一般磁器の耐熱性向上に関する研究
蒲地伸明

一般的な磁器と同様の焼成で製造でき高い耐熱衝撃性を持つ磁器陶土の開発に成功した｡開発した陶土は焼成温度幅が 1230℃～1350℃と非常に広く､そのいずれの温度範囲でも良い耐熱性を示した｡また電子レンジによる加熱試験においても一般磁器よりも加熱されにくい特性を持ちより安全性の高いものとなっている｡適切な釉薬を用いることにより電子レンジ対応型食器として十分な性能を持つ食器の製造が可能である｡
1.はじめに125mm）および曲げ試験用試料（9×5×80mm）

電子レンジやオーブンの普及により食器が直接を成形した｡それぞれの試料は水ブキ仕上げを行過熱されることが多くなっている｡平成 14 年度のっ た 後 ､ 電 気 炉 を 用 い て 最 高 温 度 1220 ℃ ～研究では電子レンジで磁器を空焚きした場合､不1350℃で焼成した｡

均一かつ急激に加熱されることが明らかになった。
一般的には電子レンジで磁器のみを加熱する状況はないと考えられるが､電子レンジで加熱されにくく耐熱衝撃性の高い磁器があればより安心して2.3 吸水率および嵩密度
吸 水 率 お よ び 嵩 密 度 の 測 定 は ､ ASTM
C373-88 によって行った使用できる｡
そこで本研究では一般磁器と混焼可能な耐熱磁器の開発を行った｡最終年度である本年度は試験

2.4 曲げ強度
曲げ強度は JCRS 203 によって行った｡

した陶土調合のうち､優れた物性を示した焼成体の物性を報告する｡

2.5

焼曲試験

焼曲試験用試料をスパン 100mm の焼曲試験用
2.実験方法架台にセットし各温度で焼成後､試料端部を結ん

2.1 坏土調製だ直線から最も大きく焼下がった部分まで垂線を

表 1 に使用原料の化学分析値および各原料の調合範囲を示す｡表中の天草陶石は乾式ボールミル

表 1 各原料の調合割合

によってあらかじめ粉砕されたものを用いた｡

原料名

調合割合 wt%

各原料を所定の調合割合となるように秤量したの

天草陶土20～40蛙目粘土

10益田長石2～18焼タルク

2～15アルミナ

20～40

ちボールミルに水および解膠剤と共に投入し含水率 28 重量%の泥漿を得た｡泥漿は真空脱泡後 2 時間静置して鋳込み泥漿とした｡

2.2 成形および焼成
鋳 込 成 形 に よ っ て 焼 曲 試 験 用 試 料 （ 20 × 7 ×おろし､その長さを測ることで行った｡

器化していることがわかる｡焼結が進むに従い嵩密度は上昇し 1250℃～1300℃付近でピークを示

2.6 熱膨張係数および熱収縮の測定｡

す｡焼下がり量は焼成温度の上昇と共に増加し熱膨張係数の測定はマックサイエンス製

1350℃では 10mm 以上と大きなものとなった｡一TMA4000 によって測定した｡熱収縮はマックサ

方図 1 の試料 TT07 は 1220℃ですでに吸水率はイエンス製 DILATOMETER3300 によって測定0.1％前後と磁器化しており嵩密度は温度が上昇した｡

するに従い緩やかに低下しているが｡焼下がり量は 1220℃～1350℃の間でほとんど変化が無く特2.5 熱衝撃試験

殊な挙動を示している｡図 3 に焼成後の焼曲試験

熱衝撃試験は JIS S2400 の方法によって行っ

120.75103 結果と考察
今回作成した試作陶土のうち最も良好な結果

80.50

640.25をしめした陶土(試料名：TT07)の調合割合を表22 に示す｡比較試験に用いた強化磁器の調合割

01200合をあわせて示す｡

図1化磁器素地は常識的な焼結挙動を示し 1220℃

1300
焼成温度

1350

TT07 陶土の焼成温度と各種物性の関係（◇嵩密度：○吸水率：×焼下がり量）

までは大きな吸水率を示し 1250℃を超える温度から吸水率はほぼ 0.1％付近で一定となり磁1.00↓嵩密度(g/cm3)吸水率↑

焼下がり量(mm)

