JPH0859340A - 含珪酸カルシウム焼結体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、ウォラストナイトとリチウムア
ルミノ珪酸塩からなる従来の含珪酸カルシウム焼結体に
シリカを加えることにより、焼結体の抱えていた問題
点、即ち、工業的に量産を行う場合に、焼結温度幅が狭
いため、歩留まりが低く、焼成コストが高くなるという
問題を改良した含珪酸カルシウム焼結体を得るものであ
る。 【構成】 ウォラストナイト、リチウムアルミノ珪酸
塩、シリカを主要構成相とすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、各種の加工冶具、焼
成冶具、絶縁板、エアスライダーなどに好適な含珪酸カ
ルシウム焼結体およびその製造方法に関するものであ
る。特に曲げ強度等の機械的性質を失うこと無く、より
広い焼結温度幅をもつ含珪酸カルシウム焼結体及びその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】セラミックス材料は、硬度、耐熱性、耐
食性などの面で他材料が持たない優れた特性を有するも
のであるが、被削性、耐熱衝撃性、靱性などに劣るため
用途が限定され、未だ構造部材として利用されるには至
っていない。

【０００３】このうち被削性を改善したセラミックスと
しては、マシナブルセラミックスと称される易加工性セ
ラミックスが知られているが、これらの多くは非常にコ
ストが高いものであったり、比較的コストが低いものは
物性が劣るものであったりして、易加工性の特徴を生か
した用途開発が制限されているのが実情である。

【０００４】例えば、フェライト、ガラス、カーボン、
水晶、石英、サファイアその他のセラミックス材料など
の小型部材を作るための加工冶具においては、被削性の
悪い材料は加工費をつり上げるため、他の要件を備えて
いても用いることができない。また、マシナブルセラミ
ックスの場合は、加工コストが低減されても余りにも素
材コストが高いため用いることができない。

【０００５】また焼成冶具などの場合、棚板のような単
純形状の場合は、多孔質アルミナ、炭化珪素などでは問
題ないが、小型でかつ複雑な加工を伴う焼成冶具の場合
は、従来のセラミックスではその加工性が問題となる。
またマシナブルセラミックスの場合、用途的にコスト高
で使用することができない。また耐熱衝撃性などにも問
題を有する場合が多い。

【０００６】絶縁板においてはアルミナが用いられる
が、ネジ切りなどの加工を行う場合、アルミナそのもの
のコストよりも加工コストの方が大きくなり、アルミナ
を使用するメリットが損なわれてしまう。このため一部
マシナブルセラミックスが用いられたりする場合もある
が、やはりコスト高が問題で普及するまでには至ってい
ない。

【０００７】さらにエアースライダーにおいて、複雑形
状の部品の場合は鋳込み成形によりニアネットシェイプ
の焼結体を作り、加工代を必要最小限に抑える方法が採
られているが、やはり被削性の良好な素材の方が加工コ
ストの低減を図ることができる。

【０００８】以上のように、セラミックス材料は各種加
工冶具、焼成冶具、絶縁板、エアスライダーなどの用途
には一部を欠き未だ多く使用されていない。こうした欠
点を克服するものとして、先に発明者らは比較的低付加
価値材料である珪酸カルシウム系材料に、特定のリチウ
ムアルミノ珪酸塩を混合焼成することで、被削性に富み
かつ耐熱衝撃性、強度などの機械的性質に優れた含珪酸
カルシウム焼結体の得られることを見いだした（特開平
４−３０５０４６）。

