JPH0459676A

JPH0459676A - ポーラスセラミック部材

Info

Publication number: JPH0459676A
Application number: JP17014390A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Niwa; 丹羽　茂樹; Tsutomu Iwazawa; 力岩澤; Kunio Hayamizu; 速水　邦夫; Hideaki Kato; 英明加藤; Norio Kondo; 憲生近藤
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1992-02-26
Anticipated expiration: 2014-04-05
Also published as: JP2878406B2

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】産業上の利用分野この発明は、多孔質耐火物やフィルタ等のポーラスセラ
ミック部材に関する。

従来の技術この種のポーラスセラミック部材の一例として、溶融金
属をいれる取鍋等の底に取り付けるポーラスプラグをあ
げることができる。

ポーラスプラグとは、溶融金属をいれる取鍋の底に取り
付けたのち、これを通してガスを噴射させることにより
、取鍋内に受鋼した溶融金属中の例えば非金属介在物の
浮上促進、添加物の攪拌、分散、反応速度の促進、温度
調整等を行うことを目的として使用される通気性を持っ
た多孔質の耐火レンガである。実公昭５４−３０３３９
号公報を参照。

従来のポーラス耐火物は、先ず粗粒を配してガスの通る
粒間を確保しておき、粒間の接触面不足に起因する強度
の低下を、数μｍオーダーのガラス微粉を使用してガラ
ス相ボンドにして補う手法を用い、各種粒径のセラミッ
ク粒子を互いに結合させてポーラスに形成していた。た
とえば粒径１〜１μｍの各種セラミック粒子を結合させ
たポーラス耐火物が知られている。

第１図は従来のポーラス耐火物における全セラミック粒
子の粒度分布と累積体積（％）の関係及び粒度分布と気
孔率（％）の関係を示している。

第１図の従来例においては、全セラミック粒子が粒径１
μｍ〜１０００μｍの範囲に分布しているが、粒径２０
μｍ〜１００μｍの範囲の粒度はほとんど配合されてお
らず、粒度分布にムラがある。つまり、不連続な粒度分
布になっている。具体的にいえば、粒径２０μｍ〜７０
μｍの範囲ではセラミック粒子がほぼ皆無てあり、粒径
２００μｍ〜５００μｍの範囲では、セラミック粒子が
急激に増加していることがわかる。

第２図は第１図の従来例を示す説明図である。第１図と
第２図から理解されるように、不連続な粒度分布である
と、気孔径にバラツキが生じる。気孔径１μｍ〜１００
μｍの範囲では気孔率が約３０％から約８％まで穏やか
な曲線を描いて減少していき、気孔径１００μｍ以上で
は約７％の気孔率が維持されている。

発明が解決しようとする課題従来例では、第１図に示すように、全体の気孔径分布が
ブロードで、通気にほとんど寄与しないと考えられる数
μｍの細気孔から、３００μｍ以上の大気孔まで広範囲
に分布している。

このようなものをポーラスプラグに使用した場合、大気
孔に溶鋼の浸潤が生じ、パブリング不能を起こす問題が
生じる。また、タンデイシュで用いられる上ノズルでは
、Ａｒガスの気泡径が大き過ぎると、浸漬ノズル内の洗
浄効果が十分に得られず、また泡径が小さ過ぎると、凝
固シェルにトラップされることに起因するピンホール欠
陥を生ずる問題が起きる。

このため、気孔径を検討することによって上記の問題点
を解決しようとする試みがなされ、粒度構成や粒径の調
整により気孔径の微細化や均一化が図られているが、十
分とはいえない。

また、特別な粒子（たとえば実公昭５４〜３０３３９号
公報に示されているような球形粒子）を使用したり、５
ｉ０２などの微粉原料を使用したり、成形圧を高くした
りしなければならない。

