JPH10245260A - 低温焼成カラー粘土 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】趣味の陶芸やアクセサリー製造などに使用し、
ニクロム線電気炉などでの低温焼成により容易に緻密に
焼結し、新しいパステルカラー調のカラフルな着色セラ
ミックスとなる低温焼成カラー粘土を提供する。 【構成】高品位白色カオリンまたは粘土を５５〜７５ｗ
ｔ％、平均粒径が２μｍ以下の炭酸カルシウム微粉末を
４５〜２５ｗｔ％の割合で含有する基本成分に、骨材と
してＳｉＯ_２質の粉末を０〜４０ｗｔ％、ガラス粉末を
０〜２０ｗｔ％、及び陶磁器着色顔料を０．２〜５ｗｔ
％の割合で添加した低温焼成カラー粘土から、成形、焼
成して、１０００℃以下の比較的低温焼成でパステルカ
ラー調の種々な色の吸水性の殆ど無い着色セラミックス
の製造が出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１０００℃以下の比較
的低温度焼成によりパステルカラー調の種々な色の吸水
性のない着色セラミックスとなる、趣味の陶芸用、教材
用または日用品製造用として使用できる低温焼成カラー
粘土に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に吸水性のない緻密なセラミックス
とするためには１２００℃以上の高温焼成が必要であ
り、着色セラミックスを製造するために原料配合物に添
加される顔料は、高温で素地と反応しない安定な化合物
である必要から、非常に制限されたものが使用されてき
た。このため、１０００℃以下の低温で緻密化させるた
め、低融フリットなど多量のガラス質粉末と共に混練し
て焼成する方法が一部で行われていたが、緻密化のため
にガラス粉末は４０ｗｔ％程度が必要となり、可塑性成
形性に乏しく、焼成時に成形体が軟化変形して形状を保
ちがたい重大な欠点があった。またこのようなガラス質
の焼成物は顔料の一部を溶解し、その表面が比較的厚い
ガラス層で覆われるため発色が間接的となり、着色効果
が劣って高価な顔料が多量に必要となるばかりでなく、
顔料の色彩を直接的に示すパステルカラー調の緻密質セ
ラミックスは１０００℃以下の低温では製造することが
できなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、最も
一般的に陶磁器原料として用いられているカオリンまた
は粘土、炭酸カルシウム及び珪石などの工業的に安価な
通常の陶磁器と同様の原料を主原料とし、１０００℃以
下の比較的低温度、すなわち簡易なニクロム線電気炉の
温度で容易に焼成可能で、パステルカラー調の種々な色
の吸水性のない美麗な着色セラミックスとなる低温焼成
カラー粘土を提供しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このため本発明では、Ｆ
ｅ_２Ｏ_３などの着色遷移金属酸化物の含有量が１ｗｔ％
以下の高品位白色カオリンまたは粘土を４５〜７５ｗｔ
％、平均粒径が２μｍ以下の炭酸カルシウム微粉末を２
０〜４５ｗｔ％、ＳｉＯ_２質の粉末を０〜２２ｗｔ％及
び陶磁器着色顔料を０．２〜５ｗｔ％の割合で含有し、
１０００℃以下の比較的低温焼成でパステルカラー調の
種々な色の吸水性のない着色セラミックスとなることを
特徴とする。

【０００５】

【作用】本発明者らは、カオリナイト質もしくはハロイ
サイト質の微粒カオリンまたは粘土７５〜５５ｗｔ％、
及び平均粒子径が１．５μｍの炭酸カルシウムの微粉末
を２５〜４５ｗｔ％の割合となる配合物では、焼成過程
でカオリンと炭酸カルシウムの熱分解生成物相互間の固
溶体化が進行し、８００〜９００℃の極めて狭い温度範
囲で、珪酸塩の結晶析出前に固溶体化はほぼ完了するこ
とを見出し、また、この段階の生成物はＣａＯを適当量
含有する非晶質微粒子の集合状態のものであり、極めて
高粘性で成形形状を維持すると共に、顕著な低温焼結性
を持ち、８７５゜Ｃ〜９５０℃で緻密化することを発見
した。さらに、この基礎成分に珪石などＳｉＯ_２質の粉
末が３０ｗｔ％程度まで添加しても１０００℃以下で充
分緻密な焼結体となることを見いだしたので、本発明は
この技術を全面的に応用するものである。

