(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波の照射によって被焼成物を自己発熱で焼成するためのマイクロ波焼成炉用耐火断熱材であって、基材の片面に発熱層が設けられており、基材は無機繊維質材料を主成分とし、発熱層はムライトを主成分とし、発熱層がムライトに加えて無機結合材を含み、無機結合材がムライトを皮膜状に連続して覆っていることを特徴とする耐火断熱材。
【請求項２】
発熱層が、ムライトに加えて、ムライトよりも大きなマイクロ波吸収特性を有する物質を含んでおり、無機結合材が、ムライトと、ムライトよりも大きなマイクロ波吸収特性を有する物質を皮膜状に連続して覆っていることを特徴とする請求項１に記載の耐火断熱材。
【請求項３】
ムライトよりも大きなマイクロ波吸収特性を有する物質が、発熱層の発熱量を調整するものであることを特徴とする請求項２に記載の耐火断熱材。
【請求項４】
発熱層が無機繊維を含んでいることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の耐火断熱材。
【請求項５】
無機繊維がムライト繊維であることを特徴とする請求項４に記載の耐火断熱材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波の照射によって陶磁器材料やファインセラミックス材料などの被焼成物を、自己発熱によって焼成を行うための炉壁材として使用するのに適した耐火断熱材及びコート材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被焼成物の焼成には、電気炉やガス炉などが一般に使用されている。しかし、このような外部からの加熱による焼成の場合には、被焼成物の表面と内部との間で温度差が大きくならないように炉内温度を緩やかに上昇させることが必要であった。このため、焼成時間が長くなるという問題があった。
【０００３】
そこで、このような問題を解決するために、マイクロ波による被焼成物の焼成法が提案されている（例えば、特開平６−８７６６３号など）。この方法は、焼成時間の短縮や雰囲気の制御性等に優れており、環境負荷の低減等の要求に相まって、将来の焼成法として注目を集めている。
【０００４】
マイクロ波焼成の場合、マイクロ波が被焼成物に吸収され、被焼成物が自己発熱するため、被焼成物の表面と内部との間で温度差は小さくなる。従って、焼成時間の短縮が可能であると同時に被焼成物の均一な焼成が可能である。
【０００５】
また、マイクロ波による被焼成物の自己発熱による焼成において、被焼成物と等価なマイクロ波吸収特性を有する耐火断熱材で被焼成物を囲み、被焼成物の放射冷却による温度勾配の発生を抑制することによって、被焼成物の、より一層の均一な焼成が可能である。
【０００６】
しかしながら、被焼成物と等価なマイクロ波吸収特性を有する耐火断熱材で被焼成物を囲んで焼成した場合には、マイクロ波のエネルギーが、被焼成物を囲んだ耐火断熱材でも消費される。そのため、焼成に必要なエネルギー量が増大してしまう。
【０００７】
また、耐火断熱材に消費されるマイクロ波のエネルギーを小さくするために耐火断熱材の厚みを小さくすると、放射冷却によって耐火断熱材から外部へと失われる熱エネルギー量が無視できなくなり、被焼成物と耐火断熱材との間に温度勾配が発生してしまうという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記マイクロ波焼成法は、被焼成物の均一焼成およびマイクロ波のエネルギー量低減という点で、既にかなり高水準に達している。
【０００９】
しかしながら、限られたマイクロ波のエネルギー量でより多くの被焼成物を焼成させるためには、上記マイクロ波焼成法を行うのに適した、より高性能の耐火断熱材が求められることは言うまでもない。すなわち、耐火断熱材が、▲１▼被焼成物と同様にマイクロ波吸収によって発熱しながらも、放射冷却によって発生する被焼成物との間の温度勾配をより小さくするような優れた断熱性をもち、▲２▼全体としてのマイクロ波吸収がより小さく、▲３▼短時間での昇温および冷却という使用環境に対して優れた耐スポール性をもつことが要求される。
【００１０】
本発明は、マイクロ波の照射によって、自己発熱で被焼成物を焼成させるための炉壁材として適した、上記特性を有する、より高性能な耐火断熱材及びコート材を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段を例示すると、次の通りである。
【００１２】
（１）マイクロ波の照射によって被焼成物を自己発熱で焼成するためのマイクロ波焼成炉用耐火断熱材であって、基材の片面に発熱層が設けられており、基材は無機繊維質材料を主成分とし、発熱層はムライトを主成分とすることを特徴とする耐火断熱材。
【００１３】
（２）発熱層が、ムライトに加えて、ムライトよりも大きなマイクロ波吸収特性を有する物質を含んでいることを特徴とする前述の耐火断熱材。
