JPH02149482A

JPH02149482A - 高アルミナ質多孔焼結体及びその製造方法

Info

Publication number: JPH02149482A
Application number: JP63301876A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yorita; 寄田　浩; Takao Yamada; 隆夫山田
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 1988-11-29
Filing date: 1988-11-29
Publication date: 1990-06-08

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、透過性に優れた高アルミナ質多孔焼結体及び
その製造方法に関する。

〔従来技術〕

アルミナ粒子の多孔焼結体は１食品、医薬品。

バイオテクノロジー等の工業分野において、濃縮。

分離、精製等の工程に用いられるなど１種々の分野に利
用されている。

かかる多孔焼結体及びその製造方法は、従来も種への従
業がなされている０例えば、特開昭６１２６５７５号公
報に示される多孔質セラミック濾過体は、ガラス質アル
ミナ（電融アルミナ）粉末からなる骨材と、易焼結性の
アルミナ単結晶の凝集体粉末からなる結合材とを混合、
焼成してなるものである。

また、特開昭６０−２６１５２１号公報に示されるセラ
ミックフィルターの製造方法は、アルミナゾルとセラミ
ック粉末とを混合した後２フィルター形状に成形し、１
０００〜１３００℃で焼成する方法である。

〔解決しようとする課題〕

しかしながら、結合材として易焼結性のアルミナ単結晶
の凝集体粉末を用いる前者の方法、及びアルミナゾルを
用いる後者の方法いずれにおいても、得られる多孔焼結
体は、その内部に結合材の形骸が残存している。

即ち、第１５図に示すごとく、多孔焼結体９０において
、上記形骸９６は、骨材粒子９１の表面に残存し、多孔
焼結体９０における透過性を阻害する。即ち、前記のご
とく、多孔焼結体に液体。

気体を透過させた場合、上記形骸９６が多孔焼結体の通
孔９５に存在し、高抵抗の原因となる。

また、第１６図に示すごとく、焼結している骨材粒子９
１自体も、原料粒子のときと同じ破砕された状態のまま
で、互いに焼結しているのみであるため、これら粒子間
に形成される通孔１）５内にも鋭利突起９５１が多数突
出している。そのため。

前記液体、気体内の夾雑物（浮遊物）等が、上記突起９
５１に付着し５通孔閉塞の原因となる。そして、この付
着物は、鋭利突起９５１に引っ掛けられた状態にあるた
め、逆流洗浄等によって除去することも困難である。

また、上記２種類の結合材の他に、結合材としてガラス
を用いる例もあるが、得られた多孔焼結体中に残存して
いるこのガラスが耐薬品性（耐酸性、耐アルカリ性）に
劣る。そのため、化学プラント等における耐薬品性多孔
焼結体として使用することができない。耐薬品性向上の
ためには１多孔焼結体全体を高アルミナ質とする必要が
ある。

本発明は、かかる問題点に鑑み、形骸の残存がなく透過
性に優れ、夾雑物の付着を生じ難い、高アルミナ質多孔
焼結体及びその製造方法を提供しようとするものである
。

〔課題の解決手段〕

本発明は、アルミナ粒子が互いに一体的に焼結し合った
高アルミナ質多孔焼結体であって、該アルミナ粒子はそ
の表面が滑らかでかつ丸味を帯びており、更に当該多孔
焼結体の内部には焼結時に用いた結合材の形骸が残留し
ていないことを特徴とする高アルミナ質多孔焼結体にあ
る。

本発明の多孔焼結体において、互いに一体的に焼結し合
っているアルミナ粒子は、その表面が滑らかでかつ丸味
を帯びている。即ち、該アルミナ粒子は、前記従来技術
で示したごとき鋭利突起を有していない。

また、該多孔焼結体は１前記従来技術のごとく。

その内部に結合材の形骸を残存させていない、換言すれ
ば、該多孔焼結体はアルミナ粒子のみによって構成され
ており、その内部には結合材の形骸が含まれないのであ
る。なお、上記アルミナ粒子のみとは、アルミナのみの
他、不純物を含むアルミナの粒子も意味する。また、上
記結合材とはアルミナ粒子を所望形状に成形し、仮焼結
する際に形状保持材としての機能を有すると共に、焼結
により骨材同志を結合せしめる接合材をいう、また、結
合材の形骸とは、焼成後においてアルミナ粒子表面に残
存する無機物をいう。

しかして、上記高アルミナ質多孔焼結体を製造方法とし
ては、骨材としてのアルミナ粒子にアルミナゾルをコー
ティングし、所望形状に成形した後、還元雰囲気中にお
いて１８００℃以上で焼成することを特徴とする高アル
ミナ質多孔焼結体の製造方法がある。

