JP2002029861A - Porous body and its production process - Google Patents
Porous body and its production processInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、焼成用治具、焼成
炉構築用部材等の耐火物として有用なセラミックス製の
多孔質体及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic porous body useful as a refractory, such as a firing jig and a firing furnace construction member, and a method for producing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、セラミックス製の多孔質体は、軽
量で熱容量が小さく、而も耐熱衝撃性、断熱性等の点で
優れているため、セラミックス製品製造時(焼成時)に
使用するセッター、サヤ等の焼成用治具、炉床板、耐火
ブロック等の焼成炉構築用部材、或いはその他の用途に
用いられる耐火物として広く利用されている。しかしな
がら、セラミックス製品の製造効率の向上のためには、
製品製造時の焼成時間の短縮化(迅速焼成化)が不可欠
でり、迅速焼成化によって耐火物にかかる熱的負荷が増
大するため、これに対応すべく、多孔質体の熱的特性の
更なる向上が求められている。そこで、セラミックス原
料と可燃性を有する粉体原料(揮散材)を配合した成形
体を、従前より高い温度で焼成することで、焼成時に揮
散材を焼失させて気孔をより多く形成すると共に、セラ
ミックスの原料粒子同士を高温下で強固に焼結させて製
品の機械的強度を向上させる多孔質体の製造方法が開発
された。2. Description of the Related Art Conventionally, a porous body made of ceramics is lightweight, has a small heat capacity, and is also excellent in heat shock resistance, heat insulation and the like. It is widely used as a firing jig such as a sheath, a hearth plate, a firing furnace construction member such as a refractory block, or a refractory used for other purposes. However, in order to improve the production efficiency of ceramic products,
It is essential to shorten the baking time during product manufacturing (rapid baking), and the rapid baking increases the thermal load on the refractory. To cope with this, the thermal characteristics of the porous body must be improved. Further improvement is required. Therefore, by sintering a molded body containing a ceramic material and a flammable powder material (a volatile material) at a higher temperature than before, the volatile material is burned off at the time of sintering, and more pores are formed. A method for producing a porous body has been developed in which the raw material particles are strongly sintered at a high temperature to improve the mechanical strength of the product.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記方法
は、多孔質体の気孔率を大きくすることで、耐熱衝撃性
を上げることは出来るものの、多孔質体の微構造制御が
成されてなく、而もセラミックス粒子自体が溶融してガ
ラス化するため、耐クリープ性、即ち熱間荷重に対する
曲げ強度が低下してしまう問題を有していた。However, in the above method, the thermal shock resistance can be increased by increasing the porosity of the porous body, but the microstructure of the porous body is not controlled. However, since the ceramic particles themselves are melted and vitrified, there is a problem that creep resistance, that is, bending strength against a hot load is reduced.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来技術
に基づく、セラミックス製多孔質体の耐熱衝撃性と耐ク
リープ性を共に向上させることが困難な課題に鑑み、セ
ラミックスの一次粒子及びその凝集体を、ホウ素又はリ
ンを含有するガラス相で融着結合することによって、モ
ザイク状の微構造を形成し、かかるモザイク状の微構造
で熱応力及び熱間荷重を緩衝する様にした多孔質体及び
その製造方法を提供して、上記課題を解決する。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the problem that it is difficult to improve both the thermal shock resistance and the creep resistance of a ceramic porous body based on the above-mentioned prior art. The aggregate is fused and bonded with a glass phase containing boron or phosphorus to form a mosaic-like microstructure, and the mosaic-like microstructure absorbs thermal stress and hot load. The object is provided by providing a body and a method for manufacturing the same.
【0005】[0005]
【発明の実施の形態】以下本発明の一実施例を図面に基
づいて説明する。図1は本発明に係るセラミックス多孔
質体の微構造を示す模式図、図2は図1の部分拡大図で
ある。本発明の多孔質体1は、基本的にはセラミックス
の一次粒子2、2a…、及びその凝集体(二次粒子)3、
3a…を、ホウ素又はリンを含有するガラス相4で融着結
合して、無数の凝集体3、3a…を三次元的に組合わせた
モザイク状の微構造(以下、単にモザイク構造と称
す。)を形成したものであり、凝集体3、3a…における
一次粒子2、2a…間に微細な気孔5、5a…を、凝集体
3、3a…間に気孔5、5a…より大径な気孔6、6a…を有
する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a microstructure of a ceramic porous body according to the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG. The porous body 1 of the present invention is basically composed of ceramic primary particles 2, 2 a, and aggregates thereof (secondary particles) 3,
Are fused and bonded with a glass phase 4 containing boron or phosphorus to form a mosaic microstructure (hereinafter simply referred to as a mosaic structure) in which countless aggregates 3, 3a are three-dimensionally combined. ), The fine pores 5, 5a ... between the primary particles 2, 2a ... in the aggregates 3, 3a ..., the pores 5, 5a ... larger pores between the aggregates 3, 3a ... 6, 6a ...
