JP4952484B2 - Method for producing ceramic porous body and ceramic porous body and structure produced using the same - Google Patents

Method for producing ceramic porous body and ceramic porous body and structure produced using the same Download PDF

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Description

本発明は、セラミック多孔体からなるセラミック成形体に関するものである。   The present invention relates to a ceramic molded body made of a ceramic porous body.

近年、セラミック多孔体は機能性材料として、高耐熱・軽量であることに加え、高透過率、大表面積、吸音、断熱性等のような特性を有しており、これらを利用した、フィルター、センサー、触媒、建材等に応用され、製品の種類や形状によって使い分けられている。   In recent years, ceramic porous bodies have characteristics such as high transmittance, large surface area, sound absorption, heat insulation, etc. in addition to being highly heat-resistant and lightweight as a functional material. It is applied to sensors, catalysts, building materials, etc., and is used properly depending on the type and shape of the product.

これらのセラミック多孔体の製法の一つとして考えられたゲルキャスティング法は、スラリー中に溶解させたモノマーの重合反応によって成形する方法で、分散媒にセラミックス粉体、有機モノマーを含むスラリーを調製し、開始剤および触媒を混ぜた後、不透水型に流し込む。   The gel casting method considered as one of the methods for producing these ceramic porous bodies is a method of forming by a polymerization reaction of monomers dissolved in a slurry, and preparing a slurry containing ceramic powder and organic monomer in a dispersion medium. After mixing the initiator and the catalyst, it is poured into an impermeable mold.

そして、型内でモノマーがラジカル重合することにより分散媒中にポリマーのネットワークが形成され、ゲル湿潤成形体が得られる。   Then, the monomer undergoes radical polymerization in the mold to form a polymer network in the dispersion medium, and a gel wet molded body is obtained.

この方法では、スラリーの流動過程と固化過程が完全に分離し、粒子がその場で固定されるため、成形体中の不均一や欠陥が発生しにくいという利点がある。   This method has an advantage that the fluidization process and the solidification process of the slurry are completely separated and the particles are fixed in-situ, so that nonuniformity and defects in the molded body are hardly generated.

その他にも、スラリー調製が現在一般的に使用されている鋳込み成形やテープ成形と同様であり、高濃度スラリーが調製できれば適用可能であることや、複雑形状の型を用いたニアネットシェーピングが可能といった利点もある。   In addition, slurry preparation is the same as cast molding and tape molding currently commonly used, and can be applied if a high-concentration slurry can be prepared, or near-net shaping using a complex-shaped mold is possible. There are also advantages.

また、ゲルキャスティング法では、重合前のスラリーに気泡を導入し重合を開始することにより、多孔質な成形体を得ることが可能である。   Further, in the gel casting method, it is possible to obtain a porous molded body by introducing bubbles into the slurry before polymerization and starting the polymerization.

多孔化する場合のゲルキャスティングの手順は、基本的には、緻密体を成形するのと同じ手順であるが、導入した気泡をスラリーが固化するまで維持するために、スラリーに界面活性剤を加える。   The gel casting procedure for making the pores is basically the same as that for forming a dense body, but a surfactant is added to the slurry to maintain the introduced bubbles until the slurry is solidified. .

気泡の導入は機械的な撹拌によって行われる。ゲルキャスティングを用いた多孔体成形は他の多孔体セラミック成形法に比べて非常に高い気孔率が得られ、80%以上の気孔率も可能である。   Bubbles are introduced by mechanical stirring. Porous forming using gel casting can provide a very high porosity as compared with other porous ceramic forming methods, and a porosity of 80% or more is also possible.

さらに、ゲルキャスティング法を用いた多孔体製造における気孔制御は、基本的にはスラリー中に導入した気泡の状態変化を利用する。界面活性剤種類、ゲル化剤添加量やスラリー温度変化による固化時間、スラリー濃度等を変化させることにより気孔径や気孔率を制御可能である。   Furthermore, the pore control in the production of a porous body using the gel casting method basically uses the change in the state of bubbles introduced into the slurry. The pore diameter and porosity can be controlled by changing the kind of surfactant, the amount of gelling agent added, the solidification time due to changes in slurry temperature, the slurry concentration, and the like.

界面活性剤の種類を変化させた場合、気泡の状態が変化し気孔径や気孔率が変化する。ゲル化剤添加量やスラリー温度変化ではゲル化時間が変化し、気泡の合体、膨張、収縮の結果、気孔径が変化する。   When the type of the surfactant is changed, the state of the bubbles changes and the pore diameter and porosity change. The gelling time varies depending on the addition amount of the gelling agent and the slurry temperature, and the pore diameter changes as a result of the coalescence, expansion, and contraction of the bubbles.

したがって、界面活性剤の種類やゲル化時間を適切に変化させることにより、気孔径、気孔率が制御可能である(例えば、非特許文献1参照)。
「セラミックス基盤工学研究センター年報(2005)Vol.5」P33−40、竹上弘彰、藤井正督、高橋実 著「ゲルキャスティングによる多孔体セラミックス成形とその応用」
Therefore, the pore diameter and the porosity can be controlled by appropriately changing the type of surfactant and gelation time (see, for example, Non-Patent Document 1).
"Ceramic Engineering Research Center Annual Report (2005) Vol.5" P33-40, Hiroaki Takegami, Masanori Fujii, Minoru Takahashi "Porous Ceramics Molding by Gel Casting and its Applications"

しかしながら、前記の従来のセラミック多孔体の製作過程に置いて、様々な課題が発生し、特に、スラリーに界面活性剤を加え機械的な撹拌によって気泡の導入を行うときに、スラリーの凝縮が発生し、スラリーを機械的な撹拌をするときに用いる気泡導入容器内壁に、分散媒が脱水され固形分が凝縮して付着し成長してしまう現象が顕れた。   However, various problems occur in the manufacturing process of the above-mentioned conventional ceramic porous body. Especially, when the surfactant is added to the slurry and bubbles are introduced by mechanical stirring, condensation of the slurry occurs. Then, a phenomenon was observed in which the dispersion medium was dehydrated on the inner wall of the bubble introduction container used when the slurry was mechanically agitated, and the solid content was condensed and attached to grow.

