JPH1121177A - 焼着防止材、焼着防止材の製造方法および焼着防止材を用いた軽量セラミックスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 型枠への焼着に伴う成形体の割れを容易に防
止できると共に相当数回再使用可能で、さらに棚板の厚
さを特に増大させることなく従来の設備でかつ低コスト
で大型軽量セラミックスを製造可能とする焼着防止材お
よびその製造方法、並びに前記焼着防止材を用いた軽量
セラミックスの製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明の焼着防止材は、セラミックス原
料混合物を充填する型枠の内面を被覆する焼着防止材で
あって、カーボン繊維にアルミナ粉末或いはチタンが付
着され形成されている。また、本発明の軽量セラミック
スの製造方法は、カーボン繊維にアルミナ粉末或いはチ
タンが付着され形成された焼着防止材を、型枠の内面に
配置被覆する工程と、前記型枠内にセラミックス原料混
合物を充填する工程と、前記セラミックス原料混合物を
焼成する工程とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックスを焼
成する際に予め型枠内に配置する焼着防止材およびその
製造方法、さらに上記焼着防止材を用いた軽量セラミッ
クスの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、アルミナ、カーボランダム、
シリマナイトのような耐火性材料からなる棚板により組
み立てられた型枠内に、軽量セラミックス原料混合物を
充填し、加熱発泡させて軽量セラミックスを焼成する方
法が多用されている。

【０００３】ところで、このような軽量セラミックス
は、焼成される過程において、まず８００〜１０００℃
程度まで加熱すると約２％の収縮が生じ、さらに加熱を
続行し１０００℃付近を超過すると２〜４倍程度に膨張
し、１１８０℃を過ぎた後、冷却すると急速に収縮す
る。このため、型枠の内面との間に少しでも焼着が生じ
ると、セラミックス成形体に割れが生じ、品質の劣化ひ
いては製品価値を失うこともある。そして、この傾向は
特に大型成形体の製造において顕著に現れる。

【０００４】このような焼着を防止する方法としては、
予め型枠内面にアルミナ粉末のような耐熱性粉末を塗布
する方法、或いはガラス繊維にアルミナ粉末を付着させ
シート状に形成したものを配置する方法などがある。し
かし、前者の方法は型枠内面に満遍なくアルミナ粉末を
塗布する作業が煩雑かつ困難で焼着防止としても十分な
効果を奏するものではなかった。また、後者の方法によ
っても焼成時にガラス繊維が熔融して焼着が生じる場合
があり、かつガラス繊維が熔融後冷却によって固化する
と脆弱化し再使用不能となっていた。

【０００５】また、大型の軽量セラミックス成形体を製
造する場合、それに対応して大型の型枠が必要となる
が、耐熱性に優れたどのような材料を用いたとしても、
１０００℃以上の高温においては強度が著しく低下し軽
量セラミックス（発泡セラミックス）の膨張力に対応で
きないため、それを補うためにかなり厚い棚板（例え
ば、５００ｍｍ×１０００ｍｍ×３００ｍｍの軽量セラ
ミックス成形体を得るためには、少なくとも厚さが４０
〜５０ｍｍの棚板）を用いなければならなかった。

【０００６】型枠が大型化すると、設備全体も大型化し
コストも膨大なものとなるため、構築材料或いは陶器・
陶磁器の分野において、大型軽量セラミックスの供給が
切望されているにもかかわらず、その製造が極めて困難
な状況にあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の第１
の課題は、型枠への焼着に伴う成形体の割れを容易に防
止できると共に相当数回再使用可能で、さらに棚板の厚
さを特に増大させることなく従来の設備でかつ低コスト
で大型軽量セラミックスを製造可能とする焼着防止材お
よびその製造方法を提供することにある。

【０００８】また、本発明の第２の課題は、型枠への焼
着に伴う成形体の割れを容易に防止できると共に、棚板
の厚さを特に増大させることなく従来の設備でかつ低コ
ストで大型軽量セラミックスを製造することができる軽
量セラミックスの製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記第１の課題を解決す
るものは、セラミックス原料混合物を充填する型枠の内
面を被覆する焼着防止材であって、該焼着防止材は、カ
ーボン繊維にアルミナ粉末或いはチタンが付着され形成
されていることを特徴とする焼着防止材である。なお、
前記アルミナ粉末は、高純度アルミナにて形成されてい
ることが好ましい。

