JP3366938B2 - ジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合多孔体およびその製造方法 - Google Patents
ジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合多孔体およびその製造方法Info
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- 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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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ジルコン酸カルシ
ウム／マグネシア系複合多孔体およびその製造方法に関
するものであり、さらに詳しくは、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
複合組織を有する、ジルコン酸カルシウム／マグネシア
系複合多孔体およびその製造方法に関する。本発明の複
合多孔体は、高耐食性流体透過フィルター機能材料、超
高温用軽量化部材、触媒担体、断熱材、あるいは吸音材
等として有用である。
ウム／マグネシア系複合多孔体およびその製造方法に関
するものであり、さらに詳しくは、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
複合組織を有する、ジルコン酸カルシウム／マグネシア
系複合多孔体およびその製造方法に関する。本発明の複
合多孔体は、高耐食性流体透過フィルター機能材料、超
高温用軽量化部材、触媒担体、断熱材、あるいは吸音材
等として有用である。
【０００２】
【従来の技術】従来、高い気孔率を有する酸化物系セラ
ミックス多孔体は、流体透過フィルター等として用いら
れている。従来品は、成形密度や焼結温度を低くするこ
とで焼結体中に気孔を分散させるもの（焼結制御法）、
有機バインダーを燃焼させることにより気孔を設けるも
の（有機バインダー除去法）、アルコキシドの分解・反
応等の化学的手法を用いることにより、比較的低温で均
一な気孔を設けるもの（ゾルゲル法）などであった。ま
た、いづれの製法による多孔体材料においても、その多
くは単一のセラミックスからなる単相多孔体であった。
ミックス多孔体は、流体透過フィルター等として用いら
れている。従来品は、成形密度や焼結温度を低くするこ
とで焼結体中に気孔を分散させるもの（焼結制御法）、
有機バインダーを燃焼させることにより気孔を設けるも
の（有機バインダー除去法）、アルコキシドの分解・反
応等の化学的手法を用いることにより、比較的低温で均
一な気孔を設けるもの（ゾルゲル法）などであった。ま
た、いづれの製法による多孔体材料においても、その多
くは単一のセラミックスからなる単相多孔体であった。
【０００３】しかし、これらには次のような欠点があっ
た。従来の多孔体材料では、焼結制御法で作製したもの
は、多孔体を構成する結晶粒子同士の結合強度が不十分
であり、多孔体全体としての材料強度も不十分であり、
また、細孔径分布も広いために、流体の選択性が十分で
はなかった。有機バインダー除去法により作製した多孔
体では、ポリマーの燃焼によりその成分に応じてＮＯX
等の有害ガスが発生するという問題点があり、また、ポ
リマーの燃焼による発熱のために、多孔体組織の微細構
造制御が困難であるという問題点があった。また、ゾル
ゲル法をはじめとする化学的手法を用いて作製した多孔
体材料では、比較的高度な組織制御が可能になる反面、
コストが高く、量産の点で問題があった。さらに、いず
れの製法による多孔体材料においても、１０００℃以上
の高温で使用した場合に、多孔体の焼結が進み、組織が
時間とともに粗大化し細孔径が変化するために、性能が
劣化するという欠点があった。
た。従来の多孔体材料では、焼結制御法で作製したもの
は、多孔体を構成する結晶粒子同士の結合強度が不十分
であり、多孔体全体としての材料強度も不十分であり、
また、細孔径分布も広いために、流体の選択性が十分で
はなかった。有機バインダー除去法により作製した多孔
体では、ポリマーの燃焼によりその成分に応じてＮＯX
等の有害ガスが発生するという問題点があり、また、ポ
リマーの燃焼による発熱のために、多孔体組織の微細構
造制御が困難であるという問題点があった。また、ゾル
ゲル法をはじめとする化学的手法を用いて作製した多孔
体材料では、比較的高度な組織制御が可能になる反面、
コストが高く、量産の点で問題があった。さらに、いず
れの製法による多孔体材料においても、１０００℃以上
の高温で使用した場合に、多孔体の焼結が進み、組織が
時間とともに粗大化し細孔径が変化するために、性能が
劣化するという欠点があった。
【０００４】
