JPS63134554A

JPS63134554A - 高強度セラミツクス焼結体及びその製造方法

Info

Publication number: JPS63134554A
Application number: JP61280242A
Authority: JP
Inventors: 後藤　和昌; 博人進; 秀輝石田
Original assignee: Inax Corp
Current assignee: Inax Corp
Priority date: 1986-11-25
Filing date: 1986-11-25
Publication date: 1988-06-07

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】［ａ業上の利用分野］本発明は高強度セラミックス焼結体及びその製造方法に
係り、特に曲げ強度等の機械的強度が極めて高いセラミ
ックス焼結体及びその製造方法に関する。

［従来の技術］セラミックス焼結体は一般に高硬度で脆性材料であるこ
とから、その切断、その他の加工が極めて困難である０
例え°ば、−１般の陶磁器質焼結体は、硬質磁器では主
結晶相はムライト（３ＡＩ１２０３・２Ｓ１０２）、石
英（ＳｉＯ２）等をアルカリガラス相によって結合され
たものであり、焼結前の原料結晶質は加熱によって分解
され、反応し共融して別の結晶相とガラス相で、モース
硬度７以上の硬くて脆く、靭性が低い。

工業材料の曲げ強度改善を図るためには、繊維の如きア
スペクト比の大きな物質を含有させれば良く、セラミッ
クスに関しては、特開昭６０−１８４６４３に開示され
るものがある。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、特開昭６０−１８４６４３に係るセラミ
ックス焼結体は、β−ワラストナイトがα−ワラストナ
イトへ転移するのを押えるために、焼成温度を高くする
ことができず（１２００℃以下で焼成）、このため焼結
体の強度、特に曲げ強度が低く、製品形状にも制限があ
り、任意形状の製品が得られないという問題点がある。

［問題点を解決するための手段］本発明は、上記実情に鑑み、強度、特に曲げ強度が大幅
に改善されたセラミック焼結体及びその製造方法を提供
するものであって、 β−ワラストナイト、雲母族鉱物、角閃石、輝石、紅柱
石及び緑柱石よりなる群から選ばれる１種又は２ｆ！以
上の板状ないし長柱状結晶を６０重量％以上含み、かつ
ガラス成分を５〜２０重量％含む焼結体よりなることを
特徴とする高強度セラミックス焼結体、及び天然β−ワラストナイト、珪酸カルシウム水和物、雲母
族鉱物、角閃石、輝石、紅柱石及び緑柱石よりなる群か
ら選ばれる１種又は２種以上の板状ないし長柱状結晶も
しくはそれらの仮焼物にガラスを混合し、成形後７００
℃以上で焼成することにより、β−ワラストナイト及び
／又は雲母族鉱物を６０１量％以上含み、かつガラス成
分を５〜２０重量％含む焼結体を得ることを特徴とする
高強度セラミックス焼結体の製造方法、を要旨とするも
のである。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明のセラミック焼結体は、β−ワラストナイト、雲
母族鉱物、角閃石、輝石、紅柱石及び緑柱石よりなる群
から選ばれる１種又は２種以上の板状ないし長柱状結晶
を６０重量％以上、ガラス成分を５〜２０重量％含むも
のである。

β−ワラストナイト（β−Ｃａｏ−３ｉＯ２）は、三斜
晶系の板状によく発達した結晶の集合体であり、α−ワ
ラストナイトの単斜晶系粒状結晶とは異なり、高い曲げ
強度を付与するものである。価格、生産量、品質の安定
性、焼結体の物性等を考慮すると焼結体の主要構成物と
しては、β−ワラストナイト、雲母族鉱物、角閃石、輝
石、紅柱石、緑柱石等の中で、β−ワラストナイトが最
も好ましい。

雲母族鉱物は肉眼でも見える板状素片もしくは結晶であ
り、金雲母、燐雲母、絹雲母等、多種類のものがある。

これらのうち、金雲母はＫ　Ｍ　ｇ　３（Ｓ　ｉ　ａ　
Ａｊｌ）　ＯＨ２の化学成分の単科晶系の板状結晶鉱物
である。その他、雲母族鉱物として、（ＭｇＦｅ）ｓ　
　（ＡｆＳｉ）＋Ｏ＋ａ　　（ＯＨ）２の化学成分の単
科晶系葉片状結晶の軽石、Ｋ　（Ａｎ　Ｌ　１）（Ｓ　
ｉ　２　Ａ１１）鱒Ｆ２のように弗素を含む単斜晶系板
状結晶の鱗雲母、Ｍｇ２（Ｓ　１４０１＋１）（Ｏ）Ｉ
）２の化学成分の単斜晶系の葉片状鉱物の滑石、また電
融により製造される人工合成雲母がある。

