JPS6311565A - 低膨脹性マイカ複合耐熱材料の製法 - 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］ 本発明は低膨脹性を有し、耐熱性、機械的強度および電
気絶縁性に優れ、かつ製造に際し１０００℃付近の比較
的低温で焼成でき、機械加工が可能な低膨脹性マイカ複
合耐熱材料の製法に関する。

さらに詳しくは、耐熱衝撃性に優れているため、車輌抵
抗器用耐熱絶縁支持部材、消弧材料、断熱材料などの他
、不燃性、耐熱性、電気絶縁性などが必要とされる機器
の構造部材として多くの用途に使用できる低膨脹性マイ
カ複合耐熱材料の製法に関する。

［従来の技術およびその問題点］ 機械加工ができるマイカ複合耐熱材料に類似したものと
しては、マイカ粉末とガラス粉末とからなる混合物を金
型に入れ、ガラス粉末が溶融する温度まで加熱し同時に
加圧する、いわゆるホットプレス法で成形するマイカ型
造物が従来から知られている。マイカ型造物は、電気絶
縁性および寸法安定性に優れ、また機械加工が可能なた
め種々の形状を有する耐熱電気絶縁部品として従来から
使用されてきた。

しかしこの材料においても問題があり、そのひとつは製
造工程において６００〜８００℃で加熱し、５００ｋｇ
／ｃｍ以上の加圧力で加熱加圧成形する必要があるため
、比較的小形寸法形状品をつるためには適するが大形寸
法形状品の作製は設備的にも複雑困難であり、また厚物
寸法量はクラックなどが発生しやすく作製し難いと考え
られている。またマイカ型造物に使用されているガラス
粉末は、一般にｔまホウケイｌ！！Ｉ系の低融点ガラス
が用いられており、マイカ型造物の耐熱温度が３００〜
５００℃と低い。すなわちそれ以上の温度で使用すると
ガラスが溶融しはじめるため、火膨れ、層間クラックな
ど形状変化をきたす。したがって耐熱温度が低いため、
使用範囲を限定して用いられている。

また低融点ガラスには前記のとおりＰｂＯが多く含まれ
ているため、取り扱いには注意を必要とし安全衛生面か
らも問題を有する。また熱膨張率も大きく一般には８Ｘ
１０−６〜１２Ｘ　１０−６　／　℃である。

［発明が解決しようとする問題点］ 以上に説明したように、マイカ型造物は製造工程におい
て高温高圧で成形する必要があるので、大型寸法形状品
の作製は設備および製法が複雑となり、製品のコストが
高くなるという問題点や、厚物寸法量が作製し難い、低
融点ガラスが用いられているため耐熱湿度が低い、熱膨
張率が大きいなどの問題点がある。

本発明は従来よりも耐熱性に優れ熱膨張率が小さい材料
でかつ大形寸法形状品を容易にうろことを目標に鋭意検
討した結果、本発明に用いる材料ならびに製造工程を見
出したものである。

［問題を解決するための手段］ 本発明はマイカ粉末、酸化亜鉛粉末、シリカ粉末、ホウ
酸粉末、コーディエライト粉末からなる構成原料を混合
して混合粉末を作製する工程、混合粉末を９４０〜１０
５０℃で加熱して焼成物を作製する工程、焼成物を粉砕
し、粉末として成形原料を作製する工程、成形原料と有
機バインダーとを混合して成形材料を作製する工程、成
形材料を既知の成形法により成形体とする工程および成
形体を９４０〜１０５０℃で焼成することにより所望の
形態を有する焼成体とする工程からなる低膨脹性マイカ
複合耐熱材料の製法に関する。

［作用および実施例］ 本発明の低膨脹性マイカ複合耐熱材料の製法について説
明する。

まず構成原料であるマイカ粉末、酸化亜鉛粉末、シリカ
粉末、ホウ酸粉末およびコーディエライト粉末が調製さ
れる。

マイカは耐熱性および電気絶縁性に優れ、また硬度が小
さいため機械加工が容易な原料であり、本発明では機械
加工性を付与するために用いられ、これが材料中に介在
すると機械加工時に材料がマイカの部分で破壊され、加
工が可能となる。

