JP6695712B2 - Fiber reinforced porous body - Google Patents
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Description
本発明は、多孔質基材を繊維状物質で強化した繊維強化多孔体に関する。 The present invention relates to a fiber-reinforced porous body obtained by reinforcing a porous substrate with a fibrous substance.
セラミックス製の多孔体は、耐熱性や対薬品性、吸音性等の機能に優れており、耐火部材や断熱材、触媒担持部材、吸音部材等の様々な用途で使用されている。また、連通気孔を有する場合には流体を通過させるので、気体や液体等のフィルター部材としても利用される。 BACKGROUND ART Ceramics porous bodies are excellent in functions such as heat resistance, chemical resistance, and sound absorbing properties, and are used in various applications such as fire resistant members, heat insulating materials, catalyst supporting members, and sound absorbing members. Further, when it has a continuous vent hole, it allows a fluid to pass therethrough, so that it can also be used as a filter member for gas or liquid.
但し、多孔体の気孔率が高い場合には機械的強度が低いという問題があるので、従来から、多孔体を繊維状物質で強化した繊維強化多孔体が知られている(特許文献1,2)。例えば、特許文献1には、多孔質ケイ素の周辺にケイ素を反応助剤として配置し、窒素ガス雰囲気中で加熱することによって、窒化ケイ素ウィスカーを多孔質ケイ素の気孔内に形成する方法が記載されている。また、特許文献2には、窒化ケイ素又はアルミナ−シリカで形成された骨格構造体の空隙中に、アルミナ−シリカのファイバー又はウィスカーを充填して焼結する方法が記載されている。 However, when the porosity of the porous body is high, there is a problem that the mechanical strength is low. Therefore, conventionally, a fiber-reinforced porous body in which the porous body is reinforced with a fibrous substance is known (Patent Documents 1 and 2). ). For example, Patent Document 1 describes a method of forming silicon nitride whiskers in the pores of porous silicon by disposing silicon as a reaction aid around porous silicon and heating in a nitrogen gas atmosphere. ing. Further, Patent Document 2 describes a method of filling alumina-silica fibers or whiskers in the voids of a skeleton structure formed of silicon nitride or alumina-silica and sintering the same.
しかしながら、上述した従来技術では、ウィスカーやファイバーで気孔を充填することによって多孔質基材を補強しているので、連通気孔の機能を利用した用途には適切でないという問題がある。また、ウィスカーやファイバーが細い場合には十分な補強効果が得られないという問題がある。 However, in the above-mentioned conventional technique, since the porous substrate is reinforced by filling the pores with whiskers or fibers, there is a problem that it is not suitable for applications utilizing the function of the continuous ventilation hole. Further, when the whiskers and the fibers are thin, there is a problem that a sufficient reinforcing effect cannot be obtained.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve the above problems, and can be implemented as the following modes.
(1)本発明の一形態によれば、連通する多数の気孔を有する酸化物製の多孔質基材と、前記多孔質基材を補強する繊維状物質とを有する繊維強化多孔体が提供される。この繊維強化多孔体は、前記繊維強化多孔体の気孔率が32%以上96%以下であり、前記繊維状物質は、前記多孔質基材の気孔を充填すること無く前記気孔の壁面に層状に密着した繊維強化層として形成されており、前記繊維強化層は、前記繊維状物質を前記気孔の壁面に接合する接合相を含み、前記接合相は、Si、P、B、Li、Na、K、Mg、Ca、Ba、Sr、Zn、Al、Ni、Coの内の少なくとも2つ元素の酸化物を含むことを特徴とする。
この繊維強化多孔体は、気孔率が36%以上96%以下なので、比較的高い機械的強度を確保することができる。また、繊維状物質が気孔の壁面に層状に堆積した繊維強化層として形成されているので、多孔質基材の気孔を充填すること無く多孔体の機械的強度を高めることができる。また、接合相によって繊維状物質を多孔質基材の気孔の壁面に強固に密着させることができるので、機械的強度を高めることができる。
(1) According to one aspect of the present invention, there is provided a fiber-reinforced porous body having an oxide porous base material having a large number of communicating pores and a fibrous substance that reinforces the porous base material. It In this fiber-reinforced porous body, the porosity of the fiber-reinforced porous body is 32% or more and 96% or less, and the fibrous substance is layered on the wall surface of the pores without filling the pores of the porous substrate. The fiber-reinforced layer is formed as a closely adhered fiber-reinforced layer, and the fiber-reinforced layer includes a bonding phase for bonding the fibrous substance to the wall surface of the pores, and the bonding phase is Si, P, B, Li, Na, K. , Mg, Ca, Ba, Sr, Zn, Al, Ni, Co, and at least two elements are included .
