JPH0474296B2 - - Google Patents

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JPH0474296B2
JPH0474296B2 JP63134924A JP13492488A JPH0474296B2 JP H0474296 B2 JPH0474296 B2 JP H0474296B2 JP 63134924 A JP63134924 A JP 63134924A JP 13492488 A JP13492488 A JP 13492488A JP H0474296 B2 JPH0474296 B2 JP H0474296B2
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clay
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B33/00Clay-wares
    • C04B33/02Preparing or treating the raw materials individually or as batches
    • C04B33/04Clay; Kaolin

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、可塑性を持つたまま成型が容易で、
また構造水を保持しているため粘り気もあり、か
つまた高強度な、特に引張度に強いセラミツクス
およびその製造方法に関するものである。
[従来技術] モンモリロナイト、バイデライト、サポナイ
ト、ヘクトライトといつた粘土鉱物を総称してス
メクタイトという。
従来、このスメクタイト系粘土鉱物は可塑性が
あるためカオリンなどと同様、水と練つて型取り
をした後、高温で加熱することにより硬質な焼物
とすることが可能である。しかし、高温で焼いた
物自体は粘土の構造水が失われてしまうため、粘
土そのものが持つている粘り強さや可塑性がなく
なつてしまい、通常のセラミツクスと同様耐衝撃
性や靱性にかける上、一般の高強度セラミツクス
よりも強度そのものも弱いという欠点を有してい
る。
また、現在高強度セラミツクスといわれている
ものは、超微粒子素材を使いこれに種々の焼結助
剤を加えホツトプレスなど高温高圧条件で処理し
て初めてできるものがほとんどであり、構造水を
持たないため粘りがなく、従つて、引張強度も弱
く、また複雑な形をした成型体を得るのに苦労す
ることが多い。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明の目的は、可塑性を持つたまま成型が容
易で、また構造水を保持しているため粘り気もあ
り、かつまた高強度な、特に引張強度に強いセラ
ミツクスおよびその構造方法を提供することであ
る。
[問題点を解決するための手段] 本発明者らは、新しいセラミツクス素材を開発
するために鋭意研究を重ねた結果、可塑性を持つ
スメクタイト系粘土鉱物を原材料にして、これを
ビスマス含有水溶液で短時間加温処理した後、生
成物をろ過乾燥するだけで圧裂引張強度で約100
Kg/cm2にも達する高強度粘土化合物セラミツクス
を得ることができた。
さらに本発明においては、高温条件を必要とし
ないため、原材料である粘土そのものが持つ構造
水の破壊がなく、それによつて、成型体を作る上
での可塑性が奪われることがないため自由なセラ
ミツクス成型体を手軽に作製でき、しかも、粘土
と特徴である粘り強さが保持されるため、当該成
型体は圧裂引張強度に優れているのである。
当該セラミツクスの製造方法では、原料として
はスメクタイト系粘土化合物なら何でもよく、従
つて天然産スメクタイト系粘土鉱物あるいはこれ
と類似の構造を持つ合成粘土を選ぶことができ
る。ここでは、スメクタイト系粘土鉱物として理
想化学組成Na0.33[(Al1.67Mg0.33)Si4O10
(OH)2]・2H2Oの天然産モンモリロナイトを原
料とする。またスメクタイト系粘土化合物を当該
高強度セラミツクスに変えるために必要の添加剤
であるビスマス塩は、最終的に原料である粘土化
合物とビスマスの複合体ができ、所望の高強度粘
土化合物セラミツクスになるものなら何でもよ
い。
例えば、4BiNO3(OH)2・BiO(OH)の化学組
成を持つ塩基性硝酸ビスマスを添加剤とする。
塩基性硝酸ビスマスの0.001〜0.005モル濃度の
