JP2019202905A

JP2019202905A - セラミック炭

Info

Publication number: JP2019202905A
Application number: JP2018097746A
Authority: JP
Inventors: 伊織野崎; Iori Nozaki; 志津恵阿部; Shizue Abe
Original assignee: Miyawo Co Ltd
Current assignee: Miyawo Co Ltd
Priority date: 2018-05-22
Filing date: 2018-05-22
Publication date: 2019-11-28

Abstract

【課題】赤外線放射率が高く、耐熱衝撃性に優れたセラミック炭の提供。【解決手段】本発明のセラミック炭１は、主材としてスポジューメンを含む素地に、Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤が添加されたものからなる。【選択図】図１

Description

本発明は、セラミック炭に関する。

木炭に代わる遠赤外線放射源として、セラミック炭が広く用いられている。このようなセラミック炭として、例えば、主材として使用されるコージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２）に酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）を添加したものが知られている（特許文献１参照）。

特開２００４−２１０５７１号公報

コージェライトを主材として含む従来のセラミック炭は、耐熱衝撃性が低く、急激な温度変化により、破損し易いという問題があった。

本発明の目的は、赤外線放射率が高く、耐熱衝撃性に優れたセラミック炭を提供することである。

前記課題を解決するための手段は、以下の通りである。即ち、
＜１＞主材としてスポジューメンを含む素地に、Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤が添加されたものからなるセラミック炭。

＜２＞前記素地中に含まれる前記Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤の割合が、０．５質量％以上である前記＜１＞に記載のセラミック炭。

本発明によれば、赤外線放射率が高く、耐熱衝撃性に優れたセラミック炭を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るセラミック炭を模式的に表した説明図実施例１のセラミック炭の赤外線放射率の測定結果を示すグラフ実施例２のセラミック炭の赤外線放射率の測定結果を示すグラフ実施例３のセラミック炭の赤外線放射率の測定結果を示すグラフ比較例１のセラミック炭の赤外線放射率の測定結果を示すグラフ比較例３のセラミック炭の赤外線放射率の測定結果を示すグラフ比較例４のセラミック炭の赤外線放射率の測定結果を示すグラフ比較例５のセラミック炭の赤外線放射率の測定結果を示すグラフ比較例６のセラミック炭の赤外線放射率の測定結果を示すグラフ比較例７のセラミック炭の赤外線放射率の測定結果を示すグラフ比較例７のセラミック炭の表面に形成された孔を示す写真

〔セラミック炭〕
本発明の一実施形態に係るセラミック炭１を、図１を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るセラミック炭１を模式的に表した説明図である。

セラミック炭１は、スポジューメンを主材とし、かつＳｎ−Ｓｂ含有添加剤が添加された素地からなる。セラミック炭１は、基本的に、このような素地のみからなり、施釉層を備えていない。

セラミック炭１の素地は、少なくとも５５質量％以上（好ましくは、６０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上）の割合で、スポジューメン（Ｌｉ_２Ｏ・Ａｌ_２Ｏ_３・４ＳｉＯ_２系）を含有する。セラミック炭１の素地を構成するスポジューメンは、一般的なペタライト（Ｌｉ_２Ｏ・Ａｌ_２Ｏ_３・８ＳｉＯ_２）を焼成することで得られる。

また、セラミック炭１の素地中には、赤外線放射率を高める等の目的で、Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤が所定の割合で配合されている。

Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤は、少なくともスズ（Ｓｎ）化合物とアンチモン（Ｓｂ）化合物を含有する添加剤である。このようなＳｎ−Ｓｂ含有添加剤としては、酸化スズ（ＩＶ）（ＳｎＯ_２）と、五酸化二アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_５）の混合粉末、ＳｎＯ_２−Ｓｂ_２Ｏ_５系のセラミック材の粉末等が挙げられる。

スズ化合物とアンチモン化合物の混合比は、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はない。

セラミック炭１の素地中におけるＳｎ−Ｓｂ含有添加剤の含有割合（含有率）は、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、少なくとも０．５質量％以上、好ましくは１質量％以上の割合で添加される。なお、Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤の含有割合（含有率）の上限は、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、通常、５質量％以下に設定されることが好ましい。

