JPH06166564A - Sintered compact of fused silica and its production - Google Patents

Sintered compact of fused silica and its production

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JPH06166564A
JPH06166564A JP31958692A JP31958692A JPH06166564A JP H06166564 A JPH06166564 A JP H06166564A JP 31958692 A JP31958692 A JP 31958692A JP 31958692 A JP31958692 A JP 31958692A JP H06166564 A JPH06166564 A JP H06166564A
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JP
Japan
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sintered body
fused silica
powder
fused
purity
Prior art date
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Application number
JP31958692A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Shimoda
和男 霜田
Mitsuyuki Imaizumi
三之 今泉
Hiroshi Nakajo
博史 中條
Yoshio Takada
良雄 高田
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OPT D D MELCO LAB KK
Optec Dai Ichi Denko Co Ltd
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
OPT D D MELCO LAB KK
Optec Dai Ichi Denko Co Ltd
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by OPT D D MELCO LAB KK, Optec Dai Ichi Denko Co Ltd, Mitsubishi Electric Corp filed Critical OPT D D MELCO LAB KK
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Abstract

PURPOSE:To provide a sintered fused silica having dense texture with little open pores and exhibiting high flexural strength. CONSTITUTION:The objective sintered fused silica having a density of >=2.05g/cm<3> and a four-point flexural strength (JIS R 1601) of 9-10kg/mm<2> is composed of amorphous silica having a purity of >=99%. It can be produced through 3 steps comprising the 1st step of preparing a slurry composed mainly of fused silica powder having an average particle diameter of <=2mum and a purity of >=99%, a 2nd step of casting the slurry with a gypsum mold having an average pore diameter of 1-3.3mum and a 3rd step of baking the formed article in air.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は溶融シリカ質焼結体およ
びその製法に関する。さらに詳しくは、ガラス溶解槽窯
および金属溶解炉などの耐火材料または加熱ヒータ外管
材、ロケットのジェット装置のライニング材として好適
に使用しうる緻密な溶融シリカ質焼結体およびその製法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fused siliceous sintered body and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a dense fused siliceous sintered body that can be suitably used as a refractory material such as a glass melting tank kiln and a metal melting furnace, an outer tube material for a heater, a lining material for a jet device of a rocket, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】溶融シリカは、本来非晶質(ガラス質)
であり、非常に小さい熱膨張係数(0.5×10-6
℃)を有することが知られている。前記材料は、約10
00℃付近の高温で長時間加熱されると、クリストバラ
イトやトリジマイトなどの結晶相に変化するという特徴
を有する。これらの結晶相は、ガラス質に比べて極めて
大きい熱膨張係数を有しており、焼結体の中に混在する
と強度低化をもたらす。前記結晶相の量を制御するため
には、焼成温度や時間に配慮して焼結を行う必要があ
る。
Fused silica is essentially amorphous (glassy).
And has a very small coefficient of thermal expansion (0.5 × 10 −6 /
C.). The material is about 10
When it is heated at a high temperature near 00 ° C. for a long time, it has a characteristic that it changes into a crystalline phase such as cristobalite or tridymite. These crystal phases have an extremely large coefficient of thermal expansion as compared with glassy materials, and if they are mixed in the sintered body, the strength is lowered. In order to control the amount of the crystalline phase, it is necessary to carry out sintering in consideration of the firing temperature and time.

【0003】一般に溶融シリカ質焼結体の製造において
は、焼成温度は1250℃以下であるが、前記温度条件
で緻密な溶融シリカ質焼結体をうることは難しく、従来
の方法では密度の低い焼結体しかえられていない。
Generally, in the production of a fused siliceous sintered body, the firing temperature is 1250 ° C. or lower, but it is difficult to obtain a dense fused siliceous sintered body under the above temperature conditions, and the density is low by the conventional method. Only the sintered body is obtained.

【0004】たとえば、特公昭49−27083号公報
には、短時間で焼成することにより、1250〜145
0℃の焼成温度でも前記結晶相の生成する割合を少なく
することのできる溶融シリカ質焼結体の製法が記載され
ている。
For example, Japanese Examined Patent Publication No. 49-27083 discloses a method of firing at 1250 to 145 by firing in a short time.
There is described a method for producing a fused siliceous sintered body which can reduce the rate of formation of the crystalline phase even at a firing temperature of 0 ° C.

