JPH08897B2 - コーテイング材又は接着剤となる耐熱性結着材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は耐熱性コーテイング材或いは耐熱性接着剤と
して使用できる耐熱性の結着材に関するものであり、用
途は電子部品等各種物品の耐熱被膜，保護膜，絶縁膜等
を形成するコーテイング材或いは無機物や金属等の接着
剤として広く使用できるものである。

（従来の問題点） 従来のコーテイング材は澱粉，ゴム系の天然物、メチ
ルセルローズ等の半合成品、エポキシ樹脂等の高分子系
等の有機系接着剤とセメント，水ガラス等の無機系接着
剤があるが、有機系のものは耐熱性に劣り，無機系のも
のでも高温で熱分解或いは溶融する欠点がある。

またセラミックコーテイング材としては第一に耐熱性
の他に，難溶性，耐水性をもたせたリチウム塩，その塩
系珪酸塩等を主成分とするものもあるが耐酸性，緻密性
が不良で且つ展延性にも難がある。第二にアルカリ金属
硬化剤として周期表１族ａ亜族のリチウム等と金属とを
化合させたものもあるが耐熱性，耐水性，展延性に劣
り、700℃以下での使用に限られる問題点がある。さら
にシリカゾル，アルミナゾル或いはリン酸アルミニウム
系のものは耐熱性コーテイング材として1000℃以上の高
温でも利用されるが、ゾル状態の範囲が狭く凝集し易く
て使用し難いものであり且つファンデルワールスの物理
的結合のため充分な接着力を得るまでに数十分以上の長
時間を必要とする欠点がある。その他種々な結着剤があ
るが、夫々耐酸性，緻密性等の欠点がある。

（発明の目的） そこで本発明はファンデルワールス結合という物理的
な接着でなく，化学的共有結合による強力な結合力を有
し、しかも耐熱性，耐酸性，耐水性，耐化学薬品性，緻
密性等に優れる結着材を提供することを目的としてい
る。

この目的を達成するため本発明は、水ガラス或いはそ
の類似物等のガラス体形成素材に１種もしくは２種以上
の金属粉末を該ガラス体形成素材中のアルカリ酸化物0.
5モルに対して0.1乃至2.5モル加え、さらにアルミナ，
ジルコニア，窒化珪素等のセラミックス粉末を加えて成
り、コーテイング材或いは接着剤として500℃以上に加
熱使用することを要旨としている。

（Ａ）ここで水ガラス等のガラス体形成素材を用いる
のは無機質で且つ常温での接着の特徴を保有するためで
あり、耐熱性の他，耐水性，耐化学薬品性の優れたもの
にできることによる。

水ガラスは液状であり、珪酸ソーダを主成分とするが
このソーダ分はナトリウム以外のカリウム，リチウム等
の周期表1A族であってもよい。この珪酸ソーダ液はNa
₂0:SiO₂のモル比が通常の水ガラスである1:0.1乃至2.5
のものが適当であるが，それが1:2.6以上では接着強度
が低下することになる。このモル比は、予め珪酸ソーダ
製造の際に珪酸分原料である珪砂，珪石等をソーダ分と
加熱溶融する時に変更調整ができるものであり、或いは
珪酸ソーダにシリカゾルを混合してそのモル比を調整し
てもよい。この場合、珪酸ソーダ液のpH或いはシリカゾ
ルの添加量によって水ガラス中の一部の珪酸分，シリカ
ゾルがゲル化することもあるがその使用効果に目立った
劣化を生じないのである。

（Ｂ）ガラス体形成素材に１種もしくは２種以上の金
属粉末をガラス体形成素材中のアルカリ酸化物0.5モル
に対して0.1乃至2.5モル加えるのは、耐熱性接着剤自身
が共有結合による強力な結合力を得るためである。即
ち、使用時に500℃〜700℃に加熱することによって耐水
性，耐化学薬品性のある被膜或いは金属，無機材料等と
の強力な接着が得られるのである。

