JP2006327842A - マイクロ波焼成炉用の耐火断熱材 - Google Patents

Abstract

【課題】 マイクロ波焼成炉内に配される、炉壁材の内張り断熱材、又は被焼成物を収める加熱用サヤなどのマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材を提供する。
【解決手段】 マイクロ波の照射によって被焼成物を自己発熱で焼成するためのマイクロ波焼成炉内に配される耐火断熱材であって、チタンを含む擬ブルッカイト結晶構造を有し、かつ酸化チタン、酸化ジルコニム、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化ガドリニウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化コバルト、及び組成式：（Ｎａ_yＫ_1-y）ＡｌＳｉ₃Ｏ₈（式中、０≦ｙ≦１）で表わされるアルカリ長石からなる群から選ばれる少なくとも１種の添加剤を含む焼結体材料からなる。
【選択図】なし

Description

本発明は、マイクロ波の照射によって陶磁器材料やファインセラミックス材料などの被焼成物を、自己発熱によって焼成を行うためのマイクロ波焼成炉内に配される、炉壁材の内張り断熱材、又は被焼成物を収納する加熱用サヤなどのマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材に関する。

従来、被焼成物の焼成には、電気炉やガス炉などが一般に使用されている。しかし、このような外部からの加熱による焼成の場合には、被焼成物の割れやクラックの発生を防ぐため、表面と内部との間で温度差が大きくならないように炉内温度を緩やかに上昇させることが必要であった。このため、焼成時間が長くなり、エネルギー的にも効率的でないという問題があった。

このような問題を解決するために、近年、マイクロ波(例えば、周波数２．４５GHｚ)による被焼成物の焼成法が提案されている（例えば、特許文献１など）。この方法は、急速加熱ができ、焼成時間の短縮や雰囲気の制御性等に優れており、環境負荷の低減等の要求と相まって、優れた焼成法として注目を集めている。

また、マイクロ波焼成の場合、マイクロ波が被焼成物に吸収され、被焼成物が自己発熱するため、被焼成物の表面と内部との間で温度差は小さくなり、焼成時間の短縮が可能であると同時に被焼成物の均一な焼成が可能であり、高品質の焼成物が得られる利点がある。

一方、このマイクロ波による被焼成物の自己発熱による焼成においては、被焼成物だけでなく、マイクロ波焼成炉の炉壁材の内張り材や、被焼成物を収納する加熱サヤとして、マイクロ波吸収特性を有する耐火断熱材で被焼成物を囲み、被焼成物の放射冷却による温度勾配の発生を抑制することによって、放射冷却によるエネルギーの低減や被焼成物をより一層均一に焼成することが図られている。

このためのマイクロ波吸収特性を有する耐火断熱材としては、下記の（１）〜（３）の厳しい特性を有することが必要とされる。（１）優れた耐熱性、耐酸化性を有する。（２）マイクロ波吸収によって発熱しながらも、放射冷却によって発生する被焼成物との間の温度勾配をより小さくするような優れた断熱性を有する。（３）短時間での急速な昇温及び冷却という使用環境に対して優れた、耐熱衝撃性、耐スポール性を有する。

上記の特性を目標とした耐火断熱材として、従来、既に幾つかのものが実用化乃至提案されている（特許文献２、特許文献３など参照）。しかしながら、これまでの耐火断熱材は、上記の特性を必ずしも充分満足するものではなく、上記マイクロ波焼成法を行うのに適した、より高性能の耐火断熱材が求められている。
特開平８−１０６９８０号公報 特開平２００４−１０１１２２号公報 特開平２００４−１３８３２７号公報

