CN104030694A

CN104030694A - 煅烧用承烧板

Info

Publication number: CN104030694A
Application number: CN201410069123.0A
Authority: CN
Inventors: 古宫山常夫; 中西泰久; 森贤司
Original assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Adrec Co Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Adrec Co Ltd
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2034-02-27
Also published as: JP2014172763A; JP5834371B2; CN104030694B

Abstract

提供可以抑制因与被煅烧体的成分移动引起的变质、或因所述成分移动引起的结晶结构变化的煅烧用承烧板。本发明的煅烧用承烧板是将硅线石晶粒与莫来石晶粒混在一起而构成，且作为其他微量成分包括：氧化锆0.01质量%～2质量%、氧化铁（III）0.1质量%～3质量%、二氧化钛0.1质量%～3质量%、氧化钙0.1质量%～3质量%，在每0.25mm²的所述煅烧用承烧板的表面中分散有1个～20个所述氧化锆的5μm～30μm的粗粒。

Description

煅烧用承烧板

技术领域

本发明涉及煅烧用承烧板。

背景技术

堇青石（2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂）由于热膨胀系数非常小，因此可以用作构成柴油颗粒过滤器（Diesel Particulate Filter，DPF）的蜂窝结构体等耐热冲击性陶瓷。

堇青石制陶瓷制品是将在通过煅烧成为堇青石的陶瓷原料（以下为堇青石化原料）中添加加工助剂与分散剂进行了混练的混合物成形，将成形体进行干燥及煅烧而制造。

所述煅烧是将干燥后的成形体排列于煅烧用的承烧板（以下称为煅烧用承烧板）上并置于煅烧炉内，在特定温度下保持特定时间而进行。

现有的煅烧用承烧板通常由堇青石（2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂）-莫来石（3Al₂O₃·2SiO₂）质或氧化铝（Al₂O₃）质构成，但是近年来煅烧温度的高温化取得进展，由于在高温条件下的反复使用，而存在以下问题：在煅烧用承烧板上产生翘曲变形、或附着、龟裂、表面粗糙等，从而容易在作为被煅烧物的陶瓷制品上产生变形、破损、反应不良。并且，若将现有的煅烧用承烧板置于SiC制搁板而使用，则有在SiC表面所生成的SiO₂与煅烧用承烧板反应，而容易在煅烧用承烧板上产生翘曲的问题。

作为解决所述问题的技术，本申请人揭示：由将硅线石晶粒与莫来石晶粒混在一起烧结的陶瓷复合材料构成煅烧用承烧板的技术（专利文献1）。

但是，若例如在1350℃～1550℃的高温条件下使用专利文献1记载的煅烧用承烧板、特别是使堇青石化原料成形而得成形体作为被煅烧体用于煅烧，则存在以下问题：源自堇青石化原料的Mg、或在堇青石化原料中作为微量元素而含有的Fe发生气化，与煅烧用承烧板之间产生成分移动，从而容易在煅烧用承烧板及被煅烧体两者上产生变色等变质。而且存在以下问题：由于所述成分移动，因而进行煅烧用承烧板的莫来石（3Al₂O₃·2SiO₂）化时，随着所述结晶结构变化，而容易在煅烧用承烧板上产生翘曲变形、或龟裂、表面粗糙等。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2008-44814号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的是解决所述的问题，并提供煅烧用承烧板，其将使堇青石化原料成形而得的成形体作为被煅烧体，在1350℃～1550℃的高温条件下进行煅烧的情况下，可以抑制因与被煅烧体之间的成分移动引起的变质、或因所述成分移动引起的结晶结构变化。

解决问题的手段

为了解决所述课题而完成的本发明的煅烧用承烧板，是具有莫来石晶粒与硅线石晶粒相结合的结晶结构，其特征在于：作为其他微量成分包括：氧化锆（ZrO₂）0.01质量%～2质量%、氧化铁（III）（Fe₂O₃）0.1质量%～3质量%、二氧化钛（TiO₂）0.1质量%～3质量%、氧化钙（CaO）0.1质量%～3质量%，在每0.25mm²的所述煅烧用承烧板的表面中分散有1个～20个所述氧化锆的5μm～30μm的粗粒。

权利要求2记载的发明为下述权利要求1的煅烧用承烧板，其特征在于：以质量比计，硅线石（Al₂SiO₅）与莫来石（3Al₂O₃·2SiO₂）的含有比率为硅线石/莫来石＝1/5～5/1。

