JP7374219B2 - モノリシックセラミック体及びアセンブリ - Google Patents

Description

本開示は、相互接続されたネットワーク（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｎｅｔｗｏｒｋ）を画定する複数の細孔を含むモノリシックセラミック体（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｃｅｒａｍｉｃ ｂｏｄｙ）と、相補的係合構造（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）によって互いに結合されたモノリシックセラミック体のうちの少なくとも２つを含むアセンブリ（ａｓｓｅｍｂｌｙ）とに関する。

相互接続された細孔の画定された多孔質構造を含む複雑な三次元セラミック体の製造は、広範囲の分野、例えば、濾過、絶縁、又は触媒担体を含む用途に用途を見出すことができる。細孔構造を任意の特定の必要性及び用途に適したものにすることができるように、制御された多孔質構造を有するセラミック体を調製する必要がある。

一実施形態では、モノリシックセラミック体は、モノリシックセラミック体の一部を通って延びる細孔の相互接続されたネットワークを画定する複数の細孔を含む第１の部分と、第１の部分と一体的に形成され、モノリシックセラミック体の外周面の少なくとも一部を画定する第２の部分とを含むことができ、第２の部分は、少なくとも１つの相補的係合構造を含む。

別の実施形態では、モノリシックセラミック体は、モノリシックセラミック体の一部を通って延びる細孔の相互接続されたネットワークを画定する複数の細孔を含む第１の部分と、第１の部分と一体的に形成され、モノリシックセラミック体の外周面の少なくとも一部を画定する第２の部分とを含むことができ、モノリシックセラミック体は、体の長さ及び幅によって画定される平面で見たときに非多角形の二次元形状を含むことができる。

更なる実施形態では、モノリシックセラミック体は、セラミック体を通って延びる細孔の相互接続されたネットワークを画定する複数の細孔を画定するセラミックマトリックス構造を含む第１の部分と、第１の部分と一体的に形成され、第１の部分を通って延び、セラミックマトリックスの対応する寸法よりも大きい長さ、幅、又は厚さの少なくとも１つの寸法を有する第２の補強部分とを含む。

一実施形態では、多孔質セラミックアセンブリ（ｐｏｒｏｕｓ ｃｅｒａｍｉｃ ａｓｓｅｍｂｌｙ）は、モノリシックセラミック体の一部を通って延びる細孔の相互接続されたネットワークを画定する複数の細孔を含む第１の部分、及び第１の部分と一体的に形成され、モノリシックセラミック体の外周面の少なくとも一部を画定する第２の部分を含む少なくとも１つの第１のモノリシックセラミック体であって、第２の部分が、第１の相補的係合構造を含む、第１のモノリシックセラミック体と、第２の相補的係合構造を含む少なくとも１つの第２のモノリシックセラミック体とを含むことができ、第１のモノリシックセラミック体及び第２のモノリシックセラミック体は、第１の相補的係合構造及び第２の相補的係合構造を介して互いに結合される。

また更なる実施形態では、モノリシックセラミック体を調製するプロセスは、付加製造プロセスによってモノリシック成形体を形成することであって、成形体がセラミック粒子及びバインダを含むこと、成形体のバインダを熱処理により除去すること、成形体を少なくとも７００℃の温度で焼結してセラミック体を得ることを含むことができ、セラミック体は、細孔の相互接続されたネットワークを画定する複数の細孔を含む第１の部分と、第１の部分と一体的に形成され、モノリシックセラミック体の外周面の少なくとも一部を画定する第２の部分とを含み、第２の部分は、少なくとも１つの相補的係合構造を含む。