本発明は、マイクロ波焼成炉内に配される、炉壁材の内張り断熱材や被焼成物を収める加熱用サヤなどの、より高性能なマイクロ波焼成炉用として新規な耐火断熱材を提供することを目的としている。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討したところ、特定の組成を有し、かつ特定の添加剤を含有するチタン酸アルミニウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸アルミニウムマグネシウムなどのチタンを含む擬ブルッカイト結晶構造を有する焼結体が、上記のマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材として極めて優れることを見出した。なお、本発明のマイクロ波焼成炉とは、純粋にマイクロ波のみを使用する焼成炉のほかに、焼成炉内の雰囲気などの温度の制御に従来のガスや電気などを利用するハイブリッド型の焼成炉も意味しており、本発明の耐火断熱材は、このようなハイブリッド型焼成炉においても有利に使用できる。

かくして、本発明は、次の要旨を有するものである。
（１）マイクロ波の照射によって被焼成物を自己発熱で焼成するためのマイクロ波焼成炉内に配される耐火断熱材であって、チタンを含む擬ブルッカイト型結晶構造を有し、かつ酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化ガドリニウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化コバルト、及び組成式：（Ｎａ_yＫ_1-y）ＡｌＳｉ₃Ｏ₈（式中、０≦ｙ≦１）で表わされるアルカリ長石からなる群から選ばれる少なくとも１種の添加剤を含む焼結体材料からなることを特徴とするマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材。
（２）チタンを含む擬ブルッカイト型結晶構造を有する焼結体材料が、チタン酸アルミニウム焼結体、チタン酸マグネシウム焼結体、チタン酸鉄焼結体、五酸化チタン（trititanium pentoxide）焼結体、組成式：Ｆｅ_2WＡｌ_2(1-W)ＴｉＯ₅（式中、０<ｗ<１）で表されるチタン酸アルミニウム鉄焼結体、組成式：Ｍｇ_vＦｅ_2(1-v)Ｔｉ_(1＋ｖ)Ｏ₅（式中、０<ｖ<１）で表されるチタン酸マグネシウム鉄焼結体、又は組成式：Ｍｇ_xＡｌ_2(1-x)Ｔｉ_(1+x)Ｏ₅（式中、０<ｘ<１）で表されるチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体である請求項１に記載のマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材。
（３）添加剤が、焼結体材料中に１〜４０重量％、好ましくは３〜３０重量％含有される上記（１）又は（２）に記載のマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材。
（４）誘電損率が、５００℃において０．０１以上、１０００℃において０．１以上であり、好ましくは、５００℃において０．０５以上、１０００℃において０．５以上であり、特に好ましくは５００℃において０．０５以上、１０００℃において１．０以上である上記（１）〜（３）のいずれかに記載のマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材。
（５）熱膨張係数が４．０×１０^-6Ｋ^-1以下、好ましくは３．０×１０^-6Ｋ^-1以下である上記（１）〜（４）のいずれかに記載のマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材。
（６）常温での熱伝導率が２．５Ｗ／ｍ・ｋ以下、好ましくは２．０Ｗ／ｍ・ｋ以下である上記（１）〜（５）のいずれかに記載のマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材。
（７）マイクロ波焼成炉の炉壁材の内張り断熱材として配される上記（１）〜（６）のいずれかに記載のマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材。
（８）被焼成物を収める加熱用サヤとして、マイクロ波焼成炉内に配される上記（１）〜（６）のいずれかに記載のマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材。
（９）上記（１）〜（８）のいずれかに記載の耐火断熱材を使用したマイクロ波焼成炉。
（１０）マイクロ波焼成炉が、焼成炉内の雰囲気温度をガス又は電気で制御するハイブリッド型のマイクロ波焼成炉である上記（９）に記載のマイクロ波焼成炉。

本発明のマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材を構成する、上記特定の組成を有し、かつ上記特定の添加剤を含有するチタン酸アルミニウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸アルミニウムマグネシウムなどのチタンを含む擬ブルッカイト型結晶構造を有する焼結体は、マイクロ波を吸収し、発熱体となる。

特に、上記の特定の添加剤の種類と量を変えることにより、マイクロ波焼成炉用耐火断熱材としての特性を制御できる。これにより、高い耐熱性、熱分解耐性及び大きい機械的強度を有し、熱伝導率が低く、かつ極めて低い熱膨張係数を有するために、急速な昇温、冷却にも耐えられる、耐熱衝撃性、耐スポーリング性を示す。このため、従来にない優れたマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材が提供される。

