JPH03193680A

JPH03193680A - 多孔質セラミックの製造方法

Info

Publication number: JPH03193680A
Application number: JP33235289A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Hirota; 広田　保; Naoharu Hojo; 北條　直治; Mikio Nishimura; 幹夫西村
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1989-12-20
Publication date: 1991-08-23

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、大面積のセラミック製パネルなどを生産性よ
く製造する上で有用な多孔質セラミックの製造方法に関
する。

［従来の技術と発明が解決しようとする課題］従来、建
造物の外壁、内壁などに大面積のセラミック製パネルが
使用されている。このセラミック製パネルには、製造時
にクラックが発生するのを防止するため、熱膨張係数が
小さく、耐熱衝撃性などに優れることと、気孔率が大き
く、軽量であることが要求される。

このような特性を有するセラミックとして、例えば、シ
ラス粉末５〜３０重量％と、リチウム輝石粉末９５〜７
０重量％とからなる混合物を焼結したセラミック（特開
昭５２−１４０５１４号公報）や、シラス粉末２〜２０
重量％、リチウム輝石粉末４５〜９０重量％、及び粘土
質粉末１〜５０重量％からなる混合物を焼結したセラミ
ック（特開昭５２−１４１８１５号公報）が提案されて
いる。

これらのセラミックは、絶縁抵抗が高く、誘電率が小さ
いので、エレクトロニクス用の基板などとして有用であ
る。しかしながら、これらのセラミックは、耐熱衝撃性
が約６２０℃以下と小さいため、セラミック製パネル、
特に大面積のセラミック製パネルを製造する場合には、
クラックが生じ易い。従って、クラックの発生を防止す
るためには、焼成に際して、昇温速度５０〜ｂ時間程度
で６〜２４時間程度に亘り徐々に昇温し所定温度で焼成
した後、長時間に亘り徐冷することによりセラミックを
製造している。このような操作は、エネルギー効率及び
セラミックの生産性を著しく低下させる。また前記先行
技術に開示された技術は、シラス粉末を含み、表面が平
滑で緻密なセラミックを得ることを目的としているので
焼成により得られたセラミックは、気孔率が約１０％以
下と小さく、非多孔質である。

従って、本発明の目的は、大面積のセラミックを製造す
る際に、急激に加熱冷却しても、クラックを生じさせる
ことがなく、耐熱衝撃性に優れると共に、気孔率の大き
な多孔質セラミックを効率よく生産できる多孔質セラミ
ックの製造方法を堤供することにある。

［発明の構成］本発明は、少なくとも、リチウム−アルミノケイ酸塩粉
末とバインダーとを含むセラミ・ツク組成物を成形し、
成形体を、温度１１５０〜１３００℃の炉内に直接装入
して焼成する多孔質セラミ・ツクの製造方法により、上
記課題を解決するものである。

セラミック組成物に含まれるリチウム−アルミソケイ酸
塩は、ＬｉＯ２・Ａノ２０３−８ｉＯ２成分で構成され
ている限り特に制限されない。このようなりチウム−ア
ルミノケイ酸塩としては、例えば、ペタライト、ユーク
リプタイト、スポジュメン、リチア輝石などが挙げられ
る。

リチウム−アルミノケイ酸塩粉末の粒径は、焼結による
一体性を損わない範囲の粒径、例えば、平均粒径１０〜
５００μｍ程度であるのが好ましく１゜これらのりチウ
ム−アルミノケイ酸塩は、一種又は二種以上の混合物と
して使用される。なお、リチウム−アルミノケイ酸塩粉
末を含む組成物を焼成すると、熱膨脹係数が小さく、耐
熱衝撃性（こ優れたセラミックが得られる。

バインダーとしては、従来慣用の有機バインダ、例えば
、カルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体
、ポリエチレングリコールなどの多価アルコール、ポリ
ビニルアルコールなどが挙げられ、単独又は混合して使
用される。

リチウム−アルミノケイ酸塩粉末とバインダーとの割合
は、成形性などを損わない範囲に設定される。バインダ
ーの含有量は、通常０．］〜１０重量％程重量高程。バ
インダーの量が上記範囲を外れると、一般に成形性が低
下する。

本発明で使用されるセラミック組成物は、上記成分に加
えて、Ｎａ２Ｏ，に２０、ＭｇＯおよびＣａＯからなる
成分、すなわちアルカリ成分が３重量％以下の粘土質粉
末を含むのが好ましい。このような粘土質成分は、含有
量が多くなるにつれて気孔率が小さくなるので、その含
有量を調整することにより、多孔質セラミックの気孔率
を容易に制御できる。なお、アルカリ成分が３％を越え
る材料、例えば、シラス粉末を用いると、熱膨脹係数が
大きくなり、耐熱衝撃性だけでなく、気孔率が著しく低
下する。

