JPH0572341B2 - - Google Patents
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- JPH0572341B2 JPH0572341B2 JP63239041A JP23904188A JPH0572341B2 JP H0572341 B2 JPH0572341 B2 JP H0572341B2 JP 63239041 A JP63239041 A JP 63239041A JP 23904188 A JP23904188 A JP 23904188A JP H0572341 B2 JPH0572341 B2 JP H0572341B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
- C04B35/111—Fine ceramics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、高度の耐熱性を有する無機質軽量成
形体に関するものである。 〔従来の技術〕 耐熱性無機質繊維と耐熱性無機質粉末との混合
物を無機質結合剤を用いて成形してなる耐熱性無
機質軽量成形体は公知である（たとえば特開昭59
−88378、特開昭63−206367）。しかしながら、従
来のものは、耐熱性とはいつても高々1700℃程度
までしか使用できないものが普通であり、それ以
上の耐熱性を必要とするときは、耐火レンガなど
の重量耐火物を使用するしかなかつた。 〔発明が解決しようとする課題〕 そこで本発明は、低熱容量かつ低熱伝導率の軽
量成形体でありながら1800℃の高温での長期使用
にも耐える高度の耐熱性を有する無機質成形体を
提供しようとするものである。 〔課題を解決するための手段〕 本発明により提供された新規な無機質成形体
は、次の２種類である。 平均粒子径が10〜50μｍのアルミナ粉末およ
び多結晶質アルミナ繊維が均一混合状態で無定
形シリカまたは無定形アルミナにより結合され
てなり、嵩密度が0.4〜1.5ｇ／cm3であり、かつ
全量Al2O3量が75重量％以上であることを特徴
とする耐熱性無機質成形体。 （以下、第一発明の成形体という） 平均粒子径が10〜50μｍのアルミナ粉末およ
び多結晶質アルミナ繊維が均一混合状態でムラ
イトまたは／およびコランダムにより結合され
てなり、嵩密度が0.4〜1.5ｇ／cm3であり、かつ
全量Al2O3量が75重量％以上であることを特徴
とする耐熱性無機質成形体。 （以下、第二発明の成形体という） 上記本発明の成形体の最も特徴とするところ
は、耐熱性無機質粉末として使われているアルミ
ナ粉末が、従来この分野で使われてきたものより
もはるかに粒度の粗いものであることにある。す
なわち、無機質成形体製造に普通に使われている
アルミナは平均粒子径が5μｍ程度の微細なもの
であつて、本発明で用いるような粗い粒子は、成
形材料としては使われていない。セラミツクス焼
成用のセツターと被焼成物との反応防止用敷粉な
ど、ごく限られた特殊な用途に少量が利用されて
いるにすぎない。本発明の成形体は、この粗いア
ルミナ粒子が結晶質アルミナ繊維で補強されて成
形体を構成していることにより、細かなアルミナ
粒子からなる場合よりも粒子間および粒子−アル
ミナ繊維間の接点が少なく、このため、1800℃以
上の高温度で使用しても、収縮、変形、崩壊の原
因となる反応焼結を起こしにくいものと思われ
る。特に好ましいアルミナ粉末の粒径は15〜30μ
ｍである。 ただし、アルミナ粉末が粒径10〜50μｍのもの
であつても、シリカが多すぎるとそれが約1800℃
以上の高温度で液相を形成して成形体の耐熱性を
悪くするので、全アルミナ量を少なくとも75重量
とする。また、アルミナとシリカ以外の成分の混
入も耐熱性を悪くするので好ましくなく、全
Al2O3と全SiO2との合計量で成形体全体の99％以
上を占めることが望ましい。さらに、嵩密度が
1.5ｇ／cm3をこえる高密度のものとすると、粗大
なアルミナ粉末を用いても高温における反応焼結
を阻止できなくなる。なお成形体を軽量化し過ぎ
ると、多孔質になりすぎて熱的クリープを受け易
くなるので、嵩密度として0.4ｇ／cm3を軽量化の
下限とする。 次に本発明の成形体の製造法について説明す
る。 アルミナ粉末は、焼結アルミナでも電融アルミ
ナでもよいが、平均粒子径が10〜50μｍの、なる
べき純度の高いものを用いる。粒径50μｍをこえ
る粗大なものは、焼結を起こしにくい点では有利
でも、十分な強度を有する成形体を与えないので
好ましくない。 補強用の多結晶質アルミナ繊維は特に限定され
るものではないが、耐熱性の良いものが好ましい
ことは言うまでもない。 アルミナ繊維とアルミナ粉末の配合比（重量
