JPH06135766A - 緻密質セラミックスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 緻密質セラミックスの新規な製造方法を提供
すること。 【構成】 ムライト又は加熱時にムライトを生成する物
質を含むセラミックス成形体にアルミニウムを存在させ
た状態で660℃以上に加熱すること。例えば図１に示す
ように、ムライト含有セラミックス母材１上にアルミニ
ウム成形体２を載置し、これを大気雰囲気中1150℃で3
時間加熱した。得られたセラミックスは、その上部の約
1／3が緻密化され、その部分の見掛気孔率は１％以下で
あった。 【効果】 アルミナ及びムライトの存在が許容される高
機能性の緻密質セラミックス部材を提供することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、緻密質セラミックスの
新規な製造方法に関し、機械部品や耐火物等に使用され
るセラミックス、特にアルミナ及びムライトの存在が許
容される高機能性セラミックス部材などの用途に適した
緻密質セラミックスの新規な製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックスを緻密化する方法として、
従来より(1) セラミックス成形体の気孔に金属あるいは
タ−ル等を含浸する方法、(2) セラミックス成形体の気
孔に金属を酸化させながら充填する方法（特公平3−755
08号公報、特公平4−36112号公報、特公平4−40313号公
報参照）、が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、上記従
来法のうち(2)の金属を酸化させながら気孔を充填して
セラミックスを緻密化する方法について研究を重ねた結
果、従来法(2)と異なる手段で金属を酸化させながらセ
ラミックスを緻密化する新規な方法を確立したものであ
る。即ち、上記従来法(2)の技術は、画期的なものであ
るけれども、いずれもド−パントと呼ばれる金属又は金
属化合物からなる物質を用いる方法であり、この物質の
１種以上を少なくとも母材と接触させる金属中に含ませ
なければならないものである。

【０００４】これに対して、本発明者等は、これらド−
パントを用いることなくセラミックス母材中にムライト
を存在させることにより、アルミニウムとムライトとの
反応によって母材中の気孔にアルミニウムを酸化させな
がら充填できることを見出し、この反応を利用してセラ
ミックスを緻密化する技術を確立し、本発明を完成した
ものである。

【０００５】即ち、本発明は、緻密質セラミックスの新
規な製造方法を提供するものであり、特にアルミナ及び
ムライトの存在が許容される高機能性緻密質セラミック
ス部材を提供することを目的とし、また、優れた組織、
優れた強度特性が要求される用途に好適な緻密質セラミ
ックスを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そして、本発明は、上記
目的を達成する手段として、ムライト又は加熱されたと
きにムライトを生成する物質を含むセラミックス成形体
にアルミニウムを存在させた状態で加熱することを特徴
とする。

【０００７】即ち、本発明は、 「(1) ムライト又は加熱時にムライトを生成する物質を
含むセラミックス成形体を母材とし、アルミニウムを該
母材の一部と接触させた状態で660℃以上に加熱し、前
記母材中に存在する気孔の一部あるいは全部にアルミニ
ウムを反応させながら充填することを特徴とする緻密質
セラミックスの製造方法。 (2) ムライト又は加熱時にムライトを生成する物質を含
むセラミックス成形体の一部にアルミニウムを存在させ
た状態で660℃以上に加熱し、前記成形体の一部にアル
ミニウム化合物を生成させることを特徴とする緻密質セ
ラミックスの製造方法。」 を要旨とする。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。本発明に
おいて、セラミックス母材中に含まれるべきムライトと
しては、セラミックス製造時にその原料の一部としてム
ライトを用いることができ、また、アルミニウムと反応
させるときの加熱によってムライトが生成するものを使
用することができる。後者の加熱によってムライトが生
成するものとしては、アルミナとシリカとを共存させた
ものを使用することができ、また、天然に産するアルミ
ナ及びシリカを含むものを用いることもできる。

【０００９】緻密化しようとするセラミックス母材とし
ては、本発明において特に制限はなく、一般に製造され
ている種々のものを使用することができる。また、アル
ミニウムとしては、緻密化しようとするセラミックスの
外面の一部に接触させる面を含んだ任意の形状に成形し
たものを使用することができ、このため、アルミニウム
の粉末、板状体又は塊状体をこのような形状に加工した
ものを用いることができる。更に、本発明において、ア
ルミニウムを緻密化しようとするセラミックスの内部に
存在させることもできる。

