経常研究

佐賀県窯業技術センター 令和 3 年度 研究報告書・支援事業報告書

新規陶磁器材料の用途開発に関する研究嘉村 翔太郎佐賀県窯業技術センター

平成 28 年度に当センターで開発した世界最高強度磁器、高精度陶磁器という今までにない性質を持つ新しい材料について、食器の分野だけでなく、工業用製品など他分野への応用の可能性を調べるため、機械的特性、熱的特性、化学的特性等の各種物性評価を行った。また、高精度陶磁器について、原料や製造条件が気孔特性に充てる影響を調べ、1200℃付近の低温焼成でも十分な気孔容積が得られる条件を見出した。

Research on the development of new ceramic material applications
KAMURA Shotaro
Saga Ceramics Research Laboratory

In order to investigate the applicability of new materials such as most strengthened porcelain and highprecision ceramics, which Saga Ceramics Research Laboratory developed in 2016, to other fields such asindustrial products as well as tableware, various properties like mechanical, thermal and chemical
properties were evaluated. We also investigated the effects of raw materials and preparing conditions on
the porous characteristics of high precision ceramics, and found the conditions under which a high porevolume can be obtained even by low temperature firing at around 1200℃.
1. はじめにる必要が無いことも利点として挙げられる。しかしながら、

平成 28 年度に当センターで開発した世界最高強度磁

これらの新規陶磁器材料は物性が未評価であったため、器及び高精度陶磁器 1) は、県内外の消費者、商社、窯元

工業用製品に要求される機械的特性、熱的特性、耐食性などから高い関心を集め、商品化が進んでいる。世界最などの各物性を把握することが必要である。

高強度磁器はアルミナに匹敵する高い曲げ強度を持つこ本研究では、世界最高強度磁器及び高精度陶磁器のとが明らかとなっており、アルミナ代替材料として期待され材料について、食器だけでなく幅広い用途への利用を促る。また、高精度陶磁器は焼成変形や焼成収縮がほとん

進するため、基礎的な物性を評価し、成形方法の確認やどない全く新しい陶磁器である。そのため、高精度の製品

工業用製品としての用途開発及び更なる高機能化のための製造が可能であり、さらに多孔質であるという特性を生の指針を得ることを目的とした。

かした新たな製品の開発が期待される。
二つの新しい陶磁器は、一般の有田焼と同じプロセス

2. 実験方法

で製造が可能であるという特徴を有する。このため、一般

2.1 世界最高強度磁器の物性試験

的に高純度原料や厳密な製造条件の管理、1400℃以上

世界最高強度磁器（以降、強化磁器と表記）についての高温焼成が必要なファインセラミックス材料と比較し、低はアルミナやジルコニアのようなファインセラミックス材料

コスト、省エネルギーでの製造が可能である。また、一般と比較するため、機械的特性を主として評価した。また、的なファインセラミックス材料に比べると可塑性が高いた

その他の物性についても一部評価を行った。 物性試験

め、成形性や加工性に優れ、バインダーや可塑剤を用いにおいて、強化磁器は、まず強化磁器陶土に適量の蒸留
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水及び分散剤としてアクリル系ポリマー（A6012, 東亜合・ヤング率、ポアソン比測定成製）を 0.2mass％添加して含水率 25％の強化磁器泥漿焼成体を20mm×100mm×厚さ 2mm（面平行度0.01）にを調製した。これを石膏型に流し込んで鋳込み成形し、加工した試料を、一般財団法人ファインセラミックスセンタ