粘土質成分としては、例えば、カオリン族鉱物、シリマ
ナイト族鉱物、蝋石、ポゾランなどが挙げられる。粘土
質粉末の粒径は、焼結による一体性を損わない範囲の粒
径、例えば、平均粒径１０〜５００μｍ程度であるのが
好ましい。

これらの粘土質成分も、一種又は二種以上の混合物とし
て使用できる。

上記リチウム−アルミノケイ酸塩粉末と粘土質粉末との
割合は、通常、リチウム−アルミノケイ酸塩粉末：粘土
質粉末−７０〜１００重量部；３０〜０重量部程度であ
る。粘土質粉末の割合が３０重量部を越えると、クラッ
クが生じ易いだけてなく、焼成前後の体積変化率が大き
くなり、セラミックの寸法精度が低下し易い。

さらには本発明に使用されるセラミック組成物は、気孔
率を調整するため、炭素材粉末を含むのが好ましい。こ
の炭素材粉末は、焼成工程で燃焼して気孔を生成する。

炭素材は、燃焼可能なものであれば特に制限されない。

このような炭素材としては、例えば、木質系炭素材、石
炭系炭素材、石油系炭素材などが挙げられる。これらの
炭素材のうち、急激な燃焼に伴い大きな膨張力が作用す
るのを抑制するため、燃焼速度が小さな炭素材、特にコ
ークス粉が好ましい。

なお、炭素材粉末の粒径は、焼結による一体性を損わな
い範囲であればよく、所望する気孔径に応じて設定でき
、通常３　ｍｍ以下である。なお、粒径が小さな炭素材
粉末を用いる場合には、微細な気孔を形成できる。

これらの炭素材粉末は、単独で、又は混合して使用され
る。

炭素材粉末は、リチウム−アルミノケイ酸塩粉末１００
重量部に対して、０〜１００重量部程度使用される。炭
素材粉末の量が１００重量部を越えると、焼結体の機械
的強度が低下する。

なお、セラミック組成物が、上記リチウム−アルミノケ
イ酸塩粉末と共に粘土質粉末及び／又は炭素材粉末を含
む組成物である場合には、バインダーの含有量は、前記
と同様に、組成物中に０゜１〜１０重量％程度である。

上記各成分を、慣用の方法で混練することにより、成形
可能なセラミック組成物を調製できる。

上記セラミック組成物は、成形工程に供される。

成形時の圧力は、成形体の一体性を損わない範囲、例え
ば、圧力１２〜７００ｈ／−程度に設定できる。

この成形工程では、用途に応じた所望の形状に成形でき
、成形体の形状は特に制限されない。パネル材として使
用する場合には、通常、平板状、湾曲板状である。

成形工程で得られた成形体は、通常、室温〜１５０℃程
度の温度で乾燥した後、焼成工程に供される。焼成工程
では、成形体を、温度１１５０〜１３００℃で直接焼成
する。焼成温度が１１５０℃未満であると、多孔質セラ
ミックの機械的強度が低下し、１３００℃を越えると、
非多孔質のガラス状セラミックとなり易く、多孔質セラ
ミックを得ることが困難である。

より詳細には、本発明に使用されるセラミック組成物を
用いる場合には、セラミックの熱膨脹係数が小さく耐熱
衝撃性に優れるので、上記温度に設定された恒温の焼成
炉に成形体を直接装入して急激に加熱して焼成し、かつ
焼成後に直ちに取出して急冷しても、クラックのないセ
ラミックが得られる。従って、従来のように、焼成炉内
に成形体を装入した後、焼成炉を、所定の昇温速度で長
時間に亘り徐々に昇温したり、焼成後に、長時間に亘り
徐々に冷却する必要がなく、生産性及びエネルギー効率
が高い。なお、焼成は、通常、空気などの酸化性雰囲気
下で、２〜２４時間程時間層うことができる。

本発明の方法により得られた多孔質セラミックは、熱膨
脹係数が小さいので、従来のセラミックと比較して、耐
熱衝撃性及び気孔率が著しく大きく、大面積のパネル材
としてもクラックが生じることがない。また多孔質セラ
ミックは、気孔率が大きいことに起因して、通常、透水
性を有していると共に、軽量である。多孔質セラミック
は、通常、次のような特性を有している。

（１）嵩密度　０　、６−１　、７５　ｇ　／　ａ＋ｆ
（２）気孔率　２０〜７０％（３）吸水率　１０〜６５％（４）焼成前後の体積変化率一５〜＋４％程度（５）耐熱衝撃性　９００℃以上なお、耐熱衝撃性は、種々の温度に加熱した加熱試料を
冷水で急冷し、測定した試料の曲げ強度が、冷間時の曲
げ強度の２／３の値を示した時の加熱温度をもって表わ
す。

