JP2000226275A

JP2000226275A - 多孔質無機材料及びその製造方法

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Publication number: JP2000226275A
Application number: JP11029951A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kimura; 康一木村; Mitsuyuki Wadasako; 三志和田迫; Koji Iwata; 耕治岩田; Kazumi Kaneda; 和巳金田; Tsutomu Kobayashi; 強小林
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2000-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】密度あるいは空隙率の調節が簡単にでき、幅
広い用途に使用可能な特有構造を有する多孔質無機材料
を提供すること。また、製造に当たって原料粉末の飛散
の防止策をとる必要のない多孔質無機材料の製造方法を
提供すること。【解決手段】表面から不定方向に林立する子繊維を有
する母繊維が相互に結合してなる３次元骨格構造であっ
て、該子繊維はホウ酸アルミニウム針状結晶物であるこ
とを特徴とする多孔質無機材料であり、この多孔質無機
材料は、α化率が４０％以下のアルミナからなるアルミ
ナ繊維（Ａ）と、焼成されて酸化ホウ素を生成するホウ
素原料（Ｂ）を含む混合物を成形し、次いで焼成するこ
とにより得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、幅広い用途に使用
可能な特有の３次元骨格構造を有する多孔質無機材料及
びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、炭
化珪素、アルミナ等からなるセラミック系の無機繊維材
料で形成された３次元骨格構造を有する多孔質無機材料
が知られている。この多孔質無機材料の用途としては、
溶融金属を含浸させて金属基複合材料（Metal Matrix C
omposite: ＭＭＣ）を形成するための補強材料（プリフ
ォームともいう）、多孔質構造を利用したフィルター等
がある。

【０００３】このような多孔質無機材料を製造する方法
としては、従来、針状構造の無機材料（ウィスカともい
う）と無機結合材をスラリー状に混合し、次いで脱水成
形して成形体を形成し、この成形体を焼成して製造する
方法が知られている。しかし、このような方法で得られ
た多孔質無機材料は、原料であるウィスカを無機バイン
ダで結合して形成されているのでウィスカ同士の結合力
が弱く、得られる多孔質無機材料の強度が低いという問
題があった。

【０００４】このような問題を解決する手段として、特
開平１０−２０３８７８号公報には、酸化アルミニウム
または空気中で加熱されると酸化アルミニウムを生成す
るアルミニウム化合物の粉末と、酸化ホウ素または空気
中で加熱されると酸化ホウ素を生成するホウ素化合物の
粉末とを均一に混合し、得られた混合物を成形し、次い
で加熱してアルミニウム化合物とホウ素化合物とから２
Ａｌ₂Ｏ₃・Ｂ₂Ｏ₃の針状結晶を生成して得られる多
孔質無機材料が開示されている。

【０００５】この多孔質無機材料は、アルミニウム化合
物の粉末とホウ素化合物の粉末とからなる混合物の成形
体が、焼成によってホウ酸アルミニウムのウィスカを生
成し、生成したウィスカ同士が結合したり絡み合ったり
して３次元骨格構造を形成している。このウィスカ同士
の結合は、同質のウィスカの成長点同士が接触して形成
されたものであり、無機バインダを使用して形成された
ものでないため、結合力が強く、得られる多孔質無機材
料の強度が高くなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この多
孔質無機材料は、粉末成形法を採用しているため、低密
度または高密度の成形体を得ることが困難であるという
問題があった。また、焼成された多孔質無機材料と焼成
前の成形体との間の体積変化が大きいため、前記と同様
に密度の制御も困難であるという問題があった。さら
に、原料としてアルミニウム化合物及びホウ素化合物の
粉末を乾式で用いているので原料粉末の飛散が著しく、
製造時において粉末の飛散を防止する手段を講じなけれ
ばならないという問題があった。

