JPH0337167A - セラミックス発泡体の製造方法 - 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、セラミックス発泡体の製造方法に関する。

【従来の技術］ 粘土等の珪酸含有物質を加熱・焼成して得られるセラミ
ックス成形体は、強度、耐熱性、耐久性、耐水性、装飾
性等の性質が優れており、幅広い分野で使用されている
。しかし、一般に比重が大きなものであるため、利用が
困難な場合もある。たとえば、特に大型のものを必要と
するような分野では、運搬、取扱い等に支障を来す。 そのような欠点を解消したセラミックス成形体として、
セラミックス発泡体がある。セラミックス発泡体は、粘
土、水ガラス等の珪酸含有物質に炭素粉、炭化珪素、炭
酸カルシウム等の発泡剤を配合したセラミックス原料を
加熱すると、発泡剤から発生する気体の作用によって、
得られるセラミックス成形体が多数の独立気泡を有する
軽量体になることを利用したものであり、従来のセラミ
ックス成形体の優れた性質を引き継ぎながら、軽量であ
るという好ましい性質を備えている。 中でも、原料として高炉スラグを使用し、温度９００℃
以上、特に温度１０００℃以上で加熱して発泡させたセ
ラミックス発泡体は、優れた耐熱性を有している。また
、発泡剤として炭化珪素を用いたものは、発泡が緻密で
あり、軽量性と大きな機械的強度とを有する（特開昭５
６−１０９８５９号公報）。 【発明が解決しようとする課題】 セラミックス発泡体の性質は、製造する際の発泡の状態
により左右されるので、セラミックス発泡体を工業的に
製造する上では、発泡現象を制御することが重要な課題
である。中でも、原料として高炉スラグを用いる場合に
は、高炉スラグに含まれている還元性物質の作用により
発泡が不安定になり易く、発泡状態の制御が難しい。こ
の不安定な発泡状態は、特に温度１０００℃以上に加熱
して発泡させる場合に顕著に現れる。 発泡状態を制御する方法として、発泡剤の添加量や加熱
雰囲気中の酸素濃度、加熱温度、加熱時間を調節するこ
と等が考えられる。しかし、発泡剤の添加量を調節する
方法では、発泡体の比重を小さくするために添加量を大
きくするとき、泡径が大きくなり過ぎたり、不均一にな
ったりするため、発泡体の機械的強度が小さくなるとい
う欠点がある。加熱雰囲気中の酸素濃度を調節する方法
では、加熱炉の８１類や安全性の点から限界があり、実
施するに当たって大規模な設備を必要とするという欠点
がある。また、加熱温度や加熱時間を調節する方法では
、加熱温度を高くしたり、加熱時間を長くすることは、
製造効率や製造コストの点で好ましくないという欠点が
ある。 そこで、本発明は、加熱雰囲気中の酸素濃度が小さくて
も、短い時間で十分に発泡し、且つ発泡状態が制御され
たセラミックス発泡体を製造することを目的とする。 〔課題を解決するための手段〕 本発明者等は、前述の目的を達成するために研究を行い
、その結果、セラミックス原料に、硫黄酸化物、鉄酸化
物、マンガン酸化物等の酸化物を配合すると、十分に発
泡したセラミックス発泡体が得られ、且つ発泡に必要な
加熱時間が短くなることを見出した。本発明は、この知
見に基づき完成されたものである。 すなわち、本発明は、高炉スラブを含有するセラミック
ス原料に、加熱すると酸素と反応して気体を発生する化
合物を発泡剤として添加すると共に、硫黄酸化物を含有
する化合物をＳＯ３に換算して０．０２重量％以上添加
してなる発泡セラミックス原料を発泡温度以上に加熱し
て発泡させることを特徴とする。 ここで、硫黄酸化物に代えて、或いは硫黄酸化物に加え
て、鉄酸化物及びマンガン酸化物からなる群から選ばれ
