专利名称：耐热性定位器及其制造方法
技术领域：
本发明关于耐热性定位器及其制造方法，更详细而言是关于可以在高温环境内积载物品而运送用的轻量且具有因磨损等产生的粉尘少的优良耐磨损性的耐热性定位器及其制造方法。
另一方面，如上述的定位器由于在高温的炉中与室温的作业场之间频繁地放入取出，因此除了具有耐热性且耐热冲击性之外，期待具有轻量且蓄热量小即比热小的物品。从以上的观点，上述的定位器通常从耐热性的观点来看，以天然的硅藻土、石墨或氧化铝、氮化硅、氧化锆等所构成。上述的耐热性材料中以往即已知悉天然产的硅藻土及石墨的存在，也可以使用简易的材料作为上述的定位器。
上述的硅藻土的主成分为SiO2、Al2O3的天然产的单细胞藻类，及其堆积时混入混有黏土·砂等软质的生物岩，由于耐热性佳且切削等的加工容易，因此自古即利用火炉等的加工。但是，可方便使用的硅藻土的一方面是脆性强度方面较劣。与上述其他物体冲突时容易缺损，或与其他物体摩擦时容易磨损产生粉尘，其粉尘朝著周边飞散损害环境，并且其粉尘时而混入加热对象的材料内发生不良品的问题。
另外，上述的石墨具有优异的耐热性，大的热传导率较小的膨胀系数，并且为具有滑动佳等的优异特性的材料，但是其相反面是由于比重及比热大因此制作相同大小的定位器时每一个的重量大，并具有硬度小容易磨损等缺点，与上述场合相同会有因粉尘飞散产生对于加工物或环境不良影响的问题。
于日本专利特开昭60-29586号公报中揭示，为改善碳素材磨损产生的缺点，作为使用上述碳素材(石墨)的定位器于陶瓷性顶接位置安装支撑构件。但是，上述的定位器如上述由于比重大因此重量大。例如在800℃以上的高温条件下氧化而不能使用。
另外，上述的硅藻土及石墨由于是天然产的固型材料，因此加工成目的的定位器时，必须以切削从块状的材料获得目的的形状，因此会有原料效率及生产效率不良等的问题点。
上述的粉尘不但会对作业现场的环境不良，并且不纯物的加工物品也会产生不良影响。时而上述粉尘会蓄积在加热器的一部份，造成加热器劣化的原因。与此同时，加热器会因磨损而缩短寿命，必须频繁地以新的物品更换。
而且，上述的氧化铝、氮化硅、氧化锆等具有优异的耐热性、耐磨损性的昂贵物，比重与比热皆大，且由于加工困难，在实用上容易被避免使用。
根据上述背景，检讨作为构成定位器的材料的具有耐热性且轻量材料内部含多数空隙的材料的多孔性陶瓷，多孔性陶瓷虽然轻量，但是耐磨损性不足，因此与其他物体摩擦时容易磨损，而不能充分消除与炉床摩擦容易产生大量粉尘的缺点。
亦即，本发明的第1要旨为基材部分主要以多孔性陶瓷所构成的耐热性定位器，其为至少在使用时与其他物品顶接的基材部分的位置上安装有耐热性且耐磨损性材料所构成的支撑构件所成的耐热性定位器。
第2要旨为上述的耐热性定位器的制造方法，上述的基材部分由包含下述步骤的制造工序制成，以作为主成分的耐热性无机质材料及无机质黏结剂作为必须成分加入水中调至混合物的混合步骤；将所获得的混合物成形为预定形状的成形步骤；使成形物干燥硬化的干燥步骤；及，烧成硬化后的成型体的烧成步骤。
根据本发明的耐热性定位器及其制造方法的实施形态说明如下。本发明的耐热性定位器，为本发明的第1要旨的基材部分主要为多孔性陶瓷所构成的耐热性定位器，至少在使用时与其他物品顶接的基材部分的位置上安装耐热性且耐磨损性所构成的支撑构件。
构成上述基材部分的多孔质陶瓷，由包含以耐热性无机质材料及无机质黏结剂为必须成分，必要时将有机质黏结剂及/或可燃性有机质材料，其他添加物加入水中调制混合物的混合步骤；将所获得的混合物成形为预定形状的成形步骤；使成形物干燥硬化的干燥步骤；及，烧成硬化后的成形体的烧成步骤的制造工序所制造。