これは、気孔径を小さく高い気孔率を得る目的で効率よくスラリーに気泡の導入を行うため、機械的な撹拌を2軸の回転ビーターを組み合わせた回転装置を用いた場合に、スラリーの流れのよどみとなるところつまり、2軸の回転ビーターの中間となる気泡導入容器内壁の両側にスラリーの凝縮を多く生じ、できる気泡含有スラリーの気孔、密度ばらつきの原因になるばかりでなく、型に流し込む際に、混入すると、他の部分より密度の高い欠陥部分ができてしまうことがあった。   This is because, in order to efficiently introduce bubbles into the slurry for the purpose of obtaining a high porosity with a small pore diameter, the flow of the slurry can be reduced when a mechanical stirring device is used in combination with a two-axis rotating beater. When stagnation occurs, that is, not only does it cause condensation of the slurry on both sides of the inner wall of the bubble introduction container, which is the middle of the biaxial rotating beater, causing pores and density variations in the resulting bubble-containing slurry, but also when pouring into the mold In addition, when mixed, defective portions having a higher density than other portions may be formed.

このような対策として、気泡導入容器に気泡導入のための機械的な撹拌装置と同時に、気泡導入容器の内壁のスラリーの凝縮をかき取るような回転刃を有する回転装置を用いたり、気泡導入容器内壁に付着しにくいたとえばフッ素樹脂を用いることなどが考えられたが、前者は装置が複雑になり掃除などのメンテが大変になるうえに、気泡導入容器の内の回転刃の死角や容器とのクリアランスに不均一を生じてしまう欠点があった。   As such measures, a mechanical stirring device for introducing bubbles into the bubble introduction container and a rotating device having a rotating blade that scrapes off the condensation of the slurry on the inner wall of the bubble introduction container are used. For example, the use of fluororesin, which is difficult to adhere to the inner wall, was considered, but in the former, the device becomes complicated and maintenance such as cleaning becomes difficult, and the dead angle of the rotary blade in the bubble introduction container and the container There was a drawback that the clearance was uneven.

また、後者では、もともとスラリーの流れのよどみで生じる現象であるため、殆ど効果がなく、やはり、内壁に分散媒が脱水され固形分が凝縮して付着し成長してしまう欠点があった。   In the latter case, the phenomenon is originally caused by the stagnation of the slurry flow, so there is almost no effect, and the dispersion medium is dehydrated on the inner wall and the solid content condenses and adheres to grow.

上記従来の技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、気泡導入を行う機械的な撹拌時に生じる気泡含有スラリーの固形分の凝縮を抑制し、気孔、密度ばらつきを安定化させることによって、高品位のセラミック多孔体を得ることを目的とする。   In view of the above-mentioned problems of the conventional technology, the problem to be solved by the present invention is to suppress the condensation of the solid content of the bubble-containing slurry generated during the mechanical stirring for introducing the bubbles and stabilize the pores and density variation. Thus, an object is to obtain a high-quality ceramic porous body.

上記課題を解決するため本発明のセラミック多孔体の製造方法はセラミック粉体と有機モノマーを含むスラリーを調製し、前記スラリーに界面活性剤を添加するとともに、モノマー重合の開始剤と触媒を添加して機械的な撹拌をしてつくられた気泡含有スラリーを成形型に流し込み作製した成型品を乾燥・焼成して行うゲルキャスティング法を用いたセラミック多孔体の製造方法において、前記スラリーを入れる円筒状の気泡導入容器の略中央
にその中心が位置する様に配設した2軸の回転ビーターを組み合わせた起泡回転装置と気泡導入容器を載置し回転させる容器回転装置とを設けるとともに、前記容器回転装置は、前記2軸の回転ビーターの中心を軌跡の中心として所定の距離離れて回転させる公転手段と前記気泡導入容器の中心を中心として回転させる自転手段を組み合わせ、前記気泡導入を行う機械的な撹拌は、前記起泡回転装置で回転ビーターを回転させて行うと同時に、前記容器回転装置で気泡導入容器を前記回転ビーターに対し、自転と公転を組み合わせて回転させるようにしてある。
In order to solve the above problems, a method for producing a ceramic porous body according to the present invention comprises preparing a slurry containing ceramic powder and an organic monomer, adding a surfactant to the slurry, and adding a monomer polymerization initiator and a catalyst. In a method for producing a porous ceramic body using a gel casting method in which a bubble-containing slurry produced by mechanical stirring is poured into a mold and dried and fired to produce a molded product, a cylindrical shape containing the slurry A foaming rotation device combining a two-axis rotating beater disposed so that its center is positioned at the approximate center of the bubble introduction container, and a container rotation device for mounting and rotating the bubble introduction container, and the container The rotating device includes a revolving means for rotating the center of the two-axis rotating beater at a predetermined distance from the center of the locus and the center of the bubble introduction container. Combining rotation means for rotating, mechanical agitation to perform the bubble introduction and simultaneously carried out by rotating the rotary beater in the foaming rotating device, said rotating beater bubbles introduced container by the container rotating device to a, It is designed to rotate in combination with rotation and revolution .

上記した構成により、気泡導入を行う機械的な撹拌は、前記起泡回転装置で回転ビーターを回転させて行うようにしてあるので、2軸の回転ビーターの重なり合う回転の流れの衝突によって、スラリーに多く気泡が取り込まれ、効率よくスラリーに気泡導入されて、気孔径を小さく高い気孔率を得ることができるようになる。
With the configuration described above, mechanical stirring for introducing bubbles is performed by rotating a rotating beater with the foaming rotation device. bubbles often incorporated, are efficiently bubbles in the slurry is introduced, it is possible to obtain a small high porosity and pore diameter.

また、同時に、前記容器回転装置で気泡導入容器を回転させるようにしてあるので、気泡導入容器の内壁近傍は、スラリーの慣性によってスラリーの剪断流が起こり、澱みにく
くなり付着するスラリーの凝縮が抑制されるとともに、2軸の回転ビーターの中間となる位置が気泡導入容器の回転によって、常に移動しているため、スラリーの凝縮が発生したとしても、大きく成長することもなくなる。
At the same time, since the bubble introducing container is rotated by the container rotating device, the shearing flow of the slurry occurs near the inner wall of the bubble introducing container due to the inertia of the slurry, and it is difficult to stagnate and suppress the condensation of the attached slurry. At the same time, the middle position of the biaxial rotating beater is always moved by the rotation of the bubble introduction container, so that even if the slurry is condensed, it does not grow greatly.

