JPH01305843A - 高強度粘土化合物セラミックスおよびその製造方法 - Google Patents
高強度粘土化合物セラミックスおよびその製造方法Info
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- JPH01305843A JPH01305843A JP63134924A JP13492488A JPH01305843A JP H01305843 A JPH01305843 A JP H01305843A JP 63134924 A JP63134924 A JP 63134924A JP 13492488 A JP13492488 A JP 13492488A JP H01305843 A JPH01305843 A JP H01305843A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B33/00—Clay-wares
- C04B33/02—Preparing or treating the raw materials individually or as batches
- C04B33/04—Clay; Kaolin
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。
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、可塑性を持ったまま成型が容易で。
また構造水を保持しているため粘り気もあり、かつまた
高強度な、特に引張強度に強いセラミックスの製造方法
に関するものである。
高強度な、特に引張強度に強いセラミックスの製造方法
に関するものである。
[従来技術]
モンモリロナイト、バイデライト、サボナイト、ヘクト
ライトといった粘土鉱物を総称してスメクタイトという
。
ライトといった粘土鉱物を総称してスメクタイトという
。
従来、このスメクタイト系粘土鉱物は可塑性があるため
カオリンなどと同様、水と練って型取りをした後、高温
で加熱することにより高質な焼物とすることが可能であ
る。しかし、高温で焼いた物自体は粘土の構造水が失わ
れてしまうため、粘土そのものが持っている粘り強さや
可塑性がなくなってしまい1通常のセラミックスと同様
耐衝撃性や靭性にかける上、一般の高強度セラミックス
よりも強度そのものも弱いという欠点を有している。
カオリンなどと同様、水と練って型取りをした後、高温
で加熱することにより高質な焼物とすることが可能であ
る。しかし、高温で焼いた物自体は粘土の構造水が失わ
れてしまうため、粘土そのものが持っている粘り強さや
可塑性がなくなってしまい1通常のセラミックスと同様
耐衝撃性や靭性にかける上、一般の高強度セラミックス
よりも強度そのものも弱いという欠点を有している。
また、現在高強度セラミックスといわれているものは、
超微粒子素材を使いこれに種々の焼結助剤を加えホット
プレスなど高温高圧条件下で処理して初めてできるもの
がほとんどであり、構造水を持たないため粘りがなく、
従って、引張強度も弱く、また複雑な形をした成型体を
得るのに苦労することが多い。
超微粒子素材を使いこれに種々の焼結助剤を加えホット
プレスなど高温高圧条件下で処理して初めてできるもの
がほとんどであり、構造水を持たないため粘りがなく、
従って、引張強度も弱く、また複雑な形をした成型体を
得るのに苦労することが多い。
[発明が解決しようとする問題点]
本発明の目的は、可塑性を持ったまま成型が容易で、ま
た構造水を保持しているため粘り気もあり、かつまた高
強度な、特に引張強度に強いセラミックス製造である。
た構造水を保持しているため粘り気もあり、かつまた高
強度な、特に引張強度に強いセラミックス製造である。
[問題点を解決するための手段]
本発明者らは、新しいセラミックス素材を開発するため
に鋭意研究を重ねた結果、可塑性を持つスメクタイト系
粘土鉱物を原材料にして、これをビスマス含有水溶液で
短時間加温処理した後、生成物をろ過乾燥するだけで圧
装引張強度で約100 kg/adにも達する高強度粘
土化合物セラミックスを得ることができた。
