JP3055331B2 - セラミック焼成炉用炉材およびその製造方法 - Google Patents
セラミック焼成炉用炉材およびその製造方法Info
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Description
ク素子などの焼成炉に用いられる、アルミナ質またはア
ルミナ−ジルコニア質の炉材成形体(炉材基材)にジル
コニアコーティングを施してなる、繰返し使用における
耐久性を改善したセラミック焼成炉用炉材およびその製
造方法に関する。
品用セラミック素子などを焼成するために用いられるセ
ラミック焼成炉用炉材としては、通常、アルミナ質また
はアルミナ−ジルコニア質の炉材が用いられることが多
い。
め、かつ、熱容量を小さくするために軽量化したアルミ
ナ質、アルミナ−ジルコニア質、あるいはジルコニア質
の炉材も使用されるに至っている。
セラミック素子の焼成を行う場合、炉材上にセラミック
素子の成形体を並べて載置し、所定の温度に昇温してセ
ラミック素子の焼成を行う。
セラミック素子との反応を防止するために、安定で反応
性の小さいジルコニア質のプレートまたはパウダーを炉
材上に敷き、その上にセラミック素子の成形体を載置し
て焼成を行う。したがって、焼成を行うたびにジルコニ
ア質のプレートまたはパウダーを炉材上に敷く工程が必
要となるため、焼成工程が複雑になり製造コストの増大
を招くという問題点がある。
材成形体(炉材基材)の表面にジルコニアをコーティン
グして焼き付けたり、未焼成の炉材成形体の表面にジル
コニアスラリーをコーティングした後焼成し、炉材成形
体の焼成と同時にジルコニアコーティング層を焼き付け
たりすることにより、ジルコニアのコーティング層を炉
材成形体の表面に形成した炉材が使用されている。
素子を繰り返して焼成する場合に、繰返し使用による温
度サイクル(熱サイクル)により炉材成形体とジルコニ
アコーティング層との間に歪が生じてジルコニアコーテ
ィング層が剥離するなど、炉材の耐久性が不十分で、保
守に手間がかかるとともに焼成炉の稼働率が低下して製
造コストが増大するという問題点がある。
面にジルコニアを溶射する方法も提案されているが、ジ
ルコニアを溶射するためには大掛かりな設備が必要で、
多大の費用を要すること、及び上記の従来例と同様、繰
返し使用による温度サイクルに起因してジルコニア層の
剥離が生じ、必ずしも十分な耐久性が得られないことな
どの問題点がある。
るものであり、特に大きなコストを必要とすることな
く、繰り返して使用した場合にもジルコニアコーティン
グ層の剥離が発生しにくく、耐用性に優れたセラミック
焼成炉用炉材の製造方法を提供することを目的とする。
に、発明者等は、ジルコニアコーティング層の剥離の原
因などに関し、種々の検討及び実験を行った。
コニアの熱膨脹係数と炉材成形体(炉材基材)の熱膨脹
係数に、高温領域で差があることが、ジルコニアコーテ
ィング層の剥離の最も大きな要因であることがわかっ
た。
ニア質の炉材の熱膨脹率を示す。
ラミック素子の焼成を繰り返して行った場合、繰返し使
用による温度サイクルにより、ジルコニアコーティング
層と炉材成形体との境界層に歪が生じ、結果として、ジ
ルコニアコーティング層の剥離が発生し、炉材寿命が短
くなる。
グされたジルコニアは、単斜晶、正方晶、立方晶の3つ
の結晶変態を有し、セラミック素子の焼成温度領域で結
晶変態の移行に伴う異常膨脹収縮が生じる。そのため、
ジルコニアコーティング層の体積が変化して、炉材成形
体とジルコニアコーティング層の間に隙間が生じ、ジル
コニアコーティング層の剥離が発生する。
の異常膨脹収縮は、コーティング層を構成するジルコニ
アを安定化することにより可能になる。ジルコニアを安
定化するために用いられる安定化剤としては、一般に、
MgO,CaO,Y2O3などがよく知られている。
ニア(ZrO2)との固溶体が不安定で、高温使用には
適していない。また、CaOは、高温使用中に炉材成形
体(炉材基材)及び被焼成物であるセラミック素子に拡
散しやすく、セラミック素子の品質低下や、焼成工程で
のセラミック素子同士の付着などを引き起こし、同時に
CaOの抜けにより、ジルコニアの安定化度が低下して
熱膨脹係数が大きく変化し、結果としてジルコニアコー
ティング層の剥離が発生しやすくなる。
耐反応性に優れ、品質的に比較的安定である。しかし、
Y2O3による安定化ジルコニアの熱膨脹係数は、アルミ
ナ質またはアルミナ−ジルコニア質の炉材の熱膨脹係数
に比べて非常に大きく、15〜20回の繰返し使用によ
りジルコニアコーティング層の剥離が発生する。
々の実験、検討を行った結果、完全安定化ジルコニアと
未安定化ジルコニアを混合することにより、見掛けの安
