JPH11240778A - 密閉気孔を有するセラミック軽量複合体およびその製造方法 - Google Patents

密閉気孔を有するセラミック軽量複合体およびその製造方法

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JPH11240778A
JPH11240778A JP8515098A JP8515098A JPH11240778A JP H11240778 A JPH11240778 A JP H11240778A JP 8515098 A JP8515098 A JP 8515098A JP 8515098 A JP8515098 A JP 8515098A JP H11240778 A JPH11240778 A JP H11240778A
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alumina
closed pores
lightweight composite
powder
volcanic glass
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JP8515098A
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English (en)
Inventor
Kenichi Sodeyama
研一 袖山
Yoshio Sakka
義雄 目
Yoshitaka Jinno
好孝 神野
Kazuto Hamaishi
和人 浜石
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Kagoshima Prefecture
Original Assignee
Kagoshima Prefecture
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/06—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
    • C04B38/061—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances by melting out

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 気孔形成材として中空体などを用いた従来技
術によるアルミナ軽量複合体は、焼成収縮率が大きく寸
法安定性に劣る、焼成体の熱膨張率が大きい、開放気孔
が密閉気孔より多く吸水率が高い、中空体が高価である
ため高コストになりやすいなどの問題があった。 【解決手段】 気孔形成材として平均粒径10μm以下
に制御された中実の火山ガラス粉体と平均粒径1μm以
下に制御されたアルミナ粉体とを均一混合後、1250
℃以上で焼成することによって、密閉気孔からなるアル
ミナ軽量複合体を得た。軽量化の方法として、焼成途中
において未焼結のアルミナ粉体に囲まれた火山ガラス粒
子が先に液状化し、毛管現象によりアルミナ側に浸出す
ることで密閉気孔が形成されることを利用したものであ
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、焼成収縮率が小さ
く寸法安定性に優れ、密閉気孔からなり、その気孔平均
径が10μm以下に制御された構造を有し、低吸水率、
低熱膨張性、低コスト、高強度のアルミナ軽量複合体お
よびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】特願平7−98839号には、中空体を
気孔形成材として用い、セラミックスを軽量化する方法
が従来技術として提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】気孔形成材として中空
体などを用いた従来技術によるセラミックス軽量複合体
は、焼成収縮率が大きく寸法安定性に劣る、焼結体の熱
膨張収縮率が大きい、開放気孔が密閉気孔より多く吸水
率が高い、気孔径が大きい、強度が低い、中空体が高価
であるため高コストになりやすいなどの問題があった。
更に、有機質の中空樹脂ビ−ズなどを用いた場合には、
焼成時に有毒な分解ガスを放出するため、環境上の大き
な問題があった。また、中空体が低比重であるため、特
に湿式成形法において比重分離し易いので成形時に均一
混合し難く、製造性に劣るなどの問題があった。さら
に、中空体を用いて乾式成形する場合には、プレス圧力
で中空体が破損しやすいため、成形体の密度がプレス圧
で大きく変化する、焼結体の気孔が不均一になるなどの
問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ために、気孔形成材として平均粒径10μm以下に制御
された中実の火山ガラス粉体と平均粒径1μm以下に制
御されたアルミナ粉体とを均一混合後、1250℃以上
で焼成することによって、密閉気孔の平均径が10μm
以下に制御されたアルミナ軽量複合体を製造することが
可能となった。軽量化の方法としては、従来法にみられ
