JPH0336959B2 - - Google Patents
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- JPH0336959B2 JPH0336959B2 JP62104150A JP10415087A JPH0336959B2 JP H0336959 B2 JPH0336959 B2 JP H0336959B2 JP 62104150 A JP62104150 A JP 62104150A JP 10415087 A JP10415087 A JP 10415087A JP H0336959 B2 JPH0336959 B2 JP H0336959B2
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は極めて高温雰囲気内においても、十分
な機械的強度を有し且つ化学的にも頗る安定し、
しかも常温で取り扱い容易なジルコニア粉末含有
シートとその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
ジルコニアは約2700℃に及ぶ高融点のセラミツ
ク原料として知られており、熱衝撃に対する抵抗
性が大きいのと熱伝導度は極めて低く又高温にお
いて低い電気抵抗度、低温に於いては高い電気抵
抗度を有し且つ又化学的反応度は極めて低く、塩
基性、酸性鉱滓に濡れない、揮発度が小さい、モ
ース硬度7以上である等のセラミツクにない特性
を有する。
ジルコニアはこれらの特性を利用して耐火材原
料、研磨、研削材、電子材料、陶磁器用顔料、ガ
ラス添加剤、センサー用材料等の用途に供されて
いる。
しかしながら、従来用いられているジルコニア
の成型方法ではジルコニアのシート状物を大量安
価に得られないものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明はこのような実情に鑑みてジルコニアの
特性を失うことなくして、ジルコニアの含有率が
高く、しかも均一なシートを大量安価に製造する
方法を提供するものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らはジルコニア繊維を用いたシートの
製造方法より更にジルコニア粉末を用いても十分
な強度を有するジルコニアシートが得られること
を見出し本発明に到達した。
即ち、本発明は特にジルコニア粉末を用いるジ
ルコニアシートの製造方法であつて、詳しくは、
大部分をジルコニア粉末の95〜99.5重量部とセル
ロース系繊維5〜0.5重量部とからなるスラリー
100重量部(固形分)に、ジルコニアゾルまた
は/およびジルコニア塩水溶液を固形分として2
〜15重量部、有機結合剤1〜5重量部、および凝
集剤0.001〜5重量部を添加し、常法の湿式抄紙
で得ることを特徴とするジルコニア粉末含有シー
トの製造方法である。
本発明で得られたジルコニア粉末含有シートは
ジルコニア繊維のみのシート同様ジルコニアの持
つ、高温においても化学的に安定であり、耐蝕性
に優れ、蒸気圧が少なく、しかもほとんど溶融金
属やガラスと反応しない等を特徴を具有し、さら
に取り扱いに十分な強度、柔軟性および耐摩擦性
を有する。
本発明において使用するジルコニア粉末とは酸
化ジルコニウム、炭酸ジルコニル、水酸化ジルコ
ニル等のジルコニウム化合物の粉末であつてこれ
らの一種以上が適宜選択される。
ジルコニア粉末は単独で用いることであるが極
く少量のジルコニア繊維と併用することもある。
即ち、ジルコニア粉末のみで取り扱い上、シート
に必要な強度は得られるがジルコニア繊維を添加
すると引裂強度及び柔軟性は向上する。
但しジルコニア繊維を多く使用するとコストア
ツプとなるので、これらの配合割合はその使用目
的に応じて決定される。
茲にジルコニア繊維とは100%ジルコニア繊維、
酸化カルシウム安定化ジルコニア繊維、酸化イツ
トリウム安定化ジルコニア繊維、酸化マグネシア
安定化ジルコニア繊維等であつて、その繊維長は
0.1〜50mm、繊維径は0.1〜20μのものが使用され
る。
ジルコニア粉末95〜99.5重量部に対し、セルロ
ース系繊維5〜0.5重量部が配合される。セルロ
ース系繊維は抄紙時における抄紙ワイヤーからの
湿紙離れ、あるいは断紙防止等の目的で使用する
ものであるが上記範囲より過分に配合すると高温
雰囲気中で有害物を発生し、シートの化学的安定
性を損なうに至る。従つて実験上3重量部程度が
好ましい。
セルロース系繊維は周知の如く製紙工業におい
て一般に使用されるNBKP、LBKP等の木材パ
ルプ、楮、三椏、麻、木綿などの植物繊維、カチ
オン化パルプなどの変性パルプ或いはミクロフイ
ブリル化セルローズ等であつて、強靱性、柔軟性
に富むものがより好ましい。
前記配合割合のジルコニア粉末及びセルロース
系繊維からなるスラリーにジルコニアゾルまた
は/およびジルコニウム塩水溶液が添加される
が、本発明においては上記ジルコニアゾルまた
は/およびジルコニウム塩水溶液は必要不可欠の
成分であり、その添加によつて、初めてシートの
高温雰囲気中および焼成後の強度が維持される。
即ち、ジルコニアゾルまたは/およびジルコニ
ウム塩の水溶液はジルコニア粉末の結合を強固に
し、しかもそれ自身強靱な被膜を形成するのでジ
ルコニア繊維と同等の耐熱性を具有する。従つて
得られるシートは機械的強度に富み、化学的安定
性に優れたものとなる。
本発明に使用されるジルコニアゾルとは粒子径
70μmm前後のジルコニアが水に懸濁した乳白色コ
ロイド状液である。
また、ジルコニウム塩水溶液とは水を溶媒とし