本発明によれば、気泡導入容器の内壁近傍のスラリーの澱みにくくなり付着するスラリーの凝縮が抑制されるとともに、スラリーの凝縮が発生したとしても、大きく成長することもなくすことができ、高品位のセラミック多孔体を得ることができる。   According to the present invention, the slurry in the vicinity of the inner wall of the bubble introduction container is less likely to stagnate and the condensation of the attached slurry is suppressed, and even if the slurry condenses, it can be prevented from growing greatly, resulting in high quality. The ceramic porous body can be obtained.

第1の発明によるセラミック多孔体の製造方法は、セラミック粉体と有機モノマーを含むスラリーを調製し、前記スラリーに界面活性剤を添加するとともに、モノマー重合の開始剤と触媒を添加して機械的な撹拌をしてつくられた気泡含有スラリーを成形型に流し込み作製した成型品を乾燥・焼成して行うゲルキャスティング法を用いたセラミック多孔体の製造方法において、前記スラリーを入れる円筒状の気泡導入容器の略中央にその中心が位置する様に配設した2軸の回転ビーターを組み合わせた起泡回転装置と気泡導入容器を載置し回転させる容器回転装置とを設けるとともに、前記容器回転装置は、前記2軸の回転ビーターの中心を軌跡の中心として所定の距離離れて回転させる公転手段と前記気泡導入容器の中心を中心として回転させる自転手段を組み合わせ、前記気泡導入を行う機械的な撹拌は、前記起泡回転装置で回転ビーターを回転させて行うと同時に、前記容器回転装置で気泡導入容器を前記回転ビーターに対し、自転と公転を組み合わせて回転させるようにしてある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for producing a ceramic porous body comprising preparing a slurry containing ceramic powder and an organic monomer, adding a surfactant to the slurry, and adding a monomer polymerization initiator and a catalyst. Introducing a cylindrical bubble into which the slurry is placed in a method for producing a porous ceramic body using a gel casting method in which a foam-containing slurry produced by agitation is poured into a mold and dried and fired. with a substantially central in the center was placed a foaming rotary device and the bubble introduction vessel that combines rotation beater 2 axes disposed so as to position providing a container rotating device for rotating the container, said container rotator Rotating around the center of the bubble introducing container and the revolution means for rotating the biaxial rotating beater at a predetermined distance from the center of the trajectory Combining rotation means for mechanical agitation to perform the bubble introduction and simultaneously carried out by rotating the rotary beater in the foaming rotary device relative to the rotating beater bubbles introduced container by the container rotating device, rotation and It is designed to rotate in combination with revolutions.

そして、気泡導入を行う機械的な撹拌は、前記起泡回転装置で回転ビーターを回転させて行うようにしてあるので、2軸の回転ビーターの重なり合う回転の流れの衝突によって、スラリーに多く気泡が取り込まれ、効率よくスラリーに気泡導入されて、気孔径を小さく高い気孔率を得ることができるようになる。
また、容器回転装置は、回転ビーターに対し、気泡導入容器を自転と公転を組み合わせた回転を行うようにしてあるので、回転ビーターと気泡導入容器内壁が近い部分が移動し
ながら回転するので、第1の発明によるスラリーの凝縮とその成長の抑制の効果に加え、気泡導入容器の内壁のスラリーの凝縮をかき取る効果が得られ、スラリーの凝縮が発生したとしても、より、成長することを抑制でき、高品位のセラミック多孔体を得ることができる。
The mechanical agitation for introducing bubbles is performed by rotating the rotating beater with the foaming rotation device, so that many bubbles are generated in the slurry due to the collision of the rotating flow of the two-axis rotating beaters. The air bubbles are taken in and efficiently introduced into the slurry, and the pore diameter can be reduced and a high porosity can be obtained.
In addition, since the container rotation device rotates the bubble introduction container in combination with rotation and revolution with respect to the rotation beater, the portion near the rotation beater and the inner wall of the bubble introduction container moves.
Therefore, in addition to the effect of condensing the slurry and suppressing its growth according to the first invention, the effect of scraping off the condensation of the slurry on the inner wall of the bubble introduction container can be obtained. Growth can be suppressed, and a high-quality ceramic porous body can be obtained.

また、同時に、前記容器回転装置で気泡導入容器を回転させるようにしてあるので、気泡導入容器の内壁近傍は、スラリーの慣性によってスラリーの剪断流が起こり、澱みにくくなり付着されるとともに、2軸の回転ビーターの中間となる位置が気泡導入容器の回転によって、常に移動しているため、スラリーの凝縮が発生したとしても、大きく成長することもなくすことができ、高品位のセラミック多孔体を得ることができる。   At the same time, since the bubble introduction container is rotated by the container rotation device, the vicinity of the inner wall of the bubble introduction container causes a shear flow of the slurry due to the inertia of the slurry, and it becomes difficult to stagnate and adheres. Since the position of the middle of the rotating beater is constantly moved by the rotation of the bubble introduction container, even if slurry condensation occurs, it can be prevented from growing large, and a high-quality ceramic porous body is obtained. be able to.

第2の発明によるセラミック多孔体の製造方法は、特に、第1の発明の気泡導入を行う機械的な撹拌は、開始時に回転装置の2軸の回転ビーターの回転を少なくとも低い第1回転数で所定時間保持した後に、第1回転数より高い第2回転数で気泡導入を行うようにしてある。   In the method for producing a ceramic porous body according to the second invention, in particular, the mechanical agitation for introducing bubbles in the first invention is performed at the start with the rotation of the two-axis rotating beater of the rotating device at least at a low first rotational speed. After holding for a predetermined time, bubbles are introduced at a second rotational speed higher than the first rotational speed.

