JPH02233554A - フッ素雲母セラミックの製造方法 - 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】 本発明は成形及び機械加工が容易なフッ素雲母セラミッ
クの製造方法に関する。 〔従来の技術〕 従来から行なわれでいる機械加工性に逼れた快削性セラ
ミックと称せられる雲母質セラミックの製造方法には、
雲母粉末にガラス粉末や、りん酸を結合剤として用いて
加圧成形し、填結せしめたマイカレックスや、りん酸ボ
ンドマイカセラミック、又は、コーニング社で製作され
ているガラス相中に雲母結晶を析出せしめたガラスセラ
ミック等が挙げられる。そして、これらは後の切削、研
削等の機械加工が容易であるという利点を有している。 ［発明が解決しようとする課題〕 しかし、これら各従来技術による製造方法を検討するに
、幾多の技術的、経済的問題を包含している。 即ち、マイカレックス、りん酸ボンドマイカセラミック
のように、結晶の発達した雲母粉を．用いて加圧成形す
る製法を採用する場合、雲母は微粉砕しても極めて薄い
鱗片状をなしているから、配向し易《、成形上に問題が
生じたり、結合剤がガラス粉末の場合は、製品の使用温
度限界を３００〜５００℃と低《設定せざるを得ない等
の諸問題が派生する。 又、常温での成形圧力は１〜３ｔｏｎ／ｃｒｒｒを必要
とし、高温加圧成形の手法を採用するにしても、その設
備や金型は、形状および大きさにおいて自づから制約さ
れ、技術上の課題が多くある．又、ガラスセラミックは
雲母組成に従って計量した酸化物を１３００〜１４５０
℃の高温で溶融し、ガラス化して成形した成形物を冷却
後に再度１　０００〜１１５０℃で熱処理を行なって雲
母結晶をガラス相中に析出させる方法により製作される
。 このガラス溶融物は浸食性が強いので、ルツボの材質と
して耐食性に優れた材料、例えば白金等を選定すること
が必要で、その材質の選定如何によっては製品の品質と
コストに大きな影響を与．える．更に、溶融時には高温
のためバッチのフッ素の揮散は非常に激しく、バッチ組
成の維持をはじめ、その揮敗したフッ素ガスの処理等、
細部に亘っての問題が多く発生している．組成維持の対
策としてフッ化物を充填した密閉容器内で溶融したり、
ガラス化の温度を下げるために金属アルコキシド混合液
を用いた手法等が提案されているが、夫々に相当の設備
や特殊な原料の調整を必要とする。このようにして製造
したガラス成形物は、これを更に結晶化して雲母セラミ
ックとするために、再度１　０００℃以上の高温で熱処
理を行なわなければならないことには変りな《、エネル
ギー的にも問題で、いずれの方法を採ってもコスト高は
免れない。 従来、雲母セラミックは優れた特性を有しながら汎用性
に乏し《、産業各分野で渇望されているにも拘らず、貢
献度が極めて低いのはこれらの理由によるところが大き
い。 本発明はこのような従来技術による各製造方法の問題点
に鑑みなされたもので、常温での成形を可能とすると共
に、機械加工性の良好なフッ素雲母セラミックの製造方
法を提供することにある。 〔課題を解決するための手段〕 ？記目的を達成するために、本発明が採用する構成は、
雲母の合成に必要な素材となる酸化物中、ＳｉＯ■，Ａ
Ｉ２＊　Ｏｓ　．Ｋｇ　Ｏ又はＬｉｔ　Ｏをゾル化して
なるシリカゾル，アルミナゾル，ケイ酸カリ又はケイ酸
リチウムのうちの少な《とも１つを用い、組成上必要な
他の酸化物及びフッ化物と共に混合してスラリー物とす
る工程と、該スラリー状物を撹拌しつり増枯せしめてペ
ースト状とする工程と、このペースト状物を形成した後
、該成形物を加熱して焼結せしめ、雲母結晶を析出させ
て雲母セラミックとする工程とからなる。 〔発明の具体的説明〕 本発明で製造されるフッ素雲母セラミックの組成は、 一般式Ｘ　ｏ．　ＩＩ＋ａｌ．　ｏ　Ｙ　Ｌ−ｗｌ　Ｚ
