KR870001623B1 - 알루미나-실리카계 세라믹 섬유의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

알루미나-실리카계 세라믹 섬유의 제조 방법

제1도는 세라믹 섬유에서의 산화 크롬 함유량과 물라이트 결정의 생성과의 관계를 표시한 X선회절분석결과를 표시한 도.

제2도는 세라믹 섬유의 처리 온도와 물라이트 결정의 생성과의 관계를 표시한 X선회절분석결과를 표시한 도.

제3도는 본 발명 처리후의 섬유의 엣칭후의 전자 현미경에 의한 일만배 확대 사진도이다.

본 발명은 주로 알루미나와 실리카로 구성된 세라믹 섬유의 제조방법에 관한 것이다. 40-70중량%의 알루미나, 30-60중량%의 실리카, 기타 소량의 불순물을 함유하는 물질을 용융하고, 용융된 물질을 블로잉 또는 스피닝 법등에 의하여 제조한 비결정질의 알루미나(AI₂O₃) 및 실리카(SiO₂)계 세라믹 섬유는 공지되어 있다. 이러한 세라믹 섬유를 실투(devitrification)온도 이상의 온도에서 열처리 하는 경우 유리질 물질내에 물라이트(mullite, 3AI₂O₃·2SiO₂)의 결정화가 일어나 세라믹 섬유의 열수축이 낮아진다는 사실은 이미 공지되어 있다.

또한 비결정질의 세라믹 섬유를 약 1000℃ 이상의 온도로서 장시간 열에 쪼이면, 유리중에 물라이트의 결정이 석출성장하여서 거치르고 큰 결정 구조로 되어, 세라믹 섬유의 내열성및 강도를 잃게되고 잘 부서진다. 물라이트 결정을 함유하는 세라믹 섬유는 단기적인 열수축성은 개선되나, 장기적으로는 예비 석출시킨 물라이트의 결정 성장이 진행함에 따라 비결정질 세라믹 섬유와 마찬가지로 거치르고 큰 결정 조직의 형성에 의해 섬유의 강도가 감소된다.

상기의 조성에 부가하여 산화크롬(Cr₂O₃)을 약 1-6중량%정도 함유하는 세라믹 섬유의 제조 방법은 미합중국 특허 제3, 449, 137호에 서술되어 있다. 상기 특허에 의거하여서, 확인 실험을 행하였던바 물리적 특성의 향상은 거의 인정될 수 없는 것으로 판명되었다.

즉, AI₂O₃-SiO₂계 세라믹 섬유에 단지 Cr₂O₃만을 첨가하는 경우, 고온에서의 장시간 사용시 재결정화에 의해 거치르고 큰 결정이 생성되어 가열수축율이 증대함과 동시에 섬유가 부서지기 쉽게 되며 열에 대하여서도 약하게 된다.

본 발명자는 상기 결점을 극복하기 위하여 연구를 거듭한 결과 산화크롬과 극히 소량의 탄소를 용융물에 첨가하고 블로잉 또는 스피닝 법등의 공지된 방법에 의해 섬유화한 뒤 본 세라믹 섬유를 비교적 저온으로 열처리하고 유리 조직내에 사전에 분상을 생기게하면, 열적으로 극히 안정하게 고온도까지 사용가능한 세라믹 섬유가 제조될 수 있다는 것을 발견하였다.

즉, AI₂O₃35-65 중량%, SiO₂30-60중량%, Cr₂O₃1.5-4중량% 및 탄소 0.01-0.1중량%로 구성된 원료를 용융하여 비결정질섬유를 형성하고, 상온에서 950-1150℃의 온도까지 단시간에 승온시키고, 상기온도에 수분에서 십수분 정도 유지한뒤 상온까지 조속히 냉각하여 세라믹 조직내에 분상을 산출시키면 1300℃ 이상의 고온에서도 선수축율이 2%이하로 극히 개선되며, 섬유의 취약화가 적은 세라믹 섬유가 제조된다는 것을 알게 되었다.

본 발명에 있어서, Cr₂O₃의 첨가량을 1.5-4중량%, 탄소의 함유량을 0.01-0.1중량%인 미량으로 한것은 제1도의 X선회절 분석에 표시된 바와같이 본 발명의 열처리에 의해서도 무정형 결정이 석출하고 섬유가 취약화되기 때문이며, Cr₂O₃를 4중량%이상, 탄소를 0.1중량%이상 첨가하여도 그 발명의 효과가 발생되지 않기 때문이다.

또한, Cr₂O₃을 첨가하고 탄소를 첨가하지 않는 경우에는 고온에서 장시간 사용시에 결정이 거칠고 커지며, 가열 수축율이 증대함과 동시에 섬유의 취약화에 의하여 압축 복원성이 약화된다.