そして、界面活性剤はスラリーの比重の約半分以下であり混ざりにくく、浮いてしまい、気泡導入開始時に飛び散って界面活性剤が気泡導入容器の内壁に付着するとその部分が核となってスラリーの凝縮が生じやすいが、調製したスラリーに界面活性剤を添加して回転ビーターの回転を少なくとも低い第1回転数で所定時間保持して気泡導入を開始するようにしてあるので、界面活性剤が飛び散らずに気泡導入容器の内壁に付着することが抑制されるとともに、ゆっくりとスラリーに混ざりながら気泡導入され、スラリーと界面活性剤の分散不良によるスラリーの凝縮が抑制されるようになる。   And the surfactant is less than about half the specific gravity of the slurry, it is difficult to mix and floats, and when the bubbles are scattered at the start of bubble introduction and the surfactant adheres to the inner wall of the bubble introduction container, that part becomes the nucleus and the slurry is condensed. However, the surfactant does not scatter because the surfactant is added to the prepared slurry and the rotation of the rotating beater is kept at a low first rotation speed for a predetermined time to start introducing bubbles. In addition to being suppressed from adhering to the inner wall of the bubble introducing container, bubbles are introduced while slowly mixing with the slurry, and the condensation of the slurry due to poor dispersion of the slurry and the surfactant is suppressed.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the present embodiment.

(実施の形態1)
図1〜図3において、本実施の形態のセラミック成形体1の製造方法は、気泡含有スラリー7を調製する気泡含有スラリー7調製工程と、気泡含有スラリー7を成形型内に注入して成形したのち成形物を脱型して成形物を取り出す成形工程と、成形物を乾燥させるための乾燥工程と、成形物を酸化焼成するための焼成工程とを行うものである。
(Embodiment 1)
1 to 3, the method for manufacturing the ceramic molded body 1 according to the present embodiment includes a bubble-containing slurry 7 preparation step for preparing the bubble-containing slurry 7, and the bubble-containing slurry 7 is injected into a mold and molded. Thereafter, a molding step for removing the molded product by removing the molded product, a drying step for drying the molded product, and a firing step for oxidizing and firing the molded product are performed.

まず、気泡含有スラリー7調整工程について説明する。   First, the bubble-containing slurry 7 adjustment step will be described.

本実施の形態の気泡含有スラリー7調整工程は、無機粉末と、水もしくは有機溶媒あるいはその両方と、ゲル化剤を用いてスラリー7を調整するスラリー調整工程と、スラリー7に起泡剤を添加するとともに気泡を導入する気泡導入工程とを有するものである。   The bubble-containing slurry 7 adjustment step of this embodiment is a slurry adjustment step of adjusting the slurry 7 using an inorganic powder, water or an organic solvent, or both, and a gelling agent, and a foaming agent is added to the slurry 7 And a bubble introduction step for introducing bubbles.

上記のスラリー調整工程は、炭化ケイ素粉末、酸化物系セラミック材料、水、ゲル化剤を混合することにより行われる。   Said slurry adjustment process is performed by mixing silicon carbide powder, an oxide type ceramic material, water, and a gelatinizer.

この混合は、ポットミル、ボールミル等により炭化ケイ素粉末等を粉砕しながら、炭化ケイ素の平均粒径が、1〜20μm程度になるまで行われる。   This mixing is performed until the average particle size of the silicon carbide becomes about 1 to 20 μm while pulverizing the silicon carbide powder or the like with a pot mill, a ball mill or the like.

また、無機粉末に対して炭化ケイ素は、65重量%〜85重量%混合されている。   Moreover, 65 wt%-85 wt% of silicon carbide is mixed with the inorganic powder.

次に、酸化物形成材料として、アルミナ及び木節粘土の混合物を使用し、アルミナは、5重量%〜20重量%混合し、粘土鉱物は、5重量%〜20重量%混合する。   Next, a mixture of alumina and Kibushi clay is used as the oxide-forming material, and alumina is mixed by 5 to 20% by weight, and clay mineral is mixed by 5 to 20% by weight.

なお、酸化物系セラミック材料としては、これらに限定されるものではなく、酸化焼成下、収縮挙動を伴いながら相互に焼き付く性質のあるものであればいかなるものであってもよい。   The oxide-based ceramic material is not limited to these, and any oxide-based ceramic material may be used as long as it has a property of being baked with each other while being contracted under oxidation firing.

次に、炭化ケイ素粉末、酸化物系セラミック材料粉末を混濁する媒体としては、水もしくは有機溶媒あるいはその両方が使用され、環境的には好ましくは水であるが、有機溶媒としては、メタノール、エタノール等のアルコール類等を使用する。   Next, as a medium for turbidity of silicon carbide powder and oxide-based ceramic material powder, water or an organic solvent or both are used, and environmentally preferable is water, but organic solvents include methanol, ethanol. Use alcohols.

また、セラミックスラリー7中には、セラミック粉末を均一に含有させるため、分散剤を加えてもよい。   Further, a dispersing agent may be added to the ceramic slurry 7 in order to uniformly contain the ceramic powder.

水もしくは有機溶媒あるいはその両方は、炭化ケイ素粉末及び酸化物系セラミック材料粉末100重量部に対して、25〜40重量部、特に、30〜35重量部加えられる。   Water and / or an organic solvent is added in an amount of 25 to 40 parts by weight, particularly 30 to 35 parts by weight, based on 100 parts by weight of the silicon carbide powder and the oxide ceramic material powder.

ゲル化剤としては、合成樹脂もしくは天然高分子等を用いることができ、合成樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれかを使用することができ、特に、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂がよく、メタクリルアミド(有機モノマー)とメチレンビスアクリルアミド(架橋剤)を使用することが好ましい。   As the gelling agent, a synthetic resin or a natural polymer can be used, and as the synthetic resin, either a thermosetting resin or a thermoplastic resin can be used. Particularly, a polyurethane resin, an epoxy resin, etc. It is preferable to use methacrylamide (organic monomer) and methylenebisacrylamide (crosslinking agent).

このゲル化剤としては、炭化ケイ素粉末、酸化物系セラミック材料の粉末を分散してゲル化可能であるとともに、焼成工程において分解され気化するものであればいかなるものであってもよい。   The gelling agent may be any gelling agent as long as it can be dispersed and gelated with silicon carbide powder and oxide ceramic material powder, and decomposes and vaporizes in the firing step.

