JPS6230653A

JPS6230653A - セラミツク様材料の製造方法

Info

Publication number: JPS6230653A
Application number: JP61132606A
Authority: JP
Inventors: ケネス・ジョン・ダラス・マッケンジィ; イアン・ウィリアム・マリィ・ブラウン; トマス・アントニィ・ヒル
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-06-07
Filing date: 1986-06-06
Publication date: 1987-02-09
Also published as: NZ212330A; AU5843386A

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】本発明は有益なセラミック様材料の製造法に関する。

近年、ガラス等のガラス質物質および鉱物物質を含む原
料混合物を焼成することによってつくられたセラミック
様製品が開発されている。

このような材料は従来のセラミックのもつ多くの特性を
呈する一方、安価に製造できる。確かに、廃棄ガラスお
よび鉱物物質、例えば古いレンガを用いて、経済的なセ
ラミック様材料をつくることができる。これらの材料は
多くの場合において従来のセラミックにとって代わるこ
とができる。

然し乍ら、このようなセラミック様材料の製造には問題
が無いことは無い。特に、未処理強度（あるいは生強度
）は従来の粘土ベース材料のものより低い傾向にある。

自然に生じるボール・クレー（ｂａｌｌ　ｃｌａｙ　）
のような可塑剤を用いて生強度を増加する試みがなされ
ているが、このような可塑剤は焼成された製品の強度に
有害な作用を及ぼす。この種の既知の材料における上記
の限界により商業上の成功はなかった。

本発明の目的は、上記欠点を克服しようとして、種々の
原料の便利で経済的な利用を容易にする方法を用いて、
色々に応用できる一連のセラミック様材料を提供するこ
とである。

本発明の１つの面によれば、１つ以上のガラス質物質と
、１つ以上の鉱物物質とを含む造形原料混合物を焼成す
ることによりセラミック様材料を製造する方法が提供さ
れており、その方法では原材料は更に１つ以上のアルカ
リ金属珪酸塩を含み、上記造形混合物は焼成前、気体状
二酸化炭素（炭酸ガス）にさらされ、アルカリ金属珪酸
塩に対する二酸化炭素の作用により強化される。

この明細書で用いられている゛ガラス質物質″の用語は
、ガラスのような特性を有する物質のことを言う。特に
好ましいのはガラスそのもので、便宜上、廃棄ガラス、
例えば窓ガラスあるいは瓶ガラスが良いが、ガラス代用
品、例えば硼酸塩あるいは二珪酸鉛のような重金属珪酸
塩をガラスの代わりあるいはこれの付加分として用いて
もよい。例えば、ガラス質物質は原料混合物の約４５重
１％以下を構成し、この割合以上だとセラミック様製品
はガラスの持つ特性の多くを有し、材料の使用を限定す
るだろう。

この明ｍ書で用いられている“鉱物物質″の用語は、自
然状態あるいは工業的に変形して用いてもよい非プラス
チツク性無機物質のことを言う。工業的に変形された物
質とは、便宜上、産業プロセスからの廃棄物、例えば古
いレンガ、スラッグ、飛散灰等である。天然の鉱物物質
は、例えば、鉄砂、海岸の砂、河川の砂、軽石、玄武岩
、花崗岩、選鉱くず等の造岩材料を含む。

このような物質は、珪酸塩、アルミノ珪酸塩および酸化
物のような無機物質を含むがこれに限定するものではな
い。

鉱物物質は原料混合物の約９５％以下を構成するのが好
ましい。特に好ましくは、ガラスのような特性がセラミ
ック様製品に必要とされない場合、鉱物物質は原料混合
物の大部分を占めてもよい。

ガラス質物質および鉱物物質は、適切な特定の形態でな
ければ、原料混合物の作製のため、個々にあるいは一緒
に粉砕し、等級付けしておくのが好ましい。所望のセラ
ミック様製品に適した粒子の大きざの範囲は当業者には
分かるだろう。例えば多孔質フィルターを作製する場合
は粗い粒子サイズの範囲が好ましく、タイルおよび建築
用スラブとしては最大粒子サイズは例えば、約０．３５
ｍ量である。

