專利名稱：微波燒制爐用耐火絕熱材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐火絕熱材料和涂布材料，其適合作為用于微波照射引起陶瓷材料或精細(xì)陶瓷材料等被燒制物自身發(fā)熱而燒制的爐壁材料。
因此，為了解決這類問題，提出了用微波燒制被燒制物(例如特開平6-87663號等)。此方法的燒制時間縮短、對氣氛的控制性等優(yōu)良，而且還降低了對環(huán)境的污染，作為未來的燒制方法而受到矚目。
微波燒制時，因為微波被被燒制物吸收，被燒制物自己發(fā)熱，所以被燒制物的表面和內(nèi)部之間的溫差變小。因此，在可以縮短燒制時間的同時，還可以均勻地?zé)票粺莆铩?br>
另外，微波引起的被燒制物自身發(fā)熱所導(dǎo)致的燒制中，通過用具有與被燒制物相同微波吸收特性的耐火絕熱材料將被燒制物包圍，抑制被燒制物的放射冷卻所導(dǎo)致的溫度梯度的出現(xiàn)，可以將被燒制物更進(jìn)一步地均勻燒制。
盡管如此，在用具有與被燒制物相同微波吸收特性的耐火絕熱材料包圍被燒制物進(jìn)行燒制時，微波的能量也被包圍被燒制物的耐火絕熱材料消耗。因此，燒制必需的能量增大。
另外，若為了減少耐火絕熱材料所消耗的微波能量而將耐火絕熱材料的厚度變薄，則無法忽略由于放射冷卻所導(dǎo)致的從耐火絕熱材料損失的熱能，結(jié)果產(chǎn)生被燒制物和耐火絕熱材料之間出現(xiàn)溫度梯度的問題。
上述的微波燒制法，從被燒制物的均勻燒制和微波能量降低的方面來看，均達(dá)到了相當(dāng)高的水平。
盡管如此，為了能夠用有限的微波能量燒制更多的被燒制物，毫無疑問需要尋求適于上述微波燒制法的具有更高性能的耐火絕熱材料。即，耐火絕熱材料要求具有下述特性①即使與被燒制物同樣由于吸收微波引起發(fā)熱、但具有使放射冷卻所引起的與被燒制物之間的溫度梯度更小的優(yōu)良的絕熱性，②作為整體的微波吸收更少，③在短時間內(nèi)升溫和冷卻的使用環(huán)境下，具有優(yōu)良的耐散裂性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高性能的耐火絕熱材料和涂布材料，其適用于作為微波照射引起自身發(fā)熱而使被燒制物燒制的爐壁材料。
例示本發(fā)明的優(yōu)選方式如下。
(1)用于微波照射引起被燒制物自身發(fā)熱、燒制的微波燒制爐用耐火絕熱材料，其特征在于，在基材的單面上設(shè)有發(fā)熱層，基材以無機(jī)纖維質(zhì)材料為主成分，發(fā)熱層以莫來石為主成分。
(2)前述耐火絕熱材料，其特征在于，發(fā)熱層不但含有莫來石，還含有具有比莫來石還大的微波吸收特性的物質(zhì)。
(3)前述耐火絕熱材料，其特征在于，發(fā)熱層含有莫來石和無機(jī)結(jié)合材料，或者，發(fā)熱層含有莫來石、具有比莫來石還大的微波吸收特性的物質(zhì)和無機(jī)結(jié)合材料，而且，此無機(jī)結(jié)合材料僅連續(xù)覆蓋莫來石而成膜狀、或者連續(xù)覆蓋莫來石和具有比莫來石還大的微波吸收特性的物質(zhì)而成膜狀。
(4)前述耐火絕熱材料，其特征在于，具有比莫來石還大的微波吸收特性的物質(zhì)是調(diào)整發(fā)熱層的發(fā)熱量的物質(zhì)。
(5)前述耐火絕熱材料，其特征在于，發(fā)熱層含有無機(jī)纖維。
(6)前述耐火絕熱材料，特征在于，無機(jī)纖維是莫來石纖維。
