JP3992978B2

JP3992978B2 - 耐熱構造体

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Publication number: JP3992978B2
Application number: JP2001393852A
Authority: JP
Inventors: 嘉彦後藤; 三志和田迫; 耕治岩田; 俊裕吉本
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2021-12-26
Also published as: JP2003192472A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、焼成炉等の炉壁に用いて好適な耐熱性構造体の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品の焼成炉等においては、壁体からの発塵が極力小さいことが望まれる。一方で、焼成炉の炉壁に用いられる断熱材としては、耐熱性が高く低熱容量であることから、主としてアルミノシリケート質繊維を用いてなる耐熱構造体が採用されている。しかし、アルミノシリケート質繊維を用いた耐熱構造体は、発塵が比較的多いという問題があり、半導体やディスプレイといった電子部品などクリーン性が求められる製造環境の利用には向いていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本願の発明者らは、上記問題を解消するものとして、先に特願２０００−３８６８９６（特開２００１−２７８６８０）で改良された耐熱構造体を提案している。
前記耐熱構造体とは、無機繊維質成形体（以下、耐熱基材と呼ぶ）の表面に、コロイダルシリカ等の無機バインダーに有機バインダー（例えば、ポリエチレンオキサイド）を加えて調製してなるコーティング剤を塗布し、耐熱被覆層を形成した構造体である。
【０００４】
前記コーティング剤の組成物である無機バインダーは、得られる耐熱被覆層にある程度の強度を付与するために必要なものであり、一方、有機バインダーは、コーティング剤を塗布し易い粘度に調製するために必要なものとしている。
【０００５】
しかし、上記コーティング剤による耐熱被覆層を有する耐熱構造体にあっては、炉内の処理温度の上昇により被覆層に含まれる有機バインダーが揮発して被加熱製品が汚染されたり、被膜にクラックが生じてしまうといった不都合が生じることが懸念される。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、より高い耐熱性を有し、かつ表面からの発塵を抑制できると共に加熱時に被加熱製品を汚染する有害物質を発生することのない改良された耐熱構造体を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、耐熱基材に耐熱被覆層を形成してなる耐熱構造体であって、前記耐熱被覆層は、粉末状耐熱材料６０〜９０重量％と、無機バインダー５〜３０重量％と、平均粒子径５〜４０ｎｍのフュームドシリカ０．５〜５重量％からなるコーティング剤とで形成されていることを要旨とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の耐熱構造体において、前記コーティング剤は、１〜２０重量％の繊維状耐熱材料をさらに含むことを要旨とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の耐熱構造体において、前記耐熱被覆層の表面には、コロイダルシリカを主材とするコーティング層が形成されていることを要旨とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項３に記載の耐熱構造体において、前記コロイダルシリカを主材とするコーティング層は、平均粒子径５０〜６００ｎｍのコロイダルシリカ７０〜９５重量％と、無機バインダー５〜３０重量％とからなるコーティング剤で形成されることを要旨とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１つに記載の耐熱構造体において、前記耐熱基材は、無機質成形体で形成されていることを要旨とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態としては、耐熱基材に耐熱被覆層を形成してなる耐熱構造体において、前記耐熱被覆層を、粉末状耐熱材料６０〜９０重量％と、無機バインダー５〜３０重量％と、増粘材０．５〜５重量％とからなるコーティング剤で形成する。
【００１５】
前記耐熱被覆層によれば、耐熱基材に繊維質成形体が用いられた場合でも、繊維質成形体から発生する発塵を抑えることができる。
【００１６】
前記コーティング剤に用いる耐熱材料としては、アルミナ、ムライト、シリカ、コージェライト、マグネシア、ジルコニア等の耐熱性のある無機材料から任意に選択されればよく、２種以上の材料を混合して用いても良い。耐熱性の観点からは好ましくはアルミナまたはムライトを使用することが望まれる。
【００１７】
また、前記耐熱被覆層の熱膨張係数は、耐熱基材の熱膨張係数に対して−２５〜＋２５％、好ましくは−１０〜＋１０％、さらに好ましくは−５〜＋５％の範囲になるようにすることが好ましい。
【００１８】
一般的に、接触する２つの材料の熱膨張係数が異なると、加熱した際、一方の材料の熱膨張が他方の熱膨張を拘束し、熱応力が発生する。この熱応力が材料の亀裂や破壊、剥離等の原因となる。
【００１９】
この場合、高温時においても前記耐熱基材と耐熱被覆層との熱膨張差から生じる亀裂や破壊、剥離等を防ぐことができ、耐熱性を高めることができる。ここで、前記耐熱基材および耐熱被覆層の熱膨張率は、ＪＩＳ−Ｒ１６１８：ファインセラミックスの熱機械分析による熱膨張の測定方法に準じた測定方法で測定されればよく、測定した耐熱基材の熱膨張率をもとに前記コーティング剤に用いる耐熱性材料の熱膨張率を考慮して、その耐熱材料の中から任意に選択して耐熱被覆層の熱膨張率を調整すればよい。
【００２０】
また、コーティング剤に用いる耐熱材料には、粉末状耐熱材料のほかに、繊維状耐熱材料が含まれていても良い。この場合、耐熱被覆層の亀裂進展抵抗力としての靭性が向上し、亀裂を発生させる応力集中を緩和させることができる。したがって、耐熱被覆層の破壊には大きなエネルギーが必要となり、その結果、クラックの伝搬を防止することができる。
【００２１】
上記コーティング剤としては、平均粒子径１〜４０μｍの粉末状耐熱材料６０〜９０重量％と、平均粒子径１〜５０ｎｍのコロイダルシリカを主成分とするバインダー５〜３０重量％と、平均繊維長３０〜２００μｍの繊維状耐熱材料１〜２０重量％と、増粘材０．５〜５重量％とを含有する組成物からなるコーティング剤が好ましい。
【００２２】
上記コーティング剤は、耐熱基材の表面にスプレーなどを用いて塗布し、例えば室温で３０分程度乾燥させたのち、約１０５℃の乾燥機内で１時間以上乾燥させればよい。こうして耐熱基材の表面には厚さ５０μｍ〜１ｍｍの耐熱層が形成される。また、コーティング剤の塗布にはハケやヘラ、ローラーなどを使用した公知の方法で塗布してもよい。
【００２３】
コーティング剤の塗布量としては、耐熱基材の表面に固形分換算で０．０１〜１ｇ／ｃｍ^２の面密度で塗布することが好ましく、コーティングの耐熱被覆層の厚さは５０μｍ〜１ｍｍの範囲であることが好ましい。耐熱被覆層が５０μｍより小さいと強度も弱く低発塵の効果が得られにくく、１ｍｍを超えると乾燥時のクラック発生の原因となるので好ましくない。
【００２４】
