JP5928466B2 - 溶融ガラス搬送設備要素の製造方法、およびガラス製造方法 - Google Patents
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Description
導管を構成する白金または白金合金と、該導管の周囲に配置する断熱れんがと、は熱膨張係数が異なっているため、加熱時の熱膨張量の差、および、冷却時の収縮量の差が問題となる。
このような加熱時の熱膨張量の差、若しくは、冷却時の収縮量の差を吸収させるため、温度変化が生じた際に両者がわずかに相対移動できるように、両者の間にはキャスタブルセメントのような不定形のセラミックス材料が充填される。
このような問題を解決するため、本願発明者らは、特許文献2に記載の溶融ガラス搬送設備要素およびガラス製造装置を提供した。
特許文献2に記載の溶融ガラス搬送設備要素では、白金または白金合金製の溶融ガラスの導管の周囲に、該導管を構成する白金または白金合金と線熱膨張係数がほぼ一致するセラミックス構造体を配置することにより、加熱時の熱膨張量、若しくは冷却時の収縮量の差がきわめて小さくなる。このため、加熱時の熱膨張、若しくは冷却時の収縮によって、垂直管と水平管との接合部で亀裂が発生することが防止される。
特許文献2に記載の溶融ガラス搬送設備要素では、白金または白金合金製の導管が使用時において十分な強度を有していると考えられているが、高温環境下での使用による導管の材料の劣化等により、導管の強度が低下するおそれもありうる。また、溶融ガラス搬送設備要素の使用形態の変化し、例えば、導管内部を通過する溶融ガラスをスターラー等で撹拌することにより、溶融ガラスから加わる膨張圧力が増加する場合がある。これらの結果、導管の強度が、溶融ガラスから加わる膨張圧力に対して不十分になり、導管が変形し破損するおそれもありうる。
前記導管と、前記第2のセラミックス構造体と、の間隙に、各々全体組成に対する質量%で酸化ジルコニウムを75wt%以上含有し、かつ、前記酸化ジルコニウムに占める立方晶ジルコニアの割合が80wt%以上であり、安定化剤として、酸化イットリウムおよび酸化セリウムからなる群から選択される少なくとも1つを合計含有率で6〜25wt%含有する、メディアン径D50が0.2〜5μmの第1の安定化ジルコニア粒子、および、メディアン径D50が0.2〜2mmの第2の安定化ジルコニア粒子を、前記第2の安定化ジルコニア粒子に対する前記第1の安定化ジルコニア粒子の質量比(第1の安定化ジルコニア粒子の質量/第2の安定化ジルコニア粒子の質量)が0.3〜0.6になるように配合したスラリー体を充填し、1200〜1700℃の温度で焼結させることで前記第1のセラミックス構造体が形成される、溶融ガラス搬送設備要素の製造方法を提供する。
また、本発明の溶融ガラス搬送設備要素では、溶融ガラスの流通時の温度域において、十分な圧縮強度を有する第1のセラミックス構造体が、溶融ガラスの導管の周囲に間隙を設けずに形成されているため、内部を通過する溶融ガラスから加わる膨張圧力により導管が変形することが防止されている。
このような溶融ガラス搬送設備要素を含む本発明のガラス製造装置は、加熱時の熱膨張、若しくは冷却時の収縮によって、導管に亀裂が発生することが防止されていること、内部を通過する溶融ガラスから加わる膨張圧力により導管が変形することが防止されていること、および、何らかの理由で溶融ガラスが漏えいするようなことがあってもセラミックス構造体が侵食され難いことから、信頼性に優れており、長期間にわたって安定してガラスを製造することができる。
図1は、本発明の溶融ガラス搬送設備要素の1構成例を示した断面図である。
図1に示す溶融ガラス搬送設備要素において、溶融ガラス用導管構造体1は、垂直方向に中心軸のある導管(以下、「垂直管」という。)1aに対して、水平方向に中心軸のある2本の導管(以下、「水平管」という。)1b,1bが連通した構造である。
図2は、本発明の溶融ガラス搬送設備要素の別の1構成例を示した断面図である。
図2に示す溶融ガラス搬送設備要素において、溶融ガラス用導管構造体1は、1本の導管1cのみを有している。該導管1cは、周方向に360度連続する凸部および凹部が、軸方向に沿って交互に設けられており、蛇腹状の外形をなしている。
図2においても、溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管1cの周囲には、第1のセラミックス構造体2が配されており、該第1のセラミックス構造体2の周囲には、第2のセラミックス構造体3が位置している。