Since this fiber-reinforced porous body has a porosity of 36% or more and 96% or less, a relatively high mechanical strength can be secured. In addition, since the fibrous substance is formed as a fiber-reinforced layer deposited on the wall surface of the pores in layers, the mechanical strength of the porous body can be increased without filling the pores of the porous substrate. Moreover, since the fibrous substance can be firmly adhered to the wall surface of the pores of the porous substrate by the bonding phase, the mechanical strength can be increased.
(2)本発明の他の形態によれば、連通する多数の気孔を有する酸化物製の多孔質基材と、前記多孔質基材を補強する繊維状物質とを有する繊維強化多孔体が提供される。この繊維強化多孔体は、前記繊維強化多孔体の気孔率が32%以上96%以下であり、前記繊維状物質は、前記多孔質基材の気孔を充填すること無く前記気孔の壁面に層状に密着した繊維強化層として形成されており、前記繊維強化多孔体の表面に存在する表層部分における前記繊維状物質の含有量が、前記表層部分の下に存在する前記繊維強化多孔体の本体部分における前記繊維状物質の含有量よりも多いことを特徴とする。
この繊維強化多孔体は、気孔率が36%以上96%以下なので、比較的高い機械的強度を確保することができる。また、繊維状物質が気孔の壁面に層状に堆積した繊維強化層として形成されているので、多孔質基材の気孔を充填すること無く多孔体の機械的強度を高めることができる。また、繊維強化多孔体の表層部分における繊維状物質の含有量を本体部分よりも多くすることによって、耐衝撃性などの機械的強度を高めることができる。また、本体部分の一部が破損した場合でも繊維強化多孔体全体の形状を維持することが可能となる。
(2) According to another aspect of the present invention, there is provided a fiber-reinforced porous body having an oxide porous base material having a large number of communicating pores and a fibrous substance that reinforces the porous base material. To be done. In this fiber-reinforced porous body, the porosity of the fiber-reinforced porous body is 32% or more and 96% or less, and the fibrous substance is layered on the wall surface of the pores without filling the pores of the porous substrate. It is formed as a closely adhered fiber reinforced layer, the content of the fibrous substance in the surface layer portion existing on the surface of the fiber reinforced porous body, in the main body portion of the fiber reinforced porous body existing below the surface layer portion. It is characterized in that the content is higher than the content of the fibrous substance.
Since this fiber-reinforced porous body has a porosity of 36% or more and 96% or less, a relatively high mechanical strength can be secured. In addition, since the fibrous substance is formed as a fiber-reinforced layer deposited on the wall surface of the pores in layers, the mechanical strength of the porous body can be increased without filling the pores of the porous substrate. In addition, mechanical strength such as impact resistance can be increased by increasing the content of the fibrous substance in the surface layer portion of the fiber-reinforced porous body as compared with the main body portion. Further, even if a part of the main body portion is damaged, it is possible to maintain the shape of the entire fiber-reinforced porous body.
(3)上記繊維強化多孔体において、前記繊維状物質の平均繊維径が2μm以上30μm以下で、平均繊維長が450μmであるものとしてもよい。
この構成によれば、平均繊維径が2μm以上30μm以下で、平均繊維長が450μmである短繊維で多孔質基材を補強するので、気孔を充填することなく気孔の壁面に繊維強化層を容易に形成することができる。
(3) In the fiber-reinforced porous body, the fibrous substance may have an average fiber diameter of 2 μm or more and 30 μm or less and an average fiber length of 450 μm.
