JP2987094B2 - 高耐熱性無機質繊維成形体 - Google Patents
高耐熱性無機質繊維成形体Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、加熱炉用断熱材等
として使用されるセラミックファイバーボードのよう
な、高強度で耐熱性に優れた無機質繊維成形体に関す
る。
として使用されるセラミックファイバーボードのよう
な、高強度で耐熱性に優れた無機質繊維成形体に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来から、１０００℃を越える各種加熱
炉用の断熱材としては、断熱煉瓦やセラミックファイバ
ーボードのような無機質繊維成形体が使用されてきた。
なかでもセラミックファイバーを含む無機質繊維成形体
は、軽量で熱容量と熱伝導率が小さく、省エネルギー効
果が大きいため、使用量が年々増え続けてきた。しかし
ながら、近年では各種加熱炉の使用温度が１８００℃程
度まで高くなる傾向にあり、これに伴って無機質繊維成
形体の耐熱性、強度、及び耐高温クリープ性等の要求も
次第に厳しくなってきている。
炉用の断熱材としては、断熱煉瓦やセラミックファイバ
ーボードのような無機質繊維成形体が使用されてきた。
なかでもセラミックファイバーを含む無機質繊維成形体
は、軽量で熱容量と熱伝導率が小さく、省エネルギー効
果が大きいため、使用量が年々増え続けてきた。しかし
ながら、近年では各種加熱炉の使用温度が１８００℃程
度まで高くなる傾向にあり、これに伴って無機質繊維成
形体の耐熱性、強度、及び耐高温クリープ性等の要求も
次第に厳しくなってきている。
【０００３】無機質繊維成形体に使用されるセラミック
ファイバーの主なものは、非結晶質又は結晶質のアルミ
ノシリケート質ファイバー、多結晶アルミナ質ファイバ
ー、及びムライト質ファイバーがある。しかし、非結晶
質又は結晶質のアルミノシリケート質ファイバーは、約
１３００℃を越えるとムライトの結晶化とファイバー同
士の焼結による大きな収縮が起こり、多結晶アルミナ質
ファイバーとムライト質ファイバーでも、約１４００℃
以上になるとコランダムとムライトの結晶化の進行によ
る収縮が起こるため、いずれも最近の高耐熱性の要求を
満たすことができない。
ファイバーの主なものは、非結晶質又は結晶質のアルミ
ノシリケート質ファイバー、多結晶アルミナ質ファイバ
ー、及びムライト質ファイバーがある。しかし、非結晶
質又は結晶質のアルミノシリケート質ファイバーは、約
１３００℃を越えるとムライトの結晶化とファイバー同
士の焼結による大きな収縮が起こり、多結晶アルミナ質
ファイバーとムライト質ファイバーでも、約１４００℃
以上になるとコランダムとムライトの結晶化の進行によ
る収縮が起こるため、いずれも最近の高耐熱性の要求を
満たすことができない。
【０００４】そこで、１８００℃の領域まで使用可能な
無機質繊維成形体を得るため、特公昭６１−５８４３４
号公報には、多結晶高アルミナ質繊維とアルミノシリケ
ート系ガラス質粒子を無機質結合剤で結合して成形した
耐熱性無機質成形体が提案されている。また、特公昭６
２−１８５１７号公報には、予め結晶化せしめたアルミ
ノシリケート質繊維と予めα−アルミナを５０重量％以
上とした多結晶アルミナ質繊維を用い、更に必要に応じ
てアルミナ等の耐火性粉末を添加した耐熱性無機質成形
体が提案されている。
無機質繊維成形体を得るため、特公昭６１−５８４３４
号公報には、多結晶高アルミナ質繊維とアルミノシリケ
ート系ガラス質粒子を無機質結合剤で結合して成形した
耐熱性無機質成形体が提案されている。また、特公昭６
２−１８５１７号公報には、予め結晶化せしめたアルミ
ノシリケート質繊維と予めα−アルミナを５０重量％以
上とした多結晶アルミナ質繊維を用い、更に必要に応じ
てアルミナ等の耐火性粉末を添加した耐熱性無機質成形
体が提案されている。
【０００５】これら耐熱性無機質成形体においては、ア
ルミノシリケート系ガラス粒子あるいはアルミノシリケ
ート質繊維の添加によって、これらが多結晶アルミナ質
繊維やアルミナ粒子と反応してムライトを生成する。こ
の反応は４.７％の体積膨張を伴うので、多結晶アルミ
ナ質繊維の加熱収縮を相殺し、高温での収縮率を低減す
ることができるのである。
ルミノシリケート系ガラス粒子あるいはアルミノシリケ
ート質繊維の添加によって、これらが多結晶アルミナ質
繊維やアルミナ粒子と反応してムライトを生成する。こ
の反応は４.７％の体積膨張を伴うので、多結晶アルミ
ナ質繊維の加熱収縮を相殺し、高温での収縮率を低減す
ることができるのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記の先に提案された
耐熱性無機質成形体は、加熱収縮が小さいものの、強度
が比較的弱く、特に高温で使用すると繊維の結晶化に伴
って強度が著しく低下する欠点があり、その表面を手で
触ると添加した粒子や繊維の一部が剥離して脱落するこ
とが認められた。
耐熱性無機質成形体は、加熱収縮が小さいものの、強度
が比較的弱く、特に高温で使用すると繊維の結晶化に伴
って強度が著しく低下する欠点があり、その表面を手で