た１種以上の酸化物を含有する化合物を、Ｆｅ２０ｓ及
び／又はＭｎＯに換算して合計で０６１重量部以上添加
することもできる。 更に、高炉スラグを含まないセラミックス原料を使用す
る場合には、発泡助剤として高炉スラグを１〜１０重量
／添加しても良い。 以下１本発明の詳細な説明する。 本発明で使用するセラミックス原料は、各種の粘土、高
炉スラブ、火山灰、シラス、窯業原料精製残渣等の珪酸
含有物質に、必要に応じてその他の化合物を配合したも
のであり、二酸化珪素成分及び酸化カルシウム成分を主
成分とするものである。一般的には、セラミックス原料
の二酸化珪素成分の含有量が大きいと、耐熱性に優れた
発泡体が得られる傾向にある。また、酸化カルシウム成
分の含有量が大きいと、吸水性の大きな発泡体が得られ
る傾向にある。そこで、目的に応じて各種の珪酸含有物
質を適宜配合し、成分を調整して使用することが好まし
い。 また、高炉スラグ、特に水砕スラグを含有するセラミッ
クス原料を使用するとき、耐熱性及び吸水性との間のバ
ランスがとれたセラミックス発泡体を製造することがで
きる。この場合、特に高炉スラグ含有量が１重量％以上
、好ましくは１０重量％以上のセラミックス原料が使用
される。 本発明では、セラミックス原料に加熱すると酸素と反応
して気体を発生する化合物を発泡剤として添加し、これ
を発泡セラミックス原料としている。加熱すると酸素と
反応して気体を発生する化合物としては、炭素、炭化珪
素、各種の有機化合物等のように、酸素と反応して二酸
化炭素又は−酸化炭素を発生するものが知られている。 これらの中で、本発明において用いる発泡剤としては、
炭化珪素が優れている。炭化珪素は、溶融塩反応を起こ
して低い温度で発泡を開始し、緻密で機械的強度の優れ
た発泡体を製造する上で、重要な役割りを果たす。 発泡剤は、異常発泡を防ぎ、均一発泡を図ることから、
粉末状にしてセラミックス原料成分と均一に混合して使
用することが好ましい。また、発泡を緻密にし、得られ
る発泡体の機械的強度を高める点で、粒径の小さなもの
を使用することが好ましい。 セラミックス原料に対する発泡剤の添加量は、発泡セラ
ミックス原料を加熱して発泡させる際の発泡性に影響を
与えるものであるから、目標とする発泡の程度に応じて
適宜選択する。通常は、セラミックス原料に対して０．
０３〜１重量％程度添加することが好ましい、０．０３
重量％未満の添加では、十分に発泡したセラミックス発
泡体を製造することが困難である。また、１重量％を超
える添加量では、発泡セラミックス原料を加熱して発泡
させる際に、異常発泡が生じ易くなり、発泡が不均一に
なって、得られる発泡体の強度が小さくなる傾向にある
。 本発明では、セラミックス原料に、硫黄酸化物を含有す
る化合物をＳＯｓに換算して０．０２重量％以上、好ま
しくは０．１〜０．２重量％添加する。セラミックス原
料中には、硫黄酸化物を含有する化合物を別途添加する
までもなく、硫黄酸化物が存在する場合もあるが、一般
には不十分であり、石膏等の金属硫酸塩や金属亜流酸塩
、その他の発泡セラミックス原料を発泡温度以上に加熱
する際に硫黄酸化物となるものを添加して含有量を調整
することが好適である。 本発明者等の知見によるとき、発泡セラミックス原料中
の硫黄酸化物は、発泡剤が酸素と反応して気体を発生す
る際に触媒的な作用を発揮して、発泡現象を促進するも
のと推察される。そして、セラミックス原料に対する硫
黄酸化物の含有量が１重量％以下の範囲では、含有量が
大きいほど発泡効率が良くなる傾向にある。特に０．１
重量％以上の範囲で、発泡現象の促進効果が顕著に現れ
る。 すなわち、硫黄酸化物を含有する化合物の含有量が大き