に鋭意研究を重ねた結果、可塑性を持つスメクタイト系
粘土鉱物を原材料にして、これをビスマス含有水溶液で
短時間加温処理した後、生成物をろ過乾燥するだけで圧
装引張強度で約100 kg/adにも達する高強度粘
土化合物セラミックスを得ることができた。
さらに本発明においては、高温条件を必要としないため
、原材料である粘土そのものが持つ構造水の破壊がなく
、それによって、成型体を作る上での可塑性が奪われる
ことがないため自由なセラミックス成型体を手軽に作製
でき、しかも、粘土の特徴である粘り強さが保持される
ため、当該成型体は圧装引張強度に優れているのである
。
、原材料である粘土そのものが持つ構造水の破壊がなく
、それによって、成型体を作る上での可塑性が奪われる
ことがないため自由なセラミックス成型体を手軽に作製
でき、しかも、粘土の特徴である粘り強さが保持される
ため、当該成型体は圧装引張強度に優れているのである
。
当該セラミックスの製造方法では、原料としてはスメク
タイト系粘土化合物なら何でもよく、従って天然産スメ
クタイト系粘土鉱物あるいはこれと類似の構造を持つ合
成粘土を選ぶことができる。
タイト系粘土化合物なら何でもよく、従って天然産スメ
クタイト系粘土鉱物あるいはこれと類似の構造を持つ合
成粘土を選ぶことができる。
ここでは、スメクタイト系粘土鉱物として理想化学組成
N ao、33 [(A Ql、、、MgQ、33)S
i40.。
N ao、33 [(A Ql、、、MgQ、33)S
i40.。
(OH)、] ・2H20の天然産モンモリロナイト
を原料とする。またスメクタイト系粘土化合物を当該高
強度セラミックスに変えるために必要な添加° 剤であ
るビスマス塩は、最終的に原料である粘土化合物とビス
マスの複合体ができ、所望の高強度粘土化合物セラミッ
クスになるものなら何でもよい。
を原料とする。またスメクタイト系粘土化合物を当該高
強度セラミックスに変えるために必要な添加° 剤であ
るビスマス塩は、最終的に原料である粘土化合物とビス
マスの複合体ができ、所望の高強度粘土化合物セラミッ
クスになるものなら何でもよい。
例えば、4B iNo、(OH)、 ・B10(OH)
(7)化学組成を持つ塩基性硝酸ビスマスを添加剤とす
る。
(7)化学組成を持つ塩基性硝酸ビスマスを添加剤とす
る。
塩基性硝酸ビスマスの0.001〜0.005モル濃度
の水溶液を、湯浴あるいは油浴中80〜120℃で加熱
攪拌して前記ビスマス塩をほぼ溶解した後、ろ別を行っ
たビスマス含有水溶液にモンモリロナイト0.01モル
を加えて約1時間加熱攪拌し、生成した淡灰白色沈殿物
を吸引ろ過。
の水溶液を、湯浴あるいは油浴中80〜120℃で加熱
攪拌して前記ビスマス塩をほぼ溶解した後、ろ別を行っ
たビスマス含有水溶液にモンモリロナイト0.01モル
を加えて約1時間加熱攪拌し、生成した淡灰白色沈殿物
を吸引ろ過。
熱水で洗浄後、80℃で乾燥を行った。
このようにして得られたビスマス含有モンモリロナイト
は固く凝縮しているので、めのう製乳鉢で粗く粉砕後、
めのう製電磁式超微粒粉砕機で26メツシユ以下の微粉
末粒子になるよう微粉化した。
は固く凝縮しているので、めのう製乳鉢で粗く粉砕後、
めのう製電磁式超微粒粉砕機で26メツシユ以下の微粉
末粒子になるよう微粉化した。
この微粉体試料約0.9gを400kg/cd(7)加
圧条件下で5分間加圧成型し、円盤状成型体(直径D=
約13mmφ、厚みW=約3 m m )を作製した。
圧条件下で5分間加圧成型し、円盤状成型体(直径D=
約13mmφ、厚みW=約3 m m )を作製した。
この成型試料について万能引張圧縮試験機を用いてdi
ametral compression tes
t (圧装引張試験)を行った。すなわち、印加圧力(
F)と破断面積(DXW)から試料の引張強度(St)
を下記の算出式により求めた。
ametral compression tes
t (圧装引張試験)を行った。すなわち、印加圧力(
F)と破断面積(DXW)から試料の引張強度(St)
を下記の算出式により求めた。
S t = 2 F/ (πDW)
その結果、前記方法で作製したビスマス含有モンモリロ
