JP2004142984A - 焼成治具およびセラミック成形材料 - Google Patents
焼成治具およびセラミック成形材料 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】腐食性雰囲気下での使用に対する耐用寿命が改善されたセッター、型類、匣鉢その他の焼成治具を提供する。また、かかる焼成治具を製造するためのセラミック成形材料を提供する。
【解決手段】本発明の焼成治具は、以下の条件をいずれも満たすセラミック材料：
（１）．炭化珪素を５〜２５質量％含有する；
（２）．その炭化珪素のうち２０質量％以上は粒子径０．５ｍｍ以上の粗粒炭化珪素である；
（３）．粒子径０．７ｍｍ以上の粗粒ムライトおよび／または粒子径０．７ｍｍ以上の粗粒アルミナを合計で１０〜５０質量％含有する；
を焼成してなる。
また、本発明の焼成治具製造用セラミック成形材料は上記（１）．〜（３）．の条件をいずれも満たす。
【選択図】 なし
【解決手段】本発明の焼成治具は、以下の条件をいずれも満たすセラミック材料：
（１）．炭化珪素を５〜２５質量％含有する；
（２）．その炭化珪素のうち２０質量％以上は粒子径０．５ｍｍ以上の粗粒炭化珪素である；
（３）．粒子径０．７ｍｍ以上の粗粒ムライトおよび／または粒子径０．７ｍｍ以上の粗粒アルミナを合計で１０〜５０質量％含有する；
を焼成してなる。
また、本発明の焼成治具製造用セラミック成形材料は上記（１）．〜（３）．の条件をいずれも満たす。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、腐食性雰囲気下で使用された場合の耐用寿命が改善された焼成治具に関する。また、かかる焼成治具を製造するためのセラミック成形材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】都市ごみ等の廃棄物を焼却して生成した焼却灰（以下、一般焼却灰ともいう。）を高温で焼成し、この焼成物を粉砕した粉砕物を路盤材、ブロック用骨材等として利用する廃棄物のリサイクルが知られている。上記一般焼却灰の焼成は、例えば、この焼却灰に成形助剤を加えて任意の形状に成形し、焼成炉内に配されたセッターにこの成形品（被焼成物）を載置して１２００℃程度の焼成温度で実施される。
【０００３】
上記セッターとしては、中膨張率を有するムライト、アンダルサイトおよびアルミナ等を主体とする無機粉末を焼結してなる耐火物が広く使用されている。かかるシリカ−アルミナ系耐火物は、耐熱衝撃性が良好であり、原料コストが低いことから経済性にも優れている。
しかし、上述のような一般焼却灰には通常、塩素、ナトリウム、カリウム等の元素またはその化合物が含まれている。このような焼却灰を焼成すると塩素ガス、ナトリウム蒸気、カリウム蒸気等の腐蝕性気体が発生する。かかる腐食性気体に曝されるとセッターの劣化が促進される。このため、従来の一般焼却灰焼成用セッターの耐用寿命は、例えば３０時間／回の焼成スケジュールにおいて三ヶ月程度あるいはそれ以下という短かいものであった。
【０００４】
また、上記一般焼却灰の焼成工程の他、アルカリ成分が蒸発・拡散する雰囲気下で行われる焼成工程の例として、チタン酸カリウムの製造工程（焼成工程）、ローソーダアルミナの製造工程（焼成工程）、Ｋ２ＯやＮａ２Ｏ等のアルカリ成分を多く含むガラス質粉末等を用いた低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成工程、あるいはこれらアルカリ成分を含む釉薬を用いた被焼成物を焼成する工程等がある。これらの場合にも同様に、アルカリ金属蒸気によりセッターの劣化（浸蝕）が促進される現象がみられる。さらに、これらの焼成工程においてアルカリ金属蒸気（アルカリ金属雰囲気）に曝されるセッター以外の焼成治具、例えば焼成時に用いられる型類（成形型、中子等）、匣鉢等においても、同様にアルカリ金属蒸気による寿命短縮の問題が存在する。
【０００５】
本発明に関連する先行技術文献として以下のものがある。特許文献１は、耐スラグ侵食性に優れた耐火物に関する。この特許文献１には、耐スラグ性を向上させるために、超微粉末であるとともにスラグに均一に分散しやすい炭化珪素を用いることが開示されている。炭化珪素を含む焼結体は特許文献２〜４にも記載されているが、これらの特許文献は焼結体の耐蝕性向上に関するものではない。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１７１６３６号公報
【特許文献２】
特開平８−２８３０７３号公報
【特許文献３】
特開昭６２−１１９１６０号公報
【特許文献４】
特開平３−１０３３６７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、一般焼却灰の焼成のように腐食性気体に曝される条件（腐食性雰囲気）の下で用いられた場合の耐用寿命（耐久性）が改善されたセッター、型類、匣鉢その他の焼成治具を提供することである。本発明の他の目的は、かかる腐食性雰囲気に対する耐久性が改善された焼成治具を製造するための方法および材料を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、特許文献１による示唆とは逆に、セラミック成形材料の構成成分として粒子径の大きな炭化珪素を用いることによって、意外にも腐食性雰囲気に対する耐久性に優れた焼成治具が得られることを見出した。
【０００９】
本発明により提供される焼成治具は、以下の条件をいずれも満たすセラミック成形材料：
（１）．炭化珪素を材料全体の５〜２５質量％となる量含有する；
（２）．その炭化珪素のうち２０質量％以上は粒子径０．５ｍｍ以上の粗粒炭化珪素である；
（３）．粒子径０．７ｍｍ以上の粗粒ムライトおよび／または粒子径０．７ｍｍ以上の粗粒アルミナを合計で材料全体の１０〜５０質量％となる量含有する；
を焼成してなる。
この焼成治具は、所定の割合で炭化珪素を含有するセラミック成形材料から製造されるとともに、その炭化珪素の少なくとも一部が上記粗粒炭化珪素であることにより、腐食性雰囲気に対する耐久性が改善されている。また、上記セラミック成形材料は、所定の割合で上記粗粒ムライトおよび／または上記粗粒アルミナを含有することから、成形性（典型的には、セラミック成形材料を成形助剤および水等の溶媒と混合して調製された調合原料の成形性）が良好である。したがって良質な成形品を作製しやすく、その成形品を焼成することにより欠陥の少ない焼成治具が得られやすい。このことによって焼成治具の耐用寿命をさらに向上させ得る。
【００１０】
本発明の好ましい態様では、前記セラミック成形材料が粒子径０．３ｍｍ以下の炭化珪素を実質的に含有しない。これにより焼成治具の耐久性を一層向上させることができる。
【００１１】
本発明の他の好ましい態様では、前記セラミック成形材料に含まれる前記粗粒ムライト、前記粗粒アルミナおよび前記粗粒炭化珪素の合計割合が１５〜６０質量％である。かかる組成のセラミック成形材料は成形性に優れることから、欠陥の少ない焼成治具が得られやすい。これにより焼成治具の耐久性がさらに向上し得る。