本開示は、添付の図面を参照することによって、よりよく理解することができ、その多くの特徴及び利点が当業者に明らかになる。

一実施形態によるモノリシックセラミック体の斜視図を示す。 一実施形態によるモノリシックセラミック体の斜視図を示す。 一実施形態によるモノリシックセラミック体の斜視図を示す。 一実施形態によるモノリシックセラミック体の斜視図を示す。 一実施形態によるモノリシックセラミック体の斜視図を示す。 一実施形態によるモノリシックセラミック体の斜視図を示す。 一実施形態によるモノリシックセラミック体の斜視図を示す。 一実施形態によるモノリシックセラミック体の斜視図を示す。 一実施形態による多孔質セラミックアセンブリを形成するための相補的係合構造を含む２つのモノリシックセラミック体の上面図を示す。 一実施形態による互いに結合された第１のモノリシックセラミック体及び第２のモノリシックセラミック体を含む多孔質セラミックアセンブリの斜視図を示す。 例１で得られたモノリシックセラミック体（左）及び一実施形態による対応する成形体（右）の斜視側面画像を示す。 例１で得られたモノリシックセラミック体（左）及び一実施形態による対応する成形体（右）の上面画像を示す。 一実施形態によるモノリシックセラミック体の上面図画像を示す。 一実施形態による図１１Ａに示すモノリシックセラミック体の斜視側面図画像を示す。 一実施形態によるモノリシックセラミック体の上面図画像を示す。 一実施形態による図１２Ａに示すモノリシックセラミック体の斜視側面図画像を示す。

本明細書で使用される場合、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、又はそれらの任意の他の変形は、非排他的包含を網羅することを意図している。例えば、特徴のリストを含むプロセス、方法、物品、又は装置は、必ずしもそれらの特徴のみに限定されず、明示的に列挙されていない、又はそのようなプロセス、方法、物品、又は装置に固有の他の特徴を含むことができる。

本明細書で使用される場合、反対のことが明示的に述べられていない限り、「又は（ｏｒ）」は、排他的論理和ではなく包括的論理和を指す。例えば、条件Ａ又はＢは、以下の、Ａが真（又は存在する）であり、Ｂが偽（又は存在しない）、Ａが偽（又は存在しない）であり、Ｂが真（又は存在する）、及びＡとＢの両方が真（又は存在する）のいずれか１つによって満たされる。

また、「ａ」又は「ａｎ」の使用は、本明細書に記載の要素及び構成要素を説明するために使用される。これは、単に便宜上、及び本発明の範囲の一般的な意味を与えるために行われる。この説明は、１つ又は少なくとも１つを含むように読まれるべきであり、そうでないことを意味することが明らかでない限り、単数形は複数形も含む。

本開示の様々な実施形態を、添付の図面を参照して、単なる例として説明する。

一実施形態では、本開示は、第１の部分として細孔の相互接続されたネットワークを画定する複数の細孔を含むモノリシックセラミック体に関する。モノリシックセラミック体は、第１の部分と一体的に形成された第２の部分を更に含み、第２の部分は、少なくとも１つの相補的係合構造を含むことができる。該係合構造は、モノリシックセラミック体のうちの少なくとも２つを互いに結合すること、又はモノリシックセラミック体をより大きな構造に固定することを可能にすることができる。本開示のモノリシックセラミック体は、相互接続された開孔構造が必要とされるか又は有利である多種多様な用途に適し得る。非限定的な例は、フィルタ、触媒の担体構造、絶縁材料、電極材料、電池の足場（ｓｃａｆｆｏｌｄ ｆｏｒ ｂａｔｔｅｒｙ）、又はバイオ足場（ｂｉｏ－ｓｃａｆｆｏｌｄ）であり得る。

図１は、モノリシックセラミック体の一実施形態を示し、第１の部分は、相互接続されたネットワーク（１１）を形成する複数の細孔を含み、第２の部分（１２）は、第１の部分の一方の側面に配置され、第２の部分は、非多角形の窪み（ｎｏｎ－ｐｏｌｙｇｏｎａｌ ｉｎｄｅｎｔ）の形態の相補的係合構造（１３）を含む。

