JP3830706B2

JP3830706B2 - Insulating material and manufacturing method thereof

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Publication number: JP3830706B2
Application number: JP36590899A
Authority: JP
Inventors: 嘉彦後藤; 裕太渡部; 裕司上村
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2019-12-24
Also published as: JP2001181061A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、断熱材及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無機繊維及び無機バインダ等を焼成して形成される無機繊維質断熱材は、キャスタブル耐火材料に比較して軽量で扱い易く、且つ、断熱性に優れるため、各種工業炉等の耐熱性や断熱性が要求される用途に用いられている。例えば、無機繊維質断熱材は極めて高いクリーン度が要求される電子部品を熱処理するための電気炉等に用いられている。
【０００３】
しかし、従来の無機繊維質断熱材は表面に無機繊維等が露出しているため、使用の際に無機繊維等が脱落して発塵する。また、電気炉等で急激な加熱や冷却が行われると、無機繊維質断熱材の耐熱衝撃性が十分でないため急激な膨張や収縮に耐えられずにクラックや剥離が生じ易く、さらにクラック等により発塵することがある。また、無機繊維質断熱材は例えば１２００℃程度の高温で長期間に渡り使用すると、断熱材中の無機繊維が加熱収縮することにより断熱材全体が収縮して寸法変化を生じ、さらにクラックや剥離が生じたり発塵することがある。
【０００４】
無機繊維質断熱材の発塵を抑制する発明としては、例えば、特開平１−２１９０３８号公報に、無機質繊維材料等からなる多孔質焼結体の表面の少なくとも一部に釉薬を塗布、熱処理してガラス質層を形成してなるメタルグレーズ焼付用治具が開示されており、該治具によれば熱スポーリング性等に優れ、発塵が抑制される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、無機質繊維材料の表面をガラス質層で被覆すると、複層構造となるために無機質繊維材料全体しての耐熱衝撃性が低くなる。すなわち、短時間で急激に加熱や冷却を行うと、ガラス質層と繊維質の基材との間の熱膨張係数の違いにより、ガラス質層にクラックが発生したりガラス質層が基材から剥離したりするという問題があった。また、該断熱材の作製時においても、焼成の際のガラス質層の収縮率が基材の収縮率よりも大きいため、応力の差によりガラス質層にクラックや剥離が生じるという問題があった。特に、工業炉用によく用いられている円筒形状の断熱材では、発塵防止のためにガラス質層は内周面に被覆されるが、ガラス質層の収縮による力が外周の基材から剥離する方向に働くため、クラックや剥離が極めて生じ易いという問題があった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、発塵性が低く、全体として耐熱衝撃性に優れ、酸化雰囲気、且つ、約１２００℃以下の高温下での長期間に渡る使用でも断熱材自体の寸法変化が小さく、クラックや剥離が生じ難い断熱材及びこれらの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者は鋭意検討を行った結果、少なくとも表面の一部に、無機繊維等による３次元骨格構造の無機繊維融着体と特定ガラスを主成分とするガラスマトリクスとからなる層が形成され、且つ、前記無機繊維融着体が該ガラスマトリクスに実質的に取り込まれ固定された断熱材であれば、無機繊維等がガラスマトリクスに実質的に固定され表面から脱落しないため発塵性が低く、断熱材の下地と材質が類似するため全体としての耐熱衝撃性に優れ、高温での長期間に渡る使用でも徐々に酸化して膨張するガラス成分が含まれ無機繊維の加熱収縮と相殺することにより寸法変化が小さく、クラックや剥離が生じ難い断熱材が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、少なくとも表面の一部に無機繊維ガラスマトリクス層が形成された断熱材であって、該無機繊維ガラスマトリクス層は無機繊維が無機バインダにより相互に融着された３次元骨格構造の無機繊維融着体と珪酸ガラスＳｉＯ _２を主成分とするガラスマトリクスとからなり、且つ、前記無機繊維融着体が該ガラスマトリクスに実質的に取り込まれ固定されていることを特徴とする断熱材を提供するものである。
【００１０】
また、本発明は、脱水成形する成形型が内部に配置された成形槽内に、水以外の成分の合計量を１００重量％として、無機繊維１０〜４０重量％、酸化により珪酸ガラスを生成し膨張するガラス前駆体５０〜８０重量％、無機バインダ１〜３０重量％及び凝集剤０．１〜１０重量％を含む第１スラリーを供給して吸引脱水成形して無機繊維質成形体を得、次いで、酸化性雰囲気中で加熱することにより、該無機繊維質成形体中に存在する前記ガラス前駆体の少なくとも一部を珪酸ガラスを主成分とするガラスマトリクスに変性することを特徴とする断熱材の製造方法を提供するものである。
【００１１】
また、本発明は、脱水成形する成形型が内部に配置された成形槽内に、水以外の成分の合計量を１００重量％として、無機繊維１０〜４０重量％、酸化により珪酸ガラスＳｉＯ _２を生成し膨張するガラス前駆体５０〜８０重量％、無機バインダ１〜３０重量％及び凝集剤０．１〜１０重量％を含む第１スラリーを供給して吸引脱水成形し、該第１スラリーが前記成形型に全て堆積する前に、前記成形槽内に、水以外の成分の合計量を１００重量％として、無機繊維を含む無機材料２０〜９５重量％、無機バインダ１〜３０重量％及び凝集剤０．１〜１０重量％を含む第２スラリーを徐々に添加して、該成形槽内のスラリーの組成が前記第１スラリーから該第２スラリーに漸次変化するようにして吸引脱水成形して無機繊維質成形体を得、次いで、酸化性雰囲気中で加熱することにより、該無機繊維質成形体中に存在する前記ガラス前駆体の少なくとも一部を珪酸ガラスＳｉＯ _２を主成分とするガラスマトリクスに変性することを特徴とする断熱材の製造方法を提供するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
初めに、本発明に係る無機繊維質成形体及び断熱材の層の構造及び各層の組成について簡単に説明する。本発明に係る無機繊維質成形体は少なくとも表面の一部に無機繊維ガラス前駆体層が形成された脱水成形等により得られる無機繊維質成形体であり、後述する８００〜１２００℃程度の加熱処理が行われていないものである。無機繊維質成形体の構造としては、無機繊維ガラス前駆体層のみからなる単層構造のもの又は無機繊維ガラス前駆体層に隣接して他の層が形成された複層構造のものが挙げられる。該複層構造の無機繊維質成形体としては、例えば、無機繊維ガラス前駆体層に隣接してガラス前駆体遷移層が形成された無機繊維ガラス前駆体層／ガラス前駆体遷移層の２層構造の無機繊維質成形体、該２層構造の無機繊維質成形体のガラス前駆体遷移層に隣接して無機材料結着層が形成された無機繊維ガラス前駆体層／ガラス前駆体遷移層／無機材料結着層の３層構造の無機繊維質成形体等が挙げられる。
【００１３】
無機繊維ガラス前駆体層は無機繊維結着体とガラス前駆体とから構成される層であり、ガラス前駆体遷移層は無機繊維結着体とガラス前駆体と無機材料結着体とから構成され層中のガラス前駆体の濃度が場所により漸次変化する層であり、無機材料結着層は無機材料結着体から構成される層である。無機繊維結着体は無機繊維が凝集剤により相互に結合されたものであり、ガラス前駆体は酸化により珪酸ガラスを生成し膨張するものであり、無機材料結着体は無機繊維を含む無機材料及び無機バインダが凝集剤により相互に結合されたものである。
【００１４】
本発明に係る断熱材は少なくとも表面の一部に無機繊維ガラスマトリクス層が形成された断熱材であり、上記無機繊維質成形体に後述する８００〜１２００℃程度の加熱処理を行ったものである。断熱材の構造としては、無機繊維ガラスマトリクス層のみからなる単層構造のもの又は無機繊維ガラスマトリクス層に隣接して他の層が形成された複層構造のものが挙げられる。該複層構造の断熱材としては、例えば、無機繊維ガラスマトリクス層に隣接してガラスマトリクス遷移層が形成された無機繊維ガラスマトリクス層／ガラスマトリクス遷移層の２層構造の断熱材、該２層構造の断熱材のガラスマトリクス遷移層に隣接して無機材料融着層が形成された無機繊維ガラスマトリクス層／ガラスマトリクス遷移層／無機材料融着層の３層構造の断熱材等が挙げられる。
【００１５】
無機繊維ガラスマトリクス層は無機繊維融着体とガラスマトリクスとから構成される層であり、ガラスマトリクス遷移層は無機繊維融着体とガラスマトリクスと無機材料融着体とから構成され層中のガラスマトリクスの濃度が場所により漸次変化する層であり、無機材料融着層は無機材料融着体から構成される層である。無機繊維融着体は無機繊維が無機バインダにより相互に融着されたものであり、ガラスマトリクスは珪酸ガラスを主成分とするものであり、無機材料融着体は無機繊維を含む無機材料が無機バインダにより相互に融着されたものである。以下、本発明に係る無機繊維質形成体、断熱材及びこれらの製造方法について詳細に説明する。
【００１６】
まず、本発明に係る無機繊維質成形体について説明する。無機繊維としては、例えば、アルミナ繊維、シリカ繊維、アルミナシリカ繊維等が挙げられ、このうち、アルミナ繊維及びアルミナシリカ繊維が耐熱性に優れるため好ましい。アルミナシリカ繊維としては、例えば、非晶質アルミナシリカ繊維、結晶性シリカアルミナ繊維等が挙げられる。非晶質アルミナシリカ繊維としては、例えば、アルミナ４０〜６０重量％及びシリカ６０〜４０重量％からなるものが挙げられる。結晶性シリカアルミナ繊維としては、例えば、アルミナ７０〜９９重量％及びシリカ３０〜１重量％からなるものが挙げられ、このような結晶性シリカアルミナ繊維としては例えば、ムライト繊維が挙げられる。
【００１７】
