JPH02149481A - 多孔セラミック体の製造方法 - 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、多孔セラミック体、特に編地を出発基体とし
て用いた高い空隙率と高い強度をもつ多孔セラミック体
の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

多孔セラミック体は、耐熱性、耐薬品性、耐候性等に優
れているため、例えば、高温用の炉材、触媒担体等に広
く用いられている。特に炉材、あるいは触媒担体等の分
野においては空隙率が高いことが望ましい、このための
方法として、従来は内部連通空間を有する有機質発泡体
の表面にセラミックスラリ−を付着させ、それを乾燥し
、焼成することからなる製造方法が開示されている。

特開昭４８−８１９０７、同５２−７７１１４、実開昭
５４−１６７１３８には、発泡ウレタンフオームの表面
にセラミックスラリ−を付着させ、それを乾燥させてか
ら焼成することからなる多孔セラミック体の製造方法が
開示されている。しかし、これは次の欠点を持っている
。ウレタンフオームの骨格へのセラミックスラリ−の均
一な付着を達成するために、ウレタンフオームにスラリ
ーを塗布するに際して、過剰のスラリーを除去するため
に遠心分離や圧縮空気の吹き付けによって過剰のスラリ
ーを除去するが、それでも均一になり難く、しかも、こ
の工程を数回反復しなければならない不便がある。上記
の方法を注意深く行なったとしても、連通空間の一部に
セラミックスラリ−が充填されて、連通空間を塞ぐこと
を避けることが出来ない。この問題は、前記の濾過およ
び触媒担体として、対象物である気体あるいは液体の流
れを遮ることになり、圧力損失の増加を引き起こすため
問題である。これらの従来方法で得られる多孔セラミッ
ク体に於ては、セラミックスラリをその表面に付着させ
た有機質発泡体が焼成の初期段階で飛散するが（例えば
発泡ウレタンフォムでは２００℃〜３００℃で飛散する
。）、さらに高温で行なわれるれるセラミック材料の焼
成（例えば、融点１４６０℃〜１４７０℃のコーディエ
ライトでは１４５０℃の焼成温度）の終了後においても
、焼結した多孔セラミック体の骨格の断面内に前記の有
機質発泡体が存在していた部分がなおも中空の穴のまま
で残っている。この骨格の断面の中空の存在は、多孔セ
ラミック体の機械強度を著しく低下せしめ、多孔セラミ
ック体はぼろぼろと崩れ易いものとなり、例えば、自動
車用排ガス触媒担体などの高温でかつ振動の大きい場所
に於ける製品としては、適しないものとなる。

他方、この欠点を解決するために骨格断面の中空部を埋
めてしまう目的で、焼成温度をセラミック材料の融点ま
で上昇させるとセラミック材料は融解し、そして骨格断
面内の中空部分はたしかに消失してしまう、しかし、そ
の際、同時に多孔セラミック体の変形が起こり、連通空
間を有する−様な三次元構造という所望な形状から著し
くかけ離れてしまい、有機質発泡体を利用するメリット
がなくなり、例えば炉材等として使用するのに、適当で
ないものとなる。

更に、特開昭６１−２７０２７２号公報には立体構造布
帛をセラミックスラリ−で乾燥固化して焼結する多孔質
セラミック体の製造方法の開示がある。より空隙率が高
く、かつ圧縮強度の高い焼結体を得る方法を検討した結
果得られたものである。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

すなわち本発明者らはかかる観点から、多孔セラミック
体の前述のような従来技術のもつ問題点を解決するため
に鋭意検討した結果、多孔セラミック体、特に編地を出
発基体として用いた高い空隙率と高い強度を持つ多孔セ
ラミック体の製造方法を発明するに至った。

〔問題点を解決するための手段〕

前記問題点を解決するために、編地にセラミック原料ス
ラリーを含浸、コートしたものを焼成することを特徴と
する空隙率５０％以上の多孔セラミック体の製造方法に
よって解決される。

以下さらに詳しく本発明について説明する。

多孔セラミック体は、有機繊維で構成される編地にセラ
ミックスラリ−を含浸し、乾燥した該編地を焼成雰囲気
を調整した状態で焼成することによって製造される。

本発明の多孔セラミック体の製造に用いる有機繊維とし
てはセルロース系繊維、ポリアミド系繊維、ポリエステ
ル系繊維、ポリアクリル系繊維、ポリオレフィン系繊維
、ポリウレタン系繊維等が挙げられる。また、前記の繊
維を複合してもよい。

その繊維の形態は、短繊維、長繊維であってもよい。

繊維集合体の形態は、紡績糸であっても良いしフィラメ
ント、あるいはその両者の組合わせであっても良い。

多孔セラミック体に用いる編地としては、従来から知ら
れている緯編地、横編機・丸編機等を用いて製造すれば
よく、ルーピング・ルーピングとインレイを組合わせた
もの・二、７ト・タック、ウェルト・挿入・パイルを組
み合わせた組織であればよく、例えば、−船釣なゴム・
ミラノリブ・両畦等の組織である。この編地を用いるこ
とにより、非常に空隙率の高い有機繊維集合体が得られ
る。