本明細書で使用される場合、相補的係合構造という用語は、凸部（雄構造ユニット）又は窪み（雌構造ユニット）のいずれかであることを意味し、凸部及び窪みは、互いに一致する構造を有し、例えば、２つのモノリシックセラミック体を互いに結合することができ、又はモノリシックセラミック体を保持構造に取り付けることができる。一態様では、凸部は第１の相補的係合構造とすることができ、窪みは第２の相補的係合構造とすることができる。特定の態様では、凸部及び窪みは、ジグソーパズルの相互接続ユニット（タブ及びブランクと呼ばれることが多い）と同様の非多角形構造を有することができる。

図２は、図１と同様の構造を示し、第２の部分（２２）は、複数の相互接続された細孔（２１）を含む第１の部分の一方の側面に配置され、第２の部分（２２）は、凸部の非多角形形状を有する相補的係合構造（２３）を含む。

図３は、第１の部分の多孔質構造（３１）が対向する側面に第２の部分（３２）を含み、一方の第２の部分が相補的係合構造（３３ａ）として凸部を含み、他方の第２の部分が相補的係合構造（３３ｂ）として窪みを含む実施形態を示す。

図４では、第１の部分（４１）の多孔質構造が第２の部分（４２）によって完全に取り囲まれ、各側面が１つの相補的係合構造（４３ａ、４３ｂ）を含む実施形態が示されている。

図５は、モノリシックセラミック体の一実施形態を示し、第１の部分は、複数の相互接続された細孔（５１）を含み、第２の部分は、各側面（５３ａ及び５３ｂ）に１つずつある相補的係合構造である。

別の実施形態では、本開示のモノリシックセラミック体は、複数の細孔を含む第１の部分内に一体的に形成された補強部分を含むことができる。そのような実施形態の一例を図７に示す。この実施形態では、複数の細孔（７１）は、二つの斜めに交差する壁構造（７３）によって安定化される。

図８は、モノリシックセラミック体の一実施形態を示し、複数の細孔（８１）の第１の部分は、内側細孔構造を取り囲むフレーム（８２）の形態の第２の部分に一体的に接続され、それによって、例えば濾過プロセス中の側壁漏れを防止することができる。

図６は、制御された多孔度及び相互接続された細孔構造を有する複雑な多孔質構造を有するモノリシックセラミック体の図である。

別の実施形態では、本開示は多孔質セラミックアセンブリに関し、上述のモノリシックセラミック体のうちの少なくとも２つは、第１の相補的係合構造及び第２の相補的係合構造を介して互いに結合される。本開示の２つのモノリシックセラミック体を含むアセンブリの図は、図９Ａ及び図９Ｂで見ることができる。図９Ａでは、２つのモノリシックセラミック体（同じ構造を有する第１のモノリシックセラミック体及び第２のモノリシックセラミック体）が示されており、各側面は、１つの相補的係合構造を含み、係合構造を有する２つの対向する側面は、凸部（９３ａ）、すなわち第１の相補的係合構造であり、係合構造を有する他の２つの対向する側面は、窪み（９３ｂ）、すなわち第二の相補的係合構造である。図９Ｂは、図９Ａの２つのモノリシックセラミック体を第１及び第２の相補的係合構造を介して互いに結合することができる方法の一実施形態を示す図である。

実施形態
実施形態１．モノリシックセラミック体であって、モノリシックセラミック体の一部を通って延びる細孔の相互接続されたネットワークを画定する複数の細孔を含む第１の部分と、第１の部分と一体的に形成され、モノリシックセラミック体の外周面の少なくとも一部を画定する第２の部分とを含み、第２の部分が、少なくとも１つの相補的係合構造を含む、モノリシックセラミック体。

