JP4441173B2

JP4441173B2 - セラミックス構造体の製造方法

Info

Publication number: JP4441173B2
Application number: JP2002376960A
Authority: JP
Inventors: 勲伊藤; 良則山本; ゆみ室井
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2022-12-26
Also published as: PL376016A1; JP2004203704A; AU2003289462A1; WO2004058663A1; EP1577279B1; EP1577279A1; EP1577279A4; DE60328712D1; KR20050093800A; US20060145402A1; PL206188B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、自動車排気ガス浄化用のフィルタや触媒担体等に使用されるハニカム構造体の構成要素であるセラミックス構造体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のセラミックス構造体は、炭化珪素粉末原料に、金属珪素とバインダを添加し混合および混練して得られた坏土を所定形状（最終製品がハニカム構造体の場合には、ハニカム形状）に成形し、得られた成形体を仮焼して成形体中のバインダを除去した後、本焼成することにより製造される（第１従来製造方法という）（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
具体的には、原料として、炭化珪素粉末を使用し、これに金属珪素と、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、界面活性剤、および水からなる有機バインダを添加して、混練機で混練し、可塑性坏土とする。その後、土練機でさらに混練して坏土に成形し、さらに押出成形機でハニカム形状に成形する。次に、このハニカム成形体に、マイクロ波および熱風をあてて乾燥し、所定の寸法に切断する。
【０００４】
その後、乾燥体の貫通孔のいずれか一方の開口部を、炭化珪素原料をスラリー化したもので目封じする。この目封じは、乾燥体の両端面で、互い違いになるようにして行う。
【０００５】
さらに、目封じ後の乾燥体は、焼成炉内に配置されて、仮焼および本焼成を行う。仮焼では、成形体中の有機バインダが除去され、本焼成では、炭化珪素粒子同士がその粒子表面の一部において金属珪素により結合された構造（Ｓｉ結合ＳｉＣ構造）を有する多孔質のセラミックス構造体を製造することができる。
【０００６】
そして、ハニカム構造体の場合には、得られたセラミックス構造体を複数個結合し、さらに所定形状に研削して製品化される。
【０００７】
このとき、第１従来製造方法における仮焼とそれに続く本焼成は、同一のあるいは別個の炉にて、別工程として行っても良く、また、同一炉での連続工程としても良い。
【０００８】
また、焼成工程において、耐火性粒子（炭化珪素粉末）が金属珪素で結合された組織を得るためには、金属珪素が軟化する必要がある。金属珪素の融点は１４１０℃であるので、本焼成の際の焼成温度は１４００℃以上とすることが望ましい。さらに最適な焼成温度は、微構造や特性値から決定される。但し、１８００℃を越える温度では、金属珪素の蒸発が進んで、金属珪素を介した結合が困難になるため、焼成温度としては、１４００〜１８００℃が適当である。
【０００９】
また、本焼成の雰囲気については、耐火性粒子の種類によって選択することが望ましく、炭化珪素をはじめとする炭化物の粒子等、高温での酸化もしくは窒化が懸念されるものについては、少なくとも酸化もしくは窒化が始まる温度以上の温度域においては、Ｎ２以外のＡｒ等の不活性雰囲気とすることが好ましい。
【００１０】
そして、第１従来製造方法における本焼成は、図３に示すように、乾燥体１と同一セラミックス材料からなるセラミックス成形板（「トチ」とも云う）２を炉材３上に載置し、このセラミックス成形板２上に、仮焼後の成形体１を載置して行う。
【００１１】