しかし、球形粒子の使用はコスト高を招き、５ｉ０２微
、粉末の使用は耐食性を低下させ、成形圧の増加は骨材
を破壊させる問題点がある。

本発明は、前述のような問題点を解消するために、気孔
径の均一化や気孔径分布の任意な設定か可能で、要求さ
れる機能に即した気孔径の設計ができるポーラスセラミ
ック部材を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段本発明は、複数の粒度分布からなる各種粒径のセラミッ
ク粒子を互いに結合させたポーラスセラミック部材にお
いて、各粒度分布の粒径範囲を最大粒径より順に２の平
方根（Ｊ７）で除していって区分けした場合に、最大粒
径より連続した１５種以下の粒度分布の粒径範囲に全セ
ラミック粒子の９０重量％以上が含まれ、かつ、その１
５種以下の粒度分布の粒径範囲において互いに隣り合う
粒度分布の粒径範囲に含まれるセラミック粒子の体積比
が大きい方の粒径範囲の体積％をそのすぐ下の小さい方
の粒径範囲の体積％て除した値で必ず０．５〜１．８に
なるように調整した連続粒度分布系としたことを特徴と
するポーラスセラミック部材である。

作用最小粒径から最大粒径までの粒度分布のほぼ全体にわた
って各種粒径の分布に実質的にムラがな（、連続粒度分
布になり、高い強度が得やすい。

また、気孔径が均一になりやすく、かつ、気孔径をほぼ
任意に設定しやすい。

実施例異なる範囲に、従来品に比べて均一な気孔径を得ること
を目的として、本発明による３つの例を作った。つまり
、表１、表２及び表３に示す粒度配合でセラミック粒子
をサンドミキサーによって混合した後、成形し、５Ｋ３
０で焼成してポーラスプラグを作った。いずれの例も、
アルミナ粉とムライト粉は、それぞれ約７２重量％と２
８重量％てあった。

表４は参考例として従来品の数値を示している。

表１〜４について説明すると、最大粒径より連続した複
数の粒径範囲を区分けしている。

つまり、最大粒径より順に２の平方根で除（わり算）し
ていって、連続した複数の粒度分布を作る。粒度分布番
号１は、全セラミック粒子のうちの最大粒径と、その最
大粒径を２の平方根で除（わり算）した値との粒径範囲
を示す。例えば、表１では、使用した全セラミック粒子
のうち最大粒径が１４００μｍてあり、粒度分布番号１
の粒径範囲は１４００−９９０μｍになっているが、こ
の「９９０μｍ」の値は最大粒径１４００μｍを２の平
方根で除した値である。粒度分布番号２の粒径範囲は９
９０μｍとそれを２の平方根で除した値（７００μｍ）
との範囲である。その値（７００μｍ）とそれをさらに
２の平方根で除した値（４９５）との範囲が粒度分布番
号３の粒径範囲である。粒度分布番号４以下についても
同様に粒径範囲を設定していく。

表１〜４中の体積％は全体積に対する各粒度分布のセラ
ミック粒子の体積の割合（％）を示す。例えば、表１に
おいては、ポーラスプラグ全体の体積を１００％とした
とき、その全体積（１００％）に対する粒度分布番号１
（粒径範囲１４００−９９０μｍ）のセラミック粒子の
体積の割合は１２．５％である。

体積％の合計が９０％を越えたら、それ以下のセラミッ
ク粒子については粒度分布番号を付けず、「雑」として
１つにまとめる。表１では、雑は９体積％である。

表１〜４において、当該粒度分布番号とその直前の粒度
分布番号との体積比は、当該粒度分布番号の体積％でそ
の直前の粒度分布番号の体積％を除（わり算）した値で
ある。例えば、表１において、粒度分布番号１の体積％
（１２，５）を粒度分布番号２の体積％（１４，０）で
除して体積比（０，８９）を得ている。

表１〜３から理解されるように、本発明においては、最
大粒径より連続した粒度分布の総数は１５種以下である
。全セラミック粒子の粒径が、それぞれ表１では１４０
０−８μｍ１表２では８４０−２０μｍ１表３では４２
０−５μｍの範囲に分布している。雑に入る粒子を除く
と、表１は１１種の粒度分布であり、表２は８種の粒度
分布であり、表３は９種の粒度分布である。粒度分布の
数が１５種を超えると、セラミック部材が多孔質（ポー
ラス）にならず、緻密質になりやすくなる。

