JP2002186811A - Oxide ceramics filter and method for manufacturing the same - Google Patents

Oxide ceramics filter and method for manufacturing the same

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JP2002186811A
JP2002186811A JP2000384304A JP2000384304A JP2002186811A JP 2002186811 A JP2002186811 A JP 2002186811A JP 2000384304 A JP2000384304 A JP 2000384304A JP 2000384304 A JP2000384304 A JP 2000384304A JP 2002186811 A JP2002186811 A JP 2002186811A
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oxide ceramic
oxide
filtration membrane
2sio
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Masahiro Asayama
雅弘 浅山
Yoshiyasu Ito
義康 伊藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxide ceramics filter of high quality having excellent strength characteristics and fracture toughness and enhanced in filtering capacity, and a method for manufacturing the same. SOLUTION: The oxide ceramics filter is manufactured by integrally forming a filter film on a base material, wherein oxide ceramics formed into long fibers are formed in a matrix comprising oxide ceramics as a reinforcing material, from oxide ceramics having a component different from the matrix component of the base material by sintering. The thickness of the filter film is 200 μm or less and the strength thereof by an O-ring test is 30 MPa or less.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、空気浄化または水
浄化などの環境浄化型装置に適用される酸化物セラミッ
クスフィルタおよびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxide ceramic filter applied to an environment purification type device such as air purification or water purification, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】ごみ焼却炉などでは、燃料の性質上、多
量のばい塵が発生する傾向にある。このため環境保全の
観点から、バグフィルタや電気集塵器などを排ガスの脱
じんに使用してばい塵を除去している。
2. Description of the Related Art In a refuse incinerator or the like, a large amount of dust tends to be generated due to the nature of fuel. For this reason, from the viewpoint of environmental protection, dust is removed by using a bag filter, an electric dust collector or the like for dust removal.

【0003】上記バグフィルタなどでは、各種材料から
形成されるフィルタを適用している。各種材料の中で
も、セラミックスは、高温下における強度特性や苛酷な
環境下における化学的安定性が優れた材料である。特
に、SiCやSiなどの非酸化物系セラミックス
は、高強度および高破壊靭性を有するため、近年注目を
集めている。
[0003] In the above-mentioned bag filter and the like, filters formed of various materials are applied. Among various materials, ceramics have excellent strength characteristics at high temperatures and chemical stability under severe environments. In particular, non-oxide ceramics such as SiC and Si 3 N 4 have attracted attention in recent years because of their high strength and high fracture toughness.

【0004】しかし、非酸化物系セラミックスは優れた
特性を有するが、製造工程において、非酸化性雰囲気下
での焼成が必要であり、また、焼成時に高温度が要求さ
れることから製造コストが高騰してしまうという問題を
有していた。また、非酸化物系セラミックスから形成さ
れるフィルタを実際に使用すると、高温大気下において
非酸化物系セラミックスが酸化されてしまい、これによ
りフィルタ特性が低下するため、非酸化物系セラミック
から形成されるフィルタを実用化することは困難であっ
た。
However, although non-oxide ceramics have excellent characteristics, they require firing in a non-oxidizing atmosphere in the manufacturing process, and require a high temperature during firing, resulting in a low manufacturing cost. There was a problem of soaring. Also, when a filter made of non-oxide ceramics is actually used, the non-oxide ceramics are oxidized in a high-temperature atmosphere, thereby deteriorating the filter characteristics. It has been difficult to put such filters into practical use.

【0005】そこで、従来においては、高温大気下にお
いて耐酸化性に優れており、かつ化学安定性に優れた酸
化物系セラミックスをフィルタとして適用していた。
Therefore, conventionally, an oxide ceramic having excellent oxidation resistance under high temperature atmosphere and excellent chemical stability has been applied as a filter.

【0006】通常、酸化物系セラミックから形成される
フィルタは、同一の材料から成るモノリシックセラミッ
クスから形成される。そして、内部に複数の気孔を形成
してフィルタを構成している。
[0006] Usually, filters formed of oxide ceramics are formed of monolithic ceramics made of the same material. Then, a plurality of pores are formed inside to form a filter.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たモノリシックセラミックスから成るフィルタは、内部
に複数の気孔を形成した構成であるため、フィルタを長
期間に亘って使用すると、気孔の部分が破壊の起点とな
り亀裂が生じてしまうという問題を有していた。そし
て、一旦亀裂が発生すると、フィルタはセラミックス材
料から形成されるため亀裂が進展してしまい、亀裂の進
展を抑制することは困難であった。
However, since the filter made of the monolithic ceramics described above has a structure in which a plurality of pores are formed inside, if the filter is used for a long period of time, the pore portion will be the starting point of destruction. And there is a problem that cracks occur. Then, once a crack is generated, the filter is formed from a ceramic material, so that the crack grows, and it has been difficult to suppress the growth of the crack.

【0008】一方、亀裂の進展を抑制するために、長繊
維化したセラミックスを補強材として、強度特性および
破壊靭性を向上させたセラミックスフィルタが開発され
ている。
On the other hand, in order to suppress the propagation of cracks, ceramic filters have been developed using ceramics having a long fiber length as a reinforcing material and having improved strength characteristics and fracture toughness.

【0009】上記セラミックスフィルタは、長繊維化し
たセラミックスから形成されるプリフォームを補強材と
して、このプリフォームにセラミックスを含浸して構成
される。
The above-mentioned ceramics filter is constituted by impregnating ceramics into a preform formed of long fiber ceramics as a reinforcing material.

【0010】このようなフィルタでは亀裂進展を抑制で
きるが、フィルタの内部にプリフォームを形成している
ため、プリフォームがろ過処理を阻害してしまい、その
結果、フィルタ性能が低下してしまうという問題を有し
ていた。
[0010] In such a filter, crack growth can be suppressed, but since the preform is formed inside the filter, the preform hinders the filtration process, and as a result, the filter performance is reduced. Had a problem.

【0011】また、プリフォームを形成する際における
長繊維の配向方法や製織方法が、フィルタ特性に与える
影響を研究した例は存在しなかった。
Further, there has been no example in which the influence of the orientation method and weaving method of long fibers upon forming a preform on filter characteristics has been studied.

【0012】本発明は、上述した問題を解決するために
なされたものであり、高強度特性および高破壊靭性とす
るとともに、フィルタ特性を向上させ、高品質の酸化物
セラミックスフィルタおよびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a high-quality oxide ceramic filter having high strength characteristics and high fracture toughness, improved filter characteristics, and a method of manufacturing the same. The purpose is to provide.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、長繊維化した酸
化物セラミックスを補強材とし、この長繊維の内部およ
び外部に酸化物セラミックスを含浸させてマトリックス
を形成してフィルタの基材とし、この基材上に酸化物セ
ラミックスから成るろ過膜を形成することにより、フィ
ルタの強度特性および破壊靭性を向上させるとともに、
フィルタ性能を向上させて、高性能フィルタとすること
ができることを見い出し、本発明を完成したものであ
る。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies in order to solve the above-mentioned object, and as a result, a long-fiber oxide ceramic has been used as a reinforcing material, and the inside and outside of the long fiber have been oxidized. A filter is formed by forming a matrix by impregnating with ceramics, and a filter membrane made of oxide ceramics is formed on the base to improve the strength characteristics and fracture toughness of the filter.
The inventors have found that the filter performance can be improved and a high-performance filter can be obtained, and the present invention has been completed.