【０００９】しかし、この含珪酸カルシウム焼結体は、
工業的に量産を行う場合には、焼結温度幅が狭く、通常
のガス炉、重油炉等を用いた場合、炉内温度分布のため
焼成の歩留まりが低く高コストになるという問題があっ
た。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、従来の含
珪酸カルシウム焼結体の抱えていた上記の問題点、則ち
工業的に量産を行う場合には焼結温度幅が狭いため歩留
まりが低く焼成コストが高くなるという問題を改良した
含珪酸カルシウム焼結体およびその製造方法を提供する
ものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、ウォラスト
ナイト、リチウムアルミノ珪酸塩、シリカを主要構成相
とすることを特徴とする含珪酸カルシウム焼結体（請求
項１）、ウォラストナイト、リチウムアルミノ珪酸塩、
シリカを主要構成相とする含珪酸カルシウム焼結体で、
ウォラストナイトとリチウムアルミノ珪酸塩とシリカの
合量が８０ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項１
に記載の含珪酸カルシウム焼結体（請求項２）、ウォラ
ストナイト、リチウムアルミノ珪酸塩、シリカを主要構
成相とする含珪酸カルシウム焼結体で、ウォラストナイ
トとリチウムアルミノ珪酸塩とシリカの合量に対し、ウ
ォラストナイトが４〜９４ｗｔ％、リチウムアルミノ珪
酸塩が４〜９４ｗｔ％、シリカが２〜４０ｗｔ％である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の含珪酸カル
シウム焼結体（請求項３）、トバモライト、ゾノトライ
ト、ウォラストナイトその他の珪酸カルシウム鉱物およ
び珪酸カルシウム水和物の中の一種以上の珪酸カルシウ
ム結晶と、ユークリプタイト、スポジューメン、リチウ
ムオルソクレーズ、ペタライトその他のリチウムアルミ
ノ珪酸塩鉱物およびリチウムアルミノ珪酸塩結晶化ガラ
スの中の一種以上のリチウムアルミノ珪酸塩と、珪石、
珪砂、シリカフラワーその他のシリカ鉱物およびシリカ
原料の中の一種以上のシリカ結晶とを含む原料配合物を
成形し、これを１０００〜１３００℃で焼成することを
特徴とする含珪酸カルシウム焼結体の製造方法（請求項
４）、原料配合物が、珪酸カルシウム結晶とリチウムア
ルミノ珪酸塩とシリカ結晶の合量に対し、珪酸カルシウ
ム結晶が４〜９４ｗｔ％、リチウムアルミノ珪酸塩が４
〜９４ｗｔ％、シリカ結晶が２〜４０％の比率で配合さ
れたものであることを特徴とする請求項４に記載の含珪
酸カルシウム焼結体の製造方法（請求項５）である。以
下にこれらの発明をさらに説明する。

【００１２】請求項１の発明は、ウォラストナイト、リ
チウムアルミノ珪酸塩、シリカを主要構成相とすること
を特徴とする含珪酸カルシウム焼結体であり、ウォラス
トナイト−リチウムアルミノ珪酸塩複合焼結体の持つ長
所を残しながら、限定されたシリカを配合するだけで、
焼結温度幅を改善せんとするものである。

【００１３】ここで用いる珪酸カルシウム結晶は、若干
の不純物を含む天然ウォラストナイトや合成のウォラス
トナイトなどを用いることができる。また、各種公知の
方法で製造したものも使用できる。例えば、珪酸質原料
と石灰質原料とに水を加え、これをオ−トクレ−ブ中で
水熱合成反応させて製造される。ここで用いられる珪酸
質原料は、珪石、珪砂、シリカフラワ−、珪藻土などで
あり、石灰質原料は、生石灰、消石灰、セメント等など
公知なものがいずれも使用される。

【００１４】珪酸カルシウム結晶としては、ウォラスト
ナイトの外にゾノトライトのように１００％ウォラスト
ナイトに転移する珪酸カルシウム結晶や或いは１００％
ウォラストナイトへ転移しない珪酸カルシウム結晶でも
用いることができ、これらの中の少なくとも一種以上が
用いられる。また、ヒレブランダイト、キルコアナイ
ト、アリット、ベリットなどのように、必ずしもウォラ
ストナイトに転移しない珪酸カルシウム鉱物や珪酸カル
シウム水和物が用いられても差し支えない。

【００１５】また、リチウムアルミノ珪酸塩としては、
若干の不純物を含む天然のα−スポジューメンなどを用
いることが出来るほかに、公知な方法で製造されたもの
がいずれも使用される。例えば、Ｌｉ₂Ｏ原料、Ａｌ₂Ｏ
₃原料、ＳｉＯ₂原料より原料バッチを作り、これを溶
融、冷却後ガラスフリットとし、次にこのガラスフリッ
トに所定の結晶化処理を施し、目的とするリチウムアル
ミノ珪酸塩を得ることが出来る。

【００１６】リチウムアルミノ珪酸塩としては、ユーク
リプタイト、スポジューメン、リチウムオルソクレー
ズ、ペタライトの外、（リチア）：（アルミナ）：（シ
リカ）の比が１：１：３、１：１：１０、１：１：１
２、１：１：１５のものの中の一種以上からなるものも
用いられる。

【００１７】また、リチウムアルミノ珪酸塩系の結晶化
ガラスにおいては、結晶化しないガラスが存在していて
も用いることができる。さらに、ウォラストナイトとリ
チウムアルミノ珪酸塩の反応生成物が存在していても特
徴は損なわれない。例えば、カルシア−シリカ−アルミ
ナの三成分からなるアノーサイト、ゲーレナイトなどの
生成物が存在しても構わない。

【００１８】更に、シリカ結晶としては、天然の珪石、
珪砂、シリカフラワー等が使用できる。また、珪酸カル
シウム結晶や、リチウムアルミノ珪酸塩の合成において
未反応成分として残ったシリカ、天然のリチウムアルミ
ノ珪酸塩鉱物中に不純物として含まれるシリカ結晶であ
っても構わない。