【００１０】加熱する温度としては、アルミニウムが溶
融する660℃以上であればアルミニウムとムライトとの
反応が起こり、セラミックスを緻密化することができる
が、工業的にこの反応を利用するためには、反応速度が
大きい1000〜1200℃が好ましい。加熱時の雰囲気に関し
ては、大気中あるいは酸素を含んだ気体に限られるもの
ではなく、アルゴン、ヘリウム、窒素雰囲気であっても
よく、このような不活性雰囲気中でもアルミニウムとム
ライトとが反応し、セラミックスを緻密化することがで
きる。

【００１１】本発明における加熱温度について、図２を
参照してさらに説明する。図２は、加熱温度と緻密化部
分の厚さとの関係を示す一例であって、緻密化する速度
に及ぼす加熱温度の影響を示す図である。この図では、
アルミナ及びシリカを原料として気孔率約40％のセラミ
ックス成形体を作製し、次に、該成形体を1600℃で焼成
することによってこの成形体内にムライトを生成させた
ものをセラミックス母材として用いた。そして、アルミ
ニウム粉末をこの母材と接触させて大気雰囲気中電気炉
で３時間加熱した。この時の反応によって生成したアル
ミニウム酸化物の厚さと温度との関係を示した図であ
る。

【００１２】ここで用いたセラミックス母材及びアルミ
ニウムは、後記する実施例１で用いたものと同じもので
あり、また、加熱条件も実施例１と同一である。これら
の条件では、図２に示すとおり、加熱温度が1150℃のと
きに緻密化された部分の厚さが最大となるが、本発明で
は、この温度に限定されるものではなく、アルミニウム
が溶融する温度660℃以上であれば、任意温度で加熱す
ることができる。なお、本発明において、工業的に利用
できる条件として最適な加熱条件は、原料、形状、加熱
雰囲気等によって異なる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を挙げ、本発明をより
詳細に説明する。 （実施例１）セラミックス母材として、気孔径約2ｍ
ｍ、気孔率約40％のアルミナ製多孔体に粒子径1μｍ以
下のシリカ質微粉を塗布し、大気雰囲気中1600℃で3時
間焼成した後、幅10ｍｍ、長さ30ｍｍ、高さ15ｍｍに切
断加工したものを用意した。また、アルミニウムとし
て、粒径が0.3ｍｍ以下の粉末を45MPaの圧力で幅10ｍ
ｍ、長さ30ｍｍ、高さ5ｍｍにプレス成形したものを用
いた。

【００１４】上記セラミックス母材を電気炉内に配置
し、その上に上記アルミニウム粉末成形体を載置して大
気雰囲気中1150℃で3時間加熱し、その後冷却した。図
１にこの時の材料の配置を模式的に示す。図１中、１は
セラミックス母材、２はアルミニウム粉末の成形体であ
る。

【００１５】得られたセラミックスは、上部約1／3が緻
密化されており、その部分の見掛気孔率は2％以下であ
った。

【００１６】（実施例２）セラミックス母材として、重
量比率でアルミナ60％、ムライト35％を主原料とし、原
料の粒子径が１ｍｍ以下である見掛気孔率約20％のセラ
ミックス成形体を用い、実施例１と同様の方法でこのセ
ラミックスを緻密化した。得られたセラミックスは、上
部約1／3が緻密化され、その部分の見掛気孔率は１％以
下であった。

【００１７】（実施例３）セラミックス母材として、重
量比率でアルミナ85％、クロミア5％、シリカ5％、粘土
3％を原料とした見掛気孔率約15％の耐火れんがを用い
て実施例１と同様の方法でこの耐火れんがを緻密化し
た。ただし、加熱温度は1100℃、加熱時間は5時間とし
た。この場合、耐火れんがの上部約1／2が緻密化され、
その部分の見掛気孔率は１％以下であった。また、この
耐火れんがの曲げ強度は25MPaであるが、緻密化するこ
とによって曲げ強度が75MPaにも増加していた。