(7)前述耐火絕熱材料，特征在于，發(fā)熱層設(shè)計成與基材的單面相接。
(8)用于構(gòu)成發(fā)熱層的涂布材料，其特征在于，在莫來石類水泥(cement)中，添加氧化鐵、氧化鎂、氧化鋯和碳化硅等具有比莫來石還要大的微波吸收特性的物質(zhì)1種以上和莫來石纖維。
本發(fā)明人等進(jìn)行深入研究的結(jié)果是，在微波燒制中，用于包圍被燒制物的耐火絕熱材料由基材和發(fā)熱層形成。本說明書中，燒制包括燒結(jié)。
首先，對發(fā)熱層進(jìn)行說明。優(yōu)選以莫來石為主成分形成發(fā)熱層。照射微波時，如果考慮使被燒制物和發(fā)熱層的表面溫度基本上相同，可以認(rèn)為發(fā)熱層和被燒制物宜于使用相同的材質(zhì)。但是，被燒制物是陶瓷材料的情況下，因為陶瓷材料在1000℃左右軟化、收縮，所以發(fā)熱層不能使用和被燒制物相同的陶瓷材料。另一方面，因為莫來石不但在陶瓷材料的燒制溫度以上的溫度范圍具有耐熱性，而且具有與陶瓷材料最接近的微波吸收特性，所以優(yōu)選用作為發(fā)熱層的構(gòu)成成分。
另外，作為發(fā)熱層的構(gòu)成成分，優(yōu)選具有比莫來石還大的微波吸收特性還大的物質(zhì)。如果用于作為被燒制物的陶瓷器材的微波吸收特性最接近的莫來石發(fā)熱層包圍所述陶瓷器材，照射微波，前述被燒制物和發(fā)熱層的表面溫度應(yīng)該是相同的。但是，實際上，與發(fā)熱層由于微波照射獲得的熱能相比，從發(fā)熱層散失到外部的熱能是不能忽略的。因此，發(fā)熱層的構(gòu)成成分只是莫來石的情況下，因為由于放射冷卻，使發(fā)熱層的溫度下降，導(dǎo)致被燒制物和發(fā)熱層之間出現(xiàn)溫度梯度。由于上述原因，優(yōu)選在發(fā)熱層中，作為除莫來石以外的構(gòu)成成分，含有具有比莫來石還大的微波吸收特性的物質(zhì)來補償發(fā)熱層表面和被燒制物的溫度差。如上所述，作為比莫來石的微波吸收還大的物質(zhì)，可以列舉出氧化鐵、氧化鎂、氧化鋯和碳化硅等。
另外，優(yōu)選發(fā)熱層的用無機(jī)結(jié)合材料僅連續(xù)覆蓋莫來石而成膜狀、或者連續(xù)覆蓋莫來石和具有比莫來石還大的微波吸收特性的物質(zhì)。
即使發(fā)熱層的構(gòu)成成分相同，其結(jié)構(gòu)若不同，發(fā)熱量也會出現(xiàn)差異。作為其一例，圖1是表示是發(fā)熱充分的發(fā)熱層的微小結(jié)構(gòu)和發(fā)熱不充分的發(fā)熱層的微小結(jié)構(gòu)的掃描型電子顯微鏡照片，圖2是表示微小結(jié)構(gòu)的差異的示意圖。如圖1和圖2的a所示，發(fā)熱充分的發(fā)熱層的微小結(jié)構(gòu)的無機(jī)結(jié)合材料1成膜狀連續(xù)地覆蓋莫來石2和具有比莫來2還大的微波吸收特性的物質(zhì)(即微粉3)。
使用具有這樣結(jié)構(gòu)的發(fā)熱層時，在以2.45GHz頻率的微波開始照射約100分鐘后，發(fā)熱層和被燒制物的表面附近的溫度達(dá)到1300℃。
與此相對，如圖1和圖2的b所示，就發(fā)熱不充分的發(fā)熱層的微小結(jié)構(gòu)來講，無機(jī)結(jié)合材料1的膜不充分，無機(jī)結(jié)合材料所致的莫來石2和具有比莫來石還大的微波吸收特性的物質(zhì)(即微粉3)的結(jié)合是部分結(jié)合。使用該發(fā)熱層的情況下，發(fā)熱層和被燒制物表面附近的溫度僅升溫到900℃，不能燒制作為被燒制物的陶瓷材料。
