JPH0796469B2 - 耐熱性無機質繊維成形体 - Google Patents

耐熱性無機質繊維成形体

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JPH0796469B2
JPH0796469B2 JP61258779A JP25877986A JPH0796469B2 JP H0796469 B2 JPH0796469 B2 JP H0796469B2 JP 61258779 A JP61258779 A JP 61258779A JP 25877986 A JP25877986 A JP 25877986A JP H0796469 B2 JPH0796469 B2 JP H0796469B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセラミックス、ガラス、各種金属酸化物等の焼
成において、炉の内張、棚板、およびトレイ等として使
用することのできる耐熱性無機質繊維を主体とする成形
体や、バーナープレート、排ガス浄化用触媒担体として
使用することのできる軽量、高強度で、耐熱衝撃性に優
れた耐熱性無機質繊維成形体に関するものである。
〔従来の技術〕
耐熱性無機質繊維を主体とする成形体は、軽量(多孔
質)で耐熱衝撃性に優れているという特徴から種々の工
業分野で利用されている。特に最近になって、前記耐熱
性無機質繊維に無機物質を複合させることにより、従来
より高密度で高強度の成形体が得られるようになり、た
とえば、コンデンサー、センサー、IC基板等の電子機能
部品焼成用の内張、棚板、浅い鉢(以下トレイという)
等に使用されたり、多孔性を利用して触媒担体として使
用されたりしている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記した如く、耐熱性無機質繊維を主体とする成形体
は、各種形状に成形され、種々の用途に使用されている
が、従来の製造方法は、耐熱性無機質繊維と無機物質等
の添加剤を多量の水中にて分散混合後、凝集させてから
成形用型に真空吸引成形させる方法が汎用されていた。
この方法では、かさ密度の低い成形体は成形可能である
が、特に、電子機能部品焼成用の棚板・敷板、トレイ・
匣鉢等の各種焼成治具や触媒担体の用途に関しては、高
密度で高強度の材質が必要となり従来の製造方法では成
形できず、平板状に成形、プレス後、各種形状に加工し
て使用されたり、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂中に耐熱
性無機質繊維を混練させてから成形したり、さらには、
空気中に浮遊させたまま各種物質の混合を行なうという
方法が考えられてきた。
たとえば、耐熱性無機質繊維と無機バインダー(例えば
粘土、シリカゾル、アルミナゾル等)を大量の水でスラ
リー状となし平板状に真空吸引、プレス、乾燥後、所定
の形状に切削加工したものは、繊維が厚み方向に積層し
ているため切削の方向により成形体の一部が特に弱くな
るという問題点があった。具体的には、第1図の模式図
にあるように積層面相互の強度がないため、図の矢印の
部分で深い形状物に対しては原料収率が低くなって製品
が高価となる問題があり量産には不向きであった。ま
た、凝集剤を使うことにより無機結合剤が集合離散する
ために強度が低かった。
また、セラミックスの成形によく使用される顆粒状の原
料をプレスする方法は、耐熱性無機質繊維を核とする顆
粒がプレスにより破壊されず、また、破壊してしまうと
密度を小さくできないため粒状の繊維集合体が連続して
つながった構造となり、繊維集合粒子間の強度の全くな
い成形体となってしまい、第2図のようにエッヂの部分
に強度不足からよく欠損が生ずる問題があった。
また、特開昭61−163173号公報に開示されている様な成
形助剤として固体ワックスを使い加熱混練成形により耐
熱性無機質繊維成形体を得る方法は、混練に必要な粘性
をワックスにて補償させることが困難であり充分に繊維
の分散していない構造を有した成形体しか得られないこ
と、さらに、脱ロウ費用が高く成形体が高価となる等の
問題があった。
さらに、特開昭59−184763号公報で提案の如く超高温用
セラミックファイバーと粘土との混練物を吹付けにより
型付けして成形体を得る方法は、繊維が短くなりすぎ成
形体の密度を下げることができないこと、また、プレス
成形等の手段と比べて成形体の生密度が低くなり焼成後
の成形体強度を充分に向上できないこと等の問題があっ
た。
一方、特開昭58−190855号公報で提案の如く、セラミッ
ク原料を混合したポリウレタン発泡体を焼成してポリウ
レタンを除去させて多孔質セラミック成形品を得る方法
によって成形した成形体は、基本的には繊維質材料を含
有していないし、微細な気孔を有する成形体が得られな
いから、繊維質材料を含むものに比較して、強度が劣る
という問題があった。
以上のように従来の耐熱性無機質繊維成形体は、製造方
法に起因した構造状の問題があり、コンデンサー、セン
サー、IC基板、フェライト等の電子機能部品焼成用棚
板、トレイとしては、特に荷重のほとんどかからない部
分にしか使用されていなかった。また、匣鉢の如き深い
鉢状のものの、異形状物については高価である理由から
使用されていなかった。
本発明は、これらの問題点を解決し、耐火性粉末と無機
結合剤との混合組成物中に耐熱性無機質繊維を均一に分
散させた構造を有する成形体を提供することにより、高
強度で軽量、かつ量産化の容易な種々形状の耐熱性無機
質繊維成形体を提供し、前記機能部品焼成用治具の省エ
ネルギーおよび作業性の改善に寄与し、前記触媒担体の
品質向上とコストダウンに寄与することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、上記目的を達成するために耐熱性無機質繊維
20〜50重量%と耐火性粉末40〜80重量%と無機結合剤5
〜30重量%とから成り、前記耐熱性無機質繊維は大部分
が解繊された状態で前記耐火性粉末と前記無機結合剤と
から成る組成物中にある特定方向に配向することなく、
均一に分散した構造を有する、かさ密度が0.6〜1.5g/cm
3であり、かつ、150〜300kgf/cm2の曲げ強度を有するこ
とを特徴とする耐熱性無機質繊維成形体を提供するもの
である。
〔作用〕
本発明の耐熱性無機質繊維成形体は、耐熱性無機質繊維
を主成分とするため成形体中に多数の連続気孔が存在
し、その軽量化と耐熱衝撃性の向上が図られ、常温にお
ける熱伝導率も0.15〜0.3Kcal/mhr℃と低い値となり焼
成時における蓄電量の低減と焼成時間の減少に寄与し、
エネルギーコストを安価とすることができる。具体的に
は、0.6〜1.5g/cm3の密度であることが好ましく、0.6g/
cm3未満だと強度不足となり1.5g/cm3を越えると蓄電量
を低くできず耐熱衝撃性に劣るようになり好ましくな
い。特に1.0〜1.3g/cm3の密度が好適である。
又、本発明の耐熱性無機質繊維成形体は、耐熱性無機質
繊維の繊維間に耐火性粉末及び、または無機結合剤を充
填し、これらの耐火性粉末及び、または無機結合剤を焼
結せしめることにより、従来の繊維状物を主成分とする
成形体と比べてより強固な構造物たる成形体を得ること
ができる。特に、本発明においては、耐熱性無機質繊維
がその大部分が解繊された状態で、ある特定方向に配向
することなく、前記耐火性粉末と無機結合剤とから成る
組成物中に均一に分散した構造を前記成形体が有してい
るため、従来品に比較して飛躍的に向上した強度を得る
ことができる。
すなわち、従来からよく行なわれている大量の水で耐熱
性無機質繊維と無機バインダーをスラリー状となし真空
吸引する方法で得られた成形体は、吸引方向に対して繊
維が積層すること、あるいは、無機バインダーの歩留を
上げるため凝集させるからで成形体そのものが大粒子状
の無機バインダーの集合体から成ること等の原因に基づ
いて、成形体の強度に方向性が存在したり、高強度が得
られなかったのに対して本発明の成形体は、繊維が均一
に分散していること、無機結合剤を凝集させずに使用で
きるためその働きを充分に発揮させることができるの
で、繊維を主体とした成形体とは思われない程の強度を
得ることができる。たとえば、従来法で得られた成形体
は40〜120kgf/cm2の曲げ強度しか得られなかったが、本
発明によれば、150〜300kgf/cm2の強度を得ることがで
きるようになり、従来は使用することの困難だった、ア
ルミナ、フェライト等の重い電子部品の焼成用治具とし
て使用できるようになる。
前記耐熱性繊維を耐火性粉末と無機結合剤との混合組成
物中に分散させるには、パンやチョコレート等食料品用
の混練物を使用するのが良い。模型のニーダーやホール
ミル等では繊維が充分に解繊されず好ましくない。
前記耐熱性無機質繊維は、アルミノシリケート繊維、結
晶質アルミナ繊維、結晶質ムライト繊維、シリカ繊維、
ジルコニア繊維とから選ばれるいずれか1種又は2種以
上であることが好適である。特に、繊維強度の高いアル
ミノシリケート繊維、シリカ繊維は、長い繊維のまま混
合成形でき、成形体密度が低くなって蓄電量が低減でき
好ましい。また、結晶質アルミナ繊維、結晶質ムライト
繊維、ジルコニア繊維等は耐熱温度が高く、耐触性に優
れているため、アルミナ、フェライト、圧電素子等のよ
り厳しい条下での焼成用治具として好適である。
前記耐火性粉末は、アルミナ質、アルミナ・シリカ質、
ジルコニア質、マグネシア質、チタニア質、クロミア質
とから選ばれるいずれか1種又は2種以上であることが
好適である。具体的には、アルミナ、ムライト、カオリ
ナイト、木節粘土、蛙目粘土、シリマナイト、ステアタ
イト、フォルステライト、タルク、ジルコニア、マグネ
シア、スピネル、チタニア等が好ましい。
さらに、本発明の無機結合剤はシリカ・ソーダ系、ホウ
酸カルシウム系、シリカ系のフリット、アルミナゾル、
シリカゾルから選ばれるのが好ましく、たとえば、長
石、マイカ粉末、ホウ酸、ガラス粉、珪石、アルミナゾ
ル、シリカゾル等が好ましい。
本発明の耐熱性無機質繊維成形体は、前記耐熱性無機質
20〜50重量%と前記耐火性粉末40〜80重量%と前記無機
結合剤5〜30重量%とを有機成形助剤を必要に応じて添
加してから混練・脱気後、多孔性の成形用型に入れプレ
スして製造される。ここで、前記耐熱性無機質繊維が20
重量%未満であると、密度が高くなり過ぎたり、耐熱衝
撃性に劣るようになって好ましくなく、50重量%を越え
ると充分な強度を得ることができず好ましくない。ま
た、前記耐火性粉末が40重量%未満だと強度が不充分で
あり、80重量%を越えると密度が高くなって好ましくな
い。さらに、前記無機結合剤5重量%未満では、成形体
強度が低い値となり、30重量%を越えると重くなり過ぎ
て好ましくない。
以下、本発明の実施例について比較例と合せて説明す
る。
〔実施例〕
実施例1 耐熱性無機質繊維として、水中で分級することにより非
繊維状物の含有量を3wt%に制御したAl2O350wt%、SiO2
50wt%のアルミノシリケート繊維600gと耐火性粉末とし
て平均粒径4.5μmのアルミナ粉末1100gおよび木節粘土
300gと無機結合剤として焼成ケイソウ土150gとを配合し
て混練機の中に入れ、水950gと有機成形助剤(ワック
ス、ポリアクリルアミン酢酸塩)300gとを添加してから
5分間混練した。混練物を脱気後、石膏型に入れ10〜30
kgf/cm2の圧力でプレスして200×200×80Hmm(内寸180
×180×60Hmm)の深鉢状の成形品を製造した。乾燥後14
50℃で6時間焼成し本発明の実施例とした。
比較例1 実施例1と同様の組成物を30の水中に分散してスラリ
ーを作成しポリアクリルアミド500mlと10wt%と硫バン
水溶液600mlを添加して凝集させ300×300mmの平板状に
真空吸引成形した。乾燥後、実施例1と同様の形状およ
び密度になるまで切削し、続いて1450℃で6時間焼成し
て本発明の比較例とした。
比較例2 比較例1と同様のスラリーを凝集後、200×200×80Hの
深鉢状の金型に真空吸引成形した。成形後密度を設定す
るために金型に付着させたままプレスしたところ、角の
部分にクラックが入り、所定の密度の成形体は得られな
かった。
比較例3 非繊維状物の含有量を3wt%に制御した繊維長1〜2mmの
アルミノシリケート繊維600gとアルミナ粉末1100gおよ
び木節粘土300g焼成ケイソウ土150gとをPVA水溶液中に
分散後、スプレードライヤーにて顆粒状に成形した。こ
の顆粒を実施例1で用いたものと同様の石膏型に入れて
プレスし深鉢状成形品を製造、乾燥後1450℃で6時間焼
成し本発明の比較例とした。顆粒がつぶれたものは密度
が高くなりすぎ、顆粒の形状の残ったものは、強度が小
さく不良であった。
第1表は本発明の実施例および比較例の成形体密度と各
方向の曲げ強度とを示したものである。
この表からわかる様に、本発明の実施例によれば強度の
バラツキもなく高強度の成形体が製造できる。ここで曲
げ強度は、試験片大きさ10mm×50mm×5mm、スパン長さ3
0mm、曲げ速度10mm/minの条件で島津製作所製オートグ
ラフで測定した。
〔発明の効果〕
以上の様に本発明によれば以下の如き効果が現われる。
(1)高強度で種々形状の耐熱性無機質繊維成形体がで
き、重いセラミックスの焼成ができる。
(2)種々形状の耐熱性無機質繊維成形体が安価に量産
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の耐熱性無機質繊維成形体の断面図、第2
図は顆粒状原料で成形した耐熱性無機質繊維成形体の断
面図であり、これら両図中の矢印はいずれも強度の弱い
部分を表わすものである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】耐熱性無機質繊維20〜50重量%と耐火性粉
    末40〜80重量%と無機結合剤5〜30重量%とから成り、
    前記耐熱性無機質繊維は大部分が解繊された状態であっ
    て、前記耐火性粉末と前記無機結合剤とから成る組成物
    中において、ある特定方向に配向することなく、均一に
    分散した構造を有する、かさ密度が0.6〜2.0g/cm3であ
    り、かつ、150〜300kgf/cm2の曲げ強度を有することを
    特徴とする耐熱性無機質繊維成形体。
  2. 【請求項2】前記耐熱性無機質繊維は、アルミノシリケ
    ート繊維、結晶質アルミナ繊維、結晶質ムライト繊維、
    シリカ繊維、ジルコニア繊維とから選ばれるいずれか1
    種又は2種以上であることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の耐熱性無機質繊維成形体。
  3. 【請求項3】前記耐火性粉末は、アルミナ質、アルミナ
    ・シリカ質、ジルコニア質、マグネシア質、チタニア
    質、クロミア質とから選ばれるいずれか1種又は2種以
    上であることを特徴とする特許請求の範囲第1項および
    第2項記載の耐熱性無機質繊維成形体。
  4. 【請求項4】前記無機結合剤は、粘土、ガラスフリッ
    ト、ケイ酸ソーダ、ホウ酸カルシウム、硅石、アルミナ
    ゾル、シリカゾルとから選ばれるいずれか1種又は2種
    以上であることを特徴とする特許請求の範囲第1項〜第
    3項記載の耐熱性無機質繊維成形体。
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