JPH1053460A - 耐熱衝撃性セラミックスおよびその製造方法 - Google Patents
耐熱衝撃性セラミックスおよびその製造方法Info
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- JPH1053460A JPH1053460A JP8206066A JP20606696A JPH1053460A JP H1053460 A JPH1053460 A JP H1053460A JP 8206066 A JP8206066 A JP 8206066A JP 20606696 A JP20606696 A JP 20606696A JP H1053460 A JPH1053460 A JP H1053460A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】緻密で低熱膨張特性を有する耐熱衝撃性に優れ
たセラミックス、および従来より低い焼成温度で緻密に
焼成でき、コストの安価な原料を用いることが可能とな
る耐熱衝撃性セラミックスの製造方法を提供する。 【解決手段】３０〜７５重量％のリチウム珪酸塩原料、
２０〜５５重量％のカオリン原料、ＭｇＯに換算して
１．５〜１０重量％のＭｇＯ化合物原料、および前記各
原料から供給されるＳｉＯ2 成分の他にＳｉＯ2 に換算
して０〜１５重量％のＳｉＯ2 化合物を配合した素地を
調製し、成形して、高くても１３００℃の焼成温度で焼
成することにより吸水率は３．０％以下の焼結物を得
る。
たセラミックス、および従来より低い焼成温度で緻密に
焼成でき、コストの安価な原料を用いることが可能とな
る耐熱衝撃性セラミックスの製造方法を提供する。 【解決手段】３０〜７５重量％のリチウム珪酸塩原料、
２０〜５５重量％のカオリン原料、ＭｇＯに換算して
１．５〜１０重量％のＭｇＯ化合物原料、および前記各
原料から供給されるＳｉＯ2 成分の他にＳｉＯ2 に換算
して０〜１５重量％のＳｉＯ2 化合物を配合した素地を
調製し、成形して、高くても１３００℃の焼成温度で焼
成することにより吸水率は３．０％以下の焼結物を得
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、急加熱、急冷却な
どの急激な温度変化に対する耐久性を有する耐熱衝撃性
セラミックスおよびその製造方法に関するものであっ
て、特に、電子レンジやガスレンジの直火加熱に耐え、
かつ食品の冷凍保存などの耐熱食器または調理器として
利用される緻密な耐熱衝撃性セラミックスに関する。
どの急激な温度変化に対する耐久性を有する耐熱衝撃性
セラミックスおよびその製造方法に関するものであっ
て、特に、電子レンジやガスレンジの直火加熱に耐え、
かつ食品の冷凍保存などの耐熱食器または調理器として
利用される緻密な耐熱衝撃性セラミックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】このような急加熱、急冷却などの急激な
温度変化に対する耐久性を要求される耐熱食器または調
理器に用いられるセラミックスとして、熱膨張係数の低
いペタライト（Ｌｉ2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・８ＳｉＯ2 ）結
晶またはスポジューメン（Ｌｉ 2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・４Ｓ
ｉＯ2 ）結晶を主成分とした、いわゆるリチアセラミッ
クスがある。この種のリチアセラミックスは、ペタライ
ト原料とカオリン原料を混合した素地を用いるのが普通
であり、カオリン原料は、３０〜６０重量％の範囲で、
コスト、成形性を優先するときには増量し、熱膨張係数
を低下させたいときは減量するなど調節される。
温度変化に対する耐久性を要求される耐熱食器または調
理器に用いられるセラミックスとして、熱膨張係数の低
いペタライト（Ｌｉ2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・８ＳｉＯ2 ）結
晶またはスポジューメン（Ｌｉ 2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・４Ｓ
ｉＯ2 ）結晶を主成分とした、いわゆるリチアセラミッ
クスがある。この種のリチアセラミックスは、ペタライ
ト原料とカオリン原料を混合した素地を用いるのが普通
であり、カオリン原料は、３０〜６０重量％の範囲で、
コスト、成形性を優先するときには増量し、熱膨張係数
を低下させたいときは減量するなど調節される。
【０００３】このようなペタライト原料とカオリン原料
を混合した素地を十分に焼結して、例えば吸水率が３．
０％以下になる緻密なリチアセラミックスとするには、
１３５０℃以上の高温焼成が必要となる。ところが、こ
のような高温度焼成が可能な焼成炉の場合、炉の建設費
や加熱燃料費が割高となる他、焼成棚炉材、柱炉材、台
板セッターなど窯道具も高価な材料を使用しなければな
らず、運転経費が増大するという問題があった。さら
に、このようにして得られるリチアセラミックスの熱膨
張係数は１５〜４０×１０-7／℃程度で、一般陶磁器の
１／２以下ではあるものの、さらなる耐熱衝撃性の向
上、改良が望まれていた。
を混合した素地を十分に焼結して、例えば吸水率が３．
０％以下になる緻密なリチアセラミックスとするには、
１３５０℃以上の高温焼成が必要となる。ところが、こ
のような高温度焼成が可能な焼成炉の場合、炉の建設費
や加熱燃料費が割高となる他、焼成棚炉材、柱炉材、台
板セッターなど窯道具も高価な材料を使用しなければな
らず、運転経費が増大するという問題があった。さら
に、このようにして得られるリチアセラミックスの熱膨
張係数は１５〜４０×１０-7／℃程度で、一般陶磁器の