また、垂直管1aと、水平管1bと、の接合部の周辺では、導管(垂直管1a、水平管1b)と、該導管の周囲に配置される耐火レンガ等のセラミックス構造体と、の間に間隙が生じやすく、溶融ガラスから加わる膨張圧力によって導管が変形し、破損するおそれがあるため、溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管(垂直管1a、水平管1b)と、該導管の周囲に配される第1のセラミックス構造体2と、の間隙がきわめて小さく、溶融ガラスから加わる膨張圧力による導管の変形を抑制できる本発明を適用するのが好適である。
なお、図1に示すような垂直管と水平管とが連通した構造についても、図示した態様に限定されず、1本の垂直管に対して1本の水平管が連通するものであってもよい。また、1本の垂直管に対して1本の水平管がその一端側で連通しており、かつ、該水平管がその他端側において、さらに別の1本の垂直管と連通するものであってもよく、このような構造にさらに1本以上の垂直管若しくは水平管、またはその両方が連通するものであってもよい。
なお、図2に示すような1本の導管のみを有する場合についても、図示するような、周方向に360度連続する凸部および凹部が、軸方向に沿って交互に設けられているものに限定されず、凸部または凹部のうち、一方のみを有するものであってもよく、さらには、凸部や凹部を持たない通常の直管であってもよい。
溶融ガラス用導管構造体を構成する導管の内部に溶融ガラスを撹拌するためのスターラーが設けられている場合、スターラーによる撹拌時に、溶融ガラスから加わる膨張圧力によって導管が変形し、破損するおそれがあるため、溶融ガラス用導管構造体を構成する導管と、該導管の周囲に配される第1のセラミックス構造体と、の間隙がきわめて小さく、溶融ガラスから加わる膨張圧力による導管の変形を抑制できる本発明を適用するのが好適である。
溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管(図1の垂直管1a、水平管1b、および、図2の導管1c)を構成する白金または白金合金は、白金または白金合金にAl2O3、ZrO2、Y2O3のような金属酸化物粒子を分散させた強化白金からなることが好ましい。強化白金では、白金または白金合金に分散させた金属酸化物粒子が転位や結晶粒の成長を妨げる効果を生じ、これによって機械的強度が高められている。しかしながら、その一方で通常の白金または白金合金に比べて材料の延性が低下しているため、溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管と、該導管の周囲に配置される断熱レンガ等のセラミックス構造体と、の加熱時の熱膨張量の差、若しくは冷却時の収縮量の差を管材料の伸びにより吸収することができず、該導管に亀裂が発生するおそれがある。このため、加熱時の熱膨張、若しくは冷却時の収縮によって、溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管での亀裂の発生を抑制することができる本発明を適用するのが好適な材料ということができる。
立方晶ジルコニアを主体とすることにより、加熱時の熱膨張量、若しくは冷却時の収縮量が、溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管と、該導管の周囲に配される第1のセラミックス構造体2と、でほぼ等しくなる。この結果、加熱時の熱膨張量若しくは冷却時の収縮量の差がきわめて小さくなり、加熱時の熱膨張若しくは冷却時の収縮によって、溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管で亀裂が発生すること、例えば、図1における垂直管1aと水平管1bとの接合部で亀裂が発生することが防止される。
完全安定化ジルコニアである立方晶ジルコニアは、以下に示すように、20〜1000℃において、該導管を構成する白金または白金合金と極めて近い線熱膨張係数を有するためである。
白金、白金合金:9.5×10-6/℃〜11×10-6/℃
立方晶ジルコニア:8.5×10-6/℃〜10.5×10-6/℃
なお、立方晶ジルコニアのような酸化ジルコニウムは、耐熱性、溶融ガラスの耐食性、および腐食性ガスに対する耐食性等に優れているため、溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管(図1の垂直管1a、水平管1b、および、図2の導管1c)の周囲に配する、第1のセラミックス構造体2として好適である。
