JP4685814B2

JP4685814B2 - セラミック焼成方法

Info

Publication number: JP4685814B2
Application number: JP2007044522A
Authority: JP
Inventors: 敬亨阪本; 義昭出口
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2027-02-23
Also published as: JP2008207979A

Description

本発明は、セラミック焼成物のセラミック焼成方法に関する。

陶磁器、タイル、セラミック製電子部品、ハニカム構造体等のセラミック焼成物を焼成するためには、焼成用棚表面とセラミック焼成物との摩擦抵抗や固着によりセラミック焼成物の下端部等に欠陥が生じることを防ぐために、焼成用敷板が使用される（例えば、特許文献１）。焼成用敷板は、セラミック焼成物と同種の材料の物で形成されたものであることが、セラミック焼成物の欠陥の発生を防止するために望ましく、さらに熱耐久性に優れることが条件となる。そして、コージェライト粉末とアルミナを焼き固めたものが多く利用されている。

特開２０００−２７４９５４号公報

しかしながら、コージェライト粉末とアルミナを焼き固めたものを含め、焼成用敷板は熱により変質するという問題があった。これにより、敷板寿命が低下し、セラミック焼成物である製品が変色したり欠陥が発生したりしていた。

本発明の課題は、繰り返しの使用にも適応でき、セラミック焼成物の不良発生を防止するセラミック焼成方法を提供することにある。

本発明者らは上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、焼成用敷板を繰り返し利用すると、熱サイクルによりスピネルが分相し、これに鉄分が沈着し、セラミック焼成物と焼成用敷板との界面で鉄分が移動することにより、セラミック焼成物である製品の色調不良が発生することを見出した。そして、焼成用敷板の鉄分を焼成するセラミック焼成物に合わせて調整することにより、セラミック焼成物と焼成用敷板との互いの鉄分を同程度にして鉄分の移動の影響を小さくし、セラミック焼成物（製品）の不良発生を防止することができることを見出した。即ち、本発明によれば、以下に示すセラミックス焼成物の焼成方法が提供される。

［１］生素地のセラミック焼成物を、そのセラミック焼成物に含まれる鉄分がＡｗｔ％であるときに、含まれる鉄分がＢｗｔ％であり、
Ａ−０．４≦Ｂ＜Ａ（ただしＡ≦０．８、０．０５≦Ｂ≦０．７５）
である焼成用敷板を用いて焼成するセラミック焼成方法。

［２］前記焼成用敷板は、化学組成としてＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、及びＳｉＯ_２の少なくともいずれか１成分を含む前記［１］に記載のセラミック焼成方法。

［３］前記焼成用敷板は、Ｋ_２ＯとＮａ_２Ｏを合わせた含有量が０．３０ｗｔ％以下である前記［１］または［２］に記載のセラミック焼成方法。

［４］前記焼成用敷板は、粘土系鉱物を含んで形成されたものである前記［１］〜［３］のいずれか１項に記載のセラミック焼成方法。

［５］前記粘土系鉱物は、鉄分を０．５ｗｔ％〜０．７５ｗｔ％含み、前記焼成用敷板は、前記粘度系鉱物を２０〜６０ｗｔ％含む前記［４］に記載のセラミック焼成方法。

［６］前記焼成用敷板は、気孔率が５〜３５％である前記［２］〜［５］のいずれかに記載のセラミック焼成方法。

［７］前記焼成用敷板は、表面粗さＲａが１０μ以下である前記［２］〜［６］のいずれかに記載のセラミック焼成方法。

［８］生素地の前記セラミック焼成物を前記焼成用敷板に敷いて、１３５０〜１４５０℃において焼成する前記［１］〜［７］のいずれかに記載のセラミック焼成方法。

本発明のセラミックス焼成方法は、セラミック焼成物と同程度の鉄分を含む焼成用敷板を用いてセラミック焼成物を焼成することにより、鉄分の移動の影響を小さくし、焼成用敷板の繰り返しの使用による反り変形や付着、クラックの発生、表面荒れなどが防止される。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。

