JPS62191444A - 無機物複合体の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気絶縁物に適する無機物複合体の製造方法
に関する。

〔従来の技術〕

現在、電気絶縁物は生産性および機械加工性の観点から
有機系複合材料が多用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、有機系複合材料を用いた電気絶縁物は耐熱性に
劣り、高温での絶縁抵抗および優れた誘電特性が得られ
ず、使用範囲が限定される欠点がある。また無機材料を
用いた電気絶縁物は耐熱性があり、熱に対する寸法変化
が極めて小さく、かつ温湿度に対する電気特性が安定し
ている反面、マイカ等のように強度が低く、またアルミ
ナ磁器、ジルコニウム磁器等のように切削加工、穴明は
加工等の機械加工性が悪い欠点があった。

特に従来の無機材料を用いた電気絶縁物の製造方法は、
成型方法が限定されることがら複雑で形状に製造するこ
とが困難であり、成型時から焼結後の寸法変化のバラツ
キが大きく、しがも高い焼成温度を必要とするところか
ら製造コストが高い等の欠点があった。

このため、炭素繊維で強化したガラスよりなる無機物複
合体とその製造法（特公昭４７−３７６８２号公報）、
シリコンカーバイト繊維で強化したガラスよりなる無機
物複合体とその製造法（特開昭５６−１６９１５２号公
報）の技術が提案されている。

しかし、これらの無機物繊維はケイ酸塩化合物を含むガ
ラス材料に対して化学的に安定ではなく、なじみ性もよ
くなかった。

このため、これらの無機物繊維強化ガラスを製造するた
めには真空中あるいは不活性ガス中で加熱加圧を行うと
いうように雰囲気コントロールを必要とし、また、焼結
反応によって針状形態を失う問題があった。

本発明はこれらの欠点を解決するもので、ガラス材料に
対して安定な針状のメタケイ酸カルシウムを出発原料と
して用い、雰囲気制御を行うことがない簡単な製造方法
により、機械加工性にすぐれ、耐熱性あるいは温湿度に
対する電気的安定性を有し、絶縁抵抗、誘電率等の所望
の電気特性を選択でき、複雑な形状に製造することがで
き、設計寸法に対する最終製品の寸法精度が良く、低い
焼成温度で製造できてなおかつ焼成温度より高温で使用
できる無機物複合体を製造する方法を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ガラス状無機物と針状のメタケイ酸カルシウ
ムとを含む混合物を混練する混練工程とこの混合物を所
定形状に成型する成型工程と、この成型された混合物を
上記ガラス状無機物の軟化温度以上であって上記針状の
メタケイ酸カルシウムの溶融しない温度で焼成する焼成
工程とを含むことを特徴とする。

なお上記成型工程の成型法は、圧縮加圧成型法、ロール
成型法、押出成型法、または射出成型法の中から選ばれ
たいずれか１つの成型法であることが好ましい。

さらに上記混練工程で混練される混合物には、針状のメ
タケイ酸カルシウムおよびガラス状無機物以外のこの混
合物の成型性または焼結性を向上させあるいは無機物複
合体の誘電率を変更する第三の添加物を含ませることも
できる。

〔補足説明〕

本発明をさらに補足説明する。本発明に用いられるメタ
ケイ酸カルシウムは天然産の針状の結晶である。このメ
タケイ酸カルシウムは、化学式Ｃａ５ｉＯ：＋を主成分
とする針状性の物質で、径に対する長さの比が１０倍以
上あり、明るい白色の針状の結晶形状を有する。特に耐
熱性に優れその融点は約１５００℃であり、天然物であ
ることからガラスパウダと同程度以下の低価格であり、
ガラス状無機物に対して化学的に安定である特長がある
。天然針状性のメタケイ酸カルシウムとしてウオラスト
ナイト（ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ、　ＮＹＣＯ製）が
−例として挙げられる。