上述耐热性无机质材料虽未加以特别限定，但是是在混合步骤～烧成步骤之间不会根本地融熔变形的纤维状或粒子状物。此外，对于上述纤维状与粒子状的区分在JIS-L0204中，纤维规定为所谓的与其粗细比较具有充分的长度，细且容易挠曲之意，但是由于纤维与粒子不能严格地区分，因此本发明中对于纤维及粒子并未加以严格区分，一并称为耐热性无机质材料，使用适当纤维状与粒子状的表现。
适当组合纤维状物与粒子状物地使用上述的耐热性无机质材料。作为纤维状耐热性无机质材料可举例如石绵、玻璃纤维、硅石绒、氧化铝硅纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、碳化硅单晶纤维、氮化硅单晶纤维等硅酸质材料，其他如氧化铝纤维、氧化锆纤维、碳纤维、氮化硼纤维、钛酸钙单晶纤维、硼酸铝单晶纤维等。
还有，粒子状耐热性无机质材料可举例如黏土、碳酸钙、滑石、氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化锆、二氧化钛、陶土、沸石、氮化硅、多孔质碳等。除了这些各成分之外，必要时也可以添加耐热性颜料等著色剂。
上述耐热性无机质纤维状材料的长度或者粒子状材料的直径虽然未加以限定，但是考虑水中分散性时，以3mm以下为佳。另外，粒子状材料的直径，为了使制品的多孔质陶瓷的气孔率更大，例如以1-100μm为佳。
上述无机质黏结剂是在烧成步骤中使上述无机质材料互相融熔的材料，这些材料虽然未加以限定，但是一般可以使用玻璃屑、胶态二氧化硅、氧化铝溶胶、氧化硅溶胶、硅酸盐、二氧化钛溶胶、硅酸锂、硅酸钠等，或组合这些两种以上使用。
上述耐热性无机质材料与无机质黏结剂的配合比率是相对于无机质材料100质量份数无机质黏结剂一般为5-50质量份数，以10-30质量份数为佳，最好是10-20质量份数。无机质黏结剂的使用量小于5质量份数时强度不足，超过50质量份数时则耐热冲击性差。
另外，上述可燃性有机质材料是在以成形性及为目的必须增加多孔质陶瓷的气孔率的场合使用，混合步骤～干燥步骤之间使用可维持其形状的耐水性物。上述步骤之间所占据的空间在烧成步骤中烧除仅残留气孔。
如上述的材料虽然未加以限定，但是可举例如聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸树脂等可燃性合成树脂、木材、竹材、其他天然有机物等。形状可为纤维状，或者粒子状。这些材料也可以适当使用作为内部发泡之用。
并且可以组合上述可燃性有机质材料的二种以上使用。对于纤维状与粒子状的区分与上述无机质材料的场合相同。有关材料的纤维状物的直径或粒子状物的直径一般在1-5000μm的范围，以5-2000μm为佳，最好是10-1000μm。
上述可燃性有机质材料的使用量可考虑以作为目的的多孔质陶瓷为目标的气孔率因应需要而适当决定，相对于无机质材料100质量份数，一般为0-100质量份数，以5-30质量份数为佳。
上述有机质的黏结剂是为了改良原料混合物成形阶段的混合物可塑性的调整，提高强度等操作性，根据需要而使用，一般含称为增黏剂之物。该成分于烧成步骤中被烧除。
上述的有机质黏结剂可举例如甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯醇、酚醛树脂、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸硷、丙烯酸树脂、聚醋酸乙烯树脂、聚乙烯醇树脂、环氧树脂等。此外，并可组合这些二种以上使用。上述的有机质黏结剂的使用量相对于无机质材料100质量份数通常是0-20质量份数，最好是1-10质量份数。
除了上述各原料成分之外可添加习知的添加物。有关的添加物，例如并周硫酸铝、凝聚剂。
上述的混合步骤为可将上述耐热性无机质材料、无机质黏结剂、有机质黏结剂、可燃性有机质材料，及其他添加物的预定量与水混合，获得均匀的混合物的步骤。该混合步骤所使用的水量可适当调整。
