JP3997929B2 - セラミックス多孔質体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は焼成時に収縮の少ないセラミックス焼成体から成り、フィルタに用いられるセラミックス多孔質体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックス焼成体は素地の焼成時に収縮しやすく、この収縮によりひび割れが発生することがあるので、この収縮の発生を軽微にするため、焼成温度が低く押えられがちである。しかし、焼成温度を低くすると焼成体の強度も低くなるので、高温焼成で収縮の発生が少ない焼成体が望まれていた。このような焼成体から成る多孔質体は、強度の高いフィルタとしても好適に使用される可能性があるのでそのようなフィルタが望まれていた。
【０００３】
焼成体から成る多孔質体は、焼成温度で焼失するスポンジ板等の多孔質体に坏土を内部までいきわたらせて塗布し、その後焼成することにより得ることが出来る。この坏土の成分はタルク、陶石、長石、ベントナイト、カオリン又は粘土、釉薬又はガラス粉である。（例えば、特許文献１参照。）この場合も、焼成時にひび割れが発生することがあるので、焼成温度を高くすることができず、強度の高いフィルタが安定して得られなかった。
【０００４】
焼成体から成る多孔質体としてはこのほかにも、アルミナ、長石、けい石、リン酸及びアルカリ土類のリン酸塩を泥状にしたものを連続気泡を有するウレタンフォームの骨格表面全体に付着させ、乾燥させ固形化して後焼成しウレタンフォームを焼失させ連続気泡のセラミック体にするセラミックフィルター製造方法（例えば、特許文献２参照。）が提示されているが、この方法においても、焼成時に収縮しやすく、この収縮によりひび割れが発生することがあるので、焼成温度を高くすることができず、強度の高いフィルタが得られなかった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−１７５２７６号公報（特許請求の範囲、第２頁）
【特許文献２】
特開２００１−２１９０１６号公報（特許請求の範囲）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これら問題点に鑑み焼成時に収縮しにくい焼成体から成り、フィルタに用いられるセラミックス多孔質体を提供しようとする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、
アルミナ ２０〜８０重量％
長石 １５〜７０重量％
石灰質原料 ３〜４０重量％
を含有する坏土を泥漿化して焼失性多孔質体に含浸させ乾燥し、１２３０〜１４５０℃で焼成し、前記焼失性多孔質体が焼失して得られ、その焼成の際にアノーサイトを析出させることにより線収縮率が１％以下となるセラミックス多孔質体であることにある。
【０００８】
前記セラミックス多孔質体において、前記石灰質原料は、ドロマイト、石灰石、珪灰石から選択され得る。
【０００９】
前記セラミックス多孔質体の骨格の表面の少なくとも一部には、ガラス質層又はチタン酸化物層又は鉄酸化物層が形成され得る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のセラミックス多孔質体を構成する焼成体は、アルミナ２０〜８０重量％、長石１５〜７０重量％、石灰質原料３〜４０重量％を含有する坏土から得られる素地を焼成して得られる。この坏土には、粘土、珪石等の陶土原料や有機系結合剤から成る成分がほかに１５重量％未満含有されていてもよい。
【００１１】
この坏土は水と調合され適度の成形性を有する素地とされて、成形、乾燥の後焼成されて焼成体となる。この焼成体の焼成時の収縮率は、焼成温度が１２３０℃以上であっても１％以下である。この焼成温度と収縮率との関係は焼成体の性能を示すひとつの基準であるが、この焼成温度は配合割合により１２３０〜１４５０℃の範囲で適切な焼成条件に調節することが好ましい。焼成温度が１２３０℃未満であると、目的によっては充分使用可能であるが、焼成体の強度が小さくなることがある。焼成温度が１４５０℃を超えると焼成熱源のエネルギー消費が過大となり、工業的に実施するうえで好ましくない場合がある。
【００１２】
本発明に係る焼成体は、焼成時にアルミナと石灰質原料との組み合わせによるアノーサイト結晶が析出し、これにより、焼成時の収縮が抑えられる。
【００１３】
本発明において使用される石灰質原料としては、ドロマイト、石灰石、珪灰石等が挙げられるが、ＣａＯ成分を２０％以上含有する石灰質のものであればこれらに限定されない。
【００１４】
