JP2013087034A - Method for producing ceramic bonded body - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a ceramic bonded body in which a ceramic porous body is hardly exfoliated from a ceramic base material and which is excellent in quality stability.SOLUTION: The method for producing the ceramic bonded body 30, in which the ceramic porous body 10 is bonded to the surface of the ceramic base material 20, comprises the steps of: preparing a composition for forming the ceramic porous body, in which the composition contains at least ceramic powder, an organic binder, a water-insoluble organic solvent and water, in which the content of the water in the composition accounts for 1-50 mass% to the total mass of the ceramic powder, the organic binder and the water-insoluble organic solvent; coating the surface of the ceramic base material 20 with the composition; and firing the coated composition to obtain the ceramic bonded body 30 in which the ceramic porous body 10 is bonded to the surface of the ceramic base material 20.

Description

本発明は、セラミック接合体の製造方法、及び該製造方法に用いられるセラミック多孔体形成用組成物に関する。   The present invention relates to a method for producing a ceramic joined body, and a ceramic porous body forming composition used in the production method.

大孔径(例えば50μm以上)の気孔を有するセラミック多孔体は、プラスチックなどの樹脂材料や金属材料よりも耐熱性や耐腐食性が優れていることから、工業用砥石、工業用セラミック型、耐火物、焼成用セッター等を構成する部材として好ましく用いられている。また、近年では、液体あるいはガス透過性が高いことから、燃料電池用多孔質基材、セラミックフィルター、触媒担体等の機能性セラミックス部材としても活用が期待されている。   A ceramic porous body having pores with a large pore diameter (for example, 50 μm or more) is superior in heat resistance and corrosion resistance to resin materials such as plastics and metal materials. Therefore, industrial grindstones, industrial ceramic molds, refractories It is preferably used as a member constituting a setter for firing. In recent years, since liquid or gas permeability is high, it is expected to be used as a functional ceramic member such as a porous substrate for fuel cells, a ceramic filter, and a catalyst carrier.

従来、セラミック多孔体の製造には、高温で焼失する気孔形成材(例えばカーボン)をセラミック粉末に大量に添加し、所要の形状に成形した後、焼成処理することにより気孔形成材を焼失させて気孔を形成する方法が用いられている。また、気孔形成材を用いずに、セラミック粉末を低密度に加圧成形し、その成形体を焼結固化させることにより原料粉末同士の間隙を気孔として残存させる方法もある。これらのうち、最もシンプルでコストも安価であることから、セラミック粉末の低密度成形体を形成し、粒子間隙を気孔として残存させる方法がよく採用されている。この種のセラミック多孔体に関する従来技術としては特許文献1〜6が挙げられる。   Conventionally, in the production of a ceramic porous body, a large amount of pore forming material (for example, carbon) that burns down at high temperature is added to ceramic powder, and after molding into a required shape, the pore forming material is burned off by firing treatment. A method of forming pores is used. There is also a method in which the gap between the raw material powders remains as pores by press-molding ceramic powder at a low density without using a pore-forming material and sintering and solidifying the molded body. Among these, since it is the simplest and inexpensive, a method of forming a low-density molded body of ceramic powder and leaving the particle gaps as pores is often employed. Patent documents 1-6 are mentioned as conventional technology about this kind of ceramic porous body.

特開平06−1673号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-1673 特開平07−215777号公報JP 07-215777 A 特開2006−282419号公報JP 2006-282419 A 特開平08−12463号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-12463 特開平09−71482号公報JP 09-71482 A 特開平09−87704号公報JP 09-87704 A

ところで、大孔径(例えば50μm以上)の気孔を有するセラミック多孔体は、緻密質セラミックスや小気孔セラミック多孔体に比べて、その機械的強度が劣るため、従来、厚みを厚くして強度を一定レベルに高めたうえで使用されている。また、更なる強度向上を図るために、セラミック多孔体は、緻密質または孔径が相対的に小さい同種または異種の多孔質セラミック基材と接合(一体化)して使用される場合が多い。セラミック多孔体とセラミック基材とを一体化する方法としては、例えば、セラミック多孔体とセラミック基材とを焼成により一体焼結する方法が用いられている。   By the way, a ceramic porous body having pores with a large pore diameter (for example, 50 μm or more) is inferior in mechanical strength to dense ceramics or small pore ceramic porous bodies. It is used after being raised. In order to further improve the strength, the ceramic porous body is often used by being joined (integrated) with a dense or different kind of porous ceramic base material having a relatively small pore diameter. As a method for integrating the ceramic porous body and the ceramic base material, for example, a method of integrally sintering the ceramic porous body and the ceramic base material by firing is used.

しかしながら、緻密質または孔径が相対的に小さい同種または異種の多孔質セラミック基材上に、上述したような大孔径(例えば50μm以上)を有するセラミック多孔体を接合(一体焼結)しようとすると、両者の気孔径(ひいては焼成収縮率)が大きく異なるため、接合性が悪くなりがちである。そのため、焼結後の接合部の強度が低くなりやすく、接合部が小さな力で簡単に剥離するという問題があった。接合部の強度が不十分であると、接合部に耐圧性や耐荷重性が要求される用途(例えば工業用砥石、セラミックフィルター等)には実用化できないため好ましくない。   However, when a ceramic porous body having a large pore diameter (for example, 50 μm or more) as described above is to be joined (integrated sintering) on the same kind or different kind of porous ceramic substrate having a relatively small or small pore diameter, Since the pore diameters (and hence the firing shrinkage ratio) of the two are greatly different, the bondability tends to deteriorate. Therefore, there is a problem that the strength of the bonded portion after sintering tends to be low, and the bonded portion easily peels off with a small force. Insufficient strength at the joint is not preferable because it cannot be put into practical use (for example, industrial grindstones, ceramic filters, etc.) where the joint is required to have pressure resistance or load resistance.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、セラミック多孔体とセラミック基材とが剥離し難い、品質安定性に優れたセラミック接合体を製造することができるセラミック接合体の製造方法を提供することである。また、そのようなセラミック接合体の製造に好適に用いられるセラミック多孔体形成用組成物を提供することを他の目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and the main object of the present invention is to provide a ceramic joint capable of producing a ceramic joined body having excellent quality stability in which the ceramic porous body and the ceramic base material are not easily separated. It is to provide a body manufacturing method. Another object of the present invention is to provide a composition for forming a porous ceramic body that is suitably used for producing such a ceramic joined body.

本発明によると、セラミック基材の表面にセラミック多孔体が接合されたセラミック接合体(積層体)を製造する方法が提供される。この製造方法は、少なくともセラミック粉末と有機バインダと非水溶性有機溶剤と水とを含有しているセラミック多孔体形成用組成物を調製することを包含する。ここで、該組成物中における水の含有量は前記セラミック粉末と前記バインダと前記非水溶性有機溶剤との合計質量に対して1質量%〜50質量%に相当する量である。上記製造方法は、また、該組成物をセラミック基材の表面に塗工することを包含する。そして、その塗工物を焼成して上記セラミック基材の表面にセラミック多孔体が接合(一体焼結)されたセラミック接合体を得ることを包含する。   According to the present invention, there is provided a method for producing a ceramic joined body (laminated body) in which a ceramic porous body is joined to the surface of a ceramic substrate. This manufacturing method includes preparing a ceramic porous body-forming composition containing at least a ceramic powder, an organic binder, a water-insoluble organic solvent, and water. Here, the content of water in the composition is an amount corresponding to 1% by mass to 50% by mass with respect to the total mass of the ceramic powder, the binder, and the water-insoluble organic solvent. The manufacturing method also includes applying the composition to the surface of a ceramic substrate. Then, the coated product is fired to obtain a ceramic joined body in which a ceramic porous body is joined (sintered integrally) to the surface of the ceramic substrate.

