JPH05170525A

JPH05170525A - 耐熱性繊維組成物

Info

Publication number: JPH05170525A
Application number: JP4081359A
Authority: JP
Inventors: Masanori Saito; 正宣斎藤; Hideo Ito; 秀雄伊藤
Original assignee: Toshiba Monofrax Co Ltd
Current assignee: Saint Gobain TM KK
Priority date: 1991-10-25
Filing date: 1992-03-04
Publication date: 1993-07-09
Anticipated expiration: 2015-08-28
Also published as: JP3081354B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】高温で安全に用いることのできる繊維組成
物、特に１６００℃以上の温度域で特に寸法安定性に優
れた耐熱性繊維組成物の提供。【構成】耐熱性繊維組成物が、アルミナ及びシリカを
主成分としかつアルミナ含有率が６０〜８５重量％であ
る多結晶高アルミナ繊維と、アルミナ粒子と、コロイド
状シリカと、凝集剤を含み、前記アルミナ粒子が単一粒
子からなるα−アルミナ粒子であって、その粒子の大き
さがモード径で５〜３３μｍである。また、前記アルミ
ナ粒子が２種類のα−アルミナ粒子からなり、一方のア
ルミナ粒子は単一粒子からなるアルミナであって、その
粒子の大きさがモード径で１０〜８１μｍであり、他方
のアルミナ粒子は多数の一次粒子が集合した二次粒子で
あり、この一次粒子の大きさがモード径で０．２〜４μ
ｍである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温で安全に用いるこ
とのできる繊維組成物、特に１６００℃以上の温度域で
特に寸法安定性に優れた耐熱性繊維組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミナとシリカを主成分とする繊維で
あって、微細な結晶を含む多結晶高アルミナ繊維は公知
である。現在、それを使用した製品は多量に使用されて
いる。

【０００３】この種の多結晶高アルミナ繊維はアルミナ
の含有率がおおよそ６０〜８５％のグループと、８５〜
９９％のグループに分けられる。アルミナの含有率が６
０〜８５％のものは、ムライト３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ
₂を主要鉱物とする。アルミナの含有率が８５〜９９％
のものはγ−アルミナやδ−アルミナやα−アルミナ等
の各種の遷移型のアルミナを主要鉱物とする。これらの
ムライトや遷移型のアルミナは高温で極めて安定な特徴
を持つ。

【０００４】したがって、多結晶高アルミナ繊維は高温
でも安定である。例えば、高温における寸法安定性、強
度の安定性等がよい。また化学的にも安定である。

【０００５】このように熱的に安定な多結晶高アルミナ
繊維は、一般にゾル・ゲル法と呼ばれる方法でバルク状
として製造される。これは一般的に比較的短い繊維に絡
まった状態をしているが、他方、連続した繊維として製
造されることもある。

【０００６】このようにして製造された繊維はそのまま
の状態で使用されることは少ない。例えば、バルク状の
ものは結合材を使用してボードや各種の成形品に成形さ
れてから使用に供されている。

【０００７】こういった成形品の組成や製造方法の例は
特開昭５２−９２２１９号及び特開昭５９−１５２２８
１号に開示されている。

【０００８】これらの従来技術においては、いずれも多
結晶高アルミナ繊維とアルミナ粉の混合物に耐熱性結合
材としてコロイド状シリカを配合している。

【０００９】また、このような基本組成に有機質結合材
や凝集剤を配合した例も、公知である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の繊維組成物は、
本来、熱的に安定な多結晶高アルミナ繊維を使用してい
るにもかかわらず、熱間における線収縮率が大きかっ
た。

【００１１】この原因の１つとして考えられることは、
従来技術においては各構成材料の量的な関係はある程度
把握されているが、使用される各構成材料の形状、結晶
相等の最適な物性が確定されていないことである。例え
ば、多結晶高アルミナ繊維やアルミナ粒子（粉）につい
ては使用される時の結晶型や、形状などの最適な物性が
把握されていなかった。

【００１２】本発明者はアルミナ及びシリカを主成分と
しかつアルミナの含有率が６０〜８５％である多結晶高
アルミナ繊維を対象にして、アルミナ粒子の物性を種々
変えることによって高温における線収縮率が大きく変化
することを確かめ、本発明を完成した。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願の第一発明は、アル
ミナ及びシリカを主成分としかつアルミナ含有率が６０
〜８５重量％である多結晶高アルミナ繊維と、アルミナ
粒子と、コロイド状シリカと、凝集剤を含み、前記アル
ミナ粒子が単一粒子からなるα−アルミナであって、そ
の粒子の大きさがモード径で５〜３３μｍであることを
特徴とする耐熱性繊維組成物である。

