JPH049747B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は広義における陶磁器質焼結体、即ち鉱
物粉末の焼結性を利用した焼結製品、より具体的
にはセメント質組成物を原料中に含む陶磁器質焼
結体の製造方法に関する。

〔従来技術とその問題点〕

従来、陶磁器質焼結体は、一般に、天然産の長
石、陶石、石英など常温においては水と反応しな
い不活性な非可塑性原料と、高い可塑性をもち、
成形の際加えられた水分により流動性を持つ粘土
質原料とを用い所望の形状に成形した後、徐々に
乾燥して若干の強度を発現させ、その後の焼成工
程において焼結された。また広義の陶磁器質焼結
体は鉱物粉末の焼結性を利用した焼結製品である
が、焼結できれば必ずしも粘土を用いなくてもよ
く、従つて粘土以外のもので成形を行い得るもの
を用いて成形したものも含まれる。

ところが前者即ち粘土を使用した狭義の陶磁器
の製造上においては、先ず成形後の乾燥工程で不
均一な乾燥条件による変形を避けるために乾燥時
間を非常に長くし、何日もかけなければならず、
生産設備の効率が極めて悪いという欠点がある。
それでも乾燥時間を十分長くしても、可成り収縮
を起すものが多く、従つてその収縮を原因とする
亀裂や変形を生ずるものも屡々あり、傷物や規定
外寸法のものになつて了う割合が意外に高く、製
品仕上りの歩留りが悪いという欠点がある。

また焼成工程においては、500乃至600〔℃〕附
近で起る粘土質原料特有の吸熱反応は、加熱効率
を著しく阻害すると共に、急速な加熱を行うと矢
張り亀裂変形の原因になるので、焼結のための予
熱乃至は加熱も徐々に行わなければならず、これ
によつてもまた生産能率の向上が妨げられるとい
う欠点もある。

次に例えば長石質鉱物のように遊離の石英を含
む鉱物を含む粘土を使用すると、焼成工程におい
て550乃至600〔℃〕附近で、加熱による石英の変
態（α→β）が起り体積が膨脹するので、その遊
離の石英の存在する部分附近に膨脹亀裂が発生す
るという欠点もある。

更に粘土、陶石、長石及び石英などの天然原料
から調整された組成物乃至成形物は加熱過程に於
て、900乃至1000〔℃〕までは容積が膨脹し、気孔
率の増加することが一般通念として知られてい
る。この様な気孔率の増加は「焼結」とい緻密化
の進行と逆行するので、陶磁器質焼結体にとつて
は好ましくない現象が起つているという欠点もあ
る。

更にまた上記の諸欠点があることにより、商品
に具現した従来技術上の一大欠点は、膨張や収縮
が大であるために厚型乃至は大型の陶磁器製品
は、亀裂なしに製造することは殆んど不可能に近
かつたということである。またこの欠点から逃れ
るためにセメント、コンクリート製品で代替しよ
うとしても、かかる替品は大型のものが亀裂なし
にはできるけれども、耐酸、耐蝕性に乏しいの
で、下水や工場、鉱山の排水に接するような箇処
に使用すると比較的短期間のうちに侵蝕されると
いう別の欠点があらわれ、結局従来技術によつて
は厚型乃至は大型であつて耐蝕性の製品は生産す
ることが殆んどできなかつたのである。

〔本発明の目的〕

本発明は前記に述べた従来技術における陶磁器
製造方法上の諸欠点に鑑みてなされたものであ
り、製造の全過程を通じて膨張、収縮が極めて小
で変形が殆んど無く、また亀裂もない陶磁器質焼
結体の製造方法、特に従来技術では非常に困難で
あつた厚型乃至は大型であつて而も耐酸、耐蝕性
を有する陶磁器質焼結製品の製造方法を提供する
ことを目的としている。

