JP2005179101A - Forsterite raw material composition and method of manufacturing forsterite sintered compact using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prepare a powdery granule suitable for molding with a metallic mold. <P>SOLUTION: In this forsterite raw material composition using magnesia as a main raw material, the magnesia contains ≤0.05 wt.% B<SB>2</SB>O<SB>3</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、主成分としてマグネシア、焼タルク、粘土を使用するフォルステライト組成物のスラリー調製並びに顆粒製造に用いることができる。得られた顆粒を金型を用いたメカプレス成形機にて連続成形するため、成形時の金型付着のない、流動性のよい、また成形体の欠け、割れ、折れなどの外観不良が少ないセラミックス焼結体を得るための優れた顆粒製造方法に関するものである。   The present invention can be used for slurry preparation and granule production of a forsterite composition using magnesia, baked talc, and clay as main components. Since the obtained granules are continuously molded by a mechanical press molding machine using a mold, the ceramic does not adhere to the mold during molding, has good fluidity, and has few appearance defects such as chipping, cracking, and bending of the molded product. The present invention relates to an excellent granule production method for obtaining a sintered body.

一般にフォルステライト磁器は、マグネシアとシリカを2MgO・SiOの比率に配合したものに、水を媒体としてボールミル等の微粉砕機を用い粉砕・混合した後、スラリーをフィルタプレス・乾燥機またはスプレードライヤーにて乾燥した原料粉末を1000〜1300℃の温度で仮焼合成したフォルステライト仮焼物にCaO、BaO、SiO等の焼結助剤を加えて、再度ボールミル等の微粉砕機で水を媒体として粉砕・混合したスラリーにポリビニルアルコール(以下PVAとする)等の有機バインダーを添加混合した後、スプレードライヤーで噴霧乾燥し造粒した顆粒を成形・焼成して得られる。 In general, forsterite porcelain is a mixture of magnesia and silica in a ratio of 2MgO · SiO 2 , pulverized and mixed with a fine pulverizer such as a ball mill using water as a medium, and the slurry is filtered with a filter press / dryer or spray dryer Sintering aids such as CaO, BaO, and SiO 2 are added to the forsterite calcined material that has been calcined and synthesized at 1000 to 1300 ° C., and the water is again used as a medium in a fine mill such as a ball mill. An organic binder such as polyvinyl alcohol (hereinafter referred to as PVA) is added to and mixed with the pulverized and mixed slurry, and then granulated by spray drying and granulating with a spray dryer.

従来、使用するマグネシア中には0.40重量%のBが含まれていた。特許文献1によればフォルステライト磁器焼結体に含まれる不純物を規制しているが、使用するマグネシア中に含まれるBは規制されていない。また、同文献では磁器焼結体の不純物においてもBは規制されていない(特許文献1参照)。 Conventionally, 0.40 wt% B 2 O 3 was contained in the magnesia used. According to Patent Document 1, impurities contained in the forsterite porcelain sintered body are regulated, but B 2 O 3 contained in magnesia to be used is not regulated. Further, in this document, B 2 O 3 is not regulated even in the impurities of the ceramic sintered body (see Patent Document 1).

従来、フォルステライトにおいては焼結助剤としてHBOとCaCOを1:1の重量比率で混合した後、440℃の温度で焼成された仮焼物(以下コレマナイトガラスという)を使用していた。なお、HBOはホウ酸成分であり、仮焼することでHOが消失しBとなる。特許文献2によれば、フォルステライトの焼結助剤としてSiO、CaO、Al、B、KNaO、ZnO、BaO、SrO、ZrO、MgO、LiO等を含むフリットを用いていることが規制されている(特許文献2参照)。 Conventionally, in forsterite, H 3 BO 3 and CaCO 3 are mixed at a weight ratio of 1: 1 as a sintering aid and then calcined at a temperature of 440 ° C. (hereinafter referred to as colemanite glass) is used. Was. Incidentally, H 3 BO 3 is a boric acid component, the H 2 O disappeared B 2 O 3 by calcination. According to Patent Document 2, a frit containing SiO 2 , CaO, Al 2 O 3 , B 2 O 3 , KNaO, ZnO, BaO, SrO 2 , ZrO, MgO, Li 2 O and the like as a forsterite sintering aid. Is restricted (see Patent Document 2).

また特許文献1によれば、フォルステライト磁器焼結体に含まれるZrOは不純物レベルとして0.40重量%以下に制御されていた。また、特許文献2には焼結助剤量としてZrOを2重量%以下に制御されていた。また、同文献には発色剤としてZrOを5重量%添加する事例が述べられている。 According to Patent Document 1, ZrO 2 contained in the forsterite porcelain sintered body was controlled to 0.40% by weight or less as an impurity level. In Patent Document 2, ZrO 2 is controlled to 2% by weight or less as the amount of sintering aid. Further, the same document describes an example in which 5% by weight of ZrO 2 is added as a color former.

