JP2005298227A - Method of manufacturing ceramic structure and ceramic structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セラミックス構造体の製造方法及びセラミックス構造体に関する。さらに詳しくは、有機質成形助剤等の添加剤を格別用いることなしに、所望の形状をセラミックス構造体(焼成前はセラミックス成形体)に付与することが可能で、成形工程の簡素化による低コスト化を図ることができるとともに、得られるセラミックス成形体の加熱過程における有害ガスの放出や、熱分解しきれない有機物質の残炭のセラミックス構造体中における残留を防止することが可能で、環境負荷の低減化及び得られるセラミックス構造体の高品質化を図ることができるセラミックス構造体の製造方法及び高品質なセラミックス構造体に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic structure and a ceramic structure. More specifically, it is possible to impart a desired shape to the ceramic structure (ceramic molded body before firing) without using an additive such as an organic molding aid, and the cost is reduced by simplifying the molding process. It is possible to reduce the emission of harmful gases during the heating process of the resulting ceramic molded body and to prevent residual carbon from remaining organic substances that cannot be thermally decomposed in the ceramic structure. The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic structure and a high-quality ceramic structure capable of reducing the amount of heat and improving the quality of the resulting ceramic structure.
酸化アルミニウム(Al2O3)を含むセラミックス成分から構成されるセラミックス構造体は、耐熱性、耐食性、耐熱衝撃性、機械的強度等の特性に優れていることから、これらの特性を必要とする構造用部品、電子部品等に広く用いられている。 A ceramic structure composed of a ceramic component containing aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is excellent in characteristics such as heat resistance, corrosion resistance, thermal shock resistance, and mechanical strength, and therefore requires these characteristics. Widely used in structural parts, electronic parts, etc.
このようなセラミックス構造体としては、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)と酸化アルミニウム(Al2O3)以外のセラミックス成分とが結合した多成分系セラミックスからなるもの、焼成された後に、酸化アルミニウム(Al2O3)に酸化アルミニウム(Al2O3)以外のセラミックス成分が分散したセラミックス複合体からなるものを挙げることができる。具体的には、多成分系セラミックスとして、ムライト(3Al2O3・2SiO2)、コージェライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2)等を挙げることができ、セラミックス複合体として、酸化アルミニウムに、スピネル(MgO・Al2O3)、炭化ケイ素(SiC)等が分散した複合体を挙げることができる。 Such a ceramic structure, for example, made of aluminum oxide (Al 2 O 3) and aluminum oxide (Al 2 O 3) other than the multi-component system ceramics and ceramic component is bonded, after being fired, oxide ceramic component other than aluminum oxide (Al 2 O 3) to aluminum (Al 2 O 3) can be mentioned those composed of ceramic composite dispersed. Specifically, examples of multicomponent ceramics include mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ), cordierite (2MgO.2Al 2 O 3 .5SiO 2 ), and ceramic composites such as aluminum oxide. , Spinel (MgO.Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC) and the like are dispersed.
しかし、セラミックス構造体(焼成前はセラミックス成形体)を製造する場合、セラミックス原料粉末と水とを混練するだけでは、粘土のような高可塑性を有するセラミックス構造体用練土を調製することは困難で、所望の形状のセラミックス構造体を得ることが困難であった。そこで、高可塑性なセラミックス構造体用練土を調製するため種々の研究、開発が行われてきた。 However, when producing a ceramic structure (ceramic molded body before firing), it is difficult to prepare a clay for ceramic structure having high plasticity such as clay simply by kneading ceramic raw material powder and water. Thus, it has been difficult to obtain a ceramic structure having a desired shape. Therefore, various researches and developments have been carried out to prepare a highly plastic clay for ceramic structures.
例えば、ムライト、シリマナイト等のシリカ−アルミナの2成分系の鉱物の粉末をオートクレーブ等の加圧反応容器に入れ、酸性又は中性の溶液中で水熱処理し、これにより鉱物表面をカオリナイト化させて可塑性を発現させる方法が開示されている(特許文献1参照)。また、粒子形状が板状であるアルミナ粉末を、有機質成形助剤と水とで混練してなるアルミナ質可塑材料が開示されている(特許文献2参照)。また、α−アルミナ粒子の表面にアルミン酸化合物を形成して高可塑性を発現させる方法が開示されている(特許文献3参照)。また、アルミナ粒子の表面又は表面を含む全体にリン酸化合物を付着させることにより高可塑性を発現させる方法が開示されている(特許文献4参照)。また、水に不溶で吸水性を有しかつそれ自身変形する空隙形成材を一次粒子間に介在させて、高可塑性を発現させる方法が開示されている(特許文献5参照)。また、アルミナ粒子をアルミニウム塩水溶液中に分散させ、その液を中和することによってアルミナ粒子の表面にアルミナ水和物を析出させて高可塑性を発現させる方法が開示されている(特許文献6参照)。さらに、アルミナに寒天を添加、あるいは寒天でアルミナ表面を被覆して、高い可塑性を発現する方法が開示されている(特許文献7参照)。 For example, silica-alumina two-component mineral powders such as mullite and sillimanite are placed in a pressure reaction vessel such as an autoclave and hydrothermally treated in an acidic or neutral solution, thereby converting the mineral surface into kaolinite. A method for developing plasticity is disclosed (see Patent Document 1). Also disclosed is an alumina plastic material obtained by kneading an alumina powder having a plate shape with an organic molding aid and water (see Patent Document 2). Also disclosed is a method of expressing high plasticity by forming an aluminate compound on the surface of α-alumina particles (see Patent Document 3). Moreover, the method of making high plasticity express by making a phosphoric acid compound adhere to the whole surface including the surface or the surface of an alumina particle is disclosed (refer patent document 4). Also disclosed is a method of expressing high plasticity by interposing a void-forming material that is insoluble in water, absorbs water, and deforms itself between primary particles (see Patent Document 5). Further, a method is disclosed in which alumina particles are dispersed in an aqueous solution of aluminum salt and the liquid is neutralized to precipitate alumina hydrate on the surface of the alumina particles to express high plasticity (see Patent Document 6). ). Furthermore, a method for expressing high plasticity by adding agar to alumina or coating the surface of alumina with agar is disclosed (see Patent Document 7).