【0005】前記方法は、結晶核の数の形成速度とその
成長速度を考慮して、急速に所定の焼成温度まで昇温
し、かつその焼成温度も1250℃以上とする一方、焼
成時間は短時間とすることで結晶生成を抑えた溶融シリ
カ質焼結体をうることに特徴がある。 また、特公平1
−54301号公報には、水蒸気雰囲気下、1050〜
1250℃の焼成温度で緻密な溶融シリカ質焼結体を製
造する方法が記載されている。
In the above method, in consideration of the formation rate of the number of crystal nuclei and its growth rate, the temperature is rapidly raised to a predetermined firing temperature and the firing temperature is also 1250 ° C. or higher, while the firing time is short. It is characterized in that a fused siliceous sintered body with suppressed crystal formation can be obtained by setting the time. In addition, special fair 1
In Japanese Patent Laid-Open No. 54301, 1050 to 1050 are set in a steam atmosphere.
A method for producing a dense fused siliceous sintered body at a firing temperature of 1250 ° C. is described.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】前記特公昭49−27
083号公報に記載の製法は、容積が大きくかつ複雑な
形状の製品には焼きムラや変形が生じ、ときには加熱時
の製品内の温度均一性がわるくなるため亀裂発生の原因
となり、容積が小さく単純な形状の製品にしか適用でき
ないという問題を有している。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
According to the manufacturing method described in Japanese Patent Publication No. 083, the product having a large volume and a complicated shape is unevenly baked or deformed, and sometimes the temperature uniformity in the product at the time of heating becomes poor, which causes cracks and the volume is small. It has a problem that it can be applied only to a product having a simple shape.

【0007】また、前記特公平1−54301号公報に
記載の製法は、確かに緻密な溶融シリカ質焼結体はえら
れるが、その曲げ強度試験の結果は、従来の大気中焼成
体の半分程度(3〜4kg/mm2)であり、特性の面
で問題を有している。
In addition, although the manufacturing method described in Japanese Patent Publication No. 1-54301 can produce a dense fused siliceous sintered body, the bending strength test result shows that it is half that of the conventional sintered body in air. It is about 3 to 4 kg / mm 2 and has a problem in terms of characteristics.

【0008】本発明は、前記のような問題点を解消する
ためになされたもので、非晶質で緻密な溶融シリカ質焼
結体およびその製法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an amorphous and dense fused siliceous sintered body and a method for producing the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、純度が99%
以上の非晶質シリカよりなり、その密度が2.05g/
cm3以上、4点曲げ強度(JIS R 1601)が
9〜10kg/mm2であることを特徴とする溶融シリ
カ質焼結体および平均粒径2μm以下、純度99%以上
の非晶質溶融シリカ粉末を主成分とした泥しょうを調製
する第一工程、前記泥しょうを石膏から構成された1〜
3.3μmの平均細孔径を有する成形型を用いて鋳込み
成形する第二工程、前記工程によりえられた成形体を大
気中で焼成する第三工程からなることを特徴とする前記
溶融シリカ質焼結体の製法に関する。
The present invention has a purity of 99%.
It is made of the above amorphous silica and has a density of 2.05 g /
cm 3 or more, 4-point bending strength (JIS R 1601) is 9 to 10 kg / mm 2 , and a fused siliceous sintered body characterized by having an average particle size of 2 μm or less and a purity of 99% or more. The first step to prepare powder-based mud, 1-
The fused siliceous calcination, which comprises a second step of casting by using a molding die having an average pore diameter of 3.3 μm, and a third step of calcination of the molding obtained in the above step in the atmosphere. Concerning the manufacturing method of the union.

【0010】[0010]

【作用】本発明の溶融シリカ質焼結体は、密度が2.0
5g/cm3以上と高く、曲げ強度も高いため、前記特
性が要求される用途に使用できる。
The function of the fused siliceous sintered body of the present invention is 2.0.
Since it is as high as 5 g / cm 3 or more and has high bending strength, it can be used for applications requiring the above-mentioned properties.

【0011】本発明では、純度が99%以上で平均粒径
が2μm以下の非晶質シリカ粉末を用い、泥しょう鋳込
み成形法により細孔径を調製した石膏型を用いて成形体
を作製するため高密度な成形体を作製することができ、
この成形体を1210〜1250℃で焼成することで緻
密な溶融シリカ質焼結体をうることができる。
In the present invention, a molded product is produced by using a gypsum mold having a purity of 99% or more and an average particle size of 2 μm or less and a pore size adjusted by a mud casting method. It is possible to produce a high-density molded body,
A dense fused siliceous sintered body can be obtained by firing this molded body at 1210-1250 ° C.