ナイトのセラミックス体は60.7〜99.8kg/a
(の引張強度を有する高強度セラミックス体であること
が判明した。一方、塩基性硝酸ビスマス水溶液で処理し
ないで、原材料であるモンモリロナイトのみを80’C
で乾燥後、同様に26メツシユ以下に微粉化し400k
g/cJの加圧条件下で5分間加圧成型した円盤状成型
体(直径D=約13 m mφ、厚みW=約3mm)は
26.4kg/aJ程度の引張強度しか示さなかった。
ナイトのセラミックス体は60.7〜99.8kg/a
(の引張強度を有する高強度セラミックス体であること
が判明した。一方、塩基性硝酸ビスマス水溶液で処理し
ないで、原材料であるモンモリロナイトのみを80’C
で乾燥後、同様に26メツシユ以下に微粉化し400k
g/cJの加圧条件下で5分間加圧成型した円盤状成型
体(直径D=約13 m mφ、厚みW=約3mm)は
26.4kg/aJ程度の引張強度しか示さなかった。
従って、モンモリロナイトを100℃以下の塩基性硝酸
ビスマス水溶液で加熱処理することにより、モンモリロ
ナイト単味よりも数倍高い引張強度を持つ高強度セラミ
ックス体が得られることが確認された。
ビスマス水溶液で加熱処理することにより、モンモリロ
ナイト単味よりも数倍高い引張強度を持つ高強度セラミ
ックス体が得られることが確認された。
また、塩基性硝酸ビスマス/モンモリロナイトの混合モ
ル比を約0.2としたときには、当該高強度粘土化合物
セラミックスの圧装引張強度は最高に達することも確認
された。
ル比を約0.2としたときには、当該高強度粘土化合物
セラミックスの圧装引張強度は最高に達することも確認
された。
さらに、本発明による高強度粘土化合物セラミックス体
が構造水を残しているため少なくとも粘土の構造水が壊
れる800℃までの加熱焼成処理条件下においても引っ
張り強度が保たれるかどうかを検討するために、当該高
強度粘土化合物セラミックス成型体を600℃で4時間
の加熱焼成処理を行ってから、引張強度試験を行った。
が構造水を残しているため少なくとも粘土の構造水が壊
れる800℃までの加熱焼成処理条件下においても引っ
張り強度が保たれるかどうかを検討するために、当該高
強度粘土化合物セラミックス成型体を600℃で4時間
の加熱焼成処理を行ってから、引張強度試験を行った。
その結果、塩基性硝酸ビスマス/モンモリロナイトの混
合モル比が0.1と0.2の各試料2種について、平均
値として、それぞれ112.0kg/aJおよび149
.4kg/adの圧装引張強度が得られ、少なくとも6
00℃、4時間までの加熱処理によってこの新規セラミ
ックス体の圧装引張強度は増大こそすれ劣化しないこと
がわかった。よって、本発明で得られる高強度粘土化合
物セラミックスは引張強度に極めて優れた特性を持つ高
強度セラミックスであり、熱的にも安定しているから、
少なくとも粘土の構造水が壊れる800℃以下でより高
圧力を発生できるホットプレスやHIPなどの手段でビ
スマス含有粘土複合体を高圧加熱処理することにより、
引張強度に優れたより高強度なセラミックス成型体が、
粘土の可塑性を利用してさまざまな工業的用途に適した
複雑な形状のままで。
合モル比が0.1と0.2の各試料2種について、平均
値として、それぞれ112.0kg/aJおよび149
.4kg/adの圧装引張強度が得られ、少なくとも6
00℃、4時間までの加熱処理によってこの新規セラミ
ックス体の圧装引張強度は増大こそすれ劣化しないこと
がわかった。よって、本発明で得られる高強度粘土化合
物セラミックスは引張強度に極めて優れた特性を持つ高
強度セラミックスであり、熱的にも安定しているから、
少なくとも粘土の構造水が壊れる800℃以下でより高
圧力を発生できるホットプレスやHIPなどの手段でビ
スマス含有粘土複合体を高圧加熱処理することにより、
引張強度に優れたより高強度なセラミックス成型体が、
粘土の可塑性を利用してさまざまな工業的用途に適した
複雑な形状のままで。
できることがわかる。また、当該高強度粘土化合物セラ
ミックスの特徴は引張強度に強いことと、成型の際に粘
土の持つ可塑性があるため任意の形状に成型できること