上記のようにして得られる耐熱被覆層は、後述する実施例にも示されるように、１２００℃程度までの耐熱性に加えて、優れた低発塵性、平滑性を有している。また、製造工程における乾燥時や熱衝撃を受けた際に亀裂が生じたりすることがない。これは、上述したように繊維材による補強対策を行っていることと、耐熱基材と熱膨張係数を揃えることによって熱応力を緩和しているためと推察される。このことは、耐熱被覆層として考えた場合に熱衝撃を受けることで、発塵し易くなったり、剥がれやすくなったりする問題を抑える点で有効なものとなる。
【００２５】
前記コーティング剤に使用されるコロイダルシリカとしては、市販のもの（粒子径１〜５０ｎｍ）でよいが、好ましくは、その粒度を調整する必要がある。好ましい粒子径の範囲は、一般的に１〜４０ｎｍであり、粒子径が１ｎｍ未満であると、バインド力は強いが脱水縮合時の収縮が大きくなり、マイクロクラックが発生しやすくなる。一方、粒子径が４０ｎｍを超えるとバインダーとしての強度が弱くなり、発塵しやすくなるので好ましくない。特に好ましい粒子径の範囲は１〜３０ｎｍである。
【００２６】
コーティング剤の組成物中のコロイダルシリカの割合は５〜３０重量％とされるが、好ましくは、１０〜２５重量％である。割合が１０重量％未満になると、バインダーとしての作用が不十分となり、機械的強度が低下し十分な接着力が得られない。一方、２５重量％を超えると一般的に機械的強度が増加するが、耐熱材料の割合が減少するために耐熱被覆層に亀裂が生じやすくなり、加えて耐熱被覆層の機械的強度が小さくなるという不都合を生じるので好ましくない。
【００２７】
また、前記コーティング剤に添加される粉末状耐熱材料としては、アルミナ、ムライト、シリカ、コージェライト、マグネシア、ジルコニアといった耐熱性の無機材料を挙げることができる。また、熱膨張係数を調節するためにこれら２種以上の材料を混合して用いてもよい。耐熱性の観点からは好ましくはアルミナまたはムライトを使用することが望まれる。また、熱膨張係数を調節するために、上記材料から選択されればよい。前記粉末状耐熱材料の平均粒径は１〜４０μｍとされるが、好ましくは、１〜３０μｍである。平均粒子径が１μｍ未満になると、亀裂が発生しやすくなり、３０μｍを超えるとコーティングの強度低下、平滑性の低下を引き起こすので好ましくない。
【００２８】
また、前記粉末状耐熱材料は、平均粒径分布の異なる大粒径の粉末状耐熱材料と小粒径の粉末状耐熱材料とを併用することがさらに好ましい。こうした場合、大粒径の粉末状耐熱材料同士の隙間に小粒径の粉末状耐熱材料が入り込むことができる。したがって、コーティングによる耐熱被覆層において粉末状耐熱材料の充填密度が高くなり、耐熱被覆層の強度が増す。
【００２９】
コーティング剤の組成物中の粉末状耐熱材料の割合は、一般的に固形分換算で６０〜９０重量％、好ましくは６５〜８５重量％とされる。粉末状耐熱材料の割合が６５重量％未満になると相対的に繊維量が減りクラックが発生しやすくなるという不都合を生じる。一方、８５重量％を超えると強度が弱くなるので好ましくない。
【００３０】
さらに、コーティング剤に添加される繊維状耐熱材料としては、アルミナ繊維、ムライト繊維、アルミノシリケート繊維といった耐熱性の無機繊維を挙げることができる。これらの材料は、熱膨張係数を調整するために任意に選択されればよい。また、これら２種以上の材料を混合して用いてもよい。さらにまた、これらの無機繊維においては、無機繊維中のショット含有率が５重量％以下であることが望ましい。ここで、ショットとは、無機繊維を製造過程において、繊維とならなかった非繊維のことをいう。ショットは、溶融状態の繊維の出発材料を飛ばして繊維化する際に飛翔する先端部（この先端部が飛んだ後に尾を引いた部分が繊維となる）が最終的に残存することで生成される。
【００３１】
無機繊維材料の平均繊維長を３０〜２００μｍとするのは、コーティング剤として要求される要求事項を満足するためである。
無機繊維材料は、その存在によって得られるコーティング層（耐火被覆層）を補強し、クラックが発生しにくくするものである。