【0006】一般的に、セラミックス部材の耐熱衝撃性
は、材料の熱膨張係数と弾性率に反比例し、材料の熱膨
張係数を変えることは出来ないため、耐熱衝撃性を上げ
るには、弾性率を小さくすることが必要であるが、この
多孔質体1は、一次粒子2、2a…間、凝集体3、3a…間
のガラス相4で熱応力を緩衝し、又モザイク構造の適度
な撓みで熱間荷重を緩衝するため、弾性率が小さく、よ
って、耐熱衝撃性、耐クリープ性に優れている。又、一
次粒子2、2a…の結晶系は、球状、板状、鎖状、針状等
のいずれの結晶系でも良いが、針状結晶の一次粒子2、
2a…、例えば、ホウ化アルミネートや、リン酸アルミニ
ウムの結晶によってモザイク状の微構造を形成した多孔
質体1は、耐熱衝撃性、耐クリープ性の点で特に優れて
いる。Generally, the thermal shock resistance of a ceramic member is inversely proportional to the coefficient of thermal expansion and the elastic modulus of the material, and the coefficient of thermal expansion of the material cannot be changed. It is necessary to reduce the thermal stress by the glass phase 4 between the primary particles 2 and 2a and between the aggregates 3 and 3a. , Buffer the hot load, and therefore have a small elastic modulus, and therefore have excellent thermal shock resistance and creep resistance. The crystal system of the primary particles 2, 2a... May be any crystal system such as spherical, plate-like, chain-like, and acicular.
2a... For example, the porous body 1 having a mosaic microstructure formed by borate aluminate or aluminum phosphate crystals is particularly excellent in thermal shock resistance and creep resistance.
【0007】次に本発明の多孔質体の製造方法について
説明する。第1実施例の製造方法は、基本的には焼成時
にホウ素又はリンと反応して針状結晶を生成するセラミ
ックス原料、例えば、アルミナと、ホウ素又はリンを含
有する焼結助材と、焼成時に焼失する揮散材とを配合
し、かかる配合物Aを成形後、焼成して多孔質体1を得
る。このセラミックス原料の平均粒径は、過大の場合に
は、焼成時の反応性が低く針状結晶が生成し難いため、
50μm以下が好ましく、同上の理由で、30μm以下
がより好ましい。Next, a method for producing a porous body of the present invention will be described. The manufacturing method of the first embodiment is basically a ceramic raw material that reacts with boron or phosphorus during firing to produce needle-like crystals, for example, alumina, a sintering aid containing boron or phosphorus, and A porous material 1 is obtained by blending with the volatile material to be burned off, forming the mixture A, and firing the mixture. If the average particle size of the ceramic raw material is too large, the reactivity during firing is low and needle-like crystals are not easily generated,
50 μm or less is preferable, and for the same reason, 30 μm or less is more preferable.
【0008】ホウ素含有焼結助材は、一種類のホウ素原
料、又は二種類以上のホウ素原料の混合物から成り、ホ
ウ素原料としては、オルトホウ酸、メタホウ酸等のホウ
素化合物、コレマナイト、ウレキサイト、ホウ砂等のホ
ウ素含有鉱物、ホウケイ酸ガラス等のホウ素含有ガラ
ス、ホウ素単体等が挙げられる。又、リン含有焼結助材
は、一種類のリン原料、又は二種類以上のリン原料の混
合物から成り、リン原料としては、リン酸、リン酸アル
ミニウム、リン酸カルシウム等のリン酸化合物、リン単
体等が挙げられる。又、焼結助材に、モンモリロナイト
(ベントナイト)、パイロフィライト(蝋石)、カオリ
ン鉱物(粘土、カオリン)等の粘土鉱物を混合しても良
く、粘土鉱物を混合することによって、一次粒子2、2a
…及び凝集体3、3a…間のガラス相4にナトリウム、カ
リウム、カルシウム等のアルカリ性成分、ケイ素等の酸
性成分が添加されて、ガラス相4の強度が向上する。粘
土鉱物の添加比率は、ホウ素又はリン1に対する重量比
で、0.1未満の場合は、ナトリウム、カリウム、カル
シウム、ケイ素等の成分が少なくてガラス相4の強度に
変化がなく、30超過の場合は、多孔質体1における不
純物の含有量が多くなり、多孔質体1の特性に悪影響を
及ぼすため、0.1〜30の範囲が好ましい。これら粘
土鉱物は、バインダーとしても作用するため、粘土鉱物
を混合することによって、配合物に可塑性を付与し、成
形性が向上される。The boron-containing sintering aid is composed of one kind of boron material or a mixture of two or more kinds of boron materials. Examples of the boron material include boron compounds such as orthoboric acid and metaboric acid, colemanite, urexite, and borax. And the like, boron-containing glass such as borosilicate glass, and boron alone. The phosphorus-containing sintering aid is composed of one kind of phosphorus raw material or a mixture of two or more kinds of phosphorus raw materials. Examples of the phosphorus raw material include phosphoric acid, aluminum phosphate, a phosphate compound such as calcium phosphate, and phosphorus alone. Is mentioned. In addition, clay minerals such as montmorillonite (bentonite), pyrophyllite (roastite), and kaolin minerals (clay, kaolin) may be mixed with the sintering aid. 2a
And the glass phase 4 between the aggregates 3 and 3a are added with an alkaline component such as sodium, potassium and calcium, and an acidic component such as silicon, so that the strength of the glass phase 4 is improved. If the addition ratio of the clay mineral is less than 0.1 in terms of the weight ratio to boron or phosphorus 1, if the content of sodium, potassium, calcium, silicon, etc. is small, the strength of the glass phase 4 is not changed, and the addition ratio exceeds 30. In this case, the content of the impurities in the porous body 1 increases, and the properties of the porous body 1 are adversely affected. Since these clay minerals also act as binders, mixing the clay minerals imparts plasticity to the composition and improves moldability.
