JPS5832063A - 耐熱衝撃性、耐食性セラミツク材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、新規な耐熱衝撃性、耐食性コージェライト系
セラミック利料に関するものである。さらに詳しくいえ
ば、本発明は、特に鋳造用部品、セラミックス焼結用補
助装置、］ノ１ガス用２ｇ管、］１１ガス捕集管などの
材料として好適な、耐熱衝撃性及び耐食性の優れたセラ
ミックス月別に関するものである。

従来、コージエライｉ　（２Ｍｇ０・２Ａ］２０３・５
Ｓｉ０２）は、広い温度範囲にわたって極めて低い熱膨
張率を有し、急激外温度変化などの熱衝撃に対して優れ
た抵抗性を示すことから、１ｉｉＩ熱４Ａ制、耐熱衝撃
材料として多くの分野において幅広く用いられている。

しかしながら、このコージェライト単独から成るセラミ
ックスは、溶Ｉｔ非鉄金属、化学薬品、腐食性ガスなど
に対する面１食性、向ｊ摩耗性及び硬度については必ず
しも満足しうるものではない。

一方、近年新しいセラミックス材料として、窒化ケイ素
がケイ素の直接窒化法−や酸化ケイ素の還元窒化法など
によって工業的に提供されるようになってきた。この窒
化ケイ素利料は、空気中で１３００℃以上の温度に加熱
すれば酸化する性Ｔ↑が□　あり、また熱膨張率が極め
て小さくて熱伝導度が大きく、ｍＹｊ熱衝ｉ）％性に優
れており、その上、硬度が大きくて１ｆ＋ｉ＋　１４ｉ
４耗性に優れ、さらに溶融非鉄金属、化学薬品、腐食性
ガスに釣する抵抗性が太きいなどの好寸しい特性を有す
る拐刺である。しか１〜ながら、このものに［高価格で
あり、屯独では焼結しに＜＜、常圧ではセラミック化が
困ｔ１１であるなどの欠点を有し７ている。

本発明者ら←１、耐熱衝撃（イ１−利料特に鋳造作業用
製品、セラミックス焼結用補助装置や排ガス用導管、４
Ｊ１ガス捕集管などの月別として、優れだ１嗣熱性、面
［熱衝ｌｉｐ性及び１制食性を有し、かつ実用」二十分
な機械的強度をもつ七？ミックス材ｔ１を開発するため
に鋭意研究を卸ねた結果、ある組成のコージエライＩ・
又１−ｊ、！・ライト質コージェライトと窒化ケイ素を
含有する粉末混合物を成形して、所定温度で焼成−）〜
ることにより、上記目的に適合したセラミック４′Ａ享
１がイ：Ｉられることを見出し、本発明をなすに至った
。

すなわち、本発明し１１、コージェライト又はムライ＋
−ｙｉコージェライト５０〜９５重量％と窒化ケーｔ７
ミツクイ２刺を提供するものてＡ’）る。

本発明で用いられるコージエシイｉ−にｌ：、一般のコ
ージェライトの組成Ｍｇ０１１〜１６〕π１．；％、Ａ
１２０３３３〜４１重量％、５１０２４３−５　ｎ　〕
ｆ　４ｉｉ％のうち、コージェライトの理論組成Ｍｌ四
’Ｉ　’、１　、８１１）：　’ｊｉｊ％、Ａ］４０３
３４．８重ｆ？ｊ％、Ｅ＋１（１２５Ｉ　、　４　Ｉｌ
′１４ｉ；％又にｌとれよりムライトを含む組成１ずな
わち・　ＭｌｒＯ５〜１７重量％、Ａ］２０３３０〜５
１重１１１％、８　’、１．０２４３〜６０重量％の組
成であり、特にΔ】２０３、ｓＪ、　０２成分が多く含
せれるムライト質コージェライト、例えば２Ｍｐ；Ｏ４
５、７Ａ］、２０３・９　、６８＋、、０２．２　Ｍ１
７０　・’、’＋　Ａ　、１．２０３・８　Ｓ　］、　
０２などが好適である０このこと仁）コージェライト−
ムライト どめ、耐熱性を約１００℃向」−させること、外だ機械
的強度、而［薬品性の向上が一般的にケ１ｊら扛ている
だめである。

