JP5712142B2 - Porous ceramic sintered body and method for producing porous ceramic sintered body - Google Patents

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Description

本発明は、多孔質セラミックス焼結体およびその製造方法に関し、特に、シリコンを含む複合酸化物を主体とした多孔質セラミックス焼結体およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a porous ceramic sintered body and a method for producing the same, and more particularly to a porous ceramic sintered body mainly composed of a composite oxide containing silicon and a method for producing the same.

セラミックス焼結体は、耐熱温度が高い、化学的安定性が高い等の特徴を有し、セラミックスセッター(セラミックスコンデンサ等の加熱処理の際に使用される置き台)またはセラミックスフィルターなど、各種用途に幅広く使用されている。しかしながら、一般にセラミックス焼結体は、熱衝撃に弱いという特徴があり、このため、従来より、良好な耐熱衝撃性を有するセラミックス焼結体に対して大きな要望がある。   Ceramic sintered bodies have features such as high heat resistance and high chemical stability, and are used in various applications such as ceramic setters (tables used during heat treatment of ceramic capacitors) or ceramic filters. Widely used. However, generally, a ceramic sintered body has a characteristic that it is vulnerable to thermal shock. Therefore, there has been a great demand for a ceramic sintered body having good thermal shock resistance.

セラミックス焼結体の耐熱衝撃性を向上させるには、セラミックス母体中に多数の気孔を形成して、これにより、セラミックス焼結体の熱容量を低下させることが有意である。   In order to improve the thermal shock resistance of the ceramic sintered body, it is significant to form a large number of pores in the ceramic matrix, thereby reducing the heat capacity of the ceramic sintered body.

このような多孔質セラミックス焼結体を製造する方法として、セラミックス原料粒子中に予め造孔剤を添加した混合粒子を調製し、この混合粒子を成形して成形体を製作した後、成形体を焼成する方法が知られている(例えば、特許文献1)。   As a method for producing such a porous ceramic sintered body, mixed particles obtained by adding a pore former in advance to ceramic raw material particles are prepared, and after forming the mixed particles to produce a molded body, A method of firing is known (for example, Patent Document 1).

特開2007−21483号公報JP 2007-21484 A

前述のような従来の多孔質セラミックス焼結体の製造方法では、セラミックス母体中に気孔を形成させるため、有機物系および/または無機物系の造孔剤が使用される。   In the conventional method for producing a porous ceramic sintered body as described above, an organic and / or inorganic pore former is used to form pores in the ceramic matrix.

しかしながら、造孔剤は、多孔質セラミックス焼結体の製造過程で分解され、最終的に得られる焼結体には残存しない。換言すれば、このような造孔剤は、最終的に得られる多孔質セラミックス焼結体にとって全く不要な成分であり、このような成分の使用は、多孔質セラミックス焼結体の製造コストの上昇の原因となる。   However, the pore former is decomposed during the production process of the porous ceramic sintered body and does not remain in the finally obtained sintered body. In other words, such a pore former is a completely unnecessary component for the finally obtained porous ceramic sintered body, and the use of such a component increases the manufacturing cost of the porous ceramic sintered body. Cause.

また、多孔質セラミックス焼結体の製造過程で、造孔剤は、ガスとして分解、放出されることになるが、製造過程でのこのようなガスの排出は、環境上好ましいものではない。特に、有機物系の造孔剤を使用した場合、多孔質セラミックス焼結体の製造中に、有機成分ガスが大気中に排出される。このような有機成分ガス中には、安全上問題のあるガスが含まれる可能性があり、有機物系の造孔剤の使用は、環境上のみならず、安全上も問題がある。   Further, in the production process of the porous ceramic sintered body, the pore-forming agent is decomposed and released as a gas, but such gas discharge in the production process is not environmentally preferable. In particular, when an organic pore former is used, organic component gases are discharged into the atmosphere during the production of the porous ceramic sintered body. In such organic component gas, there is a possibility that a gas having a safety problem may be contained, and the use of an organic pore former has a problem not only in the environment but also in safety.

また、例えば、セラミックス焼結体中に大きな気孔を形成することを目的として、直径が比較的大きな造孔剤を使用した場合、造孔剤の分解、放出過程において、大量のガスが排出されてしまう。さらに、このようなガスの発生時の急激な内部圧力上昇、あるいは体積減少により、成形体の強度が低下し、最終的に得られる多孔質セラミックス焼結体の骨格部にワレが生じたり、気孔が押しつぶされてしまうという問題が生じる。従って、従来のような造孔剤を用いる方法では、50μm以上の比較的大きな気孔径の気孔を有する多孔質セラミックス焼結体を製造することは難しいという問題がある。   In addition, for example, when a pore-forming agent having a relatively large diameter is used for the purpose of forming large pores in the ceramic sintered body, a large amount of gas is discharged during the decomposition and release process of the pore-forming agent. End up. Furthermore, due to the sudden increase in internal pressure or volume reduction during the generation of such gas, the strength of the molded body is lowered, and cracks are generated in the skeleton of the porous ceramic sintered body finally obtained. The problem arises that will be crushed. Therefore, the conventional method using a pore-forming agent has a problem that it is difficult to produce a porous ceramic sintered body having pores having a relatively large pore diameter of 50 μm or more.

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、造孔剤を使用しなくても、あるいは造孔剤の使用量を有意に低減させても、耐熱衝撃性に優れ、所望の気孔径の気孔を有する多孔質セラミックス焼結体を製造することが可能な方法を提供することを目的とする。また、本発明では、耐熱衝撃性に優れ、50μm以上の気孔径の気孔を複数有する多孔質セラミックス焼結体を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a background, and in the present invention, even if no pore forming agent is used or the amount of the pore forming agent is significantly reduced, the thermal shock resistance is excellent. Another object of the present invention is to provide a method capable of producing a porous ceramic sintered body having pores having a desired pore diameter. It is another object of the present invention to provide a porous ceramic sintered body that has excellent thermal shock resistance and has a plurality of pores having a pore diameter of 50 μm or more.

本発明では、シリコン(Si)を含む複合酸化物を有する多孔質セラミックス焼結体を製造する方法であって、
(a) シリコンを含む化合物を有する第1の原料粒子、および該第1の原料粒子よりも融点の高い第2の原料粒子を混合して、混合粒子を調製するステップと、
(b) 前記混合粒子を成形して、成形体を形成するステップと、
(c) 前記成形体を焼成して、多孔質セラミックス焼結体を形成するステップであって、前記成形体は、前記第1の原料粒子の融点よりも高く、前記第2の原料粒子の融点よりも低い温度で焼成され、これにより、前記第1の原料粒子および前記第2の原料粒子の少なくとも一部が反応して、複合酸化物が生じるとともに、実質的に球状の気孔が得られるステップと、
を有することを特徴とする方法が提供される。
In the present invention, a method for producing a porous ceramic sintered body having a composite oxide containing silicon (Si),
(A) mixing first raw material particles having a compound containing silicon and second raw material particles having a melting point higher than that of the first raw material particles to prepare mixed particles;
(B) molding the mixed particles to form a molded body;
(C) firing the molded body to form a porous ceramic sintered body, the molded body being higher than the melting point of the first raw material particles, and the melting point of the second raw material particles Firing at a lower temperature, whereby at least a part of the first raw material particles and the second raw material particles react to produce a composite oxide, and a substantially spherical pore is obtained. When,
There is provided a method characterized by comprising:

ここで当該方法において、前記混合粒子は、造孔剤を含んでいなくても良い。   Here, in the method, the mixed particles may not contain a pore-forming agent.

また、当該方法において、前記球状の気孔は、50μm〜100μmの範囲の平均気孔径を有しても良い。なお、本願において、「平均気孔径」とは、多孔質セラミック焼結体の顕微鏡写真(倍率:100倍)において、ランダムに選定した20個の実質的に球状の気孔の直径の平均値を意味する。   In the method, the spherical pores may have an average pore diameter in the range of 50 μm to 100 μm. In the present application, the “average pore diameter” means an average value of the diameters of 20 substantially spherical pores selected at random in a micrograph (magnification: 100 times) of the porous ceramic sintered body. To do.

また、当該方法において、前記第1の原料粒子は、50μm〜100μmの範囲の平均粒径を有しても良い。なお、本願において、原料粒子の「平均粒径」とは、その原料粒子が市販のものである場合は、製造業者による公称値を意味し、その原料粒子が市販のものではない場合は、粒度測定器を使用して得られた平均粒径の2回分の平均値を意味する。   In the method, the first raw material particles may have an average particle size in the range of 50 μm to 100 μm. In the present application, the “average particle size” of the raw material particles means a nominal value by the manufacturer when the raw material particles are commercially available, and when the raw material particles are not commercially available, It means the average value of two times of the average particle diameter obtained using the measuring device.

また、当該方法において、前記第2の原料粒子の平均粒径rに対する前記第1の原料粒子の平均粒径rの比r/rは、0.1〜500の範囲であっても良い。Further, in the method, the ratio r 1 / r 2 of the average particle diameter r 1 of the first raw material particles to the average particle diameter r 2 of the second raw material particles is in a range of 0.1 to 500 Also good.

また、当該方法において、前記第1の原料粒子は、シリカ(SiO)を含んでも良い。In the method, the first raw material particles may include silica (SiO 2 ).

また、当該方法において、前記第2の原料粒子は、アルミナ(Al)を含んでも良い。In the method, the second raw material particles may include alumina (Al 2 O 3 ).

また、当該方法において、前記複合酸化物は、ムライトであっても良い。   In the method, the complex oxide may be mullite.

また、当該方法では、前記ステップ(a)において、さらに、前記第1の原料粒子よりも融点の高い第3の原料粒子が混合されても良い。   In the method, in the step (a), third raw material particles having a melting point higher than that of the first raw material particles may be further mixed.

特に、この場合、前記第3の原料粒子は、マグネシア(MgO)を含み、
前記複合酸化物は、コージェライトであっても良い。
In this case, in particular, the third raw material particles include magnesia (MgO),
The composite oxide may be cordierite.

また、当該方法において、前記混合粒子は、さらにジルコニア(ZrO)を含んでも良い。In the method, the mixed particles may further contain zirconia (ZrO 2 ).

この場合、前記ジルコニア(ZrO)は、その他の原料粒子の総量に対して、1wt%〜10wt%の範囲で含まれていても良い。In this case, the zirconia (ZrO 2 ) may be included in the range of 1 wt% to 10 wt% with respect to the total amount of other raw material particles.

また、当該方法において、前記ステップ(c)の焼成温度は、1550℃〜1650℃の範囲であっても良い。   Moreover, in the said method, the range of 1550 degreeC-1650 degreeC may be sufficient as the calcination temperature of the said step (c).

また、当該方法において、前記多孔質セラミックス焼結体の気孔率は、20%〜30%の範囲であっても良い。   In the method, the porosity of the porous ceramic sintered body may be in the range of 20% to 30%.

さらに、本発明では、シリコン(Si)を含む複合酸化物を有する多孔質セラミックス焼結体であって、
平均気孔径が50μm〜100μmの実質的に球状の気孔を複数有する、多孔質セラミックス焼結体が提供される。
Furthermore, in the present invention, a porous ceramic sintered body having a composite oxide containing silicon (Si),
A porous ceramic sintered body having a plurality of substantially spherical pores having an average pore diameter of 50 μm to 100 μm is provided.

