JPH0925154A - Production of artificial marble - Google Patents

Production of artificial marble

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JPH0925154A
JPH0925154A JP7179012A JP17901295A JPH0925154A JP H0925154 A JPH0925154 A JP H0925154A JP 7179012 A JP7179012 A JP 7179012A JP 17901295 A JP17901295 A JP 17901295A JP H0925154 A JPH0925154 A JP H0925154A
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JP
Japan
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raw material
marble
container
artificial marble
pressure
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Application number
JP7179012A
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Japanese (ja)
Inventor
Takao Fujikawa
隆男 藤川
Yasuo Manabe
康夫 真鍋
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0925154A publication Critical patent/JPH0925154A/en
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B32/00Artificial stone not provided for in other groups of this subclass
    • C04B32/005Artificial stone obtained by melting at least part of the composition, e.g. metal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/54Substitutes for natural stone, artistic materials or the like
    • C04B2111/542Artificial natural stone
    • C04B2111/545Artificial marble

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a lumpy artificial marble having the density and surface hardness almost equivalent to those of natural marble by pressurizing the raw material consisting essentially of calcium carbonate to a specified value, heating the material to melt it, then cooling and solidifying the molten material. SOLUTION: The raw material consisting essentially of calcium carbonate is pressurized to >=4MPa, melted, then cooled and solidified to produce the marble. In this case, when the material is heated under low pressure, the material is thermally decomposed into calcium oxide and carbon dioxide, hence the m.p. is not revealed, however the m.p. is revealed at >=4MPa. The solidified body formed stable calcite at a high temp. An inert gas having a lower mol.wt. than carbon dioxide is injected through a passage for communicating the upper space in a production vessel with the outside of the vessel to increase the pressure. Besides, a boron nitride powder is preferably applied on the inner face of the vessel as a releasing material. Further, a colored pigment is mixed in the raw material, and a marble having a blue or wine-red color, which has not been found in nature, is produced.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、天然に産出する大
理石とほぼ同一組成の物質からなる人造大理石の製造方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing artificial marble made of a substance having almost the same composition as that of naturally occurring marble.

【0002】[0002]

【従来の技術】大理石は、室内装飾品や彫像の素材ある
いは建材として、古来より幅広く用いられている天然素
材で、研磨によりツヤ(ヌメリ)が得られ、また、岩石
としては温かみがあり、さらには比較的加工し易いこと
などから、これらの用途では必要不可欠の材料となって
いる。
2. Description of the Related Art Marble is a natural material that has been widely used since ancient times as a material for interior decorations and statues, or as a building material. It gives a luster by polishing and has a warmth as a rock. Is an indispensable material for these applications because it is relatively easy to process.

【0003】しかし、これら用途であるがゆえに色調が
重要視され、良質の大理石は、イタリアや台湾など海外
からの輸入に頼っているのが実状である。色調について
は、イタリア産の高級大理石は白色、台湾産のものでは
灰色が主体で、その他、黒系統あるいは緑色系統などが
知られている。また、天然の大理石を板状に切り出して
用いる場合には、表面の模様も装飾性という観点からは
大きな要因となる。
However, the color tone is important because of these uses, and it is the actual situation that high-quality marble relies on imports from overseas such as Italy and Taiwan. Regarding the color tone, it is known that high-quality marble from Italy is white, gray is mainly from Taiwan, and black or green is also known. Further, when natural marble is cut into a plate shape and used, the surface pattern is also a major factor from the viewpoint of decorativeness.

【0004】近年の建築物の多様化と高級化の中で大理
石の需要も増大しているが、前述の事情から高級な天然
品は高価であり、かつ入手も容易でないことから、樹脂
を主体とする代替え材料が普及するに至っている。この
樹脂等による代替え材料では軽量であるという点で建築
物に適用し易い面もあるが、表面硬度が小さく傷つき易
いことや可燃性であることなど、天然の大理石に比べて
欠点も多い。
Demand for marble is increasing due to the diversification and upsizing of buildings in recent years. However, due to the above-mentioned circumstances, high-quality natural products are expensive and not easily available. The alternative material has become popular. Although this alternative material such as resin is light in weight, it can be easily applied to buildings, but it has many drawbacks as compared with natural marble, such as low surface hardness, easy damage, and flammability.