上記アルミナ粒子としては８例えば粒径１０〜２００ｔ
Ｉｍの粒子を用いる。かかる粒径を変化させることによ
って１種々の細孔径の多孔焼結体を得ることができる。

また、アルミナ粒子は破砕品球状品、多面体等いずれも
用いることができる。

上記アルミナゾルとは、アルミニウム水酸化物と液体と
の混合物で、アルミン酸ソーダの中和分解により得られ
るアルミニウム水酸化物の沈澱物がある。また、アルミ
ニウムアルコラードの加水分解により生成するアルミニ
ウム水酸化物沈澱物などがある。また、アルミニウム水
酸化物としては、ベーマイト（／Ｍ！０ＯＨ）Ｉ６２い
はバイヤライ）　（Ａｌ２　（ＯＨ）　ｓ　）のように
結晶形の異なるものもあるが、いずれも用いることがで
きる。

また、該アルミナゾルは、骨材としてのアルミナ粒子に
対して、乾燥した固形分換算で、５〜５０重量％加える
ことが好ましい。５％未満では十分なコーティングがで
きないため１粒子間に充分な強度を与え難く、アルミナ
粒子成形品の結合材としての役目を果たし難い。一方、
５０％を越えても、それに見合う結合材強度の増加が得
られなく、コストも高くなる。なお、更に好ましくは１
０〜２０重量％である。また、上記コーティングは１通
常、アルミナ粒子とアルミナゾルとを混合することによ
って行なう。

しかして、該製造方法番こおいて注目すべきことは、還
元雰囲気中において１８００℃以上で加熱焼成すること
である。還元雰囲気は、炭素雰囲気を用いることが好ま
しい、かかる炭素雰囲気は例えばカーボン製のヒータを
用いた焼成炉中にアルミナ粒子成形体を配置して、窒素
ガスを流入させて加熱することにより形成することがで
きる。

これにより８炭素を多量に含む雰囲気が形成され上記還
元雰囲気は、焼成時において、アルミナ粒子成形体中及
びその周囲の酸素が雰囲気中の炭素と反応して、該酸素
をＣＯとして除去する。更に、アルミナ中の酸素が、Ｃ
Ｏとして引き抜かれ０原子の格子欠陥が生じるため１粒
子表面の活性が高くなり焼結反応が促進されると考えら
れる。

また１成形体全体のうちで鋭利突起のある部分が。

炭素雰囲気との接触面積が多いため１選択的に反応が促
進され１熔融、蒸発等が起こり、形状が丸くなる効果が
得られるものと推定される。

また、焼成温度は１８００℃以上とする必要がある。１
１１００℃未満では、多孔焼結体中のアルミナ粒子の局
部的ン容融・焼結反応が進行せず、鋭利突起を残してお
り、アルミナ粒子の表面が滑らかで丸味を帯びた状態に
ならない。また、１８００℃未満ではアルミナゾルの形
骸が残るおそれがある。一方、焼成温度の上限はアルミ
ナ粒子が溶融しない温度である。

（作用及び効果〕本発明の高アルミナ質多孔焼結体においてはアルミナ粒
子が前記のごとき形状を有しているので、アルミナ粒子
の間に形成される通気孔が丸味を帯び、鋭利な突起を有
しないので２通気孔が透過性に優れている。

この透過性は、従来の多孔焼結体のそれに比して、圧力
損失が約１／３という優れたものである（実施例参照）
、また１通気孔が鋭利突起を有しないので、夾雑物が多
孔焼結体内に付着することがなく、もし付着しても逆流
洗浄によって容品に除去することができる。また、結合
材の形骸も残っていないので、液体、気体の透過により
、この形骸が目詰まりを生じさせることもない。また５
線条孔焼結体は高アルミナ質であるため、耐薬品性、耐
熱性にも優れている。

したがって、該多孔焼結体は化学プラント、醗酵プラン
ト排気ガス浄化装置等における１種々のフィルター、濾
過膜の支持体、多孔性隔膜、触媒担体等多方面に利用す
ることができる。

次に１本発明の製造方法においては、アルミナゾルは、
前記焼成時においてアルミナに変化し骨材であるアルミ
ナ粒子と焼結一体化してしまう。

それ故、結合材としてのアルミナゾルは、多孔焼結体中
に何ら残留することがない。

しかして１本発明の製造方法によれば、前記のごとき優
れた高アルミナ質多孔焼結体を製造することができる。

また、アルミナ粒子として溶融アルミナの破砕品（例え
ば、砥粒として利用される）など、鋭い突起を有する粒
子を用いても、前記のごとき優れた多孔焼結体を得るこ
とができる。

また、かかる破砕品のアルミナ粒子は１球状、多面体の
アルミナ粒子に比べて安価であるため、安価な多孔焼結
体を得ることができる。

〔実施例］第１実施例電融アルミナ粒子（ＷＡ＃３２０）　ｌ　Ｏ０重量部と
、アルミナゾル（日産化学■製、ＡＳ−５２０）２５重
量部とを混合した後、乾燥１解砕した。

更に、この解砕物に上記アルミナゾル２５重量部を加え
て混合、乾燥、解砕し、電融アルミナ粒子１００重量部
に対して上記アルミナゾル５０重世部をコーティングし
た粒子を得た。