本発明の製造方法によると、非水溶性有機溶剤と水とを含有しているセラミック多孔体形成用組成物を用いることにより、該組成物を被接合体であるセラミック基材に塗工した際に該組成物がセラミック基材に馴染みやすくなる。そのため、焼成後に得られたセラミック多孔体のセラミック基材への密着性(アンカー効果等が寄与する接合強度)が向上し、セラミック多孔体とセラミック基材とを強固に接合することができる。したがって、本発明によると、セラミック多孔体とセラミック基材とが剥離し難い、品質安定性に優れた(例えばセラミック多孔体とセラミック基材との剥離をより長時間に亘って阻止し得る)セラミック接合体を製造することができる。   According to the production method of the present invention, when a composition for forming a porous ceramic body containing a water-insoluble organic solvent and water is used, the composition is applied to a ceramic base material to be bonded. In addition, the composition is easily adapted to the ceramic substrate. For this reason, the adhesion of the ceramic porous body obtained after firing to the ceramic base material (joining strength contributed by the anchor effect or the like) is improved, and the ceramic porous body and the ceramic base material can be firmly joined. Therefore, according to the present invention, the ceramic porous body and the ceramic base material are difficult to be peeled off, and the ceramic is excellent in quality stability (for example, the peeling between the ceramic porous body and the ceramic base material can be prevented for a longer time). A joined body can be manufactured.

上記組成物中における水の含有量としては、セラミック粉末とバインダと非水溶性有機溶剤との合計質量に対し、概ね1質量%以上が適当であり、好ましくは5質量%以上であり、特に好ましくは20質量%以上である。かかる水含有量の組成物を用いることにより、セラミック基材との密着性の極めて大きいセラミック多孔体を形成することができる。水の含有量が少なすぎると、セラミック多孔体とセラミック基材との密着性(アンカー効果等が寄与する接合強度)が不足し、該セラミック多孔体が部分的にセラミック基材から浮き上がったり剥落しやすくなったりすることがある。その一方、水の含有量が多すぎると、有機溶剤と水とが相分離するため、上述した効果が適切に発揮されない場合がある。   The content of water in the composition is generally about 1% by mass or more, preferably 5% by mass or more, particularly preferably based on the total mass of the ceramic powder, the binder, and the water-insoluble organic solvent. Is 20% by mass or more. By using the composition having such a water content, a ceramic porous body having extremely high adhesion to the ceramic substrate can be formed. If the water content is too low, the adhesion between the ceramic porous body and the ceramic substrate (bonding strength contributed by the anchor effect, etc.) will be insufficient, and the ceramic porous body will partially lift or peel off from the ceramic substrate. It may be easier. On the other hand, if the content of water is too large, the organic solvent and water are phase-separated, and thus the above-described effects may not be exhibited properly.

ここに開示される好ましい一態様では、上記組成物中における上記非水溶性有機溶剤と上記水との混合比率は、質量比で有機溶剤:水=95:5〜30:70の範囲が好ましく、90:10〜40:60がより好ましく、80:20〜50:50が特に好ましい。有機溶剤:水=95:5よりも水が少なくなると、水の含有による性能向上効果(セラミック多孔体とセラミック基材との密着性向上効果)が不十分になる場合があり、その一方で、有機溶剤:水=30:70よりも水が多くなると、有機溶剤と水とが相分離するため、上述した効果が適切に発揮されない場合がある。   In a preferred embodiment disclosed herein, the mixing ratio of the water-insoluble organic solvent and the water in the composition is preferably in the range of organic solvent: water = 95: 5 to 30:70 by mass ratio, 90:10 to 40:60 is more preferable, and 80:20 to 50:50 is particularly preferable. When the amount of water is less than organic solvent: water = 95: 5, the performance improvement effect (adhesion improvement effect between the ceramic porous body and the ceramic base material) due to the inclusion of water may be insufficient, When the amount of water is larger than organic solvent: water = 30: 70, the organic solvent and water are phase-separated, and thus the above-described effects may not be exhibited properly.

ここに開示されるセラミック接合体製造方法の好ましい一態様では、上記セラミック多孔体の水銀圧入法に基づく平均細孔径が、50μm〜200μmである。ここに開示されるセラミック多孔体形成用組成物を用いることによるセラミック多孔体とセラミック基材との接合強度の向上については、上述したような大孔径(例えば50μm以上)を有するセラミック多孔体をセラミック基材上に接合(一体焼結)する場合に特に有効に発揮され得る。   In a preferred embodiment of the method for producing a ceramic joined body disclosed herein, an average pore diameter based on a mercury intrusion method of the ceramic porous body is 50 μm to 200 μm. Regarding the improvement of the bonding strength between the ceramic porous body and the ceramic substrate by using the ceramic porous body forming composition disclosed herein, the ceramic porous body having a large pore diameter (for example, 50 μm or more) as described above is ceramic. This is particularly effective when joining (integrated sintering) on a substrate.

ここに開示されるセラミック接合体製造方法の好ましい一態様では、上記セラミック基材は、緻密質または上記セラミック多孔体より平均細孔径が相対的に小さい(例えば平均細孔径1μm以下の)多孔質セラミック基材である。ここに開示されるセラミック多孔体形成用組成物を用いることによるセラミック多孔体とセラミック基材との接合強度の向上については、上記のような緻密質または孔径が相対的に小さい多孔質セラミック基材上に、上述したような大孔径(例えば50μm以上)を有するセラミック多孔体を接合(一体焼結)する場合に特に有効に発揮され得る。   In a preferred embodiment of the method for producing a ceramic joined body disclosed herein, the ceramic substrate is dense or porous ceramic having an average pore diameter relatively smaller than that of the ceramic porous body (for example, an average pore diameter of 1 μm or less). It is a substrate. Regarding the improvement of the bonding strength between the ceramic porous body and the ceramic base material by using the ceramic porous body forming composition disclosed herein, the porous ceramic base material as described above is relatively dense or has a relatively small pore diameter. On the other hand, it can be exhibited particularly effectively when the ceramic porous body having the large pore diameter (for example, 50 μm or more) as described above is joined (integrated sintering).

ここに開示されるセラミック接合体製造方法の好ましい一態様では、上記セラミック基材と上記セラミック多孔体とが同種の材料により構成されている。このような同種の材料により構成されたセラミック基材を用いることにより、セラミック多孔体とセラミック基材との間でアンカー効果がより確実に発揮されて、十分な接合強度を確保することができる。   In a preferred aspect of the ceramic joined body manufacturing method disclosed herein, the ceramic base material and the ceramic porous body are made of the same kind of material. By using such a ceramic substrate made of the same type of material, the anchor effect is more reliably exhibited between the ceramic porous body and the ceramic substrate, and sufficient bonding strength can be ensured.

ここに開示されるセラミック接合体製造方法の好ましい一態様では、上記塗工物の焼成は、最高焼成温度が600℃〜900℃となるように行われる。このことによって、セラミック多孔体とセラミック基材とが強固に一体焼結(接合)されたセラミック接合体を得ることができる。したがって、セラミック接合体に所要の耐久性が確保され、セラミック接合体の性能が安定する。   In a preferred embodiment of the method for producing a ceramic joined body disclosed herein, the coated product is fired such that the maximum firing temperature is 600 ° C to 900 ° C. As a result, a ceramic joined body in which the ceramic porous body and the ceramic base material are strongly integrally sintered (joined) can be obtained. Therefore, required durability is ensured for the ceramic joined body, and the performance of the ceramic joined body is stabilized.

ここに開示されるセラミック接合体製造方法の好ましい一態様では、上記セラミック多孔体の平均厚さが、100μm以上である。セラミック多孔体を100μm以上の厚膜に形成する構成は、セラミック多孔体の機械的強度および耐久性を高めるのに有利である一方で、セラミック多孔体を100μm以上の厚膜に形成しようとすると、セラミック多孔体とセラミック基材との密着性(アンカー効果等が寄与する接合強度)が不足し、該セラミック多孔体が部分的にセラミック基材から浮き上がったり剥落しやすくなったりすることがある。ここに開示される製造方法によると、上記のようにセラミック多孔体を100μm以上の厚膜に形成する場合でも、セラミック多孔体とセラミック基材とを強固に接合することができ、セラミック多孔体とセラミック基材との剥離をより長時間に亘って阻止し得る。   In a preferred embodiment of the method for producing a ceramic joined body disclosed herein, the average thickness of the ceramic porous body is 100 μm or more. While the configuration in which the ceramic porous body is formed into a thick film of 100 μm or more is advantageous for increasing the mechanical strength and durability of the ceramic porous body, when attempting to form the ceramic porous body into a thick film of 100 μm or more, Adhesion between the ceramic porous body and the ceramic base material (bonding strength contributed by the anchor effect or the like) may be insufficient, and the ceramic porous body may partially float or peel off from the ceramic base material. According to the manufacturing method disclosed herein, even when the ceramic porous body is formed into a thick film of 100 μm or more as described above, the ceramic porous body and the ceramic base material can be firmly bonded. Peeling from the ceramic substrate can be prevented for a longer time.