い゛はど、発泡剤の添加量が小さくても、十分に発泡し
たセラミックス発泡体を製造できるようになる。たとえ
ば、発泡剤の添加量が０．３重量％以下、更には０．０
５重量％以下のときでも、十分に発泡した発泡体を製造
できる。 また、発泡セラミックス原料を加熱して発泡させる際の
加熱雰囲気中の酸素濃度が小さくても、十分に発泡した
セラミックス発泡体を製造できるようになる。たとえば
、加熱にガス炉を用いる場合、炉内雰囲気中の酸素濃度
は３％以下であり、通常、加熱すると酸素と反応して気
体を発生する化合物を発泡剤として用いる場合には発泡
が困難である。特に、この傾向は、発泡剤として炭化珪
素を用いた場合に大きくなる。しかし、発泡セラミック
ス原料が硫黄酸化物を含有する場合には、酸素濃度の多
少に拘らず、発泡が容易になる。 更に、発泡剤の含有量が同程度の場合、十分に発泡した
セラミックス発泡体を製造するために必要とする加熱時
間が短くなる傾向にある。 ただし、硫黄酸化物の添加量が０．５重量％を超えると
、得られる発泡体の吸水率が急激に上昇する傾向にある
ので、硫黄酸化物の添加量は、通常０．１〜０．５重量
％の範囲内で適宜選択して調整することが望まれる。 更に、セラミックス原料に鉄酸化物及びマンガン酸化物
からなる群から選ばれた１種以上の金属酸化物を添加す
る場合にも、硫黄酸化物を添加する場合と同様の傾向が
見られる。これら金属酸化物の添加量がＦｅ！ｒｓ及び
／又はＭｎＯに換算して合計で０．１重量％以上のとき
に特に効果がある。 なお、本発明において、鉄酸化物及びマンガン酸化物を
含有する珪酸含有物質をセラミックス原料の一成分とし
て使用すると、別途に添加する鉄酸化物及びマンガン酸
化物の添加量が少なくても良く、場合によっては添加が
不要となるので好ましい。特に、高炉スラグは、鉄酸化
物及びマンガン酸化物を含有しているので、本発明を実
施する際には有効な成分となる。また、この高炉スラグ
を発泡助剤として使用することもできる。この場合の高
炉スラグの添加量は、１〜１０重量％、好ましくは１〜
５重量％である。 本発明において、発泡セラミックス原料を加熱して発泡
させる際には、発泡セラミックス原料が流動化する温度
以上に加熱する必要がある。本発明においては、発泡セ
ラミックス原料が流動化して発泡剤の作用により発泡す
る温度を発泡温度という。この発泡温度は、セラミック
ス原料の成分・組成、特に二酸化珪素成分の含有量及び
酸化カルシウム成分の含有量に応じて変化する。一般的
には、二酸化珪素成分の含有量が多いほど、発泡温度が
高くなる傾向にある。また、酸化カルシウム成分の含有
量が多くなるほど、発泡温度が低くなる傾向にある。更
に、三酸化二硼素等の融点降下作用を持つ化合物を添加
するとき、流動化温度を下げることができる。 なお、発泡剤として炭化珪素を使用する場合には、セラ
ミックス原料の流動化温度を９００℃以上に調整するこ
とが、炭化珪素と酸素との反応性の点で好ましい。また
、本発明における硫黄酸化物、鉄酸化物、マンガン酸化
物等による発泡促進効果は、温度９５０℃以上、特に温
度１０５０℃以上で加熱して発泡させる場合に顕著であ
る。そのため、本発明においてセラミックス原料を調整
する際には、加熱温度との関係で、流動化温度を９００
℃以上、好ましくは１０００℃程度以上に調整するのが
よい。 以下、本発明の詳細な説明する。 ［実施例１ 高炉水砕スラグ粉（Ｓ１０オ成分含有量３３重量％、Ｃ
ａＯ成分含有量４２重量％、Ｓ成分含有量０．８重量％
、Ｆｅ２Ｏ３成分含有量０．７重量％、Ｍ　ｎ　Ｏ成分
含有量０．３重量％）３０重量部、窯業原料精製時に発
生する残渣と窯業原料との中間物質粉（粘土分５５重量
