JPH04160076A

JPH04160076A - 発泡構造焼結体及びその製造方法

Info

Publication number: JPH04160076A
Application number: JP28445090A
Authority: JP
Inventors: Masachika Yaguchi; 正親矢口; Tetsuya Hayashi; 哲也林
Original assignee: Kasei Optonix Ltd
Current assignee: Kasei Optonix Ltd
Priority date: 1990-10-24
Filing date: 1990-10-24
Publication date: 1992-06-03

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、高温下の化学的安定性及び耐スポーリング性
に優れ、機械的強度の大きな発泡構造焼結体、及び、そ
の製造方法に関し、該焼結体は、耐熱容器、熱電対等の
保護管、合板、直方体、その他部状体、棒状体等の製造
に適したものである。

（従来の技術）従来、多孔質煉瓦等の焼結体全体を均一な発泡構造とし
て耐スポーリング性を向上させることも知られているが
、全体が多孔質構造であるため、強度が低く、ハンドリ
ング中に割れや欠けを発生し易く、また、耐熱容器に使
用するときには容器内面の気孔中に粉体が入り、該粉体
の除去が非常に困難であるという問題があった。

また、焼成用容器としては、アルミナや石英製のルツボ
、トレイが主に使用されているが、従来のアルミナ製容
器は、耐熱衝撃性に劣り、また、石英製容器は、１００
０℃以上で結晶化して強度が低下するため、耐久性に欠
けるものであった。

一方、特開平１−２５７１６９号公報には、機械的強度
及び耐熱衝撃性に優れ、耐スポーリング性を有する多孔
質炭化ケイ素等の基材表面にアルミナ層を形成したセラ
ミック焼成用容器が記載されている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、」−記アルミナ表面層を有するセラミ。

り焼成用容器は、基材と表面層との熱膨張係数の違いと
界面のなじみの問題があり、さらに、該容器の製造は、
多孔質基材の製造工程及び表面層の形成工程を必須とす
るため繁雑であった。

そこで、本発明では、上記の問題点を解消し、同一原料
により多孔質層と、さらにその表面に無孔層とを連続す
る工程で作成することができ、高温下の化学的安定性及
び耐スポーリング性に優れ、機械的強度の大きな発泡構
造焼結体、及び、その製造方法を提供しようとするもの
である。

（課題を解決するための手段）本発明は、発泡層を有する焼結体において、焼結体の厚
み方向に対し、発泡層の気孔の最大径を連続的、若しく
は段階的に減少させて表面に無孔層を形成し、必要に応
じて、該発泡層を２層以上備えた発泡構造焼結体、及び
、発泡剤を含有する原料分散液を多孔質の鋳型に注入し
て発泡層を有する成形体を形成し、必要に応じて、該原
料分散液の撹拌の程度を変化させることにより、発泡の
最大径を調節し、また、余剰の原料分散液を排出した後
、発泡剤を含有しない原料分散液を注入して無孔層を形
成し、乾燥した後、鋳型から取り出して焼成することを
特徴とする発泡構造焼結体の製造方法である。

本発明で使用する原料分散液は、酸化物であるアルミナ
、ジルコニア、ムライト、コージライト、シリカ等、並
びに、非酸化物である窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ア
ルミニウム、カーボン等、の無機系粉末に分散剤、溶媒
を加えてボールミル等により十分に混合することにより
調整される。

また、本発明で使用する発泡剤としては、両性、カチオ
ン性、アニオン性、ノニオン性の各種界面活性剤、具体
的には、カプリン酸塩、ラウリン酸塩、ミリスチン酸塩
、パルミチン酸塩、ステアリン酸ｔｌｉ、ｔレイン酸塩
等のアル牛ル酸塩；テシルサルフエート、ドデシルサル
フェート、テトラデシルサルフエート、ヘキサデシルサ
ルフェート、オクタデシルサルフェート等のアルキルサ
ルフェート：　ドデシルサルフェート塩、テトラデシル
サルフェート塩、ヘキサデシルサルフェート塩、オクタ
デシルサルフェート塩、オレイルサルフェート塩、エラ
イジルサルフェート塩等のアルキルサルフェート塩、さ
らに、天然発泡剤であるサポニンなどを挙げることがで
きる。

原料分散液中の気泡の大きさは、発泡剤の種類と添加量
により決まり、また、撹拌速度を調節することにより、
成形体中に取り込まれる気泡の大きさを制御することが
できる。発泡剤の添加量は、無機系粉末に対して０．０
０５〜５重量％、好ましくは、０．０１〜１重量％であ
る。