【0009】揮散材は、可燃性を有する粉末原料から成
り、揮散材としては、小麦粉、大麦粉、澱粉、米ぬか粉
等の穀物類、庶糖、果糖等の糖類、黒鉛、木炭、活性炭
等の炭素類等が挙げられる。更に、これらの他に、バイ
ンダーとして作用する、フェノール、エポキシ等のレヂ
ン類、メチルセルロース等のセルロース類、脂肪酸など
の油脂類、アルミナ、シリカのゾル・ゲル類を配合物に
添加しても良い。The volatile materials are composed of flammable powdery raw materials. Examples of volatile materials include grains such as flour, barley flour, starch and rice bran, sugars such as sucrose and fructose, and carbon such as graphite, charcoal and activated carbon. And the like. Further, in addition to these, phenols such as phenol and epoxy, celluloses such as methylcellulose, fats and oils such as fatty acids, and sol-gels of alumina and silica may be added to the composition.
【0010】この方法によれば、焼成時にアルミナと、
ホウ素又はリンを含有する焼結助材とが化学反応を起こ
し、ホウ化アルミネート又はリン酸アルミニウムの針状
結晶を生成し、この針状結晶が絡み合うと共に、針状結
晶の一次粒子2、2a…同士がガラス相4で融着結合され
て凝集体3、3a…が形成される。又、成形体中の揮散材
は、焼成時に焼失するため、凝集体3、3a…間に気孔
6、6a…が形成される。そして、凝集体3、3a…は、ガ
ラス相4で融着結合され、その結果、モザイク構造が形
成される。According to this method, alumina is fired during firing,
A chemical reaction takes place with the sintering aid containing boron or phosphorus to form needle-like crystals of borated aluminate or aluminum phosphate, and these needle-like crystals become entangled with each other and the primary particles 2, 2a of the needle-like crystals Are fused together by the glass phase 4 to form aggregates 3, 3a. In addition, since the volatile material in the molded body is burned off during firing, pores 6, 6a are formed between the aggregates 3, 3a. Are aggregated by the glass phase 4 to form a mosaic structure.
【0011】図3は第1実施例の製造方法によって作成
した試験体1ー1〜3(多孔質体1)及び従来品の配合
を重量比で示す図、図4は試験体1ー1〜3及び従来品
の焼成条件、各種物性の測定値、生成した主結晶の種
類、耐クリープ性及び耐熱衝撃性の試験結果を示す図で
ある。試験体1ー1〜3及び従来品を次の条件で作成し
た。図3に示す比率で配合した配合物Aを、10MPa
の圧力で加圧成形後、所定の条件で焼成した。第1実施
例の方法で得られた試験体1ー1〜3(多孔質体1)
は、いずれも従来品に比べ、耐クリープ性及び耐熱衝撃
性点で優れていることが確認された。尚、耐クリープ性
及び耐熱衝撃性は、次の方法で試験した。耐クリープ性
試験としては、両端付近で水平に支持した試験体の中心
に一定の荷重を加えた状態で昇温させ、24時間保持
し、冷却後、試験体のタワミを測定した。耐熱衝撃性試
験としては、試験体を所定の温度まで急速に昇温させ、
この温度を1時間保持し、その後室温まで自然放冷さ
せ、このサイクルを5回繰り返して、試験体の状態変化
を目視確認した。FIG. 3 is a diagram showing the weight ratio of the test pieces 1-1 to 3 (porous body 1) prepared by the manufacturing method of the first embodiment and the conventional product, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing firing conditions, measured values of various physical properties, types of generated main crystals, creep resistance, and thermal shock resistance test results of Comparative Example 3 and a conventional product. Specimens 1-1 to 1-3 and a conventional product were prepared under the following conditions. Formulation A blended at the ratio shown in FIG.
After pressure molding at a pressure of, sintering was performed under predetermined conditions. Test pieces 1-1 to 3 (porous body 1) obtained by the method of the first embodiment
It was confirmed that each of them was superior to conventional products in creep resistance and thermal shock resistance. In addition, creep resistance and thermal shock resistance were tested by the following methods. In the creep resistance test, the temperature of the test specimen, which was horizontally supported at both ends, was increased while a constant load was applied to the center, held for 24 hours, and after cooling, the deflection of the test specimen was measured. As a thermal shock resistance test, the specimen is rapidly heated to a predetermined temperature,
This temperature was maintained for 1 hour and then allowed to cool to room temperature. This cycle was repeated five times, and the change in the state of the test specimen was visually confirmed.
【0012】第2実施例の製造方法は、基本的にはセラ
ミックス原料を予備焼成して成した凝集体3、3a…と、
ホウ素又はリンを含有する焼結助材と、焼成時に焼失す
る揮散材とを配合し、かかる配合物Bを成形後、焼成し
て多孔質体1を得る。The manufacturing method according to the second embodiment basically includes agglomerates 3, 3a,...
A sintering aid containing boron or phosphorus and a volatilizing material that burns off during firing are blended, and after forming such a blend B, firing is performed to obtain the porous body 1.
【0013】この方法におけるセラミックス原料は、一
種類のセラミックス原料、又は二種類以上のセラミック
ス原料の混合物から成り、セラミックス原料としては、
アルミナ、マグネシア、シリカ、安定化ジルコニア、コ
ージェライト、ムライト、スピネル、ホウ化アルミネー
ト、リン酸アルミニウム等の酸化物原料、炭化ケイ素等
の炭化物原料、窒化ケイ素等の窒化物原料が挙げらる。
又、ホウ素又はリンを含有する焼結助材及び揮散材は、
第1実施例の製造方法と同様のものを用いれば良い。The ceramic raw material in this method is composed of one type of ceramic raw material or a mixture of two or more types of ceramic raw materials.
Examples thereof include oxide materials such as alumina, magnesia, silica, stabilized zirconia, cordierite, mullite, spinel, borated aluminate and aluminum phosphate, carbide materials such as silicon carbide, and nitride materials such as silicon nitride.
Also, sintering aids and volatile materials containing boron or phosphorus,
The same manufacturing method as that of the first embodiment may be used.
