JP2002243684A - バルク状多孔質セラミックスガスセンサーおよび環境浄化装置 - Google Patents
バルク状多孔質セラミックスガスセンサーおよび環境浄化装置Info
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- JP2002243684A JP2002243684A JP2001046090A JP2001046090A JP2002243684A JP 2002243684 A JP2002243684 A JP 2002243684A JP 2001046090 A JP2001046090 A JP 2001046090A JP 2001046090 A JP2001046090 A JP 2001046090A JP 2002243684 A JP2002243684 A JP 2002243684A
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
- Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
- Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 バルク状多孔質セラミックスガスセンサー及
び環境浄化装置を提供する。 【解決手段】 三次元ネットワーク構造を有する多孔質
ジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合体、又はチタ
ン酸カルシウム／マグネシア系複合体に代表されるペロ
ブスカイト型酸化物複合体からなるガスセンサーであっ
て、ガス検知能を有し、１３００℃までの高温下で構造
が安定でかつバルク状の前記多孔質セラミックスに電極
を取り付けたことを特徴とする、高温脱塵とガス検知を
単一の部材で同時に行う機能を有するガスセンサー。
び環境浄化装置を提供する。 【解決手段】 三次元ネットワーク構造を有する多孔質
ジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合体、又はチタ
ン酸カルシウム／マグネシア系複合体に代表されるペロ
ブスカイト型酸化物複合体からなるガスセンサーであっ
て、ガス検知能を有し、１３００℃までの高温下で構造
が安定でかつバルク状の前記多孔質セラミックスに電極
を取り付けたことを特徴とする、高温脱塵とガス検知を
単一の部材で同時に行う機能を有するガスセンサー。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バルク状多孔質セ
ラミックスガスセンサーおよび環境浄化装置に関するも
のであり、更に詳しくは、ガス検知能を有し、高温下で
構造が安定でかつバルク状の多孔質セラミックスに電極
を取り付け、高温脱塵とガス検知を単一の部材で同時に
行うことを特徴とするガスセンサー、及びこれを用いた
環境浄化装置に関するものである。本発明の多孔質セラ
ミックスガスセンサーは、燃焼装置等から発生する排ガ
スの浄化、排ガスの安全性モニタリング及び燃焼システ
ムの効率改善に有用である。
ラミックスガスセンサーおよび環境浄化装置に関するも
のであり、更に詳しくは、ガス検知能を有し、高温下で
構造が安定でかつバルク状の多孔質セラミックスに電極
を取り付け、高温脱塵とガス検知を単一の部材で同時に
行うことを特徴とするガスセンサー、及びこれを用いた
環境浄化装置に関するものである。本発明の多孔質セラ
ミックスガスセンサーは、燃焼装置等から発生する排ガ
スの浄化、排ガスの安全性モニタリング及び燃焼システ
ムの効率改善に有用である。
【０００２】
【従来の技術】高い気孔率を有するバルク状あるいは膜
状の多孔質構造用セラミックス（例えば、アルミナ、コ
ーディエライト等）は、流体透過フィルター等として用
いられている。他方、特定のガス種の濃度変化により電
気抵抗や起電力が変化する電子セラミックス（例えば、
ペロブスカイト型複合酸化物等）は、ガスセンサーとし
て用いられている。従来、燃焼装置の排ガスの脱塵に
は、前者の多孔質構造用セラミックスを用い、排ガス中
に含まれる成分の検出には、後者の電子セラミックスセ
ンサーが用いられてきた。これらは組み合わせて使用さ
れることはあるものの、それぞれ独立したものであっ
た。
状の多孔質構造用セラミックス（例えば、アルミナ、コ
ーディエライト等）は、流体透過フィルター等として用
いられている。他方、特定のガス種の濃度変化により電
気抵抗や起電力が変化する電子セラミックス（例えば、
ペロブスカイト型複合酸化物等）は、ガスセンサーとし
て用いられている。従来、燃焼装置の排ガスの脱塵に
は、前者の多孔質構造用セラミックスを用い、排ガス中
に含まれる成分の検出には、後者の電子セラミックスセ
ンサーが用いられてきた。これらは組み合わせて使用さ
れることはあるものの、それぞれ独立したものであっ
