JP3375011B2 - 多孔体の製造方法 - Google Patents

多孔体の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フィルター、触媒担体
などに使用されるセラミック材質からなる多孔体の製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】セラミック材質からなる多孔体の製造方
法は、特開昭62-269724号公報に開示されるように、ウ
レタンフォームなどの三次元網目構造をもつ発泡基体
を、セラミック粉体と増粘性高分子と溶剤を混合し調製
したスラリーに浸し、発泡基体の骨格にセラミック粉体
を塗着させ、その後焼成することにより発泡基体の分解
焼失及びセラミック粉体の焼結を行い、発泡基体の形状
を転写したセラミック材質の多孔体を得るものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】セラミック多孔体の製
造に当たっては、一般のセラミック板材、棒材のように
成型時に外部より原料のセラミック粉体を圧縮すること
ができないため、発泡基体の骨格に塗着したセラミック
ス粉体の充填率が低く、アルミナ質、ムライト質、コー
ジェライト質等のセラミック粉体を使用する場合、16
00℃から1700℃の高温度で焼成しても、骨格部の
充填率が低く強度が低いという問題があった。
【0004】また、スラリーを使用した粉体の塗着法
は、塗着したスラリーの表面張力によって発泡基体の骨
格より骨格の接合部に粉体が集まり易く、発泡基体に一
様に粉体を塗着することは困難である。この現象は出来
上がった多孔体の強度に重大な影響を及ぼす。すなわ
ち、一定量の粉体を塗着した場合、骨格が細く強度が弱
い。従って骨格を太くするため塗着するスラリーの量を
多くして強度を得るという方法が取られているがスラリ
ーの量を多くすると、粉体の凝集により発泡基体の骨格
を塞いだ閉口部が生じやすくなり通気性が悪くなるとい
う問題があった。
【0005】本発明は、機械的強度が大きく、通気性の
良い表面がセラミック材質等からなる多孔体の製造方法
を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、基体となる三
次元網目構造体の骨格表面に、粘着性を付与させた後、
化学変化により体積増加を生じる粉体を被着させ、その
後反応性の雰囲気で熱処理をすることを特徴とする多孔
体の製造方法である。
【0007】基体となる三次元網目構造体はウレタンフ
ォームなどの連続気泡構造を有する発泡性の樹脂、また
は不織布、織布等であり、形状は使用目的に応じて適宜
選択される。材質は樹脂等の可燃性のものに限られるも
のではなく、金属、セラミックスであっても良い。非可
燃性の基体を使用すれば、基体が多孔体の支持体とな
る。
【0008】本発明に使用する粉体は酸化、硫化、窒化
反応等の化学反応により体積増加を生じるものである。
酸化反応により体積増加を生じる粉体としては金属粉、
表面を酸化した金属粉または金属粉と酸化物粉との混合
物等の金属を含む粉体および亜酸化銅等の低次の酸化状
態の金属化合物粉があげられる。硫化反応により体積増
加を生じる粉体としては金属粉、酸化物粉または金属粉
と酸化物粉との混合物等の粉体があげられる。窒化反応
により体積増加を生じる粉体としては金属粉があげられ
る。
【0009】これらの粉体を三次元網目構造基体に塗着
させ、酸素、亜酸化窒素等を含む酸化性雰囲気、硫化水
素等を含む硫化性の雰囲気、窒素等を含む窒化性の雰囲
気で焼成を行うことにより、粉体が反応しそれぞれ金属
酸化物、金属硫化物、金属窒化物に変化するため体積が
増加する。例えば酸化反応ではアルミニウムをアルミナ
に変化させることにより1.4倍に、珪素を二酸化珪素
に変化させることにより1.9倍に体積が増加する。硫
化反応では亜鉛を硫化亜鉛に変化させることにより2.