【００１２】
本発明の他の好ましい態様では、前記セラミック成形材料が粒子径１００μｍ以下の細粒アルミナを材料全体の２０〜４０質量％となる量含有する。このように粒子径の小さいアルミナは焼結反応性に優れる。したがって、かかる組成のセラミック成形材料を用いると強度の高い焼成治具が得られやすい。このことによって焼成治具の耐久性がさらに向上し得る。
【００１３】
また、本発明によると、焼成治具製造用セラミック成形材料であって、以下の条件：
（１）．炭化珪素を、材料全体の５〜２５質量％となる量含有する；
（２）．その炭化珪素のうち２０質量％以上は粒子径０．５ｍｍ以上の粗粒炭化珪素である；
（３）．粒子径０．７ｍｍ以上の粗粒ムライトおよび／または粒子径０．７ｍｍ以上の粗粒アルミナを合計で材料全体の１０〜５０質量％となる量含有する；
を満たす焼成治具製造用セラミック成形材料が提供される。
このようなセラミック成形材料は、上述した本発明のいずれかの焼成治具を製造するための原料として特に適している。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している内容以外の技術的事項であって本発明の実施に必要な事項は、従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている技術内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
【００１５】
本発明の焼成治具の製造原料として用いられるセラミック成形材料は、炭化珪素を凡そ５〜２５質量％の割合で含有することが好ましい。より好ましい含有割合は凡そ１０〜２０質量％である。炭化珪素の含有割合が多すぎると焼成治具の強度が低下しがちである。
その炭化珪素のうち凡そ２０質量％以上は、粒子径が凡そ０．５ｍｍ以上（典型的には０．５〜５ｍｍ、好ましくは０．８〜３ｍｍ、より好ましくは１〜２ｍｍ）の粗粒炭化珪素であることが好ましい。腐食性雰囲気に対する耐久性向上の観点から、セラミック成形材料に含まれる炭化珪素のうち粗粒炭化珪素の占める割合は高いほうが好ましい。炭化珪素のうち粗粒炭化珪素の占める割合が凡そ５０〜１００質量％であることが好ましく、凡そ７０〜１００質量％であることがより好ましい。セラミック成形材料に含まれる炭化珪素の実質的に全部が粗粒炭化珪素であることが特に好ましい。また、セラミック成形材料全体に占める粗粒炭化珪素の割合は５〜２５質量％とすることができ、１０〜２０質量％とすることがより好ましい。
なお、上記「粒子径が凡そ０．５ｍｍ以上にある炭化珪素」としては、例えば、炭化珪素粉末を目開き約０．５ｍｍの篩により篩い分けして篩上に残った粉末を使用することができる。また、粒子径が凡そ０．５〜５ｍｍの炭化珪素としては、例えば、目開き約５ｍｍの篩により篩い分けして篩を通過した粉末であって、かつ目開き約０．５ｍｍの篩により篩い分けして篩上に残った粉末を使用することができる。
【００１６】
このセラミック成形材料に含まれる粒子径０．３ｍｍ以下（より好ましくは０．５ｍｍ以下）の炭化珪素の割合は、１５質量％以下であることが好ましく、５質量％以下であることがより好ましく、かかる粒子径の炭化珪素を実質的に含有しないことがさらに好ましい。このように粒子径の小さい炭化珪素は、焼成治具としての使用時に酸化されてシリカ（ＳｉＯ２）を生じやすい。このため炭化珪素としての添加効果（耐久性を向上させる効果）が持続しにくい。また、ＳｉＯ２を生じる際に体積膨張を起こすことから、焼成治具の強度（使用開始後の強度；耐久強度）を低下させる場合がある。上述のように粒子径の小さい炭化珪素の含有割合が低いセラミック成形材料を用いることにより、かかる事態の発生を回避して焼成治具の耐久性を向上させることができる。
【００１７】
このセラミック成形材料は、粒子径０．７ｍｍ以上（典型的には０．７〜５ｍｍ）の粗粒ムライトおよび／または粒子径０．７ｍｍ以上（典型的には０．７〜５ｍｍ）の粗粒アルミナを含有する。セラミック成形材料全体に対するこれら粗粒ムライト／粗粒アルミナの好ましい合計含有割合は１０〜５０質量％であり、より好ましくは２０〜４５質量％である。この割合が低すぎると成形性が低下しやすくなる。一方、この割合が高すぎると焼成治具の強度が低下傾向となることがある。粒子径１ｍｍ以上（典型的には１〜３ｍｍ）の粗粒ムライトおよび／または粒子径１ｍｍ以上（典型的には１〜３ｍｍ）の粗粒アルミナを含有し、その合計含有割合が上記範囲にあるセラミック成形材料がより好ましい。また、上記合計含有割合の実質的に全部が粗粒ムライトで占められている（換言すれば、粗粒アルミナを実質的に含まない）セラミック成形材料が好ましい。粗粒アルミナに比べて粗粒ムライトは焼結反応性が高いためである。
【００１８】
また、セラミック成形材料に含有される粗粒炭化珪素（粒子径０．５ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上）も上記成形性に寄与し得る。かかる観点から、セラミック成形材料に含有される粗粒ムライト、粗粒アルミナおよび粗粒炭化珪素の合計含有割合（以下、この合計含有割合を単に「粗粒の割合」ともいう。）は１５〜６０質量％であることが好ましく、より好ましくは２５〜５５質量％、さらに好ましくは３０〜５０質量％である。
【００１９】
このセラミック成形材料は、粒子径１００μｍ以下（典型的には５〜１００μｍ、より好ましくは５〜６０μｍ）の細粒アルミナを２０〜４０質量％含有することが好ましい。より好ましい含有割合は２５〜３５質量％である。細粒アルミナの含有割合が少なすぎると焼成治具の強度が低下しがちとなることがある。一方、細粒アルミナの含有割合が多すぎると成形性が低下しやすくなる。
なお、これらセラミック成形材料を構成する無機粉末の形状は特に限定されず、球状、板状、棒状等のものを用いることができる。このうち、球状に近い形状を有する粉末の割合が高いことが好ましい。
【００２０】
本発明の焼成治具を構成する炭化珪素以外の成分は、普遍的な耐火物原料であるムライトとアルミナとを主体とするセラミック成形材料の焼結体であることが好ましい。この焼成治具を製造するにあたっては、ジルコニア粉末等のような耐アルカリ性の高い高価な原料を、比較的多量（例えば無機粉末全体の２０質量％以上）には使用しないことが好ましい。本発明においては、このような高価な原料を使用しないか、あるいはその使用量が比較的少ない場合にも十分な耐久寿命を実現することができる。
【００２１】
本発明の焼成治具は、例えば、上述したいずれかのセラミック成形材料を成形主剤（焼成体構成要素）とする調合原料を調製する工程と、その調合原料を成形する工程と、その成形物を焼成する工程とを包含する方法により好適に製造することができる。