また、他に粉末冶金材の焼成方法（第２従来製造方法という）が開示されている（例えば、特許文献２参照）。この焼成工程は、焼成中の成形体の変形を防止するためになされたものである。
【００１２】
すなわち、被焼成体としての成形体は、粉末同士の結合や、粉末混合体に添加されたバインダによる結合で形状を保っているだけで、焼成時の高温中では強度がほとんどなく、焼成体の自重による変形が起こりやすい。その上、焼成中には成形体が高さ方向にも寸法に応じた収縮量を示す。
【００１３】
このため、この焼成工程では、成形体の支持面の寸法に応じてセラミックス粉体のサイズを選定し、この粉体で適当に層厚みを持った支持床を作り、この上に成形体を置き焼成するものである。これにより、セラミックス粉体の個々の粒子が自在に移動し、成形体の支持面に馴染むので、支持は均一に行われる。さらに焼成中の収縮に対してもセラミックス粉体が自在に追従できるので、焼成中も支持は均一に行われる。この結果、焼成中の成形体の変形を防止することができる。
【００１４】
さらに他に、セラミックス焼成体の焼成方法（第３従来製造方法という）が開示されている（例えば、特許文献３参照）。この焼成方法は、焼成治具内にセラミックス粉体を入れ、セラミックス粉体を１５〜７０％の相対密度にタッピングして粉体ベッドを形成し、粉体ベッドの上にセラミックス成形板を配置し、セラミックス成形板上にセラミックス成形体を載置した後、焼成を行うものである。
【００１５】
この焼成方法によれば、セラミックス粉体ベッドを使用するので、セラミックス製焼成治具の熱履歴による変形の影響を防ぐことができ、また成形体と同一セラミックス材料からなるセラミックス成形板を介してセラミックス成形体を載置するので、成形板と成形体との収縮率の差による影響を防ぐことができる。この結果、クラックの発生が無く、寸法精度の良好な焼成体を得ることができる。
【００１６】
【特許文献１】
特開２００２−２０１０８２号公報（段落番号〔００１６〕、〔００４９〕、〔００５０」参照）
【００１７】
【特許文献２】
特開平７−２７８６０８号公報（段落番号〔０００２〕、〔０００３〕、〔０００６〕、〔０００７〕参照）
【００１８】
【特許文献３】
特開平１０−２５１０７３号公報（段落番号〔０００８〕、〔００３９〕参照）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１従来製造方法においては、Ｓｉ結合ＳｉＣ構造を有するセラミックス構造体特有の課題を依然として有している。
【００２０】
すなわち、第１従来製造方法は、焼成後、焼成品とセラミックス成形板とが接着する虞があり、この接着の剥離の際に焼成品が破損するという不具合が生じている。
【００２１】
その上、第１従来製造方法は、焼成中の金属珪素の蒸発により、焼成品の表面に金属珪素が析出して変色するばかりでなく、焼成品の熱伝導率および強度が低下する虞があり、これらに起因して最終製品としてのセラミックス構造体の品質および外観上の低下を招いている。
【００２２】
また、第２従来製造方法は、セラミックス粉体の自在な追従性を利用して焼結時の焼結体の変形を防止しようとするもので、変形を加味しない前記したＳｉ結合ＳｉＣ構造を有するセラミックス構造体特有の課題については何等示唆するものではない。
【００２３】
さらに、第３従来製造方法は、粉体ベッドの自在な追従性を利用してセラミックス製焼成治具の熱履歴による変形を吸収して、前記変形がセラミックス成形板に影響しないようにして焼結体の変形を防止しようとするもので、変形を加味しない前記したＳｉ結合ＳｉＣ構造を有するセラミックス構造体特有の課題については何等示唆するものではない。
【００２４】
このように、前記したＳｉ結合ＳｉＣ構造を有するセラミックス構造体特有の課題は、当該技術分野における長年の課題である。
【００２５】