【００１９】現在、天然のスポジューメン結晶は、スポ
ジューメンとシリカの混合鉱床からシリカを分離されて
製造されているため、シリカ分離作業に多大なコストが
かかっている。しかし本発明によれば、シリカを分離し
ないままで使用可能であることから、リチウムアルミノ
珪酸塩原料としてより安価なものを使用できるため、焼
結体の製造コスト低減にもつながる。

【００２０】珪酸カルシウム結晶、リチウムアルミノ珪
酸塩、シリカ結晶においては、不純物としてＦｅＯ、Ａ
ｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｐ₂Ｏ₅、
ＭｎＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ₂などの成分を数重量％程度含
んでいても構わない。さらに、アルミナ、ムライトなど
が不純物として含まれていても構わない。

【００２１】ここで用いる珪酸カルシウム結晶、リチウ
ムアルミノ珪酸塩、シリカ結晶の最大粒径は５０μｍ以
下、平均粒径は２０μｍ以下が望ましい。更に好ましい
平均粒径の範囲は、１０μｍ以下である。最大粒径５０
μｍを超える場合、あるいは平均粒径が２０μｍを超え
る場合は緻密化が困難で強度の低下を来すので好ましく
ない。

【００２２】請求項２の発明は、ウォラストナイト、リ
チウムアルミノ珪酸塩、シリカを主要構成相とし、ウォ
ラストナイトとリチウムアルミノ珪酸塩とシリカの含有
量が少なくても８０ｗｔ％以上であることを特徴とする
含珪酸カルシウム焼結体である。

【００２３】ここで用いる珪酸カルシウム結晶は１００
％ウォラストナイトへ転移しないものでも良い。転移後
の余剰なシリカ、カルシア或いはそれらの化合物の量が
２０ｗｔ％未満であれば、換言するとウォラストナイト
結晶とリチウムアルミノ珪酸塩とシリカ結晶の含有量が
少なくとも８０ｗｔ％以上であれば焼結温度幅が広いと
いう特徴は損なわれない。

【００２４】例えばウォラストナイトの他にトバモライ
ト、ヒレブランダイト、フォシャジャイトのように（カ
ルシア）：（シリカ）の比が１：１以外の各種珪酸カル
シウム鉱物や珪酸カルシウム水和物の少なくとも一種以
上を用いることができる。また、ヒレブランダイト、キ
ルコアナイト、アリット、ベリットなどのように、必ず
しもウォラストナイトに転移しない珪酸カルシウム鉱物
や珪酸カルシウム水和物であってもウォラストナイト結
晶とリチウムアルミノ珪酸塩とシリカ結晶の含有量が少
なくとも８０ｗｔ％以上であればそれらの少なくても一
種以上を用いることができる。

【００２５】また、リチウムアルミノ珪酸塩については
請求項１の発明について述べたものと同様なものが用い
られる。また、Ｌｉ₂Ｏ原料、Ａｌ₂Ｏ₃原料、ＳｉＯ₂原
料より原料バッチを作り、これを溶融、冷却後ガラスフ
リットとし、次にこのガラスフリットに所定の結晶化処
理を施して得られるリチウムアルミノ珪酸塩系の結晶化
ガラスにおいて結晶化しないガラスが存在していても、
焼結後のウォラストナイト結晶とリチウムアルミノ珪酸
塩とシリカ結晶の含有量が少なくとも８０ｗｔ％以上で
あれば用いることができる。

【００２６】更に、シリカ結晶としては、天然の珪石、
珪砂、シリカフラワー等が使用できる。また、珪酸カル
シウム結晶や、リチウムアルミノ珪酸塩の合成において
未反応成分として残ったシリカ、天然のリチウムアルミ
ノ珪酸塩鉱物中に不純物として含まれるシリカ結晶であ
っても構わず、焼結後のウォラストナイト結晶とリチウ
ムアルミノ珪酸塩とシリカ結晶の含有量が少なくとも８
０ｗｔ％以上であれば用いることができる。

【００２７】また、ウォラストナイト結晶、リチウムア
ルミノ珪酸塩、シリカ結晶の反応生成物が存在していて
も、焼結後のウォラストナイト結晶とリチウムアルミノ
珪酸塩とシリカ結晶の含有量が少なくとも８０ｗｔ％以
上であれば特徴は損なわれない。例えば、カルシア−シ
リカ−アルミナの三成分からなるアノーサイト、ゲーレ
ナイトなどの生成物が存在しても構わない。

【００２８】ここで用いる珪酸カルシウム結晶、リチウ
ムアルミノ珪酸塩、シリカ結晶の最大粒径は５０μｍ以
下、平均粒径は２０μｍ以下が好ましい。更に好ましい
平均粒径の範囲は、１０μｍ以下である。最大粒径５０
μｍを超える場合、あるいは平均粒径が２０μｍを超え
る場合は緻密化が困難で強度の低下を来すので好ましく
ない。