According to this structure, since the porous base material is reinforced by the short fibers having an average fiber diameter of 2 μm or more and 30 μm or less and an average fiber length of 450 μm, it is easy to form the fiber-reinforced layer on the wall surface of the pores without filling the pores. Can be formed.
(4)上記繊維強化多孔体において、前記繊維強化多孔体の表面に存在する表層部分における前記繊維状物質の含有量が、前記表層部分の下に存在する前記繊維強化多孔体の本体部分における前記繊維状物質の含有量よりも多いものとしてもよい。
この構成によれば、繊維強化多孔体の表層部分における繊維状物質の含有量を本体部分よりも多くすることによって、耐衝撃性などの機械的強度を高めることができる。また、本体部分の一部が破損した場合でも繊維強化多孔体全体の形状を維持することが可能となる。
(4) In the fiber-reinforced porous body, the content of the fibrous substance in the surface layer portion existing on the surface of the fiber-reinforced porous body is the main body portion of the fiber-reinforced porous body existing below the surface layer portion. It may be higher than the content of the fibrous substance.
According to this configuration, the content of the fibrous substance in the surface layer portion of the fiber-reinforced porous body is made larger than that in the main body portion, whereby mechanical strength such as impact resistance can be enhanced. Further, even if a part of the main body portion is damaged, it is possible to maintain the shape of the entire fiber-reinforced porous body.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、繊維強化多孔体を用いた吸音材やフィルター等の装置、及び、それらの作製方法等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various modes. For example, it can be realized in the form of a device such as a sound absorbing material or a filter using a fiber reinforced porous body, and a method for producing them.
図1(A)は、本発明の第1実施形態としての繊維強化多孔体の模式的な平面図であり、図1(B)はそのB−B断面図である。繊維強化多孔体100は、連通する多数の気孔114を有する多孔質基材110を有している。図1では、図示の便宜上、気孔114は互いに連通する様子は描かれていないが、実際には多数の気孔114は互いに連通しており、任意の方向に流体(気体や液体)を通過可能に形成されている。また、図1では、実際の寸法とは異なる寸法で個々の部材が描かれており、気孔114のサイズが大きく誇張されて描かれている。本明細書において、多孔質基材110の気孔114以外の部分を「多孔体の骨格」とも呼ぶ。
FIG. 1 (A) is a schematic plan view of a fiber-reinforced porous body as a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 (B) is a BB sectional view thereof. The fiber-reinforced
図1(C)は、多孔質基材110の断面の一部を拡大した模式図である。多孔質基材110の気孔114の壁面(すなわち、多孔体の骨格表面)には、多孔質基材110を補強する繊維強化層120が層状に密着している。この繊維強化層120は、多数の繊維状物質122を含む層である。繊維状物質122は、例えば、ガラス相などの接合相124で気孔114の壁面に接合される。この場合に、繊維強化層120は、繊維状物質122と接合相124とを混合した層となる。或いは、接合相124を用いることなく、繊維状物質122を焼成によって気孔114の壁面に密着させてもよい。焼成を利用して密着させる場合に、繊維状物質122と多孔質基材110の材質が異なる場合には、焼成により繊維強化層120と多孔質基材110の界面に両者の反応相が形成される。一方、繊維状物質122と多孔質基材110の材質が同じ場合には、焼成により繊維強化層120と多孔質基材110が焼結して互いに接合する。
