JP3496251B2 - 多孔質セラミックスの製造方法 - Google Patents
多孔質セラミックスの製造方法Info
- Publication number
- JP3496251B2 JP3496251B2 JP26557593A JP26557593A JP3496251B2 JP 3496251 B2 JP3496251 B2 JP 3496251B2 JP 26557593 A JP26557593 A JP 26557593A JP 26557593 A JP26557593 A JP 26557593A JP 3496251 B2 JP3496251 B2 JP 3496251B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pore
- forming agent
- powder
- organometallic polymer
- porous ceramics
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims description 53
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 11
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 28
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 28
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 26
- 229920001795 coordination polymer Polymers 0.000 claims description 25
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical group [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 14
- 229920001709 polysilazane Polymers 0.000 description 12
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 11
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 11
- 229920003257 polycarbosilane Polymers 0.000 description 11
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 9
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004156 Azodicarbonamide Substances 0.000 description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 6
- XOZUGNYVDXMRKW-AATRIKPKSA-N azodicarbonamide Chemical compound NC(=O)\N=N\C(N)=O XOZUGNYVDXMRKW-AATRIKPKSA-N 0.000 description 6
- 235000019399 azodicarbonamide Nutrition 0.000 description 6
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Natural products CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 229910018540 Si C Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 2
- -1 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 230000003009 desulfurizing effect Effects 0.000 description 1
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920003203 poly(dimethylsilylene-co-phenylmethyl- silylene) polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 125000005147 toluenesulfonyl group Chemical group C=1(C(=CC=CC1)S(=O)(=O)*)C 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
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
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- 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
