JPH038779A - 多孔質セラミックス成形物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は多孔質セラミックス成形物およびその製造方法
に関する。

（従来技術） セラミックス粉体を用いて成形しかつ焼成してなるセラ
ミックス成形物においては、金属材料、有機材料からな
る成形物に比して優れた機械的、化学的、熱的特性が注
目され、各種の分野でその用途開発がなされている。

しかして、セラミックス成形物を機械的、熱的特性の優
れたものにするには、均質かつ緻密で微細な結晶構造の
焼結体にすることが必要であり、かかる焼結体を得るに
はセラミックス原料として均質かつ微細なものを使用す
る必要があり、これに対処するためにセラミックス原料
のより一層の微粉末化が要求される。セラミックス分離
膜、セラミックスフオーム、多孔質磁器等多孔質セラミ
ックス成形物についても同様である。一般に多孔質セラ
ミックス成形物を製造するには大きな粒径のセラミック
ス粉体を膏剤としてこれに結合剤を添加したセラミック
ス原料を使用する方法、セラミックス微粉体にセルロー
ス、澱粉等有機物を多量に混入したセラミックス原料を
使用する方法が採用される。

（発明が解決しようとする課組） ところで、上記した前者の製造方法においては、原料と
して粒径の大きなセラミックス粉体を使用することから
自己焼結性に劣るなめ粘土、その他の焼結助剤を使用し
なければならず、不純物の混入が多くて機械的、熱的強
度が低い。また、セラミックス粉体の粒径は目的とする
多孔質セラミックス成形物の気孔径により選定され、粒
径の小さいセラミックス微粉体を使用し得ないため緻密
で微細な結晶構造の焼結体は得られず機械的、熱的強度
が低い。一方、後者の製造方法においては焼結時添加し
た多量の有機物の燃焼ガスが発生するが、この燃焼ガス
発生時に切れ、クラック等の損傷が発生し易い、この傾
向はセラミックス粉体の粒径が小さい程強く、また目的
とする多孔質セラミックス成形物が大型、複雑な形状の
もの程強い。

従って、本発明の目的は機械的、熱的強度の高い多孔質
セラミックス成形物を得ることにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は多孔質セラミックス成形物およびその製造方法
に関するもので、第１の発明は、セラミックスの微粉体
を凝集して形成された所定の平均粒子径を有する造粒体
を用いて成形しかつ焼成してなるセラミックス成形物で
あり、当該セラミックス成形物は所定の平均気孔径の多
孔質構造を有していることを特徴とする多孔質セラミッ
クス成形物にある。第２の発明は、セラミックスの微粉
体を凝集して形成された所定の平均粒子径を有する造粒
体を原料とする泥漿を用いて成形しかつ焼成してなるセ
ラミックス成形物であり、当該セラミックス成形物は所
定の平均気孔径の多孔質構造を有していることを特徴と
する多孔質セラミックス成形物にある。第３の発明は上
記した第２の発明において、造粒体が泥漿用媒体に対す
る親和性物質を含有していることを特徴とする多孔質セ
ラミックス成形物にある。第４の発明は上記した第１の
発明の成形物を製造するに当り、プレス成形法を採用す
ることを特徴とする多孔質セラミックス成形物の製造方
法にある。第５の発明は第２、第３の成形物を製造する
に当り、泥漿成形法を採用することを特徴とする多孔質
セラミックス成形物の製造方法にある。

本発明における造粒体は２ｒＯ□、Ａｌ２Ｏ３、その他
のセラミックスの微粉体を必要により親和性物質ととも
に凝集して造粒したもので、造粒法としては下記の公知
の方法を採用することができる。すなわち、（１）加湿
した粉体に転動作、用を付与して球形粒子に凝集させる
転勤式造粒法、（２）原料粉体の一定量を一定の大きさ
、形状に圧縮成形して粒状物を作る圧縮造粒法、（３）
粉体を流動化させてこれにスプレーノズルから液を噴霧
し粒子表面を液コーティングして造粒する流動層造粒法
、（４）スラリーを加圧型ノズルまたは２流体ノズルを
用いて微粉化し造粒塔内で空冷固化して球状造粒物を得
る噴射造粒°法、（５）原料粉体をスラリー化して噴霧
乾燥すると同時に造粒する噴霧乾燥造粒法等を採用し得
る。これらの造粒法においては噴霧乾燥造粒法、流動層
造粒法が好ましい。また、造粒体の形状は特に限定され
るものではないが球状が好ましく、かつ平均粒子径は１
０〜１０００μｍ特に２０〜１００μｍのものが好まし
い。

造粒体に含有させる親和性物質としては、泥漿用媒体が
一般に水であることから親水性物質であって、具体的に
は以下の親水性基を持つ有機化合物、Ｙ２Ｏ９等の希土
類金属化合物、ＭｇＯ，ＣａＯ等の土類金属化合物、水
ガラス、本節粘土等親水性無機物質を挙げることができ
る。