定化度を変化させて、熱膨脹係数を所望の値に調整し、
炉材成形体の熱膨脹係数にあわせることが可能であるこ
とを知り、さらに実験、検討を行って本願発明を完成さ
せた。なお、表2に、完全安定化ジルコニアと未安定化
ジルコニアの比率と熱膨脹係数との関係を示す。
と未安定化ジルコニアの割合を変化させることにより、
熱膨脹係数が変化することがわかる。
ック焼成炉用炉材は、アルミナ質またはアルミナ−ジル
コニア質の炉材成形体と、安定化ジルコニアと未安定化
ジルコニアとを混合してなるジルコニアコーティング層
とからなることを特徴とする。また、本願第2の発明に
かかるセラミック焼成炉用炉材の製造方法は、アルミナ
質またはアルミナ−ジルコニア質の炉材成形体にジルコ
ニアコーティングを施してなるセラミック焼成炉用炉材
の製造方法において、コーティング材として、安定化ジ
ルコニアと未安定化ジルコニアとを混合して熱膨張係数
を調整したジルコニア質コーティング材を用いてジルコ
ニアコーティングすることを特徴とする。
焼成炉用炉材の製造方法は、アルミナ質またはアルミナ
−ジルコニア質の炉材成形体にジルコニアコーティング
層を施してなるセラミック焼成炉用炉材の製造方法にお
いて、コーティング材として、安定化ジルコニアと未安
定化ジルコニアとを混合して熱膨張係数を調整したジル
コニア質コーティング材を用い、該ジルコニア質コーテ
ィング材を炉材成形体の表面に付着させた後、炉材成形
体を焼成すると同時にその表面に付着させたジルコニア
質コーティング材を焼成してジルコニアコーティング層
を形成することを特徴とする。
コニア質材料の配合割合を、所定の熱膨脹係数が得られ
るように適宜調整することにより、ジルコニア質コーテ
ィング材の熱膨脹係数と、アルミナ質またはアルミナ−
ジルコニア質の炉材成形体の熱膨脹係数の差をできるだ
け小さくして、繰り返して使用しても、ジルコニアコー
ティング層の剥離が非常に発生しにくく、耐久性に優れ
た長寿命の炉材を得ることが可能になる。
成形体の表面に付着させた後、炉材成形体を焼成すると
同時にその表面に付着させたジルコニア質コーティング
材を焼成して炉材成形体の表面にジルコニアコーティン
グ層を形成する(すなわち同時焼成する)ことにより、
炉材表面(ジルコニアコーティング層が形成された炉材
の表面)を平滑にすることができるとともに、コーティ
ング層の焼付けを別の工程で行う場合に比べてジルコニ
アコーティング層の焼付け工程が不要になり、製造コス
トを低減することが可能になる。
徴とするところをさらに詳しく説明する。
形体の表面にジルコニアコーティング層が形成された炉
材(試料)を作成した。
0重量部に、カオリン粘土1.5重量部(通常は0〜
2.5重量部の範囲で添加する)を添加、混合した後ス
ラリー化した。それから、このアルミナスラリーを石膏
型に圧力鋳込み成形した後、離型、乾燥して炉材成形体
を作成した。
rO293重量%以上,Y2O36重量%以上)80重量
部に対して高純度ジルコニア(未安定化ジルコニア)
(ZrO299重量%以上)を20重量部添加してジル
コニア質コーティング材を調製し、これをスラリー化し
た後、上記炉材成形体の全面にスプレー噴霧して、炉材
成形体の表面に0.2〜0.3mmのジルコニア層を形成
した。そして、乾燥後に1600℃で2時間焼成して、
炉材成形体を焼結させるとともに、ジルコニアコーティ
ング層を形成させた。
添加していないジルコニア質コーティング材を用いて上
記実施例と同様の方法により、炉材成形体の表面にジル
コニアコーティング層を形成させ、これを比較例1とし
た。
0重量部に、カオリン粘土1.5重量部を添加、混合し
た後スラリー化した。それから、軽量質にするために、
樹脂粒子を体積比で38%となるように石膏型に充填
し、上記のアルミナスラリーをこの石膏型に圧力鋳込み
成形した後、離型、乾燥して炉材成形体を作成した。
rO293重量%以上,Y2O36重量%以上)80重量
部に対して高純度ジルコニア(未安定化ジルコニア)
(ZrO299重量%以上)を20重量部添加してジル
コニア質コーティング材を調製し、これをスラリー化し
た後、上記炉材成形体の全面にスプレー噴霧して、炉材
成形体の表面に0.2〜0.3mmのジルコニアコーティ
ング層を形成した。そして、乾燥後に1600℃で2時
間焼成して、炉材成形体を焼結させるとともに、ジルコ
ニアコーティング層を形成させ、軽量質炉材を作成し
た。
添加していないジルコニア質コーティング材を用いて上
記実施例と同様の方法により、軽量質の炉材成形体の表
面にジルコニアコーティング層を形成させ、これを比較
例2とした。
純度ジルコニア(ZrO299重量%以上)を90重量