セラミック炭１の素地中には、スポジューメンやＳｎ−Ｓｂ含有添加剤以外に、着色を目的とした顔料、セラミック炭１の成形性の確保等を目的とした粘土等が添加されてもよい。また、本発明の目的を損なわない限り、顔料や粘土以外の添加剤が更に添加されてもよい。

セラミック炭１は、本発明の目的を損なわない限り、その製造方法は特に制限されず、例えば、ペタライト、Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤、粘土等を含む組成物を、公知の成形方法（例えば、鋳込み成形法、ローラマシン成形法、押し出し成形法、プレス成形法等）により成形したのち、その成形体を１２００℃〜１３００℃で焼成することで得られる。なお、セラミック炭１の製造時にスラリーを作製する際、水と共に、ケイ酸ナトリウムやポリカルボン酸系等の分散剤等が、適宜、添加・混合されてもよい。

図１に示されるセラミック炭１は、有天筒状（筒体の上方の端部を閉塞した形状）をなしている。なお、セラミック炭１の形状は、これに限られず、様々な形状であってもよい。

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。

〔実施例１〕
直径６０ｍｍの有天筒状のセラミック炭を、以下の方法により作製した。
（１）スラリーの作製
所定量の水に、粘土４０質量部、ペタライト６０質量部、黒色顔料（Ｃｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ含有顔料）３質量部、及びＳｎ−Ｓｂ含有添加剤１質量部を添加・混合してセラミック炭用のスラリー（含水率：約２５質量％）を得た。

（２）成形体の作製
上記スラリーを、０．８ＭＰａに加圧した状態で所定の石膏型内に流し込んで圧力鋳込み成形を行うことで、実施例１の有天筒状の成形体を得た。

（３）成形体の焼成
上記成形体を、１２３０℃の温度条件で６時間焼成することで、実施例１の有天筒状のセラミック炭を得た。なお、実施例１のセラミック炭の熱膨張係数は、０．６×１０^−６／℃であった。

〔比較例１〕
比較例１のセラミック炭として、実施例１と同形状であり、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を高濃度（ＳｉＣ含有率：９５質量％）で含むセラミック炭を用意した。なお、比較例１のセラミック炭の熱膨張係数は、３×１０^−６／℃であった。

〔比較例２〕
所定量の水に、タルク２７質量部、粘土・カオリン３３質量部、長石１８質量部、アルミナ２２質量部、黒色顔料（Ｃｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ含有顔料）３質量部、及びＳｎ−Ｓｂ含有添加剤１質量部を添加・混合してスラリー（含水率：約２７質量％）を得た。上記実施例１のスラリーに代えて、比較例２のスラリーを用いて、上記実施例１と同様の方法により、比較例１のセラミック炭を作製した。なお、比較例２のセラミック炭の熱膨張係数は、２×１０^−６／℃であった。

〔熱衝撃試験１〕
（試験方法）
実施例１及び比較例１，２の各セラミック炭について、以下に示される方法で、耐熱衝撃性を評価した。先ず、セラミック炭を、塩水に浸漬させた。その後、塩水からセラミック炭を引き上げ、塩水で濡れた状態のセラミック炭を、ガスバーナーの炎の中に配置した。ガスバーナーの炎で１０分間加熱した後、セラミック炭をガスバーナーの炎の中から取り出し、３００℃となるまで空冷した。このような一連の処理（浸漬、加熱、空冷）を１サイクルとし、セラミック炭が破壊されるまで、最大６０回（サイクル）繰り返した。

（試験結果）
実施例１のセラミック炭は、ペタライトが焼成されて得られたスポジューメンを含んでおり、低熱膨張性である。熱衝撃試験の結果、実施例１のセラミック炭は、上記処理を６０回行っても破壊されず、しかも、小さな亀裂の発生すら見られなかった。したがって、実施例１のセラミック炭は、耐熱衝撃性に優れることが確かめられた。

比較例１のセラミック炭は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を多量に含む従来型のセラミック炭である。このセラミック炭は、２サイクル目の処理時に亀裂が発生し、７サイクル目の処理時に、割れてしまった。

比較例２のセラミック炭は、主材としてコージェライトを含むものであり、比較例２のセラミック炭よりは低熱膨張性である。しかしながら、熱衝撃試験の結果、比較例２のセラミック炭は、１５回目の処理時に亀裂が発生し、２９サイクル目の処理時に、割れてしまった。