角閃石は、組成が（Ｃａ、Ｎａ、Ｋ）　３〜ｓ　（Ｍｇ
、Ｆａ、＾ｌ）ｓ［（Ｓｔ、Ａ１）ｚｓｉａ］　Ｏｚｚ
　（ＯＨ）　ｘである単科晶系に属する鉱物で、色・形
・光沢のような外観から、硬度まで、普通輝石によく似
ているが、輝石を上方から見た形が、へ角形に近く、二
つの柱面（へき開面）が殆ど直角をなすのに対し、角閃
石は１２４°であるので菱形に近い形をしている点で異
なる。普通、左右に短軸面ｂ（０１０）があられれ、前
後も正軸面ａ（１００）を生じて、へ角の形になるが、
輝石に比べて、かなり偏平である。

輝石はイノケイ酸塩に属する単鎖状構造の造岩鉱物であ
って；単科晶系と斜方晶系がある。

紅柱石は、アルミニウムのケイ酸塩鉱物（ＡＪ２２　Ｓ
　ｉ　Ｏｓケイセン石、ランショウ石と多形をなす）で
あって、その結晶は、長い柱状になり、柱面ｍ　（１１
０）と底面ｃ（００１）がよく発達し、底面ｒ（１０１
）や５（０１１）のほか、ａ（１００）が現われたりす
る。柱面角が、９０’　５０’で、殆ど直角に近いため
、−見正方柱のように見えて、単に外形をながめただけ
では、区別しにくい。一般に、斜方柱の太さが一様でな
く、一端が太く他端が細い。

緑柱石は六環構造を有するシクロケイ酸塩鉱物（組成り
ｅｓ　Ａｊｌ２　Ｓｉｓ、Ｏ＋ｓ）であって、その結晶
は、一般に六角長柱状で、大きな底面を有し、錐面ｐ（
１０１１）は低く、燐灰石の形に似る。

本発明において、ガラス成分は焼成により溶融して焼結
体の緻密焼結性を向上させることにより強度を改善する
作用を奏するものである。このため、ガラス成分のガラ
スは焼成温度で溶融するものを用いる。ガラスとしては
市販のフリット、釉薬等を用い得るが、焼結体の耐熱強
度の面からなるべく高い温度、例えば１２００〜１３５
０℃で溶融するものが好ましく、具体的には珪酸塩ガラ
ス等を用いるのが有利である。（市販のフリットが溶融
する温度は７００〜１３００℃である。原料を適当に調
合し、１０００〜１４００℃で溶融する釉薬を作ること
も可能である。）本発明において、これらガラス成分の焼結体の含有量は
５〜２０重量％である。前述の如く、ガラス成分は焼結
体の強度向上に作用するが、その含有量が５重量％未溝
では十分な改善効果が得られず、逆に２０！ｌ量％を超
える場合には、焼結体の衝撃強度や曲げ強度、耐熱性を
低下させる原因となる。

本発明において、焼結体のβ−ワラストナイト、雲母族
鉱物、角閃石、輝石、紅柱石及び緑柱石よりなる群から
選ばれる１種又は２種以上の板状ないし長柱状結晶（以
下、ｒβ−ワラストナイト等」と称することがある。）
の含有量は６０重量％以上であ乞。β−ワラストナイト
等は、焼結体に針状（ｌｉｔ維状）又は板状成分を提供
することにより、曲げ強度の向上に作用するものであっ
て、その含有量が６０重量％未満では、良好な結果が得
られない。

ところで、第２図のグラフからも明らかなように、Ｃａ
Ｏ−５ｉ０２系においては、焼成を１２００℃以下、特
に１１３０℃以下程度の温度で行なわないと、α−ワラ
ストナイトが晶出し、高い強度が得られない。これに対
し、これにＭｇＯを加えたＣａＯ−Ｍｇ０−Ｓ　ｉ　０
ｗ系では、β−ワラストナイトからα−ワラストナイト
への転移温度が上がり、より高温での焼成が可能となる
。