乾燥後に 1300℃で焼成（昇温速度：100℃／h、1 時間保ーに依頼して、共振法（曲げ、ねじり）による測定を行った。

持）して得られた焼成体をテストピースとした。なお、得ら・破壊靭性試験れたテストピースは各物性試験ごとに適正な形状に成形

焼成体を 3mm×4mm×（厚さ 36～40mm）に加工した試

あるいは試料切断機（MARUTO 製 MC-171）で加工して料を、一般財団法人ファインセラミックスセンターに依頼し、試験を行った。

SEPB 法による測定を行った。

2.1.1 機械的特性

2.1.2 熱的性質

・ビッカース硬さ試験

・熱膨張率試験焼成体 5 つを 5mm×5mm×厚さ 3mm（±0.5mm）以下

焼成体を丸棒状（5mmφ×約 20mm）に加工した試料を、のサイズに加工したのち、測定面を鏡面研磨機（ムサシノ

熱機械分析装置（NETZSCH製 TMA4000SE）を用いて50

電子株式会社製 MA-150）で研磨処理を行った。その後、～900℃の温度範囲で線熱膨張係数を測定した。

ビッカース硬さ試験機（島津製作所製 HMV MICRO・熱伝導率試験

HARDNESS TESTER）を用いて硬度を測定し、平均値を焼成体を 10mm×10mm×厚さ 1mm の角形板状に加工算出した。

して測定試料とした。 なお、安定した測定値を得るため

・曲げ強度試験(JCRS 203, JIS R 1601)に、前処理として板状試料の上下面に卓上スパッタ装置

試験は JCRS 203（食器用強化磁器の曲げ強さ試験方（サンユー電子製

2）法） 及び JIS R 1601(ファインセラミックスの曲げ強さ試験

ADVANCE）を用いて金(Au)コート、及びスプレーによる方法)3） の規格に基づいた二種類の方法で行った。

カーボンコートを行った。試料は、レーザーフラッシュ法

JCRS 203 では、原料を鋳込み成形した生の試料をQuick Coater SC-701Mk Ⅱ

熱伝導率測定装置（NETZSCH 製 LFA457）を用いて熱伝900℃で素焼き（昇温速度：150℃／h）し、強化磁器用タル

導率及び比熱容量を測定した。

ク釉（線熱膨張係数 6.57×10-6 ／K）を施釉したのち1300℃で焼成したものをテストピースとした。また、JIS R

2.1.3 耐薬品性

1601 では、原料を鋳込み成形した試料を無釉のまま

JIS R 1503（化学工業耐酸磁器の試験方法）4） に基づき1300℃で焼成したものをテストピースとした。試料は、そ試験を行った。試料は焼成体をアルミナ製乳鉢で粉砕し、れぞれの規格2）3）に準じた形状に成形又は加工したもの

500μm の標準網ふるいを用いてふるい分け、超音波洗を測定試料とし、試験は卓上精密万能試験機（島津製作

浄で表面の微粉末を除去した後、99.5%エタノール（富士所製 autograph AG-X 10kN）を用いて、クロスヘッドスピ

フィルム和光純薬 特級）で洗浄し、105℃の空気浴中で 1

ード 5mm/min の条件で測定を行った。 得られた破壊荷

時間乾燥させた。この試料について耐酸、耐アルカリ性

重データと試料サイズから曲げ強度を算出し、それぞれ試験を行い、得られた結果から耐薬品性を表す指標とし

10 サンプル試験による平均を測定値とした。

て質量減少率（%）を算出した。

・圧縮強度試験

耐酸（アルカリ）度 （質量減少率）（%） ＝焼成体を 10mm×10mm×厚さ 10mm 以下のサイズに(加工し たのち、万能材料試験機（島津製作所 UH1000kNC）を用いて圧縮試験を行った。 得られた破壊荷

m1 ：処理前の試料の質量

重から圧縮強さを算出し、5 サンプル試験による平均を測

m2 ：処理後の試料の質量定値とした。
8

)

×100

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・耐酸性試験

・細孔分布測定

粉砕処理した試料を 10ｇ秤量し、塩酸（36％）、硝酸

自動水銀ポロシメータ （Micrometritics 製 AutoPoreⅣ）（61％）、硫酸（95％）（すべて富士フィルム和光純薬製）のを用いて水銀圧入法で測定した。