FIG. 1C is an enlarged schematic view of a part of the cross section of the
なお、繊維強化層120を構成する繊維状物質122は、気孔114を充填しないことが好ましい。本明細書において、繊維状物質122が「気孔114を充填する」という語句は、繊維状物質122が気孔114の中央を横切るように配置されていることを意味する。一方、繊維状物質122が「気孔114を充填しない」という語句は、繊維状物質122が気孔114の中央を横切ること無く、その壁面に層状に配置されていることを意味する。本実施形態では、繊維状物質122が気孔114を充填していないので、気孔114の機能(フィルター機能や消音機能)を損なうことを抑制できるという利点がある。
The
多孔質基材110の素材としては、例えば、アルミナ(Al2O3)や、シリカ(SiO2)、コージェライト、ムライト、又は、それらの混合物等の種々の酸化物を利用することが可能である。これらの素材に、連通する多数の気孔114を形成する方法は後述する。
As the material of the
繊維強化多孔体100の気孔率は、32%以上96%以下とすることが好ましい。この気孔率の範囲を採用すれば、連通する気孔114の機能を損なうことなく、比較的高い機械的強度を確保することができる。繊維強化層120を含まない多孔質基材110の気孔率は、繊維強化多孔体100の気孔率よりも大きく、その差は、例えば1%以上3%以下とすることが好ましい。
The porosity of the fiber-reinforced
繊維状物質122としては、例えば、セラミックファイバーや、ガラスファイバー、ロックウールなどを利用可能であり、酸化物製の繊維を利用することが好ましい。セラミックファイバーとしては、アルミナ(Al2O3)を主成分とするアルミナファイバーや、シリカ(SiO2)を主成分とするシリカファイバー、チタニア(TiO2)を主成分とするチタニアファイバー、ジルコニア(ZrO2)を主成分とするジルコニアファイバー、アルミナとシリカを主成分とするアルミナ/シリカファイバー、アルミナとジルコニアを主成分とするアルミナ/ジルコニアファイバー、アルミナとガラスを主成分とするアルミナ/ガラスファイバーなどを利用可能である。 As the fibrous substance 122, for example, ceramic fiber, glass fiber, rock wool, or the like can be used, and it is preferable to use oxide fiber. As the ceramic fibers, alumina fibers containing alumina (Al 2 O 3 ) as a main component, silica fibers containing silica (SiO 2 ) as a main component, titania fibers containing titania (TiO 2 ) as a main component, and zirconia (ZrO 2 ). 2 ) zirconia fiber as main component, alumina / silica fiber as main component of alumina and silica, alumina / zirconia fiber as main component of alumina and zirconia, alumina / glass fiber as main component of alumina and glass, etc. It is available.
繊維状物質122の寸法に関しては、平均繊維径が2μm以上30μm以下で、平均繊維長が450μm以下である短繊維を使用することが好ましい。このような短繊維で多孔質基材110を補強すれば、気孔114を充填することなく気孔114の壁面に繊維強化層120を容易に密着させることができる。なお、平均繊維径が2μm未満の場合には、繊維が細すぎて補強効果が十分得られない可能性がある。また、平均繊維径が30μmを超える場合には、繊維状物質122の密着状態が低下する傾向にあるので、十分な補強効果が得られない可能性がある。また、平均繊維長が450μmを超えると、繊維同士が絡んでしまい、十分な補強効果が十分得られない可能性がある。一方、繊維長が過度に短くても十分な補強効果を得られない可能性があるので、平均繊維長は80μm以上とすることが更に好ましい。
Regarding the dimensions of the fibrous substance 122, it is preferable to use short fibers having an average fiber diameter of 2 μm or more and 30 μm or less and an average fiber length of 450 μm or less. By reinforcing the