部:10重量部の割合で混合し、これにカオリン粘土
1.5重量部を添加、混合した後スラリー化した。それ
から、このアルミナ−ジルコニアスラリーを石膏型に圧
力鋳込み成形した後、離型、乾燥することにより炉材成
形体を作成した。
rO293重量%以上,Y2O36重量%以上)80重量
部に対して高純度ジルコニア(未安定化ジルコニア)
(ZrO299重量%以上)を20重量部添加してジル
コニア質コーティング材を調製し、これをスラリー化し
た後、上記炉材成形体の全面にスプレー噴霧して、炉材
成形体の表面に0.2〜0.3mmのジルコニア層を形成
した。そして、乾燥後に1600℃で2時間焼成して、
炉材成形体を焼結させるとともに、ジルコニアコーティ
ング層を形成させた。
添加していないジルコニア質コーティング材を用いて上
記実施例と同様の方法により、炉材成形体の表面にジル
コニアコーティング層を形成させ、これを比較例3とし
た。
純度ジルコニア(ZrO299重量%以上)を90重量
部:10重量部の割合で混合し、これにカオリン粘土
1.5重量部を添加、混合した後スラリー化した。それ
から、軽量質にするために、樹脂粒子を体積比で38%
となるように石膏型に充填し、上記のアルミナ−ジルコ
ニアスラリーをこの石膏型に圧力鋳込み成形した後、離
型、乾燥して炉材成形体を作成した。
rO293重量%以上,Y2O36重量%以上)70〜9
5重量部に対して高純度ジルコニア(未安定化ジルコニ
ア)(ZrO299重量%以上)を5〜30重量部添加
してジルコニア質コーティング材を調製し、これをスラ
リー化した後、上記炉材成形体の全面にスプレー噴霧し
て、炉材成形体の表面に0.2〜0.3mmのジルコニア
コーティング層を形成した。そして、乾燥後に1600
℃で2時間焼成して、炉材成形体を焼結させるととも
に、ジルコニアコーティング層を形成させ、軽量質炉材
を作成した。
添加していないジルコニア質コーティング材を用いて上
記実施例と同様の方法により、軽量質の炉材成形体の表
面にジルコニアコーティング層を形成させ、これを比較
例4とした。
作成した炉材(ジルコニアコーティングを施した炉材)
の上にチタン酸ジルコニウムを用いて形成したセラミッ
ク素子を積載し、1350℃で焼成した。そして、この
焼成工程を繰り返して行い、炉材表面のジルコニアコー
ティング層の剥離の発生の有無を観察した。その結果を
表3に示す。なお、表3には、上記比較例1〜4につい
ての剥離の発生状態の観察結果を合わせて示す。
数に合致させるために、Y2O3安定化ジルコニアと所定
の未安定化ジルコニアを混合してなるジルコニア質コー
ティング材を用いてジルコニアコーティング層を形成し
た実施例1〜4の各炉材は、ジルコニアコーティング層
の炉材成形体への接着強度が大きく、繰返し使用におけ
る耐久性が比較例1〜4の炉材より大幅に向上している
ことがわかる。
成形体の表面に付着させた後、炉材成形体を焼成すると
同時にその表面に付着させたジルコニア質コーティング
材を焼成する(すなわち同時焼成する)ことにより、炉
材成形体を焼成した後、コーティング層を形成し、これ
を焼成することにより得られる炉材(ジルコニアコーテ
ィング層が形成された炉材)よりもその表面を平滑にす
ることができた。
るものではなく、炉材成形体を構成する炉材基材の組成
(アルミナとジルコニアとの配合割合や粘土などの添加
割合など)、ジルコニア質コーティング材の安定化ジル
コニアと未安定化ジルコニアとの配合割合などに関し、
本願発明の要旨の範囲内で、種々の応用、変形を加える
ことが可能である。
成炉用炉材およびその製造方法は、安定化ジルコニアと
未安定化ジルコニアとを混合して熱膨張係数を調整した
ジルコニア質コーティング材を用いてジルコニアコーテ
ィングを施すようにしているので、ジルコニアコーティ
ング層の熱膨張係数を炉材成形体の熱膨張係数に近付け
て、炉材成形体とジルコニアコーティング層との境界層
に歪が発生することを防止し、ジルコニアコーティング
層の剥離の発生を抑制して繰返し使用における炉材の耐
久性を向上させることができる。
成形体の表面に付着させた後、炉材成形体を焼成すると
同時にその表面に付着させたジルコニア質コーティング
材を焼成して炉材成形体にジルコニアコーティング層を
形成することにより、ジルコニアコーティング層が形成
された炉材表面を平滑にすることができるとともに、コ
ーティング層の焼付けを別の工程で行う場合に比べてジ
ルコニアコーティング層の焼付け工程が不要になり、製
造コストを低減することができる。
Claims (3)
- 【請求項1】 アルミナ質またはアルミナ−ジルコニア
質の炉材成形体と、安定化ジルコニアと未安定化ジルコ
ニアとを混合してなるジルコニアコーティング層とから
