JPH03215367A - 高温焼成用治具 - 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、熱間強度及び耐熱衝撃性が要求される軽量な
焼成用治具に関するものである。

（従来の技術） 概略１　０００〜１７００°Ｃ程度の高温雰囲気下での
焼成用治具としては、ムライト質もしくはアルミナ質耐
火物が使用されていｒ二。しかし、ムライトやアルミナ
は本質的に熱膨張率が大きい１こめ急熱急冷の焼成条件
に弱く、それを回避するために粒径の大きな電融品等を
多量に混合し粒子間の結合度合を小さくすることにより
耐熱衝撃性を改良していた。しかし近年、焼成炉の運転
において経済性、生産性の観点より省エネ運転、高速運
転が要望されるようになってきた。この目的に適うため
には、焼成用治具の熱容量を小さくし焼成用冶具の加熱
に要する燃費の節約と、炉内雰囲気温度に被焼成品であ
る品物の温度が敏感に追随するため焼成用治具の熱応答
性を改善する必要があった。

すなわち、熱容量を小さくするためには、該治具の比重
を小さくするか、厚みを薄くするかであるが、従来のム
ライト質、アルミナ質のものでは大粒径の骨材により構
成されていろため、焼失材法や発泡法により気孔を導入
して比重を小さくすることが困難であっｆ二。また、未
焼結部分が多いため単位当たりの強度がなく、厚みの薄
い治具に品物を積載して焼成すると高温領域で曲がりが
発生してしまうものでめった。

（目　的） 本発明は、こうした従来からの問題点を解消し、熱容量
の小さなものであって熱間強度及び耐熱衝撃性の優れた
焼成用治具を提供し、経済的かつ生産的な炉の管理を可
能にならしめるものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、実質的にコランダム、ムライト、ジルコニア
より構成されたセラミックスにおいて、出発原料として
のノルコニアの平均粒径が５０〜２００μｍで、かつ見
かけ気孔率が１０〜８０％を有するセラミックスを用い
ることにより達成されろ。

以下に、本発明を詳細に説明する。

本発明の基本的な構成は、例えば耐火性棚板のような焼
成治具の熱容量を小さくするために、比重を１〜２．５
程度とし、さらに厚みを従来品の２分の１程度にするた
めに■単位当たりの熱間荷重強度を高くする■急熱急冷
の際に生ずる熱歪みを緩和する構造を持１こせるという
工夫をしている。

すなわち、■の目的を達成するためには、セラミックス
粒子間の結合度を緊密にする必要がある。

従って本発明に用いるコランダムやムライトは比較的粒
径の小さなものか好ましい。３０μｍ以下のもので、よ
り好まし゛くは数μｍ以下のものが良い。これらの選択
は該焼成用治具の使用条件とセラミックス粉末の価格に
よって決まる経済的な問題から選択される。

上記したコランダムはアルファーアルミナの事であるが
、焼成後にＸ線回折的な手段によりコランダムとして存
在しうるしのであれば、出発原料が水酸化アルミナやガ
ンマーアルミナ、あるいはローアルミナ等でも差し支え
ない。このことは、ムライトについてもいえることで、
その出発原料が、アルミナとシリカの混合物であっても
一向に構わない。ただし、アルカリ金属元素やアルカリ
土類金属元素のような焼成過程でガラス層を組織内に形
成するような不純物を含有する原料を多く用いると、熱
間荷重強度が極端に低下するので好ましくない。

本発明で用いるジルコニアはカルノア、マグネシア、イ
ットリア等で部分的に安定化されたものあるいは、その
ような安定化剤を含まないもののいづれであっても良い
が、その中心粒径は５０〜２００μｍの範囲でなければ
ならない。５０μｍ以下もしくは２００μｍ以上では耐
熱衝撃性が悪くなり使用することができない。

ここで、コランダム、ムライト、ジルコニアの組成比に
ついて述べる。コランダムとムライトの組成比は０〜１
００％で調整することが可能である。すなわちコランダ
ムが０の場合は本発明における焼成用治具はムライトと
ジルコニアのみで構成されることになり、逆にムライト
がＯになる場合はジルコニアとコランダムのみにより構
成されることになる。この関係は、コランダムが増すほ
ど熱間荷重強度も熱衝撃性も低下することを配慮すれば
ムライトがコランダムに比べ多いほど良いといえる。し
かしながら、ムライトが過剰な系では遊離シリカが残留
しやすい。従ってこのような焼成用治具を棚仮としても
ちいて例えば機能性セラミノクスなどを焼成しｆこ場合
、その特性に重大な影響を及ぼすことが多いことは、よ
く知られた事実である。従ってその組成比は、こうした
焼成用治具に要求される性質を加味しつつ選択すること
が望ましいといえる。