また特許文献3によれば、バインダーとしてPVAを主成分とし、最初にPVA水溶液を添加して、次にポリエチレングリコール(以下PEGという)、酢酸ビニル、ステアリン酸を添加していた。また、PVA水溶液の濃度は20重量%で添加していた(特許文献3参照)。
特開平5−262562号公報 特開平11−130522号公報 特開2002−128570号公報
According to Patent Document 3, PVA is a main component as a binder, and an aqueous PVA solution is first added, and then polyethylene glycol (hereinafter referred to as PEG), vinyl acetate, and stearic acid are added. Moreover, the density | concentration of PVA aqueous solution was added at 20 weight% (refer patent document 3).
JP-A-5-262562 JP-A-11-130522 JP 2002-128570 A

従来、水を媒体にフォルステライト原料組成物をボールミルに投入・粉砕するとスラリーは増粘する。よってスラリーをミルから排出する際に粘度が高くて排出し辛い課題があった。   Conventionally, when a forsterite raw material composition is charged into a ball mill and ground using water as a medium, the slurry thickens. Therefore, when discharging the slurry from the mill, there is a problem that the viscosity is high and it is difficult to discharge the slurry.

また、コレマナイトガラスの仮焼温度が低いためにHBOの一部がガラス化せずにBの形で残るためPVAを添加した際にBとPVAがゲル化反応し、スラリー粘度が2〜3dPa・s以上に増粘する問題点があった。また、マグネシア中に含まれるBに対してもその含有量によって同様にPVAとのゲル化反応が起こり、スラリーが増粘する問題点があった。このように増粘したスラリーではスラリーポンプによるスラリー移送ができず、そのままではスプレードライヤーでの噴霧乾燥ができない。そこで水を添加してスラリー粘度を1〜2dPa・s以下に調整して下げる必要があった。ところが水を添加するとスラリーの濃度が低下するため、その結果顆粒の粉体かさ密度が低下したり、顆粒の微粉が増え流動性が悪くなる課題があった。 Moreover, since the calcining temperature of the colemanite glass is low, a part of H 3 BO 3 does not vitrify and remains in the form of B 2 O 3 , so that when PVA is added, B 2 O 3 and PVA are gelled. There was a problem that the slurry viscosity was increased to 2-3 dPa · s or more. Further, B 2 O 3 contained in magnesia also has a problem that gelation reaction with PVA similarly occurs depending on the content thereof and the slurry is thickened. The slurry thickened in this way cannot be transferred by a slurry pump, and cannot be spray-dried with a spray dryer as it is. Therefore, it was necessary to add water to adjust the slurry viscosity to 1 to 2 dPa · s or less to lower it. However, when water is added, the concentration of the slurry is lowered, and as a result, the bulk density of the granule is reduced, and the fine powder of the granule is increased, resulting in poor fluidity.

また、焼結助剤成分としてのジルコン添加量はZrO量として5重量%の例もあるが、いずれも焼結体の発色剤として添加されているもので、フォルステライト磁器の耐熱衝撃性を向上させるまでには至っていなかった。 Also, the amount of zircon added as a sintering aid component may be 5% by weight as the amount of ZrO 2 , but all are added as color formers in the sintered body, and the thermal shock resistance of forsterite porcelain is increased. It did not reach improvement.

また、バインダー添加手順において、PEGより先にPVA水溶液を添加するとゲル化が激しく反応進行して分散できない問題点があった。Bが溶出しているスラリーにPVAが触れるとゲル化反応が起こり、スラリー全体にPVAが均一分散しない。そのため、水を添加してスラリー粘度を下げて噴霧乾燥して得られた顆粒は、金型成形時に顆粒のタック性で金型付着を生じ連続成形ができない問題点があった。つまり、粉体かさ密度の高い、流動性の良い、また離型性の良い顆粒の製造ができない課題があった。 Further, in the binder addition procedure, when the PVA aqueous solution is added before PEG, there is a problem that gelation is vigorously progressed and the dispersion cannot be performed. When PVA comes into contact with the slurry from which B 2 O 3 is eluted, a gelation reaction occurs and PVA is not uniformly dispersed throughout the slurry. Therefore, the granules obtained by adding water to lower the slurry viscosity and spray-drying have a problem that the mold adheres due to the tackiness of the granules during molding and cannot be continuously molded. That is, there is a problem that it is impossible to produce granules having a high powder bulk density, good fluidity, and good releasability.

本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであってその目的は、金型成形に適合する粉体顆粒の製造を可能にすることにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to enable the production of powder granules suitable for molding.

本発明は、主原料としてマグネシアを使用するフォルステライト原料組成物において、含まれるB量が0.05重量%以下であるマグネシアを使用することを特徴とする。 In the forsterite raw material composition using magnesia as a main raw material, the present invention is characterized by using magnesia whose B 2 O 3 content is 0.05% by weight or less.

また、上記フォルステライトにおいて、焼結助剤成分として、コレマナイトガラス1〜2重量%が使用されることを特徴とする。   In the forsterite, 1 to 2% by weight of colemanite glass is used as a sintering aid component.