权利要求3记载的发明为下述权利要求1或2的煅烧用承烧板，其特征在于：载置有被煅烧体的被煅烧体载置面的表面粗糙度为Ra10μm以下。

权利要求4记载的发明为下述权利要求1或2的煅烧用承烧板，其特征在于：具有5MPa～100MPa的常温弯曲强度。

权利要求5记载的发明为下述权利要求1或2的煅烧用承烧板，其特征在于：气孔率为5%～50%。

权利要求6记载的发明为下述权利要求1或2的煅烧用承烧板，其特征在于：在1350℃～1550℃的温度条件下的煅烧收缩率为10%以下。

发明的效果

在专利文献1记载的由将硅线石晶粒与莫来石晶粒混在一起而烧结的陶瓷复合材料构成的煅烧用承烧板中，特别是在将使堇青石化原料成形而得的成形体作为被煅烧体时，存在以下问题：在1350℃～1550℃的高温条件下，源自堇青石化原料的Mg、或在堇青石化原料中作为微量元素而含有的Fe发生气化，与煅烧用承烧板之间引起成分移动，因该成分移动而产生变质、或结晶结构的莫来石化，相对于此，在本发明中，在使硅线石晶粒与莫来石晶粒混在一起而构成的煅烧用承烧板中，作为其他微量成分包括：氧化锆（ZrO₂）0.01质量%～2质量%、氧化铁（III）（Fe₂O₃）0.1质量%～3质量%、二氧化钛（TiO₂）0.1质量%～3质量%、氧化钙（CaO）0.1质量%～3质量%，在每0.25mm²的所述煅烧用承烧板的表面中，分散有1个～20个所述氧化锆的5μm～30μm的粗粒，通过所述的构成，可以抑制因所述的成分移动引起的变质或结晶结构的莫来石化。由此，可以抑制所述结晶结构变化所伴随的在煅烧用承烧板上的翘曲变形、或龟裂、表面粗糙，并可以谋求煅烧用承烧板的长寿命化。

本发明的机制并未明了，但通过设为所述构成而可以预期：在1350℃～1550℃的温度条件下，能量稳定，即便是在源自堇青石化原料的成分气化而共存时，也具有莫来石化难以进行的结构。

另外，若将包含通常的堇青石-莫来石质或氧化铝质的煅烧用承烧板载置于SiC制炉材料上而使用，则存在SiC表面上所生成的SiO₂与煅烧用承烧板反应，而容易在煅烧用承烧板上产生翘曲的问题，但包含所述构成的本发明的煅烧用承烧板由于与SiO₂的反应性也低，因此也可以同时消除因与SiO₂的反应引起的翘曲。

具体实施方式

以下，示出本发明的优选的实施方案。

本实施方案的煅烧用承烧板是将作为主成分的硅线石（Al₂SiO₅）晶粒与莫来石（3Al₂O₃·2SiO₂）晶粒混在一起而构成的煅烧用承烧板，作为其他微量成分包括：氧化锆（ZrO₂）0.01质量%～2质量%、氧化铁（III）（Fe₂O₃）0.1质量%～3质量%、二氧化钛（TiO₂）0.1质量%～3质量%、氧化钙（CaO）0.1质量%～3质量%。

原料是使用：作为天然矿物的硅线石（20质量%～40质量%）、氧化铝（0质量%～20质量%）、高岭土（0质量%～30质量%）、粘土（20质量%～40质量%）、以及作为微量成分的Zr原料。在硅线石中，作为微量元素含有Fe、Ti、Ca。高岭土若在高于约1200℃的温度下煅烧，则会转变为莫来石。另外，在硅线石（Al₂SiO₅）中，虽然存在具有同质多晶关系的红柱石（andalusite）或蓝晶石（kyanite），但利用这些结晶结构无法获得本发明的效果。

本实施方案的煅烧用承烧板是以各比例称量这些原料，在其掺和物中添加水进行混合，而制备浆料。并且，将所述浆料通过筛，接着，将这些浆料进行脱水并将经干燥的物质粉碎后，进行水分调整而准备生坯。可以利用油压压制成形将所述生坯进行成形，并在1200℃以上、1550℃以下、理想为1450℃进行煅烧而形成。若煅烧温度为1200℃以下，则高岭土及粘土向莫来石的转变会不充分。并且烧结不足，而强度降低。若煅烧温度为1550℃以上，则硅线石会转变为莫来石，而导致硅线石晶粒减少。另外，烧结会变得过度，而耐开裂性降低。

在如此获得的煅烧用承烧板中，在莫来石晶粒与硅线石晶粒结合而成的结晶结构中，作为微量成分包括：氧化锆（ZrO₂）0.01质量%～2质量%、氧化铁（III）（Fe₂O₃）0.1质量%～3质量%、二氧化钛（TiO₂）0.1质量%～3质量%、氧化钙（CaO）0.1质量%～3质量%。另外，作为其他微量成分可以包括：MgO、K₂O、Na₂O等。

