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技術報告

先進セラミックス研究センター年報（2017）. Vol. 6, 27‑31

アルミナキャスタブルの微構造に及ぼす石英の影響
太田敏孝＊・安達信泰＊・藤正督＊・チンチャンカンユイ＊・橋本忍＊＊・佐藤市周＊＊＊名古屋工業大学先進セラミックス研究センター〒  岐阜県多治見市旭ヶ丘 
名古屋工業大学生命応用化学専攻〒 名古屋市昭和区御器所町
品野セラミックタイル工業㈱〒  愛知県瀬戸市広之田町 (IIHFWRI4XDUW]RQ0LFURVWUXFWXUHRI$OXPLQD&DVWDEOH
7RVKLWDND2WD ＊ 1REX\DVX$GDFKL ＊ 0DVD\RVKL)XML ＊ 7ULQK7UDQ.KDQK'8< ＊ 
6KLQREX+DVKLPRWR ＊＊ ,VVKXX6DWR ＊＊＊$GYDQFHG&HUDPLFV5HVHDUFK&HQWHU1DJR\D,QVWLWXWHRI7HFKQRORJ\$VDKLJDRND7DMLPL*LIX-$3$1/LIH6FLHQFHDQG$SSOLHG&KHPLVWU\1DJR\D,QVWLWXWHRI7HFKQRORJ\*RNLVRFKR6KRZDNX1DJR\D$LFKL-$3$1
6KLQDQR&HUDPLF7DLUX.RJ\R
+LURQRGDFKR6HWR$LFKL-$3$1$EVWUDFW,WDFROXPLWHKDVDODUJHQXPEHURIPLFURFUDFNVLQWKHERG\DQGVRVKRZVIOH[LELOLW\6LPLODUO\DOXPLQDFDVWDEOHZLWKFUDFNVLQLWZKLFKZDVSUHSDUHGE\DGGLQJTXDUW]VDQGVRPHZKDWVKRZHGIOH[LELOLW\7KHFUDFNVJUHZZLGHUE\DIUHH]LQJ
GDPDJHDQGVRWKHIOH[LELOLW\ZDVLPSURYHG,QDGGLWLRQGHWHULRUDWLRQLQWKHVWUHQJWKZDVUHVWUDLQHGE\DGGLQJFHUDPLFILEHU
.H\ZRUGVLWDFROXPLWHFDVWDEOHUHIUDFWRULHVDOXPLQDTXDUW]VDQGIOH[LELOLW\PLFURFUDFN

1．はじめにうに石英粒子間に多数のクラックが存在し、粒子同士が一般に、セラミックスは高強度であるが靭性には劣り、ジグソーパズルのようにかみ合う構造をとるためであほとんど曲がることはない。しかし、ブラジルやインドる。コンニャク石の成因については正確にはわかっていで産出されるコンニャク石（学名 LWDFROXPLWH）と呼ばないが、堆積した石英片岩が地下水の熱水反応等によりれる岩石（図 ）は、主成分は石英（6L2）で石英片岩粒界部分が溶解したため、あるいは石英の相転移時におの一種であるが、文字通りコンニャクのようにクニャクける大きな体積変化により応力破壊したためと考えられニャ曲がる奇妙な岩石である。これは、図  に示すよている ）。

図
図  コンニャク石の微構造

撓んだコンニャク石の外観― 27 ―

アルミナキャスタブルの微構造に及ぼす石英の影響

これまでに著者らは、コンニャク石の構造を模倣して.$O6L2 のような高熱膨張材料と .=U（ 32）
 のよう作製した試料は、三点曲げ試験、6(0、; UD\ &7 等により評価した。

な低熱膨張材料の二つの物質を複合することで、その熱膨張差によってコンニャク石と同様のクラックを持った）

3．結果及び考察

張異方性を持つチタン酸アルミニウムを過度に焼結するは じ め に $O26L2 の 割 合 を 重 量 比 で  〜 まで変化させ、℃にて焼成した。 以上

ことにより、多量のマイクロクラックを発生させて、可では、流し込みができなかったので、乾式プレス成形しセラミックスを作製することや 、結晶軸に大きな熱膨撓性セラミックスを作製することを行ってきた）。また。その代表的な応力−歪み曲線を図  に示す。$O2

た、各種のセラミックスの焼成実験において、るつぼや

6L2 比が  及び  において、比較的大きな撓成形試料を載せる台としてキャスタブル耐火物を用いたみが観察された。

際、長期にわたって電気炉中から出し入れを繰り返して次に、$O26L2 比を  と定め、焼成温度を変いると、そのほとんどは割れてしまうが、稀にクラック化させた。その結果、図  に示すように焼成温度 は入っても、図  に示すように割れないでクラックの〜 ℃、焼成時間  時間においてコンニャク石と似隙間が開いたり閉じたりすることによりカクカクと動くた 応 力 歪 曲 線 が 示 さ れ た。 図  に  ℃ 焼 成 体 の物があることを発見している。このようなクラックが全体に広がれば、コンニャク石と同様な可撓性が得られる

6(0 像を示す。6L2 粒子と $O2 マトリックスの間、6L2 粒内及び $O2 マトリックス内に多くのクラックと期待できる。キャスタブル耐火物は、アルミナ粒子等が発生していることが確認できた。の耐火性骨材にアルミナセメントを配合したもので、クさらに撓み量を増加させるため、凍害試験に倣ってクラックの発生や進展による損傷に関する研究などが行わ