そこで、この発明は、焼成後の焼成品の破損を極力抑制して歩留まりの向上を図ることができると共に、焼成品の熱伝導率および強度の低下並びに変色を極力抑制して最終製品としてのセラミックス構造体の品質および外観上の低下を防止することができ、これによってＳｉ結合ＳｉＣ構造を有するセラミックス構造体特有の課題を解決することができるセラミックス構造体の製造方法を提供することを目的としている。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、炭化珪素粉末原料に、金属珪素と有機バインダを添加し混合および混練して得られた坏土を所定形状に成形し、得られた成形体を仮焼して成形体中の有機バインダを除去した後、本焼成することにより製造されるセラミックス構造体の製造方法であって、前記仮焼と本焼成の内少なくとも本焼成は、金属珪素を含有する耐火性焼成粉粒体の層の上に仮焼後の前記成形体を載置して行うことを特徴とする。
【００２７】
このため本発明では、得られる焼成体には耐火性焼成粉粒体が接着するが、粉粒体は接着面積が小さく、小さい接着力で接着しているので、前記焼成体の破損を伴うことなく、容易に払い落とすことができる。
【００２８】
また、金属珪素は、本焼成中の高温により炉内に蒸発するが、その蒸発は成形体および耐火性焼成粉粒体の両方から生じる。このときの蒸発量は、成形体よりも表面積の大きい耐火性焼成粉粒体の方が多くなり、結果的に成形体からの蒸発量を抑制することができる。
【００２９】
また、本発明は、前記耐火性焼成粉粒体は、前記本焼成で得られる一の焼成体と略同一の出発原料から得られる他の焼成体の粉砕物で構成されることを特徴とする。
【００３０】
このため本発明では、耐火性焼成粉粒体は、セラミックス構造体の製造方法で得られる焼成体そのものを粉砕して作成することができるばかりでなく、セラミックス構造体の製造方法とは別の他の製造方法で得られる焼成体を粉砕して作成することもできる。
【００３１】
また、本発明は、前記耐火性焼成粉粒体は、粒径が０．０５〜１ｍｍの範囲内にある粉粒体であることを特徴とする。
【００３２】
このため本発明では、耐火性焼成粉粒体は、粉粒体同士の凝集および焼成体への接着を極力抑制することができ、これにより焼成体に接着した粉粒体を、前記焼成体の破損を伴うことなく、容易に払い落とすことができる。
【００３３】
また、本発明は、前記耐火性焼成粉粒体は、フロー式粒子像分析において、測定された粒子の周長に対する粒子の投影面積と同じ面積を持つ円の周長、で表される円形度が０．５以上である粉粒体であることを特徴とする。
【００３４】
このため本発明では、耐火性焼成粉粒体は、丸味を帯びた外形の粉粒体で構成されるため、粉粒体の被焼成体への食い込みを困難なものとしており、これにより焼成体へ粉粒体が接着した場合でも、その接着力は小さく、焼成体の破損を伴うことなく、容易に払い落とすことができる。
【００３５】
また、本発明は、前記耐火性焼成粉粒体は、前記焼成時の層の厚さが１ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００３６】
このため本発明では、粉粒体の個々の粒子が自在に移動することが可能となっており、このため被焼成体の焼成中の収縮に対しても粉粒体が自在に追従して、粉粒体と被焼成体との間の熱膨張差緩和効果が大きくなるため、焼成体にクラックが発生するのを阻止することができる。
【００３７】
また、本発明は、前記耐火性焼成粉粒体は、金属珪素の重量組成比が１０〜３０％の範囲内にある粉粒体であることを特徴とする。
【００３８】
このため本発明では、焼成中、耐火性焼成粉粒体からの金属珪素の蒸発が充分に得られることになり、これにより被焼成体からの金属珪素の蒸発を抑制することができる。この結果、焼成体の表面への金属珪素の析出をも抑制することができ、ひいては焼成体の変色を抑制することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、実施の形態に基づいて具体的に説明する。
【００４０】
本発明は、炭化珪素粉末原料に、金属珪素と有機バインダを添加し混合および混練して得られた坏土を所定形状に成形し、得られた成形体を仮焼して成形体中の有機バインダを除去した後、本焼成することにより製造されるセラミックス構造体の製造方法であって、前記仮焼と本焼成の内少なくとも本焼成は、金属珪素を含有する耐火性焼成粉粒体の層の上に仮焼後の前記成形体を載置して行うものである。本発明は、焼成工程以外は、前述した従来と同様の工程を備えるものである。
【００４１】
