JPH01133988A - 網目状シリカウィスカー・セラミックス多孔質体複合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、液体、気体の濾過、生化学反応触媒としての
バイオセラミック、液体クロマトグラフ用吸着シート等
に使用する網目状構造を呈し、特に高い気孔率を呈する
網目状シリカウィスカー・セラミックス多孔質体複合体
の製造方法に関する。

（従来の技術） 従来、セラミックス多孔質体の製造には、大別して次の
３つの方法がある。

（イ）セラミックス粉末に、有機物等の加熱によって揮
発、燃焼する物質を混入し、成形してから焼結する。

（ｔｌ）セラミックス粉末に発泡剤物質を混入し、成形
してから、焼結する。

（ハ）セラミックス粉末に水とバインダーを加え、泥漿
スラリー状とし、該泥漿スラリーに気体を吹き込み多孔
質体としたのち、成形、焼結する。

しかしながら、前述の製造法のうち、（イ）および（０
）はセラミックスの焼結がセラミックスの種類により非
酸化性雰囲気ガスで行われなければならないときは、有
機物、発泡剤物質などが容易に分解しないため該セラミ
ックス多孔質体に異物として残留しやすく、また、（ハ
）は気孔の大きさが一定せずに揃わないといった欠点が
ある。

セラミックス多孔質体は焼結に際し、完全には焼結せず
に、半焼結の状態にとどめるかまたはセラミックスの出
発原料に混合して焼失、揮散すべき有機質の粉末、発泡
剤物質が焼結後でも残存することがあり、気孔率の限界
や、また、製品の均一性も得にくい難点があった。

一方、セラミックス多孔質体はその気孔構造上の見地か
ら ■　半焼結粒子相互間に形成される空隙■　ファイバー
あるいはウィスカーの３次元的な絡み合いで形成される
網目状空隙 ■　スポンジ状空隙 に区分される。これらセラミックス多孔質体の空隙につ
いて、■では気孔が小さく、大きな気孔空隙率が得難い
ので、セラミックス多孔質体を濾過などの流体通過に使
用する場合では、見かけの単位面積辺りの濾過抵抗が大
きいため、濾過流量が少くなるか、或は圧力損失が大き
くなる。■ではファイバーあるいはウィスカーの３次元
的な絡み合いで構成されるセラミックス多孔質体自体で
は、これら相互間の結合力が乏しく、かかる成形体は機
械的強度や耐圧性が不充分である。■では数１００μｍ
程度以下の気孔が作り難いなどそれぞれ欠点がある。

そこで、数１０μｍ程度以下の気孔径であっても濾過抵
抗の低い、圧力損失が小さく耐圧力性の優れたセラミッ
クス多孔質体が望まれていたが、本発明では、鋭意研究
の結果、気孔率の大きいセラミックス多孔質体をマトリ
ックスとして、ファイバーあるいはウィスカーの３次元
的な絡み合いを該マトリックスの気孔内で構成させたウ
ィスカー・セラミックス多孔質体の複合材料を作成して
、従来のセラミックス多孔質体の欠陥を排除するに至っ
た。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明では、従来の、多孔質セラミックスに比して格段
と大きな気孔率と、耐圧力性の優れた高い機械的強度を
具えた多孔質セラミックス網目状シリカウィスカー・セ
ラミックス多孔質体複合体を廉価に提供しようとするも
のである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、数１０μｍ乃至数１００μｍの気孔径を有す
るセラミックス多孔質体へ金属珪素を含浸させ、ついで
これを酸素、水蒸気あるいは過酸化水素を含有する還元
性ガス中で焼成することにより大きな気孔率と耐圧力性
の優れた高い機械的強度を具えたセラミックス多孔質体
を得ることで上記問題点を解決した。

