JPS63156086A - セラミツクス成型物の改質法 - 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〕 本発明はセラミックス成型物の改質法に関する。

更に詳しく述べれば、気孔率１０％以上を持つセラミッ
クス成型物をジルコニアゾルで含浸処理し、乾燥、焼成
して、セラミックス成型物の種々の性質を改善する、セ
ラミックス成型物の改質法に関する。

〔従来の技術〕

近年ジルコニアセラミックスは高靭性、耐摩耗性、耐熱
性等のエンジニアリングセラミックス、あるいは固体電
解質、誘電性等の電気的特性を生かして、機能性セラミ
ックスとして注目され、急速にその需要拡大が進みつつ
ある。然しなから、ジルコニア自体が比較的高価なセラ
ミックスであのでセラミックス成型物をジルコニアのみ
で形成するより、セラミックス成型物の大部分を、ジル
コニアより安価なアルミナその他のセラミックス原料で
成型し、何等かの後処理により、ジルコニアセラミック
スの特徴が付与できることが、望まれている。その為に
従来よりセラミックス成型物を焼成後、その表面を塩基
性酢酸ジルコニウム塩水溶液、ジルコニウムブトキサイ
ドトルエン溶液、ジルコニウムブトキサイド加水分解溶
液等を含浸乾燥させ、焼成する方法が行われているが、
均質なジルコニア質層が形成されず、ジルコニアの特性
が充分に生かされていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者らは前述の如く、大部分がジルコニア以外のセ
ラミックスよりできているセラミックス成型物のジルコ
ニアによる改質法を目的として、ジルコニアを使用する
セラミックス成型物の改質法を種々検討し、ジルコニア
ゾルで気孔率１０％以上を持つセラミックス成型物を含
浸処理し、乾燥、焼成する事により、セラミックスの物
性が大幅に改善されることを見出し本発明を完成した。

〔問題点を解決するための手段〕

即ち、本発明は粒子径が４００ｍμを越えないジルコニ
アゾルを気孔率１０％以上を持つセラミックス成型物に
含浸処理し、含浸処理したセラミックス成型物を乾燥、
焼成する事を特徴とするセラミックス成型物の改質法に
関する。

本発明に使用するジルコニアゾルは水及び／又は有機溶
媒を分散媒とするゾルであり、公知の方法で得られたも
のが使用できる。を機溶媒としでは特に限定されないが
、メタノール、エタノール、イソプロパツール、ブタノ
ール等のアルコール類、トルエン、キシレン、ベンゼン
、ヘキサン等の溶媒が使用できる。ジルコニアゾルの粒
子の大きさは４００ｍμを越えないものが使用でき好ま
しくは２〜３００ｍμ、より好ましくは２〜１８０ｍμ
である。この粒子径は独立粒子の大きさで示すもの以外
に２０ｍμ以下の単一粒子が数十個以上凝集した、凝集
粒子径も５〜４００ｍμの大きさのものが使用できる。

特に好ましいジルコニアゾルは分散媒が水又は親水性有
機溶媒で、２〜１８０ｍμの粒子系を有するジルコニア
ゾルである。

またこのジルコニアゾルのジルコニア粒子が無定形より
単斜晶系、正方晶等の結晶系を有するゾルがより好まし
い。

本発明に使用するセラミックスとしては、気孔率が１０
％以上のアルミナ、シリカ、ムライト、ドロマイト、シ
リマナイト、炭化珪素、窒化アルミ、窒化珪素、ジルコ
ン等が挙げられる。又、ジルコニアセラミックスの改質
にも適用できる。これらのセラミックスの気孔率は１０
％以上、好ましくは１０〜８０％で、より好ましい範囲
は１５〜６０％である。これらセラミックスの成型物の
形状は板状、粒子球状、棒状、繊維上、その他任意の形
状の成型物に適用できる。セラミックス成型物は泥漿鋳
込み、プレス、射出、押出しその他各種の方法で成型し
たものであり、この成型には−ａに形を保つために、ポ
リビニルアルコール、酢酸ビニル樹脂、ＣＭＣその他の
有機系の粘結剤、可塑剤、解膠剤及び／又は水ガラス、
燐酸アルミ、シリカゾル等の無機粘結剤が好んで併用さ
れる。