【００２９】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、ウォラストナイトとリチウムアルミ
ノ珪酸塩とシリカの合量に対し、ウォラストナイトが４
〜９４ｗｔ％、リチウムアルミノ珪酸塩が４〜９４ｗｔ
％、シリカが２〜４０ｗｔ％としたものである。

【００３０】シリカの含有量がこれより少ない場合に
は、焼結温度幅を広げる効果が十分でなく、含有量がこ
れより多い場合は、被削性、耐熱衝撃性、強度などの含
珪酸カルシウム焼結体の持つ本来の特徴が損なわれ好ま
しくない。また、ウォラストナイトが４ｗｔ％未満ある
いは９４ｗｔ％より多い場合、リチウムアルミノ珪酸塩
が４ｗｔ％未満あるいは９４ｗｔ％より多い場合も従来
の被削性、耐熱衝撃性、強度などの含珪酸カルシウム焼
結体の持つ特徴が損なわれたり、焼結体の緻密化が妨げ
られ好ましくない。

【００３１】請求項４は、請求項１〜３に記載の含珪酸
カルシウム焼結体を製造する方法である。ここで用いる
原料は、珪酸カルシウム結晶とリチウムアルミノ珪酸塩
とシリカ結晶である。珪酸カルシウム結晶としては、ト
バモライト、ゾノトライト、ウォラストナイト、その他
の珪酸カルシウム鉱物、珪酸カルシウム水和物の中の一
種以上を用いる。

【００３２】リチウムアルミノ珪酸塩としては、ユーク
リプタイト、スポジューメン、リチウムオルソクレー
ズ、ペタライトなどのリチウムアルミノ珪酸塩鉱物、リ
チウムアルミノ珪酸塩結晶化ガラス中の一種以上を用い
る。 シリカ結晶としては、珪石、珪砂、シリカフラワ
ーその他のシリカ鉱物およびシリカ原料の中の一種以上
を用いる。

【００３３】珪酸カルシウム結晶は天然のものを使用し
てもよく、各種公知の方法で製造することもできる。例
えば、珪酸質原料と石灰質原料とに水を加え、これをオ
−トクレ−ブ中で水熱合成反応させて製造することもで
きる。珪酸カルシウム結晶を製造するための珪酸質原料
としては珪石、珪砂、シリカフラワ−、珪藻土など、石
灰質原料としては、生石灰、消石灰、セメント等など公
知なものがいずれも使用できる。

【００３４】また、リチウムアルミノ珪酸塩としては、
ユークリプタイト、スポジューメン、リチウムオルソク
レーズ、ペタライトその他のリチウムアルミノ珪酸塩鉱
物、リチウムアルミノ珪酸塩結晶化ガラスの中の一種以
上を用いる。リチウムアルミノ珪酸塩は、天然のもので
も公知の方法で製造されたものでも使用できる。例え
ば、Ｌｉ₂Ｏ原料、Ａｌ₂Ｏ₃原料、ＳｉＯ₂原料より原料
バッチを作り、溶融冷却後ガラスフリットを得て、つい
で所定の結晶化処理を施し、目的とするリチウムアルミ
ノ珪酸塩を作ることができる。

【００３５】更に、シリカ結晶としては、天然の珪石、
珪砂、シリカフラワー等が使用できる。また、珪酸カル
シウム結晶や、リチウムアルミノ珪酸塩の合成において
未反応成分として残ったシリカ、天然のリチウムアルミ
ノ珪酸塩鉱物中に含まれるシリカ結晶であっても構わな
い。

【００３６】現在、天然のスポジューメン結晶は、スポ
ジューメンとシリカの混合鉱床からシリカを分離されて
製造されているため、シリカ分離作業に多大なコストが
かかっていた。しかし本発明によれば、シリカを分離し
ないままで使用可能であることから、リチウムアルミノ
珪酸塩原料としてより安価なものを使用できるため、焼
結体の製造コスト低減にもつながる。

【００３７】ここで用いる珪酸カルシウム結晶、リチウ
ムアルミノ珪酸塩、シリカ結晶の最大粒径は５０μｍ以
下、平均粒径は２０μｍ以下が望ましい。更に好ましい
平均粒径の範囲は、１０μｍ以下である。最大粒径５０
μｍを超える場合、あるいは平均粒径が２０μｍを超え
る場合は緻密化が困難で強度の低下を来すので好ましく
ない。

【００３８】以上の珪酸カルシウム結晶とリチウムアル
ミノ珪酸塩とシリカ結晶の混合および成形には特に制限
はなく、例えば抄造法、湿式プレス法、乾式プレス法な
どの公知の方法が使用できる。これらの公知の方法で作
製された成形体を１０００〜１３００℃で焼成を行う。
１０００℃より低い場合、焼結体の緻密化は十分に起こ
らず、また起こったとしてもかなりの長時間を要し好ま
しくない。また１３００℃より高い場合、大量の液相生
成による溶解の進行あるいは大きなボイドの生成が起こ
り好ましくない。上記の焼成温度範囲内に昇温し所定保
持した後、冷却して焼結体を得る。