上述的成形步骤为将上述混合的步骤所调制的最好具有可塑性的混合物成形为预定形状的步骤。成形方法虽然未加以限定，但是可运用加压成形、挤压成形、湿式成形法等。上述形状不仅限于板状、角柱形、圆盘形、圆柱形、波板状、有孔板等，此外处理对象物具有流动性的场合，可在该形状的表面形成凹曲面形状，并可因应盘形、碗状、杯状、圆筒形等用途予以任意设定。
安装于本发明的耐热性定位器的支撑构件可于上述的成形步骤中一体安装。亦即，在上述成形步骤中使用的成形模中基材部分至少在使用时与其他物品顶接的位置上从基材部分的表面，可在一般仅突出0.1-5mm，最好是0.5-2mm左右露出的位置上配置支撑构件，并在其周围的模具空间内将上述混合物脱水填充一体形成一体装填的形状。
上述基材部分与其他物品顶接的位置，具体而言，例如必须有与地面形成相对面的底面，必要时可举例如运送中其他耐热性定位器彼此间或与使用的高温炉炉壁接触或冲突的位置，或耐热性定位器操作用的推压把持用的接触位置。
构成上述支撑构件的材料有高温即例如800℃左右以上，最好是1000℃以上高温的耐热性，且莫氏硬度为4以上，并以6以上为佳，最好是在8以上，并可选择具有优异的耐磨损性物。另外，热膨胀系数为4*10-6-10*10-6/℃、最好是4*10-6-6*10-6/℃。
上述的材料可举例如具有优异的耐热性的碳化硅、氮化硅、氧化铝、富铝红柱石等，其中从与构成本发明的基材部分成分的热膨胀系数的类似性来看，以氧化铝、富铝红柱石为主成分较为适当。
上述支撑构件的形状虽然未加以限定，但是例如以剖面为逆三角形、逆梯形、环形、T字型、十字形等，埋设于上部基材部分的部分的宽度较露出部分宽，并于高温炉中使用本发明的目的制品的定位器时不会脱落的形状为佳，但是在上下同一宽度或者露出部分的宽度较宽的场合，也可以为螺丝形、工字形等局部可钩挂的形状。
上述的支撑构件是以将其安装于基材部分时与基材的边界面上存在有黏著剂为佳。
上述干燥步骤，在使用有机质材料及/或有机质黏结剂等有机质的场合，通常在烧成步骤之前，在常温或加热温度下干燥，除去水分的同时使成形体硬化进行成形体形状的确定。上述加热温度，一般在120℃以下，最好是在水分稳定且容易蒸发的105℃左右进行。或者，干燥时间可藉著加热温度变化，一般约3-24小时左右。
上述烧成步骤一般是在400-1200℃的高温进行，使残留的可燃性有机质材料、有机质黏结剂完全消失，并使无机质黏结剂融熔形成全体一体化的阶段。最终烧成阶段的加热时间是依加热温度、使用材料成分、配合比等变化，一般为1-20小时左右。
如上述，将上述混合物的成形中的可燃性有机质材料、有机质黏结剂及其他有机质成分加以完全烧除，热融熔无机质黏结剂，与耐热性无机质材料一体化获得实质上仅无机质成分所构成的烧成体，即多孔质体。
上述的成形步骤中未一体安装支撑构件的场合是针对烧成步骤后的烧成体，在完成后的基材部分的至少在使用时与其他物品顶接的部位在从基材表面一般仅突出0.1-5mm，最好是0.5-2mm左右露出的位置上，在烧成后的成形体的对应位置上穿设可配置支撑构件的孔，在此孔内嵌装支撑构件。
嵌装上述支撑构件时，以预先在该支撑构件的表面或上述穿孔后的孔内壁面涂敷耐热性黏著剂例如氧化铝-硅酸盐系黏著剂为佳。或者针对烧成后的成形体进行上述支撑构件的安装且耐热性黏著剂为可藉著高温热处理发挥黏著性之物的场合，必须再次进行高温处理。
除了上述各种处理之外，可进行耐热性脱模剂的涂敷、耐热性硬质物质的表面涂敷及其他二次加工。
上述获得的多孔质陶瓷体所构成的耐热性定位器具有基于使用的材料构成的优异耐热性，由于构造为多孔质，其外观密度为1.7g/cm3以下，以1.0g/cm3以下为佳，最好是在0.6g/cm3以下，轻量且操作容易，并且由于热容量小，因此在高温炉中使用时颅内的热能量消耗小，并可藉著装填的支撑部的效果使与炉底间的滑动顺畅。