6倍に、酸化亜鉛を硫化亜鉛に変化させることにより
1.6倍に体積が増加する。窒化反応ではアルミニウム
を窒化アルミニウムに変化させることにより1.3倍に
体積が増加する。このため本発明では同じ温度で焼成し
た場合、原料に目的とするセラミック粉体を使用し化学
変化させることなく作製した場合に比べて体積増加があ
るため充填率が向上し、強度を向上させることができ
る。強度向上のためには体積が1.1倍以上に増加する
ことが好ましい。このため全粉体に占める化学変化する
粉体の割合は、粉体の種類およびその後の化学変化に応
じて適宜調製される。粉体の粒径は基体表面に被着可能
な範囲であれば良く、0.05ミクロン〜100ミクロ
ンの範囲にあることが望ましい。また、粉体の形状は特
に制限されるものではない。
【0010】化学変化により体積増加を生じる粉体の基
体への被着方法は、スラリーにして塗着しても良いが、
より強度を向上させるためには基体の骨格表面に粘着性
を付与した後、粉体中で基体を揺動させる、あるいは基
体に粉体をスプレイする等の方法により、骨格表面に粉
体を被着させることが好ましい。これにより乾燥状態の
粉体を直接基体の表面に被着させることができる。粉体
は瞬時に基体表面に固定され、スラリーを塗着する方法
のように乾燥過程で粉体が基体表面を移動することがな
いため基体骨格の接合部に粉体が集まることはない。ま
た粉体の被着は基体表面で起こり、粘着性層の厚みに依
存しないため、粉体の被着量は基体全域で均一になり一
定重量の粉体を被着させた場合、強度の大きい多孔体が
得られる。さらに粉体は粘着性の付与された部分にのみ
選択的に被着し、また溶媒を使用しないので粉体同士の
凝集も生じないのでスラリーを塗着する方法のように閉
口部を形成することはない。
【0011】基体骨格表面の粘着性はアクリル系、ゴム
系等の粘着剤溶液またはフェノール樹脂、エポキシ樹
脂、フラン樹脂等接着性の樹脂溶液を塗布することによ
り付与される。また、樹脂基体にあってはプラズマ処理
等により基体そのものに粘着性を付与することも可能で
ある。
【0012】この粘着性を付与する工程と、粉体を被着
させるる工程を繰り返すことにより任意の厚さを持つ多
孔体を得ることができる。
【0013】基体に粉体を被着させた後、焼成を行う。
焼成は主に粉体の焼結を目的としたものであるが、基体
に発泡樹脂を使用した場合には、一般に粉体の焼結温度
よりも樹脂の分解温度のほうが低いため、基体は分解除
去される。熱処理条件は使用する粉体の性状に応じて、
処理温度、時間を適宜選択する。熱処理雰囲気は目的に
より酸素、亜酸化窒素等を含む酸化性雰囲気、硫化水素
等を含む硫化性の雰囲気、窒素等を含む窒化性の雰囲気
等を選択する。
【0014】また、粉体被着後且つ焼成前の基体に被着
した粉体を液体で濡らし、その後乾燥することにより粉
体を緻密に基体骨格に被着させることが可能となる。こ
れは基体表面にある粉体を液体で濡らし、乾燥過程で液
体の表面張力により粉体を凝集させるものである。この
処理を行うことにより焼成後により強度の大きい多孔体
が得られる。粉体を濡らす方法は基体の液体への浸漬、
基体への液体の噴霧等により行われる。液体の種類は基
体と粉体の粘着力を低下させない材料でああればよい
が、水が最も実用的である。またこの液体中に金属塩ま
たはメチルセルロース,ポリビニルアルコール等の増粘
性の高分子を添加することにより、焼成後の強度をより
向上させることができる。
【0015】
【実施例】参考例1 三次元網目構造を持つ基体として、1インチあたり平均
30個のセルを有するポリウレタンフォームを使用し
た。このポリウレタンフォームを、アルミニウム粉10
0部、有機結合剤4部に適量の水を加えて調製した粘度
500センチポイズのスラリーに含浸し、余剰のスラリ
ーを除去し、アルミニウム粉を塗着した。100℃で3
0分乾燥し水分を除去した後、大気雰囲気で1650
℃、2時間保持し基体のポリウレタンフォームの分解除
去およびアルミニウム粉の酸化、焼結を進めてポリウレ
タンフォームを転写した形状をもつアルミナの多孔体を