たジルコニアの膠質液で、酢酸ジルコニル、硝酸
ジルコニル、酸塩化ジルコニル、硫酸ジルコニ
ル、炭酸ジルコニルアンモニウム等が使用され
る。これらのジルコニアゾルまたは/およびジル
コニウム塩水溶液は前述のようにスラリー中に添
加されるが、その他の方法として抄紙過程若しく
は抄紙後にスプレー若しくは含浸等の方法で添加
するものよくまたこれらを併用してもよい。しか
しながらその添加量はジルコニア粉末およびセル
ロース系繊維からなるスラリー100重量部(固形
分)に対し2〜15重量部(固形分)の範囲でなけ
ればならない。実験上2重量部より少ない添加量
では高温雰囲気中若しくは焼成後のシートの機械
的強度が弱化し、また15重量部より多いとシート
が硬化して折れ、割れ等が生じ取り扱いが困難と
なるので3〜10重量部の範囲が最適である。
本発明における有機結合剤とはジルコニア粉
末、ジルコニア繊維、セルロース系繊維、ジルコ
ニアゾル等の結合に関与し、シートに強度、柔軟
性、耐摩擦性を与えシートの取り扱いを容易にす
る目的で使用される。
このような有機結合剤としては合成ゴムラテツ
クス、合成樹脂エマルジヨン若しくは水溶性の高
分子重合体等で柔軟で強靱な被膜を形成するもの
が適している。これら有機結合剤の添加量は少な
い程高温雰囲気中での有害物を発生することがな
くまた焼成後も強度低下が少ない。
従つて実用上支障のない程度に高温雰囲気にお
ける化学的安定性を維持し、さらに常温における
取り扱いを容易とする為には有機結合剤はジルコ
ニア粉末およびセルロース系繊維からなるスラリ
ー100重量部(固形分)に対し、1〜5重量部
(固形分)の範囲が最適である。
また本発明に用いる凝集剤とはジルコニア粉
末、ジルコニア繊維、セルロース系繊維、ジルコ
ニアゾルまたは/およびジルコニウム塩水溶液お
よび有機結合剤の凝集に作用するもので高分子凝
集剤又は三価金属塩からなる。高分子凝集剤とし
てはポリアクリルアミド類、変性ポリアクリルア
ミド類、ポリアクリル酸ソーダ類、アクリルアミ
ド・アクリル酸ソーダ強重合物、ポリエチレング
リコール類などがあげられ、また三価金属塩とは
硫酸アルミニウム、塩化アルミニウムなどのアル
ミニウム塩、塩化第二鉄、硝酸第二鉄などの第二
鉄塩があげられる。これらの凝集剤はジルコニア
粉末およびセルロース繊維からなるスラリー100
重量部(固形分)に対し、0.001〜5重量部の範
囲で添加される。
即ち、0.001重量部より少ないと凝集が不十分
となり濁りが残りまた5重量部より多いと凝集体
が過大となり得られるシートの地合に悪影響を及
ぼす。
本発明の実施にあたつては、まずジルコニア粉
末およびセルロース系繊維を水中に投入して攪拌
すると容易に繊維分散スラリーが得られる。次い
でこの分散液中に微着色透明状のジルコニアゾル
または/およびジルコニウム塩水溶液と合成ゴム
ラテツクス等の有機結合剤を添加し、十分混合
後、アンモニア等でスラリーのPHをアルカリ側に
調整し、更にカチオン性ポリアクリルアミド、ア
ニオン系ポリアクリルアミド等の凝集剤を添加
し、凝集スラリーとした後、長網抄紙機或いは円
網抄紙機等公知の抄紙機で抄造する。
〔作用、効果〕
上述したように本発明はジルコニアが持つ優れ
た特性を失うことなくしてジルコニア粉末をシー
ト化することを可能としたもので、本発明で得ら
れるジルコニア粉末含有シートは柔軟で強度があ
り極めて取り扱いが容易で、しかも高温雰囲気中
あるいは焼成後においても機械的強度があり、化
学的安定性に優れる。特に金属イオン、金属酸化
物の含有量が極めて少なく、従つて高温時におい
ても金属と反応が起こりにくい。本法により得ら
れたシートはその特性を活かして種々な用途例え
ば、セラミツク焼成時の反応防止材、特殊合金鋳
造設備のパツキング材、ガスケツト、特殊フイル
ター、触媒用担体、高温炉の断熱材、離型材等広
範な用途に使用できる。
〔実施例〕
表1に示した配合割合で、ジルコニア粉末、ジ
ルコニア繊維および麻繊維を分散させ、次いでジ
ルコニアゾル、合成ゴムラテツクスを添加して十
分混合した後凝集剤を加え、得られた凝集スラリ
ーを角型手抄機で秤量約400g/m2になるように
抄造した。
なお比較例としてジルコニア繊維を主体とする
シートを作製した。
得られた試料の特性を表2に示す。
[Industrial Application Field] The present invention has sufficient mechanical strength and is extremely chemically stable even in an extremely high temperature atmosphere.
Moreover, the present invention relates to a zirconia powder-containing sheet that is easy to handle at room temperature and a method for producing the same. [Prior art] Zirconia is known as a ceramic raw material with a high melting point of approximately 2700°C, and has high resistance to thermal shock, extremely low thermal conductivity, low electrical resistance at high temperatures, and