JP2002293612A

JP2002293612A - 耐熱部材

Info

Publication number: JP2002293612A
Application number: JP2001100562A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Goto; 嘉彦後藤; Shinya Tomosue; 信也友末; Takashi Onoe; 崇史尾上
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】低熱容量で、かつアルカリに対する高耐食性
を有する耐熱部材を安価に提供する。【解決手段】アルミナ質の含有量が７０重量％以上の
高アルミナ質繊維を１０〜３５重量部と、平均粒子径が
１〜４５μmのαアルミナ粒子を６５〜９０重量部と、
固形分で換算してコロイダルシリカを４〜１２重量部
と、固形分で換算して有機バインダーを０．１〜８重量
部と、を含み、かつ密度が０．４〜１．２ｇ／ｃｍ³で
あることを特徴とする耐熱部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ成分に対
する耐食性が高く、かつ低熱容量の耐熱部材に関する。

【０００２】セラミックス材料を焼成したり、熱処理を
行う炉の内部に用いられる耐熱部材には、熱容量の小さ
な材質が求められる。これは、加熱のために投入したエ
ネルギーが耐熱部材に吸収されてしまうことを抑制し、
エネルギーの利用効率を高めるためである。

【０００３】他方において、焼成材料によっては、ナト
リウムを含んだ腐食性ガスが発生し、それにより耐熱部
材が傷み易いという問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この腐食を抑制するに
は、耐熱部材の構成材料として結晶性の高い高純度アル
ミナを用い、しかもガスの浸透を抑えるために高密度化
すればよいことが分かっている。しかし、結晶性の高い
高純度高密度のアルミナ成形体は高価であり、また材質
を高密度化すると必然的に高比熱化し、熱容量が大きく
なってしまう。

【０００５】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、低熱容量で、かつアルカリに対する高耐食
性を有する耐熱部材を安価に提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本願第１の発明は、アルミナ質の含有量が７０重量％
以上の高アルミナ質繊維を１０〜３５重量部と、平均粒
子径が１〜４５μmのαアルミナ粒子を６５〜９０重量
部と、固形分で換算してコロイダルシリカを４〜１２重
量部と、固形分で換算して有機バインダーを０．１〜８
重量部と、を含み、かつ密度が０．４〜１．２ｇ／ｃｍ
³であることを特徴とする耐熱部材である。

【０００７】第１の発明の耐熱部材は、原料組成物を湿
式成形し乾燥させて得られる成形品であり、高アルミナ
質繊維及びαアルミナ粒子が、無機バインダーであるコ
ロイダルシリカと有機バインダーとにより結合されてい
る。

【０００８】高アルミナ質繊維のアルミナ含有量は、７
０重量％以上、より好ましくは９０重量％以上であり、
結晶化度が高いことが必要である。アルミナ含有量がこ
の値より小さいと、アルカリに対する耐食性が不足す
る。また、アルミナ繊維に一般的に含有されるシリカ分
が１０重量％以下であるものが好ましい。これは、シリ
カ分が存在すると、アルカリ成分による腐食がより進行
し易いからである。

【０００９】また、アルミナ粒子は、結晶性の高いαア
ルミナ粒子であることが必要である。これは、α化アル
ミナが最もアルカリに対する耐性が高いからである。α
アルミナ粒子の平均粒径を１〜４５μmとするのは、平
均粒径が１μｍより小さいとアルカリにより早期に腐食
され、全体の耐食性が低下してしまうためである。ま
た、平均粒径が４５μｍより大きいと１粒子当たりの表
面積が大きく、腐食を受けやすく、やはり全体の耐食性
が低下してしまうためである。

【００１０】高アルミナ質繊維の配合割合を１０〜３５
重量部、αアルミナ粒子の配合割合を６５〜９０重量部
とする。高アルミナ質繊維が３５重量部より高い比率で
配合されると繊維間の隙間の割合が多くなって、アルカ
リガスの浸透が多くなり、耐食性が低下し好ましくな
い。また、高アルミナ質繊維が１０重量部より低い比率
で配合されると繊維による補強効果が小さくなり、成形
体の強度が不足し好ましくない。また、本発明の耐熱部
材では、高アルミナ質繊維に由来してその繊維間空隙に
より熱容量が低下する効果もあることから、高アルミナ
質繊維が１０重量部より少ないと、低熱容量化を図るこ
とができない。