【００３９】請求項５は、請求項４の発明において、原
料配合物が、珪酸カルシウム結晶とリチウムアルミノ珪
酸塩とシリカ結晶の合量に対し、珪酸カルシウム結晶が
４〜９４ｗｔ％、リチウムアルミノ珪酸塩が４〜９４ｗ
ｔ％、シリカ結晶が２〜４０ｗｔ％の範囲で配合された
ものであり、原料混合物は従来から公知な方法で例えば
抄造法、湿式プレス法、乾式プレス法で成形体にする。

【００４０】

【作用】被削性に富み、かつ耐熱衝撃性、強度等の機械
的性質に優れた従来の含珪酸カルシウム焼結体は、珪酸
カルシウム結晶及びリチウムアルミノ珪酸塩からなるも
のであった。この珪酸カルシウム結晶およびリチウムア
ルミノ珪酸塩は、双方の融点が近いものであり、かつ単
体ではほとんど焼結しないものであるが混合することに
より焼結温度が低下し、上記の特徴を持った焼結体とな
っていた。しかし、この含珪酸カルシウム焼結体は、焼
結温度幅が狭いことが工業的な製造の面で問題であっ
た。

【００４１】本発明では、従来の含珪酸カルシウム焼結
体に、珪酸カルシウム結晶及びリチウムアルミノ珪酸塩
結晶より融点の高いシリカを加えることにより、焼成温
度幅が広がるというものである。

【００４２】ここで、シリカの含有量は２〜４０ｗｔ％
が適当である。シリカの含有量がこれより少ない場合に
は、焼結温度幅を広げる効果が十分でなく、含有量がこ
れより多い場合は、被削性、耐熱衝撃性、強度などの含
珪酸カルシウム焼結体の持つ本来の特徴が損なわれ好ま
しくない。また、ウォラストナイトが４ｗｔ％未満、リ
チウムアルミノ珪酸塩が４ｗｔ％未満の場合も従来の被
削性、耐熱衝撃性、強度などの含珪酸カルシウム焼結体
の持つ特徴が損なわれたり、焼結体の緻密化が妨げられ
好ましくない。

【００４３】また、本焼結体の焼成温度は１０００〜１
３００℃がである。１０００℃以下の場合、焼結体の緻
密化は十分に起こらず、また起こったとしてもかなりの
長時間を要し好ましくない。また１３００℃より高い場
合、大量の液相生成による溶解の進行あるいは大きなボ
イドの生成が起こり好ましくない。

【００４４】さらに、ここで用いる珪酸カルシウム結
晶、リチウムアルミノ珪酸塩、シリカ結晶の最大粒径は
５０μｍ以下、平均粒径は２０μｍ以下が好ましい。更
に好ましい平均粒径の範囲は、１０μｍ以下である。最
大粒径５０μｍを超える場合、あるいは平均粒径が２０
μｍを超える場合は緻密化が困難で強度の低下を来すの
で好ましくない。以下に実施例をあげてこの発明をさら
に説明する。

【００４５】

【実施例】

（実施例１）石灰質原料として消石灰、珪酸質原料とし
て珪石を用い、ＣａＯ：ＳｉＯ₂がモル比で１：１にな
るように混合した混合原料１００重量部に対し水４００
重量部を加え、２２０℃で水熱合成してゾノトライトス
ラリ−を得た。このゾノトライトスラリーを１２０℃で
乾燥させゾノトライト結晶の乾燥粉末を得た。このゾノ
トライト粉末はほぼ１００％ゾノトライト結晶であっ
た。

【００４６】別に、リチウムアルミノ珪酸塩を以下のよ
うにして得た。重量比にてＳｉＯ₂：７１％、Ａｌ
₂Ｏ₃：２１％、Ｌｉ₂Ｏ：５％、ＣａＯ：３％になるよ
う珪砂、アルミナ、炭酸リチウム、炭酸カルシウムを調
合した。この原料バッチを１６００℃にて５時間溶融
し、その後冷却してガラスフリットを得た。このガラス
フリットに対し、昇温速度５℃／分にて、７５０℃で２
時間、８５０℃で２時間、１２５０℃で２時間保持して
焼成し結晶化度ほぼ１００％のβ−スポジューメン結晶
を得た。また、シリカ原料としては天然の珪砂を用い
た。珪砂は９８％が石英であった。

【００４７】上記の珪酸カルシウム結晶７１ｗｔ％、リ
チウムアルミノ珪酸塩４ｗｔ％、シリカ結晶２５ｗｔ％
を秤量し、これにバインダーとして、ポリビニルアルコ
ールを２重量％、分散剤としてポリカルボン酸塩を０．
１重量％、原料固形分１００重量部に対して添加し、水
中ボ−ルミルで混合、粉砕した。このものの粒度分布
は、３〜４５μｍであり、平均粒径は１２．５μｍであ
った。次いで、これを噴霧乾燥し混合顆粒をつくった。
この顆粒を直径約６０ｍｍ、厚さ約１０ｍｍに成形し、
複数の成形体について５℃／ｍｉｎで昇温し、それぞれ
１０００〜１３００℃の範囲の個々の温度で１時間保持
して焼結体を得た。