調合原料の調整にあたっては、上記成形主剤の他、従来公知の水溶性樹脂等の成形助剤（バインダ）を添加することができる。かかる水溶性樹脂の例としては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリカルボン酸塩、多糖類等が挙げられる。ここで「多糖類」とは、単糖類（単糖およびその誘導体）がポリグリコシル化した高分子化合物（通常は重合度１０以上）を指す。このような多糖類のうちホモ多糖、ヘテロ多糖のいずれも使用可能である。具体的には、寒天、デキストリン、アガロース、カラギーナン、キサンタンガム、カードランおよびコンニャク粉等を用いることができる。懸濁液または溶液を加熱した際に容易にゲル化するもの（ゲル化剤）が好ましく、寒天粉末およびデキストリンが特に好ましい。これらの材料から選択される一種または二種以上を成形助剤として用いることができる。その配合量は、セラミック成形材料１００質量部に対して合計で０．０１〜５質量部の範囲が適当であり、より好ましくは０．０５〜３質量部である。
【００２２】
本発明の焼成治具を製造する好適例につき、図１を用いて説明する。
まず、セラミック成形材料を含有する調合原料を調製する。この調製処理では、典型的には秤量工程１０と混合工程２０とを行う。秤量工程１０において、セラミック成形材料の各々と成形助剤、必要に応じてさらに他の添加剤等をそれぞれ秤量しておく。次に、混合工程２０において、工程１０で秤量した材料をニーダー、フレットミル等の混合機を用いて例えば８分程度混合する。このとき、適当なタイミングで所定量の水（セラミック成形材料１００質量部に対して例えば５〜１５質量部）を添加するとよい。
【００２３】
続いて、上記で調製された調合原料を成形・焼成する。この成形・焼成処理では、典型的には成形工程３０と、乾燥工程４０と、焼成工程５０とを行う。成形工程３０では、工程２０で得られた調合原料から、例えば成形圧力４５０ｋｇｆ／ｃｍ２（４４１３Ｎ／ｃｍ２）程度（好ましくは４０００〜４５００Ｎ／ｃｍ２）のフリクションプレス、あるいはロクロ成形等の手段により、所定形状の成形体を作製する。次に、乾燥工程４０において、この成形体を例えば常温で１５時間程度乾燥させた後、さらに５０℃程度（好ましくは４０〜７０℃）の温度で２４時間程度乾燥させる。その後、焼成工程５０において、工程４０で乾燥された成形体をトンネルキルン等の焼成炉により例えば１４５０℃（好ましくは１３５０〜１６００℃）で３時間程度焼成することにより焼成治具が得られる。
【００２４】
本発明の焼成治具は、腐食性雰囲気下での焼成工程に対して良好な耐久性を有する。したがってこの焼成治具は、腐食性気体（アルカリ金属蒸気等）に曝される雰囲気で繰り返し焼成される部材として好適である。このような焼成治具が好ましく用いられる焼成工程としては、アルカリ金属を含む一般焼却灰の焼成工程、チタン酸カリウムの焼成工程、ローソーダアルミナの焼成工程、Ｋ２ＯやＮａ２Ｏ等のアルカリ成分を多く含むガラス質粉末等を用いたセラミックグリーンシートの焼成工程、アルカリ成分を含む釉薬を用いた被焼成物の焼成工程等が挙げられる。本発明の焼成治具は、このような焼成工程に用いられて、例えば約１３５０〜１５００℃で３０時間／回の焼成スケジュールにおいて５ヶ月以上、より好ましい条件では６ヶ月以上の耐用寿命を示すことができる。
【００２５】
【実施例】以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
なお、実施例および比較例で用いた無機粉末の略称とその性状は以下のとおりである。
炭化珪素［１．４ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ１．４ｍｍの炭化珪素（市販の＃１４炭化珪素粉末）。炭化珪素［１．２ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ１．２ｍｍの炭化珪素（市販の＃１６炭化珪素粉末）。炭化珪素［０．６ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ０．６ｍｍの炭化珪素（市販の＃３０炭化珪素粉末）。炭化珪素［０．１８ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ０．１８ｍｍの炭化珪素（市販の＃８０炭化珪素粉末）。炭化珪素［０．１２５ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ０．１２５ｍｍの炭化珪素（市販の＃１２０炭化珪素粉末）。
ムライト［２ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ２ｍｍのムライト（市販の＃１０ムライト粉末）。ムライト［１ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ１ｍｍのムライト（市販の＃１８ムライト粉末）。ムライト［０．５ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ０．５ｍｍのムライト（市販の＃３５ムライト粉末）。ムライト［０．１８ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ０．１８ｍｍのムライト（市販の＃８０ムライト粉末）。
アルミナ［０．０４４ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ０．０４４ｍｍのアルミナ（市販の＃３２５アルミナ粉末）。
【００２６】
＜実施例１＞
本実施例では、炭化珪素［１．４ｍｍ］を７．５質量％、炭化珪素［１．２ｍｍ］を７．５質量％、ムライト［２ｍｍ］を約１０質量％、ムライト［１ｍｍ］を約１５質量％、ムライト［０．５ｍｍ］を約１５質量％、ムライト［０．１８ｍｍ］を約１５質量％、アルミナ［０．０４４ｍｍ］を約３０質量％の割合で含有するセラミック成形材料を用いた。このセラミック成形材料に占める粗粒の割合は約４０質量％である。
【００２７】
このセラミック成形材料１００質量部と、成形助剤としてのデキストリンの３３％水溶液約３質量部および商標「ビオポリー（Ｒ）」（武田薬品工業株式会社製、多糖類カードラン）の１．５％水溶液約１質量部と、水約５．８質量部とを、ニーダーにより所定時間（ここでは約８分）混合した。この調合原料から、成形圧力４５０ｋｇｆ／ｃｍ２（約４４１３Ｎ／ｃｍ２）のフリクションプレスにより、セッター（焼成後の目標寸法：３６６ｍｍ×３４１ｍｍ×１５ｍｍ厚）および匣鉢（焼成後の目標寸法：３６６ｍｍ×３４１ｍｍ×１２５ｍｍ×１０〜１５ｍｍ厚）用の成形体を作製した。また、ロクロ成形によってロクロ匣鉢（焼成後の目標寸法：φ３５０ｍｍ×１０〜１５ｍｍ厚）用の成形体を作製した。これらの成形体を、常温で約１５時間乾燥させた後、さらに５０℃程度の温度で約２４時間乾燥させた。その後、トンネルキルンにより約１３８０℃約３時間焼成して各種形状の焼成治具（セッター、匣鉢およびロクロ匣鉢）を得た。また、焼成温度を約１４５０℃とした点は上記と同様にして各種形状の焼成治具を得た。
【００２８】
＜実施例２＞