- C04B38/02—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by adding chemical blowing agents
-
- 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
- C04B38/06—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
- C04B38/063—Preparing or treating the raw materials individually or as batches
- C04B38/0635—Compounding ingredients
-
- 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
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/46—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with organic materials
- C04B41/49—Compounds having one or more carbon-to-metal or carbon-to-silicon linkages ; Organo-clay compounds; Organo-silicates, i.e. ortho- or polysilicic acid esters ; Organo-phosphorus compounds; Organo-inorganic complexes
- C04B41/4905—Compounds having one or more carbon-to-metal or carbon-to-silicon linkages ; Organo-clay compounds; Organo-silicates, i.e. ortho- or polysilicic acid esters ; Organo-phosphorus compounds; Organo-inorganic complexes containing silicon
- C04B41/495—Compounds having one or more carbon-to-metal or carbon-to-silicon linkages ; Organo-clay compounds; Organo-silicates, i.e. ortho- or polysilicic acid esters ; Organo-phosphorus compounds; Organo-inorganic complexes containing silicon applied to the substrate as oligomers or polymers
-
- 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
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00793—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filters or diaphragms
-
- 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
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/0081—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as catalysts or catalyst carriers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、気孔形成剤を用いた多
孔質セラミックスの製造方法、特に高強度で気孔率の高
い多孔質セラミックスの製造に適した方法に関する。
孔質セラミックスの製造方法、特に高強度で気孔率の高
い多孔質セラミックスの製造に適した方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、アルミナ、アルミニウムシリ
ケート、シリカ、コーディエライト等からなる多孔質セ
ラミックスが知られており、断熱材等の建築材料のほ
か、濾過材や触媒担体、排気ガス用フィルター、センサ
ー等として、既に多くの分野で使用されている。
ケート、シリカ、コーディエライト等からなる多孔質セ
ラミックスが知られており、断熱材等の建築材料のほ
か、濾過材や触媒担体、排気ガス用フィルター、センサ
ー等として、既に多くの分野で使用されている。
【０００３】特に最近では、耐熱性が高く、強度及び耐
熱衝撃性に優れた各種フィルターや触媒担体等の必要性
が高まっている。例えば、自動車の排気ガスからＣＯ2
やＮＯx、黒煙等を除去するための触媒担体やフィルタ
ーには１０００℃を越える耐熱性が要求されているた
め、その材質として強度及び耐熱性に優れた炭化ケイ素
や窒化ケイ素が検討されている。又、火力発電所や化学
プラントの排気ガスを脱硫するためのフィルター、或は