水溶液を、湯浴あるいは油浴中80〜120℃で加熱
撹拌して前記ビスマス塩をほぼ溶解した後、ろ別
を行つたビスマス含有水溶液にモンモリロナイト
0.01モルを加えて約1時間加熱撹拌し、生成した
淡灰白色沈殿物を吸引ろ過、熱水で洗浄後、80℃
で乾燥を行つた。
このようにして得られたビスマス含有モンモリ
ロナイトは固く凝縮しているので、めのう製乳鉢
で粗く粉砕後、めのう製電磁式超微粒粉砕機で26
メツシユ以下の微粉末粒子になるよう微粉化し
た。
この微粉体試料約0.9gを400Kg/cm2の加圧条件
下で5分間加圧成型し、円盤状成型体(直径D=
約13mmφ、厚みW=約3mm)を作製した。この成
型試料について万能引張圧縮試験機を用いて
diametral compression test(圧裂引張試験)を
行つた。すなわち、印加圧力(F)と破断面積(D×
W)から試料の引張強度(St)を下記の算出式に
より求めた。
St=2F/(πDW) その結果、前記方法で作製したビスマス含有モ
ンモリロナイトのセラミツクス体は60.7〜99.8
Kg/cm2の引張強度を有する高強度セラミツクス体
であることが判明した。一方、塩基性硝酸ビスマ
ス水溶液で処理しないで、原材料であるモンモリ
ロナイトのみを80℃で乾燥後、同様に26メツシユ
以下に微粉化し400Kg/cm2の加圧条件下で5分間
加圧成型した円盤状成型体(直径D=約13mmφ、
厚みW=約3mm)は26.4Kg/cm2程度の引張強度し
か示さなかつた。従つて、モンモリロナイトを
100℃以下の塩基性硝酸ビスマス水溶液で加熱処
理することにより、モンモリロナイト単味よりも
数倍高い引張強度を持つ高強度セラミツクス体が
得られることが確認された。また、塩基性硝酸ビ
スマス/モンモリロナイトの混合モル比を約0.2
としたときには、当該高強度粘土化合物セラミツ
クスの圧裂引張強度は最高に達することも確認さ
れた。
さらに、本発明による高強度粘土化合物セラミ
ツクス体が構造水を残しているため少なくとも粘
土の構造が壊れる800℃までの加熱焼成処理条件
下においても引つ張り強度が保たれるかどうかを
検討するために、当該高強度粘土化合物セラミツ
クス成型体を600℃で4時間の加熱焼成処理を行
つてから、引張強度試験を行つた。その結果、塩
基性硝酸ビスマス/モンモリロナイトの混合モル
比が0.1と0.2の各試料2種について、平均値とし
て、それぞれ112.0Kg/cm2および149.4Kg/cm2の圧
裂引張強度が得られ、少なくとも600℃、4時間
までの加熱処理によつてこの新規セラミツクス体
の圧裂引張強度は増大こそすれ劣化しないことが
わかつた。よつて、本発明で得られる高強度粘土
化合物セラミツクスは引張強度に極めて優れた特
性を持つ高強度セラミツクスであり、熱的にも安
定しているから、少なくとも粘土の構造水が壊れ
る800℃以下でより高圧力を発生できるホツトプ
レスやHIPなどの手段でビスマス含有粘土複合体
を高圧加熱処理することにより、引張強度に優れ
たより高強度なセラミツクス成型体が、粘土の可
塑性を利用してさまざまな工業的用途に適した複
雑な形状のままで、できることがわかる。また、
当該高強度粘土化合物セラミツクスの特徴は引張
強度に強いことと、成型の際に粘土の持つ可塑性
があるため任意の形状に成型できることにあるの
で、単に従来知られているような高強度セラミツ
クスと同等あるいはそれ以上の強度を持つ高強度
セラミツクスを得たい場合は、当該高強度粘土化
合物セラミツクスを型取りした後、粘土の構造水
がなくなる800℃以上の温度で加圧成型を行えば
よい。
[発明の効果] 本発明による高強度セラミツクスは、原料の粘
土が安価で入手しやすく、しかも添加剤であるビ
スマスも国内では入手しやすく、その製造方法も
簡単であることなどから、省エネルギー、省コス
ト的なセラミツクスである。
[実施例] 本発明の詳細を実施例に基づき、さらに詳細に
説明する。
実施例 1 塩基性硝酸ビスマス4BiNO3(OH)2・BiO
(OH)(分子量=1462)2.92gを1000mlのH2Oに
加え、油浴(110〜120℃)中で加熱撹拌して前記
ビスマス塩をほぼ溶解した後、ろ別を行つたビス
マス含有水溶液にモンモリロナイト(左沢鉱山産
天然モンモリロナイト;分子量=約403;東芝
Beckmannの密度測定器から求めた真密度=2.61
Kg/cm3)4.0gを加えて約1時間加熱撹拌し、生
成した淡灰白色沈楽物を吸引ろ過、熱水で洗浄