なお、針状の結晶形状には針状形状に類似する細管状、
短冊状の結晶形状も含まれる。また、天然産に限らず人
工的に製造される無機物も含まれる。

この針状のメタケイ酸カルシウムは、耐熱性に優れ強度
が高い特徴があるが、それぞれ単独で成型物となり得る
温度が高く、この高い温度でそれぞれ焼成すると、その
針状形態が崩れ、−ｉ的な無機質焼結物と同様に機械加
工性等が劣るようになる。

また、ガラス状無機物としては、一般ガラスが全て考え
られるが、代表的なガラス状無機物として第１表に示さ
れるものがある。これらの各種ガラス状無機物は、第２
表に示す特性を有する。

このガラス状無機物の選択は、以下に述べる無機物複合
体の用途によりなされる。

（以下本頁余白） 本発明の無機物複合体の製法は、前記針状のメタケイ酸
カルシウムとガラス状無機物とを所望の混合比で混練し
、また必要あれば第三の添加物を添加して混練して混合
物をつくり、この混合物を所望の形状に成型したのち、
上記ガラス状無機物の軟化温度以上であって、メタケイ
酸カルシウムの溶融しない温度で焼成することにより無
機物複合体を得るものである。

上記製法で得られる無機物複合体の焼結成型性はガラス
状無機物により付与され、また機械的強度は針状のメタ
ケイ酸カルシウムにより付与され、その結果として無機
物複合体に優れた機械加工性が生じる。

前記針状のメタケイ酸カルシウムとガラス状無機物とを
混練するときの混合比は、最終製品として得られる無機
物複合体の用途により定められる。

この混合比は、メタケイ酸カルシウム２〜５０重量％に
対してガラス状無機物９８〜５０重量％の範囲が望まし
い。メタケイ酸カルシウムを２重量％未満にし、ガラス
状無機物が９８重量％を超えると、得られる無機物複合
体は、従来と同じように機械的強度に乏しく、機械加工
性の劣るものになる。また、メタケイ酸カルシウムが５
０重量％を超えて、ガラス状無機物を５０重量％未満に
すると、焼結成型性の良くない無機物複合体となる。ま
た混練は、常温常圧下でガラス状無機物とメタケイ酸カ
ルシウムとが均一に混合されるまで行われる。

また第三の添加物としては、上記機械的特性および焼結
成型性を損なわない範囲で、好ましくは上記混合比にお
いて２０重量％以下で添加する。この添加物としては混
合物の成型性または混合物の焼結性を向上させ、あるい
は無機物複合体の誘電特性を変更させる物質が望ましい
。この焼結性を向上させる添加物を加えて混練すれば、
焼成温度を低くすることができ、かつ密度の高い無機物
複合体を得ることができる。

なお、無機物複合体の誘電特性を変更する方法としては
、上述の第三の添加物として誘電率を高くする二酸化チ
タン粉末または誘電率を低くするホウ酸等の無機物質が
選ばれる他に、混練時に所望の誘電特性を有するガラス
状無機物を選択する方法を採ってもよい。このときのガ
ラス状無機物としては、一般的な電気絶縁性を得る場合
には、第２表に示すように誘電率５．８のＥガラスが選
択され、また低い誘電率が要求される場合には、例えば
同しく誘電率３．５６のＤガラスが選択され、さらに高
い誘電率が要求される場合には、ＰｂＯ、ＢａＱ等の含
有量の多いガラスが選択される。これにより任意に所望
の誘電率を有する無機物複合体を製造することができる
。

この混練された混合物は、最終製品の用途により各種の
形状、例えば板状、棒状、パイプ状等に成型することが
できる。すなわち必要により前記混練時にさらに少量の
物質を第三の添加物として添加すれば、針状結晶がから
み合うことがら混練物にいわゆる「コシ」ができ、通常
の無機物粉体の混練物より容易に粘土状の可塑体が得ら
れる。