このようなことから、本発明において、焼結体のガラス
成分以外の成分は、ＣａＯ−ＭｇＯ−５ｉ０２組成が、
第１図の１．２．３．４．５．６及び７で囲まれる組成
であることが好ましい。

このような組成とすることにより、β−ワラストナイト
からα−ワラストナイトへの転移温度が上がり高温焼成
が可能となるため、焼結性を高め、焼結体の強度をより
向上させることができる。

なお、第１図中、１〜７の各点は下記第１表に示す組成
の点である。

このような本発明の焼結体を製造するに好′ａな本発明
の製造方法について以下に詳述する。

本発明の方法においては、まず、天然β−ワラストナイ
ト、珪酸カルシウム水和物、雲母族鉱物、角閃石、輝石
、紅柱石及び緑柱石よりなる群から選ばれる１種又は２
種以上の板状ないし長柱状結晶もしくはそれらの仮焼物
及びガラスを、β−ワラストナイト等６０重量％以上、
ガラス成分５〜２０！量％となるように混合する。

珪酸カルシウム永和物としては、例えばゾノトライト等
の針状結晶を用いるのが好ましい。また、雲母族鉱物、
角閃石、輝石、紅柱石、緑柱石、ガラス成分としては、
前述のものを用いることができる。仮焼物を用いる場合
には、その結晶構造が針状又は板状のものを採用する。

なお、本発明においては、ガラス成分以外の成分を、芋
の生成分がβ−ワラストナイトの場合には、好ましくは
、第１図の１．２．３．４．５．６及び７で囲まれるＣ
　ａ　Ｏｓ　Ｓ　ｉＯ２、Ｍ　ｇ　Ｏ組成となるように
配合するが、この場合、ＭｇＯ成分の原料としては、タ
ルク、ドロマイト、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシ
ウム、酸化マグネシウムが使用できる。

これらの原料は原料の針状、板状結晶が破壊されない程
度に十分に粉砕混合、含水調整した後常法に従って成形
し、１０００℃以上、好ましくは１２００℃を超え１３
５０ｔ：以下の温度で焼成する。

この場合、成分中に特定量のＭｇＯを含有させた場合に
は、このような高い温度での焼成によっても、α−Ｃａ
Ｏ・５ｉ０２への転穆は押えられ、β−ＣａＯ−Ｓｉ０
２の良好な結晶が得られ、優れた機械的特性を有する焼
結体となる。

［作用］ガラスはそれ自体は曲げ強度や衝撃強度が低いものであ
るが、β−ワラストナイト、雲母族鉱物、角閃石、輝石
、紅柱石、緑柱石の針状又は板状結晶とガラス成分とを
併用して焼結することにより、β−ワラストナイト等の
針状（ｗ！４維状）又は板状結晶間がガラス相で埋めら
れた、極めて緻密で高強度の、とりわけ曲げ強度の高い
焼結体が得られる。特に本発明において、１０００を以
上、とりわけ１２００℃を超え１３５０ｔ：以下で焼成
した焼結体は、焼結性が極めて良好で極めて緻密で高強
度のものとなる。

［実施例］以下、実施例について説明する。

実施例１ゾノライト”９４Ｉｉ量部、タルク１ｏ重量部（Ｃａｂ
：４４重量％、５ｉ０２　：５３重量％、ＭｇＯ：　３
重量％）及び下記ゼーゲル式で示されるガラス成分ＸＭ
−４００（日本フリット社製のフリット）６重量部を秤
量し、アイリッヒミキサーで５分間乾式混合し、外割り
で１６重量％の水を添加して２４時間密閉した状態で放
置して含水調整した。

得られた原料混合物を成形型内に入れて４５０ｋ　ｇ　
ｆ　／　ｃ　ｒｎ’で成形し、成形体をａｏ’ｅで２４
時間乾燥した後焼成した。焼成は、室温から１０℃／分
で１２５０℃まで昇温した後、１２５０ｔ：にて６０分
間行なった。その後、電気炉内で放冷して室温まで降温
した。