各 10 mass %の等量混液 100mL に加え、30 分おきに振と・比表面積測定

うし、90℃の水浴中で 5 時間加熱した。その後、上澄み液

ガス吸着アナライザー

を静かに流出させ、その残渣を温水とともに傾斜法で pH(Quantachrome 製

QUADRASORB SI)を用いてガス吸着法で行った。

試験紙を利用しながら中性となるまで反復洗浄し、99.5%
エタノールで洗浄したのち 105℃の空気浴中で 1 時間乾2.2.2 機械的特性

燥させ秤量した。

・曲げ強度試験・耐アルカリ性試験

無釉で、JCRS 203 の方法で行った。

アルカリ溶液として水酸化カリウム（和光純薬工業製）で・圧縮強度試験

10 mass%の KOH溶液を調製し、耐酸性試験と同様の手順

強化磁器と同様の方法で行った。

で耐アルカリ試験についても行った。
2.2.3 熱的性質
2.1.4 その他の物理的性質

・熱膨張率試験：強化磁器と同様の方法で行った。

・真密度測定・熱伝導率試験焼成体をアルミナ乳鉢で微粉砕し、ゲーリュサック型比

多孔質材料はレーザーフラッシュ法では測定が難しい

重瓶を用いてピクノメーター法で測定を行った。

ため、熱線法による測定とし、迅速熱伝導率計（京都電子

・吸水率、嵩密度測定

工業製 Kemtherm QTM-D3）を用いて行った。なお試料試験は水中重量法（アルキメデス法）を用いた。重量のは、測定プローブのヒータ線が試料と十分に接触するよう変化がみられなくなるまで乾燥させた焼成体を 3 個用意に 48mm×129mm×厚さ 20mm に加工したものを用いた。

し、それらを 3 時間煮沸して室温まで冷却後、乾燥重量、
飽水重量、水中重量の値から吸水率と嵩密度を算出した。

2.2.4 化学的性質
耐酸、耐アルカリ性試験について強化磁器と同様の方

2.2 高精度陶磁器の物性試験法で行った。

高精度陶磁器（以降、多孔質陶器と表記）は多孔質材料であるため、気孔特性及びその他の物性について評2.2.5 その他物理的性質

価を行うこととした。 物性試験において、多孔質陶器は、

真密度、吸水率、嵩密度試験について強化磁器と同様

まず原料粉末に適量の蒸留水及び分散剤として珪酸ナトの方法で行った。

リウム（水ガラス 3 号, 日本化学工業製）を 0.2mass％添加
して含水率 27％の多孔質陶器泥漿を調製した。これを石2.3 高精度陶磁器の改良試験

膏型に流し込んで鋳込み成形し、乾燥後に 1300℃で焼・気孔特性のコントロール

成（昇温速度：100℃／h、1 時間保持）して得られた焼成体

多孔質陶器の気孔特性をコントロールすることができをテストピースとした。なお、得られたテストピースは各物

れば、さまざまな用途へ応用できる可能性がある。一般的性試験ごとに適正な形状に加工して試験を行った。

に、多孔質セラミックスの気孔をコントロールする際にはいくつかの方法があるが、有田で作られているような一般

2.2.1 気孔特性的な磁器と同じ工程で製造すること考慮して、原料を変更

焼成体を乳鉢で 5～10mm 程度に粉砕し、以下の測定することで気孔サイズの調整ができないか検討を行った。

を行った。

多孔質陶器陶土の原料は天草陶土、蛙目粘土、石灰、ア
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ルミナを使用しているが、今回はアルミナ及びその粒子での焼成では中央細孔径が小さく 1300℃焼成のものと比径に注目し、試験を行った。試験する陶土は、原料として、較してディフューザーとしての吸い上げ特性が低下する。

天草陶土、蛙目粘土及び石灰石に、粒径が異なる 8 種類

そこで、低温域での焼成でもディフューザーとしても十分のアルミナ（表１を参照。AES-11, A20（住友化学製）、に使用できるように改良試験を行った。ここでは既存の原SA31, SA32, SA34 (日本軽金属製)、AL13KT, AL43A,

料を用いて天草陶土を35～55%、蛙目粘土を5～20％、石AL170 (昭和電工製)） をそれぞれ混合することとし、これ灰を 20～35％、アルミナを 10～20％の範囲で調合割合をに適量の蒸留水及び分散剤として珪酸ナトリウム（水ガラ

変化させテストピースを作成することとした。既存の原料

ス 3 号, 日本化学工業製）を 0.2mass％添加して含水率に珪酸ナトリウム（水ガラス 3 号）を 0.2mass％添加し、含水28％の泥漿を調製した。これを石膏型に流し込んで鋳込率 27％の泥漿でテストピースを鋳込み成形し、電気炉をみ成形し、乾燥後に各温度（1200℃, 1250℃, 1300℃）で用いて各温度（1200℃、1225℃、1250℃）、で焼成（昇温