しかしながら、上述の文献に開示されたセラミックス構造体用練土(セラミックス構造体の製造方法)に関する技術には、次のような問題があった。すなわち、特許文献1に開示された鉱物表面をカオリナイト化させて可塑性を発現させる場合、長時間にわたる高温溶液処理とそのための反応容器を必要とするため、そのためのコストが余計に掛かり、製造コストを増大させるという問題があった。特許文献2に開示されたアルミナ質可塑材料を得る方法の場合、有機質成形助剤として、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレングリコール等を用いているが、これらの有機質成形助剤は、成形したセラミックス構造体用練土(セラミックス成形体)を焼成してセラミックス構造体を製造する場合、焼成する過程で熱分解してガスを放出し、放出されたガスは、悪臭の原因となったり、環境を汚染することになるという問題があった。また、放出ガスによる環境汚染を防止するための工程を加えると、工程が複雑化し、製造コストを増大させることになり、さらに、焼成後のセラミックス構造体中に有機質成形助剤(有機質結合剤)等が残炭又は灰分として残留すると品質上の問題を生じるため完全に燃焼除去する必要があり、そのためのコストが余計に掛かり、製造コストをさらに増大させるという問題があった。
However, the technique relating to the ceramic structure clay (a method for producing a ceramic structure) disclosed in the above-mentioned literature has the following problems. That is, when the mineral surface disclosed in Patent Document 1 is made kaolinite to develop plasticity, it requires a high-temperature solution treatment for a long time and a reaction vessel therefor. There was a problem of increasing. In the case of the method for obtaining an alumina plastic material disclosed in
特許文献3に開示された方法の場合、粒子表面にアルミン酸化合物を形成するために、アルカリ金属元素を含む原料を100〜300℃で水熱処理するとともに、250〜1300℃で熱処理をする必要があり、これらの熱処理は、製造コストを増大させるという問題があった。
In the case of the method disclosed in
特許文献4に開示された方法の場合、リン酸塩を付着させるための条件(350℃以上の温度、50気圧以上の圧力、5分以上の時間)を満足する水熱処理を必要とするとともに、その処理を可能とする圧力容器が必要であり、製造コストを増大させるという問題があった。
In the case of the method disclosed in
特許文献5に開示された方法の場合、水に不溶で吸水性のある多糖類である寒天やコンニャクの添加は、セラミックス成形体を焼成する過程で発生するガス(例えば、CO2ガス等)が悪臭や地球温暖化の原因となるという問題があった。
In the case of the method disclosed in
特許文献6に開示された方法の場合、アルミニウム塩の中和作業を必要とするとともに、300〜700℃の温度による仮焼を必要とするため、作業が煩雑化し、製造コストを増大させるという問題があった。
In the case of the method disclosed in
特許文献7に開示された方法の場合、寒天の溶解に加熱に伴う複雑な作業を必要とし、製造コストを増大させるとともに、セラミックス構造体用練土の焼成過程で発生するガス(例えば、CO2ガス等)が悪臭や地球温暖化の原因となるという問題があった。
In the case of the method disclosed in
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、有機質成形助剤等の添加剤を格別用いることなしに、所望の形状をセラミックス構造体(焼成前はセラミックス成形体)に付与することが可能で、成形工程の簡素化による低コスト化を図ることができるとともに、得られるセラミックス成形体の加熱過程における有害ガスの放出や、熱分解しきれない有機物質の残炭のセラミックス構造体中における残留を防止することが可能で、環境負荷の低減化及び得られるセラミックス構造体の高品質化を図ることができるセラミックス構造体の製造方法及び高品質なセラミックス構造体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and imparts a desired shape to a ceramic structure (ceramic formed body before firing) without using an additive such as an organic forming aid. It is possible to reduce the cost by simplifying the molding process, and release of harmful gases during the heating process of the resulting ceramic molded body, and the residual carbon of organic substances that cannot be thermally decomposed in the ceramic structure The purpose of the present invention is to provide a method for manufacturing a ceramic structure and a high quality ceramic structure capable of preventing the residual of the ceramic structure, reducing the environmental burden and improving the quality of the resulting ceramic structure. To do.
本発明者等は、上述の目的を達成するため鋭意研究を重ねた結果、所定量の水硬性アルミナ粉末を含むセラミックス原料粉末と水とを混練することによって得られたセラミックス構造体用練土を成形、焼成することによって、上述の目的を達成できることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明によって以下のセラミックス構造体の製造方法及びセラミックス構造体が提供される。 As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventors have obtained a ceramic structure kneaded material obtained by kneading ceramic raw material powder containing a predetermined amount of hydraulic alumina powder and water. The inventors have found that the above object can be achieved by molding and firing, and have completed the present invention. That is, according to the present invention, the following ceramic structure manufacturing method and ceramic structure are provided.
〔1〕セラミックス原料粉末と水とを混練することによってセラミックス構造体用練土を調製し、調製された前記セラミックス構造体用練土を所定形状に成形してセラミックス成形体を作製し、作製された前記セラミックス成形体を乾燥・焼成してセラミックス構造体を得るセラミックス構造体の製造方法であって、前記セラミックス原料粉末として、水和反応により水和物を形成する水硬性アルミナ粉末を少なくとも1質量%含むものを用いるとともに、前記セラミックス原料粉末として、前記水硬性アルミナ粉末に加えて、焼成された後に、酸化アルミニウム(Al2O3)と酸化アルミニウム(Al2O3)以外のセラミックス成分とが結合した多成分系セラミックスとなる第1の混合粉末、又は焼成された後に、酸化アルミニウム(Al2O3)に酸化アルミニウム(Al2O3)以外のセラミックス成分が分散したセラミックス複合体となる第2の混合粉末を用いるセラミックス構造体の製造方法。 [1] A ceramic structure kneaded material is prepared by kneading ceramic raw material powder and water, and the prepared ceramic structure kneaded material is molded into a predetermined shape to produce a ceramic molded body. A method for producing a ceramic structure in which the ceramic molded body is dried and fired to obtain a ceramic structure, wherein at least 1 mass of hydraulic alumina powder that forms a hydrate by a hydration reaction is used as the ceramic raw material powder. In addition to the hydraulic alumina powder, the ceramic raw material powder includes ceramic components other than aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) after firing. The first mixed powder that becomes a combined multi-component ceramic, or after firing, aluminum oxide ( method for producing l 2 O 3) to aluminum oxide (Al 2 O 3) ceramic components other than the use of the second mixed powder comprising a ceramic composite body obtained by dispersing ceramic structure.
〔2〕前記水硬性アルミナ粉末として、平均粒子径が100μm以下のものを用いる前記〔1〕に記載のセラミックス構造体の製造方法。 [2] The method for producing a ceramic structure according to [1], wherein the hydraulic alumina powder having an average particle diameter of 100 μm or less is used.
〔3〕前記第1の混合粉末又は前記第2の混合粉末として、金属酸化物粉末、金属水酸化物粉末、金属炭酸塩粉末及び金属炭化物粉末からなる群から選ばれる少なくとも1種の粉末を含むものを用いる前記〔1〕又は〔2〕に記載のセラミックス構造体の製造方法。 [3] The first mixed powder or the second mixed powder includes at least one powder selected from the group consisting of metal oxide powder, metal hydroxide powder, metal carbonate powder, and metal carbide powder. The method for producing a ceramic structure according to the above [1] or [2], wherein a material is used.
〔4〕前記セラミックス原料粉末100質量部と、水5〜200質量部とを混練する前記〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のセラミックス構造体の製造方法。 [4] The method for producing a ceramic structure according to any one of [1] to [3], wherein 100 parts by mass of the ceramic raw material powder and 5 to 200 parts by mass of water are kneaded.
〔5〕前記セラミックス原料粉末と水とを混練した後に、10〜200℃の温度で養生する前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載のセラミックス構造体の製造方法。 [5] The method for producing a ceramic structure according to any one of [1] to [4], wherein the ceramic raw material powder and water are kneaded and then cured at a temperature of 10 to 200 ° C.
〔6〕前記セラミックス構造体用練土として、その硬度が5〜34mmのものを用いる前記〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載のセラミックス構造体の製造方法。 [6] The method for producing a ceramic structure according to any one of [1] to [5], wherein a clay having a hardness of 5 to 34 mm is used as the clay for the ceramic structure.
〔7〕前記〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の方法によって製造されたセラミックス構造体。 [7] A ceramic structure produced by the method according to any one of [1] to [6].
本発明によって、有機質成形助剤等の添加剤を格別用いることなしに、所望の形状をセラミックス構造体(焼成前はセラミックス成形体)に付与することが可能で、成形工程の簡素化による低コスト化を図ることができるとともに、得られるセラミックス成形体の加熱過程における有害ガスの放出や、熱分解しきれない有機物質の残炭のセラミックス構造体中における残留を防止することが可能で、環境負荷の低減化及び得られるセラミックス構造体の高品質化を図ることができるセラミックス構造体の製造方法及び高品質なセラミックス構造体が提供される。 According to the present invention, a desired shape can be imparted to the ceramic structure (ceramic molded body before firing) without using an additive such as an organic molding aid, and the cost can be reduced by simplifying the molding process. It is possible to reduce the emission of harmful gases during the heating process of the resulting ceramic molded body and to prevent residual carbon from remaining organic substances that cannot be thermally decomposed in the ceramic structure. There are provided a method for manufacturing a ceramic structure and a high-quality ceramic structure capable of reducing the above-mentioned and improving the quality of the obtained ceramic structure.