また、上記フォルステライトにおいて、焼結助剤成分としてジルコン15〜25重量%を使用することを特徴とする。   In the forsterite, 15 to 25% by weight of zircon is used as a sintering aid component.

また、上記フォルステライトにおいて、原料組成物のスラリーにバインダーとしてまず最初にPEGを添加し、その後で、PVA、酢酸ビニル、ステアリン酸を水溶液やエマルジョンとして添加することを特徴とする。   In the forsterite, PEG is first added as a binder to the slurry of the raw material composition, and then PVA, vinyl acetate, and stearic acid are added as an aqueous solution or emulsion.

また、上記PVAは、水溶液の濃度を15重量%以下に調整した後に添加することを特徴とする。   The PVA is added after the concentration of the aqueous solution is adjusted to 15% by weight or less.

本発明により、主原料としてマグネシアを使用するフォルステライト原料組成物において、含まれるB量が0.05重量%以下であるマグネシアを使用することにより、規定量の分散剤を添加するのみで、スラリー粘度も上がることなく排出することが可能となる。 According to the present invention, in a forsterite raw material composition using magnesia as a main raw material, a prescribed amount of dispersant is only added by using magnesia whose B 2 O 3 content is 0.05 wt% or less. Thus, the slurry can be discharged without increasing the viscosity of the slurry.

また、上記フォルステライトにおいて焼結助剤成分として、仮焼温度を550℃以上まで上げることによりBが完全にガラス化されたコレマナイトガラス1〜2重量%を使用することにより、PVA水溶液を添加した時にもスラリーの増粘を抑制することができる。 In addition, by using 1-2% by weight of colemanite glass in which B 2 O 3 is completely vitrified by raising the calcining temperature to 550 ° C. or more as a sintering aid component in the forsterite, Even when the PVA aqueous solution is added, thickening of the slurry can be suppressed.

また、上記フォルステライトにおいて焼結助剤成分としてジルコン15〜25重量%を使用すれば、最適焼成温度の上昇がなく、熱膨張係数を低下することで耐熱衝撃性にすぐれたフォルステライト磁器を得ることができる。   In addition, if 15 to 25% by weight of zircon is used as a sintering aid component in the forsterite, a forsterite porcelain having excellent thermal shock resistance can be obtained by reducing the thermal expansion coefficient without increasing the optimum firing temperature. be able to.

また、上記フォルステライトにおいて原料組成物のスラリーに、バインダーとしてまず最初にPEGを添加し、その後PVA、酢酸ビニル、ステアリン酸を水溶液やエマルジョンとして添加することにより、PEGが分散された後にPVAが添加されることでBとのゲル化反応が抑制され、その結果PVAのスラリー中への均一分散が可能となった。 In the above forsterite, first, PEG is added as a binder to the slurry of the raw material composition, and then PVA, vinyl acetate, and stearic acid are added as an aqueous solution or emulsion to add PVA after PEG is dispersed. As a result, the gelation reaction with B 2 O 3 was suppressed, and as a result, uniform dispersion of PVA in the slurry became possible.

また、上記PVAは水溶液の濃度を15重量%以下に調整した後に添加することにより濃度を下げることで一層ゲル化反応を抑制することができ、さらにPVAのスラリー中への均一分散が可能となる。   Further, the PVA can be added after adjusting the concentration of the aqueous solution to 15% by weight or less to further reduce the gelation reaction by further reducing the concentration, and furthermore, the PVA can be uniformly dispersed in the slurry. .

以下、本発明の実施形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

本発明のフォルステライト原料組成物は、シリカ源並びに含まれるB量が0.05重量%以下であるマグネシアを主成分として含むことを特徴とするが、シリカ源としてはタルクを大気雰囲気温度1,200〜1,300℃で仮焼したもの(以下焼タルクという)、木節粘土または蛙目粘土または混合系の蛙目木節粘土を使用する。 Forsterite material composition of the present invention is silica source and the amount of B 2 O 3 contained is characterized in that it comprises as a main component magnesia is 0.05 wt% or less, the atmosphere talc as silica source What is calcined at a temperature of 1,200 to 1,300 ° C. (hereinafter referred to as baked talc), Kibushi clay, Sasame clay or a mixed Sasame Kibushi clay is used.

マグネシア、焼タルク、粘土を主成分に石灰、炭酸バリウム、珪石、コレマナイトガラス、ジルコン、生タルク等の焼結助剤を加えて、同様にボールミル等の微粉砕機で水を媒体として粉砕・混合したスラリーにPEG、PVA、酢酸ビニル、ステアリン酸等の有機バインダーを添加混合した後、スプレードライヤーで噴霧乾燥造粒した顆粒を成形・焼成してフォルステライト磁器を得る。   Sintering aids such as lime, barium carbonate, silica stone, colemanite glass, zircon, and raw talc are added to magnesia, calcined talc, and clay as main components, and similarly pulverized with water as a medium in a fine mill such as a ball mill. -An organic binder such as PEG, PVA, vinyl acetate, stearic acid, etc. is added to and mixed with the mixed slurry, and then spray-dried and granulated granules are molded and fired to obtain a forsterite porcelain.

