JPH0383853A - 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】 ［ａ業上の利用分野］ 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Ａｕ２　ｏｓとＳｉＯ２からなり、化学組成
は理論的には３ＡＩ１２０３−２Ｓ　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。

ムライトセラ主ツクスはオールドセラ主ツクスに属し、
その研究の歴史は永く、原料ヒしては、アルミナ源とし
てカオリン、バイヤーアルミナ、水酸化アルミニウム、
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、ファインセラよツ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よツクス材料といわれ、ムラ
イト系セラ主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Ａｆ１２０３−５ｉＯ２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、ＴｉＮ（窒化チタ
ン）及びムライトよりなり、ＴｉＮ含有量がムライトに
対して５〜３０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 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種を主原料どして、Ａｕ２０ｓ／Ｓｉ
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ＴｉＮを前記調合
原料に対して５〜３０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３４２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
５〜３０重量％のＴｉＮを含有するものである。ＴｉＮ
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、３０１１量％を超える
とＴｉＮ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、Ｔ
ｉＮ含有量はムライトに対して５〜３０重量％とする。

特に、ＴｉＮ含有量がムライトに対して７〜１５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
るムライト系焼結体の曲げ強度が低下し、また１０μｍ
よりも小さいとＴｉＮ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１
０〜１００μｍ１好ましくは１０〜５０μｍとする。

一方、ＴｉＮ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ＴｉＮ粒子の粒径が大き過ぎるとムライト結晶粒界
にのみＴｉＮ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、ＴｉＮ粒子の
粒径は３０μｍ以下、特に１０μｍ以下、とりわけ３〜
１０ｕｍであることが好ましい。

なお、ムライト系焼結体中のムライトはその組成が理論
組成のＡ　ｊ２２０３／　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Ａｊ２２　ｏｓが理論組成よ
りも多過ぎるとＡＪ２２　Ｏｓ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５ｉＯａ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威し、十分な高
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Ａ１２０ａ／Ｓ　ｉ　０２−３／２
　（モル比）にできるだけ近い組成であることが好まし
い。

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

以下に請求項（２）のムライト系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、バイヤーアルミナ、水酸化アルミニウム又は
珪石（シリカ）を用い、Ａ　Ｉｔ　２０　ｓ　／　Ｓ　
ｉ　Ｏ２組成比がムライト生成範囲、好ましくはＡ　１
２２０３　／　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
製カオリンとバイヤーアルミナ又は水酸化アルよニウム
、或いは、バイヤーアルよす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。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ＴｉＮを
該粉砕物に対して５〜３０重量％、好ましくは７〜１５
重量％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３００ｋｇｆ／ｃｒｎ”以上での加圧成形後
、１００１００Ｏ／ａｍ”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プレス又は常圧焼結により焼成
し、ムライト系焼結体を得る。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時間とするのが好凍しい。なお、ホットプレ
スを採用する場合、圧力は３００〜８００　ｋ　ｇ　／
　ｃ　ｍ″程度するのが好ましい。

［作用］ 一般に、精製カオリン、バイヤーアルくす又は珪石等の
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相とじてＴｉＮ粒
子を５−３０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
ムライト系焼結体が得られる。

このＴｆＮ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ＴｉＮ粒子がムライト中の５ｉ０２のガラス相への移
動をブロックしているため、更には、ＴｉＮ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。

［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、比較例１ 精製したカオリナイトに組成がＡ、Ｑ２０３　／５ｉＯ
ｚ−３／２（モル比）となるようにアルよすを添加し、
ボールくル（Ｚｒ○２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＠（アトライター）を用いると１〜２時間でＩ
Ａ理することが可能である。原料を９０％以上が粒径５
μｍ以下となるように粉砕した後、これにＴｉＮ粉末（
日本新金属社製）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時間部合した。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。

混線物をプレス成形により５０ｒｎｍφＸ５ｍｍに５０
０　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ’で成形した後、ラバープレス
により１５００ｋｇ／ｅｒｒＩ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　ｒａ’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 表 第１表より所定量のＴｉＮを添加したムライト系焼結体
（より、常温から１３００℃ヒ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）ＴｉＮ及びムライトよりなり、ＴｉＮ含有量がム
   ライトに対して５〜３０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３０μｍ以下
   のＴｉＮを前記調合原料に対して５〜３０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。