また、本発明においては、当該粒度分布とその直前の粒
度分布の体積比が０．５〜１゜８になっている。この体
積比は０．９〜１゜３が最適である。しかも、各粒度分
布の体積％を３以上にするのが好ましい。表１〜３では
、すべて４，５以上の体積％になっている。

表５は第３図の例で使用した原料の詳細を示している。

第３図は表１に示した例におけるセラミック粒子の粒径
と累積体積の関係及び気孔径と見掛気孔率の関係を示し
ている。第４図は表２に示した例におけるそれらの関係
を、第５図は表３に示した例におけるそれらの関係をそ
れぞれ示している。

第６図は第３図〜第５図の気孔径と見掛気孔率の関係を
まとめたものである。

これらの図から明らかなように、本発明品の気孔率は、
従来品に比べ、粒度分布や気孔径分布に関係なく、３２
〜３３％のところできわめてシャープな気孔径分布が横
にスライドした形になっており、また、１００μｍ以上
の大気孔の割合か少なくなっている。たとえば、第５図
においては、気孔径が３μｍ以下の範囲では気孔率が約
３２％で一定しており、気孔径３〜１００μｍ（とくに
５〜２３μｍ）の範囲では気孔率の分布が集中しており
、気孔径１００μｍ以上の範囲では約１％以下の気孔率
になっている。

なお、気孔径の測定は水銀圧入法によった。

気孔率の測定はＪＩＳＲ２２０５によった。

また、第７図は第３〜５図の例を示す説明図である。粗
粒〜微粒を連続的に配し、粒間径（気孔径）を小さくす
ると同時に粒間の接触面を多くして微粉末使用に起因す
る強度の低下を補っている。

発明の効果１）球形粒子を使用しなくても、高気孔率でシャープな
気孔径分布が得られる。

２）大気孔を減少できる。

３）マトリクスに５ｉ０２などの微粉原料が不要で、良
好な耐食性が得られる。

４）原料粒度次第で、気孔径コントロールが可能である
。

５）成形時にがさ密度をコントールすることが不要で、
品質管理が容易である。

６）均一な気孔になりやすく、通気率のバラツキが小で
ある。

７）特許請求の範囲に記載のような粒径の粒子を連続的
に配合すれば、所望の気孔径分布が容易に得られる。

８）均一な気孔径なので、セラミックフィルターとして
も使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のセラミックポーラス耐火物におけるセラ
ミック粒子の粒径と累積体積の関係及び気孔径と見掛気
孔率の関係を示すグラフである。第２図は第１図の従来例を示す説明図である。第３〜５図は本発明のセラミックポーラス耐火物の３つ
の例におけるセラミック粒子の粒径と累積体積の関係及
び気孔径と見掛気孔率の関係を示すグラフである。第６図は第３〜５図の例における気孔径と気孔率の関係
をまとめて示したグラフである。第７図は第３〜５図の例を示す説明図である。　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　−２゜代理人　弁理
士　田辺　徹　−・ −ジＦｉｇ、６気孔径０＋ｍ）手続補正書（自発）平成２年１７月２に日

Claims

【特許請求の範囲】

　複数の粒度分布からなる各種粒径のセラミック粒子を
互いに結合させたポーラスセラミック部材において、各
粒度分布の粒径範囲を最大粒径より順に２の平方根（√
２）で除していって区分けした場合に、最大粒径より連
続した１５種以下の粒度分布の粒径範囲に全セラミック
粒子の９０重量％以上が含まれ、かつ、その１５種以下
の粒度分布の粒径範囲において互いに隣り合う粒度分布
の粒径範囲に含まれるセラミック粒子の体積比が大きい
方の粒径範囲の体積％をそのすぐ下の小さい方の粒径範
囲の体積％で除した値で必ず０．５〜１．８になるよう
に調整した連続粒度分布系としたことを特徴とするポー
ラスセラミック部材。