本発明のセラミック焼成方法に使用される焼成用敷板について説明する。図１に示す焼成用敷板１は、セラミック材料で形成された基板本体からなるもので、その表面は上方へ隆起した球面形状を呈している焼成物積載面１ａとして形成されている。焼成用敷板１は、タルク、シリマナイト、粘土、アルミナ、カオリン等を混合してスラリー状としてフィルタープレス後に乾燥、解砕したものを使用し、金型にて油圧プレス成形により成形するとともに、得られた板状の成形体を焼成して形成されているもので、多数の生素地のセラミック焼成物２を受承し得る大きさに形成されている。

そして、本発明のセラミック焼成方法に用いられる焼成用敷板１は、セラミック焼成物２に含まれる鉄分がＡｗｔ％であるときに、含まれる鉄分がＢｗｔ％であり、
Ａ−０．４≦Ｂ＜Ａ（ただしＡ≦０．８、０．０５≦Ｂ≦０．７５）
であるように形成されている。

セラミック焼成物２に含まれる鉄分に対し、上記範囲内にある鉄分を含む焼成用敷板１を使用すると、セラミック焼成物２と焼成用敷板１との鉄分が同程度であるから、鉄分の移動によるセラミック焼成物２の変色等の発生を防止することができる。

焼成用敷板１は、化学組成としてＭｇＯ，Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２のいずれかを含み、さらに鉄分を含む粘土系鉱物を含んで形成されている。より具体的には、コージェライト、アルミナ、ムライト等を含んで構成されている。

また焼成用敷板１に含まれるアルカリ金属により、通窯時にセラミック焼成物２に溶けが発生する。詳しく言うと、セラミック焼成物２と焼成用敷板１との間で、アルカリ金属の影響による低融点ガラスが形成され、セラミック焼成物２の融点が下がり溶けが発生する。このため、焼成用敷板１に含まれるアルカリ金属の総量を規定するとよく、具体的には、Ｋ_２ＯとＮａ_２Ｏを合わせた含有量が０．３０ｗｔ％以下であるように構成するとよい。

また、焼成用敷板１は、気孔率が５〜３５％であるように形成されることが望ましい。気孔率が５％以下となると、焼成物や棚板から発生するガラス状の物質を吸収する容量が少なくなるため短期間で気孔が飽和し付着などが生じるため好ましくない。一方気孔率３５％以上となると、吸収する容量が増加するが、構造体としての強度が低下するため好ましくない。

焼成用敷板１は、表面粗さＲａ（算術平均粗さ：ＪＩＳＢ０６０１：２００１、）が、１０μｍ以下（基準長さは、２．５ｍｍ）であることが望ましい。焼成物、特に焼成収縮の大きいものに対して表面粗さ（Ｒａ）が１０μｍ以上であると焼成物の焼成収縮時の摩擦抵抗により焼成物にキズ等が発生し易くなる。

さらに、焼成用敷板１は、セラミック焼成物２と接触する面が平坦か、又は、図１に示すように、辺縁部から中央部にかけて隆起する曲面であることが好ましい。このとき、本発明の敷板１は、上記曲面の最頂部と辺縁部との段差ｈが１．５ｍｍ以下（より好ましくは、０〜１．０ｍｍ、更に好ましくは、０〜０．５ｍｍ）であることが好ましい。これにより焼成用敷板１と焼成物と接触面積を小さくできることから、焼成用敷板１と焼成物との組成差があった場合でも付着が生じ難くなる。一方、段差ｈが１．５ｍｍを超過した場合、焼成用敷板１上に載置されたセラミック焼成物２の安定性が悪くなり、焼成中に倒壊する恐れが生じたり、セラミック焼成体２の接触面中央部に歪みが生じたりするため、好ましくない。

次に、本発明のセラミック焼成方法に利用される焼成用敷板１の製造方法について説明する。焼成用敷板１は、セラミック焼成物２に含まれる鉄分と同程度の鉄分を含むように形成される。鉄分は、原料として用いる粘土系鉱物の添加量によって調整するとよい。具体的には、鉄分を０．５〜０．７５ｗｔ％含む粘土系鉱物を２０〜６０ｗｔ％使用する。