そして、ゲル化剤は、炭化ケイ素粉末及び酸化物系セラミック材料粉末100重量部に対して、5〜20重量部、特に、10〜15重量部加える。また、スラリー7には、公知の潤滑剤及び増粘剤を添加してもよい。   The gelling agent is added in an amount of 5 to 20 parts by weight, particularly 10 to 15 parts by weight, based on 100 parts by weight of the silicon carbide powder and the oxide ceramic material powder. Further, a known lubricant and thickener may be added to the slurry 7.

そしてまた、スラリー調整後もしくはスラリー調整工程中において減圧脱気することが好ましい。   Further, it is preferable to perform degassing under reduced pressure after the slurry adjustment or during the slurry adjustment step.

次に、スラリー7に起泡剤を添加するとともに気泡を導入する気泡導入工程について説明する。   Next, a bubble introduction process for adding a foaming agent to the slurry 7 and introducing bubbles is described.

気泡導入工程は、スラリー7に界面活性剤、タンパク質系起泡剤等の起泡剤を添加して機械的な攪拌することにより行われる。   The bubble introduction step is performed by adding a foaming agent such as a surfactant and a protein foaming agent to the slurry 7 and mechanically stirring.

この機械的な撹拌は、図3に示すように、スラリー7を入れる円筒状の気泡導入容器8の略中央にその中心が位置する様に配設した2軸の回転ビーター9aを組み合わせた起泡回転装置9と、気泡導入容器8を載置し回転させる容器回転装置10を設けるとともに、気泡導入を行う機械的な撹拌は、起泡回転装置9で回転ビーター9aを回転させて行うと同時に、容器回転装置10で気泡導入容器8を回転させるようにしてある。   As shown in FIG. 3, this mechanical agitation is performed by combining two-axis rotating beaters 9a arranged so that the center thereof is positioned at the approximate center of a cylindrical bubble introduction container 8 into which slurry 7 is put. While providing the rotating device 9 and the container rotating device 10 for placing and rotating the bubble introduction container 8, mechanical stirring for introducing the bubbles is performed by rotating the rotating beater 9a with the foaming rotation device 9, and at the same time, The bubble introducing container 8 is rotated by the container rotating device 10.

また、容器回転装置10は、2軸の回転ビーター9aの中心を軌跡の中心として所定の距離離れて設けた公転中心11aを中心に回転させる公転手段11と、気泡導入容器8の中心8aを同軸の中心12aとして回転させる自転手段12を組み合わせ、回転ビーター9aに対し、気泡導入容器8を自転と公転を組み合わせた回転を行うようにしてある。   Further, the container rotating device 10 is coaxial with the center 8a of the bubble introduction container 8 and the revolution means 11 for rotating around the revolution center 11a provided at a predetermined distance with the center of the biaxial rotating beater 9a as the center of the locus. The rotation means 12 that rotates as the center 12a is combined, and the bubble introduction container 8 is rotated by combining rotation and revolution with respect to the rotating beater 9a.

気泡導入について詳述すると、まず、気泡導入容器8にスラリー7を所定量7a位置まで入れ、つぎに、界面活性剤、タンパク質系起泡剤等の起泡剤を添加した後、容器回転装置10に載置する。   The bubble introduction will be described in detail. First, the slurry 7 is put in the bubble introduction container 8 up to a predetermined amount 7a, and then a foaming agent such as a surfactant and a protein foaming agent is added. Placed on.

次に、容器回転装置10で載置した気泡導入容器8を回転させるとほぼ同時に2軸の回転ビーター9aの回転を低い第1回転数で所定時間保持した後に、第1回転数より高い第2回転数にして気泡導入を行う。   Next, when the bubble introduction container 8 placed on the container rotation device 10 is rotated, the rotation of the biaxial rotating beater 9a is held at a low first rotation speed for a predetermined time almost at the same time, and then a second higher than the first rotation speed. Bubbles are introduced at the rotational speed.

これにより、スラリー7に雰囲気の気体が取り込まれ、スラリー7内に微細な気泡となってスラリー7の容積を増やしていき、ついには、スラリー7が2軸の回転ビーター9aの上面まで覆い尽くし2軸の回転ビーター9aの上位置7bまで到達するようになり、この状態で、安定して気泡が形成されるように、2軸の回転ビーター9aの回転を所定時間保持することで、気泡含有スラリー7が作製される。   As a result, atmospheric gas is taken into the slurry 7 and becomes fine bubbles in the slurry 7 to increase the volume of the slurry 7. Finally, the slurry 7 is completely covered up to the upper surface of the biaxial rotating beater 9a. By holding the rotation of the biaxial rotating beater 9a for a predetermined time so as to reach the upper position 7b of the rotating shaft beater 9a. 7 is produced.

この気泡含有スラリー7の気泡導入量で、最終のセラミック多孔体1の気孔率、密度が決定され、これは、気泡導入容器8にスラリー7を入れる量、スラリー7の粘度、2軸の回転ビーター9aの位置、2軸の回転ビーター9aの回転数や時間、界面活性剤、タンパ
ク質系起泡剤等の起泡剤を添加量で調整される。
The porosity and density of the final ceramic porous body 1 are determined by the amount of bubbles introduced into the bubble-containing slurry 7. This is the amount of slurry 7 put into the bubble introduction container 8, the viscosity of the slurry 7, and the biaxial rotating beater. The position of 9a, the rotation speed and time of the biaxial rotating beater 9a, and the amount of foaming agent such as a surfactant and a protein-based foaming agent are adjusted by the addition amount.

ここで、気泡導入を行う機械的な撹拌は、前記起泡回転装置9で回転ビーター9aを回転させて行うようにしてあるので、2軸の回転ビーター9aの重なり合う回転の流れの衝突によって、スラリー7に多く気泡が取り込まれ、効率よくスラリー7に気泡導入されて、気孔径を小さく高い気孔率を得ることができるようになる。 Here, since the mechanical stirring for introducing bubbles is performed by rotating the rotating beater 9a with the foaming rotation device 9, the slurry is caused by the collision of the overlapping rotational flow of the biaxial rotating beater 9a. A large number of bubbles are taken into 7 and the bubbles are efficiently introduced into the slurry 7 so that the pore diameter can be reduced and a high porosity can be obtained.

