JPH04187559A

JPH04187559A - マグネシア系積層焼結体及びその製造方法

Info

Publication number: JPH04187559A
Application number: JP2316016A
Authority: JP
Inventors: Akio Nishida; 明生西田; Masashi Fukuda; 真史福田
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1992-07-06

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）本発明は繊密で機械的特性の優れたマグネシア系積層焼
結体及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発
明は、緻密であり、機械的強度、破壊靭性、耐熱衝撃性
に優れ、電子セラミックス焼成用磁器、β−アルミナ焼
成用ルッホ、金属溶解用ルツボなどの耐熱耐蝕材料とし
て好適に使用することのできるマグネシア系積層焼結体
及びその製造方法に関する。

（従来の技術及びその問題点）マグネシアは融点か２８００°Ｃと高く、アルカリ金属
、酸化鉛、塩基性スラグに対する耐蝕性に優れているた
め、ルツボや耐火レンガなどに使用されている。しかし
、マグネシアは機械的強度、破壊靭性、耐熱衝撃性に劣
るため、昇温、降温の繰り返しにより、クラックか発生
したり、スポーリングを起こしたりする問題かあり、さ
らに荷重のかかる場所での使用も限定されている。

一方、粒子分散型マグネシア焼結体は、機械的強度、破
壊靭性、耐熱衝撃性なとの機械的性質は改善されている
ものの、分散粒子が存在するため、高純度マグネシア焼
結体に比べると耐蝕性に化１問題かあった。

そこで、単一材料では得られない機能を持たせるだめに
積層型の複合材料とする方法か考えられる。この積層型
複合材料を作製する場合、材料間に熱膨張係数、の違い
があると、層間ての剥離やクラックの発生かあるので、
熱膨張を調整するための中間層か必要になる。また、焼
結の際の熱収縮挙動に違いがあると、焼結中に層間゛で
の剥離やクラックか生じるので、熱収縮挙動の同じ原料
粉末を使用するか又はホットプレスによる焼結が必要で
あった。このため、マグネシア焼結体と他の機械的性質
に優れたセラミックスとの積層セラミックスを作製する
のは困難てあった。

（問題点を解決するための技術的手段）本発明の目的は
、前記問題点を解決し、耐蝕性及び機械的性質が共に優
れたマグネシア系積層焼結体及びその製造方法を提供す
ることにある。

積層セラミックスの性質は積層する材料の焼結挙動の違
い、積層材料の熱膨張率の差、積層方法などに影響され
る。本発明者らはこれらの要因を精密に制御することに
より、耐蝕性及び機械的性質か共に優れたマグネシア系
積層焼結体及びその製造方法を見出し、本発明に到った
。

即ち、本発明は、純度９９，９％以上、気孔率２％以下
のマグネシア焼結体層と、平均粒径２ｏμｍ以下のマグ
ネシア粒子７０．０〜９９．９重量％及び平均粒径１．
２μｍ以下の酸化物粒子（マグネシア粒子を除く。）０
．１〜３０．０重量％からなるマグネシア焼結体てあっ
て、マグネシア粒子からなるマトリックス中で酸化物粒
子の６０重量％以上か粒界に分散して存在している微構
造を有し、気孔率か２％以下である粒子分散型マグネシ
ア焼結体層とからなるマグネシア系積層焼結体及びその
製造方法に関する。

以下の記載において、マグネシアを除く酸化物を単に「
酸化物」と言う。

本発明のマグネシア系積層焼結体においては、マグネシ
ア焼結体層か耐蝕材料として働き、粒子分散型マグネシ
ア焼結体層か構造材料として働くことにより、耐蝕性及
び機械的性質が共に優れたものとなる。

本発明におけるマグネシア焼結体層は、純度９９．９％
以上、気孔率２％以下である。純度か９９゜９％未満で
気孔率か２％を越えると、アルカリ金属、酸化鉛、塩基
性スラグなどに対する耐蝕性か慝くなる。

本発明における粒子分散型マグネシア焼結体層は、平均
粒径２０μｍ以下のマグネシア粒子７０゜０〜９９．９
重量％及び平均粒径１．２μｍ以下の酸化物粒子０．１
〜３０．０重量％からなるマグネシア焼結体てあって、
マグネシア粒子からなるマトリックス中で酸化物粒子の
６０重量％以上か粒界に分散して存在している微構造を
有し、気孔率か２％以下である。

焼結体の機械的強度は粒径及び気孔率が小さいはと増大
するか、本発明の粒子分散型マグネシア焼結体層は、マ
トリックスであるマグネシアの平均粒径か２０μｍ以下
であり、気孔率か２％以下であるため、優れた機械的強
度を発現する。