ここに開示されるセラミック接合体製造方法の好ましい一態様では、上記組成物の塗工は、凹版印刷により行われる。凹版印刷を使用してセラミック多孔体をセラミック基材上に形成しようとすると、セラミック多孔体とセラミック基材との密着性が弱く、セラミック多孔体がセラミック基材から剥落しやすくなることから、本発明を適用することが特に有用である。   In a preferred embodiment of the method for producing a ceramic joined body disclosed herein, the coating of the composition is performed by intaglio printing. If an attempt is made to form a ceramic porous body on a ceramic substrate using intaglio printing, the adhesion between the ceramic porous body and the ceramic substrate is weak, and the ceramic porous body tends to peel off from the ceramic substrate. It is particularly useful to apply the invention.

本発明によると、また、ここで開示されるセラミック接合体製造方法に好適に用いられるセラミック多孔体形成用組成物が提供される。すなわち、セラミック基材の表面に塗工して用いられるセラミック多孔体形成用組成物であって、少なくともセラミック粉末と有機バインダと水とを非水溶性有機溶剤中に含有している。そして、上記水の含有量が、上記セラミック粉末と上記バインダと上記非水溶性有機溶剤との合計質量に対して1質量%〜50質量%に相当する量である。このようなセラミック多孔体形成用組成物を用いれば、セラミック基材の表面に強固に接合(一体焼結)されたセラミック多孔体を形成することができる。したがって、セラミック多孔体とセラミック基材とが剥離し難い、品質安定性に優れたセラミック接合体を製造することができる。   According to the present invention, there is also provided a ceramic porous body-forming composition that is suitably used in the method for producing a ceramic joined body disclosed herein. That is, it is a composition for forming a porous ceramic body that is used by being applied to the surface of a ceramic substrate, and contains at least ceramic powder, an organic binder, and water in a water-insoluble organic solvent. And the content of the water is an amount corresponding to 1% by mass to 50% by mass with respect to the total mass of the ceramic powder, the binder, and the water-insoluble organic solvent. By using such a composition for forming a ceramic porous body, a ceramic porous body that is firmly bonded (integrated and sintered) to the surface of the ceramic substrate can be formed. Therefore, it is possible to produce a ceramic joined body that is difficult to peel off from the ceramic porous body and the ceramic base material and has excellent quality stability.

ここに開示されるセラミック多孔体形成用組成物の好ましい一態様では、上記セラミック粉末のレーザ散乱法に基づく平均粒径が50μm以上(例えば50μm〜200μm)である。平均粒径が50μm以上のセラミック粉末を用いることにより、焼成後においても粉末同士の間隙を気孔として有効に残存させることができる。このため、セラミック多孔体の孔径および気孔率をより効果的に大きくすることができる。なお、セラミック粉末の材料としては特に限定がなく、例えば金属の酸化物、炭化物、窒化物等の種々のセラミック粉末を採用することができる。例えば、アルミナまたはシリカを主体として構成されたセラミック粉末を好ましく使用することができる。ここでいう「主体とする」とは、セラミック粉末全体の50質量%以上(好ましくは75質量%以上、より好ましくは80質量%〜100質量%)がアルミナまたはシリカであることを意味する。   In a preferred embodiment of the ceramic porous body forming composition disclosed herein, the ceramic powder has an average particle size based on a laser scattering method of 50 μm or more (for example, 50 μm to 200 μm). By using ceramic powder having an average particle size of 50 μm or more, gaps between the powders can be effectively left as pores even after firing. For this reason, the pore diameter and porosity of the ceramic porous body can be increased more effectively. The material of the ceramic powder is not particularly limited, and various ceramic powders such as metal oxides, carbides, and nitrides can be employed. For example, a ceramic powder mainly composed of alumina or silica can be preferably used. “Mainly” as used herein means that 50% by mass or more (preferably 75% by mass or more, more preferably 80% by mass to 100% by mass) of the entire ceramic powder is alumina or silica.

ここに開示される組成物に用いられる非水溶性有機溶剤としては、水に不溶かあるいは難溶であればいずれの有機溶剤を用いても構わないが、セラミック粉末と有機バインダとを良好に分散させて混合できるものであることが好ましい。また、水との相溶を抑制する観点からは、25℃における水への溶解度が15(g/100ml)以下のものであることが好ましく、10(g/100ml)以下のものであることが特に好ましい。そのような有機溶剤としては、例えば、イソブチルアルコール(IBA)、1‐ブタノール、2‐ブタノール、tert‐ブチルアルコール、1‐ペンタノール、2‐ペンタノール、3‐ペンタノール、等の炭素数が4以上(好ましくは4〜10)のアルコール系溶剤が挙げられる。   As the water-insoluble organic solvent used in the composition disclosed herein, any organic solvent may be used as long as it is insoluble or hardly soluble in water, but the ceramic powder and the organic binder are well dispersed. It is preferable that they can be mixed. From the viewpoint of suppressing the compatibility with water, the solubility in water at 25 ° C. is preferably 15 (g / 100 ml) or less, and preferably 10 (g / 100 ml) or less. Particularly preferred. Examples of such an organic solvent include 4 carbon atoms such as isobutyl alcohol (IBA), 1-butanol, 2-butanol, tert-butyl alcohol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, and the like. The above-mentioned (preferably 4-10) alcohol solvent is mentioned.

本発明の一実施形態に係るセラミック接合体を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the ceramic joined body which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るセラミック接合体製造方法の製造フローを示す図である。It is a figure which shows the manufacture flow of the ceramic joined body manufacturing method which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一試験例に係るセラミック接合体の剥離面を示すSEM像である。It is a SEM image which shows the peeling surface of the ceramic joined body which concerns on one test example of this invention. 本発明の一試験例に係るセラミック接合体の剥離面を示すSEM像である。It is a SEM image which shows the peeling surface of the ceramic joined body which concerns on one test example of this invention. 本発明の一試験例に係るセラミック接合体の剥離面を示すSEM像である。It is a SEM image which shows the peeling surface of the ceramic joined body which concerns on one test example of this invention.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項(例えば、セラミック接合体の製造方法及び該製造方法に用いられるセラミック多孔体形成用組成物)以外の事項であって本発明の実施に必要な事柄(セラミック原料粉末の合成方法など)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. In addition, matters other than matters particularly mentioned in the present specification (for example, a method for producing a ceramic joined body and a composition for forming a ceramic porous body used in the production method) and matters necessary for carrying out the present invention (Such as a method for synthesizing the ceramic raw material powder) can be grasped as a design matter of those skilled in the art based on the prior art in the field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.

図1を参照しつつ本実施形態に係るセラミック接合体について説明する。図1は、セラミック接合体30を模式的に示す断面図である。本実施形態に係るセラミック接合体30は、図1に示すように、セラミック多孔体10と所定のセラミック基材20とが焼成により一体焼結(接合)されて形成されている。   The ceramic joined body according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a ceramic joined body 30. As shown in FIG. 1, the ceramic joined body 30 according to the present embodiment is formed by integrally sintering (joining) the ceramic porous body 10 and a predetermined ceramic base material 20 by firing.

セラミック多孔体10を構成し得る材料としては、従来から、焼結によってセラミック多孔体を製造するのに用いられているものであれば特に制限なく用いることができる。例えば、金属の酸化物、炭化物、窒化物等の種々のセラミック粉末を採用することができる。例えば、α−アルミナ、γ−アルミナ、シリカ、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、チタニア、カルシア、各種ゼオライト等のセラミック材料を好ましく使用することができる。また、これらの複合物または混合物から形成されたセラミック材料であってもよい。   Any material that can be used to form the ceramic porous body 10 can be used without particular limitation as long as it is conventionally used to produce a ceramic porous body by sintering. For example, various ceramic powders such as metal oxides, carbides, and nitrides can be employed. For example, ceramic materials such as α-alumina, γ-alumina, silica, zirconia, silicon nitride, silicon carbide, titania, calcia, and various zeolites can be preferably used. Moreover, the ceramic material formed from these composites or a mixture may be sufficient.

