JPH03115180A - 高温用断熱構造体の製造方法 - 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、多結晶高アルミナファイバーを含む断熱構造
体の製造方法に関する。

従来の技術 近年、省エネルギーのための断熱材としてセラミックフ
ァイバーの使用が一般的に行なわれるようになってきて
いる。こうしたセラミックファイバーの使用量は次第に
多くなり、それに伴って１６００℃までの温度に耐える
多結晶高アルミナファイバーが開発され、高温用断熱材
として使用されるようになってきた。

このような多結晶高アルミナファイバーは従来からのア
ルミナ・シリカを主成分とするガラス質セラミックファ
イバーの使用限界温度以上の高温でも使用できるように
開発されたものであり、アルミナ・シリカを主成分とす
るものではあるが、従来一般に使用されていたガラス質
セラミックファイバーと比較するとアルミナ分の高いも
のである。最近開発されたセラミックファイバーの中に
は構成成分の組成として１００％アルミナのものもある
が、通常、シリカを重量で５〜３０％含み、第三成分と
してＢ２０３　、Ｃｒ２０３　、Ｐ２Ｏ５等を含む。ま
た、結晶相はα−アルミナ、中間アルミナ、ムライト結
晶の単一相又はこれらの混合物が主相として存在する。

例えば、アルミナ微粉を主原料にして作製された１００
％アルミナファイバー（ＵＳＰ３７０５２２３）や、９
５％アルミナと５％シリカの組成を有し、α−アルミナ
、ムライト結晶からなるもの（英国ＩＣ１社製　商品名
「サフイル」）や、６７〜７７％アルミナ、２３〜３３
％シリカの他、Ｂ２０３、Ｐ２０５、Ｃｒ２０３　、Ｆ
ｅ２０３を少量含み、主としてムライト結晶からなるも
の（ＵＳＰ４０４７９６５）等が知られている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上述した多結晶アルミナファイバーを含
む従来のセラミックファイバー製高温用断熱構造体は、
１６００℃を越える高温では温度が高くなるにつれて熱
安定性が失なわれ、収縮が大きくなるばかりでなく、機
械的強度とくに曲げ強度が低下するという欠点がある。

発明の目的 本発明は、上記欠点を解消するためになされたものであ
り、熱安定性と高温での強度を改善した高温用断熱構造
体の製造方法を提供することを目的としている。

問題点を解決するための手段 本願発明は、アルミナ含有率７０〜８０重量％の多結晶
高アルミナファイバーを混合させたセラミックファイバ
ーにアルミナ粉及びコロイダルシリカを添加し、多結晶
高アルミナファイバーに対するアルミナ粉及びコロイダ
ルシリカの比率を重量比で ０．０５≦Ａｌ２Ｏ３／多結晶 高アルミナファイバー≦１０． ０．１５≦ＳｉＯ２／多結晶 高アルミナファイバー≦２ の範囲に設定して成形する高温用断熱構造体の製造方法
である。

実施例 本願発明においては、多結晶高アルミナファイバーを混
合させたセラミックファイバー（たとえば多結晶高アル
ミナファイバーとガラス質セラミックファイバーとの混
合ファイバー）にアルミナ粉及びコロイダルシリカを添
加し、それを成形して高温用断熱構造体を製造する。

セラミックファイバーに占める多結晶高アルミナファイ
バーの割合は用途により適宜選定する。

多結晶高アルミナファイバー中のアルミナ含有率は７０
〜８０重量％に設定する。そのようにアルミナ含有率７
０〜８０重量％の多結晶高アルミナファイバーを用いる
のは、アルミナ含有率が７０％未満の場合には１６００
℃を超える高温における収縮率が大きく、用途によって
は熱安定性が不十分であるためである。一方、アルミナ
含有率が８０重量％を超えると、アルミナ粉の添加によ
り収縮率を低下させる効果が顕著ではなくなる。また、
アルミナ含有率が８０重量％（特に８５重量％）を超え
る高アルミナファイバーは、製造工程が煩雑であり、工
業的に使用するには適していないためである。