【００１１】一方、αアルミナ粒子については、配合量
が６５重量部より少ないとアルカリに対する耐性が不足
し好ましくない。尚、高アルミナ質繊維の配合割合とα
アルミナ粒子との配合割合は相補的なものでり、αアル
ミナ粒子の配合割合が大きいことは、高アルミナ質繊維
の配合割合が小さいことを意味し、αアルミナ粒子の配
合割合が小さいことは、高アルミナ質繊維の配合割合が
大きいことを意味する。

【００１２】コロイダルシリカは無機バインダーとして
機能するため、その配合量が４重量部より少ないと、そ
の結合力が不足し好ましくない。また、１２重量部より
多いと、過剰となり、成形品の内部で偏在したり、表面
から滲み出したりするので好ましくない。

【００１３】有機バインダーとしては、澱粉等を使用す
ることができる。また、その配合量が０．１重量部より
少ないと、その結合力が不足し、８重量部より多いと、
過剰となり、成形品の内部で偏在したり、表面から滲み
出したりするので好ましくない。

【００１４】成形品の密度が０．４ｇ／ｃｍ³より小さ
いと、緻密性が足りず、アルカリ成分が浸透し易くなる
ので好ましくない。また、成形品の密度が１．２ｇ／ｃ
ｍ³より大きい場合は、高アルミナ質繊維の配合割合が
少なぎ、αアルミナ粒子の配合割合が多すぎる場合であ
り、高アルミナ質繊維の補強効果が小さくなるので好ま
しくない。

【００１５】第２の発明は、アルミナ質の含有量が７０
重量％以上の高アルミナ質繊維を１０〜３５重量部と、
平均粒子径が１〜４５μmのαアルミナ粒子を６５〜９
０重量部と、を含み、かつ、前記高アルミナ質繊維と前
記αアルミナ粒子とがムライト質を介して結合してお
り、密度が０．４〜１．２ｇ／ｃｍ³であることを特徴
とする耐熱部材である。

【００１６】第２の発明は、第１の発明の成形品を焼成
して得られる焼成体である。その際、コロイダルシリカ
は、高アルミナ質繊維のアルミナ分及びαアルミナ粒子
と反応してムライト化し、高アルミナ質繊維及びαアル
ミナ粒子相互の結合に寄与する。従って、第１の発明に
おいて、コロイダルシリカの配合量が４重量部より小さ
いと、バインダーとしての機能不足に加えて、ムライト
化が不十分で、得られる焼成体の強度が足りなくなり、
好ましくない。また、コロイダルシリカの配合量が１２
重量部より多くなると、焼成時にムライト化しない余剰
なシリカ分が残存し、このシリカ分はアルカリに腐食さ
れやすいことから、得られる焼成体がアルカリ成分によ
り腐食されやすくなるので好ましくない。

【００１７】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、高アルミナ質繊維が、９０重量％以上のアルミナ
質を含みかつ結晶化度が２０％以上のアルミナ質繊維、
もしくは７０〜９０重量％のアルミナ質を含みかつ結晶
化度が５０％以上のアルミナ質繊維であることを特徴と
する耐熱部材である。

【００１８】アルミナ結晶化度は、アルミナ成分のα化
がどれだけ進んでいるかを示すパラメータである。アル
ミナ含有率が９０％以上の高アルミナ質繊維の場合、ア
ルミナ結晶化度が２０％以上ないと耐アルカリ性が不足
する。なお、一般的に入手できるアルミナ繊維において
は、アルミナ結晶化度は６０％程度が上限となる。ま
た、アルミナ含有率が７０％〜９０％の高アルミナ質繊
維の場合、結晶化度が５０％以上ないと耐アルカリ性が
不足する。