実施形態２．モノリシックセラミック体であって、モノリシックセラミック体の一部を通って延びる細孔の相互接続されたネットワークを画定する複数の細孔を含む第１の部分と、第１の部分と一体的に形成され、モノリシックセラミック体の外周面の少なくとも一部を画定する第２の部分とを含み、モノリシックセラミック体が、体の長さ及び幅によって画定される平面で見たときに非多角形の二次元形状を含む、モノリシックセラミック体。

実施形態３．モノリシックセラミック体であって、
セラミック体を通って延びる細孔の相互接続されたネットワークを画定する複数の細孔を画定するセラミックマトリックス構造を含む第１の部分と、第１の部分と一体的に形成され、第１の部分を通って延び、セラミックマトリックスの対応する寸法よりも大きい長さ、幅、又は厚さの少なくとも１つの寸法を有する第２の補強部分とを含む、モノリシックセラミック体。

実施形態４．少なくとも１つの第１のモノリシックセラミック体と少なくとも１つの第２のモノリシックセラミック体を含む、多孔質セラミックアセンブリであって、少なくとも１つの第１のモノリシックセラミック体が、第１の部分と第２の部分を含み、第１の部分は、第１のモノリシックセラミック体の一部を通って延びる細孔の相互接続されたネットワークを画定する複数の細孔を含み、第２の部分が、第１の部分と一体的に形成され、第１のモノリシックセラミック体の外周面の少なくとも一部を画定し、第２の部分が、少なくとも１つの第１の相補的係合構造を含み、少なくとも１つの第２のモノリシックセラミック体が、少なくとも１つの第２の相補的係合構造を含み、少なくとも１つの第１のモノリシックセラミック体と少なくとも１つの第２のモノリシックセラミック体は、少なくとも１つの第１の相補的係合構造及び少なくとも１つの第２の相補的係合構造を介して互いに結合される、多孔質セラミックアセンブリ。

実施形態５：第２のモノリシックセラミック体が、第１のモノリシックセラミック体の第１の部分の複数の細孔と同じ構造を有する相互接続されたネットワークを画定する複数の細孔を含む第１の部分を含む、実施形態４に記載の多孔質セラミックアセンブリ。

実施形態６．第２のモノリシックセラミック体が、第１のモノリシックセラミック体の第１の部分の複数の細孔とは異なる構造を有する相互接続されたネットワークを画定する複数の細孔を含む第１の部分を含む、実施形態４に記載の多孔質セラミックアセンブリ。