【０００７】従って、本発明の目的は、多孔質無機材料
の密度あるいは空隙率の調節が簡単にでき、幅広い用途
に使用可能な特有構造を有する多孔質無機材料を提供す
ることにある。また、本発明の他の目的は、製造に当た
って原料粉末の飛散の防止策をとる必要のない多孔質無
機材料の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる実情において、本
発明者は鋭意検討を行った結果、α化率が４０％以下の
アルミナからなるアルミナ繊維（Ａ）と、焼成されて酸
化ホウ素を生成するホウ素原料（Ｂ）を含む混合物を成
形し、次いで焼成すれば、表面から不定方向に林立する
子繊維を有する母繊維が相互に結合してなるホウ酸アル
ミニウムの３次元骨格構造が得られることを見出し、本
発明を完成するに至った。

【０００９】すなわち、本発明は、表面から不定方向に
林立する子繊維を有する母繊維が相互に結合してなる３
次元骨格構造であって、該子繊維はホウ酸アルミニウム
針状結晶物であることを特徴とする多孔質無機材料を提
供するものである。

【００１０】また、本発明は、α化率が４０％以下のア
ルミナからなるアルミナ繊維（Ａ）と、焼成されて酸化
ホウ素を生成するホウ素原料（Ｂ）を含む混合物を成形
し、次いで焼成することを特徴とする多孔質無機材料の
製造方法を提供するものである。

【００１１】また、本発明は、α化率が４０％以下のア
ルミナからなるアルミナ繊維（Ａ）と、焼成されて酸化
アルミニウムを生成するアルミニウム原料（Ａ' ）と、
焼成されて酸化ホウ素を生成するホウ素原料（Ｂ）とを
含む混合物を成形し、次いで焼成することを特徴とする
多孔質無機材料の製造方法を提供するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の多孔質無機材料におい
て、母繊維は原料であるアルミナ繊維（Ａ）がホウ素原
料（Ｂ）とともに焼成されることによって実質的にホウ
酸アルミニウムに変成された繊維状物又は柱状物であ
り、該母繊維同士は相互に結合して３次元骨格構造を形
成している。また、子繊維は上記母繊維の表面から不定
方向に林立するように形成されているものであり、その
組成はホウ酸アルミニウム針状結晶物である。

【００１３】この特有の３次元骨格構造は電子顕微鏡写
真から観察される。この不定方向に林立する針状物と前
記アルミナ繊維（Ａ）が変成した繊維状物又は柱状物を
比較すると、両者は長さ及び太さにおいて明らかに相違
するため、前者を子繊維、後者を母繊維と定義する。ま
た、不定方向に林立する状態とは、針状又はひげ状の突
起物が不定方向に延び生い茂った状態である。母繊維と
子繊維の境界は明確ではなく、繊維の密度が高く明らか
に子繊維よりも長太い柱状を示すのが母繊維である。ま
た、子繊維は、子繊維同士が相互に少なくとも１か所で
結合しており、該子繊維の結合は結合剤によることなく
子繊維の針状結晶構成成分を共有するものであってもよ
い。

【００１４】このような多孔質無機材料は、α化率が４
０％以下のアルミナからなるアルミナ繊維（Ａ）と、焼
成されて酸化ホウ素を生成するホウ素原料（Ｂ）を含む
混合物を成形し、次いで焼成することによって製造され
る。以下、本発明の多孔質無機材料をその製造方法に従
って説明する。

【００１５】本発明の多孔質無機材料の製造方法で用い
られるアルミナ繊維（Ａ）は、アルミナのα化率が４０
％以下、好ましくは３０％以下であり、特に好ましくは
２０％以下のアルミナからなるアルミナ繊維である。ア
ルミナのα化率が上記の範囲内にあると、アルミナ繊維
（Ａ）と、後述する焼成されて酸化ホウ素を生成するホ
ウ素原料（Ｂ）とが焼成の際に反応して、アルミナ繊維
（Ａ）自体がホウ酸アルミニウムに変成されるととも
に、この変成した繊維状物又は柱状物の表面からホウ酸
アルミニウム針状結晶物が不定方向に林立するように形
成される。