【００１４】本願の第二発明は、アルミナ及びシリカを
主成分としかつアルミナの含有率が６０〜８５重量％で
ある多結晶高アルミナ繊維と、アルミナ粒子と、コロイ
ド状シリカと、凝集剤を含み、前記アルミナ粒子が２種
類のα−アルミナ粒子からなり、一方のアルミナ粒子は
単一粒子からなるアルミナであって、その粒子の大きさ
がモード径で１０〜８１μｍであり、他方のアルミナ粒
子は多数の一次粒子が集合した二次粒子であり、この一
次粒子の大きさがモード径で０．２〜４μｍであること
を特徴とする耐熱性繊維組成物である。

【００１５】本願の第三発明は、アルミナ及びシリカを
主成分としかつアルミナの含有率が６０〜８５重量％で
ある多結晶高アルミナ繊維と、モード径で５〜８１μｍ
の単一粒子からなるα−アルミナ粒子がムライト物質を
介して一体に結合していることを特徴とする耐熱性繊維
組成物である。

【００１６】本願の第四発明は、アルミナ及びシリカを
主成分としアルミナ含有量が６０〜８５重量％である多
結晶高アルミナ繊維と、モード径が５〜３３μｍの単一
粒子からなるα−アルミナと、コロイド状シリカを含む
繊維組成物において、多結晶高アルミナ繊維とアルミナ
粒子が、コロイド状シリカを介して一体に結合している
ことを特徴とする耐熱性繊維組成物である。

【００１７】本願の第五発明は、アルミナ及びシリカを
主成分としアルミナ含有量が６０〜８５重量％である多
結晶高アルミナ繊維とコロイド状シリカとアルミナ粒子
を含む繊維組成物において、使用するアルミナ粒子が、
２種類のアルミナ粒子からなり、一方のアルミナ粒子が
モード径で１０〜８１μｍの単一粒子からなる粗粒アル
ミナであって、他方のアルミナ粒子がモード径で０．２
〜４μｍである微粒アルミナの一次粒子が集合した二次
粒子からなり、コロイド状シリカを介して一体に結合し
ていることを特徴とする耐熱性繊維組成物である。

【００１８】

【実施例】本発明で使用されるアルミナ粒子は、いずれ
の場合も、α−アルミナである。α−アルミナはアルミ
ナの各相の中で最も高温での安定性に優れ、寸法変化も
小さい。一般に、このようなα−アルミナも種々の外観
を取り得る。

【００１９】本発明でいう単一粒子とは外観が一個の粒
子であるものをさす。ただし、一個の粒子の中に結晶粒
界で分けられた複数のα−アルミナ結晶を含む場合もあ
る。このような粒子も本発明では単一粒子に含めてい
る。単一粒子のアルミナで最適なものは粒度をそろえた
電融アルミナである。電融アルミナは製法上ほとんど内
部に結晶粒界を含まない。

【００２０】電融アルミナに次いで好ましいアルミナは
緻密に焼結したアルミナである。この場合、内部に複数
の結晶粒界を含むこともある。

【００２１】次は、粒子径について述べる。まず、対象
となる粒子群に適当な粒子間隔を設定し、その間隔に入
る粒子数（頻度）を数える。次に、横軸に粒子径を、縦
軸に頻度をとって図に表すと、頻度分布が得られる。こ
の頻度分布は粒子間隔に相当する幅の柱が並んだような
図となる。各柱の頭を連ねた曲線が粒度分布曲線であ
る。

【００２２】モード径とは、粒度分布曲線を描いたと
き、その曲線の山の最高点が示す粒子径である。これは
多数径とも呼ぶ。したがって、全粒子中で粒子数の頻度
が最も多い粒子径である。そして、一般にその粒子群の
中では大部分の粒子がこのモード径の近辺の直径に当る
と言える。

【００２３】一方、各間隔に入る粒子数を小さな粒子径
から順に大きな粒子径へと積算し、横軸に粒子径を、縦
軸に積算頻度を表現すると、累積曲線が得られる。この
累積曲線の中央累積値（５０％）に当たる粒子の径を平
均径と呼ぶ。また、中位径とも呼ぶ。この大きさ以上と
以下の粒子数は等しい。

【００２４】本願の第一及び第二発明では凝集剤を使用
するが、使用する凝集剤はコロイド状シリカ及びアルミ
ナ粒子を凝集することが出来ればよく、それ以外の特性
は特に限定しない。凝集剤は使用が少量なので、無機物
であっても有機物であっても本発明の効果に対して悪い
影響を与えない。アクリル系高分子凝集剤は特に強力な
凝集作用があるので好ましい。また、陽性デンプンも、
凝集作用の他に、結合作用があるので、好ましいものの
１つである。複数種類の凝集剤を使用することも可能で
ある。