【0012】[0012]

【実施例】本発明の溶融シリカ質焼結体は、純度が99
%以上と高純度の非晶質シリカよりなるため、非常に小
さい熱膨張係数(0.5×10-6/℃)を有し、耐熱衝
撃性に優る。
EXAMPLE The fused siliceous sintered body of the present invention has a purity of 99.
%, It has a very small coefficient of thermal expansion (0.5 × 10 −6 / ° C.) and is excellent in thermal shock resistance.

【0013】前記焼結体は、その密度が2.05g/c
3以上、好ましくは2.10〜2.19g/cm3であ
るため気孔率が低く、その透水性、吸水性が改善された
緻密な焼結体である。 また、前記焼結体はその4点曲
げ強度(JIS R 1601)が9〜10kg/mm
2と高く、従来えられなかった特性のものであり、前記
特性が要求される用途に使用されうる。
The density of the sintered body is 2.05 g / c.
Since it is m 3 or more, preferably 2.10 to 2.19 g / cm 3 , the porosity is low, and the dense sintered body has improved water permeability and water absorption. The four-point bending strength (JIS R 1601) of the sintered body is 9 to 10 kg / mm.
It is as high as 2 , which is a characteristic that has not been obtained in the past, and can be used in applications where the above characteristics are required.

【0014】前記シリカ質焼結体は、その大きさとして
容積が20〜600cc程度で、板状のものをうること
ができる。
The siliceous sintered body can have a plate-like shape with a volume of about 20 to 600 cc.

【0015】また、たとえば外径φ400mmで、厚み
25mmのリング状などの複雑な形状のものをうること
ができる。
Further, it is possible to obtain a complicated shape such as a ring shape having an outer diameter of 400 mm and a thickness of 25 mm.

【0016】このようなことから、前記シリカ質焼結体
は、たとえばガラス溶解槽窯、金属溶解炉などの耐火材
料、加熱ヒータ外管材、ロケットのジェット装置のライ
ニング材などに用いることができる。
From the above, the siliceous sintered body can be used as, for example, a glass melting tank kiln, a refractory material such as a metal melting furnace, an outer tube material of a heater, a lining material of a jet device of a rocket, and the like.

【0017】つぎに、本発明の溶融シリカ質焼結体の製
法について説明する。
Next, a method for producing the fused siliceous sintered body of the present invention will be described.

【0018】本発明の溶融シリカ質焼結体の製法は、基
本的にセラミック粉末の焼結理論から導出される粉末粒
子の大きさと焼結性の関係に基づいて、考察することに
よりえられたものである。しかし、ガラス質材料のばあ
い、結晶体よりなる粉末と異なり、その焼結機構は原子
拡散よりも、高温時の軟化現象にともなう物質移動が主
といわれている。このばあいでも、粉末粒子径の大きさ
は焼結性に影響し、粒子径が細かいほど焼結性は高まる
とされている。実際には、有用な粒度は、あとの成形工
程の条件を絡めて、見出す必要がある。このようなこと
から、本発明では以下のような製法を採用している。
The method for producing the fused siliceous sintered body of the present invention was obtained by considering basically the relationship between the size of the powder particles and the sinterability derived from the sintering theory of the ceramic powder. It is a thing. However, in the case of vitreous materials, unlike powder made of crystals, the sintering mechanism is said to be mainly the mass transfer associated with the softening phenomenon at high temperature rather than atomic diffusion. Even in this case, the particle size of the powder affects the sinterability, and the smaller the particle size, the higher the sinterability. In practice, a useful particle size needs to be found, involving the conditions of the subsequent molding process. For this reason, the present invention employs the following manufacturing method.

【0019】本発明の溶融シリカ質焼結体の製法は、平
均粒径2μm以下、純度99%以上の非晶質溶融シリカ
粉末を主成分とした泥しょうを調製する第一工程、前記
泥しょうを石膏より構成された1〜3.3μmの平均細
孔径を有する成形型を用いて鋳込み成形する第二工程、
前記工程によりえられた成形体を大気中で焼成する第三
工程からなる。
The method for producing the fused siliceous sintered body of the present invention comprises the first step of preparing a mud powder containing an amorphous fused silica powder having an average particle size of 2 μm or less and a purity of 99% or more as a main component. A second step of casting using a molding die having an average pore diameter of 1 to 3.3 μm composed of gypsum,
It comprises a third step of firing the molded body obtained in the above step in the atmosphere.

【0020】まず、第一の工程では、平均粒径2μm以
下、純度が99%の非晶質溶融シリカ粉末を主成分とし
た泥しょうを作製する。
First, in the first step, a slurry containing amorphous fused silica powder having an average particle size of 2 μm or less and a purity of 99% as a main component is prepared.