图2是以实施例1制作的耐热性定位器的底面平面说明图。
图3是垂直于实施例1制作的耐热性定位器的长度方向的剖面说明图。
图4是垂直于实施例2制作的耐热性定位器的长度方向的剖面说明图。符号说明1 耐热性定位器(成形体)2 上面
4 底面5 垂直长度方向剖面6 T形支撑构件埋没部分7 T形支撑构件露出部分11 耐热性定位器12 上面14 垂直长度方向剖面15 管形支撑构件埋没部分16 管形支撑构件露出部分其他热膨胀系数为7*10-6℃、莫式硬度为9的氧化铝烧结体，将剖面为全宽度15mm、纵长15mm、脚部宽度5mm的T字型，长度50mm的棒形支撑构件以烧结制成4根。露出设定部分7的下部末端面平滑地研磨形成微凸曲面，埋没于定位器基材部分1中的设定部分6的表面涂敷耐热性黏著剂(Fineflexcoat(商标名)、NICHIAS股份有限公司制)。
另外，在成形装置的模具中，成形品的剖面为50mm*50mm的四边形，长度为250mm的柱状，形成定位器的底部4的图2表示的4个位置上使用可配置突出上述支撑构件的宽度5mm的脚长0.5mm。
在模具内预定的位置上配置支撑构件之后，在模具内的其他空间填充上述浆料脱水成形，从模具中取出以105℃干燥12小时获得于底面安装支撑构件的硬化成形体，将此成形体1以1200℃3小时烧成熔著无机质黏结剂获得使无机质成分一体化的柱状耐热性定位器。
对于所获得的耐热性定位器测定其质量及体积，从其中扣除支撑构件的部分算出体密度，体密度为0.6g/cm3。以20℃的室内测定耐热性定位器整体的比热为0.25kcal/kg.℃。
另外，上述耐热性定位器1的上面2载置100g的硼硅酸盐玻璃试样，放入炉底为耐热性碳化硅温度调整至800℃的加热炉内，放置30分钟后，再升温至900℃，放置30分钟后取出。取出时以金属棒掏出，耐热性定位器1会在炉底滑动，底面4不会与碳化硅的底面接触而不会产生摩擦。
将耐热性定位器1冷却后，观察安装在定位器的底面4的支撑构件的安装状态及安装部的周边，由于预先在其表面涂敷的耐热性黏著剂的缓冲效果，可确认并未发生松弛、不匀称及周边的破损等现象。比较例1以切削石墨形成实施例1制作的耐热性定位器及外形与实施例1相同尺寸的基材部分。另外，制作4个与实施例1所使用相同形状的碳化硅制的支撑构件。使上述支撑构件其表面自基材部分底面突出厚度0.5mm定位在上述基材部分上，从与长度方向正交的各端面侧穿设T字型孔。
平滑地研磨上述支撑构件露出的部分的表面，并且在应埋入基材部份中的部分涂敷耐热性黏著剂Fineflexcoat，嵌埋于上述孔内，入口部的残余空间内填充Fineflexcoat制作耐热性定位器。
与实施例1的场合相同，将此耐热性定位器放入炉底铺有耐热性碳化硅板的温度调制为800℃的加热炉内，放置30分钟之后，再升温至1000℃的途中，基材部分的石墨在达1000℃氧化开始之前以与实施例1相同的方法取出。
取出时虽以金属棒掏出，但是耐热性定位器在炉底上滑动，底面4不致与炉底接触不会产生摩擦，但是定位器的基材部分会因其氧化而污损，并且与上部的玻璃试样反应。另外，从炉中取出放置在空气中3分钟时的表面温度冷却制40-60℃。
将上述支撑构件的露出部分的表面加以平滑研磨，并且在埋入基材部份中的部分涂敷耐热性黏著剂Fineflexcoat，嵌埋于上述孔内，入口部的残余空间内填充Fineflexcoat制作耐热性定位器。
对于所获得的耐热性定位器与实施例1同样地施以高温加热炉的耐热试验，与实施例1相同并未发现炉底板的滑动性，支撑构件安装的振颤及周边破损等的异常。