【００１０】また、上記第１の課題を解決するものは、
アルミナ粉末をカーボン繊維に付着させる工程と、前記
アルミナ粉末或いはチタンを付着させた前記カーボン繊
維を乾燥或いは焼成する工程とを有することを特徴とす
る焼着防止材の製造方法である。なお、前記アルミナ粉
末或いはをカーボン繊維に付着させる工程は、アルミナ
粉末或いはチタンを含有するスラリー内にカーボン繊維
を浸漬して、前記アルミナ粉末或いはチタンを前記カー
ボン繊維に付着させ行うことが好ましい。

【００１１】さらに、上記第２の課題を解決するもの
は、カーボン繊維にアルミナ粉末或いはチタンを付着さ
せ形成した焼着防止材を型枠の内面に配置被覆する配置
する工程と、前記型枠内にセラミックス原料混合物を充
填する工程と、前記セラミックス原料混合物を焼成する
工程とを有することを特徴とする軽量セラミックスの製
造方法である。さらに、上記第２の課題を解決するもの
は、カーボン繊維にアルミナ粉末或いはチタンを付着さ
せ形成した焼着防止材を型枠の内面に配置被覆する工程
と、前記型枠内にセラミックス原料混合物を充填する工
程と、前記セラミックス原料混合物を焼成する工程を経
て製造されることを特徴とする軽量セラミックスであ
る。

【００１２】

【作用】本発明の焼着防止材は、カーボン繊維にアルミ
ナ粉末或いはチタンが付着され形成されたものであり、
セラミックス成形体は収縮・膨張に際して焼着防止材の
表面上をスムースに滑動し、かつカーボン繊維が熔融す
ることもないため、型枠への焼着が生じずセラミックス
の割れが防止される。また、カーボン繊維が熔融し冷却
後脆弱化することもなく相当数回再使用可能である。さ
らに、セラミックスは膨張に際して焼着防止材の表面上
をスムーズに滑動し、型枠がセラミックスの膨張力によ
って過度の負荷を受けることがないため、棚板の厚さを
特に増大させることなく従来の設備で大型軽量セラミッ
クスが作製される。

【００１３】また、本発明の軽量セラミックスの製造方
法は、カーボン繊維にアルミナ粉末或いはチタンが付着
され形成された焼着防止材を、予め型枠の内面に配置被
覆する工程を有しているので、型枠への焼着に伴う成形
体の割れが防止されると共に、棚板の厚さを特に増大さ
せることなく従来の設備でかつ低コストで大型軽量セラ
ミックスが作製される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の焼着防止材を具体
的に説明する。本発明の焼着防止材は、セラミックス原
料混合物を充填する型枠の内面を被覆する焼着防止材で
あって、該焼着防止材は、カーボン繊維にアルミナ粉末
或いはチタンが付着され形成されている。以下、本発明
の焼着防止材の構成について順次詳述する。

【００１５】本発明の焼着防止材は、セラミックス原料
混合物を充填する型枠の内面を被覆するものであり、型
枠の内面形状に対応させた形態に成形されたものを広く
包含する。例えば、型枠が上端に開口を備えた有底筒状
体（有底円筒体或いは有底多角筒状体）である場合は、
焼着防止材は、型枠の内面形状に対応した外形を有する
有底円筒体或いは有底多角筒状体に成形される。通常、
型枠は平面視矩形の有底筒状体（上端が開口した箱状
体）であるため、焼着防止材はそれより若干小さい平面
視矩形の有底筒状体（上端が開口した箱状体）に成形さ
れる。

【００１６】なお、焼着防止材は、型枠の内面を被覆で
きるものであればよく、上記のように特定の形態に成形
されたものに限定されるものではなく、ある程度の可撓
性を備えたシート体であって、使用する型枠の形状に対
応させて適宜湾曲或いは屈曲させて型枠の内面を被覆す
るものも本発明の範疇に包含される。

【００１７】そして、焼着防止材は、焼成前に型枠内に
配置（嵌入、敷設或いは装着）され、その内部にセラミ
ックス原料混合物が充填されて使用される。なお、型枠
内への配置に際しては、本発明の焼着防止材が型枠とセ
ラミックスとの焼着を防止するものであることから、型
枠の内面全体を被覆していることが好ましく、そのため
焼着防止材はその上端が型枠の上端より若干突出高さに
成形されていてもよい。