しかし、平均繊維長が３０μｍ以下では補強効果が小さく、目的とする強度を有したコーティング層が得られない。また、繊維長が２００μｍ以上となると、コート剤を塗布した際に繊維が凝集あるいは絡み合い、適当な分散性が得られなくなるので好ましくない。即ち、コート層中で繊維が凝集しあるいは絡み合い、適当な分散性が得られなくなると、コーティング層の材質に局所的な粗密が生成され、クラックが発生しやすくなるので、そうならないようにするために繊維長は２００μｍ以下とすることが好ましい。
【００３２】
また、無機繊維の配合割合を１〜２０重量％とするのは、塗布性（塗布のしやすさ）を満足しつつ、同時に必要とする補強効果を得るためである。
また、コーティング剤中の無機繊維材料は、基材に含まれる無機繊維材料と同じ材料とすることが好ましい。こうすることで、基材とコート層の熱膨張率あるいは熱的な性質を近づけることができ、クラックの発生やコート層の剥離の問題をさらに抑制できる。
【００３３】
コーティング剤に添加される増粘材としては、例えば、ベントナイトやスメクタイトといった粘土が使用されてもよい。
【００３４】
増粘材は、コーティング層を塗布しやすく、また必要とする物性を有するコーティング層（耐火被覆層）を得るために重要な役割を果たす。
増粘材は０．５〜５重量％とすることで、良好な塗布性に必要とされるコーティング剤の伸び（良好な塗布性）が得られ、またコーティング層を形成する際に必要な保水性が得られる。
保水性が適当でないと、コーティング剤を塗布した際にコロイダルシリカ等の無機バインダーが耐熱基材にしみ込み過ぎ、コーティング層を保持するのに必要なバインド効果が得られなくなる。また、無機バインダーが基材にしみ込むことで無機粒子が表面に浮いた存在となり、期待に反して無機粒子が飛散しやすい状態となってしまう。即ち、かえって粉っぽいものとなってしまう。
また、保水性を適当なものとすることで、無機バインダーが適度に基材にしみこみ、耐熱基材とコーティング層との結合力を高くし、コーティング層が耐熱基材から剥離しにくいものが得られる。
増粘材の配合量を上記範囲とすることで、上述した適当な保水性を有したコーティング剤を得ることができる。
【００３５】
前記増粘材には平均粒子径１００ｎｍ未満のアルミナ、ムライト、シリカ、コージェライト、マグネシア、ジルコニアといった耐熱性の無機材料からなる微粉末状耐熱材料が含有されることが好ましい。さらに、このような微粉末状耐熱材料としては、フュームドシリカがより好ましい。
【００３６】
ここで、フュームドシリカ（Fumed Silica）とは、酸水素炎中に揮発性シラン化合物、主として四塩化珪素をガス状態で導入し高温下で加水分解することにより得られる平均粒径５〜４０ｎｍの超微粉末状のシリカをいう。このフュームドシリカによれば、個々のフュームドシリカ粒子の表面にあるシラノール基が水素結合して三次元網目構造を形成するため、液体に少量添加することにより、その流動性を大きく改善することができる。その結果、有機物を用いずに組成物の粘度を高めることができる。こうした場合、有機物を添加することなくコーティング剤を製造することができるので、加熱時に発煙や臭いを発する問題もなく、使用時においても被加熱製品が汚染されることがなくなる。
【００３７】
増粘材に含有される微粉末状耐熱材料の平均粒子径は５〜４０ｎｍ、好ましくは５〜３０ｎｍである。微粉末状耐熱材料の平均粒子径が５ｎｍより小さいと増粘性が強すぎ、４０ｎｍを超えると微粉末状耐熱材料の比表面積が小さくなり増粘性が弱くなり好ましくはない。
【００３８】
さらに、コーティング剤組成物は、水の添加により任意の粘度とすることができ、１〜５０００ｃＰの範囲が好ましい。組成物中の水分量は、固形分合計１００重量部に対して、５０〜１５０重量部であることが好ましく、８０〜１００重量部であることがさらに好ましい。
【００３９】
また、本発明の耐熱構造体は、前記コーティング剤の耐熱被覆層の表面に、その耐熱被覆層と組成の異なるコーティング剤による耐熱被覆層（以下、平滑層と呼称する）が形成されていてもよい。