この通常の無機物粉体に可塑性を付与する場合には、有
機高分子系の増粘剤あるいは可塑剤を添加する必要があ
るが、本発明では混練物の重量比で２０％以下の少量の
物質、例えば樟脳、パラフィン、鉱油、：ｒｊＬ粉、ス
チレン、メチルアルコール、エチルアルコール、ポリビ
ニルアルコール等ヲ添加スることにより容易に可塑性が
付与され、−吹成型を容易にすることができる。これら
の物質の選択に当たり、特に常温常圧下で揮発するもの
が望ましいが、−吹成型時またはその直後に加熱工程を
含む場合にはこの限りでなく、他の例えばセルロース系
の添加剤や水を加え、加工度を上げることもできる。

この少量の物質で可塑性が付与できることから、成型物
の焼成による寸法収縮を小さくすることが可能となり、
成型物の設計が容易になるとともに最終製品の寸法精度
を向上させることができる。

さらに可塑性が容易に付与されることから、各種の成型
法を採り入れることができ、この成型法としては次に述
べる方法がある。

■　圧縮加圧成型法 この成型法は、無機物粉体の成型に最も利用される方法
であり、通常の無機物粉体の場合には成型物の強度を得
るために、酢酸繊維素、ポリビニルアルコールなどの高
分子物質を添加しているが、本発明の出発原料の混合物
を成型するには添加物を加えなくても成型物の強度が得
られる。また添加物を加える場合でも水等で十分であり
、高分子添加物を加えなくてもよい。

■　ロール成型法 この成型法は、可塑性を有するものでないと成型できな
いが、本発明の出発原料の混合物を成型するには、前述
の少量の物質を添加して混練し、可塑性の生じた混練物
を広く知られたプラスチック成型用のロール成型機を用
いて、通常の成型条件で容易に板状にすることができる
。

■　押出成型法 この成型法も、ロール成型法と同様に可塑性を有するも
のでないと成型できな、いが、本発明の出発原料の混合
物を成型するには、前述の少量の物質を添加して混練し
、可塑性の生じた混練物を広く知られたプラスチック成
型用の押出成型機を用いて、通常の成型条件で容易に柱
状、パイプ状、または棒状等にすることができる。

■　射出成型法 本発明の出発原料の混合物を成型するには、前述の少量
の物質を添加して混練し、可塑性の生じた混練物を広く
知られたプラスチック成型用の射出成型機を用いて、通
常の成型条件で種々の形状をつくり出すことができる。

特に円柱状金型を用いて、円柱を射出成型すれば、円柱
軸方向に針状結晶の長径を配向させることができる。

次に成型された混合物は、ガラス状無機物の軟化する温
度以上であって、メタケイ酸カルシウムの溶融しない温
度で焼成する。この焼成温度は一般の無機焼結体の焼成
温度に比べて、低い温度であることから、焼成エネルギ
ーは低減し焼成設備を簡素化し得る。またメタケイ酸カ
ルシウムの融点以下で焼成されるため、メタケイ酸カル
シウムがその緒特性を損なうことなく、等方性の固体ガ
ラス状無機物中に混在して無機物複合体が形成される。

これにより切削、穴明は加工等の機械加工のできる無機
物複合体が得られる。

なお、メタケイ酸カルシウムは、第１表に示されるガラ
ス状無機物に対して化学的に安定であるため、上記焼成
のときに真空あるいは不活性ガスなどの特別の雰囲気中
で行う必要はなく、酸化雰囲気中でも焼成することがで
きる。また、焼成時にメタケイ酸カルシウムがガラス状
無機物と反応してその針状の形態が失われることがない
。

さらに、針状のメタケイ酸カルシウムはガラス状無機物
に対して炭素繊維やシリコンカーバイト繊維に比べても
はるかになじみ性が良いため、ガラス状無機物と混練す
るのが容易で特別の処理を必要としない。

上記焼成段階の焼成物の寸法収縮は、針状のメタケイ酸
カルシウムの存在によって極めて小さく抑えられるため
、製品の寸法精度は一段と向上し、複雑な形状の無機物
複合体の製造に際してもクラックや歪み等の発生が少な
い特徴がある。特に、焼成時に加圧すれば、その効果は
より顕著になる。