炭化珪素［１．４ｍｍ］の含有割合が約１５質量％であり、炭化珪素［１．２ｍｍ］を含有しない点を除いては実施例１と同様の組成のセラミック成形材料（粗粒の割合：約４０質量％）を使用した。このセラミック成形材料から、実施例１と同様にして各種形状の焼成治具を作製した。
【００２９】
＜実施例３＞
炭化珪素［１．４ｍｍ］および炭化珪素［１．２ｍｍ］に代えて炭化珪素［０．６ｍｍ］を約１５質量％含有する点を除いては実施例１と同様の組成のセラミック成形材料（粗粒の割合：約４０質量％）を使用した。このセラミック成形材料から、実施例１と同様にして各種形状の焼成治具を作製した。
【００３０】
＜実施例４＞
本実施例では、炭化珪素［１．４ｍｍ］を約５質量％、炭化珪素［０．１８ｍｍ］を約１０質量％、ムライト［２ｍｍ］を約２５質量％、ムライト［１ｍｍ］を約１５質量％、ムライト［０．１８ｍｍ］を約１５質量％、アルミナ［０．０４４ｍｍ］を約３０質量％の割合で含有するセラミック成形材料（粗粒の割合：約４５質量％）を用いた。このセラミック成形材料から、実施例１と同様にして各種形状の焼成治具を作製した。
【００３１】
＜比較例１＞
本比較例では、炭化珪素［０．１２５ｍｍ］を約１５質量％、ムライト［２ｍｍ］を約２５質量％、ムライト［１ｍｍ］を約１５質量％、ムライト［０．１８ｍｍ］を約１５質量％、アルミナ［０．０４４ｍｍ］を約３０質量％の割合で含有するセラミック成形材料（粗粒の割合：約４０質量％）を用いた。このセラミック成形材料から、実施例１と同様にして各種形状の焼成治具を作製した。
【００３２】
＜比較例２＞
本比較例では、炭化珪素［１．４ｍｍ］を約３０質量％、ムライト［１ｍｍ］を約１０質量％、ムライト［０．５ｍｍ］を約１５質量％、ムライト［０．１８ｍｍ］を約１５質量％、アルミナ［０．０４４ｍｍ］を約３０質量％の割合で含有するセラミック成形材料（粗粒の割合：約４０質量％）を用いた。このセラミック成形材料から、実施例１と同様にして各種形状の焼成治具を作製した。
【００３３】
＜比較例３＞
ムライト［１ｍｍ］の含有割合が約２５質量％であり、ムライト［０．５ｍｍ］を含有しない点を除いては実施例１と同様の組成のセラミック成形材料（粗粒の割合：約５５質量％）を使用した。このセラミック成形材料から、実施例１と同様にして各種形状の焼成治具を作製した。
【００３４】
＜比較例４＞
本比較例では、炭化珪素［０．６ｍｍ］を約３０質量％、ムライト［２ｍｍ］を約２５質量％、ムライト［０．１８ｍｍ］を約１５質量％、アルミナ［０．０４４ｍｍ］を約３０質量％の割合で含有するセラミック成形材料（粗粒の割合：約５５質量％）を用いた。このセラミック成形材料から、実施例１と同様にして各種形状の焼成治具を作製した。
【００３５】
＜比較例５＞
ムライト［２ｍｍ］の含有割合が約１０質量％であり、ムライト［０．５ｍｍ］を約１５質量％含有する点を除いては実施例１と同様の組成のセラミック成形材料（粗粒の割合：約４０質量％）を使用した。このセラミック成形材料から、実施例１と同様にして各種形状の焼成治具を作製した。
【００３６】
＜比較例６＞
本比較例では、炭化珪素［０．１８ｍｍ］を約３０質量％、ムライト［１ｍｍ］を約８０質量％、ムライト［１ｍｍ］を約８質量％、ムライト［０．５ｍｍ］を約１７質量％、ムライト［０．１８ｍｍ］を約１５質量％、アルミナ［０．０４４ｍｍ］を約３０質量％の割合で含有するセラミック成形材料（粗粒の割合：約８質量％）を用いた。このセラミック成形材料から、実施例１と同様にして各種形状の焼成治具を作製することを試みたが、成形性に難があり、良質な成形体を得ることができなかった。
【００３７】
＜得られた焼成治具の評価＞
以上、各実施例および比較例で用いたセラミック成形材料の組成を表１および表２に示す。なお、上記実施例１〜４および比較例１〜５では、いずれの成形方法を用いた場合にも成形、乾燥および焼成工程におけるキレ（クラック）の発生がほとんどなく、工程全体における歩留まりは９９％以上と良好であった。
【００３８】
次に、上記実施例１〜４および比較例１〜５により製造された焼成治具のうちセッターを用いて、その気孔率、嵩比重、常温曲げ強度および熱膨張率を以下のように試験・測定した。これら特性評価試験の結果は、使用した焼成治具ごとに表１および表２の各々対応する欄に示している。
［気孔率］
ＪＩＳ Ｚ２２０５に準拠して見かけ気孔率を測定した。
［嵩比重］
ＪＩＳ Ｚ２２０５に準拠して測定した。
［常温曲げ強度］
ＪＩＳ Ｒ１６０４に準拠して常温における３点曲げ強度を測定した。
［熱膨張率］
常温から１０００℃までの間の伸びを、常温における長さに対する百分率で表した。
【００３９】
さらに、上記各実施例および比較例により製造された焼成治具のうちセッターを用いて、アルカリ金属蒸気存在下での焼成工程（ここでは、一般焼却灰の焼成工程）に対する耐用寿命を以下のように試験・測定した。その結果は、使用した焼成治具毎に表１および表２の各々対応する欄に示している。
［耐用寿命］
ナトリウム酸化物（Ｎａ２Ｏ）を１〜４質量％、カリウム酸化物（Ｋ２Ｏ）を０．８〜３質量％の割合で含有する一般焼却灰をセッターに載せて、以下のサイクル：
（ａ）．常温から１１８０℃まで昇温する；
（ｂ）．１１８０℃に二時間保持する；
（ｃ）．１１８０℃から常温まで冷却する；
を３０時間のスケジュールで繰り返して行った。なお、一般焼却灰は一サイクル毎に交換した。セッターが焼成工程時においてワレ等により使用不可能となった時点をこの焼成治具の耐用寿命とした。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】
【００４２】
表１と表２との比較から判るように、セラミック成形材料を構成する無機粉末の組成および性状（粒子径）が本発明範囲から外れる比較例１〜５の焼成治具はアルカリ金属蒸気に対する耐蝕性が低かった。その耐用寿命は、１３８０℃で焼成して得られた焼成治具では３ヶ月以下、１４５０℃で焼成して得られた焼成治具では４ヶ月と短かった。
【００４３】
一方、セラミック成形材料を構成する無機粉末の組成および性状（粒径）が本発明の範囲にある実施例１〜４では、１３８０℃で焼成して得られた焼成治具では６ヶ月以上、１４５０℃で焼成して得られた焼成治具では７ヶ月以上の耐久寿命を達成することができた。特に、粒子径約１〜２ｍｍの炭化珪素を１０〜２０質量％（ここでは１５質量％）の割合で含有する実施例１および２は、１３８０℃で焼成して得られた焼成治具では耐久寿命１０ヶ月以上、１４５０℃で焼成して得られた焼成治具では耐久寿命１２ヶ月以上という優れた耐久性を示した。また、実施例１〜４の焼成治具は、常温曲げ強度の点でも、比較例１〜５の焼成治具に比べて明らかに高い傾向にあった。例えば、１３８０℃で焼成して得られた焼成治具では１００Ｎ／ｃｍ２以上（より好ましい条件では１２０Ｎ／ｃｍ２以上）、１４５０℃で焼成して得られた焼成治具では１３０Ｎ／ｃｍ２以上（より好ましい条件では１５０Ｎ／ｃｍ２以上）の常温曲げ強度を示すものとすることができた。
【００４４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の焼成治具の製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０：秤量工程
