JPH08178548A - SiC質窯道具とその製造方法 - Google Patents
SiC質窯道具とその製造方法Info
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Abstract
し、0.01〜0.7重量%のV2O5、0.01〜0.
7重量%のCaO及び0.01〜5重量%の粘土を添加
して得た粉体を成形し、これを焼成してなるSiC質窯
道具であって、当該SiC質窯道具の表層部と中心部と
をそれぞれX線回折で粉末法により測定して、CuKα
線に対する2θが34.0゜である炭化珪素の回折ピー
クの高さに対する、2θが21.9゜であるクリストバ
ライトの回折ピークの高さの比を求めたとき、表層部の
上記比の値に対する中心部の上記比の値の割合が20%
以上であり、常温における抗折強度が、1400℃にお
ける抗折強度の±20%の範囲内にあるSiC質窯道
具。 【効果】 耐スポール性、耐酸化性、耐クリープ性等の
窯道具として求められる諸特性をバランスよく向上させ
た酸化物結合SiC質の窯道具が得られる。
Description
成に使用される棚板、敷板等の窯道具に関するものであ
る。
その優れた耐熱性及び耐火性から工業上重要な位置を占
めており、例えば陶磁器焼成用の棚板、敷板、サヤ、そ
の他の窯道具などに多用されている。このようなSiC
質耐火物の一種として、SiC粒子を微量の金属酸化物
等とともに混練・成形し、酸化性雰囲気で焼成すること
により、SiC粒子を部分的に酸化させ、その部分酸化
により生じた二酸化珪素(SiO2)によってSiC粒
子を結合させてなる、いわゆる酸化物結合SiC質耐火
物が知られている。この酸化物結合SiC質焼結体は、
安価であることなどから、陶磁器焼成用の窯道具として
広く使用されている。
結合SiC質耐火物は、SiC粒子を窒化珪素等からな
る結合材で結合させてなる、いわゆる窒化物結合SiC
質耐火物や、再結晶型SiC質耐火物に比して強度レベ
ルが低く、耐スポール性も悪いため、一般的に短寿命で
あった。また、最近は生産効率の向上や省エネなどのた
め迅速焼成が行われることが多く、窯道具に対する負荷
も大きくなってきている。このような背景から、酸化物
結合SiC質耐火物の耐スポール性、耐酸化性、耐クリ
ープ性等の特性改善が求められているが、これらの諸特
性の改善には相反する要素が多く、互いにバランスよく
向上させることが難しかった。本発明は、上記のような
従来の事情を鑑みてなされたものであり、耐スポール
性、耐酸化性、耐クリープ性等の窯道具として求められ
る諸特性をバランスよく向上させた酸化物結合SiC質
の窯道具とその製造方法を提供することを目的とする。
径が4mm以下であるSiC粉末に対し、0.01〜0.
7重量%のV2O5、0.01〜0.7重量%のCaO及
び0.01〜5重量%の粘土を添加して得た粉体を成形
し、これを焼成してなるSiC質窯道具であって、当該
SiC質窯道具の表層部と中心部とをそれぞれX線回折
で粉末法により測定して、CuKα線に対する2θが3
4.0゜である炭化珪素の回折ピークの高さに対する、
2θが21.9゜であるクリストバライトの回折ピーク
の高さの比を求めたとき、表層部の上記比の値に対する
中心部の上記比の値の割合が20%以上であり、常温に
おける抗折強度が、1400℃における抗折強度の±2
0%の範囲内にあることを特徴とするSiC質窯道具、
が提供される。
下であるSiC粉末に対し、0.01〜0.7重量%の
V2O5、0.01〜0.7重量%のCaO及び0.01
〜5重量%の粘土を添加して得た粉体を、適量の水及び
有機バインダーとともに混練して、これを所望形状に成
形し、得られた成形体を乾燥後、700〜1100℃の
温度域を10時間以上かけて昇温しながら焼成し、更に
最高温度が1300〜1500℃の範囲にあり、かつ1
300℃以上の温度域が2〜10時間になるような条件
で引き続き焼成を行うことを特徴とするSiC質窯道具
の製造方法、が提供される。
下であるSiC粉末に対し、0.01〜0.7重量%の
V2O5、0.01〜0.7重量%のCaO及び0.01
〜5重量%の粘土を添加して得た粉体を用いて作製され
たものである。このような粉体を用い、後述の製造方法
に示す条件にて作製されたSiC質窯道具は、以下のよ
うな性質を有する。
中心部とをそれぞれX線回折で粉末法により測定して、
CuKα線に対する2θが34.0゜である炭化珪素の
回折ピークの高さに対する、2θが21.9゜であるク
リストバライトの回折ピークの高さの比を求めたとき、
表層部の上記比の値に対する中心部の上記比の値の割合
が20%以上である。
すると、SiC粒子が部分酸化してSiO2が生成し、
これがCaOやV2O5からなる微量の金属酸化物フラッ
クスと反応して強固な結合相を形成し、SiC粒子を結
合する。この際、SiCの酸化により生じたSiO
2は、一部がガラス質からクリストバライトに転移し副
相として残存するが、窯道具の表層部と中心部とでこの
クリストバライトの存在量に差がありすぎると、クリス
トバライト変態時の膨張・収縮による熱応力が大きくな
って耐スポール性が悪くなる。そこで、本発明において
は、表層部と中心部とで、上記のような比の値について
の関係を規定した。上記のような比の値についての関係
を満たす場合には、良好な耐スポール性が得られる。
の表面から肉厚の1/3までの部分をいい、中心部とは
窯道具の肉厚の1/3の厚さの厚さ方向における中心部
分をいうものとする。
おける抗折強度が、1400℃における抗折強度の±2
0%の範囲内にある。例えば、1400℃における抗折
強度が500kg/cm2だとすると、常温における抗折強度
は400〜600kg/cm2である。常温と1400℃にお
ける抗折強度の関係を上記のように規定したのは、常温
と熱間との強度差が大きくなり、温度に対する強度特性
がアンバランスになると、耐スポール性が低下するから
である。すなわち、常温における抗折強度が、1400
℃における抗折強度の±20%の範囲にない場合には、
耐スポール性が低下するという不具合が生じる。
について説明する。本発明のSiC質窯道具は、最大粒
径が4mm以下であるSiC粉末に対し、0.01〜0.