以下、本発明のセラミックス構造体の製造方法及びセラミックス構造体の実施の形態を具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the method for producing a ceramic structure and the ceramic structure of the present invention will be specifically described.
本発明のセラミックス構造体の製造方法は、セラミックス原料粉末と水とを混練することによってセラミックス構造体用練土を調製し、調製されたセラミックス構造体用練土を所定形状に成形してセラミックス成形体を作製し、作製されたセラミックス成形体を乾燥・焼成してセラミックス構造体を得るセラミックス構造体の製造方法であって、セラミックス原料粉末として、水和反応により水和物を形成する水硬性アルミナ粉末を少なくとも1質量%含むものを用いるとともに、セラミックス原料粉末として、水硬性アルミナ粉末に加えて、焼成された後に、酸化アルミニウム(Al2O3)と酸化アルミニウム(Al2O3)以外のセラミックス成分とが結合した多成分系セラミックスとなる第1の混合粉末、又は焼成された後に、酸化アルミニウム(Al2O3)に酸化アルミニウム(Al2O3)以外のセラミックス成分が分散したセラミックス複合体となる第2の混合粉末を用いることを特徴とする。 The method for producing a ceramic structure of the present invention comprises preparing a ceramic structure kneaded material by kneading ceramic raw material powder and water, and forming the prepared ceramic structure kneaded material into a predetermined shape to form a ceramic. A ceramic structure manufacturing method for producing a ceramic body, and drying and firing the produced ceramic molded body to obtain a ceramic structure, wherein a hydraulic alumina that forms a hydrate by a hydration reaction as a ceramic raw material powder Ceramics other than aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) are used after being fired in addition to hydraulic alumina powder as a ceramic raw material powder, while using at least 1% by mass of powder. First mixed powder that becomes a multi-component ceramic combined with components, or oxidized after being fired Aluminum (Al 2 O 3) is a ceramic component other than aluminum oxide (Al 2 O 3) is characterized by using a second mixed powder comprising a ceramic composite body dispersed.
本発明に用いられる「水和反応により水和物を形成する水硬性アルミナ粉末」としては、例えば、ρ−アルミナ粉末を挙げることができる。このような水硬性アルミナ粉末は、焼成された後に酸化アルミニウム(Al2O3)となるものである。 Examples of the “hydraulic alumina powder that forms a hydrate by a hydration reaction” used in the present invention include ρ-alumina powder. Such a hydraulic alumina powder becomes aluminum oxide (Al 2 O 3 ) after firing.
水硬性アルミナ粉末は、セラミックス原料粉末中に、少なくとも1質量%、好ましくは少なくとも3質量%、さらに好ましくは少なくとも5質量%含まれる。1質量%未満であると、水硬性アルミナの水和反応に伴う高可塑性の発現が不十分となり、焼成前において、所望の形状のセラミックス成形体の作製が困難となるとともに、強度特性が不十分となり、セラミックス成形体の形状を保持することが困難となる。 The hydraulic alumina powder is contained in the ceramic raw material powder at least 1% by mass, preferably at least 3% by mass, and more preferably at least 5% by mass. If it is less than 1% by mass, the development of high plasticity associated with the hydration reaction of hydraulic alumina becomes insufficient, making it difficult to produce a ceramic molded body having a desired shape before firing, and insufficient strength characteristics. Thus, it becomes difficult to maintain the shape of the ceramic molded body.
このような水硬性アルミナ粉末としては、その平均粒子径が100μm以下のものを用いることが好ましく、0.01〜30μmがさらに好ましく、0.01〜5μmが特に好ましい。100μmを超えると、高可塑性の発現が不十分となり、焼成前において、所望の形状のセラミックス成形体の作製が困難となることがあるとともに、強度特性が不十分となり、セラミックス成形体の形状を保持することが困難となることがある。 As such a hydraulic alumina powder, those having an average particle size of 100 μm or less are preferably used, more preferably 0.01 to 30 μm, and particularly preferably 0.01 to 5 μm. If the thickness exceeds 100 μm, the development of high plasticity will be insufficient, and it may be difficult to produce a ceramic molded body with a desired shape before firing, and the strength characteristics will be insufficient, and the shape of the ceramic molded body will be maintained. May be difficult to do.
また、本発明においては、セラミックス原料粉末として、上述の水硬性アルミナ粉末に加えて、焼成された後に、酸化アルミニウム(Al2O3)と酸化アルミニウム(Al2O3)以外のセラミックス成分とが結合した多成分系セラミックスとなる第1の混合粉末、又は焼成された後に、酸化アルミニウム(Al2O3)に酸化アルミニウム(Al2O3)以外のセラミックス成分が分散したセラミックス複合体となる第2の混合粉末を用いる。 In the present invention, the ceramic raw material powder includes, in addition to the above-mentioned hydraulic alumina powder, ceramic components other than aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) after firing. A first mixed powder that becomes a bonded multi-component ceramic, or a ceramic composite in which ceramic components other than aluminum oxide (Al 2 O 3 ) are dispersed in aluminum oxide (Al 2 O 3 ) after firing. 2 mixed powder is used.
多成分系セラミックスとしては、例えば、ムライト(3Al2O3・2SiO2)、コージェライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2)等を挙げることができる。また、セラミックス複合体としては、例えば、アルミナの粒界に、スピネル(MgO・Al2O3)、炭化ケイ素(SiC)等が分散したものを挙げることができる。 Examples of multi-component ceramics include mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ), cordierite (2MgO.2Al 2 O 3 .5SiO 2 ), and the like. Examples of the ceramic composite include those in which spinel (MgO.Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), and the like are dispersed in an alumina grain boundary.
多成分系セラミックスとなる第1の混合粉末の具体例としては、例えば、水硬性アルミナ粉末と、二酸化ケイ素粉末とからなるムライトセラミックス用混合粉末を挙げることができる。 Specific examples of the first mixed powder to be a multicomponent ceramic include a mixed powder for mullite ceramics composed of a hydraulic alumina powder and a silicon dioxide powder.
セラミックス複合体となる第2の混合粉末の具体例としては、例えば、水硬性アルミナ粉末と、炭化ケイ素粉末とからなる炭化ケイ素分散アルミナセラミックス用混合粉末を挙げることができる。 As a specific example of the 2nd mixed powder used as a ceramic composite, the mixed powder for silicon carbide dispersion | distribution alumina ceramics which consists of a hydraulic alumina powder and a silicon carbide powder can be mentioned, for example.
本発明においては、所望の組成のセラミックス構造体を得るために、第1の混合粉末又は第2の混合粉末として、金属酸化物粉末、金属水酸化物粉末、金属炭酸塩粉末及び金属炭化物粉末からなる群から選ばれる少なくとも1種の粉末(以下、「金属化合物粉末」ということがある)を含むものを用いることが好ましい。 In the present invention, in order to obtain a ceramic structure having a desired composition, a metal oxide powder, a metal hydroxide powder, a metal carbonate powder, and a metal carbide powder are used as the first mixed powder or the second mixed powder. It is preferable to use a powder containing at least one powder selected from the group (hereinafter sometimes referred to as “metal compound powder”).
上述の第1又は第2の混合粉末は、第1又は第2の混合粉末を構成する粉末の全体の平均粒子径が、100μm以下であることが好ましく、0.01〜30μmであることがさらに好ましく、0.01〜5μmであることが特に好ましい。また、第1又は第2の混合粉末を混練する前の粒度(例えば、上述の平均粒子径)は、細かい方が好ましいが、混練過程で上述の範囲に粉砕処理をする場合には、粗粒であってもよい。 In the first or second mixed powder, the average particle size of the powder constituting the first or second mixed powder is preferably 100 μm or less, and more preferably 0.01 to 30 μm. Preferably, it is 0.01-5 micrometers especially preferable. Further, the particle size before kneading the first or second mixed powder (for example, the above-described average particle diameter) is preferably finer, but when the pulverization is performed in the above-described range during the kneading process, coarse particles are used. It may be.