た。
【０００３】しかし、これらには次のような欠点があっ
た。従来の技術ではガスフィルター周囲のガス成分を検
知するには、ガスフィルターの前方あるいは後方に別個
にガスセンサーを取り付ける必要があった。この場合、
小型のセンサーでは局所的なガスの組成は検知できる
が、全体的な情報が得られず、また、大きな表面積を持
つセンサーでは取り付ける位置により、圧力損失が生じ
る恐れがあった。また、ガスフィルター材料とガスセン
サー材料が接触するような取付を行った場合は、高温で
の相互拡散により互いに性能が低下する恐れがあった。
更に、大型のバルクフィルター内部のガス濃度を検知す
るためには、フィルター自体に穿孔加工等を施す必要が
あり、その部分からの排ガスの漏れが生じたり、圧損が
生じる問題があった。
た。従来の技術ではガスフィルター周囲のガス成分を検
知するには、ガスフィルターの前方あるいは後方に別個
にガスセンサーを取り付ける必要があった。この場合、
小型のセンサーでは局所的なガスの組成は検知できる
が、全体的な情報が得られず、また、大きな表面積を持
つセンサーでは取り付ける位置により、圧力損失が生じ
る恐れがあった。また、ガスフィルター材料とガスセン
サー材料が接触するような取付を行った場合は、高温で
の相互拡散により互いに性能が低下する恐れがあった。
更に、大型のバルクフィルター内部のガス濃度を検知す
るためには、フィルター自体に穿孔加工等を施す必要が
あり、その部分からの排ガスの漏れが生じたり、圧損が
生じる問題があった。
【０００４】ジルコン酸カルシウム［ＣａＺｒＯ3 ］は
メタンガスに対して選択的に電気抵抗が変化するため、
メタンガスセンサーとして用いることが可能であること
がチャンらにより報告されている［センサーズ・アンド
・アクチュエーターズＢ（Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａ
ｃｔｕａｔｏｒｓ Ｂ）、第４６巻、第２０８ページ、
１９９８年］。
メタンガスに対して選択的に電気抵抗が変化するため、
メタンガスセンサーとして用いることが可能であること
がチャンらにより報告されている［センサーズ・アンド
・アクチュエーターズＢ（Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａ
ｃｔｕａｔｏｒｓ Ｂ）、第４６巻、第２０８ページ、
１９９８年］。
【０００５】しかしながら、ジルコン酸カルシウム［Ｃ
ａＺｒＯ3 ］単相は、高融点を有する一方、易焼結性で
あるため、１３００℃以上の高温で多孔体組織を安定し
て保持することができなかった。このため、ジルコン酸
カルシウムは、高温流体（液体及び気体）透過フィルタ
ーとして用いられることはなかった。
ａＺｒＯ3 ］単相は、高融点を有する一方、易焼結性で
あるため、１３００℃以上の高温で多孔体組織を安定し
て保持することができなかった。このため、ジルコン酸
カルシウムは、高温流体（液体及び気体）透過フィルタ
ーとして用いられることはなかった。
【０００６】最近、本発明者（鈴木、大司）らは、等モ
ル量のジルコン酸カルシウム［ＣａＺｒＯ3 ］とマグネ
シア［ＭｇＯ］が互いに均一に分散し、粒成長を抑制す
ることで微細な複合組織を有し、高温下で安定な組織を
保つ焼成体であることを特徴とするジルコン酸カルシウ
ム／マグネシア系複合多孔体を開発したことを報告した
［特願平１１−３０４８１６、ジャーナル・オブ・アメ
リカン・セラミック・ソサイエティ（Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅ
ｔｙ）、第８３巻、第２０９１ページ、２０００年］。
ル量のジルコン酸カルシウム［ＣａＺｒＯ3 ］とマグネ
シア［ＭｇＯ］が互いに均一に分散し、粒成長を抑制す
ることで微細な複合組織を有し、高温下で安定な組織を
保つ焼成体であることを特徴とするジルコン酸カルシウ
ム／マグネシア系複合多孔体を開発したことを報告した
［特願平１１−３０４８１６、ジャーナル・オブ・アメ
リカン・セラミック・ソサイエティ（Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅ
ｔｙ）、第８３巻、第２０９１ページ、２０００年］。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このような状況の中
で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記問題を
解消し得る新しいガスセンサーを開発することを目標と
して鋭意研究を重ねた結果、高温下で安定な構造を持
ち、更に、ガスに応答する電気伝導性セラミックスをバ
ルク状の多孔体として用いることで、高温脱塵とガス検
知を単一の部材で同時に行うことを可能とする新しいガ
スセンサーを開発することに成功し、本発明を完成する