〔本発明の構成〕

本発明の製造方法は２種類の原料類を用いる。
即ち第１の原料類は石こうによつて凝結性状を調
節したセメント類又はアルミナ系セメント類であ
り、第２の原料類は大部分が非晶質でかつ遊離の
シリカの少ない含珪酸塩原料類である。而して焼
結体ベースで第１の原料類の１種以上の合計を10
乃至50重量〔％〕と、第２の原料の１種以上の合
計を90乃至50重量〔％〕とを均一に混合し、成形
に必要な水を加えて混練して所望の形状に成形
し、養生硬化させた後、1100乃至1300〔℃〕の温
度で焼結させたことを特徴としている。要するに
第１の原料類の必要な性質としては成形に必要な
ワーカビリテイと適宜な長さの凝結時間と自硬性
である。

次に本発明の構成の各要件について詳細に説明
すると、先ず第１の原料類のうち石こうにより凝
結性状を調節しているセメント類は、例えば普通
ポルトランドセメント、特殊ポルトランドセメン
ト（早強、白色、高酸化鉄型、チタンセメント等
が含まれる）、混合セメント（高炉セメント、高
硫酸塩スラグセメント等が含まれる）等々多種存
在し使用することができる。

またアルミナ系セメント類については所謂アル
ミナセメントの他に11CaO.7Al₂Oを主体とする
特殊セメントなどがあり、これらのアルミナ系セ
メントは前記の石こうにより凝結性状を調節して
いるセメントと一般には混合して用いない方がよ
い。

次に第２の原料類即ち大部分が非晶質でかつ遊
離のシリカの少ない含珪酸塩原料類には、例とし
て、高炉スラグ、銅からみなどの金属鉱滓、フラ
イアツシユ、既焼成の人工軽量滑材、天然又は人
工のガラス質原料、其の他これも多種存在し使用
することができる。結晶質のものは加熱による体
積の変化が出てくると亀裂変形の原因になるか
ら、90重量〔％〕以上が非晶質であることが望ま
しい。また遊離のシリカは550乃至600〔℃〕附近
でα型からβ型への所謂石英の加熱による変態と
体積の膨張があり、矢張り亀裂変形の原因になる
ので、遊離のシリカは10重量〔％〕を超えないこ
とが望ましい。

次に第１の原料類と第２の原料類の焼結体ベー
スにおける重量の比率であるがこれは硬化性を与
えかつ形状を維持するための第１の原料類の量比
によつて決まる。第１の原料類の重量比が10〔％〕
未満であると成形物の強度が出にくいし、50〔％〕
を超えると、焼成に際してセメント水和物の結晶
水が失なわれる比率が全体に対して高くなり、こ
れまた成形物の強度も、従つてその形状も保持す
ることができないから、第１の原料の配合量は10
乃至50重量〔％〕であることが必要となるのであ
る。第２の原料類の配合量は従つて、原則として
前記第１の原料の使用比率の残部、換言すれば90
乃至50重量〔％〕ということになる。また上記主
原料の他に添加剤として、石こう塩化カルシウム
などの硬化促進剤及び又はワーカビリテイを改善
するための空気連行剤（所謂AE剤）などを必要
に応じて使用する。硬化促進剤は養生期間乃至は
工程時間を最短にする場合に必要であり、AE剤
は大型の成形品を作製する場合に必要になる場合
がある。

配合の計算は焼成物ベースを基準にして行う
が、これは通常の方法で容易できるので省略す
る。組成物の化学成分は次の如き範囲内にあるこ
とが望ましい。即ちCaO：10〜20〔％〕，SiO₂：
40〜70〔％〕，Al₂O₃：10〜27〔％〕，K₂O＋
Na₂O：２〜８〔％〕，Fe₂O₃，MgOなど其の他：
１〜10〔％〕である。