【0021】本発明で使用される溶融シリカ粉末は、主
に珪砂を原料として溶融した石英ガラスを粉砕した非晶
質の粉末である。前記粉末が完全に非晶質であるかどう
かは、X線回折により、結晶固定を行い、回折ピークが
存在しないことにより判断する(ただし、回折角2θ=
21.7°付近には、ブロードなピークは存在する)。
前記粉末は、低温での焼結性を高くするため、平均粒径
が2μm以下、さらには1〜2μmのものが好ましい。
前記平均粒径1〜2μmの粉末では平均細孔径が1〜
3.3μmの石膏を用いて鋳込み成形を行う際の歩留り
が向上する。また、 平均粒径1μm以下の粉末は、成
形割れをおこしやすい傾向が生ずる。
The fused silica powder used in the present invention is an amorphous powder obtained by crushing fused silica glass mainly using silica sand as a raw material. Whether or not the powder is completely amorphous is determined by fixing the crystal by X-ray diffraction and not having a diffraction peak (however, the diffraction angle 2θ =
There is a broad peak around 21.7 °).
The powder preferably has an average particle size of 2 μm or less, and more preferably 1 to 2 μm in order to enhance the sinterability at low temperature.
In the powder having the average particle diameter of 1 to 2 μm, the average pore diameter is 1 to
The yield at the time of performing cast molding using 3.3 μm gypsum is improved. Further, powders having an average particle size of 1 μm or less tend to cause molding cracks.

【0022】また、前記溶融シリカ粉末の純度について
は、純度が99%以上と、他の不純物や無機バインダー
を含まない純粋なものが好ましい。Al、Na、Kなど
の不純物が入ると焼結の際にクリストバライト、トリジ
マイトなどの結晶化を促進しやすいため好ましくない。
Regarding the purity of the fused silica powder, the purity is preferably 99% or more, and a pure one containing no other impurities or inorganic binder is preferable. Impurities such as Al, Na, and K are not preferable because they easily promote crystallization of cristobalite, tridymite, and the like during sintering.

【0023】また、粒子の形は、球状に近く、針状でな
いことが好ましい。
Further, it is preferable that the shape of the particles is almost spherical and not acicular.

【0024】つぎに前記粉末を用いて泥しょうを作製す
る。
Next, a slurry is prepared using the above powder.

【0025】泥しょうは、前記シリカ粉末に対し分散媒
体である水を20〜26%(重量%、以下同様)加え、
要すれば分散剤および結合剤などのバインダー系を加え
て調製される。
For mud, 20 to 26% (wt%, the same applies hereinafter) of water as a dispersion medium is added to the silica powder,
If necessary, it is prepared by adding a binder system such as a dispersant and a binder.

【0026】溶融シリカ粉末は、水を使用して湿式粉砕
を行うことによりえられるが、シリカ粉末は本来水との
反応性が高いことから、粉砕工程で粉末表面にOH基を
取り込み、OH基の層を形成し、自ら電気二重層を有す
るため、分散剤(解こう剤)が存在しなくても流動性の
ある泥しょうがえられる。
Fused silica powder can be obtained by wet-milling with water. Since silica powder originally has high reactivity with water, OH groups are incorporated into the powder surface in the pulverizing step, and OH groups are introduced. Since it forms a layer of and has an electric double layer by itself, it is possible to obtain fluid mud without a dispersant (peptizer).

【0027】しかし、前記泥しょうでは、粉末が沈降し
やすいため、たとえば4〜8時間、回転ポットミルなど
を用いて湿式混合を行い、泥しょうを調製したのち、迅
速に鋳込み成形を行なうのが好ましい。また、一旦粉砕
された溶融シリカ粉末を乾燥処理したばあいは、前記し
たシリカ表面にOH基の層を形成する効果は弱まり固液
混合性がわるくなるため、分散剤などの調整剤を用いる
のが好ましく、このばあい、12〜16時間湿式混合を
行うのが好ましい。
However, in the above-mentioned mud, powder tends to settle, so that it is preferable to carry out wet mixing using a rotary pot mill for 4 to 8 hours to prepare mud, and then quickly perform cast molding. . Further, when the pulverized fused silica powder is dried, the effect of forming the OH group layer on the silica surface is weakened and the solid-liquid mixing property becomes poor. In this case, wet mixing is preferably performed for 12 to 16 hours.