ここで、前記シリコン(Si)を含む複合酸化物は、ムライトまたはコージェライトであっても良い。   Here, the composite oxide containing silicon (Si) may be mullite or cordierite.

また、当該多孔質セラミックス焼結体は、さらに、ジルコニア(ZrO)を有しても良い。The porous ceramic sintered body may further contain zirconia (ZrO 2 ).

また、当該多孔質セラミックス焼結体の気孔率は、20%〜30%の範囲であっても良い。   The porosity of the porous ceramic sintered body may be in the range of 20% to 30%.

また、当該多孔質セラミックス焼結体において、4点曲げ試験における初期強度をXとし、当該多孔質セラミックス焼結体に対して、温度差(ΔT)400℃以上の熱衝撃を与えた後の当該多孔質セラミックス焼結体の4点曲げ試験における強度をYとしたとき、
初期強度Xは、30MPaを超え、
比Y/Xは、0.6を超えても良い。
In the porous ceramic sintered body, the initial strength in a four-point bending test is X, and the porous ceramic sintered body is subjected to a thermal shock with a temperature difference (ΔT) of 400 ° C. or more. When the strength in the four-point bending test of the porous ceramic sintered body is Y,
The initial strength X exceeds 30 MPa,
The ratio Y / X may exceed 0.6.

本発明では、造孔剤を使用しなくても、あるいは造孔剤の使用量を有意に低減させても、耐熱衝撃性に優れ、所望の気孔径の気孔を有する多孔質セラミックス焼結体を製造することが可能な方法を提供することができる。また、本発明では、耐熱衝撃性に優れ、50μm以上の気孔径の気孔を複数有する多孔質セラミックス焼結体を提供することができる。   In the present invention, a porous ceramic sintered body having excellent thermal shock resistance and having pores having a desired pore diameter can be obtained without using a pore-forming agent or significantly reducing the amount of pore-forming agent used. A method that can be manufactured can be provided. In the present invention, a porous ceramic sintered body having excellent thermal shock resistance and having a plurality of pores having a pore diameter of 50 μm or more can be provided.

本発明による多孔質セラミックス焼結体の製造方法の一例を概略的に示したフロー図である。It is the flowchart which showed roughly an example of the manufacturing method of the porous ceramics sintered compact by this invention. 本発明による多孔質セラミックス焼結体(実施例1に係るサンプル)のSEM写真(低倍率)である。It is a SEM photograph (low magnification) of the porous ceramic sintered compact (sample which concerns on Example 1) by this invention. 本発明による多孔質セラミックス焼結体(実施例1に係るサンプル)のSEM写真(高倍率)である。It is a SEM photograph (high magnification) of the porous ceramic sintered compact (sample which concerns on Example 1) by this invention. 各サンプルにおいて得られた初期強度Xをまとめて示した図である。It is the figure which showed collectively the initial intensity | strength X obtained in each sample. 各サンプルにおいて得られた残存率(熱衝撃後の強度Y/初期強度X)をまとめて示した図である。It is the figure which put together and showed the residual rate (strength Y after thermal shock / initial strength X) obtained in each sample. 各サンプルの熱衝撃試験前後の強度について得られたワイブルプロットである。It is the Weibull plot obtained about the intensity | strength before and behind the thermal shock test of each sample.

以下、図面を参照して、本発明を詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1には、本発明による多孔質セラミックス焼結体の製造方法のフローの一例を概略的に示す。なお、図1の例では、一例として、シリコン(Si)を含む複合酸化物を有する多孔質セラミックス焼結体を製造する場合の製造フローを示しているが、本発明は、これに限られるものではない。   In FIG. 1, an example of the flow of the manufacturing method of the porous ceramics sintered compact by this invention is shown roughly. In addition, in the example of FIG. 1, although the manufacturing flow in the case of manufacturing the porous ceramics sintered compact which has complex oxide containing silicon (Si) is shown as an example, this invention is limited to this. is not.

図1に示すように、本発明による多孔質セラミックス焼結体を製造する方法は、大きく分けて
(a) シリコン(Si)を含む化合物を有する第1の原料粒子、および該第1の原料粒子よりも融点の高い第2の原料粒子を混合して、混合粒子を調製するステップ(ステップS110)と、
(b) 前記混合粒子を成形して、成形体を形成するステップ(ステップS120)と、
(c) 前記成形体を焼成して、多孔質セラミックス焼結体を形成するステップであって、前記成形体は、前記第1の原料粒子の融点よりも高く、前記第2の原料粒子の融点よりも低い温度で焼成され、これにより、前記第1の原料粒子および前記第2の原料粒子の少なくとも一部が反応して、複合酸化物が生じるとともに、実質的に球状の気孔が得られるステップ(ステップS130)と、
を有することを特徴とするものである。
As shown in FIG. 1, the method for producing a porous ceramic sintered body according to the present invention is roughly divided into (a) first raw material particles having a compound containing silicon (Si), and the first raw material particles. Mixing the second raw material particles having a higher melting point to prepare mixed particles (step S110);
(B) molding the mixed particles to form a molded body (step S120);
(C) firing the molded body to form a porous ceramic sintered body, the molded body being higher than the melting point of the first raw material particles, and the melting point of the second raw material particles Firing at a lower temperature, whereby at least a part of the first raw material particles and the second raw material particles react to produce a composite oxide, and a substantially spherical pore is obtained. (Step S130),
It is characterized by having.

本発明の方法では、ステップS130において、第1の原料粒子の融点よりも高く、第2の原料粒子の融点よりも低い焼成温度で、成形体の焼成処理が行われる。この場合、焼成処理の際に、成形体中の第1の原料粒子だけが溶融を開始する。また、未溶融の第2の原料粒子は、この第1の原料粒子の溶融成分と接した際に反応して、複合酸化物を生成する。第1の原料粒子の溶融成分は、液体状であり浸透性が大きいため、第1の原料粒子の溶融成分は、毛細管現象等により、成形体内の広い範囲を移動する。これにより、第1の原料粒子の溶融成分は、未反応の第2の原料粒子と次々と接触し、第2の原料粒子が存在する位置において、継続的に複合酸化物が生成される。このような反応が進展することにより、最終的に複合酸化物で構成された骨格部が形成される。   In the method of the present invention, in step S130, the compact is fired at a firing temperature higher than the melting point of the first raw material particles and lower than the melting point of the second raw material particles. In this case, only the first raw material particles in the molded body start to melt during the firing treatment. In addition, the unmelted second raw material particles react when they come into contact with the molten component of the first raw material particles to generate a composite oxide. Since the molten component of the first raw material particles is liquid and has high permeability, the molten component of the first raw material particles moves in a wide range within the molded body due to a capillary phenomenon or the like. As a result, the molten component of the first raw material particles comes into contact with the unreacted second raw material particles one after another, and a composite oxide is continuously generated at the position where the second raw material particles are present. By progressing such a reaction, a skeleton portion composed of a composite oxide is finally formed.

一方、元々第1の原料粒子が存在していた位置は、第1の原料粒子の溶融、移動により、実質的に球状の空隙となる。従って、本発明の方法では、ステップS130の焼結処理の完了時に、複合酸化物からなる骨格と、実質的に球状の多数の気孔とを含む多孔質セラミックス焼結体が製造されるのである。   On the other hand, the position where the first raw material particles originally existed becomes a substantially spherical void due to melting and movement of the first raw material particles. Therefore, in the method of the present invention, a porous ceramic sintered body including a skeleton made of a complex oxide and a large number of substantially spherical pores is manufactured at the completion of the sintering process in step S130.

例えば、第1の原料粒子がシリカ(SiO)であり、第2の原料粒子がアルミナ(Al)である場合、溶融したシリカと(SiO)とアルミナ(Al)が反応して、ムライトが形成される。なお、「ムライト」とは、アルミナ(Al)とシリカ(SiO)が80:20〜75:25の割合(重量比)で混合された、複合酸化物である。For example, when the first raw material particles are silica (SiO 2 ) and the second raw material particles are alumina (Al 2 O 3 ), the fused silica, (SiO 2 ), and alumina (Al 2 O 3 ) are In reaction, mullite is formed. “Mullite” is a complex oxide in which alumina (Al 2 O 3 ) and silica (SiO 2 ) are mixed in a ratio (weight ratio) of 80:20 to 75:25.

ここで、従来のような、有機物系および/または無機物系の造孔剤を使用して、多孔質セラミックス焼結体を製造する方法では、造孔剤は、多孔質セラミックス焼結体の製造過程で分解され、最終的に得られる焼結体には残存しない。換言すれば、このような造孔剤は、最終的に得られる多孔質セラミックス焼結体にとって全く不要な成分であり、このような造孔剤の使用は、多孔質セラミックス焼結体の製造コストの上昇の原因となる。   Here, in the conventional method for producing a porous ceramic sintered body using an organic and / or inorganic pore former, the pore former is a process for producing the porous ceramic sintered body. It does not remain in the sintered body finally obtained. In other words, such a pore-forming agent is a completely unnecessary component for the finally obtained porous ceramic sintered body, and the use of such a pore-forming agent results in the production cost of the porous ceramic sintered body. Cause an increase.

また、多孔質セラミックス焼結体の製造過程で、造孔剤は、ガスとして分解、放出されることになるが、製造過程でのこのようなガスの排出は、環境上好ましいものではない。特に、有機物系の造孔剤を使用した場合、多孔質セラミックス焼結体の製造中に、有機成分ガスが大気中に排出される。このような有機成分ガス中には、安全上問題のあるガスが含まれる可能性があり、有機物系の造孔剤の使用は、環境上のみならず、安全上も問題がある。   Further, in the production process of the porous ceramic sintered body, the pore-forming agent is decomposed and released as a gas, but such gas discharge in the production process is not environmentally preferable. In particular, when an organic pore former is used, organic component gases are discharged into the atmosphere during the production of the porous ceramic sintered body. In such organic component gas, there is a possibility that a gas having a safety problem may be contained, and the use of an organic pore former has a problem not only in the environment but also in safety.

また、例えば、セラミックス焼結体中に大きな気孔を形成することを目的として、粒径が比較的大きな造孔剤を使用した場合、造孔剤の分解、放出過程において、大量のガスが排出されてしまう。さらに、このようなガスの発生時の急激な内部圧力上昇、あるいは体積減少により、成形体の強度が低下し、最終的に得られる多孔質セラミックス焼結体の骨格部にワレが生じたり、気孔が押しつぶされてしまうという問題が生じる。従って、従来のような造孔剤を用いる方法では、50μm以上の比較的大きな気孔径の気孔を有する多孔質セラミックス焼結体を製造することは難しいという問題がある。   In addition, for example, when a pore forming agent having a relatively large particle size is used for the purpose of forming large pores in the ceramic sintered body, a large amount of gas is discharged during the decomposition and release process of the pore forming agent. End up. Furthermore, due to the sudden increase in internal pressure or volume reduction during the generation of such gas, the strength of the molded body is lowered, and cracks are generated in the skeleton of the porous ceramic sintered body finally obtained. The problem arises that will be crushed. Therefore, the conventional method using a pore-forming agent has a problem that it is difficult to produce a porous ceramic sintered body having pores having a relatively large pore diameter of 50 μm or more.

これに対して、本発明による多孔質セラミックス焼結体の製造方法では、基本的に造孔剤を使用する必要がない(あるいは造孔剤の使用量が有意に抑制される)。このため、造孔剤の添加による製造コストの上昇を有意に抑制することができる。   On the other hand, in the method for producing a porous ceramic sintered body according to the present invention, it is basically unnecessary to use a pore forming agent (or the amount of the pore forming agent used is significantly suppressed). For this reason, an increase in manufacturing cost due to the addition of the pore forming agent can be significantly suppressed.