粒子分散型マグネシア焼結体層は、マトリックスである
マグネシアの粒界に酸化物粒子の６０重量％以上が存在
するため、マトリックスの粒界を進んでくるクラックの
進展を阻止したり、迂回させたりする効果か大きく、破
壊靭性値か大きくなる。特に、酸化物粒子の全てか粒界
に分散して存在することか望ましいか、残部かマグネシ
ア粒子内に分散して存在してもよい。

酸化物粒子としては、立方晶ジルコニア、正方晶ジルコ
ニア、又はイツトリア、セリア、酸化イッテリピウム、
酸化エリビウム等の希土類元素の酸化物か好ましい。

酸化物粒子の平均粒径は１．２μｍ以下である。

１．２μｍを越えると、マトリックスと分散粒子の間の
熱膨張率の差により生しる熱応力によって、マトリック
スにクラックが発生し、強度、耐熱衝撃性が悪くなる。

本発明のマグネシア系積層焼結体は、純度９９゜９％以
上、平均粒径１μｍ以下のマグネシア微粉末の成形体層
と、純度９９．９％以上、平均粒径１μｍ以下のマグネ
シア微粉末７０．０〜９９，０重量％及び純度９９．９
％以上、平均粒径１μｍ以下の酸化物微粉末０．１〜３
０，０重量％からなる成形体層とから形成されており、
かつ両成形体層の密度差か３９４１′）、下であるマグ
ネノア系積層成形体を酸化性雰囲気下で焼結することに
より得られる。

また、前記マグネシア系積層成形体は、純度９９．９％
以上、平均粒径１μｍ以下のマグネシア微粉末７０．０
〜９９，０重量％及び純度９９，９％以上、平均粒径１
μｍ以下の酸化物微粉末０．１〜３０．０重量％からな
る泥漿を調製し、これを鋳込み成形し、排泥後、さらに
純度９９，９％以上、平均粒径１μｍ以下のマグネシア
微粉末の泥漿を鋳込み成形することにより得られる。

本発明で用いられるマグネシア微粉末は、特開平］−２
８２１４６号公報に記載の方法に従って調製することが
好ましい。前記公報によれは、マクネシウム蒸気をノズ
ルから酸素含有雰囲気中に噴出し、長さ１０ｃｒｎ以上
の層流拡散火炎を形成させ、該火炎中てマク不シウム蒸
気を酸化させることにより、粒径０，１〜１．０μｍの
立方体状の一次粒子を３０〜８０重量％含み、残部か粒
径０．１μｍ以下の等軸状の一次粒子からなる純度９９
．９９６以上のマグネシア微粉末か得られる。前記公報
の記載は本発明の一部として参照される。

本発明で使用されるマグネシア微粉末及び酸化物微粉末
は、共に、純度か９９．９％以上であることか必要であ
る。両粉末の純度か上記下限より低いと、混合粉末の焼
結時に粒成長か進み、得られる焼結体の機械的強度か低
下する。

マグネシア微粉末と酸化物微粉末との合計量に対する酸
化物微粉末の割合は０．１〜３０．０重量％である。本
発明において、酸化物は、マグネシアの粒成長を抑制す
る効果を有するか、酸化物微粉末の配合割合が０．１重
量％未満であると、マグネシアの粒成長を抑制する効果
か小さく、平均粒径２０μｍ以下のマグネシア粒子から
なるマトリックスか得られない。また、酸化物微粉末の
配合割合か３０．０重量％を超えると、マグネシア成形
体層と、マグネシア微粉末と酸化物微粉末の混合粉末の
成形体層との焼結挙動に違いか生じ、さらに焼結体層と
粒子分散型マグネシア焼結体層との熱膨張率の差か大き
くなり、層間て剥離やクラックか発生する。

マグネシア微粉末の成形体層と、マグネシア微粉末と酸
化物微粉末の混合粉末の成形体層との密度差は３％以下
である。密度差か３％を越えると、焼結時の熱収縮率に
違いか生じ、層間て剥離やクラックか発生する。

泥漿を調整する方法としては、特に制限はないか、例え
ば、分散剤を添加した溶媒中にマグネシア微粉末又はマ
グネシア微粉末と酸化物微粉末の混合粉末を加え、ボー
ルミルによって混合・解砕する方法を採用することかで
きる。

得られたそれぞれの泥漿を脱泡した後、先ずマグネシア
微粉末と酸化＠微粉末の混合粉末の泥漿を所定の石膏型
を用いて鋳込み成形した後、排泥し、１〜５分間着肉体
を乾燥させる。次にマグネノア微粉末の泥漿を鋳込み成
形することにより、任意の形状のマグネシア系積層成形
体とすることかできる。