本発明に用いられるマイカ粉末は粒径が１０遍以下のも
のが好ましり、構成原料中の比率が２２．２〜５１．０
％（重量％、以下同様）であるのが好ましい。

該比率が２２．２％未満のばあい、えられる焼成体の機
械加工性が劣るようになり、また５１．０％をこえると
機械加工性を有するものの、他の特性たとえば熱膨張率
が大きくなり、また機械的強度などが劣るようになり、
さらには多孔質ととなりやすいため占い湿度の中での電
気絶縁性などが劣る結果となり、使用し難い材料となる
。

マイカ粉末以外の構成原料としては酸化亜鉛、シリカ、
ホウ酸、コーディエライトの各粉末が使用される。これ
らの構成原料を９４０〜１０５０℃で焼成することによ
り、それを用いた成形体は１０００℃付近の低温加熱で
焼成でき、えられる焼成体は緻密質で低膨脹性、耐熱性
、電気絶縁性および機械的強度に優れたものとなる。

酸化亜鉛粉末の構成原料中の比率は１５．８〜４４．４
％であるのが好ましい。該比率が１５．８％未満のばあ
い、えられる焼成体が緻密質の焼成体でなく機械的強度
、電気絶縁性などの特性が劣るようになり、また４４．
４％をこえても緻密質の焼成体かえられず機械的強度、
電気絶縁性などが劣るようになる。なお酸化亜鉛粉末は
粒径０．８〜１５μｍの−般に市販されているものを好
適に用いることができるが、水酸化亜鉛、炭酸亜鉛など
加熱により酸化亜鉛となるものであれば、いずれのもの
でも使用できる。

シリカ粉末の構成原料中の比率は１０．２〜２２．２％
であるのが好ましい。該比率が１０．２％未満または２
２．２％をこえたばあい、緻密質の焼成体をうろことが
できないため機械的強度、電気絶縁性などが劣るように
なる。なおシリカ粉末は市販品を振動ミルなどで粒径１
０μ−以下に粉砕したものを好適に使用することができ
る。

ホウ酸粉末の構成原料中の比率は８．９〜２６．３％で
あるのが好ましい。該比率が８，９％未満のばあい、機
械的強度に優れた焼成体がえられず、また２６．３％を
こえても機械的強度および電気絶縁性に優れた焼成体が
えられ難い。なおホウ酸粉末は正ホウ酸を原料としたも
のが好ましく、市販品を振動ミルなどで粒径１０μ■以
下に粉砕したものを好適に使用することができる。ホウ
酸粉末はメタホウ酸、無水ホウ酸などから加水分解によ
り正ホウ酸としたものであれば本発明に用いることがで
きる。

コープイエライ１へわ）末の構成原料中の比率１ま２．
０〜１５．８％であるのが好ましい。該比率が２．０％
未満のばあい、添加する効果が乏しく緻密質の焼成体を
うることができない、また１５８％をこえてもｍ密質の
焼成体をうろことができないため、機械的強度、電気絶
縁性などが劣るようになる。

なおコーディエライト粉末は市販品を振動ミルなどで１
０μｍ以下の粒径にしたものを好適に使用することがで
きる。

これらの構成原料をボールミルなどで均一な組成となる
ように混合することによってえられる混合粉末を磁製容
器などに充填し、９４０〜１０５０℃で加熱し焼成物か
えられる。加熱温度が９４０℃未満のばあい、均一な焼
成物かえられず、また１０５０℃をこえるとガラス質が
増加して好ましく”ない。焼成物は充填時よりも嵩が小
さくなり、塊となっている。構成原料がこの加熱過程で
相互に反応し、新しい化合物となり、たとえば５ＺｎＯ
・２８２０３、β−ｚｎｏ　ｅ　　８２０３．７ｎ２５
ｉ０４、ＨｇＯ、Ｎ２Ｏ３などの化合物が認められる。

これらは低膨脹性、耐熱性、電気絶縁性などを有したも
のであると考えられる。

またマイカも一部結晶状態で確認されるが、これら構成
原料間の反応形態についての詳細は不明である。これら
の化合物を含む焼成物を粗粉砕したのち、ざらに振動ミ
ルなどを用いて粒径が好ましくはＩＯＣ，！　ｒａ以下
となるように粉砕して成形原料かえられる。

つぎに成形原料にたとえばメチルセルロース、ポリビニ
ルアルコール、でんぷんなどの有機バイングーを適量加
え、ｔｉ潰機などを用いて均一な混合となるように充分
混合し成形材料かえられる。