また、造孔剤を使用しないため(あるいは造孔剤の使用量が有意に抑制されるため)、多孔質セラミックス焼結体の製造工程で、有機成分ガスなど、造孔剤が分解した際に発生するガスの放出を有意に抑制することができる。従って、本発明では、環境に優しく、安全な製造方法を提供することができる。   Also, since no pore-forming agent is used (or because the amount of pore-forming agent used is significantly suppressed), when the pore-forming agent such as organic component gas is decomposed in the manufacturing process of the porous ceramic sintered body. Release of the generated gas can be significantly suppressed. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an environment-friendly and safe manufacturing method.

また、本発明では、第1の原料粒子の粒径を適宜調整することにより、多孔質セラミックス焼結体内に、所望の気孔径の気孔を形成することができる。このため、気孔径の大きな気孔も、容易に形成することができる。従って、従来の造孔剤を使用する方法において生じる問題、すなわち、造孔剤の分解による大量のガス発生により、セラミックス骨格部にワレが生じたり、気孔が押しつぶされたりする等の問題が有意に抑制される。   Further, in the present invention, pores having a desired pore diameter can be formed in the porous ceramic sintered body by appropriately adjusting the particle diameter of the first raw material particles. For this reason, pores having a large pore diameter can be easily formed. Therefore, problems that occur in the conventional method of using a pore-forming agent, that is, problems such as cracking in the ceramic skeleton and crushing of pores due to the generation of a large amount of gas due to decomposition of the pore-forming agent are significant. It is suppressed.

さらに、本発明の製造方法により得られる多孔質セラミックス焼結体は、実質的に球状の気孔を有するという特徴を有する。本発明では、この特徴のため、多孔質セラミックス焼結体が熱衝撃を受けた際に、亀裂発生の基点となるサイトが有意に減少し、良好な耐熱衝撃性を有する多孔質セラミックス焼結体を提供することができる。   Furthermore, the porous ceramic sintered body obtained by the production method of the present invention has a feature of having substantially spherical pores. In the present invention, due to this feature, when the porous ceramic sintered body is subjected to thermal shock, the sites that are the starting points of crack generation are significantly reduced, and the porous ceramic sintered body has good thermal shock resistance. Can be provided.

以下、図1に示した本発明による製造方法の各ステップ(ステップS110)、(ステップS120)および(ステップS130)について詳しく説明する。なお、以下の記載では、特に、複合酸化物としてムライトを含む多孔質セラミックス焼結体を製造する場合を想定して、説明する。   Hereinafter, each step (step S110), (step S120), and (step S130) of the manufacturing method according to the present invention shown in FIG. 1 will be described in detail. In the following description, the description will be made assuming that a porous ceramic sintered body containing mullite as a complex oxide is manufactured.

(ステップS110)
このステップでは、シリコンを含む化合物を有する第1の原料粒子、およびこの第1の原料粒子よりも融点の高い第2の原料粒子を混合して、混合粒子が調製される。
(Step S110)
In this step, the first raw material particles having a compound containing silicon and the second raw material particles having a melting point higher than that of the first raw material particles are mixed to prepare mixed particles.

例えば、最終的にムライトを含む多孔質セラミックス焼結体を製造する場合、第1の原料粒子は、シリカ(SiO)であり、第2の原料粒子は、アルミナ(Al)であっても良い。For example, when a porous ceramic sintered body finally containing mullite is manufactured, the first raw material particles are silica (SiO 2 ) and the second raw material particles are alumina (Al 2 O 3 ). May be.

ただし、第1および第2の原料粒子は、必ずしも酸化物である必要はない。例えば、第1の原料粒子として、シリコンを含む化合物、例えば窒化珪素(Si)、炭化珪素(SiC)等を利用しても良い。同様に、第2の原料粒子として、窒化物、炭化物、炭酸塩等を利用しても良い。However, the first and second raw material particles are not necessarily oxides. For example, as the first raw material particles, a compound containing silicon, for example, silicon nitride (Si x N y ), silicon carbide (SiC), or the like may be used. Similarly, nitride, carbide, carbonate or the like may be used as the second raw material particles.

第1の原料粒子の平均粒径は、最終的に形成される球状気孔の気孔径(直径)を定める因子となる。従って、第1の原料粒子の平均粒径は、必要な球状気孔の平均気孔径(直径)に基づいて選定される。例えば、第1の原料粒子の平均粒径は、50μm〜100μmの範囲(例えば、60μmまたは80μm等)であっても良い。この場合、最終的に、平均気孔径(直径)が約50μm〜約100μm(例えば、約60μmまたは約80μm等)の球状の気孔が生成される(ただし、実際には、焼成により多少(数μm〜数十μm程度)収縮する)。   The average particle diameter of the first raw material particles is a factor that determines the pore diameter (diameter) of the spherical pores finally formed. Therefore, the average particle diameter of the first raw material particles is selected based on the required average pore diameter (diameter) of the spherical pores. For example, the average particle diameter of the first raw material particles may be in the range of 50 μm to 100 μm (for example, 60 μm or 80 μm). In this case, spherical pores having an average pore diameter (diameter) of about 50 μm to about 100 μm (for example, about 60 μm or about 80 μm, etc.) are finally generated (however, in actuality, some (several μm) is obtained by firing. Shrinkage).

一方、第2の原料粒子の平均粒径は、特に限られない。ただし、第2の原料粒子の平均粒径が、第1の原料粒子の平均粒径に比べて著しく大きくなると、焼成過程において、溶融した第1の原料粒子が、第2の原料粒子と十分に接触することが難しくなり、材料組成的に不均一な骨格部が形成される(すなわち、セラミックス骨格部に、複合酸化物の部分と、第2の原料の成分からなる未反応部分とが生じる)。従って、均一な骨格部を得る必要がある場合は、第2の原料粒子の平均粒径は、第1の原料粒子の平均粒径と同等以下であることが好ましい。例えば、第1および第2の原料粒子の平均粒径を、それぞれrおよびrとした場合、比r/rは、0.1〜500の範囲であることが好ましく、1〜300の範囲であることがより好ましく、2〜200の範囲であることがさらに好ましい。例えば、第2の原料粒子の平均粒径は、0.5μm〜2μm(例えば、1μm)の範囲である。On the other hand, the average particle diameter of the second raw material particles is not particularly limited. However, when the average particle diameter of the second raw material particles is significantly larger than the average particle diameter of the first raw material particles, the molten first raw material particles are sufficiently combined with the second raw material particles in the firing process. It becomes difficult to come into contact, and a skeletal part having a non-uniform material composition is formed (that is, a composite oxide part and an unreacted part made of a component of the second raw material are generated in the ceramic skeleton part). . Therefore, when it is necessary to obtain a uniform skeleton, the average particle diameter of the second raw material particles is preferably equal to or less than the average particle diameter of the first raw material particles. For example, when the average particle diameters of the first and second raw material particles are r 1 and r 2 , respectively, the ratio r 1 / r 2 is preferably in the range of 0.1 to 500, Is more preferably in the range of 2 to 200. For example, the average particle diameter of the second raw material particles is in the range of 0.5 μm to 2 μm (for example, 1 μm).

しかしながら、意図的に不均一な組成分布を有するセラミックス骨格を形成したい場合は、このような制約はなく、第2の原料粒子の平均粒径は、第1の原料粒子に対して著しく大きくても良い。   However, when it is desired to form a ceramic skeleton having an intentionally non-uniform composition distribution, there is no such restriction, and the average particle diameter of the second raw material particles may be significantly larger than that of the first raw material particles. good.

なお、第1の原料粒子の形状は、実質的に球状である必要があるが、第2の原料粒子の形状は、特に限られないことに留意する必要がある。   It should be noted that the shape of the first raw material particles needs to be substantially spherical, but the shape of the second raw material particles is not particularly limited.

ここで、混合粒子は、さらに「添加剤」を含んでも良い。   Here, the mixed particles may further contain an “additive”.

なお、本願において、「添加剤」という用語は、(i)基本的に、焼成ステップ後に、セラミックス焼結体内に留まる成分(以下、「第1添加剤」という)、および(ii)基本的に、焼成ステップ後に、セラミックス焼結体内には残存しない成分(以下、「第2添加剤」という)、の2つのことを意味することに留意する必要がある。なお、「添加剤」は、「原料粒子」とは異なり、複合酸化物の生成反応には直接関与しない(すなわち、複合酸化物の生成反応によって消費されない)。   In the present application, the term “additive” refers to (i) a component that remains in the ceramic sintered body after the firing step (hereinafter referred to as “first additive”), and (ii) basically. It should be noted that the component does not remain in the ceramic sintered body after the firing step (hereinafter referred to as “second additive”). Unlike the “raw material particles”, the “additive” does not directly participate in the complex oxide formation reaction (that is, is not consumed by the complex oxide formation reaction).

「第1添加剤」としては、例えば第1の原料粒子と第2の原料粒子の反応および/または焼結を促進させるための反応促進剤が含まれる。   The “first additive” includes, for example, a reaction accelerator for promoting the reaction and / or sintering of the first raw material particles and the second raw material particles.

例えば、第1の原料粒子をシリカ(SiO)とし、第2の原料粒子をアルミナ(Al)として、複合酸化物としてムライトを生成する場合、「第1添加剤」として、ジルコニア(ZrO)粒子が添加されても良い。ジルコニア(ZrO)粒子の添加により、複合酸化物の生成反応および焼結反応が促進され、より短い時間でムライトを含む多孔質セラミックス焼結体を製造することができる。この場合、ジルコニア(ZrO)粒子は、最終的に得られるセラミックス焼結体(ムライト)の骨格部に残存する。For example, when the first raw material particles are silica (SiO 2 ), the second raw material particles are alumina (Al 2 O 3 ), and mullite is produced as a composite oxide, zirconia ( ZrO 2 ) particles may be added. By adding zirconia (ZrO 2 ) particles, the formation reaction and sintering reaction of the composite oxide are promoted, and a porous ceramic sintered body containing mullite can be manufactured in a shorter time. In this case, the zirconia (ZrO 2 ) particles remain in the skeleton part of the finally obtained ceramic sintered body (mullite).

「第1添加剤」としてジルコニア(ZrO)粒子を添加する場合、ジルコニア(ZrO)粒子の平均粒径は、特に限られないが、第2の原料粒子と同程度であることが好ましく、例えば0.5μm〜2μm(例えば、1μm)である。また、ジルコニア(ZrO)粒子の添加量は、特に限られないが、第1および第2の原料粒子の総和(原料粒子が3種類以上含まれる場合は、ジルコニアを除く、各原料粒子の総和)に対して、1wt%〜10wt%の範囲であることが好ましい。10wt%を超える多量のジルコニア(ZrO)の添加は、骨格部分の熱膨張係数が大きくなり、耐熱衝撃性が低下するという点で問題がある。なお、ジルコニア(ZrO)の種類としては、イットリア(Y)安定化ジルコニア(ZrO)、スカンジア(Sc)安定化ジルコニア(ZrO)等、各種ジルコニア(ZrO)を等しく使用できる。When adding zirconia (ZrO 2 ) particles as the “first additive”, the average particle diameter of the zirconia (ZrO 2 ) particles is not particularly limited, but is preferably about the same as the second raw material particles, For example, it is 0.5 μm to 2 μm (for example, 1 μm). The amount of zirconia (ZrO 2 ) particles added is not particularly limited, but is the sum of the first and second raw material particles (when three or more raw material particles are included, the sum of the raw material particles excluding zirconia) ) Is preferably in the range of 1 wt% to 10 wt%. Addition of a large amount of zirconia (ZrO 2 ) exceeding 10 wt% has a problem in that the thermal expansion coefficient of the skeleton portion increases and the thermal shock resistance decreases. As the types of zirconia (ZrO 2), yttria (Y 2 O 3) stabilized zirconia (ZrO 2), scandia (Sc 2 O 3) stabilized zirconia (ZrO 2) or the like, various zirconia (ZrO 2) Can be used equally.

