JP2848689B2 - Ceramic porous body - Google Patents

Ceramic porous body

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JP2848689B2
JP2848689B2 JP2294449A JP29444990A JP2848689B2 JP 2848689 B2 JP2848689 B2 JP 2848689B2 JP 2294449 A JP2294449 A JP 2294449A JP 29444990 A JP29444990 A JP 29444990A JP 2848689 B2 JP2848689 B2 JP 2848689B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、フィルター,触媒担体,バイオリアクタ
ー,軽量耐火物等の用途に好適なセラミックス多孔体に
関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a ceramic porous body suitable for use in filters, catalyst carriers, bioreactors, lightweight refractories, and the like.

(従来の技術) 連通気孔を有するセラミックス多孔質焼成体は、溶融
金属用フィルター,排ガスフィルター,液体フィルタ
ー,触媒担体,バイオリアクター及び軽量耐火物等に有
用であり、既に数多く実用化されている。
(Prior Art) Porous ceramic fired bodies having continuous air holes are useful for filters for molten metals, exhaust gas filters, liquid filters, catalyst carriers, bioreactors, lightweight refractories, etc., and many of them have already been put to practical use.

これらの用途に適用する多孔質体には透過する気体又
は液体の通過抵抗換言すれば圧力損失を小さくするため
気孔が連続し且つ気孔率が60%以上であり、装着時或い
は使用時の破損を防ぐため10kg/cm2以上の曲げ強度を有
している等の特性が要求される。
The porous body used in these applications has a continuous resistance to passing gas or liquid, in other words, a pore having a porosity of 60% or more to reduce pressure loss. To prevent this, characteristics such as having a bending strength of 10 kg / cm 2 or more are required.

従来、これらの多孔質体は、アルミナ,ジルコニア,
コージライト,チタン酸アルミニウム等をセラミックス
原料とし、ウレタフォームの空隙部にセラミックス原料
粉体を分散せしめたスラリーを充填した後焼成する、発
泡した合成樹脂球状物を結着し、その空隙部にセラミッ
クス原料粉体を分散せしめたスラリーを充填した後焼成
する等の方法により製造されていた。しかし、これらの
セラミックス原料を使用した場合、1350℃以上の温度で
焼成しないと高強度の多孔体が得られなかった。そして
焼成温度が1350℃以上になると、高耐熱性の高価な設備
を必要とするうえ、焼成に要する消費エネルギーコスト
も多大なものとなり、製品コストが高くならざるを得な
かった。
Conventionally, these porous bodies are made of alumina, zirconia,
Using a cordierite, aluminum titanate, etc. as a ceramic raw material, fill the voids of the urethane foam with a slurry in which the ceramic raw material powder is dispersed, and then fire and bind the foamed synthetic resin spherical material. It has been manufactured by a method in which a slurry in which raw material powder is dispersed is filled and then fired. However, when using these ceramic raw materials, a high-strength porous body could not be obtained unless firing at a temperature of 1350 ° C. or higher. When the firing temperature is 1350 ° C. or higher, expensive equipment having high heat resistance is required, and the energy consumption cost required for firing is enormous, resulting in a high product cost.

(発明が解決しようとする問題点) 本発明者は、上記既存のセラミックス多孔体の有する
問題点に鑑み鋭意研究を続けた結果、特定のセラミック
ス原料を使用することにより、これらの用途に好適な物
性を具えたセラミック多孔体が得られることを見い出し
本発明を完成したものである。
(Problems to be Solved by the Invention) The inventor of the present invention has conducted intensive studies in view of the problems of the existing ceramic porous body, and as a result, by using specific ceramic raw materials, It has been found that a ceramic porous body having physical properties can be obtained, and the present invention has been completed.

本発明の目的は、1000℃程度の耐熱性を有する高強度
のセラミック多孔体を提供するにある。本発明の他の目
的は、比較的低温で焼成可能な安価なセラミック多孔体
を提供するにある。本発明の更に他の目的並びに効果は
以下の説明から明らかにされよう。
An object of the present invention is to provide a high-strength ceramic porous body having heat resistance of about 1000 ° C. Another object of the present invention is to provide an inexpensive porous ceramic body that can be fired at a relatively low temperature. Still other objects and effects of the present invention will become apparent from the following description.