【0014】すなわち、本発明に係る酸化物セラミック
スフィルタは、酸化物セラミックスから成るマトリック
ス中に補強材として長繊維化した酸化物セラミックスを
形成した基材と、この基材上に、基材のマトリックス成
分と異なる成分を有する酸化物セラミックスからろ過膜
とが一体に焼結形成され、前記ろ過膜の厚さは200μ
m以下であり、O−リング強度が30MPa以下である
ことを特徴とする。
That is, the oxide ceramics filter according to the present invention comprises a base material in which a long fiber-reinforced oxide ceramics is formed as a reinforcing material in a matrix made of oxide ceramics, and a matrix of the base material is formed on the base material. A filtration membrane is integrally formed from an oxide ceramic having a different component from the filtration ceramic, and the thickness of the filtration membrane is 200 μm.
m or less, and the O-ring strength is 30 MPa or less.

【0015】本発明によれば、基材上にろ過膜を一体に
焼結形成していることから、基材とろ過膜との間に、基
材のマトリックス成分と、基材と異なる成分を有するろ
過膜の成分とが焼結することによりガラス質が形成さ
れ、基材とろ過膜とを強固に結合することができる。そ
して、このように基材上に酸化物セラミックスのみから
なるろ過膜を形成したため、補強材を形成することによ
りフィルタ性能の低下を防止し、フィルタ特性を向上す
ることができる。
According to the present invention, since a filtration membrane is integrally formed on a substrate, a matrix component of the substrate and a component different from the substrate are provided between the substrate and the filtration membrane. By virtue of the sintering of the components of the filtration membrane, a vitreous material is formed, and the base material and the filtration membrane can be firmly bonded. Since the filtration membrane made of only the oxide ceramics is formed on the base material as described above, the formation of the reinforcing material can prevent the filter performance from lowering and improve the filter characteristics.

【0016】また、ろ過膜の厚さを200μm以下と規
定したが、厚さが200μmを超えると、圧損が大きく
なりフィルタ効率が低下するためである。なお、フィル
タのかさ密度を70%以下とすることによっても同様に
圧損を低減することができ、フィルタ効率の向上を図る
ことができる。
Although the thickness of the filtration membrane is specified to be 200 μm or less, if the thickness exceeds 200 μm, the pressure loss increases and the filter efficiency decreases. The pressure loss can be similarly reduced by setting the bulk density of the filter to 70% or less, and the filter efficiency can be improved.

【0017】さらに、本発明において、フィルタの破壊
強度特性を示すものとして、O−リング試験におけるO
−リング強度を30MPa以下と規定したが、O−リン
グ強度が30MPaよりも高いと、製造コストが高騰し
てしまい、また、亀裂が発生した際に、亀裂進展を効果
的に抑制できないからである。
Further, in the present invention, as an indicator of the breaking strength characteristic of the filter, an O-ring test
-The ring strength is specified as 30 MPa or less, but if the O-ring strength is higher than 30 MPa, the production cost rises and, furthermore, when a crack occurs, the crack growth cannot be effectively suppressed. .

【0018】また、上記酸化物セラミックスフィルタに
おいて、基材の気孔率が30%以上であることが望まし
い。基材の気孔率を30%以上と規定したのは、ろ過膜
の厚さを変えて圧損を小さくした場合であっても、基材
の気孔率が低ければ酸化物セラミックスフィルタ全体の
圧損が大きくなり、フィルタ性能が低下してしまうため
である。
Further, in the above oxide ceramic filter, it is desirable that the porosity of the substrate is 30% or more. The reason why the porosity of the base material is specified as 30% or more is that even if the pressure loss is reduced by changing the thickness of the filtration membrane, the pressure loss of the entire oxide ceramics filter increases if the porosity of the base material is low. This is because the filter performance deteriorates.

【0019】また、ろ過膜の気孔率を制御することによ
り、埃などを効率良く除去できるため、ろ過膜の気孔率
を60%以上とすることが望ましい。ろ過膜の気孔率が
60%よりも低いと圧損が大きくなりすぎてしまい、優
れた強度特性を得らないためである。
Further, by controlling the porosity of the filtration membrane, dust and the like can be efficiently removed. Therefore, the porosity of the filtration membrane is desirably 60% or more. If the porosity of the filtration membrane is lower than 60%, the pressure loss becomes too large, and excellent strength characteristics cannot be obtained.

【0020】なお、ろ過膜形成用スラリ中に球状樹脂、
グラファイトおよび有機バインダを添加して、添加後に
焼成することにより、ろ過膜の気孔率を制御することが
できる。
In addition, the spherical resin is contained in the slurry for forming a filtration membrane.
By adding graphite and an organic binder and firing after the addition, the porosity of the filtration membrane can be controlled.

【0021】ろ過膜形成用スラリ中に球状樹脂およびグ
ラファイトを添加する際には、添加物質の大きさを制御
することで気孔径が制御されたろ過膜を形成することが
可能である。なお、球状樹脂を添加する場合には、形成
される気孔は球状であることからろ過膜の強度低下を引
き起こすことはない。また、グラファイトを添加した場
合には不純物を含まないため、ろ過膜の化学的安定性を
確保できる。
When a spherical resin and graphite are added to the slurry for forming a filtration membrane, it is possible to form a filtration membrane having a controlled pore size by controlling the size of the added substance. When a spherical resin is added, the pores formed are spherical, so that the strength of the filtration membrane does not decrease. In addition, when graphite is added, since it does not contain impurities, the chemical stability of the filtration membrane can be ensured.

【0022】さらに、有機バインダの添加量を制御する
ことにより、ろ過膜の粒子間距離を制御することができ
る。有機バインダの添加量を制御して形成された気孔は
極めて微細であることから、ろ過膜の強度低下が生じる
ものではない。
Further, by controlling the amount of the organic binder to be added, the distance between the particles of the filtration membrane can be controlled. Since the pores formed by controlling the amount of the organic binder added are extremely fine, the strength of the filtration membrane does not decrease.

【0023】また、上記態様の酸化物セラミックスフィ
ルタにおいて、基材を円筒状とした場合に、長繊維化し
た酸化物セラミックスの最外層における繊維の織り方向
を、基材の円周方向に対して5°以内とすることが望ま
しい。このように繊維の織り方向を5°以内とすること
により基材の最外層を平坦化でき、これにより基材とろ
過膜との接合強度向上を図ることができる。
In the oxide ceramic filter of the above aspect, when the base material is cylindrical, the weaving direction of the fibers in the outermost layer of the elongated oxide ceramic is set to the circumferential direction of the base material. It is desirable to be within 5 °. By setting the weaving direction of the fibers within 5 °, the outermost layer of the base material can be flattened, thereby improving the bonding strength between the base material and the filtration membrane.