但し、白金または白金合金の線熱膨張係数は組成によって多少異なるので、溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管(図1の垂直管1a、水平管1b、および、図2の導管1c)に用いる白金または白金合金の線熱膨張係数に応じて、第1のセラミックス構造体2の線熱膨張係数を選択することが好ましい。具体的には、第1のセラミックス構造体2の20〜1000℃における線熱膨張係数が、溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管(図1の垂直管1a、水平管1b、および、図2の導管1c)に用いる白金または白金合金の20〜1000℃における線熱膨張係数の±15%以内であることが好ましく、±10%以内であることがより好ましく、±5%以内であることがさらに好ましい。
第1のセラミックス構造体2は、平均開気孔率が30〜50%であることが好ましく、35〜45%であることがより好ましい。
第1のセラミックス構造体2の平均開気孔率は、アルキメデス法や水銀ポロシメータによる測定により求めることができる。
第1のセラミックス構造体2は、部位によって開気孔率が異なっていてもよい。例えば、溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管(図1の垂直管1a、水平管1b、および、図2の導管1c)と面する部位を他の部位よりも開気孔率を低くすることで、溶融ガラスに対する耐食性を高めることができる。
上述したように、溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管(図1の垂直管1a、水平管1b、および、図2の導管1c)と、第1のセラミックス構造体2と、の間に間隙が存在すると、溶融ガラスから加わる膨張圧力によって導管が変形し、破損するおそれがある。
溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管(図1の垂直管1a、水平管1b、および、図2の導管1c)と、第1のセラミックス構造体2と、の間隙が存在しなければ、溶融ガラスから加わる膨張圧力による導管の変形を抑制できる。
但し、本発明では、溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管(図1の垂直管1a、水平管1b、および、図2の導管1c)と、第1のセラミックス構造体2と、の間隙がきわめて小さければよく、具体的には、0.5mm未満であればよい。
溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管(図1の垂直管1a、水平管1b、および、図2の導管1c)と、第1のセラミックス構造体2と、の間隙は、0.4mm以下であることが好ましく、0.2mm以下であることがより好ましく、間隙が存在しないことがさらに好ましい。
また、第1のセラミックス構造体2の厚さdが15mm未満だと、後述する手順で、溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管と、第2のセラミックス構造体3と、の間隙にスラリー体を充填し、該スラリー体を焼結させて第1のセラミックス構造体2を形成する際に、施工性に劣るおそれがある。
立方晶ジルコニアは高価な材料であるため、第1のセラミックス構造体2の厚さは、必要最小限に留めることがコスト面から好ましい。この観点から、第1のセラミックス構造体2の厚さdが50mm以下であることが好ましい。
また、第1のセラミックス構造体2の厚さdが、50mmよりも大きいと、溶融ガラスの流通時において、第1のセラミックス構造体2の厚さ方向で温度差が生じるおそれがある。
第1のセラミックス構造体2の厚さdは、20〜40mmであることがより好ましく、25〜35mmであることがさらに好ましい。
なお、溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管が、図2の導管1cのように凹凸を有する場合、導管1cの凹凸と対面する第1のセラミックス構造体2の全て部位において、厚さが上記の範囲を満たすようにする。
第2のセラミックス構造体3としては、アルミナ、マグネシア、ジルコンおよびシリカからなる群から選択される少なくとも1つを主体とする断熱れんがを用いることができる。
第2のセラミックス構造体3として用いる断熱れんがの具体例としては、シリカ・アルミナ質断熱れんが、ジルコニア質断熱れんが、マグネシア質断熱れんが等が挙げられる。市販品としては、SP−15(日の丸窯業株式会社製)、LBK3000(イソライト工業株式会社製)等が挙げられる。
