JP3094149B2 - 軽量耐火物の製造方法 - Google Patents

軽量耐火物の製造方法

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JP3094149B2 JP08077079A JP7707996A JP3094149B2 JP 3094149 B2 JP3094149 B2 JP 3094149B2 JP 08077079 A JP08077079 A JP 08077079A JP 7707996 A JP7707996 A JP 7707996A JP 3094149 B2 JP3094149 B2 JP 3094149B2
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    • C04B38/00Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/06Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は軽量耐火物、特に粉
末冶金の製造工程で使用される焼成受け治具(以下、セ
ッターという)に好適な軽量耐火物並びにその製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術並びに発明が解決しようとする課題】粉末
冶金の製造工程において、成形体を焼結させ、金属の持
つべき特性を十分に発現させるために焼成工程は必要不
可欠であり、また求める特性を十分に得るためにセッタ
ーが極めて重要な役割を果たしている。このセッター
は、ムライト製の台盤にSUS304のトレイを載せて
構成されるのが一般的である。しかし、上記の現在主流
となっているセッターは、SUS304は製品が付着す
るという問題があり、またムライト製の台盤は曲げ強さ
が3.9MPaと実用上問題の無い程度に高いものの、
密度が3.0g/cm3 と高いことから、加熱効率が悪
く省エネルギーの観点から問題がある。特に、最近で
は、製品の小型化が進行しており、セッターに比べて被
焼成物の重量が小さくなる傾向にあり、焼成燃費に占め
るセッター加熱の割合が無視できない状況にある。
【0003】本発明は上記の状況に鑑みてなされたもの
であり、粉末冶金における省エネルギー及びコスト削減
を目的に、耐熱衝撃性を維持しつつ軽量化した、特にセ
ッターに好適な耐火物を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明
の、 (1)水硬性アルミナ及びタルクを主成分とする耐火物
原料粉末と、ホウ酸アルミニウムウィスカーと、アラミ
ドファイバーまたはカーボンファイバーの少なくとも一
種とを含む出発原料と、水とを混合してスラリーとし、
このスラリーを脱水成形した後、焼成してホウ酸アルミ
ニウムウィスカーの酸化ホウ素成分を気化して分解する
ことを特徴とする軽量耐火物の製造方法、及び (2)前記耐火物原料粉末に、スメクタイトを添加する
ことを特徴とする上記(1)に記載の軽量耐火物の製造
方法によって達成される。
【0005】上記の構成によれば、下記の如き作用効果
が得られる。 ホウ酸アルミニウムウィスカーは、アラミドファイバ
ーやカーボンファイバーとの相互の絡み合いがなく、原
料スラリーに含まれる繊維成分を均一に分散させること
ができる。その結果、ホウ酸アルミニウムウィスカーは
焼成によりムライト質ウィスカーとなるため、得られる
焼成体(即ち、本発明における軽量耐火物と同義)にお
いてムライト質ウィスカーの分散性が良好となり、曲げ
強度等の機械的強度が向上する。 マトリックスが高耐熱性及び耐熱衝撃性に優れたコー
ジライト質であり、しかもホウ酸アルミニウムウィスカ
ーは焼成により酸化ホウ素成分が気化して分解し、残っ
たアルミナ成分が原料中のシリカ成分(タルク)と反応
して耐熱性に優れたムライト質ウィスカーとなるため、
得られる焼成体は極めて熱的安定性が高い。 ホウ酸アルミニウムウィスカーは、従来この種の耐火
物に使用されるアルミナウィスカーに比べて、またムラ
イト質ウィスカーを原料とする場合に比べても安価であ
り、更に市場からも入手し易い。 アラミドファイバーは脱水成形した成形体(以下、原
料成形体と呼ぶ)のハンドリング強度を増大させると共
に、焼成中に炭素化して焼成中の原料成形体に亀裂が発
生するのを防止する。また、最終的には消失して気孔と
なるため、焼成体の軽量化に寄与する。カーボンファイ
バーもほぼ同様な作用をする。 水硬性アルミナはマトリックス形成の他に無機バイン
ダーとしての機能も果たし、上記で述べたようなアラ
ミドファイバーの作用との相乗効果により、原料成形体
のハンドリングを更に増大させる。 スメクタイトを添加することにより、スラリーの粘性
が高まり、またスラリー調製時における混合中の剪断力