また、発泡層を形成するための原料分散液に有機系のバ
インダーを配合することにより、気泡を安定化すること
ができ、成形体の強度を向上させるために盲動である。

本発明で使用することができる水溶性バインダーとして
は、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、カルボ
キ／メチルセルロース、ヒドロキノエチルセルロース、
Ｒ粉７ｐを挙げることができ、非水溶性バインダーとし
ては、アクリル樹脂、ブチラール樹脂、アルキレ。

ド樹脂、ス゛チレン樹脂、ビニル樹脂、エポキシ樹脂等
を挙げることができる。バインダーの添加量は、無機系
粉末に対して０．０５〜５重量％、好ましくは０．１〜
３重量％である。

上記の原料分散液は、石膏、ポーラス樹脂等で作った多
孔質面を少なくとも一部に備えた鋳型に注入し、必要に
応じて、該分散液を撹拌し、分散液中の溶媒を鋳型の細
孔に吸収させて分散液中の固形分を鋳型の表面に配向さ
せ、一定時間後に余剰の分散液を排出し、成形体を乾燥
して焼成する。

円筒容器を作製するときには、収縮率を考慮して大きめ
の全面多孔質の円筒形鋳型を使用する。

鋳型から取り出す成形体が発泡構造であるために収縮率
が小さく、鋳込成形直後に鋳型からの型離れが悪いので
、鋳型を割り型とすることが好ましい。また、平板を作
製するときには、底板を多孔質面とした鋳型を使用する
ことができる。さらに、焼成前の成形体は切断が容易で
あるところから、予め必要な部分を切り出して焼成する
こともできる。

このように焼成された発泡構造焼結体は、発泡層の平均
気孔率が５０％以下、特に５〜３０％の範囲、発泡層の
厚みが５００μｍ以上、発泡層の最大気孔の直径が２０
μｍ以上、特に２０〜１０００μｍの範囲であることが
好ましい。

（作用）発泡剤を添加した無機系粉末分散液は、発泡剤の種類と
添加量により分散液中の気泡の大きさを調節することが
できる。鋳型に注入した分散液は、鋳型の多孔質面から
水分が吸収され、それにつれて分散液中の無機系粉末が
多孔質面に着肉し、その際に分散液中の気泡が取り込ま
れる。

一方、気泡は、浮力により分散液から徐々に抜ける。大
きな気泡はど速く抜けるので、時間の経過とともに、分
散液中の気泡は小さなものが中心になる。即ち、時間の
経過とともに、大きな気泡の含有率が低下し、小さな気
泡が主体となる。従って、多孔質面への当初の着肉に際
しては、大きな気泡も取り込むが、時間の経過とともに
、取り込まれる気泡の最大径は小さくなり、その数も少
なくなる。この゛ようにして、成形体の厚み方向に対し
て気孔の最大径を見掛は上減少させることができる。

そして、直径の減少の先には無孔層が形成されるが、余
剰の原料分散液を一旦排出した後、発泡剤を含有しない
原料分散液を注入して所定の厚さの無孔層を形成するこ
ともできる。

なお、発泡剤を含有する原料分散液を鋳型に注入した後
、撹拌を続けると気泡の抜けが抑制されるため、大きな
気泡をより多く着肉内に取り込むことができるので、撹
拌速度の調節によっても気泡の最大径若しくは気泡の取
り込み量を制御することができる。

このように鋳型内に所定の着肉を形成した後余剰の原料
分散液を排出し、乾燥して成形体を得る。

この成形体から不要な部分を取り除いた後、焼成して発
泡構造焼結体を得ることができる。

第１図〜第３図は、このように製造される焼結体の代表
例の断面構造を示した図である。図中、焼結体の下面が
鋳型の多孔質面である。

第１図は、発泡層の気孔の最大径を連続的に減少させ、
上方に無孔層を形成したものである。

第２図は、発泡層の気孔の最大径を段階的に減少させ、
上方に無孔層を形成したものであり、発泡剤の種類又は
添加量を減少させた原料分散液を複数用意して、鋳込成
形を繰返すことにより製造することができる。

第３図は、連続的に気孔径を減少させた発泡層を２３ｉ
ｉ形成したものである。

なお、鋳型面に無孔層を形成する代わりに、鋳型表面に
高分子膜を予め形成した後、上記の発泡層を形成するこ
とにより、平滑な鋳型面を有する焼結体を製造すること
もできる。しかし、原料分散液の溶媒が多孔質鋳型に吸
収するのを高分子膜が妨げるので、鋳込み時間が長くな
る。

このようにして得た焼結体は、一方の表面に円滑な無孔
層を有するため、気孔内に粉末等を取り込むこともなく
、容器内面として有効であるとともに、発泡層により熱
衝撃を緩衝する機能を有し、かつ、発泡層と無孔層との
間に実質的な界面がないため、界面１こ応力集中等の不
都合が生じない。