成形材料を油圧プレスなどにより常温で加圧成形または
ディニアリングエクストルーダによる可塑成形などの既
知の成形法により所望の成形体が作製される。

えられた成形体を通常は６０〜１００℃で乾燥し、水な
どの溶媒を除去したのち、バインダーを脱脂するために
３００〜６５０℃、好ましくは５５０〜６５０℃で加熱
する。加熱時間は成形体の形状によって異なるので適宜
調整される。ついで９４０〜１０５０°Ｃで加熱するこ
とにより焼成体がえられる。加熱温度が９４０℃未満の
ばあい、緻密な焼成体かえられず、また１０５０℃をこ
えると焼成体が多孔質となりやすく形状変化も大きくな
る。

本発明をさらに実施例に基づき詳細に説明するが、本発
明はかかる実施例のみに限定されるものではない。

実施例１ マイカ粉末として合成マイカ粉末（粒径８〜１０虜、大
竹碍子ｖ／Ｊ製）　　２８４．１（１、酸化亜鉛粉末（
粒径０．８−１．５ＡＩＩ１１、堺化学工業（ｔ＄１Ｍ
）　　３０３．５ｇ　、　シリカ粉末（粒径３〜８ρ、
電気化学工業＠製〉１８２．１（］　、正ホウ酸粉末（
粒径５〜１Ｏ，ａ、６津製薬味製）　　１２１．４ｇ、
コーディエライト粉末（粒径５〜１０廂、瀬戸窯業原料
＠製）　６１．６ｇを調合し、ボールミルで３時間混合
して混合粉末を作製した。

つぎに混合粉末を、アルミナ製容器に入れ電気炉を用い
て１０００℃で３時間加熱して焼成物をえた。

この焼成物を１′１潰機で約４０〜６０メツシユに粉砕
したのち、振動ミルで粒径５〜８．に粉砕し、成形原料
とした。

成形原料４００ｇにメチルセルロース４ｇを添加し、さ
らに水３０−を加え、捕潰機で３０分間混合して成形材
料とした。

えられた成形材料を直径１１０Ｍ、高さ　１００Ｍの金
型に充填し、３００ｋＬ’ｃ！ｉの加圧力で１分間、常
温で加圧し、厚さ約１９ａｍ、直径約１１０．の成形体
を作製した。成形体を６０〜１００℃で３時間乾燥して
水分を除去した。

つぎに電気炉に入れ、６００℃で１時間、１０００℃で
１時間加熱し、焼成体を作製した。えられた焼成体は厚
さ方向で１０〜１２％、径方向で１５〜１７％程度収縮
を？し、金属片でたたくと澄んだ金属音を発した。

この焼成体の機械的強度、電気絶縁性、熱膨張率、機械
加工性および熱変形温度を測定した。機械的強度として
は曲げ強さを評価した。曲げ強さ試料としては、原厚さ
で幅１０ｍ、長さ７０ｔａｓに切断加工したものを試験
片として、三点曲げ試験法により常温で測定した。支点
間距離は５０．である。

電気絶縁性は、ｊ９さ５．＠、幅２０．．ｉさ４０．に
切断加工したものを試料とし月Ｓに６９１１（熱硬化性
プラスチックの一般試験法）　　５．１２項に準じ、常
態（苗温約２５℃）ならびに２５℃、相対湿度９０％の
雰囲気中に１００時間放置後の絶縁抵抗を測定した。測
定器は５００Ｖポータプルメガ−を用いた。

熱膨張率は厚さ５ｊｌｌｓ幅５ｍ、長さ５０ａｍに切断
加工したものを試料とし４０℃から５００℃までの平均
熱膨張率を測定した。

機械加工性は、原厚さで幅５０Ｍ１長さ５０．０切断加
工したものを試料とし、直径１０Ｍの超硬ドリルで貫通
孔を複数個設ける試験を行なうと同時に、原厚さで幅１
５ｍ、長さ５０℃ｍに切断加工したものを試料とし、試
料の一端をチャックではさみ直径１０履、長さ４０Ｍの
丸棒加工を旋盤で行なった。いずれもカケ、ワレなどが
発生せず所定の寸法に加工できたものについては、加工
性を良とし、なかでもとくに正確に加工できたものを優
と判断した。

また一部、カケ、ワレなどが発生したがほとんど所定の
寸法に加工できたものについては加工性可と判断した。

それ以外は、加工性不可と判断した。

熱変形温度は、厚さ５顛、幅２０ａｍ、長さ２０順に切
断加工したものを試験片とし、寸法測定後、電気炉に入
れ、形状変化をきたしはじめる最低温度を調べた。形状
変化は寸法測定、実体顕微鏡による観察などにより、変
形、ワレ、クラックざらには溶融状態などを含めて判断
した。