２０：混合工程
３０：成形工程
４０：乾燥工程
５０：焼成工程
【発明の属する技術分野】本発明は、腐食性雰囲気下で使用された場合の耐用寿命が改善された焼成治具に関する。また、かかる焼成治具を製造するためのセラミック成形材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】都市ごみ等の廃棄物を焼却して生成した焼却灰（以下、一般焼却灰ともいう。）を高温で焼成し、この焼成物を粉砕した粉砕物を路盤材、ブロック用骨材等として利用する廃棄物のリサイクルが知られている。上記一般焼却灰の焼成は、例えば、この焼却灰に成形助剤を加えて任意の形状に成形し、焼成炉内に配されたセッターにこの成形品（被焼成物）を載置して１２００℃程度の焼成温度で実施される。
【０００３】
上記セッターとしては、中膨張率を有するムライト、アンダルサイトおよびアルミナ等を主体とする無機粉末を焼結してなる耐火物が広く使用されている。かかるシリカ−アルミナ系耐火物は、耐熱衝撃性が良好であり、原料コストが低いことから経済性にも優れている。
しかし、上述のような一般焼却灰には通常、塩素、ナトリウム、カリウム等の元素またはその化合物が含まれている。このような焼却灰を焼成すると塩素ガス、ナトリウム蒸気、カリウム蒸気等の腐蝕性気体が発生する。かかる腐食性気体に曝されるとセッターの劣化が促進される。このため、従来の一般焼却灰焼成用セッターの耐用寿命は、例えば３０時間／回の焼成スケジュールにおいて三ヶ月程度あるいはそれ以下という短かいものであった。
【０００４】
また、上記一般焼却灰の焼成工程の他、アルカリ成分が蒸発・拡散する雰囲気下で行われる焼成工程の例として、チタン酸カリウムの製造工程（焼成工程）、ローソーダアルミナの製造工程（焼成工程）、Ｋ２ＯやＮａ２Ｏ等のアルカリ成分を多く含むガラス質粉末等を用いた低温焼成用セラミックグリーンシートの焼成工程、あるいはこれらアルカリ成分を含む釉薬を用いた被焼成物を焼成する工程等がある。これらの場合にも同様に、アルカリ金属蒸気によりセッターの劣化（浸蝕）が促進される現象がみられる。さらに、これらの焼成工程においてアルカリ金属蒸気（アルカリ金属雰囲気）に曝されるセッター以外の焼成治具、例えば焼成時に用いられる型類（成形型、中子等）、匣鉢等においても、同様にアルカリ金属蒸気による寿命短縮の問題が存在する。
【０００５】
本発明に関連する先行技術文献として以下のものがある。特許文献１は、耐スラグ侵食性に優れた耐火物に関する。この特許文献１には、耐スラグ性を向上させるために、超微粉末であるとともにスラグに均一に分散しやすい炭化珪素を用いることが開示されている。炭化珪素を含む焼結体は特許文献２〜４にも記載されているが、これらの特許文献は焼結体の耐蝕性向上に関するものではない。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１７１６３６号公報
【特許文献２】
特開平８−２８３０７３号公報
【特許文献３】
特開昭６２−１１９１６０号公報
【特許文献４】
特開平３−１０３３６７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、一般焼却灰の焼成のように腐食性気体に曝される条件（腐食性雰囲気）の下で用いられた場合の耐用寿命（耐久性）が改善されたセッター、型類、匣鉢その他の焼成治具を提供することである。本発明の他の目的は、かかる腐食性雰囲気に対する耐久性が改善された焼成治具を製造するための方法および材料を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、特許文献１による示唆とは逆に、セラミック成形材料の構成成分として粒子径の大きな炭化珪素を用いることによって、意外にも腐食性雰囲気に対する耐久性に優れた焼成治具が得られることを見出した。
【０００９】
本発明により提供される焼成治具は、以下の条件をいずれも満たすセラミック成形材料：
（１）．炭化珪素を材料全体の５〜２５質量％となる量含有する；
（２）．その炭化珪素のうち２０質量％以上は粒子径０．５ｍｍ以上の粗粒炭化珪素である；
（３）．粒子径０．７ｍｍ以上の粗粒ムライトおよび／または粒子径０．７ｍｍ以上の粗粒アルミナを合計で材料全体の１０〜５０質量％となる量含有する；
を焼成してなる。
この焼成治具は、所定の割合で炭化珪素を含有するセラミック成形材料から製造されるとともに、その炭化珪素の少なくとも一部が上記粗粒炭化珪素であることにより、腐食性雰囲気に対する耐久性が改善されている。また、上記セラミック成形材料は、所定の割合で上記粗粒ムライトおよび／または上記粗粒アルミナを含有することから、成形性（典型的には、セラミック成形材料を成形助剤および水等の溶媒と混合して調製された調合原料の成形性）が良好である。したがって良質な成形品を作製しやすく、その成形品を焼成することにより欠陥の少ない焼成治具が得られやすい。このことによって焼成治具の耐用寿命をさらに向上させ得る。
【００１０】
本発明の好ましい態様では、前記セラミック成形材料が粒子径０．３ｍｍ以下の炭化珪素を実質的に含有しない。これにより焼成治具の耐久性を一層向上させることができる。
【００１１】
本発明の他の好ましい態様では、前記セラミック成形材料に含まれる前記粗粒ムライト、前記粗粒アルミナおよび前記粗粒炭化珪素の合計割合が１５〜６０質量％である。かかる組成のセラミック成形材料は成形性に優れることから、欠陥の少ない焼成治具が得られやすい。これにより焼成治具の耐久性がさらに向上し得る。
【００１２】
本発明の他の好ましい態様では、前記セラミック成形材料が粒子径１００μｍ以下の細粒アルミナを材料全体の２０〜４０質量％となる量含有する。このように粒子径の小さいアルミナは焼結反応性に優れる。したがって、かかる組成のセラミック成形材料を用いると強度の高い焼成治具が得られやすい。このことによって焼成治具の耐久性がさらに向上し得る。
【００１３】
また、本発明によると、焼成治具製造用セラミック成形材料であって、以下の条件：
（１）．炭化珪素を、材料全体の５〜２５質量％となる量含有する；
（２）．その炭化珪素のうち２０質量％以上は粒子径０．５ｍｍ以上の粗粒炭化珪素である；
（３）．粒子径０．７ｍｍ以上の粗粒ムライトおよび／または粒子径０．７ｍｍ以上の粗粒アルミナを合計で材料全体の１０〜５０質量％となる量含有する；
を満たす焼成治具製造用セラミック成形材料が提供される。
このようなセラミック成形材料は、上述した本発明のいずれかの焼成治具を製造するための原料として特に適している。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している内容以外の技術的事項であって本発明の実施に必要な事項は、従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている技術内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