一方、「第2添加剤」は、従来のセラミックス焼結体の製造工程において使用されるような、一般的な結合剤(有機結合剤/無機結合剤)、分散剤、溶媒(水、アルコール等)、および/または造孔剤であっても良い。ただし、前述のように、本発明では、基本的に造孔剤を添加する必要はない。従って、仮に、造孔剤を添加する場合であっても、その添加量は、最小限に抑制される。   On the other hand, the “second additive” is a general binder (organic binder / inorganic binder), dispersant, solvent (water, alcohol, etc.) used in the manufacturing process of a conventional ceramic sintered body. ) And / or a pore-forming agent. However, as described above, in the present invention, it is basically unnecessary to add a pore forming agent. Therefore, even if a pore forming agent is added, the amount added is suppressed to a minimum.

各原料粒子の混合の方法は、特に限られず、ボールミル処理等の各種方法が利用できる。なお、第1の原料粒子の形状は、最終的に生じる気孔の形状を決めるため、第1の原料粒子を添加した後は、あまり長時間混合を行わないことが好ましい。これにより、第1の原料粒子の形状の変化を最小限に抑制することができる。   The method for mixing the raw material particles is not particularly limited, and various methods such as ball milling can be used. In addition, since the shape of the first raw material particles determines the shape of the pores finally generated, it is preferable that the first raw material particles are not mixed for a long time after the first raw material particles are added. Thereby, the change of the shape of the first raw material particles can be minimized.

(ステップS120)
次に、前述の方法で調製した混合粉末を用いて、成形体が形成される。
(Step S120)
Next, a molded body is formed using the mixed powder prepared by the above-described method.

成形方法は、特に限られず、従来より知られている各種方法が適用される。例えば、混合粉末をそのまま(固体状態のまま)使用する場合は、成形方法として、CIP法(冷間静水圧プレス法)や、通常の粉末プレス法等が使用される。また、混合粉末からペースト、スラリー等を経由して、成形体を得る場合は、このようなペーストを用いて、押出成形または射出成形を実施して、成形体を得ても良い。   The molding method is not particularly limited, and various conventionally known methods are applied. For example, when the mixed powder is used as it is (as it is in a solid state), a CIP method (cold isostatic pressing method), a normal powder pressing method, or the like is used as a forming method. Moreover, when obtaining a molded object from mixed powder via a paste, a slurry, etc., you may obtain a molded object by implementing extrusion molding or injection molding using such paste.

後者の場合、成形体が得られた後、この成形体に対して乾燥処理が実施される。   In the latter case, after the molded body is obtained, the molded body is dried.

(ステップS130)
次に、得られた成形体が焼成処理される。
(Step S130)
Next, the obtained molded body is fired.

焼成は、第1の原料粒子の融点よりも高く、第2の原料粒子の(さらに「第1添加剤」が存在する場合は、その)融点よりも低い温度で実施される。例えば、第1の原料粒子としてシリカ(SiO)(融点1414℃)を使用し、第2の原料粒子としてアルミナ(Al)(融点2020℃)を使用し、第1添加剤としてジルコニア(ZrO)(融点2680℃)を使用する場合、1450℃〜1700℃の範囲が焼成温度として選定される。焼成温度は、例えば、1550℃、1600℃、または1650℃である。Calcination is performed at a temperature higher than the melting point of the first raw material particles and lower than the melting point of the second raw material particles (and, if “the first additive” is present). For example, silica (SiO 2 ) (melting point 1414 ° C.) is used as the first raw material particles, alumina (Al 2 O 3 ) (melting point 2020 ° C.) is used as the second raw material particles, and zirconia is used as the first additive. When using (ZrO 2 ) (melting point 2680 ° C.), a range of 1450 ° C. to 1700 ° C. is selected as the firing temperature. The firing temperature is, for example, 1550 ° C., 1600 ° C., or 1650 ° C.

焼成時間は、焼成温度に依存するが、前述の例の場合、例えば、1時間〜24時間の範囲(例えば、1時間、2時間、4時間、6時間等)であっても良い。   The firing time depends on the firing temperature, but in the case of the above-mentioned example, it may be in the range of 1 hour to 24 hours (for example, 1 hour, 2 hours, 4 hours, 6 hours, etc.).

通常、焼成処理は、大気中で実施される。   Usually, the baking treatment is performed in the air.

前述のように、成形体の焼成処理により、第1の原料粒子が溶融し、第2の原料粒子と溶融した第1の原料とが反応し、複合酸化物が形成される。例えば、アルミナ(Al)と溶融シリカ(SiO)との反応により、ムライトが生成される。そして、成形体において、第1の原料粒子が占めていた位置は、気孔として残留し、最終的に多数の球状気孔と、複合酸化物を含む骨格部とを有する、多孔質セラミックス焼結体が得られる。As described above, by firing the molded body, the first raw material particles are melted, and the second raw material particles react with the melted first raw material to form a composite oxide. For example, mullite is generated by a reaction between alumina (Al 2 O 3 ) and fused silica (SiO 2 ). In the molded body, the position occupied by the first raw material particles remains as pores, and finally a porous ceramic sintered body having a large number of spherical pores and a skeleton portion containing a composite oxide. can get.

ところで、以上の記載では、第1および第2の原料粒子の2種類の粒子を出発原料として使用して、多孔質セラミック焼結体を製造する方法を中心に説明した。しかしながら、本発明は、3種類以上の原料粒子を出発原料として使用しても良いことに留意する必要がある。   By the way, in the above description, it demonstrated centering on the method of manufacturing a porous ceramic sintered compact using the two types of particle | grains of 1st and 2nd raw material particles as a starting material. However, it should be noted that the present invention may use three or more kinds of raw material particles as starting materials.

例えば、第1の原料粒子をシリカ(SiO)とし、第2の原料粒子をアルミナ(Al)とし、第3の原料粒子をマグネシア(MgO)とした場合、コージェライトを有する多孔質セラミック焼結体を製造することができる。ここで、第3の原料粒子の融点は、第1の原料粒子の融点よりも高いことに留意する必要がある。この場合、焼成ステップでは、溶融したシリカと(SiO)と、固体のアルミナ(Al)および固体のマグネシア(MgO)が反応して、コージェライトが生成されることになる。なお、「コージェライト」とは、アルミナ(Al)と、マグネシア(MgO)と、シリカ(SiO)とが2:2:5の割合(化学組成比)で混合された、複合酸化物の総称である。For example, when the first raw material particle is silica (SiO 2 ), the second raw material particle is alumina (Al 2 O 3 ), and the third raw material particle is magnesia (MgO), the porous material has cordierite. A ceramic sintered body can be manufactured. Here, it should be noted that the melting point of the third raw material particles is higher than the melting point of the first raw material particles. In this case, in the firing step, molten silica, (SiO 2 ), solid alumina (Al 2 O 3 ), and solid magnesia (MgO) react to generate cordierite. “Cordierite” refers to a composite oxidation in which alumina (Al 2 O 3 ), magnesia (MgO), and silica (SiO 2 ) are mixed at a ratio (chemical composition ratio) of 2: 2: 5. A general term for things.

以下、本発明の実施例について説明する。   Examples of the present invention will be described below.

(実施例1)
以下の方法で多孔質ムライト焼結体のサンプルを作製した。
Example 1
A sample of a porous mullite sintered body was produced by the following method.

平均粒径が約1μmのアルミナ(Al)粒子(純度99%以上)80gと、平均粒径が約1μmのジルコニア(ZrO)粒子(純度99%以上(3molイットリア(Y)を安定化材として含む))を1gと、水60gと、少量の有機系分散剤とを混ぜ、ボールミルで半日以上混合した。次に、この混合溶液に平均粒径が60μmのシリカ(SiO)粒子(純度99%以上)を添加し、撹拌装置を用いて、さらに1時間混合した。シリカ粒子は、アルミナ:シリカの重量比が80:20となるように添加した。なお、前述のジルコニア粒子の添加量は、アルミナ(Al)とシリカ(SiO)の総量に対して、1wt%である。80 g of alumina (Al 2 O 3 ) particles (purity 99% or more) having an average particle diameter of about 1 μm and zirconia (ZrO 2 ) particles (purity 99% or more (3 mol yttria (Y 2 O 3 )) having an average particle diameter of about 1 μm. 1), 60 g of water, and a small amount of an organic dispersant were mixed and mixed in a ball mill for more than half a day. Next, silica (SiO 2 ) particles (purity 99% or more) having an average particle diameter of 60 μm were added to this mixed solution, and further mixed for 1 hour using a stirrer. The silica particles were added so that the weight ratio of alumina: silica was 80:20. The addition amount of the zirconia particles of the above, the total amount of alumina (Al 2 O 3) and silica (SiO 2), a 1 wt%.

次に、得られた混合溶液を室温の大気中で乾燥させ、水等を蒸発させ、混合粒子を得た。   Next, the obtained mixed solution was dried in the air at room temperature, water and the like were evaporated, and mixed particles were obtained.

次に、得られた混合粒子をCIP法(冷間静水圧等方プレス法)により加圧成形し、寸法が縦約50mm×横約50mm×厚さ約5mmの成形体を製作した。   Next, the obtained mixed particles were subjected to pressure molding by the CIP method (cold isostatic pressing method) to produce a molded body having dimensions of about 50 mm in length, about 50 mm in width, and about 5 mm in thickness.

さらに、この成形体を大気中、1650℃で2時間焼成して、焼結体サンプル(以下、「実施例1に係るサンプル」という)を得た。   Furthermore, this molded body was fired at 1650 ° C. for 2 hours in the air to obtain a sintered body sample (hereinafter referred to as “sample according to Example 1”).

図2および図3には、実施例1に係るサンプルのSEM写真を示す。図2は、低倍率の写真であり、図3は、高倍率の写真である。図2および図3に示すように、焼結体内には、ほぼ球状の多数の気孔が形成されていることがわかる。球状気孔の平均気孔径は、約50μmであった。   2 and 3 show SEM photographs of the sample according to Example 1. FIG. FIG. 2 is a low-magnification photograph, and FIG. 3 is a high-magnification photograph. As shown in FIGS. 2 and 3, it can be seen that a large number of substantially spherical pores are formed in the sintered body. The average pore diameter of the spherical pores was about 50 μm.

また、実施例1に係るサンプルのX線回折分析の結果、ジルコニアのピークの他に、ムライトのピークが認められ、上記方法により、ムライトが生成していることが確認された。   Further, as a result of X-ray diffraction analysis of the sample according to Example 1, in addition to the zirconia peak, a mullite peak was observed, and it was confirmed that mullite was generated by the above method.

