JP2008508171A - 多孔質の、焼成されたセラミックス発泡体 - Google Patents
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Abstract
Description
1)分散剤中でセラミックパウダーの懸濁液を調製する段階と、
2)“親水コロイド”とも呼ばれるバイオゲルを含む溶液を調製し、前記溶液のゲル化温度より高い温度に保持する段階と、
3)前記懸濁液と前記溶液とを混合し、発泡体を得るために発泡剤を添加し、前記バイオゲルがゲル化することを防止するために温度を十分に高く保持する段階と、
4)前記発泡体を型内部でキャストする段階と、
5)前記バイオゲルがゲル化するまで冷却する段階と、
6)得られた前記発泡体を乾燥し、その後焼成する段階。
a)懸濁液中のセラミックパウダー、少なくとも一つのゲル化剤及び少なくとも一つの発泡剤を含む混合物Mを、前記ゲル化剤のゲル化温度よりも高い混合温度において調製する段階と、
b)発泡体を得るために前記ゲル化温度よりも高い発泡温度において前記混合物Mにせん断をかける段階と、
c)前記ゲル化剤のゲル化温度より低い温度に前記混合物Mを冷却することによって前記発泡体をゲル化する段階と、
d)予備成形体を得るために前記ゲル化された発泡体を乾燥する段階と、
e)高温処理によって前記予備成形体を焼成して、焼成されたセラミックス発泡体を得る段階。
・粒間空隙率は、10μm[マイクロメータ]未満のサイズ、好ましくは8μm未満、好ましくは平均約5μmの気孔によって形成される;
・平均粒間気孔サイズは、セル孔のサイズと比較して10から100倍小さい。
好ましくは、平均セル孔サイズは80μmと120μmとの間であり、好ましくは約100μm、及び/または平均粒間気孔サイズは1μmと10μmとの間であり、好ましくは約5μmである。
・好ましくは少なくともセルの一部分、好ましくはセルの全てが、少なくとも一部分である、好ましくは完全に再結晶化炭化珪素から形成された壁によって規定される。さらに好ましくは、粒間空隙率を有する多孔質セラミックス発泡体は、再結晶化炭化珪素を少なくとも95重量%含む。好ましくは、粒間空隙率を有する多孔質セラミックス発泡体は、再結晶化炭化珪素を98重量%超、より好ましくは実質的に100%含む;
・セル孔数の15%超はサイズが300μm超である。
・セル孔数の10%未満はサイズが10μm未満であり、及び/またはセル孔数の20%から85%はサイズが300μm未満であり、及び/またはセル孔数の4%から40%はサイズが450μm超である;
・多孔質セラミックス発泡体は、表面において、1dm2[平方デシメータ]あたり、1500未満、好ましくは1000未満、より好ましくは700未満のセル孔を有する;
・多孔質セラミックス発泡体は60mm超の厚みを有する。
a)懸濁液中のセラミックパウダー、少なくとも一つのゲル化剤及び少なくとも一つの発泡剤を含む混合物Mを、前記ゲル化剤のゲル化温度よりも高い混合温度において調製する段階と;
b)発泡体を得るために前記ゲル化温度よりも高い発泡温度において前記混合物Mにせん断をかける段階と;
c)前記ゲル化剤のゲル化温度より低い温度に前記混合物Mを冷却することによって前記発泡体をゲル化する段階と;
d)予備成形体を得るために前記ゲル化された発泡体を乾燥する段階と;
e)前記予備成形体を焼成して多孔質セラミックス発泡体を得る段階;
混合物Mが炭化珪素を含むという点、及び段階e)における焼成が、蒸発−再結晶化メカニズムによって前記炭化珪素が硬化することを可能にする条件下で実行される点において、優れている。
・好ましくは、段階a)で用いられるセラミックパウダーは炭化珪素を95重量%超有する;
・段階a)で使用されるセラミックパウダーの粒子サイズは、バイモーダルな分布で分配される。例として、直径の中間値が異なる二つのグレードの炭化珪素から形成されたパウダーを使用することが可能である;
・好ましくは、高温焼成処理温度及び使用される有機成分は、前記有機成分の全てが焼成の間に燃焼されるように決定される;
・好ましくは、単位がPa・sである瞬間的な粘度を有する安定剤が前記混合物Mに添加され、前記安定剤の瞬間的な粘度は、前記安定剤のせん断が100s−1から0に減少するとき少なくとも10倍増加する;
・前記安定剤の瞬間的な粘度は、単位がPa・sであり、前記安定剤のせん断速度が100s−1から0に減少するとき少なくとも100倍増加する。有利なことには、発泡体の安定化における効果が強化され、90mm超の厚さを有する多孔質部分の製造が可能になる;