【００１９】第４の発明は、第１乃至第３の発明におい
て、水酸化ナトリウム量が０．０２ｇ／ｃｍ³、温度が
１４００℃のアルカリ性雰囲気に１０時間曝した後の浸
食率が１％以下であることを特徴とする耐熱部材であ
る。

【００２０】尚、上記浸食率は、アルミナ製円筒の内部
にアルカリ発生源を入れ、その両開口端を板状の耐熱部
材で塞ぎ、全体を１４００℃で１０時間保持した後、耐
熱部材の板厚を測定し、処理前の板厚からの寸法変化率
である。この寸法変化率、即ち浸食率が小さいほど、ア
ルカリに対する耐性に優れることを示す。

【００２１】第５の発明は、第１乃至第４の発明におい
て、通気抵抗率が１０×１０⁵Ｐａ・ｓ／ｍ²以上である
ことを特徴とする耐熱部材である。

【００２２】本発明の耐熱部材は上記の耐食性及び通気
率を満足し、アルカリ成分による腐食をより抑制するこ
とができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
詳細に説明する。

【００２４】本発明の耐熱部材は、高アルミナ質繊維
と、αアルミナ粒子と、コロイダルシリカと、有機バイ
ンダーとを必須成分とし、これを成形し乾燥した成形品
（以下、「第１の耐熱部材」という）、もしくは前記成
形品を焼成した焼成品（以下、「第２の耐熱部材」とい
う）である。先ず、第１の耐熱部材について説明する。

【００２５】第１の耐熱部材は、高アルミナ質繊維及び
αアルミナ粒子が、コロイダルシリカと有機バインダー
とにより結合されている。

【００２６】高アルミナ質繊維は、アルミナ含有量が７
０重量％以上、より好ましくは９０重量％以上のもので
あり、結晶化度が高いことが必要である。αアルミナ粒
子の平均粒径は１〜４５μmのものである。また、高ア
ルミナ質繊維の配合割合を１０〜３５重量部、αアルミ
ナ粒子の配合割合を６５〜９０重量部とする。コロイダ
ルシリカの配合量は、４〜１２重量部である。有機バイ
ンダーの配合量は、０．１〜８重量部である。

【００２７】第１の耐熱部材を製造するには、先ず、高
アルミナ質繊維、αアルミナ粒子、コロイダルシリカ及
び有機バインダーに水を所定の配合割合で混合し、スラ
リーを得る。次いで、このスラリーから吸引脱水成形法
により、成形体を得、更に乾燥させることにより第１の
耐熱部材が得られる。

【００２８】第１の耐熱部材において、施工個所（例え
ば加熱炉）での有機バインダーの揮発が問題となるので
あれば、更に８００〜１５００℃での焼成を行い、有機
バインダーを気化除去させると共に、無機バインダーに
由来するムライト質による結合力を発現させる。これに
より、第２の耐熱部材が得られる。

【００２９】上記の如く得られる第１の耐熱部材及び第
２の耐熱部材は、密度が０．４〜１．２ｇ／ｃｍ³であ
り、また、水酸化ナトリウム量が０．０２ｇ／ｃｍ³、
温度が１４００℃のアルカリ性雰囲気に１０時間曝した
後の浸食率が１％以下で、通気抵抗率が１０×１０⁵Ｐ
ａ・ｓ／ｍ²以上を満足し、高強度で、アルカリに対す
る高い耐性を有する。尚、第１の耐熱部材と、その焼成
体である第２の耐熱部材の密度が同等であるのは、焼成
により有機バインダーが蒸発する分、収縮により体積の
減少があるためである。

【００３０】

【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更
に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるもの
ではない。

【００３１】（実施例１）本実施例では、下記の原料を
用いた。高アルミナ質繊維（アルミナ95重量％、シリカ重量５％）２０重量部 αアルミナ粒子（純度99.5％以上）８０重量部コロイダルシリカ（固形分換算）７重量部有機バインダー（澱粉；固形分換算）３重量部水２００重量部

【００３２】尚、高アルミナ質繊維は、平均繊維径が
３．５μｍで、α化結晶の結晶化度が約４５％のものを
用いた。また、αアルミナ粒子は平均粒径が５μｍでほ
ぼ全体がα化結晶となっているものを用いた。

