JP5429526B2 - Method for producing ceramic porous body - Google Patents

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Description

本発明は、セラミックス多孔体の製造方法及びセラミックス多孔体に関し、詳しくは、表面及び表面近傍に微細な気孔が形成され、内部にこの微細な気孔より大きな形状の気孔が形成され、これらの気孔が連通して貫通孔を形成したセラミックス多孔体の製造方法及びセラミックス多孔体に関する。   The present invention relates to a method for producing a ceramic porous body and a ceramic porous body. Specifically, fine pores are formed on the surface and in the vicinity of the surface, and pores having a shape larger than the fine pores are formed inside. The present invention relates to a method for manufacturing a porous ceramic body in which through holes are formed in communication, and the porous ceramic body.

従来から、セラミックス多孔体は、セラミックス中に気孔を多数含む構造を有するものであり、その構造を利用してセラミックスフィルターや断熱材などとして、広く利用されている。
例えば、貫通孔を有するセラミックス多孔体は、セラミックスフィルターとして広く用いられている。このようなセラミックスフィルターでは、粉塵などの捕集効率を上げるためにフィルター層の気孔径を小さくする傾向がある。
Conventionally, a ceramic porous body has a structure including a large number of pores in ceramics, and has been widely used as a ceramic filter, a heat insulating material, and the like using the structure.
For example, a ceramic porous body having a through hole is widely used as a ceramic filter. Such a ceramic filter tends to reduce the pore size of the filter layer in order to increase the collection efficiency of dust and the like.

しかし、気孔径を小さくすると気体の透過抵抗(圧力損失)が増加するため、気孔径を小さくしつつ、気体の透過抵抗を増加させないようにするために、フィルターを薄層化する方法が採用されていた。ただし、単にフィルターを薄層化すると、フィルター自体の機械的強度が保てなくなることから、気孔径の大きい基体層上に微細孔を有するフィルター層を設けた複層構造とすることが行われている。
さらに、より捕集効率を向上させるために、気孔径のより小径化とフィルター層の薄層化が進められている。
すなわち、セラミックスフィルターでは、気孔径や気孔率が異なる薄層を順次形成し、これを焼結させたセラミックス多孔体が多く用いられていた。
However, if the pore diameter is reduced, the gas permeation resistance (pressure loss) increases. Therefore, in order to prevent the gas permeation resistance from increasing while reducing the pore diameter, a method of thinning the filter is adopted. It was. However, if the filter is simply thinned, the mechanical strength of the filter itself cannot be maintained, so a multilayer structure in which a filter layer having fine pores is provided on a substrate layer having a large pore diameter is performed. Yes.
Furthermore, in order to further improve the collection efficiency, the pore diameter is further reduced and the filter layer is being made thinner.
That is, in ceramic filters, a ceramic porous body in which thin layers having different pore diameters and porosity are sequentially formed and sintered is often used.

このような気孔径や気孔率が異なるセラミックス多孔体は、例えば、粉粒体と有機物とを混合して焼結して気孔径の大きい基体層を形成し、次いで、基体層の形成に用いた粉粒体より粒子径の小さい粉粒体と有機物とを混合したものを基体層上に形成し、焼結し、基体層上にフィルター層を形成する方法などにより作製されていた。
しかし、この方法は、フィルター層を形成する際に粒子径の小さい粉粒体を使用することから、この粒子径の小さい粉粒体が基体層などに形成されている大きな気孔内に進入してしまうことがあるという課題があった。
Such ceramic porous bodies having different pore diameters and porosityes were used, for example, to form a base layer having a large pore diameter by mixing and sintering a powder and an organic substance, and then forming a base layer. A mixture of a granular material having a particle diameter smaller than that of the granular material and an organic material is formed on a base layer, sintered, and formed by a method of forming a filter layer on the base layer.
However, since this method uses a granular material having a small particle diameter when forming the filter layer, the granular material having a small particle diameter enters the large pores formed in the base layer or the like. There was a problem that it might end up.

そこで、このような課題を解決する方法として、気孔径及び気孔率の制御が可能であり、基体層とフィルター層とが一体化した構造を有するセラミックス多孔体を製造する方法が種々提案された。
例えば、粒子径の異なる複数のセラミックス粉粒体を混合し、遠心力により、大きさの異なる粒子を段階的に配列し、この状態で焼結することによって気孔径の大きさが傾斜するように異なっているセラミックス多孔体を製造する方法が提案されている(特許文献1参照)。
Therefore, as a method for solving such a problem, various methods for producing a porous ceramic body having a structure in which the pore diameter and the porosity can be controlled and the base layer and the filter layer are integrated have been proposed.
For example, by mixing a plurality of ceramic powder particles with different particle diameters, arranging particles with different sizes stepwise by centrifugal force, and sintering in this state, the pore size is inclined. A method for producing different ceramic porous bodies has been proposed (see Patent Document 1).

また、特許文献1に記載の方法の改良として、加熱することにより生じる圧力と、遠心力により生じる圧力勾配とを利用して、気孔径の大きさが傾斜するように異なっているセラミックス多孔体を製造する方法が提案されている(特許文献2参照)。
これらの方法は、気孔径や気孔率を多孔体中で一定方向に変化するように制御して、気孔径の大きさが傾斜するように異なっているセラミックス多孔体を製造するために有効な手段であり、一定の気孔分布が得られ、コストにも優れている。
Further, as an improvement of the method described in Patent Document 1, ceramic porous bodies having different pore diameters so as to be inclined using a pressure generated by heating and a pressure gradient generated by centrifugal force are used. A manufacturing method has been proposed (see Patent Document 2).
These methods are effective means for manufacturing a ceramic porous body in which the pore diameter and the porosity are controlled so as to change in a certain direction in the porous body, and the pore diameters are different so as to be inclined. Therefore, a constant pore distribution is obtained and the cost is excellent.

さらに、セラミックススラリーに発泡剤などを添加することにより、気孔径を大きくし、気孔率を高めながらも、気孔径の大きさが傾斜するように異なっているセラミックス多孔体の製造方法も提案されている(特許文献3参照)。
具体的には、セラミックススラリーに発泡剤などを添加して撹拌すると、セラミックススラリー中に気泡が生成するが、この気泡は時間の経過とともに分解したり、集合したりして、大きさの異なる気泡が形成される。そして、この気泡は、その大きさによってセラミックススラリー中に分布する場所が異なり、例えば、表面付近の気泡は小さく、内部の気泡は大きいなど、気泡の大きさがセラミックススラリー中で変化している。そして、このセラミックススラリーを焼結すると、気孔径の大きさが傾斜するように異なっているセラミックス多孔体を製造することができるというものである。
Furthermore, a method for producing a porous ceramic body has been proposed in which the pore diameter is increased and the porosity is increased by adding a foaming agent or the like to the ceramic slurry, but the pore diameter is different so that the pore diameter is inclined. (See Patent Document 3).
Specifically, when a foaming agent or the like is added to the ceramic slurry and agitated, bubbles are generated in the ceramic slurry, but these bubbles are decomposed or aggregated over time, resulting in bubbles of different sizes. Is formed. The location of the bubbles varies in the ceramic slurry depending on the size of the bubbles. For example, the size of the bubbles changes in the ceramic slurry, for example, the bubbles near the surface are small and the bubbles inside are large. And when this ceramic slurry is sintered, the ceramic porous body which is different so that the magnitude | size of a pore diameter may incline can be manufactured.

この方法は、一軸方向に気孔径の大きさを傾斜させる場合には有効な手段であり、気孔率も高いものとなる。
さらにまた、金属多孔体とセラミックス多孔体とを接合し、金属を拡散させることにより金属多孔体とセラミックス多孔体とを接合させる方法が提案されている(特許文献4参照)。
また、気孔率が高く、マクロポーラスな連通孔を有するセラミックス多孔体を製造する方法としては、ゲル化可能な水溶性高分子の水溶液にセラミックス原料を分散したスラリーを、ゲル化、凍結、解凍、乾燥、焼結する方法が提案されている(特許文献5参照)。
This method is an effective means when the pore diameter is inclined in the uniaxial direction, and the porosity is high.
Furthermore, a method of joining a metal porous body and a ceramic porous body by joining the metal porous body and the ceramic porous body and diffusing the metal has been proposed (see Patent Document 4).
Moreover, as a method of producing a ceramic porous body having a high porosity and macroporous communication holes, a slurry in which a ceramic raw material is dispersed in an aqueous solution of a water-soluble polymer that can be gelled is gelled, frozen, thawed, A method of drying and sintering has been proposed (see Patent Document 5).

他方、セラミックスフィルターとは異なり、断熱材では、使用する温度やその分布にあわせた気孔径、気孔率を有するセラミックス多孔体を使用することが考慮されていなかった。
熱伝導のメカニズムは、通常、使用温度により異なり、例えば、高温領域では、輻射による熱伝導が増加するので、使用する温度やその分布にあわせて、熱伝導率が最小になるような気孔径、気孔率等を有する断熱材を用いるのが好ましいと考えられる。
On the other hand, unlike ceramic filters, it has not been considered to use a ceramic porous body having a pore diameter and a porosity in accordance with the temperature to be used and its distribution.
The mechanism of heat conduction usually differs depending on the operating temperature.For example, in a high temperature region, heat conduction due to radiation increases. Therefore, the pore diameter that minimizes the thermal conductivity according to the temperature used and its distribution, It is considered preferable to use a heat insulating material having porosity or the like.

特許第2997542号公報Japanese Patent No. 2997542 特開2004−359529号公報JP 2004-359529 A 特開2000−264755号公報JP 2000-264755 A 特開2006−204990号公報JP 2006-204990 A 特開2008−201636号公報JP 2008-201636 A

特許文献1及び2に記載の方法では、気孔径と気孔率はセラミックス粉粒体の粒子径に依存するために、気孔径や気孔率の自由度は制限され、気孔径が大きく、気孔率の高いセラミックス多孔体を製造することが難しかった。
また、特許文献3に記載の方法では、セラミックススラリーが固化するまでに気泡が連なり、気孔径、気孔分布が不均一になり易く、気孔もクローズドポアになり易いものであった。
In the methods described in Patent Documents 1 and 2, since the pore diameter and the porosity depend on the particle diameter of the ceramic granular material, the degree of freedom of the pore diameter and the porosity is limited, the pore diameter is large, and the porosity is It was difficult to produce a high ceramic porous body.
Further, in the method described in Patent Document 3, bubbles are connected before the ceramic slurry is solidified, the pore diameter and pore distribution are likely to be uneven, and the pores are also likely to be closed pores.

さらに、特許文献4に記載の方法では、接合する基材が金属であるため、その利用が低温分野に限定される。
この点、金属多孔体の代わりに、異なる気孔径を有するセラミックス多孔体同士を接着又は接合させて、気孔の大きさが傾斜するように異ならせることが考えられる。
しかしながら、多孔体であるために接着や接合される面積は非常に小さくなり、そのため、セラミックス多孔体の強度が弱くなったり、接着又は接合される界面で気孔が塞がれたりするなどの課題があり、実用化されていない。
また、特許文献5に記載の方法では、セラミックス多孔体中の気孔について、その大きさが傾斜するように異ならせる方法は記載されておらず、例えば、このセラミックス多孔体を用いてフィルターを製造するためには、気孔径や気孔率の異なる基体層となるセラミックス多孔体やフィルター層となるセラミックス多孔体をそれぞれ作製し、従来通りこれらを積層する等する必要がある。
Furthermore, in the method described in Patent Document 4, since the base material to be joined is a metal, its use is limited to the low temperature field.
In this regard, it is conceivable that instead of the metal porous body, ceramic porous bodies having different pore diameters are bonded or joined together so that the pore sizes are inclined.
However, since it is a porous body, the area to be bonded or bonded becomes very small. Therefore, there is a problem that the strength of the ceramic porous body becomes weak or the pores are blocked at the bonded or bonded interface. Yes, not put into practical use.
Further, in the method described in Patent Document 5, there is no description of a method for making pores in a ceramic porous body different in size so that the pores are inclined. For example, a filter is manufactured using this ceramic porous body. For this purpose, it is necessary to fabricate a ceramic porous body serving as a base layer having a different pore diameter and porosity and a ceramic porous body serving as a filter layer, and laminating them as usual.

そこで、本発明のセラミックス多孔体の製造方法は、特定の表面及びこの表面近傍に気孔が形成され、これら以外の表面及び内部には当該気孔より大きな気孔が形成され、これらの気孔が連通して貫通孔を形成するとともに、気孔率が高いセラミックス多孔体の製造方法を提供することを目的とするものである。
さらに、本発明のセラミックス多孔体の製造方法は、セラミックス粉粒体の粒子径及びその含有量、製造中間体であるセラミックス粉粒体のゲル状成形体における凍結速度を制御するための熱伝導率を調整した部材、さらにゲル状成形体の凍結温度、凍結時間などを種々選択することにより、セラミックス多孔体の表面及び表面近傍の気孔径並びに内部の気孔径、さらにはセラミックス多孔体の気孔率を調整することができるセラミックス多孔体の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明のセラミックス多孔体は、特定の表面及びこの表面近傍に気孔が形成され、これら以外の表面及び内部には当該気孔より大きな気孔が形成され、これらの気孔が貫通孔を形成するとともに、気孔率が高いセラミックス多孔体を提供することを目的とする。
Therefore, in the method for producing a ceramic porous body of the present invention, pores are formed on a specific surface and in the vicinity of the surface, pores larger than the pores are formed on the other surface and inside, and these pores communicate with each other. An object of the present invention is to provide a method for producing a porous ceramic body having through holes and a high porosity.
Furthermore, the method for producing a ceramic porous body according to the present invention includes a thermal conductivity for controlling the particle diameter and content of the ceramic powder, and the freezing rate in the gel-like formed body of the ceramic powder as a production intermediate. By selecting variously the freezing temperature, freezing time, etc. of the member that has been adjusted, the pore diameter near the surface of the ceramic porous body, the internal pore diameter, and further the porosity of the ceramic porous body It aims at providing the manufacturing method of the ceramic porous body which can be adjusted.
In the ceramic porous body of the present invention, pores are formed on a specific surface and in the vicinity of the surface, pores larger than the pores are formed on the other surface and inside, and these pores form through holes. An object of the present invention is to provide a ceramic porous body having a high porosity.