比）は、70：30ないし10：90が適当である。 結合剤としては、コロイダルシリカ、コロイダ
ルアルミナ、またはこれらの混合物を用いること
ができる。使用量は、成形材料全体の３〜15重量
％程度が適当である。過剰量の使用は、成形体の
高密度化を招き、反応焼結しやすい耐熱性不良の
製品を与える。コロイダルシリカを用いる場合に
おいて、その量は、製品中の全SiO2が25重量％
をこえることのないようにする。 本発明の成形体を製造するに当たつては、結合
剤の外に、凝集剤、有機結合剤などの成形助剤を
用いることができる。 これらの原料を上述を比率で混合し、さらに混
合の前後において適量の水を加えて、全体を湿潤
状態ないしスラリー状にする。次いで原料混合物
を脱水プレス成形、真空成形など、脱水成形の常
法により成形するが、成形は、最終製品の嵩密度
が0.4〜1.5ｇ／cm3になるような条件で行う。 得られた成形体を乾燥して結合剤より無定形シ
リカまたは無定形アルミナ硬化物を生じさせる
と、それらによりアルミナ繊維およびアルミナ粉
末が結合された第一発明の成形体が得られる。 これを約1500℃以上で焼成すると、結合剤とし
てコロイダルシリカを用いた場合においてはアル
ミナ繊維の表層部が無定形シリカまたはそれから
生成した結晶質シリカ・クリストバライトと反応
してムライト（3Al2O3・2SiO2）を生成し、この
ムライトが結合剤となつて、さらに熱的に安定な
第二発明の成形体が形成される。焼成が不充分で
クリストバライトを残したものは、クリストバラ
イトが約250℃を境にして結晶形を異にし、それ
ら二つ結晶形を転移する過程で体積変化を起こす
ため、加熱、冷却を繰り返すと亀裂を発生し易い
という欠点を示す。クリストバライトの消失は、
通常の粉末Ｘ線回折法により確認することができ
る。結合剤としてコロイダルアルミナを用いた場
合は、焼成によりコランダム化し（アルミナ繊維
中のシリカ分とコロイダルアルミナとの反応によ
り少量ムライトも生成する）、やはり安定性のよ
い構造が形成される。 第一発明の成形体は、使用前に1400〜1600℃で
焼成することにより、あるいは使用開始後高温に
さらされることにより、無定形シリカはムライト
に変換され、無定形アルミナはコランダムに変換
されて、第二発明の成形体となる。 〔実施例〕 以下、実施例および比較例を示して本発明を説
明する、 なお、各例において用いた原料は次のとりであ
る。 多結晶質アルミナ繊維：繊維径3μｍ、平均繊維
長50mm、Al2O3含有率95％のもの。 アルミナ粉末：焼結アルミナ 結合剤：コロイダルシリカ又はコロイダルアルミ
ナ 以上の原料のうち、まず多結晶質アルミナ繊維
および耐火性粉末を水に分散させ、次いで結合剤
と硫酸アルミニウムを加えて撹拌したのち、吸引
脱水成形する。得られた成形体を、熱風で乾燥す
る。第二発明の成形体の場合は、その後1500℃で
５時間焼成して、結合剤をムライトまたはコラン
ダムに変換する。 上記製法において原料配合比率および処理条件
を種々変更して行なつた実験の結果を、比較実験
の結果とともに表１に示した。なお、表中に示し
た特性値のうち、耐スポーリング性の試験法は次
のとおりである。 耐スポーリング性：厚さ20mm、長さ200mm、幅200
mmの試験片を１時間炉内に保持した後、急冷し
てクラツク発生の有無を調べる。クラツクがな
い試験片については再度炉内温度を上げて同様
の操作を行う。これを繰返し、最終的にクラツ
クが発生した温度をもつて、耐スポーリング性
の指標とする。 〔発明の効果〕 本発明による軽量耐火物は、上述のように反応
焼結を起こしにくい粗大なアルミナ粉末を高度耐
熱性多結晶質アルミナ繊維で補強したものである
から、従来のアルミナ質軽量耐火物よりもはるか
にすぐれた耐熱性を示し、1800℃以上の高温雰囲
気で連続使用することができ、使用中の収縮率も
小さい。特に、結合剤がムライトまたは／および
コランダムからなる第二発明の成形体は、構造が
安定しているため、そのまま高性能軽量耐火物と
して使用することができる。 【表】
形体に関するものである。 〔従来の技術〕 耐熱性無機質繊維と耐熱性無機質粉末との混合
物を無機質結合剤を用いて成形してなる耐熱性無
機質軽量成形体は公知である（たとえば特開昭59
−88378、特開昭63−206367）。しかしながら、従
来のものは、耐熱性とはいつても高々1700℃程度
までしか使用できないものが普通であり、それ以
上の耐熱性を必要とするときは、耐火レンガなど
の重量耐火物を使用するしかなかつた。 〔発明が解決しようとする課題〕 そこで本発明は、低熱容量かつ低熱伝導率の軽
量成形体でありながら1800℃の高温での長期使用
にも耐える高度の耐熱性を有する無機質成形体を
提供しようとするものである。 〔課題を解決するための手段〕 本発明により提供された新規な無機質成形体
