JPH01160880A - 多孔質セラミツクス成形物の製造方法 - 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〕 この発明は、気体および液体のフィルター等として使用
される微細連通孔を有する多孔質セラミックス成形物の
製造方法に関するものである。

〔従来の技術］ 一般に、フィルター等に使用される多孔質セラミックス
成形物は、それ自身は粘着性を有しないＭ化アルミニウ
ム、酸化ジルコニウム、酸化チタン等の無機系微粉末材
料とこれらを粘着させるための少量の有機バインダーと
を水または有機溶剤とともに混練してスラリー化し、こ
れを型に鋳込んで成形したのち焼成することによって製
造することにより行われている。また微細気孔を有する
多孔質セラミックス成形物は、気孔形成用の樹脂ビーズ
等を型に詰め込み、その型内に無機系微粉末材料からな
るセラミックス用微粉末スラリーをバインダーとともに
含浸させたのちこれを乾燥。

焼成することにより製造されている。すなわち、上記の
２種類の方法のうち、前者は無機系微粉末材料の粒子間
に充填されている有機バインダーを、上記焼成により焼
尽除去し、その燃え跡部分（無機系微粉末材料の粒子間
となる）を気孔にするという方法であり、後者は樹脂ビ
ーズ等からなる気孔形成材の部分を焼尽除去し、その気
孔形成材の形状の燃え跡気孔を有する多孔質セラミック
ス成形物を製造するという方法である。

〔発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記のような方法において、微細気孔を
有し、かつ高強度の多孔質セラミックス成形物を得よう
とすると、多孔質セラミックス成形物に割れを生じたり
するため、そのようなものを得ることができない。すな
わち、多孔質セラミックス成形物の強度を向上させるた
めには、無機系材料を高密度に充填してマトリックスの
機械的強度を高める必要があるが、このようにすると、
微細連通孔を有するものが得られない。そこで樹脂ビー
ズ等の気孔形成材を用いる必要が生じるが、このように
すると、樹脂ビーズ等の気孔形成物が燃焼する際、それ
自体の内部から生じる燃焼熱で加熱され多孔質セラミッ
クス成形物に割れを生じたり、タール等の有毒ガスを発
生するという問題を生じる。

この発明は、このような事情に汚みなされたもので、微
細気孔を有し、かつ機械的強度が優れているとともに、
製造工程での割れや有毒ガスの発生のない多孔質セラミ
ックス成形物の製造方法の提供をその目的とする。

〔問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、この発明の多孔質セラミ
ックス成形物の製造方法は、無機系微粉末材料に対して
、糊材、植物系有機微粒子材料および少量の水を混合し
て塑性坏土混合体とし１．この塑性坏土混合体をスクリ
ュー式押出成形機を用いて混練するとともに押出成形し
、この成形体を乾燥したのち、焼成炉内で昇温させるこ
とにより上記植物系有機微粒子材料を焼尽脱脂し、その
燃え跡により気孔を形成すると同時に上記無機系微粉末
材料を焼結させるという構成をとる。

〔作用〕

すなわち、この発明の方法は、無機系微粉末材料に、多
孔質セラミックス成形物のグリーン体（焼成する前の前
駆体）を形成するためのバインダーとしての糊材および
多孔質セラミックス成形物に気孔を形成させるための気
孔形成材としての植物系有機微粒子材料ならびに水を配
合し、これを混練して得た塑性坏土混合体（水分の少な
い粘土状のもの）を、さらにスクリュー式押出成形機（
図参照、この図では２軸式のものを示している）を用い
て混練するとともに回転加圧することにより上記グリー
ン体に押出成形するようになっている。上記塑性坏土混
合体は、極めて粘度が高く塑性変形を生じやすい状態で
あるため、上記のスクリュー式押出成形機を用いた混純
により、植物系有機微粒子材が内部によくゆき渡って複
雑な微細網目構造状に分布しやす（、かつ上記塑性坏土
混合体が押出時の加圧により圧縮され密度の高いグリー
ン体を形成する。このため、上記グリーン体を乾燥した
のち、焼成炉内で昇温させることにより上記植物系有機
微粒子材料を焼尽脱脂すると、その燃え跡が複雑な微細
網目構造の気孔に形成され、かつ上記グリーン体の密度
が高いことと塑性坏土混合体の含有水分が少量であるこ
とにより、無機系微粉末材料の焼結によって形成される
多孔質セラミックス成形物の骨格部が、高密度となり高
強度を有するものとなる。この場合、上記骨格部の密度
は、種々のファクターに形容されるが、主として無機系
微粉末材料の粒子形状、その粒子径のばらつき状態、バ
インダーの量および押出成形時の圧力等によって変化す
る。すなわち、骨格部の密度の高い高強度の多孔質セラ
ミックス成形物を得るためには、粒子径が小さく、かつ
均一な無機系微粉末材料を用い、バインダーおよび水の
量をできるだけ少量にし、成形時に高い圧力をかけるこ
とが好ましい。これを考慮して、この発明の方法におい
ては、無機系微粉末材料、糊材、植物系存機微粒子材料
および少量の水を混合してグリーン体を形成するための
塑性坏土混合体を構成している。そして、この塑性坏土
混合体の硬度をＮＧＫ式針押針挿入硬度計いて測定した
測定値が１〜５の範囲になるように設定することが重要
である。上記測定値が１以下になると、押出成形後のグ
リーン体の保形性が不充分で破壊しやすくなり、上記測
定値が５以上になると、スクリュー式押出成形機の押出
力が低下して効率が悪（なると同時に、混練時に、塑性
坏土混合体に剪断力が働き植物系有機微粒子材料が破壊
し良好な気孔の形成が困難となる傾向が見られる。また
、スクリュー式押出成形機の混練押出時の圧力は、３０
〜１００ｋｇ／ｃＩＩｌにすることが好ましく、これに
より充填密度が高く、優れた機械的強度を有する多孔質
セラミックス成形物を得ることができる。

