JPH01188480A - 泡状セラミックス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は泡状の外観を有する新規なセラミックス材料に
関し、特に耐熱断熱材などとして使用されるものである
。

〔従来の技術〕

従来、高温で使用される断熱材としては、セラミックス
質のファイバーが主として用いられてきた。その理由は
セラミックファイバーは工業的に大量に製造するのに適
しているためである。すなわち、セラミックファイバー
は、溶融しているセラミックスを滴下させ、これに水蒸
気などの高速気流を吹きつけて、融液を糸状にする方法
により製造されており、極めて生産性がよい。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、セラミックファイバーは、断熱材として
は多くの問題を有している。

このうち最も大きな問題は、セラミックファイバーが高
温使用時に収縮することである。この収縮により断熱層
に亀裂が入り、断熱効果が著しく低下する。これは、フ
ァイバーどうしが固着していないことと、ファイバーが
ガラス質でありこれが結晶化する時に物質移動が起きる
ことが原因となっている。

また、セラミックファイバー断熱材では、ファイバー間
の空間は連続しており、気体分子は自由に運動できるが
、ただ大きな対流を起こさせないことにより断熱効果を
維持している。しかし、熱伝導の理論から考えても、気
体分子が自由に運動できるということは断熱材としては
根本的に問題である。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
り、耐熱断熱材として高い性能を有する泡状セラミック
スを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段と作用〕

本発明の泡状セラミックスは、球面状をなす緻密質多結
晶セラミックス膜が隔離された多数個のセル状の空間を
取り囲み、上記セラミックス膜が連続した構造を有する
ことを特徴とするものである。

本発明の泡状セラミックスを製造するには、例えばセラ
ミックス原料粉末、分散剤、バインダー、整泡剤を溶媒
中でよ〈混合し、攪拌機で泡立て、８が安定した状態で
乾燥して泡状をなす成形体を得た後、仮焼してバインダ
ーなどの有機物を焼散させ、更に高温（泡状セラミック
スの使用温度よりも高温）で焼成する。

本発明において、セラミックス膜を構成する材質は、各
セルの独立性を維持し、しかも材料としての強度を維持
するために、緻密かつ高強度で、耐熱性の高いものであ
ることが要求される。このような材質としては、アルミ
ナ、ジルコニア、マグネシア、ムライト、スピネルなど
の酸化物系セラミックスや、窒化ケイ素、炭化ケイ素な
どの非酸化物系セラミックスが挙げられる。

上述したセラミックスのうちでは、特にアルミナ系セラ
ミックスが望ましい、アルミナ系セラミックスは、最も
一般的に用いられているセラミックスであり１強度及び
耐熱性に優れている。なお、熱伝導率はシリカなどに比
べて高いが、セラミックス膜の断面積は空間部の断面積
に比べて少ないので、膜部分を伝わる熱量は少なく断熱
効果は満たされる。

また、アルミナ系セラミックスを高い温度で使用してい
ると、結晶粒子が成長し、機械的強度が低下するおそれ
がある。これを防止するためには、アルミナに１００　
ＰＰＩｍから０．２％の少量のマグネシアを含有させる
ことが有効である。また、アルミナ中に少量のマグネシ
アを含有させると、本発明の泡状セラミックスを製造す
る際の焼成時に異常粒子成長を抑制するのにも有効であ
る。

本発明において、泡状セラミックスを構成するセラミッ
クス膜を均一で緻密なものにするためには、泡立て前の
スリップ（セラミック粉体と溶媒との混合物）中におけ
るセラミック粉体の分散を充分に行う必要がある。この
ためには、少ない溶媒量で粘度の低いスリップを調製す
ることが望ましく、セラミック粉体を溶媒とともにボッ
トミル、アトリションミルなどでその一次粒子まで充分
にほぐすことと、分散剤を入れてスリップの粘度を下げ
るこ′とが重要となる。

分散剤としては、ポリアクリル酸塩、ポリ塩化アルミニ
ウムなどが有効である。ただし、分散剤として一般に使
用されているナトリウム塩はセラミックス中に異種の金
属イオンを持ち込むため不都合であり、異種の金属イオ
ンを持ち込むことのないアンモニウム塩が望ましい。

バインダーは泡状の成形体に強度を付与するために添加
する必要がある。すなわち、泡状の成形体には乾燥収縮
時にクラックが入りやすいが、バインダーによってクラ
ック発生を防止できる。バインダーとしては一般的にセ
ラミックスのプレス成形などに用いられる有機バインダ
ーでも差しつかえないが、スリップの粘度を極端に上昇
させることのないスリップキャスティング用バインダー
が望ましい。