次に本発明製造方法の工程について説明すれば
上記のような割合で、要すれば乾燥粉砕など行つ
て、均一に混合した後、成形に最適な水を加えて
混練し、所望の形状に成形する。これを短期間養
生硬化せしめる。2CaO.SiO₂，3CaO.SiO₂，CaO.
Al₂O₃，4CaO.Al₂O₃.Fe₂O₃などの結晶鉱物を有
するセメント類が適量の加水によつて、その中に
含有されるせつこう類CaSO₄.2H₂O等の凝結調節
作用を経て、其の後急速に硬化し、従来の粘土を
主体とする陶磁器素地の成形物よりは遥かに早く
強度を発生する。従来の陶磁器素地成形物は少く
も数日の乾燥硬化の期間を要し、或は厚型である
と数10日も要したことに比し、本発明であると通
常１日乃至２日程度で間に合う。急を要するとき
は、硬化促進剤或はアルミナセメントを用いると
２乃至３時間で成形物は強度を発生する。そこで
要すれば、製品の使用現場の状況で、釉薬を表面
に生がけしてキルンで100乃至1300〔℃〕で焼成し
焼結させる。1100〔℃〕以下では焼き締り不十分
で、強度も十分ではなく、また1300〔℃〕を超え
ると、該成形物中の液相が多くなり熔融変形を起
し、或は内部に含まれる鉄分が発泡することによ
り、形状並に緻密性等の重要な物性が保てなくな
る。また本発明に用いるキルンはローラハースキ
ルンを始めとして、トンネルキルン、登り窯等々
陶磁器焼成用キルンを使用することができる。冷
却工程も燃焼用空気の予熱を兼ねて、通常の方法
で行う。このようにして本発明の製造方法によれ
ば、従来不可能であつた大型肉厚の陶磁器焼結体
を効率良く製造することができる。

更に、本発明の作用について説明を加える。

１） 本発明の陶磁器質焼結体の製造方法におけ
る原料配合ではポルトランドセメント又はアル
ミナセメントを焼結体ベースで10乃至50重量
〔％〕使用し、大部分が非品質で遊離のシリカ
の少ない含珪酸塩原料を90乃至50重量〔％〕を
均一に加えた後、成形に必要最小限の水を加え
混練する。従つて使用水の割合は該セメントの
重量の半分以下で全体の１／４以下である。

このような水使用量の比較的少ない場合、成
形、養生、乾燥後のセメント質水和物の結合水
が成形体内に残存し、その割合はセメント質材
料の20乃至30〔％〕であるから、全体の10乃至
15〔％〕である。而してこの含水量であると、
これを300〔℃／時間〕前後の速度で昇温すれ
ば、500〔℃〕付近で約１／２が脱水し、その後
は800乃至1000〔℃〕で殆ど脱水が終了し、圧縮
強度も最低100乃至200〔Kg／cm²〕程度を維持す
る。従つてその形状も維持される。勿論、該セ
メントの使用率が50〔％〕を超えると強度も、
形状も維持しえないことは、前記した通りであ
る。

２） 本発明製造方法で第２の主原料としてフラ
イアツシユ・パーライト粉末の如き非品質の珪
酸塩原料を用い、従来の陶磁器質焼結体の製造
方法の如き粘土質原料は使用しない。従つて乾
燥加熱工程の作用として、従来のように成形体
が収縮して、水分の発散に有用な気孔を閉塞す
ることが殆ど無い。従つて加熱に当たつて、水
分の蒸発が急に行われても、それにより成形体
が崩壊することはない。

３） 従つて、乾燥加熱に際しての作用は、従来
の粘土質原料を用いた製法であると、組織が緻
密質であるから加熱がやや急になると脱水が困
難となり乾燥亀裂が起こりやすいので、乾燥に
も非常な長時間を要するが、これに対し本発明
の作用としては、セメント量30〔％〕以下位の
場合に昇温速度が500〔℃／時間〕未満であれば
亀裂や爆裂は起こさない。これは従来の粘土質
材料使用に比し数倍の安全加熱速度をもたらす
作用である。

４） 本発明の焼結工程の作用としては、前記非
品質含珪酸原料粒子はセメントゲルと比較的低
温の800〔℃〕頃から焼結反応を開始し成形体に
硬化物を生ぜしめ、強度を向上せしめるという
作用を有する。