【００１４】
（３）発熱層が、ムライトと無機結合材を含み、または、発熱層が、ムライトとムライトよりも大きなマイクロ波吸収特性を有する物質と無機結合材とを含み、しかも、その無機結合材が、ムライトのみを、または、ムライトとムライトよりも大きなマイクロ波吸収特性を有する物質とを、皮膜状に連続して覆っていることを特徴とする前述の耐火断熱材。
【００１５】
（４）ムライトよりも大きなマイクロ波吸収特性を有する物質が、発熱層の発熱量を調整するものであることを特徴とする前述の耐火断熱材。
【００１６】
（５）発熱層が無機繊維を含んでいることを特徴とする前述の耐火断熱材。
【００１７】
（６）無機繊維がムライト繊維であることを特徴とする前述の耐火断熱材。
【００１８】
（７）発熱層が、基材の片面に接して設けられていることを特徴とする前述の耐火断熱材。
【００１９】
（８）発熱層を構成するためのコート材であって、ムライト系セメントに、酸化鉄、マグネシア、ジルコニアおよび炭化ケイ素などのムライトよりも大きなマイクロ波吸収特性を有する物質を１種以上、およびムライト繊維を添加したことを特徴とするコート材。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、鋭意研究した結果、マイクロ波焼成において、被焼成物を囲むための耐火断熱材を基材と発熱層により形成した。本明細書では、焼成は焼結を含むものとする。
【００２１】
まず、発熱層について説明する。発熱層はムライトを主成分として形成することが好ましい。マイクロ波を照射した際に、被焼成物と発熱層の表面温度を実質的に同一にすることを考えれば、発熱層は被焼成物と同じ材質とすることが適切であると考えることができる。しかしながら、被焼成物が陶磁器材料である場合、陶磁器材料は１０００℃付近で軟化・収縮するため、発熱層を被焼成物と同じ陶磁器材質にすることはできない。一方、ムライトは陶磁器材料の焼成温度以上の温度域での耐熱性を有していると共に、陶磁器に最も近いマイクロ波吸収特性を有しているので、発熱層の構成成分として好ましく使用できる。
【００２２】
また、発熱層は、その構成成分として、ムライトよりもマイクロ波吸収が大きい物質を含むことが好ましい。被焼成物である陶磁器を、それに最も近いマイクロ波吸収特性を有するムライトの発熱層で囲んでマイクロ波を照射すれば、前記被焼成物と発熱層の表面温度は等しくなるはずである。しかしながら、実際は、発熱層がマイクロ波によって得る熱エネルギー量に比べ、発熱層から外部へと失われる熱エネルギー量が無視できない大きさである。従って、発熱層の構成成分をムライトのみとした場合、放射冷却によって発熱層の温度が下がってしまうため、被焼成物と発熱層との間に温度勾配が生じてしまう。以上の理由から、発熱層に、ムライト以外の構成成分として、ムライトよりもマイクロ波吸収の大きい物質を含ませることによって、発熱層表面と被焼成物との温度の差分を補償させることが好ましい。上記のような、ムライトよりもマイクロ波吸収が大きい物質としては、酸化鉄、マグネシア、ジルコニア、炭化ケイ素などが挙げられる。
【００２３】
また、発熱層は、無機結合材が、皮膜状に、ムライトのみを、または、ムライトとムライトよりも大きなマイクロ波吸収特性を有する物質とを、皮膜状に連続的に覆っている構造であることが好ましい。
【００２４】
発熱層の構成成分が同じでも、その構造が異なると発熱量に差が生じることが判明した。その一例として、発熱が十分であった発熱層の微小構造と、発熱が不十分であった発熱層の微小構造を示す走査型電子顕微鏡写真を図１に、微小構造の違いを示す模式図を図２に示す。発熱が十分であった発熱層の微小構造は、図１および２のａに示すように、無機結合材１が、ムライト２とムライトよりも大きなマイクロ波吸収特性を有する物質（すなわち微粉３）とを皮膜状に連続的に覆っている。
【００２５】
この構造をもつ発熱層を使用した場合、発熱層および被焼成物の表面付近の温度が、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波照射開始から約１００分後に１３００℃に達した。
【００２６】
これに対し、発熱が不十分であった発熱層の微小構造は、図１および図２のｂに示すように、無機結合材１の皮膜の発達が認められず、無機結合材によるムライト２とムライトよりも大きなマイクロ波吸収特性を有する物質（すなわち微粉３）との結合が部分的である。この発熱層を使用した場合は、発熱層および被焼成物の表面付近の温度は９００℃までしか昇温せず、被焼成物である陶磁器材料を焼成することができなかった。
【００２７】
上述した結果は、発熱層の発熱が、無機結合材の皮膜の発達による粒子どうしの結合の程度に大きく依存していることを示す一例である。この例が示すように、発熱層を構成する粒子と粒子との結合が少なく、粒子どうしが離散した状態が顕著であると、発熱層の発熱が不十分であり、被焼成物の焼成ができない。
【００２８】