さらに、実施例1に係るサンプルの気孔率を測定したところ、気孔率は、27.0%であった。なお、気孔率は、水中置換法により測定した。   Furthermore, when the porosity of the sample according to Example 1 was measured, the porosity was 27.0%. The porosity was measured by an underwater substitution method.

また、実施例1に係るサンプルの密度(嵩密度)は、2.27g/cmであった。なお、密度は、サンプルの寸法と重量の測定結果をもとに算出した。Further, the density (bulk density) of the sample according to Example 1 was 2.27 g / cm 3 . The density was calculated based on the measurement results of the sample dimensions and weight.

(実施例2)
実施例1と同様の方法により、多孔質ムライト焼結体のサンプル(以下、「実施例2に係るサンプル」という)を作製した。
(Example 2)
A sample of a porous mullite sintered body (hereinafter referred to as “sample according to Example 2”) was produced in the same manner as in Example 1.

ただし、実施例2では、焼成時間を4時間とした。焼成温度は、実施例1と同様、1650℃とした。   However, in Example 2, the firing time was 4 hours. The firing temperature was 1650 ° C. as in Example 1.

実施例2に係るサンプルをSEMにより観察したところ、焼結体内には、図2、3に示した気孔と同様の、ほぼ球状の多数の気孔が形成されていることが確認された。球状気孔の平均直径は、約50μmであった。   When the sample according to Example 2 was observed by SEM, it was confirmed that a large number of substantially spherical pores similar to the pores shown in FIGS. 2 and 3 were formed in the sintered body. The average diameter of the spherical pores was about 50 μm.

また、実施例2に係るサンプルのX線回折分析の結果、ジルコニアのピークの他に、ムライトのピークが認められ、上記方法により、ムライトが生成していることが確認された。   Further, as a result of X-ray diffraction analysis of the sample according to Example 2, in addition to the zirconia peak, a mullite peak was observed, and it was confirmed that mullite was generated by the above method.

さらに、実施例2に係るサンプルの気孔率および密度を測定したところ、気孔率は、23.5%であり、密度は、2.20g/cmであった。Furthermore, when the porosity and density of the sample concerning Example 2 were measured, the porosity was 23.5% and the density was 2.20 g / cm 3 .

(実施例3)
実施例1と同様の方法により、多孔質ムライト焼結体のサンプル(以下、「実施例3に係るサンプル」という)を作製した。
(Example 3)
A sample of a porous mullite sintered body (hereinafter referred to as “sample according to Example 3”) was produced in the same manner as in Example 1.

ただし、実施例3では、ジルコニア粒子は、アルミナ(Al)とシリカ(SiO)の総量に対して、3wt%となるように添加した。また、実施例3では、焼成時間を4時間とした。焼成温度は、実施例1と同様、1650℃とした。However, in Example 3, zirconia particles were added to 3 wt% with respect to the total amount of alumina (Al 2 O 3 ) and silica (SiO 2 ). In Example 3, the firing time was 4 hours. The firing temperature was 1650 ° C. as in Example 1.

実施例3に係るサンプルをSEMにより観察したところ、焼結体内には、図2、3に示した気孔と同様の、ほぼ球状の多数の気孔が形成されていることが確認された。球状気孔の平均直径は、約50μmであった。   When the sample according to Example 3 was observed by SEM, it was confirmed that a large number of substantially spherical pores similar to the pores shown in FIGS. 2 and 3 were formed in the sintered body. The average diameter of the spherical pores was about 50 μm.

また、実施例3に係るサンプルのX線回折分析の結果、ジルコニアのピークの他に、ムライトのピークが認められ、上記方法により、ムライトが生成していることが確認された。   As a result of the X-ray diffraction analysis of the sample according to Example 3, a mullite peak was recognized in addition to the zirconia peak, and it was confirmed that mullite was generated by the above method.

さらに、実施例3に係るサンプルの気孔率および密度を測定したところ、気孔率は、25.2%であり、密度は、2.19g/cmであった。Furthermore, when the porosity and density of the sample concerning Example 3 were measured, the porosity was 25.2% and the density was 2.19 g / cm 3 .

(実施例4)
実施例1と同様の方法により、多孔質ムライト焼結体のサンプル(以下、「実施例4に係るサンプル」という)を作製した。
Example 4
A sample of a porous mullite sintered body (hereinafter referred to as “sample according to Example 4”) was produced in the same manner as in Example 1.

ただし、実施例4では、ジルコニア粒子は、アルミナ(Al)とシリカ(SiO)の総量に対して、5wt%となるように添加した。また、実施例4では、焼成時間を4時間とした。焼成温度は、実施例1と同様、1650℃とした。However, in Example 4, the zirconia particles were added so as to be 5 wt% with respect to the total amount of alumina (Al 2 O 3 ) and silica (SiO 2 ). In Example 4, the firing time was 4 hours. The firing temperature was 1650 ° C. as in Example 1.

実施例4に係るサンプルをSEMにより観察したところ、焼結体内には、図2、3に示した気孔と同様の、ほぼ球状の多数の気孔が形成されていることが確認された。球状気孔の平均直径は、約50μmであった。   When the sample according to Example 4 was observed by SEM, it was confirmed that a large number of substantially spherical pores similar to the pores shown in FIGS. 2 and 3 were formed in the sintered body. The average diameter of the spherical pores was about 50 μm.

また、実施例4に係るサンプルのX線回折分析の結果、ジルコニアのピークの他に、ムライトのピークが認められ、上記方法により、ムライトが生成していることが確認された。   As a result of the X-ray diffraction analysis of the sample according to Example 4, a mullite peak was observed in addition to the zirconia peak, and it was confirmed that mullite was generated by the above method.

さらに、実施例4に係るサンプルの気孔率および密度を測定したところ、気孔率は、24.6%であり、密度は、2.24g/cmであった。Furthermore, when the porosity and density of the sample concerning Example 4 were measured, the porosity was 24.6% and the density was 2.24 g / cm 3 .

(実施例5)
実施例1と同様の方法により、多孔質ムライト焼結体のサンプル(以下、「実施例5に係るサンプル」という)を作製した。
(Example 5)
A sample of a porous mullite sintered body (hereinafter referred to as “sample according to Example 5”) was produced in the same manner as in Example 1.

ただし、実施例5では、ジルコニア粒子として、イットリア(Y)を安定化材として含まないものを使用した。このジルコニア粒子の直径は、1μm以下であり、実施例1と同様である。また、ジルコニア粒子は、アルミナ(Al)とシリカ(SiO)の総量に対して、10wt%となるように添加した。また、実施例5では、焼成時間を4時間とした。焼成温度は、実施例1と同様、1650℃とした。However, in Example 5, the zirconia particles that do not contain yttria (Y 2 O 3 ) as a stabilizing material were used. The diameter of the zirconia particles is 1 μm or less, which is the same as in Example 1. Further, the zirconia particles, the total amount of alumina (Al 2 O 3) and silica (SiO 2), was added to a 10 wt%. In Example 5, the firing time was 4 hours. The firing temperature was 1650 ° C. as in Example 1.

実施例5に係るサンプルをSEMにより観察したところ、焼結体内には、図2、3に示した気孔と同様の、ほぼ球状の多数の気孔が形成されていることが確認された。球状気孔の平均直径は、約50μmであった。   When the sample according to Example 5 was observed by SEM, it was confirmed that a large number of substantially spherical pores similar to the pores shown in FIGS. 2 and 3 were formed in the sintered body. The average diameter of the spherical pores was about 50 μm.

また、実施例5に係るサンプルのX線回折分析の結果、ジルコニアのピークの他に、ムライトのピークが認められ、上記方法により、ムライトが生成していることが確認された。   Further, as a result of the X-ray diffraction analysis of the sample according to Example 5, in addition to the zirconia peak, a mullite peak was observed, and it was confirmed that mullite was generated by the above method.

さらに、実施例5に係るサンプルの気孔率および密度を測定したところ、気孔率は、27.1%であり、密度は、2.35g/cmであった。Furthermore, when the porosity and density of the sample concerning Example 5 were measured, the porosity was 27.1% and the density was 2.35 g / cm 3 .

(実施例6)
実施例1と同様の方法により、多孔質ムライト焼結体のサンプル(以下、「実施例6に係るサンプル」という)を作製した。
(Example 6)
A sample of a porous mullite sintered body (hereinafter referred to as “sample according to Example 6”) was produced in the same manner as in Example 1.

ただし、実施例6では、ジルコニア粒子として、イットリア(Y)を安定化材として含まないものを使用した。このジルコニア粒子の直径は、1μm以下であり、実施例1と同様である。また、ジルコニア粒子は、アルミナ(Al)とシリカ(SiO)の総量に対して、1wt%となるように添加した。また、実施例6では、焼成温度を1600℃とし、焼成時間を6時間とした。However, in Example 6, the zirconia particles that do not contain yttria (Y 2 O 3 ) as a stabilizing material were used. The diameter of the zirconia particles is 1 μm or less, which is the same as in Example 1. Further, the zirconia particles, the total amount of alumina (Al 2 O 3) and silica (SiO 2), was added to a 1 wt%. In Example 6, the firing temperature was 1600 ° C. and the firing time was 6 hours.

実施例6に係るサンプルをSEMにより観察したところ、焼結体内には、図2、3に示した気孔と同様の、ほぼ球状の多数の気孔が形成されていることが確認された。球状気孔の平均直径は、約50μmであった。   When the sample according to Example 6 was observed by SEM, it was confirmed that a large number of substantially spherical pores similar to the pores shown in FIGS. 2 and 3 were formed in the sintered body. The average diameter of the spherical pores was about 50 μm.

また、実施例6に係るサンプルのX線回折分析の結果、ジルコニアのピークの他に、ムライトのピークが認められ、上記方法により、ムライトが生成していることが確認された。   Further, as a result of X-ray diffraction analysis of the sample according to Example 6, in addition to the zirconia peak, a mullite peak was observed, and it was confirmed that mullite was generated by the above method.

さらに、実施例6に係るサンプルの気孔率および密度を測定したところ、気孔率は、28.4%であり、密度は、2.31g/cmであった。Furthermore, when the porosity and density of the sample concerning Example 6 were measured, the porosity was 28.4% and the density was 2.31 g / cm 3 .

(実施例7)
実施例1と同様の方法により、多孔質ムライト焼結体のサンプル(以下、「実施例7に係るサンプル」という)を作製した。
(Example 7)
A sample of a porous mullite sintered body (hereinafter referred to as “sample according to Example 7”) was produced in the same manner as in Example 1.

ただし、実施例7では、ジルコニア粒子として、イットリア(Y)を安定化材として6mol%含むものを使用した。このジルコニア粒子の直径は、1μm以下であり、実施例1と同様である。また、ジルコニア粒子は、アルミナ(Al)とシリカ(SiO)の総量に対して、10wt%となるように添加した。また、実施例7では、焼成温度を1600℃とし、焼成時間を2時間とした。In Example 7, however, zirconia particles containing 6 mol% of yttria (Y 2 O 3 ) as a stabilizer were used. The diameter of the zirconia particles is 1 μm or less, which is the same as in Example 1. Further, the zirconia particles, the total amount of alumina (Al 2 O 3) and silica (SiO 2), was added to a 10 wt%. In Example 7, the firing temperature was 1600 ° C. and the firing time was 2 hours.