本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、セラミックス粉粒体のゲル状成形体の一部が0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材と接触した状態で、ゲル状成形体を凍結させて凍結成形体を作製し、この凍結成形体中に氷(固体の水)を析出させ、当該凍結成形体から当該氷を除去し、乾燥し、焼結することにより、当該0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材と接触していた面及びその近傍に気孔が形成され、これら以外の表面及び内部には当該気孔より大きな気孔が形成されるセラミックス多孔体を製造することができることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention have a thermal conductivity of 50 W · m −1 · K −1 or more at 0 ° C. of a part of the gel-like molded body of ceramic powder particles. In a state where it is in contact with the member, the gel-shaped molded body is frozen to produce a frozen molded body, ice (solid water) is precipitated in the frozen molded body, the ice is removed from the frozen molded body, By drying and sintering, pores are formed on the surface where the thermal conductivity at 0 ° C. is in contact with a member having a thermal conductivity of 50 W · m −1 · K −1 or more and in the vicinity thereof. It was found that a ceramic porous body in which pores larger than the pores are formed can be produced. The present invention has been completed based on such findings.

すなわち、本発明は、
(1) セラミックス粉粒体、水及びゲル化剤を含み、当該セラミックス粉粒体の含有量が10〜40体積%であるゲル状成形体を作製し、当該ゲル状成形体を、少なくともその一部が0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材と接触した状態で凍結させることにより、当該ゲル状成形体が凍結した凍結成形体中に氷を析出させ、当該凍結成形体から当該氷を除去し、乾燥し、焼結するセラミックス多孔体の製造方法、
(2) 前記ゲル化剤が、ゲル化可能な非可逆的水溶性高分子である上記(1)に記載のセラミックス多孔体の製造方法、
(3) 前記凍結の温度が、マイナス10℃以下である上記(1)又は(2)に記載のセラミックス多孔体の製造方法、
(4) 前記氷以外の前記凍結成形体の構造を実質的に維持しつつ、水溶性の有機溶媒及び/又は真空置換により、当該氷を除去する上記(1)〜(3)のいずれかに記載のセラミックス多孔体の製造方法、
(5) セラミックス粉粒体、水及びゲル化剤を含み、当該セラミックス粉粒体の含有量が10〜40体積%であるゲル状成形体を作製し、当該ゲル状成形体を、少なくともその一部が0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材と接触した状態で凍結させることにより、当該ゲル状成形体が凍結した凍結成形体を作製し、当該凍結成形体には、当該0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材と接触した表面及びその近傍に氷が析出し、これら以外の表面及び内部には当該氷より大きい氷が析出し、これらの氷は、各粒子同士が、その表面の一部を互いに接触させることで連続した粒子となっており、当該凍結成形体からこれらの氷を除去した後に、これらの氷の粒子形状に対応した気孔が形成されたグリーン多孔体となり、当該グリーン多孔体を焼結することにより得られたセラミックス多孔体、
(6) 気孔率が、セラミックス多孔体の60〜90体積%である上記(5)に記載のセラミックス多孔体、
を提供するものである。
That is, the present invention
(1) A gel-like molded body containing ceramic powder particles, water, and a gelling agent and containing 10 to 40% by volume of the ceramic powder granules is prepared. By freezing the part in contact with a member having a thermal conductivity of 50 W · m −1 · K −1 or more at 0 ° C., thereby precipitating ice in the frozen molded body in which the gel-like molded body is frozen, A method for producing a porous ceramic body, which removes the ice from the frozen molded body, dries and sinters;
(2) The method for producing a ceramic porous body according to (1), wherein the gelling agent is a non-reversible water-soluble polymer that can be gelled,
(3) The method for producing a ceramic porous body according to (1) or (2), wherein the freezing temperature is minus 10 ° C. or lower,
(4) In any one of the above (1) to (3), the ice is removed by a water-soluble organic solvent and / or vacuum substitution while substantially maintaining the structure of the frozen molded body other than the ice. A method for producing the ceramic porous body according to the description,
(5) A gel-like molded body containing ceramic powder particles, water, and a gelling agent and containing 10 to 40% by volume of the ceramic powder granules is prepared. A frozen molded body in which the gel-shaped molded body is frozen by freezing the portion in contact with a member having a thermal conductivity of 50 W · m −1 · K −1 or more at 0 ° C. In this case, ice is deposited on and near the surface in contact with the member having a thermal conductivity of 50 W · m −1 · K −1 or more at 0 ° C., and ice larger than the ice is present on the other surfaces and inside. These ices are deposited, and each particle becomes a continuous particle by bringing a part of its surface into contact with each other. After removing these ices from the frozen molded body, these ice particles A green porous body with pores corresponding to the shape and Ceramic porous body obtained by sintering the green porous body,
(6) The ceramic porous body according to (5), wherein the porosity is 60 to 90% by volume of the ceramic porous body,
Is to provide.

本発明のセラミックス多孔体の製造方法によれば、特定の表面及び表面近傍に気孔が形成され、これら以外の表面及び内部には当該気孔より大きな気孔が形成され、これらの気孔が連通して貫通孔を形成しており、気孔率が高いセラミックス多孔体を製造することができる。
また、本発明のセラミックス多孔体の製造方法によれば、セラミックス粉粒体の粒子径及びその含有量、製造中間体であるセラミックス粉粒体のゲル状成形体を凍結する際の冷却速度を制御するための0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材、ゲル状成形体の凍結温度、凍結時間などを種々選択することにより、セラミックス多孔体の表面及び表面近傍の気孔径並びに内部の気孔径、さらにはセラミックス多孔体の気孔率を調整することができる。
また、本発明のセラミックス多孔体によれば、特定の表面及び表面近傍に気孔が形成され、これら以外の表面及び内部には当該気孔より大きな気孔が形成され、これらの気孔が連通して貫通孔を形成することで、気孔率が高いセラミックス多孔体となる。
According to the method for producing a porous ceramic body of the present invention, pores are formed on a specific surface and in the vicinity of the surface, pores larger than the pores are formed on the other surface and inside, and these pores communicate with each other to penetrate. A ceramic porous body having pores and a high porosity can be produced.
In addition, according to the method for producing a ceramic porous body of the present invention, the particle size and content of the ceramic granular material, and the cooling rate when freezing the gel-like formed body of the ceramic granular material as a production intermediate are controlled. By selecting variously the members having a thermal conductivity of 50 W · m −1 · K −1 or higher at 0 ° C., the freezing temperature of the gel-like molded body, the freezing time, etc. The pore diameter, the internal pore diameter, and the porosity of the ceramic porous body can be adjusted.
Further, according to the ceramic porous body of the present invention, pores are formed on a specific surface and in the vicinity of the surface, pores larger than the pores are formed on the other surface and inside, and these pores communicate with each other to form a through-hole. By forming a ceramic porous body having a high porosity.

実施例2のセラミックス多孔体の外観写真である。3 is an external view photograph of a ceramic porous body of Example 2. 実施例2のセラミックス多孔体の断面のSEM写真である。4 is a SEM photograph of a cross section of the ceramic porous body of Example 2. 図2のSEM写真のAで示された部分の拡大SEM写真である。3 is an enlarged SEM photograph of a portion indicated by A in the SEM photograph of FIG. 2. 図2のSEM写真のBで示された部分の拡大SEM写真である。3 is an enlarged SEM photograph of a portion indicated by B in the SEM photograph of FIG. 2. 図2のSEM写真のBで示された部分の拡大SEM写真である。3 is an enlarged SEM photograph of a portion indicated by B in the SEM photograph of FIG. 2. 実施例3のセラミックス多孔体の外観写真である。3 is an appearance photograph of a porous ceramic body of Example 3. 実施例3のセラミックス多孔体の断面のSEM写真である。4 is a SEM photograph of a cross section of the ceramic porous body of Example 3. 比較例2のセラミックス多孔体の外観写真である。4 is an external view photograph of a ceramic porous body of Comparative Example 2. 比較例2のセラミックス多孔体の断面のSEM写真である。4 is a SEM photograph of a cross section of a ceramic porous body of Comparative Example 2. 比較例2のセラミックス多孔体の断面のSEM写真である。4 is a SEM photograph of a cross section of a ceramic porous body of Comparative Example 2.

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明するが、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるものであり、本発明を限定するものではない。
以下、本発明のセラミックス多孔体の製造方法を具体的に説明する。
Hereinafter, although the form for implementing this invention is demonstrated in detail, this form is made to understand the meaning of invention better, and does not limit this invention.
Hereafter, the manufacturing method of the ceramic porous body of this invention is demonstrated concretely.

まず、セラミックス粉粒体、水及びゲル化剤を含み、当該セラミックス粉粒体の含有量が10〜40体積%であるゲル状成形体を作製する。
本発明に用いるセラミックス粉粒体は、水に分散するセラミックス粉末であり、ゲル化が容易に生じるものであれば、その種類は制限がなく、使用される環境、コストなどを考慮し選択することができる。
例えば、公知の酸化物セラミックスの粉粒体及び非酸化物セラミックスの粉粒体を1種あるいは2種以上組み合わせて使用することができる。酸化物セラミックスとしては、アルミナ系セラミックス、ジルコニア系セラミックス、ムライト系セラミックスなどを挙げることができ、非酸化物セラミックスとしては、炭化珪素系セラミックス、窒化珪素系セラミックス、窒化ホウ素系セラミックス、グラファイト系セラミックスなどを挙げることができる。
First, a gel-like molded body containing ceramic powder particles, water and a gelling agent and containing 10 to 40% by volume of the ceramic powder particles is prepared.
The ceramic powder particles used in the present invention are ceramic powders that are dispersed in water and can be easily gelled. The type of the ceramic powder particles is not limited and should be selected in consideration of the environment used, cost, and the like. Can do.
For example, known oxide ceramic particles and non-oxide ceramic particles can be used alone or in combination of two or more. Examples of oxide ceramics include alumina ceramics, zirconia ceramics, mullite ceramics, and non-oxide ceramics include silicon carbide ceramics, silicon nitride ceramics, boron nitride ceramics, and graphite ceramics. Can be mentioned.

また、セラミックス粉粒体の粒子形状や粒子径についても特に限定されるものではなく、使用される環境を考慮して選定することができる。例えば、セラミックス粉粒体を均一分散させるためには、粒子径は、1μm以下の粒子が好ましく、より好ましくは0.8μm以下、さらに好ましくは0.6μm以下である。
特に、0.1μm以下の粒子を適当量含有することにより、焼結が促進されセラミックス焼結体としての強度を増すことができる。したがって、気孔率を高くしても、セラミックス多孔体として十分な強度を得ることができる。また、焼結が促進されることから、低温での焼結も可能となる。この粒子の含有量は、セラミックス粉粒体中0.5〜20質量%が好ましく、0.5〜10質量%がより好ましい。
Further, the particle shape and particle diameter of the ceramic powder are not particularly limited, and can be selected in consideration of the environment in which it is used. For example, in order to uniformly disperse the ceramic powder particles, the particle diameter is preferably 1 μm or less, more preferably 0.8 μm or less, and even more preferably 0.6 μm or less.
In particular, by containing an appropriate amount of particles of 0.1 μm or less, sintering is promoted and the strength as a ceramic sintered body can be increased. Therefore, even if the porosity is increased, sufficient strength as a ceramic porous body can be obtained. In addition, since sintering is promoted, sintering at a low temperature is also possible. The content of these particles is preferably 0.5 to 20% by mass, more preferably 0.5 to 10% by mass in the ceramic powder.

さらに、必要によりセラミックス多孔体の焼結を促進するために、セラミックス粉粒体の種類に適した微量の無機化合物を焼結助剤として添加することができる。焼結助剤としては、アルミナ、イットリア、マグネシア、カルシア、シリカ、ボロン、カーボンなどが挙げられる。焼結助剤の添加量は、例えば、セラミックス粉粒体100質量部に対して0.1〜10質量部とするのが好ましい。
本発明に用いる水は、溶媒として作用するとともに、気孔を形成するための氷源となるので、蒸留水、イオン交換水などの純水を用いることが好ましい。
Furthermore, in order to promote the sintering of the ceramic porous body, if necessary, a trace amount of an inorganic compound suitable for the kind of the ceramic powder particles can be added as a sintering aid. Examples of the sintering aid include alumina, yttria, magnesia, calcia, silica, boron, and carbon. The amount of the sintering aid added is preferably 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ceramic powder particles, for example.
Since the water used in the present invention acts as a solvent and serves as an ice source for forming pores, it is preferable to use pure water such as distilled water or ion exchange water.