に至った。すなわち、本発明は、ガス検知能を有し、高
温下で構造が安定でかつバルク状の多孔質セラミックス
に電極を取り付け、高温脱塵とガス検知を単一の部材で
同時に行うことを可能とするガスセンサーを提供するこ
とを目的とするものである。また、本発明は、当該バル
ク状多孔質セラミックスガスセンサーを用いて環境を浄
化するシステムを提供することを目的とするものであ
る。
で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記問題を
解消し得る新しいガスセンサーを開発することを目標と
して鋭意研究を重ねた結果、高温下で安定な構造を持
ち、更に、ガスに応答する電気伝導性セラミックスをバ
ルク状の多孔体として用いることで、高温脱塵とガス検
知を単一の部材で同時に行うことを可能とする新しいガ
スセンサーを開発することに成功し、本発明を完成する
に至った。すなわち、本発明は、ガス検知能を有し、高
温下で構造が安定でかつバルク状の多孔質セラミックス
に電極を取り付け、高温脱塵とガス検知を単一の部材で
同時に行うことを可能とするガスセンサーを提供するこ
とを目的とするものである。また、本発明は、当該バル
ク状多孔質セラミックスガスセンサーを用いて環境を浄
化するシステムを提供することを目的とするものであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、以下の技術的手段からなる。 （１）三次元ネットワーク構造を有する多孔質ジルコン
酸カルシウム／マグネシア系複合体、又はチタン酸カル
シウム／マグネシア系複合体に代表されるペロブスカイ
ト型酸化物複合体からなるガスセンサーであって、ガス
検知能を有し、１３００℃までの高温下で構造が安定で
かつバルク状の前記多孔質セラミックスに電極を取り付
けたことを特徴とする、高温脱塵とガス検知を単一の部
材で同時に行う機能を有するガスセンサー。 （２）ガス検知能を有し、高温下で粒成長による気孔構
造の変化が生じないように複合化処理を行った、ペロブ
スカイト型高融点酸化物を主成分とする多孔質セラミッ
クスに白金電極を取り付け、均質で三次元的に配置され
た気孔を利用した高温脱塵と、抵抗変化を利用したガス
検知を単一の部材で同時に行う機能を有する前記（１）
に記載のガスセンサー。 （３）等モル量のジルコン酸カルシウム［ＣａＺｒＯ
3 ］とマグネシア［ＭｇＯ］が互いに均一に分散し、粒
成長を抑制することで微細な複合組織を有し、１３００
℃までの高温下で安定な組織を保つ焼成体であるジルコ
ン酸カルシウム／マグネシア系複合多孔体に白金電極を
取り付け、均質で三次元的に配置された気孔を利用した
高温脱塵と、抵抗変化を利用したメタンガス検知を単一
の部材で同時に行う機能を有する前記（１）に記載のガ
スセンサー。 （４）前記（１）から（３）のいずれかに記載のガスセ
ンサーを用いた、高温脱塵と、抵抗変化を利用したガス
検知を単一の部材で同時に行う機能を有する環境浄化装
置であって、前記多孔質セラミックスを脱塵フィルター
及びガス検知手段として具備し、前記多孔質セラミック
スからなる単一の部材で多孔質セラミックス自体の抵抗
変化を検知しながら同時に脱塵を行うようにしたことを
特徴とする環境浄化装置。
の本発明は、以下の技術的手段からなる。 （１）三次元ネットワーク構造を有する多孔質ジルコン
酸カルシウム／マグネシア系複合体、又はチタン酸カル
シウム／マグネシア系複合体に代表されるペロブスカイ
ト型酸化物複合体からなるガスセンサーであって、ガス
検知能を有し、１３００℃までの高温下で構造が安定で
かつバルク状の前記多孔質セラミックスに電極を取り付
けたことを特徴とする、高温脱塵とガス検知を単一の部
材で同時に行う機能を有するガスセンサー。 （２）ガス検知能を有し、高温下で粒成長による気孔構
造の変化が生じないように複合化処理を行った、ペロブ
スカイト型高融点酸化物を主成分とする多孔質セラミッ
クスに白金電極を取り付け、均質で三次元的に配置され
た気孔を利用した高温脱塵と、抵抗変化を利用したガス
検知を単一の部材で同時に行う機能を有する前記（１）
に記載のガスセンサー。 （３）等モル量のジルコン酸カルシウム［ＣａＺｒＯ
3 ］とマグネシア［ＭｇＯ］が互いに均一に分散し、粒
成長を抑制することで微細な複合組織を有し、１３００
℃までの高温下で安定な組織を保つ焼成体であるジルコ
ン酸カルシウム／マグネシア系複合多孔体に白金電極を
取り付け、均質で三次元的に配置された気孔を利用した
高温脱塵と、抵抗変化を利用したメタンガス検知を単一
の部材で同時に行う機能を有する前記（１）に記載のガ
スセンサー。 （４）前記（１）から（３）のいずれかに記載のガスセ
ンサーを用いた、高温脱塵と、抵抗変化を利用したガス
検知を単一の部材で同時に行う機能を有する環境浄化装
置であって、前記多孔質セラミックスを脱塵フィルター
及びガス検知手段として具備し、前記多孔質セラミック