整泡剤は泡が消失しないように安定させるために用いら
れる。整泡剤はいわゆるセッケンでもよいが、金属イオ
ンを含まないものが望ましく１例えばステアリン酸アン
モニウムなどが適当である。

本発明の泡状セラミックスによれば、セル状の空間が材
料内部で隔離されて独立状態となっており、気体分子の
移動が１つのセル内に限定されるので、優れた断熱効果
を得ることができる。

また、高温で焼結されたセラミックス中に閉じ込められ
た空間は、その温度において雰囲気と同じ気圧であるた
め、常温まで冷却されると減圧状態となる。したがって
、泡状セラミックスが使用される温度より高い温度で焼
成すれば、使用温度ではセル内は減圧状態であり、セル
内の気体の衝突回数が減少し、断熱効果が向上する。

更に、焼反□゛時の雰囲気を真空にすれば、泡状セラミ
ックスのセル状の空間内を真空にすることができる。以
下、この方法について説明する。−すなわち、泡状の成
形体の段階でセラミックス粉体の充填密度は、理論密度
の３５〜６０％程度であり、成形体は通気性を有する。

そして、この成形体では膜の一部にバインダー、分散剤
、整泡剤という有機物が充填されている。これを空気中
で仮焼すると、有機物は焼散してなくなるが、セラミッ
クスはまだ収縮が始まらないので、セラミックス粉体の
充填密度は上記のように３５〜６０％程度のまま変化が
ない、これを真空炉に入れ、仮焼体の周囲のガスを排気
することにより、池内に閉じ込められた気体分子は膜を
構成するセラミックス粉体の間隙を通過して徐々に仮焼
体から抜けていき、最終的には真空となる。この状態で
更に昇温し、例えばアルミナセラミックスでは１４００
℃程度になると、通気性がなくなりセル状の空間は閉空
間となる。その後、更に高い温度、例えば１８００℃で
焼成して室温まで冷却する。このようにして製造された
セル状の空間が真空になっている泡状セラミックスでは
、断熱効果をより一層向上することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。

実施例１ 平均粒径０．２４　ｔａのアルミナ粉１００重量部に、
ストイキオメトリツクスピネル１重量部を添加してボッ
トミルに入れ、更にイオン交換水２０重量部１分散剤と
してポリアクリル酸アンモニウム１重量部を加えて２４
時間混合した。

これに整泡剤としてステアリン酸アンモニウム１重量部
とアクリル系バインダー１０重量部とを添加し、充分混
合した後、攪拌機で泡立てた。泡が安定した後、乾燥機
で乾燥して成形体を得た。

この成形体を空気中、８００℃で２詩間焼成し、バイン
ダーなどの有機物を焼散させた。更に、真空中、１８５
０℃で２時間焼成して泡状のアルミナセラミックスを得
た。

この泡状セラミックスでは、泡を構成するセラミックス
の膜厚は平均５終■、セル状空間の平均の大きさは５０
ル１であった。

得られた泡状セラミックスと、従来のセラミックファイ
バー（アルミナ８５％）との断熱性能を比較するために
以下のような実験を行った。すなわち、炉内寸法３００
ｍｍＸ　３００ｍｍＸ　２００ｍｍの電気炉内に、上記
泡状セラミックス及びセラミックファイバーで厚さ５０
ｓａの断熱層を形成した場合について、それぞれ炉内温
度を１６００℃に保持した時の必要電力を調べた。その
結果、断熱材として泡状セラミックスを用いた場合には
必要電力は１　ｋＷ／　ｈであったのに対し、断熱材と
してセラミックファイバーを用いた場合には必要電力は
３　ｋＷ／　ｈであり、泡状セラミックスの方が優れた
断熱性能を有していた。

実施例２ 成形体の焼成条件を空気中、１７００℃で２時間とした
以外は、上記実施例１と全く同様にして泡状セラミック
スを得た。

この泡状セラミックス及び従来のセラミックファイバー
（アルミナ８５％）をそれぞれ実施例１と同様に電気炉
の断熱材として用い、１６５０℃で２００時間使用した
ときの収縮状態を調べた。その結果、泡状セラミックス
には収縮がみられなかったが、セラミックファイバーは
収縮し所々に亀裂が入っていた。

なお、本発明の泡状セラミックスの用途は、上記実施例
のように断熱材に限らず、高温炉用道具材など種々の用
途が考えられる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明の泡状セラミックスは優れた
断熱性を示し、しかも高温で使用しても収縮を起こさず
、高温炉用の断熱材などとして用いた場合に極めて有利
である。

出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 球面状をなす緻密質多結晶セラミックス膜が隔離された
   多数個のセル状の空間を取り囲み、上記セラミックス膜
   が連続した構造を有することを特徴とする泡状セラミッ
   クス。