【0014】この方法によれば、セラミックス原料を予
備焼成することで、一次粒子2、2a…同士を焼結させた
ため、針状結晶を生成しないセラミックス原料を使用し
ても、一次粒子2、2a…を凝集させて、凝集体3、3a…
を形成可能である。又、一次粒子2、2a…同士の結合
は、焼結による結合、即ち固相間反応による結合である
ため、一次粒子2、2a…同士の結合力が強く、頑強な凝
集体3、3a…を形成可能である。According to this method, since the primary particles 2, 2a... Are sintered by pre-firing the ceramic material, the primary particles 2, 2a can be used even if a ceramic material that does not produce needle-like crystals is used. Are aggregated to form aggregates 3, 3a.
Can be formed. Also, since the bonding between the primary particles 2, 2a is a bonding by sintering, that is, a bonding between solid phases, the bonding force between the primary particles 2, 2a is strong, and the robust aggregates 3, 3a. Can be formed.
【0015】図5は第2実施例の製造方法によって作成
した試験体2(多孔質体1)の配合を重量比で示す図、
図6は試験体2の焼成条件、各種物性の測定値、生成し
た主結晶の種類、耐クリープ性及び耐熱衝撃性の試験結
果を示す図である。試験体2を次の条件で作成した。先
ず平均粒径20μmのアンダルサイト(天然ムライト)
の粉末原料(一次粒子2、2a…)を、昇温速度100℃
/時間、最高温度1300℃、保持時間3時間の条件で
予備焼成し、粉末原料を凝集させて平均粒径40〜80
μmの凝集体3、3a…と成す。次に5重量%のリン酸ア
ルミニウム水溶液を含浸させた凝集体3、3a…の粗粉砕
物と、グラニュール糖と、小麦粉と、αーデンプンとを
配合し、かかる配合物Bを10MPaの圧力で加圧成形
後、所定の条件で焼成した。第2実施例の方法で得られ
た試験体2(多孔質体1)は、第1実施例の多孔質体1
と同等以上の耐クリープ性及び耐熱衝撃性を示した。
又、図7、8は上記従来品及び試験体2の微構造を撮影
した走査型電子顕微鏡写真であり、従来品においては、
揮散材焼失による気孔は形成されるも、αーアルミナの
結晶粒子同士が緻密に焼結されているため、揮散材焼失
による気孔以外は存在せず、試験体2においては、ムラ
イト結晶(一次粒子2、2a…)の凝集体3、3a…は、微
細な気孔5、5a…を有し、かかる凝集体3、3a…が揮散
材焼失後の空間(気孔6、6a…を)残した状態で結合し
てモザイク構成が形成されているのが確認された。尚、
耐クリープ性及び耐熱衝撃性は、第1実施例と同じ方法
で試験した。FIG. 5 is a diagram showing the composition of a test body 2 (porous body 1) prepared by the manufacturing method of the second embodiment by weight ratio.
FIG. 6 is a view showing the firing conditions of the test piece 2, the measured values of various physical properties, the type of the main crystal formed, the test results of the creep resistance and the thermal shock resistance. Test body 2 was prepared under the following conditions. First, andalusite with an average particle size of 20 μm (natural mullite)
Powder material (primary particles 2, 2a ...) was heated at a rate of 100 ° C.
/ Hour, maximum temperature 1300 ° C., holding time 3 hours, pre-fired, agglomerated powder raw material and average particle diameter 40-80
μm aggregates 3, 3a... Next, a coarsely pulverized aggregate 3, 3a ... impregnated with an aqueous solution of 5% by weight of aluminum phosphate, granulated sugar, flour, and α-starch are blended, and the blend B is pressed at a pressure of 10 MPa. After the pressure molding, firing was performed under predetermined conditions. The test body 2 (porous body 1) obtained by the method of the second embodiment is the same as the porous body 1 of the first embodiment.
It showed creep resistance and thermal shock resistance equal to or higher than that of.
FIGS. 7 and 8 are scanning electron microscope photographs of the microstructures of the above-mentioned conventional product and the test piece 2, respectively.
Although pores are formed due to the burnout of the volatile material, since the α-alumina crystal particles are densely sintered, there is no other than the pores due to the burnout of the volatile material. , 2a...) Have fine pores 5, 5a... In such a state that the aggregates 3, 3a. It was confirmed that they were combined to form a mosaic configuration. still,
Creep resistance and thermal shock resistance were tested in the same manner as in the first example.
【0016】第3実施例の製造方法は、基本的にはセラ
ミックス原料と、ホウ素又はリンを含有する焼結助材と
の混合物を予備焼成して成した凝集体3、3a…と、焼成
時に焼失する揮散材とを配合し、かかる配合物Cを成形
後、焼成して多孔質体1を得る。又、セラミックス原
料、ホウ素又はリンを含有する焼結助材及び揮散材は、
第2実施例の製造方法と同様のものを用いれば良い。The manufacturing method according to the third embodiment is basically based on the fact that aggregates 3, 3a,... Formed by pre-firing a mixture of a ceramic raw material and a sintering aid containing boron or phosphorus The porous material 1 is obtained by mixing the volatile material to be burned off, forming the compound C, and firing the formed compound C. In addition, ceramic materials, sintering aids and volatile materials containing boron or phosphorus,
What is necessary is just to use the thing similar to the manufacturing method of 2nd Example.