上述的結(jié)果是表示發(fā)熱層的發(fā)熱強烈依賴于利用無機(jī)結(jié)合材料膜的粒子間的結(jié)合程度的一個例子。如該例所示，若構(gòu)成發(fā)熱層的粒子和粒子的結(jié)合少，粒子之間是顯著的離散狀態(tài)，發(fā)熱層的發(fā)熱不夠，不能燒制被燒制物。
另外，為了體現(xiàn)發(fā)熱層的耐散裂特性，作為補強材料，優(yōu)選含有無機(jī)纖維。微波燒制時，因為在短時間內(nèi)升溫、冷卻，所以要求耐熱破裂。使用作為補強材料的無機(jī)纖維，有助于體現(xiàn)耐散裂特性。
僅膜狀覆蓋莫來石2或者膜狀覆蓋莫來石2和微粉3的組合的結(jié)構(gòu)，在含有無機(jī)纖維的情況下，前述的無機(jī)結(jié)合材料1更加重要。其原因是，據(jù)若含有纖維，密度下降，發(fā)熱效率下降，膜狀的結(jié)構(gòu)能彌補這種發(fā)熱的下降。
作為發(fā)揮補強材料作用的無機(jī)纖維，優(yōu)選例如鋁硅纖維、氧化鋁纖維、莫來石纖維。特別是可以優(yōu)選使用莫來石纖維。因為莫來石與陶瓷材料的微波吸收特性最接近，所以作為補強材料使用的無機(jī)纖維也特別優(yōu)選莫來石類。
然后，對基材進(jìn)行說明。
基材可優(yōu)選使用可以透過微波、具有高絕熱性的材料。若微波被基材吸收，能量被消耗，結(jié)果燒制被燒制物所必需的能量顯著增多。另外，為了防止放射冷卻導(dǎo)致的發(fā)熱層溫度下降，優(yōu)選基材具有高絕熱性。而且優(yōu)選基材具有高耐散裂性。
作為具有上述特點的基材，可以列舉出以鋁硅纖維為主成分的陶瓷纖維板。陶瓷纖維板不但可以透過微波，而且具有優(yōu)良的絕熱性、耐火性和高耐散裂性，可以優(yōu)選使用。
圖1(a)是表示發(fā)熱充分的發(fā)熱層微小結(jié)構(gòu)的掃描型電子顯微鏡照片。
圖1(b)是表示發(fā)熱不充分的發(fā)熱層微小結(jié)構(gòu)的掃描型電子顯微鏡照片。
圖2(a)是表示發(fā)熱充分的發(fā)熱層微小結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2(b)是表示發(fā)熱不充分的發(fā)熱層微小結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖3是表示本發(fā)明的一個實施例的升溫特性的圖。
具體實施例方式
對本發(fā)明的實施例進(jìn)行說明，但這些實施例只是簡單的例示，本發(fā)明不限于此。
首先，向莫來石類水泥中添加少量氧化鐵和莫來石纖維，混合，配成涂布材料。
然后，將此涂布材料涂布在厚40mm的陶瓷纖維板(東芝モノフラツクス株式會社制FMX-17SR)上，達(dá)到厚度2mm。然后將其在100℃干燥3小時，在1000℃燒制1小時，制得本發(fā)明的耐火絕熱材料。
然后，將此耐火絕熱材料作為發(fā)熱層的內(nèi)側(cè)，制成300×600×300mm的封閉空間。
然后，作為被燒制物，準(zhǔn)備外徑85mm、內(nèi)徑75mm、高85mm尺寸的咖啡杯形狀的陶制容器。將此陶制容器置于前述的封閉空間內(nèi)，用2.45GHz頻率的微波照射。
此時，發(fā)熱層和被燒制物的表面附近的溫度基本上是相同的，與微波的照射時間大致成比例地升高，具有如圖1所示的升溫特性。即，升溫到1300℃的升溫時間約為100分鐘，證明在短時間內(nèi)可以升溫。