【００１８】（実施例４）セラミックス母材として、気
孔径約0.5ｍｍ、気孔率35％のアルミナ製多孔体に粒子
径１μｍ以下のシリカ質微粉を塗布し、大気雰囲気中16
00℃で3時間焼成した後、幅10ｍｍ、長さ30ｍｍ、高さ1
5ｍｍに切断加工したものを用意した。この母材の気孔
内に、塗料等の原料として製造されている粒子径0.1ｍ
ｍ以下の鱗片状アルミニウムを塗布した。これを酸素80
％、窒素20％の雰囲気中で電気炉により1100℃で3時間
加熱したところ、母材の気孔内に、母材とは異なるアル
ミナを主成分とする物質が生成し、気孔率は23％に低下
して組織が緻密化していた。

【００１９】（実施例５）実施例３で用いたセラミック
ス母材と同じ耐火れんがを用い、この母材の上に幅10ｍ
ｍ、長さ30ｍｍ、厚さ5ｍｍのアルミニウム板を置き、
アルゴン雰囲気中1150℃で5時間加熱したところ、母材
の上部約1／3が緻密化した。その部分の見掛気孔率は2
％以下であった。

【００２０】（比較例１）セラミックス母材として、気
孔径約2ｍｍ、気孔率約40％のアルミナ製多孔体を幅10
ｍｍ、長さ30ｍｍ、高さ20ｍｍに切断加工したものを用
意した。また、アルミニウムとして、粒径が0.3ｍｍ以
下の粉末を、45MPaの圧力で幅10ｍｍ、長さ30ｍｍ、高
さ5ｍｍにプレス成形して用いた。

【００２１】上記母材を電気炉内に配置し、その上に上
記アルミニウム成形体を置いて大気雰囲気中1150℃、2
時間加熱した後冷却した。得られたセラミックス母材の
気孔内にはなにも生成しておらず、全く緻密化されてい
なかった。なお、ここで用いたアルミナ製多孔体は、実
施例１で用いたものと同じものである。

【００２２】（比較例２）セラミックス母材として、重
量比率でアルミナ95％、クロミア5％を原料とした見掛
気孔率15％の耐火れんがを用い、実施例３と同様の方法
でこの耐火れんがを緻密化しようとした。しかしなが
ら、耐火れんがは全く緻密化されず、見掛気孔率15％で
変化はなかった。

【００２３】以上の実施例から明らかなように、セラミ
ックス母材中にムライトを含むセラミックス成形体にア
ルミニウムを存在させた状態で加熱することにより、該
成形体が緻密化し、その部分の気孔率が低下することが
認められた。一方、ムライトを含まないセラミックス成
形体に同様にアルミニウムを存在させて加熱した比較例
１、２では、全く緻密化されず、気孔率の変化が認めら
れなかった。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、以上詳記したとおり、ムライ
ト又は加熱されたときにムライトを生成する物質を含む
セラミックス成形体にアルミニウムを存在させた状態で
加熱することを特徴とするものであり、これによって緻
密なセラミックスが得られる効果が生ずる。そして、本
発明によりアルミナ及びムライトの存在が許容される高
機能性の緻密質セラミックス部材を提供することがで
き、また、優れた組織、優れた強度特性が要求される用
途に好適な緻密質セラミックスを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】セラミックス母材上にアルミニウム粉末成形体
を載置した状態を模式的に示した図。

【図２】緻密化する速度に及ぼす加熱温度の影響を示し
た図。

【符号の説明】

１ セラミックス母材 ２ アルミニウム粉末成形体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 英昭 岡山県岡山市赤田314−８ (72)発明者 畠田 文比古 岡山県備前市伊部1935−１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ムライト又は加熱時にムライトを生成す
   る物質を含むセラミックス成形体を母材とし、アルミニ
   ウムを該母材の一部と接触させた状態で660℃以上に加
   熱し、前記母材中に存在する気孔の一部あるいは全部に
   アルミニウムを反応させながら充填することを特徴とす
   る緻密質セラミックスの製造方法。
2. 【請求項２】 ムライト又は加熱時にムライトを生成す
   る物質を含むセラミックス成形体の一部にアルミニウム
   を存在させた状態で660℃以上に加熱し、前記成形体の
   一部にアルミニウム化合物を生成させることを特徴とす
   る緻密質セラミックスの製造方法。