−ＣＯＯＨ，−００）１　、−Ｃ８Ｏ）Ｉ　、−５ｏｉ
＋、−ＣＳＳ１１．−８Ｏ，Ｈ，−８Ｏｄｌ　、　、−
Ｓｏ！（。

−ＣＯＯＭ’　１　、−００Ｍ’　１　、−ＣＯ−０−
ＣＯ−、−ＣＯＯＲ”２　、−ＣＯＸ’３　、−ＯＸ　
。

−ＣＯＮＸ２．−０ＮＨ２，−ＧＯ−ＮＨＮＩ（２，−
ＣＯＮＩＩＣＯ，−Ｃ（Ｎ）ｌ）Ｎｌ２．−Ｃ＝Ｎ、−
ＮＣ，−０ＣＮ　、　−Ｎｅｏ　、−５ＣＮ、　−ＮＣ
Ｓ　、−ＣＩＩＯ，−０１１、−Ｃ）Ｉｓ　、　−Ｓｌ
＋　。

−０ＯＨ，−Ｎｌ２．＝Ｎ１１．−Ｎ）１４．−ＮＨＮ
Ｉ２．−ＯＲ”、−０２Ｒｘ２（但し、＄１：　Ｍ＝金
金属＄２ニジアルキル基、愈３：ｘ＝ハロゲン、シアン
、アジド） 多孔質セラミックス成形物を製造するに当っては、プレ
ス成形法または泥漿成形法を採用して所定の形状の成形
体を成形し、この成形体を必要により仮焼した後焼成す
る。鋳込み成形、ドクターブレード、コーティング等の
泥漿成形法を採用する場合の造粒体の平均粒子径は１０
〜１０００μｍ特に２０〜１００μｍが好ましい。平均
粒子径が１０μｍ未満の場合には鋳込成形時の着肉時間
が長くなり、かつ内部の固化が遅くて均一な成形体が得
られない。また、乾燥時、仮焼時の水分の飛散や発生ガ
スの飛散が不充分となる。一方、平均粒子径が１０００
μｍを越える場合には泥漿の調整が難しく、成形が行え
なくなる。

（発明の作用・効果） 本発明に係る多孔質セラミックス成形物においては、無
数の各造粒体内が微粉体の自己焼結した均質かつ緻密で
微細な結晶構造の焼結状態となり、かつこれらの各造粒
体間が互に自己焼結した均質な多孔質の焼結状態となる
。また、焼結助剤に起因する不純物の混入がなく、かつ
多量の有機物の燃焼ガスに起因する切れ、クラック等の
損傷の発生がない。従って、当該多孔質セラミックス成
形物は機械的、熱的強度の高いものである。なお、当該
多孔質セラミックス成形物においては、造粒体の粒径を
選定することにより平均気孔径、気孔径分布を容易に制
御することができる。また、泥漿成形法を採用する場合
、造粒体は粒径が大きくて沈澱し易いことから、常法に
て造粒した造粒体を用いて泥漿成形に適した安定な泥漿
を得ることは難しいが、本発明の造粒体はその内部また
は内外両部に媒体に対する親和性物質を有しているため
、同親和性物質が媒体を吸着して造粒体の表面に媒体の
層を形成させる。従って、本発明に係る造粒体は媒体中
での分散性に優れ、同造粒体により泥漿成形に適した安
定な泥漿を得ることができる。

（実施例） 以下に示す各種条件にて製造された成形物（焼結体）の
気孔率（％）、平均気孔径（μｍ）、熱処理前後の曲げ
強さ（ｋｇｆ／ｍｍ２）を測定するとともに、造粒体の
粒度分布、成形物の気孔分布を測定した。

（１）原料 ａｌ　：　３　ｍｏ１％のｙ２ｏ３を含有する２ｒ０２
　（平均粒子径０．４μｍ） ａ２　：Ａ１２０３（平均粒子径０．４　μｍ）ａ３：
入１□０．（平均粒子径４０μｍ）７５ｗｔ％と粘土質
フラックス（親水性）　２５ｗｔ％ （２）添加物質 ｂｌ：ポリカルボン酸ＮＨ４（親水性）、添加量・１／
１００・・・添加物ｗｔ／原料ｗｔ（以下同じ）ｂ２：
ポリビニルアルコール（熱処理・・・非親水性）、添加
量・ｌ／１０θ ｂ３：無添加 （３）造粒 ｃｌ：噴霧乾燥造粒法（平均粒子径４０μｍ）Ｃ３：　
Ｃ１にて得られた造粒体から篩にて５０μｍ以上と３０
μｍ以下のものを除去したもの（平均粒子径４０μｍ） Ｃ３：噴霧乾燥造粒法（平均粒子径２００μｍ）Ｃ４：
流動層造粒法（平均粒子径４０μｍ）Ｃ５−未造粒 （４）成形 ｄｌ：６０ｍｍＸ　６０ｍｍの金型を用いて１０ｋｇｆ
／ｃｍ２の圧力でプレス成形する。