【０００６】本発明の組成による低温緻密化は、磁器
化、即ちビトリフィケーションとは異なる機構によるも
ので、多くの無機顔料が充分安定な１０００℃以下の低
温度で、殆ど結晶質のみからなる焼結体セラミックスと
なることが特徴である。そのため、無機顔料粒子が変質
することなくそのまま緻密質の多結晶体中に分散した状
態が達成され、これによって初めて従来の着色セラミッ
クスにない独特なパステルカラー調の着色効果を発揮さ
せることができるのである。

【０００７】カオリンと炭酸カルシウムの配合割合は、
重量比で５５対４５から７５対２５の範囲内にあること
が本発明の目的のために必要であり、この配合割合は主
として９００℃以上の高温に処理した場合の析出結晶の
種類と割合を決定する。約９００℃以上の温度で、アノ
ーサイト、ゲーレナイト、オラストナイトなどの結晶が
析出し、この結晶粒子が特異なパステルカラー調の発色
に役立ち、また成形物の軟化変形を防ぎ、焼成温度幅を
極めて広くするのである。一般に炭酸カルシウムの配合
量が多い方が低温焼結性が優れるが、カオリン対炭酸カ
ルシウムの重量割合が５５対４５以上に多くなると、焼
結緻密化の前にゲーレナイトの結晶が析出し易くなり焼
結性が悪くなると共に、耐水性も悪くなり、実用に適さ
なくなる。またこの重量割合が７５対２５より少ない炭
酸カルシウムでは、非晶質中に固溶体化したＣａＯの量
が不足して焼結性が不十分となり、９００℃程度では緻
密な焼結体になり難い。

【０００８】一般に低温で焼結緻密化させるためには原
料混合物の微粒子化が望まれるが、本発明の組成では、
炭酸カルシウムが極度に微細であることが極めて重要で
あり、その粒度が最も大きく影響することが分かった。
実験の結果では、配合物中の炭酸カルシウムの平均粒径
が１．５μｍの場合には上記の配合割合の範囲では総て
十分緻密に焼結するが、２．５μｍの場合では総て十分
に緻密化しなかった。従って炭酸カルシウムの平均粒径
はその平均粒径が２μｍ以下であることが重要な条件で
ある。

【０００９】添加するＳｉＯ_２質の粉末としては、珪石
（石英）が最も好適であり、かつ最も廉価である。通常
の陶磁器技法では、長石などが融体となりそれに対する
骨材として珪石あるいはアルミナなどを３０ｗｔ％程度
添加することが広く行なわれているが、本発明の低温焼
成カラー粘土では焼成過程で融体が発生せず、アルミナ
などＳｉＯ_２を含まない無機質粉末を混合して使用する
と焼結緻密化を阻害し、吸水性を殆どゼロに保つために
は５ｗｔ％程度以上には添加できない。実験の結果によ
れば、珪石などＳｉＯ_２質の粉末のみは２５ｗｔ％程度
まで添加しても顕著に焼結を阻害せず、ＣａＯと一部反
応して焼結が進行することが分かった。またＳｉＯ_２成
分を多量に含む長石などはアルカリ分も含有するので通
常の陶磁器では融剤として使用されるが、１０００℃で
は溶融せず、珪石より幾らか効果は落ちるが１５ｗｔ％
程度までは吸水率を殆どゼロに保つ効果がある。ＣａＯ
が塩基性酸化物であるので、ＣａＯと一部反応する珪石
（ＳｉＯ_２）などの酸性酸化物が最も好適であり、Ｓｉ
Ｏ_２の含有量の多いほど効果があると考えられる。これ
らのＳｉＯ_２質の粉末の量は、多いほど焼成収縮率を低
減できる他、坏土の操作性が上がり、また焼成変形も小
さくなり、さらに珪石などは極めて廉価であるので原料
コストを低下させる利点がある。しかしながら２５ｗｔ
％以上の大量の添加では珪石の場合でも焼結性が損なわ
れ、本発明の目的である低温焼結性、非吸水性が失われ
る。