本発明に使用するセラミックスはこのような粘結剤等を
用いた、成型したままの生型、成型物を脱脂仮焼成いは
焼成処理したいずれの状態でも使用できるが、本発明に
おいては使用するセラミックスの気孔率が重要な因子で
あり、１０％未満ではジルコニアゾルの含浸が不充分に
なるからゾルが偏在し均質なジルコニアセラミックス層
が形成しにく＼なる。

本発明のジルコニアゾルの含浸方法はセラミックスの種
類、ジルコニアゾルの種類、ジルコニアゾルの濃度に対
応して好ましい方法を選定できるが、一般にはジルコニ
アゾル中にセラミックス成型物を１〜６回浸漬含浸し、
各含浸後の後に乾燥工程を入れることが好ましい。更に
多く含浸させるには減圧下含浸、加圧上含浸がとられる
。又、簡易な含浸法としてはスプレー塗布、ハケ塗す等
も利用できる。乾燥は一般には溶媒を飛散させる為に常
圧または加熱乾燥が採用できる。焼成温度と焼成時間は
セラミックス成型物の種類、形状によって異なるが、一
般に９００〜１７００℃で１時間以上の焼成が好ましい
。

本発明を実施するに当たってジルコニアゾルは数種の添
加剤を併用出来る。浸透性向上には界面活性剤、消泡剤
或いは有機溶媒を併用することも可能である。又ジルコ
ニアセラミックスの物性を変換するために頁く知られて
いる安定化剤であるＹ２Ｏ，、Ｍｇ０ＳＣａＯ等を提供
する為に、イツトリウム、マグネシウム、カルシウムの
塩化物、硝酸塩、及び酢酸塩等も併用できる。又、使用
するセラミックスによってはジルコニアゾルと他の酸化
物ゾルを併用することも可能である。

使用するセラミックスへのジルコニアゾルの含浸量即ち
、ジルコニア層の厚さ、深さ、或いは使用するセラミッ
クスとの複合化等は、対象とするセラミックスの種類及
びその気孔率、ジルコニアゾルの種類、濃度、添加剤等
により任意にフトントロール出来、目的に合った方法が
とれる。

例えば、気孔率３５％の仮焼ムライト耐火レンガをＭ　
ｇ　（Ｎ　Ｏ：ｌ）　ＺをＺｒＯ□に対して数モル％含
有するジルコニアゾル中に含浸し、取り出し、乾燥後１
２５０℃で３時間焼成したレンガは表面層は緻密で、溶
解した鉄が濡れにくい優れた鉄鋼用耐火レンガを提供で
きる。又、気孔率２０％のアルミナセラミックスをＹＣ
７！３をＹ２Ｏ３として３モル％含Ｗするジルコニアゾ
ル中に１０分含浸し取り上げ乾燥後１５５０℃４時間焼
成したものは明らかにジルコニア強化アルミナセラミッ
クスとなり耐摩耗性、表面強度もジルコニアゾル未処理
の１５５０℃４時間焼成品より優れていることを認めた
。

以下に実施例をもって更に本発明の詳細な説明すが本発
明はこれに限定されるものでない。

実施例１及び比較例１ 特開昭５９−１０７９６９号の方法により、ＺｒＯ□に
対して３モル％のＹ２Ｏ３を含有するＺｒ０□８重量％
含有するジルコニアゾルを製造した。

この得られたジルコニアは正方晶形の結晶を有し、平均
粒子径が２５ｍμからなるものであった。

このジルコニアゾルを泥漿鋳込法で作ったアルミナ片（
３０Ｘ５Ｘ８０ｍ／ｍ）を脱型後１３００℃で１時間焼
成し、気孔率２５％の試験片を作成した。これにスプレ
ーガンにて約３００　ｇ／ｍ”の塗布量で塗布後６０　
”Ｃ２時間乾燥した。後再び塗布、乾燥を同じ条件で２
回繰り返した。尚、塗布時に余計に付いたゾルはその都
度乾燥した布で吸い取ってから乾燥した。

このように作成した光沢が増した試験片３枚と比較例と
してジルコニアゾルでの含浸処理していない試験片３枚
をそれぞれ１６００℃まで加熱し、１時間、３時間及び
８時間保持し放冷後、これらの試験片について、気孔率
、引張強度、耐摩耗性についてテストした。その結果を
表−１に示す。