　４　０　＋ａＦ　＊で表わされるもので、Ｘ，Ｙ，Ｚ
の位置に置換できるイオンとして、 ｘ：　（層間位置）配位数１２の陽イオンＬ　ｌ　＊　
Ｎａ　ｌ　Ｋ”　＋　Ｒｂ　ｔ　ｅｌ１′。 Ｓｒ”ゝ　Ｂ．１ Ｙｌ八面体位置）配位数６の陽イオン Ｌ　，　，　Ｍ　ｇ２　＋　．　Ｆ　．　２　＊　．　
Ｎ　．　＠　＊　．　Ｍ　．　ｉｌ　＊ＡＪ２”φ　Ｆ
，１参 Ｚ：　（四面体位置）配位数４の陽イオンＳ　ｌ４＋　
　６．４″，　　（　Ｓ，４＊の一部をＡ　ｇ　”　　
Ｆ　．”　　Ｂ　”） 等のフッ素雲母群と、他にバーミキュライト群中のＫ　
Ｉ１／８　Ｍ　ｇ７／ａ　Ｌ　ｌｌ／ＩＭ　ｇ４０　＋
。Ｆ２，モンモリロナイト群中のＫ　ｌ／３　Ｍ　ｇａ
ｚｓ　Ｌ　ｉ　ｌ／３Ｍ　＠４０　＋ｏＦ　ａ等である
。 これらを合成するには、末々の組成に従った酸化物、及
びフッ化物を計量混合して溶融合成するのが一般的製法
であるが、本発明の製造方法では素材となる酸化物中、
Ｓ．　Ｏ．　，　ＡＩ２，ｉ　ｏｎ　，Ｋ２Ｏ又はＬｌ
．ｏをゾル化してなるシリカゾル，アルミナゾル，ケイ
酸カリ又はケイ酸リチウムのうちの少な《とも１つを用
い組成に必要な他の酸化物、およびフッ化物と混合しス
ラリー物として調整する。 この際、例えばシリカゾル、アルミナゾル、ケイ駿リチ
ウム等はフッ化物、又はマグネシャなどと会合すると、
一方アルミナゾル及びケイ酸カリ等は炭酸リチウムと会
合すると凝固し、ついには固化するから、これらの特性
を利用して成形を行なうもので・ある。この凝固は夫々
の組み合わせの量および質的関係において差異を生じる
。本発明に係る雲母組成スラリー物は凝固が極めて短時
間に起る場合から数１０分間に亘ってゲル化が緩徐に進
行し増粘するが、ある時間の経過と共に急激に増粘しペ
ースト状となり凝固し、ついには硬化する。 ここで、スラリー物は前述のように時間の経過と共に硬
化してい《が、放置したままだと粒子が沈降し、均質な
ペート状物とはならないから確実に増粘し、凝固する直
前まで撹拌を行う必要がある。 従って、成形型によって成形を行う場合には凝固が始ま
る直前にペースト状物の撹拌を止めて成形型に注入すれ
ば、粒子は沈降することはな《、粉体に水を加えて撹拌
しスラリーとなした場合のように粒子の沈降分離の防止
策や脱水乾燥法など考慮する必要は全くない。凝固前の
脱泡は勿論可能であるから気泡のない、緻密で均質な成
形物を容易に製作しつる。 このようにして成形された成形物を、１０００〜１３５
０℃、望ましくは１１５０〜１２５０℃に加熱し焼成す
れば、雲母結晶が析出した焼結体となすことができる。 　従って、従来方法の如く、雲母組成バッチを１３・０
０〜１４５０℃の高温で溶融してガラス化し成形する必
要がないから、激しいフッ素揮敗の問題もなく、又溶融
しないから特製のルツボな製作する必要もない，このよ
うに本発明に係る製造方法によれば、常温で必要な形状
に成形し、しかも１２５０℃以上の高温を必要とせず、
溶融法によらない焼結法であるから、製作工程は極めて
簡単で効率よく、しかも安全に作業が進められる。 又、着色されたセラミックを製作する場合は、雲母組成
素材の他に着色剤として、例えば銅，鉄，ニッケル，マ
ンガン。コバルトなどの酸化物か又はこれらの塩類を適
量添加し、混合して成形し境結すれば均一に着色された
結晶の雲母セラミックが製作できる，更に、ペースト状
物に調整した段階で、凝固の直前に着色剤を適当量添加
し、撹拌分散させずに部分的に偏在させた状態で固化さ
せた成形物の焼結体は、雲状又は縞状なと様々な模様を
画がいた大理石風雲母セラミックとすることができる。 このように、ボ発明の製造方法によれば、後の機械加工
が容易なフッ素雲母セラミック又は、所謂人造石が容易