以下実施例について、本発明を更に詳細に説明
する。先ず実施例の共通事項について述べる。

(1) 以下の実施例に使用したセメント類はJISに
規定された品質のものを用いた。粉末度はブレ
ーン比表面積で3500±100〔cm²／ｇ〕の範囲内に
あつた。

(2) 配合率及び化学成分は焼成物ベース、かつ重
量〔％〕で表示した。

(3) セメント類以外の組成原料は何れも150メツ
シユ以下に粉砕された粉末を用いた。

(4) 養生条件は成形後直ちに65〔℃〕の飽和水蒸
気室内で10時間養生して脱型した後大気中で１
日養生した。

(5) 焼成は300〔℃／時間〕の割合で昇温し所定温
度で30分焼成後、５乃至６時間で徐冷を行なつ
た。

実施例 １ (1) 配合率は早強ポルトランドセメント30〔％〕、
フライアツユ10〔％〕、パーライト粉末60〔％〕
であつた。

(2) 化学成分は次の通りであつた。

CaO SiO₂ Al₂O₃ 20〔％〕 61〔％〕 14〔％〕 K₂O＋Na₂O Fe₂O₃ ３〔％〕 ２〔％〕 (3) 成形寸法 50〔cm〕×20〔cm〕×10〔cm〕 (4) 焼成温度と通常の物性 焼成温度 嵩比重 曲げ強度 吸水率 1220〔℃〕 2.1 360〔Kg/cm²〕 3.8〔％〕 (5) 其の他の物性 上記(1)より(4)までの項目以外の物性として、本
発明成形体を前記の如く、65〔℃〕の飽和水蒸気
中で10時間養生後、脱型し、更に大気中で１日養
生し、300〔℃／時間〕の割合で昇温し、1220〔℃〕
で30分間焼成し、５乃至６時間で徐冷を行なつた
焼成体は、亀裂、変形も全く無く、従つてまた上
記(4)に記載の通り、360〔Kg／cm²〕という、非常に
大きな曲げ強度をも有していたのである。これに
対し粘土を使用した従来素地を用いて同一寸法の
大型成形物を作り、同じ製法で処理したものは図
に示す如く全体が収縮し表面には凹み１を生じ、
内部に亀裂２を発生した。また本実施例品を陶管
についての工業規格であるJISR1201の試験方法
により耐蝕性試験を行つて、乾燥後の重量を測定
したところ、0.3〔％〕減量したが、同一寸法でセ
メント使用量同一のコンクリートの場合、同様の
条件でテストを行つたところ重量減少は約4.5
〔％〕に達した。従つて本実施例では、本発明製
造方法による厚型製品は亀裂、変形のないことに
おいて、従来の厚型陶磁器よりも遥かに優れ、耐
蝕性において、従来のセメント２次製品よりも格
段まさることが実証された。

実施例 ２ 前記実施例１と同様な配合により、同様寸法で
成形して、釉薬の生掛けを行つた後前記同様の条
件で焼成し、冷却した。この製品の吸水率を測定
した処0.2〔％〕と前記釉薬なしの場合に比較する
と約20〔％〕減となつた。

また上記同様のJIS試験方法で耐蝕性試験を行
つたところ、減量は0.1〔％〕と、釉薬を用いない
ものに比較し約１／３に減少した。これは比較的
顕著な特色である。

実施例 ３ (1) 配合率はＣ種高炉セメント20〔％〕、フライア
ツユ20〔％〕、栃木県産大谷石粉末60〔％〕であ
つた。

(2) 化学成分は次の通りであつた。

CaO SiO₂ Al₂O₃ 11〔%〕 64〔%〕 19〔%〕 K₂O＋Na₂O Fe₂O₃ MgO ３〔%〕 １〔%〕 １〔%〕 (3) 成形寸法 20〔cm〕×５〔cm〕×５〔cm〕 (4) 焼成温度と通常の物性 焼成温度 嵩比重 曲げ強度 吸水率 1200〔℃〕 2.2 380〔Kg/cm²〕 3.2〔%〕 (5) 其の他の物性 亀裂、変形は全く生じなかつた。