【0028】分散剤としては、たとえばポリカルボン酸
アンモニウム塩などがあげられ、その混合割合は溶融シ
リカ粉末に対し0.3〜2.0%、さらには 0.3
〜0.5%が好ましい。
Examples of the dispersant include polycarboxylic acid ammonium salt, and the mixing ratio thereof is 0.3 to 2.0% with respect to the fused silica powder, and further 0.3.
.About.0.5% is preferable.

【0029】また、結合剤としては、たとえばアクリル
酸系エマルジョンタイプなどがあげられ、その混合割合
は溶融シリカ粉末に対し、1.0〜3.0%、さらには
1.5〜2.0%が好ましい。
Examples of the binder include acrylic acid emulsion type, and the mixing ratio thereof is 1.0 to 3.0%, more preferably 1.5 to 2.0% based on the fused silica powder. Is preferred.

【0030】前記のようにして泥しょうを調製したの
ち、前記泥しょうを石膏から構成された1〜3.3μm
の平均細孔径を有する成形型を用いて鋳込み成形を行
う。
After preparing the mud as described above, the mud is composed of gypsum and the particle size is 1 to 3.3 μm.
Casting is performed using a molding die having an average pore diameter of.

【0031】前記したように石膏より構成される成形型
の平均細孔径は、一般に、入手容易なこと、および石膏
強度、耐久性の点から、1〜3.3μmとされる。
As described above, the average pore size of the molding tool made of gypsum is generally 1 to 3.3 μm from the viewpoint of easy availability, gypsum strength and durability.

【0032】前記成形型は、15×15×100の角棒
の成形を成すものを用いた。前記成形型は、通常市販さ
れているような石膏粉末を用い、通常の方法で製造する
ことができる。 鋳込み成形の方法は、前記方法で調製
した泥しょうを石膏型に流し込んで、水分などを石膏に
吸収させ、望みの形状の成形体を作製する、通常の鋳込
み成形法でよい。本発明では、鋳込み成形を採用するこ
とにより媒液の存在でほとんど粉末粒子間の接触抵抗が
ないに等しくなり、溶融シリカ粉末粒子の滑らかな動き
が可能となり、緻密な充填が可能となり、そのため高密
度の成形体がえられる。とくに細かい粉末を用いたばあ
いは、前記の効果が顕著である。
The mold used was a mold for forming a 15 × 15 × 100 square bar. The mold can be manufactured by a usual method using gypsum powder which is usually commercially available. The cast-molding method may be a usual cast-molding method in which the slurry prepared by the above-mentioned method is poured into a gypsum mold so that the gypsum absorbs moisture and the like to produce a molded body having a desired shape. In the present invention, by adopting cast molding, the contact resistance between the powder particles becomes almost equal in the presence of the liquid medium, the smooth movement of the fused silica powder particles becomes possible, and the dense packing becomes possible. A compact having a density can be obtained. Especially when fine powder is used, the above effect is remarkable.

【0033】金型プレスによる成形では、プレス時の粉
末粒子の接触抵抗が大きく、型内の粉末粒子の動きが滑
らかでないため、成形体密度を高めることは難しい。
In molding with a die press, it is difficult to increase the compact density because the contact resistance of the powder particles during pressing is large and the movement of the powder particles in the mold is not smooth.

【0034】前記鋳込み成形により、その密度が1.6
6〜1.88g/cm3の成形体がえられる。
Due to the cast molding, the density is 1.6.
A molded body of 6 to 1.88 g / cm 3 is obtained.

【0035】前記鋳込み成形でえられた成形体は、大気
中下で焼成される。
The molded body obtained by the above-mentioned cast molding is fired in the atmosphere.

【0036】前記焼成は、通常たとえば電気炉またはガ
ス炉を用いて行われ、焼成時は熱の効果を均一にするた
め、一度加熱した溶融シリカ粉末を粉砕処理した粗粒
(300μm〜1mm程度)で成形体を覆い、均一加熱
を行うのが好ましい。
The calcination is usually carried out using, for example, an electric furnace or a gas furnace, and in order to make the effect of heat uniform during the calcination, coarse particles (about 300 μm to 1 mm) obtained by pulverizing the fused silica powder that has been heated once are crushed. It is preferable to cover the molded body with and perform uniform heating.

【0037】電気炉を用いたばあいの焼成条件は、結晶
化を防ぎ、緻密な焼結体をうるため1240〜1250
℃で3〜4時間行うのが好ましい。
The firing conditions when using an electric furnace are 1240 to 1250 in order to prevent crystallization and obtain a dense sintered body.
It is preferable to carry out at 3 ° C. for 3 to 4 hours.