に製作できる。 以上により、本発明に関して述べたが、フッ素雲母を合
成した時に析出する結晶の大きさを、用途目的によって
異にする必要がある。そこで以下その対応について述べ
る。 一般に、雲母結晶のよく成長したものが得られるのはフ
ッ素金雲母であるが、１３５０℃以下、望ましくは１２
５０℃以下の温度条件で焼結し結晶化させるには、四ケ
イ素雲母系が適当である。 四ケイ素雲母の組成中、前掲した一般式において層間イ
オンにＫ０を用いた場合に、雲母結晶は成長し易く、例
えばＢａ”″を用いた場合は小結晶に止め得る。又、バ
ーミキュライト系．モンモリロナイト系の組成となした
場合は、更に微小結晶に止め得るから、用途目的に応じ Ｋ　Ｍ　ｇａ．　ｓＳ　ｌ４０　＋。Ｆ２で表わされる
カリ四ケイ素雲母の組成に従ってスラリーを製作するか
、Ｂ　．１７＊ＰＪｉ　ｇｌ　ｓＳ　１４０　１０Ｆ　
ｍで表わされるバリウム四ケイ素雲母の組成でスラリー
を製作し、これを単独で、又はカリ四ケイ素雲母と適当
な比率で混合して使用する。 バーミキュライト系では Ｋ　ｍｉｓ　Ｍ　ｇｔｚｓＬ　＋ａｚａＳ　１４０　１
０Ｆ　ｇモンモリ口ナイト系では Ｋ　ｌ／ｌ　Ｍ　ｔｏ７ｓ　Ｌ　ｌ　ｌ／Ｉｓ　１４０
　１。Ｆ２の組成式に従って計算し、カリ四ケイ素雲母
組成と適当な比率で混合して使用すれば結晶の大きさを
選択することが可能となる． 単にカリ四ケイ素雲母の組成の配合割合を変えるとか、
又はガラス質が生成されるであろう他の酸化物を添加す
るなどすると、確かに結晶の成長を止められるが、反面
材質が硬《なり加工性が低下するのみならず耐熱衝撃性
も著し《低下する。 以上のことから、結晶の成長が抑制される雲母組成ベー
ト状物と、生長性のよい雲母組成ペート状物の２種類を
用い、夫々のベート状物が凝固を開始する直前に、一方
のペート状物中に他方のべ一ト状物を混合することなく
偏在する如く投入したもの全体を凝固、硬化せしめて一
体とする。そして、これを加熱焼結し、且つ結晶化せし
めると、雲母組成の相異から結晶の大きさを異にする部
分を人為的に配置した特異紋様を有するセラミックを製
作し得る。 この際、２種の雲母結晶の色相を変えたものとすること
は前述せる如く容易に可能である。 ［実施例］ （実施例１） Ｋ　Ｍ　ｗ−．　ｓＳ　１４０　＋。Ｆオに従って計算
し、酸化物基準で、Ｋ２Ｏを８％と、ＭｇＦａを１０％
と、？，Ｏを１０％と、Ｓ．Ｏ■を２４％と、及びＳ１
０■を３０％含むシリカゾル４８％とを用いてスラリー
物を調整した。そして、このスラリー物を撹拌すると、
これら素材間の相互作用によって徐々に粘性が高《なっ
て８０分後にはベート状となり、ついには凝固し硬化し
た。そこで、凝固する直前に成形型に注入して成形し、
確実に硬化した後に成形物を成形型から取り出し、放置
することによって固化せしめた。さらに、この固化した
成形物を加熱炉に入れて１２５０℃で３０分加熱するこ
とによって填結せしめた。煩結体には数１ｍに成長した
結晶が良好に析出した雲母セラミックを得た。 （実施例２） ＫＭｇｉ．ｓＳ　．Ｏ　ｔ。Ｆ２に従って計算し、酸化
物基準で、Ｍ　−　Ｆ　ｚを１０％と、Ｍ，Ｏを１０％
と、Ｓ．Ｏ．を２３％と、Ｓｌ０２を３０％含むシリカ
ゾル２４％と、およびＫ２０を２３％，Ｓ，０■を２９
％含むケイ酸カリ３２％と、着色剤としてＣｕＯを１％
とを使用してスラリー物を？整した。そして、実施例１
と同様の手法で境結することにより、緑色に結晶化され
たフッ素雲母セラミックを得た。 （実施例３） ＫＭ■Ｌ，Ｓ，．０１。Ｆ２に従って計算し、酸化物基
準でＭｇＦａを７％と、Ｍ．０を５％と、Ｓ，０２を１
５％と、Ｋ２Ｏを６％と、およびＬｌ＊０を２．９％、
Ｓ．Ｏ．を２０％含むケイ酸リチウム６７％とを用いて
スラリー物を調整した．そして、このスラリー物を撹拌