得られた成形体を酸化性雰囲気下に焼結することによっ
て、マグネシア系積層焼結体か得られる。

焼結は空気中て１３００〜１８００°Ｃの温度で行うこ
とか好ましい。

（実施例）以下に実施例及び比較例を示し、本発明をさらに具体的
に説明する。

′実施例１マグネシア粉末（高純度超微粉単結晶マグネシア２００
０Ａ；宇部興産＠）製）１００重量部に、エタノール４
５重量部及び分散剤を加え、４８時間ボールミルして泥
漿ｌを調製した。

次に、マグネシア粉末９０重量部とジルコニア粉末（Ｔ
Ｚ−０；東ソー＠）製）１０重量部の混合粉末に、エタ
ノール４５重量部及び分散剤を加え、４８時間ボールミ
ルして泥漿２を調製した。

これら泥漿を脱泡した後、１５０φＸ７０ｈｍｍの円筒
ルツボ状の石膏型に泥漿２を鋳込み成形し、着肉量か２
ｍになってから排泥し、２分間乾燥した。引き続き、泥
漿２の着肉体の中に泥漿１を流し込み、着肉量が２ｍに
なってから排泥し、乾燥してマグネシア系積層成形体を
得た。

得られた成形体を常圧大気下において１６５０°Ｃて４
時間焼成し、マグネシア系積層焼結体を得た。

得られたマグネシア系積層焼結体のマグネシア焼結体層
は純度９９．９％、密度９９．０％であり、粒子分散型
マグネシア焼結体層は密度９９．５％、マグネシアの平
均粒径５μｍ、立方晶ジルコニアの平均粒径１μｍてあ
った。

実施例２実施例１において、焼結条件を１３５０°Ｃ１２４時間
としたほかは実施例１と同様にしてマグネシア系積層成
形体及び焼結体を製造した。

得られたマグネシア系積層焼結体のマグネシア焼結体層
は純度９９．９％、密度９８．０％であり、粒子分散型
マグネシア焼結体層は密度９８．５％、マグネシアの平
均粒径４μｍ１正方晶ジルコニアの平均粒径０．８μｍ
であった。

実施例３実施例１において、ジルコニア粉末をイツトリア微粉末
（信越化学■製）としたほかは実施例１と同様にしてマ
グネシア系積層成形体及び焼結体を製造した。

得られたマグネシア系積層焼結体のマグネシア焼結体層
は純度９９．９％、密度９９．２　％であり、粒子分散
型マグネシア焼結体層は密度９９．７％、マグネシアの
平均粒径５μｍ１イツトリアの平均粒径０．８μｍであ
った。

比較例１実施例１において、マグネシア粉末９０重量部とジルコ
ニア粉末１０重量部の混合粉末をアルミナ微粉末（ＡＫ
Ｐ−３０、住人化学■製）としたほかは実施例１と同様
にしてマグネシア系積層成形体及び焼結体を製造した。

得られたマグネシア系積層焼結体は、マグネシア焼結体
層とアルミナ焼結体層との層間て剥離とクラックか発生
していた。

特許出願人　　宇部興産株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）純度９９．９％以上、気孔率２％以下のマグネシ
ア焼結体層と、平均粒径２０μｍ以下のマグネシア粒子
７０．０〜９９．９重量％及び平均粒径１．２μｍ以下
の酸化物粒子（マグネシア粒子を除く。）０．１〜３０．０重量％からなるマグネシア焼結体で
あって、マグネシア粒子からなるマトリックス中で酸化
物粒子の６０重量％以上か粒界に分散して存在している
微構造を有し、気孔率が２％以下である粒子分散型マグ
ネシア焼結体層とからなるマグネシア系積層焼結体。
（２）純度９９．９％以上、平均粒径１μｍ以下のマグ
ネシア微粉末の成形体層と、純度９９．９％以上、平均
粒径１μｍ以下のマグネシア微粉末７０．０〜９９．０
重量％及び純度９９．９％以上、平均粒径１μｍ以下の
酸化物微粉末（マグネシア微粉末を除く。）０．１〜３
０．０重量％からなる成形体層とから形成されており、
かつ両成形体層の密度差が３％以下であるマグネシア系
積層成形体。
（３）純度９９．９％以上、平均粒径１μｍ以下のマグ
ネシア微粉末７０．０〜９９．０重量％及び純度９９．
９％以上、平均粒径１μｍ以下の酸化物微粉末（マグネ
シア微粉末を除く。）０．１〜３０．０重量％からなる
泥漿を調製し、これを鋳込み成形し、排泥後、さらに純
度９９．９％以上、平均粒径１μｍ以下のマグネシア微
粉末の泥漿を鋳込み成形することを特徴とする特許請求
の範囲第２項記載のマグネシア系積層成形体の製造方法
。
（４）特許請求の範囲第２項記載のマグネシア系積層成
形体を酸化性雰囲気下で焼結することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載のマグネシア系積層焼結体の製造
方法。