繊維強化層120が接合相124を含む場合には、その接合相124の材質として、Si、P、B、Li、Na、K、Mg、Ca、Ba、Sr、Zn、Al、Ni、Coの内の少なくとも2つ元素の酸化物を含むものを利用可能である。このような接合相124(酸化物相)の代表的な材質は、ガラスである。利用可能なガラスの代表例は、ホウケイ酸ガラスなどのケイ酸塩ガラスである。なお、本明細書において「ガラス」という語句は、その一部が結晶化している結晶化ガラスも含む広い意味で使用される。このような接合相124を用いて繊維状物質122を気孔114の壁面に密着させるようにすれば、繊維状物質122の密着性が向上し、また、繊維量を増やすことが容易なので、繊維強化層120の補強効果を更に向上させることができる。
When the fiber-reinforced
上述した第1実施形態の繊維強化多孔体100は、気孔率が32%以上96%以下であり、また、繊維状物質122が気孔114の壁面に層状に密着した繊維強化層120として形成されているので、連通する気孔114の機能を損なうこと無く、多孔体の機械的強度を高めることができる。
In the fiber-reinforced
なお、繊維強化多孔体100は、例えば、高温・高圧の気体が流れるダクト用の吸音材や、内燃機関の排ガスのマフラー用の吸音材、排ガス処理用の触媒フィルター材、水処理用のフィルター材等の部材として利用可能である。
The fiber-reinforced
図2は、本発明の第2実施形態としての繊維強化多孔体100aを示す説明図である。第1実施形態との違いは、図2(B)に示すように、繊維強化多孔体100aが、繊維状物質122がリッチな表層部分101と、表層部分101の下に存在する本体部分102とを有している点であり、他の構成は第1実施形態の繊維強化多孔体100と同じである。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a fiber-reinforced
図2(C)は、繊維強化多孔体100aの本体部分102を一部拡大した模式図であり、図2(D)は、繊維強化多孔体100aの表層部分101を一部拡大した模式図である。本体部分102は、第1実施形態の図1(C)と同じ構成を有している。表層部分101は、本体部分102に比べて繊維強化層120の厚みが大きい。換言すれば、表層部分101は、本体部分102よりも単位重量当たりの繊維状物質122の含有量が多い。但し、表層部分101においても、気孔114同士が連通している状態は維持されている。このような構成を採用すれば、連通する気孔114の機能を損なうこと無く、繊維強化多孔体100aの耐衝撃性などの機械的強度を更に高めることができる。また、本体部分102の一部が破損した場合でも繊維強化多孔体100a全体の形状を維持することが可能となる。表層部分101の厚みは、例えば0.3mm以上1mm以下の範囲とすることが好ましい。
FIG. 2C is a partially enlarged schematic view of the
図3は、繊維強化多孔体の製造方法の一例を示すフローチャートである。工程T110では、多孔質基材110の原料であるスラリー(セラミックススラリー)を調整する。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a fiber-reinforced porous body. In step T110, the slurry (ceramics slurry) that is the raw material of the
工程T120では、工程T110で調整したスラリーを用いて、多孔質基材110の未焼成成形体を作製する。この成形方法としては、例えば以下のような方法を採用可能である。
In step T120, an unfired molded body of
<成形方法1>
まず、互いに連通する多数の気孔を有するポリウレタンフォームを準備し、このポリウレタンフォームに、工程T110で調整したスラリーを含浸させる。次に、余分なスラリーを除去し、スラリーを含浸させたポリウレタンフォームを乾燥させる。この結果、多孔性のポリウレタンフォームにセラミックス未焼成部材が含浸した成形体が得られる。
<Molding method 1>
First, a polyurethane foam having a large number of pores communicating with each other is prepared, and the polyurethane foam is impregnated with the slurry prepared in step T110. Next, the excess slurry is removed, and the polyurethane foam impregnated with the slurry is dried. As a result, a molded body is obtained in which porous polyurethane foam is impregnated with the unfired ceramics member.