【0017】図9は第3実施例の製造方法によって作成
した試験体3ー1〜3(多孔質体1)の配合を重量比で
示す図、図10は試験体3ー1〜3の焼成条件、各種物
性の測定値、生成した主結晶の種類、耐クリープ性及び
耐熱衝撃性の試験結果を示す図である。試験体3ー1〜
3を次の条件で作成した。アルミナ粉末と、電融ムライ
ト粉末と、ホウ酸との混合物を、昇温速度100℃/時
間、最高温度1350℃、保持時間2時間の条件で予備
焼成して凝集体3、3a…と成し、この凝集体3、3a…の
粗粉砕物(イ)と、カオリンと、小麦粉とを配合し、か
かる配合物Cを10MPaの圧力で加圧成形後、所定の
条件で焼成して試験体3ー1を得た。又、アルミナ粉末
と、ホウ酸との配合物を、昇温速度100℃/時間、最
高温度1250℃、保持時間4時間の条件で予備焼成し
て凝集体3、3a…と成し、この凝集体3、3a…の粗粉砕
物(ロ)と、カオリンと、炭化ケイ素と、グラニュール
糖と、小麦粉とを配合し、かかる配合物Cを10MPa
の圧力で加圧成形後、所定の条件で焼成して試験体3ー
2を得た。又、凝集体3、3a…の粗粉砕物(ロ)と、カ
オリンと、ベントナイトと、グラニュール糖と、小麦粉
とを配合し、かかる配合物Cを10MPaの圧力で加圧
成形後、所定の条件で焼成して試験体3ー3を得た。第
3実施例の方法で得られた試験体3ー1〜3(多孔質体
1)は、第2実施例の多孔質体1と同等の耐クリープ性
及び耐熱衝撃性を示した。尚、耐クリープ性及び耐熱衝
撃性は、第1実施例と同じ方法で試験した。FIG. 9 is a diagram showing the composition of test pieces 3-1 to 3 (porous body 1) prepared by the manufacturing method of the third embodiment by weight ratio, and FIG. 10 is the firing of test pieces 3-1 to 3-3. It is a figure which shows the conditions, the measured value of various physical properties, the kind of the produced main crystal, the test result of creep resistance, and thermal shock resistance. Specimen 3-1
No. 3 was prepared under the following conditions. A mixture of alumina powder, electrofused mullite powder, and boric acid is pre-fired under the conditions of a heating rate of 100 ° C./hour, a maximum temperature of 1350 ° C., and a holding time of 2 hours to form aggregates 3, 3a. , A coarsely pulverized product of the aggregates 3, 3a, (a), kaolin, and flour are blended, and the blend C is molded under pressure at a pressure of 10 MPa, and then calcined under predetermined conditions. -1 was obtained. The mixture of alumina powder and boric acid is pre-fired under the conditions of a heating rate of 100 ° C./hour, a maximum temperature of 1250 ° C., and a holding time of 4 hours to form aggregates 3, 3a. A coarsely pulverized product (2) of the aggregates 3, 3a ..., kaolin, silicon carbide, granule sugar, and flour are blended, and the blend C is mixed at 10 MPa.
After press-molding under the pressure described above, firing was performed under predetermined conditions to obtain a test piece 3-2. Further, a coarsely pulverized product of the aggregates 3, 3a (b), kaolin, bentonite, granule sugar, and flour are blended. After the compound C is press-molded at a pressure of 10 MPa, a predetermined pressure is applied. Calcination was performed under the conditions to obtain a test piece 3-3. Specimens 3-1 to 3 (porous body 1) obtained by the method of the third embodiment exhibited creep resistance and thermal shock resistance equivalent to those of the porous body 1 of the second embodiment. The creep resistance and thermal shock resistance were tested in the same manner as in the first embodiment.
【0018】第4実施例の製造方法は、基本的には焼成
時に気体を発生して膨張した後焼失する発泡材を、第
1、2又は3実施例の配合物A、B又はCに添加し、成
形後、焼成して多孔質体1を得る。In the manufacturing method of the fourth embodiment, a foaming material which generates gas at the time of sintering, expands and burns out is basically added to the compound A, B or C of the first, second or third embodiment. Then, after molding, firing is performed to obtain the porous body 1.
【0019】発泡材は、次の方法で作成したものを用い
る。尿素と糖類又は穀物類粉を1対30の重量比で混合
し、かかる混合物を昇温させて150〜250℃の温度
範囲で保持する。すると、アンモニアガスの発生によっ
て10〜20倍の容積に膨張したカラメルとなり、この
カラメルを粗粉砕して発泡材と成す。尚、発泡材は、上
記のものに限定されず、要するに、可燃性を有し、且つ
加熱することによって、気体を発生して膨張するもので
有れば良い。As the foam material, one prepared by the following method is used. Urea and sugar or cereal flour are mixed at a weight ratio of 1:30, and the mixture is heated and maintained in a temperature range of 150 to 250C. Then, the caramel is expanded to 10 to 20 times the volume due to the generation of ammonia gas, and the caramel is roughly pulverized to form a foam. In addition, the foaming material is not limited to the above-mentioned one, and in short, any material may be used as long as it has flammability and generates a gas when heated to expand.
【0020】この方法によれば、焼成工程において、多
孔質体1の成形体中の発泡材は、気体を発生して膨張
(発泡)すると共に、発泡材周囲のセラミックス原料を
発泡材の外方に押し退けるため、膨張した発泡材同士が
部分的に接触し合い、そして、膨張した発泡材が焼失す
ると共に、発泡材周囲のセラミックス原料が焼結する
と、発泡材焼失後の空間は連通気孔となる。According to this method, in the firing step, the foamed material in the molded body of the porous body 1 generates a gas and expands (foams), and the ceramic material around the foamed material is expanded outside the foamed material. Because the expanded foam material partially contacts each other, and the expanded foam material is burned out, and the ceramic material around the foam material is sintered, the space after the foam material burns becomes a continuous vent. .