実施例7に係るサンプルをSEMにより観察したところ、焼結体内には、図2、3に示した気孔と同様の、ほぼ球状の多数の気孔が形成されていることが確認された。球状気孔の平均直径は、約50μmであった。   When the sample according to Example 7 was observed by SEM, it was confirmed that a large number of substantially spherical pores similar to the pores shown in FIGS. 2 and 3 were formed in the sintered body. The average diameter of the spherical pores was about 50 μm.

また、実施例7に係るサンプルのX線回折分析の結果、ジルコニアのピークの他に、ムライトのピークが認められ、上記方法により、ムライトが生成していることが確認された。   Further, as a result of X-ray diffraction analysis of the sample according to Example 7, in addition to the zirconia peak, a mullite peak was observed, and it was confirmed that mullite was generated by the above method.

さらに、実施例7に係るサンプルの気孔率および密度を測定したところ、気孔率は、25.7%であり、密度は、2.35g/cmであった。Furthermore, when the porosity and density of the sample concerning Example 7 were measured, the porosity was 25.7% and the density was 2.35 g / cm 3 .

(実施例8)
実施例1と同様の方法により、多孔質ムライト焼結体のサンプル(以下、「実施例8に係るサンプル」という)を作製した。
(Example 8)
A sample of a porous mullite sintered body (hereinafter referred to as “sample according to Example 8”) was produced in the same manner as in Example 1.

ただし、実施例8では、ジルコニア粒子として、イットリア(Y)を安定化材として6mol%含むものを使用した。このジルコニア粒子の直径は、1μm以下であり、実施例1と同様である。また、ジルコニア粒子は、アルミナ(Al)とシリカ(SiO)の総量に対して、1wt%となるように添加した。また、実施例では、焼成温度を1550℃とし、焼成時間を4時間とした。 However, in Example 8, as zirconia particles, those containing 6 mol% of yttria (Y 2 O 3 ) as a stabilizing material were used. The diameter of the zirconia particles is 1 μm or less, which is the same as in Example 1. Further, the zirconia particles, the total amount of alumina (Al 2 O 3) and silica (SiO 2), was added to a 1 wt%. In Example 8 , the firing temperature was 1550 ° C. and the firing time was 4 hours.

実施例8に係るサンプルをSEMにより観察したところ、焼結体内には、図2、3に示した気孔と同様の、ほぼ球状の多数の気孔が形成されていることが確認された。球状気孔の平均直径は、約50μmであった。   When the sample according to Example 8 was observed by SEM, it was confirmed that a large number of substantially spherical pores similar to the pores shown in FIGS. 2 and 3 were formed in the sintered body. The average diameter of the spherical pores was about 50 μm.

また、実施例8に係るサンプルのX線回折分析の結果、ジルコニアのピークの他に、ムライトのピークが認められ、上記方法により、ムライトが生成していることが確認された。   Further, as a result of X-ray diffraction analysis of the sample according to Example 8, in addition to the zirconia peak, a mullite peak was observed, and it was confirmed that mullite was generated by the above method.

さらに、実施例8に係るサンプルの気孔率および密度を測定したところ、気孔率は、26.5%であり、密度は、2.29g/cmであった。Furthermore, when the porosity and density of the sample concerning Example 8 were measured, the porosity was 26.5% and the density was 2.29 g / cm 3 .

(実施例9)
実施例1と同様の方法により、多孔質ムライト焼結体のサンプル(以下、「実施例9に係るサンプル」という)を作製した。
Example 9
A sample of a porous mullite sintered body (hereinafter referred to as “sample according to Example 9”) was produced in the same manner as in Example 1.

ただし、実施例9では、ジルコニア粒子は、アルミナ(Al)とシリカ(SiO)の総量に対して、10wt%となるように添加した。また、実施例9では、焼成温度を1550℃とし、焼成時間を6時間とした。However, in Example 9, the zirconia particles were added to 10 wt% with respect to the total amount of alumina (Al 2 O 3 ) and silica (SiO 2 ). In Example 9, the firing temperature was 1550 ° C., and the firing time was 6 hours.

実施例9に係るサンプルをSEMにより観察したところ、焼結体内には、図2、3に示した気孔と同様の、ほぼ球状の多数の気孔が形成されていることが確認された。球状気孔の平均直径は、約50μmであった。   When the sample according to Example 9 was observed by SEM, it was confirmed that a large number of substantially spherical pores similar to the pores shown in FIGS. 2 and 3 were formed in the sintered body. The average diameter of the spherical pores was about 50 μm.

また、実施例9に係るサンプルのX線回折分析の結果、ジルコニアのピークの他に、ムライトのピークが認められ、上記方法により、ムライトが生成していることが確認された。   Further, as a result of X-ray diffraction analysis of the sample according to Example 9, in addition to the zirconia peak, a mullite peak was observed, and it was confirmed that mullite was generated by the above method.

さらに、実施例9に係るサンプルの気孔率および密度を測定したところ、気孔率は、28.7%であり、密度は、2.30g/cmであった。Furthermore, when the porosity and density of the sample concerning Example 9 were measured, the porosity was 28.7% and the density was 2.30 g / cm 3 .

表1には、各サンプルの作製条件、気孔率および密度をまとめて示した。   Table 1 summarizes the production conditions, porosity, and density of each sample.

(比較例1)
平均粒径が約1μmのアルミナ(Al)粒子(純度99%以上)80gと、平均粒径が約1μmのジルコニア(ZrO)粒子(純度99%以上、イットリア(Y)を含まないもの)を3gと、水60gと、造孔剤5gと、少量の有機系分散剤とを混ぜ、ボールミルで半日以上混合した。次に、この混合溶液に平均粒径が5μmのシリカ(SiO)粒子(純度99%以上)を添加し、撹拌装置を用いて、さらに1時間混合した。シリカ粒子は、アルミナ:シリカの重量比が80:20となるように添加した。なお、前述のジルコニア粒子の添加量は、アルミナ(Al)とシリカ(SiO)の総量に対して、3wt%である。
(Comparative Example 1)
80 g of alumina (Al 2 O 3 ) particles (purity 99% or more) having an average particle diameter of about 1 μm and zirconia (ZrO 2 ) particles (purity 99% or more, yttria (Y 2 O 3 )) having an average particle diameter of about 1 μm 3 g), 60 g of water, 5 g of a pore-forming agent, and a small amount of an organic dispersant were mixed and mixed with a ball mill for half a day or more. Next, silica (SiO 2 ) particles (purity 99% or more) having an average particle diameter of 5 μm were added to the mixed solution, and further mixed for 1 hour using a stirrer. The silica particles were added so that the weight ratio of alumina: silica was 80:20. The addition amount of the zirconia particles of the above, the total amount of alumina (Al 2 O 3) and silica (SiO 2), is 3 wt%.

次に、得られた混合溶液を室温の大気中で乾燥させ、水等を蒸発させ、混合粒子を得た。   Next, the obtained mixed solution was dried in the air at room temperature, water and the like were evaporated, and mixed particles were obtained.

次に、得られた混合粒子をCIP法(冷間静水圧等方プレス法)により加圧成形し、寸法が縦約50mm×横約50mm×厚さ約5mmの成形体を製作した。   Next, the obtained mixed particles were subjected to pressure molding by the CIP method (cold isostatic pressing method) to produce a molded body having dimensions of about 50 mm in length, about 50 mm in width, and about 5 mm in thickness.

さらに、この成形体を大気中、1650℃で2時間焼成して、焼結体サンプル(以下、「比較例1に係るサンプル」という)を得た。   Furthermore, this molded body was fired at 1650 ° C. for 2 hours in the air to obtain a sintered body sample (hereinafter referred to as “sample according to Comparative Example 1”).

比較例1に係るサンプルをSEMにより観察したところ、焼結体内には、非球状の、いびつに変形した多数の気孔が形成されていることが確認された。気孔の平均直径は、約25μmであった。   When the sample according to Comparative Example 1 was observed by SEM, it was confirmed that a large number of non-spherical and deformed pores were formed in the sintered body. The average diameter of the pores was about 25 μm.

また、比較例1に係るサンプルのX線回折分析の結果、ジルコニアのピークの他に、ムライトのピークが認められ、上記方法により、ムライトが生成していることが確認された。   As a result of the X-ray diffraction analysis of the sample according to Comparative Example 1, in addition to the zirconia peak, a mullite peak was observed, and it was confirmed that mullite was generated by the above method.

比較例1に係るサンプルの気孔率を測定したところ、気孔率は、17.8%程度であった。また、比較例1に係るサンプルの密度は、2.64g/cmであった。When the porosity of the sample according to Comparative Example 1 was measured, the porosity was about 17.8%. Moreover, the density of the sample according to Comparative Example 1 was 2.64 g / cm 3 .

(比較例2)
平均粒径が約1μmのアルミナ(Al)粒子(純度99%以上)80gと、水60gと、少量の有機系分散剤とを混ぜ、ボールミルで半日以上混合した。次に、この混合溶液に平均粒径が60μmのシリカ(SiO)粒子(純度99%以上)を添加し、撹拌装置を用いて、さらに1時間混合した。シリカ粒子は、アルミナ:シリカの重量比が80:20となるように添加した。
(Comparative Example 2)
80 g of alumina (Al 2 O 3 ) particles (purity 99% or more) having an average particle diameter of about 1 μm, 60 g of water, and a small amount of an organic dispersant were mixed and mixed by a ball mill for half a day or more. Next, silica (SiO 2 ) particles (purity 99% or more) having an average particle diameter of 60 μm were added to this mixed solution, and further mixed for 1 hour using a stirrer. The silica particles were added so that the weight ratio of alumina: silica was 80:20.

次に、得られた混合溶液を室温の大気中で乾燥させ、水等を蒸発させ、混合粒子を得た。   Next, the obtained mixed solution was dried in the air at room temperature, water and the like were evaporated, and mixed particles were obtained.

次に、得られた混合粒子をCIP法(冷間静水圧等方プレス法)により加圧成形し、寸法が縦約50mm×横約50mm×厚さ約5mmの成形体を製作した。   Next, the obtained mixed particles were subjected to pressure molding by the CIP method (cold isostatic pressing method) to produce a molded body having dimensions of about 50 mm in length, about 50 mm in width, and about 5 mm in thickness.

さらに、この成形体を大気中、1400℃で6時間焼成して、焼結体サンプル(以下、「比較例2に係るサンプル」という)を得た。なお、この焼成温度は、シリカの融点(1414℃)よりも低いことに留意する必要がある。   Furthermore, this molded body was fired at 1400 ° C. for 6 hours in the atmosphere to obtain a sintered body sample (hereinafter referred to as “sample according to Comparative Example 2”). It should be noted that this firing temperature is lower than the melting point of silica (1414 ° C.).

比較例2に係るサンプルをSEMにより観察したところ、焼結体内には、球状の気孔は確認されなかった。また、気孔の平均直径は、約15μmであった。   When the sample according to Comparative Example 2 was observed by SEM, spherical pores were not confirmed in the sintered body. The average diameter of the pores was about 15 μm.

また、比較例2に係るサンプルのX線回折分析の結果、シリマナイトのピークが認められ、上記方法では、ムライトの代わりに、シリマナイトが生成していることが確認された。   Moreover, as a result of the X-ray diffraction analysis of the sample according to Comparative Example 2, a peak of sillimanite was observed, and in the above method, it was confirmed that sillimanite was generated instead of mullite.