【0024】酸化物セラミックスフィルタにおいて、基
材のマトリックスが、3Al・2SiO,Al
,Al−YAG複合材料,Al−S
iC複合材料および3Al・2SiO−2Si
・Al−CaZrO複合材料のいずれか1
種を主成分とする酸化物セラミックスから成ることが望
ましい。このように基材のマトリックスをムライト(3
Al・2SiO ),Al,Al
YAG複合材料,Al−SiC複合材料および3
Al・2SiO−2SiO・Al−C
aZrO複合材料を主成分とした材料を用いること
で、化学的安定性および耐環境性に優れた酸化物セラミ
ックスフィルタを得ることが可能となる。
In the oxide ceramic filter, the base
The material matrix is 3Al2O3・ 2SiO2, Al
2O3, Al2O3-YAG composite material, Al2O3-S
iC composite and 3Al2O3・ 2SiO2-2Si
O2・ Al2O3-CaZrO3Any one of composite materials
It is desirable to be composed of oxide ceramics whose main component is a seed.
Good. In this way, the matrix of the substrate is mullite (3
Al2O3・ 2SiO 2), Al2O3, Al2O3
YAG composite material, Al2O3-SiC composite material and 3
Al2O3・ 2SiO2-2SiO2・ Al2O3-C
aZrO3Use a material mainly composed of a composite material
Oxide ceramic with excellent chemical stability and environmental resistance
Filter can be obtained.

【0025】特に、ムライトは高融点であることから、
高温で適用可能なフィルタを得られる。また、Al
−YAG(Al13)複合材料は高温強度を
有する材料であり、Al−SiC複合材料は優れ
た高温強度かつ耐熱衝撃特性を有する材料であるため、
高温強度を保持した酸化物セラミックスフィルタを得ら
れる。さらに、3Al・2SiO−2SiO
・Al−CaZrO複合材料は、比較的低融点
物質である2SiO・Alを含有していること
から、製造工程において高温焼成が不要となり、製造コ
ストを低減することができる。
In particular, since mullite has a high melting point,
A filter applicable at high temperatures is obtained. Also, Al 2 O
For 3 -YAG (Al 5 Y 3 O 13) composite material is a material having a high temperature strength, Al 2 O 3 -SiC composite material is a material having excellent high-temperature strength and thermal shock resistance,
An oxide ceramic filter having high temperature strength can be obtained. In addition, 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 -2SiO 2
· Al 2 O 3 -CaZrO 3 composite material, because they contain 2SiO 2 · Al 2 O 3 is a relatively low melting point materials, high temperature firing is not required in the manufacturing process, the manufacturing cost can be reduced it can.

【0026】また、上記態様の酸化物セラミックスフィ
ルタにおいて、ろ過膜が、Al ,3Al
2SiO,3Al・2SiO−2SiO
Al −CaZrO複合材料およびZrOのい
ずれか1種を主成分とする酸化物セラミックスから成る
ことが望ましい。このようにろ過膜の主成分をAl
,ムライト(3Al・2SiO),3Al
・2SiO−2SiO・Al−CaZr
複合材料およびZrOのいずれか1種を主成分と
することにより、化学的安定性および耐環境性に優れた
セラミックスフィルタを構築することが可能となる。
Further, the oxide ceramics of the above embodiment
In Ruta, the filtration membrane is Al2O 3, 3Al2O3
2SiO2, 3Al2O3・ 2SiO2-2SiO2
Al 2O3-CaZrO3Composite materials and ZrO2No
Made of oxide ceramics containing at least one of the main components
It is desirable. Thus, the main component of the filtration membrane is Al2O
3, Mullite (3Al2O3・ 2SiO2), 3Al2
O3・ 2SiO2-2SiO2・ Al2O3-CaZr
O3Composite materials and ZrO2One of the main components
To provide excellent chemical stability and environmental resistance
It becomes possible to construct a ceramic filter.

【0027】ムライト(3Al・2SiO)は
融点が高いため、高温まで使用可能なセラミックスフィ
ルタを構築できる。3Al・2SiO−2Si
・Al−CaZrO複合材料は、比較的低
融点物質である2SiO・Alが含まれている
ので、製造工程において高温焼成が不要となり製造コス
ト低減を図ることができる。
Since mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ) has a high melting point, a ceramic filter usable up to high temperatures can be constructed. 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 -2Si
O 2 · Al 2 O 3 -CaZrO 3 composites, because it contains 2SiO 2 · Al 2 O 3 is a relatively low melting point materials, is possible to high temperature firing is not required manufacturing cost in the manufacturing process it can.

【0028】さらに、上記態様の酸化物セラミックスフ
ィルタにおいて、酸化物長繊維が、Al,3Al
・2SiO,Al−YAG複合材料,A
−SiOおよびZrOのいずれか1種を主
成分とする酸化物セラミックスから成ることが望まし
い。このように酸化物長繊維の主成分をAl,ム
ライト,Al−SiOおよびZrOのいずれ
か1種を主成分とすることにより、酸化物セラミックス
フィルタの化学的安定性および耐環境性を改善すること
ができる。
Further, in the oxide ceramic filter according to the above aspect, the oxide long fiber is made of Al 2 O 3 , 3Al
2 O 3 · 2SiO 2, Al 2 O 3 -YAG composites, A
l 2 O 3 -SiO 2 and it is preferably made of oxide ceramics as a main component any one of ZrO 2. As described above, when the main component of the oxide long fiber is any one of Al 2 O 3 , mullite, Al 2 O 3 —SiO 2 and ZrO 2 , the chemical stability of the oxide ceramic filter is improved. And environmental resistance can be improved.

【0029】特に、ムライト(3Al・2SiO
)は高融点であることから、高温下で使用することが
可能である。また、Al−YAG(Al
13)複合材料は、優れた高温強度を有する繊維である
ため、高温下において高強度を有するセラミックスフィ
ルタを構築できる。さらに、Al−SiOを主
成分とした材料とすることにより、製造コストを低減す
ることができる。また、ZrOによれば、室温付近に
おいて高強度を有する酸化物セラミックスフィルタとす
ることができる。
[0029] In particular, mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO
Since 2 ) has a high melting point, it can be used at high temperatures. Also, Al 2 O 3 —YAG (Al 5 Y 3 O
13 ) Since the composite material is a fiber having excellent high-temperature strength, a ceramic filter having high strength at high temperatures can be constructed. Further, by using Al 2 O 3 —SiO 2 as the main component, the manufacturing cost can be reduced. Further, according to ZrO 2 , an oxide ceramics filter having high strength near room temperature can be obtained.

【0030】本発明に係る酸化物セラミックスフィルタ
の製造方法は、酸化物セラミックスからなる長繊維を製
織して最外層を平坦としたプリフォームを形成する工程
と、このプリフォームに酸化物セラミックスを含浸させ
て基材を形成する工程と、前記基材上に前記マトリック
スの成分と異なる成分を有する酸化物セラミックス材料
を塗布して成形体とする工程と、この成形体を大気雰囲
気中で焼成する工程と、を備えることを特徴とする。
The method for manufacturing an oxide ceramic filter according to the present invention comprises the steps of weaving long fibers made of oxide ceramic to form a preform having an outermost layer flat, and impregnating the preform with oxide ceramic. Forming a substrate, applying an oxide ceramic material having a component different from that of the matrix onto the substrate to form a molded body, and firing the molded body in an air atmosphere And the following.