low electrical resistance at low temperatures. It has high electrical resistance and extremely low chemical reactivity, and has characteristics not found in ceramics, such as being basic, not wetted by acidic slag, having low volatility, and having a Mohs hardness of 7 or more. Utilizing these properties, zirconia is used as a raw material for refractory materials, polishing and abrasive materials, electronic materials, pigments for ceramics, glass additives, and materials for sensors. However, conventionally used zirconia molding methods do not allow large quantities of zirconia sheets to be obtained at low cost. [Problems to be Solved by the Invention] In view of the above-mentioned circumstances, the present invention provides a method for manufacturing uniform sheets with a high zirconia content in large quantities at low cost without losing the properties of zirconia. It is. [Means for Solving the Problems] The present inventors have discovered that a zirconia sheet having sufficient strength can be obtained by using a zirconia powder instead of a sheet manufacturing method using zirconia fibers, and have arrived at the present invention. That is, the present invention is particularly a method for producing a zirconia sheet using zirconia powder, and in detail,
Slurry consisting mostly of 95 to 99.5 parts by weight of zirconia powder and 5 to 0.5 parts by weight of cellulose fibers
To 100 parts by weight (solid content), add 2 zirconia sol or/and zirconia salt aqueous solution as solid content.
This is a method for producing a zirconia powder-containing sheet, which is characterized in that it is obtained by a conventional wet papermaking method by adding ~15 parts by weight, 1 to 5 parts by weight of an organic binder, and 0.001 to 5 parts by weight of a flocculant. The zirconia powder-containing sheet obtained by the present invention is chemically stable even at high temperatures, has excellent corrosion resistance, has low vapor pressure, and hardly reacts with molten metal or glass. In addition, it has sufficient strength, flexibility, and abrasion resistance for handling. The zirconia powder used in the present invention is a powder of zirconium compounds such as zirconium oxide, zirconyl carbonate, and zirconyl hydroxide, and one or more of these is appropriately selected. Zirconia powder may be used alone, but it may also be used in combination with a very small amount of zirconia fiber.