本発明に用いるゲル化剤は、ゲル化可能な水溶性高分子であって、一旦凍結した後は凍結以前の組織構造に戻らない非可逆的ゲル高分子を用いるのが好ましい。このようなゲル化剤としては、ゼラチン、寒天、N−アルキルアクリルアミド系高分子、N−イソプロピルアクリルアミド系高分子、スルホメチル化アクリルアミド系高分子、N−ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド系高分子、ポリアルキルアクリルアミド系高分子、アルギン酸、ポリエチレンイミン、でんぷん、カルボシキメチルセルロース、ヒドロシキメチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシドなどが挙げられる。これらゲル化剤のうち、大気中でゲル化することが好ましく、また焼結時に炭素などの灰分が残らないゼラチンや寒天が特に好ましい。
ゲル化剤の種類、添加量は、セラミックス粉粒体の種類などにより適宜選択することができる。
The gelling agent used in the present invention is a water-soluble polymer that can be gelled, and is preferably an irreversible gel polymer that does not return to the tissue structure before freezing once frozen. Examples of such gelling agents include gelatin, agar, N-alkylacrylamide polymers, N-isopropylacrylamide polymers, sulfomethylated acrylamide polymers, N-dimethylaminopropyl methacrylamide polymers, polyalkylacrylamides. Examples of the polymer include alginic acid, polyethyleneimine, starch, carboxymethylcellulose, hydroxymethylcellulose, sodium polyacrylate, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, and polyethylene oxide. Of these gelling agents, gelling in the atmosphere is preferred, and gelatin and agar that do not leave ash such as carbon during sintering are particularly preferred.
The kind and addition amount of the gelling agent can be appropriately selected depending on the kind of ceramic powder.

また、必要により、アミン基を有する化合物、アルデヒド基を有する化合物、ヒドラジド基を有する化合物、エポキシ基を有する化合物、メチロールを有する化合物などの架橋剤を添加することもできる。架橋剤として、例えば、エポキシ基を有する化合物であるジグリセロールグリシジルエーテルなどが好ましい。架橋剤の添加量は、例えば、ゲル化剤100質量部に対して5〜20質量部とするのが好ましい。
そして、これらのセラミックス粉粒体、水及びゲル化剤を混合して、セラミックス粉粒体の含有量が10〜40体積%のゲル状成形体を作製する。
ここで、上記の焼結助剤を添加した場合は、カーボン等の焼結後のセラミックス中に存在しなくなるような焼結助剤は、セラミックス粉粒体の含有量に含まれないが、焼結後もセラミックス中に存在するようなアルミナ、イットリア、マグネシア、カルシア、シリカ、ボロン等の焼結助剤は、セラミックス粉粒体の含有量に含まれる。
Further, if necessary, a crosslinking agent such as a compound having an amine group, a compound having an aldehyde group, a compound having a hydrazide group, a compound having an epoxy group, or a compound having methylol can be added. As the crosslinking agent, for example, diglycerol glycidyl ether which is a compound having an epoxy group is preferable. It is preferable that the addition amount of a crosslinking agent shall be 5-20 mass parts with respect to 100 mass parts of gelatinizers, for example.
And these ceramic powder granules, water, and a gelatinizer are mixed, and a gel-like molded object with content of ceramic powder granules of 10-40 volume% is produced.
Here, when the above sintering aid is added, a sintering aid that does not exist in the sintered ceramic such as carbon is not included in the content of the ceramic powder, Sintering aids such as alumina, yttria, magnesia, calcia, silica, boron, etc., which are present in the ceramics even after the sintering, are included in the content of the ceramic powder particles.

セラミックス粉粒体の含有量が10〜40体積%のゲル状成形体とするためには、セラミックス粉粒体の含有量を10〜40体積%、水の含有量を50〜89体積%、ゲル化剤の含有量を1〜10体積%とするのが好ましい。
セラミックス粉粒体の含有量が10〜40体積%であれば、製造されるセラミックス多孔体の気孔率が60〜90体積%と高くなっても、セラミックス多孔体としての強度を維持することができるからである。
また、水の含有量が50〜89体積%で、ゲル化剤の含有量が1〜10体積%であれば、ゲルを形成することができ、かつ凍結することによりゲル中の水が、氷としてゲルを形成する高分子から分離、析出されるとともに、氷の粒子同士が互いに接触することで、最終的に得られる気孔を連通孔とすることができるようになるからである。
In order to obtain a gel-like molded product having a ceramic powder particle content of 10 to 40% by volume, the ceramic powder particle content is 10 to 40% by volume, the water content is 50 to 89% by volume, gel The content of the agent is preferably 1 to 10% by volume.
If the content of the ceramic powder is 10 to 40% by volume, the strength of the ceramic porous body can be maintained even if the porosity of the produced ceramic porous body is as high as 60 to 90% by volume. Because.
Further, if the water content is 50 to 89% by volume and the gelling agent content is 1 to 10% by volume, a gel can be formed and the water in the gel is frozen by freezing. This is because the pores finally obtained can be formed as communication holes by separating and precipitating from the polymer forming the gel as well as the ice particles contacting each other.

ゲル状成形体を作製するには、まず、セラミックス粉粒体と水とを混合してセラミックススラリーとし、これにゲル化剤を添加して、上記した体積%となるセラミックススラリーを調整する。そして、このスラリーを成形型に流し込み、水をゲル中に保持させた状態で固化してゲル化させる。
このゲル化により、セラミックス粉粒体がゲル中に固定化される。このゲル状成型体は、最終製品となるセラミックス多孔体の形状としておくのが後工程を簡略化できるので好ましい。その他に、ゲル化剤が添加されたセラミックススラリーを一旦適当な大きさの形状に成形し、ゲル化させ、ゲル体を得、このゲル体に成形型を押し当てるなどしてゲル状成型体を形成する方法も採用することができる。
In order to produce a gel-like formed body, first, ceramic powder particles and water are mixed to form a ceramic slurry, and a gelling agent is added thereto to adjust the above-described volume% ceramic slurry. And this slurry is poured into a shaping | molding die, it solidifies in the state hold | maintained in the gel, and is gelatinized.
By this gelation, ceramic powder particles are fixed in the gel. This gel-like molded body is preferably formed in the shape of a ceramic porous body that will be the final product because the post-process can be simplified. In addition, the ceramic slurry to which the gelling agent has been added is once molded into an appropriate size and gelled to obtain a gel body, and a gel mold is pressed against the gel body to form a gel-like molded body. A forming method can also be employed.

ゲル化させる温度と時間は、使用したゲル化剤によって適宜決定することができ、例えば、1℃以上90℃以下の温度で、15分以上10時間以内とすることができる。
例えば、寒天、メチルセルロースの場合は60℃以上80℃以下の温度で加熱した後、大気中、常温で2時間以上静置することによりゲル化させることができる。また、ポリエチレンイミンの場合は、50℃以上60℃以下の温度で、1時間以上2時間以内静置することによりゲル化させることができる。さらに、ゼラチンの場合は、始めに20℃以上25℃以下の温度で30分以上1時間保持し、その後、2℃以上10℃以下の温度で1時間以上静置することによりゲル化させることができる。
The temperature and time for gelation can be appropriately determined depending on the gelling agent used, and can be, for example, 15 ° C. or more and 10 hours or less at a temperature of 1 ° C. or more and 90 ° C. or less.
For example, in the case of agar or methylcellulose, after heating at a temperature of 60 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, it can be gelated by standing at room temperature for 2 hours or longer in the air. In the case of polyethyleneimine, it can be gelated by standing at a temperature of 50 ° C. or higher and 60 ° C. or lower for 1 hour to 2 hours. Further, in the case of gelatin, gelation can be achieved by first holding at a temperature of 20 ° C. or more and 25 ° C. or less for 30 minutes or more and 1 hour, and then allowing to stand at a temperature of 2 ° C. or more and 10 ° C. or less for 1 hour or more. it can.

次に、ゲル状成形体を、少なくともその一部が0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材と接触した状態で凍結させることにより、当該ゲル状成形体が凍結した凍結成形体とするとともに、この凍結成形体中に氷を析出させる。
凍結方法は、通常の冷凍庫、急速凍結庫、過冷却凍結庫など、公知の方法を用いればよい。いずれの場合とも、ゲル状成形体外部からの冷却となるから、通常はゲル状成形体の表面がまず凍結され、凍結が内部に進行していく。
Next, the gel-like molded body is frozen by at least partly freezing it in contact with a member having a thermal conductivity of 50 W · m −1 · K −1 or more at 0 ° C. In addition to the frozen molded body, ice is deposited in the frozen molded body.
The freezing method may be a known method such as a normal freezer, quick freezer or supercooled freezer. In any case, since the cooling is performed from the outside of the gel-shaped molded body, the surface of the gel-shaped molded body is usually first frozen and the freezing proceeds inside.

凍結成形体を作製するための凍結温度は、水が凍結する温度であれば特に限定されるものではないが、氷の生成温度領域が−5℃から−10℃の範囲であるので、凍結温度を氷の生成温度領域よりも低くして、冷却の途中で氷が必要以上に成長しないようにするため、−10℃以下にすることが好ましい。   The freezing temperature for producing the freeze-formed body is not particularly limited as long as the water is frozen, but the freezing temperature is in the range of −5 ° C. to −10 ° C. In order to prevent the ice from growing more than necessary during cooling, the temperature is preferably set to −10 ° C. or lower.

ここで、ゲル状成形体と0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材とが接触した部分及びその近傍では、この部材が存在することにより、この部材とは接触していない部分、及びゲル状成形体の内部より冷却速度を速くすることができる。冷却速度が速ければ、氷の生成温度領域に滞在する時間が短い。したがって、この部材と接触した凍結成形体部分及びその近傍では、微細な粒子の氷が多数析出した状態になっている。
他方、この0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材が接触していない部分、及びゲル状成形体の内部では、氷の生成温度領域に滞在する時間がこの部材と接触している部分及びその近傍より長い。したがって、凍結成形体中には、0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材が接触している部分及びその近傍に形成された氷より大きい粒子の氷が形成されている。
Here, in the portion where the gel-like molded body and a member having a thermal conductivity at 0 ° C. of 50 W · m −1 · K −1 or more are in contact and in the vicinity thereof, this member is present, so that this member is in contact A cooling rate can be made faster than the part which is not and the inside of a gel-like molded object. If the cooling rate is high, the time for staying in the ice generation temperature region is short. Therefore, a large number of fine particles of ice are deposited at and near the frozen molded body portion in contact with this member.
On the other hand, in the part where the member having a thermal conductivity of 50 W · m −1 · K −1 or more at 0 ° C. is not in contact, and in the gel-like molded body, the time spent in the ice generation temperature region is this member. It is longer than the part in contact with and its vicinity. Therefore, in the freeze-formed body, ice particles having a particle size larger than the ice formed in the portion where the member having a thermal conductivity at 0 ° C. of 50 W · m −1 · K −1 or more is in contact with it. ing.

このように、ゲル状成形体の冷却速度を変えることにより、凍結成形体中で得られる氷の大きさを変化させることができる。したがって、ゲル状成形体への0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材の接触形態により、凍結成形体中で得られる氷の大きさを変化させることができる。
例えば、ゲル状成形体の全表面に0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材を接触させて凍結させれば、凍結成形体の全表面とその近傍には微細な粒子の氷が形成され、凍結成形体内部は表面よりも大きい粒子の氷が形成されるから、表面と内部との間で氷の粒子径を変化させた凍結成形体を得ることができる。
In this way, by changing the cooling rate of the gel-like molded body, the size of ice obtained in the frozen molded body can be changed. Therefore, the size of the ice obtained in the frozen molded body can be changed by the contact form of the member having a thermal conductivity of 50 W · m −1 · K −1 or more at 0 ° C. to the gel-like molded body.
For example, if a member having a thermal conductivity of 50 W · m −1 · K −1 or more at 0 ° C. is brought into contact with the entire surface of the gel-like molded body and frozen, the entire surface of the frozen molded body and the vicinity thereof are fine. Ice of a large particle is formed, and ice of a particle larger than the surface is formed inside the frozen molded body, so that a frozen molded body in which the ice particle diameter is changed between the surface and the inside can be obtained.

また、ゲル状成形体の一部表面を0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材に接触させ、他の表面は0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1未満の部材に接触させた状態で凍結させれば、0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材を接触させた表面およびその近傍には微細な粒子の氷が形成され、それ(0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1未満の部材が接触していた)以外の表面および内部は大きい粒子の氷が形成されるから、特定の表面のみに微細な氷が形成した凍結成形体を得ることができる。
特に、0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1未満の部材として、ゲル状成形体よりも低い熱伝導率を有するものを選択した場合には、0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1未満の部材が接しているゲル状成形体表面は実質的に冷却されず、0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材が接触した部分からのみの冷却・凍結となるため、0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材が接触した表面から0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1未満の部材が接触した表面に向かって、一方向に氷の粒子が拡大した凍結成形体を得ることができる。
Further, a part of the surface of the gel-like molded body is brought into contact with a member having a thermal conductivity at 0 ° C. of 50 W · m −1 · K −1 or more, and the other surface has a thermal conductivity at 0 ° C. of 50 W · m −1.・ If frozen in a state of contact with a member of less than K −1, fine particles are present on the surface where the member with a thermal conductivity at 0 ° C. of 50 W · m −1 · K −1 or more is in contact with the surface. The surface and the inside of the surface other than that (a member with a thermal conductivity of less than 50 W · m −1 · K −1 at 0 ° C. is in contact) is formed. A frozen molded body in which fine ice is formed only on the surface can be obtained.
In particular, when a member having a thermal conductivity lower than 50 W · m −1 · K −1 at 0 ° C. is selected as a member having a thermal conductivity lower than that of the gel-like molded body, the thermal conductivity at 0 ° C. is The surface of the gel-like molded body that is in contact with a member of less than 50 W · m −1 · K −1 is not substantially cooled, and a member having a thermal conductivity at 0 ° C. of 50 W · m −1 · K −1 or more is in contact. It was to become the cooling and freezing only the part 0 thermal conductivity at 0 ℃ from a surface thermal conductivity in contact 50W · m -1 · K -1 or more members at ° C. is 50 W · m -1 · K A frozen molded body in which ice particles expand in one direction toward the surface with which a member of less than −1 contacts can be obtained.

