JPH0676251B2

JPH0676251B2 - 高強度マグネシア焼結体及びその製造法

Info

Publication number: JPH0676251B2
Application number: JP63111521A
Authority: JP
Inventors: 明生西田; 常夫島村
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1988-05-10
Filing date: 1988-05-10
Publication date: 1994-09-28
Anticipated expiration: 2009-09-28
Also published as: JPH01282146A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、緻密で機械的特性、耐蝕性、耐熱性に優れ、
高温における強度低下の少ない高強度マグネシア焼結体
及びその製造法に関する。さらに詳しくは、高純度、高
融点金属の溶融用、PZTセラミックス、β−アルミナセ
ラミックス等の電子及び導電性セラミックスの焼結用、
更にはY-Ba-Cu-O系等の超伝導セラミックスの溶融用と
して優れた性能を有する高強度マグネシア焼結体及びそ
の製造法に関する。

（従来の技術及びその問題点）マグネシアは融点が2800℃と高く、アルカリ金属、酸化
鉛、塩基性スラグ等に対する耐蝕性に優れているため、
ルツボや耐火レンガなとの高温耐蝕材料として使用され
ている。しかしながら、マグネシアは機械的強度や破壊
靱性に劣るため、昇温、降温の繰り返しにより、クラッ
クが発生したり、スポーリングを起こしたりするなど実
用上の問題がある。

これらの問題を改善する方法として、マグネシウム塩の
熱分解により微細で焼結性の優れたマグネシアを調製
し、これを焼結して緻密な焼結体を作る方法がある。し
かし、この方法によって得られる焼結体は、丸みを帯び
た粒子からなるため、高温で使用した場合、粒成長が進
み強度が低下するという問題がある。

また、特開昭59−182268号公報及び“GYPSUM ＆ LIME"N
o.209、219-224（1987）には、マグネシアにジルコニア
を添加して焼結させて、マグネシアの機械的性質を向上
させる方法が開示されている。しかし、この方法に従っ
て得られるマグネシア質焼結体はジルコニアが含まれる
ため、マグネシア本来の優れた耐蝕性を発揮することが
できないという欠点を有する。

（問題点を解決するための技術的手段）本発明の目的は、室温及び高温での機械的性質を改善し
たマグネシア焼結体及びその製造法を提供することにあ
る。

本発明の上記目的は、曲率半径10mm以上の面で囲まれた
粒系５μｍ以下のマグネシア多面体粒子からなる気孔率
２％以下のマグネシア焼結体によって達成される。

焼結体では、粒径および気孔率が小さいほど機械的性質
が向上するが、本発明のマグネシア焼結体は粒径５μｍ
以下、気孔率２％以下と小さく、従って優れた機械的性
質が発現する。

さらに、一般に焼結体は14面体粒子からなるが、その面
の曲率半径が小さいほど、高温で使用した場合に粒成長
が大きくなり、強度が低下するが、本発明のマグネシア
焼結体は曲率半径10mm以上の面で囲まれた多面体粒子か
らなるため、高温での粒成長による強度低下が少ない。

本発明のマグネシア焼結体は、粒径0.1〜1.0μｍの立方
体状の一次粒子を30〜80重量％含み、残部が粒径0.1μ
ｍ以下の等軸状の一次粒子からなる、純度99.9％以上の
マグネシア粉末を成形して得られる相対密度50％以上の
成形体を1600〜1800℃の温度で焼結することによって得
られる。

本発明において、成形体の相対密度は次式で計算した値
を表す。

上記マグネシア粉末は、マグネシウム蒸気をノズルから
酸素含有雰囲気中に噴出し、長さ10cm以上の層流拡散火
炎を形成させ、該火炎中でマグネシウム蒸気を酸化する
ことにより得られる。このように、長さ10cm以上の層流
拡散火炎中でマグネシウム蒸気を酸化させると、マグネ
シアの核の発生した位置により粒成長に差異が生じ、例
えば、ノズル付近の火炎で発生した核は、火炎中での滞
留時間が長くなるため、粒成長が進み、粒径0.1〜1.0μ
ｍの立方体状の一次粒子となり、一方、火炎の先端付近
で発生した核は火炎中での滞留時間が短いため、粒成長
が少なく、粒径0.1μｍ以下の等軸状の一次粒子とな
る。

前記マグネシア粉末は、粒径0.1〜10μｍの立方体状の
一次粒子を30〜80重量％含み、残部が粒径0.1μｍ以下
の等軸状の一次粒子からなる。このマグネシア粉末を焼
結させると、立方体状の粒子がその形状をある程度保っ
たままで緻密化が進むので、曲率半径10mm以上で粒径５
μｍ以下のマグネシア多面体粒子からなる気孔率２％以
下のマグネシア焼結体が得られる。

粒径0.1〜1.0μｍの立方体状の一次粒子が80重量％より
多くなると、焼結の駆動力となる表面エネルギーが小さ
くなるため、気孔率２％以下の緻密な焼結体が得られ
る。また、30重量％より少ないと、曲率半径が10mm以上
の多面体粒子からなる焼結体が得られない。

また、本発明で使用されるマグネシア粉末のマグネシア
含有量は99.9％以上である必要がある。マグネシア含有
量は99.9％より少ないと、焼結の際に粒成長が進み、マ
グネシア焼結体中の粒子が５μｍより大きくなってしま
う。

前記マグネシア粉末は、成形して相対密度50％以上の成
形体とする必要がある。成形体の相対密度が50％より小
さいと、焼結の際に気孔が十分に排除されず気孔率２％
以下の緻密な焼結体が得られない。

