JPH01167282A

JPH01167282A - セラミツクス多孔体

Info

Publication number: JPH01167282A
Application number: JP62326379A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Moriyama; 森山　純弘; Takuji Yoshimura; 卓二吉村
Original assignee: Kanebo Ltd
Current assignee: Kanebo Ltd
Priority date: 1987-12-22
Filing date: 1987-12-22
Publication date: 1989-06-30
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: JP2651170B2

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、フィルター、触媒担体等に使用する連通気
孔を有するセラミックス多孔体に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、溶融金属フィルター、高温ガスフィルター、自
動車排ガスフィルターおよび触媒担体。

熱輻射板等に使用されるセラミックス多孔体は、アルミ
ナ、ジルコニア、コージライト、ムライト炭化珪素、窒
化珪素等の材料により構成されており、下記のようなも
のがある。すなわち、■三次元網状構造に形成された発
泡ウレタンフオーム等の有機質発泡体を、上記材料を用
いたスラリーで被覆充填しこれを焼成することにより上
記発泡ウレタンフオーム等の骨格よりもやや太い骨格の
セラミックス多孔体を形成したもの、■上記材料からな
る線状成形物を三次元的に組上げこれを焼成したいわゆ
るラーメン状構造のもの、■球状有機物の充填体の空隙
に、上記材料からなるスラリーを充填しこれを焼成する
ことにより球状有機物の燃え跡部分を気孔に形成したも
の等である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のうち、■の発泡ウレタンフオーム
等を用いたものは、その骨格の中心部に、発泡ウレタン
フオーム等の骨格の形骸である空洞部が生成し、そのた
め強度が弱くなる。また、■の線状成形物を用いたもの
は、その線状成形物同士が互いに、点接触した状態で形
成されており、その結合部分が少ないため強度が弱くな
り、かつ製造時に、気孔径を調節することができないと
いう問題がある。さらに、■の球状有機物を、利用した
ものは、各種気孔径の高強度セラミックス多孔体を製造
することができる。しかしながら、上記■〜■のいずれ
の方法で製造されたセラミックス多孔体も耐熱衝撃性が
充分でないため、溶融金属フィルターに代表されるよう
に、急激な熱の変化に曝される用途に用いられると熱衝
撃を受は割れを生じやすい。この急激な熱の変化による
割れを避けるためには、使用前に徐々に熱を加えて使用
温度にまで昇温する予熱をしなければならず、そのため
作業が煩雑になったり、作業に長時間を要するという問
題点も有している。

このため、セラミックス多孔体の耐熱衝撃性を向上させ
る目的で、低熱膨張係数のコージライトや、β−スボジ
ュメンに代表されるリチウムアルミノシリケート（以下
ｒＬＡｓＪと略す）を用いる試みがなされている。しか
しながら、上記コージライトの熱膨張係数は略３　Ｘ　
１０−６／”Ｃであり、これを用いて得られるセラミッ
クス多孔体の耐熱衝撃性は溶融金属用フィルター等とし
て満足のできるものではない。さらに、耐熱温度も１２
００〜１３００°Ｃであって低いという問題点を有して
いる。また、ＬＳＡは組成配合により熱膨張率をほぼゼ
ロにすることができ良好な耐熱衝撃性を得ることができ
るが、耐熱温度が１３００°Ｃ程度と低く、さらに高価
になるという問題も有している。

ところで、一般にセラミックス多孔体の強度を向上させ
るためには、嵩密度の大きな骨太のものに形成すること
が効果的であるが、このようにするとセラミックス多孔
体の圧力損失の増大（通気。

通液性が悪くなる）を招き、フィルターの用途としては
不向きなものとなる。したがって、圧力損失が小さく、
かつ高強度で、しかも耐熱衝撃性等の優れたセラミック
ス多孔体の提供が望まれている。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、高
強度で、耐熱性および耐熱衝撃性に優れ、かつ圧力損失
の少ない（通気２通液性のよい）連通気孔を有するセラ
ミックス多孔体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、この発明のセラミックス
多孔体は、６０重量％以上のチタン酸アルミニウムを含
む材料で構成され、焼成により、全体に直径が０．１〜
１０ｍｍの球状気孔が互いに連通した状態で形成されて
いるという構成をとる。