溶融金属中のスラッグを除去するためのフィルターにつ
いても同様である。
熱衝撃性に優れた各種フィルターや触媒担体等の必要性
が高まっている。例えば、自動車の排気ガスからＣＯ2
やＮＯx、黒煙等を除去するための触媒担体やフィルタ
ーには１０００℃を越える耐熱性が要求されているた
め、その材質として強度及び耐熱性に優れた炭化ケイ素
や窒化ケイ素が検討されている。又、火力発電所や化学
プラントの排気ガスを脱硫するためのフィルター、或は
溶融金属中のスラッグを除去するためのフィルターにつ
いても同様である。
【０００４】炭化ケイ素や窒化ケイ素等からなる多孔質
セラミックスを、これらのフィルターや触媒担体として
使用する場合、多孔質セラミックスの気孔率が高いこ
と、及び個々の細孔の孔径が制御されていることが重要
である。多孔質セラミックスの製造方法のなかで、その
細孔径を制御するのに適した方法として気孔形成剤を用
いる方法がある。
セラミックスを、これらのフィルターや触媒担体として
使用する場合、多孔質セラミックスの気孔率が高いこ
と、及び個々の細孔の孔径が制御されていることが重要
である。多孔質セラミックスの製造方法のなかで、その
細孔径を制御するのに適した方法として気孔形成剤を用
いる方法がある。
【０００５】この方法は、セラミックス粉末に粒径を調
整した気孔形成剤の粉末を添加して混合し、この混合粉
末を成形した後、成形体を仮焼成して気孔形成剤をガス
化させることにより特定の孔径範囲の細孔を形成し、細
孔の残った仮焼成体を最終的に焼結して多孔質セラミッ
クスとする方法である。気孔形成剤としては、仮焼成に
よってガス化する炭素や有機発泡剤等が使用されてい
る。
整した気孔形成剤の粉末を添加して混合し、この混合粉
末を成形した後、成形体を仮焼成して気孔形成剤をガス
化させることにより特定の孔径範囲の細孔を形成し、細
孔の残った仮焼成体を最終的に焼結して多孔質セラミッ
クスとする方法である。気孔形成剤としては、仮焼成に
よってガス化する炭素や有機発泡剤等が使用されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記の気孔形成剤を用
いる方法においては、得られる多孔質セラミックスの気
孔率は添加した気孔形成剤の量が増えるに従って増加す
る。即ち、気孔率を高くするためには、気孔形成剤の添
加量を増加させる必要があるが、気孔形成剤の添加割合
が増えるにつれて仮焼成後の形状維持が困難になる欠点
があった。
いる方法においては、得られる多孔質セラミックスの気
孔率は添加した気孔形成剤の量が増えるに従って増加す
る。即ち、気孔率を高くするためには、気孔形成剤の添
加量を増加させる必要があるが、気孔形成剤の添加割合
が増えるにつれて仮焼成後の形状維持が困難になる欠点
があった。
【０００７】このため、従来の気孔形成剤を用いる方法
では高気孔率の多孔質セラミックスを製造することが難
しく、前記したフィルターや触媒担体として必要な条件
である細孔径が制御され且つ気孔率の高い多孔質セラミ
ックス、特に炭化ケイ素や窒化ケイ素のフィルターや触
媒担体を提供することができなかった。
では高気孔率の多孔質セラミックスを製造することが難
しく、前記したフィルターや触媒担体として必要な条件
である細孔径が制御され且つ気孔率の高い多孔質セラミ
ックス、特に炭化ケイ素や窒化ケイ素のフィルターや触
媒担体を提供することができなかった。
【０００８】本発明は、かかる従来の事情に鑑み、気孔
形成剤を用いて、細孔径が制御されていると同時に、フ
ィルターや触媒担体として満足すべき高い強度と気孔率
を有する多孔質セラミックスを製造する方法を提供する
ことを目的とする。
形成剤を用いて、細孔径が制御されていると同時に、フ
ィルターや触媒担体として満足すべき高い強度と気孔率
を有する多孔質セラミックスを製造する方法を提供する
ことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する多孔質セラミックスの製造方法
は、セラミックス粉末に気孔形成剤を混合して成形し、
得られた成形体に有機金属ポリマーを含浸させた後、こ
の成形体を前記有機金属ポリマーが分解しない温度で仮
焼成して気孔形成剤を焼失させ、更にその成形体を焼結
すると同時に、成形体中に含まれる有機金属ポリマーが
熱分解してセラミックスに変換されることを特徴とす
る。
め、本発明が提供する多孔質セラミックスの製造方法
は、セラミックス粉末に気孔形成剤を混合して成形し、
得られた成形体に有機金属ポリマーを含浸させた後、こ
の成形体を前記有機金属ポリマーが分解しない温度で仮
焼成して気孔形成剤を焼失させ、更にその成形体を焼結
すると同時に、成形体中に含まれる有機金属ポリマーが
熱分解してセラミックスに変換されることを特徴とす
る。
【００１０】有機金属ポリマーは、炭素原子等に結合し
た金属原子を有する有機金属化合物の重合体であり、中
でも本発明においては溶液化しやすい低重合度のオリゴ
マーが好ましい。又、有機金属ポリマーは気泡形成剤を
ガス化して消失させるための仮焼成の温度では分解しな
いことが必要である。かかる有機金属ポリマーとしては
有機ケイ素化合物のオリゴマーが代表的なものであり、
例えばポリシラザン、ポリカルボシラン、ポリシラスチ
レン等が特に好ましい。
た金属原子を有する有機金属化合物の重合体であり、中