触ると添加した粒子や繊維の一部が剥離して脱落するこ
とが認められた。
【０００７】また、添加されるアルミノシリケート系ガ
ラス質粒子又はアルミノシリケート質繊維は、どちらも
１４００℃以上の高温になると粘性流動による液相焼結
が起こり、この液相焼結は無機質成形体の高温クリープ
を引き起こす原因となる。このため、上記従来の耐熱性
無機質成形体は、耐クリープ性が著しく低下するという
欠点があった。
ラス質粒子又はアルミノシリケート質繊維は、どちらも
１４００℃以上の高温になると粘性流動による液相焼結
が起こり、この液相焼結は無機質成形体の高温クリープ
を引き起こす原因となる。このため、上記従来の耐熱性
無機質成形体は、耐クリープ性が著しく低下するという
欠点があった。
【０００８】このため、従来の無機質繊維成形体では、
加熱炉の天井に用いた場合のスランプ、炉床や被加熱品
の支持台とした場合の沈下又は変形、炉壁に用いた場合
のバックアップ材の充填圧による迫り出し等が発生しや
すく、特に１８００℃以上の高温で使用される場合に大
きな問題となっていた。
加熱炉の天井に用いた場合のスランプ、炉床や被加熱品
の支持台とした場合の沈下又は変形、炉壁に用いた場合
のバックアップ材の充填圧による迫り出し等が発生しや
すく、特に１８００℃以上の高温で使用される場合に大
きな問題となっていた。
【０００９】本発明は、かかる従来の事情に鑑み、１８
００℃の高温まで使用可能で、耐熱性が高いと同時に、
加熱による膨張や収縮が小さく、使用時の高温において
強度及び耐高温クリープ性に優れた耐熱性無機質繊維成
形体を提供することを目的とする。
００℃の高温まで使用可能で、耐熱性が高いと同時に、
加熱による膨張や収縮が小さく、使用時の高温において
強度及び耐高温クリープ性に優れた耐熱性無機質繊維成
形体を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する耐熱性無機質繊維成形体は、骨格
繊維としての高アルミナ質繊維及び／又はムライト質繊
維３０〜５０重量％と、平均粒径４０μｍ以下のアルミ
ナ粒子３５〜５５重量％と、炭化ケイ素及び／又は窒化
ケイ素粒子５〜１０重量％とが、耐熱性無機質結合剤に
より相互に結合されてなる高耐熱性無機質繊維成形体で
ある。
め、本発明が提供する耐熱性無機質繊維成形体は、骨格
繊維としての高アルミナ質繊維及び／又はムライト質繊
維３０〜５０重量％と、平均粒径４０μｍ以下のアルミ
ナ粒子３５〜５５重量％と、炭化ケイ素及び／又は窒化
ケイ素粒子５〜１０重量％とが、耐熱性無機質結合剤に
より相互に結合されてなる高耐熱性無機質繊維成形体で
ある。
【００１１】かかる本発明の高耐熱性無機質繊維成形体
の製造は、従来と同様の工程に従って、例えば骨格繊維
としての高アルミナ質繊維及び／又はムライト質繊維３
０〜５０重量％と、平均粒径４０μｍ以下のアルミナ粒
子３５〜５５重量％と、炭化ケイ素及び／又は窒化ケイ
素粒子５〜１０重量％とを、水に混合し、更に耐熱性無
機質結合剤を添加したスラリーを成形する方法により行
う。
の製造は、従来と同様の工程に従って、例えば骨格繊維
としての高アルミナ質繊維及び／又はムライト質繊維３
０〜５０重量％と、平均粒径４０μｍ以下のアルミナ粒
子３５〜５５重量％と、炭化ケイ素及び／又は窒化ケイ
素粒子５〜１０重量％とを、水に混合し、更に耐熱性無
機質結合剤を添加したスラリーを成形する方法により行
う。
【００１２】尚、炭化ケイ素粒子及び窒化ケイ素粒子は
平均粒径が３０μｍ以下であることが好ましく、無機質
結合剤としてはシリカゾルを用いるか又はシリカゾルと
アルミナゾルの組合せを用いることが好ましい。また、
成形体の成形方法は特に限定されないが、好ましくは吸
引濾過等により行う。尚、このようにして得られた本発
明の高耐熱性無機質繊維成形体は、そのまま加熱炉等の
断熱材として用いてもよいが、これを更に５００℃以上
で焼成することが好ましい。
平均粒径が３０μｍ以下であることが好ましく、無機質
結合剤としてはシリカゾルを用いるか又はシリカゾルと
アルミナゾルの組合せを用いることが好ましい。また、
成形体の成形方法は特に限定されないが、好ましくは吸
引濾過等により行う。尚、このようにして得られた本発
明の高耐熱性無機質繊維成形体は、そのまま加熱炉等の
断熱材として用いてもよいが、これを更に５００℃以上
で焼成することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】前記した従来の無機質繊維成形体
について検討した結果、アルミノシリケート系ガラス質
粒子やアルミナ粒子として、高温収縮を抑えるために焼
結しにくい粒度の粗い粒子、例えば特公昭６１−５８４
３４号公報の実施例では平均粒径約２００μｍのガラス
質粒子を使用することが記載されているように、平均粒
径１００μｍ以上の粒子が使用されていたため、焼成に
よる表面拡散機構が十分発揮されず、強度が小さく、表
面から粒子や繊維が剥離脱落しやすくなることが分かっ
た。また、耐クリープ性が劣る原因は、アルミノシリケ
ート系ガラス質粒子やアルミノシリケート質繊維が１４
００℃以上の高温になると粘性流動による液相焼結を起