其中，在每0.25mm²的所述煅烧用承烧板的表面中，氧化锆（ZrO₂）以5μm～30μm的粗粒的形态分散有1个～20个。粒径的调整可以与现有技术相同，通过调整所述的粉碎时间而进行。在本实施方案中，为了将氧化锆的粒径设为所述范围，而进行24小时左右的粉碎。

另外，在本实施方案的煅烧用承烧板中，也可以含有所述粒径以外的氧化锆，但特别是通过在每0.25mm²的所述煅烧用承烧板的表面中，分散有1个～20个的5μm～30μm的粗粒的氧化锆，并使煅烧用承烧板具有所述构成，则在1350℃～1550℃的温度条件下，即便是源自堇青石化原料的成分发生气化而共存时，也可以抑制莫来石化的进行。其详细的机制并未明了，但可预期：所述构成的煅烧用承烧板形成能量稳定性高，且莫来石化难以进行的结构。

从成形性、或避免与被煅烧体的附着的观点来看，硅线石（Al₂SiO₅）与莫来石（3Al₂O₃·2SiO₂）的含有比率以质量比计优选为1/5～5/1。

微量成分中，在氧化铁（III）及二氧化钛及氧化钙的含量小于0.1质量%或超过3质量%时，会发生煅烧用承烧板与被煅烧体的附着而不优选。

煅烧用承烧板的表面粗糙度Ra（算术平均粗糙度：JIS B0601:2001）理想地为10μm以下（基准长度为2.5mm）。若相对于被煅烧体、特别是煅烧收缩大的被煅烧体，表面粗糙度（Ra）为10μm以上，则由于被煅烧体在煅烧收缩时的摩擦阻力而容易在被煅烧体上产生损伤等而不优选。

理想为以煅烧用承烧板的弯曲强度为5MPa～150MPa的方式形成煅烧用承烧板。在弯曲强度为5MPa以下时，会因操作而破损，从而无法获得其功能。另外，在弯曲强度为150MPa以上时，耐开裂性变差而不优选。

理想为以煅烧用承烧板的气孔率为5%～50%的方式形成煅烧用承烧板。若气孔率为5%以下，则吸收由煅烧物或搁板产生的玻璃状物质的容量变少，因而气孔会在短时间内饱和而产生附着等，因此不优选。另一方面，若气孔率为50%以上，则吸收容量增加，但作为结构体的强度降低，因此不优选。

煅烧用承烧板的煅烧收缩率理想为在1350℃～1550℃的温度条件下为10%以下。若煅烧收缩率为10%以上，则与被煅烧体的煅烧收缩率的差变大，而容易在被煅烧体上产生变形，因此不优选。

煅烧用承烧板的被煅烧体装载面优选自边缘部至中央保持1mm左右的隆起。由此可以减小煅烧用承烧板与被煅烧体的接触面积，并且即便是在存在煅烧用承烧板与被煅烧体的组成差的情况下，也可以难以产生附着。

[实施例]

对具有下述（表1）所示的“微量成分含有率及矿物组成以及质量比率”、且具有下述（表1）所示的“气孔率及常温弯曲强度以及表面粗糙度”的各煅烧用承烧板，评价耐开裂性、翘曲、龟裂、与被煅烧物的附着、与炉材料的附着、被煅烧物的变色、被煅烧物的变形、煅烧用承烧板的变色、接通炉后的表面粗糙度，并将结果表示于（表1）右栏。

另外，各试样的矿物组成是根据X射线衍射的积分强度比而求出。X射线衍射是使用X射线衍射装置（RINT-1100、理学股份有限公司制造），进行将Cu-Kα作为射线源的粉末X射线衍射，求出所得的X射线衍射图案的2θ（衍射角）的峰值位置处（23.2°、41.0°）的积分强度比。23.2°相当于硅线石，41.0°相当于莫来石。

气孔率是依据JIS R2205：1992耐火砖的表观气孔率、吸水率、比重的测定方法进行测定。

常温弯曲强度是切出测定样品，通过JIS的4点弯曲强度试验方法（JIS R1601）进行测定。

关于耐开裂性，是将在200mm×8mm的基材上装载150mm×5mm的氧化锆质煅烧夹具而成的构件放入小型电炉中，以每次50℃的方式从350℃升温至1000℃，在最高温度下保持1小时后，观察在常温中放置时的龟裂的有无。表1中，◎：表示至800℃为止未产生龟裂，〇：表示在700℃～小于800℃时未产生龟裂，△：表示在600℃～小于700℃时未产生龟裂，×：表示在小于600℃时产生龟裂。