（作　用） 本発明においては、多孔質セラミックス内にシリカウィ
スカーを生成するメカニズムについては明白でないが、
５ｉｎ２源として、金属珪素（Ｓｉ）を使用すると共に
、水蒸気露点２５℃以下の還元性雰囲気中において焼成
する理由は、出発原料の金属珪素（Ｓｔ）が焼成雰囲気
中の水蒸気によってＳｉＯからＳｉＯ□にと段階を経て
酸化される。

この間、Ｓｉ→ＳｉＯ５ｉｎ２の平衡反応によって反応
性の高いＳｉＯがＳｉｎ、に転移するが、そのとき無数
のＳｉＯ□が結晶粒子を核とし、これから糸状にＳ　ｉ
　Ｏｔが成長し、最終的に網目状構造を形成するが、水
蒸気露点を低くすれば、Ｓ　ｉ　Ｏｚの濃度が低い状態
でウィスカーが成長し、網目状結晶構造を生成するもの
と考えられるが、この反応は水蒸気露点が２５℃以下に
限定することによって、得られることが実験的に確かめ
られた。

マトリックスとなるセラミックス多孔質体の製造につい
てはいくつかの方法がある。例えば、（ａ）出発原料の
セラミックス粉末を有機質ポリマーのバインダーを含ん
だ郷土で、アイソスタチックにプレスして成形したのち
、焼結する方法。（ｂ）出発原料のセラミックス粉末を
スラリーとして、これをドクターブレード法によりグリ
ーンシートにする方法。ｆｃ）派別スラリーを流し込み
成形する方法。

（ｄ）坏土状としてローリング成型あるいはスラリーを
噴霧乾燥によって造粒して行うプレス成型法。

（ｅ）出発原料セラミックス粉末に水と速乾性バインダ
ーを混合して、セラミックス成形用スリップとし、３次
元的な網状の構造を有する有機多孔質ポリマー例えば軟
質ポリウレタンフォームを基体に、複数回付着して乾燥
固化したものを焼成して、軟質ポリウレタンフォームは
炭化して除去し、セラミックス多孔質体を作成する方法
。など目的に応じて、成形法を選択することが出来る。

また、このｔｃ＋の泥漿スラリー流し込み法では、石膏
の型を用いるほか、抜き型の方式で吸水紙のようなポー
ラスな材料をライニングした成形型の抜き型孔内に泥崇
状としたセラミックス原料を加圧下に注入充填して成形
するとともに、吸水紙による成形品含有水分の脱水によ
り成形品を硬化させ、成形型より取り出し、脱水、硬化
、乾燥させた成形品を焼成する方法もある。

このセラミックス多孔質体のマトリックスに金属珪素を
含浸するには、金属珪素を分散した泥漿スラリーにセラ
ミックス多孔質体のセラミックス多孔質体のマトリック
スを浸漬し、そのチャンバーを真空にて脱気し、マトリ
ックス体の気孔内に充分金属珪素を充填し、この操作を
複数回反復するのが最も望ましい方法である。

この含浸したマトリックス体を焼成するに際し、焼成温
度は１２５０℃未満では網目状シリカウィスカーの成長
が極めて遅く、また１４２０℃以上では金属珪素の溶融
によってセラミックス気孔の閉塞がもたらされ、多孔質
体内部への還元性雰囲気ガスの拡散が阻害されるので好
ましくない。

還元性雰囲気ガスの水蒸気露点は２５℃以下が好ましく
、特に、５〜−２０℃の範囲が最も好ましい。露点温度
２５℃をこえるとウィスカー状シリカが生成し難＜、か
つセラミックスとの反応が顕著となるので、好ましくな
い。また、−２５℃未満ではＳｉＯの生成が少なく綱目
状ウィスカーの成長が遅い。

（実施例） つぎに、本発明の製造法を実施例によって具体的に説明
する。

実施例　１゜ （多孔質セラミックスの製造） アルミナ（市販品、純度９９．９％、　　　１００ｇ平
均粒度０．５μｍ） ポリスチレンビーズ　　　　　　　　　３０ｇ（平均粒
径１２０μｍ） 水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　６
０ＩＩｌ１以上の混合物を内容積３００ｎ／！のポリエ
チレン製容器へ１５ｍｍφのゴムライニング製の珪石３
００ｇと共に１２０ＲＰｌ’ｌで１８時間混合して泥漿
スラリーとした。