【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
解消し得る新しい多孔体材料を開発することを目標とし
て鋭意研究を重ねた結果、優れた特性を有するジルコン
酸カルシウム／マグネシア系複合多孔体材料を開発する
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、以上のような欠点をなくすためになされたも
のであり、高度に組織制御され、さらに耐熱性、耐食性
に優れるジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合多孔
体材料、および当該多孔体材料をコスト的に有利なプロ
セスを適用して製造する方法を提供するものである。
で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記問題を
解消し得る新しい多孔体材料を開発することを目標とし
て鋭意研究を重ねた結果、優れた特性を有するジルコン
酸カルシウム／マグネシア系複合多孔体材料を開発する
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、以上のような欠点をなくすためになされたも
のであり、高度に組織制御され、さらに耐熱性、耐食性
に優れるジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合多孔
体材料、および当該多孔体材料をコスト的に有利なプロ
セスを適用して製造する方法を提供するものである。
【０００５】
【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）熱的、化学的に安定な多孔体組織を有するジルコ
ン酸カルシウム／マグネシア系複合多孔体であって、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。 （２）ドロマイト［ＣａＭｇ（ＣＯ3 ）2 ］をジルコン
酸カルシウムおよびマグネシアのカルシウム源、マグネ
シウム源として用いることにより、原料中において原子
レベルのオーダーでカルシウムとマグネシウムの均一混
合を実現できるようにしたことを特徴とする前記（１）
に記載のジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合多孔
体。 （３）前記（１）または（２）に記載の複合多孔体を製
造する方法であって、等モル量のドロマイト、ジルコニ
ア、および低融点液相形成材を均一に粉砕混合し、これ
を適宜成形したのち、焼成す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の製造方法。 （４）天然に産出する高純度ドロマイト鉱石を原料とし
て用い、ジルコニアと焼成中に反応させることで、安価
かつ短時間で等モル量のジルコン酸カルシウム／マグネ
シアが複合した組織を形成することを特徴とする前記
（３）に記載のジルコン酸カルシウム／マグネシア系複
合多孔体の製造方法。 （５）等モル量のドロマイト、ジルコニア［ＺｒＯ
2 ］、およ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％の低融点液相形成材を均一に混合
し、比較的低温（５００〜７００℃）で液相を形成させ
ることにより粒界拡散を促進させ、ドロマイトの熱分解
過程中でドロマイトおよびジルコニア間で強固なネック
を形成させ、その後の昇温過程においてＣＯ2 を遊離さ
せ、１３００〜１４００℃で大気中で焼成することによ
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を形成することを特徴とする前
記（３）に記載のジルコン酸カルシウム／マグネシア系
複合多孔体の製造方法。 （６）低融点液相形成材としてＬｉＦあるいはＮａＦか
ら選ばれるアルカリフッ化物を使用することを特徴とす
る前記（３）、（４）または（５）に記載のジルコン酸
カルシウム／マグネシア系複合多孔体の製造方法。
の本発明は、以下の技術的手段からなる。 （１）熱的、化学的に安定な多孔体組織を有するジルコ
ン酸カルシウム／マグネシア系複合多孔体であって、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。 （２）ドロマイト［ＣａＭｇ（ＣＯ3 ）2 ］をジルコン
酸カルシウムおよびマグネシアのカルシウム源、マグネ
シウム源として用いることにより、原料中において原子
レベルのオーダーでカルシウムとマグネシウムの均一混
合を実現できるようにしたことを特徴とする前記（１）
に記載のジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合多孔
体。 （３）前記（１）または（２）に記載の複合多孔体を製
造する方法であって、等モル量のドロマイト、ジルコニ