でも本発明においては溶液化しやすい低重合度のオリゴ
マーが好ましい。又、有機金属ポリマーは気泡形成剤を
ガス化して消失させるための仮焼成の温度では分解しな
いことが必要である。かかる有機金属ポリマーとしては
有機ケイ素化合物のオリゴマーが代表的なものであり、
例えばポリシラザン、ポリカルボシラン、ポリシラスチ
レン等が特に好ましい。
【００１１】又、本発明で用いる気孔形成剤は炭素や有
機発泡剤等の公知のもので良く、例えばトルエンスルホ
ニルヒドラジド（ＴＳＨ）やアゾジカーボンアミド（Ａ
ＤＣＡ）を使用することができる。これらの気孔形成剤
は、形成すべき細孔の孔径に応じた特定の粒径の粉末と
し、形成すべき所望の気孔率に応じた割合でセラミック
ス粉末に添加混合され、仮焼成によってガス化して消失
することにより仮焼成体中に細孔を残すものである。
機発泡剤等の公知のもので良く、例えばトルエンスルホ
ニルヒドラジド（ＴＳＨ）やアゾジカーボンアミド（Ａ
ＤＣＡ）を使用することができる。これらの気孔形成剤
は、形成すべき細孔の孔径に応じた特定の粒径の粉末と
し、形成すべき所望の気孔率に応じた割合でセラミック
ス粉末に添加混合され、仮焼成によってガス化して消失
することにより仮焼成体中に細孔を残すものである。
【００１２】
【作用】本発明の方法においては、気孔形成剤を混合し
たセラミックス粉末の成形体中に有機金属ポリマーを含
浸させることにより、有機金属ポリマーが成形体のセラ
ミックス粉末粒子の隙間に入り込んでセラミックス粉末
粒子同士の接着を強固にするため、気孔形成剤の含有割
合が大きな成形体においても、仮焼成により気孔形成剤
が消失した後の仮焼成体の形状維持が容易である。
たセラミックス粉末の成形体中に有機金属ポリマーを含
浸させることにより、有機金属ポリマーが成形体のセラ
ミックス粉末粒子の隙間に入り込んでセラミックス粉末
粒子同士の接着を強固にするため、気孔形成剤の含有割
合が大きな成形体においても、仮焼成により気孔形成剤
が消失した後の仮焼成体の形状維持が容易である。
【００１３】又、有機金属ポリマーは主に炭素原子と水
素原子及び金属原子から構成されているので、焼結と同
時に成形体中に含まれる有機金属ポリマーは熱分解して
セラミックスに変換される。しかも、有機金属ポリマー
の構成元素及び焼結雰囲気により、熱分解で得られるセ
ラミックスを特定することが可能である。
素原子及び金属原子から構成されているので、焼結と同
時に成形体中に含まれる有機金属ポリマーは熱分解して
セラミックスに変換される。しかも、有機金属ポリマー
の構成元素及び焼結雰囲気により、熱分解で得られるセ
ラミックスを特定することが可能である。
【００１４】例えば、窒素以外の非酸化性雰囲気中で焼
結した場合、窒素原子を含まない有機金属ポリマーは含
有金属の炭化物に相当するセラミックスに変換され、窒
素原子を含む有機金属ポリマーは含有金属の炭化物及び
窒化物に相当するセラミックスに変換される。又、窒素
雰囲気中で焼結した場合には、含有金属の窒化物及び炭
化物に相当するセラミックスに変換される。
結した場合、窒素原子を含まない有機金属ポリマーは含
有金属の炭化物に相当するセラミックスに変換され、窒
素原子を含む有機金属ポリマーは含有金属の炭化物及び
窒化物に相当するセラミックスに変換される。又、窒素
雰囲気中で焼結した場合には、含有金属の窒化物及び炭
化物に相当するセラミックスに変換される。
【００１５】有機ケイ素化合物のオリゴマーを非酸化性
雰囲気中で焼結する場合を例に取って具体的に説明する
と、ポリシラザンはＳｉ−Ｎ−Ｃ系及びＳｉ−Ｎ系、ポ
リカルボシラン、ポリシラスチレン、ポリシロキサン等
はＳｉ−Ｃ系、ポリボロシロキサンやポリカルボランシ
ロキサン等はＳｉ−Ｃ系及びＢ−Ｃ系、ポリチタノカル
ボシランはＳｉ−Ｃ系及びＴｉ−Ｃ系のセラミックス
に、それぞれ変換されると考えられる。
雰囲気中で焼結する場合を例に取って具体的に説明する
と、ポリシラザンはＳｉ−Ｎ−Ｃ系及びＳｉ−Ｎ系、ポ
リカルボシラン、ポリシラスチレン、ポリシロキサン等
はＳｉ−Ｃ系、ポリボロシロキサンやポリカルボランシ
ロキサン等はＳｉ−Ｃ系及びＢ−Ｃ系、ポリチタノカル
ボシランはＳｉ−Ｃ系及びＴｉ−Ｃ系のセラミックス
に、それぞれ変換されると考えられる。
【００１６】有機金属ポリマーから焼結により変換され
たセラミックスは、形成された細孔を残して、セラミッ
クス粉末粒子の隙間を効率良く充填すると同時に、セラ
ミックス粒子同士を接着する働きがある。従って、使用
する有機金属ポリマーは、製造すべき多孔質セラミック
スの主成分と同種のセラミックスに変換されるものを選
ぶことが好ましい。この点で、炭化ケイ素や窒化ケイ素
からなる多孔質セラミックスを製造する場合には、有機
金属ポリマーとして有機ケイ素化合物のオリゴマーを用
いることが望ましい。
たセラミックスは、形成された細孔を残して、セラミッ
クス粉末粒子の隙間を効率良く充填すると同時に、セラ
ミックス粒子同士を接着する働きがある。従って、使用
する有機金属ポリマーは、製造すべき多孔質セラミック
スの主成分と同種のセラミックスに変換されるものを選
ぶことが好ましい。この点で、炭化ケイ素や窒化ケイ素
からなる多孔質セラミックスを製造する場合には、有機
金属ポリマーとして有機ケイ素化合物のオリゴマーを用