〔作用］すなわち、この発明のセラミックス多孔体は、従来例の
ように、耐熱衝撃性の劣る材料や耐熱温度の低い材料を
用いるのではなく、耐熱衝撃性に優れ、かつ耐熱温度の
高いチタン酸アルミニウムを構成成分としており、その
良好な耐熱衝撃性および耐熱性の性能を発揮させている
。さらに、製造に際して、球状の気孔形成剤を使用する
ことにより、セラミックス多孔体の全体に、直径が０．
１〜１０胴の球状気孔を互いに連通した状態で形成させ
圧力損失の少ないものにしている。すなわち、チタン酸
アルミニウムは、その組成配合によって熱膨張係数をほ
ぼゼロにすることができるため良好な耐熱衝撃性を得る
ことができ、さらに耐熱温度も１８６０°Ｃと極めて高
いものであり、それによってセラミックス多孔体の耐熱
衝撃性等の大幅な向上をもたらす。そして、セラミック
ス多孔体の強度は、上記球状気孔による基本骨格の太さ
等により支持される。

このようなセラミックス多孔体は、有機物粒子を気孔形
成剤として使用する公知の方法で製造することができる
。例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、エチレン酢酸
ビニル共重合体等からなる直径０．１〜１０ｍｍの有機
樹脂粒子や発泡体粒子を型枠に充填圧縮したり、樹脂粒
子の表面に接着剤を塗布して型枠内に充填したり、また
は樹脂粒子を型枠内に充填し溶剤を注入し粒子を粘着さ
せたのち溶剤を除去したりし、樹脂粒子が相互に接触し
た状態の成形体をつくる。ついで、型枠内に合成チタン
酸アルミニウムと焼結助剤を水に混合して得たスラリー
を流し込む。ついて、これを乾燥固化する。そして、溶
剤を注入して樹脂粒子を溶解除去したのち、またはその
まま高温で焼成等の処理を行うことにより、上記有機物
を完全に焼却除去しその燃え動部分が連通した球状気孔
になっているセラミックス成形体を得ることができる。

上記の方法は合成チタン酸アルミニウムを使用している
。他の方法は、合成チタン酸アルミニウムを用いるので
はなく、それに代えてアルミナとチタニアとを主成分と
する原料粉末を用いるものであって、焼成により上記ア
ルミナとチタニアとからチタン酸アルミニウムを合成す
るものである。

通常、上記合成チタン酸アルミニウムまたはアルミナ、
チタニアを主成分とする原料粉末とともに、他の二次成
分（アルミナ、チタニア、ジルコニア。

シリカ、酸化クロム、酸化鉄、酸化コバルト、酸化銅、
酸化亜鉛、アルカリ土類金属酸化物、希土類金属酸化物
、窒化珪素、炭化珪素等）となる成分原料を含有する原
料が用いられている。この原料は、酸化物、非酸化物、
単独ないしは複化合物の型で用いられ、この原料由来の
上記二次成分が得られるチタン酸アルミニウム焼結体の
強度を高め熱膨張率を制御する作用をする。なお、上記
アルミニウムとチタニアとを主成分とする原料粉末を用
いてセラミックス多孔体を製造する際、合成チタン酸ア
ルミニウムも併用することは自由である。以上の原料は
易焼結性の観点から粒径が５０μｍ以下であることが好
ましく、最も好ましいのは１０μｍ以下である。

このようにして得られたセラミックス多孔体において、
その球状気孔の直径は、強度２通気性の観点から０．１
〜１０ｍｍにすることが必要であり、好ましくは０．５
〜７ｍｍにすることである。上記球状気孔の直径が０．
１　ｍｍ以下であると、特に通気。