【００４０】
ここで、前記平滑層の組成とは、後述する耐熱材料の種類や配合割合の違いだけでなく、使用される耐熱材料の粒径の違いを含む。例えば、このような違いは顕微鏡などを使用して前記耐熱被覆層と平滑層の境目を目視で確認できれば良い。
【００４１】
上記平滑層を実現するために、例えば、平均粒子径５０〜６００ｎｍのコロイダルシリカ７０〜９５重量％と、平均粒子径１〜５０ｎｍのコロイダルシリカ５〜３０重量％とを含有する組成物からなるコーティング剤が提供されればよい。
【００４２】
上記コーティング剤は、前記耐熱被覆層の表面にスプレーなどを用いて塗布され、例えば室温で３０分程度乾燥させたのち、約１０５℃の乾燥機内で１時間以上乾燥させればよい。こうして耐熱基材の表面または前記耐熱被覆層の表面には厚さ５〜１００μｍの平滑層が形成される。また、コーティング剤の塗布にはハケやローラーのようなもので塗布されてもよい。
【００４３】
このようにして得られる平滑層は、後述される実施例にも示すように、１２００℃程度までの耐熱性に加えて、優れた低発塵性、平滑性を有している。また、製造工程における乾燥時や熱衝撃を受けた際に亀裂が生じたりすることがない。これは、平滑層に用いる粒子が微細であることと同時にミクロンオーダーでの多孔性を持っているため、耐熱衝撃性が良好であるとともに剥離や発塵を防止できるためと推察される。このことは、平滑層として考えた場合に熱衝撃を受けることで、発塵し易くなったり、剥がれやすくなったりする問題を抑える点で有効なものとなる。
【００４４】
平滑層コーティング剤の塗布量としては、前記耐熱基材の表面に固形分換算で０．００３〜０．０５ｇ／ｃｍ^２の面密度で塗布することが好ましく、層の厚さは５〜１００μｍの範囲であることが好ましい。５μｍ未満であると十分な平滑性が得られず、１００μｍを超えると乾燥時の割れ等を引き起こすので好ましくない。
【００４５】
前記組成物に使用されるコロイダルシリカとしては、市販のもの（平均粒子径１〜５０ｎｍ）でよいが、好ましくは、その粒度を調整する必要がある。好ましい平均粒子径の範囲は、一般的に１〜４０ｎｍであり、粒子径が１ｎｍ未満であると、バインド力は強いが脱水縮合時の収縮が大きくなり、マイクロクラックが発生しやすくなる。一方、粒子径が４０ｎｍを超えるとバインダーとしての強度が弱くなるため、発塵しやすくなるので好ましくない。特に好ましい粒子径の範囲は１〜３０ｎｍである。
【００４６】
平滑層を形成するコーティング剤組成物中の平均粒子径１〜５０ｎｍのコロイダルシリカの割合は、５〜３０重量％とされるが、好ましくは、１０〜２５重量％である。割合が１０重量％未満になると、バインダーとしての作用が不十分となり、機械的強度が低下し十分な接着力が得られない。一方、２５重量％を超すと一般的に機械的強度が増加するが、耐熱材料としての割合が減少するために平滑層に亀裂が生じやすくなり、加えて平滑層の機械的強度が小さくなるという不都合を生じるので好ましくない。
【００４７】
また、前記平滑層を形成するコーティング剤組成物に使用されるコロイダルシリカには平均径５〜２０ｎｍ、平均長４０〜３００ｎｍの細長い形状をしたものが使用されてもよい。このような形状のコロイダルシリカによれば、粒状のコロイダルシリカと比べて、周囲の粒子との絡みつきが良くなり、耐熱基材への浸透が防止されて良好な被膜性を得ることができる。また、容易に増粘性を高めることができ、溶媒としての水が耐熱基材へ浸透することを防止できる。その結果、粒子間のバインド力が強くなり平滑層の表面は良好な平滑性が得られる。
【００４８】
また、平滑層を形成するコーティング剤組成物中には、平均粒径０．１〜５μｍの粉末状耐熱材料が１〜３０重量％含有されていてもよい。この粉末状耐熱材料によれば、例えば、加熱時に脱水縮合によってコロイダルシリカが収縮した場合でも、粉末状耐熱材料がわずかに熱膨張することによってコロイダルシリカの収縮量を埋め合わせをすることができる。その結果、高温時に発生する微細なクラックの発生を防止することができる。