なることを特徴とするセラミック焼成炉用炉材。 - 【請求項2】 アルミナ質またはアルミナ−ジルコニア
質の炉材成形体にジルコニアコーティングを施してなる
セラミック焼成炉用炉材の製造方法において、安定化ジ
ルコニアと未安定化ジルコニアとを混合して熱膨張係数
を調整したジルコニア質コーティング材を用いてジルコ
ニアコーティングを施すことを特徴とするセラミック焼
成炉用炉材の製造方法。 - 【請求項3】 アルミナ質またはアルミナ−ジルコニア
質の炉材成形体にジルコニアコーティングを施してなる
セラミック焼成炉用炉材の製造方法において、コーティ
ング材として、安定化ジルコニアと未安定化ジルコニア
とを混合して熱膨張係数を調整したジルコニア質コーテ
ィング材を用い、該ジルコニア質コーティング層を炉材
成形体の表面に付着させた後、炉材成形体を焼成すると
同時にその表面に付着させたジルコニア質コーティング
材を焼成してジルコニアコーティング層を形成すること
を特徴とする焼成炉用炉材の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4286846A JP3055331B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | セラミック焼成炉用炉材およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4286846A JP3055331B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | セラミック焼成炉用炉材およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06116066A JPH06116066A (ja) | 1994-04-26 |
JP3055331B2 true JP3055331B2 (ja) | 2000-06-26 |
Family
ID=17709793
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4286846A Expired - Lifetime JP3055331B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | セラミック焼成炉用炉材およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3055331B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9758434B2 (en) | 2015-06-01 | 2017-09-12 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Refractory articles and methods for forming same |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007015882A (ja) * | 2005-07-06 | 2007-01-25 | Ngk Insulators Ltd | 電子部品用焼成治具 |
JP2017024916A (ja) * | 2015-07-15 | 2017-02-02 | 三井金属鉱業株式会社 | 電子部品焼成用治具 |
-
1992
- 1992-09-30 JP JP4286846A patent/JP3055331B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9758434B2 (en) | 2015-06-01 | 2017-09-12 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Refractory articles and methods for forming same |
US10093580B2 (en) | 2015-06-01 | 2018-10-09 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Refractory articles and methods for forming same |
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---|---|
JPH06116066A (ja) | 1994-04-26 |
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