【００１５】
本発明の焼成治具の製造原料として用いられるセラミック成形材料は、炭化珪素を凡そ５〜２５質量％の割合で含有することが好ましい。より好ましい含有割合は凡そ１０〜２０質量％である。炭化珪素の含有割合が多すぎると焼成治具の強度が低下しがちである。
その炭化珪素のうち凡そ２０質量％以上は、粒子径が凡そ０．５ｍｍ以上（典型的には０．５〜５ｍｍ、好ましくは０．８〜３ｍｍ、より好ましくは１〜２ｍｍ）の粗粒炭化珪素であることが好ましい。腐食性雰囲気に対する耐久性向上の観点から、セラミック成形材料に含まれる炭化珪素のうち粗粒炭化珪素の占める割合は高いほうが好ましい。炭化珪素のうち粗粒炭化珪素の占める割合が凡そ５０〜１００質量％であることが好ましく、凡そ７０〜１００質量％であることがより好ましい。セラミック成形材料に含まれる炭化珪素の実質的に全部が粗粒炭化珪素であることが特に好ましい。また、セラミック成形材料全体に占める粗粒炭化珪素の割合は５〜２５質量％とすることができ、１０〜２０質量％とすることがより好ましい。
なお、上記「粒子径が凡そ０．５ｍｍ以上にある炭化珪素」としては、例えば、炭化珪素粉末を目開き約０．５ｍｍの篩により篩い分けして篩上に残った粉末を使用することができる。また、粒子径が凡そ０．５〜５ｍｍの炭化珪素としては、例えば、目開き約５ｍｍの篩により篩い分けして篩を通過した粉末であって、かつ目開き約０．５ｍｍの篩により篩い分けして篩上に残った粉末を使用することができる。
【００１６】
このセラミック成形材料に含まれる粒子径０．３ｍｍ以下（より好ましくは０．５ｍｍ以下）の炭化珪素の割合は、１５質量％以下であることが好ましく、５質量％以下であることがより好ましく、かかる粒子径の炭化珪素を実質的に含有しないことがさらに好ましい。このように粒子径の小さい炭化珪素は、焼成治具としての使用時に酸化されてシリカ（ＳｉＯ２）を生じやすい。このため炭化珪素としての添加効果（耐久性を向上させる効果）が持続しにくい。また、ＳｉＯ２を生じる際に体積膨張を起こすことから、焼成治具の強度（使用開始後の強度；耐久強度）を低下させる場合がある。上述のように粒子径の小さい炭化珪素の含有割合が低いセラミック成形材料を用いることにより、かかる事態の発生を回避して焼成治具の耐久性を向上させることができる。
【００１７】
このセラミック成形材料は、粒子径０．７ｍｍ以上（典型的には０．７〜５ｍｍ）の粗粒ムライトおよび／または粒子径０．７ｍｍ以上（典型的には０．７〜５ｍｍ）の粗粒アルミナを含有する。セラミック成形材料全体に対するこれら粗粒ムライト／粗粒アルミナの好ましい合計含有割合は１０〜５０質量％であり、より好ましくは２０〜４５質量％である。この割合が低すぎると成形性が低下しやすくなる。一方、この割合が高すぎると焼成治具の強度が低下傾向となることがある。粒子径１ｍｍ以上（典型的には１〜３ｍｍ）の粗粒ムライトおよび／または粒子径１ｍｍ以上（典型的には１〜３ｍｍ）の粗粒アルミナを含有し、その合計含有割合が上記範囲にあるセラミック成形材料がより好ましい。また、上記合計含有割合の実質的に全部が粗粒ムライトで占められている（換言すれば、粗粒アルミナを実質的に含まない）セラミック成形材料が好ましい。粗粒アルミナに比べて粗粒ムライトは焼結反応性が高いためである。
【００１８】
また、セラミック成形材料に含有される粗粒炭化珪素（粒子径０．５ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上）も上記成形性に寄与し得る。かかる観点から、セラミック成形材料に含有される粗粒ムライト、粗粒アルミナおよび粗粒炭化珪素の合計含有割合（以下、この合計含有割合を単に「粗粒の割合」ともいう。）は１５〜６０質量％であることが好ましく、より好ましくは２５〜５５質量％、さらに好ましくは３０〜５０質量％である。
【００１９】
このセラミック成形材料は、粒子径１００μｍ以下（典型的には５〜１００μｍ、より好ましくは５〜６０μｍ）の細粒アルミナを２０〜４０質量％含有することが好ましい。より好ましい含有割合は２５〜３５質量％である。細粒アルミナの含有割合が少なすぎると焼成治具の強度が低下しがちとなることがある。一方、細粒アルミナの含有割合が多すぎると成形性が低下しやすくなる。
なお、これらセラミック成形材料を構成する無機粉末の形状は特に限定されず、球状、板状、棒状等のものを用いることができる。このうち、球状に近い形状を有する粉末の割合が高いことが好ましい。
【００２０】
本発明の焼成治具を構成する炭化珪素以外の成分は、普遍的な耐火物原料であるムライトとアルミナとを主体とするセラミック成形材料の焼結体であることが好ましい。この焼成治具を製造するにあたっては、ジルコニア粉末等のような耐アルカリ性の高い高価な原料を、比較的多量（例えば無機粉末全体の２０質量％以上）には使用しないことが好ましい。本発明においては、このような高価な原料を使用しないか、あるいはその使用量が比較的少ない場合にも十分な耐久寿命を実現することができる。
【００２１】
本発明の焼成治具は、例えば、上述したいずれかのセラミック成形材料を成形主剤（焼成体構成要素）とする調合原料を調製する工程と、その調合原料を成形する工程と、その成形物を焼成する工程とを包含する方法により好適に製造することができる。
調合原料の調整にあたっては、上記成形主剤の他、従来公知の水溶性樹脂等の成形助剤（バインダ）を添加することができる。かかる水溶性樹脂の例としては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリカルボン酸塩、多糖類等が挙げられる。ここで「多糖類」とは、単糖類（単糖およびその誘導体）がポリグリコシル化した高分子化合物（通常は重合度１０以上）を指す。このような多糖類のうちホモ多糖、ヘテロ多糖のいずれも使用可能である。具体的には、寒天、デキストリン、アガロース、カラギーナン、キサンタンガム、カードランおよびコンニャク粉等を用いることができる。懸濁液または溶液を加熱した際に容易にゲル化するもの（ゲル化剤）が好ましく、寒天粉末およびデキストリンが特に好ましい。これらの材料から選択される一種または二種以上を成形助剤として用いることができる。その配合量は、セラミック成形材料１００質量部に対して合計で０．０１〜５質量部の範囲が適当であり、より好ましくは０．０５〜３質量部である。
【００２２】
本発明の焼成治具を製造する好適例につき、図１を用いて説明する。
まず、セラミック成形材料を含有する調合原料を調製する。この調製処理では、典型的には秤量工程１０と混合工程２０とを行う。秤量工程１０において、セラミック成形材料の各々と成形助剤、必要に応じてさらに他の添加剤等をそれぞれ秤量しておく。次に、混合工程２０において、工程１０で秤量した材料をニーダー、フレットミル等の混合機を用いて例えば８分程度混合する。このとき、適当なタイミングで所定量の水（セラミック成形材料１００質量部に対して例えば５〜１５質量部）を添加するとよい。
【００２３】