セラミック多孔体10の水銀圧入法に基づく気孔率としては、概ね10%〜60%の範囲であり、好ましくは30%〜40%の範囲である。また、平均細孔径(水銀圧入法に基づく。)が概ね50μm〜200μmの範囲であり、好ましくは60μm〜150μmであり、特に好ましくは80μm〜120μmである。このような気孔径が大きく、かつ気孔率が大きいセラミック多孔体は、工業用砥石やセラミックフィルター等の用途として好適に用いることができる。セラミック多孔体10の厚さは、用途に応じて適宜厚さを決定することができるが、通常は概ね100μm〜1000μmであり、好ましくは100μm〜500μmであり、特に好ましくは100μm〜400μmである。セラミック多孔体10の厚みが上記所定の範囲内であると、セラミック多孔体10の機械的強度および耐久性を十分に確保することができる。   The porosity of the ceramic porous body 10 based on the mercury intrusion method is generally in the range of 10% to 60%, and preferably in the range of 30% to 40%. The average pore diameter (based on the mercury intrusion method) is generally in the range of 50 μm to 200 μm, preferably 60 μm to 150 μm, particularly preferably 80 μm to 120 μm. Such a ceramic porous body having a large pore diameter and a large porosity can be suitably used for applications such as industrial grindstones and ceramic filters. Although the thickness of the ceramic porous body 10 can be determined as appropriate according to the application, it is generally about 100 μm to 1000 μm, preferably 100 μm to 500 μm, and particularly preferably 100 μm to 400 μm. When the thickness of the ceramic porous body 10 is within the predetermined range, the mechanical strength and durability of the ceramic porous body 10 can be sufficiently secured.

セラミック基材20を構成し得る材料としては、従来から、焼結によってセラミック多孔体と接合(一体焼結)されるのに用いられているものであれば特に制限なく使用することができる。例えば、α−アルミナ、γ−アルミナ、シリカ、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、チタニア、カルシア、各種ゼオライト等のセラミック材料を好ましく使用することができる。また、これらの複合物または混合物から形成されたセラミック材料であってもよい。セラミック多孔体10との接合性を良好にする観点からは、セラミック多孔体と同種の材料であることが望ましい。   Any material that can be used to form the ceramic substrate 20 can be used without particular limitation as long as it has been conventionally used for joining (integrated sintering) to a ceramic porous body by sintering. For example, ceramic materials such as α-alumina, γ-alumina, silica, zirconia, silicon nitride, silicon carbide, titania, calcia, and various zeolites can be preferably used. Moreover, the ceramic material formed from these composites or a mixture may be sufficient. From the viewpoint of improving the bonding property with the ceramic porous body 10, it is desirable that the material is the same type as the ceramic porous body.

セラミック基材20は緻密質でも多孔質でも構わないが、セラミック基材20の孔径は、セラミック多孔体10の孔径よりも小さいことが好ましい。例えば、平均細孔径が10μm以下(例えば0.1μm〜10μm)のセラミック基材の使用が好ましく、より好ましくは5μm以下(例えば0.1μm〜5μm)であり、特に好ましくは1μm以下(例えば0.1μm〜1μm)である。また、気孔率としては、概ね20%以下であり、好ましくは5%以下である。このような孔径および気孔率が相対的小さいセラミック基材20上に、上述したような大孔径(例えば50μm以上)を有するセラミック多孔体10を接合することにより、セラミック多孔体10の機械的強度を補強することができる。したがって、セラミック構造材や機能性セラミック等の用途において、高強度化した多孔体部材として好適に使用することができる。   The ceramic substrate 20 may be dense or porous, but the pore diameter of the ceramic substrate 20 is preferably smaller than the pore diameter of the ceramic porous body 10. For example, it is preferable to use a ceramic substrate having an average pore size of 10 μm or less (for example, 0.1 μm to 10 μm), more preferably 5 μm or less (for example, 0.1 μm to 5 μm), and particularly preferably 1 μm or less (for example, 0.1 μm or less). 1 μm to 1 μm). The porosity is generally 20% or less, preferably 5% or less. By bonding the ceramic porous body 10 having the large pore diameter (for example, 50 μm or more) as described above to the ceramic base material 20 having a relatively small pore diameter and porosity, the mechanical strength of the ceramic porous body 10 is increased. Can be reinforced. Therefore, in applications such as ceramic structural materials and functional ceramics, it can be suitably used as a highly porous member.

続いて、図2を加えて、本実施形態に係るセラミック接合体30の製造方法について説明する。図2は、セラミック接合体30の製造フローを示す図である。   Subsequently, with reference to FIG. 2, a method for manufacturing the ceramic joined body 30 according to the present embodiment will be described. FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing flow of the ceramic joined body 30.

本実施形態に係るセラミック接合体30は、図2に示すように、組成物調製工程(ステップS10)と塗工工程(ステップS20)と焼成工程(ステップS30)を経て製造することができる。組成物調製工程には、少なくともセラミック粉末と有機バインダと非水溶性有機溶剤と水とを含有しているセラミック多孔体形成用組成物を調製することが含まれる。ここで、該組成物中における水の含有量は上記セラミック粉末と上記バインダと上記非水溶性有機溶剤との合計質量に対して1質量%〜50質量%に相当する量である。また、塗工工程には、該組成物を上記セラミック基材の表面に塗工することが含まれる。さらに、焼成工程には、その塗工物を焼成して上記セラミック基材の表面にセラミック多孔体が接合(一体焼結)されたセラミック接合体を得ることが含まれる。以下、各工程を詳細に説明する。   As shown in FIG. 2, the ceramic joined body 30 according to the present embodiment can be manufactured through a composition preparation step (step S10), a coating step (step S20), and a firing step (step S30). The composition preparation step includes preparing a ceramic porous body forming composition containing at least a ceramic powder, an organic binder, a water-insoluble organic solvent, and water. Here, the content of water in the composition is an amount corresponding to 1% by mass to 50% by mass with respect to the total mass of the ceramic powder, the binder, and the water-insoluble organic solvent. In addition, the coating step includes coating the composition on the surface of the ceramic substrate. Further, the firing step includes firing the coated material to obtain a ceramic joined body in which a ceramic porous body is joined (integratedly sintered) to the surface of the ceramic substrate. Hereinafter, each process will be described in detail.

<組成物調製工程>
組成物調製工程では、少なくともセラミック粉末と有機バインダと水とが非水溶性有機溶剤中に分散されてなるセラミック多孔体形成用組成物を調製する。
<Composition preparation process>
In the composition preparation step, a ceramic porous body forming composition is prepared in which at least ceramic powder, an organic binder, and water are dispersed in a water-insoluble organic solvent.

<セラミック粉末>
使用するセラミック粉末としては、前述したセラミック多孔体10を構成する材料からなる粉末を特に制限なく用いることができる。使用するセラミック粉末の形状(外形)は特に限定されず、球形又はそれに近い形状のみならず、例えばロールミルがけやスタンプミルがけによって調製された不規則形状の粒子の集合物である粉末も好適に使用することができる。焼成時の緻密化(セラミック粒子の移動)を抑制する観点から、不規則形状(例えば針状または板状)のセラミック粉末を好ましく使用し得る。
<Ceramic powder>
As the ceramic powder to be used, the powder made of the material constituting the ceramic porous body 10 described above can be used without particular limitation. The shape (outer shape) of the ceramic powder to be used is not particularly limited, and not only a spherical shape or a shape close thereto, but also a powder that is an aggregate of irregularly shaped particles prepared by, for example, roll milling or stamp milling is also preferably used. can do. From the viewpoint of suppressing densification (migration of ceramic particles) during firing, an irregularly shaped (for example, needle-like or plate-like) ceramic powder can be preferably used.