本発明では、溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管(図1の垂直管1a、水平管1b、および、図2の導管1c)と、第1のセラミックス構造体2と、の間隙を0.5mm未満にすることが求められるが、溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管の周囲に、完全安定化ジルコニアである立方晶ジルコニアを主体とする断熱レンガを配置したのでは、上記の間隙を達成することができない。
このため、本発明では、上記した第1のセラミックス構造体2の組成(すなわち、酸化ジルコニウムは75wt%以上であり、そのうちに占める立方晶ジルコニアの割合を80wt%以上である)を満たす安定化ジルコニア粒子を含むスラリー体を、溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管(図1の垂直管1a、水平管1b、および、図2の導管1c)と、第2のセラミックス構造体3と、の間隙に充填し、該スラリー体を焼結させることで第1のセラミックス構造体2を形成する。
しかしながら、粒子径が大きい安定化ジルコニア粒子をのみを含むスラリー体を使用した場合、粒子相互の接合面積が小さいため、焼結体、すなわち、第1のセラミックス構造体2の圧縮強度が低くなる。
しかしながら、粒子径が小さい安定化ジルコニア粒子のみを含むスラリー体を使用した場合、スラリー体の焼結時の寸法変化(収縮)が大きくなるため、形成後の第1のセラミックス構造体2と、溶融ガラス用導管構造体1を構成する導管(図1の垂直管1a、水平管1b、および、図2の導管1c)と、の間隙が大きくなる。
すなわち、本発明では、メディアン径D50が0.2〜5μmの第1の安定化ジルコニア粒子、および、メディアン径D50が0.2〜2mmの第2の安定化ジルコニア粒子を、第2の安定化ジルコニア粒子に対する第1の安定化ジルコニア粒子の質量比(第1の安定化ジルコニア粒子の質量/第2の安定化ジルコニア粒子の質量)が0.3〜0.6になるように配合したスラリー体を使用する。
第1の安定化ジルコニア粒子のメディアン径D50が0.2μm未満だと、粉末の凝集が生じ易く、均一な分散ができなくなる結果、焼結体の骨格粒子の結合点が強化されない部位が残存するため、焼結体、すなわち、第1のセラミックス構造体2の圧縮強度が低くなる。
本発明では、メディアン径D50が互いに異なる2種類の安定化ジルコニア粒子を配合してスラリー体とするため、メディアン径D50が小さい第1の安定化ジルコニア粒子を、イオン交換水、pH調整剤、および、必要に応じて添加する有機バインダとともにボールミルで混合してスラリー前駆体とした後、該スラリー前駆体と、メディアン径D50が大きい第2の安定化ジルコニア粒子と、をプラネタリーミキサーで混合してスラリー体とすることが好ましい。
第1の安定化ジルコニア粒子のメディアン径D50が5μm超だと、上記の手順でスラリー前駆体を作製する際に、第1の安定化ジルコニア粒子が沈降するため、良好なスラリー前駆体(ジルコニア粒子が均一に分散したスラリー前駆体)を得ることができない。
また、スラリー前駆体が得られた場合でも、該スラリー前駆体を用いて作製したスラリー体を焼結した際に、焼結体の骨格粒子の接合点を十分に強化することができず、焼結体に多数の空隙が存在するため、焼結体、すなわち、第1のセラミックス構造体2の圧縮強度が低くなる。
第1の安定化ジルコニア粒子は、メディアン径D50が0.5〜4μmであることが好ましく、1〜3μmであることがより好ましい。
また、スラリー体が得られた場合でも、該スラリー体を焼結した際に、焼結体の骨格粒子としての接合面積が小さくなってしまい、焼結体、すなわち、第1のセラミックス構造体2の圧縮強度が低くなる。
第2の安定化ジルコニア粒子は、メディアン径D50が0.25〜1.75μmであることが好ましく、0.5〜1.5μmであることがより好ましい。
このため、第1の安定化ジルコニア粒子および第2の安定化ジルコニア粒子は、各々全体組成に対する質量%で酸化ジルコニウムを75wt%以上含有し、かつ、該酸化ジルコニウムに占める立方晶ジルコニアの割合が80wt%以上である。
安定化剤としては、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化エルビウム等があるが、溶融ガラスに対する耐食性に優れる、入手が容易である、長時間高温で保持しても安定である等の理由から酸化イットリウムおよび酸化セリウムが好ましい。