る中空体の導入や可燃物焼失による気孔形成および揮発
成分を有するガラスの発泡現象などを利用するものでな
く、焼成途中において未焼結のアルミナ粉体に囲まれた
火山ガラス粒子が先に液状化してアルミナ側に毛管現象
で浸出することで密閉気孔が形成されることを利用した
ものである。そのため、開放気孔(連通気孔)が生じ難
く、密閉気孔からなり低吸水率で高強度のアルミナ軽量
複合体が合成できる。
【0005】アルミナ焼結体の軽量性と強度を両立させ
る方法としては、破壊起源になり易い開放気孔を少なく
し、密閉気孔を多くして可能な限り密閉気孔径を微細に
するという方法がある。しかし、単に気孔を導入する従
来法では、軽量化により開放気孔が生じ易いので、軽量
性と強度を両立させることは困難であった。そこで、軽
量化について鋭意研究を重ねた結果、微細な中実体の火
山ガラス粒子とさらに微細なアルミナ粉体を混合して、
1250℃以上の高温で焼結させることで、開放気孔を
生じさせることなく密閉気孔を導入することが可能であ
ることがわかった。
【0006】そのアルミナ粉体の粒子径は、平均粒径1
μm以下としたときに密閉気孔のみになり易いことがわ
かった。そして、その密閉気孔径が、原料の火山ガラス
粒子径に依存することから、原料の火山ガラス粒子の平
均粒径を10μm以下に制御することで、密閉気孔の平
均径を10μm以下と非常に微細にすることができ、軽
量性と強度を両立させることが初めて可能となった。焼
成温度については、焼成温度が低いと焼結が不十分にな
り開放気孔が多くなり吸水率が大きくなるため、125
0℃以上で焼成することによって、ほとんど密閉気孔か
らなり低吸水率のアルミナ軽量複合体を得ることができ
た。
【0007】焼成収縮に関しては、アルミナ粉体と火山
ガラス粉体を用いた場合は、1400℃以下の焼成では
アルミナ粉体のみと同様の焼成収縮挙動を示し、140
0℃以上の焼成では、アルミナと火山ガラス中のシリカ
が反応してムライトが生成されるためアルミナ粉体のみ
よりも収縮率が小さくなり、優れた寸法安定性を示し
た。生成したムライトは、アルミナよりも低比重、低熱
膨張性であり、焼成収縮率を小さくするとともに焼結体
の熱膨張係数を低く抑える働きがある。また、強度につ
いては、1300℃〜1400℃で焼成したアルミナ軽
量複合体が、同じ温度で焼結したアルミナ焼結体と同等
以上の強度を示すことを確認している。
【0008】以上述べた優れた特性を発揮させるために
は、原料の火山ガラス粉体とアルミナ粉体を、均一に混
合し緻密な成形体を得ることが重要である。そのための
方法として、平均粒径10μm以下に制御された火山ガ
ラス粉体と平均粒径1μm以下に制御されたアルミナ粉
体、それと蒸留水、高分子電解質および結合剤を適正量
混合し、石膏型で鋳込み成形し、脱型後乾燥して緻密な
成形体を得た。それを、1250℃以上の高温で焼結す
ることによって、気孔平均径10μm以下に制御された
アルミナ軽量複合体を得た。高分子電解質は、アルミナ
粒子と火山ガラス粒子を水系サスペンジョンにおいて、
均一に分散させるために用いたものであり、結合剤は石
膏型から脱型した成形体の強度を向上させ、焼結を促進
させるために用いた。それらの添加量については、粉体
重量に対してそれぞれ2.9重量%、0.7重量%とし
た場合に、所望のアルミナ軽量複合体を合成することが
可能であった。
【0009】
【作用】本発明のアルミナ軽量複合体における気孔形成
は、火山ガラスが発泡するためではなく、その焼成途中
において未焼結のアルミナ粉体に囲まれた火山ガラス粒
子が先に液状化してアルミナ側に毛管現象で浸出するた
めであり、元の火山ガラス粒子径以下の気孔が形成され
ている。その気孔は、密閉気孔からなるので、低吸水率
である。また、中実の火山ガラス粉体は、製造コストが
安く中空ガラス球状体よりも遙かに低価格であり、アル
ミナ軽量複合体を低コストで製造できる。
【0010】湿式成形法の場合には、火山ガラスの粒子
比重が中空ガラス球状体よりも大きいので、アルミナ粉
体との混合サスペンジョンを作製するときに、比重差が
小さく均一混合し易く、乾燥割れし難く成形し易い。さ
らに、乾式成形法の場合には、蒸留水、高分子電解質な
どが不要であり、湿式成形法よりも低コストで製造でき
るという利点がある。また、火山ガラス粉体は、有機質
ビーズと異なり、焼成時に水分しか放出しないことを確
認しており、環境的にも優れた素材である。すなわち、
本発明によるアルミナ軽量複合体は、優れた寸法安定
性、低熱膨張性、低吸水率、高強度、低コスト、簡便な
製造性、環境安全性という優れた特徴を持つ。
【0011】
【実施例】火山ガラス粉体に、鹿児島郡吉田町産シラス
の粉砕物(平均粒径8.2μm、粒子比重2.36)を
用い、アルミナ粉体には住友アルミ精錬製α−アルミナ
粉体(平均粒径0.5μm)を用いた。アルミナに対す
る火山ガラス粉体の割合は、28.6重量%で、粉体と
蒸留水の割合は、42.9重量%とした。高分子電解質
として共和産業製ポリアクリル酸アンモニウムを、結合
剤として三井東圧化学製アクリル系エマルジョンをそれ
ぞれ適量添加し、プラスチック円筒容器に直径19mmの