続いて、上記で調製された調合原料を成形・焼成する。この成形・焼成処理では、典型的には成形工程３０と、乾燥工程４０と、焼成工程５０とを行う。成形工程３０では、工程２０で得られた調合原料から、例えば成形圧力４５０ｋｇｆ／ｃｍ２（４４１３Ｎ／ｃｍ２）程度（好ましくは４０００〜４５００Ｎ／ｃｍ２）のフリクションプレス、あるいはロクロ成形等の手段により、所定形状の成形体を作製する。次に、乾燥工程４０において、この成形体を例えば常温で１５時間程度乾燥させた後、さらに５０℃程度（好ましくは４０〜７０℃）の温度で２４時間程度乾燥させる。その後、焼成工程５０において、工程４０で乾燥された成形体をトンネルキルン等の焼成炉により例えば１４５０℃（好ましくは１３５０〜１６００℃）で３時間程度焼成することにより焼成治具が得られる。
【００２４】
本発明の焼成治具は、腐食性雰囲気下での焼成工程に対して良好な耐久性を有する。したがってこの焼成治具は、腐食性気体（アルカリ金属蒸気等）に曝される雰囲気で繰り返し焼成される部材として好適である。このような焼成治具が好ましく用いられる焼成工程としては、アルカリ金属を含む一般焼却灰の焼成工程、チタン酸カリウムの焼成工程、ローソーダアルミナの焼成工程、Ｋ２ＯやＮａ２Ｏ等のアルカリ成分を多く含むガラス質粉末等を用いたセラミックグリーンシートの焼成工程、アルカリ成分を含む釉薬を用いた被焼成物の焼成工程等が挙げられる。本発明の焼成治具は、このような焼成工程に用いられて、例えば約１３５０〜１５００℃で３０時間／回の焼成スケジュールにおいて５ヶ月以上、より好ましい条件では６ヶ月以上の耐用寿命を示すことができる。
【００２５】
【実施例】以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
なお、実施例および比較例で用いた無機粉末の略称とその性状は以下のとおりである。
炭化珪素［１．４ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ１．４ｍｍの炭化珪素（市販の＃１４炭化珪素粉末）。炭化珪素［１．２ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ１．２ｍｍの炭化珪素（市販の＃１６炭化珪素粉末）。炭化珪素［０．６ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ０．６ｍｍの炭化珪素（市販の＃３０炭化珪素粉末）。炭化珪素［０．１８ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ０．１８ｍｍの炭化珪素（市販の＃８０炭化珪素粉末）。炭化珪素［０．１２５ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ０．１２５ｍｍの炭化珪素（市販の＃１２０炭化珪素粉末）。
ムライト［２ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ２ｍｍのムライト（市販の＃１０ムライト粉末）。ムライト［１ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ１ｍｍのムライト（市販の＃１８ムライト粉末）。ムライト［０．５ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ０．５ｍｍのムライト（市販の＃３５ムライト粉末）。ムライト［０．１８ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ０．１８ｍｍのムライト（市販の＃８０ムライト粉末）。
アルミナ［０．０４４ｍｍ］：粒子径分布のピークがほぼ０．０４４ｍｍのアルミナ（市販の＃３２５アルミナ粉末）。
【００２６】
＜実施例１＞
本実施例では、炭化珪素［１．４ｍｍ］を７．５質量％、炭化珪素［１．２ｍｍ］を７．５質量％、ムライト［２ｍｍ］を約１０質量％、ムライト［１ｍｍ］を約１５質量％、ムライト［０．５ｍｍ］を約１５質量％、ムライト［０．１８ｍｍ］を約１５質量％、アルミナ［０．０４４ｍｍ］を約３０質量％の割合で含有するセラミック成形材料を用いた。このセラミック成形材料に占める粗粒の割合は約４０質量％である。
【００２７】
このセラミック成形材料１００質量部と、成形助剤としてのデキストリンの３３％水溶液約３質量部および商標「ビオポリー（Ｒ）」（武田薬品工業株式会社製、多糖類カードラン）の１．５％水溶液約１質量部と、水約５．８質量部とを、ニーダーにより所定時間（ここでは約８分）混合した。この調合原料から、成形圧力４５０ｋｇｆ／ｃｍ２（約４４１３Ｎ／ｃｍ２）のフリクションプレスにより、セッター（焼成後の目標寸法：３６６ｍｍ×３４１ｍｍ×１５ｍｍ厚）および匣鉢（焼成後の目標寸法：３６６ｍｍ×３４１ｍｍ×１２５ｍｍ×１０〜１５ｍｍ厚）用の成形体を作製した。また、ロクロ成形によってロクロ匣鉢（焼成後の目標寸法：φ３５０ｍｍ×１０〜１５ｍｍ厚）用の成形体を作製した。これらの成形体を、常温で約１５時間乾燥させた後、さらに５０℃程度の温度で約２４時間乾燥させた。その後、トンネルキルンにより約１３８０℃約３時間焼成して各種形状の焼成治具（セッター、匣鉢およびロクロ匣鉢）を得た。また、焼成温度を約１４５０℃とした点は上記と同様にして各種形状の焼成治具を得た。
【００２８】
＜実施例２＞
炭化珪素［１．４ｍｍ］の含有割合が約１５質量％であり、炭化珪素［１．２ｍｍ］を含有しない点を除いては実施例１と同様の組成のセラミック成形材料（粗粒の割合：約４０質量％）を使用した。このセラミック成形材料から、実施例１と同様にして各種形状の焼成治具を作製した。
【００２９】
＜実施例３＞
炭化珪素［１．４ｍｍ］および炭化珪素［１．２ｍｍ］に代えて炭化珪素［０．６ｍｍ］を約１５質量％含有する点を除いては実施例１と同様の組成のセラミック成形材料（粗粒の割合：約４０質量％）を使用した。このセラミック成形材料から、実施例１と同様にして各種形状の焼成治具を作製した。
【００３０】
＜実施例４＞
本実施例では、炭化珪素［１．４ｍｍ］を約５質量％、炭化珪素［０．１８ｍｍ］を約１０質量％、ムライト［２ｍｍ］を約２５質量％、ムライト［１ｍｍ］を約１５質量％、ムライト［０．１８ｍｍ］を約１５質量％、アルミナ［０．０４４ｍｍ］を約３０質量％の割合で含有するセラミック成形材料（粗粒の割合：約４５質量％）を用いた。このセラミック成形材料から、実施例１と同様にして各種形状の焼成治具を作製した。
【００３１】
＜比較例１＞
本比較例では、炭化珪素［０．１２５ｍｍ］を約１５質量％、ムライト［２ｍｍ］を約２５質量％、ムライト［１ｍｍ］を約１５質量％、ムライト［０．１８ｍｍ］を約１５質量％、アルミナ［０．０４４ｍｍ］を約３０質量％の割合で含有するセラミック成形材料（粗粒の割合：約４０質量％）を用いた。このセラミック成形材料から、実施例１と同様にして各種形状の焼成治具を作製した。
【００３２】
＜比較例２＞