また、アルミナ粉の添加量を重量比で ０．０５≦ＡＡ’２０３　／多結晶 高アルミナファイバー≦１０ の範囲としたのは、０．０５未満では１６００℃を超え
る高温における収縮率が大きく、用途によっては熱安定
性が劣るためであり、一方、１０を超えると、１０００
℃以下の低温における熱伝導率が大きく、断熱性が劣る
ためであ２゜コロイダルシリカの添加量暮重量比で ０．１５≦Ｓ　ｉ　０２　／多結晶 高アルミナファイバー≦２ の範、囲としたのは、２を超えると、１６００℃を超え
る高温における収縮率が大きく、熱安定性が劣る上に、
１０００℃以下の低温における熱伝導率が大きく断熱性
が劣るためである。他方、Ｓｉ　０２　／多結晶高アル
ミナフィバーの値を０．１５以上にした理由を述べると
、コロイダルシリカはＡＡ’２０３と共に高温での収縮
率を低下させると同時に、加熱後の強度を向上させる役
割を持つからである。

５ｉＯｚ／多結晶高アルミナフアイバーの比が０．１５
よりも小さい場合には室温〜高温に至る中間温度、例え
ば５００℃で仮焼した時の強度を十分に補うことが出来
ないのである。

こうした高温用断熱構造体の製造方法の好適な態様とし
ては、以下のような真空成形法を挙げることができる。

水中で多結晶高アルミナファイバー、アルミナ粉、コロ
イダルシリカ及び（又は）有機結合剤を良く攪拌して混
合した後、型を用いて真空吸引することにより成形体を
得て、この成形体を乾燥させる。

本発明の高温用断熱構造体の製荒方法は、上述した真空
成形法に限らず、たとえば多結晶高アルミナファイバー
、アルミナ粉、コロイダルシリカ及び（又は）有機結合
剤をペースト状に練りわせたちのを型に流し込んで乾燥
させる方法（ペースト流し込み法）や、上記原料を粘土
状に練ったものを型に入れてスタンプする方法（スタン
プ法）や、プレス成形する方法（プレス成形法）として
実施してもよい。

以下、本発明の実験例と比較例を説明する。

比較例１〜１０ まず、比較例として多結晶高アルミナファイバーにＡｚ
２ｏ３を添加した組成について述べる。比較例を示すこ
とによりＡＪ２０３の役割を理解し易＜シている。多結
□高嵩アルミナファイバーとしてＡＡ’２０３７′２重
量％、５ｉＯ２２８重量％の化学組成でムライト結晶か
らなる平均繊維径３μｍの短繊維（以下、ムライトファ
イバーと称する）６０ｇを用い、有機結合剤として澱粉
３％水溶液６８０ｇとともに１００メツシユの焼結アル
ミナ粉をムライトファイバーとの重量比が下記第１表に
示す値となるように添加し、これらを水２０！中で十分
に攪拌混合した。次に、１５　ａｎ　ｘ１５ａｎの型を
用いて真空成形した後、乾燥して断熱構造体を得た。こ
れらの断熱構造体は、分析の結果、明らかにムライトフ
ァイバー、アルミナ粉及び澱粉からなることが確認され
た。つづいて、５００℃で仮焼して澱粉を燃焼揮散させ
た。

得られた断熱構造体について密度、１６５０℃及び１７
５０℃における収縮率、曲げ強度並びに、室温、１００
０℃、１７００℃における熱伝導率を測定した。その結
果を下記第１表に併記する。

なお、収縮率は各断熱構造体から１０　ｃｍ　ｘ４ｃｍ
ｘ　ｆａｎの寸法（Ｌｏ　）の試料を切り出し、１６５
０℃及び１７５０℃において２４時間加熱後の寸法（Ｌ
′）から下記式 ％式％（） により求めた。