本発明のマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材は、チタンを含む擬ブルッカイト型結晶構造を有する焼結体から形成される。なお、本発明で耐火断熱材とは、マイクロ波焼成炉に配置されて使用される耐火断熱材を全て意味するものであり、例えば、マイクロ波焼成炉の炉壁材、炉壁材の内張材、さらには、被焼成物をその中に収納する箱状の加熱サヤなどが挙げられる。被焼成物を収納した加熱サヤは、それをマイクロ波焼成炉中に配置して使用されるもので、焼成エネルギーの低減や、より均一な焼成を行うために使用される。また、本発明でマイクロ波による焼成とは、焼結をも意味するものである。

本発明で使用されるチタンを含む擬ブルッカイト型結晶構造を有する焼結体は、この範疇に入る焼結体が含まれるが、なかでも、チタン酸アルミニウム焼結体、チタン酸マグネシウム焼結体、チタン酸鉄焼結体、五酸化チタン（trititanium pentoxide）焼結体、組成式：Ｆｅ_2WＡｌ_2(1-W)ＴｉＯ₅（式中、０<ｗ<１）で表されるチタン酸アルミニウム鉄焼結体、組成式：Ｍｇ_vＦｅ_2(1-v)Ｔｉ_(1＋ｖ)Ｏ₅（式中、０<ｖ<１）で表されるチタン酸マグネシウム鉄焼結体、又は組成式：Ｍｇ_xＡｌ_2(1-x)Ｔｉ_(1+x)Ｏ₅（式中、０<ｘ<１）で表わされるチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体が好ましい。なかでも、チタン酸アルミニウム焼結体、チタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体が好適である。

これらのチタンを含む擬ブルッカイト型結晶構造を有する焼結体には、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化ガドリニウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化コバルト、及び組成式：（Ｎａ_yＫ_1-y）ＡｌＳｉ₃Ｏ₈（式中、０≦ｙ≦１）で表わされるアルカリ長石からなる群から選ばれる少なくとも１種の添加剤が含まれる。酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化マグネシウム、及び酸化ガドリニウムは、必ずしも、純度の高い合成物でなくともよく、鉱物などの天然物、又は後の焼成過程で酸化物に転化するそれらの前駆体であってもよい。

また、アルカリ長石は、組成式：（Ｎａ_ｙＫ_１−ｙ）ＡｌＳｉ_３Ｏ_８で表わされるものが好ましく使用される。式中、ｙは、０≦ｙ≦１を満足し、０．１≦ｙ≦１が好ましく、特に、０．１５≦ｙ≦０．８５であるものが好ましい。この範囲のｙ値を有するアルカリ長石は融点が低く、チタン酸アルミニウムやチタン酸アルミニウムマグネシウムの焼結促進に特に有効であり、良好な耐火断熱材が得られる。

これらの添加剤の含有量は、目的とする耐火断熱材の特性により選択されるが、焼結体材料中に好ましくは１〜４０重量％含有される。添加剤の含有量が１重量％よりも小さい場合には、マイクロ波照射による発熱の速度が小さくなり好ましくない。逆に、添加量が４０重量％よりも大きい場合には、熱膨張係数が大きくなり好ましくない。なかでも、添加剤の含有量は、焼結体材料中に３〜３０重量％含有されるのが特に好適である。

本発明の特定の組成を有しかつ特定の添加剤を含有するチタンを含む擬ブルッカイト型結晶構造を有する焼結体の代表例である、チタン酸アルミニウム焼結体やチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体は、好ましくは次のようにして製造される。
（ａ）：チタン酸アルミニウム焼結体
チタン酸アルミニウム焼結体は、ＴｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３とを前者／後者のモル比率として５０／５０で含む混合物を１００質量部と、添加剤を１〜１０質量部と、を含有する原料混合物を１２５０〜１７００℃で焼成して得られる。