そして、ジルコニアは必須成分として必ず含有されてい
なければならない。ジルコニアの含有量は、重量比でお
およそ１〜２５％にあることが必要であり、１％以下で
は熱衝撃性が悪化し、２５％以上では、熱間強度か低下
する。この理由は定かではないが、コランダム、ムライ
トのマトリックスを用いた焼成工程中に、ジルコニアの
体積変化が起こり微細な空孔が形成され、ここが熱衝撃
時において発生する応力を緩和する機能を有するものと
も推察される。この応力緩和機構は、該焼成用治具の見
かけ気孔率を１０〜８０％程度とることによりさらに実
用的な領域まで向上せしめることが可能となる。ｌＯ％
以下では熱衝撃性が悪く、８０％以上では圧縮強度が著
しく低下し、品物を積載することができなくなる。

以上のべた条件に従って調合したものを、成形、焼成の
工程を経て所望の形状をした焼成用治具を作成すること
ができる。なお気孔率の調整には■例えば、おが屑のよ
うな粒径の小さな　（概略０．５ｍｍ以下）有機性の焼
失媒体を調合物に混入する。

■セラミックスの成形体密度が低下するように、溶媒な
ど揮発性物質を多く含有せしめて成形する。

などの手段を用いて行うことができる。成形方法は、従
来からある押し出し成形、プレス成型、または鋳込み成
形、あるいはドクターブレード成形などの方法か挙げら
れる。なお、調合方法は成形方法によって最適化してお
かねばならないこというまでもない。

また該治具を焼成するための焼成温度は最高値で１５５
０〜１８００℃の範囲が好ましい。この治具の使用温度
が高い場合は、焼成温度もこの範囲でより高くしておく
必要がある。

上記のような、適度な気孔率を持ったコランダムームラ
イト−ジルコニアセラミックスで構成された焼成用治具
は、優れた熱衝撃性を示すと共に、セラミック粒子間の
結合が焼結状態を取ることができるので高強度となる。

従って従来の骨材混合の治具よりも熱間強度が強く、故
に棚板等に応用する場合は厚みを薄くすることにより熱
容量の小さなものを提供することができる。このことは
焼成物の生産性の向上を図りつつ経済的な焼成炉の運転
を可能にするものであるばかりか、高星焼成用治具が薄
くなったぶん、品物の量を増やすことができ、いわゆる
釜詰め率の向上にもつながるものである。

以下実施例にしたがって本発明の方法を詳述する。

実施例ｌ アルミナ粉末（純度９９．７％、中心粒径２μｍ）７３
８重量部。ンリカ粉末（純度９９　９％、中心粒径３μ
ｍ）２１２重量部、カルシア８０％安定ジルコニア（中
心粒径１５０μｍ）５０重量部おが屑８重量部を水３０
０重量部及びアクリル酸エステル系エマルンヨン樹脂５
０重量部に界面活性剤を用いて分散せしめ、圧力鋳込み
装置により縦３００ｍｍ横３００ｍｍ厚み５ｍｍの成形
体を作成した。該成形体を１６００°Ｃで焼成したもの
を高温焼成用治具の試験体とした。元素分析の結果この
焼成体の組成はコランダム２０％ムライト７５％ジルコ
ニア５％であった。また見かけ気孔率は１０％であった
。そして、このものの評価の結果を表２に記す。

実施例２〜４　比較例１〜４ 表１のような分析結果を得るような処方を実施例ｌで掲
げた調合材科を変量させることにより得、実施例ｌと同
様な方法で試験体を作成し、その結果を表２に記し、た
。ただし実施例４についてはセラミソクス粉末の出発原
料としてシリカを使わずにアルミナとムライト、ジルコ
ニアとした。

表１ 分析結果 表２ 熱間荷重強度：　１４００℃の三点曲げ強度の値（ＪＩ
ｓ−Ｒ−１６０１に準ずる） 熱衝撃性：　１０００℃から水中浸漬を５回繰り返した
後の曲げ強度と試験前の曲げ強度の比率（発明の効果） 以上のように、本発明によれば熱間荷重強度が高くかつ
熱衝撃性の優れた高温焼成用治具を提供することができ
る。従って該治具の厚みなどを従来より薄くし熱容量の
小さな焼成用治具として使用することで、焼成炉の省エ
ネ運転、高速運転を可能ならしめる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）実質的にジルコニア，コランダムまたはジルコニ
   ア，ムライトの二成分あるいはジルコニア，コランダム
   ，ムライトの三成分から構成されるセラミックスにおい
   て出発原料であるジルコニアの平均粒径が５０〜２００
   μｍであり、かつセラミックスの見かけ気孔率を１０〜
   ８０％としたことを特徴とする高温焼成用治具。