こし、これが高温クリープを引き起こすためであると考
えられる。
について検討した結果、アルミノシリケート系ガラス質
粒子やアルミナ粒子として、高温収縮を抑えるために焼
結しにくい粒度の粗い粒子、例えば特公昭６１−５８４
３４号公報の実施例では平均粒径約２００μｍのガラス
質粒子を使用することが記載されているように、平均粒
径１００μｍ以上の粒子が使用されていたため、焼成に
よる表面拡散機構が十分発揮されず、強度が小さく、表
面から粒子や繊維が剥離脱落しやすくなることが分かっ
た。また、耐クリープ性が劣る原因は、アルミノシリケ
ート系ガラス質粒子やアルミノシリケート質繊維が１４
００℃以上の高温になると粘性流動による液相焼結を起
こし、これが高温クリープを引き起こすためであると考
えられる。
【００１４】そこで本発明においては、骨格繊維として
高アルミナ質繊維及びムライト質繊維のいずれか又は両
方を使用し、これに微細なアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粒子と
炭化ケイ素（ＳｉＣ）粒子又は窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）
粒子を添加する。これらの粒子同士及びこれらの粒子と
骨格繊維である高アルミナ質繊維やムライト質繊維と
は、焼成時又は高温使用時に液相を形成することなく反
応焼結する。この焼結によって、互いの界面にネック
（粒子と繊維又は粒子との界面における結晶性の結合部
分）を形成するので、得られる無機質繊維成形体の強度
が極めて高く、しかも耐高温クリープ性にも優れてい
る。また、この焼結により、後述するようにムライトが
生成され、このムライトの生成を伴う膨張によって、無
機質繊維成形体の収縮が制御されるのである。
高アルミナ質繊維及びムライト質繊維のいずれか又は両
方を使用し、これに微細なアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粒子と
炭化ケイ素（ＳｉＣ）粒子又は窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）
粒子を添加する。これらの粒子同士及びこれらの粒子と
骨格繊維である高アルミナ質繊維やムライト質繊維と
は、焼成時又は高温使用時に液相を形成することなく反
応焼結する。この焼結によって、互いの界面にネック
（粒子と繊維又は粒子との界面における結晶性の結合部
分）を形成するので、得られる無機質繊維成形体の強度
が極めて高く、しかも耐高温クリープ性にも優れてい
る。また、この焼結により、後述するようにムライトが
生成され、このムライトの生成を伴う膨張によって、無
機質繊維成形体の収縮が制御されるのである。
【００１５】骨格繊維として使用する高アルミナ質繊維
は、Ａｌ2Ｏ3含有量が９０重量％以上の多結晶高Ａｌ2
Ｏ3質繊維が好ましく、例えば英国ＩＣＩ社製のサフィ
ル等がある。また、ムライト質繊維としては、Ａｌ2Ｏ3
含有量が７０〜８０重量％のムライト質繊維が好まし
く、例えば三菱化成工業社製のマフテックバルクファイ
バー等を使用することができる。これらの骨格繊維の融
点は１８５０℃以上であり、得られる繊維成形体の高温
耐熱性と高温耐クリープ性はこれら骨格繊維の添加量に
よって大きく左右される。即ち、骨格繊維の添加量が３
０重量％未満では十分な耐熱性及び耐クリープ性が得ら
れず、逆に５０重量％を越えてもそれ以上の特性の向上
が得られず、コストの増加を招くだけなので、３０〜５
０重量％の範囲とする。
は、Ａｌ2Ｏ3含有量が９０重量％以上の多結晶高Ａｌ2
Ｏ3質繊維が好ましく、例えば英国ＩＣＩ社製のサフィ
ル等がある。また、ムライト質繊維としては、Ａｌ2Ｏ3
含有量が７０〜８０重量％のムライト質繊維が好まし
く、例えば三菱化成工業社製のマフテックバルクファイ
バー等を使用することができる。これらの骨格繊維の融
点は１８５０℃以上であり、得られる繊維成形体の高温
耐熱性と高温耐クリープ性はこれら骨格繊維の添加量に
よって大きく左右される。即ち、骨格繊維の添加量が３
０重量％未満では十分な耐熱性及び耐クリープ性が得ら
れず、逆に５０重量％を越えてもそれ以上の特性の向上
が得られず、コストの増加を招くだけなので、３０〜５
０重量％の範囲とする。
【００１６】アルミナ粒子は平均粒径４０μｍ以下の易
焼結性Ａｌ2Ｏ3粒子を使用し、特に平均粒径が１０μｍ
以下のものが好ましい。アルミナ粒子の粒径は無機質繊
維成形体の強度と耐クリープ特性に大きく影響する。即
ち、アルミナ粒子の粒径が小さいほど、焼成時又は高温
使用時にアルミナ粒子同士、アルミナ粒子と繊維及び炭
化ケイ素粒子等との間に表面拡散機構による焼結が起こ
り、これらの界面に強いネックが形成される結果、高い
強度と優れた耐クリープ性が達成される。具体的には、
アルミナ粒子の平均粒径が４０μｍを越えると、上記し
た各粒子との間及び繊維との間に強いネックを形成でき
ず、得られる無機質繊維成形体の強度が弱く、耐クリー
プ性も低下する。
焼結性Ａｌ2Ｏ3粒子を使用し、特に平均粒径が１０μｍ
以下のものが好ましい。アルミナ粒子の粒径は無機質繊