無機繊維は、平均繊維長が１０〜５０００μm 、平均繊維径が１〜１０μm のものが用いられる。無機繊維は上記のものを１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。無機繊維は無機繊維ガラス前駆体層中、１０〜４０重量％、好ましくは１５〜３０重量％含まれる。無機繊維の配合量が１０重量％未満であると、無機繊維による補強効果が不十分で無機繊維質成形体の強度が低くなるため好ましくない。また、４０重量％を越えると、ガラス前駆体を酸化して珪酸ガラス等を主成分とするガラスマトリクスを生成する際に、無機繊維がガラスマトリクスに実質的に取り込まれ固定され難くなるため、発塵の抑制が十分でなくなるため好ましくない。
【００１８】
凝集剤は、無機繊維質成形体において無機繊維が相互に結合して３次元骨格構造の無機繊維結着体を形成できるものであり、加熱により無機繊維を融着する無機バインダとは異なるものである。凝集剤としては、例えば、でんぷんやポリアクリルアミド等の有機バインダが挙げられる。凝集剤は、１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。
【００１９】
無機繊維結着体は、無機繊維が凝集剤により相互に結合された３次元骨格構造の無機繊維構造体である。ここでいう結合とは、凝集剤により行われ高温の加熱処理を必要としない結合形態を意味し、無機繊維及び無機バインダの組成や結晶状態は変化しないものをいう。従って、後述するような高温での無機バインダによる無機繊維の融着とは結合形態が異なる。上記結合の接着強度は、通常の断熱材としての使用において、上記３次元骨格構造を維持するに十分な程度であればよい。
【００２０】
酸化により珪酸ガラスを生成し膨張するガラス前駆体としては、酸化雰囲気中で加熱されたときに、単独で又は無機繊維もしくは無機バインダと共に反応して、少なくとも徐々に珪酸ガラスを生成し膨張する物質が用いられる。珪酸ガラスを生成するに必要な温度は、５００〜１６００℃である。このようなガラス前駆体としては、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）又はこれらの混合物等が挙げられる。
【００２１】
ガラス前駆体が酸化により珪酸ガラスを生成し膨張する例を以下に説明する。ガラス前駆体がＳｉＣである場合は、以下のように反応する。
【００２２】
ＳｉＣ＋２Ｏ₂→ＳｉＯ₂＋ＣＯ₂ （１）
【００２３】
上記式（１）による反応では、ＳｉＣがＳｉＯ₂に変化する際に体積が酸化膨張する。この体積の膨張は理論的には１０８％であり、本発明でも略同様の膨張率が生じていると考えられる。また、ガラス前駆体がＳｉ₃Ｎ₄である場合は、以下のように反応する。
【００２４】
Ｓｉ₃Ｎ₄＋３Ｏ₂→３ＳｉＯ₂＋２Ｎ₂ （２）
【００２５】
上記式（２）による反応では、Ｓｉ₃Ｎ₄がＳｉＯ₂に変化する際に酸化膨張する。こうしてガラス前駆体がガラスマトリクス変性する際に酸化膨張が同時に進行する。
【００２６】
ガラス前駆体は、無機繊維結着体による３次元骨格構造中に分散し、且つ、凝集剤により無機繊維結着体に結合される形態のものであればよい。このような形態のものとしては、例えば、粒状又は短繊維状の粉体が挙げられる。なお、粒状とは完全な球状の粒状物には限定されない。ガラス前駆体が粒状である場合、ガラス前駆体の粒径は０．１〜５０μm であることが好ましい。また、ガラス前駆体が短繊維状である場合、平均繊維径０．０５〜３μm 、平均繊維長５〜５００μm であることが好ましい。ガラス前駆体は、上記組成及び形態のもののうち１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。
【００２７】
ガラス前駆体は、無機繊維ガラス前駆体層中に５０〜８０重量％、好ましくは４０〜７０重量％含まれ、且つ、無機繊維ガラス前駆体層中におけるガラス前駆体と無機繊維結着体との重量比率は５：３〜１６：３、好ましくは４：３〜１３：３である。ガラス前駆体の配合量及び重量比率が上記範囲より少ないと、酸化雰囲気、且つ、１２００℃以下の高温下での使用の際に、ガラス前駆体の酸化により生成し膨張する珪酸ガラスを主成分とするガラスマトリクスの量が少なくなるため、発塵性を低くできないと共に無機繊維の加熱収縮を十分に抑制できず寸法安定性に劣り好ましくない。また、ガラス前駆体の配合量及び重量比率が上記範囲より多いと、形成されるガラスマトリクスの量が多くなるため、無機繊維ガラス前駆体層が膨張しすぎて寸法安定性に劣り、且つ、無機繊維による補強効果が十分でなく、さらにガラス前駆体及びガラスマトリクスが共に熱伝導率が高いため断熱材全体として断熱効果が低下し好ましくない。
【００２８】
無機バインダとしては、８００〜１２００℃程度の加熱処理により無機繊維同士を融着可能なものが用いられ、例えば、コロイダルシリカ、アルミナゾル等が挙げられる。無機バインダは無機繊維ガラス前駆体層中においては凝集剤により無機繊維結着体等に結合されている。無機バインダは、無機繊維ガラス前駆体層中、１〜３０重量％、好ましくは３〜１５重量％含まれる。無機バインダが１重量％未満であるとバインダとしての効果が十分でなく、また、３０重量％を越えるとバインダとしての効果がこれ以上向上せず不経済なため好ましくない。
【００２９】
無機繊維ガラス前駆体層は、無機繊維質成形体の少なくとも表面の一部に形成される層であって、無機繊維が凝集剤により相互に結合された３次元骨格構造の無機繊維結着体と酸化により珪酸ガラスを生成し膨張するガラス前駆体と無機バインダとからなり、且つ、ガラス前駆体及び無機バインダが凝集剤により無機繊維結着体に結合され形成される。無機繊維ガラス前駆体層の厚さとしては、用途により適宜選択すればよいが、断熱材として用いられる場合には１mm以上、好ましくは５mm以上である。該厚さが１mm未満であると、後に形成されるガラスマトリクス層の機能が小さくなるため好ましくない。また、無機繊維ガラス前駆体層中にシリカ粒子やアルミナ粒子等の無機粒子を２０重量％以下の割合で含有させてもよい。これらの無機粒子を配合することで、ガラスマトリクスの膨張の影響を調整することができる。
【００３０】
無機繊維ガラス前駆体層は、無機繊維質成形体の表面層として形態を保持する程度の強度を有していればよく、例えば、無機繊維等の脱落が多少ある程度の強度のものでもよい。無機繊維ガラス前駆体層は、酸化雰囲気で加熱されると、徐々に、該層中の無機繊維が加熱収縮する一方、ガラス前駆体が酸化されガラスマトリクスを生成し膨張する。この現象は初期において急激に進行するが、その後も長時間にわたり徐々に進行する。このため、無機繊維ガラス前駆体層は、無機繊維による加熱収縮がガラスマトリクスの膨張で相殺され、長時間の酸化性雰囲気中での加熱における寸法安定性が高くなると共に、膨張したガラスマトリクスにより無機繊維が取り込まれるため発塵性がより低くなる。すなわち、断熱材としての使用中においてもガラスマトリクスの膨張による無機繊維の収縮の影響を相殺する作用が長時間にわたり得られると共にガラスマトリクスの生成が進行することで発塵性がより低くなる。また、寸法安定性が高いため、クラックや剥離が発生し難い。
【００３１】
本発明に係る無機繊維質成形体は、少なくとも表面の一部に無機繊維ガラス前駆体層が形成されたものである。すなわち、無機繊維ガラス前駆体層は、無機繊維質成形体の少なくとも表面全体又はその一部に形成されていればよく、必要により無機繊維質成形体の内部まで形成されていてもよい。無機繊維質成形体の形状としては、特に限定されないが、例えば、円筒形状、板状等が挙げられる。無機繊維質成形体は、空気中において９００℃で７００時間加熱した前後の寸法変化率が−１〜＋１％、好ましくは略±０％である。
【００３２】
無機繊維質成形体は、このままで、又は必要により後述の加熱処理を行ってガラス前駆体をガラスマトリクスに変性させることにより、例えば、電子部品製造用の電気炉等の断熱材として使用できる。なお、ガラス前駆体は無機繊維や無機バインダ等よりも熱伝導率が高いため、無機繊維ガラス前駆体層自体の断熱性能はそれほど高くないが、例えば、表面に形成した無機繊維ガラス前駆体層とガラス前駆体を含まない通常の無機繊維断熱材からなる層とを組み合わせて用いれば、断熱性能が十分であると共に寸法変化が小さくクラックや剥離が少ない断熱材が得られる。すなわち、少なくとも表面の一部に無機繊維ガラス前駆体層が形成された断熱材は、酸化雰囲気、且つ、１２００℃以下の高温下で長期間に渡り使用されても、無機繊維ガラス前駆体層の寸法安定性が高いため、無機繊維ガラス前駆体層に隣接する層との間の剥離やクラックが生じ難いと共に、使用するにつれてガラスマトリクスの生成がより進行するため発塵がさらに少なくなる。また、断熱性能がそれほど要求されない断熱材に使用する場合は、無機繊維ガラス前駆体層のみで断熱材を構成してもよい。
【００３３】
断熱材の形状としては、例えば、円筒形状、板状等が挙げられる。特に円筒形状であって内周面に無機繊維ガラス前駆体層が形成されたものは、無機繊維ガラス前駆体層の加熱収縮によるクラックや剥離が生じ難くなるため好ましい。また、断熱材は、無機繊維ガラス前駆体層に予め電気ヒータを埋設して形成したものでもよい。該断熱材は、電気ヒータに通電して無機繊維ガラス前駆体層を酸化雰囲気中で加熱して無機繊維ガラス前駆体層中のガラス前駆体をガラスマトリクスに変性できると共に、このまま電気ヒータが埋設された断熱材として使用することができる。また、断熱材はガスバーナーの火炎放射部等の高温暴露部材としても使用でき、該部材は使用に伴って断熱材中のガラス前駆体が徐々にガラスマトリクスに変性されるため、割れやクラックがなく、発塵が徐々に低くなる。
【００３４】
本発明に係る無機繊維質成形体は、無機繊維ガラス前駆体層に隣接する層として、無機繊維を含む無機材料及び無機バインダが凝集剤により相互に結合された３次元骨格構造の無機材料結着体とガラス前駆体とからなり、且つ、層中のガラス前駆体の濃度が無機繊維ガラス前駆体層との界面から離間するに従い漸次減少して略ゼロになるガラス前駆体遷移層が形成されていてもよい。ガラス前駆体遷移層は、通常、該層に隣接してさらに形成されるガラス前駆体を含まない無機材料結着層と無機繊維ガラス前駆体層との間に位置する中間層であって緩衝層として形成され、無機繊維ガラス前駆体層とガラス前駆体遷移層との界面、及びガラス前駆体遷移層と無機材料結着層との界面のそれぞれの界面において隣接する層の組成や物性が略同一になるように形成される。
【００３５】
ガラス前駆体遷移層中におけるガラス前駆体の濃度は、界面から離間するに従い漸次減少して最終的に略ゼロになればよく、濃度の減少の態様としては線型的又は非線型的のいずれの態様であってもよい。ガラス前駆体遷移層の厚さとしては、用途により適宜選択すればよいが、断熱材として用いられる場合には１mm以上、好ましくは５mm以上である。該厚さが１mm未満であると、組成及び物性の連続性が十分でなく、緩衝層として機能が十分に発現せず、無機繊維ガラス前駆体層や無機材料結着層の剥離やクラックが生じるおそれがあるため好ましくない。ガラス前駆体遷移層が形成されると、無機繊維ガラス前駆体層とその下地層であるガラス前駆体遷移層との界面が組成及び物性の点で略同一であるため、これら２層間での剥離及び無機繊維ガラス前駆体層のクラックがより生じ難くなり好ましい。