7重量%のV2O5、0.01〜0.7重量%のCaO及
び0.01〜5重量%の粘土を添加して得た粉体を用い
て作製する。
は10〜20mm程度であるので、その特性上、及び生産
技術上の観点から、骨材となるSiC粉末の最大粒径は
4mm以下、好ましくは3mm以下とした。なお、SiC粉
末の粒度範囲としては、500μ以上が35〜50重量
%、88〜500μが20〜30重量%、88μ以下が
30〜35重量%であることが、窯道具に適しており好
ましい。
V2O5は焼成時において酸化促進剤として作用し、内部
酸化を促して表層部との酸化程度の差を小さくする。ま
た、V2O5はSiC粒子の部分酸化により生成したSi
O2と反応して窯道具の表面にガラス質の被膜を形成
し、窯道具内部への酸素の浸入を防いで耐酸化性を向上
させる。なお、SiC粉末に対するV2O5の添加量は
0.01〜0.7重量%、好ましくは0.01〜0.5
重量%、更に好ましくは0.01〜0.3重量%とす
る。0.01重量%未満では前記効果が不十分であり、
0.7重量%を超えると表面酸化が進みすぎ、内部酸化
が少なくなる。
があり、V2O5と同様に耐酸化性の向上に寄与する。S
iC粉末に対するCaOの添加量は0.01〜0.7重
量%、好ましくは0.01〜0.5重量%、更に好まし
くは0.01〜0.3重量%とする。0.01重量%未
満では前記効果が不十分であり、0.7重量%を超える
と生成したガラスの粘性が低下し、耐ベンド性が低下す
る。
剤として添加される。SiC粉末に対する粘土の添加量
は0.01〜5重量%、好ましくは0.1〜4重量%と
する。0.01重量%未満では効果が不十分であり、5
重量%を超えるとAl2O3成分及び不純物が増えること
により、耐ベンド性が低下する。
に5重量%以下の無定形SiO2を添加してもよい。無
定形SiO2を添加すると、焼成時にクリストバライト
に変化して結晶化に役立ち、窯道具の特性が向上する。
ダーとともに混練し、所望の形状に成形する。得られた
成形体を乾燥後、700〜1100℃の温度域を10時
間以上かけて昇温しながら焼成する。このように700
〜1100℃の温度域を10時間以上かけて、ゆっくり
昇温することにより、内部酸化が促される。なお、ここ
での昇温は、一定の昇温速度で行われる必要はなく、適
宜昇温速度を変化させたり、昇温の途中である温度に一
定時間キープする過程を設けるようにしてもよい。
続き、最高温度を1300〜1500℃の範囲に設定し
て更に焼成を行うが、この焼成においては1300℃以
上の温度域が2〜10時間になるようにする。したがっ
て、例えば、最高温度を1400℃に設定し、最高温度
までの昇温を50℃/hrの昇温速度で行うとすると、
最高温度までの昇温過程において1300〜1400℃
の温度域を2時間かけて昇温することになるので、その
後(最高温度到達後)の焼成時間は8時間以下にしなけ
ればならない。このような条件で焼成を行うことによ
り、表層部のSiC粒子の酸化量を制限することがで
き、表層部と中心部とのクリストバライト生成量の差を
小さく抑えることができる。
層部のSiCの酸化が不十分となって、表面に強固なガ
ラス質被膜が生成しないので、耐酸化性が劣り、一方、
1500℃を超えると、表層部の酸化量が多くなりすぎ
て、中心部とのバランスが悪くなる。同様に、1300
℃以上の温度域が2時間未満では、表層部のSiCの酸
化が不十分で耐酸化性が劣り、10時間を超えると表層
部の酸化量が多くなりすぎて、中心部とのバランスが悪
くなる。
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。
て、窯道具に適した下記粒度配合比の範囲に入るように
粒度を調整したSiC粉末に対し、表1及び表2に示す
ように各種の添加剤を添加し、更に有機バインダーとし
てカルボキシメチルセルロースを0.03重量%、デキ
ストリンを0.05重量%、及び水を6重量%加え、ウ
エットパンにて混練した。
エアーバイブレーターを取り付けた振動成形機にて、約
20秒間振動を与えて成形し、板状の成形体を得た。こ
の成形体を乾燥した後、表1及び表2に示した種々の焼
成条件(昇温条件、最高温度条件)で焼成して、400