スからなる単一の部材で多孔質セラミックス自体の抵抗
変化を検知しながら同時に脱塵を行うようにしたことを
特徴とする環境浄化装置。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、本発明について更に詳細に
説明する。図１に、多孔質セラミックスによる高温脱塵
とガス検知の同時実現の概念図を示す。本発明において
使用するバルク状多孔質セラミックスとしては、ガス検
知能を有し、高温下で構造が安定なものが必要である。
このような多孔体は、例えば、特願平１１−３０４８１
６、あるいはジャーナル・オブ・アメリカン・セラミッ
ク・ソサイエティ（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｍｅｒｉ
ｃａｎ ＣｅｒａｍｉｃＳｏｃｉｅｔｙ）、第８３巻、
第２０９１ページ、２０００年、等に記載された方法に
より、次のとおり製造することが可能である。
説明する。図１に、多孔質セラミックスによる高温脱塵
とガス検知の同時実現の概念図を示す。本発明において
使用するバルク状多孔質セラミックスとしては、ガス検
知能を有し、高温下で構造が安定なものが必要である。
このような多孔体は、例えば、特願平１１−３０４８１
６、あるいはジャーナル・オブ・アメリカン・セラミッ
ク・ソサイエティ（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｍｅｒｉ
ｃａｎ ＣｅｒａｍｉｃＳｏｃｉｅｔｙ）、第８３巻、
第２０９１ページ、２０００年、等に記載された方法に
より、次のとおり製造することが可能である。
【００１０】等モル量のドロマイト、ジルコニア、及び
ドロマイトとジルコニアの総量に対して０．５〜２．０
重量％のＬｉＦ等の低融点液相形成材を均一に粉砕混合
し、大気中で焼成する。この焼成プロセス中では、ドロ
マイトの熱分解、低融点液相形成材によるネックの形
成、ドロマイトの分解生成物である、カルシア［Ｃａ
Ｏ］とジルコニアの優先的な反応による、ジルコン酸カ
ルシウムの生成、低融点液相形成材の蒸発が生じてい
る。このプロセスにより、４０〜６０％の気孔率を有し
ながらも非常に強固な３次元ネットワーク構造が形成さ
れたことを特徴とするジルコン酸カルシウム／マグネシ
ア系複合多孔体を製造することができる。この方法は、
他の複合体の作製に適用可能であり、例えば、ジルコニ
アの替わりにチタニア［ＴｉＯ2 ］を添加することによ
って、チタン酸カルシウム／マグネシア［ＣａＴｉＯ3
／ＭｇＯ］系複合多孔体を作製することにも適用できる
汎用性のあるものである。
ドロマイトとジルコニアの総量に対して０．５〜２．０
重量％のＬｉＦ等の低融点液相形成材を均一に粉砕混合
し、大気中で焼成する。この焼成プロセス中では、ドロ
マイトの熱分解、低融点液相形成材によるネックの形
成、ドロマイトの分解生成物である、カルシア［Ｃａ
Ｏ］とジルコニアの優先的な反応による、ジルコン酸カ
ルシウムの生成、低融点液相形成材の蒸発が生じてい
る。このプロセスにより、４０〜６０％の気孔率を有し
ながらも非常に強固な３次元ネットワーク構造が形成さ
れたことを特徴とするジルコン酸カルシウム／マグネシ
ア系複合多孔体を製造することができる。この方法は、
他の複合体の作製に適用可能であり、例えば、ジルコニ
アの替わりにチタニア［ＴｉＯ2 ］を添加することによ
って、チタン酸カルシウム／マグネシア［ＣａＴｉＯ3
／ＭｇＯ］系複合多孔体を作製することにも適用できる
汎用性のあるものである。
【００１１】本発明において、多孔質セラミックスとし
ては、上記ジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合
体、チタン酸カルシウム／マグネシア系複合体をはじめ
とし、ＣａＺｒＯ3 ／ＣａＡｌ2 Ｏ4 、ＣａＺｒＯ3 ／
ＣａＡｌ4 Ｏ7 、ＣａＺｒＯ3 ／ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、Ｃａ
ＴｉＯ3 ／ＭｇＴｉ2 Ｏ5 、ＣａＴｉＯ3 ／ＭｇＴｉＯ
3 、ＣａＴｉＯ3 ／Ｍｇ2 ＴｉＯ4 系複合体等、多成分
系状態図から判断して、ペロブスカイト型酸化物母相と
熱力学的に安定な分散相からなる酸化物複合体をを意味
する。これには、多孔体中の酸素欠陥濃度を制御するた
めに、更に、希土類酸化物や酸化インジウム等を微量添
加した場合を含む。また、本発明において、高温下で粒
成長による気孔構造の変化が生じないように複合化処理
をした、ペロブスカイト型高融点酸化物を主成分とする
多孔質セラミックスとは、粒成長の原因となるガラス相
形成を促進するシリカ〔ＳｉＯ2 〕の含有量が通常市販
の非シリケート系セラミックス原料中の不純物量程度以
下であり、更に、上記の複合系のように、ペロブスカイ
ト型酸化物母相に対して熱力学的に安定な分散相が存在
することで粒成長を阻害する多孔質セラミックスを意味