にあるので、単に従来知られているような高強度セラミ
ックスと同等あるいはそれ以上の強度を持つ高強度セラ
ミックスを得たい場合は、当該高強度粘土化合物セラミ
ックスを型取りした後、粘土の構造水がなくなる800
’C以上の温度で加圧成型を行えばよい。
ミックスの特徴は引張強度に強いことと、成型の際に粘
土の持つ可塑性があるため任意の形状に成型できること
にあるので、単に従来知られているような高強度セラミ
ックスと同等あるいはそれ以上の強度を持つ高強度セラ
ミックスを得たい場合は、当該高強度粘土化合物セラミ
ックスを型取りした後、粘土の構造水がなくなる800
’C以上の温度で加圧成型を行えばよい。
[発明の効果]
本発明による高強度セラミックスは、原料の粘土が安価
で入手しやすく、シかも添加剤であるビスマスも国内で
は入手しやすく、その製造方法も簡単であることなどか
ら、省エネルギー、省コスト的なセラミックスである。
で入手しやすく、シかも添加剤であるビスマスも国内で
は入手しやすく、その製造方法も簡単であることなどか
ら、省エネルギー、省コスト的なセラミックスである。
[実施例コ
本発明の詳細を実施例に基づき、さらに詳細に説明する
。
。
実施例1
塩基性硝酸ビス7X4 B i NO3(OH)2 ・
B 1O(OH)(分子量=1462)2.92gを1
゜000 m QのH2Oに加え、油浴(110〜12
0℃)中で加熱攪拌して前記ビスマス塩をほぼ溶解した
後、ろ別を行ったビスマス含有水溶液にモンモリロナイ
ト(左沢鉱山産天然モンモリロナイト:分子量=約40
3;東芝B e c k m a n nの密度測定器
から求めた真密度=2.61kg/ff1)4.0gを
加えて約1時間加熱攪拌し、生成した淡灰白色沈殿物を
吸引ろ過、熱水で洗浄後、80℃で乾燥を行った。
B 1O(OH)(分子量=1462)2.92gを1
゜000 m QのH2Oに加え、油浴(110〜12
0℃)中で加熱攪拌して前記ビスマス塩をほぼ溶解した
後、ろ別を行ったビスマス含有水溶液にモンモリロナイ
ト(左沢鉱山産天然モンモリロナイト:分子量=約40
3;東芝B e c k m a n nの密度測定器
から求めた真密度=2.61kg/ff1)4.0gを
加えて約1時間加熱攪拌し、生成した淡灰白色沈殿物を
吸引ろ過、熱水で洗浄後、80℃で乾燥を行った。
このようにして得られたビスマス含有モンモリロナイト
は固く凝縮しているので、めのう製乳鉢で粗く粉砕後、
めのう製電磁式超微粒粉砕機で26メツシユ以下の微粉
末粒子になるよう微粉化した。
は固く凝縮しているので、めのう製乳鉢で粗く粉砕後、
めのう製電磁式超微粒粉砕機で26メツシユ以下の微粉
末粒子になるよう微粉化した。
この微粉体資料的0.9g(真密度=3.32kg/a
j> を400 kg/adの加圧条件下で5分間加
圧成型し2円盤状成型体(直径D=約13mmφ。
j> を400 kg/adの加圧条件下で5分間加
圧成型し2円盤状成型体(直径D=約13mmφ。
厚みW=約3 m m ;重量と容積から求めたかさ密
度=2.75kg/ad)を6個作製した0次いで。
度=2.75kg/ad)を6個作製した0次いで。
この試料6個について万能引張圧縮試験機を用いてdi
ametral compressiontest
(圧装引張試験)を行った。すなわち、印加圧力(F)
と破断面積(DXW)から6個の試料の引張強度(St
)を下記の算出式により求めた。
ametral compressiontest
(圧装引張試験)を行った。すなわち、印加圧力(F)
と破断面積(DXW)から6個の試料の引張強度(St
)を下記の算出式により求めた。
5t=2F/(πDW)
その結果、前記方法で作製したビスマス含有モンモリロ
ナイトのセラミックス体は平均値として99.8kg/
a#の引張強度を有する高強度セラミックス体であるこ
とが判明した。
ナイトのセラミックス体は平均値として99.8kg/
a#の引張強度を有する高強度セラミックス体であるこ
とが判明した。
実施例2
ビスマス塩のモンモリロナイトに対する添加量を変えた
、ビスマス含有モンモリロナイトを4種(塩基性硝酸ビ
スマス/モンモリロナイトのモル比=Q、1,0.2.