１／２以下ではあるものの、さらなる耐熱衝撃性の向
上、改良が望まれていた。
【０００４】前記焼成温度に関しては、１３００℃以下
の焼成が可能であるタイル用、衛生陶器用、または一般
陶器用の焼成炉を利用する試みがなされているが、吸水
率が４％以上のセラミックスしか得られず、吸水性が大
きいので表面に釉薬を施して耐水性を補強し、さらに強
度の不足は器物の肉厚を大きくするなどして補う手段を
採用した器物、例えば「土鍋」と言われているようなも
のが実用化されている。しかし、使用中に釉薬のクラッ
ク部分から漏水したり、透過水が加熱時に膨張して破損
する事故が生じることもあり、大きな熱容量を利用した
鍋料理のような特定の調理に用いられる程度で、広く応
用できなかった。
の焼成が可能であるタイル用、衛生陶器用、または一般
陶器用の焼成炉を利用する試みがなされているが、吸水
率が４％以上のセラミックスしか得られず、吸水性が大
きいので表面に釉薬を施して耐水性を補強し、さらに強
度の不足は器物の肉厚を大きくするなどして補う手段を
採用した器物、例えば「土鍋」と言われているようなも
のが実用化されている。しかし、使用中に釉薬のクラッ
ク部分から漏水したり、透過水が加熱時に膨張して破損
する事故が生じることもあり、大きな熱容量を利用した
鍋料理のような特定の調理に用いられる程度で、広く応
用できなかった。
【０００５】また、前記ペタライトとカオリンとを原料
として得られる緻密なセラミックスの熱膨張係数を低下
させる改良も行われた。例えば、原料に炭酸リチウム
（Ｌｉ 2 ＣＯ3 ）と石英を添加してカオリン原料を低熱
膨張係数のペタライトやスポジューメンに変化させるこ
とを意図したものであるが、この場合には、単味の炭酸
リチウムを含む素地が成形用の石膏型を浸食して寿命を
短くする、あるいは焼成後に膨れが発生するなどの不都
合が生じた。
として得られる緻密なセラミックスの熱膨張係数を低下
させる改良も行われた。例えば、原料に炭酸リチウム
（Ｌｉ 2 ＣＯ3 ）と石英を添加してカオリン原料を低熱
膨張係数のペタライトやスポジューメンに変化させるこ
とを意図したものであるが、この場合には、単味の炭酸
リチウムを含む素地が成形用の石膏型を浸食して寿命を
短くする、あるいは焼成後に膨れが発生するなどの不都
合が生じた。
【０００６】さらに、それらの改良として、炭酸リチウ
ムと石英などの所定比率の混合物を仮焼して固形物と
し、これを再粉砕してフリットとして用いる技術も開発
されたが、炭酸リチウムそのものが高価であることに加
え、仮焼熱処理と粉砕処理のコストがかかるので、著し
く高価格になるという問題があった。
ムと石英などの所定比率の混合物を仮焼して固形物と
し、これを再粉砕してフリットとして用いる技術も開発
されたが、炭酸リチウムそのものが高価であることに加
え、仮焼熱処理と粉砕処理のコストがかかるので、著し
く高価格になるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたものであり、緻密で低熱膨
張特性を有する耐熱衝撃性に優れたセラミックスを提供
するとともに、従来より低い焼成温度で緻密に焼成で
き、コストの安価な原料を用いることが可能となる耐熱
衝撃性セラミックスの製造方法を提供する。
点を解決するためになされたものであり、緻密で低熱膨
張特性を有する耐熱衝撃性に優れたセラミックスを提供
するとともに、従来より低い焼成温度で緻密に焼成で
き、コストの安価な原料を用いることが可能となる耐熱
衝撃性セラミックスの製造方法を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の問題は、酸化物組
成でＬｉ2 Ｏを１．５〜６．５重量％、ＭｇＯを１．０
〜１０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を１４〜３０重量％、および
ＳｉＯ2 を５８〜８３重量％含み、主結晶相として低膨
張性のペタライトおよびまたはスポジューメンとコーデ
ィライトを含む緻密な焼結体であることを特徴とする耐
熱衝撃性セラミックス、により解決することができる。
成でＬｉ2 Ｏを１．５〜６．５重量％、ＭｇＯを１．０
〜１０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を１４〜３０重量％、および
ＳｉＯ2 を５８〜８３重量％含み、主結晶相として低膨
張性のペタライトおよびまたはスポジューメンとコーデ
ィライトを含む緻密な焼結体であることを特徴とする耐
熱衝撃性セラミックス、により解決することができる。
【０００９】また、上記の問題は、３０〜７５重量％の
リチウム珪酸塩原料、２０〜５５重量％のカオリン原
料、ＭｇＯに換算して１．５〜１０重量％のＭｇＯ化合
物原料、および前記各原料から供給されるＳｉＯ2 成分
の他にＳｉＯ2 に換算して０〜１５重量％のＳｉＯ2 化
合物を配合した素地を調製し、成形して、高くても１３
００℃の焼成温度で焼成することにより緻密な焼結体を
得ることを特徴とする耐熱衝撃性セラミックスの製造方
法、によって解決することができる。
リチウム珪酸塩原料、２０〜５５重量％のカオリン原
料、ＭｇＯに換算して１．５〜１０重量％のＭｇＯ化合
物原料、および前記各原料から供給されるＳｉＯ2 成分
の他にＳｉＯ2 に換算して０〜１５重量％のＳｉＯ2 化
合物を配合した素地を調製し、成形して、高くても１３
００℃の焼成温度で焼成することにより緻密な焼結体を
得ることを特徴とする耐熱衝撃性セラミックスの製造方
法、によって解決することができる。
【００１０】なお、上記した耐熱衝撃性セラミックスに
おいて、酸化物組成でＬｉ2 Ｏを１．５〜２．４重量
％、ＭｇＯを５．０〜１０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を２０〜