この金属粉末は、元素の周期表の金属元素のうち、亜
鉛，カルシウム，マグネシウム，アルミニウム，銅，ベ
リリウム，ストロンチウム，カドミウム，ガリウム，イ
ンジウム，タリウム，イットリウム，ゲルマニウム，ス
カンジウム，シリコン，チタン，ジリコニウム，ハクニ
ウム，スズのうち１種もしくは２種以上の元素粉末であ
り、これを珪酸ソーダ中のナトリウム酸化物0.5モルに
対して0.1乃至2.5モル加えるのである。これが0.1モル
以下では接着性が弱くなり、また2.6モル以上では水ガ
ラス等のガラス体形成素材のガラス体を共重合させるこ
とが不完全となって不良となるのである。

しかしながら金属粉末の添加量はガラス体形成素材中
のアルカリ酸化物１モルに対して１〜1.2モルが最適で
ある。

（Ｃ）さらにアルミナ，ジルコニア等のセラミックス
粉末を加えるのは耐熱性，熱伝導性，絶縁性，電気伝導
性，半導性等夫々の目的に応じた特性の向上と被接着剤
との剥離，ひび割れ防止等を図るためである。

セラミックス粉末は、耐熱性セラミックス原料であっ
て目的，用途に応じて炭化珪素，窒化珪素，窒化ホウ
素，黒鉛，炭素，珪石，珪砂，マグネシア，アルミナ，
チタン酸アルミニウム，チタン酸バリウム，ジリコニ
ア，部分安定化ジルコニア原料，ベリリア，ムライト，
コーデイエライト，フオルステライト，ステアタイト，
リシア，スポジュメン，陶磁器粉末（セルベン）等であ
る。

このセラミックス粉末は、ガラス体形成素材分と金属
粉末との合量に対して接着剤の場合は１〜98重量％の範
囲で，またコーテイング材の場合は10〜98重量％の範囲
で混合するのである。これが少ない場合或いはガラス体
形成素材分と前記金属粉末のみの使用の場合には、加熱
に際してＭ_1.0〜3.0Si0₄（但、Ｍは金属元素）またはこ
れに近いウイスカーの析出を生じることがあり、これを
防止するためにもセラミックス粉末を添加するのであ
る。一方、セラミックス粉末が多すぎると接着強度が低
下することになる。該セラミックス粉末の最適添加量は
ガラス形成素材と金属粉末との合量の１〜60重量％であ
るが、ガラス形成素材と金属粉末との含量に対して９倍
まで添加してもよい。

（実施例１） １号水ガラスを水で薄めて比重を1.5とし、この原液
中のアルカリ酸化物0.5モルに１モルの亜鉛粉末を加え
ると共にセルベン粉末を水ガラスと金属粉末との合計重
量に対して20％加えて結着剤とした。

これを用いてセラミックスを相互に接着した状態での
引張り強さとしての接着強度の実験結果を次の表１に示
す。

（実施例２） ３号水ガラスにシリカゾルを加えてpH10.7とし，この
アルカリ酸化物0.5モルに対してカルシウムとアルミニ
ウムの粉末を混合比1:1で２モル加え，さらにアルミナ
粉末を水ガラス原液と金属粉末の合量に対して60％加え
て結着剤とした。これを用いてセラミックス相互に接着
した状態の接着強さを次の表２に示す。

（実施例３） ２号水ガラスと，水ガラス中のアルカリ酸化物0.5モ
ルに対して1.5モルの亜鉛粉末を加え，さらに部分安定
化ジルコニア粉末を水ガラスと金属粉末の合量に対して
60重量％加えて結着材とした。

これを用いて鋳鉄材にコーテイングした状態の接着強
さを次の表３に示す。

なお、実験（１）は鋳鉄材にホーロー釉を施さない状
態でコーテイングした場合，実験（２）は鋳鉄材に予め
ホーロー釉を750℃〜800℃に加熱付着した状態でコーテ
イングした場合，実験（３）はホーロー釉を結着材の水
ガラスに対して20％加えたホーロー釉混合のコーテイン
グ材として鋳鉄材にコーテイングした場合である。