【００２５】また、常温に於ける取扱強度を向上させる
ために、凝集作用は持たないが結合作用のある公知の有
機結合剤を併用することも可能である。このような結合
剤として酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、デンプン
等がある。

【００２６】第一発明の実施例第一発明はモード径が５〜３３μｍの単一粒子からなる
アルミナをコロイド状シリカと共に多結晶高アルミナ繊
維の結合組織に用いることによってできた熱収縮率の小
さな繊維組成物である。

【００２７】繊維組成物の中で、コロイド状シリカは凝
集剤の働きでアルミナ粒子、多結晶高アルミナ繊維のい
ずれかの表面にも付着している。このような組成物は、
高温になった時、焼結反応を起こす。その反応の種類、
程度、速度は、互いに接触している物質間の組合せで決
まる。この組合せには物質の組成と大きさが関与する。
一般に粒径の小さいものほど反応しやすい傾向を持つ。

【００２８】第一発明の繊維組成物の場合、多結晶高ア
ルミナ繊維とアルミナ粒子とコロイド状シリカの３つの
物質のうち、同種の物質同士及び異種の物質同士の組合
せで一番反応しやすい組合せから反応が始まる。

【００２９】異種同士についていえば、まず、多結晶高
アルミナ繊維は、主要成分がアルミナとシリカであるの
で、シリカと反応を起こしにくい。特にアルミナの含有
率が６０〜８５％の場合、多結晶高アルミナ繊維は主要
鉱物としてムライトを含む。ムライトはシリカとアルミ
ナの２成分系の中で唯一の安定な化合物であり、しかも
それ自身が高温で安定性を有するので、シリカとの反応
性はいっそう低い。

【００３０】同様の理由で、多結晶高アルミナ繊維はア
ルミナに対しても反応性が低い。

【００３１】一方、アルミナとシリカは高温で反応しや
すい組合せである。コロイド状シリカそのものは、他の
物質を覆うようにしっかりと付着し、初期の結合剤とし
て働いているが、それ自身が超微粉であるので、反応性
に富む。このような反応性に富むシリカは容易にアルミ
ナ粒子と反応を起こし、次第にムライト物質へと変化す
る。この反応はどちらかの物質が消費しつくされた時点
で終了する。

【００３２】鉱物学上、純粋なムライトは、Ａｌ₂Ｏ₃
とＳｉＯ₂のモル比が３：２であるとされているが、過
剰にＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂を固溶出来ると言われてい
る。また、それらはＸ線分析においてもＡｌ₂Ｏ₃とＳ
ｉＯ₂のモル比が３：２のものとほとんど差異がない。
本発明でいうムライト物質とは、このようにＡｌ₂Ｏ₃
とＳｉＯ₂のモル比が３：２のものだけでなくＡｌ₂Ｏ
₃やＳｉＯ₂を過剰に固溶したムライトも含むものであ
る。

【００３３】粒子径が５〜３３μｍの単一粒子からなる
アルミナ粒子は、その表面を覆うシリカの層に比べて非
常に大きな質量を持つ。したがって、シリカと反応する
アルミナの量はほんのわずかである。反応は表面のシリ
カが消費されてしまった時点で終了する。その結果、ア
ルミナの粒子径はほとんど変化なく、その表面のシリカ
がムライト物質に変化したような状態になる。

【００３４】前述のように、本来、シリカは初期の結合
剤として添加されたもので、多結晶高アルミナ繊維とア
ルミナ粒子の中間に位置し、互いを接合している。高温
での反応が終了した後はシリカがムライト物質に置換し
たような状態となり、多結晶高アルミナ繊維−ムライト
物質−アルミナ粒子−ムライト物質−多結晶高アルミナ
繊維といった結合組織や、多結晶高アルミナ繊維−ムラ
イト物質−アルミナ粒子といった結合組織が出来上が
る。これらの結合組織の中には、多結晶高アルミナ繊維
−ムライト物質−アルミナ粒子といった結合組織の単位
を共通に含む。このような結合組織をＡと称する。

【００３５】同様にアルミナ粒子−ムライト物質−アル
ミナ粒子の結合組織をもった焼結も起こる。この結合組
織をＢと称する。

【００３６】そのほかに、少量であるが、多結晶高アル
ミナ繊維−シリカ−多結晶高アルミナ繊維といった結合
組織が出来る。この結合組織をＣと称する。

【００３７】そのほかに、シリカ−シリカの結合組織を
もつ焼結も起こる。この反応は比較的容易に進行する。
反応量はある程度コロイド状シリカの添加量に比例す
る。この結合組織をＤと称する。

