JPH02302374A - 繊維質セラミックス - 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】 ｃａ業上の利用分野〕 本発明は、高温雰囲気で使用される構造用材料や窯業製
品の焼成用治具、あるいは溶融金属と接触して使用する
のに好適な繊維質セラミックスに間する。

（従来の技術） 繊維質セラミックスは、繊維部分とこのｉＩｎ維を結合
しているマトリックスとからなり、従来、例えば特公昭
５８−１７１４７号公報又は特公昭６３−２７３０８号
公報記載のものが知られている。

前者の繊維質セラミックスは、３０〜８０重量％のアル
ミノシリケート１ａ維と、２０〜７０重量％のカオリン
粘土とよりなる成形品を焼成してなり、カオリン粘土を
メタカオリン相に交換したものであり、後者の繊維質セ
ラミックスは、鉱物系繊維と、この繊維と密接して低温
九で焼成された水酸アパタイト等から選択される焼結ア
パタイトとからなるものである。

（発明が解決しようとする課題） しかして、上記繊維質セラミックスは、高温で急激に加
熱されたり、又は逆に急に低温に冷却されたりする使わ
れ方がなされている。このような使われ方をすると、物
品は、非常に急速な膨張又は収縮を起こす、この膨張、
収縮が物品の各部で不均一に起こると、発生した歪エネ
ルギーのために物品は、スポーリングを起こして破壊し
てしまう。

一般に、耐火物のスポーリング抵抗は、熱膨張係数に反
比例し、強度に比例することが良く知られている。従っ
て、スポーリング抵抗を大きくするには、熱膨張係数を
小さくし、強度を高めることが必要である。

しかしながら、従来の繊維質セラミックスは、スポーリ
ング抵抗性に関して、繊維質であるので、他の一般的窯
業製品に比べて優位な立場にあるが、未だ十分とは言え
ない。

そこで、本発明は、スポーリング抵抗を一層大きくし得
る繊維質セラミックスの提供を目的とする。

（課題を解決するための手段） 前記課題を解決するため、本発明は、大部分を占める繊
維部分と、この繊維を結合している部分及び繊維の回り
に付着している少量の付着物よりなるマトリックスとか
らなる繊維質セラミックスであって、アルミナとシリカ
を主成分とするセラミック繊維７５〜９５重量％と、マ
グネシア換算で５〜２５重量％のマグネシア原料とを均
一に分散、成形し、１３００〜１４００℃の温度で焼成
してなり、繊維部分を主としてコーディエライト相及び
ムライト相となす一方、マトリックスを主としてコーデ
ィエライト相及びフォルステライ相となしたものである
。

セラミック繊維のアルミナとシリカの成分比率は、４０
７６０〜！！Ｏ／４０とすることが効果的である。

（作用〕 上記手段においては、平均線熱膨張係数が１．８〜４．
ＳＸ　１Ｇ−”／　’ｅ、曲げ強度が１００〜２３０に
ｇ／ｃｒｒｒ２となる一方、見掛は気孔率２７〜３９％
の繊維質の外観を呈する。

セラミック繊維は、一般に、溶融急冷法と呼ばれる方法
で作られ、非晶質で直径が平均で３μｍ１長さが５０□
前後の比較的短い繊維の集合物であり、バルクファイバ
ーと呼ばれている。バルクファイバーには、繊維以外に
１ａ維化されなかフた微小な球状の粒子が随伴する。

本発明においてセラミック繊維とは、繊維と球状の粒子
の双方を含んだ状態のもの、又は、繊維だけを選別した
状態のもの、あるいは繊維を５μｍ前後に切断した状態
のものいずれかをいう。

セラミック繊維が７５重量％未満であると、相対的にマ
グネシア　（ＭｇＯ）が２５重量％を超え、焼成時に溶
融により変形を生じると共に、曲げ強度が小さくなる一
方、９５重量％を超えると、相対的にマグネシアが５重
量％未満となり、線熱膨張係数が大きくなると共に、曲
げ強度が小さくなり不適当である。