That is, zirconia powder alone can provide the strength necessary for handling the sheet, but adding zirconia fibers improves tear strength and flexibility. However, if a large amount of zirconia fiber is used, the cost will increase, so the blending ratio of these fibers is determined depending on the purpose of use. What is zirconia fiber? 100% zirconia fiber,
Calcium oxide stabilized zirconia fiber, yttrium oxide stabilized zirconia fiber, magnesia oxide stabilized zirconia fiber, etc., and the fiber length is
The fiber diameter used is 0.1 to 50 mm and the fiber diameter is 0.1 to 20 μ. 5 to 0.5 parts by weight of cellulose fibers are blended to 95 to 99.5 parts by weight of zirconia powder. Cellulose fibers are used for the purpose of separating the wet paper from the papermaking wire during papermaking or preventing paper breakage, but if added in excess of the above range, harmful substances will be generated in a high temperature atmosphere and the chemical damage of the sheet will occur. This results in loss of stability. Accordingly, experimentally, it is preferable to use about 3 parts by weight. As is well known, cellulose fibers include wood pulps such as NBKP and LBKP that are commonly used in the paper industry, vegetable fibers such as kozo, mitsumata, hemp, and cotton, modified pulps such as cationized pulp, and microfibrillated cellulose. Therefore, those having high toughness and flexibility are more preferable. A zirconia sol or/and a zirconium salt aqueous solution is added to a slurry consisting of zirconia powder and cellulose fibers in the above-mentioned proportions, and in the present invention, the zirconia sol and/and zirconium salt aqueous solution are essential components. The addition maintains the strength of the sheet in a high temperature atmosphere and after firing for the first time. That is, the zirconia sol and/or the aqueous solution of zirconium salt strengthens the bond between the zirconia powders and forms a tough film itself, so it has heat resistance equivalent to that of zirconia fibers. Therefore, the sheet obtained has high mechanical strength and excellent chemical stability. The particle size of the zirconia sol used in the present invention is
It is a milky white colloidal liquid in which zirconia of around 70μmm is suspended in water. The zirconium salt aqueous solution is a colloidal solution of zirconia using water as a solvent, and zirconyl acetate, zirconyl nitrate, zirconyl acid chloride, zirconyl sulfate, zirconyl ammonium carbonate, etc. are used. These zirconia sol and/or zirconium salt aqueous solution are added to the slurry as described above, but they can also be added by spraying or impregnation during the papermaking process or after papermaking, or they may be added in combination. good. However, the amount added must be in the range of 2 to 15 parts by weight (solid content) per 100 parts by weight (solid content) of the slurry consisting of zirconia powder and cellulose fibers. Experiments have shown that if the amount added is less than 2 parts by weight, the mechanical strength of the sheet in a high-temperature atmosphere or after firing will be weakened, and if it is more than 15 parts by weight, the sheet will harden, break, crack, etc., and become difficult to handle. A range of 3 to 10 parts by weight is optimal. The organic binder in the present invention is involved in binding zirconia powder, zirconia fibers, cellulose fibers, zirconia sol, etc., and is used for the purpose of imparting strength, flexibility, and abrasion resistance to the sheet and making it easier to handle the sheet. Ru. Suitable organic binders include synthetic rubber latex, synthetic resin emulsions, water-soluble polymers, and the like, which form a flexible and tough coating. The smaller the amount of these organic binders added, the less harmful substances are generated in a high-temperature atmosphere, and the strength decreases less even after firing. Therefore, in order to maintain chemical stability in a high-temperature atmosphere to a level that does not cause any practical problems and to facilitate handling at room temperature, the organic binder must be added to a slurry of zirconia powder and cellulose fibers (100 parts by weight (solid content)). ), a range of 1 to 5 parts by weight (solid content) is optimal. The flocculant used in the present invention acts on flocculation of zirconia powder, zirconia fiber, cellulose fiber, zirconia sol or/and zirconium salt aqueous solution, and organic binder, and is composed of a polymer flocculant or a trivalent metal salt. Examples of polymer flocculants include polyacrylamides, modified polyacrylamides, sodium polyacrylates, strong polymers of acrylamide and sodium acrylate, and polyethylene glycols, and trivalent metal salts include aluminum sulfate and aluminum chloride. Examples include aluminum salts such as, ferric salts such as ferric chloride, and ferric nitrate. These flocculants are a slurry consisting of zirconia powder and cellulose fibers.