また、同時に、前記容器回転装置10で気泡導入容器8を回転させるようにしてあるので、気泡導入容器8の内壁近傍は、スラリー7の慣性によってスラリー7の剪断流が起こり、澱みにくくなり付着するされるとともに、2軸の回転ビーター9aの中間となる位置が気泡導入容器8の回転によって、常に移動しているため、スラリー7の凝縮が発生したとしても、大きく成長することもなくすことができ、高品位のセラミック多孔体を得ることができる。   At the same time, since the bubble introducing container 8 is rotated by the container rotating device 10, the shear flow of the slurry 7 occurs due to the inertia of the slurry 7 near the inner wall of the bubble introducing container 8, and it becomes difficult to stagnate and adhere. At the same time, since the middle position of the biaxial rotating beater 9a is always moved by the rotation of the bubble introduction container 8, even if the slurry 7 is condensed, it can be prevented from growing greatly. A high-quality ceramic porous body can be obtained.

また、容器回転装置10は、回転ビーター9aに対し、気泡導入容器8を自転と公転を組み合わせた回転を行うようにしてあるので、回転ビーター9aと気泡導入容器8内壁が近い部分が移動しながら回転するので、スラリー7の凝縮とその成長の抑制の効果に加え、気泡導入容器8の内壁のスラリー7の凝縮をかき取る効果が得られ、スラリー7の凝縮が発生したとしても、より、成長することを抑制でき、高品位のセラミック多孔体を得ることができる。   Further, since the container rotation device 10 rotates the bubble introduction container 8 in combination with rotation and revolution with respect to the rotation beater 9a, a portion where the rotation beater 9a and the inner wall of the bubble introduction container 8 are close is moving. Since it rotates, in addition to the effect of condensing the slurry 7 and suppressing its growth, the effect of scraping off the condensation of the slurry 7 on the inner wall of the bubble introduction container 8 can be obtained. This can be suppressed, and a high-quality ceramic porous body can be obtained.

そしてまた、気泡導入容器8の内壁のスラリー7の凝縮をかき取るような回転刃を有する回転装置を用いると、構造が複雑になり掃除などのメンテが大変になるうえに、気泡導入容器8の内の回転刃の死角や気泡導入容器8とのクリアランスに不均一を生じてしまうが、容器回転装置10を用いると、気泡導入容器8を容器回転装置10の受け皿の部分に載置するだけでよく、気泡導入容器8内には、装置が回転ビーター9aしかないため、狭隘部や死角がないので、スラリー7の不均一な部分を生じやすい部分がなく、さらに、回転ビーター9aを上方へ上げるだけで、切り離しが簡単にでき、掃除などのメンテがやりやすくなる。   If a rotating device having a rotating blade that scrapes off the condensation of the slurry 7 on the inner wall of the bubble introduction container 8 is used, the structure becomes complicated and maintenance such as cleaning becomes difficult. However, when the container rotating device 10 is used, the bubble introducing container 8 is simply placed on the tray portion of the container rotating device 10. In the bubble introduction container 8, since there is only a rotating beater 9 a in the bubble introduction container 8, there is no narrow portion and no blind spot, so there is no portion that is likely to generate an uneven portion of the slurry 7, and the rotating beater 9 a is raised upward. This makes it easy to separate and facilitate maintenance such as cleaning.

さらに、界面活性剤はスラリー7の比重の約半分以下であり混ざりにくく、浮いてしまい、気泡導入開始時に飛び散って界面活性剤が気泡導入容器8の内壁に付着するとその部分が核となってスラリー7の凝縮が生じやすいが、調製したスラリー7に界面活性剤を添加して回転ビーター9aの回転を少なくとも低い第1回転数で所定時間保持して気泡導入を開始するようにしてあるので、界面活性剤が飛び散らずに気泡導入容器8の内壁に付着することが抑制されるとともに、ゆっくりとスラリー7に混ざりながら気泡導入され、スラリー7と界面活性剤の分散不良によるスラリー7の凝縮が抑制されるようになる。   Further, the surfactant is less than about half the specific gravity of the slurry 7 and hardly mixes and floats. When the surfactant is scattered at the start of bubble introduction and adheres to the inner wall of the bubble introduction container 8, that portion becomes the core and becomes slurry. 7 is likely to be condensed, but since a surfactant is added to the prepared slurry 7 and the rotation of the rotating beater 9a is held at a low first rotation number for a predetermined time to start introduction of bubbles, It is suppressed that the activator does not scatter and adhere to the inner wall of the bubble introduction container 8, and bubbles are introduced while slowly mixing with the slurry 7, and condensation of the slurry 7 due to poor dispersion of the slurry 7 and the surfactant is suppressed. Become so.

尚、この攪拌は、窒素雰囲気化にて行うことが好ましく、具体的に、スラリー7に開始剤、触媒、界面活性剤を所定量添加し、窒素雰囲気中で、2軸の回転ビーター9aにより、最終的な気泡導入量が20〜70%となるように数分間攪拌調整する。   This stirring is preferably performed in a nitrogen atmosphere. Specifically, a predetermined amount of an initiator, a catalyst, and a surfactant are added to the slurry 7, and in a nitrogen atmosphere, by a biaxial rotating beater 9a, Stirring is adjusted for several minutes so that the final bubble introduction amount is 20 to 70%.

気泡導入工程によりスラリー7中に導入された気泡は、成形工程、乾燥工程、焼成工程後に、図2に示すように複数の気孔4となる。   The air bubbles introduced into the slurry 7 by the air bubble introduction process become a plurality of pores 4 as shown in FIG. 2 after the molding process, the drying process, and the firing process.

次に、気泡含有スラリー7を成形型内に注入して成形するゲルキャスティング法により行われる成形工程について説明する。   Next, a molding process performed by a gel casting method in which the bubble-containing slurry 7 is injected into a mold and molded will be described.

まず、気泡導入工程で準備した気泡含有スラリー7を成形型内に流し込み、一定時間が経過してスラリー7がゲル化(固化)した後、ゲル化したセラミック多孔体1となる成形
物を成形型7から取り出す。
First, the bubble-containing slurry 7 prepared in the bubble introduction step is poured into a mold, and after a predetermined time has passed, the slurry 7 is gelled (solidified), and then a molded product that becomes the gelled ceramic porous body 1 is molded. Remove from 7.

このようにして、スラリー7が固化すると、スラリー7中に存在していた気泡も、ゲル状体中に保存される。   In this way, when the slurry 7 is solidified, the bubbles present in the slurry 7 are also stored in the gel-like body.