【0031】本発明において、プリフォームの最外層を
平坦化することにより、基材とろ過膜との焼結強度を向
上させて剥離を防止し、高品質の酸化物セラミックスフ
ィルタを製造することができる。なお、成形体の焼結温
度は1200℃程度の温度とすると良い。
In the present invention, by flattening the outermost layer of the preform, the sintering strength between the base material and the filtration membrane can be improved to prevent peeling, thereby producing a high quality oxide ceramic filter. it can. Note that the sintering temperature of the molded body is preferably about 1200 ° C.

【0032】上記酸化物セラミックスフィルタの製造方
法において、フィラメントワインディング法により長繊
維を製織することが望ましい。フィラメントワインディ
ング法によれば、プリフォームの繊維間隔を密にするこ
とが可能であり、特に、強度特性の優れたセラミックス
フィルタを作製することが可能なためである。なお、本
発明においてフィラメントワインディング法を特に規定
したが、この方法に限定されるものではなく、例えば、
以下に示すブレーディング法または3次元織りを適用す
ることも可能である。
In the above-mentioned method for producing an oxide ceramic filter, it is desirable to weave long fibers by a filament winding method. According to the filament winding method, the fiber spacing of the preform can be made dense, and in particular, a ceramics filter having excellent strength characteristics can be produced. In the present invention, the filament winding method is particularly specified, but is not limited to this method.
It is also possible to apply the following braiding method or three-dimensional weaving.

【0033】ブレーディング法は、一度に数多くの繊維
を編むことが可能であり、繊維組角の制御が容易である
ことから製造コスト低減を図ることができる。
In the braiding method, many fibers can be knitted at a time, and the control of the fiber angle is easy, so that the production cost can be reduced.

【0034】また、3次元織りは一度に形状物を形成す
ることが可能であり、かつ繊維剥離方向である直行方向
に繊維が導入されているため、剥離に対する優れた強度
特性を有する。
In addition, the three-dimensional weaving is capable of forming a shape at one time, and has excellent strength characteristics against peeling because the fibers are introduced in a direction perpendicular to the fiber peeling direction.

【0035】さらに、上記酸化物セラミックスフィルタ
の製造方法において、円筒状のプリフォームを作製し、
このプリフォームの最外層の繊維織り方向を、基材の円
周方向に対して5°以内としてプリフォームの最外層を
平坦とすることが望ましい。
Further, in the above method for manufacturing an oxide ceramic filter, a cylindrical preform is produced,
It is desirable that the outermost layer of the preform be flat within 5 ° with respect to the circumferential direction of the base material.

【0036】本発明において、プリフォームの最外層に
おける繊維織り方向を基材の円周方向に対して5°以内
と規定することにより、破壊に対する抵抗が最も高くな
る。この理由は、繊維の織り角が5°よりも大きくなる
と、ろ過膜の亀裂がより低い強度で発生するためであ
る。
In the present invention, by defining the fiber weaving direction in the outermost layer of the preform within 5 ° with respect to the circumferential direction of the base material, the resistance to breakage becomes highest. The reason for this is that if the weave angle of the fibers is greater than 5 °, cracks in the filtration membrane occur with lower strength.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】以下、本発明の酸化物セラミック
スフィルタおよびその製造方法について、図1〜図13
を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an oxide ceramic filter of the present invention and a method for manufacturing the same will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG.

【0038】第1実施形態(図1〜図7) 本実施形態では、以下に示す手順により酸化物セラミッ
クスから成る中空円筒状のフィルタを作製して、フィル
タ性能を評価した。
First Embodiment (FIGS. 1 to 7) In this embodiment, a hollow cylindrical filter made of oxide ceramics was manufactured by the following procedure, and the filter performance was evaluated.

【0039】まず、主成分をAlとし、副成分を
およびSiOとした長繊維セラミックスを用
い、この長繊維セラミックスに樹脂を含浸させた長繊維
材料を準備した。
First, a long fiber material was prepared by using a long fiber ceramic having Al 2 O 3 as a main component and B 2 O 3 and SiO 2 as subcomponents, and impregnating the resin with the long fiber ceramic.

【0040】次に、長繊維材料をマンドレルに巻き付け
て、フィラメントワインディング法により中空円筒状の
プリフォームを形成した。なお、プリフォームは、外周
面を平坦化したものであり、具体的には、マンドレルの
円周方向を基準とし、この基準に対し長繊維材料の織り
角度を1°として外周面を平坦化したものである。
Next, the long fiber material was wound around a mandrel, and a hollow cylindrical preform was formed by a filament winding method. The preform was obtained by flattening the outer peripheral surface. Specifically, the outer peripheral surface was flattened by setting the weaving angle of the long fiber material to 1 ° with respect to the circumferential direction of the mandrel. Things.

【0041】そして、このプリフォームに、ムライト
(3Al・2SiO),水,分散剤を含むムラ
イトスラリを含浸して長繊維複合体とした後、長繊維複
合体を乾燥した。
Then, the preform was impregnated with a mullite slurry containing mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ), water and a dispersant to form a long fiber composite, and the long fiber composite was dried.

【0042】一方、主成分をAlとし、水および
分散剤を添加したろ過膜用スラリを作製した。
On the other hand, a slurry for a filtration membrane was prepared in which the main component was Al 2 O 3 and water and a dispersant were added.

【0043】乾燥させた長繊維複合体の表面にろ過膜用
スラリを塗布して、成形体とした。
A slurry for a filtration membrane was applied to the surface of the dried long fiber composite to obtain a molded product.

【0044】上記成形体を、大気雰囲気下1200℃で
焼成して中空円筒状のフィルタを作製した。得られた中
空円筒状のフィルタは、ムライトを主成分とするマトリ
ックス中に、アルミナを主成分とする長繊維により補強
された基材と、この基材上に一体に形成された厚さ10
0μmのろ過膜とから構成される。
The molded body was fired at 1200 ° C. in an air atmosphere to produce a hollow cylindrical filter. The obtained hollow cylindrical filter has a base material reinforced by a long fiber mainly composed of alumina in a matrix mainly composed of mullite, and a thickness of 10 formed integrally on the substrate.
0 μm filtration membrane.

【0045】得られたフィルタについて、基材およびろ
過膜の気孔率(%)およびかさ密度(%)を測定した。
なお、気孔率の測定は、水銀ポロキシメータ法を用い
た。かさ密度は、緻密化したセラミックスの理論密度を
100%とした場合における、得られたフィルタの密度
の割合を示したものである。その結果、フィルタにおけ
る基材の気孔率は60%であり、ろ過膜の気孔率は60
%であった。また、フィルタのかさ密度は60%であっ
た。
With respect to the obtained filter, the porosity (%) and the bulk density (%) of the substrate and the filtration membrane were measured.
The porosity was measured using a mercury poroximeter method. The bulk density indicates the ratio of the density of the obtained filter when the theoretical density of the densified ceramic is 100%. As a result, the porosity of the substrate in the filter was 60%, and the porosity of the filtration membrane was 60%.
%Met. The bulk density of the filter was 60%.