得た。嵩比重は0.36、曲げ強度は10kg/cm2
あった。
【0016】比較例 アルミナ粉100部、有機結合剤4部に適量の水を加え
て粘度500センチポイズのスラリーを調製した。この
スラリーを含浸塗着する以外は参考例1と同様にして、
ポリウレタンフォームを転写した形状をもつアルミナの
多孔体を得た。嵩比重は0.36、曲げ強度は6kg/
cm2であった。
【0017】実施例 参考 例1と全く同様のポリウレタンフォームを使用し
た。このポリウレタンフォームをメチルエチルケトンを
溶媒とする樹脂分5%のアクリル系の粘着剤溶液に浸漬
した後、余分な溶液をロールを通して除去し粘着剤を塗
布することにより、基体骨格表面に粘着性を付与した。
100℃で10分乾燥し溶媒を除去した後、アルミニウ
ム粉中に基体を挿入し揺動させることによりアルミニウ
ム粉を被着させた。水に浸漬後100℃で30分乾燥し
水分を除去した後、大気雰囲気で1650℃、2時間保
持し基体のポリウレタンフォームの分解除去およびアル
ミニウム粉の酸化、焼結を進めてポリウレタンフォーム
を転写した形状をもつアルミナの多孔体を得た。嵩比重
は0.36、曲げ強度は13kg/cm2であった。
【0018】参考例1、比較例1及び実施例で得られ
たアルミナ多孔体を走査電子顕微鏡による表面形態観察
写真で比較したところ、実施例で得られた多孔体は
例1、比較例1で得られたアルミナ多孔体に比べて骨
格の太さが均一であった。また参考例1、比較例1で得
られたアルミナ多孔体は、閉口部が多く存在したが、実
施例で得られたアルミナ多孔体は閉口部が少なく通気
性がよく、フィルターなどに使用した場合圧力損失を小
さくすることができる。
【0019】実施例 参考 例1と同様のポリウレタンフォームを使用した。こ
のポリウレタンフォームをメチルエチルケトンを溶媒と
する樹脂分5%のアクリル系の粘着剤溶液に浸漬した
後、余分な溶液をロールを通して除去し粘着剤を塗布す
ることにより、基体骨格表面に粘着性を付与した。10
0℃で10分乾燥し溶媒を除去した後、酸化亜鉛粉中に
基体を挿入し揺動させることにより酸化亜鉛粉を被着さ
せた。水に浸漬後100℃で30分乾燥し水分を除去し
た後、大気中500℃、10分保持して基体のポリウレ
タンフォームを分解除去した。続いて硫化水素気流中で
1000℃、2時間保持し酸化亜鉛粉の硫化、焼結を進
めてポリウレタンフォームを転写した形状をもつ硫化亜
鉛の多孔体を得た。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、基体となる三次元網目
構造体の骨格表面に、化学変化により体積増加を生じる
粉体を被着させ、その後酸化性雰囲気等の反応性雰囲気
で熱処理をすることにより、強度が大きいセラミックス
等の多孔体を得ることができる。また、基体となる三次
元網目構造体の骨格表面に粘着性を付与した後、化学変
化により体積増加を生じる粉体を被着させることによ
り、さらに強度が大きく通気性の良いセラミック等の多
孔体を得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 38/00 304 C04B 41/85 B01J 35/04 B01J 37/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体となる三次元網目構造体の骨格表面
    に、粘着性を付与させた後、化学変化により体積増加を
    生じる粉体を被着させ、反応性の雰囲気で焼成すること
    を特徴とする多孔体の製造方法。
  2. 【請求項2】 化学変化により体積増加を生じる粉体と
    して金属を含有する粉体を使用し、酸化性の雰囲気で焼
    成する請求項1記載の多孔体の製造方法。
  3. 【請求項3】 粉体被着後且つ焼成前、被着された粉体
    を液体で濡らす請求項1または請求項2記載の多孔体の
    製造方法。
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