このセラミックス構造体においては、金属珪素は、焼成中に溶けて炭化珪素粒子の表面を濡らし、粒子同士を結合する役割を担っており、Ｓｉ結合ＳｉＣ構造を構成している。したがって、本発明の製造方法によれば、Ｓｉ結合ＳｉＣ構造を有する多孔質のセラミックス構造体を製造することができる。
【００４２】
炭化珪素は、耐熱性が高いので、例えば、蓄積パティキュレートの熱処理時にしばしば高温に晒されるＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）等に好適に適用されるものである。セラミックス構造体における炭化珪素粉末原料の平均粒径は、本製造方法にて最終的に得られるセラミックス構造体がハニカム構造体の場合、例えばハニカム構造体の平均細孔径の２〜４倍である。
【００４３】
セラミックス構造体における金属珪素の適切な添加量は、炭化珪素粉末原料の粒径や粒子形状によっても変わるが、例えば炭化珪素粉末原料と金属珪素の合計量に対して５〜５０重量％の範囲内とする。このときの金属珪素の平均粒径は、例えば炭化珪素粉末原料の平均粒径の５０％以下とする。
【００４４】
炭化珪素粒子を骨材として、金属珪素及び必要に応じて造孔剤等を配合してなる坏土を、ハニカム形状に滑らかに押出成形するため、成形助剤として１種以上の有機バインダを、炭化珪素粉末原料と金属珪素の合計量に対し、例えば外配で２重量％以上添加する。この有機バインダは、３０重量％を越える添加は、仮焼成後に過剰な高気孔率を招き、強度不足に至らしめるため好ましくない。
【００４５】
使用するバインダの種類は、特に限定されることはないが、具体的にはヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、及びポリビニルアルコール、等を挙げることができる。
【００４６】
また、ハニカム構造体をフィルタとして使用する場合には、気孔率を高める目的で、坏土の調合時に造孔剤を添加してもよい。造孔剤の添加量は、例えば炭化珪素粉末原料と金属珪素の合計量に対し、外配で３０重量％以下とする。
【００４７】
使用する造孔剤の種類は、特に限定されることはないが、具体的にはグラファイト、発泡樹脂、発泡済みの発泡樹脂、小麦粉、澱粉、フェノール樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレン、ポリメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、等を挙げることができる。造孔剤は、目的に応じて１種または２種以上組み合わせて用いてもよい。
【００４８】
以上述べた原料を常法により混合及び混練して得られた坏土を、押出成形法等により所望のハニカム形状に成形する。
【００４９】
次いで、得られた成形体を仮焼して成形体中の有機バインダを除去（脱脂）した後、本焼成を行う。仮焼は、金属珪素が溶融する温度より低い温度で実施される。具体的には１５０〜７００℃程度の所定の温度で一旦保持してもよく、所定温度域で昇温速度を５０℃／ｈｒ以下に遅くして仮焼してもよい。
【００５０】
仮焼の雰囲気については、酸化雰囲気（大気）でもよいが、成形体中に有機バインダが多く含まれる場合には、仮焼中にそれ等が燃焼して成形体温度を急激に上昇せしめることがあるため、Ｎ２、Ａｒ等の不活性雰囲気で行う。
【００５１】
仮焼とそれに続く本焼成は、同一のあるいは別個の炉にて、別工程として行ってもよく、また同一炉での連続工程としてもよい。本焼成では、炭化珪素粒子が金属珪素で結合される組織を得るために、金属珪素を軟化させる必要がある。金属珪素の融点は１４１０℃であるので、本焼成は、Ｎ２以外のＡｒ等の不活性雰囲気中で１４００〜１８００℃で行う。さらに最適な焼成温度は、微構造や特性値から決定される。
【００５２】
このとき、仮焼と本焼成のうち少なくとも本焼成は、金属珪素を含有する耐火性焼成粉粒体の層の上に成形体を載置して行う。
【００５３】
図１および図２は、本発明の本焼成の状態を示す概略図で、炉材３上に耐火性焼成粉粒体４の層が形成されており、この層の上に適宜の大きさに切断された仮焼後の成形体（被焼成体）１が載置されている。本焼成は、この状態で炉内の雰囲気をＮ２以外のＡｒ等の不活性雰囲気にして行う。仮焼と本焼成とが、同一炉での連続工程の場合は、仮焼後に仮焼時の雰囲気からＮ２以外のＡｒ等の不活性雰囲気へのガス置換を行った後、本焼成が行われる。