第1又は第2の混合粉末の混合は、通常の混合方法を用いることができる。ただし、水を媒体とした湿式法で混合をする場合は、後述する水量で、しかも、水の添加後、硬化開始前に混合を終わらせることが好ましく、水の添加後、凝結開始前に、混合を終わらせることがさらに好ましい。ここで、「硬化」とは、水を含む混合粉末の流動性がなくなることを意味し、「凝結」とは、水を含む混合粉末がこわばることを意味する。 A normal mixing method can be used for mixing the first or second mixed powder. However, when mixing by a wet method using water as a medium, it is preferable to end the mixing after the addition of water and before the start of curing with the amount of water described below, and after the addition of water and before the start of condensation. More preferably, mixing is terminated. Here, “curing” means that the mixed powder containing water loses fluidity, and “coagulation” means that the mixed powder containing water is stiff.
本発明においては、セラミックス原料粉末100質量部と、水5〜200質量部とを混練することが好ましい。セラミックス原料粉末100質量部と、水10〜200質量部とを混練することがさらに好ましく、原料粉末100質量部と、水20〜120質量部とを混練することが特に好ましい。5質量部未満であると、水硬性アルミナの水和反応に伴う高可塑性の発現が不十分となり、焼成前において、所望の形状のセラミックス成形体の作製が困難となるとともに、強度特性が不十分となり、セラミックス成形体の形状を保持することが困難となることがある。また、200質量部を超えると、凝結・硬化し難いため、高可塑性の発現が不十分となり、焼成前において、所望の形状のセラミックス成形体の作製が困難となることがあるとともに、強度特性が不十分となり、セラミックス成形体の形状を保持することが困難となることがある。この場合、200質量部を超える水を使用して混練した場合であっても、最終的に調製されるセラミックス構造体用練土の水分が、200質量部以下であればよい。 In the present invention, it is preferable to knead 100 parts by mass of ceramic raw material powder and 5 to 200 parts by mass of water. It is more preferable to knead 100 parts by mass of the ceramic raw material powder and 10 to 200 parts by mass of water, and it is particularly preferable to knead 100 parts by mass of the raw material powder and 20 to 120 parts by mass of water. If the amount is less than 5 parts by mass, the development of high plasticity due to the hydration reaction of hydraulic alumina becomes insufficient, making it difficult to produce a ceramic molded body having a desired shape before firing, and insufficient strength characteristics. Thus, it may be difficult to maintain the shape of the ceramic molded body. On the other hand, if it exceeds 200 parts by mass, it is difficult to condense and harden, so that the expression of high plasticity is insufficient, and it may be difficult to produce a ceramic molded body of a desired shape before firing, and the strength characteristics are It may become insufficient and it may be difficult to maintain the shape of the ceramic molded body. In this case, even if it is a case where it knead | mixes using the water exceeding 200 mass parts, the water | moisture content of the kneaded clay for ceramic structures finally prepared should just be 200 mass parts or less.
セラミックス構造体用練土の流動性を保持しながら水の使用量を調整する目的で、例えば、リグニンスルホン酸塩、ポリカルボン酸塩等の減水剤を用いてもよい。 For the purpose of adjusting the amount of water used while maintaining the fluidity of the ceramic structure kneaded material, for example, a water reducing agent such as lignin sulfonate or polycarboxylate may be used.
本発明に用いられるセラミックス構造体用練土は、他の成分を格別配合することなしに、それ自体(セラミックス原料粉末及び水)の構成だけで優れた可塑性を有している。このため、これまでのように、焼成前において、セラミックス成形体の保形及び強度の向上を目的に添加されてきた、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース等の有機質成形助剤(有機質結合剤)等を殊更添加する必要はない。しかし、使用目的(例えば、セラミックス成形体の一層の強度の向上を必要とするような場合等)に応じて、前述の有機質成形助剤(有機質結合剤)を用いることを排除するものではない。 The clay for ceramic structure used in the present invention has excellent plasticity only by the constitution of itself (ceramic raw material powder and water) without specially blending other components. For this reason, as before, for example, organic molding aids (organic binders) such as polyvinyl alcohol and methyl cellulose which have been added for the purpose of shape retention and strength improvement of the ceramic molded body before firing are added. There is no need for additional addition. However, it does not exclude the use of the above-mentioned organic molding aid (organic binder) depending on the purpose of use (for example, when it is necessary to further improve the strength of the ceramic molded body).
一般に、可塑性発現の要因は、従来より普通陶磁器用原料として用いられているカオリナイト質粘土の場合、素木氏や奥田氏らの解説(窯業原料第4集、99−106,1952、粘土科学,8,14−23,1968)によると、a.粒子は細かくコロイド領域に近いこと、b.その形が偏平であること、c.水に対して粒子表面の水膜(水素結合による)が厚いこと、等が挙げられている。しかし、この可塑性発現の原因の本質は未解決な問題が多いとも指摘されている。本発明において調製されたセラミックス構造体用練土が、上記粘土のような可塑性を発現する要因は不明であるが、上述のa〜cのいずれかを満たしている可能性がある。 In general, in the case of kaolinite clay, which is conventionally used as a raw material for ordinary ceramics, the explanation of plasticity is explained by Mr. Noki and Mr. Okuda (Ceramics Raw Materials Vol. 4, 99-106, 1952, Clay Science) , 8, 14-23, 1968), a. The particles are fine and close to the colloidal region, b. Its shape is flat; c. For example, the water film on the particle surface (due to hydrogen bonding) is thicker than water. However, it has been pointed out that the essence of the cause of this plasticity has many unsolved problems. The cause for the plasticity of the ceramic structure prepared in the present invention to exhibit plasticity like the above clay is unknown, but may satisfy any of the above-mentioned a to c.
本発明においては、セラミックス原料粉末と水とを混練した後に、10〜200℃の温度、乾燥させない雰囲気下で養生することが好ましい。養生する温度は、室温〜60℃の温度がさらに好ましい。10℃未満であると、水硬性アルミナの水和反応に伴う高可塑性の発現が不十分となり、焼成前において、所望の形状のセラミックス成形体の作製が困難となることがある。200℃を超えると、熱エネルギーコストを増加させることになる。 In this invention, after knead | mixing ceramic raw material powder and water, it is preferable to cure in the atmosphere which is not dried at the temperature of 10-200 degreeC. The temperature for curing is more preferably room temperature to 60 ° C. When the temperature is less than 10 ° C., high plasticity due to the hydration reaction of hydraulic alumina becomes insufficient, and it may be difficult to produce a ceramic molded body having a desired shape before firing. If it exceeds 200 ° C., the heat energy cost is increased.
本発明に用いられるセラミックス構造体用練土は、(1)硬度特性として、5〜34mm、好ましくは、18〜34mm、さらに好ましくは、20〜30mmの硬度を有している。5mm未満であると、セラミックス構造体用練土から作製した、焼成前のセラミックス成形体が自重により変形してしまう。34mmを超えると、セラミックス成形体の作製時における作業性を低下させる。 The clay for ceramics structure used in the present invention has a hardness of (5) to 34 mm, preferably 18 to 34 mm, and more preferably 20 to 30 mm as (1) hardness characteristics. If the thickness is less than 5 mm, the ceramic molded body before firing produced from the ceramic structure kneaded material is deformed by its own weight. When it exceeds 34 mm, workability at the time of producing a ceramic molded body is lowered.