【００１８】焼着防止材は、カーボン繊維にアルミナ粉
末或いはチタンが付着され形成されている。なお、本願
において付着とは、固定、固着或いは含浸を含む概念で
ある。具体的には、焼着防止材は、カーボン繊維布（織
布、不織布或いは編布いずれでもよい）の外面全体に満
遍なくアルミナ粉末或いはチタンが付着され形成されて
いることが好ましい。なお、カーボン繊維は、繊維布に
限定されるものではなく、カーボン短繊維が用いられて
いてもよい。なお、型枠の内面形状に対応した形状に成
形する場合は、シート状の焼着防止材をプレス成形等に
より適宜所要形状に成形する。

【００１９】このように、本発明の焼着防止材は、カー
ボン繊維にアルミナ粉末或いはチタンが付着され形成さ
れたものであり、セラミックスは収縮・膨張に際して焼
着防止材の表面をスムースに滑動するため、型枠への焼
着が生じず成形体に割れが生じることを防止できる。ま
た、カーボン繊維は通常１３００℃程度以上でなければ
熔融しないため、焼成によって熔融することがなく、冷
却後固化して脆弱化することもなく相当数回（数百回）
再使用することができる。さらに、成形体は膨張に際し
て焼着防止材の表面をスムースに滑動するため、型枠に
過度の負荷が掛かることなく棚板の厚さを特に増大させ
ることなく従来の設備でかつ低コストで大型軽量セラミ
ックスが製造できる。

【００２０】なお、アルミナ粉末は、高純度アルミナ
（アルミナ含有率９９％以上）にて形成されていること
が好ましい。これにより、型枠への焼着をより確実に防
止できる。

【００２１】つぎに、本発明の焼着防止材の製造方法に
ついて説明する。本発明の焼着防止材の製造方法は、ア
ルミナ粉末或いはチタンをカーボン繊維に付着させる工
程と、前記アルミナ粉末或いはチタンを付着させた前記
カーボン繊維を乾燥或いは焼成する工程とを有してい
る。以下、各工程について詳述する。

【００２２】アルミナ粉末或いはチタンをカーボン繊維
に付着させる工程は、アルミナ粉末或いはチタンを含有
するスラリー内にカーボン繊維を浸漬して前記アルミナ
粉末或いはチタンを前記カーボン繊維に付着させること
が好ましい。これにより容易にカーボン繊維にアルミナ
粉末を付着できる。

【００２３】具体的には、アルミナ粉末或いはチタンを
含有するスラリーは、アルミナ粉末或いはチタンの他
に、カーボランダム粉末、石膏および粘土のような耐熱
性結合材、さらに、ＣＭＣやポリビニールアルコール
（ＰＶＡ）などの合成糊、或いは澱粉などの天然糊に水
を加え調整されることが好ましい。そして、そのスラリ
ー中に、前述したカーボン繊維布（織布、不織布或いは
編布いずれでもよい）或いはカーボン短繊維を浸漬す
る。なお、スラリー中には、必要に応じて粘土調節剤、
分散剤、安定剤、着色剤など補助添加剤を添加してもよ
い。

【００２４】ただし、本発明においてアルミナ粉末或い
はチタンをカーボン繊維に付着させる工程は、上述した
ものに限定されるものではなく、カーボン繊維にアルミ
ナ粉末或いはチタンを付着させることが可能な方法であ
ればどのような方法でもよく、例えば、上記スラリーを
カーボン繊維に塗布する方法、或いはスプレーなどで噴
霧する方法であってもよい。

【００２５】アルミナ粉末或いはチタンを付着させたカ
ーボン繊維を乾燥或いは焼成する工程では、アルミナ粉
末或いはチタンを付着させたカーボン繊維を自然乾燥や
乾燥炉にて乾燥させる。或いはアルミナ粉末或いはチタ
ンを付着させたカーボン繊維を焼成する。焼成温度とし
ては、２００〜８００℃程度が好適であり、より好まし
くは８００℃である。

【００２６】なお、前記状態では、焼着防止材はシート
体であるが、焼着防止材を型枠の内面形状に対応させた
形状に成形する場合は、前述したように、プレス加工等
による成形工程を必要とする。この成形工程は、乾燥或
いは焼成工程の後に行うことが好ましいが、アルミナ粉
末或いはチタンの付着工程前に行うものも本発明の範疇
に包含される。