【００１６】ここでアルミナのα化率は、アルミナ中に
おけるα−アルミナ相の比率をいう。例えばアルミナの
α化率が４０％とは、アルミナ中のα−アルミナ相の比
率が４０％であり、α−アルミナ相以外の相が６０％で
あることを示す。アルミナ中のα−アルミナ相以外の相
としては、β−アルミナ相、γ−アルミナ相またはδ−
アルミナ相のいずれであってもよいが、このうちγ−ア
ルミナ相及びδ−アルミナ相は焼成される際に酸化ホウ
素と反応し易いため、アルミナ繊維がホウ酸アルミニウ
ムに変成され易く、子繊維が母繊維の表面から不定方向
に林立して形成され易いので好ましい。一方、α−アル
ミナ相は化学的に安定であり、焼成の際に酸化ホウ素と
反応し難いので、アルミナ中のα−アルミナ相の比率が
高くなると前述のような特有の３次元骨格構造は得られ
難くなる。

【００１７】アルミナ繊維（Ａ）の繊維径は、１〜１０
μｍであり、好ましくは２〜５μｍである。繊維径が１
０μｍを越えると、繊維の中央部まで反応するのに多く
の時間を要するため好ましくなく、繊維径が１μｍ未満
であると、吸引成形性が低下するため好ましくない。ま
た、アルミナ繊維（Ａ）の繊維長は、１５〜２００μｍ
であり、好ましくは３０〜１５０μｍである。アルミナ
繊維（Ａ）の繊維長を上記範囲内で長めのものを用いる
と、空隙率を大きくする（Ｖｆ値を小さくする）ことが
できる。また、アルミナ繊維（Ａ）の繊維長を上記範囲
内で短めのものを用いると、空隙率を小さくする（Ｖｆ
値を大きくする）ことができる。ここでＶｆ値とは、多
孔質無機材料の全体積中、母繊維及び子繊維の占める体
積の和の割合であり、Ｖｆ値（％）＝１００−空隙率
（％）で定義される。例えば、空隙率が８０％であれ
ば、Ｖｆ値は２０％である。なお、本発明の多孔質無機
材料の空隙率の調節は、後述するようにアルミナ繊維
（Ａ）の繊維長を選択することのみによって行われるも
のではない。多孔質無機材料の密度は、一般に、空隙率
が大きければ小さく、空隙率が小さければ大きくなるよ
うに空隙率と関連しているので、空隙率の調節と同様の
方法によって調節することができる。このようなアルミ
ナ繊維（Ａ）は、α化率、繊維径、繊維長が上記の範囲
内にあるものであれば、１種又は２種以上を組み合わせ
て用いることができる。

【００１８】本発明で用いられる焼成されて酸化ホウ素
を生成するホウ素原料（Ｂ）は、空気等の酸化雰囲気中
で焼成されると酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）を生成するもの
であり、例えば、酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）、窒化ホウ素
（ＢＮ）、ホウ酸（Ｈ₃ＢＯ ₃）、メタホウ酸（ＨＢＯ
₂）、四ホウ酸（Ｈ₂Ｂ₄Ｏ₇）等を挙げることができ
る。ホウ素原料（Ｂ）は、成形方法によって、適宜選択
することが望ましい。例えば、成形方法が吸引脱水成形
法であれば、水溶性のホウ酸（Ｈ₃ＢＯ₃）は使い難い
ので水に不溶性のＢＮ粉末を用いることが望ましい。ま
た、成形方法が押し出し成形法であれば、水分の除去は
乾燥工程で揮発させることにより行うためホウ酸（Ｈ₃
ＢＯ₃）でもＢＮ粉末でもどちらでも用いることができ
る。ホウ素原料（Ｂ）は、その形態が粉末である場合
は、平均粒径が０．５μｍ〜５０μｍであり、好ましく
は１μｍ〜５μｍである。ホウ素原料（Ｂ）は、１種又
は２種以上を組み合わせて用いることができる。