する。
ては、上記ジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合
体、チタン酸カルシウム／マグネシア系複合体をはじめ
とし、ＣａＺｒＯ3 ／ＣａＡｌ2 Ｏ4 、ＣａＺｒＯ3 ／
ＣａＡｌ4 Ｏ7 、ＣａＺｒＯ3 ／ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、Ｃａ
ＴｉＯ3 ／ＭｇＴｉ2 Ｏ5 、ＣａＴｉＯ3 ／ＭｇＴｉＯ
3 、ＣａＴｉＯ3 ／Ｍｇ2 ＴｉＯ4 系複合体等、多成分
系状態図から判断して、ペロブスカイト型酸化物母相と
熱力学的に安定な分散相からなる酸化物複合体をを意味
する。これには、多孔体中の酸素欠陥濃度を制御するた
めに、更に、希土類酸化物や酸化インジウム等を微量添
加した場合を含む。また、本発明において、高温下で粒
成長による気孔構造の変化が生じないように複合化処理
をした、ペロブスカイト型高融点酸化物を主成分とする
多孔質セラミックスとは、粒成長の原因となるガラス相
形成を促進するシリカ〔ＳｉＯ2 〕の含有量が通常市販
の非シリケート系セラミックス原料中の不純物量程度以
下であり、更に、上記の複合系のように、ペロブスカイ
ト型酸化物母相に対して熱力学的に安定な分散相が存在
することで粒成長を阻害する多孔質セラミックスを意味
する。
【００１２】以上のように製造されたバルク状多孔質セ
ラミックスに、２端子あるいは必要に応じて４端子の電
極を取り付ける。電極と多孔体の機械的な接触でもよい
が、安定性を増すためにペースト等で作製した電極を焼
き付けることが望ましい。
ラミックスに、２端子あるいは必要に応じて４端子の電
極を取り付ける。電極と多孔体の機械的な接触でもよい
が、安定性を増すためにペースト等で作製した電極を焼
き付けることが望ましい。
【００１３】この電極に一定の電圧を印加し、ガス透過
による電流値の変化を電流計を用いて読みとり、オーム
の法則を用いて抵抗値に換算することで、抵抗変化型の
センサーとして用いることが可能となる。
による電流値の変化を電流計を用いて読みとり、オーム
の法則を用いて抵抗値に換算することで、抵抗変化型の
センサーとして用いることが可能となる。
【００１４】かくして得られるバルク状多孔質セラミッ
クスガスセンサーは、高温で安定な多孔質構造を活かし
て、脱塵を行うことが可能であり、また、これと同時
に、透過ガス中に含まれる特定ガス成分（例えば、メタ
ンガス）を検知することが可能となる。
クスガスセンサーは、高温で安定な多孔質構造を活かし
て、脱塵を行うことが可能であり、また、これと同時
に、透過ガス中に含まれる特定ガス成分（例えば、メタ
ンガス）を検知することが可能となる。
【００１５】このようなバルク状多孔質セラミックスガ
スセンサーを、排ガス脱塵に用いることにより、高温下
での未燃焼ガスの検知等が可能になることから、単純な
ガスフィルターと比較して、より高性能を有する環境浄
化装置が得られる。
スセンサーを、排ガス脱塵に用いることにより、高温下
での未燃焼ガスの検知等が可能になることから、単純な
ガスフィルターと比較して、より高性能を有する環境浄
化装置が得られる。
【００１６】
【実施例】次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明するが、本発明は当該実施例によって何ら限定される
ものではない。 （１）バルク状多孔質セラミックスの作製 バルク状多孔質セラミックスを作製する方法は、例え
ば、特願平１１−３０４８１６、あるいはジャーナル・
オブ・アメリカン・セラミック・ソサイエティ（Ｊｏｕ
ｒｎａｌ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ
Ｓｏｃｉｅｔｙ）、第８３巻、第２０９１ページ、２０
００年、等に記載された方法を用いることができ、本実
施例では、これらの方法により、ジルコン酸カルシウム
／マグネシア系複合多孔体（以下、多孔体と記載する）
を作製した。即ち、バルク状多孔質セラミックスを、ド
ロマイトＣａＭｇ（ＣＯ3 ）2 、ジルコニアＺｒＯ2 及
びＬｉＦの混合物から反応焼結法により作製した。この
場合、出発粉体として高純度の天然ドロマイト（純度：
９９ｍａｓｓ％、粒子径：＜７５μｍ）、高純度ジルコ
ニアＺｒＯ2 （住友セメント社製、９９ｍａｓｓ％）及
びＬｉＦ（和光純薬社製、９９．９ｍａｓｓ％）を用い
た。等モル量のドロマイト及びジルコニア粉体に０．５
ｍａｓｓ％ＬｉＦを混合し、高エネルギー遊星ボールミ
ル手段（加速：６Ｇ）を用いてエタノール中で６ｈ湿式
ボールミル処理した。混合スラリーを乾燥し、次いで、
２４ｈ乾式ボールミル処理した後、１００メッシュのス
クリーンを通した。混合粉体を加圧成形した後、２００
ＭＰａで冷間静水圧プレスした。得られたグリーンコン
パクト（直径１５ｍｍ及び厚さ４〜５ｍｍ）を１３００