この結果、固化体が多孔質となり、ゲル状多孔質成形体が得られる。これを脱型して、次の乾燥、脱脂、焼成する。   As a result, the solidified body becomes porous, and a gel-like porous molded body is obtained. This is demolded and then dried, degreased and fired.

次に、セラミック多孔体1となる成形物を乾燥させるための乾燥工程を行う。乾燥工程は、ゲル状多孔質成形体中に含まれている水、溶媒を蒸発させるように行う。   Next, the drying process for drying the molding used as the ceramic porous body 1 is performed. A drying process is performed so that the water and the solvent which are contained in the gel-like porous molded object may be evaporated.

乾燥条件(温度、湿度、時間等)は、スラリー7調製に用いた溶媒の種類とゲル状多孔質成形体の骨格部分を構成する成分(ゲル化剤あるいは重合体)によって適宜調整する。また、乾燥工程においてセラミック多孔体1となる成形物の寸法は、乾燥前セラミック多孔体1となる成形物の寸法(成形型7の寸法)より収縮する。   Drying conditions (temperature, humidity, time, etc.) are appropriately adjusted according to the type of solvent used in the preparation of the slurry 7 and the components (gelling agent or polymer) constituting the skeleton of the gel-like porous molded body. In addition, the size of the molded product that becomes the ceramic porous body 1 in the drying process shrinks from the size of the molded product that becomes the ceramic porous body 1 before drying (the size of the molding die 7).

成形型7から取り出されたセラミック多孔体1となる成形物は、湿度調整しながら40〜100hr間乾燥する。乾燥温度としては、15〜50℃、特に、25〜40℃であることが好ましく、乾燥工程の湿度としては、特に、40〜95%であることが好ましい。   The molded product to be the ceramic porous body 1 taken out from the mold 7 is dried for 40 to 100 hours while adjusting the humidity. The drying temperature is preferably 15 to 50 ° C., particularly 25 to 40 ° C., and the humidity in the drying step is particularly preferably 40 to 95%.

次に、乾燥させたセラミック多孔体1となる成形物を酸化焼成する焼成工程について説明する。   Next, a firing process for oxidizing and firing the molded product that becomes the dried ceramic porous body 1 will be described.

焼成温度は、炭化ケイ素、酸化物系セラミック材料の融点より低い温度で行われる。具体的に、焼成温度は、1000℃〜1600℃、特に、1200℃〜1400℃で行うことが好ましい。   The firing temperature is a temperature lower than the melting point of silicon carbide or oxide-based ceramic material. Specifically, the firing temperature is preferably 1000 ° C to 1600 ° C, particularly 1200 ° C to 1400 ° C.

焼成時間は、1.5〜2.5hrであることが好ましい。焼成することにより、上述したゲル化剤、ゲル化促進剤、触媒、水は分解もしくは気化し、図1に示すセラミック成形体1が作製される。   The firing time is preferably 1.5 to 2.5 hr. By firing, the above-described gelling agent, gelation accelerator, catalyst, and water are decomposed or vaporized, and the ceramic molded body 1 shown in FIG. 1 is produced.

このようにして作製されたセラミック成形体1は、セラミックマトリックスを形成するセラミック粒子間により形成された微細気孔5を有している。   The ceramic molded body 1 produced in this manner has fine pores 5 formed between ceramic particles forming a ceramic matrix.

また、セラミックマトリックスは、図2に示すように、気孔4同士が隣接する部位に形成された中気孔6を有している。   Further, as shown in FIG. 2, the ceramic matrix has medium pores 6 formed at portions where the pores 4 are adjacent to each other.

上記微細気孔5は、表面が酸化されて酸化ケイ素の膜で覆われた炭化ケイ素2、酸化物系セラミック材料粒子3の粒子間に形成された空孔である。微細気孔5は、気孔4もしくは外部と連通する平均孔径0.1〜5μmの開気孔あるいは孤立した閉気孔として形成されている。   The fine pores 5 are pores formed between particles of silicon carbide 2 and oxide ceramic material particles 3 whose surfaces are oxidized and covered with a silicon oxide film. The fine pores 5 are formed as open pores having an average pore diameter of 0.1 to 5 μm communicating with the pores 4 or the outside, or isolated closed pores.

そして、セラミックマトリックス中には、表面が酸化されて酸化ケイ素の膜で覆われた炭化ケイ素粒子3が主に充填されており、その周囲にアルミナ粒子及び粘土粒子からなる酸化物系セラミック材料粒子3が分散していて、粒子間に微細気孔(空隙)6が存在する。   The ceramic matrix is mainly filled with silicon carbide particles 3 whose surfaces are oxidized and covered with a silicon oxide film, and oxide ceramic material particles 3 made of alumina particles and clay particles around the periphery. Are dispersed and fine pores (voids) 6 exist between the particles.

また気孔4は、セラミックマトリックス内に形成されていて、セラミックマトリックス内に形成された外部と連通しない閉気孔、もしくは外部と連通する開気孔として形成されている。   The pores 4 are formed in the ceramic matrix and are formed as closed pores formed in the ceramic matrix that do not communicate with the outside or open pores that communicate with the outside.

気孔4の形状としては、気泡から形状を形成するため、略球形、略楕円球形状等となっている。   The pore 4 has a substantially spherical shape, a substantially elliptical spherical shape, or the like in order to form a shape from bubbles.

さらに中気孔6は、図2に示すように、気孔4を構成するマトリックス内壁において開口しており、隣接する気孔同士を連通するチャンネルとして形成されていて、中気孔6が形成されていることにより、気孔4は複数連通するものとなっている。   Further, as shown in FIG. 2, the medium pores 6 are formed on the inner walls of the matrix constituting the pores 4 and are formed as channels that connect adjacent pores, and the medium pores 6 are formed. The plurality of pores 4 communicate with each other.

ここで、該セラミック成形体1の強度は、セラミックマトリックスを形成する構造ができるだけ均一であることが望ましく、気泡導入時に気泡を均一に細かく導入することで、セラミックマトリックスにより形成された複数の気孔4が小気孔径でかつ気孔径分布を狭くすることができ、高い曲げ強度を有するように構成できるようになる。   Here, the strength of the ceramic molded body 1 is desirably as uniform as possible in the structure forming the ceramic matrix, and the plurality of pores 4 formed by the ceramic matrix are introduced by introducing the bubbles uniformly and finely when the bubbles are introduced. However, the pore diameter distribution can be narrowed and the structure can be configured to have high bending strength.