(問題点を解決するための手段) 上述の目的は、アルミナ,セメント及びシリカの焼成
物よりなるセラミックス多孔体であって、40〜80重量%
のAl2O3と、30重量%以下のSiO2と35重量%以下のCaOと
を含有し、且つSiO2に対するCaOの重量比が0.5〜2.1で
あることを特徴とするセラミックス多孔体により達成さ
れる。
(Means for Solving the Problems) The object of the present invention is to provide a ceramic porous body made of a calcined product of alumina, cement and silica, which is 40 to 80% by weight.
Achieved by a ceramic porous body containing Al 2 O 3 , 30% by weight or less of SiO 2 and 35% by weight or less of CaO, and the weight ratio of CaO to SiO 2 is 0.5 to 2.1. Is done.

本発明においては、セラミックス原料としてアルミ
ナ,セメント,シリカの混合物を用いることが肝要であ
る。
In the present invention, it is important to use a mixture of alumina, cement, and silica as a ceramic raw material.

アルミナは最も一般的なセラミックス原料の一つであ
り安定した品質のものを安価に入手が可能なため本発明
の基材として最適である。本発明に適用されるアルミナ
は特に限定されないが、焼結が比較的容易な水酸化アル
ミニウムを焼成した仮焼アルミナが好適で、平均粒径が
10μm以下のものが好ましく10μmを超える場合は反応
が遅延し焼結が困難になるため一度粉砕して10μm以下
にしてから使用するのがよい。
Alumina is one of the most common ceramic raw materials, and stable quality is available at a low cost, and is therefore the most suitable base material of the present invention. The alumina applied to the present invention is not particularly limited, but calcined alumina obtained by calcining aluminum hydroxide, which is relatively easy to sinter, is preferable, and the average particle size is
When the thickness exceeds 10 μm, the reaction is delayed and the sintering becomes difficult.

セメントは主にCaO及びSiO2成分の供給源としての役
割を果たすと共に成形体の強度を得るためのバインダー
として品質,価格の点から最適である。本発明に適用さ
れるセメントには普通,早強,超早強,中庸熱,耐硫酸
塩,低熱及び白色セメントなどのポルトランドセメン
ト,高炉セメント,シリカセメント及びフライアッシュ
セメントなどの混合セメント,膨張セメント及びアルミ
ナセメントなどの特殊セメントが挙げられるが、これら
のうち最も一般的で安価な普通ポルトランドセメントが
好適である。
Cement mainly serves as a supply source of CaO and SiO 2 components, and is most suitable as a binder for obtaining the strength of the compact from the viewpoint of quality and price. The cement applied to the present invention is generally a cement made of Portland cement such as high-strength, ultra-high-strength, moderate heat, sulfate-resistant, low heat and white cement, blast furnace cement, silica cement and fly ash cement, and expanded cement. And special cements such as alumina cement. Of these, the most common and inexpensive ordinary Portland cement is preferred.

また、シリカはアルミナ,セメントと反応し融剤とし
ての効果を発揮し低温で焼成してもセラミックス多孔体
の強度を高める効果がある。本発明に適用されるシリカ
源としては特に限定はされないが、価格の点から天然物
の粉砕品が好ましく、例えばSiO2を主成分とする珪石,
珪砂,石英の粉砕品,SiO2及びAl2O3を主成分とする陶磁
器用蝋石の粉砕品,CaO及びSiO2を主成分とする珪灰石の
粉砕品あるいはSiO2,Al2O3及びCaOを主成分とする灰長
石の粉砕品が挙げられる。
Further, silica reacts with alumina and cement to exhibit an effect as a flux, and has an effect of increasing the strength of the ceramic porous body even when fired at a low temperature. There are no particular limitations as the silica source to be applied to the present invention, it is preferably ground product of natural products in terms of price, as a main component such as SiO 2 silica,
Pulverized silica sand and quartz, crushed porcelain limestone mainly composed of SiO 2 and Al 2 O 3 , pulverized wollastonite mainly composed of CaO and SiO 2 , or SiO 2 , Al 2 O 3 and CaO Ground products of feldspars whose main component is

本発明のセラミックス多孔体の原料としては上記のよ
うにアルミナ,セメント及びシリカの混合物を用いる
が、その混合物中の化学組成は次のように特定される。
As described above, a mixture of alumina, cement and silica is used as a raw material of the ceramic porous body of the present invention, and the chemical composition in the mixture is specified as follows.

すなわち、Al2O3は40〜80重量%であり、好ましくは5
0〜70重量%である。80重量%を超えると原料として添
加するセメントの量が制限され成形体が得られず、一方
40重量%未満であると1350℃で焼成しても十分な強度が
得られない。
That is, Al 2 O 3 is 40 to 80% by weight, preferably 5 to 80% by weight.
0 to 70% by weight. If it exceeds 80% by weight, the amount of cement added as a raw material is limited, and a molded body cannot be obtained.
If it is less than 40% by weight, sufficient strength cannot be obtained even when firing at 1350 ° C.