維成形体の強度と耐クリープ特性に大きく影響する。即
ち、アルミナ粒子の粒径が小さいほど、焼成時又は高温
使用時にアルミナ粒子同士、アルミナ粒子と繊維及び炭
化ケイ素粒子等との間に表面拡散機構による焼結が起こ
り、これらの界面に強いネックが形成される結果、高い
強度と優れた耐クリープ性が達成される。具体的には、
アルミナ粒子の平均粒径が４０μｍを越えると、上記し
た各粒子との間及び繊維との間に強いネックを形成でき
ず、得られる無機質繊維成形体の強度が弱く、耐クリー
プ性も低下する。
【００１７】また、アルミナ粒子の添加量は３５〜５５
重量％の範囲とする。この添加量が３５重量％未満では
反応焼結による強いネックの形成が十分ではなく、また
ムライトの生成に伴う膨張により成形体の収縮を抑える
効果も不十分だからである。アルミナ粒子の添加量が５
５重量％を越えると、相対的に骨格繊維の量が減少する
ので、得られる無機質繊維成形体のかさ密度が必要以上
に高くなる。また、この添加量が５５重量％を越える
と、無機質繊維成形体の耐スポーリング性も悪くなる。
重量％の範囲とする。この添加量が３５重量％未満では
反応焼結による強いネックの形成が十分ではなく、また
ムライトの生成に伴う膨張により成形体の収縮を抑える
効果も不十分だからである。アルミナ粒子の添加量が５
５重量％を越えると、相対的に骨格繊維の量が減少する
ので、得られる無機質繊維成形体のかさ密度が必要以上
に高くなる。また、この添加量が５５重量％を越える
と、無機質繊維成形体の耐スポーリング性も悪くなる。
【００１８】炭化ケイ素粒子及び窒化ケイ素粒子は、例
えばＳｉＣ粒子の場合の反応を下記の化学式１及び２に
示すように、焼成段階及び高温使用時において表面に活
性なＳｉＯ2層を生成し、このＳｉＯ2層とＡｌ2Ｏ3粒子
及び高アルミナ質繊維との間の反応焼結によりムライト
を生成する：
えばＳｉＣ粒子の場合の反応を下記の化学式１及び２に
示すように、焼成段階及び高温使用時において表面に活
性なＳｉＯ2層を生成し、このＳｉＯ2層とＡｌ2Ｏ3粒子
及び高アルミナ質繊維との間の反応焼結によりムライト
を生成する：
【化１】ＳｉＣ＋２Ｏ2→ＳｉＯ2＋ＣＯ2
【化２】 ２ＳｉＯ2＋３Ａｌ2Ｏ3→３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2
【００１９】上記のムライト形成反応によって炭化ケイ
素粒子及び窒化ケイ素粒子は２つの重要な役割を果す。
その１つは、これらの粒子とＡｌ2Ｏ3粒子及びＡｌ2Ｏ3
繊維との界面にムライト質の強いネックを形成し、三次
元構造をなす高強度の無機質繊維成形体を形成すること
である。特に上記の反応は殆ど液相を伴わず、表面ある
いは体積拡散機構による焼結であるので、高温のクリー
プに非常に強い。しかも、界面に生成するムライト質の
ネックの耐クリープ性は、Ａｌ2Ｏ3粒子同士又はＡｌ2
Ｏ3粒子とＡｌ2Ｏ3繊維との間で生成したアルミナ質ネ
ックよりも遥かに強いことが判明した。
素粒子及び窒化ケイ素粒子は２つの重要な役割を果す。
その１つは、これらの粒子とＡｌ2Ｏ3粒子及びＡｌ2Ｏ3
繊維との界面にムライト質の強いネックを形成し、三次
元構造をなす高強度の無機質繊維成形体を形成すること
である。特に上記の反応は殆ど液相を伴わず、表面ある
いは体積拡散機構による焼結であるので、高温のクリー
プに非常に強い。しかも、界面に生成するムライト質の
ネックの耐クリープ性は、Ａｌ2Ｏ3粒子同士又はＡｌ2
Ｏ3粒子とＡｌ2Ｏ3繊維との間で生成したアルミナ質ネ
ックよりも遥かに強いことが判明した。
【００２０】第２の重要な役割は、上記ムライト形成反
応が大きな膨張を伴うため、骨格繊維の高温での収縮を
補償して、無機質繊維成形体としての高温収縮をなくす
方向に制御し得ることである。即ち、上記化学式１によ
る体積膨張は１０８％及び化学式２の体積膨張は４.２
％であるため、この大きな体積膨張により高温における
骨格繊維の収縮を補償して、体積変化を最少に抑えるこ
とが可能となる。このため、本発明の高耐熱性無機質繊
維成形体は、焼成することなく、そのまま加熱炉に断熱
材として使用しても、使用時の高温による体積変化が殆
どない。即ち、使用時に自然に焼成され、体積変化を起
こすことなく、高強度と高い耐クリープ性が達成される
のである。
応が大きな膨張を伴うため、骨格繊維の高温での収縮を
補償して、無機質繊維成形体としての高温収縮をなくす
方向に制御し得ることである。即ち、上記化学式１によ
る体積膨張は１０８％及び化学式２の体積膨張は４.２
％であるため、この大きな体積膨張により高温における
骨格繊維の収縮を補償して、体積変化を最少に抑えるこ
とが可能となる。このため、本発明の高耐熱性無機質繊
維成形体は、焼成することなく、そのまま加熱炉に断熱
材として使用しても、使用時の高温による体積変化が殆
どない。即ち、使用時に自然に焼成され、体積変化を起
こすことなく、高強度と高い耐クリープ性が達成される
のである。
【００２１】かかる２つの重要な役割を果す炭化ケイ素
粒子及び／又は窒化ケイ素粒子の添加量は、合計で５〜
１０重量％の範囲とする。この添加量が５重量％未満で
は、上記ムライト形成反応によるネックの形成と体積膨