℃で２ｈ焼結し、多孔質ジルコン酸カルシウム／マグネ
シア系複合体を得た。
明するが、本発明は当該実施例によって何ら限定される
ものではない。 （１）バルク状多孔質セラミックスの作製 バルク状多孔質セラミックスを作製する方法は、例え
ば、特願平１１−３０４８１６、あるいはジャーナル・
オブ・アメリカン・セラミック・ソサイエティ（Ｊｏｕ
ｒｎａｌ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ
Ｓｏｃｉｅｔｙ）、第８３巻、第２０９１ページ、２０
００年、等に記載された方法を用いることができ、本実
施例では、これらの方法により、ジルコン酸カルシウム
／マグネシア系複合多孔体（以下、多孔体と記載する）
を作製した。即ち、バルク状多孔質セラミックスを、ド
ロマイトＣａＭｇ（ＣＯ3 ）2 、ジルコニアＺｒＯ2 及
びＬｉＦの混合物から反応焼結法により作製した。この
場合、出発粉体として高純度の天然ドロマイト（純度：
９９ｍａｓｓ％、粒子径：＜７５μｍ）、高純度ジルコ
ニアＺｒＯ2 （住友セメント社製、９９ｍａｓｓ％）及
びＬｉＦ（和光純薬社製、９９．９ｍａｓｓ％）を用い
た。等モル量のドロマイト及びジルコニア粉体に０．５
ｍａｓｓ％ＬｉＦを混合し、高エネルギー遊星ボールミ
ル手段（加速：６Ｇ）を用いてエタノール中で６ｈ湿式
ボールミル処理した。混合スラリーを乾燥し、次いで、
２４ｈ乾式ボールミル処理した後、１００メッシュのス
クリーンを通した。混合粉体を加圧成形した後、２００
ＭＰａで冷間静水圧プレスした。得られたグリーンコン
パクト（直径１５ｍｍ及び厚さ４〜５ｍｍ）を１３００
℃で２ｈ焼結し、多孔質ジルコン酸カルシウム／マグネ
シア系複合体を得た。
【００１７】（２）多孔体の高温特性 この手法で作製された多孔体は、１３００℃まで大気中
で曲げ強度が低下せず、優れた高温安定性を示すことが
明らかになった。例として、４７％の開気孔率を有する
多孔体の高温曲げ試験の結果を図２に示す。この多孔体
は、均一な開気孔を有することから、高温脱塵フィルタ
ーとして用いることが可能である。
で曲げ強度が低下せず、優れた高温安定性を示すことが
明らかになった。例として、４７％の開気孔率を有する
多孔体の高温曲げ試験の結果を図２に示す。この多孔体
は、均一な開気孔を有することから、高温脱塵フィルタ
ーとして用いることが可能である。
【００１８】（３）電極の焼き付け 開気孔率４０％、平均細孔径１．１マイクロメートル、
比表面積が０．５４ｍ2 ／ｇの多孔体に、市販の白金ペ
ーストを塗布することにより、市販の２本の白金線（直
径０．２ｍｍ）を多孔体の表面に固定し、大気中９００
℃で１時間熱処理することにより白金電極を焼き付け
た。
比表面積が０．５４ｍ2 ／ｇの多孔体に、市販の白金ペ
ーストを塗布することにより、市販の２本の白金線（直
径０．２ｍｍ）を多孔体の表面に固定し、大気中９００
℃で１時間熱処理することにより白金電極を焼き付け
た。
【００１９】（４）メタンガス検知特性の測定 白金電極を取り付けた多孔体を、マスフローメーターに
よるガス流量制御が可能な炉内に設置し、毎分２００ｍ
ｌの市販の高純度アルゴンガスを流した。また、被検ガ
スとして、アルゴンを希釈ガスとした１０００ｐｐｍメ
タンガスを用いた。電極間に１Ｖの直流電圧を印加し、
ピコアンメーター（例えば、ケースレー社製モデル４８
７）を用いて電流値を測定し、オームの法則を用いて抵
抗値に変換した。このようにして測定した多孔体のメタ
ンガス検知特性を図３に示す。約８００℃、９００℃い
ずれの場合も、応答時間が１分程度と高速であり、顕著
な応答曲線を示した。
よるガス流量制御が可能な炉内に設置し、毎分２００ｍ
ｌの市販の高純度アルゴンガスを流した。また、被検ガ
スとして、アルゴンを希釈ガスとした１０００ｐｐｍメ
タンガスを用いた。電極間に１Ｖの直流電圧を印加し、
ピコアンメーター（例えば、ケースレー社製モデル４８
７）を用いて電流値を測定し、オームの法則を用いて抵
抗値に変換した。このようにして測定した多孔体のメタ
ンガス検知特性を図３に示す。約８００℃、９００℃い
ずれの場合も、応答時間が１分程度と高速であり、顕著
な応答曲線を示した。
【００２０】（５）メタンガス検知感度 また、この応答感度の温度依存性を図４に示す。メタン
の導入により抵抗が低下するために、図４では、純アル
ゴンの抵抗値をアルゴン・メタン混合ガスの抵抗値で除
した値を感度として定義し、温度に対してプロットして
いる。約８００℃以上での感度は、約１．７であり、抵
抗変化型センサーとして実用可能な性能が得られている
ことがわかる。
の導入により抵抗が低下するために、図４では、純アル
ゴンの抵抗値をアルゴン・メタン混合ガスの抵抗値で除
した値を感度として定義し、温度に対してプロットして
いる。約８００℃以上での感度は、約１．７であり、抵
抗変化型センサーとして実用可能な性能が得られている