ｄｌ：ｄｌの金型を用いて１００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力
でプレス成形 ｄｓ　：ｄｌにて得られた成形体を氷のうに入れて１０
０１００Ｏ／ｃｍ２の圧力・でアイソスタティックプレ
スする。

ｄ４：下記の泥漿鋳込み成形法を採用する。

各種の造粒体と水を用い、これに解膠剤（ポリカルボン
酸ＮＨ４）０．４ｗｔ％、保形剤（メチルセルロース＞
１ｗｔ％、消泡剤０．０５ｗｔ％を添加して真空混練機
にて濃度６０ｗｔ％の泥漿を調製する。得られた泥漿を
用いて第１図に示す上下両型１．２からなる鋳込用テス
ト型により、５ｋｇｆ／ａｍ２の圧力で加圧鋳込成形す
る。

（５）乾燥、焼成 成形体を温度８０℃以下、湿度６０％以上の恒温恒湿下
で乾燥を開始し、その後漸次湿度を下げて乾燥する。乾
燥後１４００℃にて焼成する。

（６）測定 得られた成形物（焼結体）の気孔径を水銀圧入法にて測
定して気孔率、平均気孔径、気孔分布を算出するととも
に、造粒体の粒子径を測定して粒度分布を算出する。ま
た、成形物から切出した所定の大きさのサンプルをオー
トクレーブ内にて２５０′Ｃの飽和水蒸気圧中で１００
時間熱処理し、熱処理前、後の曲げ強さをＪＩＳＲ１６
０１の４点曲げ試験法に基づいて測定する。

（７）結果 各成形物の気孔率、平均気孔径、熱処理前後の曲げ強さ
を別表に示すとともに、成形物の内部構造の概略を第２
図に、造粒体の粒度分布を第３図に、成形物の気孔分布
を第４図にそれぞれ示す。

造粒体を原料とする多孔質成形物は第４図に示すように
、気孔分布に気孔径の大きいピークと気孔径の小さいピ
ークの２つのピークが認められる。

小さい気孔径のピークは原料微粉体の粒子径に起因しか
つ大きい気孔径のピークは原料造粒体の粒子径に起因す
るものと認められ、これを模型的に示すと第２図のごと
き内部構造となる。同図において符号３が造粒体の粒子
径に起因する気孔、符号４が微粉体の粒子径に起因する
気孔であり、気孔３により多孔質構造の特性を示す。

別表から明らかなように造粒体（Ｃ１〜Ｃ４）を原料と
し１００ｋｇｆ／ｃｍ２でプレス成形したもの（ｄ２）
は気孔率が大きくかつ曲げ強さが大きいが、親水性物質
を含有する造粒体（ｂｌ〉を原料として泥漿用鋳込み成
形したちの（ｄ４）では気孔率がさらに大きい。

なお、未造粒の原料を用いた場合（Ｃ５）には曲げ強さ
が小さい。また、原料ａ３を用いた場合には熱処理後崩
壊する。造粒法ｃｌ＋ｃ２．ｃ４の造粒体は平均粒子径
４０μｍであるが、気孔率および平均気孔径は粒度分布
の狭い場合（Ｃ２）が大きくかつ粒度分布の広い場合（
Ｃ４）はど小さい。第３図の粒度分布と第４図の気孔分
布とを対比すると、粒度分布が狭い場合（Ｃ２）はど気
孔分布も狭いことが認められる。

（以下余白）

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の鋳込み成形に用いた鋳込み型の断面図
、第２図は本発明に係る成形物の内部構造を示す概略図
、第３図は造粒体の粒度分布曲線、第４図は成形物の気
孔分布曲線である。 符　　号　　の　　説　　明 １・・・上型、２・・・下型、３．４・・・気孔。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックスの微粉体を凝集して形成された所定
   の平均粒子径を有する造粒体を用いて成形しかつ焼成し
   てなるセラミックス成形物であり、当該セラミックス成
   形物は所定の平均気孔径の多孔質構造を有していること
   を特徴とする多孔質セラミックス成形物。
2. （２）セラミックスの微粉体を凝集して形成された所定
   の平均粒子径を有する造粒体を原料とする泥漿を用いて
   成形しかつ焼成してなるセラミックス成形物であり、当
   該セラミックス成形物は所定の平均気孔径の多孔質構造
   を有していることを特徴とする多孔質セラミックス成形
   物。
3. （３）第２項に記載の多孔質セラミックス成形物におい
   て、前記造粒体が泥漿用媒体に対する親和性物質を含有
   していることを特徴とする多孔質セラミックス成形物。
4. （４）第１項に記載の多孔質セラミックス成形物を製造
   するに当り、プレス成形法を採用することを特徴とする
   多孔質セラミックス成形物の製造方法。
5. （５）第２項または第３項に記載の多孔質セラミックス
   成形物を製造するに当り、泥漿成形法を採用することを
   特徴とする多孔質セラミックス成形物の製造方法。