焼成（昇温速度：100℃／h、1 時間保持）して得られた焼成

速度：100℃／h、1 時間保持）した。得られた焼成体のア体をテストピースとした。

ルミナの粒子径の違いによる気孔特性を自動水銀圧ポロシメーター(2.2 を参照)で評価した。また一部の材料にお表 1 使用したアルミナの中心粒径．
アルミナ

中心粒径（μm）

AL13KT

97

AL43A

50

A20

29.5

SA31

5

SA34

4

AL170

1.8

SA32

1.7

AES-110.43

いては、電解放出型走査電子顕微鏡（JEOL 製 JSM7500f）を用いて組織構造の表面観察を行い、また生成物については全自動多目的 X 線回折装置（Rigaku 製
SmartLab）を用いて結晶層の同定を行った。

2.4 世界最高強度磁器と高精度陶磁器の成形試験
強化磁器と多孔質陶器を利用した製品は、現在、主に鋳込み成形やローラーマシン成形が行われているが、これらの素材の食器以外の分野への応用の可能性を探る
ためには、他の成形方法による成形性の評価を行う必要がある。そこで、以下の方法を用いて成形試験を行った。

・焼成条件について・プレス成型

多孔質陶器の気孔特性と、焼成温度や昇温速度等のはじめに、強化磁器と多孔質陶器の陶土を乾燥させ、焼成条件との関連性ははっきりとわかっていないため、そから粉末になるまで磁器製乳鉢で粉砕した。その後、約 10g

Anorthite（CaO・Al2O3・2SiO2）の生成がガラスの生成より早ずつ 15mm×60mm の金型に入れ、ハンディ油圧プレス

ければ変形しにくいことが分かっている。このことから、昇機（ENERPAC 製 SEFW-20）を用いて約2ton の荷重で30温速度の違いによる変形量の変化について試験した。試

秒間プレス成型を行い、成形性について評価した。

料は、多孔質陶器の原料である天草陶土、蛙目粘土、石・押出成形の条件について検討した。過去の研究結果

5)

灰、アルミナの４種類の原料割合を変化させ、珪酸ナトリ

強化磁器陶土（含水率20％）と多孔質陶器陶土（含水率

ウム（水ガラス 3 号）を 0.2mass%添加した含水率 27%の泥19％）で、混錬一体押出成形機（宮崎鉄工製 FM-P30H）

漿で鋳込成形を行い、複数のテストピースを作成した。そを用いて押出成形を行った。成形に使用した押出用金型の後、ベンディング用架台にそれらのテストピースを乗せ、は、角柱状（8mm×8mm）、円柱状（φ3mm、φ10mm）、パ

電気炉を用いて 1300℃まで各昇温速度（50℃／h、100℃

イプ（外形φ10mm、内径φ1mm）、ハニカム（24mm×／h、200℃／h、300℃／h）の条件で焼成を行い、焼成変24mm、ピッチ径 2mm×2mm、壁厚 1mm）の 5 種類を使用

形の量を確認した。

し、成形のしやすさについて評価した。

多孔質陶器は 1200℃台前半のような比較的低温領域
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3. 結果と考察を要求しない用途への利用については十分に代替として

3.1 世界最高強度磁器の物性試験結果利用できる可能性があると考えられる。また、熱伝導率以2.1 の強化磁器に関する物性試験で得られた結果を表外の熱的性質、化学的性質、物理的性質について本強2 に示す。また、強化磁器と当初の比較対象であったアル化磁器は比較的アルミナに近い値であった。このことから、

ミナの物性

6) 7) 8)と、ジルコニアの物性

7) 8)9)について合わせ特にアルミナの代替材料として利用の可能性が示唆されて表記した。機械的特性について注目すると、多くの評た。

価項目で強化磁器はアルミナとジルコニアに比べて値が低い傾向があったが、曲げ強度に関してはアルミナに匹

3.2 高精度陶磁器の物性試験

敵することがわかった。アルミナやジルコニアのようなファ細孔分布測定で得られた分析結果を図 1 に示す。このインセラミックス材料は一般的に 1500℃以上の高い温度

結果から多孔質陶器は細孔径が約 8μm の非常にシャーで焼成され、製造に多くのエネルギーを必要とする。また、

プな細孔分布を有することが明らかとなった。また、2.2 の原料自身に可塑性が無いためバインダーを添加する必

多孔質陶器に関する物性試験で得られた結果を表3に示要があり、製造における工程数が多く、硬い材料であるたす。現在、この材料の用途としてはアロマディフューザー

め加工コストもかかる。これと比較し、強化磁器は通常のが多いが、多孔質材料は気孔サイズによって適した用途

磁器と同じ 1300℃で焼成が可能で、原料自体に可塑性があるため、材料の各種物性が明らかになったことで酵があるためバインダーも不要である。また、製造工程が少母や触媒の担体やフィルター、散気材等、ディフューザ