この明ｍ書で用いられている“アルカリ金属珪酸塩゛′
の用語はナトリウムあるいはカルシウム、特にナトリウ
ムの珪酸塩およびその化学的同等物を含む。アルカリ金
属珪ＭｆＡは商業用水溶液として、原料混合物に加える
のが好ましいが、必要なら所望の濃度にするため少量（
５％以下）の水を用いて粘度を調節してもよい。または
、これより好ましくないが、アルカリ金属珪酸塩を粉状
で加え、次いで水を混入してもよい。商業用珪酸ナトリ
ウム溶液は通常約４０〜５０％の固体珪酸ナトリウムを
含む、原料混合物は通常約１５壬量％以下の固体珪酸ナ
トリウムを含む。

珪酸とナトリウムの相対比が色々である商業用珪酸塩は
入手可能であり、その相対比は珪素二酸化ナトリウムの
重量比で表わされる。この重量比が本発明の方法におけ
る強化効果の面で重要である。

よって、例えば、珪素：酸化ナトリウムの重量比が比較
的高ければ（すなわち約３以上）であれば、造形原料混
合物は、二酸化炭素にさらした後は高い初期生強度を得
るが、時が経てば、ある程度これは減少する。比が低け
れば（例えば約２以下）であれば、二酸化炭素にざらし
た後だと造形原料混合物は幾分低い初期生強度を得るが
、これは処理後数時間経つと増加する。

中間の比、例えば約２〜３では、二酸化炭素処理後の造
形原料混合物は、時間が経っても低下しない役に立つ高
い初期生強度を得る。よって、珪素二酸化ナトリウムの
重量比は、所望の初期生強度および製造方法における時
間制限により選択される。例えば、高い初期生強度が要
求される場合は、高い割合を用いるが、非焼成物品は焼
成前かなりの時間放置しておいてはいけないし、そうし
ないと生強度は悪化する。

原料混合物はどの従来の手段により造形してもよい。必
要なら材料の濃度は、例えば、水の付加および／または
凝集により調節してもよい。

適切な造形技術はプレス成形および金型成形、例えばブ
ロー成形を含む。

造形原料混合物は、造形後すぐに、好ましくは未だプレ
スあるいは金型内にある間に二酸化炭素（気体）にさら
すのが望ましい。二酸化炭素は高濃度雰囲気として、あ
るいは艮１間の低濃度雰囲気として加える。暴露時間は
、ガスがほぼ全ての原料混合物、すなわち表面と内部の
両方に作用するに足る程でなくてはならない。

よって、造形量のできる限り広い表面にガスを加えるの
が好ましい。ガスの浸透はまた、ガスを金型のピンホー
ルを通して供給することにより助けられる。

暴露時間は、通常、生強度を十分に増加させるためのほ
ぼ必要最小限の時間でなくてはならない。ある場合では
ガスを加えすぎると最初に得られる高い生強度が減少す
ることが分かった。

ガスを加えるための正確な条件は、用いる特定の方法に
対する必要条件により、容易に当業者により決定される
。

−Ｆ分にガスを加えた後、造形混合物をプレス、金型あ
るいは他の造形装置から外し、焼成炉へ移ず。この段階
で仕上げあるいは艶出のような仙の作業を従来の方法で
行なってもよい。

次いで材料は、ガラス貿物質を流出「しめ、鉱物物質を
凝集体に結合するに足る温度で焼成せられる。通常、焼
成温度は従来の・粘土ベースのセラミックの焼成と比較
して、比較的低い。

一般には、本発明で作製された材料は約９００〜１１０
０℃のピーク温度で焼成できる。焼成温度は通常比較的
短時間、例えば約半時間ピーク温度に維持され、次いで
ゆっくりとｆｆＷまで冷やされる。