また、ゲル状成形体の一部表面を0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材に接触させ、他の表面は熱伝導率が前記部材とは異なり、かつ0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材に接触させた状態で凍結させてもよい。このようにすれば、各部材の熱伝導率に応じて粒子径が異なる微細な氷を各表面に形成した、凍結成形体を得ることができる。 Further, a part of the surface of the gel-like molded body is brought into contact with a member having a thermal conductivity at 0 ° C. of 50 W · m −1 · K −1 or more, and the other surface has a thermal conductivity different from that of the member. thermal conductivity may be frozen in a state in contact with the 50W · m -1 · K -1 or more members in ° C.. In this way, it is possible to obtain a frozen molded body in which fine ice having different particle diameters is formed on each surface according to the thermal conductivity of each member.

ここで、ゲル状成形体を、0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材と接触させる方法は特に限定されず、例えば、成形型の一部又は全部を0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材で構成しておき、これをゲル状成形体の表面と接触させる手段を採用することができる。また、成形型の内部に、成形体がハニカム形状などとなるように、0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材による突起や仕切りなどを設けるようにしてもよい。
なお、0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材を設ける理由は、この部材を用いてゲル状成形体を急冷することにあるから、この部材の少なくとも一部は冷却源から直接冷却される構造としておく必要がある。この部材全体がゲル状成形体中に内包されるような形状では、ゲル状成形体が冷却された後はじめてこの部材が冷却されるので、好ましくない。
Here, the method for bringing the gel-like molded body into contact with a member having a thermal conductivity at 0 ° C. of 50 W · m −1 · K −1 or more is not particularly limited. It is possible to employ a means in which a member having a thermal conductivity of 50 W · m −1 · K −1 or more is brought into contact with the surface of the gel-like molded body. Further, projections or partitions made of members having a thermal conductivity at 0 ° C. of 50 W · m −1 · K −1 or more may be provided inside the mold so that the molded body has a honeycomb shape or the like. .
The reason for providing a member having a thermal conductivity of 50 W · m −1 · K −1 or more at 0 ° C. is to quench the gel-like molded body using this member. The structure needs to be cooled directly from a cooling source. A shape in which the entire member is included in the gel-like molded body is not preferable because the member is cooled only after the gel-like molded body is cooled.

また、ゲル状成形体中の水の含有量を50〜89体積%、ゲル化剤の含有量を1〜10体積%としているので、形成された氷は、その粒子同士が、その表面の一部を互いに接触することで形成された、連続した粒子となっている。したがって、後の工程で氷を除去し、氷部分を気孔とすることにより、気孔が連通した貫通孔とすることができる。   In addition, since the water content in the gel-like molded body is 50 to 89% by volume and the content of the gelling agent is 1 to 10% by volume, the formed ice has particles on the surface. It is the continuous particle | grains formed by contacting a part mutually. Therefore, by removing the ice in a later step and making the ice part a pore, a through hole in which the pores communicate can be obtained.

ここで、本発明に用いる0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材の材質としては、例えば、鉄(0℃における熱伝導率が84W・m-1・K-1)、アルミニウム(0℃における熱伝導率が236W・m-1・K-1)、銅(0℃における熱伝導率が403W・m-1・K-1)、金(0℃における熱伝導率が320W・m-1・K-1)、銀(0℃における熱伝導率が430W・m-1・K-1)、ニッケル(0℃における熱伝導率が94W・m-1・K-1)、黄銅(0℃における熱伝導率が106W・m-1・K-1)、砲金(0℃における熱伝導率が53W・m-1・K-1)、などを挙げることができる。またこれらの単体に限らず、0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の合金などを用いることもできる。 Here, as a material of a member having a thermal conductivity at 0 ° C. of 50 W · m −1 · K −1 or more used in the present invention, for example, iron (thermal conductivity at 0 ° C. is 84 W · m −1 · K − 1 ), aluminum (thermal conductivity at 0 ° C. 236 W · m −1 · K −1 ), copper (thermal conductivity at 0 ° C. 403 W · m −1 · K −1 ), gold (heat conduction at 0 ° C.) rate is 320W · m -1 · K -1) , silver (0 thermal conductivity at ℃ is 430W · m -1 · K -1) , nickel (0 thermal conductivity at ℃ is 94W · m -1 · K - 1), brass (0 thermal conductivity at ℃ is 106W · m -1 · K -1) , gun metal (0 thermal conductivity at ℃ is 53W · m -1 · K -1) , and the like. Can also be used as these not only to a single, 0 thermal conductivity 50W · m -1 · K -1 or more alloys in ° C..

これらの内、砲金や鉄を用いた場合には、部材を接触させた部分の氷の粒子径は内部に比べて小さいものの、その差は小さい。一方、アルミニウムや銅を用いた場合には、部材を接触させた部分の氷の粒子径は内部に比べて明確に小さくなっている。したがって、本発明に用いる部材としては0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上であればよいが、100W・m-1・K-1以上が好ましく、さらに200W・m-1・K-1以上がより好ましい。
そこで、特定の表面及びこの表面近傍に形成される気孔を微細なものとし、これら以外の表面及び内部に形成される気孔を比較的大きなものとする場合は、熱伝導率の高い、例えば、0℃における熱伝導率が100W・m-1・K-1以上が好ましく、特に、200W・m-1・K-1以上の部材を用いるのが好ましい。
Among these, when gunmetal or iron is used, the particle diameter of ice at the part where the member is in contact is smaller than the inside, but the difference is small. On the other hand, when aluminum or copper is used, the particle diameter of the ice at the part where the member is in contact is clearly smaller than the inside. Thus, as the member used in the present invention may be any thermal conductivity at 0 ℃ is 50W · m -1 · K -1 or more but, 100W · m -1 · K -1 or more, further 200 W · m - 1 · K −1 or more is more preferable.
Therefore, when pores formed on a specific surface and in the vicinity of the surface are made fine and pores formed on the other surface and inside are relatively large, the thermal conductivity is high, for example, 0 The thermal conductivity at 100 ° C. is preferably 100 W · m −1 · K −1 or more, and it is particularly preferable to use a member having 200 W · m −1 · K −1 or more.

これに対し、SUS304(0℃における熱伝導率が20W・m-1・K-1程度)などは、0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1より低い部材であるので好ましくない。また、ポリエチレン、塩化ビニルなどの樹脂類も0℃における熱伝導率が一般に1W・m-1・K-1以下である。したがって、これらの部材を用いても、特定の表面及びこの表面近傍に形成される気孔の大きさとこれら以外の表面及び内部に形成される気孔の大きさとを変化させることが困難となるので、好ましくない。 On the other hand, SUS304 (having a thermal conductivity at 0 ° C. of about 20 W · m −1 · K −1 ) is preferably a member having a thermal conductivity at 0 ° C. lower than 50 W · m −1 · K −1. Absent. Also, resins such as polyethylene and vinyl chloride generally have a thermal conductivity at 0 ° C. of 1 W · m −1 · K −1 or less. Therefore, even if these members are used, it is difficult to change the size of pores formed on a specific surface and in the vicinity of the surface, and the size of pores formed on the other surface and inside. Absent.

このようにしてゲル状成型体を凍結することにより、ゲル中の水がゲルを形成する高分子から分離されて氷として析出し、ゲル中から粒子径が制御された氷が分離、析出した凍結成形体を作製することができる。
なお、氷の粒子径がセラミックス多孔体の気孔径に反映するので、凍結方法や0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材の選定などについては、目的とするセラミックス多孔体自体の形状、大きさや、気孔の形状、大きさ、分布を検討し、選定する必要がある。
By freezing the gel-like molded body in this way, the water in the gel is separated from the polymer forming the gel and precipitated as ice, and the ice whose particle diameter is controlled is separated and precipitated from the gel. A molded body can be produced.
The ice particle size is reflected in the pore size of the ceramic porous body. For the freezing method and selection of members with a thermal conductivity at 0 ° C. of 50 W · m −1 · K −1 or more, the target ceramics It is necessary to examine and select the shape and size of the porous body itself and the shape, size and distribution of pores.

次に、凍結成形体から氷を除去し、乾燥し、焼結する。
まず、氷を除去する前に、凍結成形体を凍結した状態で、型から脱型しておくのが好ましい。氷を除去した後に脱型すると、気孔をそのまま保持することが困難になったり、成形体の形状自体を維持することが困難になったりするからである。
凍結成形体中に形成された氷の粒子を除去すれば、除去された部分に気孔が形成されるので、凍結状態のセラミックス粉粒体の骨格構造を崩さないようにして氷のみを除去することが重要である。
Next, ice is removed from the frozen molded body, dried, and sintered.
First, before removing the ice, it is preferable to remove the frozen molded body from the mold in a frozen state. If the mold is removed after removing the ice, it becomes difficult to keep the pores as it is, or it becomes difficult to maintain the shape of the molded body itself.
If the ice particles formed in the frozen molded body are removed, pores will be formed in the removed parts, so remove only the ice without breaking the skeletal structure of the frozen ceramic powder particles. is important.

このような氷の除去方法としては、アセトンやメタノールなどの水溶性の有機溶媒による置換、又は真空置換による方法があり、これらの方法により、氷以外の凍結成形体の構造を実質的に維持しつつ、氷を除去することができる。
水溶性の有機溶媒による置換は、はじめに凍結成形体と同じ温度に冷却した水溶性の有機溶媒中に凍結成形体を浸漬し、さらに、温度を段階的に常温へ昇温して水をこの有機溶媒へ移行させることにより、氷が存在していた部分を有機溶媒で置換し、氷を除去するものである。
水溶性の有機溶媒に浸漬する時間は、凍結成形体の形状により適宜決定することができ、例えば、縦100mm、横100mm、厚さ10mmのアルミナセラミックス凍結成形体の場合、凍結温度−17℃の冷凍庫にて、同じ温度にしたアセトン溶媒に6時間、次いで、10℃のアセトン溶媒に6時間、さらに常温のアセトン溶媒に6時間以上浸漬することによって、置換を終了させることができる。
Examples of such ice removal methods include substitution with water-soluble organic solvents such as acetone and methanol, or vacuum substitution. By these methods, the structure of the frozen molded body other than ice is substantially maintained. The ice can be removed.
For replacement with a water-soluble organic solvent, first, the frozen molded body is immersed in a water-soluble organic solvent cooled to the same temperature as the frozen molded body, and the temperature is gradually raised to room temperature to bring water into this organic solvent. By transferring to a solvent, the portion where the ice was present is replaced with an organic solvent, and the ice is removed.
The time for immersing in a water-soluble organic solvent can be appropriately determined depending on the shape of the freeze-formed body. For example, in the case of an alumina ceramic freeze-formed body having a length of 100 mm, a width of 100 mm, and a thickness of 10 mm, the freezing temperature is −17 ° C. In a freezer, the substitution can be terminated by immersing in an acetone solvent at the same temperature for 6 hours, then in an acetone solvent at 10 ° C. for 6 hours, and further in an ordinary temperature acetone solvent for 6 hours or more.

また、真空置換による置換は、真空高温急速乾燥、あるいはフリーズドライ法により氷を取り除く、雰囲気制御置換型乾燥法を用いた解凍法を用いることができる。すなわち、真空ないしは減圧下で凍結成形体を弱く加熱することにより、凍結成形体中の氷を直接昇華させることで、氷のみを除去する方法である。この方法であれば、氷が液化し、生成した水が移動して成形体表面から蒸発することがないので、液化や水の移動、蒸発に伴う構造の破損や変形を起こすことがない。   Further, the replacement by vacuum replacement can be performed by a vacuum high-temperature rapid drying or a thawing method using an atmosphere-controlled replacement drying method that removes ice by a freeze drying method. That is, it is a method of removing only ice by directly sublimating the ice in the frozen molded body by heating the frozen molded body weakly under vacuum or reduced pressure. According to this method, the ice is liquefied and the generated water does not move and evaporate from the surface of the molded body, so that the structure is not damaged or deformed due to liquefaction, water movement or evaporation.