が増大して出発原料の分散性が良くなるとともに、水硬
性アルミナとゲル化反応を起こし原料成形体の硬化を促
進する。
【0006】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の軽量耐火物の
造方法に関して詳細に説明する。本発明の軽量耐火物
は、水硬性アルミナおよびタルクを主成分とする耐火物
原料粉末と、ホウ酸アルミニウムウィスカーと、アラミ
ドファイバーまたはカーボンファイバーの少なくとも一
種とを出発原料とし、これを水と混合して得られたスラ
リーを脱水成形した後、空気中で高温焼成してホウ酸ア
ルミニウムウィスカーの酸化ホウ素成分を気化して分解
することにより得られる。
【0007】原料粉末の組成は、水硬性アルミナとタル
クとが合計で出発原料の50〜90重量%、特に70〜
80重量%を占めることが好ましい。また、水硬性アル
ミナとタルクとを75:25〜25:75、特に51:
49〜45:55の割合で混合することが好ましい。原
料粉末の組成において、上記の範囲外にある場合には、
軽量耐火物のマトリクッスとなるコージライト質の生成
に支障をきたし、コージライト質が有する高耐熱性及び
耐熱衝撃性が十分に得られない。また、原料粉末を構成
する前記各成分の平均粒径は3〜30μm、特に5〜1
5μmであることが好ましい。
【0008】ホウ酸アルミニウムウィスカーは、焼成に
より酸化ホウ素成分が気化して分解し、残ったアルミナ
成分が原料粉末のタルクの主成分であるシリカと反応し
てムライト質ウィスカーとなる。このムライト質ウィス
カーは高温特性に優れるために、得られる焼成体の温度
特性を向上させる。また、ホウ酸アルミニウムウィスカ
ーはアルミナウィスカーに比べて安価に入手でき、コス
ト削減に寄与する。このホウ酸アルミニウムウィスカー
は、原料粉末に対して5〜50重量%、特に20〜30
重量%混合されることが好ましく、これより少ないと得
られる焼成体の温度特性の改善に寄与しない。また、ホ
ウ酸アルミニウムウィスカーの大きさは特に制限されな
いが、長径部分で10〜30μmであることが好まし
い。
【0009】出発原料には軽量化を目的として、アラミ
ドファイバーまたはカーボンファイバーを単独で、もし
くは両者を任意の割合で混合して配合する。これら繊維
成分は、焼成により分解して消失し、焼成体中に気孔と
なって均一に分布して焼成体の密度を減少させる。ま
た、これら繊維成分は水スラリーとした時にホウ酸アル
ミニウムウィスカーと絡み合うことが無く、水スラリー
は分散性が良好となり、得られる耐火物も構造的に均質
となり機械的強度に有利となる。これら繊維成分は、出
発原料中に3〜40重量%、好ましくは5〜15重量%
配合される。上記の量よりも少ないと、焼成体の軽量化
に寄与せず、一方上記範囲よりも多いには、焼成体に占
める気孔の割合が多くなりすぎ、曲げ強度の低下を招き
好ましくない。尚、繊維成分の大きさは、長径部分で5
00〜2000μmであることが好ましい。
【0010】出発原料は上記の原料粉末、ホウ酸アルミ
ニウムウィスカー及び繊維成分を必須成分とするが、ス
メクタイトの粉末を添加してもよい。スメクタイトは粘
土質であることから、水スラリーとした時の粘度調整剤
として機能するとともに、スラリーの分散性を向上させ
ることができる。また、原料成形体とする時の成形性及
び形状安定性が向上するとともに、焼成時に原料成形体
の亀裂や破損を防止することができ、焼成体の機械的強
度を向上させることができる。このスメクタイトの添加
量としては、出発原料に対して0.5〜8重量%、特に
1〜4重量%であることが好ましい。
【0011】そして、上記の出発原料を水に混合してス
ラリーとし、これを脱水成形してなる原料成形体を所定
温度で焼成し、ホウ酸アルミニウムウィスカーの酸化ホ
ウ素成分を気化して分解することで軽量耐火物が得られ
る。ここで、スラリーにおける出発原料と水との混合割
合は、成形に支障の無い範囲であれば特に制限されない
が、水の割合が高くなると焼成体の密度が低減する傾向
にある。脱水成形は、例えばスラリーを金型に注入した
状態で乾燥炉中50℃で1時間加熱した後、金型から外
し、更に乾燥炉中100℃で1時間加熱、乾燥して行わ
れる。そして、原料成形体は、所定の温度で焼成され
る。焼成温度はコージライトの生成とともにホウ酸アル
ミニウムウィスカーがムライト質ウィスカーとなり、し
かもアラミドファイバーまたはカーボンファイバーが分
解消失するのに必要な温度である。この温度は出発原料
の組成により変化し、また一般に焼成温度が高くなる
と、焼結体の収縮率が大きくなり密度が高くなる傾向に
あることから、用途に応じて目的とする密度と曲げ強度
とを考慮して焼成温度を設定することが好ましい。本発
明においては、セッターとして実用上好ましい密度0.