３０重量％、およびＳｉＯ2 を５８〜７３重量％含む成
分組成、あるいは同じく酸化物組成でＬｉ2 Ｏを２．４
〜３．５重量％、ＭｇＯを２．０〜７．０重量％、Ａｌ
2 Ｏ3 を１７〜２７重量％、およびＳｉＯ2 を６３〜７
８重量％含む成分組成、あるいは同じく酸化物組成でＬ
ｉ2 Ｏを３．５〜４．５重量％、ＭｇＯを１．０〜４．
０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を１４〜２４重量％、およびＳｉ
Ｏ2 を６８〜８３重量％含む成分組成に具体化すること
ができる。
おいて、酸化物組成でＬｉ2 Ｏを１．５〜２．４重量
％、ＭｇＯを５．０〜１０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を２０〜
３０重量％、およびＳｉＯ2 を５８〜７３重量％含む成
分組成、あるいは同じく酸化物組成でＬｉ2 Ｏを２．４
〜３．５重量％、ＭｇＯを２．０〜７．０重量％、Ａｌ
2 Ｏ3 を１７〜２７重量％、およびＳｉＯ2 を６３〜７
８重量％含む成分組成、あるいは同じく酸化物組成でＬ
ｉ2 Ｏを３．５〜４．５重量％、ＭｇＯを１．０〜４．
０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を１４〜２４重量％、およびＳｉ
Ｏ2 を６８〜８３重量％含む成分組成に具体化すること
ができる。
【００１１】また、上記した耐熱衝撃性セラミックスの
製造方法の原料配合割合において、リチウム珪酸塩原料
が３０〜４５重量％、カオリン原料が３５〜５５重量
％、ＭｇＯ化合物原料がＭｇＯに換算して５．０〜１０
重量％である配合、あるいはリチウム珪酸塩原料が４５
〜６０重量％、カオリン原料が２５〜４５重量％、Ｍｇ
Ｏ化合物原料がＭｇＯに換算して４．０〜７．５重量％
である配合、あるいはリチウム珪酸塩原料が６０〜７５
重量％、カオリン原料が２０〜３５重量％、ＭｇＯ化合
物原料がＭｇＯに換算して１．５〜６．０重量％である
配合によって、より好ましく具体化することができる。
なお、前記のリチウム珪酸塩原料として、ペタライト原
料またはスポジューメン原料がより適切に適用される。
製造方法の原料配合割合において、リチウム珪酸塩原料
が３０〜４５重量％、カオリン原料が３５〜５５重量
％、ＭｇＯ化合物原料がＭｇＯに換算して５．０〜１０
重量％である配合、あるいはリチウム珪酸塩原料が４５
〜６０重量％、カオリン原料が２５〜４５重量％、Ｍｇ
Ｏ化合物原料がＭｇＯに換算して４．０〜７．５重量％
である配合、あるいはリチウム珪酸塩原料が６０〜７５
重量％、カオリン原料が２０〜３５重量％、ＭｇＯ化合
物原料がＭｇＯに換算して１．５〜６．０重量％である
配合によって、より好ましく具体化することができる。
なお、前記のリチウム珪酸塩原料として、ペタライト原
料またはスポジューメン原料がより適切に適用される。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の耐熱衝撃性セラミックス
の実施形態について説明すると、本発明では、先ず酸化
物成分として、Ｌｉ2 Ｏ、ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 およびＳ
ｉＯ2 を必須成分とする。ここでこれら酸化物が由来す
る原料を特に限定するものではないが、後記のように、
ペタライトのようなリチウム珪酸塩原料、粘土などのカ
オリン原料、あるいはタルクなどの天然原料がコスト面
から好ましい。さらに、本発明では、化学組成において
これら酸化物換算で、Ｌｉ2 Ｏを１．５〜６．５重量
％、ＭｇＯを１．０〜１０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を１４〜
３０重量％、およびＳｉＯ 2 を５８〜８３重量％含むと
ともに、結晶微構造では、低膨張性のリチウム珪酸塩結
晶であるペタライト結晶とスポジューメン結晶の一方ま
たはその双方と、ＭｇＯを含む低膨張性のコーディライ
ト結晶とを必須の主結晶相として含み、実質的に漏水の
おそれのない程度に緻密な焼結体からなるセラミックス
である。この場合、緻密さの程度は吸水率を尺度とする
と、最大３．０％であり、好ましくは最大１．０％であ
る。
の実施形態について説明すると、本発明では、先ず酸化
物成分として、Ｌｉ2 Ｏ、ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 およびＳ
ｉＯ2 を必須成分とする。ここでこれら酸化物が由来す
る原料を特に限定するものではないが、後記のように、
ペタライトのようなリチウム珪酸塩原料、粘土などのカ
オリン原料、あるいはタルクなどの天然原料がコスト面
から好ましい。さらに、本発明では、化学組成において
これら酸化物換算で、Ｌｉ2 Ｏを１．５〜６．５重量
％、ＭｇＯを１．０〜１０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を１４〜
３０重量％、およびＳｉＯ 2 を５８〜８３重量％含むと
ともに、結晶微構造では、低膨張性のリチウム珪酸塩結
晶であるペタライト結晶とスポジューメン結晶の一方ま
たはその双方と、ＭｇＯを含む低膨張性のコーディライ
ト結晶とを必須の主結晶相として含み、実質的に漏水の
おそれのない程度に緻密な焼結体からなるセラミックス
である。この場合、緻密さの程度は吸水率を尺度とする
と、最大３．０％であり、好ましくは最大１．０％であ
る。
【００１３】本発明の耐熱衝撃性セラミックスでは、Ｌ
ｉ2 ＯとＭｇＯ成分が共存し、ペタライト結晶等とコー
ディライト結晶とを含む緻密な磁器であるところに特徴
があり、従来のペタライト原料と３０〜６０重量％のカ
オリン原料を混合した素地を焼結した緻密なリチアセラ