本発明により、主原料としてシリカ源並びにマグネシアを使用するフォルステライト原料組成物において、含まれるB量が0.05重量%以下であるマグネシアを使用することにより、規定量の分散剤を添加するのみでスラリー粘度も増粘せず問題なくスラリー排出が可能となる。 According to the present invention, in a forsterite raw material composition using a silica source and magnesia as the main raw material, a specified amount of dispersant is obtained by using magnesia whose B 2 O 3 content is 0.05% by weight or less. Only by adding, the slurry viscosity does not increase and the slurry can be discharged without any problem.

これは、B量が多いと水に溶出する量も多くなり、同時にマグネシアの粉砕された微粒子表面層が水和反応を起こすことにより水和物が生成され、さらにスラリーが増粘するため規定量の分散剤を添加してもスラリー粘度が下がらないと考えられる。 This is because when the amount of B 2 O 3 is large, the amount of elution into water also increases, and at the same time, a hydrate is generated by causing a hydration reaction on the surface layer of magnesia pulverized fine particles, and the slurry further thickens. Therefore, it is considered that the slurry viscosity does not decrease even when a specified amount of dispersant is added.

マグネシア中のB量の少ない0.02重量%のマグネシアクリンカー140メッシュパス品を入手して水を媒体にフォルステライト原料組成物をボールミル等で粉砕混合したスラリーに20重量%PVA水溶液を添加攪拌すると、ゲル化反応せずスラリー粘度の増粘がなくPVAの均一分散が可能であった。この点、マグネシア中に含まれるB量が0.1重量%以上になるとゲル化反応によるスラリーの増粘傾向が見られ、0.4重量%では顕著にゲル化反応が生じることが確認された。 Obtain a 0.02 wt% magnesia clinker 140 mesh pass product with a small amount of B 2 O 3 in magnesia and add a 20 wt% PVA aqueous solution to the slurry obtained by pulverizing and mixing the forsterite raw material composition with a ball mill or the like in water. When the mixture was added and stirred, the gelation reaction did not occur, the viscosity of the slurry did not increase, and PVA could be uniformly dispersed. In this regard, when the amount of B 2 O 3 contained in magnesia is 0.1% by weight or more, a tendency of thickening of the slurry due to the gelation reaction is observed, and when 0.4% by weight, the gelation reaction is remarkably generated. confirmed.

また、上記フォルステライトにおいて焼結助剤成分として、仮焼温度を550℃まで上げHBOが完全にガラス化されたコレマナイトガラス1〜2重量%を使用することにより、PVA水溶液を添加してもスラリーの増粘を抑制することができる。 Moreover, by using 1-2% by weight of colemanite glass in which the calcining temperature is increased to 550 ° C. and H 3 BO 3 is completely vitrified as a sintering aid component in the forsterite, a PVA aqueous solution is obtained. Even if it adds, the thickening of a slurry can be suppressed.

これは、HBOが完全にガラス化されたことで、コレマナイトガラスからのBの水への溶出がなくなり、従ってPVAとのゲル化反応が抑制されてスラリーが増粘しないことによる。 This is because H 3 BO 3 is completely vitrified, so that the elution of B 2 O 3 from the colemanite glass to water is eliminated, and thus the gelation reaction with PVA is suppressed, and the slurry is thickened. By not doing.

具体的手段としては、HBOとCaCOを重量比1:1で混合した後、合成コージェライト製や合成ムライト製のコウ鉢に詰めてトンネル電気炉で440℃×3時間キープ、500℃×3時間キープ、550℃×3時間キープ、600℃×3時間キープの大気中温度で焼成した仮焼合成品をそれぞれ細かく粉砕し、X線回折装置により2θ=27.8度付近のBピークの有無を求めた。その結果、500℃×3時間キープ以下ではBピークが有り、550℃×3時間キープ以上になるとBピークが無くなることが確認された。 As a specific means, H 3 BO 3 and CaCO 3 are mixed at a weight ratio of 1: 1, and then packed in a synthetic cordierite or synthetic mullite mortar and kept in a tunnel electric furnace at 440 ° C. for 3 hours, 500 The calcined composites calcined at atmospheric temperature of ℃ × 3 hours, 550 ° C × 3 hours, and 600 ° C. × 3 hours are finely pulverized, respectively, and B around 2θ = 27.8 degrees by an X-ray diffractometer. The presence or absence of 2 O 3 peak was determined. As a result, at 500 ° C. × 3 hours keeping the following there are B 2 O 3 peaks was confirmed that no is the B 2 O 3 peak at 550 ° C. × 3 hours keeping more.

また、10重量%PVA水溶液との相溶性試験において500℃×3時間キープ以下では、ゲル化反応によるスラリーの増粘現象がみられる。従って、上記の結果を元に550℃×3時間キープ以上で焼成することで、コレマナイトガラスからのBの水への溶出がなくなり、PVAとのゲル化反応が抑制されることが確認できた。 Further, in a compatibility test with a 10% by weight PVA aqueous solution, a viscosity increase of the slurry due to the gelation reaction is observed at 500 ° C. × 3 hours or less. Therefore, firing at 550 ° C. × 3 hours or more based on the above results eliminates the elution of B 2 O 3 from the colemanite glass into water and suppresses the gelation reaction with PVA. Was confirmed.