いることが望ましい。
【００１７】 成形体中に含浸される有機金属ポリマー
の飽和含浸量は、成形体の密度や原料粉末の平均粒径等
によって成形体中の隙間の存在量が異なるので、一概に
定めることはできない。しかし、有機金属ポリマーの含
浸量が少なすぎると仮焼成後の形状維持が困難になるの
で、一般的に成形体の全体積に対して少なくとも１０体
積％以上の含浸量を確保することが好ましく、このため
真空中で成形体中の隙間を脱気した後有機金属ポリマー
を含浸させる等の方法を採るべきである。
の飽和含浸量は、成形体の密度や原料粉末の平均粒径等
によって成形体中の隙間の存在量が異なるので、一概に
定めることはできない。しかし、有機金属ポリマーの含
浸量が少なすぎると仮焼成後の形状維持が困難になるの
で、一般的に成形体の全体積に対して少なくとも１０体
積％以上の含浸量を確保することが好ましく、このため
真空中で成形体中の隙間を脱気した後有機金属ポリマー
を含浸させる等の方法を採るべきである。
【００１８】又、多孔質セラミックスの原料粉末である
セラミックス粉末は、フィルターや触媒担体等の用途に
応じて選択されるが、炭化ケイ素又は窒化ケイ素を用い
ることにより、強度、耐熱性、耐酸化性等に優れた多孔
質セラミックスが得られる。更に、原料粉末としてのセ
ラミックス粉末の粒径が大きいと、得られる多孔質セラ
ミックス中に孔径の大きな細孔が存在しやすくなり、従
って細孔径の制御が難しくなり、又得られる多孔質セラ
ミックスの強度も低くなるため、平均粒径１.０μｍ以
下のセラミックス粉末を使用することが好ましい。
セラミックス粉末は、フィルターや触媒担体等の用途に
応じて選択されるが、炭化ケイ素又は窒化ケイ素を用い
ることにより、強度、耐熱性、耐酸化性等に優れた多孔
質セラミックスが得られる。更に、原料粉末としてのセ
ラミックス粉末の粒径が大きいと、得られる多孔質セラ
ミックス中に孔径の大きな細孔が存在しやすくなり、従
って細孔径の制御が難しくなり、又得られる多孔質セラ
ミックスの強度も低くなるため、平均粒径１.０μｍ以
下のセラミックス粉末を使用することが好ましい。
【００１９】尚、本発明方法においても、必要に応じて
セラミックス粉末に焼結助剤を添加することができる。
又、本発明方法における仮焼成とその後の焼結とは、連
続的に又は非連続的に行うことができ、その雰囲気は有
機金属ポリマー等の酸化を防ぐために非酸化性であれば
同一雰囲気であっても、又は異なる雰囲気であっても良
い。
セラミックス粉末に焼結助剤を添加することができる。
又、本発明方法における仮焼成とその後の焼結とは、連
続的に又は非連続的に行うことができ、その雰囲気は有
機金属ポリマー等の酸化を防ぐために非酸化性であれば
同一雰囲気であっても、又は異なる雰囲気であっても良
い。
【００２０】以上説明した本発明方法によれば、従来方
法ならば仮焼成後に形崩れするような多量の気孔形成剤
を添加した場合でも、仮焼成体の形状を維持することが
可能であり、従ってこの仮焼成体を更に焼結することに
より高気孔率の多孔質セラミックスを得ることができ
る。しかも、有機金属ポリマーから変換したセラミック
スがセラミックス粒子同士を接着するので、強度的にも
優れた多孔質セラミックスが得られる。
法ならば仮焼成後に形崩れするような多量の気孔形成剤
を添加した場合でも、仮焼成体の形状を維持することが
可能であり、従ってこの仮焼成体を更に焼結することに
より高気孔率の多孔質セラミックスを得ることができ
る。しかも、有機金属ポリマーから変換したセラミック
スがセラミックス粒子同士を接着するので、強度的にも
優れた多孔質セラミックスが得られる。
【００２１】
【実施例】実施例１
平均粒径０.５μｍのＳｉ3Ｎ4粉末に、焼結助剤として
Ａｌ2Ｏ3粉末、Ｙ2Ｏ3粉末及びＭｇＯ粉末をそれぞれ２
重量％、５重量％及び１重量％加えた。この原料粉末
に、気孔形成剤として平均粒径２０μｍのトルエンスル
ホニルヒドラジド（ＴＳＨ）の粉末を、それぞれ下記表
１に示す割合で添加し、均一に混合した後、１５００ｋ
ｇ／ｃｍ2の圧力で圧縮成形して平板状の成形体とし
た。
Ａｌ2Ｏ3粉末、Ｙ2Ｏ3粉末及びＭｇＯ粉末をそれぞれ２
重量％、５重量％及び１重量％加えた。この原料粉末
に、気孔形成剤として平均粒径２０μｍのトルエンスル
ホニルヒドラジド（ＴＳＨ）の粉末を、それぞれ下記表
１に示す割合で添加し、均一に混合した後、１５００ｋ
ｇ／ｃｍ2の圧力で圧縮成形して平板状の成形体とし
た。
【００２２】各成形体を真空中にてポリシラザンの溶液
中に浸漬し、ポリシラザン溶液が減少しなくなるまで放
置してポリシラザンを十分に含浸させた。この時のポリ
シラザンの含浸量は４０体積％であった。尚、ポリシラ
ザン溶液は１０ｇのポリシラザンを５０ｍｌのトルエン
に溶解させたものを用いた。その後、各成形体を窒素ガ
ス中において１２０℃で２時間仮焼成することによりＴ
ＳＨを消失させ、仮焼成体を引き続き窒素ガス中におい
て１７００℃で５時間焼結した。
中に浸漬し、ポリシラザン溶液が減少しなくなるまで放
置してポリシラザンを十分に含浸させた。この時のポリ
シラザンの含浸量は４０体積％であった。尚、ポリシラ
ザン溶液は１０ｇのポリシラザンを５０ｍｌのトルエン
に溶解させたものを用いた。その後、各成形体を窒素ガ
ス中において１２０℃で２時間仮焼成することによりＴ