なく、アルミナやジルコニアに比べると切削加工が容易でー以外の用途への応用につながると考えられる。また、あるなど、エネルギーや製造コストの面でメリットがある。

化学的性質について見ると、酸にとても弱く、アルカリにもこのため、アルミナやジルコニアのような高い機械的特性

注意が必要な結果となった。これは、材料成分中には

表 2 強化磁器（1300℃酸化焼成、昇温速度 100℃／h、保持時間 1h）とアルミナ、ジルコニアの物性表.．
材質
試験項目

単位
強化磁器

アルミナ

ジルコニア

ビッカース硬さ

GPa

7.86

18.6

10.7～12.7

曲げ強度（JCRS203）

MPa

351

-

-

曲げ強度（JISR1601）

MPa

281

294～392900～1500

圧縮強度

MPa

531

2700～3000

-

ヤング率

GPa

153

350～400

210

ポアソン比

-

0.22

0.25

0.31

破壊靭性

MPa・m1/2

1.8

4.5

8～12

平均線熱膨張係数

×10-6/K

7.0

8.0

9.2～9.8

熱伝導率（室温）

W/(m･K)

5.3

25～31

3.3

比熱容量

J/(g･K)

0.69

0.79～0.84

0.46

化学的

耐酸度

%

0.03

0.03～0.65

0～0.04

性質耐アルカリ度%

0.49

0.03～0.91

0.08

真密度

g/cm3

3.1

3.6～3.9

6.05

吸水率

%

0.02

0

0

嵩密度

g/cm3

3.1

3.9

6.0～6.1

機械的
性質

熱的
性質

物理的
性質

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CaO 成分が多いためであると考えられ、強い酸やアルカが小さかったテストピース（SA31, SA32, SA34, AL170,

リ条件中で使用する場合は注意が必要であることがわか

AES-11）の全細孔容積及び中央細孔直径を図 3、図 4 に

った。

示す。

図 2 異なる粒径のアルミナと焼成変形の関係（焼成温度 1300℃、酸化焼成、昇温速度 100℃／h、保持時間 1h）．
図 1 多孔質陶器の最高分布（焼成温度 1300℃、酸化焼成、昇温速度 100℃／h、保持時間 1h）．
表3 多孔質陶器（1300℃焼成、昇温速度100℃／h、保持時
間 1h）の物性表．
試験項目

単位

結果

気孔率

%

33

全細孔容積

cm3/g

0.19

中央細孔径

μm

8.2

機械的

曲げ強度（JCRS 203）

MPa

48

性質

圧縮強度

MPa

17

熱的

平均線熱膨張係数

10-6/K

5.4

性質

熱伝導率

W/(m･K)

1.9

化学的

耐酸度

%

47

性質

耐アルカリ度

%

0.97

真密度

g/cm3

2.8

吸水率

%

18

嵩密度

g/cm3

1.7

気孔
特性

図 3 異なる粒径のアルミナと焼成温度、全細孔容積の関係（酸化焼成、昇温速度100℃／h、保持時間1h）．

物理的性質

3.3 高精度陶磁器の改良試験
・気孔特性のコントロールについて

図 4 異なる粒径のアルミナと焼成温度、中央細孔径の関係（酸化焼成、昇温速度 100℃／h、保持時間 1h）．

異なる粒径のアルミナを用いた焼成試験結果を図 2 に示す。この結果から、中心粒径が 29.5μm 以上のような大全細孔容積の結果からはアルミナの粒径、焼成温度ときい粒形では焼成変形が大きく、それ以下の粒径を持つの明確な関連性はみられなかったが、中央細孔直径にアルミナを用いた試料ではほとんど焼成変形をしないとついては 1200℃～1300℃の焼成温度の範囲では大きくいう結果が得られた。これは、粒径が小さいものは表面積なる傾向が確認でき、さらに粒子の大きなアルミナの方が、が大きいことから反応性が高く、早い段階で Anorthite が細孔径が大きくなる傾向が明らかとなった。このことから、生成したことが要因となったと考えられる。また、焼成変形原料を変更することによって一定の範囲内ではあるが気
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孔特性のコントロールが可能であることが示唆された。こ焼成変形が大きなテストピースは昇温速度にかかわらずれらの中で SA32（中心径 1.7μm）と AL170（中心径 1.8μ