【００３８】アルミナ粒子の表面部分とその表面に付着
したシリカ層がムライトに変化した時に少し体積が膨張
する。従って、結合組織Ａ，Ｂは繊維組成物全体を膨張
させるように働く。結合組織Ａ，Ｂに対し、結合組織
Ｃ，Ｄは、繊維組成物全体を収縮させるように働く。し
かし、結合組織Ｃ，Ｄに比べ、結合組織Ａ，Ｂの量が十
分に多いので、繊維組成物質全体としては、収縮が減少
するか、または逆に膨張する。

【００３９】また、ムライト物質は強度も大きく、高温
で極めて安定であるから、一度、上述の反応が起きる
と、再度、高温又は長時間の加熱を受けても、それ以上
の変化を起こすことは極めて少ない。

【００４０】第一発明の実験例第一発明の実験例を次に述べる。

【００４１】水２５０リットルに対し多結晶高アルミナ
繊維を２２５０ｇ（グラム）、アルミナ粒子５２５０
ｇ、コロイド状シリカ液２８１０ｇ、陽性デンプン６５
３ｇを加え、攪拌しながら高分子凝集剤の１％溶液を２
０ｇ加えて均質なスラリーとする。この状態でコロイド
状シリカは凝集を起こし、共存する他の物質に付着して
いる。このスラリーから公知の真空成形法を用いて２５
ｍｍ厚のボードを成形し、乾燥後、縦横１００ｍｍの試
験片を切りだす。

【００４２】この試験片を１８００℃の電気炉中で５時
間加熱し、加熱前の寸法に対する加熱後の寸法の変化を
測定し、収縮率を算出する。その際、正の値は収縮を示
し、負の値は膨張を示す。

【００４３】使用した多結晶高アルミナ繊維は東芝モノ
フラックス株式会社製の商品名「ファイバーマックス」
の短繊維であり、アルミナとシリカの分析値が重量比で
７２対２８であり、構成鉱物がムライト単味である。

【００４４】また、コロイド状シリカは２０％濃度の溶
液である。

【００４５】上記試験を種々の粒径のアルミナについて
行い、その結果を表１に示す。表１に示す平均径（μ
ｍ）及びモード径（μｍ）は島津製作所製のレーザ粒度
分布測定装置「ＳＡＬＤ−１１００」を用いて測定した
値である。

【００４６】表１に示すアルミナ粒子のモード径（μ
ｍ）と１８００℃の加熱における線収縮率（％）の関係
をグラフに表したのが図１である。

【００４７】表１の実験例１，２，３，４はアルミナ粒
子のモード径が５〜３３μｍの範囲にある。この範囲の
粒子径では１８００℃における加熱線収縮率が長さ方向
の値でほぼ４％以下である。また、厚み方向の収縮率も
ほぼ５％以下に収まっている。したがって、この範囲の
収縮率は好ましく、実用的である。特に実験例２，３は
長さ方向の値及び厚み方向の値がほぼ０に近く、理想的
である。

【００４８】これに対し、比較例１，２，３では、長さ
方向の値が４％以上であり、厚み方向の収縮率も５％以
上である。このように大きな収縮率のものは、実用的で
はない。

【００４９】多結晶高アルミナ繊維を結合している組織
について走査型電子顕微鏡で反射電子像観察（ＢＳＣ）
を行った。試験片は加熱収縮率の測定を終えたものから
一部を採取した。

【００５０】その結果の一例を示す。図２は試験片の一
部を樹脂に封入して研磨し、その断面について反射電子
象観察をした時のスケッチである。これは、ＡｌとＳｉ
の原子分布図をかさねて合成したもので、１はアルミナ
粒子を示し、２ａ及び２ｂはムライト物質を示す。塗り
つぶした部分は空隙部分を示す。

【００５１】アルミナ粒子１の周囲はムライト物質２ａ
の層で覆われている。これはコロイド状シリカが反応し
て出来たものである。アルミナ粒子１はほとんど原形の
ままである。２ｂは多結晶高アルミナ繊維の断面を示
す。多結晶高アルミナ繊維とアルミナの周囲を覆ってい
るムライト物質２ａは一体に結合している。

【００５２】第二発明の実施例第二発明の実施例を説明する。

【００５３】第二発明では粒径の異なる２種類のアルミ
ナを使用する。第一発明ではモード径が５〜３３μｍの
単一粒子のアルミナを一種類のみ使用したが、図２に示
すように、アルミナのモード径が３３μｍ以上の範囲で
は、通例、収縮率が大きすぎて実用的でない。そこで、
第二発明の実施例では、このように大きな粒径のアルミ
ナ粒子を使用して、それよりもいっそう小さな粒径のア
ルミナ粒子と共用することによって実用に耐える小さな
収縮率の繊維組成物としている。大きな粒径のアルミナ
としてモード径が１０〜８１μｍで単一粒子のα−アル
ミナ粒子（粗粒と呼称する）を用いる。小さな粒径のア
ルミナとして、一次粒子の大きさが０．２〜４μｍのα
−アルミナ（微粒と呼称する）の集合体を用いる。粗粒
と微粒の配合比は、使用するコロイド状シリカの量に関
係があるので、７：３〜３：７の範囲で最適な比率を求
める。この範囲を外れると、熱間における収縮率が大き
すぎたり、収縮率は適当であっても強度が不足したりす
る。