关于耐开裂性以外的（翘曲、龟裂、与被煅烧物的附着、与炉材料的附着、被煅烧物的变色、被煅烧物的变形、煅烧用承烧板的变色、接通炉后的表面粗糙度），是在SiC质搁板上载置100mm×8mm的基材，接着装载堇青石质陶瓷作为被煅烧物，观察反复实施利用小型电炉以升温速度200℃/hr、在1400℃下保持3小时后，自然冷却至室温的循环时的状态。在表1中，◎：表示至接通炉30次为止未产生，〇：表示在接通炉20次前产生，△：表示在接通炉10次前产生，×：表示在接通炉3次前产生。

在不含硅线石晶粒的比较例7～比较例10中，在接通炉3次前，均产生翘曲或变色或附着，相对于此，根据包含本发明的构成的实施例1～实施例21，确认到可以避免这些现象。

在本发明中，在微量成分中，使氧化锆（ZrO₂）的含量为0.01质量%～2质量%，在含量超过2质量%时，确认到如比较例1所示般，在接通炉3次前，产生“煅烧用承烧板的变色”及“接通炉后的表面粗糙度”。另一方面，在含量小于0.01质量%时，确认到如比较例5所示般，在接通炉3次前，产生“煅烧用承烧板的变色”。

在本发明中，在微量成分中，在每0.25mm²的所述煅烧用承烧板的表面中，分散有1个～20个氧化锆（ZrO₂）的5μm～30μm的粗粒，在粗粒数超过所述范围时，确认到如比较例3所示般，在接通炉3次前，产生“接通炉后的表面粗糙度”。另一方面，在不以所述尺寸的粗粒形态存在时，确认到如比较例4所示般，在接通炉3次前，产生“与被煅烧物的附着”及“与炉材料的附着”。

在本发明中，在微量成分中，使氧化铁（III）（Fe₂O₃）的含量为0.1质量%～3质量%，在含量小于0.1质量%时，确认到如比较例5所示般，在接通炉3次前，产生“煅烧用承烧板的变色”。另一方面，在含量超过3质量%时，确认到如比较例6所示般，在接通炉3次前，产生“煅烧用承烧板的变色”。

在权利要求3的发明中，将载置有被煅烧体的被煅烧体载置面的表面粗糙度为Ra10μm以下作为构成要件，如实施例20所示般，在Ra超过所述范围时，确认到有容易产生“被煅烧物的变形”的倾向。

在权利要求4的发明中，将具有5MPa～100MPa的常温弯曲强度作为构成要件，如实施例17所示般，在常温弯曲强度小于5MPa时，确认到有容易产生“龟裂”的倾向。另外，如实施例18所示般，在常温弯曲强度超过100MPa时，也确认到有容易产生“龟裂”的倾向。

在权利要求5的发明中，将气孔率为5%～50%作为构成要件，如实施例15所示般，在气孔率小于5%时，确认到有“耐开裂性”差的倾向、及有容易产生“翘曲”的倾向。

另一方面，在气孔率超过50%时，确认到有容易产生“龟裂”的倾向。

在权利要求6的发明中，将1350℃～1550℃的温度条件下的煅烧收缩率为10%以下作为构成要件，如实施例21所示般，在煅烧收缩率超过所述范围时，确认到有容易产生“被煅烧物的变形”的倾向。

Claims

1.煅烧用承烧板，其具有莫来石晶粒与硅线石晶粒相结合的结晶结构，其特征在于：

作为其他微量成分包括：

氧化锆（ZrO₂）0.01质量%～2质量%、

氧化铁（III）（Fe₂O₃）0.1质量%～3质量%、

二氧化钛（TiO₂）0.1质量%～3质量%、

氧化钙（CaO）0.1质量%～3质量%，

在每0.25mm²的所述煅烧用承烧板的表面中分散有1个～20个所述氧化锆的5μm～30μm的粗粒。

2.根据权利要求1所述的煅烧用承烧板，其特征在于：以质量比计，硅线石（Al₂SiO₅）与莫来石（3Al₂O₃·2SiO₂）的含有比率为硅线石/莫来石＝1/5～5/1。

3.根据权利要求1或2所述的煅烧用承烧板，其特征在于：用于载置被煅烧体的被煅烧体载置面的表面粗糙度为Ra10μm以下。

4.根据权利要求1或2所述的煅烧用承烧板，其特征在于：具有5MPa～100MPa的常温弯曲强度。

5.根据权利要求1或2所述的煅烧用承烧板，其特征在于：其气孔率为5%～50%。

6.根据权利要求1或2所述的煅烧用承烧板，其特征在于：1350℃～1550℃的温度条件下的其煅烧收缩率为10%以下。