アルミナボールとともに1時間回転混合、攪拌して水性
サスペンジョンを作製した。真空脱泡後、石膏型に鋳込
み、110℃で乾燥し成形体を得た。成形体は、大気中
毎分2.5℃で昇温し、1300〜1500℃の温度に
1時間保持した。比較として、中空ガラス球状体を2
8.6重量%添加したもの、アルミナ粉体のみのについ
ても同様に焼結体を得た。
【0012】このアルミナ軽量複合体の1500℃まで
の焼成収縮率は9.9%であり、中空ガラス球状体を用
いたもの(焼成収縮率16.4%)より小さく、さらに
アルミナ粉体のみ(焼成収縮率13.1%)よりも小さ
く、優れた寸法安定性を示した。1300℃、1400
℃、1500℃のアルミナ軽量複合体は、かさ比重がそ
れぞれ2.80、2.97、2.93であり、焼結体内
部に形成された気孔は、吸水率がほぼ0%であったこと
から、密閉気孔からなることがわかった。破断面を観察
した結果、いずれの軽量複合体においても、密閉気孔か
らなり、気孔形状が火山ガラス粒子の輪郭に依存し、そ
の気孔平均径は10μm以下であることが観察された。
【0013】1500℃で焼結したアルミナ軽量複合体
の熱膨張係数は、5.7×0.000001/K(25
〜800℃)であり、アルミナのみの値よりも小さく、
優れた低熱膨張性を示した。また、1300℃、140
0℃焼結のアルミナ軽量複合体の曲げ強度(3回試験の
平均値)は、それぞれ190.7MPa、249.3MPaで
あり、アルミナのみの焼結体は158.9MPa、24
9.7MPaであった。すなわち、アルミナ軽量複合体の
強度は1400℃焼結の場合にはアルミナのみと同程
度、1300℃焼結の場合には、アルミナ軽量複合体の
方がアルミナのみより高強度を示した。
【0014】
【発明の効果】本発明で得られるアルミナ軽量複合体
は、純粋なアルミナ焼結体に比べて25%以上軽量であ
り、吸水率はほぼ0%で、密閉気孔からなるその気孔平
均径は10μm以下に制御されている。また、焼成収縮
率が小さく寸法安定性に優れ、焼成体は低熱膨張性で、
高強度であり、簡便な製造方法により低コストで安全に
製造できる。これらの優れた物性により、耐熱衝撃性の
要求される高温用断熱材、密閉性(低吸水率)と低誘電
率および高強度が要求されるIC用アルミナ基板などの
電子材料、そして、低吸水率と低コストが要求されるア
ルミナ食器、アルミナ工芸品、エクステリア製品などへ
の応用が考えられ、南九州に900億トン賦存すると言
われるシラスの有効利用につながるものと期待される。
フロントページの続き (72)発明者 浜石 和人 鹿児島県姶良郡隼人町小田1445番地1 鹿 児島県工業技術センター内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平均粒径10μm以下に制御された中実
    の火山ガラス粉体と平均粒径1μm以下に制御されたア
    ルミナ粉体を均一混合して成形後、1250℃以上で焼
    成して得られる密閉気孔からなる軽量焼結体で、焼成途
    中において未焼結のアルミナ粉体で囲まれた火山ガラス
    粒子が先に液状化してアルミナ側に毛管現象により浸出
    することで密閉気孔が形成され軽量化したもので、その
    密閉気孔の平均径が10μm以下に制御されていること
    を特徴とする高強度のアルミナ軽量複合体。
  2. 【請求項2】 平均粒径10μm以下に制御された中実
    の火山ガラス粉体と平均粒径1μm以下に制御されたア
    ルミナ粉体を均一混合して成形後、1250℃以上で焼
    成し、焼成途中において未焼結のアルミナ粉体に囲まれ
    た火山ガラス粒子が先に液状化してアルミナ側に毛管現
    象により浸出することで密閉気孔が形成され、その密閉
    気孔の平均径を10μm以下に制御することを特徴とす
    る高強度のアルミナ軽量複合体の製造方法。
JP8515098A 1998-02-27 1998-02-27 密閉気孔を有するセラミック軽量複合体およびその製造方法 Pending JPH11240778A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003048073A1 (en) * 2001-12-07 2003-06-12 Ngk Insulators, Ltd Method for producing porous ceramic article

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003048073A1 (en) * 2001-12-07 2003-06-12 Ngk Insulators, Ltd Method for producing porous ceramic article
US7208108B2 (en) 2001-12-07 2007-04-24 Ngk Insulators, Ltd. Method for producing porous ceramic article

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