本比較例では、炭化珪素［１．４ｍｍ］を約３０質量％、ムライト［１ｍｍ］を約１０質量％、ムライト［０．５ｍｍ］を約１５質量％、ムライト［０．１８ｍｍ］を約１５質量％、アルミナ［０．０４４ｍｍ］を約３０質量％の割合で含有するセラミック成形材料（粗粒の割合：約４０質量％）を用いた。このセラミック成形材料から、実施例１と同様にして各種形状の焼成治具を作製した。
【００３３】
＜比較例３＞
ムライト［１ｍｍ］の含有割合が約２５質量％であり、ムライト［０．５ｍｍ］を含有しない点を除いては実施例１と同様の組成のセラミック成形材料（粗粒の割合：約５５質量％）を使用した。このセラミック成形材料から、実施例１と同様にして各種形状の焼成治具を作製した。
【００３４】
＜比較例４＞
本比較例では、炭化珪素［０．６ｍｍ］を約３０質量％、ムライト［２ｍｍ］を約２５質量％、ムライト［０．１８ｍｍ］を約１５質量％、アルミナ［０．０４４ｍｍ］を約３０質量％の割合で含有するセラミック成形材料（粗粒の割合：約５５質量％）を用いた。このセラミック成形材料から、実施例１と同様にして各種形状の焼成治具を作製した。
【００３５】
＜比較例５＞
ムライト［２ｍｍ］の含有割合が約１０質量％であり、ムライト［０．５ｍｍ］を約１５質量％含有する点を除いては実施例１と同様の組成のセラミック成形材料（粗粒の割合：約４０質量％）を使用した。このセラミック成形材料から、実施例１と同様にして各種形状の焼成治具を作製した。
【００３６】
＜比較例６＞
本比較例では、炭化珪素［０．１８ｍｍ］を約３０質量％、ムライト［１ｍｍ］を約８０質量％、ムライト［１ｍｍ］を約８質量％、ムライト［０．５ｍｍ］を約１７質量％、ムライト［０．１８ｍｍ］を約１５質量％、アルミナ［０．０４４ｍｍ］を約３０質量％の割合で含有するセラミック成形材料（粗粒の割合：約８質量％）を用いた。このセラミック成形材料から、実施例１と同様にして各種形状の焼成治具を作製することを試みたが、成形性に難があり、良質な成形体を得ることができなかった。
【００３７】
＜得られた焼成治具の評価＞
以上、各実施例および比較例で用いたセラミック成形材料の組成を表１および表２に示す。なお、上記実施例１〜４および比較例１〜５では、いずれの成形方法を用いた場合にも成形、乾燥および焼成工程におけるキレ（クラック）の発生がほとんどなく、工程全体における歩留まりは９９％以上と良好であった。
【００３８】
次に、上記実施例１〜４および比較例１〜５により製造された焼成治具のうちセッターを用いて、その気孔率、嵩比重、常温曲げ強度および熱膨張率を以下のように試験・測定した。これら特性評価試験の結果は、使用した焼成治具ごとに表１および表２の各々対応する欄に示している。
［気孔率］
ＪＩＳ Ｚ２２０５に準拠して見かけ気孔率を測定した。
［嵩比重］
ＪＩＳ Ｚ２２０５に準拠して測定した。
［常温曲げ強度］
ＪＩＳ Ｒ１６０４に準拠して常温における３点曲げ強度を測定した。
［熱膨張率］
常温から１０００℃までの間の伸びを、常温における長さに対する百分率で表した。
【００３９】
さらに、上記各実施例および比較例により製造された焼成治具のうちセッターを用いて、アルカリ金属蒸気存在下での焼成工程（ここでは、一般焼却灰の焼成工程）に対する耐用寿命を以下のように試験・測定した。その結果は、使用した焼成治具毎に表１および表２の各々対応する欄に示している。
［耐用寿命］
ナトリウム酸化物（Ｎａ２Ｏ）を１〜４質量％、カリウム酸化物（Ｋ２Ｏ）を０．８〜３質量％の割合で含有する一般焼却灰をセッターに載せて、以下のサイクル：
（ａ）．常温から１１８０℃まで昇温する；
（ｂ）．１１８０℃に二時間保持する；
（ｃ）．１１８０℃から常温まで冷却する；
を３０時間のスケジュールで繰り返して行った。なお、一般焼却灰は一サイクル毎に交換した。セッターが焼成工程時においてワレ等により使用不可能となった時点をこの焼成治具の耐用寿命とした。
【００４０】
【表１】
【表２】
表１と表２との比較から判るように、セラミック成形材料を構成する無機粉末の組成および性状（粒子径）が本発明範囲から外れる比較例１〜５の焼成治具はアルカリ金属蒸気に対する耐蝕性が低かった。その耐用寿命は、１３８０℃で焼成して得られた焼成治具では３ヶ月以下、１４５０℃で焼成して得られた焼成治具では４ヶ月と短かった。
【００４３】
一方、セラミック成形材料を構成する無機粉末の組成および性状（粒径）が本発明の範囲にある実施例１〜４では、１３８０℃で焼成して得られた焼成治具では６ヶ月以上、１４５０℃で焼成して得られた焼成治具では７ヶ月以上の耐久寿命を達成することができた。特に、粒子径約１〜２ｍｍの炭化珪素を１０〜２０質量％（ここでは１５質量％）の割合で含有する実施例１および２は、１３８０℃で焼成して得られた焼成治具では耐久寿命１０ヶ月以上、１４５０℃で焼成して得られた焼成治具では耐久寿命１２ヶ月以上という優れた耐久性を示した。また、実施例１〜４の焼成治具は、常温曲げ強度の点でも、比較例１〜５の焼成治具に比べて明らかに高い傾向にあった。例えば、１３８０℃で焼成して得られた焼成治具では１００Ｎ／ｃｍ２以上（より好ましい条件では１２０Ｎ／ｃｍ２以上）、１４５０℃で焼成して得られた焼成治具では１３０Ｎ／ｃｍ２以上（より好ましい条件では１５０Ｎ／ｃｍ２以上）の常温曲げ強度を示すものとすることができた。
【００４４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の焼成治具の製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０：秤量工程
２０：混合工程
３０：成形工程
４０：乾燥工程
５０：焼成工程
Claims (5)
- 以下の条件をいずれも満たすセラミック成形材料：
（１）．炭化珪素を材料全体の５〜２５質量％となる量含有する；
（２）．その炭化珪素のうち２０質量％以上は粒子径０．５ｍｍ以上の粗粒炭化珪素である；
（３）．粒子径０．７ｍｍ以上の粗粒ムライトおよび／または粒子径０．７ｍｍ以上の粗粒アルミナを合計で材料全体の１０〜５０質量％となる量含有する；
を焼成してなる焼成治具。 - 前記セラミック成形材料は、粒子径０．３ｍｍ以下の炭化珪素を実質的に含有しない請求項１に記載の焼成治具。
- 前記セラミック成形材料に含まれる前記粗粒ムライト、前記粗粒アルミナおよび前記粗粒炭化珪素の合計割合が１５〜６０質量％である請求項１または２に記載の焼成治具。
- 前記セラミック成形材料は、粒子径１００μｍ以下の細粒アルミナを材料全体の２０〜４０質量％となる量含有する請求項１，２または３に記載の焼成治具。
- 焼成治具製造用セラミック成形材料であって、以下の条件：
（１）．炭化珪素を、材料全体の５〜２５質量％となる量含有する；
（２）．その炭化珪素のうち２０質量％以上は粒子径０．５ｍｍ以上の粗粒炭化珪素である；
（３）．粒子径０．７ｍｍ以上の粗粒ムライトおよび／または粒子径０．７ｍｍ以上の粗粒アルミナを合計で材料全体の１０〜５０質量％となる量含有する；
を満たす焼成治具製造用セラミック成形材料。
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