曲げ強度の測定は５００℃で仮焼したもの及び１６５０
℃で収縮率を測定した後の試料について行った。試料の
大きさは幅３．　５ｃｍ長さ９　ｃｍで、スパンの幅を
７　ｃｍにして三点曲げ強度を測定した。５００℃で仮
焼したものは低温で有機質結合材が焼失した時点の強度
を代表して示し、１６５０℃で加熱した後の強度は高温
で使用した後の強度を代表して示しているとし、測定値
を３段階に評価して第６表に示した。評価の基準を次に
示す。

Ｘ：強度が小さく取扱い時に変形し易い。

△：強度は小さいが、ていねいな取扱いには十分耐え得
る。

○：強度が大きく、取扱いも容易である。

上記第１表から明らかなように比較例１及び２の断熱構
造体はＡｌ２Ｏ３とムライトファイバーとの重量比が０
．０５未満であるため、特に１７５０℃における収縮率
が大きく、熱安定性に劣る。また、比較例１０の断熱構
造体はΔｚ２ｏ３とムライトファイバーとの重量比が１
０を超えるため、１０００℃以下の温度における熱伝導
率が大きく、断熱性に劣る。これに対して、比較例３〜
９の断熱構造体はいずれも収縮率が小さく熱安定性に優
れ、また熱伝導率がどの温度でも小さく断熱性も優れて
いる。しかし、コロイダルシリカが添加されていないの
で、５００°Ｃで仮焼後の強度が十分でない。すなわち
、室温〜高温に至る中間温度に於ける強度が十分とは言
えない。

実験例１〜７及び比較例１１〜１３ Δ１ｚｏ３”１２重量％、５ｉＯｚ２８重量％のムライ
トファイバー６０ｇに、ＳｉＯ２含有率２０重量％のコ
ロイダルシリカ６８ｇ１有機結合剤として澱粉３％水溶
液６８０ｇとともに１０００メツシユの焼結アルミナ粉
をムライトファイバーとの重量比が下記第２表に示す値
となるように添加し、これを水２０１中で充分に攪拌混
合した。次に１５ｃｍｘ　１５ｃｍの型を用いて真空成
形した後、乾燥して断熱構造体を得た。これらの断熱構
造体は分析の結果、明らかにムライトファイバー、アル
ミナ粉、コロイダルシリカ及び澱粉からなることが確認
された。つづいて、５００℃で仮焼して澱粉を燃焼揮散
させた。

得られた断熱構造体について、密度、１６５０℃と１７
５０℃における収縮率、曲げ強度、及び室温、１０００
°Ｃ，１７００℃における熱伝導率を測定した。その結
果を下記第２表及び第６表に併記する。

上記第２表から明らかなように、比較例１１及び１２の
断熱構造体はＡｌ２Ｏ３とムライトファイバーとの重量
比が０．０５未満であるため特に１７５０℃における収
縮率が大きく、熱安定性に劣る。また、比較例１３の断
熱構造体はＡｌ２Ｏ３とムライトファイバーとの重量比
が１０を超えるため、１０００℃以下の温度における熱
伝導率が大きく、断熱性に劣る。これに対して、本発明
の実験例１〜７の断熱構造体はいずれも収縮率が小さく
熱安定性に優れ、また熱伝導率がどの温度でも小さく、
断熱性も優れている。さらに加熱後の強度も十分であっ
た。

実験例８〜１２および比較例１５ 上記第２表から熱安定性および断熱性が最良と判定され
たＡｌ２Ｏ３／ムライトファイバーの重量比２．０を一
定にしてコロイダルシリカを５ｉ０２／ムライトフアイ
バーが重量比で下記第３表に示す値となるように添加し
、前記方法と同様に１５ｃ＋ｎｘ１５ｃｍの型を用いて
真空成形した後、乾燥して断熱構造体を得た。