【0005】そこで、例えば特開平4-228464号公報に、
天然の大理石と同様の組成の粉末材料を用いて、焼結に
より人造の大理石を製造する方法が開示されている。大
理石の主成分はカルサイトという結晶構造を持った炭酸
カルシウムであるが、合成によって得られたカルサイト
粉末や、アラゴナイトという別の結晶構造を持った鉱物
である石灰岩は、これらを加熱すると、 CaCO3 →CaO +CO2 の熱分解反応を生じてしまう。そこで、上記公報記載の
方法では、不活性ガスを主成分とする高圧ガス雰囲気下
で、炭酸カルシウムを主成分とする粉末の圧縮成形体を
焼成し、このときの圧力Pkgf/cm2 を焼成時の温度t℃
に対して、 P>(t−600)3.5 /4.7 ×106 900 ≦t<1200 に設定している。これによって、前記の分解反応を抑制
しつつ焼結体を得て人造大理石を製造するものである。
Therefore, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 4-228464,
A method of producing artificial marble by sintering using a powder material having a composition similar to that of natural marble is disclosed. The main component of marble is calcium carbonate, which has a crystal structure called calcite, but calcite powder obtained by synthesis and limestone, which is another mineral with a different crystal structure called aragonite, are heated by CaCO. 3 → CaO + CO 2 thermal decomposition reaction occurs. Therefore, according to the method described in the above publication, a compression molded body of powder containing calcium carbonate as a main component is fired in a high-pressure gas atmosphere containing an inert gas as a main component, and the pressure Pkgf / cm 2 at this time is fired. Temperature t ℃
On the other hand, P> (t−600) 3.5 / 4.7 × 10 6 900 ≦ t <1200 is set. In this way, an artificial marble is produced by obtaining a sintered body while suppressing the decomposition reaction.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報記載の方法では、粉末を成形して焼結するものである
ために気孔が残留し易く、必ずしも真密度の固化体、す
なわち、研磨してツヤを持たせられるような固化体が得
られないこと、また、流れパターンのような模様を付与
することができないことなどから、建築用の材料や彫
像、その他装飾品の素材としての特性が充分には得られ
ないという問題を有している。
However, in the method described in the above publication, since the powder is molded and sintered, pores are likely to remain, so that a solid body having a true density, that is, polished and glossed. Since it is not possible to obtain a solidified body that can be provided with, and it is not possible to add a pattern such as a flow pattern, it has sufficient characteristics as a material for construction, statues, and other ornamental materials. Has the problem that it cannot be obtained.

【0007】本発明は、上記した従来の問題点に鑑みな
されたもので、建築用材料や彫像・装飾品等の素材とし
ての特性に優れた人造大理石を製造することが可能であ
ると共に、さらに生産性を向上し得る人造大理石の製造
方法を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and it is possible to manufacture artificial marble excellent in characteristics as a material for building materials, statues, ornaments, and the like. It is an object of the present invention to provide a method for producing artificial marble that can improve productivity.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の請求項1記載の製造方法は、炭酸カルシ
ウムを主成分とする原料を4MPa以上に加圧した状態で
加熱することによって溶融させ、その後、冷却固化して
大理石を製造することを特徴としている。すなわち、大
理石の主成分である炭酸カルシウムは、図1に示すよう
に、圧力が低い状態では、加熱すると酸化カルシウムと
二酸化炭素とに熱分解し融点を持たないが、4MPa以上
の圧力では融点が現れる。そこで、この状態図に示され
た関係を利用して、炭酸カルシウムを主成分とする原料
を4MPa以上の高圧下で加熱することによって溶融し、
その後、冷却固化することによって、炭酸カルシウムの
固化体が得られる。なお、炭酸カルシウムには低温で安
定な結晶構造をもつアラゴナイトと、高温で安定で大理
石の主成分であるカルサイトの二種類があるが、上記の
ように高温高圧下で溶融冷却すると、後者の固化体が得
られる。
In order to achieve the above object, the manufacturing method according to claim 1 of the present invention comprises heating a raw material containing calcium carbonate as a main component under a pressure of 4 MPa or more. It is characterized in that it is melted by, and then cooled and solidified to produce marble. That is, as shown in FIG. 1, calcium carbonate, which is the main component of marble, does not have a melting point due to thermal decomposition into calcium oxide and carbon dioxide when heated at low pressure, but has a melting point at a pressure of 4 MPa or more. appear. Therefore, by utilizing the relationship shown in this state diagram, the raw material containing calcium carbonate as the main component is melted by heating under a high pressure of 4 MPa or more,
Then, by solidifying by cooling, a solidified product of calcium carbonate is obtained. There are two types of calcium carbonate, aragonite, which has a stable crystal structure at low temperature, and calcite, which is stable at high temperature and is the main component of marble, but when melted and cooled under high temperature and high pressure as described above, the latter A solidified product is obtained.

【0009】このように原料を一旦溶融させて固化させ
ることにより、従来の焼結による製造法におけるような
気孔が内在することはないので、天然の大理石とほぼ同
等の密度や表面硬度を有する塊状のものが得られ、建築
用の材料や彫像、その他装飾品の素材としての特性に優
れた人造大理石を製造することができる。請求項2記載
の製造方法は、原料を容器内に収納し、この容器内にお
ける上部側の空間を容器外に連通させる連通路を通し
て、二酸化炭素よりも分子量の小さい不活性ガスを容器
内に注入して4MPa以上に加圧し、この状態で、原料の
加熱溶融とその後の冷却固化とを行うことを特徴として
いる。
By thus melting and solidifying the raw material once, there are no internal pores as in the conventional manufacturing method by sintering, and therefore, a lump having the same density and surface hardness as natural marble can be obtained. Thus, it is possible to produce artificial marble having excellent properties as a material for construction, statues, and other materials for ornaments. The manufacturing method according to claim 2, wherein the raw material is housed in a container, and an inert gas having a smaller molecular weight than carbon dioxide is injected into the container through a communication passage for communicating an upper space in the container with the outside of the container. Then, the pressure is increased to 4 MPa or more, and in this state, heating and melting of the raw material and subsequent cooling and solidification are performed.

