JP2010215482A - 多孔質セラミックス成形体の製造方法および多孔質セラミックス成形体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アルミニウム源粉末、チタニウム源粉末、ケイ素源粉末および造孔剤を含む原料混合物の成形体を焼成する工程を備え、アルミニウム源および造孔剤が下記式(1)を満たし、原料混合物に含まれる無機成分中のケイ素源粉末の含有量が5質量%以下である、主にチタン酸アルミニウム系結晶からなる多孔質セラミックス成形体の製造方法、ならびに開気孔率が45%以上であり、特定の細孔直径分布を有する多孔質セラミックス成形体が提供される。式中、D90は体積基準の累積百分率90%相当粒子径であり、D10は体積基準の累積百分率10%相当粒子径である。
(D90/D10)1/2<2 (1)
【選択図】なし
Description
(D90/D10)1/2<2 (1)
ここで、式中、D90は体積基準の累積百分率90%相当粒子径であり、D10は体積基準の累積百分率10%相当粒子径である。また、上記原料混合物に含まれるケイ素源粉末の含有量は、該原料混合物に含まれる無機成分中、5質量%以下とされる。
V4-20/Vtotal≧0.8 (2)
V20-200/Vtotal≦0.1 (3)
ここで、式中、V4-20は細孔直径が4〜20μmである細孔の累積細孔容積であり、V20-200は細孔直径が20〜200μmである細孔の累積細孔容積であり、Vtotalは細孔直径が0.005〜200μmである細孔の累積細孔容積である。
本発明において、チタン酸アルミニウム系結晶から主に構成される多孔質セラミックス成形体は、アルミニウム源粉末、チタニウム源粉末、ケイ素源粉末および造孔剤を含む原料混合物の成形体を焼成することにより製造される。「主にチタン酸アルミニウム系結晶からなる」とは、多孔質セラミックス成形体を構成する主結晶相がチタン酸アルミニウム系結晶相であることを意味し、チタン酸アルミニウム系結晶相は、たとえば、チタン酸アルミニウム結晶相、チタン酸アルミニウムマグネシウム結晶相などであってよい。
上記式(1)中、D90は体積基準の累積百分率90%相当粒子径であり、D10は体積基準の累積百分率10%相当粒子径である。
(a)市販品のアルミニウム源粉末を、篩い分け等により分級する。
(b)市販品のアルミニウム源粉末を、造粒機等を用いて造粒する。
上記式(1)中、D90は体積基準の累積百分率90%相当粒子径であり、D10は体積基準の累積百分率10%相当粒子径である。
本発明の多孔質セラミックス成形体は、主にチタン酸アルミニウム系結晶からなる多孔性のセラミックス成形体である。「主にチタン酸アルミニウム系結晶からなる」とは、多孔質セラミックス成形体を構成する主結晶相がチタン酸アルミニウム系結晶相であることを意味し、チタン酸アルミニウム系結晶相は、たとえば、チタン酸アルミニウム結晶相、チタン酸アルミニウムマグネシウム結晶相などであってよい。
(i)開気孔率が45%以上である。
(ii)水銀圧入法により測定される細孔直径分布が下記式(2)および(3)を満たす。
V4-20/Vtotal≧0.8 (2)
V20-200/Vtotal≦0.1 (3)
ここで、式中、V4-20は細孔直径が4〜20μmである細孔の累積細孔容積であり、V20-200は細孔直径が20〜200μmである細孔の累積細孔容積であり、Vtotalは細孔直径が0.005〜200μmである細孔の累積細孔容積である。
ここで、M1は多孔質セラミックス成形体の乾燥重量(g)、M2は多孔質セラミックス成形体の水中重量(g)、M3は多孔質セラミックス成形体の飽水重量(g)である。
チタン酸アルミニウム化率(AT化率)は、得られた焼成体(多孔質セラミックス成形体)を乳鉢にて解砕し、粉末X線回折スペクトルにおける2θ=27.4°の位置に現れるピーク〔チタニア・ルチル相(110)面〕の積分強度(IT)と、2θ=33.7°の位置に現れるピーク〔チタン酸アルミニウムマグネシウム相(230)面〕の積分強度(IAT)とから、下記式により算出した。
AT化率=IAT/(IT+IAT)×100(%)
(2)細孔直径分布
0.4gの焼成体(多孔質セラミックス成形体)を砕き、得られた約2mm角の小片を、120℃で4時間、空気中で、電気炉を用いて乾燥させた後、水銀圧入法により、細孔直径測定範囲0.005〜200.0μmまで測定し、焼成体1gあたりの細孔直径が0.005〜4.0μmの範囲である細孔の累積細孔容積V0.005-4、細孔直径が4.0〜20.0μmの範囲である細孔の累積細孔容積V4-20、細孔直径が20.0〜200.0μmの範囲である細孔の累積細孔容積V20-200、および、細孔直径が0.005〜200.0μmの範囲である細孔の累積細孔容積Vtotalを得た。測定装置には、Micromeritics社製の「オートポアIII9420」を用いた。
JIS R1634に準拠した、水中浸漬によるアルキメデス法により、焼成体の水中重量M2(g)、飽水重量M3(g)および乾燥重量M1(g)を測定し、下記式により開気孔率を算出した。