上記無機系微粉末材料としては、酸化アルミニウム、炭
化珪素、シリケート、コージライト、酸化チタン、酸化
ジルコニウム、窒化珪素、炭化硼素、窒化硼素等のニュ
ーセラミックス原料の分級された粉体を、単体でまたは
二種以上を混合して用いることができ、その外いわゆる
粘土系のものも使用することができる。

バインダーとして用いられる糊材としては、水溶性の樹
脂液、例えば酢酸ビニール、酢酸セルロース、アルギン
酸ソーダ、ポリビニールアルコール等の希薄水溶液等を
用いることができるが、特に好ましいのは、澱粉類を煮
蒸しα化したものまたは澱粉類を官能基で置換し変成し
たものの水溶液である。この澱粉類を用いた糊材は、低
濃度でも無機系微粉末材料の微粒子に対する結合力に優
れ、効果的にグリーン体を形成する。また、脱脂工程時
にこれを焼尽するための熱量およびその際の発生熱量が
少なく、かつその発生ガス量も少ない。したがって、高
熱による多孔質セラミックス成形物の割れ、ひび入り等
を防止でき、発生ガスによる環境汚染もない。さらに、
押出成形時に潤滑剤としての機能も発揮し、スクリュー
式押出成形機内を移動する塑性坏土混合体の流れを円滑
にする。

気孔形成材として用いられる植物系有機微粒子材料とし
ては、植物を母体とする微粉末、例えばおが屑、木粉、
稲、麦等の穀物類の外皮（籾殻等）および茎を粉砕した
もの等を用いることができ、均一な気孔分布を形成する
ためには、これらを分級したもの（粒度１〜１０００μ
ｍ）を用いることが好ましい。また、前記糊材として用
いた澱粉類をα化せず澱粉細胞そのものを気孔形成材と
して用いてもよい。このような植物を母体とする微粉末
は、焼尽に要する熱量が少な（、その際のガス発生量が
少なくかつ無害であるため前記の糊材と同様、高熱によ
る多孔質セラミックス成形物の割れ、ひび入り等を防止
でき、発生ガスによる環境汚染も生じさせない。また、
親水性に富むため均一な混線状態の塑性坏土混合体を得
やすく、良好な気孔分布を有する多孔質セラミックス成
形物を形成できる。

つぎに、実施例について説明する。

〔実施例〕

まず、無機系微粉末材料として、精製酸化アルミニウム
の分級微粉末で平均粒径１０μｍのものを用意し、この
１００重量部に対して、糊材として馬鈴薯澱粉を煮蒸し
α化したものを３０重足部、植物系有機微粒子材料とし
て稲の籾殻を分級したもので平均粒子径２００μｍのも
のを２５重量部、水を２８重量部用意した。ついで、上
記馬鈴薯澱粉を水中に入れて分散し、これを加熱してα
化したのち冷却した。そして、この水溶液に、上記酸化
アルミニウムおよび籾殻を加えて予備混練しＮＧＫ硬度
１３の塑性坏土混合体を得た。これを図示のような２軸
のスクリューを有するスクリュー式押出成形機（本田鉄
工（株）製、デイニアリングエキストルーダ−ＤＥ−７
５型）ｌのホッパー２に投入し、スクリュー３ａ、３ｂ
をそれぞれ１４〜１７ｒ／ｍの回転数で駆動させた。そ
の結果、スクリュー３ａ、３ｂのそれぞれ端末部４ａ、
４ｂで圧力が略５０ｋｇ／ｃｙａ、スクリュー式押出成
形機１の筒部内５でのり性坏土混合体の流速が２５Ｏｃ
ｃ／ｍｉｎとなり、スクリュー式押出成形機１の押出口
６に取り付けられたダイス（図示せず）の形状に対応す
る円筒状の一次成形物を得た。この−次成形物は保形性
がよ＜、静置した状態で変形が少なく良好なものであっ
た。これを８０″Ｃに保持された通風式乾燥機中に２４
時間載置して水分が除去されたグリーン体を得たのち、
このグリーン体を酸化性電気炉で昇温し最終到達温度が
１５８０°Ｃになるように焼成した。これにより、グリ
ーン体内の籾殻の部分が焼尽されるとともに、酸化アル
ミニウムの部分が強力に結合され、上記籾殻の形状に対
応する形状の気孔を有する円筒状の多孔質セラミックス
成形物を得た。この多孔質セラミックス成形物は、平均
気孔径２６μｍ、気孔率５６容積％、見かけ比重１．５
ｇ／ｃ＋ｆｌの多孔質構造に形成され、ロックウェル硬
度計ＨＲ−Ｒスケールで測定した硬度が４５の強靭なも
のであった。