上記の、チタン酸アルミニウムを形成するＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３としては、それぞれ、必ずしも純粋なＴｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３である必要はなく、焼成によりチタン酸アルミニウムを生成できる成分であれば特に限定はない。通常、アルミナセラミックス、チタニアセラミックス、チタン酸アルミニウムセラミックスなどの各種セラミックスの原料として用いられるもののなかから適宜選択して使用される。例えば、Ａｌ，Ｔｉを金属成分に含む複合酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩なども使用できる。

本発明の耐火断熱材の場合、上記したＴｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３との混合物に対して、添加剤が加えられる。本発明では、上記の添加剤のほかに、必要に応じて他の焼結助剤を使用することができ、得られる焼結体の性質を改善できる。他の焼結助剤としては、例えば、ＳｉＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３などが挙げられる。

上記のＴｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３との混合物、添加剤、及び必要に応じて焼結助剤を含む原料混合物は、充分に混合し、粉砕される。原料混合物の混合、粉砕については、特に限定的でなく既知の方法に従って行われる。例えば、ボールミル、媒体攪拌ミルなどを用いて行えばよい。原料混合物の粉砕の程度は、特に限定的でないが、平均粒子径が好ましくは１０μｍ以下、特に好ましくは１〜５μｍが好適である。これは、二次粒子が形成されない範囲であればできるだけ小さい方が好適である。

原料混合物には、好ましくは、成形助剤を配合することができる。成形助剤としては、結合剤、造孔剤、離型剤、消泡剤、及び解こう剤などの既知のものが使用できる。結合剤としては、ポリビニルアルコール、マイクロワックスエマルジョン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどが好ましい。造孔剤としては、活性炭、コークス、ポリエチレン樹脂、でんぷん、黒鉛などが好ましい。離型剤としては、ステアリン酸エマルジョンなどが、消泡剤としては、ｎ−オクチルアルコール、オクチルフェノキシエタノールなどが、解こう剤としては、ジエチルアミン、トリエチルアミンなどが好ましい。

成形助剤の使用量については特に限定的ではないが、本発明の場合に、(酸化物として換算)原料混合物１００質量部に対して、いずれも固形物換算でそれぞれ以下の範囲とするのが好適である。すなわち、結合剤を好ましくは０．２〜０．６質量部程度、離型剤を好ましくは０．２〜０．７質量部程度、消泡剤を好ましくは０．５〜１．５質量部程度、及び解こう剤を好ましくは０．５〜１．５質量部程度用いるのが好適である。

上記成形助剤を加えた原料混合物は混合、混練し、可塑化したものを最終的に必要とされる形状の耐火断熱材に成形する。この成形体は乾燥し、次いで、１２５０〜１７００℃、好ましくは１３００〜１６００℃にて焼成される。焼成雰囲気については特に限定がなく、通常採用されている空気中などの含酸素雰囲気が好ましい。焼成時間は、焼結が充分に進行するまで焼成すればよく、通常は１〜２０時間程度が採用される。

上記焼成の際の昇温速度や降温速度についても特に制限はなく、得られる焼結体にクラックなどが入らないような条件を適宜設定すればよい。例えば、原料混合物中に含まれる水分、結合剤などの成形助剤を充分に除去するために急激に昇温することなく、徐々に昇温することが好ましい。また、上記した焼成温度に加熱する前に、必要に応じて、好ましくは５００〜１０００℃程度の温度範囲において、１０〜３０時間程度の穏やかな昇温により仮焼結を行うことによって、チタン酸アルミニウムマグネシウムが形成する際に焼結体内の熱応力を緩和することができ、焼結体中のクラックの発生を抑制できる。