【0046】また、フィルタに対し破壊強度試験および
フィルタ性能評価試験を実施した。
Further, the filter was subjected to a breaking strength test and a filter performance evaluation test.

【0047】破壊強度試験は、O−リング強度を測定す
ることにより試験した。測定条件は、内径d,外径D,
幅Lとした中空円筒状のフィルタ外周面の上下方向から
把持し、0.5mm/minのクロスヘッドスピードに
より荷重P(20MPa)を付加し、荷重を付加した際
の応力σ(σ=(P×(D−d))/(L×d))を
測定したものである。
The breaking strength test was performed by measuring the O-ring strength. The measurement conditions are inner diameter d, outer diameter D,
The filter is gripped from above and below the outer peripheral surface of a hollow cylindrical filter having a width L, a load P (20 MPa) is applied at a crosshead speed of 0.5 mm / min, and a stress σ (σ = (P × (D−d)) / (L × d 2 )).

【0048】フィルタ性能評価試験は、フィルタに平均
粒径20μmの球状樹脂を通過させて、フィルタ通過前
およびフィルタ通過後における、単位時間における粒子
除去率(%)を測定したものである。なお、以下に示す
実施例においても試験条件を同一とした。
The filter performance evaluation test was conducted by passing a spherical resin having an average particle size of 20 μm through a filter and measuring the particle removal rate (%) per unit time before and after the filter. In the following examples, the test conditions were the same.

【0049】破壊強度試験およびフィルタ性能評価試験
を行った結果、破壊強度は20MPaであり、粒子除去
率は約70%であった。
As a result of a breaking strength test and a filter performance evaluation test, the breaking strength was 20 MPa, and the particle removal rate was about 70%.

【0050】次に、以下に示す実施例1から実施例8に
より、フィルタ材料やろ過膜の厚さなどを各種変化させ
たフィルタを作製し、このフィルタの性能を試験した。
Next, according to Examples 1 to 8 shown below, filters in which the filter material, the thickness of the filtration membrane, and the like were variously changed were manufactured, and the performance of the filters was tested.

【0051】実施例1(図1) 本実施例では、基材のマトリックス材料を変えてフィル
タを作製した。
Example 1 (FIG. 1) In this example, a filter was manufactured by changing the matrix material of the base material.

【0052】具体的には、マトリックス材料の主成分
を、Al,Al−YAG(Al
13)複合材料,Al−SiC,3Al
2SiO −2SiO・Al−CaZrO
合材料のいずれか1種から選択される材料に変えてフィ
ルタを作製した。
Specifically, the main component of the matrix material
With Al2O3, Al2O3-YAG (Al5Y3O
13) Composite material, Al2O3-SiC, 3Al2O3
2SiO 2-2SiO2・ Al2O3-CaZrO3Duplicate
Change to a material selected from any one of the composite materials
Ruta was prepared.

【0053】得られたフィルタに対し、フィルタ性能評
価試験を実施した。その結果を図1に示す。
The obtained filter was subjected to a filter performance evaluation test. The result is shown in FIG.

【0054】図1に示すように、基材のマトリックス材
料を変えた場合でも、粒子除去率は70%以上の高い値
を示しており、フィルタ性能は良好であった。
As shown in FIG. 1, even when the matrix material of the base material was changed, the particle removal rate showed a high value of 70% or more, and the filter performance was good.

【0055】実施例2(図2) 本実施例では、ろ過膜の材料を変えてフィルタを作製し
た。
Example 2 (FIG. 2) In this example, a filter was manufactured by changing the material of the filtration membrane.

【0056】具体的には、ろ過膜用スラリの主成分を、
3Al・2SiO,ZrO ,3Al
2SiO−2SiO・Al−CaZrO
合材料から選択されるいずれか1種の材料に変えてフィ
ルタを作製した。
Specifically, the main component of the slurry for the filtration membrane is
3Al2O3・ 2SiO2, ZrO 2, 3Al2O3
2SiO2-2SiO2・ Al2O3-CaZrO3Duplicate
Change to one of the materials selected from
Ruta was prepared.

【0057】得られたフィルタに対し、フィルタ性能評
価試験を実施した。その結果を図2に示す。
The obtained filter was subjected to a filter performance evaluation test. The result is shown in FIG.

【0058】図2に示すように、ろ過膜の材料を変えた
場合でも、粒子除去率は70%以上の高い値を示し、フ
ィルタ性能が優れていることが判った。
As shown in FIG. 2, even when the material of the filtration membrane was changed, the particle removal rate showed a high value of 70% or more, indicating that the filter performance was excellent.

【0059】実施例3(図3) 本実施例では、セラミックス長繊維の材料を変えてフィ
ルタを作製した。
Example 3 (FIG. 3) In this example, a filter was manufactured by changing the material of the ceramic long fiber.

【0060】具体的には、セラミックス長繊維の主成分
を3Al・2SiO,Al −YAG(A
13)複合材料,ZrOから選択されるい
ずれか1種の材料に変えてフィルタを作製した。
Specifically, the main component of the ceramic long fiber
To 3Al2O3・ 2SiO2, Al 2O3−YAG (A
l5Y3O13) Composite material, ZrO2I want to be selected from
A filter was manufactured by changing one of the materials.

【0061】得られたフィルタに対し、フィルタ性能評
価試験を実施した。その結果を図3に示す。
The obtained filter was subjected to a filter performance evaluation test. The result is shown in FIG.

【0062】図3に示すように、セラミックス長繊維の
材料を変えた場合であっても、粒子除去率は70%以上
の高い値を示し、フィルタ性能は良好であった。
As shown in FIG. 3, even when the material of the ceramic long fiber was changed, the particle removal rate showed a high value of 70% or more, and the filter performance was good.

【0063】実施例4(図4) 本実施例では、ろ過膜の厚さを変えてフィルタを作製し
た。
Example 4 (FIG. 4) In this example, a filter was manufactured by changing the thickness of the filtration membrane.

【0064】具体的には、ろ過膜用スラリの塗布量を調
整して、ろ過膜の厚さを変えたフィルタを作製した。
Specifically, a filter was prepared in which the amount of the slurry for the filtration membrane was adjusted to change the thickness of the filtration membrane.

【0065】得られたフィルタに対し、フィルタ性能評
価試験を実施した。その結果を図4に示す。
A filter performance evaluation test was performed on the obtained filter. FIG. 4 shows the results.

【0066】図4に示すように、ろ過膜の厚さを200
μm以下とした場合には、粒子除去率が70%以上の高
い値を示しておりフィルタ性能が良好であったが、ろ過
膜の厚さが200μmを超えると粒子除去率が50%以
下に低下して、フィルタ性能が著しく低下していた。
As shown in FIG. 4, the thickness of the filtration membrane was 200
When the particle size was not more than μm, the particle removal rate was as high as 70% or more and the filter performance was good. However, when the thickness of the filtration membrane exceeded 200 μm, the particle removal rate was reduced to 50% or less. As a result, the filter performance was significantly reduced.