ミックスでは、熱膨張係数は１５〜４０×１０-7／℃程
度のものしか得られなかったのに対して、後記のよう
に、十分に緻密な磁器として６×１０-7／℃程度にまで
低下させることができる。
ｉ2 ＯとＭｇＯ成分が共存し、ペタライト結晶等とコー
ディライト結晶とを含む緻密な磁器であるところに特徴
があり、従来のペタライト原料と３０〜６０重量％のカ
オリン原料を混合した素地を焼結した緻密なリチアセラ
ミックスでは、熱膨張係数は１５〜４０×１０-7／℃程
度のものしか得られなかったのに対して、後記のよう
に、十分に緻密な磁器として６×１０-7／℃程度にまで
低下させることができる。
【００１４】また、この耐熱衝撃性セラミックスの酸化
物組成において、次のように具体化すると、先ず第１
に、Ｌｉ2 Ｏを１．５〜２．４重量％、ＭｇＯを５．０
〜１０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を２０〜３０重量％、および
ＳｉＯ2 を５８〜７３重量％含む成分組成のものは、熱
膨張係数は１０〜１５×１０-7／℃程度であるが、Ｌｉ
2 Ｏ成分を少なくできるので、コスト面で利点がある。
物組成において、次のように具体化すると、先ず第１
に、Ｌｉ2 Ｏを１．５〜２．４重量％、ＭｇＯを５．０
〜１０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を２０〜３０重量％、および
ＳｉＯ2 を５８〜７３重量％含む成分組成のものは、熱
膨張係数は１０〜１５×１０-7／℃程度であるが、Ｌｉ
2 Ｏ成分を少なくできるので、コスト面で利点がある。
【００１５】第２に、Ｌｉ2 Ｏを３．５〜４．５重量
％、ＭｇＯを１．０〜４．０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を１４
〜２４重量％、およびＳｉＯ2 を６８〜８３重量％含む
成分組成のものは、比較的高価なＬｉ2 Ｏ成分の配合比
率が高いので、コスト面の不利が生じるが、熱膨張係数
は６〜８×１０-7／℃程度まで低下させることができ、
耐熱衝撃性に優れるという利点が得られる。
％、ＭｇＯを１．０〜４．０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を１４
〜２４重量％、およびＳｉＯ2 を６８〜８３重量％含む
成分組成のものは、比較的高価なＬｉ2 Ｏ成分の配合比
率が高いので、コスト面の不利が生じるが、熱膨張係数
は６〜８×１０-7／℃程度まで低下させることができ、
耐熱衝撃性に優れるという利点が得られる。
【００１６】また第３に、上記の中間に位置する酸化物
組成でＬｉ2 Ｏを２．４〜３．５重量％、ＭｇＯを２．
０〜７．０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を１７〜２７重量％、お
よびＳｉＯ2 を６３〜７８重量％含む成分組成のもので
は、十分に低い熱膨張係数によりコストとバランスのと
れた実用的な耐熱衝撃性セラミックスが得られる。
組成でＬｉ2 Ｏを２．４〜３．５重量％、ＭｇＯを２．
０〜７．０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を１７〜２７重量％、お
よびＳｉＯ2 を６３〜７８重量％含む成分組成のもので
は、十分に低い熱膨張係数によりコストとバランスのと
れた実用的な耐熱衝撃性セラミックスが得られる。
【００１７】以上詳細に説明した本発明の耐熱衝撃性セ
ラミックスは、次に説明する、本発明の他の発明である
耐熱衝撃性セラミックスの製造方法によって製造するこ
とができる。ここにその実施形態について説明すると、
先ず、リチウム珪酸塩原料、例えばペタライト原料また
はスポジューメン原料などと、カオリン原料、例えば、
蛙目粘土、カオリン粘土など粘土鉱物を多く含有するも
のと、ＭｇＯ化合物原料、例えばタルク、マグネサイト
などの他、ＭｇＯ単味のもの、または水酸化マグネシウ
ムなどを必須原料とし、必要に応じてＳｉＯ2 化合物原
料、例えば、珪石、珪砂、石英などの原料を配合して素
地を調製する。
ラミックスは、次に説明する、本発明の他の発明である
耐熱衝撃性セラミックスの製造方法によって製造するこ
とができる。ここにその実施形態について説明すると、
先ず、リチウム珪酸塩原料、例えばペタライト原料また
はスポジューメン原料などと、カオリン原料、例えば、
蛙目粘土、カオリン粘土など粘土鉱物を多く含有するも
のと、ＭｇＯ化合物原料、例えばタルク、マグネサイト
などの他、ＭｇＯ単味のもの、または水酸化マグネシウ
ムなどを必須原料とし、必要に応じてＳｉＯ2 化合物原
料、例えば、珪石、珪砂、石英などの原料を配合して素
地を調製する。
【００１８】この場合、リチウム珪酸塩原料として３０
〜７５重量％、カオリン原料として２０〜５５重量％、
ＭｇＯ化合物原料をＭｇＯに換算して１．５〜１０重量
％配合することが重要である。
〜７５重量％、カオリン原料として２０〜５５重量％、
ＭｇＯ化合物原料をＭｇＯに換算して１．５〜１０重量
％配合することが重要である。
【００１９】そして、ここでリチウム珪酸塩原料とし
て、例えばペタライト原料またはスポジューメン原料な
どが３０重量％未満では熱膨張係数が２０×１０-7／℃
以下のものが得られにくく、また焼成火度が上昇し下記
の焼成温度で焼成できなくなる。また、７５重量％を超
えると、この場合も焼成火度が上昇し、焼成工程で下記
の焼成温度で焼成できなくなる。
て、例えばペタライト原料またはスポジューメン原料な
どが３０重量％未満では熱膨張係数が２０×１０-7／℃
以下のものが得られにくく、また焼成火度が上昇し下記
の焼成温度で焼成できなくなる。また、７５重量％を超
えると、この場合も焼成火度が上昇し、焼成工程で下記
の焼成温度で焼成できなくなる。
【００２０】また、カオリン原料として、蛙目粘土が２