0.3および0.5)作製し、これらを実施例1の方法
で加圧成型後、引張強度試験を行った。
、ビスマス含有モンモリロナイトを4種(塩基性硝酸ビ
スマス/モンモリロナイトのモル比=Q、1,0.2.
0.3および0.5)作製し、これらを実施例1の方法
で加圧成型後、引張強度試験を行った。
その結果、塩基性硝酸ビスマス/モンモリロナイトのモ
ル比が0.1.0.2.0.3および0゜5の試料数個
ずつの圧装引張強度の平均値は、それぞれ60.7.9
0.6.81.9および71゜8kg/alであった。
ル比が0.1.0.2.0.3および0゜5の試料数個
ずつの圧装引張強度の平均値は、それぞれ60.7.9
0.6.81.9および71゜8kg/alであった。
以上の結果から、塩基性硝酸ビスマス/モンモリロナイ
トのモル比が0.2近傍の割合で調整すれば、引張強度
が最も強いビスマス含有モンモリロナイトがセラミック
ス体として得られることが確認された。
トのモル比が0.2近傍の割合で調整すれば、引張強度
が最も強いビスマス含有モンモリロナイトがセラミック
ス体として得られることが確認された。
実施例3
ビスマス塩のモンモリロナイトに対する添加量を変えた
、ビスマス含有モンモリロナイトを2種(塩基性硝酸ビ
スマス/モンモリロナイトのモル比=0.1および0.
2)作製し、これらを実施例1の方法で加圧成型後、6
00℃で4時間の加熱焼成処理を行ってから、引張強度
試験を行った。
、ビスマス含有モンモリロナイトを2種(塩基性硝酸ビ
スマス/モンモリロナイトのモル比=0.1および0.
2)作製し、これらを実施例1の方法で加圧成型後、6
00℃で4時間の加熱焼成処理を行ってから、引張強度
試験を行った。
その結果、各試料2種について、圧装引張強度の平均値
は、それぞれ112.0および149゜41cg/cn
fであり、少なくとも600℃までの加熱処理によって
この新規セラミックス体の圧装引張強度は増大こそすれ
劣化しないことがわかった。
は、それぞれ112.0および149゜41cg/cn
fであり、少なくとも600℃までの加熱処理によって
この新規セラミックス体の圧装引張強度は増大こそすれ
劣化しないことがわかった。
比較例1
モンモリロナイト単味について、実施例1と同条件、す
なわち、天然モンモリロナイト(左沢鉱山産)の約1g
を被検試料として、400kg/cnfで加圧成型した
試料4個(かさ密度=2.05kg/cd)についての
圧装引張強度試験から、平均値26.4)cg/cdの
引張強度が得られた。
なわち、天然モンモリロナイト(左沢鉱山産)の約1g
を被検試料として、400kg/cnfで加圧成型した
試料4個(かさ密度=2.05kg/cd)についての
圧装引張強度試験から、平均値26.4)cg/cdの
引張強度が得られた。
以上の結果から、モンモリロナイトをビスマス塩で処理
することにより、モンモリロナイトの圧装引張強度がビ
スマス添加効果(添加量:塩基性硝酸ビスマス/モンモ
リロナイトの混合モル比≧0.1)によって、最大約4
倍以上に増大することがわかった。
することにより、モンモリロナイトの圧装引張強度がビ
スマス添加効果(添加量:塩基性硝酸ビスマス/モンモ
リロナイトの混合モル比≧0.1)によって、最大約4
倍以上に増大することがわかった。
Claims (3)
- (1)モンモリロナイトのようなスメクタイト系粘土鉱
物をビスマス塩の水溶液で処理する ことにより得られる、乾燥品あるいは加熱 処理を行った高強度粘土化合物セラミック スおよびその製造方法。 - (2)第1項記載の製造方法において、硝酸ビスマスあ
るいは塩基性硝酸ビスマスの水溶液 中にモンモリロナイトのようなスメクタイ ト系粘土鉱物を加え、これら混合溶液中の 生成物をろ別することにより、塊状固体の ビスマスを含む粘土鉱物が得られる、これ を室温以上、好ましくは80℃以上の温度 下で乾燥あるいは加熱処理することにより 得られる、ビスマスを含まない母体粘土鉱 物より遥かに高強度な粘土化合物セラミッ クスおよびその製造方法。 - (3)第2項記載の製造方法において得られた当該高強
度粘土化合物セラミックスをさらに 高温高圧条件下で処理することにより得ら れる高強度粘土化合物セラミックスおよび その方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63134924A JPH01305843A (ja) | 1988-06-01 | 1988-06-01 | 高強度粘土化合物セラミックスおよびその製造方法 |
US07/323,826 US4981824A (en) | 1988-06-01 | 1989-03-15 | Novel ceramic material, method for the preparation thereof and ceramic shaped body obtained therefrom |
EP89302731A EP0344889B1 (en) | 1988-06-01 | 1989-03-20 | Novel ceramic material, method for the preparation thereof and ceramic shaped body obtained therefrom |