コージェライト、アルミナを含む焼成用敷板１は、例えば、コージェライト原料としてのシリカ、カオリン、タルク、アルミナ及び粘土系鉱物（以下、単に粘土ともいう）に、造孔材を加えて、さらに、バインダ、分散剤、及び水を加えてスラリーを調整し、水分を調整して粘土状の坏土を形成する。

一方、ムライトを含む焼成用敷板１は、シリマナイト、若しくはムライトと粘土、アルミナ、カオリンを各割合で秤量、この配合物に、水を添加して混合して、スラリーを調整する。そして、このスラリーを篩に通して、次いでこれらスラリーを脱水して乾燥させた物を解砕後、水分調整して坏土を準備する。この坏土を油圧プレス成形等にて成形し、１２００℃以上１５５０℃以下、望ましくは、１４５０℃にて焼成して、焼成用敷板１を形成する。

カオリンは、約１２００℃より高い温度に焼成されると、ムライトへ変換される。ムライトは、化学式３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２を有し、耐火物の製造に特に適する特性を有するが、上記工程により、ムライト結晶粒子、若しくはムライト結晶粒子とシリマナイト結晶粒子とが結合した状態とされる。

以上のように製造された焼成用敷板１は、例えば図１に示すように、焼成用敷板１の焼成物積載面１ａに、所定の長さの寸法に切断されている生素地のセラミック焼成物２を起立状態に載置して、この状態で焼成炉内に搬入されるものである。焼成炉内に搬入された生素地のセラミック焼成物２は、焼成されてその後焼成炉から搬出される。

焼成用敷板１においては、生素地のセラミック焼成物２を積載する焼成物積載面１ａが上方へわずかに隆起した球面形状または円弧面形状を呈しているため、セラミック焼成物２の下端面２ａと焼成物積載面１ａとは複数箇所での点接触となって、これら両焼成物積載面１ａと下端面２ａ間には隙間が確保され、セラミック焼成物２の焼成中の収縮、膨張等に起因する、同セラミック焼成物２の外縁部の焼成物積載面１ａに対する引掛かりが防止されるとともに、上記隙間からセラミック焼成物２の各セル内への熱の侵入が良好となる。

本発明のセラミック焼成方法は、化学組成としてＭｇＯ，Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２のいずれかを含み、より具体的には、コージェライト、アルミナ、ムライト等を含んで構成されて、セラミック焼成物２に含まれる鉄分がＡｗｔ％であるときに、含まれる鉄分がＢｗｔ％であり、
Ａ−０．４≦Ｂ＜Ａ（ただしＡ≦０．８、０．０５≦Ｂ≦０．７５）
であるように形成されている焼成用敷板１をセラミック焼成物２に敷いて焼成を行う方法である。特に、１３５０〜１４５０℃で焼成する場合に好適に用いることができる。

セラミック焼成物２と焼成用敷板１との鉄分が同程度であるから、鉄分の移動によるセラミック焼成物２の変色等の発生を防止することができる。このように、セラミック焼成物２に含まれる鉄分と同程度の鉄分を含む焼成用敷板１を焼成に用いると、繰り返しの使用による焼成用敷板１やセラミック焼成物２の反り変形や付着、クラックの発生、表面荒れなどが防止される。本発明のセラミック焼成方法によれば、敷板の寿命が延長されるために、セラミック焼成物２の製造コストを削減、産業廃棄物を削減することができる。