本発明に用いられるセラミックス構造体用練土は、(2)押し出し特性(後述する「押し出し試験」において、練土を直径3mmの麺状形状に押し出した場合の、押し出される練土の長さの測定値)として、5cm以上、好ましくは、10cm以上の押し出し特性を有している。5cm未満であると、所望の形状のセラミックス成形体を容易に調製することが困難になる。 The clay for ceramic structure used in the present invention has the following characteristics: (2) Extrusion characteristics (in the “extrusion test” described later, when the dough is extruded into a noodle-like shape having a diameter of 3 mm, As a measured value), it has an extrusion characteristic of 5 cm or more, preferably 10 cm or more. If it is less than 5 cm, it becomes difficult to easily prepare a ceramic molded body having a desired shape.
本発明に用いられるセラミックス構造体用練土は、成形作業に適した硬度と優れた押し出し特性とを併せ持つため、例えば、押し出し成形等によって所望の形状のセラミックス成形体を容易に調製することができる。このような(1)硬度特性における硬度の定義と、(2)押し出し特性における評価については後述する。 Since the clay for ceramic structure used in the present invention has both hardness suitable for molding operation and excellent extrusion characteristics, a ceramic molded body having a desired shape can be easily prepared by, for example, extrusion molding. . The definition of hardness in (1) hardness characteristics and evaluation in (2) extrusion characteristics will be described later.
本発明に用いられるセラミックス構造体用練土における「硬度」とは、特開2003−89575号公報に記載された可塑性坏土(可塑性練土)の硬度測定方法に準拠して測定される「硬さに関する指標」を意味する。すなわち、図1(硬度計を用いた練土の硬度測定方法を模式的に説明する図面であり、(a)は硬度計の全体図、(b)は練土が柔らかい場合の測定状態、(c)は練土が硬い場合の測定状態である)、図2(使用するばね材2のばね性状を示すグラフである)及び図3(硬度計の先端部の形状・寸法を示す拡大図である)に示すように、硬度計1は、円錐状の先端部4と支持部3がばね材2によって連結され、これらが円筒状の鞘部5内に収納されることにより構成されている(図1(a))。なお、本発明に用いられるセラミックス構造体用練土の硬度測定に際しては、まず、硬度計1の先端部4を練土6、7に、鞘部5が接するまで垂直に差し込む。次いで、支持部3が鞘部5の上方に突出した長さ(d1、d2)を読み、このときの数値(mm)を練土6、7の硬度と定義する。従って、数値が大きいほど練土6、7の硬度は高く、硬いことを意味する。なお、L0、L1、及びL2はばね材2の長さを示す。
“Hardness” in the ceramic structure kneaded material used in the present invention is “hardness” measured in accordance with the hardness measurement method of plastic clay (plastic kneaded material) described in JP-A-2003-89575. Meaning index. That is, FIG. 1 (drawing schematically explaining a method for measuring hardness of a dough using a hardness meter, (a) is an overall view of the hardness meter, (b) is a measurement state when the dough is soft, ( (c) is a measurement state when the kneaded clay is hard), FIG. 2 (a graph showing the spring properties of the
本発明においては、上述のセラミックス構造体用練土を所定形状に成形してセラミックス成形体を作製する。このようなセラミックス成形体を作製する方法としては、通常の方法を用いることができる。例えば、押出成形等を挙げることができる。上述のセラミックス構造体用練土を用いることによって、有機質成形助剤等の添加剤を格別用いることなしに、所望の形状をセラミックス成形体に付与することが可能である。セラミックス成形体の形状としては特に制限はないが、例えば、板状、円柱状等を挙げることができる。 In the present invention, the above ceramic structure kneaded material is molded into a predetermined shape to produce a ceramic molded body. As a method for producing such a ceramic molded body, a normal method can be used. For example, extrusion molding etc. can be mentioned. By using the ceramic structure kneaded material described above, it is possible to impart a desired shape to the ceramic molded body without using an additive such as an organic molding aid. Although there is no restriction | limiting in particular as a shape of a ceramic molded body, For example, plate shape, a column shape, etc. can be mentioned.
さらに、本発明においては、上述のセラミックス成形体を、乾燥、焼成して、セラミックス構造体を製造する。これらの方法は、通常の方法を用いることができる。例えば、常圧焼結を挙げることができる。この場合、ひび割れやそりが生じなければ、セラミックス成形体の乾燥、焼成をそれぞれ独立に行っても、又は一連で行ってもよい。 Furthermore, in the present invention, the ceramic molded body is dried and fired to produce a ceramic structure. These methods can be ordinary methods. For example, normal pressure sintering can be mentioned. In this case, if cracks and warpage do not occur, the ceramic molded body may be dried and fired independently or in series.
焼成温度は、1200〜1700℃が好ましい。さらに好ましくは1400〜1600℃である。1200℃未満であると、セラミックス構造体構成粒子が完全に生成しないことがある。また、1700℃を超えると、熱エネルギーコストを増加させることになるとともに、過焼結によって構成粒子が成長し過ぎることになり、強度が低下することがある。焼成時間は、加熱温度により相違するが、0.5〜10時間が好ましく、さらに好ましくは1〜6時間、特に好ましくは2〜4時間である。0.5時間未満であると、構成粒子が完全に生成しないことがある。10時間を超えると、熱エネルギーコストを増加させることになるとともに、過焼結によって構成粒子が成長し過ぎることになり、強度が低下することがある。 The firing temperature is preferably 1200 to 1700 ° C. More preferably, it is 1400-1600 degreeC. If the temperature is lower than 1200 ° C., the ceramic structure constituting particles may not be completely formed. On the other hand, when the temperature exceeds 1700 ° C., the thermal energy cost is increased, and the constituent particles grow too much due to oversintering, which may reduce the strength. Although baking time changes with heating temperature, 0.5 to 10 hours are preferable, More preferably, it is 1 to 6 hours, Most preferably, it is 2 to 4 hours. If it is less than 0.5 hour, the constituent particles may not be completely formed. If it exceeds 10 hours, the thermal energy cost is increased, and the constituent particles grow too much due to oversintering, and the strength may be lowered.
セラミックス原料粉末中の水硬性アルミナ粉末の量及び水量を上述の範囲の中で適宜調節したセラミックス構造体用練土を用いることにより、緻密質から多孔質までのセラミックス構造体を製造することができる。 A ceramic structure from dense to porous can be manufactured by using a ceramic structure kneaded material in which the amount of hydraulic alumina powder in the ceramic raw material powder and the amount of water are appropriately adjusted within the above range. .
本発明のセラミックス構造体は、上述の方法によって製造された高品質の構造体である。例えば、耐熱性、耐食性、耐熱衝撃性、機械的強度等の特性に優れた高品質のものであるため、これらの特性を必要とする構造用部品、電子部品等を用いる各種の産業分野において有効に用いられる。 The ceramic structure of the present invention is a high-quality structure manufactured by the above-described method. For example, because it is of high quality with excellent characteristics such as heat resistance, corrosion resistance, thermal shock resistance, and mechanical strength, it is effective in various industrial fields that use structural parts and electronic parts that require these characteristics. Used for.