<成形方法2>
まず、多孔質基材110の外形とほぼ同じ収容サイズを有する容器に、工程T110で調整したスラリーを入れる。次に、焼成により消失する多数の粒状造孔材(樹脂ボールやカーボン等)を投入し、スラリーを乾燥させる。この結果、多数の粒状造孔材を含むセラミックス未焼成部材の成形体が得られる。
<Molding method 2>
First, the slurry prepared in step T110 is put into a container having a substantially same size as the outer shape of the
工程T130では、工程T120で得た成形体を焼成することによって、多孔質基材110を得る。この焼成は、多孔質基材110の材質に応じた温度(例えば900℃以上1600℃以下の温度)で実行される。
In step T130, the
工程T140では、多孔質基材110の気孔114の壁面に、繊維状物質122を密着させることによって、繊維強化層120を形成する。この密着方法としては、例えば以下のような方法を採用可能である。
In step T140, the fibrous substance 122 is brought into close contact with the wall surface of the
<密着方法1:接合相124を用いる場合>
まず、接合相124の原料(例えばガラス原料)と繊維状物質122の混合物のスラリーを準備する。次に、スラリー内に多孔質基材110をディップさせた後に乾燥させる工程を、必要に応じて複数回繰り返すことによって、多孔質基材110の気孔114の壁面にスラリーを付着させる。そして、スラリーが付着した多孔質基材110を、接合相124の材質に適した焼成温度(例えば850℃以上1050℃以下の温度)で焼成する。
<Adhesion method 1: When using the bonding phase 124>
First, a slurry of a mixture of the raw material (for example, glass raw material) of the bonding phase 124 and the fibrous substance 122 is prepared. Next, the step of dipping the
<密着方法2:接合相124を用いない場合>
まず、多孔質基材110の原料と繊維状物質122の混合物のスラリーを準備する。次に、スラリー内に多孔質基材110をディップさせた後に乾燥させる工程を、必要に応じて複数回繰り返すことによって、多孔質基材110の気孔114の壁面にスラリーを付着させる。そして、スラリーが付着した多孔質基材110を、多孔質基材110の材質に適した焼成温度(例えば900℃以上1600℃以下の温度)で焼成する。
<Adhesion method 2: When the bonding phase 124 is not used>
First, a slurry of a mixture of the raw material of the
以上の工程T110〜T140によって、多孔質基材110の気孔114の壁面に繊維強化層120が密着した繊維強化多孔体100(図1)が得られる。
Through the above steps T110 to T140, the fiber-reinforced porous body 100 (FIG. 1) in which the fiber-reinforced
次の工程T150では、必要に応じて、繊維強化多孔体100の表面に繊維リッチな表層部分101(図2)を形成する。この工程T150では、表層部分101に対して上述した工程T140と同様な工程を実行することによって、表層部分101における繊維強化層120の厚みを増大させる。この結果、図2で示したように、表層部分101における繊維状物質122の含有量が、本体部分102における繊維状物質122の含有量よりも多い繊維強化多孔体100aが得られる。なお、繊維リッチな表層部分101を設けない場合には、工程T150は不要である。工程T150を実行する場合には、工程T140で行う焼成を省略し、工程T150において繊維強化層120の密着のための焼成を行うようにしてもよい。
In the next step T150, a fiber-rich surface layer portion 101 (FIG. 2) is formed on the surface of the fiber-reinforced
図4は、繊維強化多孔体の強度に関する実験結果を示す図である。サンプルS01〜S25は実施例のサンプルであり、サンプル番号に*が付されたサンプルS31〜S35は比較例のサンプルである。実施例のサンプルS01〜S25は、上述した図3の手順に従ってそれぞれ作製した。但し、サンプルS01〜S07では、接合相124を用いずに、焼結により繊維状物質122を多孔質基材110に密着させた。一方、サンプルS08〜S25では、接合相124を用いて繊維状物質122を多孔質基材110に密着させた。また、サンプルS19〜S25では、繊維リッチな表層部分101(図2)を形成した。
FIG. 4 is a diagram showing experimental results regarding the strength of the fiber-reinforced porous body. Samples S01 to S25 are samples of the example, and samples S31 to S35 with * added to the sample number are samples of the comparative example. The samples S01 to S25 of the example were manufactured according to the procedure of FIG. 3 described above. However, in Samples S01 to S07, the fibrous substance 122 was brought into close contact with the
比較例のサンプルS31〜S35のうち、サンプルS31,S32は連通する気孔114を有しており、サンプルS33,S34は連通する気孔114を有さない。サンプルS31,S33は、図3の工程T110〜T130の手順に従って作製したが、繊維強化層120を形成しなかった。また、サンプルS32,S34では、図3の手順に従って作製し、繊維強化層120も形成した。
Among the samples S31 to S35 of the comparative example, the samples S31 and S32 have the communicating
各サンプルの仕様や特性は、以下のように測定した。
<気孔率の測定>
気孔率(体積%)は、水銀圧入法で測定した。
<平均繊維径の測定>
各サンプルの骨格表面のSEM写真を撮影し、250μm×250μm×3視野で観察される繊維の太さの平均値を平均繊維径とした。
<平均繊維長の測定>
各サンプルの一部を切り出し、250μm×250μm×10視野の断面観察をおこなった。視野としては、繊維強化層120の占有面積が視野全体の30%以上となるものを選択した。そして、視野内で観察可能な繊維(断面なので部分的に切断されているものも含む)の長さの平均値を画像解析ソフトウェアを用いて算出した。
<接合相124の含有元素の同定>
各サンプルの一部を切り出し、研磨したものをEPMAで分析することによって、接合相124の含有元素を同定した。
<圧縮強度の測定>
圧縮強度は、JIS 1681(ファインセラミックス多孔体の球圧子押し込み試験法)に従って測定した。なお、いくつかのサンプルの気孔率は、JIS 1681で対象としている多孔体の気孔率(30%〜60%)の範囲外にあるが、試験方法としてはJIS 1681と同じである。
The specifications and characteristics of each sample were measured as follows.