得られた焼結体の生成相を調べたところ、クォーツ（Ｓ
ｉＯ２）、ジオプサイド（ＣａＭｇ（ＳｉＯｉ）２）、
シェードワラストナイト（α−ＣａＯ・５ｉＯａ）がわ
ずかに存在するが、殆どがＭｇを固溶したβ−ワラスト
ナイト（βＣａＯ・５ｉＯ２）及びこの結晶間を埋める
ガラス相よりなることが認められた。なお、この焼結体
の吸水率はｏ、ｉ％であった。

更に、通常の１点荷重の方式により焼結体の曲げ強度を
測定したところ、釉薬無しで１０００ｋ　ｇ　ｆ　／　
ｃ　ｒｎ”の高強度を示すことが判明した。

実施例２天然ワラストナイト（生成分β−ＣａＯ−５ｉ０２）９
０重量部、タルク１０重量部及びガラス成分ＸＭ−４０
０（日本フリット社製のフリット）１０重量部を用いた
こと以外は、実施例１と同様にして焼結体を得、得られ
た焼結体の生成相、吸水率及び曲げ強度を調べたところ
、いずれも実施例１で得られた焼結体と同等のものであ
った。

実施例３ガラス成分として、下記ゼーゲル式で示されるガラス成
分（長石、石灰、軽口、アルミナ、珪砂を原料とする石
灰−長石釉）を用いたこと以外は実施例２と同様にして
焼結体を得、得られた焼結体の生成相、吸水率及び曲げ
強度を調べたところ、いずれも実施例１及び２で得られ
た焼結体と同等のものであフた。

実施例４天然ワラストナイト８５重量部、下記ゼーゲル式で示さ
れるガラス成分（フリット９５％、軽口５％のフリット
釉）１５Ｉｉ量部を用い、焼成温度を１１００℃とした
こと以外は、実施例１と同様にして焼結体を得、その生
成相、吸水率及び曲げ強度を調べた。

その結果、生成相はβ−Ｃａｏ−３ｉ０２８５％及びガ
ラス相１５％よりなり、吸水率は０．　５％、曲げ強度
は６００　ｋ　ｇ　ｆ　／　ｃ　ｒｒｉ’であった。

［発明の効果］以上詳述した通り、本発明のセラミックス焼結体は、β
−ワラストナイト、雲母族鉱物、角閃石、輝石、紅柱石
及び緑柱石よりなる群から選ばれる１種又は２種以上の
板状ないし長柱状結晶を６０重量％以上含み、かつガラ
ス成分を５〜２０重量％含むものであって、β−ワラス
トナイト等の針状及び／又は板状結晶を結びつけるガラ
ス相の存在により、極めて緻密かつ高い曲げ強度を有す
る焼結体となる。

しかして、このような高い曲げ強度を備える本発明のセ
ラミックス焼結体は、天然β−ワラストナイト、珪酸カ
ルシウム水和物、雲母族鉱物、角閃石、輝石、紅柱石、
緑柱石よりなる群から選ばれる１種又は２種以゛上の板
状ないし長柱状結晶もしくはそれらの仮焼物にガラスを
混合し、成形後７００℃以上の高温で焼成する、本発明
のセラミックス焼結体の製造方法により容易に製造され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣａＯＣａＯ−５ｉＯ２−三成分系図、第２図
はＣａＳ　＊　Ｓ　ｉ　０２−ＣａＯ＠　Ｍｇ０・２Ｓ
　ｉ　０２系の概略的な相図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）β−ワラストナイト、雲母族鉱物、角閃石、輝石
、紅柱石及び緑柱石よりなる群から選ばれる１種又は２
種以上の板状ないし長柱状結晶を６０重量％以上含み、
かつガラス成分を５〜２０重量％含む焼結体よりなるこ
とを特徴とする高強度セラミックス焼結体。
（２）天然β−ワラストナイト、珪酸カルシウム水和物
、雲母族鉱物、角閃石、輝石、紅柱石及び緑柱石よりな
る群から選ばれる１種又は２種以上の板状ないし長柱状
結晶もしくはそれらの仮焼物にガラスを混合し、成形後
７００℃以上で焼成することにより、β−ワラストナイ
ト及び／又は雲母族鉱物を６０重量％以上含み、、かつ
ガラス成分を５〜２０重量％含む焼結体を得ることを特
徴とする高強度セラミックス焼結体の製造方法。