このようにして得られる焼結体は、チタン酸アルミニウムを基本成分として、添加剤に含まれる、マイクロ波照射によって自己発熱する成分が、チタン酸アルミニウムの結晶系とは別に焼結体中を均一に分散、含有したものとなる。このような焼結体は、マイクロ波焼成炉用の耐火断熱材として、大きい誘電損率、高い耐熱性及び低熱膨張係数を兼ね備え、しかも結晶構造が安定化されていることにより、優れた熱分解耐性を有する焼結体となる。
（ｂ）チタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体
チタン酸アルミニウムマグネシウムは、好ましくは、組成式：Ｍｇ_xＡｌ_2(1-x)Ｔｉ_(1+x)Ｏ₅（式中、式中、０<ｘ<１）で表わされるが、該焼結体は、上記組成式における、Ｍｇ、Ａｌ及びＴｉの金属成分比と同様の金属成分比率で、Ｍｇ含有化合物、Ａｌ含有化合物及びＴｉ含有化合物を含む混合物を酸化物換算量として１００質量部、並びに添加剤を含有する原料混合物を１０００〜１７００℃で焼成することにより得られる。

原料として用いる上記Ｍｇ含有化合物、Ａｌ含有化合物、及びＴｉ含有化合物としては、焼成によりチタン酸アルミニウムマグネシウムを合成できる成分であれば特に限定なく使用できる。Ｍｇ含有化合物、Ａｌ含有化合物、及びＴｉ含有化合物としては、それぞれ別個の化合物でなくてもよく、２種以上の金属成分を含む化合物であってもよい。これらの原料化合物は、通常、アルミナセラミックス、チタニアセラミックス、マグネシアセラミックス、チタン酸アルミニウムセラミックス、チタン酸マグネシウムセラミックス、スピネルセラミックス、チタン酸アルミニウムマグネシウムセラミックスなどの各種セラミックスの原料として用いられるもののうちから適宜選択して用いればよい。このような化合物の具体例としては、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＭｇＯなどの酸化物、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄、Ａｌ₂ＴｉＯ₅、ＭｇＴｉ_２Ｏ₅、ＭｇとＴｉを含む各スピネル型構造体などの２種類以上の金属成分を含む複合酸化物、Ａｌ、Ｔｉ及びＭｇからなる群から選ばれた１種又は２種以上の金属成分を含む化合物（炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩など）などを例示できる。

Ｍｇ含有化合物、Ａｌ含有化合物、及びＴｉ含有化合物の混合割合はこれらの化合物に含まれる金属成分の比率が、上記した組成式：Ｍｇ_xＡｌ_2(1-x)Ｔｉ_(1+x)Ｏ₅（式中、式中、０<ｘ<１）で表わされるチタン酸アルミニウムマグネシウムにおけるＭｇ，Ａｌ及びＴｉの金属成分比と同様の比率、好ましくは同一の比率となるようにすればよい。このような割合で上記各化合物を混合して用いることによって、原料として用いた混合物における金属成分比と同様の金属成分比を有するチタン酸アルミニウムマグネシウムを得ることができる。

本発明の耐火断熱材を得る場合、上記したＭｇ含有化合物、Ａｌ含有化合物及びＴｉ含有化合物を含む混合物に対して、上記（ａ）のチタン酸アルミニウム焼結体の場合と同様に、添加剤が加えられる。添加剤の使用量も（ａ）のチタン酸アルミニウム焼結体の場合と同様に、目的とする耐火断熱材の特性に応じて選択される。

Ｍｇ含有化合物、Ａｌ含有化合物及びＴｉ含有化合物を含む混合物に添加剤を加えた原料混合物は、必要に応じて他の焼結助剤を加えることにより、得られる焼結体の性質を改善でき、また、上記の原料混合物からマイクロ波焼成炉に使用される耐火断熱材を製造する工程は、上記（ａ）のチタン酸アルミニウム焼結体の場合と同様である。但し、この場合の焼成温度は、１０００〜１７００℃、好ましくは１２５０〜１５００℃である。

このようにして得られる焼結体は、組成式：Ｍｇ_xＡｌ_2(1-x)Ｔｉ_(1+x)Ｏ₅（式中、０<ｘ<１）で表わされるチタン酸アルミニウムマグネシウムを基本成分として、添加剤に含まれる成分がチタン酸アルミニウムマグネシウム結晶の系外に析出し、均一分散して含まれることで、マイクロ波照射による自己発熱が焼結体全体で起こる事となる。このような焼結体は、マイクロ波焼成炉用の耐火断熱材として、大きい誘電損率と、高い耐熱性と低熱膨張係数を兼ね備え、しかも結晶構造が安定化されていることにより、優れた熱分解耐性を有する焼結体となる。

本発明のマイクロ波吸収焼成炉用の耐火断熱材は、上記のように、特定の組成を有しかつ特定の添加剤を含有するチタンを含む擬ブルッカイト結晶構造を有する焼結体を形成する原料混合物を、耐火断熱材として最終的に使用される形状に予め成形し、次いで焼成することにより製造してもよいし、また、一旦、製造されたチタンを含む擬ブルッカイト結晶構造を有する焼結体を粉砕し、粉末化し、該粉末を耐火断熱材として最終的に使用される形状に成形して製造することもできる。後者の場合も、成形にあっては、上記したと同様な成形助剤が使用でき、また、同様な成形方法が使用できる。

また、本発明のマイクロ波吸収焼成炉用の耐火断熱材は、上記のチタンを含む擬ブルッカイト結晶構造を有する焼結体から形成されるが、必要に応じて、これら以外の成分として、誘電損失が異なる、マイクロ波吸収の大きい物質又は小さい物質をさらに含有させることによって、耐火断熱材のマイクロ波吸収の程度を制御することができる。

本発明のマイクロ波吸収焼成炉用の耐火断熱材は、上記のチタンを含む擬ブルッカイト結晶構造を有する焼結体の単体から形成してもよいが、マイクロ波吸収の程度を制御し、発熱量を変えるなどのために、適宜の基材の表面に塗布して連続皮膜として形成することができる。連続皮膜の厚みは、必要とするマイクロ波吸収の程度によって異なるが、通常、１０ｍｍ以下、好ましくは０．５〜２ｍｍである。

チタンを含む擬ブルッカイト結晶構造を有する焼結体の連続皮膜を表面に形成する基材としては、好ましくは、アルミナシリカ繊維を主成分とするセラミックファイバーボードを挙げることができる。セラミックファイバーボードは、マイクロ波の透過が可能であると共に、優れた断熱性及び耐火性と、高い耐スポーリング特性を有しており、好ましく使用できる。

基材の表面にチタンを含む擬ブルッカイト結晶構造を有する焼結体の連続皮膜を形成する方法としては、上記した焼結体を形成する原料混合物の粉末、又は焼結体を粉砕した粉末を、水、アルコールなどの有機溶媒などの適宜の媒体に分散させたスラリー状液を調製し、このスラリー液を基材の表面に塗布、噴霧などの手段により被覆する。次いで、被覆物は、必要に応じて上記した条件において焼成することにより連続皮膜が得られる。

次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。

実施例１
易焼結α型アルミナを５６．１質量％（５０モル％）、及びアナタース型酸化チタンを４３．９質量％（５０モル％）からなる混合物１００質量部に対して、添加剤として、化学式：（Ｎａ_0.6Ｋ_0.4）ＡｌＳｉ_３Ｏ_８で表されるアルカリ長石を４質量部、化学式：Ｇｄ_２Ｏ_３で表される酸化ガドリニウムを７質量部、バインダーとしてポリビニルアルコールを０．２５質量部、解膠剤としてジエチルアミンを１質量部、消泡剤としてポリプロピレングリコール０．５質量部を加えた。得られる混合物をボールミルで３時間混合後、１２０℃の乾燥機で１２時間以上乾燥させて原料粉末を得た。

該原料粉末をジェットミル（ホソカワミクロン社製）により平均粒径５μｍ程度に粉砕し、プレス成形機を使用して成形し、厚み２０ｍｍ、縦１５０ｍｍ、横１５０ｍｍの形状の成形体を得た。この成形体を乾燥した後、１５００℃にて２時間大気中で焼成した。結いで、放冷することにより焼結体を得た。

実施例２
易焼結α型アルミナ２６．７質量％（２０モル％）、アナタース型酸化チタン６２．８質量％（６０モル％）及びペリクレース（Ｐｅｒｉｃｌａｓｅ）型の酸化マグネシウム１０．５質量％（２０モル％）からなる混合物１００質量部に対して、添加剤として、化学式：（Ｎａ_0.6Ｋ_0.4）ＡｌＳｉ_３Ｏ_８で表されるアルカリ長石を４質量部、化学式：ＴｉＯ_２で表される酸化チタンを１５質量部、バインダーとしてポリビニルアルコールを０．２５質量部、解膠剤としてジエチルアミンを１質量部、消泡剤としてポリプロピレングリコールを０．５質量部加えた。得られる混合物をボールミルで３時間混合後、１２０℃の乾燥機で１２時間以上乾燥させて原料粉末を得た。
該原料粉末を使用して、実施例１と同様にして粉砕、成形、乾燥、及び焼成を行うことにより焼結体を得た。

実施例３
易焼結α型アルミナ２６．７質量％（２０モル％）、アナタース型酸化チタン６２．８質量％（６０モル％）及びペリクレース（Ｐｅｒｉｃｌａｓｅ）型の酸化マグネシウム１０．５質量％（２０モル％）からなる混合物１００質量部に対して、添加剤として、化学式：（Ｎａ_0.6Ｋ_0.4）ＡｌＳｉ_３Ｏ_８で表されるアルカリ長石を４質量部、化学式：Ｆｅ_２Ｏ_３で表される酸化鉄を２０質量部、バインダーとしてポリビニルアルコールを０．２５質量部、解膠剤としてジエチルアミンを１質量部、消泡剤としてポリプロピレングリコールを０．５質量部加えた。得られる混合物をボールミルで３時間混合後、１２０℃の乾燥機で１２時間以上乾燥させて原料粉末を得た。
該原料粉末を使用して、実施例１と同様にして粉砕、成形、乾燥、及び焼成を行うことにより焼結体を得た。

比較例１
添加剤として、アルカリ長石と酸化ガドリニウムを使用しないほかは実施例１と全く同様にしてチタン酸アルミニウム焼結体からなる成形体を得た。
［成形体についての特性試験］
上記の実施例１〜実施例３、及び比較例１の焼結体について、気孔率（％）、常温での熱伝導率（Ｗ／ｍ・ｋ）、室温から８００℃における熱膨張係数（×１０^-6Ｋ^-1）、水中投下法による耐熱衝撃抵抗（℃）、軟化温度（℃）、及び３点曲げ強度（ＭＰａ）を測定し、その結果を表１に示した。なお、気孔率は、ＪＩＳＲ１６３４、熱伝導率はＪＩＳＲ１６１１、熱膨張係数は、ＪＩＳＲ１６１８、耐熱衝撃抵抗は、ＪＩＳＲ１６４８、軟化温度は、ＪＩＳＲ２２０９、３点曲げ強度は、ＪＩＳＲ１６０１に準拠する方法で測定した。

［熱分解耐性試験］
各擬ブルッカイト型結晶構造の結晶からなる焼結体が熱分解するときには、以下の表２に示すように組成Aの結晶が組成BとCの結晶へと経時的に分解を起こす。

そこで、実施例１〜３、及び比較例１の成形体からいずれも縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×長さ１０ｍｍの試験片を切り出し、大気中で１１００℃の電気炉の中に保持し、擬ブルッカイト型結晶構造の結晶の残存率α（％）の経時変化を調べることにより熱分解耐性試験を行った。

なお、各々の成形体について、擬ブルッカイト型結晶構造の結晶の残存率α（％）は、Ｘ線回折測定（ＸＲＤ）のスペクトルから以下の方法により求めた。

まず、成形体に含まれる擬ブルッカイト型結晶構造の結晶（組成Ａ）の回折ピークの最大積分強度（Ｉ_組成Ａ）と、擬ブルッカイト型結晶構造の結晶の熱分解に応じて生成する結晶（組成B）の回折ピークの最大積分強度（Ｉ_組成Ｂ）を用いて、組成Aの組成Bに対する強度比Rを下記式より求めた。