丑だ、本発明に用いる窒化ケイ素ｒ１、α型、β型若し
く０、それらの混合物のいず扛でもよいが．　ｄ３’Ｕ
結性の点からα型の微粉末が好適である。

本発明の土うミック利料を得るためには、窒化ケイ素を
混合物全１１１：に対して５〜５０重量％に々るように
、コージェライト又はムライＩ−質：Ｉ−　ジェライト
に配合して粉末混合物を調製し、この粉末混合物を成形
したの１つ、１２５０〜１４５０　℃の温度範囲で焼成
する。

この場合、窒化ケイ素の量が５重量％未満では、十分な
耐熱衝″１６性、面１食性が得られないし、才だ５０重
量％を超えると．　９，Ｉ’／．成の際の発泡が著しく
強度が低下するので好１しくない。好適な窒化ケイ素の
配合）ｉ；は１０〜４５重量％である。

コージェライト又はムライ］・質コージェライトと窒化
ケ・イ素との粉末混合物のａ．’ａ製は、粉末の両者を
配合し／ｒ．のち、通常の摩砕処理方法、例えばらい潰
機などのいわゆるすりつぶし型やボールミルなどの衝撃
粉砕型の摩砕処理装置を用い、湿式又は乾式法で摩砕処
理することによって行われる。

このようにして調製した粉末混合物を鋳込、乾式プレス
、スタンプ及びラバープレスなどの方法によって所定形
状に加圧成形したのち、１２５０〜Ｌ１５０℃の温度範
囲で焼成する。

焼成は酸化性雰囲気中、還元１′１雰囲気中又Ｖ］窒素
雰囲気中のいずれにおいても行いうるが、り１°に酸化
性雰囲気中では成形体表面に酸化皮膜が牛し、吸水性が
少なくなり、機械的強度が大きくなるので好ましい。こ
の際の好適々焼成温度ｉｊ’，１２５０〜１３５０℃の
範囲である。寸だ、還元性雰囲気及０・窒素雰囲気中に
おいては、Ｉ　３　５０〜Ｌ１５０　℃の範囲の焼成温
度が好寸しい。

本発明方法によって１４）られる十ラミックＡ′Ａ′に
：ｌは、優れた耐熱性、面１熱衝撃４４１及０’　＋ｉ
＋Ｊ食性を有しており、かつ実用」二十分な機械的強度
をイ］するので、例えば熱電対保護管、カス導入管、鋳
造なべのような鋳造作業用製品、セラミック焼成補助装
置べ・排ガス通路、す１ガス捕集管などの月オ・１とし
て使用しうる工業的に利用価値の高いセラミックス（Ａ
＊’１である。

次に実施例によって本発明をさらに詳細にｊｊＱ明する
。

実施例１ コー／エライｌ−（２ＭＥＯ・２Δ］２０３・５Ｓｊ、
０２　）、合成ｌ・ライト及び耐火粘土を用い２　Ｍｉ
成・３Ａ１２０３・８　Ｓ　１．０２のノ、ライＩ・質
コージェライトを調合し、これに窒化ケイ素−８ｊ３Ｎ
４　　（電気化学例）製、α、β型混在微粉）を配合し
、水とともにポットミル中で２４時間摩砕処Ｆ１（シた
のち、乾燥した。この粉末混合物を成形圧７５０　Ｋ９
　／　ｃｉで１００　Ｘ　５．ＯＸ　２０ｍｍのブロッ
クに成形して、Ｓ］Ｃ質発熱体電気炉中で１２５０〜Ｉ
　：Ｉ　５０℃、２時間放置して焼成したのち、放冷し
てセラミック成形体を得た。昇温速度は：Ｌ３−３．５
℃／　１ｌｉｎであった。

第１表に原料の化学成分を、第２表に原料の調合割合を
、第３表に原料調合物と窒化ケイ素（Ｓ］、３Ｎ４　）
の配合割合を示す。寸だ、第４表に種々の温度で焼成し
て得られたセラミックスの物性を示す０ 第　　１　　表 第　　２　　表 　７− 第　　３　　表 　８− 第４表から明らかなように、窒化ケイ素の添加により焼
成収縮が減少し、焼成膨張収縮率が０％に近いところｄ
、熱衝撃抵抗が犬となっている。