以下、実施例に基づいて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらによって何ら限定されるものではない。なお、セラミックス構造体用練土の特性(可塑性)は、前述のように、特開2003−89575号公報に記載された可塑性坏土(可塑性練土)の硬度測定方法に準拠して測定した硬度の値と、セラミックス構造体用練土を直径3mmの麺状形状に押し出した場合の目視観察(以下、「押し出し試験」ということがある)とで評価した。上述の「押し出し試験」は、具体的には、図4(a)、(b)に示すように、金型13に、試料11を充填した後に万能試験機を用いて押し棒15に荷重をかけ、直径3mmの孔17から押し出される練土8の長さを測定するとともに形状を目視観察した。なお、参考として、図4(c)、(d)に示すように、金型14に、試料12を充填した後に万能試験機を用いて押し棒16に荷重をかけ、直径1mmの孔18から押し出される練土9の長さを測定するとともに形状をも目視観察した。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not limited at all by these. In addition, the characteristic (plasticity) of the kneaded clay for ceramics structure is the hardness measured in accordance with the hardness measuring method of the plastic clay (plastic dough) described in JP-A-2003-89575 as described above. And the visual observation (hereinafter sometimes referred to as “extrusion test”) when the ceramic structure kneaded material was extruded into a noodle-like shape having a diameter of 3 mm. Specifically, as shown in FIGS. 4A and 4B, the above-described “extrusion test” is performed by applying a load to the push rod 15 using a universal testing machine after filling the mold 13 with the sample 11. The length of the clay 8 extruded from the hole 17 having a diameter of 3 mm was measured, and the shape was visually observed. For reference, as shown in FIGS. 4C and 4D, after the sample 14 is filled with the sample 12, a load is applied to the push bar 16 using a universal testing machine, and the hole 18 having a diameter of 1 mm is applied. The length of the extruded clay 9 was measured and the shape was also visually observed.
なお、比較例1では、陶磁器用カオリナイト質天然粘土の可塑性を硬度及び押し出し試験によって評価したが、これは、現時点で陶磁器用カオリナイト質天然粘土の可塑性に優る、焼成後にセラミックス構造体になる高可塑性物質が存在しないため、可塑性の基準として陶磁器用カオリナイト質天然粘土の可塑性の評価結果を本発明との比較のため用いたものである。 In Comparative Example 1, the plasticity of the kaolinite natural clay for ceramics was evaluated by the hardness and the extrusion test, which is superior to the plasticity of the kaolinite natural clay for ceramics at present and becomes a ceramic structure after firing. Since there is no highly plastic material, the plasticity evaluation result of kaolinite natural clay for ceramics is used for comparison with the present invention.
また、以下の実施例1〜2では、セラミックス用原料粉末として、水硬性アルミナと二酸化ケイ素とからなるムライトセラミックス用原料粉末、並びに水硬性アルミナと、二酸化ケイ素及び酸化マグネシウムの混合粉末とからなるコージェライトセラミックス用原料粉末を用いた例を示す。さらに、比較例2〜4では、セラミックス用原料粉末として、α−アルミナと二酸化ケイ素とからなるムライトセラミックス用原料粉末、並びにα−アルミナと、二酸化ケイ素及び酸化マグネシウムの混合粉末とからなるコージェライトセラミックス用原料粉末を用いた例を示す。 Moreover, in the following Examples 1-2, as a raw material powder for ceramics, a cordier composed of a raw material powder for mullite ceramics composed of hydraulic alumina and silicon dioxide, and a mixed powder of hydraulic alumina, silicon dioxide and magnesium oxide. The example using the raw material powder for light ceramics is shown. Further, in Comparative Examples 2 to 4, cordierite ceramics comprising mullite ceramic raw material powder comprising α-alumina and silicon dioxide, and cordierite ceramic comprising alpha-alumina, mixed powder of silicon dioxide and magnesium oxide as the ceramic raw material powder. An example using a raw material powder is shown.
(実施例1)
水硬性アルミナ(商品名:BK−105、平均粒子径:3.65μm、住友化学(株)製)の1400℃までの熱分析を行い、水硬性アルミナの脱水による質量減少率を測定したところ、8.4質量%であった。内径75mm、内容積300cm3のアルミナ製容器に、水硬性アルミナと試薬特級の二酸化ケイ素とを、それぞれ、73.5質量部(29.4g)、26.5質量部(10.6g)となるように調整充填した。この時、水硬性アルミナは、前述の加熱に伴う脱水分を加味して秤量した。さらに、Al2O3が99.9質量%のα−アルミナ製ボールを300gとエチルアルコールを160g充填し、遊星ボールミルを使用して、250rpmで0.5時間湿式混合を行った。得られたスラリーを、減圧下、60℃で乾燥した後に、全量を100メッシュのふるい通しをして、ムライトセラミックス用原料粉末(2バッチ、計80g相当)を調製した。
(Example 1)
Thermal analysis up to 1400 ° C. of hydraulic alumina (trade name: BK-105, average particle size: 3.65 μm, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was performed, and the mass reduction rate due to dehydration of hydraulic alumina was measured. It was 8.4% by mass. In an alumina container having an inner diameter of 75 mm and an inner volume of 300 cm 3 , hydraulic alumina and reagent-grade silicon dioxide are 73.5 parts by mass (29.4 g) and 26.5 parts by mass (10.6 g), respectively. Adjusted filling as follows. At this time, the hydraulic alumina was weighed in consideration of the dehydration accompanying the aforementioned heating. Further, 300 g of α-alumina balls having 99.9% by mass of Al 2 O 3 and 160 g of ethyl alcohol were filled, and wet mixing was performed at 250 rpm for 0.5 hours using a planetary ball mill. The obtained slurry was dried at 60 ° C. under reduced pressure, and then passed through a 100-mesh sieve to prepare a mullite ceramic raw material powder (2 batches, equivalent to a total of 80 g).
上述のようにして調製したムライトセラミックス用原料粉末100質量部(60g)に、蒸留水60質量部(36g)を加えて、混練後、密封容器に充填した。その後、25℃の恒温装置で48時間静置したところ、水硬性アルミナの水和反応によって全体が硬化した。試料を、密封容器から取り出し、硬度を測定したところ27mmであった。また、底部に直径3mmの孔を持つ金型に試料を充填し、万能試験機を使用して押し出したところ、傷、ひび割れのない直径3mmの麺状形状をしたムライトセラミックス用練土が10cm連続して押し出された。さらに、底部に直径1mmの孔を持つ金型に試料を充填し、万能試験機を使用して押し出したところ、傷、ひび割れのない直径1mmの麺状形状をしたムライトセラミックス用練土が11cm連続して押し出された。 60 parts by mass (36 g) of distilled water was added to 100 parts by mass (60 g) of the raw material powder for mullite ceramics prepared as described above, and the mixture was kneaded and filled into a sealed container. Then, when it left still with a 25 degreeC thermostat for 48 hours, the whole hardened | cured by the hydration reaction of hydraulic alumina. The sample was taken out from the sealed container and the hardness was measured to be 27 mm. Moreover, when a sample having a hole with a diameter of 3 mm in the bottom was filled with a sample and extruded using a universal testing machine, a 3 mm diameter noodle-shaped paste for mullite ceramics without cracks or cracks was continuous for 10 cm. And pushed out. Furthermore, when a sample was filled in a mold having a hole with a diameter of 1 mm at the bottom and extruded using a universal testing machine, a 1 mm diameter noodle-shaped paste for mullite ceramics without scratches or cracks was continuously 11 cm. And pushed out.
得られたムライトセラミックス用練土のうち、直径3mmの麺状形状をした長さ10cmのムライトセラミックス成形体を1600℃で2時間焼成した。その結果、密度が1.72g/cm3、開気孔率が44.8%で、そり、欠け、ひび割れがない良好な多孔質ムライトセラミックス構造体が得られた。なお、焼成は成形体の乾燥も兼ね、20時間以内に室温〜150℃、7時間以内に150〜850℃、1時間以内に850〜1000℃、2時間以内に1000〜1600℃、1600℃に2時間保持して行った後、炉冷した。得られたムライトセラミックス構造体の特性は、気孔形成剤を用いずに、開気孔率の高い多孔質構造体であった。 Of the obtained kneaded clay for mullite ceramics, a mullite ceramic molded body having a length of 10 cm and a noodle shape having a diameter of 3 mm was fired at 1600 ° C. for 2 hours. As a result, a good porous mullite ceramic structure having a density of 1.72 g / cm 3 and an open porosity of 44.8% and free from warpage, chipping and cracking was obtained. The firing also serves to dry the molded body. Room temperature to 150 ° C within 20 hours, 150 to 850 ° C within 7 hours, 850 to 1000 ° C within 1 hour, 1000 to 1600 ° C within 2 hours, and 1600 ° C within 1 hour. After holding for 2 hours, the furnace was cooled. The obtained mullite ceramics structure was a porous structure having a high open porosity without using a pore forming agent.