R＝Ｉ_組成Ａ／（I_組成Ａ＋Ｉ_組成Ｂ）

更に、１１００℃における熱処理を行う前の焼結体についても同様の方法で組成Aの組成Bに対する強度比R_０を求めた。次いで、上記方法で求めたRとR_０を用いて、下記式より組成Aの残存率α（％）を求めた。
α＝（R／R_０）×１００

［マイクロ波照射発熱試験］
上記実施例１〜３、比較例１で製造した焼結体について、マイクロ波焼成炉用の耐火断熱材としての特性をテストした。

各焼結体から、１００ｍｍ×１００ｍｍ角、厚さ１０ｍｍの試料を切り出し、これをアルミナ・ムライト製の断熱ボードで覆い、マイクロ波２．４５ＧＨｚ、３ｋＷの出力、放射率を０.９５として、室温から１６００℃までの発熱の様子を放射温度計によって測定した。結果を図２に示した。図２の結果から明らかなように従来の比較例１に比べて、発熱速度が速い結果となり、また、添加剤の種類や添加量によって発熱速度を制御できる結果となった。

本発明の実施例１、２と比較例１の各焼結体についての擬ブルッカイト型結晶構造の結晶の残存率αの経時変化を示す。 本発明の各実施例の焼結体についてマイクロ波照射による昇温特性を示す。

Claims (10)

1. マイクロ波の照射によって被焼成物を自己発熱で焼成するためのマイクロ波焼成炉内に配される耐火断熱材であって、チタンを含む擬ブルッカイト型結晶構造を有し、かつ酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化ガドリニウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化コバルト、及び組成式：（Ｎａ_yＫ_1-y）ＡｌＳｉ₃Ｏ₈（式中、０≦ｙ≦１）で表わされるアルカリ長石からなる群から選ばれる少なくとも１種の添加剤を含む焼結体材料からなることを特徴とするマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材。
2. チタンを含む擬ブルッカイト型結晶構造を有する焼結体材料が、チタン酸アルミニウム焼結体、チタン酸マグネシウム焼結体、チタン酸鉄焼結体、五酸化チタン焼結体、組成式：Ｆｅ_2WＡｌ_2(1-W)ＴｉＯ₅（式中、０<ｗ<１）で表されるチタン酸アルミニウム鉄焼結体、組成式：Ｍｇ_vＦｅ_2(1-v)Ｔｉ_(1＋ｖ)Ｏ₅（式中、０<ｖ<１）で表されるチタン酸マグネシウム鉄焼結体、又は組成式：Ｍｇ_xＡｌ_2(1-x)Ｔｉ_(1+x)Ｏ₅（式中、０<ｘ<１）で表されるチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体である請求項１に記載のマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材。
3. 添加剤が、焼結体材料中に１〜４０重量％含有される請求項１又は２に記載のマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材。
4. 誘電損率が、５００℃において０．０１以上であり、かつ１０００℃において０．１以上である請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材。
5. 熱膨張係数が４．０×１０^-6Ｋ^-1以下である請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材。
6. 常温での熱伝導率が２．５Ｗ／ｍ・ｋ以下である請求項１〜５のいずれかに記載のマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材。
7. マイクロ波焼成炉の炉壁材の内張り断熱材として配される請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材。
8. 被焼成物を収納する加熱用サヤとして、マイクロ波焼成炉内に配される請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロ波焼成炉用の耐火断熱材。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の耐火断熱材を使用したマイクロ波焼成炉。
10. マイクロ波焼成炉が、焼成炉内の雰囲気温度をガス又は電気で制御するハイブリッド型のマイクロ波焼成炉である請求項９に記載のマイクロ波焼成炉。

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