張の役割を十分に果すことができず、１０重量％を越え
ると過剰のＳｉＯ2を生成し、このＳｉＯ2が逆に耐クリ
ープ性に悪影響を与える恐れがあるからである。また、
炭化ケイ素粒子及び窒化ケイ素粒子は、その粒径が小さ
いほど上記ムライト形成反応が起こりやすくなるので、
その平均粒径は３０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下
が更に好ましい。
粒子及び／又は窒化ケイ素粒子の添加量は、合計で５〜
１０重量％の範囲とする。この添加量が５重量％未満で
は、上記ムライト形成反応によるネックの形成と体積膨
張の役割を十分に果すことができず、１０重量％を越え
ると過剰のＳｉＯ2を生成し、このＳｉＯ2が逆に耐クリ
ープ性に悪影響を与える恐れがあるからである。また、
炭化ケイ素粒子及び窒化ケイ素粒子は、その粒径が小さ
いほど上記ムライト形成反応が起こりやすくなるので、
その平均粒径は３０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下
が更に好ましい。
【００２２】
【実施例】実施例１ 高アルミナ質繊維としてＩＣＩ社製のサフィルＨＡ（Ａ
ｌ2Ｏ3：９７重量％、ＳｉＯ2：３重量％、平均直径３
μｍ）２４３ｇ、平均粒径４μｍのＡｌ2Ｏ3粒子１７０
ｇ、平均粒径２μｍのＳｉＣ粒子３９ｇ、ＳｉＯ2含有
率４０重量％のシリカゾル８５ｇを８リットルの水に入
れ、数分間撹拌してスラリーを形成した。このスラリー
に凝集剤として固形分２％の澱粉水溶液を加えて凝集さ
せ、吸引成形により１８０×１８０×３０ｍｍの板状成
形体を得た。この板状成形体を１０００℃で２時間焼成
し、無機質繊維成形体を製造した。
ｌ2Ｏ3：９７重量％、ＳｉＯ2：３重量％、平均直径３
μｍ）２４３ｇ、平均粒径４μｍのＡｌ2Ｏ3粒子１７０
ｇ、平均粒径２μｍのＳｉＣ粒子３９ｇ、ＳｉＯ2含有
率４０重量％のシリカゾル８５ｇを８リットルの水に入
れ、数分間撹拌してスラリーを形成した。このスラリー
に凝集剤として固形分２％の澱粉水溶液を加えて凝集さ
せ、吸引成形により１８０×１８０×３０ｍｍの板状成
形体を得た。この板状成形体を１０００℃で２時間焼成
し、無機質繊維成形体を製造した。
【００２３】比較例として、平均粒径５５μｍのＡｌ2
Ｏ3粒子と平均粒径４５μｍのＳｉＣ粒径を用いた以外
は上記と同様にして、無機質繊維成形体を製造した。上
記実施例１及び比較例で得られた無機質繊維成形体のか
さ密度は、共に０.５ｇ／ｃｍ3であった。
Ｏ3粒子と平均粒径４５μｍのＳｉＣ粒径を用いた以外
は上記と同様にして、無機質繊維成形体を製造した。上
記実施例１及び比較例で得られた無機質繊維成形体のか
さ密度は、共に０.５ｇ／ｃｍ3であった。
【００２４】また、これら無機質繊維成形体の１０００
倍及び５０００倍の電子顕微鏡写真を、実施例１の成形
体について図１及び図２に、比較例について図３及び図
４に示した。比較例の無機質繊維成形体では、Ａｌ2Ｏ3
粒子が骨格繊維と結合せずに凝集して大きな塊となりや
すいのに対して、実施例１ではＡｌ2Ｏ3粒子が骨格繊維
と結合して相互に三次元網状構造を形成し、しかもＡｌ
2Ｏ3粒子と繊維とが強固に接合していることが分かる。
倍及び５０００倍の電子顕微鏡写真を、実施例１の成形
体について図１及び図２に、比較例について図３及び図
４に示した。比較例の無機質繊維成形体では、Ａｌ2Ｏ3
粒子が骨格繊維と結合せずに凝集して大きな塊となりや
すいのに対して、実施例１ではＡｌ2Ｏ3粒子が骨格繊維
と結合して相互に三次元網状構造を形成し、しかもＡｌ
2Ｏ3粒子と繊維とが強固に接合していることが分かる。
【００２５】次に、これらの無機質繊維成形体から１５
０×５０×２５ｍｍの試験片を切り出し、加熱試験前の
曲げ強度と１７００℃×２４時間の加熱試験後の曲げ強
度及び耐クリープ性を測定した。尚、耐クリープ性の測
定は図５に示すように試験片１の片側を長さ６０ｍｍ×
幅５０ｍｍの固定台２に挟んで固定し、固定台２から突
き出た長さ９０ｍｍの部分の先端１ａが下側に垂れ下が
った距離Ｓをもって評価した。これらの結果を表１に示
した。
０×５０×２５ｍｍの試験片を切り出し、加熱試験前の
曲げ強度と１７００℃×２４時間の加熱試験後の曲げ強
度及び耐クリープ性を測定した。尚、耐クリープ性の測
定は図５に示すように試験片１の片側を長さ６０ｍｍ×
幅５０ｍｍの固定台２に挟んで固定し、固定台２から突
き出た長さ９０ｍｍの部分の先端１ａが下側に垂れ下が
った距離Ｓをもって評価した。これらの結果を表１に示
した。
【００２６】
【表１】
【００２７】実施例２ 高アルミナ質繊維のサフィルＨＡ（Ａｌ2Ｏ3：９７重量
％、ＳｉＯ2：３重量％、平均直径３μｍ）、下記表２
に示す平均粒径のＡｌ2Ｏ3粒子、同じくＳｉＣ粒子、平
均粒径４０μｍのガラス質粒子（Ａｌ2Ｏ3：４７重量
％、ＳｉＯ2：５３重量％）、及びＳｉＯ2含有率４０重
量％のシリカゾルを、それぞれ表２に示す重量比で８リ
ットルの水に混合し、数分間撹拌してスラリーを形成し
た。これらのスラリーに澱粉水溶液を加えて凝集させ、
吸引成形した板状成形体を１２０℃で乾燥した後、１０