【００５４】
耐火性焼成粉粒体は、耐火性粒子原料に金属珪素と有機バインダとを添加して混合及び混練することによって坏土を得、この坏土を適宜焼成後、粉砕したものである。耐火性粒子原料は、酸化物系ではＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、炭化物系ではＳｉＣ、窒化物系ではＳｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、その他ムライト等の粒子が用いられる。
【００５５】
この構成では、得られる焼成体（成形体１の焼成品）には耐火性焼成粉粒体４が接着するが、粉粒体４は接着面積が小さく、小さい接着力で接着しているので、焼成体の破損を伴うことなく、容易に払い落とすことができる。
【００５６】
また、金属珪素は、本焼成中の高温により炉内に蒸発するが、その蒸発は成形体１および耐火性焼成粉粒体４の両方から生じる。このときの蒸発量は、成形体１よりも表面積の大きい耐火性焼成粉粒体４の方が多くなり、結果的に成形体１からの蒸発量を抑制することができる。
【００５７】
以上のように、本製造方法によれば、Ｓｉ結合ＳｉＣ構造を有するセラミックス構造体特有の課題を解消することができる。
【００５８】
すなわち、焼成体に接着した耐火性焼成粉粒体４の払い落としは容易で、焼成後の焼成品の破損を極力抑制することができるので、歩留まりの向上を図ることができると共に、成形体１からの金属珪素の蒸発量を抑制することにより、焼成品の熱伝導率および強度の低下並びに変色を極力抑制して最終製品としてのセラミックス構造体の品質および外観上の低下を防止することができる。
【００５９】
また、耐火性焼成粉粒体４は、前記本焼成で得られる一の焼成体（成形体１の焼成品）と略同一の出発原料から得られる他の焼成体の粉砕物で構成することができる。これで得られる耐火性焼成粉粒体４は、ＳｉＣを耐火性粒子原料として作成される。
【００６０】
この構成では、耐火性焼成粉粒体４は、セラミックス構造体の製造方法で得られる焼成体（成形体１の焼成品）そのものを粉砕して作成することができるばかりでなく、セラミックス構造体の製造方法とは別の他の製造方法（本製造方法と同一の工程あるいは異なる工程）で得られる焼成体を粉砕して作成することもできる。このように耐火性焼成粉粒体４は、成形体１の焼成品と略同一の出発原料で製造するようにしたので、採用できる製造方法が広範囲になるというメリットがある。
【００６１】
また好ましくは、耐火性焼成粉粒体４は、粒径が０．０５〜１ｍｍの範囲内にある粉粒体で構成される。
【００６２】
この構成では、耐火性焼成粉粒体４は、粉粒体同士の凝集および焼成体への接着を極力抑制することができ、これにより焼成体に接着した粉粒体４を、焼成体の破損を伴うことなく、容易に払い落とすことができる。
【００６３】
因みに、粒径が０．０５ｍｍ未満の場合、粉粒体同士が凝集し易くなるばかりでなく、焼成体へも接着し易くなるため、取り扱い上の不便さに加えて、焼成体へ接着した粉粒体の払い落としの際、焼成体を破損する虞がある。また、粒径が１ｍｍを越える場合、粉粒体が成形体１へ食い込み易くなるため、焼成体へ接着した粉粒体４の払い落としの際、焼成体を破損する虞がある。
【００６４】
また好ましくは、耐火性焼成粉粒体４は、フロー式粒子像分析において下式で示される円形度が０．５以上である粉粒体で構成される。粉粒体は、円形度の値が小さくなる程細長くなる。
【００６５】
円形度＝（粒子の投影面積と同じ面積を持つ円の周長）／（測定された粒子の周長）
この構成では、耐火性焼成粉粒体４は、丸味を帯びた外形の粉粒体で構成されるため、粉粒体４の成形体１への食い込みを困難なものとしており、これにより焼成体へ粉粒体４が接着した場合でも、その接着力は小さく、焼成体の破損を伴うことなく、容易に払い落とすことができる。
【００６６】
因みに、円形度が０．５未満の場合には、粉粒体４は尖った外形を有しているため、成形体１へ容易に食い込むことができ、これにより焼成体へ接着した粉粒体の払い落としの際、焼成体を破損する虞がある。