【００３６】
本発明に係る無機繊維質成形体は、ガラス前駆体遷移層に隣接する層として、無機繊維を含む無機材料及び無機バインダが凝集剤により相互に結合された３次元骨格構造の無機材料結着体からなる無機材料結着層が形成されていてもよい。ここで、無機繊維を含む無機材料とは、少なくとも無機繊維を含み必要によりさらに無機粒子等をも含む材料を意味する。無機粒子としては、例えば、アルミナ粒子、シリカアルミナ粒子、シリカ粒子及びこれらの１種又は２種以上の混合物が挙げられる。無機粒子の粒子径としては、０．１〜５０μm が好ましい。
【００３７】
無機材料結着層において、無機粒子以外の無機繊維、無機バインダ及び凝集剤は、無機繊維ガラス前駆体層と同様のものを用いることができる。無機材料結着層中における重量比率は、無機繊維を含む無機材料が２０〜９５重量％、好ましくは３０〜８５重量％であり、このうち、無機繊維が２０〜９５重量％、好ましくは３０〜７５重量％である。また、無機バインダが１〜３０重量％、好ましくは３〜１５重量％、凝集剤が０．１〜１０重量％、好ましくは１〜５重量％である。
【００３８】
無機材料結着層の厚さとしては、用途により適宜選択すればよいが、断熱材として用いられる場合には一般的に厚いほど好ましく、通常１０mm以上、好ましくは１０〜１００mm、さらに好ましくは３０〜１００mmである。無機材料結着層が形成されると、熱伝導率が比較的高いガラス前駆体を実質的に含まないため、断熱性が高くなり好ましい。
【００３９】
次に無機繊維質成形体の製造方法について説明する。本発明に係る無機繊維質成形体は、例えば、脱水成形する成形型が内部に配置された成形槽内に、無機繊維、ガラス前駆体、無機バインダ及び凝集剤を含む第１スラリーを供給して吸引脱水成形し、第１スラリーが成形型に全て堆積する前に、成形槽内に無機繊維を含む無機材料、無機バインダ及び凝集剤を含む第２スラリーを徐々に添加して、成形槽内のスラリーの組成が第１スラリーから第２スラリーに漸次変化するようにして吸引脱水成形して製造することができる。以下、図１〜図３を参照して吸引脱水成形による具体的な製造方法について説明する。図１は無機繊維質成形体を製造する際に用いられる吸引脱水成形装置の一例を示す模式図、図２は吸引脱水成形でスラリーを脱水成形型上に堆積させる様子を説明する模式図、図３は無機繊維質成形体の一例を示す模式図である。図１〜図３中、１０は成形型の一部である網状部材、１１は第１スラリーの堆積物、１２は第１及び第２スラリーの混合物の堆積物、１３は第２スラリーの堆積物、２０１は成形槽、２０２は成形槽内、２０３は成形型、２０４は中空部、２０５は無機繊維ガラス前駆体層、２０６はガラス前駆体遷移層、２０７は無機材料結着層、２０８は無機繊維質成形体、２０９は水排出部である。
【００４０】
まず、図１に示すような脱水成形する成形型２０３が内部に配置された成形槽２０１を用意する。成形型２０３のうち、成形槽内２０２に面した側の表面は網状部材１０等に形成し、吸引部２０９から吸引脱水することにより、成形槽内２０２に供給されるスラリーを堆積できるようにする。
【００４１】
次に、成形槽内２０２に第１スラリーを供給し、吸引脱水する。第１スラリーの組成は、水以外の成分の合計量を１００重量％として、無機繊維が１０〜４０重量％、好ましくは２０〜３０重量％、ガラス前駆体が５０〜８０重量％、好ましくは６０〜７０重量％、無機バインダが１〜３０重量％、好ましくは３〜１０重量％、凝集剤が０．１〜１０重量％、好ましくは１〜５重量％である。第１スラリーには上記以外の添加剤等が適宜配合されていてもよく、また、該スラリーの水分量は適宜調整すればよい。なお、第１スラリーは、成形槽内２０２で図示しない攪拌手段等により攪拌されることが好ましい。図２の矢印Ｘ方向に吸引脱水され、第１スラリーが成形型２０３の網状部材１０上に堆積すると、図２（Ａ）に示すように第１スラリー堆積物１１が形成される。
【００４２】
次に、第１スラリーが成形型２０３に全て堆積する前に、成形槽内２０２に無機繊維を含む無機材料、無機バインダ及び凝集剤を含む第２スラリーを徐々に添加して、成形槽内２０２のスラリーの組成が第１スラリーから第２スラリーに漸次変化するようにして吸引脱水成形する。第２スラリーの組成は、水以外の成分の合計量を１００重量％として、無機繊維を含む無機材料が２０〜９５重量％、好ましくは３０〜７０重量％、無機バインダが１〜３０重量％、好ましくは３〜１５重量％及び凝集剤が０．１〜１０重量％、好ましくは１〜５重量％である。第２スラリーには上記以外の添加剤等が適宜配合されていてもよく、また、該スラリーの水分量は適宜調整すればよい。なお、第２スラリーは、第１スラリーと同様に攪拌されることが好ましい。第２スラリーの添加量、添加速度、添加するタイミング等は適宜行えばよい。例えば、成形槽内２０２のスラリーの液面が一定になるように第２スラリーを添加すると、ガラス前駆体遷移層の組成変化が線型的になり、層間の熱膨張差が緩和されるため好ましい。
【００４３】
本工程では、成形槽内２０２の第１スラリーが成形型２０３に全て堆積する前の状態において図２（Ｂ）に示すように第１スラリー堆積物１１の上に第１及び第２スラリーの混合物の堆積物１２が形成される。さらに、成形槽内２０２の第１スラリーが成形型２０３に全て堆積した後においても継続して第２スラリーを添加することにより、図２（Ｃ）に示すように第１及び第２スラリーの混合物の堆積物１２の上に第２スラリーの堆積物１３が形成される。吸引脱水成形が終了すると、断面が第１スラリーの堆積物１１／第１及び第２スラリーの混合物の堆積物１２／第２スラリーの堆積物１３の３層構造の成形体が得られる。この３層構造の成形体を脱型し、乾燥すると、図３に示すような中空部２０４を有する円筒形状で内周面側から順に無機繊維ガラス前駆体層２０５／ガラス前駆体遷移層２０６／無機材料結着層２０７の３層構造を有する無機繊維質成形体２０８が得られる。乾燥条件としては、例えば、８０〜２００℃、好ましくは１００〜１５０℃で、５時間以上、好ましくは２４〜４８時間行えばよい。
【００４４】
なお、上記製造方法において、成形槽内２０２の第１スラリーと第２スラリーとの混合物のうち、第１スラリー成分が実質的になくなった時点で脱水成形を終了すれば、無機繊維ガラス前駆体層２０５／ガラス前駆体遷移層２０６の２層構造を有する無機繊維質成形体が得られる。また、上記製造方法において、第１スラリーが成形槽内２０２に完全になくなった後に第２スラリーやその他のガラス前駆体を含まない断熱材用のスラリーを添加すれば、無機繊維ガラス前駆体層２０５／ガラス前駆体を含まない層の２層構造を有する無機繊維質成形体が得られる。
【００４５】
次に本発明に係る断熱材について説明する。本発明に係る断熱材は、上記本発明に係る無機繊維質成形体が酸化雰囲気下で加熱処理されて得られるものである。無機繊維及び無機バインダとしては、無機繊維質成形体と同様のものが挙げられる。無機繊維融着体は、無機繊維が無機バインダにより相互に融着された３次元骨格構造の強固な無機繊維構造体である。なお、ここでいう融着とは、高温の加熱処理による無機バインダでの強固な結合形態を意味し、無機繊維及び無機バインダの少なくとも一部が溶融したり粘性流動して結合した形態をいう。融着の際には、無機繊維又は無機バインダは組成や結晶状態が変化していてもよい。
【００４６】
珪酸ガラスを主成分とするガラスマトリクスとしては、ガラス前駆体が酸化され膨張した珪酸ガラスを主成分として含んでいればよく、ガラスマトリクス全体が珪酸ガラスのみで構成されていても、ガラスマトリクスの一部が十分に酸化されずにガラス前駆体のまま含まれていてもよい。ガラスマトリクスは、例えば、上記式（１）や（２）に示すようにガラス前駆体が酸化により徐々に膨張することにより形成される。
【００４７】
無機繊維ガラスマトリクス層は、断熱材の少なくとも表面の一部に形成される層であって、無機繊維が無機バインダにより相互に融着された３次元骨格構造の無機繊維融着体と珪酸ガラスを主成分とするガラスマトリクスとからなり、且つ、前記無機繊維融着体が該ガラスマトリクスに実質的に取り込まれ固定されて形成される。無機繊維ガラスマトリクス層においては、無機繊維質成形体の無機繊維ガラス前駆体層中のガラス前駆体の全部又は大部分がガラス化して膨張すると共に膨張した隣接するガラス同士の接点が結合する。このため、無機繊維ガラス前駆体層中に存在した空隙は略消失して珪酸ガラスを主成分とするマトリクス状態になっており、該ガラスマトリクスにより無機繊維融着体が取り込まれ固定される。
【００４８】
本発明に係る断熱材は、少なくとも表面の一部に無機繊維ガラスマトリクス層が形成されたものである。すなわち、無機繊維ガラスマトリクス層は、断熱材の少なくとも表面全体又はその一部に形成されていればよく、必要により断熱材の内部まで形成されていてもよい。断熱材の形状としては、特に限定されないが、例えば、円筒形状、板状等が挙げられる。特に円筒形状であって内周面に無機繊維ガラスマトリクス層が形成されたものは、無機繊維ガラスマトリクス層の加熱収縮によるクラックや剥離が生じ難くなるため好ましい。断熱材は、空気中において９００℃で７００時間加熱した前後の寸法変化率が０〜＋１％、好ましくは略±０％である。
【００４９】
断熱材は、このままで、又は必要により後述の加熱処理を行って残存するガラス前駆体をガラスマトリクスに変性させることにより、例えば、電子部品製造用の電気炉等の断熱材として使用できる。なお、ガラスマトリクスは無機繊維や無機バインダ等よりも熱伝導率が高いため、無機繊維ガラスマトリクス層自体の断熱性能はそれほど高くないが、例えば、表面に形成した無機繊維ガラスマトリクス層とガラスマトリクスを含まない通常の無機繊維断熱材からなる層とを組み合わせて用いれば、断熱性能が十分であると共に寸法変化が小さくクラックや剥離が少ない断熱材が得られる。すなわち、少なくとも表面の一部に無機繊維ガラスマトリクス層が形成された断熱材は、ガラスマトリクスを主成分とするため発塵が少なく、また、ガラスマトリクスと共にガラス前駆体が存在する場合は、酸化雰囲気、且つ、１２００℃以下の高温下で長期間に渡り使用されても、無機繊維ガラスマトリクス層の寸法安定性が高いため、無機繊維ガラスマトリクス層に隣接する層との間の剥離やクラックが生じ難いと共に、発塵がほとんどない。また、断熱性能がそれほど要求されない断熱材に使用する場合は、無機繊維ガラスマトリクス層のみで断熱材を構成してもよい。該断熱材は高温下における寸法変化が極めて小さい点で好ましい。