(実施例2)
水硬性アルミナ、試薬特級の二酸化ケイ素、及び試薬特級の酸化マグネシウムを、それぞれ、36.9質量部(14.8g)、49.8質量部(19.9g)、13.4質量部(5.4g)となるように調整充填した。この時、水硬性アルミナは、実施例1との場合と同様に、加熱に伴う脱水分を加味して秤量した。さらに、実施例1と同様の操作を行い、コージェライトセラミックス用原料粉末を調製した。
(Example 2)
36.9 parts by mass (14.8 g), 49.8 parts by mass (19.9 g), and 13.4 parts by mass (5. 5 parts) of hydraulic alumina, reagent-grade silicon dioxide, and reagent-grade magnesium oxide, respectively. 4 g) was adjusted and filled. At this time, as in the case of Example 1, the hydraulic alumina was weighed in consideration of dehydration accompanying heating. Furthermore, the same operation as in Example 1 was performed to prepare a raw powder for cordierite ceramics.
上述のようにして調製したコージェライトセラミックス用原料粉末100質量部(60g)に、蒸留水60質量部(36g)を加えて、混練後、密封容器に充填した。その後、25℃の恒温装置で48時間静置したところ、水硬性アルミナの水和反応によって全体が硬化した。試料を、密封容器から取り出し、硬度を測定したところ20mmであった。また、底部に直径3mmの孔を持つ金型に試料を充填し、万能試験機を使用して押し出したところ、傷、ひび割れのない直径3mmの麺状形状をしたセラミックス構造体用練土が12cm連続して押し出された。さらに、底部に直径1mmの孔を持つ金型に試料を充填し、万能試験機を使用して押し出したところ、傷、ひび割れのない直径1mmの麺状形状をしたコージェライトセラミックス用練土が13cm連続して押し出された。 60 parts by mass (36 g) of distilled water was added to 100 parts by mass (60 g) of the raw material powder for cordierite ceramics prepared as described above, and the mixture was kneaded and filled into a sealed container. Then, when it left still with a 25 degreeC thermostat for 48 hours, the whole hardened | cured by the hydration reaction of hydraulic alumina. The sample was taken out from the sealed container and measured for hardness, which was 20 mm. In addition, when a sample having a hole with a diameter of 3 mm in the bottom was filled with a sample and extruded using a universal testing machine, a 3 mm-diameter noodle-shaped ceramic structure paste without cracks and cracks was 12 cm. Extruded continuously. Furthermore, when a sample having a hole with a diameter of 1 mm at the bottom was filled with a sample and extruded using a universal testing machine, a cordierite ceramic paste with a diameter of 1 mm and no scratches or cracks was found to be 13 cm. Extruded continuously.
得られたセラミックス用練土のうち、直径3mmの麺状形状をした長さ12cmのコージェライトセラミックス成形体を1400℃で2時間焼成した。その結果、密度が1.53g/cm3、開気孔率が39.9%で、そり、欠け、ひび割れがない良好な多孔質コージェライトセラミックス構造体が得られた。なお、焼成は成形体の乾燥も兼ね、20時間以内に室温〜150℃、7時間以内に150〜850℃、1時間以内に850〜1000℃、1.5時間以内に1000〜1400℃、1400℃に2時間保持して行った後、炉冷した。得られたコージェライトセラミックス構造体の特性は、気孔形成剤を用いずに、開気孔率の高い多孔質構造体であった。 Among the obtained ceramic clay, a 12 cm long cordierite ceramic molded body having a noodle shape with a diameter of 3 mm was fired at 1400 ° C. for 2 hours. As a result, a good porous cordierite ceramic structure having a density of 1.53 g / cm 3 and an open porosity of 39.9% and free from warpage, chipping and cracking was obtained. Baking also serves to dry the molded body. Room temperature to 150 ° C. within 20 hours, 150 to 850 ° C. within 7 hours, 850 to 1000 ° C. within 1 hour, 1000 to 1400 ° C. within 1.5 hours, 1400 After holding at 2 ° C. for 2 hours, the furnace was cooled. The resulting cordierite ceramic structure was a porous structure having a high open porosity without using a pore forming agent.
実施例2で作製したコージェライトセラミックス成形体の一部(0.019g)について、1000℃までの加熱過程に発生する気体の分析を行った。最も気体発生量の多かった272℃での発生気体種及びその発生強度を測定した。その結果、質量数18の水が主として検出された。さらに、質量数18の水以外の質量数の大きい炭化水素系と考えられる気体の発生強度は低かった。この結果を図5に示す。 A part (0.019 g) of the cordierite ceramic molded body produced in Example 2 was analyzed for gas generated in the heating process up to 1000 ° C. The generated gas species and the generated intensity at 272 ° C., which generated the largest amount of gas, were measured. As a result, water having a mass number of 18 was mainly detected. Furthermore, the generation intensity of gas considered to be a hydrocarbon system having a large mass number other than water having a mass number of 18 was low. The result is shown in FIG.
(比較例1)
陶磁器用カオリナイト質天然粘土の硬度を測定したところ23mmであった。また、底部に直径3mmの孔を持つ金型にカオリナイト質天然粘土を充填し、万能試験機を使用して押し出したところ、傷、ひび割れのない直径3mmの麺状形状をしたカオリナイト質天然粘土が13cm連続して押し出された。さらに、底部に直径1mmの孔を持つ金型にカオリナイト質天然粘土を充填し、万能試験機を使用して押し出したところ、直径1mmの麺状形状をしたカオリナイト質天然粘土が13cm連続して押し出された。
(Comparative Example 1)
It was 23 mm when the hardness of the kaolinite natural clay for ceramics was measured. In addition, a kaolinite natural clay filled in a mold with a hole with a diameter of 3 mm at the bottom and extruded using a universal testing machine, a kaolinite natural with a 3 mm diameter noodle shape without scratches or cracks. Clay was extruded 13cm continuously. Furthermore, when a mold having a hole with a diameter of 1 mm at the bottom is filled with kaolinite natural clay and extruded using a universal testing machine, 13 cm of kaolinite natural clay having a 1 mm diameter noodle-like shape continues. And pushed out.
(比較例2)
α−アルミナ(商品名:TMDAR、平均粒子径:0.2μm、大明化学(株)製)と試薬特級の二酸化ケイ素を、それぞれ、71.8質量部(28.7g)、28.2質量部(11.3g)となるように調整充填した。さらに、Al2O3が99.9質量%のα−アルミナ製ボールを300gとエチルアルコールを160g充填し、遊星ボールミルを使用して、250rpmで0.5時間湿式混合を行った。得られたスラリーを、減圧下、60℃で乾燥した後に、全量を100メッシュのふるい通しをして、ムライトセラミックス用原料粉末(3バッチ、計120g相当)を調製した。
(Comparative Example 2)
71.8 parts by mass (28.7 g) and 28.2 parts by mass of α-alumina (trade name: TMDAR, average particle size: 0.2 μm, manufactured by Daimei Chemical Co., Ltd.) and reagent-grade silicon dioxide, respectively. Adjustment filling was carried out so that it might become (11.3g). Further, 300 g of α-alumina balls having 99.9% by mass of Al 2 O 3 and 160 g of ethyl alcohol were filled, and wet mixing was performed at 250 rpm for 0.5 hours using a planetary ball mill. The obtained slurry was dried at 60 ° C. under reduced pressure, and then the whole amount was passed through a 100-mesh sieve to prepare mullite ceramic raw material powders (3 batches, corresponding to a total of 120 g).
