JPH03146462A

JPH03146462A - ムライト質焼結体及びその製造方法

Info

Publication number: JPH03146462A
Application number: JP1285249A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nishiyama; 敦西山; Hiroshi Sasaki; 博佐々木
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1989-11-01
Filing date: 1989-11-01
Publication date: 1991-06-21

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］本発明はムライト質焼結体及びその製造方法に係り、特
に高温強度等の特性に優れ、しかも安価に提供されるム
ライト質焼結体及びその製造方法に関する。

［従来の技術］ムライトはＡｌ１０３と５ｉ０２からなり、化学組成は
理論的には３Ａぶ２０ｓ−２Ｓｉ０２であり、その特性
としては、耐熱性に優れ、特にクリープ特性が良好であ
る。また、熱衝撃特性は良好であるが電気的特性はあま
り良くない。

ムライトセラミックスはオールドセラよツクスＣ属し、
その研究の歴史は永く、原料としては、アルミナ源とし
てカオリン、パイヤーアルミナ、シリカ源として珪石が
主に用いられている。最近では、天然ムライトを改質す
ることにより、合成ムライト並の物性を出すことができ
るようになったが、この研究の主体はムライト組成中の
ＳｉＯ２相の析出及びガラス化の防止であり、原料の調
製や焼結条件などを検討したものである。

一方、ファインセラミックス技術を用いた高純度ムライ
トというＦｌｊ論組成の素材もあり、これは金属アルコ
キシドから理論組成となるように共沈法で製造したもの
である。

しかして、これらの原料を目的に合わせて混合し、焼結
したものがムライト系セラくツクス材料といわれ、ムラ
イト系セラくツクスはアルミナセラミックスと同様、高
温強度が比較的大きく、天然原料を用いたものは安価な
素材であることから、炉材、サヤ、セッター材、耐熱材
、構造材等、主に耐火材料として用いられてきた。

［発明が解決しようとする課題］従来のムライト系セラよツクスのうち、天然ムライトを
改質したものでは、長期間の使用や高温使用時に、もと
もと入っているＡｊ！２０３−５ｉＯ２ボンデイングが
分解し、５ｉ０２がムライト粒界にガラス相として析出
する。このため、強度が著しく低下し、連続的な使用や
繰り返しの使用に難があった。

アルコシキト法による高純度ムライトは、上記欠点を解
決するために開発されたものであるが、高純度ムライト
は高温強度、耐久性等に大きな改善効果を有するものの
、価格が高いために従来より用いられている耐熱材料等
の工業材料の分野で使用するにはコスト的に不利であっ
た。

本発明は上記従来の問題点を解決し、高温強度等の特性
に優れ、かつ安価に提供されるムライト質セラ稟ツクス
焼結体及びその製造方法を提供することを目的とする。

［ａ題を解決するための手段］請求項（１）のムライト質焼結体は、ＢＮ（窒化硼素）
、ＭｇＯ及びムライトよりなり、ＢＮ。

ＭｇＯ含有量がムライトじ対して各々５〜３０重量％、
１〜１０ｇ量％であって、ムライト粒径が１０〜１００
μｍであることを特徴とする請求項（２）のムライト質
焼結体の製造方法は、精製粘土鉱物、パイヤーアルミナ
、水酸化アルミニウム及び珪石よりなる群から選ばれる
少なくとも２種を主原料として、Ａｌ２Ｏｓ／５ＬＯ２
の組成比がムライト生成範囲となるように調合し、該調
合原料を９０％以上が粒径５μｍ以下となるように湿式
粉砕した後、粒径３０ｔ１ｍ以下のＢＮを前記調合原料
に対して５〜３０重量％、粒径１μｍ以下のＭｇＯを前
記調合原料に対して１〜１０重量％添加混合し、次いで
、得られた混合物を乾燥、解砕し、その後、有機質バイ
ンダーを用いて成形し、成形体を１６００℃以上の温度
で１時間以上焼成することを特徴とする。

即ち、本発明は、原料として従来より用いられている安
価な原料を用い、物性改良の手段として、特定のセラミ
ックス粒子を第２相としてムライト結晶内又は粒界面に
分散させることにより高強度化を図り、更に、ＭｇＯの
添加により遊離したガラス状シリカを固溶体として固定
し、高純度合成ムライト粒界ライト並する材料を提供す
るものである。

以下に本発明の詳細な説明する。

請求項（１）のムライト質焼結体は、ムライトに対して
５〜３０ｇ量％のＢＮと１〜１０重量％のＭｇＯを含有
するものである。ＢＮの含有量がムライトに対して５！
ｉ量％未満では本発明による強度の改善効果が得られず
、３０１ｉ量％を超えるとＢＮの量が多くなり過ぎて、
ムライト質焼結体としての特性が損なわれる。従って、
本発明においては、ＢＮ含有量はムライトに対して５〜
３０！！！！に％とする。特に、ＢＮ含有量がムライト
に対して５〜１０重量％であると、とりわけ高強度なム
ライト質焼結体を得ることができる。