【００５０】
断熱材は、無機繊維ガラスマトリクス層に予め電気ヒータを埋設して形成したものでもよい。該断熱材は、電気ヒータに通電して無機繊維ガラスマトリクス層を酸化雰囲気中で加熱して無機繊維ガラスマトリクス層中に残存するガラス前駆体をガラスマトリクスに変性できると共に、このまま電気ヒータが埋設された断熱材として使用することができる。また、断熱材はガスバーナーの火炎放射部等の高温暴露部材としても使用でき、該部材は使用に伴って断熱材中の残存するガラス前駆体が徐々にガラスマトリクスに変性されるため、割れやクラックがなく、発塵がほとんどなくなる。
【００５１】
本発明に係る断熱材は、無機繊維ガラスマトリクス層に隣接する層として、無機繊維を含む無機材料が無機バインダにより相互に融着された３次元骨格構造の無機材料融着体と前記ガラスマトリクスとからなり、且つ、層中の該ガラスマトリクスの濃度が前記無機繊維ガラスマトリクス層との界面から離間するに従って漸次減少して略ゼロになるガラスマトリクス遷移層が形成されていてもよい。ガラスマトリクス遷移層は、通常、該層に隣接してさらに形成されるガラスマトリクスを含まない無機材料融着層と無機繊維ガラスマトリクス層との間に位置する中間層であって緩衝層として形成され、無機繊維ガラスマトリクス層とガラスマトリクス遷移層との界面、及びガラスマトリクス遷移層と無機材料融着層との界面のそれぞれの界面において隣接する層の組成や物性が略同一になるように形成される。
【００５２】
ガラスマトリクス遷移層中におけるガラスマトリクスの濃度は、界面から離間するに従い漸次減少して最終的に略ゼロになればよく、濃度の減少の態様としては線型的又は非線型的のいずれの態様であってもよい。ガラスマトリクス遷移層の厚さとしては、上記無機繊維質成形体におけるガラス前駆体遷移層と同様である。ガラスマトリクス遷移層が形成されると、無機繊維ガラスマトリクス層とその下地層であるガラスマトリクス遷移層との界面が組成及び物性の点で略同一であるため、これら２層間での剥離及び無機繊維ガラスマトリクス層のクラックがより生じ難くなり好ましい。
【００５３】
本発明に係る断熱材は、ガラスマトリクス遷移層に隣接する層として、無機繊維を含む無機材料が無機バインダにより相互に融着された３次元骨格構造の無機材料融着体からなる無機材料融着層が形成されていてもよい。無機材料融着層において、無機繊維を含む無機材料及び無機バインダとしては、上記無機繊維質成形体における無機繊維結着層と同様のものが挙げられる。なお、無機繊維としては、無機繊維ガラスマトリクス層に含まれるもの以外のものも用いることができる。
【００５４】
無機材料融着層中における無機材料、無機バインダ及び無機材料中の無機繊維の重量比率は、上記無機繊維質成形体における無機繊維結着層の重量比率と同様にすればよい。無機材料融着層の厚さとしては、用途により適宜選択すればよいが、上記無機繊維質成形体における無機材料結着体と同様の厚さであればよい。無機材料融着層が形成されると、熱伝導率が比較的高いガラスマトリクスを実質的に含まないため、断熱性が高くなり好ましい。
【００５５】
次に断熱材の製造方法について説明する。本発明に係る断熱材は、上記無機繊維質成形体を酸化性雰囲気中で加熱することにより、無機繊維質成形体中に存在するガラス前駆体の少なくとも一部を珪酸ガラスを主成分とするガラスマトリクスに変性して得られる。酸化性雰囲気としては、空気雰囲気、酸素雰囲気等が挙げられる。加熱条件としては、無機繊維ガラスマトリクス層中のガラスマトリクスとガラス前駆体との存在比率が所望の値になるように適宜行えばよいが、例えば、５００〜１６００℃、好ましくは８００〜１２００℃で、１時間以上、好ましくは３〜４８時間行えばよい。
【００５６】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５７】
実施例１
図１に示すような内部に円筒形状の脱水成形型２０３が配置された成形槽２０１の成形槽内２０２に、平均繊維径３μm 、平均繊維長７０μm のアルミナ繊維２５重量部、平均粒子径５μm の炭化珪素粒子７０重量部、平均粒子径１０〜２０nmのコロイダルシリカ５重量部及びでんぷん（凝集剤）５重量部に、水４０００重量部からなる第１スラリーを供給し、スラリーの液面が変化しないように水を補給しながら吸引脱水成形し、脱水成形型２０３上に図２（Ａ）に示すような厚さ１０mmの第１スラリー堆積物１１を形成した。次に、スラリーの液面が変化しないようにして成形槽内２０２に、平均繊維径３μm 、平均繊維長７０μm のアルミナ繊維９０重量部、平均粒子径１０〜２０nmのコロイダルシリカ１０重量部、でんぷん（凝集剤）５重量部及び水４０００重量部からなる第２スラリーを供給し、吸引脱水成形して、脱水成形型２０３の第１スラリー堆積物１１上に図２（Ｂ）に示すような厚さ１０mmの第１及び第２スラリーの混合物の堆積物１２を形成した。次に、成形槽内２０２に第１スラリーの成分が実質的に存在しなくなった時点から、引き続き成形槽内２０２に第２スラリーを供給すると共に吸引脱水成形して、脱水成形型２０３の第１及び第２スラリーの混合物の堆積物１２上に図２（Ｃ）に示すような厚さ５０mmの第２スラリーの堆積物１３を形成した。
脱水成形終了後、第１スラリーの堆積物１１／第１及び第２スラリーの混合物の堆積物１２／第２スラリーの堆積物１３の断面が３層構造の成形体を脱水成形型２０３から脱型し、１０５℃で２４時間乾燥して、図３に示すような内径２００mmの中空部２０４を有する高さ３５０mmの円筒形状で内周面側から順に厚さ１０mmの無機繊維ガラス前駆体層２０５／厚さ１０mmのガラス前駆体遷移層２０６／厚さ５０mmの無機材料結着層２０７の３層構造を有する無機繊維質成形体２０８を得た。
無機繊維質成形体２０８を中空部２０４側が１３００℃になるように加熱して２４時間保持し、中空部２０４の方から順に無機繊維ガラスマトリクス層／ガラスマトリクス遷移層／無機材料融着層の３層構造を有する断熱材を得た。得られた断熱材の内周面は、ガラスマトリクス状であり、発塵は観察されなかった。得られた断熱材を空気中において９００℃で７００時間加熱したところ、加熱前後の寸法変化率は１％以下であり、剥離やクラックは生じなかった。さらに、２０分で９００℃まで急速に加熱した後、９００℃／２０分で急冷する熱衝撃試験を５０サイクル行ったが、断熱材に剥離やクラックは生じなかった。
【００５８】
実施例２
第１スラリーのみを用いて吸引脱水成形した以外は、実施例１と同様にして内径２００mmの中空部２０４を有する高さ３５０mmの円筒形状で厚さ４０mmの無機繊維ガラス前駆体層２０５の１層構造の断熱材を得た。得られた断熱材は全体がガラスマトリクス状であり、全面のいずれからも発塵は観られなかった。得られた断熱材を空気中において９００℃で７００時間加熱したところ、加熱前後の寸法変化率は１％以下であり、剥離やクラックは生じなかった。さらに、２０分で９００℃まで急速に加熱した後、９００℃／２０分で急冷する熱衝撃試験を５０サイクル行ったが、断熱材に剥離やクラックは生じなかった。
【００５９】
実施例３
脱水成形型として平板状のものを用いた以外は実施例１と同様にして、吸引脱水成形、脱型、乾燥し、２００mm×３００mmの平板矩形状で、厚さ１０mmの無機繊維ガラス前駆体層２０５／厚さ１０mmのガラス前駆体遷移層２０６／厚さ５０mmの無機材料結着層２０７の３層構造を有する無機繊維質成形体を得た。無機繊維質成形体の無機繊維ガラス前駆体層２０５からは、若干の発塵が観察された。得られた無機繊維質成形体をこのまま断熱材として使用し、空気中において無機繊維ガラス前駆体層側を９００℃で７００時間加熱したところ、加熱後は無機繊維ガラス前駆体層が無機繊維ガラスマトリクス層、無機材料結着層が無機材料融着層にそれぞれ変性していた。また、加熱前後の寸法変化率は１％以下であり、剥離やクラックは生じなかった。さらに、２０分で９００℃まで急速に加熱した後、９００℃／２０分で急冷する熱衝撃試験を５０サイクル行ったが、断熱材に剥離やクラックは生じなかった。
【００６０】
【発明の効果】
本発明に係る無機繊維質成形体によれば、酸化雰囲気、且つ、１２００℃以下の高温下で長期間に渡り使用されても、ガラスマトリクスの生成に起因して無機繊維ガラス前駆体層の寸法安定性が高く、無機繊維ガラス前駆体層に隣接する層との間の剥離やクラックが生じ難いと共に、使用するにつれて発塵が徐々に少なくなる。従って、該無機繊維質成形体をこのまま断熱材として使用することができる。また、本発明に係る断熱材によれば、酸化雰囲気、且つ、１２００℃以下の高温下で長期間に渡り使用されてもガラスマトリクスの生成に起因して寸法安定性が高く、隣接する層との間の剥離やクラックが生じ難いと共に、発塵がほとんどない。
【図面の簡単な説明】
【図１】無機繊維質成形体を製造する際に用いられる吸引脱水成形装置の一例を示す模式図である。
【図２】吸引脱水成形でスラリーを脱水成形型上に堆積させる様子を説明する模式図である。
【図３】無機繊維質成形体の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１０網状部材
１１第１スラリーの堆積物
１２第１及び第２スラリーの混合物の堆積物
１３第２スラリーの堆積物
２０１成形槽
２０２成形槽内
２０３成形型
２０４中空部
２０５無機繊維ガラス前駆体層
２０６ガラス前駆体遷移層
２０７無機材料結着層
２０８無機繊維質成形体
２０９水排出部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a heat insulating material and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Inorganic fiber insulation formed by firing inorganic fibers and inorganic binders is lighter and easier to handle than castable refractory materials, and has excellent heat insulation properties. Is used for applications that require. For example, an inorganic fibrous heat insulating material is used in an electric furnace or the like for heat-treating an electronic component that requires extremely high cleanliness.