前記夫々の実施例において、耐水性，耐化学薬品性は
使用温度が500℃付近から急激に向上し,700℃以上で完
全な効果を示した。

また耐熱性は被結着材の耐火度，溶融温度に近い温度
乃至それより約100℃低い温度まで結着材としての使用
が可能であった。

さらに電気絶縁性，熱伝導性，熱膨張性等の性質は添
加するアルミナ，ジルコニア等のセラミックス粉末の種
類により調整でき、この量がガラス体形成素材と金属粉
末との合量の60重量％以上になると電気絶縁性等の夫々
の性質は添加したセラミックス粉末から成る焼結体の性
質に近づき，セラミックス粉末添加量に比例した性質，
即ち加成性を示すのである。

しかしこのセラミックス粉末の添加量が増えるにつれ
て接着強さが低下するもので、例えばアルミナ粉末75％
に対し水ガラス中のアルカリ酸化物0.5モルに１モルの
亜鉛粉末添加の結着材の場合，接着強さは950kgf/cm²で
前記表2.の1,100℃加熱に比較して35％位低下してい
る。

（発明の構成） 本発明は夫々の実施例に限定されない。添加する金属
粉末を２種以上にしてもよく、例えば亜鉛粉末の他に前
記した他の金属粉末を加えることにより常温乃至700℃
までの加熱使用でSi−Ｏ−Ｍ（Ｍは金属粉末）の強固な
塗膜を形成することになってコーテイング材としてきわ
めて良好である。

また本発明の結着材に展延性，硬化前の常温での接着
性を向上させるための有機質接着剤を添加してもよい。

さらに水ガラス等のガラス体形成素材は水等で薄める
ことにより塗布層，接着剤層の厚みを調節でき或いは塗
布施工を円滑にできることになる。

但し、ガラス体形成素材の比重を1.7以下とすれば金
属粉末やセラミックス粉末の混合作業が良好にできるの
である。なおガラス体形成素材は液状に限らず，珪酸ソ
ーダ液をスプレードライヤー等で固体粉末にしたもので
もよく、固体粉末とすることにより貯蔵，輸送が便利と
なり且つ使用時の取り扱が簡単で他の金属粉末，セラミ
ックス粉末との混合も容易にできるのである。またガラ
ス体形成素材は水ガラスの他に成分的に同等なカレット
等の水ガラスを硬化してガラス体を形成する素材であれ
ばよく、珪石，珪砂等の珪酸とカセイソーダ等のソーダ
分とを加熱溶融してカレット状固体粉末としたもの、或
いは珪酸とソーダとをオートクレープ中にいて４〜8kg/
cm²圧力下で溶解したもの、或いはカオリン，粘土，白
土等をカセイソーダ液と共に溶融したものと成してもよ
い。

要するに本発明は、水ガラス或いはその類似物等のガ
ラス体形成素材に１種もしくは２種以上の金属粉末を該
ガラス体形成素材中のアルカリ酸化物0.5モルに対して
0.1乃至2.5モル加え、さらにアルミナ，ジルコニア，窒
化珪素等のセラミックス粉末を加えて成り、コーテイン
グ或いは接着して500℃以上に加熱使用することを特徴
とするコーテイング材又は接着剤となる耐熱性結着材で
ある。

（発明の効果） したがって本発明によると、ガラス体形成素材に金属
粉末及びセラミックス粉末を添加して成るため耐熱性，
耐水性，耐化学薬品性等に優れる結着材となるもので，
各種物品の表面被膜形成用コーテイング材として或いは
強力な接着剤として多分野で広く使用できる効果を有す
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水ガラス或いはその類似物等のガラス体形
   成素材に１種もしくは２種以上の金属粉末を該ガラス体
   形成素材中のアルカリ酸化物0.5モルに対して0.1乃至2.
   5モル加え、さらにアルミナ，ジルコニア，窒化珪素等
   のセラミックス粉末を加えて成り、コーテイング或いは
   接着して500℃以上に加熱使用することを特徴とするコ
   ーテイング材又は接着剤となる耐熱性結着材。