【００３３】上記原料を混合したスラリーを調製し、吸
引脱水成形法により成形物を得た。吸引脱水条件は、固
形分の堆積速度が２０mm/secとなるように設定して行っ
た。

【００３４】次いで、この成形体を１００℃、１２時間
の条件で乾燥させ、厚さが５０mmの乾燥品を得た。更
に、この成形品を１２００℃で、３時間の焼成を行って
試験片を得た。

【００３５】得られた試験片は、密度が０．７ｇ／ｃｍ
³であり、浸食率が０．２％であった。また、表面を観
察したが、割れも認められなかった。

【００３６】（比較例１〜５）実施例１と同一の高アル
ミナ質繊維、αアルミナ粒子、コロイダルシリカ、有機
バインダー、並びにセラミックスファイバ（アルミナ５
０重量％、シリカ５０重量％）、シリカ粒子を用い、表
１に示す配合にてスラリーを調製し、実施例１と同様に
して試験片を得た。

【００３７】得られた各試験片について、実施例１と同
様の測定、評価を行った。実施例１の結果も併せて、結
果を表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１から、比較例１、２の配合では、シリ
カ分の多いセラミックスファイバを用いたことにより、
シリカ分が多すぎて耐食性が悪いことがわかる。また、
比較例３の配合では、高アルミナ質繊維の配合量が多す
ぎることから、低密度で、耐食性も悪くなっている。比
較例４の配合では、繊維がセラミックスファイバである
ことに加えて、その配合量も多すぎることから、低密度
で、耐食性が最も悪くなっている。比較例５の配合で
は、αアルミナ粒子ではなくシリカ粒子であることか
ら、耐食性が悪くなっている。また、比較例３を除く試
験片は、表面に割れが発生している。

【００４０】（通気抵抗率の検証）実施例１の原料を用
いて密度の異なる試験片を作製し、その通気抵抗率をAS
TMＣ５２２に従い測定した。結果を図１に示すが、本発
明において好ましい密度０．４ｇ／ｃｍ³以上の試験片
は、１０×１０⁵Ｐａ・ｓ／ｍ²以上の通気抵抗率を有す
ることがわかる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低熱容量で、アルカリに対する高耐食性を有し、しかも
低コストで高い生産性で得られる耐熱部材を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例において、通気抵抗率と密度との関係を
求めたグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G030 AA36 AA37 AA66 BA25 BA33 CA01 GA01 GA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミナ質の含有量が７０重量％以上の
高アルミナ質繊維を１０〜３５重量部と、平均粒子径が
１〜４５μmのαアルミナ粒子を６５〜９０重量部と、
固形分で換算してコロイダルシリカを４〜１２重量部
と、固形分で換算して有機バインダーを０．１〜８重量
部と、を含み、かつ密度が０．４〜１．２ｇ／ｃｍ³で
あることを特徴とする耐熱部材。
【請求項２】アルミナ質の含有量が７０重量％以上の
高アルミナ質繊維を１０〜３５重量部と、平均粒子径が
１〜４５μmのαアルミナ粒子を６５〜９０重量部と、
を含み、かつ、前記高アルミナ質繊維と前記αアルミナ
粒子とがムライト質を介して結合しており、密度が０．
４〜１．２ｇ／ｃｍ³であることを特徴とする耐熱部
材。
【請求項３】高アルミナ質繊維が、９０重量％以上の
アルミナ質を含みかつ結晶化度が２０％以上のアルミナ
質繊維、もしくは７０〜９０重量％のアルミナ質を含み
かつ結晶化度が５０％のアルミナ質繊維であることを特
徴とする請求項１または２に記載の耐熱部材。
【請求項４】水酸化ナトリウム量が０．０２ｇ／ｃｍ
³、温度が１４００℃のアルカリ性雰囲気に１０時間曝
した後の浸食率が１％以下であることを特徴とする請求
項１乃至３の何れか１項に記載の耐熱部材。
【請求項５】通気抵抗率が１０×１０⁵Ｐａ・ｓ／ｍ²
以上であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１
項に記載の耐熱部材。