較例２】比較例１に直径５ｍｍの貫通穴を平方イン
チあたり９個開けて上下方向にガスの移動が自由に出来
るようにした。上下面方向の面積比率２７％、側面方向
０％、孔径５ｍｍ、目付は７３００ｇ／ｍ²、厚みは１
０ｍｍであった。

【００３１】

【比較例３】市販品のもので内部連通空間を有する発泡
体構造をした多孔性セラミックを用いた。材質はアルミ
ナでありポリウレタンフォームにセラミックススラリー
を浸漬して乾燥焼成されたものである。発泡体構造のた
め小さい孔を多数有しており、口径は０．２ｍｍであっ
た。上下面方向の面積比率は５０％、側面方向５０％、
目付は１３０００ｇ／ｍ²、厚みは１５ｍｍであった。

【００３２】被焼成物として、実施例１で用いたセラミ
ックスラリーを石膏型を用いて、５ｃｍ角厚み２ｃｍに
成型したものを用いた。この被焼成物を本発明品、比較
例の、３種上に、同じ大きさに切断したカーボンペーパ
ーを、被焼成物を上下に挟み込む形で設置し、各々炉底
から３ｃｍの間隔で５段棚組し、１００℃／Ｈｒで昇温
し、被焼成物の上下のカーボンペーパーの分解挙動を検
討した。

【００３３】この結果、実施例１の棚板を用いた場合、
４００℃で被焼成物の上下のカーボンペーパーが分解除
去された。比較例の棚板を用いた場合、被焼成物上面の
カーボンペーパーは分解除去されたが、下面は、比較例
１は全面にわたって分解除去されず、ペーパー端面が若
干酸化分解されている程度であった。１２００℃でも表
面積で約２５％程度残留していた。この理由は、断熱性
が高く、また、軽量質棚板の表面との密着性が高かった
ために、酸素が十分に供給されず、分解除去されなかっ
たものと考えられる。比較例２の貫通穴タイプでは貫通
穴部分がほぼ分解除去されていたが、穴以外の部分は分
解除去されていなかった。１０００℃でほぼ全面分解除
去された。比較例３はなかなか分解除去されず９００℃
でほぼ全面で分解除去された。以上の結果から、判るよ
うに、本発明の焼成用治具を用いることによって、周囲
のガス（温度、ガス（この場合、空気））が十分に被焼
成物に到達する事が出来るために被焼成物の均一な焼成
が可能であることが判る。

【００３４】

【発明の効果】本発明の焼成用セラミック棚板は、前述
のように構成されているので、軽量でかつ被焼成物の均
一な焼成ができる焼成用棚板として非常に有用なもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の棚板を構成するセラミックユニ
ットの例を示す図である。

【図２】図２は本実施例１で得られたセラミックユニッ
トを示す図である。

【図３】孔径の測定法を示す図である。

【図４】（ａ）は本発明の棚板の曲げ強さを測定する装
置の側面図、（ｂ）はその平面図である。

【符号の説明】

１試料２支点台３荷重支点台

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】面に開口部を有する円柱又は角柱のセラ
ミックユニットが連結して形成され、開口部が連通した
板状体であって、各ユニットの、上下方向の面の孔の面
積比率が３０％〜８０％、側面の孔の面積比率が５％〜
５０％であり、孔径が０．５〜４ｍｍ、板状体の目付が
７０００ｇ／ｍ²以下、厚みが８ｍｍ以下であることを
特徴とする焼成用セラミック棚板