さらに、比較例2に係るサンプルの気孔率を測定したところ、気孔率は、18.9%程度であった。また、比較例2に係るサンプルの密度は、2.58g/cmであった。Furthermore, when the porosity of the sample according to Comparative Example 2 was measured, the porosity was about 18.9%. Further, the density of the sample according to Comparative Example 2 was 2.58 g / cm 3 .

(比較例3)
比較例1と同様の方法により、焼結体のサンプル(以下、「比較例3に係るサンプル」という)を作製した。
(Comparative Example 3)
A sintered body sample (hereinafter referred to as “sample according to Comparative Example 3”) was produced in the same manner as in Comparative Example 1.

ただし、比較例3では、平均粒径が60μmのシリカ(SiO)粒子(純度99%以上)を使用した。また、比較例3では、ジルコニア粒子は、アルミナ(Al)とシリカ(SiO)の総量に対して、15wt%となるように添加した。また、比較例3では、焼成温度を1550℃とし、焼成時間を4時間とした。However, in Comparative Example 3, silica (SiO 2 ) particles (purity 99% or more) having an average particle diameter of 60 μm were used. In Comparative Example 3, the zirconia particles were added so as to be 15 wt% with respect to the total amount of alumina (Al 2 O 3 ) and silica (SiO 2 ). In Comparative Example 3, the firing temperature was 1550 ° C. and the firing time was 4 hours.

比較例3に係るサンプルをSEMにより観察したところ、焼結体内には、図2、3に示した気孔と同様の、ほぼ球状の多数の気孔が形成されていることが確認された。球状気孔の平均直径は、約50μmであった。   When the sample according to Comparative Example 3 was observed by SEM, it was confirmed that a large number of substantially spherical pores similar to the pores shown in FIGS. 2 and 3 were formed in the sintered body. The average diameter of the spherical pores was about 50 μm.

また、比較例3に係るサンプルのX線回折分析の結果、ジルコンとムライトのピークが認められ、上記方法では、ムライトだけではなく、ジルコンも生成していることが確認された。   Moreover, as a result of the X-ray diffraction analysis of the sample according to Comparative Example 3, the peaks of zircon and mullite were recognized, and it was confirmed that not only mullite but also zircon was generated in the above method.

さらに、比較例3に係るサンプルの気孔率および密度を測定したところ、気孔率は、21.3%であり、密度は、2.61g/cmであった。Further, when the porosity and density of the sample according to Comparative Example 3 were measured, the porosity was 21.3% and the density was 2.61 g / cm 3 .

(比較例4)
平均粒径が約0.5μmのアルミナ(Al)粒子(純度99%以上)80gと、水60gと、少量の有機系分散剤とを混ぜ、ボールミルで半日以上混合した。次に、この混合溶液に平均粒径が280μmのシリカ(SiO)粒子(純度99%以上)を添加し、撹拌装置を用いて、さらに1時間混合した。シリカ粒子は、アルミナ:シリカの重量比が80:20となるように添加した。
(Comparative Example 4)
80 g of alumina (Al 2 O 3 ) particles (purity 99% or more) having an average particle size of about 0.5 μm, 60 g of water, and a small amount of an organic dispersant were mixed and mixed for more than half a day with a ball mill. Next, silica (SiO 2 ) particles (purity 99% or more) having an average particle diameter of 280 μm were added to this mixed solution, and further mixed for 1 hour using a stirrer. The silica particles were added so that the weight ratio of alumina: silica was 80:20.

次に、得られた混合溶液を室温の大気中で乾燥させ、水等を蒸発させ、混合粒子を得た。   Next, the obtained mixed solution was dried in the air at room temperature, water and the like were evaporated, and mixed particles were obtained.

次に、得られた混合粒子をCIP法(冷間静水圧等方プレス法)により加圧成形し、寸法が縦約50mm×横約50mm×厚さ約5mmの成形体を製作した。   Next, the obtained mixed particles were subjected to pressure molding by the CIP method (cold isostatic pressing method) to produce a molded body having dimensions of about 50 mm in length, about 50 mm in width, and about 5 mm in thickness.

さらに、この成形体を大気中、1550℃で4時間焼成して、焼結体サンプル(以下、「比較例4に係るサンプル」という)を得た。   Furthermore, this molded body was fired at 1550 ° C. for 4 hours in the air to obtain a sintered body sample (hereinafter referred to as “sample according to Comparative Example 4”).

比較例4に係るサンプルをSEMにより観察したところ、焼結体内には、ほぼ球状の多数の気孔が形成されていることが確認されたが、球状気孔の平均直径は、約250μmであった。   When the sample according to Comparative Example 4 was observed by SEM, it was confirmed that a large number of substantially spherical pores were formed in the sintered body, but the average diameter of the spherical pores was about 250 μm.

また、比較例4に係るサンプルのX線回折分析の結果、アンダリューサイトのピークが認められ、上記方法では、ムライトの代わりに、アンダリューサイトが生成していることが確認された。   Further, as a result of the X-ray diffraction analysis of the sample according to Comparative Example 4, the peak of Anderusite was recognized, and it was confirmed that in the above method, Anderusite was generated instead of mullite.

さらに、比較例4に係るサンプルの気孔率を測定したところ、気孔率は、31.7%程度であった。また、比較例4に係るサンプルの密度は、2.01g/cmであった。Furthermore, when the porosity of the sample according to Comparative Example 4 was measured, the porosity was about 31.7%. Moreover, the density of the sample according to Comparative Example 4 was 2.01 g / cm 3 .

(比較例5)
平均粒径が約5μmのムライト100gと、水60gと、少量の有機系分散剤とを混ぜ、ボールミルで半日以上混合した。さらに、撹拌装置を用いて、この混合溶液をさらに1時間混合した。
(Comparative Example 5)
100 g of mullite having an average particle size of about 5 μm, 60 g of water, and a small amount of an organic dispersant were mixed and mixed by a ball mill for half a day or more. Furthermore, this mixed solution was further mixed for 1 hour using a stirring device.

次に、得られた混合溶液を室温の大気中で乾燥させ、水等を蒸発させ、混合粒子を得た。   Next, the obtained mixed solution was dried in the air at room temperature, water and the like were evaporated, and mixed particles were obtained.

次に、得られた混合粒子をCIP法(冷間静水圧等方プレス法)により加圧成形し、寸法が縦約50mm×横約50mm×厚さ約5mmの成形体を製作した。   Next, the obtained mixed particles were subjected to pressure molding by the CIP method (cold isostatic pressing method) to produce a molded body having dimensions of about 50 mm in length, about 50 mm in width, and about 5 mm in thickness.

さらに、この成形体を大気中、1600℃で8時間焼成して、焼結体サンプル(以下、「比較例5に係るサンプル」という)を得た。   Furthermore, this molded body was fired at 1600 ° C. for 8 hours in the air to obtain a sintered body sample (hereinafter referred to as “sample according to Comparative Example 5”).

比較例5に係るサンプルをSEMにより観察したところ、焼結体内には、球状の気孔は確認されず、気孔の平均直径は、約15μmであった。   When the sample according to Comparative Example 5 was observed by SEM, spherical pores were not confirmed in the sintered body, and the average diameter of the pores was about 15 μm.

また、比較例5に係るサンプルのX線回折分析の結果、ムライトのピークのみが認められた。   Further, as a result of X-ray diffraction analysis of the sample according to Comparative Example 5, only the peak of mullite was observed.

さらに、比較例5に係るサンプルの気孔率を測定したところ、気孔率は、14.2%程度であった。また、比較例5に係るサンプルの密度は、2.66g/cmであった。Furthermore, when the porosity of the sample according to Comparative Example 5 was measured, the porosity was about 14.2%. Moreover, the density of the sample according to Comparative Example 5 was 2.66 g / cm 3 .

(比較例6)
平均粒径が約5μmのムライト100gと、水60gと、造孔剤10gと、少量の有機系分散剤とを混ぜ、ボールミルで半日以上混合した。さらに、撹拌装置を用いて、この混合溶液をさらに1時間混合した。
(Comparative Example 6)
100 g of mullite having an average particle size of about 5 μm, 60 g of water, 10 g of a pore-forming agent, and a small amount of an organic dispersant were mixed and mixed by a ball mill for half a day or more. Furthermore, this mixed solution was further mixed for 1 hour using a stirring device.

次に、得られた混合溶液を室温の大気中で乾燥させ、水等を蒸発させ、混合粒子を得た。   Next, the obtained mixed solution was dried in the air at room temperature, water and the like were evaporated, and mixed particles were obtained.

次に、得られた混合粒子をCIP法(冷間静水圧等方プレス法)により加圧成形し、寸法が縦約50mm×横約50mm×厚さ約5mmの成形体を製作した。   Next, the obtained mixed particles were subjected to pressure molding by the CIP method (cold isostatic pressing method) to produce a molded body having dimensions of about 50 mm in length, about 50 mm in width, and about 5 mm in thickness.

さらに、この成形体を大気中、1600℃で8時間焼成して、焼結体サンプル(以下、「比較例6に係るサンプル」という)を得た。   Further, this molded body was fired at 1600 ° C. for 8 hours in the air to obtain a sintered body sample (hereinafter referred to as “sample according to Comparative Example 6”).

比較例6に係るサンプルをSEMにより観察したところ、焼結体内には、ほぼ球状の多数の気孔が形成されていることが確認された。ただし、球状気孔の平均直径は、約10μmであった。   When the sample according to Comparative Example 6 was observed by SEM, it was confirmed that a large number of substantially spherical pores were formed in the sintered body. However, the average diameter of the spherical pores was about 10 μm.

また、比較例6に係るサンプルのX線回折分析の結果、ムライトのピークのみが認められた。   Further, as a result of X-ray diffraction analysis of the sample according to Comparative Example 6, only the peak of mullite was observed.

さらに、比較例6に係るサンプルの気孔率を測定したところ、気孔率は、45.0%程度であった。また、比較例6に係るサンプルの密度は、1.73g/cmであった。Furthermore, when the porosity of the sample according to Comparative Example 6 was measured, the porosity was about 45.0%. Moreover, the density of the sample according to Comparative Example 6 was 1.73 g / cm 3 .

表2には、比較例1〜比較例6の各サンプルの作製条件、平均気孔径、気孔率および密度をまとめて示した。   In Table 2, the production conditions, average pore diameter, porosity, and density of each sample of Comparative Examples 1 to 6 are collectively shown.

(強度評価)
前述の方法で製作した実施例1〜実施例9、および比較例1〜比較例6に係る各サンプルを用いて、以下の方法で熱衝撃試験を行い、各サンプルの耐熱衝撃性の評価を行った。
(Strength evaluation)
Using each sample according to Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 6 manufactured by the above-described method, a thermal shock test is performed by the following method, and the thermal shock resistance of each sample is evaluated. It was.

まず、各サンプルを約3mm×約4mm×約40mmの寸法の棒状に切り出し、試験片を作製した。この試験片を用いて4点曲げ試験を行い、各サンプルの初期強度Xを測定した。4点曲げ試験は、日本工業規格JISR1601(ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法)に基づき実施した。下部の2つの支点の間の距離L1は、30mmとし、各支点は、試験片の長手方向の中心から、長手方向の外側に向かって15mmの位置に設けた。また、上部の2つの荷重点の間の距離L2は、10mmとし、各荷重点は、試験片の長手方向の中心から、長手方向の外側に向かって5mmの位置に設けた。この状態で、2つの荷重点に荷重をくわえ、試験片が破壊するときの荷重を初期強度Xとした。   First, each sample was cut into a bar shape having a size of about 3 mm × about 4 mm × about 40 mm to prepare a test piece. A four-point bending test was performed using this test piece, and the initial strength X of each sample was measured. The 4-point bending test was performed based on Japanese Industrial Standard JISR1601 (room temperature bending strength test method for fine ceramics). The distance L1 between the two lower fulcrums was 30 mm, and each fulcrum was provided at a position 15 mm from the center in the longitudinal direction of the test piece toward the outside in the longitudinal direction. The distance L2 between the upper two load points was 10 mm, and each load point was provided at a position 5 mm from the center in the longitudinal direction of the test piece toward the outside in the longitudinal direction. In this state, the load was added to the two load points, and the load when the test piece was broken was defined as the initial strength X.