００℃で２時間焼成して無機質繊維成形体をそれぞれ製
造した。
％、ＳｉＯ2：３重量％、平均直径３μｍ）、下記表２
に示す平均粒径のＡｌ2Ｏ3粒子、同じくＳｉＣ粒子、平
均粒径４０μｍのガラス質粒子（Ａｌ2Ｏ3：４７重量
％、ＳｉＯ2：５３重量％）、及びＳｉＯ2含有率４０重
量％のシリカゾルを、それぞれ表２に示す重量比で８リ
ットルの水に混合し、数分間撹拌してスラリーを形成し
た。これらのスラリーに澱粉水溶液を加えて凝集させ、
吸引成形した板状成形体を１２０℃で乾燥した後、１０
００℃で２時間焼成して無機質繊維成形体をそれぞれ製
造した。
【００２８】
【表２】 Al2O3繊維 Al 2 O 3 粒子 SiC粒子 カ゛ラス質粒子 シリカソ゛ル試料 (wt％) (wt％) (μm) (wt％) (μm) (wt％) (wt％) 1 30 55 1 5 0.5 − 10 2 40 45 5 10 1 − 5 3 50 35 40 10 30 − 5 4＊ 30 60 100 − − − 10 5＊ 60 − − 30 5 − 10 6＊ 60 − − − − 30 10 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【００２９】得られた各無機質繊維成形体から、１５０
×５０×２５ｍｍの試験片を切り出し、実施例１と同様
に、１７００℃×２４時間の加熱試験後の曲げ強度、１
７００℃又は１８００℃×２４時間の加熱試験による耐
クリープ性Ｓを調べ、更に１６００〜１８００℃での線
変化率を測定した。得られた結果を表３に示した。尚、
かさ密度は全ての試料が０.５ｇ／ｃｍ3であった。
×５０×２５ｍｍの試験片を切り出し、実施例１と同様
に、１７００℃×２４時間の加熱試験後の曲げ強度、１
７００℃又は１８００℃×２４時間の加熱試験による耐
クリープ性Ｓを調べ、更に１６００〜１８００℃での線
変化率を測定した。得られた結果を表３に示した。尚、
かさ密度は全ての試料が０.５ｇ／ｃｍ3であった。
【００３０】
【表３】 曲げ強度 耐 クリーフ゜ 性Ｓ(mm) 線変化率(＋膨張／−収縮) 試料 (kg/cm 3 ) 1700℃ 1800℃ 1600℃ 1700℃ 1800℃ 1 50 10 25 ＋0.10 ＋0.15 −0.20 2 45 8 20 ＋0.20 ＋0.15 −0.10 3 35 15 24 ＋0.30 ＋0.10 −0.10 4＊ 10 45 80 ＋0.10 −0.30 −3.50 5＊ 19 40 75 ＋4.35 ＋3.15 ＋2.45 6＊ 15 50 80 ＋0.10 ＋0.20 −0.20 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【００３１】本発明の試料１〜３は、１７００℃×２４
時間の加熱試験後の曲げ強度が３５ｋｇ／ｃｍ3以上と
非常に高く、耐クリープ性にも優れ、特に１８００℃×
２４時間の加熱試験後の耐クリープ性が非常に優れてい
る。また、本発明の試料１〜３は線変化率が非常に小さ
く、特に１８００℃では全て０.２％以下の収縮に抑え
られている。尚、１６００℃又は１７００℃での線変化
率が若干大きな膨張を示した試料もあるが、ＳｉＣ粒子
の添加量を相応に減らすか、平均粒径のやや大きい粒子
を添加する等の方法により、収縮の方向に調整すること
ができる。
時間の加熱試験後の曲げ強度が３５ｋｇ／ｃｍ3以上と
非常に高く、耐クリープ性にも優れ、特に１８００℃×
２４時間の加熱試験後の耐クリープ性が非常に優れてい
る。また、本発明の試料１〜３は線変化率が非常に小さ
く、特に１８００℃では全て０.２％以下の収縮に抑え
られている。尚、１６００℃又は１７００℃での線変化
率が若干大きな膨張を示した試料もあるが、ＳｉＣ粒子
の添加量を相応に減らすか、平均粒径のやや大きい粒子
を添加する等の方法により、収縮の方向に調整すること
ができる。
【００３２】一方、比較例においては、ＳｉＣ粒子を添
加しない試料４は曲げ強度、耐クリープ性、線変化率の
いずれも極めて低い値であり、Ａｌ2Ｏ3粒子を含まず且
つＳｉＣ粒子の添加量が過剰な試料５は曲げ強度と耐ク
リープ性に劣るうえ、高温での膨張が激しく、Ａｌ2Ｏ3
粒子及びＳｉＣ粒子を共に添加していない試料６では線
変化率は小さいものの、曲げ強度と耐クリープ性が極め
て劣っていることが分かる。
加しない試料４は曲げ強度、耐クリープ性、線変化率の
いずれも極めて低い値であり、Ａｌ2Ｏ3粒子を含まず且
つＳｉＣ粒子の添加量が過剰な試料５は曲げ強度と耐ク
リープ性に劣るうえ、高温での膨張が激しく、Ａｌ2Ｏ3
粒子及びＳｉＣ粒子を共に添加していない試料６では線
変化率は小さいものの、曲げ強度と耐クリープ性が極め
て劣っていることが分かる。
【００３３】実施例３ 高アルミナ質繊維のサフィルＨＡ（Ａｌ2Ｏ3：９７重量
％、ＳｉＯ2：３重量％、平均直径３μｍ）４０重量
％、平均粒径５μｍのＳｉＣ粒子５重量％、ＳｉＯ2含
有率４０重量％のシリカゾル１０重量％と、平均粒径を
変化させたＡｌ2Ｏ3粒子４５重量％とを８リットルの水
に入れ、数分間撹拌してスラリーを形成した。このスラ
リーに凝集剤として固形分２％の澱粉水溶液を加えて凝
集させ、吸引成形した板状成形体を１０００℃で２時間