材料の中にあるアルカリ金属珪酸塩が焼成中ある程度フ
ラックスの作用をなし、この種の他の既知のセラミック
様材料の場合よりも低いエネルギー消費焼成状態を可能
にする。然し乍ら、必要なら、原料混合物に更に所望の
フラックスを含めてもよい。

ガスにさらされた原料混合物は、焼成中高い再生可能な
程度までその大きさを維持することが発見されている。

これは、今迄知られている材料、すなわち粘土ベースの
セラミックおよびガラス質／鉱物セラミック様タイプの
両方共と著しい対比をなしている。

更にまた、本発明において焼成後得られたセラミック様
材料の物理特性は既知の材料の特性に匹敵するかあるい
はそれよりも良い。例えば、約１０〜２５ＭＰａの無釉
破壊係数および約６０ＭＰａの冷間破砕強度を有するタ
イルおよび建築用スラブが本発明により作製できる。焼
成された材料の物理特性は、原料混合物の成分の割合を
調整することによって、本発明により非常に容易に再生
可能に制御できる。例えば、曲げ破壊係数は、原料混合
物中のガラス質物質の割合を変えることにより調節でき
る。

本発明により作製された、焼成済セラミック様材料の上
記特性により広い範囲の製品が作製できる。特に、パイ
プ、舗装用スラブ、建築用レンガ、かわら、気体あるい
は液体フィルター、電気集塵器および汚染規制用の触媒
転炉用支持体等の強制（ｃｏｎｔｒｏｌ　１ｅｄ）多孔
質製品がある。

そのような多孔質製品では、例えば、ブロー成形により
造形された原料混合物の多孔質性が焼成後もほぼ維持さ
れる。原料混合物の多孔質性は原料混合物の粒子サイズ
を適当に制御することによって達成されるのが好ましい
。例えば、本発明の方法を用いれば、毎時２５０００１
の流量で０．０７１１１ｍの等球径まで濾過する、洗浄
可能かつ再使用可能なセラミック様フィルターを作製す
ることができる。

上記のように、従来の作業は本発明のどの所望の段階に
おいても入れることができる。よって、例えば、最初の
焼成の前後で艶出しあるいはいずれかの伯のコーティン
グないし処理を施すことによって製品はシールされるか
加飾せられる。

原料混合物には比較的小さな割合で他の従来の添加剤を
含めてもよい。よって、例えば、適切な形態のフラック
ス、クレー（粘土）、あるいは顔料を当初の原料混合物
に含めてよい。

本発明の他の面によれば、上記本発明の方法を用いて作
製されたセラミック様材料およびその製品が提供される
。

以下の非限定的実施例を本発明の追加の記載として含め
る。

実施例１セラミック様タイルおよび建築用スラブ以下の組成を有
する原材料混合物は原材料を脆い乾いた程度にまで完全
に混合することによって作製された。

等級０．３５ｍｍ以下の、磁石で選鉱されたワイピビ（
ｗａｉｐｉｐｉ）、ニューシーラント産鉄砂７６％。

等級０．３５１ａｍ以下のすりガラス１９％。

珪酸ナトリウム水溶液５％、密度１．４５゜珪酸：酸化
ナトリウム比、２．７５（固形分４０．５％）。

原料混合物は１２５ＩＩｌ１２×厚さ１０ＩＩＩＩＩｌ
のタイルあるいスラブに、４０ＭＰａでプレス成形され
た。この成形タイルあるいはスラブに３０秒間大気圧で
１００％二酸化炭素の雰囲気中でガスを加え、次いでプ
レスから外して焼成した。

焼成状態において、温度を１時間、１８０℃の割合で、
室温から１０００℃まで上昇させ、３０分間開　ｏｏｏ
℃に保ち、次いで毎時１８０℃の冷却率で室温まで冷却
した。焼成中の線収縮は０．８％と測定された。