【００１９】本発明では、必要に応じて、焼成されて酸
化アルミニウムを生成するアルミニウム原料（Ａ' ）を
配合する。このアルミニウム原料は空気等の酸化雰囲気
中で焼成されると酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を生
成するものであり、例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、
水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニ
ウム、塩化アルミニウム等を挙げることができる。この
ようなアルミニウム原料（Ａ' ）は、焼成の際のアルミ
ナ相がα−アルミナ相以外の相、例えば、γ−アルミナ
相またはδ−アルミナ相となるものが好ましい。アルミ
ニウム原料（Ａ' ）が、α−アルミナ相以外のγ−アル
ミナ相、δ−アルミナ相等であることによって、焼成の
際にホウ素原料と反応して子繊維であるホウ酸アルミニ
ウム針状結晶物を生成することができる。また、アルミ
ニウム原料（Ａ' ）がアルミナゾルの場合は、アルミナ
ゾルは、ホウ素原料（Ｂ）と反応してホウ酸アルミニウ
ム針状結晶物を生成する作用を行うとともに、焼成前の
成形時にはアルミナ繊維同士を結合させる後述するバイ
ンダ（Ｃ）としても機能するので好ましい。アルミニウ
ム原料（Ａ' ）は、１種又は２種以上を組み合わせて用
いることができる。

【００２０】本発明においては、上記の成分以外に、ア
ルミナ繊維同士を結合させるためにさらにバインダ
（Ｃ）を添加してもよい。このようなバインダ（Ｃ）と
しては、通常用いられているものを使用することがで
き、アルミナゾル等の無機バインダ、またはメチルセル
ロース等の有機バインダを用いることができる。バイン
ダ（Ｃ）は１種又は２種以上を組み合わせて用いること
ができる。

【００２１】次に、これらのα化率が４０％以下のアル
ミナからなるアルミナ繊維（Ａ）と、焼成されて酸化ホ
ウ素を生成するホウ素原料（Ｂ）と、必要に応じて配合
された焼成されて酸化アルミニウムを生成するアルミニ
ウム原料（Ａ' ）と、必要に応じて配合されたバインダ
（Ｃ）とを混合して混合物を作製する。混合物は、さら
に水を添加してスラリーあるいは混練物として次の成形
工程に供される。

【００２２】混合物中において、アルミナ繊維（Ａ）を
Ａｌ₂Ｏ₃に換算したモル数と、ホウ素原料（Ｂ）をＢ
₂Ｏ₃に換算したモル数との配合比率（Ａ：Ｂ）は、
９：２〜９：７であり、好ましくは９：３〜９：６であ
る。また、混合物が、さらにアルミニウム原料（Ａ' ）
も含む場合には、アルミナ繊維（Ａ）をＡｌ₂Ｏ₃に換
算したモル数とアルミニウム原料（Ａ' ）をＡｌ₂Ｏ₃
に換算したモル数との和（（Ａ＋Ａ' ））と、ホウ素原
料（Ｂ）をＢ₂Ｏ₃に換算したモル数との配合比率
（（Ａ＋Ａ' ）：Ｂ）は、９：２〜９：７であり、好ま
しくは９：３〜９：６である。なお、この配合比率
（（Ａ＋Ａ' ）：Ｂ）において、バインダ（Ｃ）でもあ
るアルミナゾルの配合量はアルミニウム原料（Ａ' ）と
して計算されている。

【００２３】配合比率（Ａ：Ｂ）または（（Ａ＋Ａ'
）：Ｂ）において、Ｂに対してＡまたはＡ＋Ａ' の割
合が大きくなると、子繊維であるホウ酸アルミニウム針
状結晶物が十分に成長しないため好ましくない。また、
Ｂに対してＡまたはＡ＋Ａ' の割合が小さくなると、焼
成中に子繊維であるホウ酸アルミニウム針状結晶物のガ
ラス化反応が進行したり、ホウ素原料（Ｂ）が揮発して
３次元骨格構造体の強度が均一でなくなったり、子繊維
であるホウ酸アルミニウム針状結晶物が均一に成長せず
に多孔質無機材料中の空隙率が部分的にばらついたりす
るので好ましくない。また、アルミナ繊維（Ａ）の配合
量を上記範囲内で増やすと多孔質無機材料の空隙率が大
きくなり（Ｖｆ値が小さくなり）、配合量を上記範囲内
で減らすと多孔質無機材料の空隙率が小さくなる（Ｖｆ
値が大きくなる）。