【0038】また、ガス炉を用いたばあいの焼成条件
は、同様に結晶化を防ぎ、緻密な焼結体をうるために、
1200〜1210℃で3〜4時間行うのが好ましい。
Further, the firing conditions in the case of using a gas furnace are also to prevent crystallization and to obtain a dense sintered body.
It is preferable to carry out at 1200 to 1210 ° C. for 3 to 4 hours.

【0039】本発明で、緻密な焼結体がえられるのは、
焼結しやすい平均粒径が2μm以下の細かいシリカ粒子
を用いたこと、泥しょう鋳込み法により粒子間の接触抵
抗を小さくして成形体の密度を高くすることができ、こ
れにより粒子間の接触配位数を増加させることができた
ことなど、焼結性を向上させうる因子を付与したためと
考えられる。
In the present invention, a dense sintered body can be obtained.
Fine silica particles with an average particle size of 2 μm or less that are easy to sinter are used, and the contact resistance between particles can be reduced by the casting method to increase the density of the molded body. It is considered that this was due to the addition of factors that could improve the sinterability, such as the fact that the coordination number could be increased.

【0040】前記焼結により、純度が99%以上の非晶
質シリカよりなりその密度2.05g/cm3以上、好
ましくは2.10〜2.19g/cm3、4点曲げ強度
が9〜10kg/mm2の溶融シリカ質焼結体がえられ
る。
By the above sintering, amorphous silica having a purity of 99% or more is formed, and its density is 2.05 g / cm 3 or more, preferably 2.10 to 2.19 g / cm 3 , and 4-point bending strength is 9 to. A fused siliceous sinter of 10 kg / mm 2 is obtained.

【0041】前記した本発明の製法は、SiO2の純度
が99%以上と高く、平均粒径が2μm以下の粒度から
なる非晶質シリカ粉末を用い、泥しょう鋳込み成形法に
より、細孔径を調整した石膏型により成形体を作製する
ため、1.66〜1.88g/cm3の高密度な成形体
を作製することができ、この成形体を焼結するため12
10 〜1250℃という温度で非晶質で曲げ強度が9
〜10kg/mm2と高く、温度変化によって機械的特
性が変化せず、その密度が2.05g/cm3以上の緻
密なシリカ質焼結体をうることができる。
In the above-described production method of the present invention, the amorphous silica powder having a high SiO 2 purity of 99% or more and an average particle diameter of 2 μm or less is used, and the pore diameter is determined by the cast casting method. Since a molded body is manufactured by the adjusted gypsum mold, a high density molded body of 1.66 to 1.88 g / cm 3 can be manufactured.
Amorphous at a temperature of 10 to 1250 ° C. and a bending strength of 9
It is as high as -10 kg / mm 2 , mechanical properties do not change due to temperature changes, and a dense siliceous sintered body having a density of 2.05 g / cm 3 or more can be obtained.

【0042】つぎに実施例に基づいて本発明をさらに詳
細に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定され
るものではない。
Next, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to such examples.

【0043】[実施例1〜5および比較例1]配合原料
として、SiO2の純度が99.6%と99.9%の溶
融シリカ粉末を用いた。それぞれの平均粒径は、5μm
と12μmである。
[Examples 1 to 5 and Comparative Example 1] As a blending raw material, fused silica powder having a SiO 2 purity of 99.6% and 99.9% was used. Each average particle size is 5 μm
And 12 μm.

【0044】これを、ポリエチレン製の容器およびジル
コニア製のボールを用いた湿式ポットミル粉砕により表
1に示す平均粒径2μm以下の値に調整した。えられた
粉末を100℃で6時間加熱乾燥後、解砕処理してえら
れた溶融シリカの微粉に、溶融シリカ粉末に対し30%
の水、0.5%の分散剤、2.0%の結合剤を加え、混
合、撹拌を行い、泥しょうとした。分散剤としては、市
販のポリカルボン酸アンモニウム塩、( 中京油脂
(株)製のセルナD−305 )を用い、結合剤として
は、ポリアクリル酸系エマルジョンタイプ(三井東圧化
学(株)製のWA−310 )を使用した。 鋳込み成
形は、表1に示す細孔径の範囲および平均細孔径を有す
る石膏型を採用し、流し込みで固形鋳込み成形とした。
前記鋳込み成形によりえられた成形体は、15×15×
100の角棒状である。前記成形体の密度を表1に示
す。成形体の密度はケロシンを用いたアルキメデス法に
より測定した。
This was adjusted to a value of 2 μm or less in average particle diameter shown in Table 1 by wet pot mill grinding using a polyethylene container and zirconia balls. The obtained powder is heated and dried at 100 ° C. for 6 hours and then crushed to obtain a fine powder of fused silica, which is 30% of the fused silica powder.
Water, 0.5% dispersant and 2.0% binder were added, mixed and stirred to make mud. As the dispersant, a commercially available polycarboxylic acid ammonium salt (Cerna D-305 manufactured by Chukyo Yushi Co., Ltd.) was used, and as the binder, a polyacrylic acid emulsion type (manufactured by Mitsui Toatsu Chemicals, Inc.) was used. WA-310) was used. For the cast molding, a gypsum mold having a range of pore diameters and an average pore diameter shown in Table 1 was adopted, and solid casting was performed by pouring.
The molded product obtained by the cast molding is 15 × 15 ×
It has a shape of 100 square rods. Table 1 shows the density of the molded body. The density of the molded body was measured by the Archimedes method using kerosene.