安定化剤として酸化イットリウムおよび酸化セリウムからなる群から選択される少なくとも1つを含有する場合、両者の合計含有率が6wt%以上であることが好ましく、8wt%以上であることがより好ましく、10wt%以上であることがさらに好ましい。
しかしながら、安定化剤の添加量が多すぎると、焼結が難しい、原料費が上がる等の問題がある。このため、両者の合計含有率が25wt%以下であることが好ましく、20wt%以下であることがより好ましい。
但し、スラリー体の調製方法はこれに限定されず、たとえば、一般的に知られる粉末やスラリーの混合方法を用いることもできる。
pH調整剤としては、CaO、アンモニア、炭酸カリウム等を用いることができる。これらの中でもCaOが、扱いが容易であり、加熱後の残存物が少ないことから好ましい。
pH調整剤としてCaOを使用する場合、スラリー体の全体組成に対する質量%で0.01〜0.2wt%であることが好ましく、0.02〜0.1wt%であることがより好ましく、0.03〜0.5wt%であることがさらに好ましい。
有機バインダとしては、メチルセルロース、流動パラフィン、ポリエチレングリコール等を用いることができる。メチルセルロースを成分とする有機バインダとしては、たとえば、信越化学工業株式会社の製品名メトローズがある。
有機バインダはスラリー体の焼結時に燃焼し、飛散するため、有機バインダの配合量が高すぎると、燃焼後にカーボンとして残存する。
このため、有機バインダの配合量は、スラリー体の全体組成に対する質量%で0.5wt%以下であることが好ましく、0.3wt%以下であることがより好ましく、0.2wt%以下であることがさらに好ましい。
スラリー体におけるジルコニア粒子(第1の安定化ジルコニア粒子および第2の安定化ジルコニア粒子)と、イオン交換水と、の配合割合は、ジルコニア粒子(第1の安定化ジルコニア粒子および第2の安定化ジルコニア粒子)とイオン交換水の合計質量に対するジルコニア粒子の質量%で8〜25wt%であることが好ましく、10〜20wt%であることがより好ましく、12〜18wt%であることがさらに好ましい。
その後、1200〜1700℃の温度でスラリー体を焼結させる。
1200℃未満だと、スラリー体に含まれる第1の安定化ジルコニア粒子および第2の安定化ジルコニア粒子が焼結しない。1700℃超だと、溶融ガラス用導管構造体1を構成する白金または白金合金からなる導管(図1の垂直管1a、水平管1b、および、図2の導管1c)の強度が低下するおそれがある。
スラリー体の焼結温度は、1250〜1600℃であることが好ましく、1300〜1500℃であることがより好ましい。
酸化物基準の質量百分率表示で、
SiO2:50〜73%、
Al2O3:10.5〜24%、
B2O3:0〜12%、
MgO:0〜8%、
CaO:0〜14.5%、
SrO:0〜24%、
BaO:0〜13.5%、
MgO+CaO+SrO+BaO:8〜29.5%、
ZrO2:0〜5%、
を含有する無アルカリガラス。
SiO2:58〜66%、
Al2O3:15〜22%、
B2O3:5〜12%、
MgO:0〜8%、
CaO:0〜9%、
SrO:3〜12.5%、
BaO:0〜2%、
MgO+CaO+SrO+BaO:9〜18%、
を含有する無アルカリガラス。
SiO2:50〜61.5%、
Al2O3:10.5〜18%、
B2O3:7〜10%、
MgO:2〜5%、
CaO:0〜14.5%、
SrO:0〜24%、
BaO:0〜13.5%、
MgO+CaO+SrO+BaO:16〜29.5%、
を含有する無アルカリガラス。
SiO2:56〜70%、
Al2O3:14.5〜22.5%、
B2O3:0 〜2%、
MgO:0〜6.5%、
CaO:0〜9%、
SrO:0〜15.5%、
BaO:0〜2.5%、
MgO+CaO+SrO+BaO:10〜26%、
を含有する無アルカリガラス。
SiO2:54〜73%、
Al2O3:10.5〜22.5%、
B2O3:1.5〜5.5%、
MgO:0〜6.5%、
CaO:0〜9%、
SrO:0〜16%、
BaO:0〜2.5%、
MgO+CaO+SrO+BaO:8〜25 %、
を含有する無アルカリガラス。
第1粒子として、メディアン径D50が各々15μm(D90 45μm)、0.96μm(D90 1.8μm)、および、0.15μm(D90 0.9μm)である完全安定化ジルコニア粒子F1、F2及びF3を準備した。なお、これらの粒子のうち、粒子F2が本発明における第1の安定化ジルコニア粒子のメディアン径D50を満たしている。粒子F1、F2及びF3は全て、安定化剤として酸化イットリウムを12質量%含有しており、酸化ジルコニウムの含有率は87wt%であり、酸化ジルコニウムに占める立方晶ジルコニアの割合は95wt%であった。