[0003]
However, since the inorganic fiber etc. are exposed on the surface of the conventional inorganic fibrous heat insulating material, the inorganic fiber etc. falls off and generates dust during use. In addition, when rapid heating or cooling is performed in an electric furnace or the like, the thermal shock resistance of the inorganic fibrous heat insulating material is not sufficient, so that it is difficult to withstand rapid expansion and contraction, and cracks and peeling easily occur. May generate dust. In addition, when the inorganic fibrous heat insulating material is used at a high temperature of, for example, about 1200 ° C. for a long period of time, the inorganic fiber in the heat insulating material is contracted by heating and the entire heat insulating material is contracted to cause a dimensional change, and further cracks and peeling May form or generate dust.
[0004]
As an invention for suppressing the dust generation of the inorganic fibrous heat insulating material, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-219038, a glaze is applied to at least a part of the surface of a porous sintered body made of an inorganic fiber material or the like, and heat-treated. A metal glaze baking jig formed by forming a vitreous layer is disclosed, and according to the jig, heat spalling properties and the like are excellent, and dust generation is suppressed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the surface of the inorganic fiber material is covered with a vitreous layer, the thermal shock resistance of the inorganic fiber material as a whole is lowered due to the multilayer structure. That is, if heating or cooling is performed rapidly in a short time, cracks occur in the vitreous layer due to the difference in thermal expansion coefficient between the vitreous layer and the fibrous base material. There was a problem of peeling. In addition, even during the production of the heat insulating material, the shrinkage rate of the vitreous layer during firing is larger than the shrinkage rate of the base material, so that there is a problem that cracks and peeling occur in the vitreous layer due to the difference in stress. . In particular, in a cylindrical heat insulating material often used for industrial furnaces, the vitreous layer is coated on the inner peripheral surface to prevent dust generation. Since it works in the peeling direction, there is a problem that cracks and peeling are very likely to occur.
[0006]
  Accordingly, the object of the present invention is low dust generation, excellent thermal shock resistance as a whole, and small dimensional change of the heat insulating material itself even when used for a long period of time in an oxidizing atmosphere and at a high temperature of about 1200 ° C. or less. Insulation that resists cracking and peelingMaterialAnd providing a manufacturing method thereof.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In such a situation, the present inventor has conducted intensive studies, and as a result, at least a part of the surface is a layer composed of an inorganic fiber fusion body having a three-dimensional skeleton structure made of inorganic fibers or the like and a glass matrix mainly composed of specific glass. And the inorganic fiber fusion product is substantially taken in and fixed to the glass matrix, the inorganic fibers are substantially fixed to the glass matrix and do not fall off from the surface. It has low thermal resistance and is excellent in thermal shock resistance as a whole because the material is similar to the base material of the heat insulating material, and it contains a glass component that gradually oxidizes and expands even when used at high temperatures for a long period of time. By canceling out, it was found that a heat insulating material having a small dimensional change and hardly causing cracks and peeling was obtained, and the present invention was completed.
[0009]
  That is,The present invention is a heat insulating material in which an inorganic fiber glass matrix layer is formed on at least a part of the surface, and the inorganic fiber glass matrix layer is an inorganic material having a three-dimensional skeleton structure in which inorganic fibers are fused to each other by an inorganic binder. Fiber fusion and silicate glassSiO ₂And a heat-insulating material characterized in that the inorganic fiber fusion product is substantially taken in and fixed in the glass matrix.
[0010]
  Further, the present invention produces 10 to 40% by weight of inorganic fibers and 10% by weight of inorganic fiber and silicate glass by oxidizing the total amount of components other than water in a molding tank in which a mold for dehydration molding is placed. A first slurry containing 50 to 80% by weight of an expanding glass precursor, 1 to 30% by weight of an inorganic binder, and 0.1 to 10% by weight of a flocculant is supplied and subjected to suction dehydration molding.An inorganic fiber molded body is obtained, and then heated in an oxidizing atmosphere to convert at least a part of the glass precursor present in the inorganic fiber molded body into a glass matrix mainly composed of silicate glass. The present invention provides a method for producing a heat insulating material characterized by being modified.
[0011]
  The present invention also provides:In a molding tank in which a mold for dehydration molding is arranged, the total amount of components other than water is 100% by weight, 10 to 40% by weight of inorganic fibers, and silicate glass SiO by oxidation ₂ A first slurry containing 50 to 80% by weight of a glass precursor that expands and 1 to 30% by weight of an inorganic binder and 0.1 to 10% by weight of an aggregating agent is supplied and subjected to suction dehydration molding. Before depositing all on the mold, the total amount of components other than water is 100% by weight in the molding tank, 20 to 95% by weight of inorganic material containing inorganic fibers, 1 to 30% by weight of inorganic binder and agglomeration A second slurry containing 0.1 to 10% by weight of the agent is gradually added, and suction dehydration molding is performed so that the composition of the slurry in the molding tank gradually changes from the first slurry to the second slurry. Obtain an inorganic fibrous molded body, thenBy heating in an oxidizing atmosphere, at least a part of the glass precursor present in the inorganic fiber molded body is converted to silicate glass.SiO ₂The present invention provides a method for producing a heat insulating material, characterized in that it is modified into a glass matrix containing as a main component.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the structure of the inorganic fiber molded body and the layer of the heat insulating material and the composition of each layer according to the present invention will be briefly described. The inorganic fiber molded body according to the present invention is an inorganic fiber molded body obtained by dehydration molding or the like in which an inorganic fiber glass precursor layer is formed on at least a part of the surface, and heat treatment at about 800 to 1200 ° C. described later. Is not done. Examples of the structure of the inorganic fiber molded body include a single-layer structure composed of only the inorganic fiber glass precursor layer or a multilayer structure in which other layers are formed adjacent to the inorganic fiber glass precursor layer. . Examples of the inorganic fiber molded body having a multilayer structure include a two-layer structure of an inorganic fiber glass precursor layer / glass precursor transition layer in which a glass precursor transition layer is formed adjacent to the inorganic fiber glass precursor layer. Inorganic fiber molded body, inorganic fiber glass precursor layer / glass precursor transition layer / inorganic having an inorganic material binder layer formed adjacent to the glass precursor transition layer of the two-layered inorganic fiber molded body Examples thereof include an inorganic fibrous molded body having a three-layer structure of a material binding layer.
[0013]
The inorganic fiber glass precursor layer is a layer composed of an inorganic fiber binder and a glass precursor, and the glass precursor transition layer is composed of an inorganic fiber binder, a glass precursor, and an inorganic material binder. The concentration of the glass precursor in the layer gradually changes depending on the location, and the inorganic material binder layer is a layer composed of the inorganic material binder. The inorganic fiber binder is obtained by bonding inorganic fibers to each other by a flocculant, the glass precursor is formed by oxidization to produce silicate glass, and the inorganic material binder is an inorganic material containing inorganic fibers. And an inorganic binder bonded together by a flocculant.
[0014]
The heat insulating material according to the present invention is a heat insulating material in which an inorganic fiber glass matrix layer is formed on at least a part of the surface, and the inorganic fiber molded body is subjected to a heat treatment at about 800 to 1200 ° C. described later. . As a structure of a heat insulating material, the thing of the single layer structure which consists only of an inorganic fiber glass matrix layer, or the thing of the multilayer structure in which the other layer was formed adjacent to the inorganic fiber glass matrix layer is mentioned. As the heat insulating material having a multilayer structure, for example, a heat insulating material having a two-layer structure of an inorganic fiber glass matrix layer / glass matrix transition layer in which a glass matrix transition layer is formed adjacent to the inorganic fiber glass matrix layer, the two layers Examples thereof include a heat insulating material having a three-layer structure of an inorganic fiber glass matrix layer / glass matrix transition layer / inorganic material fusion layer in which an inorganic material fusion layer is formed adjacent to the glass matrix transition layer of the structure heat insulation material.
[0015]
The inorganic fiber glass matrix layer is a layer composed of an inorganic fiber fusion body and a glass matrix, and the glass matrix transition layer is composed of an inorganic fiber fusion body, a glass matrix and an inorganic material fusion body, and the glass in the layer. The matrix concentration is a layer that gradually changes depending on the location, and the inorganic material fusion layer is a layer composed of an inorganic material fusion body. The inorganic fiber fusion product is a product in which inorganic fibers are fused to each other by an inorganic binder, the glass matrix is mainly composed of silicate glass, and the inorganic material fusion product is an inorganic material containing inorganic fibers. They are fused together by a binder. Hereinafter, the inorganic fiber formed body, the heat insulating material, and the production methods thereof according to the present invention will be described in detail.
[0016]
First, the inorganic fibrous molded body according to the present invention will be described. Examples of the inorganic fiber include alumina fiber, silica fiber, and alumina silica fiber. Among these, alumina fiber and alumina silica fiber are preferable because of excellent heat resistance. Examples of the alumina silica fiber include amorphous alumina silica fiber and crystalline silica alumina fiber. As an amorphous alumina silica fiber, what consists of 40 to 60 weight% of alumina and 60 to 40 weight% of silica is mentioned, for example. Examples of the crystalline silica-alumina fiber include those composed of 70 to 99% by weight of alumina and 30 to 1% by weight of silica, and examples of such a crystalline silica-alumina fiber include mullite fiber.
[0017]
The inorganic fiber having an average fiber length of 10 to 5000 μm and an average fiber diameter of 1 to 10 μm is used. The inorganic fibers can be used alone or in combination of two or more. Inorganic fiber is contained in the inorganic fiber glass precursor layer in an amount of 10 to 40% by weight, preferably 15 to 30% by weight. If the blending amount of the inorganic fibers is less than 10% by weight, the reinforcing effect by the inorganic fibers is insufficient, and the strength of the inorganic fiber molded body is lowered, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 40% by weight, the inorganic fiber is hardly taken into the glass matrix and fixed when the glass precursor is oxidized to produce a glass matrix mainly composed of silicate glass. It is not preferable because dust is not sufficiently suppressed.
[0018]
The flocculant can form an inorganic fiber binder having a three-dimensional skeleton structure by bonding inorganic fibers to each other in an inorganic fiber molded body, and is different from an inorganic binder that fuses inorganic fibers by heating. is there. Examples of the flocculant include organic binders such as starch and polyacrylamide. A flocculant can be used 1 type or in combination of 2 or more types.
[0019]
The inorganic fiber binder is an inorganic fiber structure having a three-dimensional skeleton structure in which inorganic fibers are bonded to each other by a flocculant. The term “bonding” as used herein means a bonding form that is performed using a flocculant and does not require high-temperature heat treatment, and means that the composition and crystal state of the inorganic fibers and the inorganic binder do not change. Therefore, the bonding form is different from the fusion of inorganic fibers by an inorganic binder at a high temperature as described later. The bonding strength of the bond may be sufficient to maintain the three-dimensional skeleton structure when used as a normal heat insulating material.
[0020]
As a glass precursor that generates and expands silicate glass by oxidation, it is a substance that, when heated in an oxidizing atmosphere, reacts alone or together with inorganic fibers or an inorganic binder to at least gradually generate and expand silicate glass. Used. The temperature required to produce the silicate glass is 500-1600 ° C. Examples of such glass precursors include silicon carbide (SiC) and silicon nitride (Si_ThreeN_Four) Or a mixture thereof.