【００２７】

【実施例】アルミナ粉末１０００ｇ、カーボランダム粉
末１０００ｇ、石膏１０００ｇ、蛙目粘土３００ｇ、塩
化マグネシウム１００ｇおよびメチルセルロース１０ｇ
を水２０００ｇで混合してスラリーを調整し、このスラ
リー中に市販のカーボン繊維不織布を浸漬した後、取り
出して自然乾燥し、さらに乾燥炉にて２００℃で１時間
乾燥させた。これにより、カーボン繊維の重量に対して
約４倍のアルミナ粉末を付着させた本発明の焼着防止材
（厚み約３ｍｍのシート体）を得た。

【００２８】つぎに、本発明の軽量セラミックスの製造
方法について説明する。本発明の軽量セラミックスの製
造方法は、カーボン繊維にアルミナ粉末或いはチタンを
付着させ形成した焼着防止材を型枠の内面に配置被覆す
る工程と、前記型枠内にセラミックス原料混合物を充填
する工程と、前記セラミックス原料混合物を焼成する工
程とを有するものである。以下、各工程について詳述す
る。

【００２９】カーボン繊維にアルミナ粉末或いはチタン
を付着させ形成した焼着防止材を型枠の内面に配置被覆
する工程では、前述した型枠の内面形状に対応させた外
形を備える焼着防止材或いはシート状の焼着防止材にて
型枠の内面全体が被覆されるように配置する。なお、本
発明の軽量セラミックスの製造方法において使用される
型枠の形成材料は特に限定されないが、例えばアルミ
ナ、マグネシウム、チタニア、ジルコニアなどの耐火性
酸化物、窒化ホウ素などの耐火性窒化物、炭化ジルコニ
ウム、炭化ホウ素、炭化カルシウム、炭化ケイ素などの
耐火性炭化物、或いは炭化性ジルコン酸塩などが好適に
使用できる。

【００３０】型枠内にセラミックス原料混合物を充填す
る工程では、焼着防止材の内側に形成される空間にセラ
ミックス原料混合物を充填する。セラミックス原料混合
物の充填量は、セラミックス原料混合物の組成や型枠の
形状或いは大きさによって異なるが、通常、型枠の高さ
の１／３程度まで充填する。

【００３１】セラミックス原料混合物の組成は特に限定
されないが、長石４０〜８０重量％、天然ガラス質８〜
５０重量％、粘土２〜８重量％、ステアタイト０．１〜
５重量％を適宜選択して調整されたものが好適に使用さ
れる。さらに、所望に応じて、炭酸カルシウム、炭酸マ
グネシウム、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム、塩化
マグネシウム、石膏、アルミナ、炭化ケイ素、リン酸カ
ルシウム、ドロマイト、ケイ石、フライアッシュ、シラ
ス、フラックス、脂肪酸塩、界面注性剤等を配合しても
よい。なお、セラミックス原料混合物は粉状で用いても
よいが、粒径５〜１５ｍｍ程度の顆粒状で用いることが
好ましい。これにより大型の軽量セラミックスを作製す
ることができる。また、セラミックス原料混合物は、水
を混合してスラリーを形成することなく上記組成物粉体
或いは粒状体のみを混ぜて使用してもよい。これによ
り、混練作業が不要となり、セラミックスの製造が極め
て容易となる。

【００３２】また、セラミックス原料混合物を焼成する
工程では、セラミックス原料混合物を充填した型枠を電
気炉、シャトル炉、トンネル炉などの加熱炉に装入し焼
成する。焼成は、炉内温度が約１１００℃を保持するよ
うにして数時間ないしは数十時間行う。なお、この焼成
時間はセラミックス原料の組成などにより異なる。

【００３３】この焼成に伴ってセラミックス原料混合物
は、４００℃程度で水分が除かれ、ついで８００〜１０
００℃で若干の収縮か生じ、そして１０００℃を越える
と、急激に膨張して体積が３倍程度となる。さらに、１
１００℃付近まで加熱して徐々に冷却すると収縮し体積
は２倍程度となる。

【００３４】本発明の製造方法では、以上のような工程
を経て、型枠への焼着に伴う成形体の割れを防止できる
と共に、棚板の厚さを特に増大させることなく従来の設
備でかつ低コストで大型軽量セラミックスを得ることが
できる。

【００３５】なお、このようにして製造された大型軽量
セラミックスは、カッターなどの切断手段を用いて切断
することができ、所望の寸法に容易に裁断成形すること
ができる。また、表面を研削研磨して製品化してもよ
く、さらに、表面がポーラス表面であることより、多孔
内に粘土、ガラス粉或いはガラス繊維などを装填して平
滑面とし、釉薬などを塗布して再度７５０〜１１００℃
で焼成してもよい。さらに、焼成後、転写などにより多
彩な表面仕上げを施して製品化してもよい。