実施例 ４ (1) 配合率はアルミナセメント20〔%〕、高炉スラ
グ10〔%〕、銅からみ５〔%〕、人工軽量骨材（膨
張頁岩〕65〔%〕であつた。

(2) 化学成分は次の通りであつた。

CaO SiO₂O₃ Al₂O₃ 12〔%〕 56〔%〕 22〔%〕 K₂O＋Na₂O Fe₂O₃ MgO ３〔%〕 ６〔%〕 １〔%〕 (3) 成形寸法 50〔cm〕×20〔cm〕×10〔cm〕 (4) 焼成温度と通常の物性 焼成温度 嵩比重 曲げ強度 吸水率 1200〔℃〕 2.3 410〔Kg/cm²〕 2.6〔%〕 (5) 其の他の物性 亀裂、変形は全く生じなかつた。

〔本発明の効果〕

以上実施例其の他において詳細に説明したとこ
ろにより本発明の効果は次の通りである。

(1) 本発明では広義の陶磁器焼結体の製造方法と
して、従来技術におけるような粘土は用いず、
大部分が非晶質でかつ遊のシリカの少ない含珪
酸塩原料類を用いるので、乾燥並に焼成工程に
おいて、亀裂、変形が発生せず、従つて常に所
望の正確な寸法の成形製品を製造することがで
きる。

(2) 従つてまた本発明の製造方法によると、乾燥
及び焼成、冷却の全工程において、従来技術と
異なり亀裂変形を全く生じないので、成形物の
寸法を厚型ないしは大型としても同様に亀裂、
変形のない正確な寸法のものを得ることができ
る。

此の点は従来の陶磁器製品並にその製造方法
と大きく異るところである。

(3) 本発明製造方法では、成形物の硬化力を、従
来技術のような粘土の乾燥による硬化力による
のではなく、セメント類の自硬力によつている
から、養生硬化の期間が、従来に比し非常に速
く、また加熱速度が300〔℃／時間〕と従来の３
倍にしても亀裂が生じないので工程時間が大巾
に短縮され、生産性は格段に上昇し、工場の必
要面積もそれ丈小さくて済み、資本効率が従来
よりも遥かに良くなる。

(4) 本発明製造方法による製品は強い耐蝕性を有
しているので、従来厚形大形成形品はできたけ
れども耐蝕性に弱いセメント二次製品と比較す
ると、その点で格段にすぐれている。

特に釉薬を用いた本発明製造方法による製品
は、此の点でセメント二次製品に圧倒的に優
る。製造コストも殆んど同等である。

(5) 本発明製造方法による製品は前記(2)と(4)によ
り、厚型大型のものができるというセメント２
次製品の長所と、耐蝕性に強い従来の陶磁器の
利点とを兼備しているので、従来にない所謂ニ
ユーセラミツクスを作り出すことができるとい
う大きな効果を有する。

(6) 本発明製造方法においては、乾燥工程も殆ん
ど不要であり、かつ焼成工程においては粘土の
吸熱現象もないから、全体としての熱効率は従
来に比し大巾に向上する。

【図面の簡単な説明】

図は従来技術における粘土を用いた厚型製品の
状態を表わす。 １……表面の凹み、２……内部に発生した亀
裂。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 石こうによつて凝結性状を調節したポルトラ
   ンドセメント又はアルミナ系セメントの１種以上
   の合計を焼結体ベースで10乃至50重量〔％〕と、
   大部分が非晶質でかつ遊離のシリカの少ない含珪
   酸塩原料の１種以上の合計を焼結体ベースで90乃
   至50重量〔％〕とを均一に混合し、成形に必要な
   水を加えて混練して、所望の形状に成形し、養生
   硬化させた後、1100乃至1300〔℃〕の温度で焼結
   させたことを特徴とする、陶磁器質焼結体の製造
   方法。