乾燥は、水溶性の有機溶媒による置換の場合、水溶性の有機溶媒が残留しているので、温和な条件であることが好ましい。具体的には25℃以上80℃以下でおこなうのが好ましく、特に好ましくは70℃である。また、昇温時間については、毎分1℃以上毎分2℃以下が好ましく、特に好ましくは毎分1℃である。さらに、乾燥保持時間については、1時間以上が好ましく、特に好ましくは6時間以上である。
また、真空置換による置換の場合、氷が除去された空隙に若干の水蒸気が残るのみであるから、ある程度高温が望ましい。具体的には80℃以上120℃以下が好ましく、特に好ましくは100℃である。また、昇温時間については、毎分1℃以上毎分2℃以下が好ましく、特に好ましくは毎分1℃である。さらに、乾燥保持時間については、1時間以上が好ましく、特に好ましくは6時間以上である。
このような方法によって、氷が除去された成形体は、セラミックス粉粒体が骨格となり、氷が存在していた部分が気孔として形成され、氷の粒子形状に対応した気孔が形成された焼結前のグリーン多孔体となる。
In the case of substitution with a water-soluble organic solvent, drying is preferably performed under mild conditions because the water-soluble organic solvent remains. Specifically, it is preferably performed at 25 ° C. or more and 80 ° C. or less, particularly preferably 70 ° C. Further, the temperature raising time is preferably 1 ° C./min or more and 2 ° C./min or less, particularly preferably 1 ° C./min. Further, the dry holding time is preferably 1 hour or longer, particularly preferably 6 hours or longer.
Further, in the case of replacement by vacuum replacement, only a small amount of water vapor remains in the void from which the ice has been removed, and therefore a certain high temperature is desirable. Specifically, it is preferably 80 ° C. or higher and 120 ° C. or lower, particularly preferably 100 ° C. Further, the temperature raising time is preferably 1 ° C./min or more and 2 ° C./min or less, particularly preferably 1 ° C./min. Further, the dry holding time is preferably 1 hour or longer, particularly preferably 6 hours or longer.
The compact from which the ice has been removed by such a method is a sintered body in which the ceramic powder particles are the skeleton, the portions where the ice was present are formed as pores, and the pores corresponding to the ice particle shape are formed. It becomes the previous green porous body.

本発明では、ゲル状成形体の形成時に、ゲル化可能な水溶性高分子をゲル化剤として添加しているので、加熱脱脂処理を行い、残存する有機物を除去することが好ましい。
この加熱脱脂処理の温度、時間及び雰囲気については、使用したセラミックス成分と使用した有機物の種類や量によって設定され、例えば、ゲル化剤としてポリエチレンイミンを用いた場合は、650℃で4時間保持して脱脂するのが好ましい。
In the present invention, since a water-soluble polymer that can be gelled is added as a gelling agent when the gel-like molded body is formed, it is preferable to perform a heat degreasing treatment to remove remaining organic substances.
The temperature, time and atmosphere of this heat degreasing treatment are set according to the type and amount of the ceramic component used and the organic substance used. For example, when polyethyleneimine is used as the gelling agent, it is held at 650 ° C. for 4 hours. It is preferable to degrease.

次に、加熱脱脂処理を行ったグリーン多孔体を焼結する。
焼結の温度、時間及び雰囲気については、使用したセラミックス成分の種類、粒度分布などを考慮して設定され、通常のセラミックスの温度、時間、雰囲気の焼結条件を適用して設定することができ、例えば、1300℃以上2000℃以下、30分以上20時間以下、大気中、アルゴン雰囲気中、窒素雰囲気中などの条件で焼成することができる。
このようにして、グリーン多孔体を焼結すれば、焼結中及び焼結されたセラミックス多孔体に、割れなどの欠陥を生じることを防止することができる。
Next, the green porous body subjected to the heat degreasing treatment is sintered.
The sintering temperature, time and atmosphere are set in consideration of the type of ceramic component used, particle size distribution, etc., and can be set by applying the normal ceramic temperature, time and atmosphere sintering conditions. For example, it can be fired under conditions such as 1300 ° C. or more and 2000 ° C. or less, 30 minutes or more and 20 hours or less, in the air, in an argon atmosphere, or in a nitrogen atmosphere.
If the green porous body is sintered in this manner, defects such as cracks can be prevented during the sintering and in the sintered ceramic porous body.

このような方法により、製造されたセラミックス多孔体は、その特定の表面及び表面近傍に微細な気孔が形成され、これら以外の表面及び内部にはこの微細な気孔より大きな形状の気孔が形成されるとともに、これらの気孔が互いに連通して貫通孔を形成したセラミックス多孔体となる。
すなわち、このセラミックス多孔体は、セラミックス粉粒体、水及びゲル化剤を含み、当該セラミックス粉粒体の含有量が10〜40体積%であるゲル状成形体を作製し、当該ゲル状成形体を、少なくともその一部が0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材と接触した状態で凍結させることにより、当該ゲル状成形体が凍結した凍結成形体を作製し、当該凍結成形体には、当該0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材と接触した表面及びその近傍に氷が析出し、これら以外の表面及び内部には当該氷より大きい氷が析出し、これらの氷は、各粒子同士が、その表面の一部を互いに接触させることで連続した粒子となっており、当該凍結成形体からこれらの氷を除去した後に、これらの氷の粒子形状に対応した気孔が形成されたグリーン多孔体となり、当該グリーン多孔体を焼結することにより得られたセラミックス多孔体となる。
By this method, the produced ceramic porous body has fine pores formed on the specific surface and in the vicinity of the surface, and pores having a shape larger than the fine pores are formed on the other surface and inside. At the same time, these pores communicate with each other to form a porous ceramic body in which through holes are formed.
That is, this ceramic porous body contains a ceramic powder, water, and a gelling agent, and a gel-like molded body containing 10 to 40% by volume of the ceramic powder is produced. Is frozen in a state where at least a part thereof is in contact with a member having a thermal conductivity of 50 W · m −1 · K −1 or more at 0 ° C., thereby producing a frozen molded body in which the gel-like molded body is frozen. In the frozen molded body, ice is deposited on the surface in contact with a member having a thermal conductivity at 0 ° C. of 50 W · m −1 · K −1 or more and in the vicinity thereof, Ice larger than ice is precipitated, and these ice particles are continuous particles by bringing a part of the surface into contact with each other. After removing these ice pieces from the frozen molded body, Corresponding to these ice particle shapes There will have been formed green porous body, the obtained ceramic porous body by sintering the green porous body.

そして、従来、セラミックス骨格の形成と気孔の形成が同一プロセス内で行われるために、両者の形成条件をバランスさせる必要があることから、セラミックス骨格の強度を上げることが難しかったものを、本発明のセラミックス多孔体の製造方法によれば、セラミックス骨格の形成と気孔の形成を別々のプロセスで行うことにより、セラミックス骨格の強度を向上させることができ、気孔率を60〜90体積%と高くすることができる。   Conventionally, since the formation of the ceramic skeleton and the formation of pores are performed in the same process, it is necessary to balance the formation conditions of both, and therefore it is difficult to increase the strength of the ceramic skeleton. According to the method for producing a ceramic porous body, the strength of the ceramic skeleton can be improved by forming the ceramic skeleton and the pores by separate processes, and the porosity is increased to 60 to 90% by volume. be able to.

以下、本発明について実施例によりさらに説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
実施例1
平均粒子径0.8μmの炭化珪素粉粒体90質量%と、平均粒子径0.03μmの炭化珪素粉粒体10質量%を秤量し、次いで、これらの炭化珪素粉粒体100質量部に対して2質量部の平均粒子径0.2μmのアルミナ粉粒体を焼結助剤として添加した。これらの炭化珪素粉粒体及びアルミナ粉粒体がセラミックス粉粒体となる。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further, this invention is not limited to these Examples.
Example 1
90% by mass of silicon carbide particles having an average particle size of 0.8 μm and 10% by mass of silicon carbide particles having an average particle size of 0.03 μm are weighed, and then 100 parts by mass of these silicon carbide particles. 2 parts by mass of alumina particles having an average particle diameter of 0.2 μm were added as a sintering aid. These silicon carbide particles and alumina particles become ceramic particles.

次に、セラミックス粉粒体の含有量が10体積%、水の含有量が89体積%、ゲル化剤の含有量が1体積%となるように、まず、セラミックス粉粒体を純水に入れ、これを撹拌機に入れ、ボールミルにて40rpmの回転速度で12時間混合してスラリーを得た。
その後、このスラリーにゲル化剤としてポリエチレンイミンを添加し、さらに1時間混合した。そして、このスラリーを撹拌機から取り出して、真空攪拌脱泡により気泡を除去した。
Next, the ceramic particles are first put in pure water so that the content of the ceramic particles is 10% by volume, the content of water is 89% by volume, and the content of the gelling agent is 1% by volume. This was put into a stirrer and mixed with a ball mill at a rotation speed of 40 rpm for 12 hours to obtain a slurry.
Thereafter, polyethyleneimine was added to this slurry as a gelling agent and further mixed for 1 hour. And this slurry was taken out from the stirrer and the bubble was removed by vacuum stirring defoaming.

その後、このスラリーに、ゲル化剤100質量部に対して12質量部のジグリセロールグリシジルエーテルを架橋剤として添加し、これを攪拌機に入れ、さらに1時間混合して最終スラリーを得た。そして、枠がアルミニウム(0℃における熱伝導率:236W・m-1・K-1)製で、上下のプレートが銅(0℃における熱伝導率:403W・m-1・K-1)製の縦100mm、横100mm、高さ10mmの成形型にこの最終スラリーを流し込んだ。そして、この成形型を温風加熱装置に入れ、50℃で1時間処理して、成形型中の最終スラリーをゲル化させてゲル状体を作製した。 Thereafter, 12 parts by mass of diglycerol glycidyl ether as a crosslinking agent was added to the slurry with respect to 100 parts by mass of the gelling agent, and this was put into a stirrer and further mixed for 1 hour to obtain a final slurry. The frame is made of aluminum (thermal conductivity at 0 ° C .: 236 W · m −1 · K −1 ), and the upper and lower plates are made of copper (thermal conductivity at 0 ° C .: 403 W · m −1 · K −1 ). The final slurry was poured into a mold having a length of 100 mm, a width of 100 mm, and a height of 10 mm. Then, this mold was placed in a hot air heating apparatus and treated at 50 ° C. for 1 hour to gel the final slurry in the mold to produce a gel-like body.

次に、このゲル状体を、成形型ごと−17℃に設定された冷凍庫に入れ、−17℃で1時間冷却、凍結させ、凍結成形体中に氷を析出させた。その後、この凍結成形体を凍結したまま成形型からはずし、真空乾燥装置に入れ、35℃で12時間真空置換し、凍結成形体から氷を除去した。その後、この成形体を温風加熱装置に入れ、30℃から100℃まで毎分1℃で昇温し、100℃で1時間保持し、乾燥をおこない、氷の粒子形状に対応した気孔が形成されたグリーン多孔体を得た。   Next, this gel-like body was put in a freezer set to −17 ° C. together with the mold, cooled and frozen at −17 ° C. for 1 hour, and ice was deposited in the frozen molded body. Thereafter, the frozen molded body was removed from the mold while frozen, placed in a vacuum drying apparatus, and vacuum-replaced at 35 ° C. for 12 hours to remove ice from the frozen molded body. Then, this compact is put into a warm air heating device, heated from 30 ° C. to 100 ° C. at 1 ° C. per minute, held at 100 ° C. for 1 hour, dried, and pores corresponding to the ice particle shape are formed. A green porous body was obtained.

そして、このグリーン多孔体を雰囲気炉に入れ、炉内雰囲気を窒素雰囲気にして、毎分1℃の速度で650℃まで昇温し、650℃で4時間保持し、ゲル化剤であるポリエチレンイミン及び架橋剤であるジグリセロールグリシジルエーテルの加熱脱脂処理を行った。加熱脱脂処理後、炉内雰囲気をアルゴン雰囲気にして、炉内温度を毎分15℃の速度で1800℃まで昇温し、1800℃で2時間保持して焼結をおこなってセラミックス多孔体を製造した。   Then, this green porous body is put in an atmosphere furnace, and the atmosphere in the furnace is changed to a nitrogen atmosphere. The temperature is raised to 650 ° C. at a rate of 1 ° C. per minute and held at 650 ° C. for 4 hours. And the heat degreasing process of diglycerol glycidyl ether which is a crosslinking agent was performed. After the heat degreasing treatment, the furnace atmosphere is changed to an argon atmosphere, the furnace temperature is raised to 1800 ° C. at a rate of 15 ° C. per minute, and held at 1800 ° C. for 2 hours for sintering to produce a ceramic porous body. did.

製造されたセラミックス多孔体の気孔率は90%ですべて貫通孔になっていた。そして、銅に接した表面では、平均気孔径が10μmの微細な気孔が形成されており、表面から10μm程度の深さまでその気孔径の気孔が続いた網目構造を有していた。また、表面から10μm程度より深い内部では、気孔径が徐々に大きくなっており、気孔の大きさが傾斜するように異なっていた。例えば、表面から5mm程度のところでは、平均気孔径が190μm程度の連通した気孔であった。   The produced ceramic porous body had a porosity of 90% and was all through-holes. Fine pores having an average pore diameter of 10 μm were formed on the surface in contact with copper, and had a network structure in which pores having the pore diameter continued to a depth of about 10 μm from the surface. Further, in the interior deeper than about 10 μm from the surface, the pore diameter gradually increased, and the pore size was different so as to be inclined. For example, at about 5 mm from the surface, there was a continuous pore having an average pore diameter of about 190 μm.

実施例2
平均粒子径0.7μmの炭化珪素粉粒体97質量%と、平均粒子径0.03μmの炭化珪素粉粒体3質量%を秤量し、次いで、これらの炭化珪素粉粒体100質量部に対して6質量部の平均粒子径0.1μmのアルミナ粉粒体と平均粒子径0.6μmのイットリア粉粒体(アルミナ粉粒体とイットリア粉粒体の質量比は1:1)を焼結助剤として添加した。これらの炭化珪素粉粒体、アルミナ粉粒体及びイットリア粉粒体がセラミックス粉粒体となる。
Example 2
97 mass% of silicon carbide particles having an average particle size of 0.7 μm and 3 mass% of silicon carbide particles having an average particle size of 0.03 μm were weighed, and then 100 mass parts of these silicon carbide particles. 6 parts by mass of alumina particles having an average particle size of 0.1 μm and yttria particles having an average particle size of 0.6 μm (mass ratio of alumina particles to yttria particles is 1: 1) Added as an agent. These silicon carbide particles, alumina particles, and yttria particles are ceramic particles.