【００２４】次に、混合物を成形して成形体を得る。成
形体を得るには、混合物がスラリーの場合には例えば吸
引脱水成形法等の脱水成形法を用いることができ、混合
物が混練物の場合には例えば押し出し成形法を用いるこ
とができる。吸引脱水成形法を用いた場合、プレス圧力
の調節によって、得られる多孔質無機材料の空隙率ある
いは密度を容易に調節することができる。すなわち、プ
レス圧力を大きくすれば空隙率が小さくなり、プレス圧
力を小さくすれば空隙率が大きくなる。密度は、プレス
圧力を大きくすれば密度が大きくなり、プレス圧力を小
さくすれば密度が小さくなる。なお、バインダ（Ｃ）が
アルミナゾルのような水性無機バインダであれば、脱水
成形法等の成形時に成形体から水分が除去されてバイン
ダ（Ｃ）がアルミナ繊維（Ａ）を結合する作用を発現す
るようになる。このため、脱水された成形体となった時
点でアルミナ繊維（Ａ）同士がアルミナゾルバインダに
よって結合されて、３次元骨格構造体を形成する。ただ
し、この３次元骨格構造体は焼成されていないので、そ
の組成はホウ酸アルミニウムに変成されておらずアルミ
ナのままである。なお、アルミナゾルはバインダ（Ｃ）
であるとともにアルミニウム原料（Ａ' ）でもあるの
で、次の焼成工程において酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ ₃）と反
応してホウ酸アルミニウムを生成する。

【００２５】得られた成形体は、次の焼成工程に供する
ために乾燥させる。乾燥方法としては、既知の方法を採
用することができ、例えば、空気中において、１００
℃、５時間の条件等で乾燥させることができる。次に、
乾燥させた成形体を焼成する。焼成は、空気中等の酸化
性雰囲気中で行うことができる。焼成することにより、
ホウ素原料（Ｂ）から酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）が生成
し、この酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）と、アルミナ繊維
（Ａ）またはアルミニウム原料（Ａ' ）から生成した酸
化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）とが反応して、ホウ酸ア
ルミニウム針状結晶物を生成する。

【００２６】焼成温度は、１１００℃〜１４００℃であ
り、好ましくは１２５０℃〜１３５０℃である。焼成温
度が１１００℃未満であると、アルミナ繊維（Ａ）また
はアルミニウム原料（Ａ' ）から生成した酸化アルミニ
ウム（Ａｌ₂Ｏ₃）と、ホウ素原料（Ｂ）から生成した
酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）とが反応しないので好ましくな
い。焼成温度が１４００℃を越えると、アルミナ繊維
（Ａ）またはアルミニウム原料（Ａ' ）から生成した酸
化アルミニウム中のα−アルミナ相以外の相がα−アル
ミナ相に相転移してしまい、ホウ素原料（Ｂ）から生成
した酸化ホウ素と反応し難くなるので好ましくない。

【００２７】焼成時間は、３時間〜１０時間であり、好
ましくは４時間〜７時間である。焼成時間が３時間未満
であると、アルミナ繊維（Ａ）またはアルミニウム原料
（Ａ' ）から生成した酸化アルミニウムと、ホウ素原料
（Ｂ）から生成した酸化ホウ素とが反応するのに時間が
十分でないので好ましくない。焼成時間が７時間を越え
ると、既に終了した反応に対して無駄にエネルギーを消
費することになるので好ましくない。