これらの断熱構造体について密度、収縮率、曲げ強度及
び熱伝導率を測定し、その結果を下記第３表及び第６表
に併記する。

上記第３表から明らかなように比較例１４の断熱構造体
は収縮率が小さく熱安定性に優れているが、ＳｉＯ２と
ムライトファイバーとの重量比が０．１５以下であるの
で、５００℃で仮焼後の曲げ強度が十分とは言えない。

また比較例１５の断熱構造体はＳ　ｉ　０２とムライト
ファイバーとの重量比が２を超えるため、収縮率が大き
く、熱安定性に劣るのに対し、実験例８〜１２の断熱構
造体はいずれも収縮率が小さく熱安定性に優れ、熱伝導
率が小さく断熱性も優れている。さらに加熱後の強度も
十分であった。

実験例１３．１４及び比較例１６〜１９下記第４表に示
す各種多結晶高アルミナファイバー及びガラス質セラミ
ックファイバーを用い、これらファイバーにアルミナ粉
及びコロイダルシリカを重量比でそれぞれＡｌ２Ｏ３／
ファイバー＝２．０．５ｉ０２／ファイバー＝０．３と
なるように添加し、前記したと同様な方法で断熱構造体
を得た。

これらの断熱構造体について、密度、収縮率、曲げ強度
及び熱伝導率を測定し、その結果を下記第４表及び第６
表に併記する。

上記第４表からも明らかなように、比較例１８及び１９
の断熱構造体は高アルミナファイバーとしてアルミナ含
有率が７０％未満のガラス質セラミックファイバーのみ
を用いているため、収縮率が大きく、熱安定性が劣るの
に対し、比較例１６．１７及び実験例１３．１４の断熱
構造体はいずれも収縮率が小さく、熱安定性に優れ、ま
た熱伝導率が小さく、断熱性にも優れている。さらに加
熱後の強度も十分であった。

実験例２５．２６ 上述した真空成形性以外の方法により製造された断熱構
造体について、熱安定性及び断熱性を調べるために以下
のような２つの方法により断熱構造体を得た。

（１）Ａｊ！２０３７２重量％、５ｉＯ２２８重量％の
ムライトファイバーに、３２５メツシユの電融アルミナ
粉及び３０％の５ｉ０２を含むコロイダルシリカを重量
比でそれぞれＡｌ　２　ｏ３　／ムライトファイバー＝
０．３、ＳｉＯ２／ムライトファイバー＝０．１５の割
合で添加して粘土状に混合し、２３ｃ＋ｎｘ　６゜５ａ
ｎの型に入れてスタンプし、乾燥して断熱構造体を得た
（実験例１５）。

１）前述の（Ｉ）と同じ組成のムライトファイバーにア
ルミナ粉とコロイダルシリカとを上記（Ｉ）と同一割合
で添加し、さらに２％メチルセルロース溶液を重量比で
２％メチルセルロース溶液／ムライトファイバー＝７゜
５の割合で加えてペースト状に練り合わせた後、１５ａ
ｎｘ１５ｃｍの型に流し込み、乾燥して断熱構造体を得
た（実験例１６）。

これらの断熱構造体について、密度、収縮率、曲げ強度
及び熱伝導率を測定した。その結果を下記第５表及び第
６表に示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 セラミックファイバーにアルミナ粉及びコロイダルシリ
   カを添加して成形する高温用断熱構造体の製造方法にお
   いて、 アルミナ含有率７０〜８０重量％の多結晶高アルミナフ
   ァイバーをセラミックファイバーに混合させ、かつ、多
   結晶高アルミナファイバーに対するアルミナ粉及びコロ
   イダルシリカの比率を重量比で ０．０５≦Ａｌ＿２Ｏ＿３／多結晶 高アルミナファイバー≦１０、 ０．１５≦ＳｉＯ＿２／多結晶 高アルミナファイバー≦２ の範囲に設定することを特徴とする高温用断熱構造体の
   製造方法。