次に、セラミックス粉粒体の含有量が15体積%、水の含有量が84体積%、ゲル化剤の含有量が1体積%となるように、まず、セラミックス粉粒体を純水に入れ、これを撹拌機に入れ、ボールミルにて20rpmの回転速度で12時間混合してスラリーを得た。そして、このスラリーを撹拌機から取り出し、真空攪拌脱泡により気泡を除去した。
その後、このスラリーにゲル化剤としてゼラチンを添加し、さらに15分間混合し、最終スラリーを得た。そして、得られる成形体がハニカム構造となるように、成形型の内部にハニカム形状寸法が10milとなるような円柱状のハニカム穴形成突起が複数並んだ、縦30mm、横30mm、高さ50mmの成形型にこの最終スラリーを流し込んだ。この成形型の枠、上下プレート及びハニカム穴形成突起は銅製である。そして、この成形型を10℃の冷蔵庫に入れ、10℃で1時間保持して、成形型中の最終スラリーをゲル化させてゲル状体を作製した。
Next, the ceramic particles are first put in pure water so that the content of the ceramic particles is 15% by volume, the content of water is 84% by volume, and the content of the gelling agent is 1% by volume. This was put into a stirrer and mixed with a ball mill at a rotation speed of 20 rpm for 12 hours to obtain a slurry. And this slurry was taken out from the stirrer, and the bubble was removed by vacuum stirring defoaming.
Thereafter, gelatin was added as a gelling agent to this slurry, and further mixed for 15 minutes to obtain a final slurry. And so that the obtained molded body has a honeycomb structure, a plurality of columnar honeycomb hole-forming projections having a honeycomb shape dimension of 10 mil are arranged inside the mold, and are 30 mm in length, 30 mm in width, and 50 mm in height. This final slurry was poured into a mold. The mold frame, the upper and lower plates, and the honeycomb hole forming protrusions are made of copper. And this mold was put into a 10 degreeC refrigerator, and it hold | maintained at 10 degreeC for 1 hour, the last slurry in a mold was gelatinized, and the gel-like body was produced.

次に、このゲル状体を、成形型ごと−20℃に設定された冷凍庫に入れ、−20℃で1時間冷却、凍結させ、凍結成形体中に氷を析出させた。その後、この凍結成形体を凍結したまま成形型からはずし、−20℃に冷却したアセトンに6時間浸漬し、次いで10℃のアセトンに6時間浸漬し、さらに常温のアセトンに6時間浸漬し、氷をアセトンで置換することにより、凍結成形体から氷を除去した。その後、この成形体を防爆型乾燥機に入れ、70℃まで毎分1℃で昇温し、70℃で1時間保持し、乾燥をおこない、氷の粒子形状に対応した気孔が形成されたグリーン多孔体を得た。
そして、このグリーン多孔体を雰囲気炉に入れ、炉内雰囲気をアルゴン雰囲気にして、毎分15℃の速度で1700℃まで昇温し、1700℃で1時間保持して焼結をおこないハニカム構造を有するセラミックス多孔体を製造した。
Next, this gel-like body was placed in a freezer set to −20 ° C. together with the mold, cooled and frozen at −20 ° C. for 1 hour, and ice was deposited in the frozen molded body. Thereafter, the frozen molded body is removed from the mold while frozen, immersed in acetone cooled to −20 ° C. for 6 hours, then immersed in acetone at 10 ° C. for 6 hours, and further immersed in acetone at room temperature for 6 hours. Was replaced with acetone to remove ice from the frozen molded body. Then, this molded body is put in an explosion-proof dryer, heated to 70 ° C. at 1 ° C. per minute, kept at 70 ° C. for 1 hour, dried, and formed with pores corresponding to ice particle shapes. A porous body was obtained.
Then, this green porous body is put in an atmosphere furnace, the atmosphere in the furnace is changed to an argon atmosphere, the temperature is raised to 1700 ° C. at a rate of 15 ° C. per minute, and the honeycomb structure is sintered by holding at 1700 ° C. for 1 hour. A ceramic porous body was produced.

製造されたセラミックス多孔体の気孔率は85%ですべて貫通孔になっていた。そして、銅に接した表面では、平均気孔径が5μmの微細な気孔が形成されており、表面から20μm程度の深さまでその気孔径の気孔が続いた網目構造を有していた。また、表面から20μmより深い内部では、気孔径が徐々に大きくなっており、気孔の大きさが傾斜するように異なっていた。例えば、表面から125μm程度のところでは、平均気孔径が80μm程度の連通した気孔であった。   The produced ceramic porous body had a porosity of 85% and was all through-holes. Then, fine pores having an average pore diameter of 5 μm were formed on the surface in contact with copper, and had a network structure in which pores having the pore diameter continued to a depth of about 20 μm from the surface. Also, in the interior deeper than 20 μm from the surface, the pore diameter gradually increased, and the pore size was different so as to be inclined. For example, in the place about 125 μm from the surface, it was a continuous pore having an average pore diameter of about 80 μm.

このハニカム構造を有するセラミックス多孔体の外観写真を図1に示す。また、このハニカム構造を有するセラミックス多孔体の断面のSEM写真を図2(倍率:30倍)に示す。さらに、図2のAで示された部分の拡大SEM写真を図3(倍率:100倍)に示し、図2のBで示された部分の拡大SEM写真を図4(倍率:200倍)及び図5(倍率:2500倍)に示す。   An appearance photograph of the ceramic porous body having this honeycomb structure is shown in FIG. An SEM photograph of a cross section of the ceramic porous body having the honeycomb structure is shown in FIG. 2 (magnification: 30 times). Further, an enlarged SEM photograph of the portion indicated by A in FIG. 2 is shown in FIG. 3 (magnification: 100 times), and an enlarged SEM photograph of the portion indicated by B in FIG. 2 is shown in FIG. 4 (magnification: 200 times) and FIG. 5 (magnification: 2500 times) shows.

実施例3
平均粒子径0.5μmの炭化珪素粉粒体96質量%と、平均粒子径0.03μmの炭化珪素粉粒体4質量%を秤量し、次いで、これらの炭化珪素粉粒体100質量部に対して3質量部の均粒子径0.1μmのアルミナ粉粒体と均粒子径0.6μmのイットリア粉粒体(アルミナ粉粒体とイットリア粉粒体の質量比は7:3)を焼結助剤として添加した。これらの炭化珪素粉粒体、アルミナ粉粒体及びイットリア粉粒体がセラミックス粉粒体となる。
Example 3
96 mass% of silicon carbide powder particles having an average particle diameter of 0.5 μm and 4 mass% of silicon carbide powder particles having an average particle diameter of 0.03 μm were weighed, and then 100 mass parts of these silicon carbide particles. 3 parts by mass of an alumina granule having a uniform particle size of 0.1 μm and an yttria granule having a uniform particle size of 0.6 μm (the mass ratio of the alumina granule to the yttria granule is 7: 3) Added as an agent. These silicon carbide particles, alumina particles, and yttria particles are ceramic particles.

次に、セラミックス粉粒体の含有量が20体積%、水の含有量が77体積%、ゲル化剤の含有量が3体積%となるように、まず、セラミックス粉粒体を純水に入れ、これを撹拌機に入れ、ボールミルにて20rpmの回転速度で12時間混合してスラリーを得た。そして、このスラリーを撹拌機から取り出し、真空攪拌脱泡により気泡を除去した。
その後、このスラリーにゲル化剤としてセルロースを添加し、さらに15分間混合し、最終スラリーを得た。そして、枠が銅製で、上下のプレートがアルミニウム製の縦100mm、横100mm、高さ10mmの成形型にこの最終スラリーを流し込んだ。そして、この成形型を温風加熱装置に入れ、60℃で1時間処理して、つぎに成形型を大気中に移動して常温にて放置することでゲル化させてゲル状体を作製した。
Next, the ceramic particles are first put in pure water so that the content of the ceramic particles is 20% by volume, the content of water is 77% by volume, and the content of the gelling agent is 3% by volume. This was put into a stirrer and mixed with a ball mill at a rotation speed of 20 rpm for 12 hours to obtain a slurry. And this slurry was taken out from the stirrer, and the bubble was removed by vacuum stirring defoaming.
Thereafter, cellulose was added as a gelling agent to this slurry, and further mixed for 15 minutes to obtain a final slurry. The final slurry was poured into a mold having a frame made of copper and upper and lower plates made of aluminum and having a length of 100 mm, a width of 100 mm, and a height of 10 mm. Then, this mold was put into a warm air heating device, treated at 60 ° C. for 1 hour, and then the mold was gelated by moving it into the atmosphere and leaving it at room temperature to produce a gel-like body. .

次に、このゲル状体を、成形型ごと−25℃に設定された冷凍庫に入れ、−25℃で1時間冷却、凍結させ、凍結成形体中に氷を析出させた。その後、この凍結成形体を凍結したまま成形型からはずし、−25℃に冷却したアセトンに6時間浸漬し、次いで10℃のアセトンに6時間浸漬し、さらに常温のアセトンに6時間浸漬し、氷をアセトンで置換することにより、凍結成形体から氷を除去した。その後、この成形体を温風乾燥機に入れ、70℃まで毎分1℃で昇温し、70℃で1時間保持をし、乾燥をおこない、氷の粒子形状に対応した気孔が形成されたグリーン多孔体を得た。
そして、このグリーン体を雰囲気炉に入れ、炉内雰囲気をアルゴン雰囲気にし、毎分20℃の速度で1750℃まで昇温し、1750℃で1時間保持して焼結をおこないセラミックス多孔体を製造した。
Next, this gel-like body was placed in a freezer set to −25 ° C. together with the mold, cooled and frozen at −25 ° C. for 1 hour, and ice was deposited in the frozen molded body. Thereafter, the frozen molded body is removed from the mold while frozen, immersed in acetone cooled to −25 ° C. for 6 hours, then immersed in acetone at 10 ° C. for 6 hours, and further immersed in acetone at room temperature for 6 hours. Was replaced with acetone to remove ice from the frozen molded body. Thereafter, this compact was put into a warm air dryer, heated to 1 ° C. per minute up to 70 ° C., held at 70 ° C. for 1 hour, dried, and pores corresponding to the ice particle shape were formed. A green porous body was obtained.
Then, this green body is put into an atmosphere furnace, and the atmosphere in the furnace is changed to an argon atmosphere. The temperature is raised to 1750 ° C. at a rate of 20 ° C. per minute and held at 1750 ° C. for 1 hour to produce a ceramic porous body. did.

製造された得られたセラミックス多孔体の気孔率は80%ですべて貫通孔になっていた。そして、銅に接した表面では、平均気孔径が25μmの微細な気孔が形成されており、表面から15μm程度の深さまで続いた網目構造を有していた。また、表面から15μmより深い内部では、気孔径が徐々に大きくなっており、気孔の大きさが傾斜するように異なっていた。例えば、表面から5mm程度のところでは、平均気孔径が90μm程度の連通した気孔であった。   The produced ceramic porous body had a porosity of 80% and was all through-holes. Fine pores having an average pore diameter of 25 μm were formed on the surface in contact with copper, and had a network structure that continued from the surface to a depth of about 15 μm. Further, in the interior deeper than 15 μm from the surface, the pore diameter gradually increased, and the pore size was different so as to be inclined. For example, at about 5 mm from the surface, there was a continuous pore having an average pore diameter of about 90 μm.

また、このセラミックス多孔体の圧縮強度を測定したところ、圧縮強度は10Mpaであり、強度の高いセラミックス多孔体が得られたことが確認された。
このセラミックス多孔体の外観写真を図6に示す。また、このセラミックス多孔体の断面のSEM写真を図7(倍率:30倍)に示す。
Moreover, when the compressive strength of this ceramic porous body was measured, the compressive strength was 10 Mpa, and it was confirmed that a ceramic porous body with high strength was obtained.
An appearance photograph of this ceramic porous body is shown in FIG. Moreover, the SEM photograph of the cross section of this ceramic porous body is shown in FIG. 7 (magnification: 30 times).

実施例4
平均粒子径0.2μmのアルミナ粉粒体90質量%と、平均粒子径0.03μmの炭化珪素粉粒体10質量%を秤量した。これらのアルミナ粉粒体及び炭化珪素粉粒体がセラミックス粉粒体となる。
次に、セラミックス粉粒体の含有量が40体積%、水の含有量が59体積%、ゲル化剤の含有量が1体積%となるように、まず、セラミックス粉粒体を純水に入れ、これを撹拌機に入れ、ボールミルにて40rpmの回転速度で12時間混合してスラリーを得た。
その後、このスラリーにゲル化剤としてポリエチレンイミンを添加し、さらに1時間混合した。そして、このスラリーを撹拌機から取り出して、真空攪拌脱泡により気泡を除去した。
Example 4
90% by mass of alumina particles having an average particle size of 0.2 μm and 10% by mass of silicon carbide particles having an average particle size of 0.03 μm were weighed. These alumina powder and silicon carbide powder become ceramic powder.
Next, the ceramic particles are first put in pure water so that the content of the ceramic particles is 40% by volume, the content of water is 59% by volume, and the content of the gelling agent is 1% by volume. This was put into a stirrer and mixed with a ball mill at a rotation speed of 40 rpm for 12 hours to obtain a slurry.
Thereafter, polyethyleneimine was added to this slurry as a gelling agent and further mixed for 1 hour. And this slurry was taken out from the stirrer and the bubble was removed by vacuum stirring defoaming.