かかるセラミック粉末としては、平均粒径(レーザ散乱法に基づく)が概ね50μm〜200μmのものが適当であり、また平均粒径が50μm〜150μmであるものが好適であり、60μm〜120μmであるものがさらに好ましく、80μm〜100μmであるものが特に好ましい。平均粒径が50μm以上のセラミック粉末を用いることにより、焼成後においても粉末同士の間隙を気孔として有効に残存させることができる。このため、セラミック構造材(例えば工業用砥石)や機能性セラミック(例えば燃料電池用多孔質基材、セラミックフィルター、触媒担体)の用途として好適な孔径の細孔に富むセラミック多孔体を製造することができる。その一方、平均粒径が200μmよりも大きすぎると、製造されるセラミック多孔体の孔径及び気孔率が大きくなりすぎるため、機械的強度及び耐久性が低下傾向になる場合がある。高気孔率化と機械的強度とを両立させる観点では、概ね50μm〜200μm(好ましくは50μm〜100μm)が適当である。上記組成物中に占めるセラミック粉末の割合としては、概ね10質量%〜90質量%であり、好ましくは50質量%〜80質量%である。   As such ceramic powder, those having an average particle diameter (based on the laser scattering method) of approximately 50 μm to 200 μm are suitable, those having an average particle diameter of 50 μm to 150 μm are suitable, and those having an average particle diameter of 60 μm to 120 μm. Are more preferable, and those having a thickness of 80 μm to 100 μm are particularly preferable. By using ceramic powder having an average particle size of 50 μm or more, gaps between the powders can be effectively left as pores even after firing. For this reason, a ceramic porous body rich in pores having a pore size suitable for applications of ceramic structural materials (for example, industrial grindstones) and functional ceramics (for example, porous substrates for fuel cells, ceramic filters, catalyst carriers) is manufactured. Can do. On the other hand, if the average particle size is too larger than 200 μm, the pore size and porosity of the produced ceramic porous body will be too large, and the mechanical strength and durability may tend to decrease. From the viewpoint of achieving both high porosity and mechanical strength, approximately 50 μm to 200 μm (preferably 50 μm to 100 μm) is appropriate. The ratio of the ceramic powder in the composition is generally 10% by mass to 90% by mass, and preferably 50% by mass to 80% by mass.

<有機バインダ>
上記有機バインダは、上記セラミック粉末を結合して形状を保持するためのものであり、該有機バインダを構成する材料自体は、従来公知のセラミック多孔体の製造に用いられるものと同様の材料であり得る。例えば、エチルセルロース、ニトロセルロース等のセルロース系樹脂や、メチルメタクリレート等のアクリル系樹脂が使用される。あるいは、ポリビニルブチラール系、ポリビニルアルコール系、アクリル‐スチレン系、ポリプロピレンカーボネート系、セルロース系等の単独重合体または共重合体を用いてもよい。中でも、焼成工程での分解、揮発性を考慮すると、エチルセルロース等のセルロース系バインダの使用がより好ましい。これらのバインダは一種を用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。上記組成物中に占めるバインダの割合としては、概ね0.1質量%〜5質量%であり、好ましくは0.5質量%〜1.5質量%である。
<Organic binder>
The organic binder is for bonding the ceramic powder to maintain the shape, and the material constituting the organic binder is the same material as that used for manufacturing a conventionally known ceramic porous body. obtain. For example, cellulose resins such as ethyl cellulose and nitrocellulose, and acrylic resins such as methyl methacrylate are used. Alternatively, homopolymers or copolymers such as polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, acrylic-styrene, polypropylene carbonate, and cellulose may be used. Among these, in consideration of decomposition and volatility in the firing step, it is more preferable to use a cellulose binder such as ethyl cellulose. These binders may be used alone or in combination of two or more. As a ratio of the binder in the said composition, it is 0.1 mass%-5 mass% in general, Preferably it is 0.5 mass%-1.5 mass%.

<非水溶性有機溶剤>
上記非水溶性有機溶剤としては、水に不溶かあるいは難溶であればいずれの有機溶剤を用いても構わないが、上述したセラミック粉末と有機バインダとを良好に分散させて混合できるものであることが好ましい。また、有機溶剤と水との相溶を適切に抑制する観点からは、25℃における水への溶解度が15(g/100ml)以下のものであることが好ましく、10(g/100ml)以下のものであることが特に好ましい。そのような有機溶剤としては、イソブチルアルコール(IBA)、1‐ブタノール、2‐ブタノール、tert‐ブチルアルコール、1‐ペンタノール、2‐ペンタノール、3‐ペンタノール、等の炭素数が4以上(好ましくは4〜10)のアルコール系溶剤が挙げられる。中でもイソブチルアルコール(IBA)の使用が好ましい。あるいは、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、ジエチルベンゼン、スチレン等の芳香族炭化水素系溶剤、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素系溶剤、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル等のエーテル系溶剤を使用することもできる。これらの有機溶剤は一種を単独で用いてもよく二種以上を組み合わせて用いてもよい。二種以上を組み合わせて用いる場合は、混合液が単一の連続する相を形成することが好ましい。上記組成物中に占める非水溶性有機溶剤の割合としては、概ね50質量%〜95質量%であり、好ましくは75質量%〜95質量%である。
<Water-insoluble organic solvent>
As the water-insoluble organic solvent, any organic solvent may be used as long as it is insoluble or hardly soluble in water. However, the ceramic powder and the organic binder described above can be well dispersed and mixed. It is preferable. From the viewpoint of appropriately suppressing the compatibility between the organic solvent and water, the solubility in water at 25 ° C. is preferably 15 (g / 100 ml) or less, and preferably 10 (g / 100 ml) or less. It is particularly preferable that Examples of such organic solvents include isobutyl alcohol (IBA), 1-butanol, 2-butanol, tert-butyl alcohol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, and the like having 4 or more carbon atoms ( Preferably, an alcohol solvent of 4 to 10) is used. Of these, the use of isobutyl alcohol (IBA) is preferred. Or, aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, diethylbenzene, and styrene, aliphatic hydrocarbon solvents such as hexane, heptane, and octane, and ether solvents such as dimethyl ether, diethyl ether, and methyl ethyl ether. It can also be used. These organic solvents may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types. When using in combination of 2 or more types, it is preferable that a liquid mixture forms a single continuous phase. The proportion of the water-insoluble organic solvent in the composition is generally 50% by mass to 95% by mass, and preferably 75% by mass to 95% by mass.

<水の含有量>
本実施形態のセラミック多孔体形成用組成物は、上述したセラミック粉末、有機バインダ、及び非水溶性有機溶剤のほかに、さらに所定量の水を含有する。上記組成物中における水の含有量としては、セラミック粉末とバインダと非水溶性有機溶剤との合計質量に対し、概ね1質量%〜50質量%に相当する量が適当であり、好ましくは5質量%〜50質量%であり、特に好ましくは20質量%〜50質量%である。かかる水含有量の組成物によると、該組成物をセラミック基材に塗工した際、組成物がセラミック基材に馴染みやすくなるため、焼成後に得られたセラミック多孔体のセラミック基材への密着性(アンカー効果等が寄与する接合強度)を向上することができる。水の含有量が少なすぎると、セラミック多孔体とセラミック基材との密着性(アンカー効果等が寄与する接合強度)が不足し、該セラミック多孔体が部分的にセラミック基材から浮き上がったり剥落しやすくなったりすることがある。その一方、水の含有量が多すぎると、有機溶剤と水とが相分離するため、上述した効果が適切に発揮されない場合がある。有機溶剤と水との相分離を抑制する観点からは、水の含有量が概ね50質量%以下であり、好ましくは40質量%以下であり、特に好ましくは25質量%以下である。
<Water content>
The composition for forming a ceramic porous body according to the present embodiment further contains a predetermined amount of water in addition to the above-described ceramic powder, organic binder, and water-insoluble organic solvent. The content of water in the composition is appropriately about 1% by mass to 50% by mass, preferably 5% by mass with respect to the total mass of the ceramic powder, the binder and the water-insoluble organic solvent. % To 50% by mass, particularly preferably 20% to 50% by mass. According to the composition having such a water content, when the composition is applied to the ceramic substrate, the composition is easily adapted to the ceramic substrate, so that the ceramic porous body obtained after firing adheres to the ceramic substrate. (Bonding strength contributed by anchor effect and the like) can be improved. If the water content is too low, the adhesion between the ceramic porous body and the ceramic substrate (bonding strength contributed by the anchor effect, etc.) will be insufficient, and the ceramic porous body will partially lift or peel off from the ceramic substrate. It may be easier. On the other hand, if the content of water is too large, the organic solvent and water are phase-separated, and thus the above-described effects may not be exhibited properly. From the viewpoint of suppressing phase separation between the organic solvent and water, the water content is generally 50% by mass or less, preferably 40% by mass or less, and particularly preferably 25% by mass or less.