また、上記フォルステライトにおいて、焼結助剤成分としてジルコンを添加することにより熱膨張係数を低下することができ、そのため耐熱衝撃性にすぐれたフォルステライト磁器を得ることができる。特にジルコンを15〜25重量%の範囲で添加したものは最適焼成温度の上昇もなく、また耐熱衝撃性△t(℃)が250℃以上となる点で好ましいことが確認できた。   Further, in the forsterite, the coefficient of thermal expansion can be lowered by adding zircon as a sintering aid component, so that a forsterite porcelain excellent in thermal shock resistance can be obtained. In particular, it was confirmed that the addition of zircon in the range of 15 to 25% by weight was preferable in that the optimum firing temperature was not increased and the thermal shock resistance Δt (° C.) was 250 ° C. or higher.

ここで、上記フォルステライト組成物に、ジルコンを21.58重量%添加混合したフォルステライト磁器の線膨張係数は測定範囲40〜400℃において、ジルコンを添加しない場合の測定値10×10−6/℃に対して、8.9×10−6/℃の値が得られ、また、4×3×45mmの焼結体テストピースを作成し、箱型乾燥機において加熱した後、水中に投下してクラックの有無を調べる評価方法において、ジルコン添加なしでは水温との温度差Δt約190℃でクラックが見られるのに対してジルコン21.58重量%添加品においては、Δt=270℃まではクラックが見られなかった。これは、線膨張係数が小さくなった効果と耐熱衝撃性に優れているジルコン添加の相乗効果と考えられる。 Here, the linear expansion coefficient of the forsterite porcelain obtained by adding 21.58% by weight of zircon to the forsterite composition was measured in the range of 40 to 400 ° C., and the measured value when no zircon was added was 10 × 10 −6 / A value of 8.9 × 10 −6 / ° C. was obtained with respect to ℃, and a 4 × 3 × 45 mm sintered body test piece was prepared, heated in a box-type dryer, and then dropped into water. In the evaluation method for examining the presence or absence of cracks, cracks are observed at a temperature difference Δt of about 190 ° C. with water temperature without the addition of zircon, whereas in the products containing zircon 21.58 wt%, cracks are observed until Δt = 270 ° C. Was not seen. This is considered to be a synergistic effect of the addition of zircon which is excellent in the effect of reducing the linear expansion coefficient and the thermal shock resistance.

ただし、ジルコンの添加量が25重量%以上になると最適焼成温度が1,300℃以上に上昇する。   However, when the amount of zircon added is 25% by weight or more, the optimum firing temperature rises to 1,300 ° C. or more.

また、上記フォルステライトにおいて、原料組成物のスラリーにバインダーとしてまず最初にPEGを添加し、その後で、PVA、酢酸ビニル、ステアリン酸を水溶液やエマルジョンとして添加することにより、PEGが分散された後にPVAが添加されることでBとのゲル化反応が抑制され、その結果PVAのスラリー中への均一分散が可能となる。 In the above forsterite, PEG is first added as a binder to the slurry of the raw material composition, and then PVA, vinyl acetate, and stearic acid are added as an aqueous solution or emulsion, so that the PEG is dispersed and then PVA. Is added to suppress the gelation reaction with B 2 O 3, and as a result, PVA can be uniformly dispersed in the slurry.

これは、先にPEGを添加することにより、スラリー中に分散したPEGが緩衝材的機能を発揮してゲル化反応によるスラリーの増粘が抑制されると考えられる。   This is presumably because by adding PEG first, the PEG dispersed in the slurry exhibits a buffer function, and the thickening of the slurry due to the gelation reaction is suppressed.

上記のバインダーは、それぞれメーカーより40重量%濃度PEG水溶液、20重量%濃度PVA水溶液、49重量%濃度酢酸ビニルエマルジョン、18重量%濃度ステアリン酸エマルジョンとして入手することが可能である。その中においても、上記フォルステライト組成物スラリーに添加した場合、ゲル化増粘するものは20重量%濃度PVA水溶液のみで他は問題なく分散可能である。   The above binders can be obtained from manufacturers as 40 wt% PEG aqueous solution, 20 wt% PVA aqueous solution, 49 wt% vinyl acetate emulsion, and 18 wt% stearic acid emulsion, respectively. Among them, when added to the forsterite composition slurry, only the 20% by weight PVA aqueous solution can be dispersed without any problem with gelling and thickening.

但し、酢酸ビニルやステアリン酸等のエマルジョンの形態ではスラリーに添加した後、24時間以上の長時間において、攪拌機等で攪拌を続けるとエマルジョン破壊を生じることがある。   However, in the case of an emulsion such as vinyl acetate or stearic acid, emulsion emulsion breakage may occur if stirring is continued with a stirrer or the like for a long time of 24 hours or longer after addition to the slurry.