【００５４】上述の２種類のアルミナと多結晶高アルミ
ナ繊維とコロイド状シリカと凝集剤から繊維組成物を作
る。その方法の１つは、第一発明で説明した方法と同じ
である。すなわち、水中に多結晶高アルミナ繊維及び２
種類のアルミナ粒子と陽性デンプンを投入し、攪拌しな
がら高分子凝集剤を添加する。陽性デンプン及び高分子
凝集剤はコロイド状シリカ及び各原料同士を凝集させ
る。さらに、陽性デンプンは有機結合剤としても働く。

【００５５】コロイド状シリカは凝集を起こし、共存す
る他の原料の表面に吸着する。

【００５６】このようにして得られたスラリーを使用し
て、目的の形に公知の真空成形法によって成形する。

【００５７】第二発明の実施例の作用について述べる
と、添加するアルミナ粒子のモード径が２種類に分か
れ、しかも、そのモード径が大きく異なるので、一般に
表面積は粒子径の二乗に比例するから、比表面積で比べ
ると、いっそう差が大きい。また、同一物質に対するコ
ロイド状シリカの吸着量は表面積に比例する。上述のよ
うに微粒のアルミナは粗粒のアルミナに比べ極めて大き
な比表面積を持っているため、コロイド状シリカは粗粒
より微粒に多く吸着（付着）する。

【００５８】このような繊維組成物を加熱した場合、第
一発明と同様に共存する物質間の反応性により焼結反応
の順番が決まる。

【００５９】多結晶高アルミナ繊維、アルミナ粒子、コ
ロイド状シリカの三者のうち、同種同士及び異種同士の
組合せを考えた場合、反応のしやすさ及びその程度は第
一発明で説明した通りである。しかし、第二発明におい
てはアルミナとコロイド状シリカの反応において第一発
明と様子が少し異なる。

【００６０】すなわち、第一発明においてはアルミナ粒
子の表面にまんべんなく吸着したコロイド状シリカは加
熱によりアルミナ表面部分と反応してムライト物質に転
化した。しかし、アルミナの粒子は十分に大きいので、
反応部分は表面のみであった。

【００６１】これに対し、前述のように第二発明におい
てはコロイド状シリカは微粒のアルミナにのみ吸着され
粗粒のアルミナにほとんど吸着されない。したがって、
加熱に際し、微粒のアルミナのみがムライト物質に転化
を始める。十分な量のコロイド状シリカが微粒に吸着さ
れ、しかも微粒のアルミナは質量が小さいので、ほとん
ど全てがムライト物質に添加する。

【００６２】一方、粗粒のアルミナはほとんどコロイド
状シリカを吸着していないので、高温でも不変である。
このような反応は、結果として、多結晶高アルミナ繊維
−ムライト物質−アルミナ粒子−ムライト物質−多結晶
高アルミナ繊維の結合組織や、多結晶高アルミナ繊維−
ムライト物質−アルミナ粒子の結合組織を作る。これら
の結合組織が多結晶高アルミナ繊維−ムライト物質−ア
ルミナ粒子の結合組織単位を共通に含む特徴は第一発明
と同じである。

【００６３】第二発明の実験例添加するアルミナ粒子の種類以外は前述の第一発明の実
験例と同じ方法で行う。すなわち、アルミナ粒子につい
ては数種類の粗粒の組み合わせを用意し、それぞれ重量
費で１対１になるように配合する。全体のアルミナ粒子
の添加量は第一発明の実験例と同じである。使用したア
ルミナ粒子の種類と、得られた試験片の１８００℃での
加熱線収縮率試験の結果を表２に示す。

【００６４】表２に示す各種アルミナ粒子の平均径及び
モード径は、島津制作所製のレーザ粒度分布測定装置
「ＳＡＬＤ−１１００」を用いて測定した。α−粒子径
とは電子顕微鏡観察で二次粒子を観察した時に得られた
一次粒子の最小径と最大径を示す。なお、微粒のモード
径は測定中に二次粒子から分離した一次粒子のモード径
を示す。また、平均径もほぼ一次粒子の値を示してい
る。粒度分布測定装置「ＳＡＬＤ−１１００」で粒子径
を測定する場合、試料は水中でよく分散するように攪拌
されるが、焼結アルミナの二次粒子は水中で攪拌を受け
ると分裂し一次粒子を分離する傾向がある。