０重量％未満では、ロクロ成形性の確保および成形後の
クラック発生の防止などが不十分となり、また５５重量
％を超えるときには、耐火度と熱膨張係数が上昇するの
で、下記の焼成温度で焼成できなくなるか、熱膨張係数
が２０×１０-7／℃以下のものが得られにくい。
０重量％未満では、ロクロ成形性の確保および成形後の
クラック発生の防止などが不十分となり、また５５重量
％を超えるときには、耐火度と熱膨張係数が上昇するの
で、下記の焼成温度で焼成できなくなるか、熱膨張係数
が２０×１０-7／℃以下のものが得られにくい。
【００２１】さらに、タルクなどのＭｇＯ化合物原料
が、ＭｇＯに換算して１．５重量％〜１０重量％の範囲
外のときには、ペタライト原料またはカオリン原料の比
率が増加するなどして耐火度が上昇して好ましくない。
が、ＭｇＯに換算して１．５重量％〜１０重量％の範囲
外のときには、ペタライト原料またはカオリン原料の比
率が増加するなどして耐火度が上昇して好ましくない。
【００２２】次に、以上のように得られた素地を、適宜
な形状に成形してから、高くても１３００℃の焼成温度
で焼成することにより、実質的に漏水のおそれのない緻
密な組織、例えば吸水率が高くとも３．０％までの組織
であって、熱膨張係数が２０×１０-7／℃以下、好まし
くは１０×１０-7／℃以下の緻密な焼結体を得ることが
できる。
な形状に成形してから、高くても１３００℃の焼成温度
で焼成することにより、実質的に漏水のおそれのない緻
密な組織、例えば吸水率が高くとも３．０％までの組織
であって、熱膨張係数が２０×１０-7／℃以下、好まし
くは１０×１０-7／℃以下の緻密な焼結体を得ることが
できる。
【００２３】本発明の製造方法では、上記したようにペ
タライトにカオリン原料とＭｇＯ原料を加え、必要に応
じてＳｉＯ2 原料を加えることにより、実質的に漏水の
おそれのない焼結体が得られる焼成温度を低下させ、か
つ熱膨張係数を低い値としたセラミックスを得ることが
できる。これは、原料中のＬｉ2 Ｏ、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ
3 、ＳｉＯ2 などがガラス化してペタライトの焼結を促
進するとともに、配合されたカオリン原料とＭｇＯ原料
とが熱膨張係数の小さなコーディライトや石英系ガラス
に変化し、主結晶相がペタライト結晶（またはスポジュ
ーメン結晶）とコーディライト結晶（２ＭｇＯ・２Ａｌ
2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 ）とによって占められるからであ
る、と推測される。
タライトにカオリン原料とＭｇＯ原料を加え、必要に応
じてＳｉＯ2 原料を加えることにより、実質的に漏水の
おそれのない焼結体が得られる焼成温度を低下させ、か
つ熱膨張係数を低い値としたセラミックスを得ることが
できる。これは、原料中のＬｉ2 Ｏ、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ
3 、ＳｉＯ2 などがガラス化してペタライトの焼結を促
進するとともに、配合されたカオリン原料とＭｇＯ原料
とが熱膨張係数の小さなコーディライトや石英系ガラス
に変化し、主結晶相がペタライト結晶（またはスポジュ
ーメン結晶）とコーディライト結晶（２ＭｇＯ・２Ａｌ
2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 ）とによって占められるからであ
る、と推測される。
【００２４】なお、上記の配合において、前記ペタライ
ト原料、カオリン原料など各原料から供給されるＳｉＯ
2 成分の他に別途のＳｉＯ2 成分を配合するのが好まし
いが、この場合のＳｉＯ2 成分の配合量は、前記のコー
ディライト結晶の生成に対応するよう選定すればよく、
ＳｉＯ2 に換算して０〜１５重量％の範囲で充分であ
る。また、陶石原料のように、カオリン成分とＳｉＯ2
成分とを併せ有する原料を適宜応用することもできるの
は言うまでもない。
ト原料、カオリン原料など各原料から供給されるＳｉＯ
2 成分の他に別途のＳｉＯ2 成分を配合するのが好まし
いが、この場合のＳｉＯ2 成分の配合量は、前記のコー
ディライト結晶の生成に対応するよう選定すればよく、
ＳｉＯ2 に換算して０〜１５重量％の範囲で充分であ
る。また、陶石原料のように、カオリン成分とＳｉＯ2
成分とを併せ有する原料を適宜応用することもできるの
は言うまでもない。
【００２５】また、本発明の製造方法では、リチウム珪
酸塩原料の配合割合に応じて他の原料の配合割合を次の
ように限定して具体化することができる。つまり、第１
に、リチウム珪酸塩原料が３０〜４５重量％、カオリン
原料が３５〜５５重量％、ＭｇＯ化合物原料がＭｇＯに
換算して５．０〜１０重量％である配合の場合は、熱膨
張係数は１０〜２０×１０-7／℃程度で若干高めとなる
ものの、比較的高価なリチウム珪酸塩原料の配合割合が
少なくので、コスト面で利点がある。
酸塩原料の配合割合に応じて他の原料の配合割合を次の
ように限定して具体化することができる。つまり、第１
に、リチウム珪酸塩原料が３０〜４５重量％、カオリン
原料が３５〜５５重量％、ＭｇＯ化合物原料がＭｇＯに
換算して５．０〜１０重量％である配合の場合は、熱膨
張係数は１０〜２０×１０-7／℃程度で若干高めとなる
ものの、比較的高価なリチウム珪酸塩原料の配合割合が
少なくので、コスト面で利点がある。
【００２６】第２に、リチウム珪酸塩原料が６０〜７５
重量％、カオリン原料が２０〜３５重量％、ＭｇＯ化合
物原料がＭｇＯに換算して１．５〜６．０重量％である
配合の場合は、第１の場合と反対にコスト面で効果にな
る反面、熱膨張係数が最も低い焼結体が得られ、厳しい
耐熱衝撃性を要求される用途に好適なセラミックスが得
られる。