ＳＨを消失させ、仮焼成体を引き続き窒素ガス中におい
て１７００℃で５時間焼結した。
【００２３】得られた各Ｓｉ3Ｎ4焼結体試料１〜４につ
いて細孔の孔径を測定したところ、孔径は１５〜２５μ
ｍの範囲にあり、平均細孔径は１８μｍであった。又、
各試料１〜４の外観を観察すると共に、水銀圧入法によ
る気孔率及び３点曲げ強度を測定し、その結果を表１に
示した。尚、比較例として、ポリシラザンを含浸させな
い以外は上記と同様に製造した各試料５〜８についても
同様の測定を行い、その結果を表１に併せて示した。
いて細孔の孔径を測定したところ、孔径は１５〜２５μ
ｍの範囲にあり、平均細孔径は１８μｍであった。又、
各試料１〜４の外観を観察すると共に、水銀圧入法によ
る気孔率及び３点曲げ強度を測定し、その結果を表１に
示した。尚、比較例として、ポリシラザンを含浸させな
い以外は上記と同様に製造した各試料５〜８についても
同様の測定を行い、その結果を表１に併せて示した。
【００２４】
【表１】
ホ゜リシラサ゛ン TSH添加量 気孔率 曲げ強度試料
の含浸 (体積％) 試料外観 (体積％) (MPa)
1 有り 10 形状維持 14 750
2 有り 20 形状維持 26 500
3 有り 30 形状維持 38 350
4 有り 40 形状維持 47 290
5＊ 無し 10 形状維持 16 820
6＊ 無し 20 崩壊 測定不可 測定不可
7＊ 無し 30 崩壊 測定不可 測定不可
8＊ 無し 40 崩壊 測定不可 測定不可
（注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【００２５】上記表１から解るように、通常の成形体で
は気泡形成剤ＴＳＨの添加量が２０体積％以上になると
仮焼成後の形状維持が不可能であったのに対して、有機
金属ポリマーであるポリシラザンを含浸させた本発明の
試料１〜４では気泡形成剤の添加量が４０体積％まで形
状を維持することが可能であり、従来は製造が難しかっ
た高気孔率で細孔径の制御された高強度の多孔質Ｓｉ3
Ｎ4系焼結体を製造することができた。
は気泡形成剤ＴＳＨの添加量が２０体積％以上になると
仮焼成後の形状維持が不可能であったのに対して、有機
金属ポリマーであるポリシラザンを含浸させた本発明の
試料１〜４では気泡形成剤の添加量が４０体積％まで形
状を維持することが可能であり、従来は製造が難しかっ
た高気孔率で細孔径の制御された高強度の多孔質Ｓｉ3
Ｎ4系焼結体を製造することができた。
【００２６】実施例２
平均粒径０.２μｍのＡｌ2Ｏ3粉末に平均粒径０.１μｍ
のＳｉＣ粉末を２０重量％添加し、この原料粉末に気孔
形成剤として平均粒径１４μｍのアゾジカーボンアミド
（ＡＤＣＡ）の粉末を、それぞれ下記表２に示す割合で
添加し、均一に混合した後、１５００ｋｇ／ｃｍ2の圧
力で圧縮成形して平板状の成形体とした。
のＳｉＣ粉末を２０重量％添加し、この原料粉末に気孔
形成剤として平均粒径１４μｍのアゾジカーボンアミド
（ＡＤＣＡ）の粉末を、それぞれ下記表２に示す割合で
添加し、均一に混合した後、１５００ｋｇ／ｃｍ2の圧
力で圧縮成形して平板状の成形体とした。
【００２７】各成形体を真空中にてポリカルボシランの
溶液中に浸漬し、ポリカルボシランの溶液量が減少しな
くなるまで放置してポリカルボシランを十分に含浸させ
た。この時のポリカルボシランの含浸量は４８体積％で
あった。尚、ポリカルボシラン溶液は、２０ｇのポリカ
ルボシランを１００ｍｌのコシレンに溶解させたものを
用いた。その後、各成形体を窒素ガス中において２２０
℃で２時間仮焼成することによりＡＤＣＡを消失させ、
仮焼成体を引き続き窒素ガス中において１６００℃で５
時間焼結した。
溶液中に浸漬し、ポリカルボシランの溶液量が減少しな
くなるまで放置してポリカルボシランを十分に含浸させ
た。この時のポリカルボシランの含浸量は４８体積％で
あった。尚、ポリカルボシラン溶液は、２０ｇのポリカ
ルボシランを１００ｍｌのコシレンに溶解させたものを
用いた。その後、各成形体を窒素ガス中において２２０
℃で２時間仮焼成することによりＡＤＣＡを消失させ、
仮焼成体を引き続き窒素ガス中において１６００℃で５
時間焼結した。
【００２８】得られた各焼結体試料１０〜１３について
細孔の孔径を測定したところ、孔径は７〜２１μｍの範
囲にあり、平均細孔径は１０μｍであった。又、各試料
１０〜１３の外観を観察すると共に、水銀圧入法による
気孔率及び３点曲げ強度を測定し、その結果を表２に示
した。尚、比較例として、ポリカルボシランを含浸させ
ない以外は上記と同様に製造した各試料１４〜１７につ
いても同様の測定を行い、その結果を表２に併せて示し
た。
細孔の孔径を測定したところ、孔径は７〜２１μｍの範
囲にあり、平均細孔径は１０μｍであった。又、各試料
１０〜１３の外観を観察すると共に、水銀圧入法による
気孔率及び３点曲げ強度を測定し、その結果を表２に示
した。尚、比較例として、ポリカルボシランを含浸させ
ない以外は上記と同様に製造した各試料１４〜１７につ
いても同様の測定を行い、その結果を表２に併せて示し
た。
【００２９】
【表２】
ホ゜リカルホ゛シラン ADCA添加量 気孔率 曲げ強度試料
の含浸 (体積％) 試料外観 (体積％) (MPa)
10 有り 10 形状維持 15 480
11 有り 20 形状維持 25 290