ナオ、上記の乾燥、焼成等の工程において、割れやひび
入り等の発生数は極めて少数であった。

〔比較例〕

上記実施例と同じ材料を用い、水の量を上記実施例のも
のよりも多いものと少ないものの二種類を用意し、他の
材料の量は上記実施例のものと同量にして、塑性坏土混
合体のＮＧＫ硬度が１１のものと１６のものとを得、こ
の塑性坏土混合体を、上記スクリュー式押出成形機１を
用いて押出成形した。その結果、ＮＧＫ硬度が１１の塑
性坏土混合体で成形したものは成形後の保形性が悪く、
静置中に変形を生じ所定の円筒形の形状を得るにいたら
なかった。また、ＮＧＫ硬度が１６の塑性坏土混合体で
成形したものは、成形性が悪くスクリュー式押出成形機
１の筒部内５での流速が落ち（３０ｃｃ／ｍｉｎ以下）
、また、成形後の乾燥工程で多数のものに割れが生じた
。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の方法は、無機系微粉末材料、
楔材、植物系有機微粒子材料および水を混合して塑性坏
土混合体にし、この塑性坏土混合体をスクリュー式押出
成形機を用いて混練しなから押出成形したのち、乾燥、
焼成等を行うことにより、多孔質セラミックス成形物を
製造するようになっている。上記塑性坏土混合体は、極
めて粘度が高く塑性変形を生じやすいため、上記の混純
により上記植物系有機微粒子が内部に複雑な微細網目構
造状に分布しやすく、かつ塑性坏土混合体が押出時の加
圧により圧縮され密度の高いグリーン体を形成する。こ
のため、上記グリーン体を乾燥および焼成すると、植物
系有機微粒子材料の燃え跡が複雑な微細網目構造の気孔
に形成され、かつ上記グリーン体の高密度により、密度
が高く高強度の骨格部を有する多孔質セラミックス成形
物が形成される。また、糊材や植物系有機微粒子材料は
、合成樹脂材料と異なり、焼尽させる熱量が少量ですみ
、かつその際発生する燃焼熱量も少量であるため、乾燥
および焼成工程での多孔質セラミックス成形物の高温に
よる割れ等を防止できる。さらにこれらが天然物であっ
て合成樹脂材料ではないため、燃焼時の生成を毒ガスに
よる環境汚染を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例に使用するスクリュー式押出
成形機の要部の縦断面図である。 １・・・スクリュー式押出成形機

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）無機系微粉末材料に対して、糊材、植物系有機微
   粒子材料および少量の水を混合して塑性坏土混合体とし
   、この塑性坏土混合体をスクリュー式押出成形機を用い
   て混練するとともに押出成形し、この成形体を乾燥した
   のち、焼成炉内で昇温させることにより上記植物系有機
   微粒子材料を焼尽脱脂し、その燃え跡により気孔を形成
   すると同時に上記無機系微粉末材料を焼結させることを
   特徴とする多孔質セラミックス成形物の製造方法。
2. （２）スクリュー式押出成形機の上記成形時の圧力が、
   スクリュー端末部において３０〜１００ｋｇ／ｃｍ＾２
   になつている特許請求の範囲第１項記載の多孔質セラミ
   ックス成形物の製造方法。
3. （３）糊材が、α化された澱粉または変成澱粉である特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の多孔質セラミッ
   クス成形物の製造方法。
4. （４）無機系微粉末材料が、酸化アルミニウム、炭化珪
   素、シリケート、コージライト、酸化チタン、酸化ジル
   コニウム、窒化珪素、炭化硼素、窒化硼素のうちの少な
   くとも１つである特許請求の範囲第１項、第２項、また
   は第３項記載の多孔質セラミックス成形物の製造方法。