焼成して、それぞれ無機質繊維成形体を製造した。
％、ＳｉＯ2：３重量％、平均直径３μｍ）４０重量
％、平均粒径５μｍのＳｉＣ粒子５重量％、ＳｉＯ2含
有率４０重量％のシリカゾル１０重量％と、平均粒径を
変化させたＡｌ2Ｏ3粒子４５重量％とを８リットルの水
に入れ、数分間撹拌してスラリーを形成した。このスラ
リーに凝集剤として固形分２％の澱粉水溶液を加えて凝
集させ、吸引成形した板状成形体を１０００℃で２時間
焼成して、それぞれ無機質繊維成形体を製造した。
【００３４】得られた各無機質繊維成形体について、実
施例１と同様に作製した試験片を１７００℃×２４時間
の加熱した後の曲げ強度を測定した。得られた結果を図
６に示した。このグラフから、Ａｌ2Ｏ3粒子の平均粒径
が４０μｍ以下の場合に、曲げ強度の向上が著しいこと
が分かる。
施例１と同様に作製した試験片を１７００℃×２４時間
の加熱した後の曲げ強度を測定した。得られた結果を図
６に示した。このグラフから、Ａｌ2Ｏ3粒子の平均粒径
が４０μｍ以下の場合に、曲げ強度の向上が著しいこと
が分かる。
【００３５】実施例４ 高アルミナ質繊維のサフィルＨＡ（Ａｌ2Ｏ3：９７重量
％、ＳｉＯ2：３重量％、平均直径３μｍ）４０重量％
と、ＳｉＯ2含有率４０重量％のシリカゾル１０重量％
に、平均粒径が共に５μｍのＡｌ2Ｏ3粒子とＳｉＣ粒子
を全体が１００重量％となるように調整し、これを８リ
ットルの水に入れ、数分間撹拌してスラリーを形成し
た。このスラリーに凝集剤として固形分２％の澱粉水溶
液を加えて凝集させ、吸引成形した板状成形体を１００
０℃で２時間焼成して、それぞれ無機質繊維成形体を製
造した。
％、ＳｉＯ2：３重量％、平均直径３μｍ）４０重量％
と、ＳｉＯ2含有率４０重量％のシリカゾル１０重量％
に、平均粒径が共に５μｍのＡｌ2Ｏ3粒子とＳｉＣ粒子
を全体が１００重量％となるように調整し、これを８リ
ットルの水に入れ、数分間撹拌してスラリーを形成し
た。このスラリーに凝集剤として固形分２％の澱粉水溶
液を加えて凝集させ、吸引成形した板状成形体を１００
０℃で２時間焼成して、それぞれ無機質繊維成形体を製
造した。
【００３６】得られた各無機質繊維成形体について、実
施例１と同様に作製した試験片を１７００℃×２４時間
の加熱し、ＳｉＣ粒子の添加量に対する耐クリープ性並
びに線変化率の関係を評価した。得られた結果を図７に
示した。このグラフから、ＳｉＣ粒子の添加量が０.１
〜２０重量％の範囲において、耐クリープ性及び線変化
率が共に満足すべき値となることが分かる。
施例１と同様に作製した試験片を１７００℃×２４時間
の加熱し、ＳｉＣ粒子の添加量に対する耐クリープ性並
びに線変化率の関係を評価した。得られた結果を図７に
示した。このグラフから、ＳｉＣ粒子の添加量が０.１
〜２０重量％の範囲において、耐クリープ性及び線変化
率が共に満足すべき値となることが分かる。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、１８００℃の高温まで
使用可能で、耐熱性が高いと同時に、加熱による膨張や
収縮が極めて小さく、しかも焼成又は使用時の高温によ
り高い強度と優れた耐高温クリープ性が得られる耐熱性
無機質繊維成形体を提供することができる。
使用可能で、耐熱性が高いと同時に、加熱による膨張や
収縮が極めて小さく、しかも焼成又は使用時の高温によ
り高い強度と優れた耐高温クリープ性が得られる耐熱性
無機質繊維成形体を提供することができる。
【００３８】従って、本発明の無機質繊維成形体は、焼
成し又は焼成することなくそのまま加熱炉の断熱材等と
して使用でき、加熱炉の天井に用いた場合のスランプ、
炉床や被加熱品の支持台とした場合の沈下又は変形、炉
壁に用いた場合のバックアップ材の充填圧による迫り出
し等、従来避けられなかった問題を全て解決することが
できる。
成し又は焼成することなくそのまま加熱炉の断熱材等と
して使用でき、加熱炉の天井に用いた場合のスランプ、
炉床や被加熱品の支持台とした場合の沈下又は変形、炉
壁に用いた場合のバックアップ材の充填圧による迫り出
し等、従来避けられなかった問題を全て解決することが
できる。
【図１】本発明の焼成した無機質繊維成形体の組織形状
を示す１０００倍の顕微鏡写真である。
を示す１０００倍の顕微鏡写真である。
【図２】本発明の焼成した無機質繊維成形体の組織形状
を示す５０００倍の顕微鏡写真である。
を示す５０００倍の顕微鏡写真である。
【図３】比較例の焼成した無機質繊維成形体の組織形状
を示す１０００倍の顕微鏡写真である。
を示す１０００倍の顕微鏡写真である。
【図４】比較例の焼成した無機質繊維成形体の組織形状
を示す５０００倍の顕微鏡写真である。
を示す５０００倍の顕微鏡写真である。
【図５】各実施例における無機質繊維成形体の耐クリー
プ性の測定方法を示す概略の説明図である。
プ性の測定方法を示す概略の説明図である。
【図６】実施例３で得られた無機質繊維成形体における
Ａｌ2Ｏ3粒子の平均粒径と曲げ強度との関係を示すグラ
フである。
Ａｌ2Ｏ3粒子の平均粒径と曲げ強度との関係を示すグラ
フである。
【図７】実施例４で得られた無機質繊維成形体における