編地は嵩高性があり、本発明の必須要件であるが緯編地
は、編物の中では嵩高性が最も大きいので好ましい。

この理由は、編地を形成しているループが大きく、この
ループが平面的ではなく、三次元的に交絡することによ
って、少ない糸量で高い嵩高性を付与することが出来る
。

使用する編地の密度は１コ一ス／インチがら、４０コ一
ス／インチまでで、１ウ工−ル／インチから４０ウ工−
ル／インチまでである。

１コ一ス／インチ×１ウエール／インチ以下の場合は、
編地の取り扱い性において、非常に不安定である。また
４０コ一ス／インチＸ４０ウェール／インチの場合は、
スラリーコート時に編地の空隙を閉ぎやすくなり、本発
明の目的に合わない。

繊維直径は１μから５００μまでが良い。５００μ以上
になると骨格中の中空が大きくなり、多孔体の圧縮強度
が低下する。また１μ以下では工業的に有機繊維の製造
が困難である。セラミック原料は使用目的に応じて選択
する。コージライト、アルミナ、タルク、ジルコニア等
の酸化物系セラミックが多孔セラミック体に好んで用い
られるが、非酸化物系及び金属等も含めてこれらに限定
されない。又、セラミック原料の粉末の粒径は、使用す
る単繊維の直径に応じて変化させることが好ましく、最
密充填するような粒度分布にすると更に好ましい。繊維
径に対しては最大粒径は繊維径以下、好ましくは１／２
以下である。スラリーを作成するに当たっては、有機物
への均一な含浸、付着がなされるようにする。付着率は
、１００％以上、８００％以下である。１００％以下で
は、繊維間及び繊維集合体表面が、コートされず、強度
が出なかったり、焼成中に形状がくずれたりする。

また、８００％以上では、編地の空隙をふさぐことにな
り、本発明の目的からはずれる。−船釣には、水等の分
散媒に解膠剤とバインダー（例えば、メチルセルロース
、エチルセルロース、ポリブチルセルロース、ポリビニ
ールアルコール、ワックス）とともにセラミック原料粉
末を分散させてスラリーとするが、例えば、コージライ
トスラリの場合には、コージライト粉末１００部に水ま
たはエチルアルコール３００〜５００部、バインダ０〜
２０部の配合割合とすれば、適当な粘度及び付着力のス
ラリーが得られる。しかし、この方法に限定されない。

セラミックスラリ−の含浸方法として、編地をセラミッ
クスラリ−に浸漬後、マングルで搾液するか、遠心分離
するか、圧縮空気の吹き付は等で過剰のスラリーを除去
するか、または、キソスロル、グラビアロールを用いる
など何れの方法でもよく、その他知られている方法であ
れば良い。

要は、セラミック原料が編地を構成している繊維集合体
の単繊維間に含浸し、繊維集合体の空隙をセラミック原
料が充填された状態で繊維集合体表面のセラミック原料
と均一に繋る状態を作り出すことができる方法であれば
、何れの方法であっても良い。

このことが、従来の有機質発泡体を用いた場合と大きく
異なる点である。有機質発泡体を用いた場合はどうして
も骨格を形成する有機質の断面が大きく、骨格表面にセ
ラミック原料を塗布するにさいして、焼成後有機質が飛
散した後の中空部分の存在から、強度を維持するために
ある程度のセラミック皮膜の厚さをもたすことが、必要
となる。

このため、一つにはセラミック多孔体の空隙率（骨格内
の中空部分を除く）が減少する。もう一つの問題は、セ
ラミックスラリ−の塗布が均一に行なわれないためにセ
ラミック多孔体の連通空間を塞ぐことになる。

確かに、本発明によっても完全に中空部分は消失するわ
けではないが、中空部分の太さが大きく異なっており、
かつ、セラミック原料が、編地を構成している繊維集合
体の単繊維間に侵入し、繊維集合体の空隙をセラミック
原料が充填された状態で繊維集合体表面のセラミック原
料と均一に繋る状態で焼成されることによって、有機繊
維が飛散した後の中空部分の太さが小さく、かつセラミ
ック骨格全体が中空部分を含んで均一に焼成されている
ため、繊維集合体表面のセラミック原料も少なく、多孔
セラミック体は高い空隙率と高い強度を持つことになる
。

本発明の多孔セラミック体の空隙率は、５０％以上９８
％以下である。５０％以下では本発明のメリットが認め
られない、９８％以上で圧縮強度が低下する。

焼成に先立って、セラミック原料を含浸させた編地を積
層しても良い。積層にあたっては、該編地のコース方向
が同一方向であっても良いし、その交差する角度や間隔
は自由である。また、円柱、楕円形、立方体、長方形、
６角柱、など使用目的に応じた形を自由に選択すること
が可能である。