所获得的耐热性定位器较实施例1更具有稳定性和重量感，但是与实施例1同样地将硼硅酸盐玻璃试样100g载置于上面2使用于加热处理时，可获得与实施例1相同的结果。但是，加热后从炉中取出耐热定位器，放置在空气中3分钟的表面温度，其冷却较实施例1缓慢，为90℃。另外，制造时与实施例1比较黏著计Fineflexcoat与基材间的融合有若干不良，会有支撑支架插入用的孔加工困难等问题，但是与实施例1相同皆未发现所获得定位器的使用试验产生松弛、振颤及周边的龟裂等现象。
所获得的耐热性定位器较实施例3更具有稳定性和重量感，但是与实施例1同样地将硼硅酸盐玻璃试样100g载置于上面2使用在加热处理时，可获得与实施例1相同的结果。另外，加热后从炉中取出耐热定位器，放置在空气中3分钟的表面温度，其冷却较实施例1缓慢，为100℃。另外，制造时与实施例1比较黏著计Fineflexcoat与基材间的融合有若干不良，会有支撑支架插入用的孔加工困难等的问题，但是与实施例1相同皆未发现所获得定位器的使用试验产生松弛、振颤及周边的龟裂等现象。发明效果以上，根据已说明的本发明，所获得的耐热性定位器具有耐热性，且轻量热容量小而具有热处理时的高能量效率，优异的耐磨损性。并且，成形步骤中一体成形的支撑构件可省略安装支撑构件的步骤。因此，本发明具有大的工业价值。
权利要求
1.一种耐热性定位器，为其基材部分主要以多孔性陶瓷所构成的耐热性定位器，其特徵为该基材部分的至少在使用时与其他物品顶接的位置上安装有耐热性且耐磨损性材料所构成的支撑构件。
2.如权利要求1记载的耐热性定位器，其中基材部分的密度为1.7g/cm3以下。
3.如权利要求1或2记载的耐热性定位器，其中构成支撑构件的材料的莫式硬度在4以上。
4.如权利要求1至3中任一项记载的耐热性定位器，其中构成支撑构件的材料的热膨胀系数为10*10-6/℃以下。
5.如权利要求1至4中任一项记载的耐热性定位器，其中支撑构件为氧化铝制或富铝红柱石制。
6.如权利要求1至5中任一项记载的耐热性定位器，其中支撑构件表面与基材部分表面接触的边界间隔有耐热性融熔黏合成分。
7.一种耐热性定位器的制造方法，该定位器为其基材部分主要是以多孔性陶瓷所构成的耐热性定位器，该基材部分的至少在使用时与其他物品顶接的位置上安装有耐热性且耐磨损性材料所构成的支撑构件，其特徵为，该基材部分由包含下述步骤的制造工序形成，以作为主成分的耐热性无机质材料及无机质黏结剂作为必须成分加入水中调制混合物的混合步骤；将所获得的混合物成形为预定形状的成形步骤；使成形物干燥硬化的干燥步骤；及，烧成硬化后的成型体的烧成步骤。
8.如权利要求7记载的耐热性定位器的制造方法，其中在该基材部分的至少在使用时与其他物品顶接的部位上，在仅稍微自该基材部分的表面突出露出的位置将支撑构件配置在成形模内之后成形，于成形步骤中安装支撑构件。
9.如权利要求7记载的耐热性定位器的制造方法，其中在该基材部分的至少在使用时与其他物品顶接的部位上，穿设能仅稍微自基材部分的表面突出露出地在烧成后的成形体的对应位置配置支撑构件的孔，并于该孔内嵌装支撑构件。
10.如权利要求8或9记载的耐热性定位器的制造方法，其中在将支撑构件配置或嵌装于模具内时，在支撑构件与基材部分之间间隔耐热性黏合成分。
全文摘要
本发明的课题为提供具有高温耐热性，轻量可提高能量效率，优异的耐磨损性，且其制造步骤具有简略性佳的耐热性定位器。其解决手段是在其基材部分主要以多孔性陶瓷所构成的耐热性定位器中，该基材部分的至少在使用时与其他物品顶接的位置上安装有耐热性且耐磨损性材料所构成的支撑构件。
文档编号F27D3/12GK1448686SQ0310790
公开日2003年10月15日 申请日期2003年3月24日 优先权日2002年3月29日
发明者鸟居信宏, 福田启一, 友末信也, 尾上崇史 申请人:霓佳斯股份有限公司