JPH10330958A - コーティング材料及びコーティング方法 - Google Patents

コーティング材料及びコーティング方法

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JPH10330958A
JPH10330958A JP9138312A JP13831297A JPH10330958A JP H10330958 A JPH10330958 A JP H10330958A JP 9138312 A JP9138312 A JP 9138312A JP 13831297 A JP13831297 A JP 13831297A JP H10330958 A JPH10330958 A JP H10330958A
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JP
Japan
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coating material
coating
alumina powder
coarse
ceramic powder
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JP9138312A
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English (en)
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Kazutaka Mori
一剛 森
Takashi Shige
重  隆司
Toshihiro Matsui
利弘 松井
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LASER NOSHUKU GIJUTSU KENKYU
LASER NOSHUKU GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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LASER NOSHUKU GIJUTSU KENKYU
LASER NOSHUKU GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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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
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5025Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
    • 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
    • C04B2111/00474Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 緻密性や付着性に優れたコーティングを行う
ことができるコーティング材料及びコーティング方法を
提供する。 【解決手段】 予め微粒アルミナ粉(粒径0.1μm〜
1.0μm)を分散媒及び分散剤によって分散処理した
後、これに粗粒アルミナ粉(粒径1μm〜30μm)を
両アルミナ粉の重量比が10:90〜50:50となる
範囲で混合すると共に、こうして生成したコーティング
材料のスラリーを基材の表面に塗布して乾燥させた後、
1000℃〜1300℃の温度範囲で熱処理することを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はコーティング材料及
びコーティング方法に関し、特に高温で使用される金属
やグラファイト等の基材(例えば金属製やグラファイト
製のるつぼ)の表面にセラミックスをコーティングする
場合に適用して有用なものである。
【0002】
【従来の技術】高温で使用される金属やグラファイト等
の基材の表面をコーティングする場合には高温用のコー
ティング材料が用いられるが、かかる高温用コーティン
グ材料としては、従来、水ガラスにシリカ、アルミナ、
ジルコニア等のセラミックス粒子を分散させた高温用コ
ーティング材料や、ガラス粉を高温で軟化させた高温用
コーティング材料が知られている。またコーティング方
法としてはゾルコーティングのような方法が知られてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、コーティン
グによって基材の表面に形成された皮膜は、この基材表
面に密着していることが必要である。また、基材を高温
で使用する場合には、この基材の温度の上げ、下げにお
いても前記皮膜が剥離しないようにするため、基材との
強い付着性が要求される。
【0004】ところが上記従来のコーティング材料を用
いたコーティングでは、上記の点において、必ずしも充
分な性能が得られなかった。このため、緻密性や付着性
に優れたコーティング材料及びコーティング方法の開発
が望まれていた。
【0005】従って本発明は上記従来技術に鑑み、緻密
性や付着性に優れたコーティングを行うことができるコ
ーティング材料及びコーティング方法を提供することを
課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第1のコーティング材料は、微粒セラミックス粉と
粗粒セラミックス粉とを混合してなることを特徴とす
る。
【0007】上記第2のコーティング材料において、前
記微粒セラミックス粉は粒径が0.1μm〜1.0μm
の範囲であり、前記粗粒セラミックス粉は粒径が1μm
〜30μmの範囲であることを特徴とする。
【0008】また第3のコーティング材料は、上記第2
のコーティング材料において、前記微粒セラミックス粉
と前記粗粒セラミックス粉との混合比率が重量比で1
0:90〜50:50の範囲であることを特徴とする。
【0009】また第4のコーティング材料は、上記第
1、第2又は第3のコーティング材料において、予め前
記微粒セラミックス粉を分散媒及び分散剤を用いて分散
処理した後、これに前記粗粒セラミックス粉を混合して
なることを特徴とする。
【0010】また第5のコーティング材料は、上記第
1、第2、第3又は第4のコーティング材料において、
前記微粒セラミックス粉及び前記粗粒セラミックス粉
が、微粒アルミナ粉及び粗粒アルミナ粉であることを特
徴とする。
【0011】また上記課題を解決する本発明のコーティ
ング方法は、上記第1、第2、第3、第4又は第5のコ
ーティング材料のスラリーを基材に塗布して乾燥させた
後、1000℃〜1300℃の温度範囲で熱処理するこ
とを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明者らが上記の課題を解決す
るために鋭意検討した結果から得られた結論に基づき実
施の一形態例を以下に示す。
【0013】コーティング材料の原料となるセラミック
ス粉としてはアルミナ粉を使用する。そして基本的に
は、粗粒のアルミナ粉と微粒のアルミナ粉とを混合して
アルミナ粒子の最密充填構造を形成し、この混合したア
ルミナ粉のスラリーを基材に塗布して乾燥させた後、熱
処理する。これにより、基材に対して緻密性及び付着性
に優れたコーティングを施すことができる。
【0014】このとき、アルミナ粒子の最密充填構造を
形成するためには、微粒アルミナ粉の処方について工夫
が必要である。つまり、微粒アルミナ粉は通常乾燥粉と
して供給され、凝集体であるため、このような微粒アル
ミナ粉をそのまま使用して粗粒アルミナ粉と混合しても
目標とする充分な付着性或るいは緻密性を得ることはで
きない。そこで、次のような手順で微粒アルミナ粉と粗
粒アルミナ粉とを混合するのが好ましい。
【0015】即ち、予め微粒アルミナ粉を分散媒及び分
散剤を用いて分散処理した後、これに粗粒アルミナ粉を
添加して、両アルミナ粉を混合する。このように予め微
粒アルミナ粉を分散媒及び分散剤を用いて分散処理する
ことによりアルミナ粒子が一次粒子に近い状態まで分散
したスラリーが生成される。そして、かかるスラリーを
生成した後に粗粒アルミナ粒を混合することにより、高
固形分濃度で且つ充填性の高いスラリーが生成される。
【0016】なお、上記の如く高固形分濃度のスラリー
を生成するには、粉体(アルミナ粉)と、分散媒及び分
散剤との組み合わせが重要であり、分散媒を水とした場
合には、分散剤としてはポリカルボン酸やポリアクリル
酸などが候補として挙げられる。
【0017】また、上記の如くスラリーを高固形分濃度
とした場合には、このスラリー中に気泡が入り易くな
り、この気泡が抜けない状態でスラリーが固化されるこ
とがあるため、使用する際(即ち基材に塗布する際)に
はスラリーを真空脱泡処理することが好ましい。
【0018】このようにして得たコーティング材料のス
ラリーを基材の表面に塗布して乾燥させることにより、
緻密で強い付着力を有する皮膜が形成される。そして、
これを熱処理することにより、ひび割れ(クラック)が
発生したり剥離したりする虞のない安定性の高い皮膜と
なる。
【0019】ここで、微粒アルミナ粉を予めスラリー化
する際の分散剤の有無による差、微粒アルミナ粉と粗粒
アルミナ粉との混合比率の最適範囲、及び基材にコーテ
ィングする際の熱処理温度の最適範囲の各検討結果につ
いて説明する。
【0020】〈分散剤の有無による差の検討〉アルミナ
の粗粒原粉は平均粒径が50μm(10μm〜80μ
m)であるため、これを粉砕することによって粒径が1
μm〜30μmの範囲の粗粒アルミナ粉とした。また、
使用する微粒アルミナ粉は比表面積が10m2 /g(平
均粒径0.5μm)であるが、乾燥粉であり強く凝集し
ている。このような異なる粒径の2種類のアルミナ粉の
使用は、混合してアルミナ粒子の最密充填構造を形成す
るために決めたものである。
【0021】そして、上記の粗粒アルミナ粉を80wt
%とし微粒アルミナ粉を20wt%として混合した場合
について、分散剤の有無による差を検討した。分散媒と
しては水を使用し、分散剤の有無による差を確認するた
めそれぞれの条件(分散剤を使用した場合と使用しない
場合)でボールミルにてスラリー化した。そして、これ
らのスラリーを乾燥して固化した。こうして得られたそ
れぞれの条件の多孔体に対し、水銀圧入装置(ポロシメ
ータ)を用いて細孔径及び細孔容積を測定した。なお、
このとき分散剤としてはポリカルボン酸アンモニウムを
使用した。
【0022】結果を図1に示す。図1において、縦軸は
平均細孔径(ミクロン)及び細孔容積(cc/g)であ
り、また○が細孔容積のデータ、△が平均細孔径のデー
タである。この図1から、多孔体の特性、即ち平均細孔
径及び細孔容積は分散剤の有無によって大きく変化する
ことがわかる。このことから、平均細孔径を小さくし、
また細孔容積を小さくするためには、分散条件、即ち分
散剤を使用することが重要であることがわかった。
【0023】続いて、上記の多孔体を直径20mm、厚
さ5mmのディスク状にそれぞれ加して、ガスの透過流
量を測定した。即ち、ガスの種類は空気とし、ディスク
状の多孔体の両面の差圧を変化させて、それぞれの差圧
における空気の透過流量を測定した。
【0024】結果を図2に示す。図2において、横軸は
差圧(mmH2 O)、縦軸は相対的に示した透過流量で
あり、また○が分散剤なしの場合のデータ、△が分散剤
を使用した場合のデータである。この図2から、分散剤
を使用した場合は、分散剤を使用しない場合に比べて、
1/20程度の透過流量におさえられていることがわか
る。この結果からも、分散剤を使用した場合の方が使用
しない場合よりも細孔径が小さく、細孔容積が小さいこ
とがわかる。コーティング材料として良好なものは、細
孔径が小さく、細孔容積が小さいものであるから、分散
剤を使用することは非常に有効である。
【0025】次に、粒径が1μm〜30μmの粗粒アル
ミナ粉と、粒径が0.1μm〜1μmの微粒アルミナ粉
とを重量比で80:20の割合で混合してスラリー(下
記の2種類)を生成し、これらのスラリーをグラファイ
ト基板の表面に塗布して乾燥させた後、アルゴン雰囲気
中で1200℃・1時間の熱処理をすることによってグ
ラファイト基板上へコーティングを行い、このときにグ
ラファイト基板上に形成された皮膜の特性について比較
検討した。なお、上記のスラリーは、本発明に従って生
成したスラリー、即ち予め微粒アルミナ粉を分散媒と分
散剤とによって分散処理した後に粗粒アルミナ粉を混合
したものと、粗粒アルミナ粉と微粒アルミナ粉とを混合
しこれを分散剤を使用せず分散媒のみで同時に分散処理
したものとの2種類を用意した。
【0026】両スラリーをそれぞれグラファイト基板に
塗布して乾燥させた時点では、分散剤を使用したものは
比較的硬い皮膜になっていたのに対し、分散剤を使用し
なかったものは軟らかい皮膜になっていた。
【0027】また、熱処理後にテープ剥離テストを行っ
た結果、分散剤を使用したものは皮膜が硬くテープによ
る皮膜の剥離は認められなかったが、分散剤を使用しな
いものは皮膜が軟らかくテープにアルミナ粒子の付着が
認められ、コーティングとしての安定性が悪いことがわ
かった。
【0028】〈混合比率の最適範囲の検討〉微粒アルミ
ナ粉(粒径0.1μm〜1μm)の比率が多い場合には
1000℃以上で熱処理すると収縮によって皮膜にクラ
ックが発生する一方、粗粒アルミナ粉(粒径1μm〜3
0μm)の比率が多い場合には皮膜の付着力が弱くな
る。そこで、微粒アルミナ粒と粗粒アルミナ粒とを種々
の比率(重量比)で混合して3×3×40mmの寸法の
成形体をプレス成形し、これらを1300℃の温度で所
定時間保持した場合の長さ変化(収縮)を測定した。
【0029】結果を図3に示す。図3の横軸は混合比率
(wt%)、縦軸は収縮率(%)である。図3に示すよ
うに、粗粒アルミナ粉の混合比率が多い場合には成形体
の収縮がない一方、微粒アルミナ粉の混合比率が50w
t%よりも多くなると成形体の収縮率が大きくなること
がわかった。コーティングの場合には、上記の如く、収
縮の発生はクラックの発生原因となるので、かかる収縮
がないことが好ましい。従ってコーティング材料として
は、微粒アルミナ粉(粒径0.1μm〜1μm)と粗粒
アルミナ粉(粒径1μm〜30μm)の混合比率が重量
比で10:90〜50:50程度の範囲であることが好
ましい。
【0030】〈熱処理温度の最適範囲の検討〉微粒アル
ミナ粉と粗粒アルミナ粉とを30:70の重量比で混合
して3×3×40mmの寸法の成形体をプレス成形し、
この成形体を各温度において所定時間保持し、このとき
の収縮を測定した。
【0031】結果を図4に示す。図4において、横軸は
保持時間(時間)、縦軸は収縮率(%)であり、また□
が1200℃及び1300℃の場合、△が1350℃の
場合、○が1400℃の場合のデータである。図4に示
すように、1300℃を越えた温度では収縮が発生する
ことがわかった。前述の如く、収縮の発生はコーティン
グにおいてはクラックの発生原因となるので収縮がない
ことが好ましく、そのためには熱処理温度は1300℃
以下とする必要がある。一方、熱処理温度が1000℃
以下では焼結が全く進行していないため、皮膜が簡単に
剥れてしまう。従ってコーティングの際の熱処理温度
は、強い焼結が起こり、且つ収縮によるクラックの発生
しない範囲として、1000℃〜1300℃の範囲が好
ましい。
【0032】
【発明の効果】以上本発明の実施の形態と共に具体的に
説明したように本発明のコーティング材料及びコーティ
ング方法によれば、緻密性や付着性に優れたコーティン
グを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】分散剤を使用した場合と使用しない場合の平均
細孔径及び細孔容積を比較して示すグラフである。
【図2】分散剤を使用した場合と使用しない場合の透過
流量を比較して示すグラフである。
【図3】微粒アルミナ粉と粗粉アルミナ粉との混合比率
と収縮率との関係を示すグラフである。
【図4】熱処理温度と収縮率の関係を示すグラフであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C04B 41/87 C04B 41/87 Q C09D 1/00 C09D 1/00 (72)発明者 松井 利弘 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 微粒セラミックス粉と粗粒セラミックス
    粉とを混合してなることを特徴とするコーティング材
    料。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載するコーティング材料に
    おいて、 前記微粒セラミックス粉は粒径が0.1μm〜1.0μ
    mの範囲であり、前記粗粒セラミックス粉は粒径が1μ
    m〜30μmの範囲であることを特徴とするコーティン
    グ材料。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載するコーティング材料に
    おいて、 前記微粒セラミックス粉と前記粗粒セラミックス粉との
    混合比率が重量比で10:90〜50:50の範囲であ
    ることを特徴とするコーティング材料。
  4. 【請求項4】 請求項1,2又は3に記載するコーティ
    ング材料において、 予め前記微粒セラミックス粉を分散媒及び分散剤を用い
    て分散処理した後、これに前記粗粒セラミックス粉を混
    合してなることを特徴とするコーティング材料。
  5. 【請求項5】 請求項1,2,3又は4に記載するコー
    ティング材料において、 前記微粒セラミックス粉及び前記粗粒セラミックス粉
    が、微粒アルミナ粉及び粗粒アルミナ粉であることを特
    徴とするコーティング材料。
  6. 【請求項6】 請求項1,2,3,4又は5に記載する
    コーティング材料のスラリーを基材に塗布して乾燥させ
    た後、1000℃〜1300℃の温度範囲で熱処理する
    ことを特徴とするコーティング方法。
JP9138312A 1997-05-28 1997-05-28 コーティング材料及びコーティング方法 Withdrawn JPH10330958A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPWO2015125605A1 (ja) * 2014-02-18 2017-03-30 昭和電工株式会社 厚膜施工用水系樹脂組成物及びその製造方法、表面処理方法、並びにコンクリート構造物
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