8kg/cm3 以下、曲げ強度5.0MPaを目的とし
ており、これらを満足するためには、上記の好ましい原
料組成において焼成温度は概ね1350〜1450℃で
ある。
【0012】上記の如く得られる本発明の軽量耐火物
は、コージライト質をマトリックスとし、その中にムラ
イト質ウィスカーが均一に分散し、焼成によりアラミド
ファイバーまたはカーボンファイバーが消失して生じた
気孔が均一に分布した構造を有する。
【0013】以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細
に説明する。表1に示す割合で、出発原料と水とを攪拌
機を用いて2分間攪拌してスラリーを調製した。
【0014】
【表1】
【0015】そして、スラリーを金枠(120×120
×10mm)中に流し込み、その表面をSUS製のコテ
を使用して平滑化した。尚、離型性を上げるためにグラ
スクロスを底部に敷き、金枠にマシン油を塗布した。次
いで、スラリーを流し込んだ金枠を乾燥炉中50℃で1
時間加熱した後、金枠及びグラスクロスから外し、更に
乾燥炉中100℃で1時間加熱、乾燥して原料成形体を
作成した。前記脱水成形した原料成形体を(株)広築製
HLF 203 5型高温電気炉を用いて、温度を変え
て空気中で30分間保持して焼成した。焼成条件は、急
熱急冷とした。
【0016】得られた焼成体について、密度及び収縮率
を測定するとともに、(株)島津製作所製オートグラフ
AG−A型を用いて、3点曲げ試験を行った。下部支点
距離は、50mm、クロスヘッド速度は、0.5mm/
minとした。測定結果を、図1及び図2に示す。実施
例1及び実施例2とも、ムライト台盤とSUSとから構
成された従来品と同等以上の曲げ強度を有するととも
に、密度が大幅に低減している。また、実施例2の焼結
体について、その破断面を日本電子(株)製走査型電子
顕微鏡を用いて観察したところ、ムライト質ウィスカー
が均一に存在していることが確認された。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば下
記の如き作用効果が得られ、特にセッターに好適に適用
することができる。 ホウ酸アルミニウムウィスカーは、アラミドファイバ
ーやカーボンファイバーとの相互の絡み合いがなく、原
料スラリーに含まれる繊維成分を均一に分散させること
ができる。その結果、ホウ酸アルミニウムウィスカーは
焼成によりムライト質ウィスカーとなるため、得られる
焼成体においてムライト質ウィスカーの分散性が良好と
なり、曲げ強度等の機械的強度が向上する。 マトリックスが高耐熱性及び耐熱衝撃性に優れたコー
ジライト質であり、しかもホウ酸アルミニウムウィスカ
ーは焼成により酸化ホウ素成分が気化して分解し、残っ
たアルミナ成分が原料中のシリカ成分(タルク)と反応
して耐熱性に優れたムライト質ウィスカーとなるため、
得られる焼成体は極めて熱的安定性が高い。 ホウ酸アルミニウムウィスカーは、従来この種の耐火
物に使用されるアルミナウィスカーに比べて、またムラ
イト質ウィスカーを原料とする場合に比べても安価であ
り、更に市場からも入手し易い。 アラミドファイバーは脱水成形した原料成形体のハン
ドリング強度を増大させると共に、焼成中に炭素化して
焼成中の原料成形体に亀裂が発生するのを防止する。ま
た、最終的には消失して気孔となるため、焼成体の軽量
化に寄与する。カーボンファイバーもほぼ同様な作用を
する。 水硬性アルミナはマトリックス形成の他に無機バイン
ダーとしての機能も果たし、上記で述べたようなアラ
ミドファイバーの作用との相乗効果により、原料成形体
のハンドリングを更に増大させる。 スメクタイトを添加することにより、スラリーの粘性
が高まり、またスラリー調製時における混合中の剪断力
が増大して出発原料の分散性が良くなるとともに、水硬
性アルミナとゲル化反応を起こし原料成形体の硬化を促
進する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1において、焼成温度と得られた焼成体
の密度、曲げ強度並びに収縮率の関係を示すグラフであ
る。
【図2】実施例2において、焼成温度と得られた焼成体
の密度、曲げ強度並びに収縮率の関係を示すグラフであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 595109708 ナパック株式会社 長野県駒ヶ根市飯坂1丁目32番2号 (72)発明者 西山 文毅 長野県長野市丹波島2−2−3 (72)発明者 矢島 洋一 長野県長野市大字風間1374−15 (72)発明者 塚原 幹夫 千葉県印旛郡印西町小倉台1−1 (72)発明者 福田 力夫 長野県上水内郡牟礼村大字牟礼708−4 (72)発明者 館林 清夫 長野県長野市松代町東寺尾3893 (72)発明者 鈴木 明 長野県駒ケ根市梨ノ木6−24 (56)参考文献 特開 平5−270943(JP,A) 特開 平5−279143(JP,A) 特開 平1−167281(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 38/06 C04B 38/00 304 C04B 35/64 C04B 35/80

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水硬性アルミナ及びタルクを主成分とす
    る耐火物原料粉末と、ホウ酸アルミニウムウィスカー
    と、アラミドファイバーまたはカーボンファイバーの少
    なくとも一種とを含む出発原料と、水とを混合してスラ
    リーとし、このスラリーを脱水成形した後、焼成してホ
    ウ酸アルミニウムウィスカーの酸化ホウ素成分を気化し
    て分解することを特徴とする軽量耐火物の製造方法
  2. 【請求項2】 前記耐火物原料粉末に、スメクタイトを
    添加することを特徴とする請求項1に記載の軽量耐火物
    の製造方法。
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CN104291759B (zh) * 2014-09-25 2016-06-29 山东理工大学 一种陶瓷纤维增强耐热绝缘保温板的制备方法

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