【００３６】また、本発明の軽量セラミックスの製造方
法により作製された軽量セラミックスは、防音性、耐火
性、耐熱性、耐酸性、気密性、液密性などに優れている
ため、軽量タイル、建築用内外装材、断熱材、構築用セ
ラミックパネルなどの構築材、陶器、陶磁器、瓦、型枠
など幅広い用途に好適に使用できる。

【００３７】

【実施例】厚さ２０ｍｍのアルミナ板を用いて縦１００
０ｍｍ×横５００ｍｍ×高さ５００ｍｍの型枠を構成
し、型枠の内面を、前記実施例の焼着防止材を型枠の内
面形状に対応した凹状体に成形したもので全面被覆し
た。つぎに、セラミックス原料混合物（長石：７５重量
％、黒曜石：１３．６重量％、粘土：５重量％、炭酸カ
ルシウム：２重量％、ステアタイト：１重量％、炭化ケ
イ素：０．３重量％、フラックス：３重量％、塩化マグ
ネシウム少量）を型枠の高さ１／３程度まで充填した。
さらに、型枠をトンネル炉内に装入し、炉内温度を約１
１００℃に保持して１５時間焼成した後、徐々に冷却し
て大型軽量セラミックス（１０００ｍｍ×５００ｍｍ×
３００ｍｍ）を得た。作製された大型軽量セラミックス
には全く割れがなく、密度は０．４７ｇ／ｃｍ³、抗折
強度は３９ｋｇｆ／ｃｍ³であった。

【００３８】（比較例１）型枠の内面を、焼着防止材を
型枠の内面形状に対応した凹状体に成形したもので全面
被覆しない点以外は、上記実施例と同様にして軽量セラ
ミックスの製造を試みた。その結果、加熱中に型枠が破
壊してしまい軽量セラミックスを得ることはできなかっ
た。これにより、本発明の焼着防止材の型枠内面への配
置被覆が、型枠の保護に影響することが確認された。

【００３９】（比較例２）型枠を構成するアルミナ板の
肉厚を５０ｍｍにした点以外は前記実施例と同様にして
軽量セラミックスの製造を試みた。作製された軽量セラ
ミックスは型枠内面に焼着し、脱型後、多数の割れが存
在した。これにより、型枠の内面に本発明の焼着防止材
を配置被覆することで軽量セラミックスの割れが防止さ
れることが確認された。

【００４０】

【発明の効果】請求項１に記載した発明によれば、型枠
への焼着に伴う成形体の割れを容易に防止できると共に
相当数回再使用可能で、さらに棚板の厚さを特に増大さ
せることなく従来の設備でかつ低コストで大型軽量セラ
ミックスを製造することができる。請求項２に記載した
発明によれば、上記効果を奏する請求項１に記載した発
明を容易に作製することができる。請求項３および請求
項４に記載した発明によれば、型枠への焼着に伴う成形
体の割れを容易に防止できると共に、棚板の厚さを特に
増大させることなく従来の設備でかつ低コストで大型軽
量セラミックスを製造することができる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス原料混合物を充填する型枠
   の内面を被覆する焼着防止材であって、該焼着防止材
   は、カーボン繊維にアルミナ粉末或いはチタンが付着さ
   れ形成されていることを特徴とする焼着防止材。
2. 【請求項２】 アルミナ粉末或いはチタンをカーボン繊
   維に付着させる工程と、前記アルミナ粉末或いはチタン
   を付着させた前記カーボン繊維を乾燥或いは焼成する工
   程とを有することを特徴とする焼着防止材の製造方法。
3. 【請求項３】 カーボン繊維にアルミナ粉末或いはチタ
   ンを付着させ形成した焼着防止材を型枠の内面に配置被
   覆する工程と、前記型枠内にセラミックス原料混合物を
   充填する工程と、前記セラミックス原料混合物を焼成す
   る工程とを有することを特徴とする軽量セラミックスの
   製造方法。
4. 【請求項４】 カーボン繊維にアルミナ粉末或いはチタ
   ンを付着させ形成した焼着防止材を型枠の内面に配置被
   覆する工程と、前記型枠内にセラミックス原料混合物を
   充填する工程と、前記セラミックス原料混合物を焼成す
   る工程を経て製造されることを特徴とする軽量セラミッ
   クス。