ア、および低融点液相形成材を均一に粉砕混合し、これ
を適宜成形したのち、焼成す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の製造方法。 （４）天然に産出する高純度ドロマイト鉱石を原料とし
て用い、ジルコニアと焼成中に反応させることで、安価
かつ短時間で等モル量のジルコン酸カルシウム／マグネ
シアが複合した組織を形成することを特徴とする前記
（３）に記載のジルコン酸カルシウム／マグネシア系複
合多孔体の製造方法。 （５）等モル量のドロマイト、ジルコニア［ＺｒＯ
2 ］、およ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％の低融点液相形成材を均一に混合
し、比較的低温（５００〜７００℃）で液相を形成させ
ることにより粒界拡散を促進させ、ドロマイトの熱分解
過程中でドロマイトおよびジルコニア間で強固なネック
を形成させ、その後の昇温過程においてＣＯ2 を遊離さ
せ、１３００〜１４００℃で大気中で焼成することによ
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を形成することを特徴とする前
記（３）に記載のジルコン酸カルシウム／マグネシア系
複合多孔体の製造方法。 （６）低融点液相形成材としてＬｉＦあるいはＮａＦか
ら選ばれるアルカリフッ化物を使用することを特徴とす
る前記（３）、（４）または（５）に記載のジルコン酸
カルシウム／マグネシア系複合多孔体の製造方法。
【０００６】本発明のジルコン酸カルシウム／マグネシ
ア系複合多孔体は、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、互いに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
を特徴としている。上記ジルコン酸カルシウム／マグネ
シア系複合多孔体は、天然に産出する高純度ドロマイト
鉱石を原料として用い、等モル量のドロマイト、ジルコ
ニア、およ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％の低融点液相形成材を均一に混合
し、比較的低温（５００〜７００℃）で液相を形成させ
ることにより粒界拡散を促進させ、ドロマイトの熱分解
過程中でドロマイト（あるいはその１次分解生成物であ
る炭酸カルシウムおよびマグネシウム）およびジルコニ
ア間で強固なネックを形成させ、その後の昇温過程にお
いてＣＯ2 を遊離させ、１３００〜１４００℃で大気中
で焼成する工程により製造される。このプロセスを用い
ることにより、安価かつ短時間で等モル量のジルコン酸
カルシウム／マグネシアが複合した組織を実現でき、４
０〜６０％の気孔率を有しながらも非常に強固な３次元
ネットワーク構造を実現することができる。また、低融
点液相形成材として用いたＬｉＦあるいはＮａＦは、焼
成プロセス中に開気孔を通じて気化するため焼成体中で
の残存量が低下するため、高温特性に悪影響を及ぼさな
い。
ア系複合多孔体は、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、互いに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
を特徴としている。上記ジルコン酸カルシウム／マグネ
シア系複合多孔体は、天然に産出する高純度ドロマイト
鉱石を原料として用い、等モル量のドロマイト、ジルコ
ニア、およ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％の低融点液相形成材を均一に混合
し、比較的低温（５００〜７００℃）で液相を形成させ
ることにより粒界拡散を促進させ、ドロマイトの熱分解
過程中でドロマイト（あるいはその１次分解生成物であ
る炭酸カルシウムおよびマグネシウム）およびジルコニ
ア間で強固なネックを形成させ、その後の昇温過程にお
いてＣＯ2 を遊離させ、１３００〜１４００℃で大気中
で焼成する工程により製造される。このプロセスを用い
ることにより、安価かつ短時間で等モル量のジルコン酸
カルシウム／マグネシアが複合した組織を実現でき、４
０〜６０％の気孔率を有しながらも非常に強固な３次元
ネットワーク構造を実現することができる。また、低融
点液相形成材として用いたＬｉＦあるいはＮａＦは、焼
成プロセス中に開気孔を通じて気化するため焼成体中で
の残存量が低下するため、高温特性に悪影響を及ぼさな
い。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。本発明のジルコン酸カルシウム／マ
グネシア系複合多孔体は、等モル量のジルコン酸カルシ
ウムとマグネシア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、長時間高温下で使用