変形してしまい、今回試験を行った昇温速度の範囲m）では中心径の差が 0.1μm しかないにもかかわらず、（50℃／h～300℃／h）では焼成変形量と昇温速度の関連

温度依存性が大きく異なる。これらの違いについて詳しく性は小さいという結果が得られた。

確認するため、それぞれのアルミナについて粒度分布測

次に低温域での焼成について 1200℃、1225℃、定装置（セイシン企業製 LMS-2000e）を用いて粒度の測

1250℃の焼成で焼曲がほとんどなかったものについて４定を行い、その結果を図 5 に示す。

つピックアップした。その調合割合(%)を表 4 に示す。
表 4 改良した高精度陶磁器の調合割合表．
原料

試料 1

試料 2

試料 3

試料 4

天草

35

32

40

40

蛙目

20

18

10

18

石灰

25

30

30

24

アルミナ

20

20

20

18

これらの調合割合で作成した焼成後の試料について全細孔容積及び中央細孔直径を図 7、図 8 に示す。

図 5 アルミナ（SA32 と AL170）の粒度分布．

粒度分布の測定結果では、粒子径に大きな違いはな
かったが、AL170 は低い焼結温度でも焼結しやすいという特性を持つため、1300℃の焼成温度では焼結が進むことでガラス化が早まり、全細孔容積が減少し、結晶の成長により中央細孔径が大きくなったのではないかと考えられる。
・焼成条件について
焼成体の中では焼成変形が小さいテストピースもあったため、比較しやすいように変形量が大きかった試料 A

図 7 試料 1～4 の全細孔容積と焼成温度の関係（酸化焼成、昇温速度 100℃／h、保持時間 1h）．

（天草陶土 40％、蛙目粘土 10％、石灰 30％、アルミナ（SA34） 20％）、試料 B（天草陶土 40％、蛙目粘土 18％、
石灰 24％、アルミナ(SA34) 18％）について焼曲試験を行った結果を図 6 に示す。

図 8 試料 1～4 の中央細孔径と焼成温度の関係（酸化焼成、昇温速度 100℃／h、保持時間1h）．

図 6 昇温速度と焼成体 A,B の焼成変形量の関係（1300℃酸化焼成、昇温速度は図中記載、保持なし）．

全細孔容積について、1200℃ではばらつきがみられたが、1250℃ではその差が小さい結果であった。また、中
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央細孔直径については焼成温度依存性が強く、焼成温た。また、高倍率の SEM 像からは焼成温度からは焼成温度が高くなるにつれて細孔径も大きくなることが明らかと度が高くなるにつれて Anorthite と思われる結晶（図中矢なった。

印箇所）が晶出していることを確認できた。次に図 11 に X得られた試料 1、2、3、4 の SEM 像を図 9（低倍率）及び線回折パターンの焼成温度による変化を示す。試料の主図 10（高倍率）に示す。250 倍の SEM 像を見ると、焼成温な結晶相は Quartz、Corundum、Gehlenite、Anorthite であ

度が高くなるにつれてすべての試料で気孔径が大きくなった。以前の研究 5)により、多孔質陶器陶土の焼成反応でっている傾向がみられ、細孔分布測定による細孔径の結は原料中の Quartz や Corundum、Lime 等が反応し果と一致した。低倍率の SEM 像では、焼成温度が高くな

Gehlenite から Anorthite が晶出し、成長すると考えられてるにつれてすべての試料で気孔径が大きくなっている傾いる。そこで、X 線回折パターンの中で特に強く表れてい向が見られ、細孔分布測定による細孔径の結果と一致しる Quartz（26.6°）、Corundum(35.2°)、Gehlenite(31.4°)、

図 9 試料 1～4 の各焼成温度における SEM 像（エッチング処理無、250 倍）．

図 10 試料 1～4 の各焼成温度における SEM 像（エッチング処理無、2000 倍）．

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図 11 試料 1～4 の各焼成温度における XRD 測定結果 (〇：Quartz、◇：Corundum、×：Gehlenite、▼：Anorthite)．