ここに開示される好ましい一態様では、上記組成物中における非水溶性有機溶剤と水との混合比率は、質量比で有機溶剤:水=95:5〜30:70の範囲が好ましく、90:10〜40:60がより好ましく、80:20〜50:50が特に好ましい。有機溶剤:水=95:5よりも水が少なくなると、水の含有による性能向上効果(セラミック多孔体とセラミック基材との密着性向上効果)が不十分になる場合があり、その一方で、有機溶剤:水=30:70よりも水が多くなると、有機溶剤と水とが相分離するため、上述した効果が適切に発揮されない場合がある。   In a preferred embodiment disclosed herein, the mixing ratio of the water-insoluble organic solvent and water in the composition is preferably in the range of organic solvent: water = 95: 5 to 30:70 by mass ratio, 90: 10:40:60 is more preferable, and 80: 20-50: 50 is particularly preferable. When the amount of water is less than organic solvent: water = 95: 5, the performance improvement effect (adhesion improvement effect between the ceramic porous body and the ceramic base material) due to the inclusion of water may be insufficient, When the amount of water is larger than organic solvent: water = 30: 70, the organic solvent and water are phase-separated, and thus the above-described effects may not be exhibited properly.

<その他の成分>
上記セラミック多孔体形成用組成物には、本発明の効果を奏する限りにおいて、上述したセラミック粉末、有機バインダ、非水溶性有機溶剤、及び水の他に、一般的なセラミック多孔体の製造において使用され得る一種または二種以上の材料を必要に応じて含有することができる。例えば、多孔質構造を安定化させたりする目的のために、種々の焼結助剤、可塑剤及び分散剤等、又は従来公知のいずれの添加剤を適宜添加することができる。
<Other ingredients>
The ceramic porous body-forming composition is used in the production of general ceramic porous bodies in addition to the above-described ceramic powder, organic binder, water-insoluble organic solvent, and water as long as the effects of the present invention are exhibited. One or more materials that can be made can be included as required. For example, for the purpose of stabilizing the porous structure, various sintering aids, plasticizers, dispersants, etc., or any conventionally known additive can be added as appropriate.

<混練>
これらの各種成分の混合(混練)は、ボールミル、ホモディスパー、ジェットミル、超音波分散機、プラネタリーミキサー等の一般的な混練手段を用いて行うことができる。特に限定するものではないが、セラミック粉末と有機バインダと非水溶性有機溶剤と水とを混合する場合、水の添加に先立って、まず、セラミック粉末と有機バインダと非水溶性有機溶剤とを混合し、ボールミル等を用いてよく混練する。次いで、得られた混練物に水を加えて再度混練を行うとよい。このように水を後入れすることにより、セラミック粉末とバインダと水とが均一に分散したセラミック多孔体形成用組成物を調製することができる。好ましくは、上記混練物が白濁化(エマルション化)するように、上記混練条件(混練速度、混練時間など)を設定するとよい。
<Kneading>
These various components can be mixed (kneaded) using a general kneading means such as a ball mill, a homodisper, a jet mill, an ultrasonic disperser, or a planetary mixer. Although not particularly limited, when mixing ceramic powder, organic binder, water-insoluble organic solvent and water, first mix the ceramic powder, organic binder and water-insoluble organic solvent before adding water. And knead well using a ball mill or the like. Next, it is preferable to add water to the obtained kneaded product and knead again. By adding water in this way, it is possible to prepare a ceramic porous body forming composition in which ceramic powder, a binder, and water are uniformly dispersed. Preferably, the kneading conditions (kneading speed, kneading time, etc.) are set so that the kneaded product becomes clouded (emulsified).

<塗工工程>
このようにしてセラミック多孔体形成用組成物を調製したら、該組成物をセラミック基材の表面に塗工する。上記組成物をセラミック基材の表面に塗工する操作は、従来の一般的な塗工手段やセラミック材の成形手段を特に限定することなく使用することができる。例えば、適当な塗工手段(例えば凹版印刷法)を適用して、上記セラミック基材の一方の面に所定量の上記組成物を均一な厚さにコーティングすることにより塗工され得る。その際、非水溶性有機溶剤と水とを含有させたセラミック多孔体形成用組成物を用いることにより、該組成物をセラミック基材に塗工した際に該組成物がセラミック基材に馴染みやすくなる。そのため、該組成物がセラミック基材の表面上で弾かれることなく、均一な厚さに安定して塗工することができる。他に公知の塗布手段として、メタルマスク印刷法、スクリーン印刷法、ディップコーティング法、スピンコーティング法、ドクターブレード法、などがあり、これらにも適用することができる。
<Coating process>
When the composition for forming a ceramic porous body is thus prepared, the composition is applied to the surface of the ceramic substrate. The operation of applying the composition to the surface of the ceramic substrate can be used without any particular limitation on conventional general coating means and ceramic material forming means. For example, it can be applied by applying an appropriate coating means (for example, intaglio printing method) and coating a predetermined amount of the composition to a uniform thickness on one surface of the ceramic substrate. At that time, by using a ceramic porous body-forming composition containing a water-insoluble organic solvent and water, the composition can be easily adapted to the ceramic substrate when the composition is applied to the ceramic substrate. Become. Therefore, the composition can be stably applied to a uniform thickness without being repelled on the surface of the ceramic substrate. Other known coating means include a metal mask printing method, a screen printing method, a dip coating method, a spin coating method, a doctor blade method, and the like, and these can also be applied.

<焼成工程>
このようにして上記組成物をセラミック基材の表面に塗工したら、その塗工物を大気中で焼成して、セラミック基材の表面にセラミック多孔体が接合(一体焼結)されたセラミック接合体を得る(ステップS30)。ここに開示されるセラミック接合体の製造方法では、上記塗工物の焼成は、最高焼成温度が600℃〜900℃となるように行われる。このことによって、セラミック多孔体とセラミック基材とが強固に一体焼結(接合)されたセラミック接合体を得ることができる。したがって、セラミック接合体に所要の耐久性が確保され、セラミック接合体の性能が安定する。
<Baking process>
When the composition is applied to the surface of the ceramic substrate in this way, the coated material is fired in the air, and the ceramic porous body is bonded (integrated sintered) to the surface of the ceramic substrate. A body is obtained (step S30). In the method for manufacturing a ceramic joined body disclosed herein, the coated product is fired so that the maximum firing temperature is 600 ° C to 900 ° C. As a result, a ceramic joined body in which the ceramic porous body and the ceramic base material are strongly integrally sintered (joined) can be obtained. Therefore, required durability is ensured for the ceramic joined body, and the performance of the ceramic joined body is stabilized.

上記焼成時の最高焼成温度は、例えば600℃〜900℃(好ましくは600℃〜800℃、より好ましくは600℃〜700℃)の範囲に決定され得る。係る範囲よりも焼成温度が高すぎるか或いは低すぎると、上記特性を満たすセラミック接合体が得られにくくなる。焼成温度(最高焼成温度)を保持する時間は、焼成温度にもよるが、概ね0.5時間〜2時間程度、好ましくは1時間〜1.5時間程度とするとよい。上記範囲よりも保持時間が長すぎると、上記特性を満たすセラミック接合体が得られにくくなる。例えば、所望するサイズよりも平均細孔径が小さくなったり気孔径分布がブロードになったりしがちである。上記焼成を行う雰囲気は、上述した大気雰囲気に限らず、必要に応じて大気より酸素がリッチな酸素雰囲気下、窒素ガス雰囲気下、不活性ガス雰囲気下等とすることができる。   The maximum firing temperature at the time of the firing may be determined in the range of, for example, 600 ° C to 900 ° C (preferably 600 ° C to 800 ° C, more preferably 600 ° C to 700 ° C). If the firing temperature is too high or too low than such a range, it becomes difficult to obtain a ceramic joined body that satisfies the above characteristics. The time for maintaining the firing temperature (maximum firing temperature) depends on the firing temperature, but is generally about 0.5 to 2 hours, preferably about 1 to 1.5 hours. When the holding time is longer than the above range, it becomes difficult to obtain a ceramic joined body that satisfies the above characteristics. For example, the average pore size tends to be smaller than the desired size or the pore size distribution tends to be broad. The atmosphere in which the firing is performed is not limited to the air atmosphere described above, and may be an oxygen atmosphere richer in oxygen than the air, a nitrogen gas atmosphere, an inert gas atmosphere, or the like as necessary.