12 有り 30 形状維持 36 150
13 有り 40 形状維持 47 110
14＊ 無し 10 形状維持 15 340
15＊ 無し 20 崩壊 測定不可 測定不可
16＊ 無し 30 崩壊 測定不可 測定不可
17＊ 無し 40 崩壊 測定不可 測定不可
（注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【００３０】上記の結果から解るように、通常の成形体
では気泡形成剤ＡＤＣＡの添加量が２０体積％以上にな
ると仮焼成後の形状維持が不可能であったのに対して、
有機金属ポリマーであるポリカルボシランを含浸させた
本発明の試料１０〜１３では気泡形成剤の添加量が４０
体積％まで形状維持が可能であり、従来は製造が難しか
った高気孔率で細孔径が制御された高強度の多孔質Ａｌ
2Ｏ3＋ＳｉＣ系焼結体を製造することができた。
では気泡形成剤ＡＤＣＡの添加量が２０体積％以上にな
ると仮焼成後の形状維持が不可能であったのに対して、
有機金属ポリマーであるポリカルボシランを含浸させた
本発明の試料１０〜１３では気泡形成剤の添加量が４０
体積％まで形状維持が可能であり、従来は製造が難しか
った高気孔率で細孔径が制御された高強度の多孔質Ａｌ
2Ｏ3＋ＳｉＣ系焼結体を製造することができた。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、気泡形成剤を用いた従
来の方法に比べて遥かに高い気孔率、一般的には６０体
積％程度までの高気孔率を有し、且つ高強度の多孔質セ
ラミックスを製造することができ、特に炭化ケイ素又は
窒化ケイ素を主成分とすることで強度、耐熱性及び耐熱
衝撃性等に優れた多孔質セラミックスを得ることができ
る。これらの多孔質セラミックスは優れた強度を有し、
細孔の孔径が制御されていて且つ高気孔率であるから、
各種のフィルターや触媒担体として極めて有用である。
来の方法に比べて遥かに高い気孔率、一般的には６０体
積％程度までの高気孔率を有し、且つ高強度の多孔質セ
ラミックスを製造することができ、特に炭化ケイ素又は
窒化ケイ素を主成分とすることで強度、耐熱性及び耐熱
衝撃性等に優れた多孔質セラミックスを得ることができ
る。これらの多孔質セラミックスは優れた強度を有し、
細孔の孔径が制御されていて且つ高気孔率であるから、
各種のフィルターや触媒担体として極めて有用である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平３−215308（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−340814（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C04B 38/00 - 38/10
Claims (3)
- 【請求項１】 セラミックス粉末に気孔形成剤を混合し
て成形し、得られた成形体に有機金属ポリマーを含浸さ
せた後、この成形体を前記有機金属ポリマーが分解しな
い温度で仮焼成して気孔形成剤を焼失させ、更にその成
形体を焼結すると同時に、成形体中に含まれる有機金属
ポリマーが熱分解してセラミックスに変換されることを
特徴とする多孔質セラミックスの製造方法。 - 【請求項２】 セラミックス粉末が炭化ケイ素粉末又は
窒化ケイ素粉末であって、有機金属ポリマーが有機ケイ
素化合物のオリゴマーであることを特徴とする、請求項
１に記載の多孔質セラミックスの製造方法。 - 【請求項３】 セラミックス粉末の平均粒径が１ . ０μ
ｍ以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載
の多孔質セラミックスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26557593A JP3496251B2 (ja) | 1993-09-29 | 1993-09-29 | 多孔質セラミックスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26557593A JP3496251B2 (ja) | 1993-09-29 | 1993-09-29 | 多孔質セラミックスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0797282A JPH0797282A (ja) | 1995-04-11 |
| JP3496251B2 true JP3496251B2 (ja) | 2004-02-09 |
Family
ID=17419027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26557593A Expired - Fee Related JP3496251B2 (ja) | 1993-09-29 | 1993-09-29 | 多孔質セラミックスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3496251B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4730722B2 (ja) * | 2001-03-27 | 2011-07-20 | 日本特殊陶業株式会社 | 積層型ガスセンサ素子の製造方法及び積層型ガスセンサ素子 |