表−１ 測定方法 気孔率〔％〕；　見掛気孔率 引張強度（ｋｇ／ｃｎｌ）　； クロスヘッド速度０．５ｍｍ／ｍｉｎ 耐摩耗性；２０〜３０メソシュの溶融アルミナを２０ｇ
／秒吹き付けて、摩耗度の程度を３段階で判定した。

表−１に示すように本発明の方法で改質した試験片は引
張強度、耐摩耗性共に優れ、特に短時間焼成で著しい強
度向上を示し、ジルコニア強化アルミナセラミックスの
ニーズへ、本発明方法が利用できることが判る。

実施例２及び比較例２ 特開昭５８−７９８１８号の方法により、Ｚｒ０□　１
５％含有するジルコニアゾルを製造した。

この得られたジルコニアは単斜晶形の結晶を有し、平均
粒子径が７０ｍμからなるものであった。このジルコニ
アゾルに浸透性を向上させるためにカチオン界面活性剤
ニッサンカ千オンＡＢ（日本油脂社製）０．０２重量％
と消泡剤ニラサン　デスホーム　ＢＡ−５（日本油脂社
製）０．００１重量％を含有させた。

この様に調整したジルコニアゾル中にプレス成型で作っ
た鉄鋼用シャモットレンガの１０００°Ｃ仮焼品（気孔
率３４％）を１時間常圧でとぶづけ含浸し、取り出し余
計に付いたゾルは乾燥した布で軽く吸い取ってから８０
℃２時間乾燥させた。

この含浸レンガと比較例としてゾルを含浸しないレンガ
を１３５０℃で１０時間焼成した。

このレンガを製鋼所溶湯を蓄める炉壁に３ケ月使用した
所、従来の未含浸レンガは溶湯の浸蝕が溶湯に触れる全
表面積の６０％ぐらい起こり、所々に溶湯の凝固の際に
起こったすくわれが目立った。−古本発明法による含浸
レンガは緻密でジルコニアが溶湯に濡れに（いため、溶
湯の浸蝕が１８％ぐらいであり、すくわれはところどこ
ろにある程度であった。本発明含浸レンガは１０ケ月を
使用しても未含浸レンガの３ケ月経過より溶湯による浸
蝕がすくなかった。

実施例３及び比較例３ 特開昭５９−３９７２７号の方法により、ＺｒＯ□　１
６％含有するジルコニアゾルを製造した。

この得られたジルコニアは単斜晶形の結晶を有し、平均
粒子径が３０ｍμからなるものであった。

このゾルを溶湯不純固形物除去用ムライト製ハニカムフ
ィルターの９００℃仮焼を終わった半製品（気孔率１８
％）に刷毛塗りし余計についたゾルは乾燥した布で軽く
吸い取ってから１２０℃３０分乾燥し、放冷後更にこの
刷毛塗り乾燥処理を合計４回繰り返した。

比較例としてハニカムフィルターとして９００℃仮焼半
製品でなく１６５０℃５時間焼成品（気孔率２．４％）
を使用し同様の刷毛塗り乾燥を行った。

再含浸セラミックスフィルターは１６５０℃で５時間焼
成した。

ニッケルクロム鋼溶湯用不純固形物除去ハニカムフィル
ターとして使用した所、比較例のフィルターは１６３０
℃、溶湯の通過３１１０ｋｇぐらいで約１０秒の使用で
耐熱性不足の為か、変形、へたりが起こりハニカム中へ
つまりが生じ使用不能となった。

一方、本発明法によるフィルターは通過量５０ｋｇ約１
分経ても全（異常なく使用出来る耐熱性の優れたもので
あった。

比較例ではジルコニアゾルの含浸量が不充分で含浸ムラ
があった事とアルミナシリカ成分との反応性が不充分で
あった事と推定出来る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 粒子径が４００ｍμを越えないジルコニアゾルを気孔率
   １０％以上を持つセラミックス成型物に含浸処理し、含
   浸処理したセラミックス成型物を乾燥、焼成する事を特
   徴とするセラミックス成型物の改質法。