DE89302731T DE68910189D1 (de) | 1988-06-01 | 1989-03-20 | Keramisches Material, Verfahren zu seiner Herstellung und geformter keramischer Körper daraus. |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP63134924A JPH01305843A (ja) | 1988-06-01 | 1988-06-01 | 高強度粘土化合物セラミックスおよびその製造方法 |
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JPH01305843A true JPH01305843A (ja) | 1989-12-11 |
JPH0474296B2 JPH0474296B2 (ja) | 1992-11-25 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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EP (1) | EP0344889B1 (ja) |
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US7517561B2 (en) * | 2005-09-21 | 2009-04-14 | Ford Global Technologies, Llc | Method of coating a substrate for adhesive bonding |
US7744984B2 (en) * | 2006-06-28 | 2010-06-29 | Ford Global Technologies, Llc | Method of treating substrates for bonding |
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RU2640437C1 (ru) * | 2016-04-21 | 2018-01-09 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Проблем Комплексного Освоения Недр Им. Академика Н.В. Мельникова Российской Академии Наук (Ипкон Ран) | Способ изготовления керамических стеновых изделий и плитки |
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US3671190A (en) * | 1970-11-10 | 1972-06-20 | Laporte Industries Ltd | Synthetic clay-like minerals of the smectite type and method of preparation |
US3816153A (en) * | 1972-07-10 | 1974-06-11 | Engelhard Min & Chem | Opacity of clay films |
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US4514510A (en) * | 1983-09-08 | 1985-04-30 | American Colloid Company | Hydrogen enriched water swellable clay having reduced acid demand and stable at low pH |
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1989
- 1989-03-15 US US07/323,826 patent/US4981824A/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-03-20 DE DE89302731T patent/DE68910189D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-03-20 EP EP89302731A patent/EP0344889B1/en not_active Expired - Lifetime
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JPH0474296B2 (ja) | 1992-11-25 |
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EP0344889B1 (en) | 1993-10-27 |
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