JPH04364945A - 高強度多結晶焼結セラミックス積層体 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は高強度多結晶焼結セラ
ミックスに関する。

【０００２】［発明の背景］原料を高温で焼結して得ら
れる多結晶焼結体としての陶磁器品は、特有の重厚感，
美観を有するもので、従来その特性を利用して各種分野
に広く用いられている。この陶磁器品の用途として、近
時調理器の天板、例えば電気調理器や電磁調理器の天板
としての用途が考えられている。

【０００３】かかる調理器の天板として陶磁器品を用い
た場合、従来機械的で冷たい感じとなりがちであった台
所用品に温かみ，深みのある美観を持たせることができ
る他、天板上に鍋等からのこぼれものがあってもこれを
綺麗に拭き取ることができ、当初の美観をいつまでも維
持することができるといった、他の材料では得られない
幾多の利点が得られる。

【０００４】とりわけ調理器の天板をかかる陶磁器品で
構成した場合、表面に美麗な釉面を形成することができ
、天板をあたかも装飾品と同様の美しいものと成すこと
ができるとともに、釉面の平滑な表面によって天板への
こぼれものを綺麗に払拭することができる他、釉薬の種
類を変えることで天板の色調，美観を様々に変化させる
ことができるといった陶磁器特有の利点が得られる。

【０００５】しかしながら陶磁器品は本来的に靱性の乏
しい材料であり、しかもヒータによって直接加熱される
電気調理器天板や電磁誘導により鍋等を加熱する電磁調
理器の天板等の調理器天板は厚みの薄いものであり、こ
の点において以下のような解決すべき問題が存している
。

【０００６】即ちこのような多結晶焼結体から成る陶磁
器品にて天板を構成した場合、高温に加熱された天板上
に鍋等から水がこぼれおちて天板が急激に冷却されるこ
とにより天板が割れてしまわないように十分なる耐熱衝
撃性を有することが必要であることに加え、曲げ強度等
の機械的特性はもとより、天板表面に落下物があった場
合においてもその衝撃に良く耐えられるような十分なる
耐衝撃強度を有することが必要である。

【０００７】しかるに従来の陶磁器品ないしセラミック
ス品は、この点で十分信頼のおけるものが未だ提供され
ていないのが実情である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するためになされたものであり、その要旨は、少
なくとも３層の積層構造を成し、それら３層のうちの中
間層，下層が多結晶焼結セラミックスから成るとともに
該中間層の熱膨張係数が上層及び下層の熱膨張係数より
も大で且つそれらの差が化１以上となるように多結晶体
を構成することにある。

【０００９】以上のように本発明は、多結晶焼結体を少
なくとも３層の積層構造と成し、そのうち中間層の熱膨
張係数を上層，下層のそれよりも一定以上大きくしたも
のである。

【００１０】このような熱膨張係数の異なる材料を積層
した成形体を焼成炉に搬入して焼成した場合、冷却過程
で各層が収縮する際、中間層の収縮量が上層，下層のそ
れよりも大きくなる。この結果中間層には引張応力が、
上層，下層には圧縮応力が生じてそれらが残留する。

【００１１】陶磁器品の破壊は、一部に亀裂が発生して
これを起点に亀裂が進行し、全体の破壊に至るものと考
えられるが、上記積層構造体においては上層，下層に圧
縮応力が残留するため、衝撃が加わってマイクロクラッ
クが発生しても圧縮残留応力によってこれが吸収され、
亀裂進行が抑制される。この結果全体の耐衝撃強度が大
幅に高められる。

【００１２】因みに本発明を厚さ３．７ｍｍの調理器用
天板に適用したところ、中間層又は上層，下層単味で天
板を構成した場合に比べて耐衝撃強度が大幅に向上して
いることが確認された。

【００１３】但しこの効果を得るためには中間層と上層
，下層との熱膨張係数の差を化１以上とすることが必要
である。熱膨張係数の差がこれよりも小さいと耐衝撃強
度の望ましい向上効果が得られない。

【００１４】本発明においては、中間層と上層，下層と
の熱膨張係数の差を化２以下とするのが望ましい。熱膨
張係数の差がこれより大きいと焼成の際に、つまり加熱
後冷却の過程で中間層，上層，下層が収縮する際に収縮
率の差が大きくなり過ぎ、この段階で焼結体にクラック
が発生したり或いは破壊を起こしてしまうからである。