このようにして、セラミック多孔体10とセラミック基材20とが一体焼結(接合)されたセラミック接合体30を得ることができる。本実施形態のセラミック接合体製造方法によれば、非水溶性有機溶剤中に所定量の水を含有させたセラミック多孔体形成用組成物を用いることにより、該組成物をセラミック基材20に塗工した際に該組成物がセラミック基材20に馴染みやすくなる。そのため、焼成後に得られたセラミック多孔体10のセラミック基材20への密着性(アンカー効果等が寄与する接合強度)が向上し、セラミック多孔体10がセラミック基材20から浮き上がったり、剥落したりする事態を回避することができる。したがって、本実施形態によると、セラミック多孔体10とセラミック基材20とが剥離し難い、品質安定性に優れた(例えばセラミック多孔体10とセラミック基材20との剥離をより長時間に亘って阻止し得る)セラミック接合体30を安定して容易に製造することができる。   Thus, the ceramic joined body 30 in which the ceramic porous body 10 and the ceramic base material 20 are integrally sintered (joined) can be obtained. According to the method for producing a ceramic joined body of the present embodiment, the composition is applied to the ceramic substrate 20 by using a ceramic porous body forming composition containing a predetermined amount of water in a water-insoluble organic solvent. When processed, the composition is easily adapted to the ceramic substrate 20. Therefore, the adhesion (bonding strength contributed by the anchor effect) of the ceramic porous body 10 obtained after firing to the ceramic base material 20 is improved, and the ceramic porous body 10 is lifted or peeled off from the ceramic base material 20. You can avoid the situation. Therefore, according to the present embodiment, the ceramic porous body 10 and the ceramic base material 20 are difficult to peel off and excellent in quality stability (for example, the ceramic porous body 10 and the ceramic base material 20 are peeled off for a longer time). The ceramic joined body 30 that can be prevented can be manufactured stably and easily.

なお、本発明を実施する上で、ここに開示される非水溶性有機溶剤中に所定量の水を含有させたセラミック多孔体形成用組成物を用いることにより、セラミック多孔体10とセラミック基材20との密着性(接合強度)が向上する機構について解明する必要はないが、以下のようなことが考えられる。すなわち、セラミック基材20は、その表面の一部が水和して多少なりともOH基を有している。非水溶性有機溶剤中に水分子が存在するセラミック多孔体形成用組成物を上記セラミック基材20の表面に付与すると、該組成物中の水分子がセラミック基材20の表面に存在するOH基と高い親和性を示すため、該組成物がセラミック基材20に馴染みやすくなる。そのため、焼成後に得られたセラミック多孔体10とセラミック基材20との間の密着性が向上し、セラミック多孔体10とセラミック基材20とをより強固に接合できるものと考えられる。   In practicing the present invention, the ceramic porous body 10 and the ceramic substrate are formed by using the ceramic porous body forming composition containing a predetermined amount of water in the water-insoluble organic solvent disclosed herein. Although it is not necessary to elucidate the mechanism for improving the adhesion (bonding strength) to 20, the following may be considered. That is, the ceramic substrate 20 has some OH groups due to hydration of a part of its surface. When a composition for forming a porous ceramic body in which water molecules are present in a water-insoluble organic solvent is applied to the surface of the ceramic substrate 20, the water molecules in the composition are OH groups present on the surface of the ceramic substrate 20. Therefore, the composition becomes easy to conform to the ceramic substrate 20. Therefore, it is considered that the adhesion between the ceramic porous body 10 obtained after firing and the ceramic base material 20 is improved, and the ceramic porous body 10 and the ceramic base material 20 can be joined more firmly.

ここに開示されるいずれかの製造方法により得られたセラミック接合体30は、セラミック多孔体10とセラミック基材20とを強固に接合できることから、接合部に耐圧性や耐荷重性が要求される用途、例えば、工業用砥石、工業用セラミック型、耐火物、焼成用セッター等のセラミック構造材や、セラミックフィルター、燃料電池用多孔質基材、触媒担体等の機能性セラミックの用途として好適に用いられ得る。従って、本発明の一側面として、セラミック構造材(例えば工業用砥石、工業用セラミック型、耐火物、焼成用セッター等)や機能性セラミック多孔体部材(例えば燃料電池用多孔質基材、セラミックフィルター、触媒担体等)の用途として好適に用いられるセラミック接合体の製造方法及び該方法によって得られたセラミック接合体が提供される。   Since the ceramic joined body 30 obtained by any of the manufacturing methods disclosed herein can firmly join the ceramic porous body 10 and the ceramic base material 20, pressure resistance and load resistance are required at the joint. Applications such as industrial grindstones, industrial ceramic molds, refractories, firing setters, and other ceramic structural materials, ceramic filters, porous substrates for fuel cells, and functional ceramics such as catalyst carriers Can be. Accordingly, as one aspect of the present invention, ceramic structural materials (for example, industrial grindstones, industrial ceramic molds, refractories, firing setters, etc.) and functional ceramic porous members (for example, porous substrates for fuel cells, ceramic filters) Further, there are provided a method for producing a ceramic joined body suitably used as an application of a catalyst support and the like, and a ceramic joined body obtained by the method.

以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明を係る実施例に示すものに限定することを意図したものではない。   Hereinafter, some examples relating to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples.

<セラミック接合体の作製及び評価>
[サンプル1]
バインダとしてのエチルセルロース(EC)と、非水溶性有機溶剤としてのイソブチルアルコール(IBA)とを9:91の質量比で混合したビヒクルに、平均粒径55μmのシリカ粉末(セラミック粉末)を、シリカ粉末とビヒクルとの質量比が15:5となるように添加して混練した。この混練物に、所定量の水添加し、再度混練することによりセラミック多孔体形成用組成物を調製した。該組成物中における水の含有量は、ECとIBAとシリカ粉末との合計質量に対して(すなわち外添加で)5質量%とした。得られたセラミック多孔体形成用組成物を、セラミック基材(平均細孔径0.1μm、厚み約0.5mmの多孔質アルミナ基材を使用した。)の表面上に凹版印刷して、厚み約100μmの塗工物(薄膜)を形成した。その塗工物を大気中、約600℃で焼成することにより、セラミック基材上にセラミック多孔体が一体焼結(接合)されたセラミック接合体を得た。
<Production and evaluation of ceramic joined body>
[Sample 1]
Silica powder (ceramic powder) having an average particle size of 55 μm is mixed with a vehicle in which ethyl cellulose (EC) as a binder and isobutyl alcohol (IBA) as a water-insoluble organic solvent are mixed at a mass ratio of 9:91. Was added and kneaded so that the mass ratio of to the vehicle was 15: 5. A predetermined amount of water was added to the kneaded product and kneaded again to prepare a ceramic porous body-forming composition. The content of water in the composition was 5% by mass with respect to the total mass of EC, IBA, and silica powder (that is, by external addition). The obtained ceramic porous body-forming composition was intaglio-printed on the surface of a ceramic substrate (a porous alumina substrate having an average pore diameter of 0.1 μm and a thickness of about 0.5 mm), and a thickness of about A 100 μm coated product (thin film) was formed. The coated material was fired at about 600 ° C. in the atmosphere to obtain a ceramic joined body in which the ceramic porous body was integrally sintered (joined) on the ceramic substrate.

[サンプル2〜5]
上記組成物中における水の含有量を、外添加で25質量%(サンプル2)、50質量%(サンプル3)、75質量%(サンプル4)、0質量%(サンプル5;水の添加なし)としたこと以外はサンプル1と同様にしてセラミック接合体を作製した。
[Samples 2 to 5]
The content of water in the composition was 25% by mass (sample 2), 50% by mass (sample 3), 75% by mass (sample 4), and 0% by mass (sample 5; no addition of water). A ceramic joined body was produced in the same manner as in Sample 1 except that.

[サンプル6]
上記組成物において、水の代わりにテルピネオールを添加したこと以外はサンプル1と同様にしてセラミック接合体を作製した。
[Sample 6]
A ceramic joined body was produced in the same manner as in Sample 1 except that terpineol was added instead of water in the above composition.

[サンプル7]
上記組成物において、水の代わりにエチルカルビトールを添加したこと以外はサンプル1と同様にしてセラミック接合体を作製した。
[Sample 7]
A ceramic joined body was prepared in the same manner as in Sample 1 except that ethyl carbitol was added in place of water in the above composition.