又、本発明のセラミックス多孔質体をフィルタに応用して、強度の高いフィルタを得ることが出来る。このセラミックス多孔質体から成るフィルタは、アルミナ２０〜８０重量％、長石１５〜７０重量％、石灰質原料３〜４０重量％を含有する前述の坏土を、焼成温度で焼失する材料で作られたスポンジのような多孔体の内部まで含浸付着させて焼成し、均一な多数の通気孔を確保されたセラミックス多孔質体とすることにより得られる。
【００１５】
本発明のセラミックス多孔質体を図面に示す実施例に従い説明する。図１は本発明のセラミックス多孔質体の製造に用いる板状の焼失性多孔質体１を示す。焼失性多孔質体１は合成樹脂材料等のセラミック焼成温度で焼失する材料で作られる。焼失性多孔質体１には前述の坏土の泥漿がスプレーガン等で吹き付けられ付着され、ついで乾燥されて成形体となる。
【００１６】
この成形体は１２３０℃以上の焼成温度で焼成される。この焼成温度で焼成後の変形が小さくかつ強度の高い多孔セラミック板が得られる。
【００１７】
焼失性多孔質体１に泥漿を付着させるためには有機系結合材を泥漿に配合することが好ましい。配合比は泥漿の固形分１００重量部に対して有機系結合材０．３〜１．０重量部の割合が適当である。
【００１８】
泥漿の付着量は例えば１ｃｍ×１ｃｍ×０．５ｃｍの焼失性多孔質体に対して０．１５ｇ程度が望ましい。
【００１９】
一方作りたいセラミックス多孔質体２の目のあらさに合わせて焼失性多孔質体１の目のあらさを適当に選べば任意に目のあらさを変えることができる。
【００２０】
焼成時間を例えば２４時間として図２に示すようなセラミックス多孔質体２が製造される。すなわち焼失性多孔質体１は焼成時に焼失しセラミックのみの多数の通気孔を有する板状のセラミックス多孔質体２になるのである。
【００２１】
焼失性多孔質体１としてはウレタン系樹脂、エステル系樹脂、ゴム系樹脂等のエラストマー素材から成るものを使用できる。又、焼失性多孔質体としては硬質の樹脂から成る発泡体や、フェルト状の繊維集合体を使用してもよい。ダンボール状の紙製の板を使用してもよい。
【００２２】
又、焼成後のセラミックス多孔質体の骨格に、塗料材などの有機系高分子材料や、ガラス質セラミックス、釉薬などの無機系材料のスラリーをコーティングして乾燥や再焼成することにより、骨格全体の吸水率を低下させることが出来る。ガラス質セラミックスの付与は、セラミックス多孔質体をガラス質セラミックスのスラリー中に浸漬するかスプレーコーティングしたのち、余分なスラリーを除去し、２００〜１０００℃程の温度で熱処理して行なうことが出来る。
【００２３】
スプレーコーティングは、セラミックス多孔質体の一面例えば上面のみ行ってもよい。この場合は、セラミックス多孔質体の限られた部分の骨格の表面が有機系高分子材料や、ガラス質セラミックス、釉薬などでコートされる。
【００２４】
又、ガラス質セラミックスに替えて、光触媒機能を有するチタン酸化物や、脱臭機能を有する鉄酸化物がコートされてもよい。これにより、付着した有機物を光の作用のもとで分解するフィルタや壁材等の建材、脱臭機能を有するフィルタや壁材等の建材を得ることが出来る。
【００２５】
本発明のセラミックス多孔質体は、厨房用フィルタ、油煙除去（回収）フィルタの基材として好適に用いられる。又、排ガス処理用フィルタ、水処理用フィルタとして使用される。
【００２６】
参考例１〜１０、比較例１〜４
表１に示す配合比で坏土を調整し、この坏土１００重量部に対して水３５重量部、有機結合材０．３重量部を配合した泥漿を、内寸約６ｃｍ×９ｃｍ×５ｍｍプラスチックトレーに流し込み、乾燥し成形体を製作した。この成形体を１２３０℃での焼成を行ない、焼成体を得た。このときの坏土原料の配合重量比（％）と焼成体の焼成による線収縮率（％）、焼成体の３点曲げ強さ（ＭＰａ）を表１に示す。焼成による線収縮率は焼成前の長さに対する焼成による長さの変化量の比率である。３点曲げ強さは、測定ピースを４０ｍｍ幅の支点に置き、その中央に荷重をかけて測定計算した値である。
【００２７】
表１のようにアルミナと長石、石灰質原料を表１の配合で組み合わせた調合については、焼成収縮率が１％以下の値となり、その値以内で収縮または膨張変化する。
【００２８】
【表１】

【００２９】
図３に参考例１〜１０及び比較例１〜４の焼成体のうち代表的なもの、並びに後の実施例１のセラミックス多孔質体のＸ線回折測定結果に示す。これよりアルミナと長石、石灰質原料を組み合わせた調合のみ焼成体中にアノーサイト結晶（CaO・Al2O3・2SiO2：Anorthite）を生成していることが確認できる。
【００３０】
実施例１