その後、このスラリーに、ゲル化剤100質量部に対して12質量部のジグリセロールグリシジルエーテルを架橋剤として添加し、これを攪拌機に入れ、さらに1時間混合して最終スラリーを得た。そして、枠の円環が銅製で、上下のプレートがアルミニウム製の直径100mm、長さ150mmの成形型にこの最終スラリーを流し込んだ。そして、この成形型を温風加熱装置に入れ、50℃で1時間処理して、成形型中の最終スラリーをゲル化させてゲル状体を作製した。   Thereafter, 12 parts by mass of diglycerol glycidyl ether as a crosslinking agent was added to the slurry with respect to 100 parts by mass of the gelling agent, and this was put into a stirrer and further mixed for 1 hour to obtain a final slurry. Then, this final slurry was poured into a mold having a frame ring made of copper and upper and lower plates made of aluminum and having a diameter of 100 mm and a length of 150 mm. Then, this mold was placed in a hot air heating apparatus and treated at 50 ° C. for 1 hour to gel the final slurry in the mold to produce a gel-like body.

次に、このゲル状体を、成形型ごと−15℃に設定された冷凍庫に入れ、−15℃で1時間冷却、凍結させ、凍結成形体中に氷を析出させた。その後、この凍結成形体を凍結したまま成形型からはずし、成形体を−15℃に冷却したアセトンに6時間浸漬し、次いで10℃のアセトンに6時間浸漬し、さらに常温のアセトンに6時間浸漬し、氷をアセトンで置換することにより、凍結成形体から氷を除去した。その後、この成形体を温風乾燥機に入れ、70℃まで毎分1℃で昇温し、70℃で1時間保持をし、乾燥をおこない、氷の粒子形状に対応した気孔が形成されたグリーン多孔体を得た。
そして、このグリーン多孔体を雰囲気炉に入れ、炉内雰囲気をアルゴン雰囲気にして、毎分15℃の速度で1850℃まで昇温し、1850℃で2時間保持し、焼結をおこないセラミックス多孔体を製造した。
Next, this gel-like body was put in a freezer set to −15 ° C. together with the mold, cooled and frozen at −15 ° C. for 1 hour, and ice was deposited in the frozen molded body. Thereafter, the frozen molded body is removed from the mold while frozen, and the molded body is immersed in acetone cooled to −15 ° C. for 6 hours, then immersed in acetone at 10 ° C. for 6 hours, and further immersed in acetone at room temperature for 6 hours. Then, the ice was removed from the frozen molded body by replacing the ice with acetone. Thereafter, this compact was put into a warm air dryer, heated to 1 ° C. per minute up to 70 ° C., held at 70 ° C. for 1 hour, dried, and pores corresponding to the ice particle shape were formed. A green porous body was obtained.
Then, this green porous body is put into an atmosphere furnace, and the atmosphere in the furnace is changed to an argon atmosphere. Manufactured.

製造されたセラミックス多孔体の気孔率は60%ですべて貫通孔になっていた。そして、銅に接した表面では、平均気孔径が8μmの微細な気孔が形成されており、表面から10μm程度の深さまでその気孔径の気孔が続いた網目構造を有していた。また、表面から10μm程度より深い内部では、気孔径が徐々に大きくなっており、気孔の大きさが傾斜するように異なっていた。例えば、表面から10mmのところでは、平均気孔径が65μm程度の連通した気孔であった。   The produced ceramic porous body had a porosity of 60% and was all through-holes. Then, fine pores having an average pore diameter of 8 μm were formed on the surface in contact with copper, and had a network structure in which pores having the pore diameter continued to a depth of about 10 μm from the surface. Further, in the interior deeper than about 10 μm from the surface, the pore diameter gradually increased, and the pore size was different so as to be inclined. For example, at a distance of 10 mm from the surface, it was a continuous pore having an average pore diameter of about 65 μm.

実施例5
平均粒子径0.1μmのアルミナ粉粒体100質量%を秤量した。次いで、アルミナ粉粒体100質量部に対して0.3質量部の平均粒子径0.1μmのマグネシア粉粒体を焼結助剤として添加した。これらのアルミナ粉粒体及びマグネシア粉粒体がセラミックス粉粒体となる。
次に、セラミックス粉粒体の含有量が10体積%、水の含有量が87体積%、ゲル化剤の含有量が3体積%となるように、まず、セラミックス粉粒体を純水に入れ、これを撹拌機に入れ、ボールミルにて20rpmの回転速度で12時間混合してスラリーを得た。そして、このスラリーを撹拌機から取り出し、真空攪拌脱泡により気泡を除去した。
Example 5
100% by mass of alumina particles having an average particle size of 0.1 μm was weighed. Next, 0.3 parts by weight of magnesia powder having an average particle diameter of 0.1 μm was added as a sintering aid to 100 parts by weight of the alumina powder. These alumina particles and magnesia particles become ceramic particles.
Next, the ceramic particles are first put in pure water so that the content of the ceramic particles is 10% by volume, the content of water is 87% by volume, and the content of the gelling agent is 3% by volume. This was put into a stirrer and mixed with a ball mill at a rotation speed of 20 rpm for 12 hours to obtain a slurry. And this slurry was taken out from the stirrer, and the bubble was removed by vacuum stirring defoaming.

その後、このスラリーにゲル化剤としてゼラチンを添加し、さらに15分間混合し、最終スラリーを得た。そして、枠が銅製で、上下のプレートがアルミニウム製の縦100mm、横100mm、高さ5mmの成形型に流し込んだ。そして、この成形型を10℃の冷蔵庫に入れ、10℃で1時間保持して、成形型中の最終スラリーをゲル化させてゲル状体を作製した。   Thereafter, gelatin was added as a gelling agent to this slurry, and further mixed for 15 minutes to obtain a final slurry. Then, the frame was made of copper, and the upper and lower plates were poured into a mold made of aluminum having a length of 100 mm, a width of 100 mm, and a height of 5 mm. And this mold was put into a 10 degreeC refrigerator, and it hold | maintained at 10 degreeC for 1 hour, the last slurry in a mold was gelatinized, and the gel-like body was produced.

次に、このゲル状体を、成形型ごと−20℃に設定された冷凍庫に入れ、−20℃で30分間冷却、凍結させ、凍結成形体中に氷を析出させた。その後、この凍結成形体を凍結したまま成形型からはずし、成形体を−20℃に冷却したアセトンに6時間浸漬し、次いで10℃のアセトンに6時間浸漬し、さらに常温のアセトンに6時間浸漬し、氷をアセトンで置換することにより、凍結成形体から氷を除去した。その後、この成形体を温風乾燥機に入れ、70℃まで毎分1℃で昇温し、70℃で1時間保持をし、乾燥をおこない、氷の粒子形状に対応した気孔が形成されたグリーン多孔体を得た。
そして、このグリーン多孔体を加熱炉に入れ、大気中、毎分5℃の速度で1300℃まで昇温し、1300℃で1時間保持し、焼結をおこないセラミックス多孔体を製造した。
Next, this gel-like body was placed in a freezer set to −20 ° C. together with the mold, cooled and frozen at −20 ° C. for 30 minutes, and ice was deposited in the frozen molded body. Thereafter, the frozen molded body is removed from the mold while frozen, and the molded body is immersed in acetone cooled to −20 ° C. for 6 hours, then immersed in acetone at 10 ° C. for 6 hours, and further immersed in acetone at room temperature for 6 hours. Then, the ice was removed from the frozen molded body by replacing the ice with acetone. Thereafter, this compact was put into a warm air dryer, heated to 1 ° C. per minute up to 70 ° C., held at 70 ° C. for 1 hour, dried, and pores corresponding to the ice particle shape were formed. A green porous body was obtained.
And this green porous body was put into the heating furnace, and it heated up to 1300 degreeC in the air | atmosphere at the speed | rate of 5 degree-C / min, hold | maintained at 1300 degreeC for 1 hour, and sintered and manufactured the ceramic porous body.

製造されたセラミックス多孔体の気孔率は80%ですべて貫通孔になっていた。そして、銅に接した表面では、平均気孔径が7μmの微細な気孔が形成されており、表面から35μm程度の深さまでその気孔径の気孔が続いた網目構造を有していた。また、表面から35μm程度より深い内部では、気孔径が徐々に大きくなっており、気孔の大きさが傾斜するように異なっていた。例えば、表面から35mm程度のところでは、平均気孔径は65μm程度の連通した気孔であった。   The produced ceramic porous body had a porosity of 80% and was all through-holes. The surface in contact with copper had fine pores with an average pore diameter of 7 μm, and had a network structure in which pores having the pore diameter continued to a depth of about 35 μm from the surface. Further, in the interior deeper than about 35 μm from the surface, the pore diameter gradually increased, and the pore size was different so as to be inclined. For example, at an area of about 35 mm from the surface, the average pore diameter was a continuous pore of about 65 μm.

実施例6
平均粒子径0.6μmのアルミナ粉粒体100質量%を秤量した。次いで、アルミナ粉粒体100質量部に対して0.3質量部の平均粒子径0.1μmのマグネシア粉粒体を焼結助剤として添加した。これらのアルミナ粉粒体及びマグネシア粉粒体がセラミックス粉粒体となる。
次に、セラミックス粉粒体の含有量が20体積%、水の含有量が76体積%、ゲル化剤の含有量が4体積%となるように、まず、セラミックス粉粒体を純水に入れ、これを攪拌機に入れ、ボールミルにて40rpmの回転速度で4時間混合してスラリーを得た。そして、このスラリーを攪拌機から取り出し、真空攪拌脱泡により気泡を除去した。
Example 6
100% by mass of alumina particles having an average particle size of 0.6 μm was weighed. Next, 0.3 parts by weight of magnesia powder having an average particle diameter of 0.1 μm was added as a sintering aid to 100 parts by weight of the alumina powder. These alumina particles and magnesia particles become ceramic particles.
Next, the ceramic particles are first put in pure water so that the content of the ceramic particles is 20% by volume, the content of water is 76% by volume, and the content of the gelling agent is 4% by volume. This was put into a stirrer and mixed at a rotation speed of 40 rpm with a ball mill for 4 hours to obtain a slurry. And this slurry was taken out from the stirrer, and the bubble was removed by vacuum stirring defoaming.

その後、このスラリーにゲル化剤として寒天を添加し、このスラリーを70℃の湯煎にて15分間攪拌し、最終スラリーを得た。そして、枠及び上下のプレートが七三黄銅(0℃における熱伝導率が106W・m-1・K-1)製の縦100mm、横100mm、高さ3mmの成形型に流し込んだ。そして、この成形型を2時間、25℃の室内に放置した後、10℃の冷蔵庫に入れ、10℃で1時間保持して、成形型中の最終スラリーをゲル化させてゲル状体を作製した。 Thereafter, agar was added as a gelling agent to the slurry, and the slurry was stirred for 15 minutes in a 70 ° C. hot water bath to obtain a final slurry. Then, the frame and the upper and lower plates were poured into a mold having a length of 100 mm, a width of 100 mm, and a height of 3 mm made of seven-three brass (the thermal conductivity at 0 ° C. was 106 W · m −1 · K −1 ). The mold is left in a room at 25 ° C. for 2 hours, then placed in a refrigerator at 10 ° C. and held at 10 ° C. for 1 hour to gel the final slurry in the mold to produce a gel-like body. did.

次に、このゲル状体を、成形型ごと−15℃に設定された冷凍庫に入れ、−15℃で1時間冷却、凍結させ、凍結成形体中に氷を析出させた。その後、この凍結成形体を凍結したまま成形型からはずし、成形型を−15℃に冷却したアセトンに6時間浸漬し、次いで10℃のアセトンに6時間浸漬し、さらに常温のアセトンに6時間浸漬し、氷をアセトンで置換することにより、凍結成形体から氷を除去した。その後、この成形体を温風乾燥機に入れ、70℃まで毎分1分で昇温し、70℃で1時間保持をし、乾燥をおこない、氷の粒子形状に対応した気孔が形成されたグリーン多孔体を得た。
そして、このグリーン多孔体を加熱炉に入れ、大気中、毎分2℃の速度で1650℃まで昇温し、1650℃で2時間保持し、焼結をおこないセラミックス多孔体を製造した。
Next, this gel-like body was put in a freezer set to −15 ° C. together with the mold, cooled and frozen at −15 ° C. for 1 hour, and ice was deposited in the frozen molded body. Thereafter, the frozen molded body is removed from the mold while frozen, and the mold is immersed in acetone cooled to −15 ° C. for 6 hours, then immersed in acetone at 10 ° C. for 6 hours, and further immersed in acetone at room temperature for 6 hours. Then, the ice was removed from the frozen molded body by replacing the ice with acetone. Thereafter, this compact was put into a warm air dryer, heated to 70 ° C. in 1 minute per minute, held at 70 ° C. for 1 hour, dried, and pores corresponding to ice particle shapes were formed. A green porous body was obtained.
Then, this green porous body was put into a heating furnace, heated to 1650 ° C. at a rate of 2 ° C. per minute in the atmosphere, held at 1650 ° C. for 2 hours, and sintered to produce a ceramic porous body.