【００６７】
また好ましくは、耐火性焼成粉粒体４は、焼成時の層の厚さＴ（図１参照）が１ｍｍ以上になるように構成される。
【００６８】
この構成では、粉粒体４の個々の粒子が自在に移動することが可能となっており、このため成形体１の焼成中の収縮に対しても粉粒体が自在に追従して、粉粒体と成形体１との間の熱膨張差緩和効果が大きくなるため、焼成体にクラックが発生するのを阻止することができる。
【００６９】
因みに、耐火性焼成粉粒体４の層の厚さＴが１ｍｍ未満の場合は、粉粒体の個々の粒子が自在に移動することが困難で、粉粒体と成形体１との間の熱膨張差緩和効果が小さくなるため、焼成体にクラックが発生する虞がある。
【００７０】
さらに好ましくは、耐火性焼成粉粒体４は、金属珪素の重量組成比が１０〜３０％の範囲内にある粉粒体で構成される。
【００７１】
この構成では、焼成中、耐火性焼成粉粒体からの金属珪素の蒸発が充分に得られることになり、これにより成形体からの金属珪素の蒸発を抑制することができる。この結果、焼成体の表面への金属珪素の析出をも抑制することができ、ひいては焼成体の変色を抑制することができる。
【００７２】
因みに、耐火性焼成粉粒体４中の金属珪素の重量組成比が１０％未満のときは、粉粒体のみでは、炉内の金属珪素雰囲気が不足するので、成形体１からの金属珪素の蒸発量が増大して、焼成品の熱伝導率および強度の低下および変色を招く。また、前記重量組成比が３０％を越えるときは、粉粒体の成形体１への接着傾向が増大し、焼成体への接着力も増大するので、これにより焼成体へ接着した粉粒体の払い落としの際、焼成体を破損する虞がある。
【００７３】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７４】
実施例１、２
耐火性焼成粉粒体は、円形度＝０．５〜１．００、金属Ｓｉ重量組成比＝１０％で構成されている。この粉粒体は、その粒径を０．０１０ｍｍ未満（比較例１）、０．０１０〜０．０５０ｍｍ（比較例２）、０．０５０〜０．１００ｍｍ（実施例１）、０．１００〜１．０００ｍｍ（実施例２）、１．０００〜２．０００ｍｍ（比較例３）、２．０００ｍｍ超（比較例４）に分類すると共に、それぞれの粒径グループを炉材上に層厚さ＝１．０ｍｍになるように敷いて支持層を形成した。その後、支持層上に被焼成体を載置して同一条件で本焼成を行い、Ｓｉ結合ＳｉＣ構造を有するセラミックス構造体を製造した。
【００７５】
そして得られたセラミックス構造体の、クラック発生、および耐火性焼成粉粒体を剥離させる際の破損、並びに変色を観察し、その結果を表１に示した。
【００７６】
【表１】

表１から解るように、実施例１、２のものは、クラック、破損、および変色の各発生率は０％となり、全ての発生が抑制されていることが観察できた。
【００７７】
これに対し、比較例１〜４のものは、いずれもクラック、および変色の各発生率は０％となるが、破損については５０％以上の高い発生率を示している。特に比較例１、４のものは、全てのサンプルにおいて焼成後のセラミックス構造体に破損が観察された。これは、粒径が０．０５ｍｍ未満の場合、粉粒体同士が凝集し易くなるばかりでなく、焼成体へも接着し易くなり、このため取り扱い上の不便さに加えて、焼成体からの粉粒体の払い落としが困難になるためであり、他方、粒径が１ｍｍを越える場合、粉粒体が被焼成体へ食い込み易くなり、このため焼成体からの粉粒体の払い落としが困難になるためである。
【００７８】
以上のことから、耐火性焼成粉粒体は、粒径が０．０５〜１ｍｍの範囲内にある粉粒体で構成することが好ましいことが理解できる。
【００７９】
実施例３
耐火性焼成粉粒体は、粒径＝０．０５０〜１．０００ｍｍ、金属Ｓｉ重量組成比＝１０％で構成されている。この粉粒体は、その円形度を０．３未満（比較例５）、０．３〜０．５（比較例６）、０．５〜１．００（実施例３）に分類すると共に、それぞれの円形度グループを炉材上に層厚さ＝１．０ｍｍになるように敷いて支持層を形成した。その後、支持層上に被焼成体を載置して同一条件で本焼成を行い、Ｓｉ結合ＳｉＣ構造を有するセラミックス構造体を製造した。
【００８０】