原料名0.7510

試作陶土の調合割合

TT07強化磁器

80.506天草陶土

4030

蛙目粘土

10202益田長石

52001200

焼タルク

15--4

図2アルミナ

30303.01412

表22.52.00.001250

それぞれの試料の焼成温度と吸水率､嵩密度､焼下がり量の関係を図 1､図 2 に示す｡図 2 の強↓嵩密度(g/cm3)吸水率(%)↑

合は⊿T を 10℃づつ大きくして破損が生じる焼下がり量(mm)14まで繰り返し｡た3.01.00

た｡試験は⊿T＝150℃から開始し破損が無い場

2.50.250.001250

1300
焼成温度

2.01350

強化磁器陶土の焼成温度と各種物性の関係（◇嵩密度：○吸水率：×焼下がり量）

片の写真を示す｡試料 TT07 の焼下がり量が焼成温度で変化しないことがわかる｡図 4 に試料 TT07の焼結曲線を示す｡焼結が完了する 1230℃までは一般的な陶土の焼結曲線を示すが､焼結後すぐにはブローディングを起こすことなく 1360℃まで再び直線的な変化を示し､1360℃を超えたところでブローディングを起こし始める｡このことからこの陶土の焼結範囲は 1220℃～1350℃と非常に広いことが判る｡1235℃の焼結後にブローディングをすぐに起こさない原因として高温の液相中に焼タルクから十分な量の Mg が供給されアルミナ､

図3TT07 焼曲試験結果シリカと反応することにより液相からコーディエライトなどの結晶が晶出することが考えられる｡
この反応のため焼成温度が上昇しても液相が必要2以上に多くなることが無いためと考えられる｡

0

図 5 に各試料焼成温度との曲げ強度の関係を示

よく一致しており嵩密度のピークである 1250℃～1300℃の間で曲げ強度もピークとなり嵩密度の低下に従い急速に強度が低下する｡

膨張率（×10-2）す｡図 5 の強化磁器は嵩密度と曲げ強度の関係は0200400600800100012001400温度（℃）-2-4-61360-8

一方図 5 の試料 TT07 は焼成温度の上昇と共に曲-10げ強度は急速に低下している｡X 線回折試験で確-121230

認したところ温度上昇に従いコランダム､α-石英

図4TT07 の焼結曲線のピークが減少し､コーディエライトの増加が確170認された｡このことから強度低下はアルミナの減少が主原因と考えられる｡

焼成で 5.64×10-6/K であった平均線熱膨張係数は温度上昇と共に急激に小さくなり 1350℃焼成では 3.86×10-6/K となった｡熱膨張曲線から判るよ160

曲げ強度（MPa）

図 6 に試料 TT07 の熱膨張曲線を示す｡1220℃

150

140TT07
強化磁器

うに焼成温度が高くなるに従い 550℃~600℃付
近の石英の転移に伴うピークが低くなっており

130
1200

1350℃ではほとんど確認できなくなっている｡通常の磁器の焼成過程で起きる石英のガラス相への熔融ではこのように石英が減少することはなく､

1250

1300

焼成温度（℃）

図5

焼成温度と曲げ強度の関係

1350

膨張率（×10-2）

化磁器は⊿T＝150℃で全て破損したが､TT070.6

焼結体はいずれの焼成温度でも耐熱温度差 2000.5度以上の高い耐熱衝撃性を示した｡特に 1300℃､0.41350 ℃ 焼 成 の 試 料 は 良 好 な 結 果 を 示 し ⊿T240℃では破損せず､⊿T270 でも 6 試料全数0.3の破損にはいたらなかった｡試料 TT07 は焼成
0.2

温度が高い場合は低熱膨張化によって熱衝撃特

1220℃
1300℃
1350℃

0.1

性が向上し､焼成温度が低い場合は一般磁器よりも高い強度特性によって耐熱性が向上してい

00300

600

900温度(℃）

図6るものと考えられる｡

4.まとめ

TT07 焼結体の熱膨張曲線

一般的な有田焼と同様の焼成条件で製造できTT07 ではガラス相中のシリカがマグネシア､アる耐熱磁器の研究を行った｡陶土中にタルクをルミナと反応しコーディエライトが生成するため適量添加し長石類を大幅に減量することで焼腰がに残留石英の減少が促進されると考えられる｡

強く焼成温度範囲が 1230℃～1350℃と非常に広表 3 に試料 6 本に対して行った熱衝撃試験の結い耐熱磁器を開発することができた｡

果を示す｡ TT07 は焼成温度 1250℃､1300℃､熱衝撃試験の結果､磁器化する焼成温度範囲に1350℃の 3 種類を試料として用いた｡また比較試おいて焼成温度に関係なく耐熱温度差 200℃以上料として前出の強化磁器を用いた｡表中の数字がの性能を示しており､通常の電子レンジでの使用該当温度での破損数を示している｡比較試料の強では全く問題がないと考えられる｡また本文中では記載していないが電子レンジの空焚きによる試

表3

熱衝撃試験結果⊿T

験でも一般磁器よりも加熱しにくい特性を持って

TT07

試料強化1250℃

1300℃

1350℃

磁器

150℃

0005200℃

000－210℃

000－

220℃

300－

230℃

300－

240℃

－

00－250℃－

31－260℃－

11270℃－

13－

おり､耐熱磁器としては非常に良好な物性をもつ｡