粒子F1、F2及びF3:76.85%、イオン交換水:23%、CaO(pH調整剤):0.05%、メトローズ(有機バインダ、信越化学工業株式会社製):0.1%の質量比で配合し、ジルコニア製のポットとボールを用いて、ボールミル混合を3時間行い、スラリー前駆体を作製した。
ここで、メディアン径D50が5μm超の粒子F1を用いたものでは、固形分が容易に沈下して、良好なスラリー前駆体(ジルコニア粒子が均一に分散したスラリー前駆体)とならなかったため、その後のプロセスには供しなかった。
下記表に示す質量比となるように、プラネタリーミキサーを用いて、上記の手順で得られたスラリー前駆体と、粒子C1、C2及びC3と、を20分間混合してスラリー体を得た。
ここで、メディアン径D50が2mm超の粒子C1を用いたものでは、粒子C1と、粒子F2,F3と、が均一に分散しなかったため、その後のプロセスには供しなかった。
上記の手順で作製した5種のスラリー体を内径:25mm、高さ:30mmの円柱形の型に充填し、大気中で10時間乾燥させた後、80℃に加熱した恒温槽を用いて2時間乾燥させた。乾燥の後、型を外し円柱形の試料を得た。この円柱形試料を1400℃の大気中に10時間保持し、スラリー体を焼結させた後、冷却し外寸を測定することで加熱後の体積率((加熱後の体積/加熱前の体積)×100)(%)を算出した。また、該円柱試料の1400℃の大気中における圧縮強度(MPa)を下記手順で測定した。
圧縮強度の測定は門型万能試験機(島津製作所製:オートグラフ)を用い、円柱型試料をアルミナ治具を介して炉内(大気雰囲気)にて圧縮することによって実施した。なお、クロスヘッドの移動速度は毎分2mmとし、最高負荷を圧縮強度とした。
これらの測定によって得られた結果を下表にまとめた。
第1粒子、第2粒子をそれぞれ粒子F2、粒子C2を使用し、両者の質量比(第1粒子/第2粒子)が0.3〜0.6を満たす実験例1〜3は、いずれも焼結時の寸法変化(収縮)が小さく、加熱後体積率が90%以上であった。また、1400℃における圧縮強度も10MPa以上であった。
一方、両者の質量比(第1粒子/第2粒子)が0.3よりも小さい実験例4では、1400℃における圧縮強度が2.1MPaと低かった。
また、両者の質量比(第1粒子/第2粒子)が0.6よりも大きい実験例5では、焼結時の寸法変化(収縮)が大きく、加熱後体積率が90%未満であった。
第2粒子として、メディアン径D50が0.2mm未満の粒子C3を用いた実験例6では、焼結時の寸法変化(収縮)が大きく、加熱後体積率が90%未満であった。
第1粒子として、メディアン径D50が0.2μm未満の粒子F3を用いた実験例7では、1400℃における圧縮強度が3.7MPaと低かった。
本実施例、比較例では、図2に示す導管1cを準備した。導管1cは白金−ロジウム合金(ロジウム10質量%)製であり、周方向に360度連続する凸部および凹部が、軸方向に沿って交互に設けられており、蛇腹状の外形をなしている。導管1cは、全長70mm、外径112mm、肉厚0.8mmであり、凸部と凹部との高低差は5mm、隣接する凸部(または凹部)間の距離は14.6mm、凸部および凹部が形成されている部分の長さは58.4mmである。
図2に示す第2のセラミックス構造体3の代わりに、耐熱鋳鋼製リングを導管1cの外側に配した。耐熱鋳鋼製リングと、導管1cの最外径と、の間隙は20mmである。
実施例では、耐熱鋳鋼製リングと導管1cとの間隙に、実験例1で作製したのと同じスラリー体を密に充填した。一方、比較例では、耐熱鋳鋼製リングと導管1cとの間隙に、市販のアルミナ中空粒子キャスター(製品名:アルファラックス(サンゴバン・セラミックス社製)、20〜1000℃における線熱膨張係数:6.5×10-6/℃ 、1400℃における圧縮強度:1.2MPa)を密に充填した。上記の手順で作製した試験体を十分に乾燥した後、門型万能試験機に備えられた電気炉の中で1300℃まで加熱し、スラリー体を焼結させた後(実施例)、上方から均一になるように500Nの負荷を与え続け、生じる圧変位量(圧縮歪み)を連続的に測定した。図3は測定結果を示したグラフであり、負荷時間と圧縮歪み量との関係を示している。
図3から明らかなように、充填性も十分でなく高温強度(1400℃における圧縮強度)が不足するアルミナ中空粒子キャスターを使用した比較例では、導管1cの収縮を抑えられないことが明白である。一方、実験例1のスラリー体を使用した実施例では、耐熱鋳鋼製リングと導管1cとの間隙に、スラリー体を隙間なく充填でき、且つ加熱前後での寸法変化が少なく、高温強度(1400℃における圧縮強度)が十分であるため、導管1cの収縮を抑制することができた。図4は前述の試験を行った後、各々導管1cを観察した結果であり、両者の変形差が顕著である。