・前記安定剤のせん断速度の関数としての前記安定剤の粘度の変化は、実質的に可逆性である。従って、混合物Mのせん断速度が増加するとき、混合物の粘度における安定剤の影響は小さくなり、無視できる程になる可能性さえある。有利なことに、安定剤の存在は、エネルギーに対する要求を大きく増加させる結果に結びつかない;
・段階a)において、前記混合物Mが、セラミックスリップA、少なくとも一つのゲル化剤及び安定剤を含む予備混合物B、及び少なくとも一つの発泡剤を含む予備混合物Cから調製される。
・段階c)の最後の時点で、前記発泡体の粘度が20℃で1000Pa.s超であるように前記安定剤が選択される。好ましくは、前記安定剤は親水コロイドであり、好ましくは植物性、より好ましくは、キサンタン及びカラゲーニンから形成される群、またはそれらの混合物から選択される。好ましい安定剤はキサンタンである。有利なことに、植物性の親水コロイドは、予備成形体を高温焼成処理する段階の間に除去され、高純度の焼結部分を形成する。
・前記混合物Mにおける前記安定剤の量は0.05重量%から5重量%の範囲であり、好ましくは、0.1重量%から1重量%の範囲である。
・前記混合物Mは水の含量が40重量%未満、好ましくは30重量%未満である。
・前記ゲル化剤は、発泡の後温度に対して可逆的に前記組成物をゲル化することができる動物性または植物性の親水コロイドである。好ましくは、前記ゲル化剤はゼラチンである。有利なことには、ゲル化剤は、予備成形体を焼結する段階の間に除去され、高純度の焼結部分を形成する。さらに好ましくは、混合物M中のゲル化剤の量は1重量%から10重量%の範囲であり、好ましくは1重量%から6重量%の範囲である。
・段階a)において、好ましくは、前記ゲル化剤の重量の0.25倍から同重量までの範囲の重量の可塑剤が前記混合物Mに添加される。同様に、好ましくは、可塑剤は、段階a)でセラミックパウダーを懸濁液とするために使われる液体、一般的には水の蒸発温度よりも高い温度で燃焼するように選択される。
・図1〜4は、異なる倍率で、アルミナパウダーを用いて仏国特許出願第A−0408330号明細書に記載された方法で製造された、焼結された発泡体の表面から10mmから20mmの位置でとられたサンプルの走査型電子顕微鏡像を示す;
・図5及び6は様々な予備混合物Bのレオロジー的挙動を示すグラフである;
・図7から9は、異なる倍率で、本発明による方法で製造された、焼結された発泡体の表面から10mmから20mmの位置でとられたサンプルの走査型電子顕微鏡像を示す;
a)懸濁液中のセラミックパウダー、少なくとも一つのゲル化剤及び少なくとも一つの発泡剤を含む混合物Mを、前記ゲル化剤のゲル化温度よりも高い混合温度において調製する段階と;
b)発泡体を得るために前記ゲル化温度よりも高い発泡温度において前記混合物Mにせん断をかける段階と;
c)前記ゲル化剤のゲル化温度より低い温度に前記混合物Mを冷却することによって前記発泡体をゲル化する段階と;
d)予備成形体を得るために前記ゲル化された発泡体を乾燥する段階と;
e)高温処理により前記予備成形体を焼成して多孔質セラミックス発泡体を得る段階。
・スリップA、従来の方法を用いて、セラミックパウダー及び分散剤を水に分散することによる。
・予備混合物B、ゲル化剤のゲル化温度よりも高い温度でゲル化剤及び安定剤を水に溶解することによる。
・予備混合物C、発泡剤を水に溶解することによる。
・ゲル化された発泡体の粘度は、安定剤を含まないこと以外は混合物Mと同じ混合物から得られたゲル化された発泡体における粘度と、等しいかまたはそれ以上である。
・段階b)とc)との間(ゲル化の前、且つ発泡操作が完了した後)に得られた発泡体の粘度は、ゲル化剤を含まないこと以外は混合物Mと同じ混合物から得られたゲル化された発泡体における粘度と、等しいかまたはそれ以上である。
・B1は水87%、グリセリン7.4%、ポリビニルアルコール4.8%及びキサンタン0.8%を含む。
・B2は水77.3%、グリセリン6.5%、ポリビニルアルコール4.2%及びゼラチン12%を含む。
・B3は水76.7%、グリセリン6.5%、ポリビニルアルコール4.2%、ゼラチン11.9%及びキサンタン0.7%を含む。
・反応性Al2O3またはAl2O3を99%超含有する反応性アルミナの混合物、直径の中間値は0.1μm〜200μm;
・ZrO2を99%超含有するジルコニア、直径の中間値は0.1μm〜200μm;
・ポリアクリル酸アンモニウムに基づくProx(登録商標)BO3分散剤、Synthronが販売;
・GPA A0ゼラチン、Wesardt internationalが販売;
・satiaxaneTM CX90T、SKW Biosystemsにより製造及び販売されるキサンタンガム;