した場合でもジルコン酸カルシウムとマグネシアが相互
に粒成長を抑制するために、安定な組織を保つ。ジルコ
ン酸カルシウムとマグネシアの結晶粒径は、焼結温度に
より若干変化するが、３次元的なネットワーク構造を持
つためにバルク体のような物質移動が生じにくく、数ミ
クロン以下の微細な結晶粒となる。気孔はほとんどすべ
てが、貫通開気孔であり、４０〜６０％と流体を選択透
過するのに十分な気孔率を有する。原料として、カルシ
ウム源、マグネシウム源を個別に使用するのではなく、
原子レベルで均一に分散したドロマイト（カルシウムと
マグネシウムの複合炭酸塩）を用いるため、多孔体全域
において極めて均一なカルシウムとマグネシウムの分散
状態を示す。
て詳細に説明する。本発明のジルコン酸カルシウム／マ
グネシア系複合多孔体は、等モル量のジルコン酸カルシ
ウムとマグネシア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、長時間高温下で使用
した場合でもジルコン酸カルシウムとマグネシアが相互
に粒成長を抑制するために、安定な組織を保つ。ジルコ
ン酸カルシウムとマグネシアの結晶粒径は、焼結温度に
より若干変化するが、３次元的なネットワーク構造を持
つためにバルク体のような物質移動が生じにくく、数ミ
クロン以下の微細な結晶粒となる。気孔はほとんどすべ
てが、貫通開気孔であり、４０〜６０％と流体を選択透
過するのに十分な気孔率を有する。原料として、カルシ
ウム源、マグネシウム源を個別に使用するのではなく、
原子レベルで均一に分散したドロマイト（カルシウムと
マグネシウムの複合炭酸塩）を用いるため、多孔体全域
において極めて均一なカルシウムとマグネシウムの分散
状態を示す。
【０００８】また、低融点液相形成材として添加したア
ルカリフッ化物は、開気孔を通じて系外に出るために、
多孔体中に残存する量は減少し、高温特性を劣化させな
い。低融点液相形成材を添加したことにより、比較的低
温で構成セラミックス粒子のネッキングが生じるため、
機械的強度に優れ、効率良く流体を選択透過させること
が可能となる。また、この他の多孔体としての用途（例
えば、超高温用軽量化部材、触媒担体、断熱材、あるい
は吸音材）についても、本発明による多孔体は非常に有
用である。
ルカリフッ化物は、開気孔を通じて系外に出るために、
多孔体中に残存する量は減少し、高温特性を劣化させな
い。低融点液相形成材を添加したことにより、比較的低
温で構成セラミックス粒子のネッキングが生じるため、
機械的強度に優れ、効率良く流体を選択透過させること
が可能となる。また、この他の多孔体としての用途（例
えば、超高温用軽量化部材、触媒担体、断熱材、あるい
は吸音材）についても、本発明による多孔体は非常に有
用である。
【０００９】本発明において、多孔体の原料としては、
好適には、高純度天然ドロマイト、高純度合成ジルコニ
ア（あるいは高純度天然ジルコニアも可能）を用い、ま
た、低融点液相形成材としては、ＬｉＦあるいはＮａＦ
を用いる。原料として、合成ドロマイトを用いることは
もちろん可能であるが、原産地を特定することにより、
非常に高純度で安価な鉱石を入手可能であるため、低コ
スト化を実現するために、好適には、高純度天然ドロマ
イトを用いる。高純度合成ジルコニアは、高性能の市販
品が比較的安価に入手できるため、合成品が望ましい。
低融点液相形成材としては、ＬｉＦあるいはＮａＦを用
いているが、ＣａＦ2 、ＳｒＦ2 、ＢａＦ2 等の２価金
属のフッ化物でも同様の効果が期待できる。低融点液相
形成材は、多孔体中の残存量が多いと、高温での特性を
低下させ、また、焼結炉にも悪影響を及ぼすため、少量
であることが望ましい。本発明においては０．５〜２．
０％の比較的少量で十分に低温（５００〜７００℃）で
のネック形成を促進することが可能である。
好適には、高純度天然ドロマイト、高純度合成ジルコニ
ア（あるいは高純度天然ジルコニアも可能）を用い、ま
た、低融点液相形成材としては、ＬｉＦあるいはＮａＦ
を用いる。原料として、合成ドロマイトを用いることは
もちろん可能であるが、原産地を特定することにより、
非常に高純度で安価な鉱石を入手可能であるため、低コ
スト化を実現するために、好適には、高純度天然ドロマ
イトを用いる。高純度合成ジルコニアは、高性能の市販
品が比較的安価に入手できるため、合成品が望ましい。
低融点液相形成材としては、ＬｉＦあるいはＮａＦを用
いているが、ＣａＦ2 、ＳｒＦ2 、ＢａＦ2 等の２価金
属のフッ化物でも同様の効果が期待できる。低融点液相
形成材は、多孔体中の残存量が多いと、高温での特性を
低下させ、また、焼結炉にも悪影響を及ぼすため、少量
であることが望ましい。本発明においては０．５〜２．
０％の比較的少量で十分に低温（５００〜７００℃）で
のネック形成を促進することが可能である。
【００１０】次に、本発明のジルコン酸カルシウム／マ
グネシア系複合多孔体の製造方法について説明する。本