そして得られたセラミックス構造体の、クラック発生、および耐火性焼成粉粒体を剥離させる際の破損、並びに変色を観察し、その結果を表２に示した。
【００８１】
【表２】

表２から解るように、実施例３のものは、クラック、破損、および変色の各発生率は０％となり、全ての発生が抑制されていることが観察できた。
【００８２】
これに対し、比較例５、６のものは、いずれもクラック、および変色の各発生率は０％となるが、破損については７０％以上の高い発生率を示している。特に比較例５のものは、全てのサンプルにおいて焼成後のセラミックス構造体に破損が観察された。これは、円形度が０．５未満の場合には、粉粒体は尖った外形を有しているため、被焼成体へ容易に食い込むことができ、このため焼成体からの粉粒体の払い落としが困難になるためである。
【００８３】
以上のことから、耐火性焼成粉粒体は、円形度が０．５以上である粉粒体で構成することが好ましいことが理解できる。
【００８４】
実施例４、５
耐火性焼成粉粒体は、円形度＝０．５〜１．００、粒径＝０．０５０〜１．０００ｍｍ、金属Ｓｉ重量組成比＝１０％で構成されている。この粉粒体を用いて炉材上に敷設される層厚さが、０．５ｍｍ（比較例７）、０．８ｍｍ（比較例８）、１．０ｍｍ（実施例４）、２．０ｍｍ（実施例５）になるように支持層を形成した。その後、各支持層上に被焼成体を載置して同一条件で本焼成を行い、Ｓｉ結合ＳｉＣ構造を有するセラミックス構造体を製造した。
【００８５】
そして得られたセラミックス構造体の、クラック発生、および耐火性焼成粉粒体を剥離させる際の破損、並びに変色を観察し、その結果を表３に示した。
【００８６】
【表３】

表３から解るように、実施例４、５のものは、クラック、破損、および変色の各発生率は０％となり、全ての発生が抑制されていることが観察できた。
【００８７】
これに対し、比較例７、８のものは、いずれも破損、および変色の各発生率は０％となるが、クラックについては５０％以上の高い発生率を示している。特に比較例７のものは、全てのサンプルにおいて焼成後のセラミックス構造体にクラックが観察された。これは、支持層の厚さが１ｍｍ未満の場合は、粉粒体の個々の粒子が自在に移動することが困難で、粉粒体と被焼成体との間の熱膨張差緩和効果が小さくなるためである。
【００８８】
以上のことから、耐火性焼成粉粒体は、本焼成時の支持層の厚さが１ｍｍ以上であることが好ましいことが理解できる。
【００８９】
実施例６、７
耐火性焼成粉粒体は、円形度＝０．５〜１．００、粒径＝０．０５０〜１．０００ｍｍで構成されている。この粉粒体は、その金属Ｓｉ重量組成比が０％（比較例９）、５％（比較例１０）、１０％（実施例６）、３０％（実施例７）、４０％（比較例１１）、６０％（比較例１２）になるように分類すると共に、それぞれの重量組成比グループを炉材上に層厚さ＝１．０ｍｍになるように敷いて支持層を形成した。その後、支持層上に被焼成体を載置して同一条件で本焼成を行い、セラミックス構造体を製造した。なお、金属Ｓｉ以外の材料は、本焼成中反応が生じないものを用いている。
【００９０】
そして得られたセラミックス構造体の、クラック発生、および耐火性焼成粉粒体を剥離させる際の破損、並びに変色を観察し、その結果を表４に示した。
【００９１】
【表４】

表４から解るように、実施例６、７のものは、クラック、破損、および変色の各発生率は０％となり、全ての発生が抑制されていることが観察できた。
【００９２】
これに対し、比較例９〜１２のものは、いずれもクラックの発生率は０％となるが、比較例９、１０では破損発生率が０％となるが変色について６０％以上の高い発生率を示し、比較例１１、１２では変色発生率が０％となるが破損について８０％以上の高い発生率を示している。特に、比較例９（金属Ｓｉ＝０％）のものは、全てのサンプルにおいて焼成後のセラミックス構造体に変色が観察され、比較例１２のものは、全てのサンプルにおいて焼成後のセラミックス構造体に破損が観察された。これは、金属珪素の重量組成比が１０％未満のときは、粉粒体のみでは、炉内の金属珪素雰囲気が不足するので、被焼成体からの金属珪素の蒸発量が増大して表面に金属珪素が析出するためであり、他方前記重量組成比が３０％を越えるときは、粉粒体の被焼成体への接着傾向が増大し、焼成体への接着力も増大して焼成体からの粉粒体の払い落としが困難になるためである。