ラック内に水を導入して凍結させることにより、クラッ）。その中で、マイクロクラックの導入が、熱ク（隙間）の幅を広くすることを試みた。前述の試料に衝撃抵抗の増加をもたらす可能性も指摘されている ）。

ついて  回の凍結・解凍を繰り返した結果、図  に示

本研究では、コンニャク石の主成分でもある石英粒子をすように、目視で撓む試料が得られた。図  は、; UD\

骨材として加えて焼成固化し、その冷却過程において石&7 を用いて、凍結処理前と処理後の内部構造をコン英のα↔β転移による大きな体積変化により多量のクニャク石と比較した結果を示す。コンニャク石では数百ラックを発生させることを試みた。

ミクロンの粒子が緻密に入り組んでおり、微細なクラッれているクが観察された。一方、作製した $O26L2 複合体では、
2．実験方法

凍結処理前は、用いた 6L2 粒子の粒径  〜 PP とほ原料として、6L2（市販試薬石英粒、 〜 PP）及ぼ同じスケールで試料全体に均一にクラックが発生して

び $O2（大沢耐火㈱製アルミナキャスタブル $/ 0）いた。凍結処理後は、明らかにクラックの幅が広がってを用いた。なお、アルミナキャスタブルは、目開き ㎜いるのが観察された。但し、このクラックの広がりによっのふるいで分級し、大きな骨材を取り除いて使用した。て、強度は大きく低下した。

また、一部試料については、アルミナ  シリカ系断熱ファ既報のチタン酸アルミニウムから作製した可撓性セライバー（イソライト製）を全体量の  を添加した。

ミックスにおいては、チタン酸アルミニウム粒子が針状これらを適当な割合で乾式混合・加水混練し、アクリルに成長し、繊維強化の効果が強度低下を防いだと考えら枠（ ㎜× PP）へ約  ㎜の厚みになるように流れた ）。そこで、$O26L2 複合体においても、セし込み、あるいは自然乾燥後、粉砕し  ㎜×  ㎜のラミックスファイバーを添加することにより、強度の向金型プレス成形を行い、℃ a℃にて焼成した。

上を試みた。その結果、図  に示すように、ファイバーを加えることにより、強度低下は抑制されて、アルミナキャスタブルのみの場合と同様な強度を維持し、撓み量の増加ももたらした。図  にその 6(0 像を示す。添
加したセラミックァイバーとともに、クラックが観察された。
以上の結果より、アルミナキャスタブルに石英粒子を添加することにより、クラックが導入されたキャスタブル耐火物を作製できること、クラックによる強度低下はセラミックスファイバーの添加で改善されることなどが分かり、今後さらに詳細な検討をすることによって、新図  使用したアルミナキャスタブルのクラックの様子

しいキャスタブル耐火物が開発できると期待される。

（D）開いた状態、（E）閉じた状態― 28 ―

太田敏孝・安達信泰・藤図

忍・佐藤市周石英粒子添加によるアルミナキャスタブルの  点曲げ試験挙動の変化

図

図

正督・チンチャンカンユイ・橋本$O26L2  試料の焼成温度による  点曲げ試験挙動の変化

℃にて焼成した $O26L2  試料中における種々のクラック― 29 ―

アルミナキャスタブルの微構造に及ぼす石英の影響

図$O26L2  試料の撓みの観察：（D）無荷重（赤色直線と一致）、（E）重りを負荷（赤色直線より下に撓む）、（F）拡大図（多数のクラックが観察）図; UD\&7 による内部構造の観察：（D）コンニャク石、（E）$O26L2  試料、（F）凍結処理後の $O26L2  試料

図  ファイバー添加による  点曲げ試験挙動の変化― 30 ―

太田敏孝・安達信泰・藤正督・チンチャンカンユイ・橋本忍・佐藤市周図  ファイバー添加 $O26L2  試料の微構造参考文献） 5 & 'HYULHV DQG ' % -XJOH -$P &HUDP 6RF （）） 0%'XVVHDXOW4XDUW-(QJ*HRO/RQGRQ （）） 坂中健治，セラミックス，（）） 鈴木博之，清水大吉郎，地質雑，（）） 鈴木博之，同志社大学理工学研究報告，（）） $'RQFLHX['6WDJQRO0+XJHU7&KRWDUG&*DXOW
72WD DQG 6 +DVKLPRWR - 0DWHU 6FL   （）） ,6DWR<,FKLNDZD-6DNDQRXH00L]XWDQL1$GDFKLDQG72WD-$P&HUDP6RF（）
） &%DEHORW$*XLJQDUG0+XJHU&*DXOW7&KRWDUG
72WDDQG1$GDFKL-0DWHU6FL（）） $+D\DVKL1$GDFKL72WD<6HNL\D*6DXJHWDQG
0+XJHU81,7(&53URFHHGLQJV（）
） 太田敏孝，本多沢雄，安達信泰，石澤伸夫，$'RQFLHX[*6DXJHW-3DWULFN/6RXPDQG0+XJHU，耐火物， 〜 （）） 太田敏孝，セラミックス，（）） 森淳一郎，鳥谷恭信，岡本剛，耐火物，（）） 0*.DNURXGL(<HXJR)RJDLQJ&*DXOW0+XJHU7&KRWDUG-(XUR&HUDP6RF（）） 0 +XJHU 7 2WD 1 7HVVLHU'R\HQ 3 0LFKDXG 7
&KRWDUG0DWHU6FL(QJ（）

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