従って、スラリーに分散し且つ水溶液のため24時間以上の攪拌にも何ら問題のない40重量%濃度PEG水溶液を最初に添加して30分以上攪拌混合する。次に20重量%濃度PVA水溶液を13.3重量%濃度まで水を加えて薄め攪拌混合した後、スラリーに添加して30分以上攪拌混合する。次に49重量%濃度酢酸ビニルエマルジョンを同様に水で24.5重量%濃度まで薄めて添加する。最後に18重量%濃度ステアリン酸エマルジョンを同様に水で13重量%濃度まで薄めて添加する。   Therefore, a 40 wt% aqueous PEG solution that is dispersed in the slurry and has no problem for stirring for 24 hours or more because of the aqueous solution is first added and stirred for 30 minutes or longer. Next, 20% by weight PVA aqueous solution is added with water to a concentration of 13.3% by weight, mixed with stirring, then added to the slurry, and stirred and mixed for 30 minutes or longer. Next, a 49 wt% vinyl acetate emulsion is similarly diluted with water to a 24.5 wt% concentration and added. Finally, the 18% strength stearic acid emulsion is similarly diluted with water to a 13% strength by weight and added.

また、上記PVAは、水溶液の濃度を15重量%以下に調整した後に添加することにより、濃度を下げることでゲル化反応を抑制することができ、PVAの均一分散が可能となる。これは、濃度を下げることでフォルステライト組成物スラリーとPVAとの直接的な混合がなくなり、水が緩衝材として機能した結果、分散性が向上しゲル化反応によるスラリーの増粘が抑制されるものと考えられる。   Further, the PVA can be added after adjusting the concentration of the aqueous solution to 15% by weight or less, whereby the gelling reaction can be suppressed by lowering the concentration, and PVA can be uniformly dispersed. This is because the forsterite composition slurry and PVA are not directly mixed by reducing the concentration, and water functions as a buffer material. As a result, the dispersibility is improved and the thickening of the slurry due to the gelation reaction is suppressed. It is considered a thing.

また、上記スラリーに20重量%濃度PVA水溶液をそのまま添加・攪拌混合するとB量が0.05重量%のマグネシアにおいては、軽いゲル化反応によるスラリーの増粘を生じることが確認された。 Further, when 20 wt% PVA aqueous solution was added to the slurry as it was and stirred and mixed, it was confirmed that in magnesia where the amount of B 2 O 3 was 0.05 wt%, the thickening of the slurry was caused by a light gelation reaction. .

また、15重量%濃度以下になるとゲル化反応によるスラリーの増粘が抑制されることを発見した。
(実施例1)
Moreover, it discovered that the viscosity increase of the slurry by gelation reaction was suppressed when it became 15 weight% or less density | concentration.
(Example 1)

表1に、マグネシア中に含まれるB量が異なるA〜Eの5タイプのフォルステライト組成物100重量%に水を103重量%加え、シリカ質の玉石の入ったボールミルにて48〜96時間粉砕・混合し、平均粒子径が3.5〜4.5μmになった後で、リグニンスルフォン酸ソーダ塩0.98重量%を表1に示す比率で水に溶解した後ボールミルに添加して30分以上ミル回転・混合した後、スラリー粘度を測定した。 In Table 1, water is added to 100% by weight of five types of forsterite compositions A to E having different amounts of B 2 O 3 contained in magnesia, and then added to a ball mill containing siliceous boulders. After 96 hours of pulverization and mixing, the average particle size becomes 3.5-4.5 μm, and then 0.98% by weight of sodium lignin sulfonate is dissolved in water at the ratio shown in Table 1 and then added to the ball mill. After rotating and mixing for 30 minutes or more, the slurry viscosity was measured.

次にバインダーとして20重量%濃度のPVA水溶液の重合度500タイプ7.35重量%を添加、更に20重量%濃度のPVAの重合度300タイプ3.92重量%を添加し30分以上攪拌・混合する。   Next, as a binder, a PVA aqueous solution with a concentration of 20% by weight of 7.35% by weight is added, and a PVA polymer with a concentration of 20% by weight is added with 3.92% by weight. To do.

最後に49重量%濃度の酢酸ビニルエマルジョン2.45重量%を添加、更に18重量%濃度のステアリン酸エマルジョン4.31重量%を添加し30分以上攪拌・混合した後、再度スラリー粘度を測定した。その結果を表1に示すが、タイプD、Eは分散剤添加後やバインダー添加後においてもスラリーの増粘は見られないが、タイプA、B、Cにおいては顕著にスラリーの増粘が確認された。

Figure 2005179101
Finally, 2.45 wt% of 49 wt% vinyl acetate emulsion was added, 4.31 wt% of 18 wt% stearic acid emulsion was added, stirred and mixed for 30 minutes or more, and the slurry viscosity was measured again. . The results are shown in Table 1. In types D and E, no thickening of the slurry is observed even after addition of the dispersant or after the addition of the binder, but in types A, B and C, the thickening of the slurry is remarkably confirmed. It was done.
Figure 2005179101