実施形態７．第１の部分の複数の細孔が、少なくとも２０ミクロンの平均孔径を有し、第１の部分の総多孔度が、少なくとも５０体積％である、実施形態１から６のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態８．第１の部分の複数の細孔が、１０ｃｍ以下の平均孔径を有し、第１の部分の総多孔度が少なくとも５０体積％である、実施形態１から７のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態９．第１の部分の複数の細孔の平均孔径が、少なくとも３０ミクロン、少なくとも５０ミクロン、少なくとも１００ミクロン、少なくとも２００ミクロン、少なくとも５００ミクロン、少なくとも８００ミクロン、少なくとも１０００ミクロン、少なくとも２０００ミクロン、少なくとも５０００ミクロン、少なくとも１ｃｍ、少なくとも２ｃｍ、又は少なくとも５ｃｍである、実施形態７に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態１０．第１の部分の総多孔度が、少なくとも５５体積％、少なくとも６０体積％、少なくとも７０体積％、少なくとも８０体積％、少なくとも８５体積％、又は少なくとも９０体積％である、実施形態７に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態１１．第１の部分の総多孔度が、９９体積％以下、例えば９７体積％以下、９５体積％以下、８５体積％以下、８０体積％以下、又は７０体積％以下である、実施形態７に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態１２．第２の部分の総多孔度が、第１の部分の総多孔度よりも小さい、実施形態１から１１のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態１３．第２の部分の開放多孔度が、第１の部分の開放多孔度よりも小さい、実施形態１から１２のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態１４．第２の部分が、第１の部分の総多孔度よりも小さい総多孔度を有する、実施形態１から１３のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態１５．第２の部分の平均孔径が、第１の部分の平均孔径よりも小さい、実施形態１から１４のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態１６：第２の部分の密度が、第１の部分の密度よりも大きい、実施形態１から１５のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態１７：第２の部分が、５０体積％未満の多孔度及び少なくとも１０ｎｍ及び１ｃｍ以下の平均孔径を有する、実施形態１から１６のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態１８．第２の部分の平均孔径が、０．５ｃｍ以下、０．１ｃｍ以下、５００ミクロン以下、２００ミクロン以下、１００ミクロン以下、５０ミクロン以下、２０ミクロン以下、１０ミクロン以下、１ミクロン以下、０．５ミクロン以下、０．３ミクロン以下、０．１ミクロン以下、０．０５ミクロン以下、又は０．０２ミクロン以下である、実施形態１７に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態１９．第２の部分の多孔度が、４０体積％以下、又は３０体積％以下、又は２５体積％以下、又は２０体積％以下、又は１５体積％以下、又は１０体積％以下、又は５体積％以下、又は３体積％以下である、実施形態１７に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態２０．相互接続されたネットワークを画定する複数の細孔が、総多孔度の少なくとも８０％、又は少なくとも８５％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも９５％、又は少なくとも９６％、又は少なくとも９７％、又は少なくとも９８％、又は少なくとも９９％を含む、実施形態１から１９のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態２１．複数の細孔が０．２以下のサイズ変動（ｓｉｚｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）を有し、サイズ変動が、（Ｐ９０－Ｐ１０）／Ｐ５０として計算され、Ｐ９０が細孔の９０％の孔径であり、Ｐ１０が細孔の１０％の孔径であり、Ｐ５０は細孔の５０％の孔径である、実施形態１から２０のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態２２：第１の部分の複数の細孔が、第１の部分の第１の外面から第１の部分の第２の外面までの平均孔径のサイズ勾配（ｓｉｚｅ ｇｒａｄｉｅｎｔ）を含む、実施形態１から２０のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態２３：サイズ勾配が、第１の外面から第２の外面までの平均孔径を少なくとも２０％、例えば少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％及び少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、又は少なくとも９０％減少させる、実施形態１から２０のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態２４．セラミックが、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、又はそれらの任意の組み合わせを含む、実施形態１から２３のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態２５．セラミックが、アルミナ、シリカ、コーディエライト、炭化ケイ素、ジルコニア、ジルコン、炭化タングステン、窒化ケイ素、六方晶窒化ホウ素、立方晶窒化ホウ素、ＳｉＡｌＯＮ、又はそれらの任意の組み合わせを含む、実施形態２４に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態２６．モノリシックセラミック体が、ガラス質材料、多結晶材料、単結晶材料、又はそれらの組み合わせを含む、実施形態１から２５のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態２７．セラミック体が、フィルタ、触媒担体、絶縁材料、電極材料、反応器のガードベッド、電池の足場、燃料電池の材料、又はバイオ足場である、実施形態１から２６のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態２８．セラミック体がフィルタである、実施形態２７に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態２９．フィルタが溶融金属濾過に適合されている、実施形態２８に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態３０：第２の部分が、少なくとも１つの相補的係合構造を更に含む、実施形態２又は３に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態３１．少なくとも１つの相補的係合構造が、少なくとも１つの第１の相補的係合構造及び少なくとも１つの第２の相補的係合構造を含む、実施形態１又は３０に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態３２：少なくとも１つの第１の相補的係合構造が凹部を含み、少なくとも１つの第２の相補的係合構造が凸部を含む、実施形態３１に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態３３：第１の相補的係合構造の形状が非多角形であり、第２の相補的係合構造の形状が第１の相補的係合構造の形状と相補的である、実施形態３１又は３２に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態３４：モノリシックセラミック体が矩形構造を含み、少なくとも１つの相補的係合構造が、体の厚さ全体にわたってモノリシックセラミック体の側面の中心に配置される、実施形態１又は３０から３３のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態３５．モノリシックセラミック体が矩形構造を含み、２つの側面の各々が、体の厚さ全体にわたって１つの相補的係合構造を含む、実施形態１又は３０から３３のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態３６．モノリシックセラミック体が矩形構造を含み、４つの側面の各々が、体の厚さ全体にわたって相補的係合構造を含む、実施形態１又は３０から３３のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態３７．モノリシックセラミック体が円形構造を含み、少なくとも１つの相補的係合構造が体の厚さ全体にわたってモノリシックセラミック体の周囲に配置される、実施形態１又は３０から３３のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。