【００２８】成形体は、焼成すると多孔質無機材料にな
る。焼成中において、アルミナ繊維（Ａ）またはアルミ
ニウム原料（Ａ' ）から生成した酸化アルミニウム（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）と、ホウ素原料（Ｂ）から生成した酸化ホウ
素（Ｂ₂Ｏ₃）が反応する。すなわち、焼成時におい
て、母繊維であるアルミナ繊維（Ａ）が相互に結合して
なる３次元骨格構造体中のアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）と、
酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）とが反応して、該母繊維表面か
ら不定方向に林立する子繊維であるホウ酸アルミニウム
針状結晶物を生成する。また、アルミナ繊維（Ａ）及び
ホウ素原料（Ｂ）に、さらにアルミニウム原料（Ａ' ）
が配合されている場合には、アルミニウム原料（Ａ' ）
から生成した酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）も、酸化
ホウ素（Ｂ ₂Ｏ₃）と反応して、母繊維表面の子繊維の
生成に寄与する。また、子繊維であるホウ酸アルミニウ
ム針状結晶物は、成長する過程で子繊維結晶の成長点同
士が接触して結合したり、一方の子繊維が他方の子繊維
を貫通して成長することもある。このような子繊維同士
の結合や貫通は、他の結合剤によることなく子繊維の結
晶同士が共有化されて生じているため強い結合強度を発
現する。なお、子繊維同士の結合や貫通は同一の母繊維
から成長した子繊維同士に限られるものでない。このた
め、子繊維同士の結合あるいは貫通によって母繊維同士
も強固に結合する。

【００２９】また、上記母繊維は、その原料はアルミナ
繊維（Ａ）であるが、焼成時に母繊維を構成するアルミ
ナ自体も酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）と反応するので、母繊
維は酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）によりアルミナからホウ酸
アルミニウムに変成されている。従って、母繊維は実質
的にホウ酸アルミニウムであり、本発明の多孔質無機材
料は、全体がホウ酸アルミニウムの単一の成分からなっ
ているといえる。

【００３０】得られた多孔質無機材料の構造のＳＥＭ写
真（倍率２０００倍）の一例を図１に示す。図１におい
て、多孔質無機材料１０は、母繊維１が相互に結合して
なる３次元骨格構造を形成し、母繊維１の表面には、該
表面から不定方向に林立する子繊維２が形成されてい
る。子繊維２であるホウ酸アルミニウム針状結晶物は、
Ｘ線回折法による結晶層のモル比Ａｌ₂Ｏ₃：Ｂ₂Ｏ₃
が、９：２または２：１、好ましくは９：２の単一相で
ある。結晶層のモル比Ａｌ₂Ｏ₃：Ｂ₂Ｏ₃が９：２の
単一相であると、結晶物の強度が高くなるので好まし
い。一方、結晶層の組成比Ａｌ₂Ｏ₃：Ｂ₂Ｏ₃が上記
数値の比以外であると、結晶物が針状にならなかった
り、結晶中に不純物が多いために結晶の強度が小さくな
ったりするので好ましくない。図１に示されるように、
子繊維２の繊維径は母繊維１よりも細く、具体的には
０．０５〜１μｍの範囲である。また子繊維２の繊維長
は数μｍ程度である。子繊維２はホウ酸アルミニウムの
針状結晶物となっていて強度が大きいため、子繊維２の
強度は十分に確保されている。さらに、母繊維も子繊維
もその組成は共にホウ酸アルミニウムになっていて同質
物の結合になるので、結合強度が大きい。

【００３１】また、バインダ（Ｃ）としてアルミナゾル
を使用すれば、このアルミナゾルは、成形時にバインダ
（Ｃ）として作用するとともに、焼成時にはアルミニウ
ム原料（Ａ' ）として作用し、生成したアルミナが酸化
ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）と反応してホウ酸アルミニウム針状
結晶物を生成することにも寄与する。すなわち、バイン
ダ（Ｃ）としてアルミナ繊維（Ａ）を結合して結合部分
に生成したアルミナも、酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）と反応
する。