マグネシア粉末はそのまま成形してもよく、成形に先立
ってそれ自体公知の方法に従って造粒してもよい。

マグネシア粉末から成形体を作製する方法については特
に制限はなく、それ自体公知の方法、例えば、一軸加圧
成形、ラバープレス成形、押出成形、射出成形、鋳込成
形などの方法を適宜採用することができる。

次に、成形体を1600〜1800℃の温度で焼結することによ
って、本発明のマグネシア焼結体が得られる。

焼結温度が1600℃未満であると焼結の駆動力が小さいた
め、気孔率２％以下の緻密な焼結体が得られない。焼結
温度が1800℃を越えると、粒成長が進み、マグネシア焼
結体中の粒子が５μｍより大きくなってしまう。

（実施例）以下に本発明の実施例及び比較例を示す。以下におい
て、成形体の嵩密度は寸法と重量から求め、焼結体の嵩
密度はアルキメデス法によって測定し、それぞれ理論密
度に対する百分率で示した。焼結体の曲げ強度はJIS R
1601に従い、焼結体から３×４×40mmの棒状試験片を切
り出し、表面をダイヤモンド砥石で研磨した後、スパン
30mm、クロスヘッドスピード0.5mm/分の条件で室温及び
1200℃で３点曲げ試験を行い測定した。また、焼結体の
高温での強度劣化を調べるため、1400℃、24時間加熱し
た後に、上記焼結体の評価を行った。

焼結体を構成する粒子の面の曲率半径は、まずSEM写真
から粒界の形状を求め、この粒界を円弧と考えてその中
心を求め、その半径を測定する。そして、数点の粒界に
つき求めた半径の平均値を曲率半径とした。ただし、比
較例３及び比較例４は粒径の３倍として求めた。

実施例１第１図に示す装置を用いて、マグネシア粉末を製造し
た。マグネシウム蒸気噴射ノズル１の口径は9mm、反応
室４の内径は180mm、長さは1000mmであった。

レトルト３内にマグネシウム７を入れ、電気炉６によっ
て1200℃に加熱して、発生したマグネシウム蒸気をマグ
ネシウム蒸気噴射ノズル１から20m/sの流速で反応室４
へ噴射させた。同時に管２から空気を200l/分で導入し
て、マグネシウム蒸気を燃焼させて、長さ50cmの層流拡
散火炎を形成させた。生成したマグネシア粉末は捕集器
５で捕集した。

得られたマグネシア粉末は、純度99.9％以上であり、粒
径0.1〜1.0μｍの立方体状の一次粒子を60重量％含み、
残部が粒径0.1μｍ以下の等軸状の一次粒子からなるも
のであった。得られたマグネシア粉末の透過型電子顕微
鏡（TEM）写真を第２図に示す。

このマグネシア粉末をエタノール溶媒を用いて６時間ボ
ールミルした後、エタノールを除去し、解砕して造粒粉
とした。

この造粒粉50gを80×54mmの金型に充填し、100kg/cm²で
一軸加圧成形した後に、1.5ton/cm²の圧力でラバープレ
スして成形体を得た。次にこの成形体を電気炉に入れ、
1650℃で４時間焼結して、マグネシア焼結体を製造し
た。

得られたマグネシア焼結体の評価結果を第１表に示す。

実施例２実施例１において、管２からの空気導入量を400l/分に
変えて、マグネシウム蒸気を燃焼させて、長さ30cmの層
流拡散火炎を形成させて、マグネシア粉末を製造した。

得られたマグネシア粉末は、純度99.9％以上であり、粒
径0.1〜1.0μｍの立方体状の一次粒子を40重量％含み、
残部が粒径0.1μｍ以下の等軸状の一次粒子からなるも
のであった。

この粉末を用いて、実施例１と同様にしてマグネシア焼
結体を製造した。結果を第１表に示す。

比較例１ 100kg/cm²の圧力で一軸加圧して得られた成形体を用い
た以外は実施例１と同様にしてマグネシア焼結体を製造
した。結果を第１表に示す。

比較例２焼結温度を1500℃に変えた以外は実施例１と同様にして
マグネシア焼結体を製造した。結果第１表に示す。

比較例３焼結温度を1900℃に変えた以外は実施例１と同様にしてマグネシア焼結体を製造した。結果を第１
表に示す。

比較例４マグネシウム塩の熱分解により得られた平均粒径0.1μ
ｍの等軸状のマグネシア粉末を用いた以外は実施例１と
同様にしてグネシア焼結体を製造した。結果を第１表に
示す。

【図面の簡単な説明】第１図は、本発明を実施する際に使用される装置の一例
を示す概略図である。１……マグネシウム蒸気噴射ノズル、２……管、３……
レトルト、４……反応室、５……捕集器、６……電気
炉、７……マグネシウム第２図は、本発明の実施例１で用いたマグネシア粉末の
粒子形状を示す図面に代えるTEM写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】曲率半径10mm以上の面で囲まれた粒径５μ
ｍ以下のマグネシア多面体粒子からなる気孔率２％以下
の高強度マグネシア焼結体。
【請求項２】粒径0.1〜1.0μｍの立方体状の一次粒子を
30〜80重量％含み、残部が粒径0.1μｍ以下の等軸状の
一次粒子からなる、純度99.9％以上のマグネシア粉末を
成形して得られる相対密度50％以上の成形体を1600〜18
00℃の温度で焼結することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の高強度マグネシア焼結体の製造法。
【請求項３】マグネシア粉末がマグネシウム蒸気をノズ
ルから酸素含有雰囲気中に噴出し、長さ10cm以上の層流
拡散火炎を形成させ、該火炎中でマグネシウム蒸気を酸
化することにより得られることを特徴とする特許請求の
範囲第２項記載の高強度マグネシア焼結体の製造法。