【００１５】

【化２】

【００１６】本発明によれば、耐熱衝撃性も向上するこ
とが確認されている。多結晶焼結体の耐熱衝撃性に影響
を与えるパラメータとして機械的強度が含まれており、
而して本発明に従って多結晶焼結体を構成すると耐衝撃
強度等の機械的強度が向上し、この結果耐熱衝撃性も併
せて向上するものと考えられる。

【００１７】陶磁器品など多結晶焼結体の耐衝撃強度は
当然ながらその厚みを厚くすることによっても良くなる
ものであり、従って厚みを一定以上とすることによって
も目的とする耐衝撃強度を得ることが可能である。

【００１８】しかしながら調理器用天板の場合その厚み
を一定以上に厚くすると天板としての機能が損なわれ或
いは失われてしまう。従って肉厚化によって耐衝撃性を
高めること事態困難である。それ故本発明はこのような
調理器用天板等厚みに制限のあるもの、例えば厚みが３
．０〜５．０ｍｍの薄いものに適用して特に効果が大き
い。

【００１９】また調理器用天板としての用途を考えた場
合、耐熱衝撃性も当然ながら要求されるため、上層，中
間層，下層各層の熱膨張係数自体も小さくするのが望ま
しい。この意味で各層の熱膨張係数の望ましい範囲は、
上層が化３以下，中間層が化４，下層が化３以下である
。

【００２０】

【化３】

【００２１】

【化４】

【００２２】更に厚みの比率は、中間層／上層，下層の
比率が１．０以上とするのが望ましい。この比率が１よ
り小さいと上層，下層に圧縮応力が生じたとしても積層
体全体の耐衝撃強度向上に対する寄与率が小さくなり、
結果的に積層体の耐衝撃強度が充分大きくならないから
である。

【００２３】本発明は多結晶焼結体に係るものであって
、積層成形体を高温に加熱して焼結するだけで固相拡散
による又は液相を介しての接着が進行し、積層体を容易
に得ることができる。またこのことにより、中間層と上
層，下層との組合せの自由度も高い。

【００２４】更に本発明では、３層構造部分の上層を釉
層として構成し、これを積層体の表面層と成すこともで
きる。この場合、積層体表面に焼物としての特有の様々
な美観を付与することができるとともに、表面をより平
滑に形成でき、従ってこれを調理器用天板として用いた
ときに、表面へのこぼれものがあってもこれをきれいに
拭き取ることができるとともに汚れの付着を防止でき、
当初の美観をいつまでも維持できる利点が得られる。

【００２５】

【実施例】次に本発明の特徴を更に明確にすべく、以下
にその実施例を詳述する。 ［実施例１］上層及び下層としてβ−スポジューメン析
出素地（熱膨張係数が化５，組成がＬｉ２Ｏ：Ａｌ２Ｏ
３：ＳｉＯ２＝１：１：７）を用いると共に、中間層と
してβ−スポジューメンにジルコンを添加したもの（熱
膨張係数が化６で、組成が上，下層に用いた素地にジル
コンを外割りで６０重量％添加したもの）を用い、それ
ら３層の積層成形体を１２００℃で焼成した。焼成後の
各層の厚みは、上層及び下層が共に０．５ｍｍ、中間層
が２．７ｍｍ、全体で３．７ｍｍであった。

【００２６】

【化５】

【００２７】

【化６】

【００２８】次にこの焼結体から１０ｃｍ×１０ｃｍの
サンプルを切り出し、これを落球試験に供した。ここで
落球試験は、サンプル周縁部を支持した状態でその中心
部に重さ１８５ｇの鋼球を所定高さより落下させること
により行なった。試験は１０ｃｍの高さより鋼球を落下
させ、破壊しなければ次に高さを１ｃｍ上げて再び落球
を行い、同様にして落球高さを順次に高め、サンプルが
破壊するまで行なった。この試験の結果、本例の焼結体
の場合、２５ｃｍからの落球に良く耐えることができた
。

【００２９】一方、上層及び下層に用いたβ−スポジュ
ーメン析出素地単独で厚み３．７ｍｍの焼結体を得、同
様の落球試験を行なったところ、１２ｃｍからの落球で
破壊した。

【００３０】また同じく中間層を構成しているβ−スポ
ジューメン＋ジルコン添加素地を単味で３．７ｍｍの厚
みに成形・焼成し、同様の落球試験を行なったところ、
１３ｃｍからの落球で破壊した。