| JP4304276B2 (ja) * | 2004-03-31 | 2009-07-29 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 高圧装置の効率的な断熱方法及び装置 |
| KR100850568B1 (ko) * | 2007-05-09 | 2008-08-06 | 오스템임플란트 주식회사 | 다공성 표면을 가진 세라믹 임플란트의 제조방법과 그제조방법에 의해 제조된 임플란트 |
| CN109721366A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-05-07 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种多孔碳化硅陶瓷的制备方法 |
| JP7189446B2 (ja) * | 2019-08-08 | 2022-12-14 | 日亜化学工業株式会社 | 発光装置及び発光装置の製造方法 |
-
1993
- 1993-09-29 JP JP26557593A patent/JP3496251B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0797282A (ja) | 1995-04-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100692114B1 (ko) | 뮬라이트체 및 뮬라이트체의 형성방법 | |
| JP3581879B2 (ja) | アルミナ多孔体及びその製造方法 | |
| US4354991A (en) | Dense sintered silicon carbide ceramic | |
| US4354990A (en) | Process for sintering silicon nitride compacts | |
| AU693534B2 (en) | Synthesis of microporous ceramics | |
| JP3596910B2 (ja) | セラミックス多孔体及びその製造方法 | |
| Song et al. | Processing of microcellular silicon carbide ceramics with a duplex pore structure | |
| US5643987A (en) | Synthesis of microporous ceramics | |
| EP1197253B1 (en) | Method for producing a silicon nitride filter | |
| JP3496251B2 (ja) | 多孔質セラミックスの製造方法 | |
| JP3698143B2 (ja) | フィルタ用多孔質Ｓｉ３Ｎ４とその製造方法 | |
| CA1152536A (en) | Dense sintered silicon carbide ceramic | |
| IE60943B1 (en) | Production of ceramic and ceramic-metal composite articles incorporating filler materials | |
| JPH0631174B2 (ja) | 網目状シリカウィスカー・セラミックス多孔質体複合体の製造方法 | |
| JP4633449B2 (ja) | 炭化珪素質多孔体及びその製造方法 | |
| JP3570676B2 (ja) | セラミックス多孔体及びその製造方法 | |
| WO2004035506A1 (en) | Hardened/toughened freeze cast ceramics | |
| US4689189A (en) | Composite of Si3 N4 by infiltration | |
| JPH0138075B2 (ja) | ||
| JPH0127993B2 (ja) | ||
| JPS6344713B2 (ja) | ||
| JP2002167289A (ja) | 多孔質セラミックスおよびその製造方法 | |
| JPS60186473A (ja) | 窒化珪素焼結体の製造方法 | |
| JPS5915112B2 (ja) | 高密度炭化珪素焼結体の製造方法 | |
| JP2588278B2 (ja) | 炭化珪素多孔質焼結体の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071128 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081128 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091128 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091128 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101128 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |