JP2853175B2 - 耐熱性無機質繊維成形体及び耐熱性軽量セッターの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は計量かつ高強度で耐熱性の高い無機質繊維成
形体、特にセラミックスの焼成処理に用いる保持容器又
は保護容器として使用されるセッターの製造方法に関す
るものである。

（従来の技術） セラミックスを焼成する際の焼成炉中での保持容器ま
たは保護容器としては、緻密な耐熱性セラミックスが使
用されてきた。従来の比較的大型の製品の焼成では製品
重量が大きく、急激な温度変化による製品の割れを嫌う
こともあって該容器の重量はあまり問題にされなかっ
た。しかしながらニューセラミックス製品の発達により
製品は小型化し、容器の重量が製品を上回ることも珍し
くなく、容器による熱損失が無視出来なくなり、軽量で
高強度の材料がもとめられている。これらの需要に応え
るため無機質繊維を使用して各種成形体の製造が試みら
れている。（特開昭59−169989号、特開昭63−113294号
等） 又、耐熱性無機質繊維としては、古くからあるセラミ
ックファイバーと呼ばれる非晶質アルミノシリケート繊
維に加え、より耐熱性の高い結晶質アルミノシリケート
繊維、炭化珪素繊維等各種繊維が開発され、これらの繊
維を使用して高温断熱材用成形体が製造販売されてい
る。しかしながらこれらの成形体は断熱性を重視してい
るため嵩密度が低く、強度を要求される用途には適して
いない。

（発明が解決しようとする課題） 従来の無機質繊維は嵩だかで通常の成形法では高密度
の成形体を得ることは困難であった。例えば前述した特
開昭59−169989号にはアルミスラッジを利用して無機繊
維質成形体を製造する方法が提示されているが、嵩比重
は0.3で、曲げ強度は20kg/cm²にすぎない。また、特開
昭63−113294号公報には無機質繊維と耐火性粉末と成形
助剤を少量の水で混練して真空脱気したのち成形する方
法が提案されているが、この方法は均一に混練するのが
難しく、脱気にも手間がかかる。

（課題を解決するための手段） そこで、本発明者等は、これら従来の問題点を解決す
べく鋭意検討した結果、特定量の結晶性アルミノシリケ
ート繊維と耐火性粉末とを用いてゲル化させることによ
り、従来の問題点が解消できることを見い出し、本発明
に到達した。

すなわち、本発明の目的は軽量かつ比強度が大きく更
には高温下での機械的物性の優れた耐熱性無機質繊維成
形体、特に耐熱性軽量セッターを製造する方法を提供す
るものである。

そして、その目的は次の（ａ）〜（ｃ）の工程からな
ることを特徴とする耐熱性無機質繊維成形体の製造方
法、並びに、次の（ａ）〜（ｃ）の工程からなることを
特徴とする耐熱性軽量セッターの製造方法により容易に
達成される。

（ａ）水200〜1000重量部に対して、結晶性アルミノシ
リケート繊維と耐火性粉末とを30:70〜70:30の重量比で
合計100重量部加え、撹拌混合して均一分散させる工
程。

（ｂ）前記懸濁混合物にシリカゾル10〜15重量部を添加
混合し、更にアルミニウム塩水溶液を添加し、pH4〜６
に保ってゲル化させる工程。

（ｃ）前記ゲル化物を水成型し、乾燥後1000〜1700℃
の範囲の温度で焼成する工程。

以下本発明を詳細に説明する。

本発明で用いる結晶性アルミノシリケート繊維として
は、公知のものであればいずれも使用できるが、好まし
くはアルミナ70〜98重量％、シリカ２〜30重量％を夫々
含有する繊維を用いることが好ましい。シリカ含有量が
２重量％未満であると繊維が脆弱となる傾向が強まり、
またシリカ含有量が30重量％を超えると繊維の耐熱性が
低下する傾向が強まるので好ましくない。

用いるアルミノシリケート繊維の形態としては、予備
裁断した繊維を水に分散させ撹拌翼で剪断する等の常法
による繊維長を短くしたものが好ましい。特に本発明で
はかかる手法により繊維長を短くして、繊維の単位重量
当りの過体積（Fv）が４〜15cc/gになるように調製し
たものが好ましい。

本発明におけるFvの測定方法は繊維10gを水500ccに分
散させ、一端に金網を付け、他端に空気吸入用のコック
を設けた内径5cmの硝子シリンダー中にいれ再度振檮に
より均一化したのちコックを開いて水を自然過した後
の繊維体積を測定し、体積を繊維重量で割った値をFvと
している。

このFv値が小さいと嵩密度は大きくなるが繊維の補強
効果が期待できず成形時に圧縮するのが困難となり、ま
た大きすぎると嵩密度が小さくなるほか、撹拌時に繊維
が絡み合って毬状になりやすく製品に欠陥が生じる可能
性がある。尚、成形体の目標嵩比重に応じて、嵩比重を
大きくするときはFv値を小さく、又、嵩比重を小さくす
るときはFv値を大きくすることにより調節可能となる。

耐火性粉末としては、平均粒径0.1〜20μｍで融点100
0℃以上、好ましくは1400℃以上のものが用いられる。
耐火性粉末に含有されるアルカリ、アルカリ土類元素は
高温でシリカと反応して耐熱性を低下させるのでアルカ
リ、アルカリ土類元素の含有量の少ないものが好まし
い。

耐火性粉末としては、シリカ、アルミナ等の酸化物、
水酸化アルミニウム、ベーマイト等のアルミナ水和物、
カオリン等のアルミノシリケート水和物等が挙げられる
が、焼成時の収縮が小さい酸化物粉末がより好適に用い
られる。又、これらは単独あるいは混合して用いてもよ
い。

具体的には、アルコア株式会社製A16SG、昭和電工株
式会社製SRW1500F、太平洋ランダム株式会社製LA1600等
のアルミナ粉あるいは太平洋ランダム株式会社製70M等
のムライト粉が挙げられる。

シリカゾルとしては、特に限定されるものではない
が、好ましくはアルカリ含有量の少ない粒子の細かいも
のが望ましい。具体的にはアルカリ含有量が0.1重量％
以下、粒径が1.0μｍ以下のものがよい。また該シリカ
ゾルのシリカ含有量も特に限定されるものではないが、
通常10〜30重量％のものを用いることがよい。具体的に
は、触媒化学株式会社製カタロイドS20L等が挙げられ
る。

アルミニウム塩水溶液としては、成形体焼成時にアル
ミナ以外の成分が気散するものを使用する必要がある。
用いられるアルミニウム塩としては塩化アルミニウム、
硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、アンモニウムミ
ョウバン等の無機塩、あるいは酢酸アルミニウム、蓚酸
アルミニウム、ギ酸アルミニウム等の有機塩が挙げら
れ、特に塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸ア
ルミニウム、酢酸アルミニウム、アンモニウムミョウバ
ンを用いるのがよい。又これらは単独あるいは混合して
使用される。また固液比の変化を少なくするためにでき
るだけ高密度の水溶液で用いることが好ましい。具体的
には20〜30重量％の濃度のものを使用することが好まし
い。

水成形に用いるゲル化させた懸濁混合物は全体の組
成がアルミナ、シリカの重量比で70対30よりもアルミナ
含有量が多い事が望ましい。シリカの含有量が多いと成
形体の融点が低くなり耐熱性が低下する。

本発明においては、まず、200〜1000重量部、好まし
くは300〜500重量部の水に対して、結晶性アルミノシリ
ケート繊維と耐火性粉末とを30:70〜70:30の重量比で合
計100重量部として添加し撹拌して均一に分散させて、
懸濁混合物を得る。

成形体として強度の大きいものを得る場合には結晶性
アルミノシリケート繊維が30〜50重量部、耐火性粉末70
〜50重量部の範囲とすることが好ましく、耐熱性軽量セ
ッターの様な場合には、結晶性アルミノシリケート繊維
を50〜70重量部、耐火性粉末50〜30重量部の範囲とする
ことが好ましい。

水に結晶性アルミノシリケート繊維と耐火性粉末とを
添加撹拌する際、均一に分散していないと成形体に欠陥
を生じて、強度を低下させるほか焼成時に歪みを生じる
原因となる。よって必要に応じて分散剤を添加して均一
に分散させることが好ましい。該分散剤としては日本化
薬株式会社製カヤディスパーＣ−24N等が挙げられる。

尚、この懸濁混合物を調製する場合、結晶性アルミノ
シリケート繊維と耐火性粉末とを同時に水中に添加して
もよいが、好ましくは耐火性粉末をまず水中に均一に分
散させた後、結晶性アルミノシリケート繊維を添加して
分散させることが好ましい。

次いでこの懸濁混合物にシリカゾルを10〜15重量部添
加し撹拌混合する。結晶性アルミノシリケート繊維を添
加した後は激しい撹拌を行なうと繊維長が変化するので
耐火性粉末と結晶性アルミノシリケート繊維とが沈降し
ない程度にゆっくり撹拌する必要が有る。添加物が均一
に分散したのちpH計によりpHを監視しながらアルミニウ
ム塩水溶液を添加してpHを４〜６、好ましくは4.5〜５
に調整しゲル化させる。ゲル化が不充分であると混合物
の粘度が増大せず耐火性粉末や繊維が沈降分離し不均一
になるほか、乾燥時にマイグレーションを起こして表面
にバインダーが集る。バインダーが集まると表面が固く
なるだけでなく、焼成時に表面が剥離したり成形体の形
状が歪むほかシリカ過剰組成により耐熱性が低下する。

ゲル化された懸濁混合物は常法により真空水プレス
して成形する。プレス時の成形圧は過大である必要は無
いが、0.1kg/cm²以上ないと均質な成形体になりにく
い。

プレス後の成形体は乾燥した後、1000℃〜1700℃で焼
成する。焼成温度が高い方が高強度の成形体が得られる
が1700℃以上では焼結が進み過ぎて焼成中に変形しやす
い。1000℃以下では焼結が不充分で表面が粉化しやすく
強度も低い。

この様にして得られた成形体はセラミックスの焼成処
理に使用されるセッター等の保持容器や耐熱性バーナー
等の焼成用治具に用いられる。

（実施例） 以下、本発明を実施例により、より詳細に説明する
が、本発明の要旨を超えない限り、本発明は以下の実施
例に限定されるものではない。

実施例１ 水3850gにアルコア株式会社製A16SGアルミナ650g、太
平洋ランダム株式会社製LA1200アルミナ55gを添加し撹
拌して均一に分散させた後、アルミナシリカ重量比95対
５、Fv＝５の結晶性アルミノシリケート繊維480g、触媒
化成株式会社製カタロイドS20Lシリカゾル（シリカ20wt
％含有）144gを添加し撹拌混合した後、硫酸アルミ５水
塩（20wt％）144gを添加しpH4.6でゲル化させ、水成
形後乾燥した。1500℃で10時間焼成後物性を測定した。

嵩比重1.0で曲げ強度100kg/cm²と良好であった。

実施例２ 水1700gにアルコア株式会社製A16SGアルミナ300g、太
平洋ランダム株式会社製LA1200アルミナ25gを添加し撹
拌して均一に分散させた後、アルミナシリカ重量比72対
28、Fv＝５の結晶性アルミノシリケート繊維210g、触媒
化成株式会社製カタロイドS20Lシリカゾル（シリカ20wt
％含有）65gを添加し撹拌混合した後硫酸アルミ５水塩
（20wt％）44gを添加しpH4.6でゲル化させ、水成形後
乾燥した。1500℃で10時間焼成後物性を測定した。

嵩比重1.1で曲げ強度140kg/cm²と良好であった。

（発明の効果） 本発明方法によれば、軽量かつ高強度で耐熱性の高い
無機質繊維成形体及びセッターを製造することができ
る。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】次に（ａ）〜（ｃ）の工程からなることを
   特徴とする耐熱性無機質繊維成形体の製造方法。 （ａ）水200〜1000重量部に対して、結晶性アルミノシ
   リケート繊維と耐火性粉末とを30:70〜70:30の重量比で
   合計100重量部加え、撹拌混合して均一分散させる工
   程。 （ｂ）前記懸濁混合物にシリカゾル10〜15重量部を添加
   混合し、更にアルミニウム塩水溶液を添加し、pH4〜６
   に保ってゲル化させる工程。 （ｃ）前記ゲル化物を水成形し、乾燥後1000〜1700℃
   の範囲の温度で焼成する工程。
2. 【請求項２】次の（ａ）〜（ｃ）の工程からなることを
   特徴とする耐熱性軽量セッターの製造方法。 （ａ）水200〜1000重量部に対して、結晶性アルミノシ
   リケート繊維と耐火性粉末とを30:70〜70:30の重量比で
   合計100重量部加え、撹拌混合して均一分散させる工
   程。 （ｂ）前記懸濁混合物にシリカゾル10〜15重量部を添加
   混合し、更にアルミニウム塩水溶液を添加してpH4〜６
   に保ってゲル化させる工程。 （ｃ）前記ゲル化物を水成形し、乾燥後1000〜1700℃
   の範囲の温度で焼成する工程。