【００４８】得られた個々の焼結体について、密度、強
度、耐熱衝撃性、被削性について評価を行い、十分に焼
結し且つ十分な強度、耐熱衝撃性、被削性の得られる焼
成温度を適正焼成温度とした。

【００４９】粉末Ｘ線回折結果により、この焼結体はβ
−ウォラストナイト、β−スポジューメン、シリカから
なるものであり、焼結体中に占めるβ−ウォラストナイ
ト量、β−スポジューメン量、シリカ量はほぼ原料組成
に一致するものであった。

【００５０】（実施例２）珪酸カルシウム結晶５６ｗｔ
％、リチウムアルミノ珪酸塩１４ｗｔ％、シリカ結晶３
０ｗｔ％を混合する以外は上記実施例１と同様の実験を
行った。 （実施例３）珪酸カルシウム結晶３０ｗｔ％、リチウム
アルミノ珪酸塩３０ｗｔ％、シリカ結晶４０ｗｔ％を混
合する以外は上記実施例１と同様の実験を行った。 （実施例４）珪酸カルシウム結晶２６ｗｔ％、リチウム
アルミノ珪酸塩７０ｗｔ％、シリカ結晶４ｗｔ％を混合
する以外は上記実施例１と同様の実験を行った。 （実施例５）珪酸カルシウム結晶４ｗｔ％、リチウムア
ルミノ珪酸塩７１ｗｔ％、シリカ結晶２５ｗｔ％を混合
する以外は上記実施例１と同様の実験を行った。

【００５１】（実施例６）珪酸カルシウム結晶としてシ
リカ以外の不純物を約３ｗｔ％含む天然のβ−ウォラス
トナイトを用い、一方、リチウムアルミノ珪酸塩及びシ
リカ結晶としてシリカ以外の不純物を４ｗｔ％含む天然
のスポジューメン（グラスグレード品：α−スポジュー
メンのほかに余剰なα−石英を含む）を用い、珪酸カル
シウム結晶９０ｗｔ％、リチウムアルミノ珪酸塩５ｗｔ
％、シリカ結晶５ｗｔ％を混合する以外は上記実施例１
と同様の実験を行った。

【００５２】（実施例７）珪酸カルシウム結晶７２ｗｔ
％、リチウムアルミノ珪酸塩１８ｗｔ％、シリカ結晶１
０ｗｔ％を混合する以外は上記実施例６と同様の実験を
行った。 （実施例８）珪酸カルシウム結晶４０ｗｔ％、リチウム
アルミノ珪酸塩４０ｗｔ％、シリカ結晶２０ｗｔ％を混
合する以外は上記実施例６と同様の実験を行った。 （実施例９）珪酸カルシウム結晶１９ｗｔ％、リチウム
アルミノ珪酸塩５６ｗｔ％、シリカ結晶２５ｗｔ％を混
合する以外は上記実施例６と同様の実験を行った。 （実施例１０）珪酸カルシウム結晶４ｗｔ％、リチウム
アルミノ珪酸塩６１ｗｔ％、シリカ結晶３５ｗｔ％を混
合する以外は上記実施例６と同様の実験を行った。

【００５３】（実施例１１）珪酸カルシウム結晶として
トバモライトを以下の条件で合成した。石灰質原料とし
て消石灰、珪酸質原料として珪石を用い、ＣａＯ：Ｓｉ
Ｏ₂がモル比で０．８３：１になるように混合した混合
原料１００重量部に対し水４００重量部を加え、１８０
℃で水熱合成してトバモライトスラリ−を得た。このゾ
ノトライトスラリーを１２０℃で乾燥させた後、９００
℃で焼成した。このものはβ−ウォラストナイト結晶と
一部トバモライト結晶を含むものであった。一方、リチ
ウムアルミノ珪酸塩を以下のようにして得た。重量比に
てＳｉＯ₂：７１％、Ａｌ₂Ｏ₃：２１％、Ｌｉ₂Ｏ：５
％、ＣａＯ：３％になるよう珪砂、 アルミナ、炭酸リ
チウム、炭酸カルシウムを調合した。この原料バッチを
１６００℃にて５時間溶融し、その後冷却してガラスフ
リットを得た。このガラスフリットに対し、昇温速度５
℃／分にて、７５０℃２時間、８５０℃２時間、１１５
０℃２時間保持して焼成した。このものは結晶化度が約
８０％のβ−スポジューメンであった。また、シリカ結
晶としては天然の珪砂を用いた。以上の珪酸カルシウム
結晶５０ｗｔ％、リチウムアルミノ珪酸塩３０ｗｔ％、
シリカ結晶２０ｗｔ％秤量を混合する以外は上記実施例
１と同様の実験を行った。