上述のようにして調製したムライトセラミックス用原料粉末100質量部(100g)に、蒸留水30質量部(30g)を加えて、混練後、密封容器に充填した。その後、25℃の恒温装置で48時間静置したところ、全体が硬化しなかった。密封容器から取り出し、硬度を測定したところ0mmであった。また、底部に直径3mmの孔を持つ金型に試料を充填し、万能試験機を使用して押し出したところ、孔からペースト状の試料が、連続せず断続的に押し出された。押し出された試料は、孔通過直後の形状を保つことができなかった。さらに、底部に直径1mmの孔を持つ金型に試料を充填し、万能試験機を使用して押し出したところ、孔からペースト状の試料が、連続せず断続的に押し出された。押し出された試料は、孔通過直後の形状を保つことができなかった。 30 parts by mass (30 g) of distilled water was added to 100 parts by mass (100 g) of the raw material powder for mullite ceramics prepared as described above, and the mixture was kneaded and filled into a sealed container. Then, when it left still for 48 hours with a 25 degreeC thermostat, the whole did not harden | cure. When taken out from the sealed container and measured for hardness, it was 0 mm. Moreover, when a sample having a hole with a diameter of 3 mm in the bottom was filled with a sample and extruded using a universal testing machine, a paste-like sample was intermittently extruded from the hole. The extruded sample could not maintain the shape immediately after passing through the hole. Furthermore, when a sample having a hole with a diameter of 1 mm at the bottom was filled with a sample and extruded using a universal testing machine, a paste-like sample was intermittently extruded from the hole. The extruded sample could not maintain the shape immediately after passing through the hole.
(比較例3)
α−アルミナ、試薬特級の二酸化ケイ素、及び試薬特級の酸化マグネシウムを、それぞれ、34.9質量部(14.0g)、51.4質量部(20.6g)、13.8質量部(5.5g)となるように調整充填した。比較例2と同様の操作を行い、コージェライトセラミックス用原料粉末を調製した。
(Comparative Example 3)
34.9 parts by mass (14.0 g), 51.4 parts by mass (20.6 g), and 13.8 parts by mass of α-alumina, reagent-grade silicon dioxide, and reagent-grade magnesium oxide (5. 5g) was adjusted and filled. The same operation as in Comparative Example 2 was performed to prepare a raw material powder for cordierite ceramics.
上述のようにして調製したコージェライトセラミックス用原料粉末100質量部(100g)に、蒸留水30質量部(30g)を加えて、混練後、密封容器に充填した。その後、25℃の恒温装置で48時間静置したところ、全体が硬化しなかった。密封容器から取り出し、硬度を測定したところ0mmであった。また、底部に直径3mmの孔を持つ金型に試料を充填し、万能試験機を使用して押し出したところ、孔からペースト状の試料が、連続せず断続的に押し出された。押し出された試料は、孔通過直後の形状を保つことができなかった。さらに、底部に直径1mmの孔を持つ金型に試料を充填し、万能試験機を使用して押し出したところ、孔からペースト状の試料が、連続せず断続的に押し出された。押し出された試料は、孔通過直後の形状を保つことができなかった。 30 parts by mass (30 g) of distilled water was added to 100 parts by mass (100 g) of the raw material powder for cordierite ceramics prepared as described above, and the mixture was kneaded and filled into a sealed container. Then, when it left still for 48 hours with a 25 degreeC thermostat, the whole did not harden | cure. When taken out from the sealed container and measured for hardness, it was 0 mm. Moreover, when a sample having a hole with a diameter of 3 mm in the bottom was filled with a sample and extruded using a universal testing machine, a paste-like sample was intermittently extruded from the hole. The extruded sample could not maintain the shape immediately after passing through the hole. Furthermore, when a sample having a hole with a diameter of 1 mm at the bottom was filled with a sample and extruded using a universal testing machine, a paste-like sample was intermittently extruded from the hole. The extruded sample could not maintain the shape immediately after passing through the hole.
(比較例4)
比較例2で用いたムライトセラミックス用原料粉末100質量部(30g)に、有機質結合材として、メチルセルロース8質量部(2.4g)と蒸留水30質量部(9g)を加えて、アルミナ乳鉢中で十分混練して調製した混練物の一部(0.015g)について、実施例2と同様の測定を行った。その結果、最も気体発生量の多い360℃において、質量数18の水以外に質量数の大きい炭化水素系と考えられる気体が高い発生強度で検出された。これらの結果を図6に示す。
(Comparative Example 4)
To 100 parts by mass (30 g) of the raw powder for mullite ceramics used in Comparative Example 2, 8 parts by mass of methylcellulose (2.4 g) and 30 parts by mass of distilled water (9 g) are added as an organic binder, and in an alumina mortar. A part of the kneaded material (0.015 g) prepared by sufficiently kneading was subjected to the same measurement as in Example 2. As a result, at 360 ° C. with the largest gas generation amount, a gas considered to be a hydrocarbon system having a large mass number other than water having a mass number of 18 was detected with high generation intensity. These results are shown in FIG.
本発明のセラミックス構造体の製造方法及びセラミックス構造体は、耐熱性、電気絶縁性、機械的強度等の特性に優れた高品質のセラミックス構造体を簡易、低環境負荷かつ低コストで提供することができ、これらの特性を必要とする構造用部品、電子部品等を用いる各種の産業分野において有効に用いられる。 The method for producing a ceramic structure and the ceramic structure of the present invention provide a high-quality ceramic structure excellent in characteristics such as heat resistance, electrical insulation and mechanical strength, simply, at low environmental load and at low cost. And can be used effectively in various industrial fields using structural parts, electronic parts, and the like that require these characteristics.
1…硬度計、2…ばね材、3…支持部、4…先端部、5…鞘部、6、7、8、9…セラミックス構造体用練土、11、12…試料、13、14…金型、15、16…押し棒、17、18…孔。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hardness meter, 2 ... Spring material, 3 ... Support part, 4 ... Front-end | tip part, 5 ... Sheath part, 6, 7, 8, 9 ... Kneaded clay for ceramic structures, 11, 12 ... Sample, 13, 14 ... Mold, 15, 16 ... push rod, 17, 18 ... hole.
Claims (7)
前記セラミックス原料粉末として、水和反応により水和物を形成する水硬性アルミナ粉末を少なくとも1質量%含むものを用いるとともに、
前記セラミックス原料粉末として、前記水硬性アルミナ粉末に加えて、焼成された後に、酸化アルミニウム(Al2O3)と酸化アルミニウム(Al2O3)以外のセラミックス成分とが結合した多成分系セラミックスとなる第1の混合粉末、又は焼成された後に、酸化アルミニウム(Al2O3)に酸化アルミニウム(Al2O3)以外のセラミックス成分が分散したセラミックス複合体となる第2の混合粉末を用いるセラミックス構造体の製造方法。 The ceramic raw material powder and water are kneaded to prepare a ceramic structure kneaded material, and the prepared ceramic structure kneaded material is molded into a predetermined shape to produce a ceramic molded body. A method for producing a ceramic structure in which a formed body is dried and fired to obtain a ceramic structure,
As the ceramic raw material powder, a powder containing at least 1% by mass of a hydraulic alumina powder that forms a hydrate by a hydration reaction,
As the ceramic raw material powder, in addition to the hydraulic alumina powder, after being fired, and the multi-component system ceramics and a ceramic component other than aluminum oxide (Al 2 O 3) and aluminum oxide (Al 2 O 3) is bonded Ceramics using the first mixed powder or the second mixed powder that becomes a ceramic composite in which a ceramic component other than aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is dispersed in aluminum oxide (Al 2 O 3 ) after firing. Manufacturing method of structure.
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