[0021]
An example in which the glass precursor produces silicate glass by oxidation and expands will be described below. When the glass precursor is SiC, it reacts as follows.
[0022]
SiC + 2O₂→ SiO₂+ CO₂                  (1)
[0023]
In the reaction according to the above formula (1), SiC is SiO.₂The volume oxidizes and expands as it changes. This volume expansion is theoretically 108%, and it is considered that substantially the same expansion rate occurs in the present invention. The glass precursor is Si_ThreeN_FourIf so, it reacts as follows.
[0024]
Si_ThreeN_Four+ 3O₂→ 3SiO₂+ 2N₂            (2)
[0025]
In the reaction according to the above formula (2), Si_ThreeN_FourIs SiO₂When it changes to oxidative expansion. Thus, when the glass precursor is modified to the glass matrix, oxidative expansion proceeds simultaneously.
[0026]
The glass precursor may be in a form that is dispersed in the three-dimensional skeleton structure of the inorganic fiber binder and bonded to the inorganic fiber binder by a flocculant. Examples of such a form include granular or short fiber powder. The granular form is not limited to a perfect spherical granular substance. When the glass precursor is granular, the particle size of the glass precursor is preferably 0.1 to 50 μm. Moreover, when a glass precursor is a short fiber form, it is preferable that it is an average fiber diameter 0.05-3 micrometers and average fiber length 5-500 micrometers. A glass precursor can be used 1 type or in combination of 2 or more types among the said compositions and forms.
[0027]
The glass precursor is contained in the inorganic fiber glass precursor layer in an amount of 50 to 80% by weight, preferably 40 to 70% by weight, and the glass precursor and the inorganic fiber binder in the inorganic fiber glass precursor layer. The weight ratio is 5: 3 to 16: 3, preferably 4: 3 to 13: 3. When the blending amount and weight ratio of the glass precursor is less than the above range, the silicate glass that is generated and expanded by oxidation of the glass precursor is used as a main component when used in an oxidizing atmosphere and at a high temperature of 1200 ° C. or less. Since the amount of the glass matrix to be reduced is reduced, the dust generation property cannot be lowered, the heat shrinkage of the inorganic fibers cannot be sufficiently suppressed, and the dimensional stability is inferior. In addition, if the blending amount and weight ratio of the glass precursor are larger than the above range, the amount of the glass matrix to be formed increases, so that the inorganic fiber glass precursor layer expands too much, resulting in poor dimensional stability, and inorganic. The reinforcing effect by the fibers is not sufficient, and since both the glass precursor and the glass matrix have high thermal conductivity, the heat insulating effect as the whole heat insulating material is lowered, which is not preferable.
[0028]
As the inorganic binder, those capable of fusing inorganic fibers by heat treatment at about 800 to 1200 ° C. are used, and examples thereof include colloidal silica and alumina sol. The inorganic binder is bonded to the inorganic fiber binder or the like by a flocculant in the inorganic fiber glass precursor layer. The inorganic binder is contained in the inorganic fiber glass precursor layer in an amount of 1 to 30% by weight, preferably 3 to 15% by weight. If the inorganic binder is less than 1% by weight, the effect as a binder is not sufficient, and if it exceeds 30% by weight, the effect as a binder is not improved any more, which is not preferable.
[0029]
The inorganic fiber glass precursor layer is a layer formed on at least a part of the surface of the inorganic fiber molded body, and includes an inorganic fiber binder having a three-dimensional skeleton structure in which inorganic fibers are bonded to each other by a flocculant. It consists of a glass precursor and an inorganic binder that generate and expand silicate glass by oxidation, and the glass precursor and the inorganic binder are bonded to the inorganic fiber binder by a flocculant. The thickness of the inorganic fiber glass precursor layer may be appropriately selected depending on the application, but when used as a heat insulating material, it is 1 mm or more, preferably 5 mm or more. When the thickness is less than 1 mm, the function of the glass matrix layer to be formed later is reduced, which is not preferable. Moreover, you may contain inorganic particles, such as a silica particle and an alumina particle, in the ratio of 20 weight% or less in an inorganic fiber glass precursor layer. By blending these inorganic particles, the influence of the expansion of the glass matrix can be adjusted.
[0030]
The inorganic fiber glass precursor layer only needs to have a strength sufficient to maintain the form as a surface layer of the inorganic fiber molded body. For example, the inorganic fiber or the like may be dropped to some extent. When the inorganic fiber glass precursor layer is heated in an oxidizing atmosphere, the inorganic fibers in the layer gradually heat shrink while the glass precursor is oxidized to form a glass matrix and expand. This phenomenon progresses rapidly in the initial stage, but then gradually progresses over a long time. For this reason, the inorganic fiber glass precursor layer is offset by the expansion of the glass matrix due to the heat shrinkage caused by the inorganic fibers, increases the dimensional stability when heated in an oxidizing atmosphere for a long time, and is expanded by the expanded glass matrix. Since the fibers are taken in, the dust generation becomes lower. That is, even during use as a heat insulating material, an effect of offsetting the influence of the shrinkage of the inorganic fibers due to the expansion of the glass matrix can be obtained over a long period of time, and the generation of the glass matrix proceeds to further reduce dust generation. In addition, since the dimensional stability is high, cracks and peeling hardly occur.
[0031]
The inorganic fiber molded body according to the present invention has an inorganic fiber glass precursor layer formed on at least a part of its surface. That is, the inorganic fiber glass precursor layer only needs to be formed on at least the entire surface of the inorganic fiber molded body or a part thereof, and may be formed inside the inorganic fiber molded body as necessary. Although it does not specifically limit as a shape of an inorganic fiber molded object, For example, cylindrical shape, plate shape, etc. are mentioned. The inorganic fiber molded body has a dimensional change rate of −1 to + 1%, preferably about ± 0% before and after heating in air at 900 ° C. for 700 hours.
[0032]
The inorganic fibrous molded body can be used as a heat insulating material for an electric furnace for manufacturing electronic components, for example, by subjecting the glass precursor to a glass matrix by performing a heat treatment as described below, if necessary. In addition, since the glass precursor has a higher thermal conductivity than inorganic fibers, inorganic binders, etc., the thermal insulation performance of the inorganic fiber glass precursor layer itself is not so high, but for example, the inorganic fiber glass precursor layer formed on the surface and When used in combination with a layer made of a normal inorganic fiber heat insulating material not containing a glass precursor, a heat insulating material having sufficient heat insulating performance and small dimensional change and few cracks and peeling can be obtained. That is, the heat insulating material having the inorganic fiber glass precursor layer formed on at least a part of the surface is used in an oxidizing atmosphere and at a high temperature of 1200 ° C. or lower for a long period of time. Since the dimensional stability is high, peeling and cracking between layers adjacent to the inorganic fiber glass precursor layer are difficult to occur, and generation of the glass matrix further progresses as it is used, so that dust generation is further reduced. Moreover, when using for the heat insulating material in which heat insulation performance is not requested | required so much, you may comprise a heat insulating material only with an inorganic fiber glass precursor layer.
[0033]
Examples of the shape of the heat insulating material include a cylindrical shape and a plate shape. In particular, a cylindrical shape having an inorganic fiber glass precursor layer formed on the inner peripheral surface is preferable because cracks and peeling due to heat shrinkage of the inorganic fiber glass precursor layer are less likely to occur. Moreover, the heat insulating material may be formed by embedding an electric heater in advance in the inorganic fiber glass precursor layer. The heat insulating material can energize the electric heater and heat the inorganic fiber glass precursor layer in an oxidizing atmosphere to modify the glass precursor in the inorganic fiber glass precursor layer into a glass matrix, and the electric heater is embedded as it is. Can be used as a thermal insulation. In addition, the heat insulating material can also be used as a high-temperature exposure member such as a flame radiating part of a gas burner, and since the glass precursor in the heat insulating material is gradually modified into a glass matrix with use of the member, cracks and cracks are not generated. Dust generation gradually decreases.
[0034]
The inorganic fiber molded body according to the present invention is an inorganic material binding material having a three-dimensional skeleton structure in which an inorganic material containing inorganic fibers and an inorganic binder are bonded together by a flocculant as a layer adjacent to the inorganic fiber glass precursor layer. And a glass precursor transition layer in which the concentration of the glass precursor in the layer gradually decreases as the distance from the interface with the inorganic fiber glass precursor layer decreases to substantially zero. May be. The glass precursor transition layer is usually an intermediate layer located between the inorganic material binding layer that does not contain a glass precursor and is further formed adjacent to the layer, and the inorganic fiber glass precursor layer, and is a buffer layer The composition and physical properties of adjacent layers at the interface between the inorganic fiber glass precursor layer and the glass precursor transition layer and the interface between the glass precursor transition layer and the inorganic material binder layer are substantially the same. It is formed to become.
[0035]
The concentration of the glass precursor in the glass precursor transition layer may be gradually decreased as it is away from the interface and finally becomes substantially zero. Either the linear or non-linear mode may be used as the mode of concentration reduction. It may be. The thickness of the glass precursor transition layer may be appropriately selected depending on the application, but when used as a heat insulating material, it is 1 mm or more, preferably 5 mm or more. When the thickness is less than 1 mm, the continuity of composition and physical properties is not sufficient, the function as a buffer layer is not sufficiently exhibited, and peeling or cracking of the inorganic fiber glass precursor layer or the inorganic material binder layer occurs. This is not preferable because of fear. When the glass precursor transition layer is formed, the interface between the inorganic fiber glass precursor layer and its underlying glass precursor transition layer is substantially the same in terms of composition and physical properties. And the crack of an inorganic fiber glass precursor layer becomes difficult to produce more and is preferable.
[0036]
The inorganic fiber molded body according to the present invention is an inorganic material binder having a three-dimensional skeleton structure in which an inorganic material containing inorganic fibers and an inorganic binder are bonded to each other by a flocculant as a layer adjacent to the glass precursor transition layer. An inorganic material binding layer may be formed. Here, the inorganic material containing inorganic fibers means a material containing at least inorganic fibers and, if necessary, further containing inorganic particles. Examples of the inorganic particles include alumina particles, silica alumina particles, silica particles, and a mixture of one or more of them. The particle diameter of the inorganic particles is preferably 0.1 to 50 μm.
[0037]
In the inorganic material binder layer, inorganic fibers other than the inorganic particles, the inorganic binder, and the aggregating agent can be the same as those of the inorganic fiber glass precursor layer. The weight ratio in the inorganic material binder layer is 20 to 95% by weight, preferably 30 to 85% by weight of the inorganic material containing inorganic fibers, and of these, 20 to 95% by weight, preferably 30 to 95%. 75% by weight. The inorganic binder is 1 to 30% by weight, preferably 3 to 15% by weight, and the flocculant is 0.1 to 10% by weight, preferably 1 to 5% by weight.