SiO2は30重量%以下、好ましくは25重量%以下であ
る。30重量%を超えると1350℃で焼成しても十分な強度
が得られない。
SiO 2 is at most 30% by weight, preferably at most 25% by weight. If it exceeds 30% by weight, sufficient strength cannot be obtained even when firing at 1350 ° C.

CaOは35重量%以下、好ましくは30重量%以下であ
る。35重量%を超えると1350℃で焼成しても十分な強度
が得られない。
CaO is 35% by weight or less, preferably 30% by weight or less. If it exceeds 35% by weight, sufficient strength cannot be obtained even when firing at 1350 ° C.

更にSiO2に対するCaOの重量比は0.5〜2.1であり、好
ましくは0.6〜1.7である。SiO2に対するCaOの重量比が
0.5未満であっても2.1を超えても1350℃で焼成しても十
分な強度が得られない。
Still more from 0.5 to 2.1 weight ratio of CaO with respect to SiO 2, preferably 0.6 to 1.7. The weight ratio of CaO to SiO 2 is
Sufficient strength cannot be obtained even when calcined at 1350 ° C. even if it is less than 0.5 or more than 2.1.

尚、本発明においてセメント及びシリカに元来含まれ
ているMgO,TiO2,Fe2O3,FeO,K2O,Ka2O等の不純物が本発
明の目的を妨げない限り5%以下の範囲で含まれてもよ
い。
In the present invention, 5% or less of impurities such as MgO, TiO 2 , Fe 2 O 3 , FeO, K 2 O, and Ka 2 O originally contained in cement and silica do not disturb the object of the present invention. It may be included in the range.

本発明のセラミックス多孔体は、アルミナ,セメント
及びシリカを含有するセラミックス原料粉体を水に分散
させスラリーを調製し、そのスラリーを注入した型枠に
合成樹脂発泡体を充填し圧縮,固定することにより合成
樹脂発泡体の間隙にスラリーを十分に充填した後、硬化
させ焼成することにより得られる。
The ceramic porous body of the present invention is obtained by dispersing a ceramic raw material powder containing alumina, cement and silica in water to prepare a slurry, filling a mold filled with the slurry with a synthetic resin foam, compressing and fixing the same. After sufficiently filling the gap between the synthetic resin foams with the slurry, the mixture is cured and fired.

スラリーの調製は常法にしたがい実施される。例えば
セラミックス原料粉体をミキサー,ディスパーなどによ
り水に分散しスラリーを調製する。水の量は粉体100に
対して15〜30重量%が好ましく、水の量が多すぎるとセ
メントの水和反応による凝結・硬化作用が遅延し生産性
が低下するばかりか成形体強度も低下する傾向があり、
水の量が少なすぎるとスラリーの粘度が高くなり合成樹
脂発泡体の間隙にスラリーを十分に充填することが困難
になる。この際リグニンスルホン酸塩系,オキシカルボ
ン酸塩系等のセメント用減水剤あるいはメラミンスルホ
ン酸塩系,ナフタレンスルホン酸塩系等のセメント用高
性能減水剤等の添加が有効である。
The preparation of the slurry is carried out according to a conventional method. For example, a ceramic raw material powder is dispersed in water by a mixer, disper or the like to prepare a slurry. The amount of water is preferably 15 to 30% by weight with respect to the powder 100. If the amount of water is too large, the setting and hardening action due to the hydration reaction of the cement is delayed, and the productivity is lowered and the strength of the compact is also lowered. Tend to
If the amount of water is too small, the viscosity of the slurry increases, and it becomes difficult to sufficiently fill the gaps between the synthetic resin foams with the slurry. At this time, it is effective to add a water reducing agent for cement such as lignin sulfonate or oxycarboxylate or a high-performance water reducing agent for cement such as melamine sulfonate or naphthalene sulfonate.