また前述したように針状のメタケイ酸カルシウムの長径
が特定方向に配向するように成型条件を制御すれば、こ
の無機物の配向方向の寸法収縮はより一層小さく抑えら
れ、さらに寸法精度を向上させることができる。さらに
、本発明の焼成温度で結晶化させることができるガラス
状無機物を選択すれば、この焼成温度以上の耐熱性を有
する無機物複合体が得られる。

なお上記説明では、無機物複合体の用途を電気絶縁物を
例にして述べたが、電気絶縁物に限らず、建築材料その
他の材料にも応用することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明は、 （イ）切削加工、ドリルによる穴明は加工等の機械加工
が可能となり、かつ設計方法に対する最終製品の寸法精
度が高い、 （ロ）メタケイ酸カルシウムとガラス状無機物との混合
比を変えることにより所望の機械加工性および電気特性
を得ることができ、その性質を可変に選定できる、 （ハ）またガラス状無機物のみ結晶化することにより、
焼成温度以上の温度に対しても耐熱性があり、機械的強
度が高く、しかも温湿度に対して電気的特性が安定し得
る 無機物複合体が得られ、しかも、その製造において、 （ニ）メタケイ酸カルシウムがガラス状無機物に対して
安定であるため、焼成時に雰囲気コントロールを必要と
せずその製造が容易であり、かつ焼成によりその針状形
状が失われることがない、 （ホ）メタケイ酸カルシウムはガラス状態ａｈに対して
なじみ性がよいため、ガラス状無機物との混練が容易で
あり特別の処理は必要としない 優れた効果がある。

〔実施例による説明〕

以下本発明の態様を明確にするために、実施例を示して
さらに具体的に説明するが、ここに示す例はあくまでも
一例であってこれにより本発明の範囲を限定するもので
はない。

（実施例） 出発原料として、平均径８．２μｍ、平均長１１０μｍ
のメタケイ酸カルシウム（ウオラストナイト）と第２表
に示したＡガラスパウダとホウ酸（ＨＪＯ：＋　）を３
対６対１の重量比で配合し、混合機を用いて各原料が均
一に混合するまで常温常圧下で混練する。

次にこの混練した混合物を金型に入れ、１５０℃に加熱
し、１５分間２０　ｋｇ　／　ｃｒＡに加圧圧縮して、
厚さ２ｎの２５　ｃｒｎ　Ｘ　２５　ｃｍの大きさの平
板を得る。

次にこの平板を加圧圧縮機の上に載置して、この平板の
両面から１００　ｋｇ　／　ｃｎ！の圧力を加え、温度
を７００℃まで昇温させ、１００　ｋｇ／ｃａｔ、　　
７００℃で１時間保持した後、自然冷却して取り出し平
板状無機物複合体を得た。

そして焼成時の収縮率０．７％、比重２．６、良好な機
械加工性を有する特性の無機物複合体を得た。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガラス状無機物と針状のメタケイ酸カルシウムと
   を含む混合物を混練する混練工程と、 この混合物を所定形状に成型する成型工程と、この成型
   された混合物を上記ガラス状無機物の軟化温度以上であ
   って上記針状のメタケイ酸カルシウムの溶融しない温度
   で焼成する焼成工程とを含む無機物複合体の製造方法。
2. （２）成型工程の成型法は圧縮加圧成型法、ロール成型
   法、押出成型法、または射出成型法の中から選ばれたい
   ずれか１つの成型法である特許請求の範囲第（１）項記
   載の無機物複合体の製造方法。
3. （３）混練工程で混練される混合物には、針状のメタケ
   イ酸カルシウムおよびガラス状無機物以外のこの混合物
   の成型性または焼結性を向上させあるいは無機物複合体
   の誘電率を変更する第三の添加物が含まれる特許請求の
   範囲第（１）項または第（２）項に記載の無機物複合体
   の製造方法。