[0038]
The thickness of the inorganic material binder layer may be appropriately selected depending on the use, but when used as a heat insulating material, it is generally preferable that it is thicker, and is usually 10 mm or more, preferably 10 to 100 mm, more preferably 30 to 30 mm. 100 mm. When the inorganic material binder layer is formed, the glass precursor having a relatively high thermal conductivity is not substantially contained, so that the heat insulating property is increased, which is preferable.
[0039]
Next, the manufacturing method of an inorganic fiber molded object is demonstrated. The inorganic fibrous molded body according to the present invention supplies, for example, a first slurry containing inorganic fibers, a glass precursor, an inorganic binder, and a flocculant into a molding tank in which a mold for dehydration molding is disposed. Before the first slurry is deposited on the mold by suction dehydration molding, an inorganic material containing inorganic fibers, an inorganic binder, and a second slurry containing an aggregating agent are gradually added into the molding tank. The slurry can be manufactured by suction dehydration molding so that the composition of the slurry gradually changes from the first slurry to the second slurry. Hereinafter, a specific manufacturing method by suction dehydration molding will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a suction dehydration molding apparatus used when manufacturing an inorganic fiber molded body, and FIG. 2 is a schematic diagram for explaining how slurry is deposited on a dehydration mold by suction dehydration molding. 3 is a schematic view showing an example of an inorganic fibrous molded body. 1 to 3, 10 is a mesh member that is a part of the mold, 11 is a deposit of a first slurry, 12 is a deposit of a mixture of the first and second slurries, and 13 is a deposit of a second slurry. , 201 is a molding tank, 202 is in the molding tank, 203 is a mold, 204 is a hollow portion, 205 is an inorganic fiber glass precursor layer, 206 is a glass precursor transition layer, 207 is an inorganic material binding layer, and 208 is inorganic. A fibrous molded body 209 is a water discharge part.
[0040]
First, a forming tank 201 in which a forming die 203 for dehydrating forming as shown in FIG. 1 is arranged is prepared. The surface of the molding die 203 facing the molding tank 202 is formed on the mesh member 10 and the like, and the slurry supplied to the molding tank 202 can be deposited by suction dehydration from the suction unit 209. .
[0041]
Next, the first slurry is supplied into the molding tank 202 and dehydrated by suction. The composition of the first slurry is 10 to 40% by weight, preferably 20 to 30% by weight, and 50 to 80% by weight, preferably 60% by weight of the glass precursor, with the total amount of components other than water being 100% by weight. -70 wt%, inorganic binder is 1-30 wt%, preferably 3-10 wt%, flocculant is 0.1-10 wt%, preferably 1-5 wt%. Additives other than the above may be appropriately blended in the first slurry, and the water content of the slurry may be appropriately adjusted. The first slurry is preferably stirred in the molding tank 202 by a stirring means (not shown). When the first slurry is dehydrated in the direction of arrow X in FIG. 2 and the first slurry is deposited on the mesh member 10 of the mold 203, a first slurry deposit 11 is formed as shown in FIG.
[0042]
Next, before all the first slurry is deposited on the mold 203, a second slurry containing an inorganic material containing inorganic fibers, an inorganic binder, and a flocculant is gradually added to the inside of the forming tank 202, and the inside of the forming tank 202 is filled. The slurry is subjected to suction dehydration molding so that the composition of the slurry gradually changes from the first slurry to the second slurry. The composition of the second slurry is such that the total amount of components other than water is 100% by weight, the inorganic material containing inorganic fibers is 20 to 95% by weight, preferably 30 to 70% by weight, the inorganic binder is 1 to 30% by weight, Preferably 3 to 15% by weight and flocculant 0.1 to 10% by weight, preferably 1 to 5% by weight. Additives other than those described above may be appropriately blended in the second slurry, and the water content of the slurry may be appropriately adjusted. The second slurry is preferably stirred in the same manner as the first slurry. What is necessary is just to perform suitably the addition amount of 2nd slurry, the addition speed | rate, the timing to add, etc. For example, it is preferable to add the second slurry so that the liquid level of the slurry in the molding tank 202 is constant because the composition change of the glass precursor transition layer becomes linear and the thermal expansion difference between layers is reduced.
[0043]
In this step, a mixture of the first and second slurries is formed on the first slurry deposit 11 as shown in FIG. 2B in a state before the first slurry in the molding tank 202 is completely deposited on the mold 203. The deposit 12 is formed. Further, by continuously adding the second slurry even after the first slurry in the molding tank 202 is deposited on the mold 203, a mixture of the first and second slurries as shown in FIG. A second slurry deposit 13 is formed on the second deposit 12. When the suction dehydration molding is completed, a molded body having a three-layer structure in which the cross section is the deposit 11 of the first slurry / the deposit 12 of the mixture of the first and second slurries / the deposit 13 of the second slurry is obtained. When the molded body of this three-layer structure is removed from the mold and dried, the inorganic fiber glass precursor layer 205 / glass precursor transition layer 206 / in the cylindrical shape having the hollow portion 204 as shown in FIG. An inorganic fibrous molded body 208 having a three-layer structure of the inorganic material binder layer 207 is obtained. The drying conditions may be, for example, 80 to 200 ° C., preferably 100 to 150 ° C., for 5 hours or longer, preferably 24 to 48 hours.
[0044]
In addition, in the said manufacturing method, if a dehydration shaping | molding is complete | finished when the 1st slurry component is substantially lose | eliminated in the mixture of the 1st slurry and 2nd slurry in the shaping | molding tank 202, an inorganic fiber glass precursor layer An inorganic fibrous molded body having a two-layer structure of 205 / glass precursor transition layer 206 is obtained. Moreover, in the said manufacturing method, if the slurry for heat insulating materials which does not contain a 2nd slurry and other glass precursors after the 1st slurry is completely lost in the molding tank 202, the inorganic fiber glass precursor layer 205 will be added. / An inorganic fibrous molded body having a two-layer structure including no glass precursor is obtained.
[0045]
Next, the heat insulating material according to the present invention will be described. The heat insulating material according to the present invention is obtained by heat-treating the inorganic fibrous molded body according to the present invention in an oxidizing atmosphere. As an inorganic fiber and an inorganic binder, the thing similar to an inorganic fiber molded object is mentioned. The inorganic fiber fusion product is a strong inorganic fiber structure having a three-dimensional skeleton structure in which inorganic fibers are fused to each other by an inorganic binder. Here, the term “fusion” refers to a form of strong bonding with an inorganic binder by high-temperature heat treatment, and refers to a form in which at least a part of the inorganic fibers and the inorganic binder are melted or bonded by viscous flow. At the time of fusion, the composition or crystal state of the inorganic fiber or inorganic binder may be changed.
[0046]
The glass matrix containing silicate glass as a main component only needs to contain a silicate glass obtained by oxidizing and expanding a glass precursor as a main component, and even if the entire glass matrix is composed only of silicate glass, The portion may be contained as it is without being sufficiently oxidized. The glass matrix is formed, for example, by gradually expanding the glass precursor by oxidation as shown in the above formulas (1) and (2).
[0047]
The inorganic fiber glass matrix layer is a layer formed on at least a part of the surface of the heat insulating material, and includes an inorganic fiber fusion product having a three-dimensional skeleton structure in which inorganic fibers are fused to each other by an inorganic binder and silicate glass. It consists of a glass matrix as a main component, and the inorganic fiber fusion product is formed by being substantially taken in and fixed in the glass matrix. In the inorganic fiber glass matrix layer, all or most of the glass precursor in the inorganic fiber glass precursor layer of the inorganic fiber molded body is vitrified and expands, and contacts between the expanded adjacent glasses are bonded. For this reason, the voids present in the inorganic fiber glass precursor layer are substantially eliminated to form a matrix mainly composed of silicate glass, and the inorganic fiber fusion product is taken in and fixed by the glass matrix.
[0048]
The heat insulating material according to the present invention has an inorganic fiber glass matrix layer formed on at least a part of the surface. In other words, the inorganic fiber glass matrix layer only needs to be formed on at least the entire surface of the heat insulating material or a part thereof, and may be formed up to the inside of the heat insulating material as necessary. Although it does not specifically limit as a shape of a heat insulating material, For example, cylindrical shape, plate shape, etc. are mentioned. In particular, a cylindrical shape having an inorganic fiber glass matrix layer formed on the inner peripheral surface is preferable because cracks and peeling due to heat shrinkage of the inorganic fiber glass matrix layer are less likely to occur. The heat insulating material has a dimensional change rate of 0 to + 1% before and after heating in air at 900 ° C. for 700 hours, preferably about ± 0%.
[0049]
The heat insulating material can be used as, for example, a heat insulating material for an electric furnace or the like for manufacturing an electronic component by modifying the remaining glass precursor into a glass matrix by performing a heat treatment described later as necessary. In addition, since the thermal conductivity of the glass matrix is higher than that of inorganic fibers, inorganic binders, etc., the thermal insulation performance of the inorganic fiber glass matrix layer itself is not so high. For example, an inorganic fiber glass matrix layer formed on the surface and a glass matrix When used in combination with a layer made of a normal inorganic fiber heat insulating material not included, a heat insulating material having sufficient heat insulating performance and small dimensional change and few cracks and peeling can be obtained. That is, the heat insulating material having the inorganic fiber glass matrix layer formed on at least a part of the surface has a glass matrix as a main component and thus generates little dust. When a glass precursor is present together with the glass matrix, an oxidizing atmosphere is present. Even when used at a high temperature of 1200 ° C. or lower for a long period of time, the inorganic fiber glass matrix layer has high dimensional stability, and peeling or cracking occurs between the layers adjacent to the inorganic fiber glass matrix layer. It is difficult and hardly generates dust. Moreover, when using for the heat insulating material in which heat insulation performance is not requested | required so much, you may comprise a heat insulating material only by an inorganic fiber glass matrix layer. The heat insulating material is preferable in that the dimensional change at a high temperature is extremely small.
[0050]
The heat insulating material may be formed by embedding an electric heater in advance in the inorganic fiber glass matrix layer. The heat insulating material can denature the glass precursor remaining in the inorganic fiber glass matrix layer by energizing the electric heater and heat the inorganic fiber glass matrix layer in an oxidizing atmosphere, and the electric heater is embedded as it is. Can be used as a thermal insulation. The heat insulating material can also be used as a high-temperature exposure member such as a flame radiating part of a gas burner, and the member is gradually modified into a glass matrix with the use of the remaining glass precursor in the heat insulating material. There is no crack and almost no dust is generated.