・RHODOVIOL(登録商標)4/125、加水分解度が低い(88mol%)ポリビニルアルコール、Rhodia PPMCが販売;
・Moulet Peinture(Avignon、France)が販売するグリセリン:
・Schaumungsmittel W53FL、ポリアクリル酸アンモニウムベースの分散剤、Zschimmer and Schwarz GmbHが販売;
・直径中間値が約4μm、SiO254%、Al2O329%、MgO13%、及びFe2O3+TiO2を2.5%未満含有するコーディエライト;
・直径中間値が約9μm、SiO226%、Al2O373%、MgO13%、及びFe2O3+TiO2を2.5%未満含有するムライト;
・炭化珪素SiC−1、直径中間値約0.6μm、SiCを99.5%超含有する。
・炭化珪素SiC−2、直径中間値約2.5μm、SiCを99.5%超含有する。
・炭化珪素SiC−3、直径中間値約23μm、SiCを99.5%超含有する。
Claims (16)
- 全空隙率が50%から92%の範囲であり、粒間空隙率が少なくとも5%である多孔質セラミックス発泡体。
- 再結晶化された炭化珪素を含む、請求項1に記載の多孔質セラミックス発泡体。
- 再結晶化された炭化珪素を少なくとも95重量%含む、請求項2に記載の多孔質セラミックス発泡体。
- 前記粒間空隙率が少なくとも8%である、請求項1から3の何れか一項に記載の多孔質セラミックス発泡体。
- 前記粒間空隙率が少なくとも10%である、請求項2に記載の多孔質セラミックス発泡体。
- 前記粒間空隙率が10μm未満のサイズの気孔によって形成される、請求項1から5の何れか一項に記載の多孔質セラミックス発泡体。
- 前記粒間気孔サイズの平均値がセル孔のものと比較して10〜100倍小さい、請求項1から6の何れか一項に記載の多孔質セラミックス発泡体。
- 前記セル孔サイズの平均値が80μmから120μmの間であり、及び/または前記粒間気孔サイズの平均値が1μmから10μmの間である、請求項1から7の何れか一項に記載の多孔質セラミックス発泡体。
- 前記セル孔数の15%超はサイズが300μm超であり、及び/または前記セル孔数の10%未満はサイズが10μm未満であり、及び/または前記セル孔数の20%から85%はサイズが300μm未満であり、及び/または前記セル孔数の4%から40%はサイズが450μm超である、請求項1から8の何れか一項に記載の多孔質セラミックス発泡体。
- a)懸濁液中のセラミックパウダー、少なくとも一つのゲル化剤及び少なくとも一つの発泡剤を含む混合物Mを、前記ゲル化剤のゲル化温度よりも高い混合温度において調製する段階と、
b)発泡体を得るために前記ゲル化温度よりも高い発泡温度において前記混合物Mにせん断をかける段階と、
c)前記ゲル化剤のゲル化温度より低い温度に前記混合物Mを冷却することによって前記発泡体をゲル化する段階と、
d)予備成形体を得るために前記ゲル化された発泡体を乾燥する段階と、
e)前記予備成形体を焼成して多孔質セラミックス発泡体を得る段階と、
を連続して含み、
前記混合物Mが炭化珪素を含むこと、及び段階e)における焼成が、蒸発−再結晶化メカニズムによって前記炭化珪素が硬化することを可能にする条件下で実行されことを特徴とする、請求項1から9の何れか一項に記載の多孔質セラミックス発泡体を製造する方法。 - 前記段階a)で使用されるセラミックパウダーが95重量%超の炭化珪素を含む、請求項10に記載の方法。
- 前記段階a)で使用されるセラミックパウダーの粒子サイズがバイモーダルな分布で分配された、請求項10または11に記載の方法。
- 前記混合物Mに安定剤が添加され、前記安定剤は単位がPa.sである瞬間的な粘度を有し、前記粘度は前記安定剤のせん断速度が100s−1から0まで低減されるとき少なくとも10倍増加する、請求項10から12の何れか一項に記載の方法。
- 前記安定剤がキサンタン及びカラゲーニンから形成される群、またはそれらの混合物から選択される、請求項13に記載の方法。
- 前記段階a)において可塑剤が前記混合物Mに加えられ、前記可塑剤の重量は前記ゲル化剤の重量の0.25倍から1倍の範囲である、請求項10から14の何れか一項に記載の方法。
- 断熱、特に炉内の断熱に関して、触媒担体に関して、高温のガスまたは液体の濾過に関して、ガスバーナー中のディフューザとして、太陽光線の体積測定レシーバ内で、または炉装備品としての、請求項1から9の何れか一項に記載の多孔性セラミックス発泡体、または請求項10から15の何れか一項に記載の方法を用いて製造された多孔質セラミックス発泡体の使用。
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