実施形態３８．モノリシックセラミック体を調製するプロセスであって、付加製造プロセスによってモノリシック成形体を形成することであって、成形体がセラミック粒子及びバインダを含むことと、成形体のバインダを熱処理により除去することと、成形体を少なくとも７００℃の温度で焼結して前記セラミック体を得ることと、を含み、セラミック体が、細孔の相互接続されたネットワークを画定する複数の細孔を含む第１の部分と、第１の部分と一体的に形成され、モノリシックセラミック体の外周面の少なくとも一部を画定する第２の部分とを含み、第２の部分が、少なくとも１つの相補的係合構造を含む、プロセス。

実施形態３９．付加製造プロセスが、セラミック粉末層を形成することと、粉末層の上に液体バインダを選択的に印刷することとを交互に含む粉末ベースの三次元印刷プロセスである、実施形態３８に記載のプロセス。

実施形態４０．セラミック粉末が、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、又はそれらの任意の組み合わせを含む、実施形態３９に記載のプロセス。

実施形態４１．セラミック粉末が、アルミナ、シリカ、コーディエライト、炭化ケイ素、ジルコニア、ジルコン、炭化タングステン、窒化ケイ素、六方晶窒化ホウ素、立方晶窒化ホウ素、ＳｉＡｌＯＮ、又はそれらの任意の組み合わせを含む、実施形態４０に記載のプロセス。

例
以下の非限定的な例は、本発明を説明する。

例１
三次元コーディエライト体の付加製造。

ＥｘＯｎｅ社製のＩｎｎｏｖｅｎｔ ３Ｄプリンタを使用して、バインダジェッティングプロセスを介して、コーディエライト粒子及びバインダで作製された成形体を印刷した。バインダジェッティング印刷に使用した粉末材料は、２０ミクロンの平均粒径を有するコーディエライト粉末であった。液体バインダＢＡ ００５は、プリンタ製造業者の専売品であった。

プリンタに提供されたＣＡＤモデルのデジタル画像は、図４に見ることができる。相互接続された孔構造４１の平均内孔径は、約１０００ミクロンであった。印刷は、セラミック粉末の薄層を圧延し、続いて、プリンタに供給されるデジタル画像に対応する粉末層の選択された場所に液体バインダを噴射することを繰り返すことによって行った。完全な成形体（ｇｒｅｅｎ ｂｏｄｙ）が形成されるまで、粉末層を形成し、続いてバインダを噴射するステップを繰り返した。

成形体を印刷した後、構築体積全体（ｅｎｔｉｒｅ ｂｕｉｌｄ ｖｏｌｕｍｅ）を１８０℃の温度を有する乾燥オーブンに４時間入れてバインダを完全に硬化させた。その後、バインダで飽和していない遊離粉末を圧縮空気で成形体から除去した。粉末が除去された成形体（１０１）の画像を図１０Ａに見ることができる。

粉末を除去した後、成形体を５℃／分の速度で６００℃まで加熱し、６００℃で３０分間保持してバインダを除去した。その後、脱バインダ体を更に５℃／分の速度で１３００℃まで昇温して焼結し、最高焼結温度で６時間保持し、５℃／分の速度で冷却した。