すると、これら素材間の相互作用によって徐々に粘性が
高くなって２０分後にはベート状となり、ついには凝固
し、硬化した。そこで、凝固する直前に成形型に注入し
て成形し、確実に硬化した後に成形物を成形型から取り
出し、放置することによって固化させ、さらに、この成
形物を、加熱炉に入れ１２２０℃で３０分加熱すること
によって焼結せしめた。焼結体には数ＩＩＩｍに成長し
た雲母結晶が良好に析出した雲母セラミックを得た． （実施例４） Ｋ　Ｍ−＝Ｌ　１Ｓ　．Ｏ　＋。Ｆ２に従って計算し、
酸化物基準で、ＫｉＯを７％と、ＭｇＦ＊を９％と、Ｍ
，Ｏを６％と、Ｌ　，ａｏを２％と、Ｓ１０２を１７％
と、およびＳ．Ｏ．を３０％含むシリカゾル５９％とを
用いてスラリー物を調整した。そして、実施例３と同様
の手法によって境結することにより、結晶が良好に析出
したフッ素雲母セラミックを得た。 （実施例５） Ｋ　Ｍ　ｇｉ．　ｓＳ　１４０　＋．３Ｆ　ａおよびＢ
　ａｉ／ｔＭ　ｇ＊．　ｓＳ　１４０　１０Ｆ　ｍが１
：ｌとなる如く、各組成式に従って計算し、酸化物基準
でＫｚＯを４％と、Ｂ．Ｏを５％と、Ｍ，Ｏを８％と、
Ｍ，Ｆ．を９％と、Ｓ１０，を１５％と、およびＳｌＯ
ｌｌを３０％含むシリカゾル５９％とを用いてスラリー
物を調整した。そして、前記各実施例と同様の手法によ
り１２５０℃で３０分境結することによって、微小結晶
が良好に析出した加工性の良好なフッ素雲母セラミック
を得た。 （実施例６） ？Ｍ■．　Ｉｓ　１４０　１。Ｆ２およびＫ　ｌ／ｌ　
Ｍ　ｇａｚｓＬ　＋ｉｚｍＳ　＋４０　１０Ｆ　ｚが１
：１となる如《各組成式に従って計算し、酸化物基準で
ＫｉＯを５％、Ｍ．Ｏを９％、ＭｇＦ＊を９％、Ｌ．０
を１％、Ｓ．Ｏ■を１７％、およびＳ，０３を３０％含
むシリカゾル５９％とを用いてスラリー物を調整した。 そして、前記各実施例と同様の手法で１２００℃にて３
０分間焼結することによって掻く微小結晶が良好に析出
した加工性に優れたフッ素雲母セラミックを得る。 （実施例７） 実施例６で使用した組成のスラリー物が凝固する直前に
、ＫＭ，■．８Ｓｌ４０１。Ｆ２になる如《計算して実
施例１で調整したスラリー物に着色剤としてＣ．ＣＯ．
を５％添加したものを部分的に注入して凝固せしめた．
そして、これを固化せしめた後に、境結して結晶化した
。本境結体は白色で、微小雲母結晶セラミック中に部分
的に青緑色で結晶が大きく偏在した特異な紋様を呈する
フッ素雲母セラミックないしは人造石が製作できた．【
発明の効果〕 本発明に係るフッ素雲母セラミックの製造方法は以上詳
細に述べた如《であって、フッ素雲母のスラリー物を調
整した後に撹拌しつつ増粘させ、べ一ト状物として、こ
のベート状物を成形した後に加熱して焼成する構成とし
たから、常温による成形が可能となって成形作業が容易
であり、また焼成する間にフッ素の揮散を軽減すること
ができ、さらに合成したときに析出する結晶の大きさを
用途目的に応じて選択可能であり、しかも焼結後の機械
加工が簡単であるから、必要箇所について精密仕上げも
容易である等の優れた効果を奏する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 雲母の合成に必要な素材となる酸化物中、 ＳｉＯ＿２，Ａｌ＿２Ｏ＿３，Ｋ＿２Ｏ又はＬｉ＿２Ｏ
   をゾル化してなるシリカゾル，アルミナゾル，ケイ酸カ
   リ又はケイ酸リチウムのうちの少なくとも１つを用い、
   組成上必要な他の酸化物及びフッ化物と共に混合してス
   ラリー物とする工程と、該スラリー状物を撹拌しつつ増
   粘せしめてペースト状とする工程と、このペースト状物
   を成形した後、該成形物を加熱して焼結せしめ、雲母結
   晶を析出させて雲母セラミックとする工程とからなるフ
   ッ素雲母セラミックの製造方法。