【００３１】このように上下層に対して中間層の熱膨張
係数を大きくするこで焼結体表面に圧縮応力を残留させ
ることにより、耐衝撃強度を大きく向上させることがで
きた。

【００３２】尚１０ｃｍ×１０ｃｍのサンプルを所定温
度の加熱炉内に入れて３０分間保持した後、直ちに大量
の水（水道水）中に投入してクラックの発生をみる耐熱
衝撃試験を行ったところ、上記３層の積層構造体の場合
、６５０℃まで耐えることができた。

【００３３】一方上，下層及び中間層を形成している素
地単味にて同様の試験を行ったところ、β−スポジュ−
メン析出素地については６００℃までしか耐えることが
できず、またβ−スポジュ−メン＋ジルコン添加素地に
ついては４５０℃までしか耐えることができなかった。

【００３４】［実施例２］コーディエライト素地（熱膨
張係数が化７）を用いて上層，下層を形成し、コーディ
エライト＋ムライト素地（熱膨張係数が化８，組成がコ
ーディエライト：ムライト＝８：２）にて中間層を形成
した。１２５０℃での焼成後の各層の厚みは上層，下層
が共に０．４ｍｍで中間層が２．９ｍｍであった。

【００３５】

【化７】

【００３６】

【化８】

【００３７】この焼結体から実施例１と同様の大きさの
サンプルを切り出し、落球試験に供した。この結果本例
の焼結体の場合、２７ｃｍからの落球に耐えることがで
きた。

【００３８】一方これと併せて上，下層又は中間層を構
成している素地単味でそれぞれ厚さ３．７ｍｍの焼結体
を得、同様に落球試験したところ、上，下層の素地単味
の場合１４ｃｍからの落球で、また中間層の素地単味の
場合１６ｃｍからの落球でそれぞれ破壊した。

【００３９】［実施例３］実施例２と同様のコーディエ
ライト素地にて上下層を形成する一方、ジルコン素地（
熱膨張係数が化９）にて中間層を形成した。１３００℃
での焼成後の各層の厚みは上層，下層が共に０．５ｍｍ
で中間層の厚みが２．７ｍｍであった。

【００４０】

【化９】

【００４１】この焼結体より実施例１と同様の大きさの
サンプルを切り出し、これを落球試験に供したところ、
３０ｃｍからの落球に良く耐えることができた。

【００４２】一方中間層を形成しているジルコン素地単
味にて厚み３．７ｍｍの焼結体を得、これを落球試験し
たところ、１７ｃｍからの落球で破壊した。

【００４３】［実施例４］β−スポジューメン析出素地
（熱膨張係数が化５，組成がＬｉ２Ｏ：Ａｌ２Ｏ３：Ｓ
ｉＯ２＝１：１：７）にて下層を形成すると共に、β−
スポジューメン＋ジルコン添加素地（熱膨張係数が化６
，組成が下層に用いたβ−スポジューメン析出素地にジ
ルコンを外割りで６０重量％添加したもの）にて中間層
を形成し、その成形体を９００℃にて仮焼した。

【００４４】仮焼後表面に釉薬（熱膨張係数が化１０，
組成がＬｉ２Ｏ：Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２：Ｚｎ＝７４：
１６：５：５）を施して１２００℃で焼成した。焼結体
の各層の厚みは、上層（釉層）が０．５ｍｍ、中間層が
２．７ｍｍ、下層が０．５ｍｍであった。

【００４５】

【化１０】

【００４６】この焼結体より実施例１と同様の大きさの
サンプルを切り出して落球試験したところ、２３ｃｍか
らの落球に良く耐えることができた。

【００４７】尚、上記の実施例１，２，３の積層体表面
に実施例４の釉薬を施した場合においても同様の効果が
得られた。

【００４８】以上本発明の実施例を詳述したが、これは
あくまで一例示であり、本発明は前述したように電気調
理器，電磁調理器用天板等の厚さの薄いものに適用して
効果が大きいが、その他の用途のものに適用することも
可能である等、その主旨を逸脱しない範囲において、当
業者の知識に基づき様々な変形を加えた形態で構成可能
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　少なくとも３層の積層構造を成し、そ
   れら３層のうちの中間層，下層が多結晶焼結セラミック
   スから成るとともに該中間層の熱膨張係数が上層及び下
   層の熱膨張係数よりも大で且つそれらの差が下記の式化
   １以上であることを特徴とする高強度多結晶焼結セラミ
   ックス積層体。 【化１】