ついで乾燥させる。乾燥の条件は、有機繊維が分解しな
い温度以下で、編地の形状が崩れない温度であれば良く
、かつ、セラミックスラリ−のバインダー等の用いた材
料の適正な温度で行なう。

以上のようにして得られた所望の構造及び形状の該編地
を焼成すれば、多孔セラミック体が得られる。該繊維集
合体は、部分的に膿Ｍｉ織の交絡点で癒着したり、積層
部分が癒着したり、両者の混合状態になる場合もある。

焼成の方法は公知であり、当業者には、容易にその条件
を決定することが可能である。ただ、有機繊維の分解除
去については、分解ガスあるいは溶融する事によって多
孔セラミック体の形状が壊れないような昇温速度を設定
する必要がある。

〔実施例〕

以下、実施例について本発明を具体的に説明する。

尚、実施例において、圧縮強度はＪＩＳＲ−２２０７に
記載される方法で測定した。

空隙率、スラリー原料の付着率は、下記の式で求めた。

以下余白 実施例ル レーヨンスフ１０番の紡績糸を用いて、５ＧＧ横編機で
ゴム編地を作成した。この編地をアルミナ原料粉末平均
粒径０．５μ（昭和電工社製１６０Ｇ−３）１００部、
解膠剤（アルミナに対して硝酸アルミニウムを５００ｐ
ｐｍ）、塩化マグネシュウム（酸化マグネシュウム換算
で５００ｐｐＩｍ）、蒸留水３５部、バインダー（中東
油脂社製−Ｄ−５１８）　５部をボールミル中で２４時
間混合し、作成したセラミックスラリ−に浸漬し、マン
グルを用いて、搾液した。この緯編地をｌ　ｃｍ厚みに
積層したのち、６０’Ｃで乾燥した。この積層物を箱型
電気炉に入れ、８００℃まで１５時間で昇温し、１６０
０℃まで５時間で昇温し、その温度を５時間保持した。

結果を第１表に示した付着率は２００％であった。

実施例２ ポリエステル１０００　ｄ／９６ｆのフィラメントを用
いて、５ＧＧ横編機で量畦編地を作成した。この編地を
ジルコニア原料粉末平均粒径０．４μ（新日本化学社製
ＰＳＺ）１００部、解膠剤（第一工業製薬社製　セラモ
Ｄ−１３４）　　２部、蒸留水４０部、バインダー（第
一工業製薬社製　セラモ↑Ｂ−１３）　　２部をボール
ミル中で２４時間混合し、作成したセラミックスラリ−
に浸漬し、圧縮空気を用いて、余分なセラミックスラリ
−を除去した。この編地を６０℃で乾燥した。これを箱
型電気炉に入れ、８００℃まで１５時間で昇温し、１４
５０℃まで２時間で昇温し、その温度を２時間保持した
。結果を第１表に示した。付着率は３５４％であった。

実施例３ レーヨンスフ１０番の紡績糸を用いて、５ＧＧ横編機で
ゴム編地を作成した。この編地をアルミナ原料粉末平均
粒子径０．５μ（昭和電工社製１６０Ｇ−３）１００部
、解膠剤（アルミナに対して硝酸アルミニウムを５００
ｐｐｎ＋）、塩化マグネシュウム（酸化マグネシュウム
換算で５００ｐＩ）ｍ）、バインダー（中東油脂社製−
〇−５１８）　５部と蒸留水の量を変えたものを、ボー
ルミル中で２４時間混合し、作成したセラミックスラリ
−に浸漬し、マングルを用いて、搾液した。この緯編地
を、６０℃で乾燥した。この積層物を箱型電気炉に入れ
、８００℃まで１５時間で昇温し、１６００℃まで５時
間で昇温し、その温度を５時間保持した。

得られた多孔セラミック体の付着率と外観について、判
定した結果を第２表に示す。

以下余白 表 比較例２ 有機質発泡体として、ウレタンフオームを用いた以外は
実施例２と同様の工程を通した。

結果を第−表に示した。

以下余白 （）内は、くずれた破片を集めて判定した。

比較例１ 有機質発泡体として、ウレタンフオームを用いた以外は
実施例１と同様の工程を通した。

結果を第１表に示した。

〔発明の効果〕

本発明の多孔セラミック体の製造方法によって、前述の
ように高い空隙率と高い圧縮強度が得られる。この結果
、高温部の触媒担体（たとえば自動車排気ガスの浄化用
触媒担体、煙道用の排ガス用担体、等）高温部のフィル
ター材（例えば、ディーゼル車のパティキュレートフィ
ルター、煙道用の煤のフィルター、等）、耐アルカリや
耐酸用のフィルター　等、溶融金属中の固体介在物の除
去材料等の用途に、特にその空隙率と機械的圧縮強度が
向上せしめられた結果としてより広くかつ有利に、使用
する事が可能である。

特許出願人　旭化成工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　編物にセラミック原料スラリーを含浸、コートしたも
   のを焼成することを特徴とする空隙率５０％以上の多孔
   セラミック体の製造方法