通液性が悪くなるため圧力損失が極めて大きくなり、フ
ィルターとしての用途を果たすことができにくくなる。

逆に、球状気孔の直径が１０’ｍｍ以上になると、気孔
率が大きくなりすぎセラミックス多孔体の強度が極端に
低下する。このため、球状気孔の直径を上記の範囲に設
定することが重要であり、かつこの気孔径を均一状態に
するために、使用する気孔形成剤を篩等により、先に述
べたような一定の粒子径に揃えておくことが好適である
。

また、上記のセラミックス多孔体はチタン酸アルミニウ
ムを６０重量％以上含有していることが必要であり、好
ましくは７０重量％以上を含有していることである。チ
タン酸アルミニウムの含有量が６０重量％以下であると
、他の４０重量％以上を占める二次成分の影響力が大き
くなり、その影響によりセラミックス多孔体の骨格の熱
膨張率が大きくなる。その結果、耐熱衝撃性が低下し急
激な温度の変化により割れを生じやすくなる。」二記他
の三次成分としては、先に述べたように、アルミナ、ヂ
タニア、ジルコニア、シリカ、酸化クロム、酸化鉄、酸
化コバルト、酸化銅、酸化亜鉛。

アルカリ土類金属酸化物、希土類金属酸化物および窒化
珪素、炭化珪素等の非酸化物等があげられ、これらの成
分は、セラミックス多孔体中において単独ないしは複化
合物またはチタン酸アルミニウムへの固溶成分の形で存
在する。前記作用を確実にするために、二次成分は略５
％以上添加することが重要である。したがって、チタン
酸アルミニウムの含有量は９５％以下に設定される。

このように、この発明のセラミックス多孔体は、チタン
酸アルミニウムを６０重量％以上含有しており、チタン
酸アルミニウムの有する良好な耐熱衝撃性および耐熱性
に加えて、高強度を有するものになっている。この強度
は、上記チタン酸アルミニウムの量、二次成分の種類と
量１球状気孔の直径、気孔率、焼成温度等の因子が複雑
に絡んで決定されるもので、高い程良好であるといえる
が、フィルターの用途としては曲げ強度で５　ｋｇ　／
　ｃｉ以上になっていれば足りる。このため、上記の条
件を適宜設定して高品質のセラミックス多孔体を製造す
ることが重要である。

つぎに、実施例について説明する。なお、実施例中の各
物性の評価は、下記の方法で行った。

（曲げ強度）寸法が１５０Ｘ３０Ｘ１０ｍｍの試験片を１０個切り出
し、そのそれぞれの試験片を、ヘッドスピードが０．０
５　ｍｍ　／　ｍｉｎの速度で、スパンカ月００胴の条
件で３点曲げテストを行い、その平均値を曲げ強度とし
た。

（圧力損失）寸法が１０１００Ｘ４００Ｘ２０の試験片を、風速２　
ｍ／ｓｅｃの風が流れる風洞内に設置し、この風洞の空
気流入側室と空気流出側室との圧力差を、Ｕ字型マノメ
ーターで読み取り、水柱高さで圧力損失を測定した。

（耐熱衝撃性）寸法が１０１００Ｘ１００Ｘ２０の試験片を、１０００
°Ｃの温度で３０分間加熱処理したのち、即座に、室温
状態の雰囲気内に入れ、その状態で３０分間放冷すると
いう加熱、冷却を繰り返すザイクルテストを２０回実施
し、亀裂の発生状況を下記のように評価した。