【００３２】本発明の多孔質無機材料は、密度が０．１
５〜１．５g/cm³であり、空隙率がＶｆ値（％）で５〜
５０％（空隙率９５〜５０％）である。密度あるいは空
隙率は、原料の選択、配合量、成形方法等を適宜選択す
ることにより、任意に調節することができる。すなわ
ち、多孔質無機材料の密度を小さく、空隙率を大きくす
る（Ｖｆ値を小さくする）には、原料のアルミナ繊維
（Ａ）として繊維長が長めのものを用いたり、原料のア
ルミナ繊維（Ａ）の配合量を多くしたり、成形体の成形
を吸引脱水成形法で行う際にプレス圧力を小さくしたり
すればよい。多孔質無機材料の密度を大きく、空隙率を
小さくする（Ｖｆ値を大きくする）には、この逆の操作
を行えばよい。

【００３３】例えば、アルミナ繊維（Ａ）とホウ素原料
（Ｂ）とからなる混合物をスラリーとし、吸引脱水成形
法で成形し、これを焼成して得た多孔質無機材料では、
密度が０．１５〜０．６０g/cm³であり、空隙率がＶｆ
値（％）で５〜２０％（空隙率９５〜８０％）のものを
得ることができる。また、アルミナ繊維（Ａ）とアルミ
ニウム原料（Ａ' ）とホウ素原料（Ｂ）とからなる混練
された混合物を、押し出し成形法で成形し、これを焼成
して得た多孔質無機材料では、密度が０．６０〜１．５
g/cm³であり、空隙率がＶｆ値（％）で２０〜５０％
（空隙率８０〜５０％）のものを得ることができる。

【００３４】本発明の多孔質無機材料は、焼成前後での
多孔質無機材料の体積変化が小さく、１０％以内であ
る。この焼成前後の体積変化は、成形体の成形方法によ
っても制御することができ、一般的に、吸引脱水成形法
で成形した場合は５％以内と非常に体積変化が小さくな
る。また、押し出し成形法で成形した場合は、体積変化
を５％以内にすることができる。

【００３５】上記のように製造された多孔質無機材料
は、原料粉末を湿式で用いるため、その製造に当たって
原料粉末の飛散の防止策をとる必要がほとんどない。

【００３６】本発明の多孔質無機材料は、そのままで、
あるいは必要に応じて切削加工等を施された後、プリフ
ォーム、フィルター等の幅広い用途に使用することがで
きる。

【００３７】

【発明の効果】本発明の多孔質無機材料は、密度あるい
は空隙率の調節が簡単にでき、高強度で特有の３次元骨
格構造を有するためプリフォームやフィルター等の幅広
い用途に利用できる。また、その製造に当たって原料粉
末の飛散の防止策をとる必要がなく、設備投資の負担を
軽減することができる。

【００３８】

【実施例】次に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明するが、これは単に例示であって本発明を制限す
るものではない。

【００３９】実施例１（吸引脱水成形法による成形体を焼成した場合）α化率
３０％、平均繊維径３μｍ、平均繊維長１００μｍのア
ルミナ繊維１００重量部と、平均粒径０．８μｍのＢＮ
（窒化ホウ素）粉末２０重量部と、主成分が無定形アル
ミナで、平均粒径０．０１５μｍのアルミナゾルを固形
分で１０重量部とを水中で混合、分散させてスラリーを
得た。次いで、このスラリーを吸引脱水成形法によって
成形し、得られた成形体を空気中で１００℃、５時間の
条件で乾燥させた。次いで、乾燥させた成形体を空気中
で１３００℃、５時間の条件で焼成を行った。得られた
多孔質無機材料は図１と同様の構造を有していた（図示
せず）。得られた多孔質無機材料の密度は０．３g/cm³
であり、Ｖｆ値（％）は１０％であった。また、多孔質
無機材料の焼成前後における体積変化は±５％であっ
た。多孔質無機材料をＸ線回折法によって組成比Ａｌ₂
Ｏ₃：Ｂ₂Ｏ₃を測定したところ、Ａｌ₂Ｏ₃：Ｂ₂Ｏ
₃が９：２のホウ酸アルミニウムの結晶層が主として観
察された。なお、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）及び酸化ホウ
素（Ｂ₂Ｏ₃）単独の結晶層は観察されなかった。