発明の複合多孔体は、等モル量のドロマイト、ジルコニ
ア、およ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とにより製造される。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［ＣａＯ］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。本発明の方法は、このような複雑
なプロセスが、わずか１段階の単純な熱処理で実現でき
るため、低コスト化に非常に有効である。ドロマイト
は、熱分解する際に、ナノメートルサイズの微細な分解
生成物を作るために、ジルコニアに比較して粗粒のもの
を用いることが可能である。しかし、ジルコニアとの均
一な反応を実現するためにはドロマイトを微細化するこ
とが有効であり、混合粉砕方法として、遊星ボールミ
ル、振動ボールミル、アトライターミルなどの高エネル
ギープロセスを用いるのが望ましい。焼成は一般的な大
気炉で行うことが可能である。また、適当なＣＯ2 トラ
ップを設けることにより発生したガスを回収することが
可能であり、環境に対して悪影響を及ぼさない。
グネシア系複合多孔体の製造方法について説明する。本
発明の複合多孔体は、等モル量のドロマイト、ジルコニ
ア、およ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とにより製造される。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［ＣａＯ］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。本発明の方法は、このような複雑
なプロセスが、わずか１段階の単純な熱処理で実現でき
るため、低コスト化に非常に有効である。ドロマイト
は、熱分解する際に、ナノメートルサイズの微細な分解
生成物を作るために、ジルコニアに比較して粗粒のもの
を用いることが可能である。しかし、ジルコニアとの均
一な反応を実現するためにはドロマイトを微細化するこ
とが有効であり、混合粉砕方法として、遊星ボールミ
ル、振動ボールミル、アトライターミルなどの高エネル
ギープロセスを用いるのが望ましい。焼成は一般的な大
気炉で行うことが可能である。また、適当なＣＯ2 トラ
ップを設けることにより発生したガスを回収することが
可能であり、環境に対して悪影響を及ぼさない。
【００１１】かくして得られる本発明のジルコン酸カル
シウム／マグネシア系複合多孔体は、等モル量のジルコ
ン酸カルシウムとマグネシア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
安定な多孔体組織を保ち、前述のように改良された多孔
体特性を具現する。
シウム／マグネシア系複合多孔体は、等モル量のジルコ
ン酸カルシウムとマグネシア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
安定な多孔体組織を保ち、前述のように改良された多孔
体特性を具現する。
【００１２】
【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、以下の実施例は本発明の好適な実施の態様を
説明するためのものであり、本発明の範囲は当該実施例
によって何ら限定されるものではない。 （１）多孔体原料の調製 本実施例では、天然ドロマイトとして、タイ原産の高純
度品を用いた。ドロマイト鉱石を微粉砕し、２００メッ
シュの篩いを通して、ドロマイト粉末を作製した。この
ドロマイト粉末は、ほぼ１対１の理想的なＣａ，Ｍｇ比
（原子比）をもち、鉄等の不純物が極めて少ないもので
ある。この粉末の構成要素の重量％を以下に示す。 Ｃａ：２１．３％、Ｍｇ：１２．７％、Ｓｉ：＜０．０
３％、Ｆｅ：０．０２０％、Ａｌ：０．００６８％、Ｍ
ｎ：０．００３５％、Ｃｌ：０．００２１％、Ｋ：
０．００１３％、（ＣＯ3 ）：６５．９％
明するが、以下の実施例は本発明の好適な実施の態様を
説明するためのものであり、本発明の範囲は当該実施例
によって何ら限定されるものではない。 （１）多孔体原料の調製 本実施例では、天然ドロマイトとして、タイ原産の高純
度品を用いた。ドロマイト鉱石を微粉砕し、２００メッ
シュの篩いを通して、ドロマイト粉末を作製した。この
ドロマイト粉末は、ほぼ１対１の理想的なＣａ，Ｍｇ比
（原子比）をもち、鉄等の不純物が極めて少ないもので
ある。この粉末の構成要素の重量％を以下に示す。 Ｃａ：２１．３％、Ｍｇ：１２．７％、Ｓｉ：＜０．０
３％、Ｆｅ：０．０２０％、Ａｌ：０．００６８％、Ｍ
ｎ：０．００３５％、Ｃｌ：０．００２１％、Ｋ：
０．００１３％、（ＣＯ3 ）：６５．９％
【００１３】このドロマイト粉末に、市販の高純度ジル
コニア粉末（粒径が０．３ミクロン程度のもの）を等モ