Anorthite(28°) の第一ピークに着目し、ピーク強度の変温度帯で大きな気孔容積を有する焼成体を得るには化を表 5 に示す。Quartz、Corundum についてはすべて

Gehlenite 結晶の晶出が重要ではないかと考えられる。

の試料で焼成温度が高くなるにつれてピーク強度が減少

Gehlenite が既に多く成長していた試料 2、3 では試料 1、し、Anorthite のピーク強度が強くなっていることがわかり

4 に比べ 1200℃焼成での Quartz と Anorthite のピーク強

Anorthite の成長が確認された。しかし、Gehlenite の強度度が比較的低かった。このことから Gehlenite と Anorthiteについては、試料 1、試料 4 は焼成温度が高くなるにつが成長するために十分な量の Quartz が存在していればれて減少しているが試料 2、試料 3 については減少してより Gehlenite が増加するのではないかと考えられ、さらないなかった。このことから、1200℃付近で Gehlenite 結晶

る改良の余地が示唆された。

が十分晶出していると、図 7 で示したように全細孔容積が大きくなるのではないかと考えられる。よって、低い焼成

3.4 世界最高強度磁器と高精度陶磁器の成形試験結果

表 5 試料 1～4 の各焼成温度におけるピーク強度．（CPS）

・プレス成型
強化磁器、多孔質陶器共に乾粉は水やバインダーを用いずに成型が可能で、焼成前の成形体はハンドリングが可能な強度であった。成形体を電気炉で 1300℃、昇温
速度 200℃／h の条件で焼成したものを図 12 に示す。

図12 プレス成形のテストピース（1300℃酸化焼成、昇温速度 200℃／h、保持時間 1h）．

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経常研究

佐賀県窯業技術センター 令和 3 年度 研究報告書・支援事業報告書

焼成体について、多孔質陶器はほとんど収縮がなかっ

参考文献

たが、強化磁器では焼成前のサイズから 26％小さくなっ

1) 蒲地伸明 他, 佐賀県窯業技術センター平成 29 年度ていた。このため、強化磁器を用いる際は特に焼成収縮研究報告書, 1-3(2017).

について注意する必要がある。

2) JCRS 203:1996.

・押出成形

3) JIS R 1601:2008.

成形体を電気炉で 1300℃、昇温速度 200℃／h の条件

4) JIS R 1503:1991.

で焼成したものを図 13 に示す。

5) 蒲地伸明, 山﨑加奈 佐賀県窯業技術センター令和
元年度研究報告書, 40-44(2020).
6) 檜垣寅雄(1983). エンジニアリングセラミックス,176210.
7) 日本セラミックス協会(1989). セラミック工学ハンドブッ
ク, 2006-2009.
8) KYOCERA FINE CERAMICS 材料特性表

図 13 押出成形のテストピース（1300℃酸化焼成、昇温速度 200℃／
h、保持時間 1h）．

（ https://kyocera.co.jp/prdct/fc/material/property/material/comparison/index.html）

強化磁器、多孔質陶器共に、角柱、円柱、パイプにつ9) 宗宮重行(1983). ジルコニアセラミックス 1,175.

いてはバインダーを添加せずに問題なく成形が可能であった。しかしながら、ハニカムについては陶土が押し出されたのち裂けてしまい成形することができなかった。したがって、ハニカムのような複雑な形状を成形するには、強化磁器及び多孔質陶器についてそれぞれ適したバイン
ダーを検討し、可塑性の増加及び原料粒子同士の密着性の向上をはかる必要があると考えられる。

4. まとめ
世界最高強度磁器と高精度陶磁器について物性表を作成した。これらの材料の詳細な物性が判明したことにより、他分野への応用の可能性が広がった。
多孔質陶器ついて改良試験を行うことで原料と気孔特性の関係性や焼成温度の影響について知見を得ることができた。また、1200℃周辺の低温領域の焼成でも高い気孔容積が得られる条件を発見し、更なる改良の余地が見いだされた。
強化磁器と多孔質陶器について、食器以外の分野での応用の可能性を探るため、プレス成型と押出成形について実施した。ハニカムのような複雑な形状については課題が残ったが、円柱、角柱、パイプについては問題なく成形が可能であることがわかった。

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