なお、板状の多孔質セラミックの少なくとも一方の表面
に、緻密層を形成するのが好ましい。この緻密層により
、多孔質セラミックの表面を緻密かつ平滑化できる。

上記緻密層は、前記リチウム−アルミノケイ酸塩よりも
融点が低いセラミック材料で形成した結晶性ガラス層や
、リチウム−アルミノケイ酸塩よりも融点が高いセラミ
ック材料を溶射した溶射層であってもよい。結晶性ガラ
ス層を形成するセラミック材料としては、例えば、ガラ
ス、うわぐすりなどが例示される。上記セラミ・ツク材
料は、Ｎａ　Ｎ　０３　、Ｎ　ａ　Ｓ　０４などの融剤
や着色剤、消色剤などを含んでいてもよい。また溶射層
を形成するセラミック材料としては、例えば、アルミナ
、ジルコニア、ジルコン、クロミア、サーノ・ソトなど
が例示される。

緻密層の厚みは、表面を緻密化できる範囲で選択され、
例えば１０μｍ〜２　ｍｍ程度に形成できる。

本発明の方法により得られた多孔質セラミ・ツクは、建
築物、建造物の外壁、内壁、天井、床柱の取り巻きなど
に貼着されるセラミ・ツク製、＜ネル材、サイクリック
に熱が作用する反応容器及び工業炉廻りの耐熱性断熱材
、道路の透水性舗装材、土木工事における地下水吸上げ
用のドレーン材などの広い用途に利用できる。

［発明の効果］以上のように、本発明の多孔質セラミ・ツクの製造方法
は、徐々に昇温したり冷却する必要がなく、成形体を、
焼成温度に設定された焼成炉に直接装入して、急激に加
熱したり急冷したりしても、クラックが発生しない。従
って、耐熱衝撃性に優れると共に、気孔率の大きな多孔
質セラミックを効率よく生産でき、エネルギー効率が高
い。

［実施例］以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する
。

実施例１〜４ペタライト及びカオリンを表に示す割合で配合し、該配
合物１００重量部に、カルボキシメチルセルロースが固
形分で０．２重量部となるようにカルボキシメチルセル
ロース水溶液を添加して混合した後、５０９ｈ／−の加
圧条件下で加圧することにより、寸法２０關Ｘ　２　Ｑ
　ｍｍ　Ｘ　８０關の成形体を作製した。

次いで、成形体を、温度１２００℃の炉に直接装入し、
４時間焼成した後、炉内を開放して急速に冷却すること
により、多孔質セラミックを作製した。

実施例５及び６ペタライト、カオリン及びコークスを表に示す割合で配
合する以外、実施例１と同様にして、寸法２０　ｍｍ　
Ｘ　２０　ｍｍ　Ｘ　８０　ｍｍの成形体を作製した。

次いて、成形体を、温度１２００℃の炉に直接装入し、
５時間焼成した後、炉内を開放して急速に冷却すること
により、多孔質セラミックを作製した。

そして、上記実施例１〜６で得られたセラミックの気孔
率及び耐熱衝撃性を調べたところ、表に示す物性を示し
た。

（以下、余白）表より、実施例１〜５で得られた多孔質セラミックは、
気孔率及び耐熱衝撃性に優れている。

実施例７ペタライト９０重量部とカオリン１０重量部とを配合し
、実施例１と同様にして、２００　ｍｍ　Ｘ　２００　
＋ｎｎ　Ｘ　３０　ｍｍの大きさの成形体を作製した。

次いで、大面積の成形体を、実施例１と同様に、温度１
２００℃の炉内に直接装入し、急激に加熱すると共に、
同温度で１５時間焼成した後、炉内を開放して急冷する
ことにより、セラミックパネルを作製した。

焼成に伴う体積変化は１％以下であり、歪の少ないセラ
ミックパネルが得られた。また大面積であるにも拘らず
、セラミックパネルには亀裂が発生しなかった。

Claims

【特許請求の範囲】

１．少なくとも、リチウム−アルミノケイ酸塩粉末とバ
インダーとを含むセラミック組成物を成形し、成形体を
、温度１１５０〜１３００℃の炉内に直接装入して焼成
することを特徴とする多孔質セラミックの製造方法。
２．セラミック組成物が、Ｎａ＿２Ｏ、Ｋ＿２Ｏ、Ｍｇ
Ｏ及びＣａＯからなる成分が３重量％以下の粘土質粉末
を含む請求項１記載の多孔質セラミックの製造方法。
３．セラミック組成物が、炭素材粉末を含む請求項１又
は請求項２記載の多孔質セラミックの製造方法。