【００６５】実験例５〜１４はいずれも粗粒のモード径
が９．７〜８１．１μの範囲にあり、微粒の一次粒子の
モード径が０．２〜４μの範囲にある。この範囲のアル
ミナ粒子を使用した場合、その繊維組成物の１８００℃
における線収縮率はいずれも長さ方向で４％以下であ
り、厚み方向で５％以下である。このように小さな収縮
率は十分に実用に耐える。

【００６６】これに対し、比較例４，５では、いずれも
微粒の一次粒子のモード径が０．２〜４μの範囲にある
が、粗粒のモード径が９．７μ以下または８１．１μ以
上の範囲にあり、その繊維組成物の１８００℃における
線収縮率はいずれも長さ方向で４％以上か、または、厚
み方向で５％以上である。このように大きな収縮率は実
用上好ましくない。

【００６７】第二発明の走査型電子顕微鏡による反射電
子像観察（ＢＳＣ）の結果を図３に示す。これはＡｌと
Ｓｉの原子分布図に重ねて合成したもののスケッチで、
１はアルミナ粒子を示し、２ａ及び２ｂはムライト物質
を示す。塗りつぶした部分は空隙部分を示す。

【００６８】アルミナ粒子１の周囲に、アルミナ粒子１
に接続してムライト物質２ａの部分がある。アルミナ粒
子１は粗粒のアルミナ粒子である。ムライト物質２ａは
コロイド状シリカと微粒のアルミナが反応して出来たも
のである。

【００６９】アルミナ粒子１はほとんど原形のままであ
るが、微粒のアルミナは原型を止めていない。２ｂは多
結晶高アルミナ繊維の断面を示す。多結晶高アルミナ繊
維とアルミナ粒子１はムライト物質２ａを介して一体に
結合している。

【００７０】なお、第二発明の実験例では別々に用意し
た粗粒のアルミナと微粒のアルミナの２種類を配合して
いるが、最初から粗粒の周囲に微粒が凝集して二次粒子
を作っているようなアルミナ粒子を用いることができ
る。

【００７１】第三発明の実施例第三発明は第一または第二発明の組成物を熱処理するこ
とにより、それらの構成物質に焼結反応を起こして、そ
の好ましい位置にムライト物質を形成させることにより
達成される。

【００７２】第三発明の実験例第一発明、第二発明で用いた実施例の内、本発明に係る
実験例２、３及び実験例１０，１１のそれぞれの組成に
ついて第一発明、第二発明で用いたのと同じ材料と方法
を使用して２５ｍｍ厚の乾燥したボードを作成する。

【００７３】前記実験例２、３及び実験例１０、１１の
組成に対応するボードの組成を新たに実験例１５、１６
及び実験例１７、１８と呼称する。

【００７４】これらの実験例１５、１６及び実験例１
７、１８のボードから縦横１００ｍｍの小片を切り出
し、１６００℃、１７００℃、１８００℃の各温度で３
時間仮焼し試験片とする。これらの試験片の表面の一部
について反射電子像観察を行ったところ、いずれも図２
または図３に示したのと同じように、アルミナの含有率
が６０〜８５％でアルミナとシリカを主成分とする多結
晶高アルミナ繊維と、モード径で５〜８１μｍの単一粒
子からなるα−アルミナ粒子がムライト物質を介して一
体に結合しているような結合組織が観察された。

【００７５】ついで、これらの試験片を各々の仮焼温度
と同じ温度で２４時間加熱し、加熱前後の寸法変化から
線収縮率を算出する。その結果を表３に示す。正の値は
収縮を表し負の値は膨張を示す。

【００７６】表３によれば、実験例１５、１６、１７、
１８は１６００℃、１７００℃、１８００℃のいずれの
温度においても非常に小さな線収縮率を示し、この値は
もちろん４％以下の実用に耐える値であった。

【００７７】第四発明及び第五発明の実施例第四発明及び第五発明は、第一発明または第二発明の組
成をそれぞれ、それらの構成物質が焼結しない程度の比
較的高い温度で熱処理して、有機質の凝集材やデンプン
等の結合材を焼失させることによって達成される。この
熱処理は常温以上１６００℃以下の温度範囲で可能であ
る。有機物は比較的低温で消失し得るので、焼失速度と
省エネルギーの観点から１００℃以上１０００℃以下の
範囲が好ましい。この組成物は有機物を含まず、多結晶
アルミナ繊維と、アルミナ粒子と、コロイド状シリカか
らなるが、コロイド状シリカの結合力で十分に強度があ
り、かつ使用時に煙をださない利点を持つ。このような
組成は特に真空炉や雰囲気炉の断熱材として有用であ
る。

【００７８】第四発明及び第五発明の実験例第一発明と第二発明で用いた実施例の内、本発明に係る
実験例、２、３及び実験例１０、１１のそれぞれの組成
について第一発明と第二発明で用いたものと同じ材料と
方法を採用して２５ｍｍ厚の乾燥したボードを作成す
る。