<Measurement of porosity>
The porosity (volume%) was measured by the mercury penetration method.
<Measurement of average fiber diameter>
An SEM photograph of the skeleton surface of each sample was taken, and the average value of the fiber thickness observed in 250 μm × 250 μm × 3 visual fields was taken as the average fiber diameter.
<Measurement of average fiber length>
A part of each sample was cut out, and a cross section of 250 μm × 250 μm × 10 fields of view was observed. The field of view was selected such that the area occupied by the fiber-reinforced
<Identification of elements contained in the bonding phase 124>
A part of each sample was cut out, and the polished one was analyzed by EPMA to identify the contained element of the bonding phase 124.
<Measurement of compressive strength>
The compressive strength was measured according to JIS 1681 (ball indenter indentation test method for fine ceramics porous body). The porosity of some samples is outside the range of the porosity (30% to 60%) of the porous body targeted by JIS 1681, but the test method is the same as JIS 1681.
実施例のサンプルS01〜S25は、繊維強化多孔体100の気孔率が最低で32%(サンプルS01)、最高で96%(サンプルS07)であり、いずれも連通気孔が形成されていた。また、実施例のサンプルS01〜S25については、繊維強化層120の密着性試験を実施した。この密着性試験では、各サンプルに対して水中超音波照射(26kHz,1分間)を実施した後に、繊維強化層120が多孔質基材110にしっかりと担持されていることを確認し、繊維強化層120の密着性が高いことを確認できた。
In the samples S01 to S25 of the examples, the porosity of the fiber-reinforced
実施例のサンプルS01〜S25は、繊維強化多孔体100の気孔率が32%以上96%以下の範囲にあるが、圧縮強度はいずれも3.0MPa以上であって十分に高い機械的強度を有することが確認できた。一方、比較例のサンプルS31は、気孔率が64%であったが、繊維強化層120を有していないため、圧縮強度は2.7MPaと低い値を示した。このサンプルS31と同じ気孔率(64%)である実施例のサンプルS04の圧縮強度は4.6MPaと高い値を示すので、繊維強化層120が十分な補強効果を有していることが理解できる。
In the samples S01 to S25 of the examples, the porosity of the fiber-reinforced
比較例のサンプルS32は、気孔率が97%と極めて高い値を示し、圧縮強度も1.1MPaとかなり低い値となった。このことから、繊維強化多孔体100の気孔率は、96%以下とすることが好ましいことが理解できる。
In the sample S32 of the comparative example, the porosity was 97%, which was an extremely high value, and the compressive strength was 1.1 MPa, which was a considerably low value. From this, it can be understood that the porosity of the fiber-reinforced
比較例のサンプルS33,S34は、連通気孔を有していないので、圧縮強度が極めて高い値を示した。但し、連通気孔を有していないので、連通気孔の機能を利用した用途(例えばフィルターや吸音材)には不適切である。 Since the samples S33 and S34 of the comparative example do not have continuous vents, the compressive strength showed an extremely high value. However, since it has no continuous ventilation hole, it is not suitable for applications (for example, filters and sound absorbing materials) that utilize the function of the continuous ventilation hole.