また、この焼結体は、その製造をほぼ連続的に行うこと
ができるので、高い生産性を有する。

（実施例）無機系粉体としてアルミナ（アルコア社製、Ａ−１６−
３Ｇ）を３００ｇ、分散剤としてポリアクリル酸アンモ
ニウム塩をアルミナに対して１．０ｗｔ％添加してボー
ルミルで２４時間混合分散させてストリップを作製した
。このストリップに、発泡剤として高級アルコールエト
キシサルフェートソータ塩（春光油脂社製）をアルミナ
に対して０．５＊ｔ％、バインダーとしてポリビニルア
ルコールを０．５ｗｔ％シテ発泡ストリップを調製した
。

まず、内径５０１１高さ５０−■で肉厚Ｉｏｍｓの円筒
容器の石膏鋳型に、上記発泡ストリップを注入して２０
分間放置した後、余剰のストリップを排出し、２４時間
自然乾燥し、その後、成形体を鋳型から取り出した。こ
の成形体を大気雰囲気の下で１６００°Ｃで８時間焼成
して、第１図の断面構造を有する円筒容器の焼結体を得
た。得られた焼結体は、直径４５ｍｍで肉厚３■の円筒
容器であり、鋳型面近くの最大気孔直径は０．５ｍｍで
あり、発泡層の厚さは２■１であった。この容器を加熱
後、室温に取り出してクラックの有無を調べるスポーリ
ングテストを行ったところ、１２００℃まで加熱後、室
温で取り出してもクラックは発生せず、耐久性があるこ
とが分かった。

また、上記円筒容器の石膏鋳型に、上記発泡ストリップ
を注入して２０分間放置した後、該ストリップを排出し
、さらに、上記発泡ストリップを注入して２０分間放置
してストリップを排出し、２４時間自然乾燥し、その後
、成形体を鋳型から取り出した。この成形体を大気雰囲
気の下で１６００℃で８時間焼成して、第３図の断面構
造を有する円筒容器の焼結体を得た。得られた焼結体は
、直径４５ｍ５で肉厚７■の円筒容器であり、鋳型面近
くの最大気孔直径は０．８１４であり、発泡層の厚さは
４■であった。この容器を加熱後、室温に取り出してク
ラックの有無を調べるスポーリングテストを行ったとこ
ろ、７００℃まで加熱してもクラックは発生せず、耐久
性があることが分かった。

なお、比較のために、発泡剤を添加していない上記スト
ＩＪツブを上記の石膏鋳型に注入し、３０分後にストリ
ップを排出し、上記と同様に乾燥・焼成して発泡層を有
しない円筒容器を得た。得られた焼結体は、直径４３−
１で肉厚５１関の円筒容器であり、この容器を２５０℃
に加熱後、室温に取り出してクラックが発生し、耐スポ
ーリング性が悪いことが分かった。

（発明の効果）本発明は、上記の構成を採用することにより、高温下の
化学的安定性及び耐スポーリング性に優れ、機械的強度
の大きな発泡構造焼結体を効率的に製造することができ
るようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の具体例である焼結体第１図第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）発泡層を有する焼結体において、該焼結体の厚み
方向に対し、発泡層の気孔の最大径を減少させ、その先
の表面に無孔層を有することを特徴とする発泡構造焼結
体。
（２）気孔の最大径を連続的に変化させた発泡層を有す
ることを特徴とする請求項（１）記載の発泡構造焼結体
。
（３）気孔の最大径を段階的に変化させた発泡層を有す
ることを特徴とする請求項（１）記載の発泡構造焼結体
。
（４）気孔の最大径を連続的に変化させた発泡層を２層
以上有することを特徴とする請求項（２）記載の発泡構
造焼結体。
（５）上記発泡層の平均気孔率が５０％以下、発泡層の
厚みが５００μｍ以上、発泡層の最大気孔の直径が２０
μｍ以上であることを特徴とする請求項（１）〜（４）
のいずれか１つに記載の発泡構造焼結体。
（６）発泡剤を含有する原料分散液を鋳型に注入して発
泡層を有する成形体を形成し、該成形体を焼成すること
を特徴とする発泡構造焼結体の製造方法。
（７）原料分散液にバインダーを配合することを特徴と
する請求項（６）記載の発泡構造焼結体の製造方法。
（８）鋳込成形工程で、原料分散液の撹拌速度を調節し
て成形体中の気泡の最大径を制御することを特徴とする
請求項（６）又は（７）記載の発泡構造焼結体の製造方
法。
（９）発泡剤を含有する原料分散液を鋳型に注入して発
泡層を有する成形体を形成し、余剰原料分散液を排出し
た後、発泡剤を含有しない原料分散液を注入して無孔層
を形成し、焼成することを特徴とする請求項（６）又は
（７）又は（８）記載の発泡構造焼結体の製造方法。