実施例２ マイカ粉末として合成マイカ粉末３８１．９ｇ、　ＰＩ
ｉ化亜鉛亜鉛粉末２５８ｇ、シリカ粉末１５５．３１；
ｌ　、正ホウ酸粉末１０３．６ｇ、コーディエライト粉
末５２．５ｇを調合し、ボールミルで３時間混合して混
合粉末を作製した。これら構成原料は実施例１と同じも
のである。

以下実施例１と同様にして焼成物、成形原料、成形材料
、成形体ついで焼成体としたのち、機械的強度、電気絶
縁性、熱膨張率、機械加工性および熱変形温度を測定し
た。その結果を第１表に示ず。

実施例３ マイカ粉末として合成マイカ粉末５００．（Ｍｌ　、　
Ｍ化亜鉛粉末２００．ＯＩＪ　、シリカ粉末１００．０
（１、正ホウ酸粉末１６０．０ｇ　、コーディエライト
粉末２ｏ、ｏｇを調合し、ボールミルで３時間混合して
混合粉末を作製した。これら構成原料は実施例１と同じ
ものである。

以下実流例１と同様にして焼成物、成形原料、成形材料
、成形体ついで焼成体としたのち、機械的強度、電気絶
縁性、熱１１１１１ｉ率、機械加工性および熱変形温度
を測定した。その結果を第１表に示す。

実施例４ マイカ粉末として合成マイカ粉末２０００．　Ｍ化亜鉛
粉末４００９、シリカ粉末２００（１、正ホウ酸粉末ａ
ｏｇ、コーディエライト粉末２０ｇを調合し、ボールミ
ルで３時間混合して混合粉末を作製した。これら構成原
料は実施例１と同じものである。

以下実流例１と同様にして焼成物、成形原料、成形材料
、成形体ついで焼成体としたのち、機械的強度、電気絶
縁性、熱膨張率、機械加工性および熱変形温度を測定し
た。その結果を第１表に示す。

実施例５ マイカ粉末として合成マイカ粉末３００ｇ、酸化亜鉛粉
末１５０ｇ、シリカ粉末１００ｇ、正ホウ酸粉末２５０
ｇ、コーディエライト粉末１５０ｇを調合し、ボールミ
ルで３時間混合して混合粉末を作製した。これら構成原
料は実施例１と同じものである。

以下実施例１と同様にして焼成物、成形原料、成形材料
、成形体ついで焼成体としたのち、機械的強度、電気絶
縁性、熱膨張率、機械加工性および熱変形温度を測定し
た。その結果を第１表に示す。

実施例６ 実施例５と同じ混合粉末を作製し、アルミナ製容器に入
れ、電気炉を用いて９４０℃で５時間加熱して焼成物を
えた。

この焼成物を捕潰機で約４０〜６０メツシユに粉砕した
のち、指動ミルで５〜８通に粉砕し成形原料とした。

えられた成形原料４００９にメチルセルロース４ｇを添
加しさらに水３０−を加え、描潰機で３０分間混合し、
成形材料とした。

以下実施例１と同様にして、厚さ約２０ｍａ、直径約１
１０ｍｍの成形体を作製した。成形体を６０〜１００℃
で３時間乾燥して水分を除去した。

つぎに電気炉に入れ、６００℃で１時間、９４０℃で５
時間加熱し、焼成体を作製した。

以下実施例１と同様にして機械的強度、電気絶縁性、熱
膨張率、機械加工性および熱変形温度を測定した。その
結果を第１表に示す。

実施例７ 実施例４と同じ混合粉末を作製し、アルミナ製容器に入
れ、電気炉を用いて１０５０℃で３０分間加熱して焼成
物をえた。

この焼成物を描潰機で約４０〜６０メツシユに粉砕した
のち、感動ミルで５〜８−に粉砕し成形原料とした。

えられた成形原料４００９にメチルセルロース４ｇを添
加しさらに水３０ｍを加え、温情機で３０分間混合し、
成形材料とした。

以下実施例１と同様にして、厚さ約１８！１ｍ、直径約
１１０１の成形体を作製した。成形体を６０〜１００℃
で３時間乾燥して水分を除去した。

つぎに電気炉に入れ、６００℃で１時間、１０５０℃で
３０分７間加熱し、焼成体を作製した。

以下実施例１と同様にして機械的強度、電気絶縁性、熱
膨張率、機械加工性および熱変形温度を測定した。その
結果を第１表に示す。

比較例１ 実施例１のマイカ粉末を除いた組成とした以外は、実施
例１と同様にして焼成体を作製し、機械的強度、電気絶
縁性、熱膨張率、機械加工性および熱変形温度を測定し
た。その結果を第１表に示す。