【0021】図11(a)は第4実施例の発泡材の配合
を重量比で示す図、図11(b)は第4実施例の製造方
法によって作成した試験体4ー1〜3(多孔質体1)の
配合を重量比で示す図、図12は試験体4ー1〜3の焼
成条件、各種物性の測定値、生成した主結晶の種類、耐
クリープ性及び耐熱衝撃性の試験結果を示す図である。
試験体4ー1〜3を次の条件で作成した。先ず尿素30
重量%、グラニュール糖60重量%、ホウ酸10重量%
の比率で混合し、かかる混合物を200℃まで昇温さ
せ、この温度を4時間保持してカラメルとし、次に図1
1(b)に示す比率で、カラメルの粗粉砕物と各原料を
配合し、かかる配合物を10MPaの圧力で加圧成形
後、所定の条件で焼成して試験体3ー1〜3を得た。第
4実施例の方法で得られた試験体4ー1〜3(多孔質体
1)は、いずれも第2、3実施例の多孔質体1と同等の
耐クリープ性及び耐熱衝撃性を示した。又、試験体4ー
1〜3は、いずれも平均径10〜2000オングストロ
ームの気孔から成る連通気孔が形成された。尚、耐クリ
ープ性及び耐熱衝撃性は、第1実施例と同じ方法で試験
した。FIG. 11 (a) is a diagram showing the composition of the foamed material of the fourth embodiment in terms of weight ratio, and FIG. 11 (b) is a sample 4-1 to 3 (porosity) prepared by the manufacturing method of the fourth embodiment. FIG. 12 is a diagram showing the composition of the powdery body 1) by weight ratio, and FIG. 12 shows the firing conditions of the test pieces 4-1 to 3, the measured values of various physical properties, the type of the main crystal formed, the creep resistance and the thermal shock resistance test results. FIG.
Specimens 4-1 to 3 were prepared under the following conditions. First, urea 30
% By weight, granulated sugar 60% by weight, boric acid 10% by weight
The mixture was heated to 200 ° C., and this temperature was maintained for 4 hours to give caramel, and then FIG.
At a ratio shown in FIG. 1 (b), the coarsely pulverized caramel and each raw material are blended, and the blend is press-molded at a pressure of 10 MPa and then fired under predetermined conditions to obtain test specimens 3-1 to 3-1. Was. Each of the test pieces 4-1 to 3 (porous body 1) obtained by the method of the fourth embodiment shows the same creep resistance and thermal shock resistance as the porous body 1 of the second and third embodiments. Was. Further, all of the test pieces 4-1 to 3-1 had continuous air holes formed of pores having an average diameter of 10 to 2000 angstroms. The creep resistance and thermal shock resistance were tested in the same manner as in the first embodiment.
【0022】以上、実施例に基づき、多孔質体1の製造
方法について説明したが、多孔質体1の配合、焼成条件
は、各実施例に示したものに限定されず、下記の範囲で
あれば良い。ホウ素又はリンを含有する焼結助材は、配
合物A、B、C中に0.1重量%未満の場合には、多孔
質体1中に形成されるガラス相4が過少なことから、結
合力不足で多孔質体1を均一に焼結させられず、50重
量%超過の場合には、ガラス相4が一次粒子2、2a…
間、凝集体3、3a…間を埋めてしまい気孔5、5a…、
6、6a…が形成されないため0.1〜50重量%の範囲
が好ましく、より好ましくは、同上の理由で0.5〜3
0重量%の範囲である。揮散材は、配合物A、B、C中
に1重量%未満の場合には、凝集体3、3a…間に形成さ
れる気孔6、6a…が過少なことから、多孔質体1の熱的
特性が低下し、50重量%超過の場合には、気孔6、6a
…が過多で多孔質体1の機械的強度が不十分となるた
め、1〜50重量%の範囲が好ましく、より好ましく
は、同上の理由で1〜50重量%の範囲である。発泡材
は、配合物A、B、C中に5重量%未満の場合には、焼
成時に膨張した発泡材同士が接触し合わないため、気孔
6、6a…が連通せず、60重量%超過の場合には、気孔
6、6a…が過多で多孔質体1の機械的強度が不十分とな
るため5〜60重量%の範囲が好ましく、より好ましく
は、同上の理由で10〜50重量%の範囲である。又、
多孔質体1の焼成条件は、配合したセラミックス原料の
種類により、1200〜1800℃の範囲で適宜調整す
れば良い。尚、焼成雰囲気は、配合したセラミックス原
料が酸化物原料のみの場合は、酸化雰囲気、又は中性雰
囲気とし、非酸化物原料を含むか、非酸化物原料のみの
場合は、中性雰囲気、又は還元雰囲気とする。Although the method for producing the porous body 1 has been described based on the embodiments, the blending and firing conditions of the porous body 1 are not limited to those shown in the respective embodiments, but may be in the following ranges. Good. When the sintering aid containing boron or phosphorus is less than 0.1% by weight in the blends A, B, and C, the glass phase 4 formed in the porous body 1 is too small. If the bonding strength is insufficient and the porous body 1 cannot be sintered uniformly and exceeds 50% by weight, the glass phase 4 contains the primary particles 2, 2a,.
Gaps, aggregates 3, 3a, etc. are filled, and pores 5, 5a ...,
.. Are not formed, the content is preferably in the range of 0.1 to 50% by weight, and more preferably 0.5 to 3% by weight for the same reason.