【００４９】
前記コーティング剤組成物中に添加される耐熱材料としては、アルミナ、ムライト、シリカ、コージェライト、マグネシア、ジルコニアといった耐熱性の無機材料を挙げることができる。また、これら２種以上の材料を混合して用いてもよい。
【００５０】
さらに、上記組成物は水の添加により任意の粘度とすることができ、１〜５０００ｃＰの範囲が好ましい。組成物中の水分量は、固形分合計１００重量部に対して、１００〜３００重量部であることが好ましく、１５０〜２５０重量部であることがより好ましい。
【００５１】
本発明に係る前記耐熱被覆層および平滑層を形成するコーティング剤を製造する際に、バインダーと耐熱性材料およびその他の補助剤の混合方法としては公知の方法を用いることができ、通常、羽根撹拌、ライカイ器などによる混合、ボールミルなどによる混合などが使用できる。
【００５２】
本発明において、前記耐熱被覆層が形成される耐熱基材としては、例えば、アルミナ繊維やアルミノシリケート繊維といった耐熱性繊維の成形体からなる繊維質断熱材や、耐熱性材料からなる多孔質成形断熱材、ケイ酸カルシウム質成形断熱材などの公知の断熱材などが適当であり、耐熱性をはじめとして、上述した諸特性を付与することができる。特に高温域での耐熱性および低発塵性を備えていることから電子部品の焼成炉などで用いられる断熱材として好適である。
【００５３】
【実施例】
以下に本発明の実施例および比較例を挙げて具体的に説明する。
実施例１
水８５重量部に対しバインダーとしてのコロイダルシリカ（平均粒径２０ｎｍ）１３重量部と、粉末状耐熱性材料としての平均粒径７μｍのムライト粉末５０重量部と、同じく粉末状耐熱性材料としての平均粒径２μｍのムライト粉末２７重量部と、繊維状耐熱材料としてのアルミノシリケート繊維（平均繊維長５０μｍ、平均繊維径２μｍ）８重量部と、増粘材としてのフュームドシリカ（平均粒径１０ｎｍ）２重量部とを混合し、良く撹拌して耐熱被覆層用のコーティング剤を得た。
【００５４】
耐熱基材としては、アルミノシリケート繊維１００重量部、コロイダルシリカ８重量部、有機バインダー（ポリアクリルアミド）１重量部を混合調製したスラリーから吸引脱水成形法により厚さ５０ｍｍ、幅３００ｍｍ、長さ３００ｍｍの成形体を形成し、それを乾燥させて密度０．２５ｇ／ｃｍ^３、熱膨張係数４．１×１０^−６／℃のアルミノシリケート繊維質断熱材を得た。
【００５５】
次に、前記耐熱基材としてのアルミノシリケート繊維質断熱材の表面に、前記コーティング剤を固形分換算で０．０４５ｇ／ｃｍ^２の面密度でスプレーで塗布し、室温で３０分乾燥させた後、約１０５℃の乾燥機で１時間以上乾燥させ、厚さ５００μｍ、熱膨張係数４．０×１０^−６／℃の耐熱被覆層が耐熱基材上に形成された耐熱構造体を得た。
【００５６】
実施例２
水１８０重量部に対しバインダーとして平均粒径５ｎｍの球状のコロイダルシリカ６重量部と、同じくバインダーとして平均粒径１０ｎｍ、平均長１００ｎｍの細長い形状のコロイダルシリカ６重量部と、耐熱材料としてのコロイダルシリカ（平均粒径５００ｎｍ）８８重量部とを混合し、良く撹拌して平滑層用のコーティング剤を得た。
【００５７】
実施例１で得た耐熱構造体（アルミノシリケート繊維質断熱材の耐熱基材の表面に耐熱被覆層が形成された）の表面に前記平滑層用コーティング剤を固形分換算で０．００６ｇ／ｃｍ^２の面密度で塗布し、室温で３０分乾燥させた後、約１０５℃の乾燥機で１時間以上乾燥させ、前記耐熱被覆層の表面に厚さ約３０μｍの平滑層が形成された耐熱構造体を得た。
【００５８】
実施例３
水８５重量部に対しバインダーとしてのコロイダルシリカ（平均粒径２０ｎｍ）１３重量部と、粉末状耐熱性材料としての平均粒径５μｍのアルミナ粉末７７重量部と、繊維状耐熱材料としてのアルミノシリケート繊維（平均繊維長５０μｍ、平均繊維径２μｍ）８重量部と、増粘材としてのフュームドシリカ（平均粒径１０ｎｍ）２重量部とを混合し、良く撹拌して耐熱被覆層用のコーティング剤を得た。