開気孔率(%)=100×(M3−M1)/(M3−M2)
(4)原料粉末の粒度分布
原料粉末の、体積基準の累積百分率10%相当粒子径(D10)、累積百分率50%相当粒子径(D50)および累積百分率90%相当粒子径(D90)は、レーザ回折式粒度分布測定装置〔日機装社製「Microtrac HRA(X−100)」〕を用いて測定した。
表1に示される無機粉末〔アルミニウム源粉末(α−アルミナ粉末)、チタニウム源粉末(ルチル型結晶のTiO2粉末)、マグネシウム源粉末(マグネシアスピネル粉末)およびケイ素源粉末(ガラスフリット、タカラスタンダード社製「CK0832」)〕と造孔剤とを表1に示される質量比で混合した。ついで、この混合物100質量部に対して、表1に示される質量比で、バインダとしてのメチルセルロース、分散剤(界面活性剤)としてのポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ならびに、潤滑剤としてのグリセリンおよびステアリン酸を加え、さらに、分散媒としての水を加えた後、混練機を用いて混練することにより、坏土(成形用原料混合物)を調製した。ついで、この坏土を押出成形することにより、断面が25×25mmの正方形または直径160mmの円であり、長さが20.5mmまたは250mmの柱状の外形形状を有するハニカム形状の成形体を作製した。得られた成形体を、大気雰囲気下で、造孔剤および他の添加剤(バインダ、分散剤、潤滑剤および水)を除去する仮焼(脱脂)工程を含む焼成を行ない、ハニカム形状の多孔質成形体(ハニカム構造体)を得た。焼成時の温度(最高温度)および焼成時間(最高温度での保持時間)を表1に示す。また、アルミニウム源粉末として用いた酸化アルミニウム粉末A〜Dの粒径分布を表2に、チタニウム源、マグネシウム源およびケイ素源粉末として用いた酸化チタン粉末a〜d、マグネシアスピネル粉末およびガラスフリットのD50を表3に、用いた造孔剤の粒径分布を表4に示した。なお、比較例5で用いたグラファイト粉末は、SECカーボン社製「SGP−25」である。
Claims (9)
- 主にチタン酸アルミニウム系結晶からなる多孔質セラミックス成形体の製造方法であって、
アルミニウム源粉末、チタニウム源粉末、ケイ素源粉末および造孔剤を含む原料混合物の成形体を焼成する工程を備え、
前記アルミニウム源粉末および前記造孔剤は、レーザ回折法により測定される粒径分布において、下記式(1):
(D90/D10)1/2<2 (1)
(式中、D90は体積基準の累積百分率90%相当粒子径であり、D10は体積基準の累積百分率10%相当粒子径である。)
を満たし、
前記原料混合物に含まれる前記ケイ素源粉末の含有量は、前記原料混合物に含まれる無機成分中、5質量%以下である多孔質セラミックス成形体の製造方法。 - 前記造孔剤の、レーザ回折法により測定される体積基準の累積百分率50%相当粒子径D50は、10〜50μmの範囲内である請求項1に記載の多孔質セラミックス成形体の製造方法。
- 前記原料混合物中における、Al2O3換算での前記アルミニウム源粉末とTiO2換算での前記チタニウム源粉末とのモル比は、35:65〜45:55の範囲内である請求項1または2に記載の多孔質セラミックス成形体の製造方法。
- 前記アルミニウム源粉末の、レーザ回折法により測定される体積基準の累積百分率50%相当粒子径D50は、20〜60μmの範囲内である請求項1〜3のいずれかに記載の多孔質セラミックス成形体の製造方法。
- 前記原料混合物は、マグネシウム源粉末をさらに含む請求項1〜4のいずれかに記載の多孔質セラミックス成形体の製造方法。
- Al2O3換算での前記アルミニウム源粉末とTiO2換算での前記チタニウム源粉末との合計量に対する、MgO換算での前記マグネシウム源粉末の量は、モル比で0.03〜0.15の範囲内である請求項5に記載の多孔質セラミックス成形体の製造方法。
- 前記ケイ素源粉末は、長石あるいはガラスフリット、またはそれらの混合物からなる粉末である請求項1〜6のいずれかに記載の多孔質セラミックス成形体の製造方法。
- 前記成形体がハニカム形状である請求項1〜7のいずれかに記載の多孔質セラミックス成形体の製造方法。
- 主にチタン酸アルミニウム系結晶からなる多孔質セラミックス成形体であって、
開気孔率が45%以上であり、
水銀圧入法により測定される細孔直径分布が下記式(2)および(3)を満たす多孔質セラミックス成形体。
V4-20/Vtotal≧0.8 (2)
V20-200/Vtotal≦0.1 (3)
(式中、V4-20は細孔直径が4〜20μmである細孔の累積細孔容積であり、V20-200は細孔直径が20〜200μmである細孔の累積細孔容積であり、Vtotalは細孔直径が0.005〜200μmである細孔の累積細孔容積である。)
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