【００７９】前記実験例１、２、３、４、５、６、７、
８、９、１０、１１、１２、１３、１４の組成に対する
ボードの組成を新たに実験例１９、２０、２１、２２、
２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３
１、３２と呼称する。

【００８０】これらの実験例１９〜３２のボードから縦
横１００ｍｍの小片を切り出し、８００℃で３時間仮焼
して試験片とする。次いで、これらの試験片を１８００
℃で２４時間加熱し、加熱前後の寸法変化から線収縮率
を算出する。その結果を表４に示す。正の値は収縮を示
し、負の値は膨張を示す。

【００８１】表４によれば、実験例１９〜３２は１８０
０℃の温度において非常に小さな線収縮率を示し、この
値はもちろん４％以下の実用に耐える値である。

【００８２】

【発明の効果】第一発明及び第二発明において使用する
多結晶高アルミナ繊維はアルミナの含有率が６０〜８５
％である。この範囲の多結晶高アルミナ繊維は主要鉱物
としてムライトを多量に含み高温でコロイド状シリカと
不活性である。

【００８３】第一発明の繊維組成物は、多結晶高アルミ
ナ繊維とモード径が５〜３３μｍの単一粒子からなるα
−アルミナとコロイド状シリカと凝集剤を含む繊維組成
物であり、高温に加熱された時、アルミナ粒子が粗粒で
あるので、アルミナ粒子の寸法がほとんど変化すること
なく、アルミナ粒子の表面にのみムライト物質を生成す
る。結果として、多結晶高アルミナ繊維−ムライト物質
−アルミナ粒子の結合組織を作る。この結合組織は、強
度があるばかりでなく、生成に際し膨張するので、繊維
組成物全体の線収縮率を減少することができる。

【００８４】第二発明の繊維組成物は、多結晶高アルミ
ナ繊維とコロイド状シリカとアルミナ粒子と凝集剤を含
むが、使用するアルミナ粒子が、２種類のアルミナ粒子
からなり、一方のアルミナ粒子がモード径で１０〜８１
μｍの単一粒子からなる粗粒アルミナであって、他方の
アルミナ粒子がモード径で０．２〜４μｍである微粒ア
ルミナの一次粒子が集合した二次粒子であるので、比表
面積の違いから、コロイド状シリカは微粒アルミナの方
へ多く付着する。このような繊維組成物は高温に加熱さ
れた時、粗粒アルミナはほとんど変化することなく原形
を保つ。粗粒アルミナの周囲の微粒アルミナのみがムラ
イト物質に転化する。その結果として、多結晶高アルミ
ナ繊維−ムライト物質−アルミナ粒子の結合組織を作
る。この結合組織は強度があるのみならず生成に際し膨
張するので繊維組成物全体の線収縮率を減少することが
できる。

【００８５】第三発明の繊維組成物は、第一発明または
第二発明の組成を仮焼することによって容易に得られる
もので、この組成はアルミナの含有率が６０〜８５％で
アルミナとシリカを主成分とする多結晶高アルミナ繊維
と、モード径で５〜８１μｍの単一繊維からなるα−ア
ルミナ粒子がムライト物質を介して一体に結合している
ような結合組織をもつことにより熱的に安定となり、１
６００℃以上の高温でいっそう小さな線収縮率を示す。

【００８６】第四発明の繊維組成物は、多結晶高アルミ
ナ繊維とモード径が５〜３３μｍの単一粒子からなるα
−アルミナとコロイド状シリカを含む繊維組成物であ
る。この繊維組成物では、多結晶高アルミナ繊維とアル
ミナ粒子が、仮焼される前に存在した凝集剤の作用によ
って、それらの表面に付着したコロイド状シリカを介し
て一体に結合している。高温に加熱された時、アルミナ
粒子が粗粒であるので、アルミナ粒子の寸法がほとんど
変化することなく、アルミナの表面にのみムライト物質
を生成する。結果として、多結晶高アルミナ繊維−ムラ
イト物質−アルミナ粒子の結合組織をつくる。この組織
は、強度があるばかりでなく、生成に際し膨張するの
で、繊維組成物全体の線収縮率を減少させることができ
る。