なお、窒化ケイ素を５０沖損％以上に配合１−フこもの
は、空気中の焼成のため酸化が著ｊ〜く、発泡現象が生
じやすい。

実施例２ コージェライト粉末（市販品、はぼ２Ｍ１７０・２Ａ］
、２０３・５Ｓｉ０２の組成）に対し、窒化ケイ素を第
５表に示すように配合し、実施例１と同様にして焼成シ
た。得られたセラミックスの７１１性を第６表に示す。

第　　５　　表 窒化ケイ素の配合量が１０重１．１％のものは、表面酸
化はほとんど起らずに焼結が進行する。寸だ、配合量が
５０重量％のものは、焼成膨張収縮率が０％とカつだ。

別冊製の配合量が５０重ｌ？％を超えたものは、発泡現
象が生じ、寸ノね、窒化ケイ素５重１１％以下配合した
ものからイＩＩられたセラミックスは、コージェライト
単独のものとなんら変らなかった。

実施例３ 実施例１におけるＡ−２配合物及び実施例２におけるＣ
　−３配合物を、それぞれ１３３０℃、１３００℃で焼
成することによって、表層部に約ｌ　ｍｍの酸化皮膜を
生じた径約４ｃｒｎ、高さ約４　、５　ｃｔｎ、肉厚約
５咽のるつばを得、この中に金属アルミニラｊ、鉱滓を
入れ、８００℃で溶融してこの温度を保持した。

４８時間経過後も、なんら亀裂も生ぜず、るつぼの侵食
は全く認められなかった。

一方、比較のだめ窒化ケイ素を配合していない実施例１
のＡ−１及び実施例２のＣ−１を、上１ｉ１２と同様に
焼成してるつぼを作り、これを用いてアルミニウム鉱滓
を溶融した。その結果、２４時間で微細な亀裂が生じ、
るつぼの侵食が認められた。

実施例４ 実施例１におけるＡ−５、Ｂ−４配合物及び実施例２に
おけるＣ−５配合物をそれぞれ１３００℃、２時間焼成
することによって得られた１００　Ｘ　５０　Ｘ２０胡
のブロックを、アルミニウムインゴット溶湯中に浸し、
ブロック表面の亀裂と侵食を調べたところ、８時間後も
なんら変化し１、認められなかった。

一方、比較のため、窒化ケイ素を配合していない実Ｍ１
ｊ例ＩＬ））Ａ−１、Ｂ−１及び実施例２のＣ−１を、
上記と同様に焼成してブロックを得、これをアルミニウ
ムインゴット溶湯中に浸した。その結果、ブロックの亀
裂と侵食が認められた。

実施例５ 径４ｃｍ、高さ８Ｃｒｎ、肉厚５祁の黒鉛製るつぼと実
施例３におけるＣ−３配合物の焼成によって得られたる
つぼ中にアルミニウム溶湯を入れ、ニクロム線電気炉中
で８５０℃に加熱した。これらのるつ／了はともに熱衝
！；８に酬えたが、黒鉛製るっほは１３− 表面が時間の経過とともに侵食された。

実施例６ 実施例１におけるＡ−２、Ｂ−２配合物及び実施例２に
おけるＣ−３配合物を、それぞれ＋　３３０℃、１３２
０℃、１３００℃で焼成して表層部の酸化皮膜が約１陥
の１００　Ｘ　５０　Ｘ　２０　ｗｎのブロックを得、
このブロックから１５Ｘ５０Ｘ１５祁の試ネミ１をＩＪ
Ｊ出し、この試料を１０００℃に加熱後０℃の水中に投
下する操作を３回繰返しだが、表層部の剥離は全く認め
られなかった。

特許出願人　工業技術院長　　石　坂　誠　−指定代理
人　工業技術院名占屋工業技術試験所長犬　　飼　　　
　　　鑑 １４−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　コージェライト又はムライト質コージエライＩ・５
   ０〜９５重４ＦＪ、％と窒化ケイ素５０〜５重ｆ１１１
   ％から成る耐熱衝撃性、耐食性セラミック材料。 ２　コージエライ］・又はムライト質コージェライトが
   Ｍｇ０５〜１７重量％、Ａ１２０３３０〜５３重［１１
   ：％及び５ｉ０２４３〜６０重量％の範囲の組成を有す
   るものである特許請求の範囲第１項記載の材料。