％、珪砂分４５重量％／　Ｓ　ｉ　Ｏ、成分含有量８０
重量％、Ａ４２゜０３成分含有量１２重量％）７０重量
部、炭化珪素粉０．３〜０．０５重量部、石膏扮０．０
１〜０．３重量部（Ｓとして換算）及び適当量のウレキ
サイト（Ｂｏｏ−）を配合して、流動化温度を１０５０
℃に調整した発泡セラミックス原料に少量のメチルセル
ロース０．１％水溶液を添加して、混練し、粒状に成形
した。これを、耐熱セラミックス板製の型枠内に装入し
て、大気雰囲気の電気炉内で室温から４℃／分の速度で
昇温し、１１００℃で所定時間加熱して発泡させた後、
６℃／分の速度で室温まで降温してセラミックス発泡体
を得た。 第１表に、発泡セラミックス原料の炭化珪素粉０料［重
量部］及び石膏配合料（Ｓとして換算）［重量部］と比
重が０．５０以下のセラミックス発泡体を製造するのに
必要な１１００℃での加熱時間ｃ分］を示す。 第１表における＊印は、比較例を示す。また、比較例４
では、比重が０．５０以下のセラミックス発泡体が得ら
れなかった。 〔発明の効果〕 以上に説明したように、本発明のセラミックス発泡体の
製造方法によるとき、発泡セラミックス原料中の硫黄酸
化物、鉄酸化物、マンガン酸化物等が発泡剤による発泡
現象を促進するので、加熱して発泡する際の発泡が効率
よく行われ、短い加熱時間で十分に発泡したセラミック
ス発泡体を製造することができる。また、少ない発泡剤
の使用量で十分に発泡したセラミックス発泡体を製造で
きる。更に、加熱して発泡させる際の雰囲気中の酸素含
有量が少なくても、十分に発泡したセラミックス発泡体
を効率よく製造できる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）高炉スラグを含有するセラミックス原料に、加熱
   すると酸素と反応して気体を発生する化合物を発泡剤と
   して添加すると共に、硫黄酸化物を含有する化合物をＳ
   Ｏ＿３に換算して０．０２重量％以上添加してなる発泡
   セラミックス原料を発泡温度以上に加熱して発泡させる
   ことを特徴とするセラミックス発泡体の製造方法。
2. （２）セラミックス原料に発泡剤として炭化珪素を添加
   すると共に、硫黄酸化物を含有する化合物をＳＯ＿３に
   換算して０．０２重量％以上添加してなる発泡セラミッ
   クス原料を発泡温度以上に加熱して発泡させることを特
   徴とするセラミックス発泡体の製造方法。
3. （３）セラミックス原料に発泡剤として炭化珪素を添加
   すると共に、鉄酸化物及びマンガン酸化物からなる群か
   ら選ばれた１種以上の酸化物を含有する化合物をＦｅ＿
   ２Ｏ＿３及び／又はＭｎＯに換算して合計で１重量％以
   上添加してなる発泡セラミックス原料を発泡温度以上に
   加熱して発泡させることを特徴とするセラミックス発泡
   体の製造方法。
4. （４）高炉スラグ以外のセラミックス原料に発泡剤とし
   て炭化珪素を添加すると共に、発泡助剤として高炉スラ
   グを１〜１０重量％添加してなる発泡セラミックス原料
   を発泡温度以上に加熱して発泡させることを特徴とする
   セラミックス発泡体の製造方法。
5. （５）鉄酸化物及びマンガン酸化物からなる群から選ば
   れた１種以上の酸化物をＦｅ＿２Ｏ＿３及び／又はＭｎ
   Ｏに換算して合計で０．１重量％上含有するセラミック
   ス原料に、加熱すると酸素と反応して気体を発生する化
   合物を添加すると共に、硫黄酸化物を含有する化合物を
   ＳＯ＿３に換算して０．０２重量％以上添加してなる発
   泡セラミックス原料を発泡温度以上に加熱して発泡させ
   ることを特徴とするセラミックス発泡体の製造方法。