(実施例2) (Example 2)

表2に、今回のフォルステライト組成物に使用したコレマナイトガラスの仮焼温度毎にX線回折装置による2θ=28度付近のBピークの有無、および10重量%濃度PVA水溶液との相溶性について比較した。その結果を表2に示す。仮焼温度500℃まではゲル化反応によるスラリーの増粘が確認されたが、仮焼温度を550℃以上にするとゲル化反応によるスラリーの増粘が抑制されることが確認できた。

Figure 2005179101
Table 2 shows the presence or absence of a B 2 O 3 peak around 2θ = 28 ° by an X-ray diffractometer for each calcining temperature of the colemanite glass used in this forsterite composition, and a 10 wt% PVA aqueous solution. The compatibility was compared. The results are shown in Table 2. It was confirmed that the slurry was thickened by the gelation reaction up to the calcining temperature of 500 ° C., but when the calcining temperature was 550 ° C. or higher, the thickening of the slurry by the gelation reaction was suppressed.
Figure 2005179101

(実施例3) Example 3

表3に、含まれるB量が0.02重量%であるマグネシアを使用したフォルステライト原料組成物(タイプE)においてジルコンの添加量の効果について比較した結果を示す。フォルステライト組成物100重量%に水を103重量%加えて、シリカ質の玉石の入ったボールミルにて48〜96時間粉砕・混合し、平均粒子径が3.5〜4.5μmになった後で、リグニンスルフォン酸ソーダ塩0.98重量%を表3に示す比率で水に溶解した後ボールミルに添加して30分以上ミル回転・混合した後、スラリーを排出する。 Table 3 shows the result of comparison of the effects of the amount of zircon added in the forsterite raw material composition (type E) using magnesia in which the amount of B 2 O 3 contained is 0.02% by weight. After adding 103% by weight of water to 100% by weight of the forsterite composition and grinding and mixing in a ball mill containing siliceous cobblestone for 48 to 96 hours, the average particle size becomes 3.5 to 4.5 μm. Then, 0.98% by weight of sodium lignin sulfonate was dissolved in water at the ratio shown in Table 3, and then added to a ball mill, rotated and mixed for 30 minutes or more, and then the slurry was discharged.

次にバインダーとして20重量%濃度のPVA水溶液の重合度500タイプ7.35重量%を添加、更に20重量%濃度のPVAの重合度300タイプ3.92重量%を添加し30分以上攪拌・混合する。   Next, as a binder, a PVA aqueous solution with a concentration of 20% by weight of 7.35% by weight is added, and a PVA polymer with a concentration of 20% by weight is added with 3.92% by weight. To do.

最後に49重量%濃度の酢酸ビニルエマルジョン2.45重量%を添加、更に18重量%濃度のステアリン酸エマルジョン4.31重量%を添加し30分以上攪拌・混合した後、スプレードライヤーで噴霧乾燥造粒した顆粒を成形・焼成してフォルステライト磁器を得る。   Finally, 2.45% by weight of a 49% vinyl acetate emulsion was added, and 4.31% by weight of 18% stearic acid emulsion was added and stirred and mixed for 30 minutes or more. The granulated granules are molded and fired to obtain forsterite porcelain.

この顆粒を成形型に充填し、1ton/cmの圧力で加圧成形し、最適焼成温度として1,270℃または1,300℃の酸化雰囲気電気炉で焼結し、幅4mm×厚み3mm×長さ45mmのテストピースを作成した。 This granule is filled into a mold, press-molded at a pressure of 1 ton / cm 2 , sintered in an oxidizing atmosphere electric furnace at 1,270 ° C. or 1,300 ° C. as the optimum firing temperature, width 4 mm × thickness 3 mm × A test piece having a length of 45 mm was prepared.

このテストピースを箱型乾燥機にて30分以上加熱した後、水中に投下してテストピースに発生するクラックの有無で耐熱衝撃性を確認した。温度設定条件は220℃から10℃刻みで上げていき、テストピースにクラックが発生するまで継続し、クラックが発生しなかった最高温度を耐熱衝撃性△t(℃)とした。その結果を表3に示す。   The test piece was heated in a box dryer for 30 minutes or more, then dropped in water, and the thermal shock resistance was confirmed by the presence or absence of cracks generated in the test piece. The temperature setting condition was increased from 220 ° C. in increments of 10 ° C. and continued until a crack occurred in the test piece, and the highest temperature at which no crack occurred was defined as thermal shock resistance Δt (° C.). The results are shown in Table 3.