次に、前述の寸法に切り出した試験片を電気炉に入れて、大気中で425℃まで加熱した。次に、加熱された試験片を水温が25℃の水中に投下した(従って、温度差ΔT=400℃)。その後、室温まで冷却された試験片を用いて、再度4点曲げ試験を行った。これにより、熱衝撃後の強度Yを測定した。   Next, the test piece cut out to the above-mentioned dimensions was put in an electric furnace and heated to 425 ° C. in the atmosphere. Next, the heated test piece was dropped into water having a water temperature of 25 ° C. (thus, temperature difference ΔT = 400 ° C.). Thereafter, a four-point bending test was performed again using the test piece cooled to room temperature. Thereby, the strength Y after thermal shock was measured.

各サンプルの初期強度Xに対する熱衝撃後の強度Yの比(すなわちY/X)を求め、この値を「残存率」とした。この「残存率」は、各サンプルの耐熱衝撃性の指標として使用することができ、1に近いほど、そのサンプルは、良好な耐熱衝撃性を有するといえる。   The ratio of the strength Y after thermal shock to the initial strength X of each sample (that is, Y / X) was determined, and this value was defined as the “residual rate”. This “residual rate” can be used as an index of the thermal shock resistance of each sample. The closer to 1, the better the thermal shock resistance of the sample.

前述の表1には、実施例1〜実施例9の各サンプルにおいて得られた初期強度X、熱衝撃後の強度Y、および残存率Y/Xの値を示す。また、図4および図5には、それぞれ、各実施例に係るサンプルの初期強度Xおよび残存率Y/Xをグラフ化した図を示す。   Table 1 above shows the values of the initial strength X, the strength Y after thermal shock, and the residual rate Y / X obtained in each sample of Examples 1 to 9. 4 and 5 are graphs showing the initial intensity X and the residual ratio Y / X of the samples according to the respective examples.

従来のような有機物系の造孔剤を用いて気孔率が20%〜30%程度のムライト焼結体を製作した場合、その初期強度Xおよび残存率Y/Xは、それぞれ、約30MPaおよび約0.6程度であると予想される。   When a mullite sintered body having a porosity of about 20% to 30% is manufactured using a conventional organic pore former, its initial strength X and residual rate Y / X are about 30 MPa and about 30 MPa, respectively. It is expected to be about 0.6.

これに対して、図4および図5に示すように、実施例1〜9に係るサンプルでは、初期強度が30MPaを超え、残存率Y/Xは、最小でも0.6を超えることがわかった。特に、実施例7に係るサンプルでは、初期強度が70MPaを超えることがわかった。また、実施例1に係るサンプルでは、残存率Y/Xがほぼ1となっており、極めて良好な耐熱衝撃性を有することがわかった。   On the other hand, as shown in FIGS. 4 and 5, in the samples according to Examples 1 to 9, it was found that the initial strength exceeded 30 MPa and the residual rate Y / X exceeded 0.6 at the minimum. . In particular, the sample according to Example 7 was found to have an initial strength exceeding 70 MPa. Moreover, in the sample which concerns on Example 1, residual ratio Y / X was set to about 1, and it turned out that it has the very favorable thermal shock resistance.

図6には、実施例1〜実施例9の各サンプルの熱衝撃試験前後の強度について得られたワイブルプロットを示す。この結果から、各サンプルの初期強度および熱衝撃試験後の強度のバラツキは、少なく、強度が安定していることがわかる。   In FIG. 6, the Weibull plot obtained about the intensity | strength before and behind the thermal shock test of each sample of Example 1- Example 9 is shown. From this result, it can be seen that the initial strength of each sample and the strength variation after the thermal shock test are small and the strength is stable.

なお、実験の範囲内では、サンプルの初期強度および耐熱衝撃性に及ぼすジルコニアの添加量の影響は、顕著ではなかった。また、ジルコニア中に含まれるイットリアの量の影響も顕著ではなかった。   In addition, within the range of experiment, the influence of the addition amount of zirconia on the initial strength and thermal shock resistance of the sample was not remarkable. Further, the influence of the amount of yttria contained in zirconia was not significant.

このように、本発明による方法で製作された多孔質セラミックス焼結体は、良好な初期強度を有するとともに、優れた耐熱衝撃性を有することが確認された。   Thus, it was confirmed that the porous ceramic sintered body manufactured by the method according to the present invention has a good initial strength and an excellent thermal shock resistance.

前述の表2には、比較例1〜比較例6の各サンプルにおいて得られた初期強度X、熱衝撃後の強度Y、および残存率Y/Xの値を示す。   Table 2 above shows the values of the initial strength X, the strength Y after thermal shock, and the residual rate Y / X obtained in the samples of Comparative Examples 1 to 6.

この結果から、比較例2、比較例4、および比較例6では、サンプルの初期強度Xが30MPaを下回っていることがわかる。また、比較例1〜比較例4、および比較例5〜比較例6では、残存率Y/Xが0.6未満となっており、これらのサンプルは、本発明による方法で作製された多孔質セラミックス焼結体と比較して、耐熱衝撃性が劣ることがわかった。   From this result, it can be seen that in Comparative Example 2, Comparative Example 4, and Comparative Example 6, the initial strength X of the sample is below 30 MPa. Further, in Comparative Examples 1 to 4 and Comparative Examples 5 to 6, the residual ratio Y / X is less than 0.6, and these samples are porous materials produced by the method according to the present invention. It was found that the thermal shock resistance was inferior compared with the ceramic sintered body.

本発明は、セラミックスセッターまたはセラミックスフィルター等に適用することができる。   The present invention can be applied to a ceramic setter or a ceramic filter.

なお、本願は、2009年12月8日に出願した日本国特許出願2009−278647号に基づく優先権を主張するものであり、同日本国出願の全内容を本願の参照として援用する。   In addition, this application claims the priority based on the Japan patent application 2009-278647 for which it applied on December 8, 2009, and uses all the content of the Japan application as reference of this application.

Claims (10)

多孔質ムライト−ジルコニア焼結体を製造する方法であって、
前記ジルコニアは、その他の原料粒子の総量に対して、1wt%〜10wt%の範囲で含まれており、
(a) シリカを含む化合物を有する第1の原料粒子、ならびに該第1の原料粒子よりも融点が高く、アルミナおよびジルコニアを含む第2の原料粒子を混合して、混合粒子を調製するステップであって、前記混合粒子は、造孔剤を含まないステップと、
(b) 前記混合粒子を成形して、成形体を形成するステップと、
(c) 前記成形体を焼成して、多孔質セラミックス焼結体を形成するステップであって、前記成形体は、前記第1の原料粒子の融点よりも高く、前記第2の原料粒子の融点よりも低い温度で焼成され、これにより、前記第1の原料粒子および前記第2の原料粒子の少なくとも一部が反応して、複合酸化物が生じるとともに、実質的に球状の気孔が得られるステップと、
を有することを特徴とする方法。
A method for producing a porous mullite-zirconia sintered body,
The zirconia is included in the range of 1 wt% to 10 wt% with respect to the total amount of other raw material particles,
(A) a step of preparing mixed particles by mixing first raw material particles having a compound containing silica, and second raw material particles having a melting point higher than that of the first raw material particles and containing alumina and zirconia; The mixed particles do not contain a pore-forming agent;
(B) molding the mixed particles to form a molded body;
(C) firing the molded body to form a porous ceramic sintered body, the molded body being higher than the melting point of the first raw material particles, and the melting point of the second raw material particles Firing at a lower temperature, whereby at least a part of the first raw material particles and the second raw material particles react to produce a composite oxide, and a substantially spherical pore is obtained. When,
A method characterized by comprising:
前記球状の気孔は、50μm〜100μmの範囲の平均気孔径を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the spherical pores have an average pore diameter in the range of 50 μm to 100 μm. 前記第1の原料粒子は、50μm〜100μmの範囲の平均粒径を有することを特徴とする請求項1または2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the first raw material particles have an average particle diameter in the range of 50 µm to 100 µm. 前記第2の原料粒子の平均粒径r2に対する前記第1の原料粒子の平均粒径r1の比r1/r2は、0.1〜500の範囲であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の方法。   The ratio r1 / r2 of the average particle diameter r1 of the first raw material particles to the average particle diameter r2 of the second raw material particles is in the range of 0.1 to 500. The method according to any one of the above. 前記複合酸化物は、ムライトを含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the complex oxide includes mullite. 前記ステップ(a)において、さらに、前記第1の原料粒子よりも融点の高い第3の原料粒子が混合されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 5, wherein in the step (a), third raw material particles having a melting point higher than that of the first raw material particles are further mixed. 前記第3の原料粒子は、マグネシア(MgO)を含み、
前記複合酸化物は、コージェライトを含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。
The third raw material particles include magnesia (MgO),
The method according to claim 6, wherein the composite oxide includes cordierite.
前記ステップ(c)の焼成温度は、1550℃〜1650℃の範囲であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一つに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the firing temperature in the step (c) is in the range of 1550 ° C to 1650 ° C. 前記多孔質セラミックス焼結体の気孔率は、20%〜30%の範囲であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一つに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the porosity of the porous ceramic sintered body is in a range of 20% to 30%. 多孔質ムライト−ジルコニア焼結体であって、
前記ジルコニアは、その他の原料の総量に対して、1wt%〜10wt%の範囲で含まれており、
平均気孔径が50μm〜100μmの実質的に球状の気孔を複数有し、
当該多孔質ムライト−ジルコニア焼結体の気孔率は、20%〜30%の範囲であり、
多孔質ムライト−ジルコニア焼結体の4点曲げ試験における初期強度をXとし、多孔質ムライト−ジルコニア焼結体に対して、温度差(ΔT)400℃以上の熱衝撃を与えた後の多孔質ムライト−ジルコニア焼結体の4点曲げ試験における強度をYとしたとき、
初期強度Xは、30MPaを超え、
比Y/Xは、0.6を超えることを特徴とする多孔質ムライト−ジルコニア焼結体。
A porous mullite-zirconia sintered body,
The zirconia is included in the range of 1 wt% to 10 wt% with respect to the total amount of other raw materials,
The average pore diameter is more than have a substantially pores of spherical 50 .mu.m to 100 .mu.m,
The porosity of the porous mullite-zirconia sintered body is in the range of 20% to 30%,
The initial strength in a four-point bending test of a porous mullite-zirconia sintered body is X, and the porous mullite-zirconia sintered body is subjected to a thermal shock with a temperature difference (ΔT) of 400 ° C. or more. When the strength in the four-point bending test of the mullite-zirconia sintered body is Y,
The initial strength X exceeds 30 MPa,
A porous mullite-zirconia sintered body characterized in that the ratio Y / X exceeds 0.6 .
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