【００９３】
以上のことから、耐火性焼成粉粒体は、金属珪素の重量組成比が１０〜３０％の範囲内にある粉粒体で構成することが好ましいことが理解できる。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、焼成体に接着した耐火性焼成粉粒体の払い落としは容易で、焼成後の焼成品の破損を極力抑制することができるので、歩留まりの向上を図ることができると共に、被焼成体からの金属珪素の蒸発量を抑制することにより、焼成品の熱伝導率および強度の低下並びに変色を極力抑制して最終製品としてのセラミックス構造体の品質および外観上の低下を防止することができる。
【００９５】
また、本発明によれば、耐火性焼成粉粒体は、セラミックス構造体の製造方法で得られる焼成体そのものを粉砕して作成することができるばかりでなく、セラミックス構造体の製造方法とは別の他の製造方法で得られる焼成体を粉砕して作成することもできるので、採用できる製造方法が広範囲になるというメリットがある。
【００９６】
また、本発明によれば、耐火性焼成粉粒体は、粉粒体同士の凝集および焼成体への接着を極力抑制することができ、これにより焼成体に接着した粉粒体を、前記焼成体の破損を伴うことなく、容易に払い落とすことができるので、最終製品としてのセラミックス構造体の品質および外観上の低下を一層確実に防止することができる。
【００９７】
また、本発明によれば、耐火性焼成粉粒体は、丸味を帯びた外形の粉粒体で構成されるため、粉粒体の被焼成体への食い込みを困難なものとしており、これにより焼成体へ粉粒体が接着した場合でも、その接着力は小さく、焼成体の破損を伴うことなく、容易に払い落とすことができるので、最終製品としてのセラミックス構造体の品質および外観上の低下を一層確実に防止することができる。
【００９８】
また、本発明によれば、粉粒体の個々の粒子が自在に移動することが可能となっており、このため被焼成体の焼成中の収縮に対しても粉粒体が自在に追従して、粉粒体と被焼成体との間の熱膨張差緩和効果が大きくなるため、焼成体にクラックが発生するのを阻止することができるので、最終製品としてのセラミックス構造体の品質および外観上の低下を一層確実に防止することができる。
【００９９】
また、本発明によれば、焼成中、耐火性焼成粉粒体からの金属珪素の蒸発が充分に得られることになり、これにより被焼成体からの金属珪素の蒸発を抑制することができるので、最終製品としてのセラミックス構造体の品質および外観上の低下を一層確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としてのセラミックス構造体の製造方法を適用する焼成炉の概略側面図である。
【図２】図１の焼成炉の概略透視斜視図である。
【図３】従来のセラミックス構造体の製造方法を適用する焼成炉の概略側面図である。
【符号の説明】
１成形体（被焼成体）
３炉材
４粉粒体（耐火性焼成粉粒体）
Ｔ層の厚さ（支持層の）

Claims

炭化珪素粉末原料に、金属珪素と有機バインダを添加し混合および混練して得られた坏土を所定形状に成形し、得られた成形体を仮焼して成形体中の有機バインダを除去した後、本焼成することにより製造されるセラミックス構造体の製造方法であって、
前記仮焼と本焼成の内少なくとも本焼成は、金属珪素を含有する耐火性焼成粉粒体の層の上に仮焼後の前記成形体を載置して行い、
前記耐火性焼成粉粒体は、粒径が０．０５〜１ｍｍの範囲内にあり、
前記耐火性焼成粉粒体は、フロー式粒子像分析において、測定された粒子の周長に対する粒子の投影面積と同じ面積を持つ円の周長、で表される円形度が０．５以上であり、
前記耐火性焼成粉粒体は、前記本焼成時の層の厚さが１ｍｍ以上であり、
前記耐火性焼成粉粒体における金属珪素の重量組成比が１０〜３０％であることを特徴とするセラミックス構造体の製造方法。
請求項１に記載のセラミックス構造体の製造方法であって、
前記耐火性焼成粉粒体は、前記本焼成で得られる一の焼成体と略同一の出発原料から得られる他の焼成体の粉砕物で構成されることを特徴とするセラミックス構造体の製造方法。