ル量加え、また、ドロマイトとジルコニアの総量に対し
て０．５重量％のＬｉＦを添加した（ＮａＦを用いた場
合でもほぼ同様の効果が見られたため、ここではＬｉＦ
について説明する）。これらの粉末に分散媒としてアル
コールを加え、ジルコニア容器、ジルコニアボールを用
いて６Ｇ下で６時間遊星ボールミル粉砕混合を行った。
得られた混合粉末を乾燥し、乾式ボールミルで処理した
のち、分級して出発原料とした。出発原料中のドロマイ
トは１ミクロン以下まで粉砕されていた。
コニア粉末（粒径が０．３ミクロン程度のもの）を等モ
ル量加え、また、ドロマイトとジルコニアの総量に対し
て０．５重量％のＬｉＦを添加した（ＮａＦを用いた場
合でもほぼ同様の効果が見られたため、ここではＬｉＦ
について説明する）。これらの粉末に分散媒としてアル
コールを加え、ジルコニア容器、ジルコニアボールを用
いて６Ｇ下で６時間遊星ボールミル粉砕混合を行った。
得られた混合粉末を乾燥し、乾式ボールミルで処理した
のち、分級して出発原料とした。出発原料中のドロマイ
トは１ミクロン以下まで粉砕されていた。
【００１４】（２）圧粉体の成形
金型による予備成形により、１軸成形体を得た。これを
プラスチックフィルム袋に減圧封入した後、冷間静水圧
成形（加圧：２００M Ｐａ）を行うことにより成形体を
得た。
プラスチックフィルム袋に減圧封入した後、冷間静水圧
成形（加圧：２００M Ｐａ）を行うことにより成形体を
得た。
【００１５】（３）熱処理
圧粉体を焼成炉に装入し、大気中で常圧加熱処理（１３
００℃、２時間）を施した。上記工程により、供試多孔
体を得た。
００℃、２時間）を施した。上記工程により、供試多孔
体を得た。
【００１６】（４）多孔体の特性
得られた多孔体材料の気孔率は、約５０％であり、良好
な気孔率を示した。この多孔体の組織を図１に示す。図
中で明るいコントラストをもつ粒子がジルコン酸カルシ
ウム、暗いコントラストをもつ粒子がマグネシアであ
る。それぞれの粒径は約１ミクロンであり、３次元的な
ネットワークを形成して互いに連結していることが分か
る。ネック部分は十分太く、強固な結合を形成してい
る。気孔は全て開気孔であり、流体透過に適した連続的
な構造をもっていることが分かった。Ｘ線回折を用い
て、本多孔体の構成相を調べたところ、ジルコン酸カル
シウムとマグネシアのみであることが確認された。ま
た、ＬｉＦの残存についてＸ線回折分析、ＥＤＳ分析を
行ったが、いづれも検出下限値以下であった。これは比
較的多量の２．０重量％のＬｉＦを添加した場合も同様
であり、ＬｉＦが多孔体外に蒸発し、残存量が減少して
いることが確認された。本多孔体は３０M Ｐａ以上の３
点曲げ強度（スパン３０mm）を示し、優れた機械的強度
をもつことが示された。本多孔体は１０００℃での長時
間の熱処理を行ってもほとんど組織が変化せず、非常に
耐熱性に優れることが明らかになった。また、酸化物で
あるために、耐酸化性にすぐれ、また、ジルコン酸カル
シウムとマグネシアのみから構成されるために、優れた
耐アルカリ性を示した。
な気孔率を示した。この多孔体の組織を図１に示す。図
中で明るいコントラストをもつ粒子がジルコン酸カルシ
ウム、暗いコントラストをもつ粒子がマグネシアであ
る。それぞれの粒径は約１ミクロンであり、３次元的な
ネットワークを形成して互いに連結していることが分か
る。ネック部分は十分太く、強固な結合を形成してい
る。気孔は全て開気孔であり、流体透過に適した連続的
な構造をもっていることが分かった。Ｘ線回折を用い
て、本多孔体の構成相を調べたところ、ジルコン酸カル
シウムとマグネシアのみであることが確認された。ま
た、ＬｉＦの残存についてＸ線回折分析、ＥＤＳ分析を
行ったが、いづれも検出下限値以下であった。これは比
較的多量の２．０重量％のＬｉＦを添加した場合も同様
であり、ＬｉＦが多孔体外に蒸発し、残存量が減少して
いることが確認された。本多孔体は３０M Ｐａ以上の３
点曲げ強度（スパン３０mm）を示し、優れた機械的強度
をもつことが示された。本多孔体は１０００℃での長時
間の熱処理を行ってもほとんど組織が変化せず、非常に
耐熱性に優れることが明らかになった。また、酸化物で
あるために、耐酸化性にすぐれ、また、ジルコン酸カル
シウムとマグネシアのみから構成されるために、優れた
耐アルカリ性を示した。
【００１７】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、熱的、
化学的に安定な多孔体組織を有するジルコン酸カルシウ
ム／マグネシア系複合多孔体であって、等モル量のジル
コン酸カルシウム［ＣａＺｒＯ3 ］とマグネシア［Ｍｇ
Ｏ］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、およびその製造方法に係るものであ
り、本発明のジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合