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。

本発明のセラミック焼成方法に使用される焼成用敷板の製造方法について説明する。タルク１５〜２５ｗｔ％と粘土１５〜２０ｗｔ％、アルミナ５５〜７０ｗｔ％を各割合で秤量し（実施例１〜３、比較例１）、或いは、シリマナイト３０〜４０ｗｔ％と粘土５０〜７０ｗｔ％、アルミナ０〜１０ｗｔ％を各割合で秤量し（実施例４〜７、比較例２〜５）、この配合物１００ｗｔ％に対して、水５０ｗｔ％添加して混合して、スラリーを調整した。そして、このスラリーを２００μｍの篩に通して、次いでこれらスラリーを脱水して乾燥させた物を解砕後、５ｗｔ％に水分調整して坏土を準備した。この坏土を油圧プレス成形にて成形し、１４５０℃にて焼成して、敷板を形成した。敷板の焼成物積載面は辺縁部から中央にかけて曲線的に０．５ｍｍの隆起を持たせた。

なお、上記の解砕後の粒径により表面粗度を調整した。また、成形圧力値の調整で気孔率を５〜３５％となるように変化させた。常温曲げ強度は測定サンプルを切出してＪＩＳの４点曲げ強さ試験方法（ＪＩＳＲ１６０１）により測定を行い、５〜１００ＭＰａであることを確認した。

表１に各試料の組成と評価結果を示す。実施例１〜８は、セラミック焼成物と同程度の鉄分を含む敷板を用いて焼成した場合であり、比較例１〜５は、セラミック焼成物と含まれる鉄分が一定以上異なる敷板を用いて焼成した場合である。敷板は、表に示す敷板基幹原料と粘土を用いて形成されている。

なお、各試料の鉱物組成は、Ｘ線回折装置（ＲＩＮＴ−１１００株式会社リガク製）を用いて、Ｃｕ−Ｋαを線源とする粉末Ｘ線回折を行い、得られたＸ線回折パターンの２θ（回折角）のピーク位置から確認した。

気孔率は、ＪＩＳＲ２２０５：１９９２耐火れんがの見掛気孔率・吸水率・比重の測定方法に準じて測定し、５〜３５％であることを確認した。

表１の実施例１〜７に示すように、敷板に含まれる鉄分がセラミック焼成物に含まれる鉄分と同程度であれば、セラミック焼成物に不良が生じない。一方、比較例１〜比較例６に示すように、敷板に含まれる鉄分がセラミック焼成物に含まれる鉄分と一定値以上異なると、焼成物が不良となる。

本発明のセラミック焼成方法は、繰り返し窯等に導入して焼成されても、反り変形や付着、クラックの発生、表面荒れなどが防止されることから、例えば、コージェライト等によって形成されてハニカム構造体等の焼成方法として適用できる。

焼成用敷板の一例を示す模式図である。

符号の説明

１：焼成用敷板、１ａ：焼成物積載面、２：セラミック焼成物、２ａ：下端面。

Claims

生素地のセラミック焼成物を、そのセラミック焼成物に含まれる鉄分がＡｗｔ％であるときに、含まれる鉄分がＢｗｔ％であり、
Ａ−０．４≦Ｂ＜Ａ（ただしＡ≦０．８、０．０５≦Ｂ≦０．７５）
である焼成用敷板を用いて焼成するセラミック焼成方法。
前記焼成用敷板は、化学組成としてＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、及びＳｉＯ_２の少なくともいずれか１成分を含む請求項１に記載のセラミック焼成方法。
前記焼成用敷板は、Ｋ_２ＯとＮａ_２Ｏを合わせた含有量が０．３０ｗｔ％以下である請求項１または２に記載のセラミック焼成方法。
前記焼成用敷板は、粘土系鉱物を含んで形成されたものである請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミック焼成方法。
前記粘土系鉱物は、鉄分を０．５ｗｔ％〜０．７５ｗｔ％含み、前記焼成用敷板は、前記粘度系鉱物を２０〜６０ｗｔ％含む請求項４に記載のセラミック焼成方法。
前記焼成用敷板は、気孔率が５〜３５％である請求項２〜５のいずれか１項に記載のセラミック焼成方法。
前記焼成用敷板は、表面粗さＲａが１０μ以下である請求項２〜６のいずれか１項に記載のセラミック焼成方法。
生素地の前記セラミック焼成物を前記焼成用敷板に敷いて、１３５０〜１４５０℃において焼成する請求項１〜７のいずれか１項に記載のセラミック焼成方法。