したがって、該セラミック成形体1は、高気孔率を維持しつつ小気孔径かつ気孔径分布が狭くすることで、高い曲げ強度を有するように構成できる。   Therefore, the ceramic molded body 1 can be configured to have a high bending strength by maintaining a high porosity and narrowing the pore size distribution and the pore size distribution.

このようにして、作製されたセラミック成形体1は、高気孔率を維持しつつ高い曲げ強度を有するため、外径を加工した後、スライスして円盤状にすることが可能で、高気孔率の必要なセンサーやフィルター等の構造体の一部に用いられるようになる。   Thus, since the produced ceramic molded body 1 has a high bending strength while maintaining a high porosity, it can be sliced into a disk shape after processing the outer diameter, and has a high porosity. It will be used for a part of structures such as sensors and filters.

尚、本実施の形態の容器回転装置10は気泡導入容器8を自転と公転を組み合わせた回転を行うようにしたもので説明したがこれは自転と公転のどちらか一方でもよく、また、撹拌は、開始時に回転装置の2軸の回転ビーター9aの回転を少なくとも低い第1回転数で所定時間保持した後に、第1回転数より高い第2回転数で気泡導入を行うように説明したが、これは、開始時に回転装置の2軸の回転ビーター9aの回転を徐昇させていってもよく、さらにスラリー7に別の手段で界面活性剤、タンパク質系起泡剤等の起泡剤を予め混合してもよく、その他各部の構成も本発明の目的を達成する範囲であればその構成はどのようなものであってもよい。   In addition, although the container rotation apparatus 10 of this Embodiment demonstrated it as what rotated the bubble introduction container 8 combining rotation and revolution, this may be either rotation or revolution, and stirring is carried out. In the above description, after the rotation of the biaxial rotating beater 9a of the rotating device is held at a low first rotation speed for a predetermined time at the start, bubbles are introduced at a second rotation speed higher than the first rotation speed. May start up the rotation of the biaxial rotating beater 9a of the rotator at the start, and the slurry 7 is premixed with a foaming agent such as a surfactant or a protein foaming agent by another means. The configuration of each part may be any configuration as long as the object of the present invention is achieved.

以上のように、本発明にかかるセラミック多孔体の製造方法とそれを用いて作製したセラミック多孔体は、高気孔率を維持しつつ高い強度を有し、スライスして円盤状にすることなどの加工ができるので、センサーやフィルター等の構造体の用途に適用できる。   As described above, the method for producing a ceramic porous body according to the present invention and the ceramic porous body produced using the ceramic porous body have high strength while maintaining a high porosity, and can be sliced into a disk shape. Since it can be processed, it can be applied to applications of structures such as sensors and filters.

本発明の実施の形態1におけるセラミック成形体の構造図Structure diagram of ceramic molded body in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における同セラミック成形体の要部拡大断面拡大図The principal part expanded sectional enlarged view of the ceramic molded object in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1におけるスラリーに気泡導入するときの構成図Configuration diagram when introducing bubbles into the slurry in Embodiment 1 of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1 セラミック成形体
8 気泡導入容器
9 起泡回転装置
9a 2軸の回転ビーター
10 容器回転装置
11 公転手段
12 自転手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceramic molded object 8 Bubble introduction container 9 Foaming rotation apparatus 9a Biaxial rotation beater 10 Container rotation apparatus 11 Revolving means 12 Rotating means

Claims (2)

セラミック粉体と有機モノマーを含むスラリーを調製し、前記スラリーに界面活性剤を添加するとともに、モノマー重合の開始剤と触媒を添加して機械的な撹拌をしてつくられた気泡含有スラリーを成形型に流し込み作製した成型品を乾燥・焼成して行うゲルキャスティング法を用いたセラミック多孔体の製造方法において、
前記スラリーを入れる円筒状の気泡導入容器の略中央にその中心が位置する様に配設した2軸の回転ビーターを組み合わせた起泡回転装置と気泡導入容器を載置し回転させる容器回転装置とを設けるとともに、
前記容器回転装置は、前記2軸の回転ビーターの中心を軌跡の中心として所定の距離離れて回転させる公転手段と前記気泡導入容器の中心を中心として回転させる自転手段を組み合わせ、
前記気泡導入を行う機械的な撹拌は、前記起泡回転装置で回転ビーターを回転させて行うと同時に、前記容器回転装置で気泡導入容器を前記回転ビーターに対し、自転と公転を組み合わせて回転させるセラミック多孔体の製造方法。
A slurry containing ceramic powder and organic monomer is prepared, and a surfactant is added to the slurry, and a monomer polymerization initiator and a catalyst are added to form a bubble-containing slurry created by mechanical stirring. In a method for producing a ceramic porous body using a gel casting method in which a molded product poured into a mold is dried and fired,
A foaming rotation device combining a biaxial rotating beater arranged so that the center is positioned at the approximate center of the cylindrical bubble introduction container for containing the slurry, and a container rotation device for placing and rotating the bubble introduction container, And providing
The container rotating device combines a revolving means for rotating around a center of the biaxial rotating beater by a predetermined distance and a rotating means for rotating around the center of the bubble introducing container,
The mechanical stirring for introducing the bubbles is performed by rotating a rotating beater with the foaming rotation device, and at the same time, the bubble rotation container rotates the bubble introduction container with respect to the rotating beater by combining rotation and revolution . A method for producing a ceramic porous body.
前記気泡導入を行う機械的な撹拌は、開始時に前記2軸の回転ビーターの回転を少なくとも低い第1回転数で所定時間保持した後に、第1回転数より高い第2回転数で気泡導入を行うようにした請求項1に記載のセラミック多孔体の製造方法。
Mechanical agitation to perform the bubble introduction, said after holding a predetermined time at least a lower first rotation speed rotation of the rotary beater of two axes, performs bubbles introduced at higher than the first rotational speed second rotational speed at the start The method for producing a porous ceramic body according to claim 1.
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