【００１０】ＳｉＯ_２を多く含むホウ酸系ガラス粉末も
有効であり、少量でもアノーサイトなどの結晶化を促進
して成形物の変形を防ぎ形状安定性に効果があり、また
緻密化温度を低下させるので添加物として好ましいが、
比較的高価であり、添加量が多くなれば製造コストが高
くなるので自ずと制限され、実用的な添加量は１０ｗｔ
％程度までである。

【００１１】陶磁器の顔料として利用される着色無機化
合物は多くは１０００℃以上では不安定で多少とも退色
するが、以上のように本発明の低温焼成カラー粘土は、
１０００℃以下の比較的低温度で吸水率をゼロとするこ
とができるので、焼成炉として簡便なニクロム電気炉が
利用でき、殆どの陶磁器顔料、下絵及び上絵用の殆ど全
ての市販の顔料が使用でき、極めてカラフルな、しかも
パステルカラー調の独特な着色セラミックスが実現可能
である。当然顔料の添加量が多いほど濃く鮮やかに着色
したセラミックスが得られるが、多くなると次第に焼結
が阻害され吸水性が増大し始め、また着色効率が悪くな
り、コストも増大するので自ずと制限される。実際に
は、添加量は５ｗｔ％程度で極めて鮮やかな強く着色し
たセラミックスとなり、２ｗｔ％以下でも十分鮮やかな
発色が得られる。実用上の最下限の量は、顔料によって
も異なるが０．２ｗｔ％程度までである。

【００１２】本発明はカオリン熱分解物とＣａＯの非晶
質状態での固溶体化及びその低温焼結緻密化、さらにＳ
ｉＯ_２質の粉末の添加による反応及び焼成収縮率の制御
などを基本的な原理としているので、これを阻害しない
範囲では、付加的な目的のために陶磁器製造の一般的手
法として使用されるすべての添加剤、例えば乾燥強度の
ための有機粘結剤などの添加物を適当量添加混合するこ
とができる。

【００１３】以下、実験室的な実施例に従って、本発明
の製造方法をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに
限定されるものではない。

【００１４】

【実施例１】原料カオリンとしてニュージーランドカオ
リンを使用した。これはハロイサイトを主成分とする比
較的高純度のカオリンで、その化学組成は重量％で、Ｓ
ｉＯ_２：４９．７８、Ａｌ_２Ｏ_３：３５．７２、Ｆｅ_２
Ｏ_３：０．２６、ＴｉＯ_２：０．１２、ＣａＯ：ｔｒ、
ＭｇＯ：、ｔｒ、Ｋ_２Ｏ：ｔｒ、Ｎａ_２Ｏ：０．０６、
灼熱減量：１４．０５であり、理想的なカオリナイト組
成よりいくらかＳｉＯ_２が多いものである。このカオリ
ンに対し平均粒径が１．５μｍとなるように予め微粉砕
した石灰石（化学組成はほぼ１００ｗｔ％ＣａＣＯ_３）
及び平均粒径が約１０μｍの珪石（石英）粉末（化学組
成はほぼ１００ｗｔ％ＳｉＯ_２）を使用し、図１の、カ
オリン、炭酸カルシウム及び石英の三角座標の各点に相
当する配合比で配合し、これに外割りで市販の浅緑色の
陶磁器顔料をそれぞれ２ｗｔ％添加し、それぞれ２４時
間湿式ボールミル粉砕混合を行い、脱水混練し、乾燥し
て各種の粉末状の可塑性粘土配合物を得た。これらの粘
土配合物を用い、乾式プレスにより１ｔｏｎ／ｃｍ^２の
成形圧でそれぞれ直径約１６ｍｍのペレットを成形し、
ニクロム線電気炉を用い、空気中１０００℃で１時間焼
成した。