非艶出タイルあるい□はスラブの特性は類似の商業用建
築製品（人工参照）に対する生産者の数字と比較して測
定された。

シフサイト（Ｔｈ１ｘｉｔｅ）は、アメリカ、シクソン
・コーポレーションにより製造された既知のガラス質と
鉱物のセラミック様材料である。伯の比較材料はニュー
シーラントで販売されている。

（以下余白）実施例２セラミック様多孔買フィルター一連の原料混合物が、以下の構成成分の仕様に従って、
ブロー成形に適した硬度に成分を完全に混合することに
より作製された。

フィルター砂８０％、粒子サイズ０．３〜０゜　ｍｍ０珪酸ナトリウム水溶液５〜２０％。

すりガラス２％、等級０．３５１１１ｍ以下。

適切な硬度のための水２〜４％。

いくつかの混合物では、１％の二珪酸鉛が追加のガラス
質物質として添加された。

フィルター砂の粒子サイズの範囲は最終材料で得られる
多孔質性を調整するよう制御した。

原料混合物は中空シリンダ形にブロー成形され、５〜３
０秒間金型に静置されている間気体状二酸化炭素（炭酸
ガス）を加えた。ガスを加える時間は、一般には、この
実施例での原料混合物の方がより大きい多孔質性を有し
ているため実施例１のタイルおよび建築用スラブの場合
より短い。

ガスを加えた後、造形材料を金型から外し、９５０〜１
０５０℃のピーク温度で焼成した。

温度は室温からピークまでゆっくり上昇させ、ピーク点
で半時間維持し、そして室温までゆっくり冷却した。

別の組の原料混合物により、有益で許容できるフィルタ
ー特性を有する、ばらつきのない再生可能な多孔質フィ
ルターが得られた。例えば、この実施例により作製され
たフィルターは２７５ＫＰａの流体でテストされ、毎時
２５０００１の流畠で０．０７ｍｍ等級径迄仝での材料
を濾過することができた。フィルターは簡単に洗えて、
再使用できる。

以上特許出願人　　ケネス・ジョン・ダラス・マツケンシイ同　　　　イアン・ウィリアム・マリイ・ブラウン

Claims

【特許請求の範囲】

（１）１つ以上のガラス質物質および１つ以上の鉱物物
質を含む造形原料混合物を焼成することによるセラミッ
ク様材料の製造方法において、造形原料混合物が更に１
つ以上のアルカリ金属珪酸塩を含み、前記造形原料混合
物が焼成前気状二酸化炭素（炭酸ガス）にさらされ、こ
の二酸化炭素のアルカリ金属珪酸塩に対する作用によっ
て強化されることを特徴とするセラミック材料の製造方
法。
（２）ガラス質物質がガラスである特許請求の範囲第（
１）項記載の方法。
（３）原料混合物の約４５重量％以下の量でガラスが原
料混合物に存在する特許請求の範囲第（２）項記載の方
法。
（４）鉱物物質が、レンガ、スラッグ、飛散灰あるいは
天然の造岩材料から選ばれる特許請求の範囲第（１）項
から第（３）項までのいずれかの項に記載の方法。
（５）鉱物物質が、原料混合物の約９５重量％、特に大
部分の量で原料混合物に存在する特許請求の範囲第（４
）項記載の方法。
（６）アルカリ金属珪酸塩が珪酸ナトリウムである特許
請求の範囲第（１）項から第（５）項までのいずれかの
項に記載の方法。
（７）珪酸ナトリウムが、原料混合物の約１５重量％以
下の固体珪酸ナトリウムの量で原料混合物に存在する特
許請求の範囲第（６）項記載の方法。
（８）原料混合物が、アルカリ金属珪酸塩の水溶液で該
成分を混合してつくられる特許請求の範囲第（１）項か
ら第（７）項までのいずれかの項に記載の方法。
（９）該成分が所望の粒子サイズに粉砕され、各ケース
で必要なら等級付けされる特許請求の範囲第（８）項記
載の方法。