It is added in an amount of 0.001 to 5 parts by weight based on the weight part (solid content). That is, if the amount is less than 0.001 parts by weight, aggregation will be insufficient and turbidity will remain, and if it is more than 5 parts by weight, the amount of aggregates will be too large, which will have an adverse effect on the formation of the resulting sheet. In carrying out the present invention, first, zirconia powder and cellulose fibers are poured into water and stirred to easily obtain a fiber-dispersed slurry. Next, a slightly colored transparent zirconia sol or/and zirconium salt aqueous solution and an organic binder such as synthetic rubber latex are added to this dispersion, and after thorough mixing, the pH of the slurry is adjusted to the alkaline side with ammonia, etc. After adding a flocculant such as anionic polyacrylamide or anionic polyacrylamide to form an agglomerated slurry, the slurry is made into a paper using a known paper machine such as a fourdrinier paper machine or cylinder paper machine. [Operations and Effects] As described above, the present invention makes it possible to form zirconia powder into a sheet without losing the excellent properties of zirconia, and the zirconia powder-containing sheet obtained by the present invention has flexibility and strength. It is extremely easy to handle, has mechanical strength even in high-temperature atmospheres or after firing, and has excellent chemical stability. In particular, the content of metal ions and metal oxides is extremely low, so it is difficult to react with metals even at high temperatures. The sheets obtained by this method can be used in a variety of applications by taking advantage of their properties, such as reaction prevention materials during ceramic firing, packing materials for special alloy casting equipment, gaskets, special filters, catalyst carriers, insulation materials for high-temperature furnaces, and separation materials. Can be used for a wide range of purposes such as mold materials. [Example] Zirconia powder, zirconia fibers, and hemp fibers were dispersed in the proportions shown in Table 1, and then zirconia sol and synthetic rubber latex were added and mixed thoroughly. Then, a coagulant was added, and the resulting coagulated slurry was mixed. The paper was made using a square hand paper machine to a weight of approximately 400 g/m 2 . As a comparative example, a sheet mainly made of zirconia fibers was produced. Table 2 shows the characteristics of the obtained sample.
【表】【table】
【表】【table】
【表】
表2から、本発明に基づくシートはジルコニア
繊維シートと、常態では略同様な融点、引張強さ
を示す。
又、1000℃加熱後においても、ジルコニア繊維
シートと略同様な引張り強さ及び柔軟性を示す。[Table] From Table 2, the sheet based on the present invention exhibits substantially the same melting point and tensile strength as the zirconia fiber sheet under normal conditions. Furthermore, even after heating to 1000°C, it exhibits approximately the same tensile strength and flexibility as a zirconia fiber sheet.
Claims (1)
系繊維5〜0.5重量部とからなるスラリー固形分
100重量部に対し、ジルコニアゾルまたは/およ
びジルコニウム塩水溶液を固形分として2〜15重
量部、有機結合剤1〜5重量部、および凝集剤
0.001〜5重量部を添加して湿式抄紙したことを
特徴とするジルコニア粉末含有シート。1 Slurry solid content consisting of 95 to 99.5 parts by weight of zirconia powder and 5 to 0.5 parts by weight of cellulose fibers
For 100 parts by weight, 2 to 15 parts by weight of zirconia sol or/and zirconium salt aqueous solution as solid content, 1 to 5 parts by weight of organic binder, and flocculant.
A sheet containing zirconia powder, characterized in that it is wet paper-made with the addition of 0.001 to 5 parts by weight.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62104150A JPS63270899A (en) | 1987-04-27 | 1987-04-27 | Zirconia powder-containing sheet and its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62104150A JPS63270899A (en) | 1987-04-27 | 1987-04-27 | Zirconia powder-containing sheet and its production |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63270899A JPS63270899A (en) | 1988-11-08 |
| JPH0336959B2 true JPH0336959B2 (en) | 1991-06-04 |
Family
ID=14373045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62104150A Granted JPS63270899A (en) | 1987-04-27 | 1987-04-27 | Zirconia powder-containing sheet and its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63270899A (en) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52140605A (en) * | 1976-05-17 | 1977-11-24 | Ibigawa Electric Ind Co Ltd | Procee for making paperrlike material from ceramic fiber |
| JPS6014685B2 (en) * | 1980-02-05 | 1985-04-15 | 日新工業株式会社 | Method for producing nonflammable coated paper |
| JPS59187700A (en) * | 1983-04-08 | 1984-10-24 | ニチアス株式会社 | Production of heat resistant fiber molded article |
| JPS616399A (en) * | 1984-06-19 | 1986-01-13 | 株式会社クラレ | Fire retardant inorganic paper and its production |
| JPH0637760B2 (en) * | 1987-02-23 | 1994-05-18 | 特種製紙株式会社 | Method for producing zirconia fiber sheet |
-
1987
- 1987-04-27 JP JP62104150A patent/JPS63270899A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63270899A (en) | 1988-11-08 |
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