【００５９】
耐熱基材としては、アルミナ繊維３０重量部、アルミナ粒子７０重量部、コロイダルシリカ８重量部、有機バインダー（ポリアクリルアミド）１重量部を混合調製したスラリーから吸引脱水成形法により厚さ５０ｍｍ、幅３００ｍｍ、長さ３００ｍｍの成形体を形成し、それを乾燥させて密度０．７０ｇ／ｃｍ^３、熱膨張係数６．０×１０^−６／℃のアルミナ繊維質断熱材を得た。
【００６０】
次に、前記耐熱基材としてのアルミナ繊維質断熱材の表面に、前記コーティング剤を固形分換算で０．０４５ｇ／ｃｍ^２の面密度でスプレー塗布し、室温で３０分乾燥させた後、約１０５℃の乾燥機で１時間以上乾燥させ、アルミナ繊維質断熱材の表面に厚さ約６００μｍ、熱膨張係数６．２×１０^−６／℃の耐熱被覆層を形成し、さらに、この耐熱被覆層の表面に実施例２で得た平滑用コーティング剤を固形分換算で０．００６ｇ／ｃｍ^２の面密度で塗布し、室温で３０分乾燥させた後、約１０５℃の乾燥機で１時間以上乾燥させ、耐熱層の表面に厚さ約３０μｍの平滑層が形成された耐熱構造体を得た。
【００６１】
実施例４
耐熱基材として、生石灰３０重量部、珪石３０重量部、ワラストナイト３３重量部、シリカ２重量部、カーボンファイバー５重量部を混合調製したスラリーから脱水プレス成形法により厚さ５０ｍｍ、幅３００ｍｍ、長さ３００ｍｍの成形体を形成し、オートクレーブにて養生して、それを乾燥させて密度が０．８０ｇ／ｃｍ^３、熱膨張係数６．５×１０^−６／℃のケイ酸カルシウム質断熱材を得た。
【００６２】
次に前記耐熱基材としてのケイ酸カルシウム質断熱材の表面に、実施例３の耐熱被覆層用のコーティング剤を固形分換算で０．０４５ｇ／ｃｍ^２の面密度でスプレー塗布し、室温で３０分乾燥させた後、約１０５℃の乾燥機で１時間以上乾燥させ、基材表面に厚さ６００μｍ、熱膨張係数６．２×１０^−６／℃の耐熱被覆層を形成し、さらに実施例２の平滑層用のコーティング剤を固形分換算で０．０１０ｇ／ｃｍ^２の面密度でスプレーで塗布し、室温で３０分乾燥させた後、約１０５℃の乾燥機で１時間以上乾燥させ、ケイ酸カルシウム質断熱材の表面に厚さ約５０μｍの平滑層が形成された耐熱構造体を得た。
【００６３】
比較例１
実施例１で用いた耐熱基材であるアルミノシリケート繊維質断熱材（熱膨張係数４．０×１０^−６／℃）の表面に、水８５重量部に対しバインダーとして平均粒径２０μｍのコロイダルシリカ１３重量部と、平均粒径７μｍのムライト粉末５０重量部と、平均粒径２μｍのムライト粉末２７重量部と、平均繊維長５０μｍ、平均繊維径２μｍのアルミノシリケート繊維８重量部と、ポリエチレンオキサイド０．６重量部と、メチルセルロース１．４重量部とを混合して得たコーティング剤を固形分換算で０．０４５ｇ／ｃｍ^２の面密度でスプレーで塗布し、室温で３０分乾燥させた後、約１０５℃の乾燥機で１時間以上乾燥させ、アルミノシリケート繊維質断熱材の表面に、厚さ約６００μｍ、熱膨張係数４．０×１０^−６／℃の耐熱被覆層が形成し、さらにその表面に、実施例２の平滑用コーティング剤を固形分換算で０．０１０ｇ／ｃｍ^２の面密度でスプレー塗布し、室温で３０分乾燥させた後、約１０５℃の乾燥機で１時間以上乾燥させ、厚さ約５０μｍの平滑層が形成された耐熱構造体を得た。
【００６４】
比較例２
実施例３で用いた耐熱基材であるアルミナ繊維質断熱材（熱膨張係数６．０×１０^−６／℃）の表面に、比較例１で用いた耐熱被覆層のコーティング剤を固形分換算で０．０４５ｇ／ｃｍ^２の面密度でスプレーで塗布し、室温で３０分乾燥させた後、約１０５℃の乾燥機で１時間以上乾燥させ、アルミナ繊維質断熱材の表面に、厚さ約６００μｍ、熱膨張係数４．０×１０^−６／℃の耐熱被覆層を形成し、さらにこの耐熱被覆層の表面に比較例１で得た平滑層用のコーティング剤を固形分換算で０．００６ｇ／ｃｍ^２の面密度で塗布し、室温で３０分乾燥させた後、約１０５℃の乾燥機で１時間以上乾燥させ、耐熱被覆層の表面に厚さ約３０μｍの平滑層が形成された耐熱構造体を得た。
