白色溶融アルミナ (WFA) は、多くの高性能発泡セラミックの製造において重要な原料です。
ホワイトフューズドアルミナ（WFA）とは何ですか？
まず、簡単に定義します。白色溶融アルミナは、高純度の焼成アルミナ（Al₂O₃）を電気アーク炉で2000℃以上の温度で溶融して製造される合成材料です。その後、冷却・粉砕され、様々な粒度に分級されます。主な特性は以下のとおりです。
高純度: 通常 >99% Al₂O₃。
高硬度：モース硬度 9.0。
優れた耐火性： 高融点（約 2050°C）。
優れた化学的不活性: 酸やアルカリに耐性があります。
粒度制御: 正確に粉砕およびふるい分けできます。
発泡セラミックスに WFA が使用されるのはなぜですか?
発泡セラミックスは、主に溶融金属のフィルター や 断熱材として使用される、多孔質で軽量な構造体です 。これらの用途の要件は、WFAの特性と完全に一致しています。
耐高温性： 溶融アルミニウム、鉄、または鋼のろ過に使用される発泡セラミックは、軟化や劣化を起こすことなく、極度の温度（700℃～1600℃）に耐える必要があります。WFAは高い耐熱性を備えているため、理想的なろ過性能を発揮します。
化学的不活性： ろ過対象となる溶融金属と反応しない材料であること。WFAは非常に安定しており、溶融金属に不純物を混入することはありません。
耐熱衝撃性： フィルターを溶融金属に浸漬する際の急激な温度勾配により、劣悪な材料ではひび割れが生じる可能性があります。セラミックスラリー（WFAとバインダーを含む）の特別な配合は、この衝撃を軽減するように設計されており、WFAの固有の特性が堅牢な構造に貢献しています。
制御された多孔性と構造： フォームの構造（細孔サイズ、形状、開放性）は、ろ過効率に大きく影響します。WFA粒子は、過酷な条件下でもこの構造を維持する強固で剛性の高い骨格を提供します。
高い機械的強度： フィルターは溶融金属流の侵食力と機械的力に耐えなければなりません。WFAの極めて高い硬度により、フィルターは形状を維持し、粒子を剥離しません。
発泡セラミックの製造プロセスで WFA はどのように使用されますか?
発泡セラミックスを製造する最も一般的な方法は、 レプリカポリマースポンジ法です。WFAはこのプロセスにどのように組み込まれているのでしょうか。
スラリーの調製： 白色溶融アルミナの微粉末（および多くの場合、バインダー、粘土、焼結助剤などの添加剤）を水と混合し、粘性のあるクリーム状のスラリーを形成します。白色溶融アルミナの粒度分布は非常に重要です。ポリマーフォームを均一にコーティングできるほど微細でありながら、強固な構造を構築するために粗い粒子も含んでいる必要があります。
含浸： 所望の気孔構造（例：10、20、30PPI（1インチあたりの気孔数））を有する連続気泡ポリマーフォーム（例：ポリウレタン）をスラリーに浸漬します。WFAスラリーがポリマーネットワークの支柱全体を完全に覆うように、スラリーを繰り返し押し付けたり離したりします。
余分なスラリーの除去： 含浸フォームはローラーに通すか遠心分離機にかけられ、余分なスラリーが除去されます。これは、 セル （細孔）が開いたまま、 支柱 （セラミック壁）が完全にコーティングされるために不可欠なステップです。
乾燥: コーティングされたフォームは、セラミックコーティングにひび割れを生じさせずに水分を除去するためにゆっくりと乾燥されます。
ポリマーの焼成： 乾燥したパーツを中温（約500～800℃）に加熱し、ポリマーフォームのテンプレートをゆっくりと焼成して除去します。こうして、脆く多孔質のセラミックレプリカが残ります。
- 高温焼成（焼結）： 部品は非常に高温（通常1450℃～1650℃）で焼成されます。この段階では、WFA粒子が焼結（完全に溶融することなく、粒子同士の境界で融合）し、強固でモノリシックな、高耐火性のセラミック骨格が形成されます。
発泡セラミックス用WFAの主な仕様
このアプリケーション向けに WFA を調達する場合、メーカーは次の点に注目します。
純度（% Al₂O₃）： 99.0%以上が標準です。ソーダ（Na₂O）などの不純物は耐火性を低下させ、焼結に影響を与える可能性があります。
粒度（メッシュ／細かさ）： 通常は微粉末に粉砕されます。一般的な粒度分布はF240、F280、F320、そしてさらに細かい粒度（d50値が20～50ミクロン）です。最適な充填密度とスラリーレオロジーを実現するために、複数の粒度を混合して使用されることがよくあります。
化学特性: 高温性能を確保し、ろ過された金属の汚染を防ぐには、Fe₂O₃、SiO₂、Na₂O の含有量を低く抑えることが重要です。