【0067】実施例5(図5、図6) 本実施例では、ろ過膜用のスラリ濃度を変えてろ過膜の
気孔率を変えたフィルタを作製した。このフィルタに対
しフィルタ性能評価試験を実施した。その結果を図5に
示す。
Embodiment 5 (FIGS. 5 and 6) In this embodiment, a filter for a filtration membrane having a different porosity by changing the slurry concentration was manufactured. A filter performance evaluation test was performed on this filter. The result is shown in FIG.

【0068】図5に示すように、ろ過膜の気孔率を60
%以上とすると粒子除去率が70%以上と高い値を示し
フィルタ性能が良好であったが、ろ過膜の気孔率を60
%未満とすると粒子除去率が低下し、フィルタ性能が低
下しまうことが判った。
As shown in FIG. 5, the porosity of the filtration membrane was 60
% Or more, the particle removal rate was as high as 70% or more and the filter performance was good, but the porosity of the filtration membrane was 60%.
%, It was found that the particle removal rate was reduced and the filter performance was reduced.

【0069】また、ろ過膜用スラリにグラファイトおよ
び有機バインダを40%添加して、ろ過膜の気孔率を変
えたフィルタを作製した。このフィルタに対し、フィル
タ性能評価試験を実施した。その結果を図6に示す。
Further, a filter was prepared by adding 40% of graphite and an organic binder to the slurry for the filtration membrane to change the porosity of the filtration membrane. A filter performance evaluation test was performed on this filter. The result is shown in FIG.

【0070】図6に示すように、ろ過膜スラリにグラフ
ァイトまたは有機バインダを添加することにより、ろ過
膜の気孔率を60%以上とすることができ、その結果、
フィルタ性能を向上することができた。
As shown in FIG. 6, the porosity of the filtration membrane can be increased to 60% or more by adding graphite or an organic binder to the filtration membrane slurry.
Filter performance could be improved.

【0071】実施例6(図7) 本実施例では、基材の気孔率を変えてフィルタを作製
し、フィルタ性能評価試験を実施した。その結果を図7
に示す。
Example 6 (FIG. 7) In this example, a filter was manufactured by changing the porosity of the substrate, and a filter performance evaluation test was performed. The result is shown in FIG.
Shown in

【0072】図7に示すように、基材の気孔率を30%
以上した場合であったも粒子を除去することが可能であ
るが、基材の気孔率を60%以上とすることにより粒子
除去率を70%程度の高い値とすることができた。
As shown in FIG. 7, the porosity of the substrate was 30%.
Although it was possible to remove particles even in the case described above, it was possible to increase the particle removal rate to about 70% by setting the porosity of the base material to 60% or more.

【0073】実施例7(図8) 本実施例では、フィルタのかさ密度を変えてフィルタを
作製し、フィルタ性能評価試験を実施した。その結果を
図8に示す。
Embodiment 7 (FIG. 8) In this embodiment, a filter was manufactured by changing the bulk density of the filter, and a filter performance evaluation test was performed. FIG. 8 shows the result.

【0074】図8に示すように、フィルタのかさ密度を
70%以下と規定することで、粒子除去率を70%程度
以上の高い値とすることができた。
As shown in FIG. 8, by setting the bulk density of the filter to 70% or less, it was possible to increase the particle removal rate to a high value of about 70% or more.

【0075】実施例8(図9) 本実施例では、フィルタの破壊強度、すなわち、O−リ
ング強度を10〜40MPaの範囲で変えた4種類のフ
ィルタを作製した。そして、これらのフィルタに対し
て、亀裂進展抵抗の評価を行った。
Example 8 (FIG. 9) In this example, four types of filters were manufactured in which the breaking strength of the filter, that is, the O-ring strength was changed in the range of 10 to 40 MPa. The filters were evaluated for crack propagation resistance.

【0076】亀裂進展抵抗の評価は、まず、内部に気孔
を有する同一材料(モノリシック材)から形成されたセ
ラミックス試験片に応力を付加し、応力を付加した際に
生じた亀裂の長さを測定した。次に、本実施例のフィル
タにセラミックス試験片に付加した応力と同一の応力を
付加し、この時に生じた亀裂長さを測定した。モノリシ
ック材から形成されたセラミックス試験片の亀裂長さを
1とした場合における本実施例のフィルタの亀裂長さを
換算し、その数値を亀裂抵抗としたものである。その結
果を図9に示す。
The crack growth resistance was evaluated by first applying a stress to a ceramic test piece formed from the same material (monolithic material) having pores therein, and measuring the length of the crack generated when the stress was applied. did. Next, the same stress as that applied to the ceramic test piece was applied to the filter of this example, and the length of the crack generated at this time was measured. The crack length of the filter of the present embodiment when the crack length of the ceramic test piece formed of a monolithic material is 1 is converted, and the numerical value is used as the crack resistance. FIG. 9 shows the result.

【0077】図9に示すように、O−リング強度を30
MPa以下とすることにより、亀裂進展抵抗が4.0以
上の数値となっており、モノリシック材から形成された
セラミックスフィルタに比べて、亀裂の進展を抑制する
ことができた。
As shown in FIG. 9, the O-ring strength is 30
By setting the pressure to not more than MPa, the crack propagation resistance was a value of 4.0 or more, and it was possible to suppress the crack propagation as compared with a ceramics filter formed of a monolithic material.

【0078】上述した実施例1〜実施例8に示したよう
に、本実施形態によれば、フィルタを形成する材料、基
材およびろ過膜の気孔率などを本発明の範囲内とするこ
とにより、強度特性および破壊靭性を向上できるととも
に、フィルタ性能が優れた酸化物セラミックスフィルタ
を得ることができる。
As described in Examples 1 to 8 above, according to the present embodiment, the porosity of the material forming the filter, the base material and the filtration membrane are within the scope of the present invention. In addition, an oxide ceramic filter having excellent filter performance can be obtained while improving strength characteristics and fracture toughness.

【0079】第2実施形態(図10〜図13) 本実施形態では、以下の実施例9および実施例10に示
すように、基材を補強するプリフォームの作製方法を変
えてフィルタを作製した。
Second Embodiment (FIGS. 10 to 13) In this embodiment, as shown in the following Examples 9 and 10, a filter was manufactured by changing the method of manufacturing a preform for reinforcing a base material. .

【0080】実施例9(図10) 本実施例では、フィラメントワインディング法を用いて
フィルタを作製した。なお、製造手順は、第1実施形態
に示した製造方法とほぼ同一である。
Example 9 (FIG. 10) In this example, a filter was manufactured by using a filament winding method. Note that the manufacturing procedure is almost the same as the manufacturing method shown in the first embodiment.

【0081】第1実施形態と異なるのは、長繊維材料を
マンドレルに巻き付ける際に、外周面における長繊維材
料の織り角(°)を変えた点である。
The difference from the first embodiment is that the weaving angle (°) of the long fiber material on the outer peripheral surface is changed when the long fiber material is wound around the mandrel.