照射的微波透過作為基材的陶瓷纖維板，主要到達(dá)發(fā)熱層和作為被燒制物的陶制容器，被吸收，發(fā)熱。與發(fā)熱層相接的陶瓷纖維板，在降低放射冷卻和熱傳導(dǎo)引起的從發(fā)熱層向外部散熱的同時，發(fā)熱層中存在的氧化鐵(比莫來石的微波吸收還大)補償放射冷卻和熱傳導(dǎo)所致的發(fā)熱層的溫度下降所產(chǎn)生的發(fā)熱層表面和被燒制物的溫差。因此，陶制容器和發(fā)熱層表面的溫度基本上是相同的。
結(jié)果沒有發(fā)生熱沖擊引起的裂紋，在短時間內(nèi)可以焙燒陶制容器。
基于本發(fā)明，可以降低包圍被燒制物的耐火絕熱材料所消耗的微波能量的同時，被燒制物和發(fā)熱層的表面溫度基本上是相同的，可以均勻地焙燒被燒制物。
權(quán)利要求
1.一種用于利用微波照射引起被燒制物自身發(fā)熱而燒制的微波燒制爐用耐火絕熱材料，其特征在于，在基材的單面上設(shè)有發(fā)熱層，基材以無機(jī)纖維材料為主成分，發(fā)熱層以莫來石為主成分。
2.權(quán)利要求1所述的耐火絕熱材料，其特征在于，發(fā)熱層除含有莫來石之外，還含有具有比莫來石還大的微波吸收特性的物質(zhì)。
3.權(quán)利要求1或2所述的耐火絕熱材料，特征在于，(a)發(fā)熱層含有莫來石和無機(jī)結(jié)合材料，或者，(b)發(fā)熱層含有莫來石、具有比莫來石還大的微波吸收特性的物質(zhì)和無機(jī)結(jié)合材料，無機(jī)結(jié)合材料僅連續(xù)覆蓋莫來石而成膜狀，或者連續(xù)覆蓋莫來石和具有比莫來石還大的微波吸收特性的物質(zhì)而成膜狀。
4.權(quán)利要求2或3所述的耐火絕熱材料，其特征在于，具有比莫來石還大的微波吸收特性的物質(zhì)是調(diào)整發(fā)熱層的發(fā)熱量的物質(zhì)。
5.權(quán)利要求1～4的任一項所述的耐火絕熱材料，其特征在于，發(fā)熱層含有無機(jī)纖維。
6.權(quán)利要求5所述的耐火絕熱材料，其特征在于，無機(jī)纖維是莫來石纖維。
7.權(quán)利要求1～6的任一項所述的耐火絕熱材料，其特征在于，發(fā)熱層設(shè)計成與基材的單面相接。
8.用于構(gòu)成發(fā)熱層的涂布材料，其特征在于，在莫來石類水泥中，添加氧化鐵、氧化鎂、氧化鋯和碳化硅等具有比莫來石還要大的微波吸收特性的物質(zhì)1種以上和莫來石纖維。
全文摘要
一種用于微波照射引起的被燒制物自身發(fā)熱燒制的微波燒制爐用耐火絕熱材料。在基材的單面上設(shè)發(fā)熱層，基材以無機(jī)纖維材料為主成分，發(fā)熱層的主成分是莫來石。除莫來石外，發(fā)熱層還可以含有微波吸收特性比莫來石還大的物質(zhì)，此外，發(fā)熱層含有無機(jī)結(jié)合材料。該無機(jī)結(jié)合材料僅連續(xù)覆蓋莫來石而成膜狀、或者連續(xù)覆蓋莫來石和微波吸收特性比莫來石還大的物質(zhì)而成膜狀。
文檔編號C04B33/32GK1445197SQ0215880
公開日2003年10月1日 申請日期2002年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月13日
發(fā)明者佐藤元泰, 高山定次, 水野正敏, 平井敏夫, 加藤布久, 大澤正人, 藤井幹也, 三須安雄 申請人:歧阜縣, 日商東芝摩諾富萊克斯股份有限公司