【００４０】実施例２（押し出し成形法による成形体を焼成した場合）α化率
３０％、平均繊維径３μｍ、平均繊維長４０〜１００μ
ｍのアルミナ繊維３０重量部と、平均粒径７５μｍ以下
のホウ酸粉末４０重量部と、平均粒径０．５μｍの水酸
化アルミニウム粉末６０重量部と、メチルセルロースを
固形分で３重量部とからなる混合物に、適量の水を加え
て混練して混練物を得た。次いで、この混練物を押し出
し成形法によって成形し、得られた成形体を空気中で１
００℃、５時間の条件で乾燥させた。次いで、乾燥させ
た成形体を空気中で１３００℃、５時間の条件で焼成を
行った。得られた多孔質無機材料は図１と同様な構造を
有していた（図示せず）。得られた多孔質無機材料の密
度は０．９g/cm³であり、Ｖｆ値（％）は３０％であっ
た。また、多孔質無機材料の焼成前後における体積変化
は±１０％であった。多孔質無機材料をＸ線回折法によ
って組成比Ａｌ₂Ｏ₃：Ｂ₂Ｏ₃を測定したところ、Ａ
ｌ₂Ｏ₃：Ｂ₂Ｏ₃が９：２のホウ酸アルミニウムの結
晶層が主として観察された。なお、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ
₃）及び酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）単独の結晶層は観察さ
れなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における多孔質無機材料の
電子顕微鏡写真（倍率２０００倍）の一例である。

【符号の説明】

１母繊維２子繊維（ホウ酸アルミニウム針状結晶物）１０３次元骨格構造体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩田耕治静岡県浜松市新都田１−８−１ニチアス株式会社浜松研究所内 (72)発明者金田和巳静岡県浜松市新都田１−８−１ニチアス株式会社浜松研究所内 (72)発明者小林強静岡県浜松市新都田１−８−１ニチアス株式会社浜松研究所内Ｆターム(参考） 4G019 EA03 EA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面から不定方向に林立する子繊維を有
する母繊維が相互に結合してなる３次元骨格構造であっ
て、該子繊維はホウ酸アルミニウム針状結晶物であるこ
とを特徴とする多孔質無機材料。
【請求項２】前記母繊維は実質的にホウ酸アルミニウ
ムからなるものであることを特徴とする請求項１記載の
多孔質無機材料。
【請求項３】前記子繊維は相互に少なくとも１か所で
結合していることを特徴とする請求項１又は２記載の多
孔質無機材料。
【請求項４】前記子繊維の結合は、結合剤によること
なく子繊維の針状結晶構成成分を共有することによるも
のであることを特徴とする請求項３記載の多孔質無機材
料。
【請求項５】 α化率が４０％以下のアルミナからなる
アルミナ繊維（Ａ）と、焼成されて酸化ホウ素を生成す
るホウ素原料（Ｂ）を含む混合物を成形し、次いで焼成
することを特徴とする多孔質無機材料の製造方法。
【請求項６】 α化率が４０％以下のアルミナからなる
アルミナ繊維（Ａ）と、焼成されて酸化アルミニウムを
生成するアルミニウム原料（Ａ' ）と、焼成されて酸化
ホウ素を生成するホウ素原料（Ｂ）とを含む混合物を成
形し、次いで焼成することを特徴とする多孔質無機材料
の製造方法。
【請求項７】混合物がさらにバインダ（Ｃ）を含むも
のであることを特徴とする請求項５又は６記載の多孔質
無機材料の製造方法。