本出願は、2011年7月21日出願の日本特許出願2011−159929に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
Claims (11)
- 白金または白金合金からなる少なくとも1つの導管を含む溶融ガラス用導管構造体、該導管の周囲に配される第1のセラミックス構造体、および、該第1のセラミックス構造体の周囲に位置する第2のセラミックス構造体を有する溶融ガラス搬送設備要素の製造方法であって、
前記導管と、前記第2のセラミックス構造体と、の間隙に、各々全体組成に対する質量%で酸化ジルコニウムを75wt%以上含有し、かつ、前記酸化ジルコニウムに占める立方晶ジルコニアの割合が80wt%以上であり、安定化剤として、酸化イットリウムおよび酸化セリウムからなる群から選択される少なくとも1つを合計含有率で6〜25wt%含有する、メディアン径D50が0.2〜5μmの第1の安定化ジルコニア粒子、および、メディアン径D50が0.2〜2mmの第2の安定化ジルコニア粒子を、前記第2の安定化ジルコニア粒子に対する前記第1の安定化ジルコニア粒子の質量比(第1の安定化ジルコニア粒子の質量/第2の安定化ジルコニア粒子の質量)が0.3〜0.6になるように配合したスラリー体を充填し、1200〜1700℃の温度で焼結させることで前記第1のセラミックス構造体が形成される、溶融ガラス搬送設備要素の製造方法。 - 前記溶融ガラス用導管構造体は、垂直方向に中心軸のある第1の導管と、該第1の導管と連通する水平方向に中心軸のある第2の導管と、を、少なくとも1本ずつ有する、請求項1に記載の溶融ガラス搬送設備要素の製造方法。
- 前記導管として、周方向に360度連続する凸部および凹部の少なくとも一方を有する導管を含む、請求項1または2に記載の溶融ガラス搬送設備要素の製造方法。
- 前記導管として、内部にスターラーが設けられた導管を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶融ガラス搬送設備要素の製造方法。
- 前記導管を構成する白金または白金合金が、白金または白金合金に金属酸化物が分散された強化白金である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の溶融ガラス搬送設備要素の製造方法。
- 前記第1の安定化ジルコニア粒子の積算ふるい下90%径(D90)が10μm以下であり、前記第2の安定化ジルコニア粒子の積算ふるい下10%径(D10)が0.1mm以上である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の溶融ガラス搬送設備要素の製造方法。
- 前記第2のセラミックス構造体が、アルミナ、マグネシア、ジルコン、およびシリカからなる群から選択される少なくとも1つを主体とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の溶融ガラス搬送設備要素の製造方法。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の溶融ガラス搬送設備要素の製造方法により製造された溶融ガラス搬送設備要素を含むガラス製造装置を用いたガラス製造方法であって、前記第1のセラミックス構造体の平均開気孔率が25〜60%であり、前記第1のセラミックス構造体の20〜1000℃における線熱膨張係数が8×10-6〜12×10-6/℃であり、前記第1のセラミックス構造体の1400℃における圧縮強度が5MPa以上であり、前記導管と前記第1のセラミックス構造体との間隙が0.5mm未満である、溶融ガラス搬送設備要素を含むガラス製造装置を用いたガラス製造方法。
- 前記第1のセラミックス構造体の20〜1000℃における線熱膨張係数が、前記導管を構成する白金または白金合金の20〜1000℃における線熱膨張係数の±15%以内である、請求項8に記載の溶融ガラス搬送設備要素を含むガラス製造装置を用いたガラス製造方法。
- 前記第1のセラミックス構造体の厚さが15〜50mmである、請求項8または9に記載の溶融ガラス搬送設備要素を含むガラス製造装置を用いたガラス製造方法。
- 前記導管として、周方向に360度連続する凸部および凹部の少なくとも一方を有する、請求項8〜10のいずれか1項に記載の溶融ガラス搬送設備要素を含むガラス製造装置を用いたガラス製造方法。
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