【0010】すなわち、高圧不活性ガス雰囲気下で容器
内の原料を加熱溶融する場合に、融液からの熱分解によ
って発生する二酸化炭素が散逸していく状態では、融液
の組成が変動する。そこで、二酸化炭素よりも分子量の
小さい不活性ガスを使用することによって、融液表面に
発生する二酸化炭素とその上方の不活性ガスとの間での
自然対流によるガス移動が抑制される。このため、二酸
化炭素が融液表面に滞留して容器外に散逸することが抑
えられる結果、融液の熱分解の進行が抑制されるので、
天然大理石とほぼ同等材質の人造大理石を製造すること
ができる。
That is, when the raw material in the container is heated and melted in a high-pressure inert gas atmosphere, the composition of the melt varies in the state where carbon dioxide generated by thermal decomposition from the melt dissipates. Therefore, by using an inert gas having a molecular weight smaller than that of carbon dioxide, gas transfer due to natural convection between carbon dioxide generated on the surface of the melt and the inert gas above it is suppressed. Therefore, as a result of suppressing that carbon dioxide stays on the surface of the melt and dissipates outside the container, the progress of thermal decomposition of the melt is suppressed,
It is possible to manufacture artificial marble of almost the same material as natural marble.

【0011】この場合、請求項3記載の方法のように、
容器の内面に離型材として窒化ホウ素粉末を塗布するこ
とが好ましい。これにより、冷却後に容器から固化体を
取り出すときの型離れが良くなるので、製造が容易にな
って生産性が向上すると共に、原料との無用な反応を生
じない窒化ホウ素を用いることで質の低下が抑えられ、
これによっても品質に優れた人造大理石を製造すること
が可能になる。
In this case, as in the method according to claim 3,
It is preferable to apply boron nitride powder as a release material on the inner surface of the container. This improves the mold release when the solidified body is taken out from the container after cooling, which facilitates the production and improves the productivity, and the use of boron nitride that does not cause unnecessary reaction with the raw material improves the quality. The decrease is suppressed,
This also makes it possible to produce artificial marble of excellent quality.

【0012】一方、請求項4記載の方法では、着色顔料
を原料に混合する。これによって、例えばブルーやワイ
ンレッドなどの天然には存在しないような色調を呈した
大理石の製造等が可能になり、建材や装飾用の材料とし
ての美感や質感などの特性がさらに優れた人造大理石を
製造することが可能になる。また、請求項5記載の方法
では、塊状の石灰岩を少なくとも原料の一部として用い
る。これにより材料費がより安価になり、製造コストを
低減することができると共に、一部の塊状の石灰岩を完
全には溶融させずに固化させることによって、白色の粒
が点在した模様の人造大理石等を製造することも可能と
なる。
On the other hand, in the method according to the fourth aspect, the color pigment is mixed with the raw material. As a result, it is possible to manufacture marble with a color tone that does not exist in nature, such as blue and wine red, and it is an artificial marble with excellent characteristics such as aesthetics and texture as a building material and a decorative material. Can be manufactured. In the method according to claim 5, massive limestone is used as at least a part of the raw material. As a result, the material cost becomes cheaper and the manufacturing cost can be reduced. By solidifying some lumpy limestone without completely melting it, artificial marble with a pattern in which white grains are scattered Etc. can be manufactured.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下に、図面に基づいて本発明の
実施の形態を説明する。初めに、大理石の主成分である
炭酸カルシウム(CaCO3)について、図1を参照して説明
する。同図は、高圧力下における炭酸カルシウムの状態
図を示すもので、炭酸カルシウムは、大気圧下で加熱す
ると固体の酸化カルシウム(CaO[s])と二酸化炭素(ガ
ス)とに熱分解する。したがって、大気圧下では融点を
持たず、溶融状態にすることは不可能なことが判る。し
かし、圧力を付与すると、図中曲線aで示すように、次
第に分解する温度が高くなり、そして、4MPa以上の加
圧状態では、曲線bで示すように融点が現れて、この融
解曲線bを越えた温度領域Cでは溶融状態となる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, calcium carbonate (CaCO 3 ) which is the main component of marble will be described with reference to FIG. This figure shows a phase diagram of calcium carbonate under high pressure. When heated under atmospheric pressure, calcium carbonate is thermally decomposed into solid calcium oxide (CaO [s]) and carbon dioxide (gas). Therefore, it is understood that under atmospheric pressure, it has no melting point and cannot be made into a molten state. However, when pressure is applied, the decomposition temperature gradually rises as shown by the curve a in the figure, and in the pressurized state of 4 MPa or more, the melting point appears as shown by the curve b, and the melting curve b is In the exceeded temperature range C, the molten state is obtained.

【0014】したがって、この状態図に示された関係を
利用して、炭酸カルシウムを主成分とする原料を4MPa
以上の高圧下で加熱することによって溶融させ、その
後、高圧状態を保ったまま冷却固化させることにより、
炭酸カルシウムの固化体が得られる。炭酸カルシウムに
は低温で安定な結晶構造をもつアラゴナイトと、高温で
安定で大理石の主成分であるカルサイトの二種類がある
が、上記のように高温高圧下で溶融冷却すると、後者の
固化体が得られる。
Therefore, by utilizing the relationship shown in this phase diagram, a raw material containing calcium carbonate as a main component is added at 4 MPa.
By melting by heating under the above high pressure, then by cooling and solidifying while maintaining a high pressure state,
A solidified product of calcium carbonate is obtained. There are two types of calcium carbonate, aragonite, which has a stable crystal structure at low temperature, and calcite, which is stable at high temperature and is the main component of marble, but when melted and cooled under high temperature and high pressure as described above, the latter solidified product. Is obtained.

【0015】なお、融液の温度が高くなるにつれて、Ca
CO3 の一部が固体の酸化カルシウム(CaO[s])に変化す
るようであるが、現状、その量と温度・圧力の関係の詳
細については不明である。本発明者らの実験によれば、
図中の固相領域Aに近い領域であればCaO[s]の発生量は
少なく、さらに、これに伴って発生する二酸化炭素の散
逸を後述するように抑えることで、建材等の用途に用い
ることに問題のない高品質の大理石を得ることができ
る。
As the melt temperature rises, Ca
It seems that some of the CO 3 changes to solid calcium oxide (CaO [s]), but at present, the details of the relationship between the amount and temperature / pressure are unknown. According to our experiments,
In the region close to the solid phase region A in the figure, the amount of CaO [s] generated is small, and further, the dissipation of carbon dioxide that accompanies this is suppressed as described below, so that it can be used for building materials and the like. It is possible to obtain high quality marble without any problems.

【0016】高圧付与の仕方としては、プレスにより圧
縮する方法等が考えられるが、加熱により分解生成する
二酸化炭素は気体であるので、これが上記のように散逸
しないようにする必要がある。そこで、本実施形態で
は、二酸化炭素の散逸を防ぐために、二酸化炭素が散逸
しにくい構造の容器内に原料を収納し、かつ、図1の状
態図における三重点pでの圧力4MPa以上の圧力の不活
性ガスを容器内に印加した状態で、容器内の原料を加熱
溶融する。
As a method of applying high pressure, a method of compressing by a press or the like can be considered, but since carbon dioxide decomposed and produced by heating is a gas, it is necessary to prevent the carbon dioxide from being dissipated as described above. Therefore, in the present embodiment, in order to prevent carbon dioxide from being dissipated, the raw material is stored in a container having a structure in which carbon dioxide is not easily dissipated, and the pressure at the triple point p in the state diagram of FIG. The raw material in the container is heated and melted while the inert gas is applied in the container.

【0017】図2(a) にそのような容器構造の一例を示
している。この容器1は、上面が開口した箱形の容器本
体(以下、ルツボという)2と、このルツボ2を上方か
ら覆う蓋体3とから構成されている。ルツボ2は、金属
やグラッシーカーボン、アルミナなどのガス不透過性の
材料から成り、側壁2aの内面は、底部側に対し上方ほど
外側に位置するように傾斜したテーパ面、いわゆる抜き
勾配を設けた面として形成されている。
FIG. 2 (a) shows an example of such a container structure. The container 1 is composed of a box-shaped container body (hereinafter, referred to as a crucible) 2 having an open upper surface, and a lid 3 that covers the crucible 2 from above. The crucible 2 is made of a gas impermeable material such as metal, glassy carbon, or alumina, and the inner surface of the side wall 2a is provided with a taper surface inclined so as to be located outward as it goes upward with respect to the bottom side, that is, a so-called draft angle is provided. It is formed as a surface.

【0018】このルツボ2の内面に離型材を塗布した
後、炭酸カルシウムを主成分とする粉末や小塊、或いは
これらを混合した原料4を充填する。なお、上記の離型
材としては、原料4に対して非反応性の例えば窒化ホウ
素(BN)の粉末を用いることが好ましい。原料4として
は、炭酸ガス反応法、可溶性塩反応法などにより工業的
に作製した炭酸カルシウム粉末の他、より安価な石灰岩
や貝殻などの天然材料も用いることが可能で、これによ
って製造コストを低減することができる。但し、天然材
料の場合、とくに貝殻のように生物の構成物質の場合に
は有機成分が含まれていることから、使用する前にこの
有機成分を熱分解させ除去しておくことが好ましい。有
機成分が残存していると、後述する高圧ガス雰囲気炉内
での加熱の際に、炉内にススやタール状の物質等の付着
や、炉下部に水が溜まったりというトラブルを発生し易
い。
After the mold release material is applied to the inner surface of the crucible 2, powder or small lumps containing calcium carbonate as a main component, or a raw material 4 in which these are mixed is filled. It is preferable to use, for example, a powder of boron nitride (BN) which is non-reactive with the raw material 4 as the release material. As the raw material 4, not only calcium carbonate powder industrially produced by the carbon dioxide reaction method, the soluble salt reaction method, etc., but also cheaper natural materials such as limestone and shells can be used, thereby reducing the manufacturing cost. can do. However, in the case of a natural material, particularly in the case of a constituent substance of a living organism such as a shell, since an organic component is contained, it is preferable to thermally decompose and remove this organic component before use. If the organic components remain, problems such as soot and tar-like substances adhering to the inside of the furnace and water accumulating at the bottom of the furnace tend to occur during heating in the high-pressure gas atmosphere furnace described later. .

【0019】前記のように容器1内に原料4を充填した
後、前記蓋体3をルツボ2に上方から被せる。この蓋体
3は、前記と同様の例えばグラッシーカーボンなどのガ
ス不透過性の材料、もしくは幾分かのガス透過性を有す
る材料にて、下面が開口した箱形に形成されている。な
お、この蓋体3は、その側壁3aとルツボ2の側壁2aとの
間に所定の隙間5が存するように形成され、また、ルツ
ボ2の側壁2aにおける上端縁には一部に切欠部6が設け
られて、これら隙間5と切欠部6とにより、容器1内に
おける上部側の空間を容器外に連通させる連通路7が形
成されている。
After the raw material 4 is filled in the container 1 as described above, the lid 3 is put on the crucible 2 from above. The lid 3 is made of a gas impermeable material such as glassy carbon similar to the above, or a material having some gas permeability, and is formed in a box shape with an opened lower surface. The lid 3 is formed so that a predetermined gap 5 exists between the side wall 3a of the lid 3 and the side wall 2a of the crucible 2, and the upper end of the side wall 2a of the crucible 2 is partially cut out. Is provided, and the gap 5 and the notch 6 form a communication passage 7 that communicates the upper space in the container 1 with the outside of the container.

【0020】なお、容器1内への原料4の充填量は、で
きるだけ多くすることが望ましい。すなわち、原料4が
溶融したとき、容器1内にはその上方に空間が生じるこ
とになるが、この空間は、原料が一部熱分解して生じた
二酸化炭素で満たされるようになることから、この空間
があまり大きくならないように、原料4を多めに充填す
ることが好ましい。
The filling amount of the raw material 4 into the container 1 is preferably as large as possible. That is, when the raw material 4 is melted, a space is created in the container 1 above the raw material 4, but this space is filled with carbon dioxide produced by partial pyrolysis of the raw material, It is preferable to fill the raw material 4 in a large amount so that this space does not become too large.

【0021】上記のように原料4を充填した容器1を、
図示しない高圧不活性ガス雰囲気炉内にセットする。そ
して、まず炉内を不活性ガス雰囲気に置換する操作を行
なった後、さらに高圧不活性ガスを炉内に注入して加圧
する。このとき、前記連通路7を通して容器1内のガス
置換が行われ、また、不活性ガスが容器1内に流入して
容器1内も高圧不活性ガス雰囲気で保持されることにな
る。なお、ガス圧力は、図1から、例えば1250℃で溶融
させる場合には4MPa以上あれば良いが、後述するよう
に、圧力が高い方が、二酸化炭素が自然対流によって散
逸することが抑制されるので有利である。ただし、圧力
が高くなると、装置の価格が高くなって経済性が悪くな
ることから10MPa程度で処理を行うことが推奨される。
The container 1 filled with the raw material 4 as described above is
It is set in a high pressure inert gas atmosphere furnace (not shown). Then, after first performing an operation of replacing the inside of the furnace with an inert gas atmosphere, a high-pressure inert gas is further injected into the furnace and pressurized. At this time, the gas inside the container 1 is replaced through the communication passage 7, and the inert gas flows into the container 1 so that the inside of the container 1 is maintained in the high-pressure inert gas atmosphere. It should be noted that the gas pressure may be 4 MPa or more in the case of melting at 1250 ° C. from FIG. 1, but as described later, the higher pressure suppresses the dissipation of carbon dioxide due to natural convection. Therefore, it is advantageous. However, if the pressure becomes higher, the cost of the device becomes higher and the economy becomes worse. Therefore, it is recommended to perform the treatment at about 10 MPa.

【0022】上記のように高圧不活性ガス雰囲気とした
状態で、原料4を加熱して溶融させる。このとき、溶融
した原料の一部が分解して発生する二酸化炭素の散逸を
抑えるためには、加圧するガスとして、分子量が二酸化
炭素(分子量:44)よりも小さいものが望ましく、例え
ばアルゴン(分子量:40)や窒素(分子量:28)を使用
する。特に、窒素の場合には、これよりも二酸化炭素の
方が充分に重いために、図2(b) に示すように、発生し
た二酸化炭素のガス8は溶融したCaCO3 融液9の表面近
くに滞留し易く、容器1外への散逸が抑えられる結果、
CaCO3 の分解量が低減される。一方、アルゴンの場合に
は、これよりも二酸化炭素の方が重いものの、両者の差
は小さいために容器1外への散逸が上記よりも生じ易く
なる。なお、高圧になるほど、同温度でのガスの密度差
が大きくなるので、アルゴンや窒素の下方に、重い二酸
化炭素の滞留状態が生じ易くなって、自然対流によるガ
スの移動が少なくなり、二酸化炭素の散逸がさらに抑制
される。
The raw material 4 is heated and melted in the high-pressure inert gas atmosphere as described above. At this time, in order to suppress the dissipation of carbon dioxide generated by the decomposition of a part of the melted raw material, it is desirable that the gas to be pressurized has a molecular weight smaller than that of carbon dioxide (molecular weight: 44), such as argon (molecular weight : 40) or nitrogen (molecular weight: 28) is used. In particular, in the case of nitrogen, carbon dioxide is heavier than this, so the generated carbon dioxide gas 8 is near the surface of the molten CaCO 3 melt 9, as shown in FIG. 2 (b). As a result of being easily retained in the
The amount of CaCO 3 decomposed is reduced. On the other hand, in the case of argon, carbon dioxide is heavier than this, but since the difference between the two is small, dissipation to the outside of the container 1 is more likely to occur than above. The higher the pressure is, the larger the difference in gas density at the same temperature is. Therefore, a heavy carbon dioxide retention state is likely to occur below argon and nitrogen, and gas movement due to natural convection is reduced, resulting in carbon dioxide. Is further suppressed.

【0023】このように、原料を高圧下で溶融させた
後、温度を低下させて固化させ、さらに室温付近まで降
温させる。そして、炉内を大気圧まで減圧させて炉内か
ら容器1を取り出し、さらに容器1から固化体を取り出
す。このとき、ルツボ2における側壁2aの内面に前記し
た抜き勾配が設けられており、また、内面に離型材が塗
布されているので、固化体、すなわち、人造大理石の回
収を容易に行うことができる。
As described above, after melting the raw material under high pressure, the temperature is lowered to solidify, and the temperature is further lowered to around room temperature. Then, the pressure inside the furnace is reduced to atmospheric pressure, the container 1 is taken out from the furnace, and the solidified body is taken out from the container 1. At this time, since the above-mentioned draft is provided on the inner surface of the side wall 2a of the crucible 2 and the release material is applied to the inner surface, the solidified body, that is, the artificial marble can be easily recovered. .

【0024】以上のように、本実施形態では、大気圧下
で溶融固化できない炭酸カルシウム系の材料を、高圧不
活性ガス雰囲気状態として加熱することによって、溶融
させる。このような圧力状態、さらに分解に伴う二酸化
炭素の散逸を抑えることによって、高温下でもカルサイ
トが安定的に存在する。この結果、溶融後に冷却固化さ
せることによって天然と同等の大理石を製造することが
可能となっている。
As described above, in the present embodiment, the calcium carbonate-based material that cannot be melted and solidified under the atmospheric pressure is melted by heating in a high pressure inert gas atmosphere. By suppressing the pressure state and the dissipation of carbon dioxide due to the decomposition, calcite is stably present even at high temperature. As a result, it is possible to manufacture marble equivalent to natural by cooling and solidifying after melting.

【0025】なお、原料4として工業的に合成された炭
酸カルシウムを用いると、ほぼ純白の固化体が得られ
る。天然の石灰岩の場合などでは、原料に不純物が含ま
れていることから、白色から灰色、あるいは緑色を帯び
た色調の固化体が得られる。さらに、上記のような製造
方法によれば、無機系の顔料を原料4に少量添加するこ
とによって、天然には存在しないブルーやワインレッド
等のような色調を呈した大理石の製造も行うことができ
る。例えば青色とする場合には、酸化コバルトを0.01〜
0.1重量パーセント、緑色の場合には酸化クロムを0.01
〜0.1重量パーセント添加する。ピンク系に着色する場
合には、酸化クロムを0.01〜0.1重量パーセントとアル
ミナを10重量パーセント以上添加する。また、赤色とす
る場合には、第一酸化銅(Cu20)0.5重量パーセント以
上と、酸化剤として酸化第二錫(SnO)を3重量パーセン
ト以上添加するのが効果的である。
When industrially synthesized calcium carbonate is used as the raw material 4, an almost pure white solid is obtained. In the case of natural limestone or the like, since the raw material contains impurities, a solidified product having a white to gray or greenish color tone is obtained. Furthermore, according to the above-mentioned manufacturing method, by adding a small amount of an inorganic pigment to the raw material 4, it is possible to manufacture marble having a color tone such as blue or wine red which does not exist in nature. it can. For example, in the case of blue, cobalt oxide should be 0.01-
0.1% by weight, 0.01% chromium oxide for green
Add ~ 0.1 weight percent. For pink coloring, 0.01 to 0.1 weight percent of chromium oxide and 10 weight percent or more of alumina are added. Further, in the case of red color, it is effective to add 0.5 wt% or more of cuprous oxide (Cu 20 ) and 3 wt% or more of stannic oxide (SnO) as an oxidant.

【0026】この顔料については、炭酸カルシウム原料
が粉末の場合には、ボールミル等の粉砕混合機を用いて
混合すれば全体が均一な色調のものが得られる。石灰岩
等で塊を含む原料の場合には、溶融処理時に処理時間を
調整し、一部溶融させずに固化体を製造することによっ
て、着色された生地(マトリックス)に白色系のカルサ
イト粒が混入した模様の固化体を得ることができる。ま
た、原料粉末に顔料を添加した後、あまり混合せずにル
ツボに充填して溶融固化処理を行うことにより、溶融し
た原料の流動に伴う流れ模様が付与された固化体が得ら
れる。
When the calcium carbonate raw material is a powder, this pigment is mixed with a pulverizing mixer such as a ball mill to obtain a pigment having a uniform color tone as a whole. In the case of a raw material containing lumps such as limestone, by adjusting the processing time during the melting process and producing a solidified product without partially melting it, white colored calcite particles are added to the colored dough (matrix). A solidified body having a mixed pattern can be obtained. Further, after the pigment is added to the raw material powder, the crucible is filled into the crucible without being mixed so much to perform the melt solidification treatment, whereby a solidified body having a flow pattern associated with the flow of the melted raw material is obtained.

【0027】一方、アルミナ、マグネシア等の硬質の酸
化物系セラミックスや、窒化ケイ素などの窒化物、炭化
ケイ素などの炭化セラミックスの粉末などを混合して、
高硬度の人造大理石を製造するなど、天然の大理石には
無い特性を付与することも可能である。このように、本
発明によれば、天然の大理石と同一の塊状のカルサイト
主成分の物質から成る人造大理石を製造でき、さらに、
天然の大理石にはないような色調や特性を備えた素材を
得ることも可能であるので、建築用の材料としては勿
論、彫像やその他装飾品の素材として、これらの分野の
発展に大きく寄与することができる。
On the other hand, powders of hard oxide-based ceramics such as alumina and magnesia, nitrides such as silicon nitride and carbide ceramics such as silicon carbide are mixed,
It is also possible to impart characteristics that natural marble does not have, such as manufacturing artificial marble with high hardness. Thus, according to the present invention, it is possible to produce an artificial marble composed of the same lumpy calcite-based substance as natural marble, and further,
Since it is possible to obtain materials with color and characteristics that are not found in natural marble, it will contribute greatly to the development of these fields not only as a building material but also as a material for statues and other ornaments. be able to.

【0028】[0028]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕純度99%以上の試薬の炭酸カルシウム粉末
(カルサイト)を、図2(a) に示した構造のアルミナ製
のルツボ内にほぼ満杯になるように充填し、グラッシー
カーボン製の蓋体を載せた。全体を高圧不活性ガス雰囲
気炉の処理室に配置した後、炉内の真空引きおよびアル
ゴンガスによるガス置換操作を行った。
[Example 1] A calcium carbonate powder (calcite) having a purity of 99% or more was filled almost completely into an alumina crucible having a structure shown in Fig. 2 (a), and a glassy carbon powder was used. I put the lid on. After the whole was placed in the processing chamber of the high-pressure inert gas atmosphere furnace, the inside of the furnace was evacuated and the gas replacement operation with argon gas was performed.

【0029】引き続いて、炉内に3MPaの圧力のアルゴ
ンガスを充填し、ヒータに通電して400 ℃/hの昇温速度
で加熱すると同時に、コンプレッサによりアルゴンガス
を注入加圧して、最終的に1280℃、100 MPaの条件で2
時間保持した。保持後、炉冷してほぼ室温近くまで温度
が下がってから、ルツボを取り出した。ルツボ内部に
は、溶融固化した白色半透明の固形物が生成していた。
密度を測定した結果、2.6g/cm3であった。また、得られ
た固化体を粉砕してX線回折法によって構成相を調査し
た結果、ほとんどカルサイトであることが判明した。ま
た、ビッカース硬度を測定したところ、Hv=150 〜170
で、天然の大理石と同等であった。
Subsequently, the furnace was filled with argon gas at a pressure of 3 MPa, the heater was energized to heat at a temperature rising rate of 400 ° C./h, and at the same time, argon gas was injected and pressurized by the compressor to finally 2 at 1280 ℃ and 100MPa
Hold for hours. After the holding, the crucible was taken out after the temperature was lowered to about room temperature by cooling the furnace. Inside the crucible, a white solid of a translucent solidified solid was produced.
As a result of measuring the density, it was 2.6 g / cm 3 . In addition, as a result of crushing the obtained solidified body and investigating the constituent phases by an X-ray diffraction method, it was found to be mostly calcite. Also, when the Vickers hardness was measured, Hv = 150-170
It was equivalent to natural marble.

【0030】〔実施例2〕3〜4cmの大きさの石灰岩
と、この石灰岩を粉砕して100 メッシュの篩いを通した
粉末に、酸化クロムを全体に対して重量で0.1%添加し
たものを混合して、図2(a) に示したような状態として
ルツボに充填した。なお、ルツボの内面には、窒化ホウ
素粉末をスプレーにより付与した。保持時間を1時間に
短縮し、最終的な保持圧力を10MPaとした以外は、実施
例1と同様な操作により溶融固化処理を行った。
[Example 2] Limestone having a size of 3 to 4 cm, and powder obtained by crushing the limestone and passing through a 100-mesh sieve, and adding 0.1% by weight of chromium oxide to the whole. Were mixed and filled in a crucible in the state as shown in FIG. Boron nitride powder was applied to the inner surface of the crucible by spraying. Melt solidification treatment was carried out by the same operation as in Example 1 except that the holding time was shortened to 1 hour and the final holding pressure was 10 MPa.

【0031】得られた固化体を切断して断面を観察した
ところ、グリーンの波模様が入った地に白色の2cm程度
の粒が混在するような状態であった。グリーン色の薄い
部分のクロム量を分析した結果、酸化クロムに換算して
約0.01重量%であった。表1に、上記各実施例とほぼ同
じ操作により溶融固化を行った実施例3〜8の条件と結
果とを示す。いずれにおいても、建材や装飾品に用いる
ことが可能な色調の固化体が得られた。
When the obtained solidified body was cut and the cross section was observed, it was in a state in which white particles of about 2 cm were mixed in the green wave pattern-containing ground. As a result of analyzing the amount of chromium in the light green portion, it was about 0.01% by weight in terms of chromium oxide. Table 1 shows the conditions and results of Examples 3 to 8 in which melting and solidification was performed by substantially the same operation as each of the above Examples. In each case, a solidified product having a color tone that can be used for building materials and decorative articles was obtained.

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】[0033]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、大
気圧下では溶融固化できない炭酸カルシウム系の材料を
4MPa以上の加圧状態で加熱溶融させて冷却固化するこ
とによって、天然の大理石とほぼ同等の密度や表面硬度
を有する塊状のものが得られ、建築用の材料や彫像、そ
の他装飾品の素材としての特性に優れた人造大理石を製
造することができる(請求項1)。
As described above, according to the present invention, a natural marble is obtained by heating and melting a calcium carbonate-based material that cannot be melted and solidified under atmospheric pressure under a pressure of 4 MPa or more and then cooled and solidified. It is possible to obtain a lump having a density and a surface hardness almost the same as those of the above, and it is possible to manufacture an artificial marble having excellent properties as a material for a building, a statue, and other materials for ornaments (claim 1).

【0034】また、原料を容器内に収納し、二酸化炭素
よりも分子量の小さい不活性ガスで加圧した状態で、原
料の加熱溶融とその後の冷却固化とを行うことにより、
融液の熱分解の進行が抑制され、これによって、天然大
理石とほぼ同等材質の人造大理石を製造することが可能
になる(請求項2)。この場合、容器の内面に離型材と
して窒化ホウ素粉末を塗布しておくと、冷却後に容器か
ら固化体を取り出すときの型離れが良くなるので、製造
が容易になって生産性が向上すると共に、原料との無用
な反応を生じない窒化ホウ素を用いることで質の低下が
抑えられ、これによっても品質に優れた人造大理石を製
造することができる(請求項3)。
By storing the raw material in a container and pressurizing it with an inert gas having a molecular weight smaller than that of carbon dioxide, the raw material is heated and melted and then cooled and solidified.
The progress of the thermal decomposition of the melt is suppressed, which makes it possible to produce artificial marble having substantially the same material as natural marble (claim 2). In this case, if boron nitride powder is applied to the inner surface of the container as a mold release material, the mold release when the solidified body is taken out from the container after cooling is improved, so that the production is facilitated and the productivity is improved, By using boron nitride that does not cause unnecessary reaction with the raw material, deterioration of quality is suppressed, and thereby artificial marble of excellent quality can be manufactured (claim 3).

【0035】一方、着色顔料を原料に混合することによ
って、例えばブルーやワインレッドなどの天然には存在
しないような色調を呈した大理石の製造等が可能にな
り、建材や装飾用の材料としての美感や質感などの特性
がさらに優れた人造大理石を製造することができる(請
求項4)。また、塊状の石灰岩を少なくとも原料の一部
として用いることも可能であり、これによって、材料費
がより安価になるので製造コストを低減することができ
ると共に、一部の塊状の石灰岩を完全には溶融させずに
固化させることによって、白色の粒が点在した模様の人
造大理石を製造することもできる(請求項5)。
On the other hand, by mixing a color pigment with a raw material, it becomes possible to produce marble having a color tone that does not exist in nature, such as blue or wine red, and is used as a building material or a decorative material. It is possible to produce an artificial marble having further excellent characteristics such as aesthetics and texture (claim 4). Further, it is also possible to use lumpy limestone as at least a part of the raw material, which makes it possible to reduce the manufacturing cost because the material cost is lower, and to partially lump the limestone completely. It is also possible to manufacture artificial marble having a pattern in which white particles are scattered by solidifying without melting (claim 5).

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

【図1】大理石の主成分である炭酸カルシウムの高圧下
での状態図である。
FIG. 1 is a state diagram under high pressure of calcium carbonate, which is the main component of marble.

【図2】本発明の一実施形態での原料収納用の容器を示
すもので、同図(a) は原料を収納した容器の断面図、同
図(b) は原料の加熱溶融状態を示す断面図である。
2A and 2B show a container for storing a raw material according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 2A shows a sectional view of the raw material-containing container, and FIG. 2B shows a heating and melting state of the raw material. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 容器 2 ルツボ(容器本体) 3 蓋体 4 原料 7 連通路 1 container 2 crucible (container body) 3 lid 4 raw material 7 communication passage

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭酸カルシウムを主成分とする原料を4
MPa以上に加圧した状態で加熱することによって溶融さ
せ、その後、冷却固化して大理石を製造することを特徴
とする人造大理石の製造方法。
1. A raw material containing calcium carbonate as a main component
A method for producing an artificial marble, which comprises melting by heating under a pressure of MPa or more and then cooling and solidifying to produce marble.
【請求項2】 原料を容器内に収納し、この容器内にお
ける上部側の空間を容器外に連通させる連通路を通し
て、二酸化炭素よりも分子量の小さい不活性ガスを容器
内に注入して4MPa以上に加圧し、この状態で、原料の
加熱溶融とその後の冷却固化とを行うことを特徴とする
請求項1記載の人造大理石の製造方法。
2. An inert gas having a molecular weight smaller than that of carbon dioxide is injected into the container through a communication passage for accommodating the raw material in the container and communicating a space on the upper side in the container with the outside of the container, and the pressure is 4 MPa or more. The method for producing artificial marble according to claim 1, wherein the raw material is heated and melted and then cooled and solidified in this state.
【請求項3】 容器の内面に離型材として窒化ホウ素粉
末を塗布することを特徴とする請求項2記載の人造大理
石の製造方法。
3. The method of manufacturing an artificial marble according to claim 2, wherein boron nitride powder is applied as a release material on the inner surface of the container.
【請求項4】 着色顔料を原料に混合することを特徴と
する請求項1、2又は3記載の人造大理石の製造方法。
4. The method for producing an artificial marble according to claim 1, wherein a color pigment is mixed with a raw material.
【請求項5】 塊状の石灰岩を少なくとも原料の一部と
して用いることを特徴とする1、2、3又は4記載の人
造大理石の製造方法。
5. The method for producing artificial marble according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein massive limestone is used as at least a part of the raw material.
JP7179012A 1995-07-14 1995-07-14 Production of artificial marble Pending JPH0925154A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104591683A (en) * 2015-01-14 2015-05-06 吴望云 Formula and manufacturing method of high-imitation jade material
JP2020008391A (en) * 2018-07-06 2020-01-16 国立研究開発法人海洋研究開発機構 Density measurement method, calibration reference material, and fabrication method therefor

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