열처리를 950-1150℃의 온도에서 수분에서 십수분 정도로 한 것은 이 범위에서 만이 상기 조성의 세라믹 섬유의 비결정질 조직이 분상을 일으키며, 또한 충분한 실험 결과가 얻어지기 때문인데, 구체적으로 설명하면 950℃이하의 온도에서 수분이내의 단시간 유지로서는 하기의 실시예에 표시된 바와같이 가열수축율 개선의 효과가 적으며, 1150℃이상의 온도에서 십수분 이상의 장시간유지로서는 하기 실시예 및 Cr₂O₃3.8중량%의 대하여서의 시험결과를 표시한 제2도의 X선 회절분석에 표시하는 물라이트의 결정이 석출하기 시작하여 섬유가 취약화 하기 때문이다.

승온 속도를 단시간으로 한 것은 급속 승온에 있어서만이 당해조성의 세라믹 섬유 조직의 분상 제어가 일어나기 때문이며, 구체적으로 실시예에 표시된 바와같이 장시간에 걸쳐서 950-1150℃로 승온하면 1300℃이상으로 장시간 가열하였을 때 선수축율이 2%이상으로 되어 수축개선의 효과를 기대할 수 없을 뿐만 아니라, 섬유의 취약화가 발생하기 때문이다.

실험결과, 승온 속도는 100-1000℃/분으로 하는 것이 바람직하다.

하기에 실시예 대하여서 설명한다.

AI₂O₃40중량%, SiO₂56중량%, Cr₂O₃3.3중량%, 탄소 0.1중량% 및 잔유 불순물로 구성된 원료를 전기로로 용융한 후, 블로잉법에 의해서 평균 지름이 2.5μm, 최대길이 150mm인 비결정질 섬유를 얻은 후 두께 25mm, 부피비중 0.14의 브랭킷상으로 만들고, 하기표 1 및 2 에 표시된 바와같이 열처리 조건하에서 열처리한다. 하기표 1 은 110 내지 1400℃의 온도에서 24시간 가열한 블랭킷의 선수축을 나타낸것이며, 표2는 가열하에서 압축한 후의 파이버의 복원성을 나타낸 것이다.

[표 1]

가열선수축율(%)

[표 2]

가열압축후의 복원율(%)

(주) 원래의 두께의 50%로 압축 가열후, 해방한 때의 복원율

상기표에서 알 수 있는 바와같이 본 발명처리방법에 따라 1300℃로 24시간동안 가열한 후의 선수축율이 2%이하로 유연성을 지닌 브랭킷이 제조된다.

본 발명의 방법에 의해, 고온에서의 가열수축율이 적어지며, 유연성을 가지는 세라믹 섬유 브랭킷이 산출되는 이유를 하기에 설명한다.

첨가된 Cr₂O₃가 AI₂O₃-SiO₂계 유리구조중의 AI₂O₃의 일부와 치환되어, 구조 격자에 응력을 발생시켜 결정화의 억제 효과를 발생시킴과 동시에 미량의 탄소의 존재에 의해 유리 구조의 격자들을 산재시켜, 유리중의 구조격자의 재배열을 제한하고, 다시 금속가열을 짜맞추는(祖合)것에 의해 유리 구조중의 성분확산거리를 짧게하고, 결정화를 억제하며 주로 Cr₂O₃로 구성된 성분비가 상이한 미세부된 다수의 분리상이 형성되기 때문이라 생각된다.

분상을 발생시킨 본 발명의 세라믹 섬유는 사용시 고온에 노출시켜 건조시켜도 재결정화가 생기기 어렵고, 비록 더높은 고온에서의 장시간 노출에 의해 재결정화가 발생하는 경우라도, 결정립으로 되는 분상이 작고, 또한 결정의 발생핵인 Cr₂O₃와 탄소의 공존에 의해서 상기와 같이 다수로 산재되어있기 때문에 발생한 결정 크기가 극히 작게 되어 인접한 결정립에 의해 그 성장도 상호억제되고, 다수의 미결정으로 구성되는 섬유로 되어, 유연성을 가지며, 열적으로 안정한 세라믹 섬유 브랭킷이 얻어진다.

제3도는 본 발명 처리를 행한 섬유를 엣칭한 것을 일만배 전자 현미경 사진으로 확대한 것인데, 전체가 미세한 분상으로 되는 것을 알 수 있다. 분상 및 결정이 없는 것은 같은 정도의 엣칭 처리에 의해 전부 용해 한다.

Claims (2)

1. AI₂O₃35-65 중량%, SiO₂30-60중량%, Cr₂O₃1.5-4중량% 및 탄소 0.01-0.1중량% 및 기타 미량의 불순물으로 구성된 원료를 전기로 로서 용융하고, 블로잉 또는 스피닝 법등에 의해서 섬유화한 비결정질섬유를 상온에서 950-1150℃의 온도까지 단시간내에 승온시키고, 수분에서 십수분 정도로 상기온도에서 유지시킨후 실온까지 급속히 냉각시키는 단계로 구성된 알루미나-실리카계 세라믹 섬유의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 1분당 100℃에서 1000℃의 온도비율로 섬유를 가열하는 것으로 구성된 세라믹 섬유의 제조방법.

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