上記得られた各サンプルのセラミック接合体について、セラミック基材からセラミック多孔体を引き剥がした。そして、セラミック多孔体の剥がした面を走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)で観察し、接合面の状態に応じて「接合状態」を評価した。結果を表1に示す。表1では、セラミック多孔体がセラミック基材から綺麗に剥がれず、凹凸な接合面が観察されたものを接合状態が良好(○)とし、セラミック多孔体がセラミック基材から綺麗に剥がれ、平滑な接合面が観察されたものを接合状態が不良(×)と表記した。サンプル2,5,6の接合面の表面SEM像を図3〜5に示す。   About the ceramic joined body of each obtained sample, the ceramic porous body was peeled off from the ceramic substrate. Then, the surface from which the ceramic porous body was peeled was observed with a scanning electron microscope (SEM), and the “bonded state” was evaluated according to the state of the bonded surface. The results are shown in Table 1. In Table 1, when the porous ceramic body is not peeled off from the ceramic base material and the uneven bonding surface is observed, the bonding state is good (O), and the porous ceramic body is peeled off from the ceramic base material smoothly and smooth. What the joining surface was observed was described as poor (x) in the joining state. Surface SEM images of the bonding surfaces of Samples 2, 5, and 6 are shown in FIGS.

表1、図3〜図5の結果から明らかなように、組成物中に水を添加しなかったサンプル5〜7のセラミック接合体は、セラミック多孔体がセラミック基材から綺麗に剥がれたため、平滑な接合面が観察された。これに対し、組成物中に水を添加したサンプル1〜3のセラミック接合体は、セラミック多孔体がセラミック基材から綺麗に剥がれず、凹凸な接合面が観察された。このことから、組成物中に水を添加することにより、セラミック多孔体とセラミック基材との接合強度が向上することが確認できた。なお、組成物中に水を添加したものの、水の含有量を75質量%とした例4のセラミック多孔体は、水とIBAとが相分離してしまい、製造に不適であった。相分離を抑制する観点からは、組成物中の水の含有量を50質量%以下(好ましくは25質量%以下)にすることが望ましい。   As is apparent from the results of Table 1 and FIGS. 3 to 5, the ceramic joined bodies of Samples 5 to 7 in which water was not added to the composition were smooth because the ceramic porous body was peeled cleanly from the ceramic substrate. A good bonding surface was observed. On the other hand, in the ceramic joined bodies of Samples 1 to 3 in which water was added to the composition, the porous ceramic body was not peeled off from the ceramic base material, and uneven joint surfaces were observed. From this, it was confirmed that the bonding strength between the ceramic porous body and the ceramic base material was improved by adding water to the composition. In addition, although water was added to the composition, the ceramic porous body of Example 4 in which the water content was 75% by mass was not suitable for production because water and IBA were phase-separated. From the viewpoint of suppressing phase separation, the content of water in the composition is desirably 50% by mass or less (preferably 25% by mass or less).

以上の結果から、本試験例によると、非水溶性有機溶剤中に水を含有させたセラミック多孔体形成用組成物を用いることによって、セラミック多孔体とセラミック基材との接合強度を向上することができた。そのため、本構成によると、セラミック多孔体とセラミック基材とが剥離し難い、品質安定性に優れたセラミック接合体を実現することができる。   From the above results, according to this test example, the bonding strength between the ceramic porous body and the ceramic base material is improved by using the ceramic porous body forming composition containing water in a water-insoluble organic solvent. I was able to. Therefore, according to this configuration, it is possible to realize a ceramic joined body having excellent quality stability in which the ceramic porous body and the ceramic base material are hardly separated.

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible.

10 セラミック多孔体
20 セラミック基材
30 セラミック接合体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ceramic porous body 20 Ceramic base material 30 Ceramic joined body

Claims (12)

セラミック基材の表面に塗工して用いられるセラミック多孔体形成用組成物であって、
少なくともセラミック粉末と有機バインダと非水溶性有機溶剤と水とを含有しており、
前記水の含有量が、前記セラミック粉末と前記バインダと前記非水溶性有機溶剤との合計質量に対して1質量%〜50質量%に相当する量である、セラミック多孔体形成用組成物。
A ceramic porous body forming composition used by coating on the surface of a ceramic substrate,
Contains at least ceramic powder, organic binder, water-insoluble organic solvent and water,
The composition for forming a ceramic porous body, wherein the water content is an amount corresponding to 1% by mass to 50% by mass with respect to a total mass of the ceramic powder, the binder, and the water-insoluble organic solvent.
前記水の含有量が、前記セラミック粒子と前記バインダと前記非水溶性有機溶剤との合計質量に対して5質量%〜25質量%に相当する量である、請求項1に記載の組成物。   The composition according to claim 1, wherein the water content is an amount corresponding to 5% by mass to 25% by mass with respect to a total mass of the ceramic particles, the binder, and the water-insoluble organic solvent. 前記非水溶性有機溶剤と前記水との混合比率は、質量比で有機溶剤:水=95:5〜30:70である、請求項1または2に記載の組成物。   The composition of Claim 1 or 2 whose mixing ratio of the said water-insoluble organic solvent and the said water is organic solvent: water = 95: 5-30: 70 by mass ratio. 前記セラミック粉末のレーザ散乱法に基づく平均粒径が、50μm〜200μmである、請求項1〜3の何れか一つに記載の組成物。   The composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the ceramic powder has an average particle size based on a laser scattering method of 50 µm to 200 µm. 前記非水溶性有機溶剤が、アルコール系溶剤である、請求項1〜4の何れか一つに記載の組成物。   The composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the water-insoluble organic solvent is an alcohol solvent. 前記セラミック粉末が、アルミナまたはシリカを主体として構成されている、請求項1〜5の何れか一つに記載の組成物。   The composition according to claim 1, wherein the ceramic powder is mainly composed of alumina or silica. セラミック基材の表面にセラミック多孔体が接合されたセラミック接合体を製造する方法であって、
少なくともセラミック粉末と有機バインダと非水溶性有機溶剤と水とを含有しているセラミック多孔体形成用組成物を調製すること、ここで、該組成物中における水の含有量は前記セラミック粉末と前記バインダと前記非水溶性有機溶剤との合計質量に対して1質量%〜50質量%に相当する量である;
該組成物をセラミック基材の表面に塗工すること;及び、
その塗工物を焼成して前記セラミック基材の表面にセラミック多孔体が接合されたセラミック接合体を得ること;
を包含する、セラミック接合体の製造方法。
A method for producing a ceramic joined body in which a ceramic porous body is joined to a surface of a ceramic substrate,
Preparing a ceramic porous body-forming composition containing at least a ceramic powder, an organic binder, a water-insoluble organic solvent, and water, wherein the water content in the composition is the ceramic powder and the An amount corresponding to 1% by mass to 50% by mass with respect to the total mass of the binder and the water-insoluble organic solvent;
Applying the composition to the surface of a ceramic substrate; and
Firing the coated product to obtain a ceramic joined body in which a ceramic porous body is joined to the surface of the ceramic substrate;
A method for producing a ceramic joined body.
前記セラミック多孔体の水銀圧入法に基づく平均細孔径が、50μm〜200μmである、請求項7に記載の製造方法。   The manufacturing method of Claim 7 whose average pore diameter based on the mercury intrusion method of the said ceramic porous body is 50 micrometers-200 micrometers. 前記セラミック基材は、緻密質または前記セラミック多孔体より平均細孔径が相対的に小さい多孔質セラミック基材である、請求項7または8に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 7 or 8, wherein the ceramic base material is a porous ceramic base material that is dense or has an average pore diameter relatively smaller than that of the ceramic porous body. 前記セラミック多孔体の厚さが、100μm以上である、請求項7〜9の何れか一つに記載の製造方法。   The manufacturing method as described in any one of Claims 7-9 whose thickness of the said ceramic porous body is 100 micrometers or more. 前記組成物の塗工は、凹版印刷により行われる、請求項7〜10の何れか一つに記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 7, wherein the coating of the composition is performed by intaglio printing. 前記塗工物の焼成は、最高焼成温度が600℃〜900℃となるように行われる、請求項7〜11の何れか一つに記載の製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 7 to 11, wherein the baking of the coated product is performed such that a maximum baking temperature is 600 ° C to 900 ° C.
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