ＳｉＣ粒子の添加量と耐クリープ性及び線変化率との関
係を示すグラフである。
ＳｉＣ粒子の添加量と耐クリープ性及び線変化率との関
係を示すグラフである。
１ 無機質繊維成形体 ２ 固定台
Claims (4)
- 【請求項１】 骨格繊維としての高アルミナ質繊維及び
／又はムライト質繊維３０〜５０重量％と、平均粒径４
０μｍ以下のアルミナ粒子３５〜５５重量％と、炭化ケ
イ素及び／又は窒化ケイ素粒子５〜１０重量％とが、耐
熱性無機質結合剤により相互に結合されてなる高耐熱性
無機質繊維成形体。 - 【請求項２】 炭化ケイ素粒子及び窒化ケイ素粒子の平
均粒径が３０μｍ以下であることを特徴とする、請求項
１に記載の高耐熱性無機質繊維成形体。 - 【請求項３】 無機質結合剤がシリカゾル又はシリカゾ
ルとアルミナゾルの組合せであることを特徴とする、請
求項１又は２に記載の高耐熱性無機質繊維成形体。 - 【請求項４】 請求項１の高耐熱性無機質繊維成形体が
更に焼成されたことを特徴とする高耐熱性無機質繊維成
形体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8033082A JP2987094B2 (ja) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | 高耐熱性無機質繊維成形体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8033082A JP2987094B2 (ja) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | 高耐熱性無機質繊維成形体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09208318A JPH09208318A (ja) | 1997-08-12 |
| JP2987094B2 true JP2987094B2 (ja) | 1999-12-06 |
Family
ID=12376783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8033082A Expired - Lifetime JP2987094B2 (ja) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | 高耐熱性無機質繊維成形体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2987094B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101786860B (zh) * | 2010-02-02 | 2012-01-18 | 陈潮通 | 微波发热体及其制造方法 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002179474A (ja) * | 2000-12-07 | 2002-06-26 | Toshiba Monofrax Co Ltd | 耐火断熱材とその製造方法 |
| KR20050064542A (ko) * | 2003-12-24 | 2005-06-29 | 주식회사 포스코 | 고로 출선구 성형재 내화물 조성물 |
| JP4535734B2 (ja) * | 2004-01-20 | 2010-09-01 | イソライト工業株式会社 | セラミックファイバーモジュール |
| JP6726035B2 (ja) * | 2016-06-16 | 2020-07-22 | イビデン株式会社 | セラミック基複合材料の製造方法 |
| CN107382342B (zh) * | 2017-08-03 | 2021-03-09 | 济南圣泉倍进陶瓷过滤器有限公司 | 一种耐高温材料及其制备方法和应用 |
| JP2022083005A (ja) * | 2020-11-24 | 2022-06-03 | ニチアス株式会社 | 無機質成形体 |
| JP2022085606A (ja) * | 2020-11-27 | 2022-06-08 | ニチアス株式会社 | 成形体 |
| CN114315398A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-04-12 | 信阳中毅高热材料有限公司 | 一种高强度抗落渣陶瓷纤维板及其制备方法 |
-
1996
- 1996-01-29 JP JP8033082A patent/JP2987094B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101786860B (zh) * | 2010-02-02 | 2012-01-18 | 陈潮通 | 微波发热体及其制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09208318A (ja) | 1997-08-12 |
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