は、次の２種類である。 平均粒子径が10〜50μｍのアルミナ粉末およ
び多結晶質アルミナ繊維が均一混合状態で無定
形シリカまたは無定形アルミナにより結合され
てなり、嵩密度が0.4〜1.5ｇ／cm3であり、かつ
全量Al2O3量が75重量％以上であることを特徴
とする耐熱性無機質成形体。 （以下、第一発明の成形体という） 平均粒子径が10〜50μｍのアルミナ粉末およ
び多結晶質アルミナ繊維が均一混合状態でムラ
イトまたは／およびコランダムにより結合され
てなり、嵩密度が0.4〜1.5ｇ／cm3であり、かつ
全量Al2O3量が75重量％以上であることを特徴
とする耐熱性無機質成形体。 （以下、第二発明の成形体という） 上記本発明の成形体の最も特徴とするところ
は、耐熱性無機質粉末として使われているアルミ
ナ粉末が、従来この分野で使われてきたものより
もはるかに粒度の粗いものであることにある。す
なわち、無機質成形体製造に普通に使われている
アルミナは平均粒子径が5μｍ程度の微細なもの
であつて、本発明で用いるような粗い粒子は、成
形材料としては使われていない。セラミツクス焼
成用のセツターと被焼成物との反応防止用敷粉な
ど、ごく限られた特殊な用途に少量が利用されて
いるにすぎない。本発明の成形体は、この粗いア
ルミナ粒子が結晶質アルミナ繊維で補強されて成
形体を構成していることにより、細かなアルミナ
粒子からなる場合よりも粒子間および粒子−アル
ミナ繊維間の接点が少なく、このため、1800℃以
上の高温度で使用しても、収縮、変形、崩壊の原
因となる反応焼結を起こしにくいものと思われ
る。特に好ましいアルミナ粉末の粒径は15〜30μ
ｍである。 ただし、アルミナ粉末が粒径10〜50μｍのもの
であつても、シリカが多すぎるとそれが約1800℃
以上の高温度で液相を形成して成形体の耐熱性を
悪くするので、全アルミナ量を少なくとも75重量
とする。また、アルミナとシリカ以外の成分の混
入も耐熱性を悪くするので好ましくなく、全
Al2O3と全SiO2との合計量で成形体全体の99％以
上を占めることが望ましい。さらに、嵩密度が
1.5ｇ／cm3をこえる高密度のものとすると、粗大
なアルミナ粉末を用いても高温における反応焼結
を阻止できなくなる。なお成形体を軽量化し過ぎ
ると、多孔質になりすぎて熱的クリープを受け易
くなるので、嵩密度として0.4ｇ／cm3を軽量化の
下限とする。 次に本発明の成形体の製造法について説明す
る。 アルミナ粉末は、焼結アルミナでも電融アルミ
ナでもよいが、平均粒子径が10〜50μｍの、なる
べき純度の高いものを用いる。粒径50μｍをこえ
る粗大なものは、焼結を起こしにくい点では有利
でも、十分な強度を有する成形体を与えないので
好ましくない。 補強用の多結晶質アルミナ繊維は特に限定され
るものではないが、耐熱性の良いものが好ましい
ことは言うまでもない。 アルミナ繊維とアルミナ粉末の配合比（重量
比）は、70：30ないし10：90が適当である。 結合剤としては、コロイダルシリカ、コロイダ
ルアルミナ、またはこれらの混合物を用いること
ができる。使用量は、成形材料全体の３〜15重量
％程度が適当である。過剰量の使用は、成形体の
高密度化を招き、反応焼結しやすい耐熱性不良の
製品を与える。コロイダルシリカを用いる場合に
おいて、その量は、製品中の全SiO2が25重量％
をこえることのないようにする。 本発明の成形体を製造するに当たつては、結合
剤の外に、凝集剤、有機結合剤などの成形助剤を
用いることができる。 これらの原料を上述を比率で混合し、さらに混
合の前後において適量の水を加えて、全体を湿潤
状態ないしスラリー状にする。次いで原料混合物
を脱水プレス成形、真空成形など、脱水成形の常
法により成形するが、成形は、最終製品の嵩密度
が0.4〜1.5ｇ／cm3になるような条件で行う。 得られた成形体を乾燥して結合剤より無定形シ
リカまたは無定形アルミナ硬化物を生じさせる
と、それらによりアルミナ繊維およびアルミナ粉
末が結合された第一発明の成形体が得られる。 これを約1500℃以上で焼成すると、結合剤とし
てコロイダルシリカを用いた場合においてはアル
ミナ繊維の表層部が無定形シリカまたはそれから
生成した結晶質シリカ・クリストバライトと反応
してムライト（3Al2O3・2SiO2）を生成し、この
ムライトが結合剤となつて、さらに熱的に安定な
第二発明の成形体が形成される。焼成が不充分で
クリストバライトを残したものは、クリストバラ
イトが約250℃を境にして結晶形を異にし、それ
ら二つ結晶形を転移する過程で体積変化を起こす
ため、加熱、冷却を繰り返すと亀裂を発生し易い
という欠点を示す。クリストバライトの消失は、
通常の粉末Ｘ線回折法により確認することができ
る。結合剤としてコロイダルアルミナを用いた場
合は、焼成によりコランダム化し（アルミナ繊維