一方、ＭｇＯの含有量がムライトに対して１重量％未満
では後述のムライト生成時に遊離するガラス相を十分に
固定することができず、強度改善効果が十分ではなく、
１０重量％を超えるとＭｇＯ相が大きくなり好ましくな
い、従って、本発明においては、ＭｇＯ含有量はムライ
トに対して１〜１０重量％とする。特に、ＭｇＯ含有量
がムライトに対して２〜５Ｉ！量％であると、とりわけ
高強度なムライト質焼結体を得ることができる。

請求項（１）のムライト質焼結体中のムライト結晶は、
粒径が１００μｍの範囲のものである。

ムライト結晶の粒径が１００μｍよりも大きいと得られ
るムライト質焼結体の曲げ強度が低下し、また１０μｍ
よりも小さいとＢＮ粒子やＭｇＯ粒子をムライト結晶内
又は粒界面に取り込み難くなる。従って、ムライト結晶
の粒径は１０〜１００μｍ１好ましくは１０〜５０μｍ
とする。

一方、ＢＮ粒子の粒径が微細過ぎるとムライトと均一に
混合することが難しい、このため、ムライト結晶粒内に
均一に取り込まれなくなる。逆にＢＮ粒子の粒径が大き
過ぎるとムライト結晶粒界にのみＢＮが存在するように
なり、粒界クラック発生の原因となる。従って、本発明
において、ＢＮ粒子の粒径は３０μｍ以下、特に１０μ
ｍ以下、とりわけ３〜１０μｍであることが好ましい。

また、ＭｇＯ粒子の粒径は、大きいと反応性に劣ること
から、１μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下とする。

なお、ムライト質焼結体中のムライトはその組成が理論
組成のＡ　ｆｌ　２０３　／　Ｓ　ｉ　Ｏ２＝３／２（
モル比）、即ち７１．８／２８．２（重量％）であるこ
とが好ましい、ムライト組成のＡｊ！２　ｏｓが理論組
成よりも多過ぎるとＡ１２０３中にムライト結晶が分散
した形となり十分な強度が得られない、逆に、ムライト
組成の５ｉ０２が理論組成よりも多過ぎると、ムライト
中に遊離シリカ相がガラス相となって生成し、十分な高
温強度が得られない、従って、ムライト質焼結体中のム
ライトは、理論組成Ａ１１２０ｓ　／５ｉＯ２＝３／２
（モル比）にできるだけ近い組成であることが好ましい
。

以上のように、可能な限りシリカガラス相が析出しない
ようにしても、若干の析出があり、このため十分に強度
を上げることはできない、ここにＭｇＯを添加した場合
、ムライト生成時に遊離する若干のシリカガラスが、こ
のＭｇＯと反応して固定されるため、ムライト粒界にガ
ラス相として析出しなくなり、高強度なものとなる。Ｍ
ｇＯの添加量を１〜１０重量％、より好ましくは２〜５
重量％とすると、遊離ガラス相は、コージライトとして
固定されているものと思われ、Ｘ線回折では含有量が少
ないため確認できないが、非常に高強度なものとなった
。なお、前述の如く、ＭｇＯの添加量が多すぎるとＭｇ
Ｏ相が大きくなり好ましくない。また、少なすぎると遊
離ガラス相を十分固定できなくなり効果がない。

このような請求項（１）のムライト質焼結体は請求項（
２）の方法により容易かつ効率的に低コストにて製造す
ることができる。

以下に請求項（２）のムライト質焼結体の製造方法につ
いて説明する。

請求項（２）の方法においては、まず、原料として精製
粘土鉱物、パイヤーアルミナ、水酸化アルミニウム又は
珪石〈シリカ）を用い、Ａ　ＩＬ　２０　ｓ　／　Ｓ　
ｉ　０２組成比がムライト生成範囲、好ましくはＡ　ｆ
ｔ　２０　ａ　／　Ｓ　ｉ　Ｏ２−３／　２（モル比）
となるように調合する。この場合、特に原料としては精
製カオリンとパイヤーアルミナ又は水酸化アルくニウム
、或いは、パイヤーアルミナ又は水酸化アルミニウムと
珪石を用いるのが好ましい、これらの原料はその所要量
をボールミル、又はアトライター等によりアルコール等
を用いて９０％以上が粒径５μｍ以下となるように湿式
粉砕する０次に、得られた粉砕物に粒径３０μｍ以下、
好ましくは１０μｍ以下、特に３〜１０μｍのＢＮを該
粉砕物に対して５〜３０重量％、好ましくは５〜１０重
量％添加し、更に１μｍ以下のＭｇＯを１〜ｉｏｎ量％
、好ましくは２〜５重量％添加しボールミル等で混合す
る。

得られた混合物は乾燥、解砕した後、ポリビニルアルコ
ール（ＰＶＡ）等の有機質バインダーを用いて成形する
。成形は３００　ｋ　ｇ　ｆｌｃｄ以上での加圧成形後
、１００１００Ｏ／ｃｒｆ以上での静水圧ブレス底形に
よる２段成形で行なうのが好ましい。