この結果より、ジルコンを添加することにより耐熱衝撃性△t(℃)が向上することが確認できた。特にジルコン添加量が15〜25重量%の範囲のものは最適焼成温度の上昇もなく、また耐熱衝撃性△t(℃)が250℃以上となる点で好ましい。

Figure 2005179101
From this result, it was confirmed that the thermal shock resistance Δt (° C.) was improved by adding zircon. In particular, a zircon addition amount in the range of 15 to 25% by weight is preferable in that the optimum firing temperature does not increase and the thermal shock resistance Δt (° C.) is 250 ° C. or higher.
Figure 2005179101

(実施例4) Example 4

表4に、含まれるB量が0.05重量%のマグネシアを使用したフォルステライト原料組成物(タイプD)スラリーへのバインダー添加方法を比較した結果を示す。 Table 4 shows the results of comparing the binder addition method to the forsterite raw material composition (type D) slurry using magnesia having 0.05% by weight of B 2 O 3 contained therein.

バインダー添加方法Nとして20重量%濃度のPVA水溶液の重合度500タイプ7.35重量%を添加、更に20重量%濃度のPVAの重合度300タイプ3.92重量%を添加し30分以上攪拌・混合した後、40重量%濃度PEG水溶液を添加し30分以上混合した。最後に49重量%濃度の酢酸ビニルエマルジョン2.45重量%を表4に示す比率で水で薄めて添加、更に18重量%濃度のステアリン酸エマルジョン4.31重量%を表4に示す比率で水で薄めて添加し30分以上攪拌・混合した後、スラリー粘度を測定した。   As binder addition method N, a PVA aqueous solution with a concentration of 20% by weight of 7.35% by weight is added, and a PVA polymerization with a concentration of 20% by weight of 3.92% by weight is added, followed by stirring for 30 minutes or more. After mixing, a 40 wt% aqueous PEG solution was added and mixed for 30 minutes or more. Finally, 2.45 wt% of a 49 wt% vinyl acetate emulsion was diluted with water in the ratio shown in Table 4, and 4.31 wt% of 18 wt% stearic acid emulsion was added in the ratio shown in Table 4. The mixture was diluted and added, stirred and mixed for 30 minutes or more, and then the slurry viscosity was measured.

同様にPVA水溶液を水で薄めて添加場合のバインダー添加方法O、また更に最初にPEG水溶液を添加混合した後にPVA水溶液以下のバインダーを添加する方法Pのスラリー粘度の測定結果を示す。   Similarly, the measurement results of the slurry viscosity of the binder addition method O in the case where the PVA aqueous solution is diluted with water and added, and the method P in which the binder below the PVA aqueous solution is added after first adding and mixing the PEG aqueous solution are shown.

この結果より、20重量%濃度PVA水溶液は15重量%濃度以下まで水で薄めたものを添加する方法、及び添加順序として最初にPEG水溶液を添加した後PVA水溶液を添加する方法が最もゲル化反応によるスラリーの増粘を抑制することが確認された。

Figure 2005179101
From this result, 20% by weight PVA aqueous solution is the method of adding a solution diluted with water to 15% by weight or less, and the method of adding PVA aqueous solution first after adding PEG aqueous solution as the order of addition is the most gelation reaction It was confirmed that the thickening of the slurry due to the above was suppressed.
Figure 2005179101

本発明のフォルステライト原料組成物の製造方法を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the manufacturing method of the forsterite raw material composition of this invention. 従来例を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows a prior art example.

Claims (6)

シリカ源と、含まれるB量が0.05重量%以下であるマグネシアを主成分として含むことを特徴とするフォルステライト原料組成物。 Silica source and, forsterite material composition amount of B 2 O 3, characterized in that it comprises as a main component magnesia is 0.05 wt% or less contained. コレマナイトガラスを1〜2重量%含むことを特徴とする請求項1記載のフォルステライト原料組成物。 2. The forsterite raw material composition according to claim 1, comprising 1-2% by weight of colemanite glass. 仮焼温度が550℃以上のコレマナイトガラスを使用することを特徴とする請求項2に記載のフォルステライト原料組成物。 The forsterite raw material composition according to claim 2, wherein a colemanite glass having a calcining temperature of 550 ° C or higher is used. ジルコンを15〜25重量%含むことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載されたフォルステライト原料組成物。 The forsterite raw material composition according to any one of claims 1 to 3, comprising 15 to 25% by weight of zircon. 請求項1〜4の何れかに記載されたフォルステライト原料組成物に、バインダーとしてまずポリエチレングリコールを添加し、次にポリビニルアルコールまたは酢酸ビニルまたはステアリン酸を水溶液またはエマルジョンとして添加した後、乾燥、造粒、成形、焼成する工程からなるフォルステライト焼結体の製造方法。 First, polyethylene glycol is added as a binder to the forsterite raw material composition according to any one of claims 1 to 4, and then polyvinyl alcohol, vinyl acetate, or stearic acid is added as an aqueous solution or emulsion, and then dried, prepared. A method for producing a forsterite sintered body comprising the steps of granulating, forming and firing. 上記ポリビニルアルコールを濃度15重量%以下の水溶液として添加することを特徴とする請求項5記載のフォルステライト焼結体の製造方法。 6. The method for producing a forsterite sintered body according to claim 5, wherein the polyvinyl alcohol is added as an aqueous solution having a concentration of 15% by weight or less.
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