製造されたセラミックス多孔体の気孔率76%ですべて貫通孔になっていた。そして、七三黄銅に接した表面では、平均気孔径が30μmの気孔が形成されており、表面から20μm程度の深さまでその気孔径の気孔が続いた網目構造を有していた。また、表面から20μm程度より深い内部では、気孔径が徐々に大きくなっており、気孔の大きさが傾斜するように異なっていた。例えば、表面から20μm程度のところでは、平均気孔径は110μm程度の連通した気孔であった。   The produced ceramic porous body was all through-holes with a porosity of 76%. On the surface in contact with the Nansan brass, pores having an average pore diameter of 30 μm were formed, and had a network structure in which pores having the pore diameter continued to a depth of about 20 μm from the surface. Further, in the interior deeper than about 20 μm from the surface, the pore diameter gradually increased, and the pore size was different so as to be inclined. For example, at an area of about 20 μm from the surface, the average pore diameter was a continuous pore of about 110 μm.

実施例7
イットリアを3モル%含む平均粒子径0.5μmのジルコニア粉粒体100質量%を秤量した。このジルコニア粉粒体がセラミックス粉粒体となる。
次に、セラミックス粉粒体の含有量が25体積%、水の含有量が70体積%、ゲル化剤の含有量が5体積%となるように、まず、セラミックス粉粒体を純水に入れ、これを攪拌機に入れ、ボールミルにて30rpmの回転速度で12時間混合してスラリーを得た。そして、このスラリーを攪拌機から取り出し、真空攪拌脱泡により気泡を除去した。
Example 7
100% by mass of zirconia powder having an average particle size of 0.5 μm and containing 3 mol% of yttria was weighed. This zirconia granular material becomes a ceramic granular material.
Next, the ceramic particles are first put in pure water so that the content of the ceramic particles is 25% by volume, the content of water is 70% by volume, and the content of the gelling agent is 5% by volume. This was put into a stirrer and mixed with a ball mill at a rotation speed of 30 rpm for 12 hours to obtain a slurry. And this slurry was taken out from the stirrer, and the bubble was removed by vacuum stirring defoaming.

その後、このスラリーにゲル化剤として予め溶かしておいたゼラチンを15分間攪拌しながら添加し、最終スラリーを得た。そして、二分割加工可能な砲金(0℃における熱伝導率が53W・m-1・K-1)製の内径30mm、高さ5mm、厚さ15mmのパイプ状の成形型に流し込んだ。そして、この成形型を1時間、25℃の室内に放置した後、10℃の冷蔵庫に入れ、10℃で1時間保持して、成形型中の最終スラリーをゲル化させてゲル状体を作製した。 Thereafter, gelatin previously dissolved as a gelling agent was added to this slurry with stirring for 15 minutes to obtain a final slurry. Then, it was poured into a pipe-shaped mold having an inner diameter of 30 mm, a height of 5 mm, and a thickness of 15 mm made of gunmetal (having a thermal conductivity of 53 W · m −1 · K −1 at 0 ° C.) that can be divided into two parts. The mold is left in a room at 25 ° C. for 1 hour, then placed in a refrigerator at 10 ° C. and held at 10 ° C. for 1 hour to gel the final slurry in the mold to produce a gel-like body. did.

次に、このゲル状体を、成形型ごと−17℃に設定された冷凍庫に入れ、−17℃で1時間冷却、凍結させ、凍結成形体中に氷を析出させた。その後、この凍結成形体を凍結したまま成形型からはずし、真空乾燥装置に入れ、12時間真空置換し、凍結成形体から氷を除去した。その後、この成形体を温風加熱装置に入れ、20℃から100℃まで毎分1℃で昇温し、100℃で1時間保持し、乾燥をおこない、氷の粒子形状に対応した気孔が形成されたグリーン多孔体を得た。
そして、このグリーン多孔体を加熱炉に入れ、大気中、毎分2℃の速度で1550℃まで昇温し、1550℃で2時間保持し、焼結をおこないセラミックス多孔体を製造した。
Next, this gel-like body was put in a freezer set to −17 ° C. together with the mold, cooled and frozen at −17 ° C. for 1 hour, and ice was deposited in the frozen molded body. Thereafter, the frozen molded body was removed from the mold while frozen and placed in a vacuum drying apparatus, followed by vacuum replacement for 12 hours to remove ice from the frozen molded body. Then, this molded body is put into a warm air heating apparatus, heated from 20 ° C. to 100 ° C. at 1 ° C. per minute, held at 100 ° C. for 1 hour, dried, and pores corresponding to ice particle shapes are formed. A green porous body was obtained.
Then, this green porous body was put into a heating furnace, heated to 1550 ° C. at a rate of 2 ° C. per minute in the atmosphere, held at 1550 ° C. for 2 hours, and sintered to produce a ceramic porous body.

製造されたセラミックス多孔体の気孔率は71%ですべて貫通孔になっていた。そして、砲金に接した表面では、平均気孔径が50μmの気孔が形成されており、表面から10μm程度の深さまでその気孔径の気孔が続いた網目構造を有していた。また、表面から10μm程度より深い内部では、気孔径が徐々に大きくなっており、気孔の大きさが傾斜するように異なっていた。例えば、表面から10μm程度のところでは、平均気孔径は170μm程度の連通した気孔であった。   The produced ceramic porous body had a porosity of 71% and was all through-holes. On the surface in contact with the gun metal, pores having an average pore diameter of 50 μm were formed, and had a network structure in which pores having the pore diameter continued to a depth of about 10 μm from the surface. Further, in the interior deeper than about 10 μm from the surface, the pore diameter gradually increased, and the pore size was different so as to be inclined. For example, at an area of about 10 μm from the surface, the average pore diameter was a continuous pore of about 170 μm.

比較例1
ゲル化剤が添加されたスラリーを流し込む型枠として、枠及び上下のプレートをポリエチレン製(0℃における熱伝導率:0.4W・m-1・K-1程度)とした以外は、実施例1と同様にしてセラミックス多孔体を製造した。
得られたセラミックス多孔体の気孔率は80%ですべて貫通孔になっていた。しかし、表面から内部にかけて気孔径は同程度であり、平均気孔径は200μm程度の連通した気孔であった。
Comparative Example 1
Example except that the frame and upper and lower plates were made of polyethylene (thermal conductivity at 0 ° C .: about 0.4 W · m −1 · K −1 ) as a mold into which the slurry added with the gelling agent was poured. In the same manner as in Example 1, a ceramic porous body was produced.
The obtained ceramic porous body had a porosity of 80% and was all through-holes. However, the pore diameter was almost the same from the surface to the inside, and the average pore diameter was a continuous pore of about 200 μm.

比較例2
ゲル化剤が添加されたスラリーを流し込む型枠として、枠の円環及び上下のプレートを
塩化ビニル製(0℃における熱伝導率:0.2W・m-1・K-1程度)とした以外は、実施例4と同様にしてセラミックス多孔体を製造した。
得られたセラミックス多孔体の気孔率は80%ですべて貫通孔になっていた。しかし、表面から内部にかけて気孔径は同程度であり、平均気孔径は250μm程度の連通した気孔であった。
このセラミックス多孔体の外観写真を図8に示す。また、このセラミックス多孔体の表面近傍の断面のSEM写真を図9(倍率:30倍)に示し、表面から2.5mm程度の断面のSEM写真を図10(倍率:30倍)に示す。
Comparative Example 2
As a mold into which a slurry added with a gelling agent is poured, the frame ring and upper and lower plates are made of vinyl chloride (thermal conductivity at 0 ° C .: about 0.2 W · m −1 · K −1 ) Produced a ceramic porous body in the same manner as in Example 4.
The obtained ceramic porous body had a porosity of 80% and was all through-holes. However, the pore diameter was almost the same from the surface to the inside, and the pores were continuous with an average pore diameter of about 250 μm.
An appearance photograph of this ceramic porous body is shown in FIG. Moreover, the SEM photograph of the cross section of the surface vicinity of this ceramic porous body is shown in FIG. 9 (magnification: 30 times), and the SEM photograph of the cross section about 2.5 mm from the surface is shown in FIG. 10 (magnification: 30 times).

比較例3
ゲル化剤が添加されたスラリーを流し込む型枠として、枠及び上下のプレートが鉛(0℃における熱伝導率:35W・m-1・K-1)製の縦25mm、横25mm、高さ3mmとした以外は、実施例6と同様にしてセラミックス多孔体を製造した。なお、枠及び上下のプレートは、鉛のシートを折り曲げ加工したものを用いた。
得られたセラミックス多孔体の気孔率は73%ですべて貫通孔になっていた。しかし、表面から内部にかけて気孔径は同程度であり、平均気孔径は180μm程度の連通した気孔であった。
Comparative Example 3
As a mold into which a slurry added with a gelling agent is poured, the frame and upper and lower plates are made of lead (thermal conductivity at 0 ° C .: 35 W · m −1 · K −1 ) 25 mm long, 25 mm wide, 3 mm high A porous ceramic body was produced in the same manner as in Example 6 except that. The frame and the upper and lower plates used were bent lead sheets.
The obtained ceramic porous body had a porosity of 73% and was all through-holes. However, the pore diameter was almost the same from the surface to the inside, and the pores were continuous with an average pore diameter of about 180 μm.

以上、実施例1〜7の結果から、セラミックス粉粒体の粒子径及びその含有量、製造中間体であるセラミックス粉粒体のゲル状成形体を凍結する際の冷却速度を制御するための0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材、ゲル状成形体の凍結温度、凍結時間などを種々選択することにより、セラミックス多孔体の表面及び表面近傍の気孔径並びに内部の気孔径、さらにはセラミックス多孔体の気孔率を調整することができることがわかった。 As described above, from the results of Examples 1 to 7, the particle size and content of the ceramic powder particles, 0 for controlling the cooling rate when freezing the gel-like formed body of the ceramic powder particles as the production intermediate. By selecting various factors such as the freezing temperature and freezing time of members with a thermal conductivity of 50 W · m −1 · K −1 or higher at 0 ° C., the pore diameter near the surface and the inside of the ceramic porous body It was found that the pore diameter of the ceramic porous body and the porosity of the ceramic porous body can be adjusted.

本発明は、特定の表面及び表面近傍に気孔が形成され、これら以外の表面及び内部には当該気孔より大きな気孔が形成され、これらの気孔が連通して貫通孔を形成しており、気孔率が高いセラミックス多孔体を製造することができるので、これら以外の表面及び内部の大きな気孔を有する部分を基体層とし、特定の表面及び表面近傍に形成された気孔の部分をフィルター層としたセラミックスフィルターとして好ましく用いることができる。
また、特定の表面及び表面近傍に微細な気孔が形成され、これら以外の表面及び内部にはこの微細な気孔より大きな気孔が形成されており、これらの気孔径、さらにはセラミックス多孔体の気孔率を調整することができるので、低温から高温まで種々の温度に対応する断熱材としてとして好ましく用いることができる。
In the present invention, pores are formed on a specific surface and in the vicinity of the surface, pores larger than the pores are formed on the other surface and inside, and these pores communicate with each other to form a through hole. Ceramic porous bodies with high pores formed on the surface and in the vicinity of the specific surface and in the vicinity of the surface can be used as the base layer. Can be preferably used.
In addition, fine pores are formed on a specific surface and in the vicinity of the surface, and pores larger than the fine pores are formed on the other surface and inside. These pore diameters, and further the porosity of the ceramic porous body Therefore, it can be preferably used as a heat insulating material corresponding to various temperatures from a low temperature to a high temperature.

Claims (4)

セラミックス粉粒体、水及びゲル化剤を含み、当該セラミックス粉粒体の含有量が10〜40体積%であるゲル状成形体を作製し、当該ゲル状成形体を、少なくともその一部が0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材と接触した状態で凍結させることにより、当該ゲル状成形体が凍結した凍結成形体中に氷を析出させ、当該凍結成形体から当該氷を除去し、乾燥し、焼結するセラミックス多孔体の製造方法であって、セラミックス多孔体が、0℃における熱伝導率が50W・m-1・K-1以上の部材が接触していた表面及び表面近傍に微細な気孔が形成され、これら以外の表面及び内部にはこの微細な気孔より大きな形状の気孔が形成されるとともに、これらの気孔が互いに連通して貫通孔を形成したものである、セラミックス多孔体の製造方法。 A gel-like molded body containing ceramic powder, water, and a gelling agent and containing 10 to 40% by volume of the ceramic powder is produced, and at least part of the gel-shaped molded body is 0 By freezing in contact with a member having a thermal conductivity at 50 ° C. of 50 W · m −1 · K −1 or more, ice is precipitated in the frozen molded body in which the gel-shaped molded body is frozen, and the frozen molded body In which the ice is removed, dried and sintered, wherein the ceramic porous body is in contact with a member having a thermal conductivity at 0 ° C. of 50 W · m −1 · K −1 or more. Fine pores were formed on the surface and in the vicinity of the surface, pores having a shape larger than the fine pores were formed on the other surfaces and inside, and these pores communicated with each other to form through holes. Ceramics Method of manufacturing the hole body. 前記ゲル化剤が、ゲル化可能な非可逆的水溶性高分子である請求項1に記載のセラミックス多孔体の製造方法。   The method for producing a ceramic porous body according to claim 1, wherein the gelling agent is an irreversible water-soluble polymer that can be gelled. 前記凍結の温度が、マイナス10℃以下である請求項1又は2に記載のセラミックス多孔体の製造方法。   The method for producing a ceramic porous body according to claim 1 or 2, wherein the freezing temperature is minus 10 ° C or lower. 前記氷以外の前記凍結成形体の構造を実質的に維持しつつ、水溶性の有機溶媒及び/又は真空置換により、当該氷を除去する請求項1〜3のいずれかに記載のセラミックス多孔体の製造方法。   The porous ceramic body according to any one of claims 1 to 3, wherein the ice is removed by a water-soluble organic solvent and / or vacuum substitution while substantially maintaining a structure of the freeze-formed body other than the ice. Production method.
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