The range is 0% by weight. When the volatilization material is less than 1% by weight in the formulations A, B, and C, the pores 6, 6a,... Formed between the aggregates 3, 3a. Pores 6 and 6a if the mechanical properties deteriorate and exceed 50% by weight
Is excessive and the mechanical strength of the porous body 1 becomes insufficient, so that the range is preferably 1 to 50% by weight, more preferably 1 to 50% by weight for the same reason. If the foaming material is less than 5% by weight in the blends A, B and C, the foamed materials expanded at the time of firing do not come into contact with each other, so that the pores 6, 6a... Is too large, the mechanical strength of the porous body 1 becomes insufficient due to excessive pores 6, 6a..., So that the range is preferably 5 to 60% by weight, more preferably 10 to 50% by weight for the same reason. Range. or,
The firing conditions of the porous body 1 may be appropriately adjusted in the range of 1200 to 1800 ° C. depending on the type of the ceramic material mixed. The firing atmosphere is an oxidizing atmosphere or a neutral atmosphere when the compounded ceramic raw material is only an oxide raw material, and contains a non-oxide raw material. A reducing atmosphere is used.
【0023】[0023]
【発明の効果】要するに本発明は、焼成時にホウ素又は
リンと反応して針状結晶2、2a…を生成するセラミック
ス原料と、ホウ素又はリンを含有する焼結助材と、焼成
時に焼失する揮散材とを配合し、かかる配合物Aを成形
後、焼成して形成する様にしたので、生成させた針状結
晶2、2a…を絡み合わせる共に、針状結晶2、2a…同士
をガラス相4で融着結合して凝集体3、3a…を形成で
き、而も、成形体中の揮散材は、焼成時に焼失すことか
ら、凝集体3、3a…間に気孔6、6a…を形成できるた
め、モザイク構造を有する多孔質体1を形成することが
出来る。この方法で得られた多孔質体1は、モザイク構
造で熱応力及び熱間荷重を緩衝することが出来るため、
耐熱衝撃性及び耐クリープ性が共に優れたており、よっ
て、セラミック製品製造時の迅速焼成化と多様な加熱プ
ロセスに対応しうる耐火物として使用することが出来
る。In summary, the present invention provides a ceramic raw material that reacts with boron or phosphorus during firing to form needle-like crystals 2, 2a, a sintering aid containing boron or phosphorus, and a volatilization that is burned off during firing. Are mixed with each other, and the mixture A is molded and then fired to form the mixture. Therefore, the generated needle-like crystals 2, 2a ... are entangled, and the needle-like crystals 2, 2a ... 4 can be fused to form aggregates 3, 3a... Since the volatile material in the compact is burned off during firing, pores 6, 6a... Are formed between the aggregates 3, 3a. Therefore, the porous body 1 having a mosaic structure can be formed. Since the porous body 1 obtained by this method can buffer thermal stress and hot load with a mosaic structure,
It is excellent in both thermal shock resistance and creep resistance, and thus can be used as a refractory capable of coping with rapid firing and various heating processes in the production of ceramic products.
【0024】又、セラミックス原料を予備焼成して成し
た凝集体3、3a…と、ホウ素又はリンを含有する焼結助
材と、焼成時に焼失する揮散材とを配合し、かかる配合
物Bを成形後、焼成して形成する様にしたので、針状結
晶を生成しないセラミックス原料を使用しても、凝集体
3、3a…を形成できるため、上記と同様なる効果を奏す
ると共に、様々な種類のセラミックス原料を用いて多孔
質体1を形成でき、よって、耐火物としての多孔質体1
の適用範囲を拡張することが出来る。又、一次粒子2、
2a…同士の結合は、焼結による結合、即ち固相間反応に
よる結合であることから、一次粒子2、2a…同士の結合
力が強く、頑強な凝集体3、3a…を形成できるため、多
孔質体1の耐熱衝撃性及び耐クリープ性を更に高めて、
より高温下での使用を可能にする。An agglomerate 3, 3a,... Formed by pre-firing a ceramic raw material, a sintering aid containing boron or phosphorus, and a volatilizing material which burns off during firing are blended. Since it is formed by firing after molding, the aggregates 3, 3a ... can be formed even if a ceramic raw material which does not generate needle-like crystals is used. The porous body 1 can be formed by using the ceramic raw material of
Can be extended. Also, primary particles 2,
Are bonded by sintering, that is, by a solid-phase reaction. Therefore, the bonding force between the primary particles 2, 2a is strong, and a strong aggregate 3, 3a is formed. By further increasing the thermal shock resistance and creep resistance of the porous body 1,
Enables use at higher temperatures.
【0025】セラミックス原料と、ホウ素又はリンを含
有する焼結助材との混合物を予備焼成して成した凝集体
3、3a…と、焼成時に焼失する揮散材とを配合し、かか
る配合物を成形後、焼成して形成する様にしたので、こ
の方法においても、針状結晶を生成しないセラミックス
原料を使用して、凝集体3、3a…を形成できるため、上
記方法と同様の効果を得ることが出来る。An agglomerate 3, 3a,... Formed by pre-firing a mixture of a ceramic raw material and a sintering aid containing boron or phosphorus, and a volatilizing material that burns off during firing are blended. Since it is formed by firing after molding, in this method as well, it is possible to form the aggregates 3, 3a... Using a ceramic raw material that does not generate needle-like crystals, and thus the same effect as in the above method is obtained. I can do it.