セラミック繊維には、アルミナ（＾１ｚｏｓ）　　とシ
リカ（ＳＩＯｚ）の他に、少量のクロミア（Ｃｒ２０ｓ
）やジルコニア（ＺｒＯｉ）を添加した組成のものも含
まれる。

マグネシア原料としては、塩化マグネシウム（ＭｇＣ１
＊’）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ　（ＯＨ）　２）、
炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯｓ）等の加熱によってマグ
ネシアになるものの他、マグネシアそのものが使用され
る。

繊維質セラミックス製品の製造に際し、セラミック繊維
とマグネシア原料とを均一に分散、成形するには、マグ
ネシア原料が塩化マグネシウムのように水や有機溶媒に
溶けるものは、高濃度の溶液にしてセラミック繊維に表
面に付着させることも可能であるが、溶媒に溶けないも
のは、出来るだけ微細な方が良い。

又、バルク状のセラミック繊維は、乾いた状態・　では
繊維同志で絡み易く分散させるのが困難である。そこで
、乾いた状態でマグネシア原料と混合する場合には、ボ
ールミルのような粉砕機を用いて５μｍ前後に短く切断
してマグネシア原料と混ざり易くする。このように短く
加工したセラミック繊維は、通常の窯業原料を取扱う方
法で混合し成形することが可能であるが、必要なら成形
性を向上させるために少量の水又は液状の有機質結合剤
の併用も行われる。更に必要なら適当な鉱化剤の添加も
同時に行われる。

一方、このようにマグネシア原料を乾いた状態で混合し
、成形する方法に対し、セラミック繊維が短繊維である
特徴を利用して液中で分散して抄き上げる真空成形も利
用できる。

真空成形法は、例えば水等の分散媒にセラミツル１ｆｉ
ｌｌｉａとマグネシア原料とを投入し、良く攪拌して均
一に分散させる。その後、硫酸アルミニウム（Ａ１２　
（５０４）　＊）や高分子凝集剤等の凝集剤を添加して
セラミック繊維の表面にマグネシア原料を定着させて原
料スラリーとする。

次に、原料スラリーに、金網等の濾過性の良い材料で作
ったモールドを浸漬し、内部を呼吸しながらモールドの
表面にセラミック繊維とマグネシア原料の混合物からな
る層を積層する。このようにして得た成形品は、乾燥し
て焼成に供える。乾燥する前に必要なら軽くプレスして
形の精度を整えることも行われる。

この真空成形法は、セラミック繊維を切断する必要がな
く、厚みが一定で立体的に複雑な形の成形に有利である
。

二のようにして得られた成形品は、１３００〜１４００
℃の温度で焼成されると、マグネシア原料が次第にセラ
ミックｍ維の表面から内部へ拡散して固相反応を起こし
、セラミック繊維の構成成分であるアルミナ成分、シリ
カ成分と反応し、コーディエライト（２Ｍｇ０・２ｈｒ
２ｏ、・５ＳｉＯ２）相、スピネル（ＭｇＯ・Ａ１２０
３）相、フォルステライト（２ＭｇＯ・Ｓｉｎ、）相を
生成する一方、繊維の中心部分でマグネシアと未反応の
部分には、ムライト（３ＡｌｚＯｓ・２Ｓｉ（ｈ）相、
クリストバライト（ｓｉｏ２）相を生成する。

これらの反応は、元のセラミック繊維の外形を残しなが
ら進行する。そして、鉱物相の転換の進行と同時に繊維
同志の接触点における結合反応が進行する。

反応の結果、反応生成物の大部分を占める繊維部分では
、主としてコーディエライト相及びムライト相が生成さ
れ、ｌａｌ維を結合している部分及び繊維の回りに付着
している少量の付着物よりなるマトリックスでは、主と
してコーディエライト相及びフォルステライト相が生成
される。

上記反応生成物としての繊維質セラミックスの用途とし
ては、軽く強度が大きく、スポーリング抵抗が太きので
、一般の低膨張耐火物と同様、例えば高温雰囲気下で使
用される構造用材料や窯業製品の焼成用治具、あるいは
溶融金属と接触して使用するのに好適である。又、繊維
質で多くの開気孔を持ち表面積が大きいことを利用して
、触媒の担体としたり濾材として利用することも可能で
ある。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