中のシリカ分とコロイダルアルミナとの反応によ
り少量ムライトも生成する）、やはり安定性のよ
い構造が形成される。 第一発明の成形体は、使用前に1400〜1600℃で
焼成することにより、あるいは使用開始後高温に
さらされることにより、無定形シリカはムライト
に変換され、無定形アルミナはコランダムに変換
されて、第二発明の成形体となる。 〔実施例〕 以下、実施例および比較例を示して本発明を説
明する、 なお、各例において用いた原料は次のとりであ
る。 多結晶質アルミナ繊維：繊維径3μｍ、平均繊維
長50mm、Al2O3含有率95％のもの。 アルミナ粉末：焼結アルミナ 結合剤：コロイダルシリカ又はコロイダルアルミ
ナ 以上の原料のうち、まず多結晶質アルミナ繊維
および耐火性粉末を水に分散させ、次いで結合剤
と硫酸アルミニウムを加えて撹拌したのち、吸引
脱水成形する。得られた成形体を、熱風で乾燥す
る。第二発明の成形体の場合は、その後1500℃で
５時間焼成して、結合剤をムライトまたはコラン
ダムに変換する。 上記製法において原料配合比率および処理条件
を種々変更して行なつた実験の結果を、比較実験
の結果とともに表１に示した。なお、表中に示し
た特性値のうち、耐スポーリング性の試験法は次
のとおりである。 耐スポーリング性：厚さ20mm、長さ200mm、幅200
mmの試験片を１時間炉内に保持した後、急冷し
てクラツク発生の有無を調べる。クラツクがな
い試験片については再度炉内温度を上げて同様
の操作を行う。これを繰返し、最終的にクラツ
クが発生した温度をもつて、耐スポーリング性
の指標とする。 〔発明の効果〕 本発明による軽量耐火物は、上述のように反応
焼結を起こしにくい粗大なアルミナ粉末を高度耐
熱性多結晶質アルミナ繊維で補強したものである
から、従来のアルミナ質軽量耐火物よりもはるか
にすぐれた耐熱性を示し、1800℃以上の高温雰囲
気で連続使用することができ、使用中の収縮率も
小さい。特に、結合剤がムライトまたは／および
コランダムからなる第二発明の成形体は、構造が
安定しているため、そのまま高性能軽量耐火物と
して使用することができる。 【表】
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 平均粒子径が10〜50μｍのアルミナ粉末およ
び多結晶質アルミナ繊維が均一混合状態で無定形
シリカまたは無定形アルミナにより結合されてな
り、嵩密度が0.4〜1.5ｇ／cm3であり、かつ全
Al2O3量が75重量％以上であることを特徴とする
耐熱性無機質成形体。 ２ 平均粒子径が10〜50μｍのアルミナ粉末およ
び多結晶質アルミナ繊維が均一混合状態でムライ
トまたは／およびコランダムにより結合されてな
り、嵩密度が0.4〜1.5ｇ／cm3であり、かつ全
Al2O3量が75重量％以上であることを特徴とする
耐熱性無機質成形体。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63239041A JPH0288452A (ja) | 1988-09-26 | 1988-09-26 | 耐熱性無機質成形体 |
| US07/409,300 US5071798A (en) | 1988-09-26 | 1989-09-19 | Heat-resistant and inorganic shaped article |
| EP89117657A EP0361356B2 (en) | 1988-09-26 | 1989-09-25 | Heat-resistant and inorganic shaped article |
| DE68905279T DE68905279T3 (de) | 1988-09-26 | 1989-09-25 | Hitzebeständiger anorganischer Formkörper. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63239041A JPH0288452A (ja) | 1988-09-26 | 1988-09-26 | 耐熱性無機質成形体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0288452A JPH0288452A (ja) | 1990-03-28 |
| JPH0572341B2 true JPH0572341B2 (ja) | 1993-10-12 |
Family
ID=17038999
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Patent Citations (2)
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