上記各実施例および比較例で得られた耐熱構造体について、熱衝撃性および発塵性、平滑性を評価した。
【００６５】
ここで、熱衝撃性の評価は、１２００℃に保持された電気炉に耐熱構造体を投入し、３０分保持した後に炉から取り出し、それを強制空冷により冷却した後に被覆表面の状態を目視により観察し、亀裂などの発生のないものを「○」、亀裂などが発生しているが致命的でないものを「△」、使用に耐えないレベルの亀裂等が発生しているものを「×」、として評価した。
【００６６】
また、発塵性の評価は、下記のような方法で得られる発塵指数で評価した。
▲１▼サンプル（耐熱構造体）の上面からサンプルの表面に圧力３×１０^４Ｎ／ｍ^２で「ニチバン製セロテープ；ＣＴ−２４幅２４ｍｍ」を貼り付ける。
▲２▼５秒の静置後、サンプルから粘着テープを剥がす。
▲３▼剥がした粘着テープを黒色紙上に貼り付け、明度指数を測定する。
▲４▼次式により発塵指数を得る。
【００６７】
発塵指数＝サンプルの明度指数−ブランクの明度指数（ｎ＝５）
ここで、白色度とは、色彩色差計（形式「ＣＲ−３００」、測定ヘッド９１ｍｍ幅×２０１ｍｍ高さ×６０ｍｍ奥行×６７０ｇ重量×測定径８ｍｍ、ミノルタ社製）を用いて測定されれば良く、テープに付着する発塵の量が多くなるにしたがって発塵指数は高い数値を示し、付着する発塵の量が少ないほど低い数値を示す。また、ブランクとは粘着テープに何も付着させない状態で黒色紙上に貼り付けたときの明度指数を示す。
【００６８】
また、平滑性の評価はＳＥＭによる観察で行った。亀裂が発生せず、かつ表面形状が平坦になっているものを「◎」、亀裂は発生していないが表面形状がやや劣っているものを「○」、亀裂が発生しているものや表面形状が著しく悪いものを「×」として評価した。
【００６９】
【表１】

【００７０】
表１に示すように、本発明による各実施例の耐熱構造体はすべての評価ともに優れた結果が得られている。しかし、比較例１の耐熱構造体では、使用に耐えないレベルではないが亀裂が生じる。これは、１０００℃を超えた温度条件で耐熱被覆層に含まれる有機バインダー由来の有機成分が揮発することに伴い、耐熱被覆層に熱衝撃が加わり微細なクラックが生じてしまったと考えられる。
また、比較例２は、耐熱基材の熱膨張係数に対して、耐熱被覆層の熱膨張係数が２５％を下回っているために、耐熱基材と耐熱被覆層との間で熱膨張差による亀裂が発生し、全ての評価において不満足なものになっている。
【００７１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、耐熱性に優れ、表面からの発塵がより抑制された耐熱構造体を提供することができる。

Claims

耐熱基材に耐熱被覆層を形成してなる耐熱構造体であって、前記耐熱被覆層は、粉末状耐熱材料６０〜９０重量％と、無機バインダー５〜３０重量％と、平均粒子径５〜４０ｎｍのフュームドシリカ０．５〜５重量％からなるコーティング剤とで形成されていることを特徴とする耐熱構造体。
前記コーティング剤は、１〜２０重量％の繊維状耐熱材料をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の耐熱構造体。
前記耐熱被覆層の表面には、コロイダルシリカを主材とするコーティング層が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の耐熱構造体。
前記コロイダルシリカを主材とするコーティング層は、平均粒子径５０〜６００ｎｍのコロイダルシリカ７０〜９５重量％と、無機バインダー５〜３０重量％とからなるコーティング剤で形成されることを特徴とする請求項３に記載の耐熱構造体。
前記耐熱基材は、無機質成形体で形成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１つに記載の耐熱構造体。