実施例１ Ａｌｔｏｓと５ｉ０２ノ化学分析値が４８重量％、５２
重量％のセラミック繊維（東芝モノフラックス　（株）
製）をボールミルで粉砕して平均長さ５〜１５μｍのミ
ルド繊維を得た。このミルド繊維にＭｇ　（ＯＨ）　２
試薬を１重量％おきの間隔で内添し、それぞれボールミ
ルで３０分混合した後、１００Ｋｇ／ｃ＋ａ”の圧力で
加圧して５０Ｘ　５０Ｘ　５　ｒａｙｓの板を成形した
０次に、この成形体を１３００℃、１４００℃の温度で
５時間焼成した。

得られた繊維質セラミックスの平均線熱膨張係数と生成
コーディエライトのＸ線強度との関係は、第１図に示す
ようになフた。

従って、生成コーディエライトの割合が大きい程、平均
線熱ｌ１ｒｌ＋張係数が小さくなる傾向を示すことがわ
かる。

又、得られた繊維質セラミックスの平均線熱膨張係数と
ＭｇＯ添加量との関係は、第２図に示すようになりた。

従りて、ＭｇＯ添加量の約１５重量％に、平均線熱膨張
係数の極小値が存在することがわかる。

更に又、得られた繊維質セラミックスの曲げ強度とＭｇ
Ｏ添加量との関係は、第３図に示すようになった。

従って、ＭｇＯ添加量の約１５重量％に、曲げ強度の極
大値が存在することがわかる。

更に、得られた繊維質セラミックスの見掛は気孔率とＭ
ｇＯ添加量との関係は、第４図に示すようになった。

従って、いずれの繊維質セラミックスも、かなり大きな
気孔率を有していることがわかる。

実施例２ 実施例１のセラミック繊維に替えて＾ｈ０３と５ｔ（ｈ
の化学分析値の比が４０／６０及び５６／４４のセラミ
ック繊維を用い、実施例１と同様の工程を経て繊維質セ
ラミックスを得た。

その結果、セラミック繊維の＾１２０３分析値の比率が
小さいものは、実施例１に比べて同じＭｇＯの添加量で
はコーディエライトの生成量がわずかに多い傾向を示し
、逆にＡｌｔｏｓ分析値の比率が大きいものは、同じＭ
ｇＯ添加量ではコーディエライトの生成量がわずかに少
ない傾向を示した。

又、曲げ強度については、どちらも実施例１のものと同
じであった。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、平均線熱膨張係数が１．
８〜４．５　Ｘ　　１０−’／ｌ：、曲げ強度が１００
〜２３０にｇ／ｃｒａ２となる一方、見掛は気孔率が２
７〜３９％の繊維質の外観を呈するので、従来のものに
比してスポーリング抵抗を一層大きくすることができる
と共に、軽量で強度が大きく、かつ焼成時の寸法変化が
小さい繊維質セラミックスを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係る繊維質セラミックスの物理特性を示す
もので、第１図は平均線熱膨張係数とコーディエライト
のＸ線強度との関係説明図、第２図は平均線熱膨張係数
とＭｇＯ添加量との関係説明図、第３図は曲げ強度とＭ
ｇＯ添加量との関係説明図、第４図は見掛は気孔率とＭ
ｇＯ添加量との関係説明図である。 出願人　　東芝モノフラックス株式会社第１図 第２図 Ｍｇ０（Ｗｔ”７．１ 第３図 第４図 Ｍｇ０（Ｗｔ＠／、）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）大部分を占める繊維部分と、この繊維を結合して
   いる部分及び繊維の回りに付着している少量の付着物よ
   りなるマトリックスとからなる繊維質セラミックスであ
   って、アルミナとシリカを主成分とするセラミック繊維
   ７５〜９５重量％と、マグネシア換算で、５〜２５重量
   ％のマグネシア原料とを均一に分散、成形し、１３００
   〜１４００℃の温度で焼成してなり、繊維部分を主とし
   てコーディエライト相及びムライト相となす一方、マト
   リックスを主としてコーディエライト相及びフォルステ
   ライト相となしたことを特徴とする繊維質セラミックス
   。