[0051]
The heat insulating material according to the present invention is a layer adjacent to the inorganic fiber glass matrix layer, the inorganic material fusion body having a three-dimensional skeleton structure in which inorganic materials containing inorganic fibers are fused together by an inorganic binder, and the glass matrix. Further, a glass matrix transition layer may be formed in which the concentration of the glass matrix in the layer gradually decreases as the distance from the interface with the inorganic fiber glass matrix layer decreases and becomes substantially zero. The glass matrix transition layer is usually an intermediate layer located between the inorganic material fusion layer that does not include a glass matrix and is formed adjacent to the layer, and the inorganic fiber glass matrix layer, and is formed as a buffer layer. The composition and physical properties of adjacent layers are substantially the same at the interface between the inorganic fiber glass matrix layer and the glass matrix transition layer and between the glass matrix transition layer and the inorganic material fusion layer. The
[0052]
The concentration of the glass matrix in the glass matrix transition layer only needs to gradually decrease as it moves away from the interface, and finally becomes substantially zero. The concentration can be reduced either linearly or non-linearly. May be. The thickness of the glass matrix transition layer is the same as that of the glass precursor transition layer in the inorganic fiber molded body. When the glass matrix transition layer is formed, the interface between the inorganic fiber glass matrix layer and the underlying glass matrix transition layer is substantially the same in terms of composition and physical properties. It is preferable because cracks in the glass matrix layer are less likely to occur.
[0053]
The heat insulating material according to the present invention is an inorganic material fusion comprising an inorganic material fusion body having a three-dimensional skeleton structure in which inorganic materials containing inorganic fibers are fused together by an inorganic binder as a layer adjacent to the glass matrix transition layer. A layer may be formed. In the inorganic material fusion layer, examples of the inorganic material containing inorganic fibers and the inorganic binder include those similar to the inorganic fiber binder layer in the inorganic fiber molded body. In addition, as an inorganic fiber, things other than what is contained in an inorganic fiber glass matrix layer can also be used.
[0054]
The weight ratio of the inorganic material, the inorganic binder, and the inorganic fibers in the inorganic material in the inorganic material fusion layer may be the same as the weight ratio of the inorganic fiber binding layer in the inorganic fiber molded body. The thickness of the inorganic material fusion layer may be appropriately selected depending on the application, but may be the same thickness as that of the inorganic material binder in the inorganic fibrous molded body. When the inorganic material fusion layer is formed, a glass matrix having a relatively high thermal conductivity is substantially not included, and thus heat insulation is improved, which is preferable.
[0055]
Next, the manufacturing method of a heat insulating material is demonstrated. The heat insulating material according to the present invention is a glass mainly composed of silicate glass by heating at least a part of the glass precursor present in the inorganic fiber molded body by heating the inorganic fiber molded body in an oxidizing atmosphere. Obtained by denaturation into a matrix. Examples of the oxidizing atmosphere include an air atmosphere and an oxygen atmosphere. The heating condition may be appropriately determined so that the abundance ratio between the glass matrix and the glass precursor in the inorganic fiber glass matrix layer is a desired value. For example, the heating condition is 500 to 1600 ° C, preferably 800 to 1200 ° C. It may be performed for 1 hour or more, preferably 3 to 48 hours.
[0056]
【Example】
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
[0057]
Example 1
In a molding tank 202 of a molding tank 201 in which a cylindrical dewatering mold 203 is arranged as shown in FIG. 1, 25 parts by weight of alumina fibers having an average fiber diameter of 3 μm, an average fiber length of 70 μm, and an average particle diameter of 5 μm A first slurry composed of 4000 parts by weight of water is supplied to 70 parts by weight of silicon carbide particles, 5 parts by weight of colloidal silica having an average particle diameter of 10 to 20 nm and 5 parts by weight of starch (flocculating agent), and the liquid level of the slurry does not change. Thus, the first slurry deposit 11 having a thickness of 10 mm as shown in FIG. 2A was formed on the dehydrating mold 203 while supplying water. Next, without changing the liquid level of the slurry, in the molding tank 202, 90 parts by weight of alumina fibers having an average fiber diameter of 3 μm, an average fiber length of 70 μm, 10 parts by weight of colloidal silica having an average particle diameter of 10 to 20 nm, starch ( Coagulant) A second slurry consisting of 5 parts by weight and 4000 parts by weight of water is supplied, sucked and dewatered, and formed on the first slurry deposit 11 of the dewatering mold 203 as shown in FIG. A deposit 12 of a mixture of 10 mm first and second slurry was formed. Next, from the point in time when the component of the first slurry is substantially absent in the molding tank 202, the second slurry is continuously supplied to the molding tank 202 and suction dehydration molding is performed. A second slurry deposit 13 having a thickness of 50 mm as shown in FIG. 2C was formed on the deposit 12 of the second slurry mixture.
After the dehydration molding is completed, the first slurry deposit 11 / the first and second slurry mixture deposit 12 / the second slurry deposit 13 having a three-layer cross section is removed from the dehydration mold 203. And dried at 105 ° C. for 24 hours to form a 350 mm-high cylindrical shape having a hollow portion 204 with an inner diameter of 200 mm as shown in FIG. An inorganic fibrous molded body 208 having a three-layer structure of a glass precursor transition layer 206 having a thickness of 10 mm / an inorganic material binding layer 207 having a thickness of 50 mm was obtained.
The inorganic fiber molded body 208 is heated so that the hollow portion 204 side is 1300 ° C. and held for 24 hours, and the inorganic fiber glass matrix layer / glass matrix transition layer / inorganic material fusion layer 3 in order from the hollow portion 204. A heat insulating material having a layer structure was obtained. The inner peripheral surface of the obtained heat insulating material was in the form of a glass matrix, and no dust generation was observed. When the obtained heat insulating material was heated in air at 900 ° C. for 700 hours, the dimensional change rate before and after heating was 1% or less, and no peeling or cracking occurred. Furthermore, 50 cycles of a thermal shock test of rapidly heating to 900 ° C. in 20 minutes and then rapidly cooling at 900 ° C./20 minutes were performed, but no peeling or cracking occurred in the heat insulating material.
[0058]
Example 2
A single layer of an inorganic fiber glass precursor layer 205 having a cylindrical shape of 350 mm in height and having a hollow portion 204 having an inner diameter of 200 mm and a thickness of 40 mm, except that suction dehydration molding was performed using only the first slurry. A structural insulation was obtained. The obtained heat insulating material was entirely in the form of a glass matrix, and no dust generation was observed from any of the entire surface. When the obtained heat insulating material was heated in air at 900 ° C. for 700 hours, the dimensional change rate before and after heating was 1% or less, and no peeling or cracking occurred. Furthermore, 50 cycles of a thermal shock test of rapidly heating to 900 ° C. in 20 minutes and then rapidly cooling at 900 ° C./20 minutes were performed, but no peeling or cracking occurred in the heat insulating material.
[0059]
Example 3
Except that a flat plate was used as the dehydration mold, suction dehydration molding, demolding and drying were carried out in the same manner as in Example 1, and a 200 mm × 300 mm flat plate rectangular shape and an inorganic fiber glass precursor layer having a thickness of 10 mm An inorganic fibrous molded body having a three-layer structure of 205 / glass precursor transition layer 206 having a thickness of 10 mm / inorganic material binding layer 207 having a thickness of 50 mm was obtained. Some dusting was observed from the inorganic fiber glass precursor layer 205 of the inorganic fiber molded body. The obtained inorganic fiber molded body is used as a heat insulating material as it is, and the inorganic fiber glass precursor layer side is heated in air at 900 ° C. for 700 hours. After heating, the inorganic fiber glass precursor layer becomes an inorganic fiber glass matrix. Each of the layers and the inorganic material binder layer was modified into an inorganic material fusion layer. Further, the dimensional change rate before and after heating was 1% or less, and no peeling or cracking occurred. Furthermore, 50 cycles of a thermal shock test of rapidly heating to 900 ° C. in 20 minutes and then rapidly cooling at 900 ° C./20 minutes were performed, but no peeling or cracking occurred in the heat insulating material.
[0060]
【The invention's effect】
According to the inorganic fiber molded body according to the present invention, the dimensions of the inorganic fiber glass precursor layer are caused by the generation of the glass matrix even when used for a long period of time in an oxidizing atmosphere and at a high temperature of 1200 ° C. or less. The stability is high, and peeling or cracking between layers adjacent to the inorganic fiber glass precursor layer is difficult to occur, and dust generation gradually decreases as it is used. Therefore, the inorganic fibrous molded body can be used as it is as a heat insulating material. Further, according to the heat insulating material according to the present invention, even when used for a long period of time in an oxidizing atmosphere and at a high temperature of 1200 ° C. or less, the dimensional stability is high due to the generation of the glass matrix, Peeling and cracking are difficult to occur, and there is almost no dust generation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a suction dehydration molding apparatus used when producing an inorganic fibrous molded body.
FIG. 2 is a schematic view for explaining a state in which slurry is deposited on a dehydration mold by suction dehydration molding.
FIG. 3 is a schematic view showing an example of an inorganic fibrous molded body.
[Explanation of symbols]
10 Mesh member
11 First slurry deposit
12 Deposit of mixture of first and second slurry
13 Second slurry deposit
201 Molding tank
202 Inside molding tank
203 Mold
204 Hollow part
205 Inorganic fiber glass precursor layer
206 Glass precursor transition layer
207 Inorganic material binding layer
208 Inorganic fiber molded body
209 Water discharge unit

Claims

A heat insulating material having an inorganic fiber glass matrix layer formed on at least a part of its surface, the inorganic fiber glass matrix layer having a three-dimensional skeleton structure in which inorganic fibers are fused together by an inorganic binder And a glass matrix mainly composed of silicate glass SiO ₂ , wherein the inorganic fiber fusion product is substantially taken into and fixed to the glass matrix.

A heat insulating material having a glass matrix transition layer formed adjacent to the inorganic fiber glass matrix layer, wherein the glass matrix transition layer has a three-dimensional skeleton structure in which inorganic materials containing inorganic fibers are fused together by an inorganic binder. And a glass matrix mainly composed of silicate glass SiO ₂ , and the concentration of the glass matrix in the layer gradually decreases as the distance from the interface with the inorganic fiber glass matrix layer increases. The heat insulating material according to claim 1, wherein:

3. An inorganic material fusion layer made of the inorganic material fusion body is formed adjacent to the side of the glass matrix transition layer opposite to the side where the inorganic fiber glass matrix layer is present. The described insulation.

It is cylindrical shape, Comprising: The said inorganic fiber glass matrix layer is formed in the at least internal peripheral surface of a cylinder, The heat insulating material of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.

In a molding tank in which a mold for dehydration molding is placed, the total amount of components other than water is 100% by weight, 10-40% by weight of inorganic fibers, and a glass precursor that generates and expands silicate glass SiO ₂ by oxidation. The first slurry containing 50 to 80% by weight of the body, 1 to 30% by weight of the inorganic binder and 0.1 to 10% by weight of the flocculant is supplied and subjected to suction dehydration to obtain an inorganic fiber shaped body, and then oxidized Production of a heat insulating material characterized in that, by heating in an atmosphere, at least a part of the glass precursor present in the inorganic fibrous molded body is modified into a glass matrix mainly composed of silicate glass SiO _2. Method.