多孔体は、天然原料を用い、単純なプロセスを用いたの
にかかわらず、非常に高度に制御され、熱的、化学的に
安定な多孔体組織を実現しており、例えば、高耐食性流
体透過フィルター機能材料、超高温用軽量化部材、触媒
担体、断熱材、あるいは吸音材等として有用である。ま
た、本発明は、従来法に比べてコスト的に有利であり、
多方面の工学的応用を可能にするものである。
化学的に安定な多孔体組織を有するジルコン酸カルシウ
ム／マグネシア系複合多孔体であって、等モル量のジル
コン酸カルシウム［ＣａＺｒＯ3 ］とマグネシア［Ｍｇ
Ｏ］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、およびその製造方法に係るものであ
り、本発明のジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合
多孔体は、天然原料を用い、単純なプロセスを用いたの
にかかわらず、非常に高度に制御され、熱的、化学的に
安定な多孔体組織を実現しており、例えば、高耐食性流
体透過フィルター機能材料、超高温用軽量化部材、触媒
担体、断熱材、あるいは吸音材等として有用である。ま
た、本発明は、従来法に比べてコスト的に有利であり、
多方面の工学的応用を可能にするものである。
【図１】多孔体の微細組織を示す図面代用走査型電子顕
微鏡写真である。
微鏡写真である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｃ０４Ｂ 35/48 Ｃ０４Ｂ 35/04 Ｃ
Claims (6)
- 【請求項１】 熱的、化学的に安定な多孔体組織を有す
るジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合多孔体であ
って、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、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。 - 【請求項２】 ドロマイト［ＣａＭｇ（ＣＯ3 ）2 ］を
ジルコン酸カルシウムおよびマグネシアのカルシウム
源、マグネシウム源として用いることにより、原料中に
おいて原子レベルのオーダーでカルシウムとマグネシウ
ムの均一混合を実現できるようにしたことを特徴とする
請求項１に記載のジルコン酸カルシウム／マグネシア系
複合多孔体。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の複合多孔体を
製造する方法であって、等モル量のドロマイト、ジルコ
ニア、および低融点液相形成材を均一に粉砕混合し、こ
れを適宜成形したのち、焼成す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の製造方
法。 - 【請求項４】 天然に産出する高純度ドロマイト鉱石を
原料として用い、ジルコニアと焼成中に反応させること
で、安価かつ短時間で等モル量のジルコン酸カルシウム
／マグネシアが複合した組織を形成することを特徴とす
る請求項３に記載のジルコン酸カルシウム／マグネシア
系複合多孔体の製造方法。 - 【請求項５】 等モル量のドロマイト、ジルコニア［Ｚ
ｒＯ2 ］、およ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％の低融点液相形成材を均一に混
合し、比較的低温（５００〜７００℃）で液相を形成さ
せることにより粒界拡散を促進させ、ドロマイトの熱分
解過程中でドロマイトおよびジルコニア間で強固なネッ
クを形成させ、その後の昇温過程においてＣＯ2 を遊離
させ、１３００〜１４００℃で大気中で焼成することに
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を形成することを特徴とする
請求項３に記載のジルコン酸カルシウム／マグネシア系
複合多孔体の製造方法。 - 【請求項６】 低融点液相形成材としてＬｉＦあるいは
ＮａＦから選ばれるアルカリフッ化物を使用することを
特徴とする請求項３、４または５に記載のジルコン酸カ
ルシウム／マグネシア系複合多孔体の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30481699A JP3366938B2 (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | ジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合多孔体およびその製造方法 |