重量％、カオリン原料が２０〜３５重量％、ＭｇＯ化合
物原料がＭｇＯに換算して１．５〜６．０重量％である
配合の場合は、第１の場合と反対にコスト面で効果にな
る反面、熱膨張係数が最も低い焼結体が得られ、厳しい
耐熱衝撃性を要求される用途に好適なセラミックスが得
られる。
【００２７】第３に、リチウム珪酸塩原料が４５〜６０
重量％、カオリン原料が２５〜４５重量％、ＭｇＯ化合
物原料がＭｇＯに換算して４．０〜７．５重量％である
配合の場合は、上記第１と第２の場合の中間の品質、例
えば、１０×１０-7／℃前後の熱膨張係数を持つセラミ
ックスが得られる。
重量％、カオリン原料が２５〜４５重量％、ＭｇＯ化合
物原料がＭｇＯに換算して４．０〜７．５重量％である
配合の場合は、上記第１と第２の場合の中間の品質、例
えば、１０×１０-7／℃前後の熱膨張係数を持つセラミ
ックスが得られる。
【００２８】
【実施例】次に、表１に示す試験結果に基づいて本発明
を詳細に説明する。表１において、試験体Noに＊印の付
されたものは、比較例を示し、他は本発明の製造方法に
係る原料配合割合に基づくものである。また、中央欄の
化学組成は、左欄の原料配合割合から計算で求められる
化学成分組成を重量％で表示したものである。
を詳細に説明する。表１において、試験体Noに＊印の付
されたものは、比較例を示し、他は本発明の製造方法に
係る原料配合割合に基づくものである。また、中央欄の
化学組成は、左欄の原料配合割合から計算で求められる
化学成分組成を重量％で表示したものである。
【００２９】ここで、使用原料は通常入手できるものを
用い、表の原料配合割合に従い配合し、ボールミルで湿
式粉砕混合した後、乾燥、混練して素地を調製した。こ
の素地を加圧ロクロ成形により直径約１５ｃｍの鍋状容
器を成形して、ロクロによる成形性の良（表中の表示○
印）否（表中の表示×印）を判定した。また、１０×１
０×６０ｍｍの長柱体にプレス成形して、次の評価のた
めの試験体とした。
用い、表の原料配合割合に従い配合し、ボールミルで湿
式粉砕混合した後、乾燥、混練して素地を調製した。こ
の素地を加圧ロクロ成形により直径約１５ｃｍの鍋状容
器を成形して、ロクロによる成形性の良（表中の表示○
印）否（表中の表示×印）を判定した。また、１０×１
０×６０ｍｍの長柱体にプレス成形して、次の評価のた
めの試験体とした。
【００３０】この試験体について、電気加熱試験炉にて
１２００℃までは２００℃／ｈｒの昇温速度で加熱し、
１２００℃以上では１２０℃／ｈｒに昇温速度を低下さ
せて加熱して、焼結した試験体の吸水率が３．０％以下
に到達したときに十分な緻密な焼結体が得られたとし
て、そのときの温度をもって、表１中の最高焼成温度と
した。また、かくして得られた試験体について、通常の
熱膨張測定試験機により、常温から５００℃の範囲での
熱膨張率を測定して線熱膨張係数を求めた。そして、こ
れらロクロ成形性、最高焼成温度が１３００℃以下、熱
膨張係数が２０×１０-7／℃以下を総合評価で良好（表
中の表示○印）とした。
１２００℃までは２００℃／ｈｒの昇温速度で加熱し、
１２００℃以上では１２０℃／ｈｒに昇温速度を低下さ
せて加熱して、焼結した試験体の吸水率が３．０％以下
に到達したときに十分な緻密な焼結体が得られたとし
て、そのときの温度をもって、表１中の最高焼成温度と
した。また、かくして得られた試験体について、通常の
熱膨張測定試験機により、常温から５００℃の範囲での
熱膨張率を測定して線熱膨張係数を求めた。そして、こ
れらロクロ成形性、最高焼成温度が１３００℃以下、熱
膨張係数が２０×１０-7／℃以下を総合評価で良好（表
中の表示○印）とした。
【００３１】なお、原料中のフリット粉末は以下の方法
により調製したものである。炭酸リチウムとカオリンと
石英粉末とを化学組成が４Ｌｉ2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・４Ｓ
ｉＯ2 となるように配合したものを、ボールミルで湿式
粉砕混合した後、乾燥、混練して小片に切断して充分に
乾燥してから９５０℃の温度で充分に加熱焼結した。こ
れを再度ボールミルで微粉砕してフリット粉末を得た。
により調製したものである。炭酸リチウムとカオリンと
石英粉末とを化学組成が４Ｌｉ2 Ｏ・Ａｌ2 Ｏ3 ・４Ｓ
ｉＯ2 となるように配合したものを、ボールミルで湿式
粉砕混合した後、乾燥、混練して小片に切断して充分に
乾燥してから９５０℃の温度で充分に加熱焼結した。こ
れを再度ボールミルで微粉砕してフリット粉末を得た。
【００３２】以上の試験結果を示す表１によれば、先
ず、表中No１、No２は、従来の一般的なもので、ペタラ
イトとカオリンを用いた配合であるが、緻密な焼成には
１３５０℃の高温度を要し、低い熱膨張係数が得られな
い。表中No３〜No５は、上記のフリット粉末を用いて添
加カオリンがペタライト組成に変化できるように成分調
製したものであり、低熱膨張係数のセラミックスが得ら
れるが、焼成温度があまり下がらないことが分かる。
ず、表中No１、No２は、従来の一般的なもので、ペタラ
イトとカオリンを用いた配合であるが、緻密な焼成には
１３５０℃の高温度を要し、低い熱膨張係数が得られな
い。表中No３〜No５は、上記のフリット粉末を用いて添
加カオリンがペタライト組成に変化できるように成分調
製したものであり、低熱膨張係数のセラミックスが得ら
れるが、焼成温度があまり下がらないことが分かる。
【００３３】また、表中No６〜No８は、カオリン原料の
配合割合が２０％未満の事例であり、プレス成形法のよ
うな金型を用いる成形方法が採用できる製品には充分応
用可能とは思われるが、本発明の応用分野の商品であ
る、例えば食器類においては、ロクロ成形法が一般的で
あるから、ロクロ成形性に難点があるこれら配合は好適
ではないことになる。