【0045】つぎに、小型の電気炉またはガス炉を使用
し、図1に示すように成形体を加熱処理した溶融シリカ
の粉砕粉で周囲を覆うようにしてセットし、表1に示す
温度および焼成条件で焼成した。なお、表1において、
ガス炉と記載されているもの以外は電気炉を用いて焼成
した。
Then, using a small electric furnace or gas furnace, as shown in FIG. 1, the molded body was set so as to cover the periphery thereof with pulverized powder of fused silica which had been heat treated, and the temperature and the temperature shown in Table 1 were set. It was fired under the firing conditions. In addition, in Table 1,
Other than those described as a gas furnace, firing was performed using an electric furnace.

【0046】比較例として、市販の溶融シリカ粉末を用
い、実施例1と同様にして焼成体をえた例を表1に示
す。
As a comparative example, a commercially available fused silica powder was used, and an example of a fired body obtained in the same manner as in Example 1 is shown in Table 1.

【0047】なお、溶融シリカ粉末の平均粒子径は、
(株)島津製作所製遠心沈降式粒度分析測定装置SA−
CP3により求め、石膏の平均細孔径は、水銀ポロシメ
ータを用いて求めた。また、焼結体の密度測定は焼結体
を煮沸した蒸留水のなかに約3時間浸し、そのまま冷却
のため一晩置き、水中重量を求めたのち、引きあげ湿潤
重量を求め、つぎに乾燥処理をしたのち、乾燥重量を求
めた。
The average particle size of the fused silica powder is
Centrifugal sedimentation type particle size analyzer SA- manufactured by Shimadzu Corporation
The average pore diameter of gypsum was determined by CP3 and was determined using a mercury porosimeter. For the density measurement of the sintered body, the sintered body was immersed in boiling distilled water for about 3 hours, left overnight for cooling, the weight in water was determined, then the wet weight was determined, and then the dry treatment was performed. After that, the dry weight was obtained.

【0048】そして、前記の結果より焼結体密度と吸水
率を算出した。さらに、4点曲げ強度はJIS R 1
601に従って測定を行い、その値を求めた。
Then, the sintered body density and water absorption were calculated from the above results. Furthermore, the 4-point bending strength is JIS R 1
Measurement was performed according to 601 and the value was obtained.

【0049】[0049]

【表1】 表1から、使用した原料粉末が細かいほうが、一般的に
緻密な焼結体がえられること、また、純度の高い粉末の
ばあいには、焼結性が高いことがわかる。すなわち、実
施例1と2とを比較すると粒径が0.6と1.13μm
と倍近く差があるが、焼成条件が同じで、ほぼ同じ焼結
密度をえている。ガス炉を用いて1210℃で焼成した
ばあいも電気炉を用いて1250℃で焼成したものとほ
ぼ同等の焼結密度がえられる。また平均細孔径の小さい
石膏で構成される成形型を使用するほうが高い焼結密度
のものがえられる傾向にある。シリカの真密度は2.2
1g/cm3なので、本発明の溶融シリカ質焼結体の相
対密度は95%以上であり、焼結条件の選択によって
は、99%以上の相対密度のものがえられる。このばあ
いの気孔率は1%以下である。吸水率も0.02%以下
となり、存在する気孔は閉塞孔である。
[Table 1] From Table 1, it is understood that the finer the raw material powder used is, in general, a denser sintered body can be obtained, and in the case of the powder having a high purity, the sinterability is high. That is, comparing Examples 1 and 2, the particle diameters are 0.6 and 1.13 μm.
However, the sintering conditions are the same and almost the same sintered density is obtained. When firing at 1210 ° C. using a gas furnace, a sintering density almost the same as that obtained by firing at 1250 ° C. using an electric furnace can be obtained. Further, using a mold made of gypsum having a small average pore size tends to give a sintered compact having a high density. The true density of silica is 2.2
Since it is 1 g / cm 3 , the relative density of the fused siliceous sintered body of the present invention is 95% or more, and depending on the selection of sintering conditions, a relative density of 99% or more can be obtained. In this case, the porosity is 1% or less. The water absorption rate was 0.02% or less, and the existing pores were closed pores.