【0082】具体的には、最外層の長繊維の織り角度を
マンドレルの円周方向に対して、3°,5°,7°,1
0°と変化させてプリフォームを作製し、プリフォーム
を補強材としたフィルタを各種作製した。
Specifically, the weaving angle of the long fiber of the outermost layer is 3 °, 5 °, 7 °, 1 ° with respect to the circumferential direction of the mandrel.
Preforms were manufactured by changing the angle to 0 °, and various filters using the preform as a reinforcing material were manufactured.

【0083】上記各フィルタに対し初期破壊強度を測定
した。なお、初期破壊強度は第1実施形態に示す破壊強
度試験の測定条件と同一とした。その結果を図10に示
す。
The initial breaking strength of each of the above filters was measured. The initial breaking strength was the same as the measurement condition of the breaking strength test shown in the first embodiment. The result is shown in FIG.

【0084】図10に示すように、プリフォームの最外
層における繊維の織り角を5°以下とすることにより、
初期破壊強度を4MPa程度以上とすることができ、破
壊強度特性を向上することができた。
As shown in FIG. 10, by setting the weave angle of the fiber in the outermost layer of the preform to 5 ° or less,
The initial breaking strength could be about 4 MPa or more, and the breaking strength characteristics could be improved.

【0085】実施例10(図11〜図13) 本実施例では、フィラメントワインディング法,クロス
積層法,ブレーディング法または3次元織り法を用いて
それぞれプリフォームを形成し、プリフォームを補強材
とした各フィルタを作製した。
Embodiment 10 (FIGS. 11 to 13) In this embodiment, a preform is formed by using a filament winding method, a cloth lamination method, a braiding method or a three-dimensional weaving method, and the preform is used as a reinforcing material. Each of the prepared filters was manufactured.

【0086】まず、クロス積層法により作製したフィル
タと、フィラメントワインディング法により作製したフ
ィルタとの破壊強度を測定し、両フィルタの破壊強度を
比較した。なお、破壊強度の測定条件は第1実施形態と
同様とした。その結果を図11に示す。
First, the breaking strength of the filter manufactured by the cloth lamination method and the filter manufactured by the filament winding method were measured, and the breaking strengths of both filters were compared. The conditions for measuring the breaking strength were the same as in the first embodiment. The result is shown in FIG.

【0087】図11に示すように、クロス積層法に比べ
てフィラメントワインディング法を用いたフィルタは破
壊強度が高く、破壊強度特性が優れていた。
As shown in FIG. 11, the filter using the filament winding method had a higher breaking strength and a better breaking strength characteristic than the cloth lamination method.

【0088】次に、クロス積層法により作製したフィル
タと、3次元織り法により作製したフィルタの剥離強度
を測定し、両フィルタの剥離強度を比較した。なお、剥
離強度は、1cm角、厚さが5mmの試験片を用い、
0.5mm/minのクロスヘッドスピードにより繊維
積層方向と垂直方向に引張り、剥離した際の強度を測定
したものである。その結果を図12に示す。
Next, the peel strength of the filter manufactured by the cloth lamination method and the filter manufactured by the three-dimensional weaving method were measured, and the peel strength of both filters was compared. The peel strength was 1 cm square, using a 5 mm thick test piece,
The strength at the time of pulling in a direction perpendicular to the fiber laminating direction at a crosshead speed of 0.5 mm / min and peeling was measured. The result is shown in FIG.

【0089】図12に示すように、クロス積層法により
作製したフィルタに比べ、3次元織りにより作製したフ
ィルタは、約2倍程度の剥離強度を有しており、3次元
織りにより作製したフィルタによれば、強度特性を向上
することができた。
As shown in FIG. 12, the filter made by three-dimensional weaving has a peel strength about twice that of the filter made by the cloth lamination method, and the filter made by three-dimensional weaving has According to this, the strength characteristics could be improved.

【0090】最後に、クロス積層法により作製したフィ
ルタと、ブレーディング法により作製したフィルタとの
製造コストを比較した。なお、クロス積層法による製造
コストを1とした場合における、ブレーディング法によ
る製造コストを数値で示した。その結果を図13に示
す。
Finally, the manufacturing costs of the filter manufactured by the cross lamination method and the filter manufactured by the braiding method were compared. In addition, when the manufacturing cost by the cross lamination method is set to 1, the manufacturing cost by the braiding method is shown by numerical values. The result is shown in FIG.

【0091】図13に示すように、ブレーディング法を
用いて作製したフィルタは、クロス積層法に比較してコ
ストを低減することができた。
As shown in FIG. 13, the filter manufactured by using the blading method was able to reduce the cost as compared with the cross lamination method.

【0092】従って、本実施形態によれば、プリフォー
ムの最外層の長繊維の織り角度を5°以下とすることに
より、基材表面を平担化でき、その結果、基材とろ過膜
との焼結強度を向上させて両者の剥離を防止することが
できる。従って、酸化物セラミックスフィルタの信頼性
を向上することができる。
Therefore, according to the present embodiment, by setting the weaving angle of the long fibers of the outermost layer of the preform to 5 ° or less, the surface of the base material can be flattened. Sintering strength can be improved to prevent separation of the two. Therefore, the reliability of the oxide ceramic filter can be improved.

【0093】また、基材表面にろ過膜を形成し、補強材
を導入しないモノリシックセラミックスによりろ過膜を
形成したため、フィルタ性能の特性を向上することがで
きる。なお、本実施形態では、フィラメントワインディ
ング法により円筒状のプリフォームを形成したが、例え
ば、クロス積層法または3次元織り法によりプリフォー
ムを形成する場合には、直方体形状としても良く、プリ
フォームの形状は円筒状に限定されるものではない。
Further, since the filtration membrane is formed on the surface of the base material and the filtration membrane is formed of monolithic ceramics in which no reinforcing material is introduced, the characteristics of the filter performance can be improved. In this embodiment, the cylindrical preform is formed by the filament winding method. However, for example, when the preform is formed by the cross lamination method or the three-dimensional weaving method, the preform may be formed in a rectangular parallelepiped shape. The shape is not limited to a cylindrical shape.

【0094】[0094]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の酸化物セ
ラミックスフィルタおよびその製造方法によれば、フィ
ルタ性能が優れており、かつ、強度特性および破壊靭性
を向上させた高品質の酸化物セラミックスフィルタを提
供することができる。
As described above, according to the oxide ceramic filter and the method of manufacturing the same of the present invention, a high quality oxide ceramic having excellent filter performance and improved strength characteristics and fracture toughness is provided. A filter can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態を説明する図であり、基
材の酸化物マトリックスの種類とフィルタ性能との関係
を示す図。
FIG. 1 is a diagram illustrating a first embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating a relationship between the type of an oxide matrix of a substrate and filter performance.

【図2】ろ過膜の種類とフィルタ性能との関係を示す
図。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the type of filtration membrane and filter performance.

【図3】長繊維セラミックスの種類とフィルタ性能との
関係を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between types of long fiber ceramics and filter performance.