また、発熱層に耐スポーリング特性を発現させるために、補強材として、無機繊維を含むことが望ましい。マイクロ波焼成においては、短時間での昇温、冷却が行われるため、熱的スポーリングに耐えることが要求される。補強材として無機繊維を使用することは、耐スポーリング特性を発現させるのに有効である。
【００２９】
前述の無機結合材１が、ムライト２のみ、またはムライト２と微粉３との組合せを皮膜状に覆っている構造は、無機繊維を含んだ場合に、一層重要である。その理由は、繊維を含むと密度が低下して発熱効率が低下し、この発熱の低下を皮膜状構造が補っていると考えられるからである。
【００３０】
補強材の役割を果たす無機繊維としては、例えば、アルミナシリカ繊維、アルミナ繊維、ムライト繊維が好ましい。特にムライト繊維が好ましく使用できる。ムライトは陶磁器材料に最も近いマイクロ波吸収特性を有するため、補強材として使用する無機繊維もムライト質であることが特に望ましい。
【００３１】
次に、基材について説明する。
【００３２】
基材は、マイクロ波の透過が可能であり、高い断熱性を有している材料を好ましく使用できる。マイクロ波が基材に吸収され、エネルギーが消費されてしまうと、結果として、被焼成物の焼成に必要なエネルギー量が著しく増大してしまう。また、放射冷却による発熱層の温度降下を防ぐために、基材は高い断熱性を有することが望ましい。さらに、基材は高い耐スポーリング特性を有することが望ましい。
【００３３】
このような特性を満たす基材としては、例えば、アルミナシリカ繊維を主成分とするセラミックファイバボードを挙げることができる。セラミックファイバボードは、マイクロ波の透過が可能であると共に、優れた断熱性および耐火性と、高い耐スポーリング特性を有しており、好ましく使用できる。
【００３４】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
【００３５】
先ず、ムライト系セメントに酸化鉄およびムライト繊維を少量添加して混合してコート材とした。
【００３６】
次に、このコート材を、肉厚４０ｍｍのセラミックファイバボード（東芝モノフラックス株式会社製ＦＭＸ−１７ＳＲ）に２ｍｍの厚さで塗布した。その後、それを１００℃で３時間乾燥させ、１０００℃で１時間焼成して、本発明の耐火断熱材を得た。
【００３７】
次に、この耐火断熱材を用いて、発熱層を内側にして、３００×６００×３００ｍｍの閉空間を作った。
【００３８】
次に、被焼成物として、外径８５ｍｍ、内径７５ｍｍ、高さ８５ｍｍの寸法を有するコーヒーカップ形状の陶土製容器を用意した。この陶土製容器を、前述の閉空間内に置いて、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射した。
【００３９】
このとき、発熱層および被焼成物の表面付近の温度は、実質的に同一であり、マイクロ波の照射時間に略比例して上昇し、図１に示すような昇温特性を得た。すなわち、１３００℃までの昇温時間は約１００分であり、短時間で昇温が可能であることを確認した。
【００４０】
照射したマイクロ波は、基材であるセラミックファイバボードを透過し、おもに発熱層および被焼成物である陶土製容器に到達して吸収され、発熱する。発熱層に接しているセラミックファイバボードは、放射冷却及び熱伝導による発熱層から外部への熱の逃げを低減すると共に、放射冷却及び熱伝導による発熱層の温度降下によって生じようとする発熱層表面と被焼成物との温度差分を、発熱層中に存在する酸化鉄（ムライトよりもマイクロ波吸収が大きい）が補償する。従って、陶土製容器と発熱層表面の温度が実質的に同一になる。
【００４１】
結果として、サーマルショックによるクラックを発生させることなく、短時間で陶土製容器を焼成することができた。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、被焼成物を囲む耐火断熱材に消費されるマイクロ波のエネルギー量が低減できると共に、被焼成物と発熱層の表面温度が実質的に同一となり、被焼成物の均一な焼成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は発熱が十分であった発熱層の微小構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。（ｂ）は発熱が不十分であった発熱層の微小構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図２】（ａ）は発熱が十分であった発熱層の微小構造を示す模式図である。（ｂ）は発熱が不十分であった発熱層の微小構造を示す模式図である。
【図３】本発明の実施例に係る、昇温特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１  無機結合材
２  ムライト
３  微粉
【図１】
0003774410.tif 000002
【図２】
0003774410.tif 000003
【図３】
0003774410.tif 000004