JPH0365555A - ムライト系焼結体及びその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はムライト系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
ライト系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ＡＪ２２Ｏ３と５ｉ０２からなり、化学組成
は理論的には３ＡＪ２２Ｏ３−２Ｓ　ｉ　０２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に属し、
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、バイヤーアルミナ、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
ＳｉＯ；＋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
トという理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ミックス材料といわれ、ムラ
イト系セラミックスはアルく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］ 従来のムライトセラミックスのうち、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ＡＪ２２Ｏ３Ｓｉ０２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系焼結体及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 請求項（１）のムライト系焼結体は、ＴｉＣ及びムライ
トよりなり、ＴｉＣ含有量がムライトに対して５〜４０
重量％であって、ムライト粒径が１０〜１００１．ｔｍ
であることを特徴とする請求項（２）のムライト系焼結
体の製造方法は、精製粘土鉱物、バイヤーアルミナ及び
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、Ａ　ｌｌ　２Ｏ３　／　Ｓ　ｉ　Ｏ２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９
０％以上が粒径５μｍ以下となるように湿式粉砕した後
、粒径５０μｍ以下のＴｉＣを前記調合原料に対して５
〜４０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℃以上の塩度で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、高純度合成ムラ
イト並の特性を有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）のムライト系焼結体は、ムライトに対して
５〜４０重量％のＴｉＣを含有するものである。ＴｉＣ
の含有量がムライトに対して５重量％未満では本発明に
よる強度の改善効果が得られず、４０重量％を超えると
ＴｉＣの量が多くなり過ぎて、ムライト系焼結体として
の特性が損なわれる。従って、本発明においては、Ｔｉ
Ｃ含有量はムライトに対して５〜４０重量％とする。特
に、ＴｉＣ含有量がムライトに対して１０〜３０重量％
であると、とりわけ高強度なムライト系焼結体を得るこ
とができる。

請求項（１）のムライト系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）・系焼結体の曲げ強度が低下し、また１０μ
ｍよりも小さいとＴｉＣ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、ムライト結晶又は粒界面に取り込まれてムライト
系焼結体内に含有されているＴｉＣ粒子の粒径が微細過
ぎると、ＴｉＣ自身の表面酸化が起きる。逆ｅ　Ｔ　ｔ
　Ｃ粒子の粒径が大き過ぎるとムライト結晶粒界にのみ
ＴｉＣ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、ＴｉＣ粒子の粒径は
５０μｍ以下、特に１０μｍ以下、とりわけ２〜１０μ
ｍである４：とが好ましい。

なお、ムライト系焼結体中のｌ＼ライＩ、は−（。

の組成が理論組成（７）　Ａ　、０．２Ｏ　ｑ　／　Ｓ
　ｉ　０　。

３／２（モル化）、即ち７１．８．／’２８．２（重量
％）であることがｌまＩ２い。ノ、ライ１、組成のＡｊ
２ｐ　０３が理論組成よりｔ）多過ぎる２−Ａｊ２２Ｏ
ａ中にムライト結晶が分散Ｉ、２だ形とノより十分な強
度が得られない。逆に、ムライ１へ組成の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
がガラス相之二７１−）て生成し５、−１分な高温強度
が得られない。従って、ムライト系焼結体中のムライト
は、理論組成Ａ（１２Ｏ３／Ｓ　ｉ　Ｏ２＝　３　／　
２　（モル比）「できるだζづ近い組成である６二とが
好ましい。