アルミナ８０重量部、長石１７重量部、ドロマイト３重量部、有機結合材１．０重量部に水３８重量部を加えて泥漿を得た。５００ｍｍ×５００ｍｍ×２５ｍｍのウレタンスポンジにこの泥漿を含浸させ、自然乾燥後１２６０℃で１時間保持する焼成を行なってセラミックス多孔質体を得た。このセラミックス多孔質体の空隙率は７５％、セル数は８個／２５ｍｍ、曲げ強度は０．６ＭＰａであった。高温焼成したにもかかわらず、ヒビの発生がなかった。また、図４に実施例１の焼成過程における加熱線膨張収縮測定結果を一般陶器素地と比較して示す。この図から、実施例１は、一般陶器素地と比較して収縮変化がかなり高温域で起きていることがわかる。
【００３１】
同様にそれぞれ同一寸法のウレタンスポンジを用いて５個のセラミックス多孔質体を製造したが、そのセラミックス多孔質体の長さは５個のサンプルの間で変動が少なく、寸法は縦、横、厚みとも５個のサンプル間の変動率が１％以下であった。
【００３２】
実施例２
アルミナ２０重量部、長石４０重量部、石灰石４０重量部、有機結合材１．０重量部に水３８重量部を加えて泥漿を得た。５００ｍｍ×５００ｍｍ×２５ｍｍのウレタンスポンジにこの泥漿を含浸させ、自然乾燥後１２６０℃で１時間保持する焼成を行なってセラミックス多孔質体を得た。このセラミックス多孔質体の空隙率は７５％、セル数は８個／２５ｍｍ、曲げ強度は０．４ＭＰａであった。高温焼成したにもかかわらず、ヒビの発生がなかった。
【００３３】
同様にそれぞれ同一寸法のウレタンスポンジを用いて５個のセラミックス多孔質体を製造したが、そのセラミックス多孔質体の長さは５個のサンプルの間で変動が少なく、寸法は縦、横、厚みとも５個のサンプル間の変動率が１％以下であった。
【００３４】
実施例３
実施例１で得られたセラミックス多孔質体にガラスフリットからなる釉薬に浸漬して付着させ乾燥後１０００℃で１時間保持焼成を行なって骨格表面にガラス層が形成されたセラミックス多孔質体を得た。このガラス層が形成されたセラミックス多孔質体を日本厨房工業会グリス除去装置の技術基準に示された試験要領に基づくアルカリ強度試験を行なった結果、曲げ強度１．７ＭＰａを得た。これは基準強度以上を満足したものであった。また、性能のグリス除去試験でも８０〜８５．４％と高い除去率であった。
【００３５】
実施例４
実施例２で得られたセラミックス多孔質体にガラスフリットからなる釉薬に浸漬して付着させ乾燥後１０００℃で１時間保持焼成を行なってガラス層が形成されたセラミックス多孔質体を得た。このガラス層が形成されたセラミックス多孔質体を日本厨房工業会グリス除去装置の技術基準に示された試験要領に基づくアルカリ強度試験を行なった結果、曲げ強度１．１ＭＰａを得た。これは基準強度以上を満足したものであった。また、性能のグリス除去試験でも８０〜８５．４％と高い除去率であった。
【００３６】
比較例５
実施例１のアルミナ８０重量部、長石１７重量部、ドロマイト３重量部の配合をアルミナ８０重量部、長石２０重量部としたほかは実施例１と同様にしてセラミックス多孔質体を作成したが焼成時の収縮率が７〜１１．５％と高く、又、この収縮によるヒビ割れが発生した。
【００３７】
以上、本発明のセラミックス多孔質体の説明をしたが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変形を加えた態様で実施し得るものであり、これらはいずれも本発明の範囲に属するものである。
【００３８】
【発明の効果】
本発明により、１２３０℃以上の焼成温度で焼成して得られても、焼成時の線収縮が１％以下となり寸法精度が良好で、かつひび割れのないセラミックス多孔質体が安定して得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のセラミックス多孔質体の製造に用いる焼失性多孔質体の斜視模式図である。
【図２】 本発明のセラミックス多孔質体の斜視模式図である。
【図３】 参考例１〜１０及び比較例１〜４の焼成体のうち代表的なもの、並びに実施例１のセラミックス多孔質体のＸ線回折測定結果に示すグラフである。
【図４】 実施例１の焼成過程における加熱線膨張収縮測定結果を一般陶器素地と比較して示すグラフである。
【符号の説明】
１：焼失性多孔質体
２：セラミックス多孔質体

Claims (3)

1. アルミナ ２０〜８０重量％
   長石 １５〜７０重量％
   石灰質原料 ３〜４０重量％
   を含有する坏土を泥漿化して焼失性多孔質体に含浸させ乾燥し、１２３０〜１４５０℃で焼成し、前記焼失性多孔質体が焼失して得られ、その焼成の際にアノーサイトを析出させることにより線収縮率が１％以下となるセラミックス多孔質体。
2. 前記石灰質原料が、ドロマイト、石灰石、珪灰石から選択される請求項１に記載のセラミックス多孔質体。
3. 請求項１又は２に記載のセラミックス多孔質体の骨格の表面の少なくとも一部にガラス質層又は酸化チタン層又は酸化鉄層が形成されたセラミックス多孔質体。

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