配合割合が２０％未満の事例であり、プレス成形法のよ
うな金型を用いる成形方法が採用できる製品には充分応
用可能とは思われるが、本発明の応用分野の商品であ
る、例えば食器類においては、ロクロ成形法が一般的で
あるから、ロクロ成形性に難点があるこれら配合は好適
ではないことになる。
【００３４】表中No９〜No２１は、本発明の配合割合の
よるものであり、これらから以下のことが判明した。 （１）炭酸リチウムから工数をかけて調製したフリット
などを使用することなく、ペタライトにＳｉＯ2 、Ａｌ
2 Ｏ3 、ＭｇＯの適量を添加すると緻密化の焼成温度を
下げることができるとともに、熱膨張係数を低く抑える
ことができる。この理由は、ペタライトにＳｉＯ2 、Ａ
ｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯなどが加わると低温溶融のガラスが形
成されてペタライトの焼結が促進されるとともに、Ｓｉ
Ｏ2 、Ａｌ 2 Ｏ3 、ＭｇＯ成分が主として熱膨張係数の
小さなコーディライト結晶を形成するからであろうと思
われる。従って、当初のＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ
成分の比率は、コーディライトの組成に近似させておく
のが好ましい。
よるものであり、これらから以下のことが判明した。 （１）炭酸リチウムから工数をかけて調製したフリット
などを使用することなく、ペタライトにＳｉＯ2 、Ａｌ
2 Ｏ3 、ＭｇＯの適量を添加すると緻密化の焼成温度を
下げることができるとともに、熱膨張係数を低く抑える
ことができる。この理由は、ペタライトにＳｉＯ2 、Ａ
ｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯなどが加わると低温溶融のガラスが形
成されてペタライトの焼結が促進されるとともに、Ｓｉ
Ｏ2 、Ａｌ 2 Ｏ3 、ＭｇＯ成分が主として熱膨張係数の
小さなコーディライト結晶を形成するからであろうと思
われる。従って、当初のＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ
成分の比率は、コーディライトの組成に近似させておく
のが好ましい。
【００３５】（２）ペタライトの割合が３０〜８５重量
％の範囲で、熱膨張係数を２０×１０ -7／℃以下に維持
し、焼成温度をほぼ１３００℃以下にすることができ、
タイル等の焼成に用いられる一般の焼成炉での焼成が可
能となる。特に、５０〜７０重量％前後において焼成温
度を最低にすることができ、従来のリチアセラミックス
の場合よりも約１００℃だけ低くすることができる。そ
して、最高１３００℃の焼成を行えば、吸水率が１％以
下の緻密なセラミックスを得ることもできる。
％の範囲で、熱膨張係数を２０×１０ -7／℃以下に維持
し、焼成温度をほぼ１３００℃以下にすることができ、
タイル等の焼成に用いられる一般の焼成炉での焼成が可
能となる。特に、５０〜７０重量％前後において焼成温
度を最低にすることができ、従来のリチアセラミックス
の場合よりも約１００℃だけ低くすることができる。そ
して、最高１３００℃の焼成を行えば、吸水率が１％以
下の緻密なセラミックスを得ることもできる。
【００３６】（３）ペタライトが３０重量％未満になる
と（例えば、表中のNo２２のように）、相対的にＳｉＯ
2 、Ａｌ2 Ｏ3 などの比率が高まるので、これらが焼結
作用を支配することとなり、低温度での緻密化のための
焼成と低い熱膨張係数とが両立するのは困難となる。な
お、ペタライトが７５重量％を超えると、相対的にロク
ロ成形性を発現しているカオリン原料の比率が低下する
ので、ロクロ成形の困難が生じるから、最も好ましい範
囲からは外れることになる。
と（例えば、表中のNo２２のように）、相対的にＳｉＯ
2 、Ａｌ2 Ｏ3 などの比率が高まるので、これらが焼結
作用を支配することとなり、低温度での緻密化のための
焼成と低い熱膨張係数とが両立するのは困難となる。な
お、ペタライトが７５重量％を超えると、相対的にロク
ロ成形性を発現しているカオリン原料の比率が低下する
ので、ロクロ成形の困難が生じるから、最も好ましい範
囲からは外れることになる。
【００３７】
【発明の効果】本発明の耐熱衝撃性セラミックスによれ
ば、特にリチア珪酸塩とコーディライトの結晶が共存し
ているので、緻密で低熱膨張特性を有する耐熱衝撃性に
優れたセラミックスを提供する。また、その製造方法に
よれば、炭酸リチウムのような製造工数のかかる原料を
使用することなく、コストの安価な天然原料を用いなが
ら、低い１３００℃以下の焼成温度で十分に緻密で、例
えば吸水率３．０％以下の汎用性の高い焼結体に焼成で
き、かつ、ロクロ成形性を備えた実用的な耐熱衝撃性セ
ラミックスの製造方法を提供するという優れた効果があ
る。よって本発明は従来の問題点を解消した耐熱衝撃性
セラミックスおよびその製造方法として、その工業的価
値が極めて大なるものがある。
ば、特にリチア珪酸塩とコーディライトの結晶が共存し
ているので、緻密で低熱膨張特性を有する耐熱衝撃性に
優れたセラミックスを提供する。また、その製造方法に
よれば、炭酸リチウムのような製造工数のかかる原料を
使用することなく、コストの安価な天然原料を用いなが
ら、低い１３００℃以下の焼成温度で十分に緻密で、例
えば吸水率３．０％以下の汎用性の高い焼結体に焼成で
き、かつ、ロクロ成形性を備えた実用的な耐熱衝撃性セ
ラミックスの製造方法を提供するという優れた効果があ
る。よって本発明は従来の問題点を解消した耐熱衝撃性
セラミックスおよびその製造方法として、その工業的価
値が極めて大なるものがある。
【００３８】
【表１】
Claims (9)
- 【請求項１】酸化物組成でＬｉ2 Ｏを１．５〜６．５重