このような請求項（１）のムラ、イト系涜１結体は請求
項（２）の方法により容易か−）効率的「低−７スト・
にて製造するごとができる。

以下に請求項（２）のムライト系焼結体の製造方法につ
い”ｒ説明する。

請求項（２）の方法においＣは、まず、原料辷し”ｒ精
製粘子鉱物、バイヤーアルミ六、又は珪石（シリカ）ｚ
・用い、Ａ、、Ｃ２Ｏ＊　／ｓ　ｉ　０２　ｆｉｌｌｊ
’！比がムライ１、生成範囲、好ｊ、しくはＡ立２ｏ３
／Ｓ　ｉ　０２　＝　３　／　２　（モル比）となるよ
うに調合する。この場合、特に原料どｌノ゛Ｃは精製カ
オリンとバイヤーアルミ３−１或いは、パイへ・−アル
くナヒ珪石を用いるのが好４．しい。これらの原料はそ
の所要量をボ・−・ルミル、又はアトライター等により
アルブール等を用い゛〔９０％以上が粒径５　ｌ１ｍ以
下となるようｒ　？Ｗ戒、粉砕する。次は、得られた粉
砕物に粒４’３５０　ｌ１ｍ以下、好ましくは１０μｍ
以下、特に２−１０　／Ｊ　ｍのＴｉＣを該粉砕物に対
して５−４０重量％、好まｌ−７＜は１０〜３０電員％
添加し、更にボールミル等で混合する。

得られた混合物は乾煙、解砕した後、ポリビニルアルコ
ール（ＰＶＡ）等の１１手幾質バインダーを用いて成形
する。成形は３００ｋｇｆ／Ｃｄ以］二ての加圧成形後
、１０００　ｋ　ｇ　ｆ　／　ｃ　ｍ”以上での静水圧
プレス成形による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・ブ１／又又は常圧焼結により
焼成し、ムライ１へ系焼結体を得る。９二の場合、昇温
速度は５０〜２Ｏ０　”Ｃ／　ｈ　ｒとするのが好まし
く、焼成温度は１６００℃以十、好まＬ　＜は１６００
−・１６５０℃とし、焼成時間は１時間皿上、好ましく
は１・−３時間とするのが好まし。

い。なお、ホットブ１／スを採用する場合、Ｆ王力は３
００−６００　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒｎ２程度εするのが
好ましＩＩ）。

［作用］ 一般に、精製カオリン、バイヤーアルミナ又は珪石等の
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に混合することは不可能で
あり、焼１結により拡散させるためじは長時間を必要と
する。

これに対しｒ、ムライト組成中に第２相とｔ／てＴｉＣ
粒子を５〜４０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侵れ
たムライト系焼結体が得られる。

この］’　ｉ　Ｃ添加（（“よる高温強度改善の機構の
詳細は明らかでは７７いが、ムライト結晶内又は粒界面
に取り込まれたＴｉＣ粒子がムライト中の５ｉ０７のガ
ラス相への移動をブロック１〕ているため、更には、Ｔ
　ｉ　Ｃ拉子がムラ−イト結晶粒内や結晶粒ｙＩ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。

「実施例］ 以下（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 精製したカオリヲーイ）・に組成がＡｆ１２Ｏ３／ｓ　
ｉ　０２＝３／　２　（モル比）さなるようにアルくす
を添加し、ボールミル（Ｚｒ０２ボール）にＪ：リアル
コ・−ルを用いて４８時時間式粉砕した。なお、この場
自、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６原料を９０％
以上が粒径５μｍ以下となるようじ粉砕しまた後、こね
にＴ１ｃ粉末（日本新金属社製　平均粒径３μｍ）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　ｒｎ’で成形した後、ラバープレス
により１５００ｋｇ／ｃｒｒ？で更に加圧して生形体を
得た。この生形体を焼結してムライト系焼結体を得た。

なお、焼結はホットプレスを用い、昇温速度は１５０℃
／　ｈ　ｒとし、３００　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒｎ”にて
１６００℃で１時間行なった。

得られたムライト系焼結体の緒特性を第１表に示す。

第１表 第１表より所定量のＴｉＣを添加したムライト系焼結体
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。

［発明の効果コ 以上詳述した通り、本発明のムライト系焼結体は、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
、本発明のムライト系焼結体は、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系焼結体は、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 (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＴｉＣ及びムライトよりなり、ＴｉＣ含有量がム
   ライトに対して５〜４０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系
   焼結体。
2. （２）精製粘土鉱物、バイヤーアルミナ及び珪石よりな
   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５μ
   ｍ以下となるように湿式粉砕した後、粒径５０μｍ以下
   のＴｉＣを前記調合原料に対して５〜４０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
   ライト系焼結体の製造方法。