上記の様に調製されたスラリーを型枠に注入し、そこ
に予め発泡させたポリエチレン球またはポリスチロール
球等の合成樹脂発泡体を充填し蓋をした後、油圧プレス
あるいは油圧ジャッキ等により圧縮し、固定することに
よりスラリーを合成樹脂発泡体の間隙に十分に充填す
る。この際、合成樹脂発泡体の直径および圧縮する際の
圧縮量により得られるセラミックス多孔体の気孔径およ
び気孔率を任意に変化させることができる。常温放置あ
るいは加熱処理をしセメントを水和させその凝結・硬化
作用によりハンドリング可能な成形体を得る。得られた
成形体に湿潤養生,蒸気養生あるいはオートクレーブ養
生等の処理を施すことにより成形体の強度を向上させる
ことができる。こうして得られた成形体中の成分のほと
んどはセメント中に結晶水として取り込まれているため
特に乾燥をせずに焼成することができる。焼成は1000℃
〜1350℃で実施するのが好ましい。
The slurry prepared as described above is poured into a mold, filled with a pre-foamed synthetic resin foam such as polyethylene spheres or polystyrene spheres and capped, and then compressed by a hydraulic press or a hydraulic jack. By fixing the slurry, the gap between the synthetic resin foams is sufficiently filled. At this time, the pore diameter and porosity of the obtained ceramic porous body can be arbitrarily changed depending on the diameter of the synthetic resin foam and the amount of compression at the time of compression. The cement is hydrated by standing at room temperature or by heat treatment to obtain a molded body that can be handled by its setting and hardening action. By subjecting the obtained molded body to a treatment such as wet curing, steam curing or autoclave curing, the strength of the molded body can be improved. Most of the components in the molded product thus obtained are incorporated into the cement as water of crystallization, so that it can be fired without drying. Firing at 1000 ° C
It is preferably carried out at 〜1350 ° C.

(発明の効果) 本発明によれば、1000℃〜1350℃程度の比較的低温で
焼成しても、1000℃程度の耐熱性を有する高強度のセラ
ミックス多孔体が安価且つ容易に得られ、その工業的価
値は大なるものである。
(Effects of the Invention) According to the present invention, even if fired at a relatively low temperature of about 1000 ° C to 1350 ° C, a high-strength ceramic porous body having heat resistance of about 1000 ° C can be obtained inexpensively and easily. The industrial value is great.

以下実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples.

実施例 下記第1表に示す化学組成を有するアルミナ,セメン
ト及び珪石の各原料を第2表に示す組成比になるように
適時混合し、その混合粉体を適量の水及びセメント用減
水剤の混合物に分散しスラリーを調製した。スラリー10
0ccを100×100×50mmの鉄製容器に注入し、予め直径2mm
に発泡させたポリスチロール球400ccを充填した後、油
圧ジャッキで高さ方向に20%圧縮し、固定して一昼夜放
置し十分に硬化させて成形体を得た。得られた成形体を
切断し100×30×10mmの試験片を作成し、1320℃で焼成
してセラミックス多孔体を得た。
EXAMPLES The raw materials of alumina, cement and silica having the chemical compositions shown in Table 1 below are mixed at appropriate times so as to have the composition ratios shown in Table 2, and the mixed powder is mixed with an appropriate amount of water and a water reducing agent for cement. The mixture was dispersed to prepare a slurry. Slurry 10
Inject 0cc into a 100 × 100 × 50mm iron container and pre-diameter 2mm
Was filled with 400 cc of expanded polystyrene balls, compressed 20% in the height direction with a hydraulic jack, fixed, left standing all day and night, and sufficiently cured to obtain a molded body. The obtained molded body was cut to prepare a 100 × 30 × 10 mm test piece, which was fired at 1320 ° C. to obtain a ceramic porous body.

こうして得られたセラミックス多孔体の気孔率は全て
70%以上であった。
The porosity of the ceramic porous body thus obtained is all
More than 70%.

曲げ強度はスパン40mm,クロスヘッドスピード0.5mm/m
inで三点曲げ強度を測定した。この測定結果を第2表に
示す。
Flexural strength 40mm span, crosshead speed 0.5mm / m
The three-point bending strength was measured in. Table 2 shows the measurement results.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 38/00 303 C04B 38/06 C04B 33/13Continuation of front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) C04B 38/00 303 C04B 38/06 C04B 33/13

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】アルミナ,セメント及びシリカの焼成物よ
りなるセラミックス多孔体であって、40〜80重量%のAl
2O3と30重量%以下のSiO2と35重量%以下のCaOとを含有
し、且つSiO2に対するCaOの重量比が0.5〜2.1であるこ
とを特徴とするセラミックス多孔体。
1. A ceramic porous body comprising a calcined product of alumina, cement and silica, comprising 40 to 80% by weight of Al
A porous ceramic body comprising 2 O 3 , 30% by weight or less of SiO 2 and 35% by weight or less of CaO, and a weight ratio of CaO to SiO 2 is 0.5 to 2.1.
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