比較例２ マイカ粉末と低融点ガラス粉末とで構成された市販の寸
法が厚さ１５１１ｍ、幅２００ＩＩＩＩＩ１１長ざ２０
０ｔａ＋のマイカ型造１勿（マイカレックス、日本マイ
カルタ工業四Ｉ！ｌ）を購入し、実施例１と同様にして
機械的強度、電気絶縁性、熱膨張率、機械加工性および
熱変形温度を測定した。その結果を第１表に示す。

［以下、余白］ 二・ 本発明の製法によってえられる低膨脹性マイカ複合耐熱
材料は、９４０〜１０５０’Ｃの比較的低温で焼成でき
、また成形体は常温でえられるため、製法が簡単である
。

実施例１〜７でえられた焼成体はとくに熱膨張率が小さ
く　３．８　Ｘ　１０−６〜５．４Ｘ　１０−６　／　
”Ｃであり、曲げ強さが６２０〜８７０ｋＱ／ｃｉと優
れ、°かつ電気絶縁抵抗も常態で５０００８Ω以上、９
０％ＲＨ中で８０８Ω以上と高い値を示す。

比較例１はマイカ粉末を用いないばあいであるが機械的
強度および電気絶縁性に優れ、また熱膨張率も小さい。

しかじ機械加工性は劣る。

比較例２は、マイカ粉末と低融点ガラス粉末とをガラス
が溶融する温度で加圧してえられるものであるが、本発
明の製法によりえられる材料に比べて熱膨張率が１１．
５Ｘ　１０−６　／’Ｃと大きく、熱変形温度が４５０
℃と低い。

なお本実施例では、マイカ粉末として合成マイカ粉末を
用いたが、さらにコスト低減のためには、白雲母、金雲
母などの天然マイカも構成原料として使用できることは
いうまでもない。

［発明の効果］ 本発明の製法によれば、マイカ粉末、酸化亜鉛粉末、シ
リカ粉末、ホウ酸粉末、コーディエライト粉末を構成原
料とし、これらを加熱により反応させた焼成物としたの
ち、常温で成形し９４０〜１０５０℃の温度で加熱する
ことにより、機械加工性を有し、とくに熱膨張率が小さ
く、機械的強度、電気絶縁性などの特性に優れた材料か
えられる。

また常温で成形が可能で、焼成体が１０００℃付近の比
較的低温でえられるため製法が従来よりも簡単であり大
型寸法形状品、厚物寸法量などもえやすく、かつ原料が
比較的安価であることと相まって製品コストが低い。

したがって本発明の製法によってえられる低膨脹性マイ
カ複合耐熱材料は、耐熱性、耐熱衝撃性の必要な車輌抵
抗器用耐熱絶縁支持部材、消弧材料、断熱材料などの他
、電気絶縁性、機械的強度が必要とされる機器の構造部
材として有用である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイカ粉末、酸化亜鉛粉末、シリカ粉末、ホウ酸
   粉末、コーディエライト粉末からなる構成原料を混合し
   て混合粉末を作製する工程、混合粉末を９４０〜１０５
   ０℃で加熱して焼成物を作製する工程、焼成物を粉砕し
   、粉末として成形原料を作製する工程、成形原料と有機
   バインダーとを混合して成形材料を作製する工程、成形
   材料を既知の成形法により成形体とする工程および成形
   体を９４０〜１０５０℃で焼成することにより所望の形
   態を有する焼成体とする工程からなる低膨脹性マイカ複
   合耐熱材料の製法。
2. （２）前記構成原料の組成比率がマイカ粉末２２．２〜
   ５１．０重量％、酸化亜鉛粉末１５．８〜４４．４重量
   ％、シリカ粉末１０．２〜２２．２重量％、ホウ酸粉末
   ８．９〜２６．３重量％、コーディエライト粉末２．０
   〜１５．８重量％である特許請求の範囲第（１）項記載
   の製法。