図１０Ａは、焼結後に得られた対応するモノリシックセラミック体（１０２）に隣接する成形体（１０１）の斜視画像を示す。図１０Ｂは、例１の成形体（１０１）及び焼結体（１０２）の上面図を示す画像である。焼結後、得られたセラミック体は、成形体と比較していくらかの収縮を受けたことが分かる。焼結体中の複数の細孔の細孔内径は約１０００ミクロンであり、この寸法の全ての細孔は相互接続され、開いていた。

例２
ガラス化アルミナ体の付加製造。

アルミナとガラスの粉末混合物を用いて成形体を印刷した。バインダ及び３Ｄ印刷機は、例１と同じであった。

プリンタに提供されたデジタル画像は、直径が５０ｍｍの円形体、フィルタの外周に枠付けされた厚さ１ｍｍの固体領域（第２の部分）であり、体の中央部分（第１の部分）は、ランダムな配向で直径１０００ミクロンの相互接続された細孔を含んでいた。

１８０℃でバインダを硬化させ、遊離粉末を除去し、６００℃で熱処理してバインダを除去した後（全て例１と同様に行った）、脱バインダ体を９１５℃まで昇温して焼結し、９１５℃で８時間放置した後、室温まで自由冷却した。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、焼結フィルタの上面図及び斜視側面図の画像を示す。測定された細孔内径は７５０ミクロン～１２５０ミクロンの範囲であり、この寸法の全ての細孔は相互接続され、開いていた。焼結体は、サイズ及び形状が元のデジタル画像と非常に類似していた。

例３
補強部分を含むガラス化アルミナ体の付加製造。

プリンタに提供されるデジタル画像が、液体の通過を許容せず、フィルタにより安定性を与える機能を有する複数の細孔の高密度領域の領域間に含まれることを除いて、例２に記載したものと同じ直径サイズを有し、同じ材料及び印刷プロセスを使用して円形の成形体を印刷した。図１２Ａ及び図１２Ｂは、焼結フィルタの上面図及び側面図である。このセラミック体の細孔構造はランダムな配向であり、孔径７５０ミクロン～１２５０ミクロンの範囲であった。この寸法の全ての細孔は相互接続され、開いていた。セラミック体は、サイズ及び形状が元のデジタル画像と非常に類似していた。

前述の明細書では、概念は特定の実施形態を参照して説明されている。しかし、当業者は、以下の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更を行うことができることを理解する。したがって、本明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味で見なされるべきであり、そのような修正は全て本発明の範囲内に含まれることが意図されている。

Claims (14)