【図4】ろ過膜の厚さとフィルタ性能との関係を示す
図。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the thickness of a filtration membrane and filter performance.

【図5】ろ過膜の気孔率とフィルタ性能との関係を示す
図。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the porosity of the filtration membrane and the filter performance.

【図6】ろ過膜スラリ添加物質とろ過膜の気孔率との関
係を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a filtration membrane slurry additive substance and a porosity of the filtration membrane.

【図7】基材の気孔率とフィルタ性能との関係を示す
図。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the porosity of a substrate and filter performance.

【図8】フィルタのかさ密度とフィルタ性能との関係を
示す図。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the bulk density of a filter and filter performance.

【図9】フィルタのO−リング強度と亀裂進展抵抗との
関係を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between O-ring strength and crack propagation resistance of the filter.

【図10】プリフォームの最外層の繊維織り角とフィル
タ初期破壊強度との関係を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the fiber weave angle of the outermost layer of the preform and the initial breaking strength of the filter.

【図11】プリフォームの繊維織り方法と、フィルタ破
壊強度との関係を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between a fiber weaving method of a preform and a filter breaking strength.

【図12】プリフォームの繊維織り方法と、フィルタの
剥離強度との関係を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a fiber weaving method of a preform and a peel strength of a filter.

【図13】プリフォームの繊維織り方法と、製造コスト
との関係を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the fiber weaving method of the preform and the manufacturing cost.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸化物セラミックスから成るマトリック
ス中に補強材として長繊維化した酸化物セラミックスを
形成した基材と、この基材上に、基材のマトリックス成
分と異なる成分を有する酸化物セラミックスからろ過膜
とが一体に焼結形成され、前記ろ過膜の厚さは200μ
m以下であり、O−リング強度が30MPa以下である
ことを特徴とする酸化物セラミックスフィルタ。
1. A substrate comprising a matrix of oxide ceramics and an oxide ceramic having a long fiber as a reinforcing material formed thereon, and an oxide ceramic having a component different from the matrix component of the substrate on the substrate. The filtration membrane is integrally formed by sintering, and the thickness of the filtration membrane is 200 μm.
m, and the O-ring strength is 30 MPa or less.
【請求項2】 請求項1記載の酸化物セラミックスフィ
ルタにおいて、基材の気孔率が30%以上であり、ろ過
膜の気孔率が60%以上であることを特徴とする酸化物
セラミックスフィルタ。
2. The oxide ceramic filter according to claim 1, wherein the porosity of the base material is 30% or more, and the porosity of the filtration membrane is 60% or more.
【請求項3】 請求項1または2に記載の酸化物セラミ
ックスフィルタにおいて、基材を円筒状とした場合に、
長繊維化した酸化物セラミックスの最外層における繊維
の織り方向を、基材の円周方向に対して5°以内とした
ことを特徴とする酸化物セラミックスフィルタ。
3. The oxide ceramic filter according to claim 1, wherein the base material is cylindrical.
An oxide ceramic filter, wherein the weaving direction of the fiber in the outermost layer of the oxide ceramic having a long fiber is within 5 ° with respect to the circumferential direction of the base material.
【請求項4】 請求項1から3までのいずれかに記載の
酸化物セラミックスフィルタにおいて、マトリックス
が、3Al・2SiO,Al,Al
−YAG複合材料,Al−SiC複合材料およ
び3Al・2SiO−2SiO・Al
−CaZrO複合材料のいずれか1種を主成分とする
酸化物セラミックスから成ることを特徴とする酸化物セ
ラミックスフィルタ。
4. The oxide ceramic filter according to claim 1, wherein the matrix is 3Al 2 O 3 .2SiO 2 , Al 2 O 3 , Al 2 O.
3-YAG composite material, Al 2 O 3 -SiC composite material and 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 -2SiO 2 · Al 2 O 3
-CaZrO 3 oxide ceramic filter, comprising the oxide ceramic mainly composed of any one of the composite material.
【請求項5】 請求項1から4までのいずれかに記載の
酸化物セラミックスフィルタにおいて、ろ過膜が、Al
,3Al・2SiO,3Al ・2
SiO−2SiO・Al−CaZrO複合
材料およびZrOのいずれか1種を主成分とする酸化
物セラミックスから成ることを特徴とする酸化物セラミ
ックスフィルタ。
5. The method according to claim 1, wherein
In the oxide ceramic filter, the filtration membrane is made of Al.
2O3, 3Al2O3・ 2SiO2, 3Al 2O3・ 2
SiO2-2SiO2・ Al2O3-CaZrO3composite
Material and ZrO2Oxidation with any one of the main components
Oxide ceramics made of oxide ceramics
Filter.
【請求項6】 請求項1から5までのいずれかに記載の
酸化物セラミックスフィルタにおいて、酸化物長繊維
が、Al,3Al・2SiO,Al
−YAG複合材料,Al−SiOおよびZr
のいずれか1種を主成分とする酸化物セラミックス
から成ることを特徴とする酸化物セラミックスフィル
タ。
6. The oxide ceramic filter according to claim 1, wherein the long oxide fibers are Al 2 O 3 , 3Al 2 O 3 .2SiO 2 , Al 2 O.
3-YAG composite material, Al 2 O 3 -SiO 2 and Zr
An oxide ceramics filter comprising an oxide ceramic containing any one of O 2 as a main component.
【請求項7】 酸化物セラミックスからなる長繊維を製
織して最外層を平坦としたプリフォームを形成する工程
と、このプリフォームに酸化物セラミックスを含浸させ
て基材を形成する工程と、前記基材上に前記マトリック
スの成分と異なる成分を有する酸化物セラミックス材料
を塗布して成形体とする工程と、この成形体を大気雰囲
気中で焼成する工程と、を備えることを特徴とする酸化
物セラミックスフィルタの製造方法。
7. A step of weaving long fibers made of an oxide ceramic to form a preform having an outermost layer flat, a step of impregnating the preform with an oxide ceramic to form a base material, An oxide comprising: a step of applying an oxide ceramic material having a component different from the matrix component onto a base material to form a molded body; and a step of firing the molded body in an air atmosphere. Manufacturing method of ceramics filter.
【請求項8】 請求項7記載の酸化物セラミックスフィ
ルタの製造方法において、長繊維をフィラメントワイン
ディング法により製織することを特徴とする酸化物セラ
ミックスフィルタの製造方法。
8. The method for manufacturing an oxide ceramic filter according to claim 7, wherein the long fibers are woven by a filament winding method.
【請求項9】 請求項8記載の酸化物セラミックスフィ
ルタの製造方法において、円筒状のプリフォームを作製
し、このプリフォームの最外層の繊維織り方向を基材の
円周方向に対して5°以内としたことを特徴とする酸化
物セラミックスフィルタの製造方法。
9. The method for manufacturing an oxide ceramic filter according to claim 8, wherein a cylindrical preform is produced, and a fiber woven direction of an outermost layer of the preform is 5 ° with respect to a circumferential direction of the base material. A method for producing an oxide ceramics filter, characterized in that:
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