ことがわかる。
【００２１】上記方法で作製した多孔体は、上記のよう
に、高温での安定性に優れ、かつガス検知を行うことが
可能であることから、同一の部材で同時に行う機能を有
するガスセンサーとして有用であり、また、高温脱塵と
ガス検知を一体化した高性能の環境浄化装置として用い
ることができる。
に、高温での安定性に優れ、かつガス検知を行うことが
可能であることから、同一の部材で同時に行う機能を有
するガスセンサーとして有用であり、また、高温脱塵と
ガス検知を一体化した高性能の環境浄化装置として用い
ることができる。
【００２２】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、ガス検
知能を有し、高温下で構造が安定でかつバルク状の多孔
質セラミックスに電極を取り付け、高温脱塵とガス検知
を単一の部材で同時に行うことを特徴とするガスセンサ
ー、及びそれを用いた環境浄化装置に係り、本発明によ
り、１）本発明の多孔体は、約１３００℃まで大気中曲
げ強度が低下せず、優れた高温安定性を示し、高温脱塵
フィルターとして用いることが可能である、２）また、
約８００〜９００℃で高いガス応答感度を示し、抵抗変
化を利用したガスセンサーとして用いることが可能であ
る、３）高温脱塵とガス検知を単一の部材で行うことが
できる、４）本発明は、燃焼装置等から発生する排ガス
の浄化、排ガスの安全性モニタリング及び燃焼システム
の効率改善に有用である、５）また、従来法に比べて、
部材の一体化によりもたらされる低コスト化、高信頼性
化が期待できることから、多方面の工学的応用を可能に
するものである、という格別の効果が奏される。
知能を有し、高温下で構造が安定でかつバルク状の多孔
質セラミックスに電極を取り付け、高温脱塵とガス検知
を単一の部材で同時に行うことを特徴とするガスセンサ
ー、及びそれを用いた環境浄化装置に係り、本発明によ
り、１）本発明の多孔体は、約１３００℃まで大気中曲
げ強度が低下せず、優れた高温安定性を示し、高温脱塵
フィルターとして用いることが可能である、２）また、
約８００〜９００℃で高いガス応答感度を示し、抵抗変
化を利用したガスセンサーとして用いることが可能であ
る、３）高温脱塵とガス検知を単一の部材で行うことが
できる、４）本発明は、燃焼装置等から発生する排ガス
の浄化、排ガスの安全性モニタリング及び燃焼システム
の効率改善に有用である、５）また、従来法に比べて、
部材の一体化によりもたらされる低コスト化、高信頼性
化が期待できることから、多方面の工学的応用を可能に
するものである、という格別の効果が奏される。
【図１】多孔質セラミックスによる高温脱塵とガス検知
の同時実現の概念を示す説明図である。
の同時実現の概念を示す説明図である。
【図２】ジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合多孔
体（気孔率４７％）の高温大気中における高温曲げ強度
の試験結果（試験片寸法：３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ、
スパン：３０ｍｍ、クロスヘッド速度：０．５ｍｍ／
分）を示す。
体（気孔率４７％）の高温大気中における高温曲げ強度
の試験結果（試験片寸法：３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ、
スパン：３０ｍｍ、クロスヘッド速度：０．５ｍｍ／
分）を示す。
【図３】ジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合多孔
体（気孔率４０％）のメタンガス検知特性曲線を示す。
体（気孔率４０％）のメタンガス検知特性曲線を示す。
【図４】ジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合多孔
体（気孔率４０％）のメタンガス検知感度を示す。
体（気孔率４０％）のメタンガス検知感度を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０４Ｂ 35/46 Ｃ０４Ｂ 35/48 Ｂ ４Ｇ０３１ 35/48 38/00 ３０３Ｚ 38/00 ３０３ Ｂ０１Ｄ 46/00 ３０１ // Ｂ０１Ｄ 46/00 ３０１ Ｃ０４Ｂ 35/00 Ｊ Ｆターム(参考） 2G046 AA01 AA19 BA02 BA09 BD03 EA04 EB01 FB04 FE07 FE20 FE44 FE49 4D019 AA01 BA05 BB06 BB07 BC20 CA10 CB04 CB06 4D058 JA03 JB06 JB28 TA06 4G019 FA15 4G030 AA07 AA08 AA17 BA07 CA01 CA09 4G031 AA03 AA04 AA11 AA12 AA40 BA03 CA01 CA09 GA11
Claims (4)