得られた成形体はホットプレス又は常圧焼結により焼成
し、ムライト質焼結体を得る。この場合、昇温速度は５
０〜ｂ好ましく、焼成温度は１６００℃以上、好ましくは１６
００〜１６５０℃とし、焼成時間は１時間以上、好まし
くは１〜３時間とするのが好ましい、なお、ホットプレ
スを採用する場合、圧力は３００〜６００　ｋ　ｇ　／
　ｃ　ｒｎ”程度とするのが好ましい。

［作用］一般に、精製カオリン、パイヤーアルミナ、水酸化アル
ミニウム又は珪石等の原料を用いて、これをボールミル
等で微粉砕して混合しても、原子レベルで理論組成上混
合することは不可能であり、焼結により拡散させるため
には長時間を必要とする。

これに対して、ムライト組成中に第２相としてＢＮ粒子
を５〜３０重量％、ＭｇＯ粒子を１〜１０重量％添加す
ると、ボールミル等による粉砕混合でも、通常の成形、
焼成により高温強度に優れたムライト質焼結体が得られ
る。

このＢＮ添加による高温強度改善の機構の詳細は明らか
ではないが、ムライト結晶内又は粒界面に取り込まれた
ＢＮ粒子がムライト中のＳｉＯ２のガラス相への移動を
ブロックしているため、更には、ＢＮ粒子がムライト結
晶粒内や結晶粒界へ分散し、ムライト結晶の成長を抑制
しているためと考えられる。また、ＭｇＯ添加について
は、遊離シリカ（ガラス相）がＭｇＯと反応してコージ
ライトなどの結晶となり、固定されるため、ガラス相の
析出がなくなり、高温強度の大きなものとなっているた
めと考えられる。

［実施例］以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。

実施例１，２、比較例１精製したカオリナイトに組成がＡＪ２２０ｓ　／Ｓ　ｉ
　０２−３／２　（４ル比）となるようにアルミナを添
加し、ボールミル（Ｚｒ０２ボール）によりアルコール
を用いて４８時時間式粉砕した。なお、この場合、メデ
ィア攪拌型粉砕機（アトライター）を用いると１〜２時
間で処理することが可能である。原料を９０％以上が粒
径５μｍ以下となるように粉砕した後、これにＢＮ粉末
（昭和電工社製：平均粒径５μｍ）及びＭｇＯ粉末（三
菱鉱業セメント■製：平均粒径０．５μｍ）を第１表に
示す量添加しく比較例１は添加せず）、更にボールミル
で５時間混合した。これを乾燥、解砕した後、有機質バ
インダー（ＰＶＡ）を５重量％添加して十分に混練した
。

混練物をプレス成形により５０ｍｍφＸ５ｍｍに５００
　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒｒｉ’で成形した後、ラバープレ
スにより１５００ｋｇ／ｅｒｒ？で更に加圧して成形体
を得た。この成形体を焼結してムライト質焼結体を得た
。なお、焼結はホットプレスを用い、昇温速度は１５０
℃／　ｈ　ｒとし、３００ｋｇ／ｃｍ’にて１６００℃
で１時間行なった。

得られたムライト質焼結体の緒特性を第１表に示す。

冴）表第１表より所定量のＢＮ及びＭｇＯを添加したムライト
質焼結体により、常温から１３００℃といった高温まで
安定して著しく高い強度が得られることが明らかである
。

［発明の効果］以上詳述した通り、本発明のムライト質焼結体は、安価
な原料を用いて低コストに提供されるものであり、しか
も、高温強度、耐久性等の特性に著しく優れる。従って
、本発明のムライト質焼結体は、工業用耐火材料等とし
て、長期にわたり極めて有効に使用することができる。

しかして、このような本発明のムライト質焼結体は、本
発明の方法により容易かつ効率的に低コストにて製造す
ることが可能とされる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＢＮ、ＭｇＯ及びムライトよりなり、ＢＮ含有量
がムライトに対して５〜３０重量％、ＭｇＯ含有量がム
ライトに対して１〜１０重量％であって、ムライト粒径
が１０〜１００μｍであることを特徴とするムライト質
焼結体。
（２）精製粘土鉱物、パイヤーアルミナ、水酸化アルミ
ニウム及び珪石よりなる群から選ばれる少なくとも２種
を主原料として、Ａｌ＿２Ｏ＿３／ＳｉＯ＿２の組成比
がムライト生成範囲となるように調合し、該調合原料を
９０％以上が粒径５μｍ以下となるように湿式粉砕した
後、粒径３０μｍ以下のＢＮを前記調合原料に対して５
〜３０重量％、粒径１μｍ以下のＭｇＯを前記調合原料
に対して１〜１０重量％添加混合し、次いで、得られた
混合物を乾燥、解砕し、その後、有機質バインダーを用
いて成形し、成形体を１６００℃以上の温度で１時間以
上焼成することを特徴とするムライト質焼結体の製造方
法。