【００５４】（実施例１２）珪酸カルシウム結晶として
シリカ以外の不純物を約３ｗｔ％含む天然のβ−ウォラ
ストナイトを用い、一方、リチウムアルミノ珪酸塩を以
下のようにして得た。重量比にてＳｉＯ₂：４５％、Ａ
ｌ₂Ｏ₃：４０％、Ｌｉ₂Ｏ：１０％、ＴｉＯ₂：５％にな
るよう珪砂、アルミナ、炭酸リチウム、チタニアを調合
した。この原料バッチを１６００℃にて５時間溶融し、
その後冷却してガラスフリットを得た。このガラスフリ
ットに対し、昇温速度５℃／分にて、７５０℃２時間、
８５０℃２時間保持して焼成した。このものは結晶化度
ほぼ１００％のβ−ユークリプタイトであった。また、
シリカ結晶としては天然の珪砂を用いた。以上の珪酸カ
ルシウム結晶１０ｗｔ％、リチウムアルミノ珪酸塩８０
ｗｔ％、シリカ結晶１０ｗｔ％を混合する以外は上記実
施例１と同様の実験を行った。

【００５５】（実施例１３）珪酸カルシウム結晶として
トバモライトを以下の条件で合成した。石灰質原料とし
て消石灰、珪酸質原料として珪石を用い、ＣａＯ：Ｓｉ
Ｏ₂がモル比で０．８３：１になるように混合した混合
原料１００重量部に対し水４００重量部を加え、１８０
℃で水熱合成してトバモライトスラリ−を得た。このゾ
ノトライトスラリーを１２０℃で乾燥させた後、９００
℃で焼成した。このものはβ−ウォラストナイト結晶と
一部トバモライト結晶を含むものであった。一方、リチ
ウムアルミノ珪酸塩及びシリカ結晶としてシリカ以外の
不純物を４ｗｔ％含む天然のスポジューメン（グラスグ
レード品：α−スポジューメンのほかに余剰なα−石英
を含む）を９００℃で１時間焼成したものを用いた。こ
のものは、β−スポジューメンとα−石英を含むもので
あった。以上の珪酸カルシウム結晶８０ｗｔ％、リチウ
ムアルミノ珪酸塩１０ｗｔ％、シリカ結晶１０ｗｔ％を
混合する以外は上記実施例１と同様の実験を行った。

【００５６】以上実施例１〜１３について各々原料の組
成及び添加量、適正焼成温度の範囲を表１に示す。従
来、重油炉を用いた場合の炉内温度差は１００℃程度で
ある。本実施例１〜１３では、適正焼成温度の範囲は１
１０℃以上あるため、焼成コストの低い重油炉やガス炉
を用いた場合にも、焼成の歩留まりの向上が期待でき
る。

【００５７】

【表１】

【００５８】（比較例１）珪酸カルシウム結晶９４ｗｔ
％、リチウムアルミノ珪酸塩５ｗｔ％、シリカ結晶１ｗ
ｔ％を混合する以外は上記実施例１と同様の実験を行っ
た。シリカの添加量が少なすぎるため適正焼成温度の範
囲が狭く、焼結はうまくいかない。 （比較例２）珪酸カルシウム結晶８０ｗｔ％、リチウム
アルミノ珪酸塩２０ｗｔ％を混合する以外は上記実施例
１と同様の実験を行った。ウォラストナイトとリチウム
アルミノ珪酸塩だけでは適正焼成温度の範囲が狭く、焼
結はうまくいかない。 （比較例３）珪酸カルシウム結晶５０ｗｔ％、リチウム
アルミノ珪酸塩４９ｗｔ％、シリカ結晶１ｗｔ％を混合
する以外は上記実施例１と同様の実験を行った。シリカ
の添加量が少なすぎるため適正焼成温度の範囲が狭く、
焼結はうまくいかない。 （比較例４）珪酸カルシウム結晶２５ｗｔ％、リチウム
アルミノ珪酸塩７５ｗｔ％を混合する以外は上記実施例
１と同様の実験を行った。ウォラストナイトとリチウム
アルミノ珪酸塩だけでは適正焼成温度の範囲が狭く、焼
結はうまくいかない。