量％、ＭｇＯを１．０〜１０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を１４
〜３０重量％、およびＳｉＯ2 を５８〜８３重量％含
み、主結晶相として低膨張性のペタライトおよびスポジ
ューメンの一方またはその両方とコーディライトとを含
む緻密な焼結体であることを特徴とする耐熱衝撃性セラ
ミックス。 - 【請求項２】酸化物組成でＬｉ2 Ｏを１．５〜２．４重
量％、ＭｇＯを５．０〜１０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を２０
〜３０重量％、およびＳｉＯ2 を５８〜７３重量％含む
請求項１記載の耐熱衝撃性セラミックス。 - 【請求項３】酸化物組成でＬｉ2 Ｏを２．４〜３．５重
量％、ＭｇＯを２．０〜７．０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を１
７〜２７重量％、およびＳｉＯ2 を６３〜７８重量％含
む請求項１記載の耐熱衝撃性セラミックス。 - 【請求項４】酸化物組成でＬｉ2 Ｏを３．５〜４．５重
量％、ＭｇＯを１．０〜４．０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を１
４〜２４重量％、およびＳｉＯ2 を６８〜８３重量％含
む請求項１記載の耐熱衝撃性セラミックス。 - 【請求項５】３０〜７５重量％のリチウム珪酸塩原料、
２０〜５５重量％のカオリン原料、ＭｇＯに換算して
１．５〜１０重量％のＭｇＯ化合物原料、および前記各
原料から供給されるＳｉＯ2 成分の他にＳｉＯ2 に換算
して０〜１５重量％のＳｉＯ2 化合物を配合した素地を
調製し、成形して、最高温度１３００℃で焼成すること
により緻密な焼結体を得ることを特徴とする耐熱衝撃性
セラミックスの製造方法。 - 【請求項６】リチウム珪酸塩原料が３０〜４５重量％、
カオリン原料が３５〜５５重量％、ＭｇＯ化合物原料が
ＭｇＯに換算して５．０〜１０重量％である請求項５記
載の耐熱衝撃性セラミックスの製造方法。 - 【請求項７】リチウム珪酸塩原料が４５〜６０重量％、
カオリン原料が２５〜４５重量％、ＭｇＯ化合物原料が
ＭｇＯに換算して４．０〜７．５重量％である請求項５
記載の耐熱衝撃性セラミックスの製造方法。 - 【請求項８】リチウム珪酸塩原料が６０〜７５重量％、
カオリン原料が２０〜３５重量％、ＭｇＯ化合物原料が
ＭｇＯに換算して１．５〜６．０重量％である請求項５
記載の耐熱衝撃性セラミックスの製造方法。 - 【請求項９】前記リチウム珪酸塩原料がペタライト原料
またはスポジューメン原料である請求項５から８のいず
れかに記載の耐熱衝撃性セラミックスの製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8206066A JP3031865B2 (ja) | 1996-08-05 | 1996-08-05 | 耐熱衝撃性セラミックスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8206066A JP3031865B2 (ja) | 1996-08-05 | 1996-08-05 | 耐熱衝撃性セラミックスの製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1053460A true JPH1053460A (ja) | 1998-02-24 |
| JP3031865B2 JP3031865B2 (ja) | 2000-04-10 |
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ID=16517282
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8206066A Expired - Fee Related JP3031865B2 (ja) | 1996-08-05 | 1996-08-05 | 耐熱衝撃性セラミックスの製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3031865B2 (ja) |
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| US7037870B2 (en) | 2002-01-31 | 2006-05-02 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Ceramic sintered body and process for producing the same |
| US7067085B1 (en) | 1999-06-29 | 2006-06-27 | Nippon Steel Corporation | Black ceramic sinter with low thermal expansion and high specific rigidity and process for producing the same |
| KR100753770B1 (ko) | 2006-10-25 | 2007-08-31 | 주식회사 피닉스세라믹스 | 균열이 없는 내열자기의 소지와 유약조성물의 제게르(Seger)식 |
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-
1996
- 1996-08-05 JP JP8206066A patent/JP3031865B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3031865B2 (ja) | 2000-04-10 |
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