1. モノリシックセラミック体であって、
   前記モノリシックセラミック体の一部を通って延びる細孔の相互接続されたネットワークを画定する複数の細孔を含む第１の部分と、
   前記第１の部分と一体的に形成され、前記モノリシックセラミック体の外周面の少なくとも一部を画定する第２の部分とを含み、前記第２の部分が、少なくとも１つの相補的係合構造を含み、前記第２の部分の平均孔径が前記第１の部分の平均孔径よりも小さく、前記第２の部分の多孔度が５０体積％未満である、
   モノリシックセラミック体。
2. 少なくとも１つの第１のモノリシックセラミック体と少なくとも１つの第２のモノリシックセラミック体を含む、多孔質セラミックアセンブリであって、
   前記少なくとも１つの第１のモノリシックセラミック体は、第１の部分と第２の部分を含み、
   前記第１の部分は、前記第１のモノリシックセラミック体の一部を通って延びる細孔の相互接続されたネットワークを画定する複数の細孔を含み、
   前記第２の部分は、前記第１の部分と一体的に形成され、前記第１のモノリシックセラミック体の外周面の少なくとも一部を画定し、前記第２の部分が、少なくとも１つの第１の相補的係合構造を含み、前記第２の部分の平均孔径が前記第１の部分の平均孔径よりも小さく、前記第２の部分の多孔度が５０体積％未満であり、
   前記少なくとも１つの第２のモノリシックセラミック体は、少なくとも１つの第２の相補的係合構造を含み、
   前記少なくとも１つの第１のモノリシックセラミック体及び前記少なくとも１つの第２のモノリシックセラミック体は、前記少なくとも１つの第１の相補的係合構造及び前記少なくとも１つの第２の相補的係合構造を介して互いに結合される、
   多孔質セラミックアセンブリ。
3. 前記第２のモノリシックセラミック体が、前記第１のモノリシックセラミック体の第１の部分の前記複数の細孔と同じ構造を有する相互接続されたネットワークを画定する複数の細孔を含む第１の部分を含む、請求項２に記載の多孔質セラミックアセンブリ。
4. 前記第１の部分の前記複数の細孔が、少なくとも３０ミクロンの平均孔径を有し、前記第１の部分の総多孔度が、少なくとも５０体積％である、請求項１、２、及び３のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。
5. 前記第１の部分の前記複数の細孔が、少なくとも５００ミクロンの平均孔径を有する、請求項４に記載のモノリシックセラミック体。
6. 相互接続されたネットワークを画定する前記第１の部分の前記複数の細孔が、前記第１の部分の総多孔度の少なくとも８０％を含む、請求項１、２、及び３のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。
7. 前記第１の部分の前記複数の細孔が、前記第１の部分の第１の外面から前記第１の部分の第２の外面までの前記平均孔径のサイズ勾配を含み、前記サイズ勾配が、前記第１の外面から前記第２の外面までの前記平均孔径を少なくとも２０％減少させる、請求項１、２、及び３のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。
8. 前記モノリシックセラミック体が、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１、２、及び３のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。
9. 前記モノリシックセラミック体が、フィルタ、触媒担体、絶縁材料、電極材料、反応器のガードベッド、電池の足場、燃料電池の材料、又はバイオ足場である、請求項１、２、及び３のいずれか一項に記載のモノリシックセラミック体。
10. 前記少なくとも１つの相補的係合構造が、少なくとも１つの第１の相補的係合構造及び少なくとも１つの第２の相補的係合構造を含む、請求項１に記載のモノリシックセラミック体。
11. 前記少なくとも１つの第１の相補的係合構造が凹部を含み、前記少なくとも１つの第２の相補的係合構造が凸部を含む、請求項２又は１０に記載のモノリシックセラミック体。
12. 前記少なくとも１つの第１の相補的係合構造の形状が、非多角形であり、前記少なくとも１つの第２の相補的係合構造の形状が、前記少なくとも１つの第１の相補的係合構造の形状と相補的である、請求項２又は１０に記載のモノリシックセラミック体。
13. 前記モノリシックセラミック体が、矩形構造を含み、２つの側面の各々が、前記モノリシックセラミック体の厚さ全体にわたって１つの相補的係合構造を含む、請求項１に記載のモノリシックセラミック体。
14. モノリシックセラミック体を調製するプロセスであって、
    付加製造プロセスによってモノリシックのグリーン体を形成することであって、前記グリーン体がセラミック粒子及びバインダを含むことと、
    前記グリーン体のバインダを熱処理により除去することと、
    前記グリーン体を少なくとも７００℃の温度で焼結して前記モノリシックセラミック体を得ることと、を含み、
    前記モノリシックセラミック体が、細孔の相互接続されたネットワークを画定する複数の細孔を含む第１の部分と、前記第１の部分と一体的に形成され、前記モノリシックセラミック体の外周面の少なくとも一部を画定する第２の部分とを含み、前記第２の部分が、少なくとも１つの相補的係合構造を含み、前記第２の部分の平均孔径が前記第１の部分の平均孔径よりも小さく、前記第２の部分の多孔度が５０体積％未満である、
    プロセス。

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