【００８７】また、第五発明の繊維組成物は多結晶高ア
ルミナ繊維とコロイジ状シリカとアルミナ粒子を含む
が、使用するアルミナ粒子が、２種類のアルミナ粒子か
らなり、一方のアルミナ粒子がモード径で１０〜８１μ
ｍの単一粒子からなる粗粒アルミナであって、他方のア
ルミナ粒子がモード径で０．２〜４μｍである微粒アル
ミナの一次粒子が集合した二次粒子である。仮焼される
前に存在した凝集剤の作用によってそれらの表面にコロ
イド状シリカが付着しているが、２種類のアルミナ粒子
に対する比較では、比表面積の違いから、コロイド状シ
リカは微粒アルミナ方向へ多く付着する。このような繊
維組成物は高温で加熱された時、粗粒アルミナはほとん
ど変化することなく原形を保つ。粗粒アルミナの周囲の
微粒アルミナのみがムライト物質に転化する。その結果
として、多結晶アルミナ繊維−ムライト物質−アルミナ
粒子の結合組織を作る。この結合組織は強度があるのみ
ならず、生成に際し膨張するので、繊維組成物全体の線
収縮率を減少させることができる。

【００８８】第一発明〜第五発明のいずれの繊維組成物
も１６００℃以上で優れた寸法安定性を示すが、１６０
０℃以下で使用出来ないというわけではない。１６００
℃以下では１６００℃以上の場合と同様に優れた寸法安
定性と強度を持っている。したがって、本発明の組成物
は用途が広く使用温度は限定されない。このような特性
を利用して、高温で使用する断熱材としての用途のみな
らず、高温で使用する治具のようなものにも使用可能で
ある。例えばボード、各種成形品、セッター等がある。
その他に多少の水分を伴った例として、コーティング
材、スプレー材（吹き付け施工による炉壁構成）、スタ
ンプ材、含水フェルト等がある。なお、第四及び第五発
明の実験例では凝集剤を仮焼させているが、最初から凝
集剤を使わない他の組成、例えば小量の水分を伴ったス
タンプ材、スプレー材（吹き付け施工による炉壁構成）
のようなものでも第四発明、第五発明は実現出来る。た
だし、この場合は凝集剤を使ったものに比較して、液状
のコロイド状シリカが乾燥時に表面に移行して濃度に不
均一を生じやすい。しかし、水分が少なければ、用途に
よっては十分に使用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】アルミナ粒子のモード径と熱収縮率との関係を
示すグラフ。

【図２】試験片を樹脂に封入して研磨した状態のスケッ
チを示す断面図。

【図３】別の試験片を樹脂に封入して研磨した状態のス
ケッチを示す断面図。

【符号の説明】

１アルミナ粒子２ａムライト物質２ｂ多結晶高アルミナ繊維 ◆

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミナ及びシリカを主成分としかつア
ルミナ含有率が６０〜８５重量％である多結晶高アルミ
ナ繊維と、アルミナ粒子と、コロイド状シリカと、凝集
剤を含み、前記アルミナ粒子が単一粒子からなるα−ア
ルミナであって、その粒子の大きさがモード径で５〜３
３μｍであることを特徴とする耐熱性繊維組成物。
【請求項２】アルミナ及びシリカを主成分としかつア
ルミナの含有率が６０〜８５重量％である多結晶高アル
ミナ繊維と、アルミナ粒子と、コロイド状シリカと、凝
集剤を含み、前記アルミナ粒子が２種類のα−アルミナ
粒子からなり、一方のアルミナ粒子は単一粒子からなる
アルミナであって、その粒子の大きさがモード径で１０
〜８１μｍであり、他方のアルミナ粒子は多数の一次粒
子が集合した二次粒子であり、この一次粒子の大きさが
モード径で０．２〜４μｍであることを特徴とする耐熱
性繊維組成物。
【請求項３】アルミナ及びシリカを主成分としかつア
ルミナの含有率が６０〜８５重量％である多結晶高アル
ミナ繊維と、モード径で５〜８１μｍの単一粒子からな
るα−アルミナ粒子がムライト物質を介して一体に結合
していることを特徴とする耐熱性繊維組成物。
【請求項４】アルミナ及びシリカを主成分としアルミ
ナ含有量が６０〜８５重量％である多結晶高アルミナ繊
維と、モード径が５〜３３μｍの単一粒子からなるα−
アルミナと、コロイド状シリカを含む繊維組成物におい
て、多結晶高アルミナ繊維とアルミナ粒子が、コロイド
状シリカを介して一体に結合していることを特徴とする
耐熱性繊維組成物。
【請求項５】アルミナ及びシリカを主成分としアルミ
ナ含有量が６０〜８５重量％である多結晶高アルミナ繊
維とコロイド状シリカとアルミナ粒子を含む繊維組成物
において、使用するアルミナ粒子が、２種類のアルミナ
粒子からなり、一方のアルミナ粒子がモード径で１０〜
８１μｍの単一粒子からなる粗粒アルミナであって、他
方のアルミナ粒子がモード径で０．２〜４μｍである微
粒アルミナの一次粒子が集合した二次粒子からなり、コ
ロイド状シリカを介して一体に結合していることを特徴
とする耐熱性繊維組成物。