mm×350mm×10mm寸法の試験体を得た。なお、表1
及び表2中にI〜Xで示した昇温条件とA〜Hで示した
最高温度条件の詳細は表3に示すとおりである。得られ
た各試験体について、以下に示す物性の測定及び評価を
行い、結果を表1及び表2に示した。
S R 2205−74に準じて測定した。
3−78に準ずるが、常温抗折強度はオートグラフを使
用して測定し、熱間抗折強度は熱間抗折試験機を使用し
て1400℃にて測定を行った。サンプルには、試験体
から切り出した130mm×25mm×10mm寸法のものを
用い、スパン100mmで3点曲げ法により測定した。
比]試験体の表層部(表面から厚さ2mmまでの部分)と
中心部(肉厚中心の厚さ2mmの部分)を切り出して、別
個に粉砕し、得られたそれぞれの粉末をX線回折法で測
定した。CuKα線に対する2θ=21.9゜のピーク
をSiO2(クリストバライト)の基準ピークとし、2
θ=34.0゜のピークをSiCの基準ピークとして、
両者の基準ピークの高さを測定し、SiCの基準ピーク
の高さに対するSiO2(クリストバライト)の基準ピ
ークの高さの比を求めた。そして、表層部の上記比の値
に対する中心部の上記比の値の割合を求めた。
0mm×10mm)の中央に、280mm×240mm×20mm
のAl2O3板を載せて、電気炉にて全体を設定温度まで
加熱した。設定温度に2.5時間保持した後、室温中に
引き出し、試験体にクラックが発生するか否かを調べ
た。設定温度は最初250℃として試験し、試験体にク
ラックが発生しなかった場合には設定温度を25℃づつ
上げていきながら、クラックが発生するまで試験を繰り
返し、クラックが発生したときの設定温度を破壊温度と
した。
30mm×25mm×10mmのサンプルを、スパン100mm
で支持して中央部に150kg/cm2の荷重をかけ、この状
態のまま1350℃で100時間保持した後、サンプル
の曲がり量を測定した。
mm×25mm×10mmのサンプルを、O2濃度60%の雰
囲気中に1150℃で200時間保持し、サンプルの重
量増加率を求めた。
方法の条件を満たすようにして作製された試験体は、い
ずれも表層部のSiO2/SiC比(炭化珪素の回折ピ
ークの高さに対するクリストバライトの回折ピークの高
さの比)の値に対する中心部の同比の値の割合が20%
以上で、かつ常温における抗折強度が1400℃におけ
る抗折強度の±20%の範囲内にあるものであって、耐
スポール性、耐クリープ性及び耐酸化性が高度にバラン
スされ、窯道具として好ましいものであった。
耐スポール性、耐酸化性、耐クリープ性等の窯道具とし
て求められる諸特性をバランスよく向上させた酸化物結
合SiC質の窯道具が得られる。
Claims (2)
- 【請求項1】 最大粒径が4mm以下であるSiC粉末に
対し、0.01〜0.7重量%のV2O5、0.01〜
0.7重量%のCaO及び0.01〜5重量%の粘土を
添加して得た粉体を成形し、これを焼成してなるSiC
質窯道具であって、 当該SiC質窯道具の表層部と中心部とをそれぞれX線
回折で粉末法により測定して、CuKα線に対する2θ
が34.0゜である炭化珪素の回折ピークの高さに対す
る、2θが21.9゜であるクリストバライトの回折ピ
ークの高さの比を求めたとき、表層部の上記比の値に対
する中心部の上記比の値の割合が20%以上であり、 常温における抗折強度が、1400℃における抗折強度
の±20%の範囲内にあることを特徴とするSiC質窯
道具。 - 【請求項2】 最大粒径が4mm以下であるSiC粉末に
対し、0.01〜0.7重量%のV2O5、0.01〜
0.7重量%のCaO及び0.01〜5重量%の粘土を
添加して得た粉体を、適量の水及び有機バインダーとと
もに混練して、これを所望形状に成形し、得られた成形
体を乾燥後、700〜1100℃の温度域を10時間以
上かけて昇温しながら焼成し、更に最高温度が1300
〜1500℃の範囲にあり、かつ1300℃以上の温度
域が2〜10時間になるような条件で引き続き焼成を行
うことを特徴とするSiC質窯道具の製造方法。
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