【0026】又、焼成時に気体を発生して膨張した後焼
失する発泡材を、配合物A、B又はCに添加する様にし
たので、成形体中の発泡材は、気体を発生して膨張(発
泡)すると共に、発泡材周囲のセラミックス原料を発泡
材の外方に押し退けるため、膨張した発泡材同士が部分
的に接触し合い、そして、膨張した発泡材を焼失させる
共に、発泡材周囲のセラミックス原料を焼結させて、発
泡材焼失後の空間を連通気孔とすることが出来る。この
方法で得られた多孔質体1は、微細な連通気孔を有し、
而も熱的特性に優れているため、例えば、高温下で使用
するフィルターとして使用することが出来る等その実用
的効果甚だ大である。Further, since the foaming material which generates gas at the time of firing and expands after burning out is added to the composition A, B or C, the foaming material in the molded product generates gas and expands. (Foaming) and, at the same time, pushing out the ceramic raw material around the foaming material to the outside of the foaming material, the expanded foaming materials partially contact each other, and burn out the expanded foaming material, By sintering the ceramic raw material, the space after burning out of the foam material can be used as a continuous vent. The porous body 1 obtained by this method has fine interconnected pores,
Because of its excellent thermal properties, its practical effect is extremely large, for example, it can be used as a filter used at high temperatures.
【図1】本発明に係る多孔質体の微構造を示す模式図で
ある。FIG. 1 is a schematic diagram showing a microstructure of a porous body according to the present invention.
【図2】図1の部分拡大図である。FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG.
【図3】第1実施例の多孔質体及び従来品の配合例を重
量比で示す図である。FIG. 3 is a diagram showing, by weight ratio, a blending example of the porous body of the first embodiment and a conventional product.
【図4】第1実施例の多孔質体及び従来品の各種物性等
を示す図である。FIG. 4 is a view showing various physical properties and the like of the porous body of the first embodiment and a conventional product.
【図5】第2実施例の多孔質体の配合例を重量比で示す
図である。FIG. 5 is a diagram showing a composition example of a porous body according to a second embodiment by weight ratio.
【図6】第2実施例の多孔質体の各種物性等を示す図で
ある。FIG. 6 is a view showing various physical properties and the like of a porous body of a second embodiment.
【図7】従来品の微構造を撮影した走査型電子顕微鏡写
真である。FIG. 7 is a scanning electron micrograph of a microstructure of a conventional product.
【図8】第2実施例の多孔質体の微構造を撮影した走査
型電子顕微鏡写真である。FIG. 8 is a scanning electron microscope photograph of the microstructure of the porous body of the second example.
【図9】第3実施例の多孔質体の配合例を重量比で示す
図である。FIG. 9 is a diagram showing a blending example of a porous body of a third embodiment by weight ratio.
【図10】第3実施例の多孔質体の各種物性等を示す図
である。FIG. 10 is a view showing various physical properties and the like of a porous body of a third embodiment.
【図11】図(a)は第4実施例の発泡材の配合を重量
比で示す図、図(b)は同多孔質体の配合例を重量比で
示す図である。FIG. 11 (a) is a diagram showing the composition of the foamed material of the fourth embodiment by weight ratio, and FIG. 11 (b) is a diagram showing the composition example of the porous body by weight ratio.
【図12】第4実施例の多孔質体の各種物性等を示す図
である。FIG. 12 is a view showing various physical properties and the like of a porous body of a fourth embodiment.
1 多孔質体 2、2a… 一次粒子 3、3a… 凝集体(二次粒子) 4 ガラス相 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Porous body 2, 2a ... Primary particle 3, 3a ... Aggregate (secondary particle) 4 Glass phase
Claims (5)
を、ホウ素又はリンを含有するガラス相で融着結合して
形成したことを特徴とする多孔質体。1. A porous body formed by fusing and bonding primary particles of ceramics and an aggregate thereof with a glass phase containing boron or phosphorus.
結晶を生成するセラミックス原料と、ホウ素又はリンを
含有する焼結助材と、焼成時に焼失する揮散材とを配合
し、かかる配合物を成形後、焼成して形成する様にした
ことを特徴とする多孔質体の製造方法。2. A mixture of a ceramic raw material that reacts with boron or phosphorus to produce needle-like crystals during firing, a sintering aid containing boron or phosphorus, and a volatile material that burns off during firing. A method for producing a porous body, characterized in that it is formed by firing after forming.
凝集体と、ホウ素又はリンを含有する焼結助材と、焼成
時に焼失する揮散材とを配合し、かかる配合物を成形
後、焼成して形成する様にしたことを特徴とする多孔質
体の製造方法。3. An agglomerate formed by pre-firing a ceramic raw material, a sintering aid containing boron or phosphorus, and a volatilizing material which is burned off during firing are blended. A method for producing a porous body, characterized in that the porous body is formed.
含有する焼結助材との混合物を予備焼成して成した凝集
体と、焼成時に焼失する揮散材とを配合し、かかる配合
物を成形後、焼成して形成する様にしたことを特徴とす
る多孔質体の製造方法。4. An agglomerate formed by pre-firing a mixture of a ceramic raw material and a sintering aid containing boron or phosphorus, and a volatilizing material that is burned off during firing, and the resultant mixture is formed. A method for producing a porous body, characterized by being formed by firing.
する発泡材を、配合物に添加する様にしたことを特徴と
する請求項2、3又は4記載の多孔質体の製造方法。5. The method for producing a porous body according to claim 2, wherein a foaming material which generates gas during sintering, expands, and burns off is added to the composition.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007533594A (en) * | 2004-04-21 | 2007-11-22 | ダウ グローバル テクノロジーズ インコーポレイティド | Method for increasing the strength of porous ceramic objects and objects produced from this method |
CN113142665A (en) * | 2021-04-20 | 2021-07-23 | 潘付强 | Atomization component sintering method for electronic cigarette |
-
2000
- 2000-07-17 JP JP2000215269A patent/JP2002029861A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007533594A (en) * | 2004-04-21 | 2007-11-22 | ダウ グローバル テクノロジーズ インコーポレイティド | Method for increasing the strength of porous ceramic objects and objects produced from this method |
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