【００５９】（比較例５）珪酸カルシウム結晶５ｗｔ
％、リチウムアルミノ珪酸塩９４ｗｔ％、シリカ結晶１
ｗｔ％を混合する以外は上記実施例１と同様の実験を行
った。シリカの添加量が少なすぎるため適正焼成温度の
範囲が狭く、焼結はうまくいかない。 （比較例６）珪酸カルシウム結晶１０ｗｔ％、リチウム
アルミノ珪酸塩４０ｗｔ％、シリカ結晶５０ｗｔ％を混
合する以外は上記実施例１と同様の実験を行った。シリ
カの添加量が多すぎるため適正焼成温度の範囲が狭く、
焼結はうまくいかない。 （比較例７）珪酸カルシウム結晶４０ｗｔ％、リチウム
アルミノ珪酸塩１０ｗｔ％、シリカ結晶５０ｗｔ％を混
合する以外は上記実施例１と同様の実験を行った。シリ
カの添加量が多すぎるため適正焼成温度の範囲が狭く、
焼結はうまくいかない。

【００６０】（比較例８）珪酸カルシウム結晶としてシ
リカ以外の不純物を約３ｗｔ％含む天然のβ−ウォラス
トナイトを用い、一方、リチウムアルミノ珪酸塩及びシ
リカ結晶として不純物を１ｗｔ％含む天然のスポジュー
メン（上級品：α−スポジューメン）、さらにシリカ結
晶として天然珪砂を用い、珪酸カルシウム結晶１ｗｔ
％、リチウムアルミノ珪酸塩８９ｗｔ％、シリカ結晶１
０ｗｔ％を混合する以外は、実施例１と同様の実験を行
った。リチウムアルミノ珪酸塩が少なすぎて、緻密化
（焼結）しない。 （比較例９）珪酸カルシウム結晶６９ｗｔ％、リチウム
アルミノ珪酸塩１ｗｔ％、シリカ結晶３０ｗｔ％を混合
する以外は上記比較例８と同様の実験を行った。ウォラ
ストナイト結晶の添加量が少なすぎて、緻密化（焼結）
しない。

【００６１】以上比較例１〜９について各々原料の組成
及び添加量、適正焼成温度の範囲を表２に示す。従来、
重油炉を用いた場合の炉内温度差は１００℃程度であ
る。本比較例１〜９では、適正焼成温度の範囲は７０℃
以下と狭いため、焼成コストの低い重油炉やガス炉を用
いた場合には、焼成の歩留まりが悪くなり、工業的には
不向きである。

【００６２】

【表２】

【００６３】

【発明の効果】本発明は、従来のウォラストナイトとリ
チウムアルミノ珪酸塩からなる含珪酸カルシウム焼結体
の抱えていた問題点、すなわち焼結温度幅の狭さを大き
く改善するものであり、ガス炉、重油炉等を用いた工業
的な量産を行う場合、従来に比べて焼成の歩留まりが良
くなり、焼成コストの低減が出来るようになった。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウォラストナイト、リチウムアルミノ珪
   酸塩、シリカを主要構成相とすることを特徴とする含珪
   酸カルシウム焼結体。
2. 【請求項２】 ウォラストナイト、リチウムアルミノ珪
   酸塩、シリカを主要構成相とする含珪酸カルシウム焼結
   体で、ウォラストナイトとリチウムアルミノ珪酸塩とシ
   リカの合量が８０ｗｔ％以上であることを特徴とする請
   求項１に記載の含珪酸カルシウム焼結体。
3. 【請求項３】 ウォラストナイト、リチウムアルミノ珪
   酸塩、シリカを主要構成相とする含珪酸カルシウム焼結
   体で、ウォラストナイトとリチウムアルミノ珪酸塩とシ
   リカの合量に対し、ウォラストナイトが４〜９４ｗｔ
   ％、リチウムアルミノ珪酸塩が４〜９４ｗｔ％、シリカ
   が２〜４０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１また
   は２に記載の含珪酸カルシウム焼結体。
4. 【請求項４】 トバモライト、ゾノトライト、ウォラス
   トナイトその他の珪酸カルシウム鉱物および珪酸カルシ
   ウム水和物の中の一種以上の珪酸カルシウム結晶と、ユ
   ークリプタイト、スポジューメン、リチウムオルソクレ
   ーズ、ペタライトその他のリチウムアルミノ珪酸塩鉱物
   およびリチウムアルミノ珪酸塩結晶化ガラスの中の一種
   以上のリチウムアルミノ珪酸塩と、珪石、珪砂、シリカ
   フラワーその他のシリカ鉱物およびシリカ原料の中の一
   種以上のシリカ結晶とを含む原料配合物を成形し、これ
   を１０００〜１３００℃で焼成することを特徴とする含
   珪酸カルシウム焼結体の製造方法。
5. 【請求項５】 原料配合物が、珪酸カルシウム結晶とリ
   チウムアルミノ珪酸塩とシリカ結晶の合量に対し、珪酸
   カルシウム結晶が４〜９４ｗｔ％、リチウムアルミノ珪
   酸塩が４〜９４ｗｔ％、シリカ結晶が２〜４０％の比率
   で配合されたものであることを特徴とする請求項４に記
   載の含珪酸カルシウム焼結体の製造方法。