評価　　　　　　状況 ○　　　亀裂は全く認められない △　　　亀裂が僅かに認められる ×　　　亀裂が発生〔実施例１〜６．比較例１，２〕まず、第１表に示す各直径の発泡スチロールを、３００
ｘ３００ｘ５０　（深さ）　ｍｍの寸法の型枠に充填し
、その圧縮率が２０％となるように高さ４０　ｍｍにな
るまで圧縮し固定した。ついで、合成チタン酸アルミニ
ウム８５重量％、ジルコニア７．５重量％、シリカ５重
量％、酸化クロム２．５重量％からなるセラミックス粉
体と、水溶性エポキシ樹脂およびアミン系硬化剤からな
る水性スラリーを、上記型枠内の発泡スチロール充填体
の空隙に加圧充填した。つぎに、これを８０°Ｃ×１０
０％ＲＨの条件で、１０時間の硬化処理を行ったのち、
乾燥しグリーン体を得た。そして、このグリーン体を酢
酸エチルに浸漬して発泡スチロールを溶解させ、そのの
ち１５００°Ｃの温度で５時間焼成しセラミックス多孔
体を得た。その結果を、第１表に示す。

（以下余白）〔実施例７〜１０．比較例３］下記の第２表に示す組成の原料および直径３　ｍｍの発
泡スチロールを用い、焼成温度を１５５０°Ｃとした外
は、実施例１に準じてセラミックス多孔体を製造した。

その結果を第２表に示す。

（以下余白）〔比較例４〕実施例９と同様のスラリーを、寸法が２００×１００Ｘ
５０＋＋＋＋＋でセル数が３０　ｐｐｉ　（ｐｏｒｏｕ
ｓ／１ｎｃｈ）の発泡ウレタンフオームの表面に付着さ
せたのち、余剰スラリーを遠心脱水法で除去し、８０°
Ｃ×１００％ＲＨの条件で１０時間硬化処理を行い、室
温で放置乾燥してグリーン体を得たものである。

このグリーン体には亀裂は全く認められなかった。

このグリーン体を、実施例１と同条件で焼成し、曲げ強
度を測定した。その結果、その測定値は０゜７　ｋｇ　
／　ｃＴｌｌと極めて低い値であり、フィルターの用途
としては使用可能なものではなかった。

〔実施例１２〜１４、比較例５，６〕第３表に示す気孔形成剤および原料を用い、焼成温度を
１４５０°Ｃとする以外は、実施例１〜６と同様にして
セラミックス多孔体を得た。そして、このセラミックス
多孔体の耐熱衝撃性テストを、１４００°Ｃの温度で行
い、下記の第３表の結果を得た。

（余　　白　　）Ｇ草且表混合チタン酸アルミニウム：アルミナとチタニアの等モ
ル比混合物合成ＬＳＡ：β−スポジュメン粉末タルク：脱水反応後の組成の配合量を示している。

　Ｑ上記の第３表に示した結果において、比較例ＮＯ。

５．６のものは、耐熱衝撃性の評価テストでの変形が著
しく、耐熱性の劣るものであった。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明のセラミックス多孔体は、チタ
ン酸アルミニウムを６０％以上含有しており、耐熱衝撃
性に優れ、かつ耐熱温度が高くなっている。そして、チ
タン酸アルミニウムと特定寸法の球状気孔との組合わせ
により強度も極めて高くなっている。そのうえ、多孔体
の全体に、直径が０．１〜１０ｍｍの球状気孔が互いに
連通した状態で形成されているため圧力損失が少なくな
っている。したがって、溶融金属、高温ガス等に用いる
フィルターとして好適である。また、このものは触媒担
体、熱輻射板等としての用途にも適している。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）６０重量％以上のチタン酸アルミニウムを含む材
料で構成され、焼成により、全体に直径が０．１〜１０
ｍｍの球状気孔が互いに連通した状態で形成されている
ことを特徴とするセラミックス多孔体。
（２）球状気孔の直径が、０．５〜７ｍｍになつている
特許請求の範囲第１項記載のセラミックス多孔体。
（３）チタン酸アルミニウムを７０重量％以上含有して
いる特許請求の範囲第１項または第２項記載のセラミッ
クス多孔体。
（４）曲げ強度が５ｋｇ／ｃｍ＾２である特許請求の範
囲第１項、第２項および第３項記載のいずれかに記載の
セラミックス多孔体。