【0050】また、本発明の緻密な焼結体の曲げ強度は
9〜10kg/mm2を示し、強度も従来ものに比べ改
善された。
The bending strength of the dense sintered body of the present invention was 9 to 10 kg / mm 2 , and the strength was improved as compared with the conventional one.

【0051】[0051]

【発明の効果】本発明の溶融シリカ質焼結体は、緻密な
焼結体で、曲げ強度も高いため、前記特性が要求される
用途に使用でき、従来に比べてさらに幅広い用途に用い
られる。
EFFECTS OF THE INVENTION The fused siliceous sinter of the present invention is a dense sinter and has a high bending strength, so that it can be used in applications requiring the above-mentioned properties, and can be used in a wider range of applications than before. .

【0052】また、本発明の溶融シリカ質焼結体の製法
によれば緻密で、曲げ強度が高く、温度変化によっても
機械的特性がほとんど変化しない溶融シリカ質焼結体を
うることができる。また、製造設備も一般に市販されて
いるものが使用でき、安価に、かつ容易に製造すること
ができる。
According to the method for producing a fused siliceous sintered body of the present invention, it is possible to obtain a fused siliceous sintered body which is dense, has high bending strength, and whose mechanical properties hardly change even when the temperature changes. Moreover, as the manufacturing equipment, commercially available equipment can be used, and the manufacturing equipment can be manufactured inexpensively and easily.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の焼成工程の一実施例を示す説明図であ
る。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a firing step of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 成形体 3 molded body

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 霜田 和男 東京都東久留米市八幡町1−2−9 株式 会社オプテックディディ・メルコ・ラボラ トリー内 (72)発明者 今泉 三之 東京都東久留米市八幡町1−2−9 株式 会社オプテックディディ・メルコ・ラボラ トリー内 (72)発明者 中條 博史 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社材料デバイス研究所内 (72)発明者 高田 良雄 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社材料デバイス研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Kazuo Shimoda 1-2-9 Hachiman-cho, Higashi-Kurume City, Tokyo Optec Diddy Melco Laboratory Ltd. (72) Inventor Mitsuyuki Imaizumi Hachiman, Higashi-Kurume City, Tokyo 1-2-9 Machi Incorporated Optec Diddy Melco Laboratory (72) Inventor Hiroshi Nakajo 8-1-1 Tsukaguchihonmachi, Amagasaki City Mitsubishi Electric Corporation Material Device Laboratory (72) Inventor Yoshio Takada Amagasaki City 8-1, 1-1 Tsukaguchihonmachi Mitsubishi Electric Corporation Material Device Research Center

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 純度が99%以上の非晶質シリカよりな
り、その密度が2.05g/cm3以上、4点曲げ強度
(JIS R 1601)が9〜10kg/mm2であ
ることを特徴とする溶融シリカ質焼結体。
1. A non-crystalline silica having a purity of 99% or more and a density of 2.05 g / cm 3 or more and a four-point bending strength (JIS R 1601) of 9 to 10 kg / mm 2. And a fused siliceous sintered body.
【請求項2】 平均粒径2μm以下、純度99%以上の
非晶質溶融シリカ粉末を主成分とした泥しょうを調製す
る第一工程、前記泥しょうを石膏から構成された1〜
3.3μmの平均細孔径を有する成形型を用いて鋳込み
成形する第二工程、前記工程によりえられた成形体を大
気中で焼成する第三工程からなることを特徴とする請求
項1記載の溶融シリカ質焼結体の製法。
2. A first step of preparing a slurry containing amorphous fused silica powder having an average particle diameter of 2 μm or less and a purity of 99% or more as a main component, wherein the slurry is composed of gypsum.
2. The method according to claim 1, comprising a second step of casting by using a mold having an average pore diameter of 3.3 μm, and a third step of firing the molded body obtained in the step in the atmosphere. Manufacturing method of fused siliceous sintered body.
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