| US09/695,095 US6436861B1 (en) | 1999-10-27 | 2000-10-25 | Calcium zirconate/magnesia porous composites and their fabrication process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30481699A JP3366938B2 (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | ジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合多孔体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001122675A JP2001122675A (ja) | 2001-05-08 |
| JP3366938B2 true JP3366938B2 (ja) | 2003-01-14 |
Family
ID=17937607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30481699A Expired - Lifetime JP3366938B2 (ja) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | ジルコン酸カルシウム／マグネシア系複合多孔体およびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
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| US (1) | US6436861B1 (ja) |
| JP (1) | JP3366938B2 (ja) |
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| US7081432B2 (en) * | 2003-07-10 | 2006-07-25 | General Electric Company | Alkylation catalyst and method for making alkylated phenols |
| KR101451732B1 (ko) * | 2005-12-22 | 2014-10-16 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 산소 이온 전도체 조성물 |
| US20100196259A1 (en) * | 2009-02-05 | 2010-08-05 | Air Products And Chemicals, Inc. | CO2-Sorptive Pellets and Uses Thereof |
| JP4872027B1 (ja) * | 2010-11-01 | 2012-02-08 | 日本碍子株式会社 | 固体酸化物型燃料電池 |
| JP6184671B2 (ja) * | 2012-09-04 | 2017-08-23 | 株式会社神戸製鋼所 | アルミニウム複合材の製造方法 |
| CN110407574B (zh) * | 2019-08-10 | 2021-10-29 | 朱建良 | 一种锆酸钙·六铝酸钙复合多孔陶瓷及制备方法 |
| CN112094125B (zh) * | 2020-09-22 | 2023-02-28 | 武汉科技大学 | 一种低导热低热膨胀镁基原料及其制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU833859A1 (ru) * | 1979-06-04 | 1981-05-30 | Ленинградский Ордена Октябрьскойреволюции И Ордена Трудового Kpac-Ного Знамени Технологический Институтим. Ленсовета | Шихта дл изготовлени огне-упОРНОгО МАТЕРиАлА |
| US5087278A (en) * | 1989-12-28 | 1992-02-11 | Yaka Feudor K.K. | Filter for gas lighter and method for producing the same |
-
1999
- 1999-10-27 JP JP30481699A patent/JP3366938B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-10-25 US US09/695,095 patent/US6436861B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001122675A (ja) | 2001-05-08 |
| US6436861B1 (en) | 2002-08-20 |
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