後、80℃で乾燥を行つた。
このようにして得られたビスマス含有モンモリ
ロナイトは固く凝縮しているので、めのう製乳鉢
で粗く粉砕後、めのう製電磁式超微粒粉砕機で26
メツシユ以下の微粒末粒子になるよう微粉化し
た。
この微分体資料約0.9g(真密度=3.32Kg/cm3
を400Kg/cm2の加圧条件下で5分間加圧成型し、
円盤状成型体(直径D=約13mmφ、厚みW=約3
mm;重量と容積から求めたかさ密度=2.75Kg/
cm3)を6個作成した。次いで、この資料6個につ
いて万能引張圧縮試験機を用いてdiametral
compression test(圧裂引張試験)を行つた。す
なわち、印加圧力(F)と破断面積(D×W)から6
個の資料の引張強度(St)を下記の算出式により
求めた。
St=2F/(πDW) その結果、前記方法で作製したビスマス含有モ
ンモリロナイトのセラミツクス体は平均値として
99.8Kg/cm2の引張強度を有する高強度セラミツク
ス体であることが判明した。
実施例 2 ビスマス塩のモンモリロナイトに対する添加量
を変えた、ビスマス含有モンモリロナイトを4種
(塩基性硝酸ビスマス/モンモリロナイトのモル
比=0.1、0.2、0.3および0.5)作製し、これらを
実施例1の方法で加圧成型後、引張強度試験を行
つた。
その結果、塩基性硝酸ビスマス/モンモリロナ
イトのモル比が0.1、0.2、0.3および0.5の資料数
個ずつの圧裂引張強度の平均値は、それぞれ
60.7、90.6、81.9および71.8Kg/cm2であつた。
以上の結果から、塩基性硝酸ビスマス/モンモ
リロナイトのモル比が0.2近傍の割合で調整すれ
ば、引張強度が最も強いビスマス含有モンモリロ
ナイトがセラミツクス対として得られることが確
認された。
実施例 3 ビスマス塩のモンモリロナイトに対する添加量
を変えた、ビスマス含有モンモリロナイトを2種
(塩基性硝酸ビスマス/モンモリロナイトのモル
比=0.1および0.2)作成し、これらを実施例1の
方法で加圧成型後、600℃で4時間の加熱焼成処
理を行つてから、引張強度試験を行つた。
その結果、各資料2種について、圧裂引張強度
の平均値は、それぞれ112.0および149.4Kg/cm2
あり、少なくとも600℃までの加熱処理によつて
この新規セラミツクス体の圧裂引張強度は増大こ
そすれ劣化しないことがわかつた。
比較例 1 モンモリロナイト単味について、実施例1と同
条件、すなわち、天然モンモリロナイト(左沢鉱
山産)の約1gを被検資料として、400Kg/cm2
加圧成形した資料4個(かさ密度=2.5Kg/cm3
についての圧裂引張強度試験から、平均値26.4
Kg/cm2の引張強度が得られた。
以上の結果から、モンモリロナイトをビスマス
塩で処理することにより、モンモリロナイトの圧
裂引張強度がビスマス添加効果(添加量:塩基性
硝酸ビスマス/モンモリロナイトの混合モル比≧
0.1)によつて、最大約4倍以上に増大すること
がわかつた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ビスマス含有スメクタイト系粘土鉱物を所定
    形状に成型してなることを特徴とする高強度粘土
    化合物セラミツクス。 2 スメクタイト系粘土鉱物をビスマス塩水溶液
    で処理し、生成したビスマス含有スメクタイト系
    粘土鉱物を分離し、次いで加圧成型することを特
    徴とする高強度粘土化合物セラミツクスの製造方
    法。 3 ビスマス含有スメクタイト系粘土鉱物を所定
    形状に成型後、加熱処理してなることを特徴とす
    る高強度粘土化合物セラミツクス。 4 スメクタイト系粘土鉱物をビスマス塩水溶液
    で処理し、生成したビスマス含有スメクタイト系
    粘土鉱物を分離後、成型し、さらに加熱処理する
    ことを特徴とする高強度粘土化合物セラミツクス
    の製造方法。 5 ビスマス含有スメクタイト系粘土鉱物を分離
    後、加熱処理するに当り、高温高圧の加熱処理を
    行う請求項4記載の高強度粘土化合物セラミツク
    スの製造方法。
JP63134924A 1988-06-01 1988-06-01 高強度粘土化合物セラミックスおよびその製造方法 Granted JPH01305843A (ja)

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