【００１５】得られた焼結体の見掛けの気孔率が殆どゼ
ロになったものは●印、見掛け気孔率が１％以上のもの
は○印で図１に示した。図１で斜線を施した部分が本発
明の組成領域であり、見掛けの気孔率、即ち吸水率が殆
どゼロにまで緻密化が進行する領域である（吸水率の値
は見掛け気孔率の約半分の値である）。本発明の範囲内
では全ての試料が吸水率が殆どゼロにまで焼結緻密化
し、何れも極めて美麗なパステルカラー調の浅緑色に発
色した。

【００１６】さらに図１に於て、Ａ点、及びＢ点の配合
組成の坏土に対し、市販の青色、及び黄色の顔料をそれ
ぞれ５ｗｔ％添加し充分混合した後、同様にペレットを
成形し、１０００℃、１時間、空気中で焼成した。Ａ
点、Ｂ点共に見掛けの気孔率が殆どゼロの緻密な焼結体
となり、５ｗｔ％添加ではパステルカラー調の発色は極
めて濃く鮮やかで、顔料自体と殆ど区別できないほど強
く鮮やかに着色したセラミックスとなった。

【００１７】

【発明の効果】従来、趣味の陶芸などに用いる可塑性粘
土は一般にその焼成温度は１２００℃以上が必要で、１
０００℃以下の温度では、殆ど全く緻密化せず吸水性の
ある土器質のものしか得られなかったものを、最も一般
的に陶磁器原料として用いられているカオリンまたは粘
土、炭酸カルシウム及び珪石など安価な原料を主成分と
し、これに適量の陶磁器顔料を配合して、可塑性成形性
に極めて優れ、１０００℃以下の極めて低温度、すなわ
ち簡易なニクロム線電気炉の温度で、手軽にその成形形
状を保ったまま吸水率が殆どゼロにまで焼結緻密化した
着色セラミックスが得られ、低温焼成による独特のパス
テルカラー調のカラフルな着色性は、陶芸用や教材とし
て極めて好適であり、アクセサリーなどの装身具用とし
て全く新しい製品を可能とし、工芸用としても極めて有
用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の組成範囲と１０００℃１時間焼成後の
見掛け気孔率の関係図。

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【手続補正書】

【提出日】平成９年９月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】

【課題を解決するための手段】このため本発明では、高
品位白色カオリンまたは粘土を５５〜７５ｗｔ％、平均
粒径が２μｍ以下の炭酸カルシウム微粉末を４５〜２５
ｗｔ％の割合で含有する基本成分に、骨材としてＳｉＯ
_２質の粉末を０〜４０ｗｔ％、ガラス粉末を０〜２０ｗ
ｔ％、及び陶磁器着色顔料を０．２〜５ｗｔ％の割合で
添加し、１０００℃以下の比較的低温焼成でパステルカ
ラー調の種々な色の吸水性の殆ど無い着色セラミックス
となることを特徴とする。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】ＳｉＯ_２を多く含むホウ酸系ガラス粉末な
ども有効であり、少量でもアノーサイトなどの結晶化を
促進して成形物の変形を防ぎ形状安定性に効果があり、
またソーダ石灰ガラスや低温用フリットも、１０〜２０
ｗｔ％までは顕著な変形を引き起こすことなく緻密化温
度を低下させるので、これらを併用すれば、上記の珪石
などＳｉＯ_２質の粉末の添加量はさらに４０ｗｔ％程度
まで増加させることができる。これらの添加量の増加
は、若干の色合いの変化を伴うが、本発明の基本的内容
に変化を及ぼすものではなく、むしろ一般陶磁器技法と
して可塑性、焼成収縮などの調製に利用できるのであ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｆｅ_２Ｏ_３などの着色遷移金属酸化物の含
   有量が１ｗｔ％以下の高品位白色カオリンまたは粘土を
   ４５〜７５ｗｔ％、平均粒径が２μｍ以下の炭酸カルシ
   ウム微粉末を２０〜４５ｗｔ％、ＳｉＯ_２質の粉末を０
   〜２２ｗｔ％及び陶磁器着色顔料を０．２〜５ｗｔ％の
   割合で含有し、１０００℃以下の比較的低温焼成でパス
   テルカラー調の種々な色の吸水性のない着色セラミック
   スとなることを特徴とする低温焼成カラー粘土。