実施例のサンプルS01〜S25のうちで、サンプルS13〜S25は、平均繊維径が2μm以上30μm以下の範囲にあり、かつ、平均繊維長が450μm以下である。これらのサンプルS13〜S25は、いずれも圧縮強度が5.4MPa以上の高い値を示しており、機械的強度が特に高い点で好ましい。 Among the samples S01 to S25 of the examples, the samples S13 to S25 have an average fiber diameter of 2 μm or more and 30 μm or less and an average fiber length of 450 μm or less. These samples S13 to S25 all have a high compressive strength of 5.4 MPa or more, and are preferable in that the mechanical strength is particularly high.
・変形例
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
-Modifications The present invention is not limited to the above-described embodiments and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.
100,100a…繊維強化多孔体
101…表層部分
102…本体部分
110…多孔質基材
114…気孔
120…繊維強化層
122…繊維状物質
124…接合相
100, 100a ... Fiber reinforced
Claims (4)
前記繊維強化多孔体の気孔率が32%以上96%以下であり、
前記繊維状物質は、前記多孔質基材の気孔を充填すること無く前記気孔の壁面に層状に密着した繊維強化層として形成されており、
前記繊維強化層は、前記繊維状物質を前記気孔の壁面に接合する接合相を含み、前記接合相は、Si、P、B、Li、Na、K、Mg、Ca、Ba、Sr、Zn、Al、Ni、Coの内の少なくとも2つ元素の酸化物を含むことを特徴とする繊維強化多孔体。 In a fiber-reinforced porous body having an oxide porous substrate having a large number of communicating pores, and a fibrous substance that reinforces the porous substrate,
The porosity of the fiber-reinforced porous body is 32% or more and 96% or less,
The fibrous substance is formed as a fiber-reinforced layer that adheres to the wall surface of the pores in layers without filling the pores of the porous substrate ,
The fiber-reinforced layer includes a bonding phase for bonding the fibrous substance to the wall surface of the pores, and the bonding phase is Si, P, B, Li, Na, K, Mg, Ca, Ba, Sr, Zn, A fiber-reinforced porous body comprising an oxide of at least two elements of Al, Ni and Co.
前記繊維強化多孔体の気孔率が32%以上96%以下であり、
前記繊維状物質は、前記多孔質基材の気孔を充填すること無く前記気孔の壁面に層状に密着した繊維強化層として形成されており、
前記繊維強化多孔体の表面に存在する表層部分における前記繊維状物質の含有量が、前記表層部分の下に存在する前記繊維強化多孔体の本体部分における前記繊維状物質の含有量よりも多いことを特徴とする繊維強化多孔体。 In a fiber-reinforced porous body having an oxide porous substrate having a large number of communicating pores, and a fibrous substance that reinforces the porous substrate,
The porosity of the fiber-reinforced porous body is 32% or more and 96% or less,
The fibrous substance is formed as a fiber-reinforced layer that adheres to the wall surface of the pores in layers without filling the pores of the porous substrate ,
The content of the fibrous substance in the surface layer portion existing on the surface of the fiber-reinforced porous body is higher than the content of the fibrous substance in the main body portion of the fiber-reinforced porous body present under the surface layer portion. A fiber-reinforced porous body characterized by:
前記繊維強化多孔体の表面に存在する表層部分における前記繊維状物質の含有量が、前記表層部分の下に存在する前記繊維強化多孔体の本体部分における前記繊維状物質の含有量よりも多いことを特徴とする繊維強化多孔体。 The fiber-reinforced porous body according to claim 1 ,
The content of the fibrous substance in the surface layer portion existing on the surface of the fiber-reinforced porous body is higher than the content of the fibrous substance in the main body portion of the fiber-reinforced porous body present under the surface layer portion. A fiber-reinforced porous body characterized by:
前記繊維状物質の平均繊維径が2μm以上30μm以下で、平均繊維長が450μm以下であることを特徴とする繊維強化多孔体。 The fiber-reinforced porous body according to any one of claims 1 to 3 ,
A fiber-reinforced porous body, wherein the fibrous substance has an average fiber diameter of 2 μm or more and 30 μm or less and an average fiber length of 450 μm or less.
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