〔熱衝撃試験２〕
（試験方法）
実施例１及び比較例２の各セラミック炭を、１２０℃の恒温槽で３０分間加熱した。その後、セラミック炭を恒温槽から取り出し、更に２０℃の水中に水没させた。水没後にセラミック炭が破損しなかった場合、恒温槽の設定温度を順次１００℃ずつ高くして、３０分間の加熱、及び２０℃の水中への水没を行った。

（試験結果）
実施例１のセラミック炭は、加熱温度と水温との差が７００℃の場合でも、破損しなかった。これに対し、比較例２のセラミック炭は、加熱温度と水温との差が４００℃の場合に、水没時に破損してしまった。このように、実施例１のセラミック炭は、加熱されて高温状態となっていても、水等の液体（例えば、肉汁）と接触して急激に冷却されても、破損しないことが確かめられた。

〔実施例２〕
Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤の添加量を３質量部に変更し、かつ黒色顔料を添加しないこと以外は、実施例１と同様にしてスラリーを作製した。得られたスラリーを利用して、実施例１と同様の方法で、実施例２のセラミック炭を作製した。

〔実施例３〕
黒色顔料を添加しないこと以外は、実施例１と同様にしてスラリーを作製した。得られたスラリーを利用して、実施例１と同様の方法で、実施例３のセラミック炭を作製した。

〔比較例３〕
Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤、及び黒色顔料を添加しないこと以外は、実施例１と同様にしてスラリーを作製した。得られたスラリーを利用して、実施例１と同様の方法で、比較例３のセラミック炭を作製した。

〔比較例４〕
Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤に代えて、酸化コバルト（ＣｏＯ）３質量部を添加し、かつかつ黒色顔料を添加しないこと以外は、実施例１と同様にしてスラリーを作製した。得られたスラリーを利用して、実施例１と同様の方法で、比較例４のセラミック炭を作製した。

〔比較例５〕
Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤に代えて、酸化鉄（ＦｅＯ）３質量部を添加し、かつかつ黒色顔料を添加しないこと以外は、実施例１と同様にしてスラリーを作製した。得られたスラリーを利用して、実施例１と同様の方法で、比較例５のセラミック炭を作製した。

〔比較例６〕
Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤を添加しないこと以外は、実施例１と同様にしてスラリーを作製した。得られたスラリーを利用して、実施例１と同様の方法で、比較例６のセラミック炭を作製した。

〔赤外線放射率測定〕
（測定方法）
実施例１〜３及び比較例１，３〜６の各セラミック炭について、ＪＩＳＺ８１１７及びＪＩＳＲ１８０１に準拠しつつ、フーリエ変換赤外分光光度計（装置名「ＩＲＴｒａｎｃｅｒ−１００」、株式会社島津製作所製）を用いて、波長２μｍ〜２５μｍにおける赤外線放射率を測定した。実施例１の測定結果は、図２のグラフに示し、実施例２の測定結果は、図３のグラフに示し、実施例３の測定結果は、図４のグラフに示した。また、比較例１の測定結果は、図５のグラフに示し、比較例３の測定結果は、図６のグラフに示し、比較例４の測定結果は、図７のグラフに示し、比較例５の測定結果は、図８のグラフに示し、比較例６の測定結果は、図９のグラフに示した。なお、各図に示されるグラフの縦軸は、赤外線放射率（％）を表し、横軸は、赤外線の波長（μｍ）を表す。

（測定結果）
実施例１のセラミック炭は、主材としてスポジューメンを含むと共に、Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤を１質量％、黒顔料（Ｃｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ含有顔料）を３質量％の割合でそれぞれ含有する。このセラミック炭は、図２に示されるように、２μｍ〜２５μｍの波長域の赤外線放射率が高いことが確かめられた。なお、実施例１における波長２μｍ〜２５μｍの赤外線放射率の平均値は、９０．０％であった。

実施例２のセラミック炭は、主材としてスポジューメンを含むと共に、Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤を３質量％の割合で含有する。このセラミック炭は、図３に示されるように、２μｍ〜２５μｍの波長域の赤外線放射率が高いことが確かめられた。なお、実施例２における波長２μｍ〜２５μｍの赤外線放射率の平均値は、９０．０％であった。

実施例３のセラミック炭は、主材としてスポジューメンを含むと共に、Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤を１質量％の割合で含有する。このセラミック炭は、図４に示されるように、２μｍ〜２５μｍの波長域の赤外線放射率が高いことが確かめられた。なお、実施例３における波長２μｍ〜２５μｍの赤外線放射率の平均値は、９２．３％であった。

比較例１のセラミック炭は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を多量に含む従来型のセラミック炭である。このセラミック炭は、図５に示されるように、実施例１〜３と比べると、全体的に、２μｍ〜２５μｍの波長域の赤外線放射率が低く、特に８μｍ〜１４μｍの波長域の赤外線放射率が低くなっている。なお、比較例１における波長２μｍ〜２５μｍの赤外線放射率の平均値は、７６．９％であった。

比較例３のセラミック炭は、主材としてスポジューメンを含むものの、Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤等の添加剤を含まない。このセラミック炭は、実施例１〜３と比べると、特に、２μｍ〜５μｍの波長域の赤外線放射率が著しく低くなる結果となった。なお、比較例３における波長２μｍ〜２５μｍの赤外線放射率の平均値は、７５．６％であった。

比較例４のセラミック炭は、主材としてスポジューメンを含むものの、Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤を含まず、その代わりに酸化コバルト（ＣｏＯ）を３質量％の割合で含有する。このセラミック炭は、実施例１〜３と比べると、特に、２μｍ〜５μｍの波長域の赤外線放射率が著しく低くなる結果となった。なお、比較例４における波長２μｍ〜２５μｍの赤外線放射率の平均値は、８１．１％であった。

比較例５のセラミック炭は、主材としてスポジューメンを含むものの、Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤を含まず、その代わりに酸化鉄（ＦｅＯ）を３質量％の割合で含有する。このセラミック炭は、実施例１〜３と比べると、特に、２μｍ〜５μｍの波長域の赤外線放射率が著しく低くなる結果となった。なお、比較例５における波長２μｍ〜２５μｍの赤外線放射率の平均値は、７７．１％であった。

比較例６のセラミック炭は、主材としてスポジューメンを含むものの、Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤を含まず、その代わりに黒顔料（Ｃｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ含有顔料）を３質量％の割合で含有する。このセラミック炭は、実施例１〜３と比べると、特に、２μｍ〜５μｍの波長域の赤外線放射率が著しく低くなる結果となった。なお、比較例６における波長２μｍ〜２５μｍの赤外線放射率の平均値は、８０．４％であった。

〔比較例７〕
（施釉層付きセラミック炭）
比較例３と同様のスラリーを作製した。得られたスラリーを利用して、比較例３（実施例１）と同様の方法で、比較例７の成形体を作製した。この成形体の表面に、黒顔料（Ｃｒ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ含有顔料）３質量％、及びＳｎ−Ｓｂ含有添加剤１質量％の割合でそれぞれ含む釉薬を塗布した。その後、釉薬を塗布した成形体を、実施例１と同様の条件で焼成して、表面に施釉層（厚み：約９μｍ）を有する比較例７のセラミック炭を得た。

比較例７の施釉層付きセラミック炭について、上述した実施例１等と同様、赤外線放射率測定の測定を行った。結果は、図１０のグラフに示した。図１０に示されるように、約９μｍの波長域部分の赤外線放射率が著しく低くなる結果となった。

また、比較例７の施釉層付きのセラミック炭について、実施例１等と同様、熱衝撃試験１を行った。その結果、上述した一連の処理を６０サイクル行っても、比較例７のセラミック炭は破損しなかった。しかしながら、比較例７のセラミック炭では、３サイクル目から、表面に多数の孔（窪み）が発生した。図１１は、比較例７のセラミック炭の表面に形成された孔を示す写真である。図１１において、符号１Ｃ７は、比較例７のセラミック炭を示し、符号１０は、セラミック炭１Ｃ７の表面に形成された孔を示す。このような孔１０は、セラミック炭１Ｃ７の素地中に入った水分が、加熱時に水蒸気となり、その水蒸気が施釉層を突き破る形で外部に放出されたため、形成されたものと推測される。なお、セラミック炭１Ｃ７の表面に孔１０が形成される際、施釉層の破片等が、勢いよく弾き飛ばされる現象も確認された。

１…セラミック炭

Claims

主材としてスポジューメンを含む素地に、Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤が添加されたものからなるセラミック炭。
前記素地中に含まれる前記Ｓｎ−Ｓｂ含有添加剤の割合が、０．５質量％以上である請求項１に記載のセラミック炭。