- 【請求項１】 三次元ネットワーク構造を有する多孔質
ジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合体、又はチタ
ン酸カルシウム／マグネシア系複合体に代表されるペロ
ブスカイト型酸化物複合体からなるガスセンサーであっ
て、ガス検知能を有し、１３００℃までの高温下で構造
が安定でかつバルク状の前記多孔質セラミックスに電極
を取り付けたことを特徴とする、高温脱塵とガス検知を
単一の部材で同時に行う機能を有するガスセンサー。 - 【請求項２】 ガス検知能を有し、高温下で粒成長によ
る気孔構造の変化が生じないように複合化処理を行っ
た、ペロブスカイト型高融点酸化物を主成分とする多孔
質セラミックスに白金電極を取り付け、均質で三次元的
に配置された気孔を利用した高温脱塵と、抵抗変化を利
用したガス検知を単一の部材で同時に行う機能を有する
請求項１に記載のガスセンサー。 - 【請求項３】 等モル量のジルコン酸カルシウム［Ｃａ
ＺｒＯ3 ］とマグネシア［ＭｇＯ］が互いに均一に分散
し、粒成長を抑制することで微細な複合組織を有し、１
３００℃までの高温下で安定な組織を保つ焼成体である
ジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合多孔体に白金
電極を取り付け、均質で三次元的に配置された気孔を利
用した高温脱塵と、抵抗変化を利用したメタンガス検知
を単一の部材で同時に行う機能を有する請求項１に記載
のガスセンサー。 - 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載のガス
センサーを用いた、高温脱塵と、抵抗変化を利用したガ
ス検知を単一の部材で同時に行う機能を有する環境浄化
装置であって、前記多孔質セラミックスを脱塵フィルタ
ー及びガス検知手段として具備し、前記多孔質セラミッ
クスからなる単一の部材で多孔質セラミックス自体の抵
抗変化を検知しながら同時に脱塵を行うようにしたこと
を特徴とする環境浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001046090A JP3548798B2 (ja) | 2001-02-22 | 2001-02-22 | バルク状多孔質セラミックスガスセンサーおよび環境浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001046090A JP3548798B2 (ja) | 2001-02-22 | 2001-02-22 | バルク状多孔質セラミックスガスセンサーおよび環境浄化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002243684A true JP2002243684A (ja) | 2002-08-28 |
| JP3548798B2 JP3548798B2 (ja) | 2004-07-28 |
Family
ID=18907779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001046090A Expired - Lifetime JP3548798B2 (ja) | 2001-02-22 | 2001-02-22 | バルク状多孔質セラミックスガスセンサーおよび環境浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3548798B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013193895A (ja) * | 2012-03-16 | 2013-09-30 | Citizen Finetech Miyota Co Ltd | 多孔質成形部材及びその製造方法 |
| JP2018077152A (ja) * | 2016-11-10 | 2018-05-17 | 宮城県 | ガスセンサ |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108046829B (zh) * | 2017-12-20 | 2020-06-16 | 东北大学 | 一种非金属矿物多孔基板及其制备方法和应用 |
-
2001
- 2001-02-22 JP JP2001046090A patent/JP3548798B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3548798B2 (ja) | 2004-07-28 |
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|---|---|---|---|
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