つぎに、この泥漿スラリーを石膏型に流し込みサイズ２
０　ｖｎａ　Ｘ　４０　龍Ｘ　５０　ｍｍの板状成形体
１を作成した。

つぎに、この板状成形体を電気炉にて１６００℃、１時
間焼成し、多孔質セラミックスを製造した。

この多孔質セラミックスの平均気孔径は１００μｍ、気
孔率は６０％であった。

（金属珪素スラリーの調製） 金属珪素粉末（市販品２００　　　　　１００ｇメソシ
ュパス） 第３級ブチルアルコール　　　　　　　６０１１＋１以
上の混合物を内容積３００＋Ｉ１１のポリエチレン製容
器へ分散させて、１５ｍｍφのアルミナ磁器製の珪石５
００ｇと共に入れ、１２ＯＲＰＭで１８時間混合して泥
漿スラリーを作成した。

（多孔質セラミックスへの金属珪素の含浸）先に製造し
たセラミックス多孔質体マトリックスを金属珪素分散ス
ラリーの中へ沈め、真空チャンバーに入れ真空脱気した
後、大気圧に戻し、金属珪素をセラミックス多孔質体マ
トリックス体に含浸した。

（焼成） 金属珪素を含浸したアルミナ多孔質体を露点温度３℃の
水素ガス雰囲気中で温度１３６０°Ｃで１時間保持の条
件で焼成した。

その結果、網目状のシリカウィスカーがアルミナ多孔質
体内に形成された。

本発明によって製造された網目状シリカウィスカー・セ
ラミックス多孔質体複合体は気孔内にシリカウィスカー
の網目を形成することにより、網目状の結晶構造を呈し
ており、その結晶構造も代表例として第１図に挙げた走
査型電子顕微鏡写真（倍率×５００倍）および同じく第
２図（倍率×２、０００倍）のように立体の網目状を示
していることが認められた。

（発明の効果） 本発明によって製造された網目状シリカウィスカー・セ
ラミックス多孔質体複合体は多孔質体セラミックスのマ
トリックスの気孔内にシリカの３次元的な網目状ウィス
カーが形成されており、しかも該ウィスカーの絡み合い
の中に充分な空隙が確保されているので、優れた流体透
過製が期待される。

本発明によって比較的気孔が大きく、従って流体通過に
よる圧力損失の少ない多孔質体セラミックス・マトリッ
クスの気孔内にシリカウィスカーの３次元的な絡み合い
による網目を形成することによりウィスカーを気孔内に
しっかりと保持することが可能となり、かかるシリカウ
ィスカー・セラミックス複合体は耐圧力性に優れた低圧
力損失の高効率のフィルター構造を形成することが可能
となった。

該網目を形成するウィスカーは一部マトリノクスと焼結
しているため、本発明の多孔質体セラミックス複合体は
他の多孔質体セラミックスに比して高い抗折力を示すの
で、液体、気体の濾過、生化学反応触媒としてのバイオ
セラミック、液体クロマトグラフ用吸着シート等熱交換
等に使用する各種材料として有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による多孔質体の気孔内に形成されたシ
リカウィスカー（結晶）の網目構造を示す走査型電子顕
微鏡写真（５００倍）、第２図は同じく走査型電子顕微
鏡写真（２，０００倍）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属珪素粉末をセラミックス多孔質体マトリックスに含
   浸させた成形体を、水蒸気露点２５℃以下の酸素、水蒸
   気または過酸化水素を含有する還元性雰囲気ガスによっ
   て焼成することを特徴とする網目状シリカウィスカー・
   セラミックス多孔質体複合体の製造方法。