次に該コーティング粒子をｔｏｏｏｏＣで仮焼した後８
解砕した。この解砕粉（平均粒径６０μｍ）１００重量
部に対して、有機バインダーとしてメチルセルロース及
び結晶セルロース各４重量部を、更に水３０重量部を加
えて、ニーダ−で混練し、押出し用坏土とした。

この坏土を押出し成形機にて、外径２０ｍｍ肉厚２ｍｍ
のパイプに成形した０次いで、これを乾燥後、空気雰囲
気中１７００℃で予備焼成した。

次に、該予Ｉ焼成品をカーボン製ヒーターを用いた焼成
炉の中に入れ、窒素ガスを封入し、１９００℃で焼成し
た。なお、上記焼成には、外側がグラファイト製、内側
が高純度アルミナ製の二重の鞘を用い、内側の鞘の中（
即ち高純度アルミナ製の鞘の中）に、予備焼成品を配！
した。しかして上記加熱によって、予備焼成品の周囲は
炭素’Ｊ　ｙチな還元雰囲気が形成される。

上記により、高アルミナ質多孔焼結体を得た。

この多孔焼結体は、第１図に模式図を示すごとく。

アルミナ粒子１１がその接触部分１２で焼結し合ってお
り、アルミナ粒子１１の間に通気孔１５が形成されたも
のである。そして、ここに重要なことは、前記従来技術
の第１５図及び第１６図と比較して知られるように１本
例の多孔焼結体はアルミナ粒子１１の表面が滑らかでか
つ丸味を帯びていること、またそのために通気孔１５は
滑らかな壁面を有し、鋭利突起を有していないというこ
とである。

この具体的な状態を、第９図に２多孔焼結体破断面にお
ける電子顕微鏡写真（倍率２５０倍、以下同じ）により
示す。同写真は、上側で得た多孔焼結体の粒子構造を示
している。同図より知られるごとく、該多孔焼結体は１
表面が滑らかで、かつ丸味を帯びているアルミナ粒子に
よって構成されていることが分る。また、結合材として
用いたアルミナゾル、アルミニウム水酸化物の形骸は何
ら残留していないことも分る。即ち、このアルミナゾル
は、上記焼成時にアルミナに変化し、骨材であるアルミ
ナ粒子と一体化してアルミナ粒子の一部となっているた
め、多孔焼結体中には残留していない。

また、上記焼成温度を１７００℃、１７５０’Ｃ１８０
０℃２および１８５０℃に変え、他は上記と同様にして
得た多孔焼結体につい°ζも、第５図〜第８図の電子顕
微鏡写真に示した。同図より知られるごと＜１７００℃
（第５図）及び１７５０’Ｃ（第６図）焼成のものは、
これよりも焼成温度の高い１８００’ｃ（第７図）、１
８５０℃（第８図）、１９００’Ｃ（第９図）焼成のも
のに比して。

アルミナ粒子の表面が鋭利な状態にあることが分る。逆
に１本発明にかかる１　８００　’Ｃ以上焼成のものは
、アルミナ粒子の表面が滑らかで、丸味を帯びている。

また、１７００’Ｃ焼成のものは、アルミナ粒子表面に
アルミナゾルの形骸が見られる（大きい粒子中の小さい
円状のもの）、また、１７５０″Ｃ焼成のものも若干の
形骸が見られる。

次に、記１９００℃焼成により得られた多孔焼結体につ
いて、その孔径と空隙量との関係を測定し、その結果を
第２図に曲線Ａ１で示した。この測定には、水銀圧入法
を用いた。同図より知られるごとく、平均細孔径２０μ
ｍのシャープな分布を示し、０．１５ｃｃ／ｇの大きな
空隙量を有していることが分る。

更に、上記１９００　’Ｃ焼成の多孔焼結体について、
水を透過させ、水の流量（ｃｃ／分・＋ｊ）と圧力損失
（ｋｇｆ／ｃシ）との関係を測定した。その結果を、第
３図に直線Ａ２で示した。また、同図には、前記のごと
＜１７００”Ｃで焼成した多孔焼結体についての測定結
果も、直線ＣＩにより併示した。

同図より知られるごとく１本発明の多孔焼結体は、圧力
損失が小さく、透過性に優れていることが分る。かかる
優れた透過性は、前記第１図に示したごとく８通気孔が
滑らかな壁（粒子表面）によって形成されているためで
ある。これに対し。

１７００℃焼成の多孔焼結体（Ｃ１）は、圧力損失が大
きい、これは１通孔が鋭利突起を有する壁で形成されて
いるためである。

また、ト記した焼成温度と多孔焼結体の曲げ強度に関し
ても測定を行い、その結果を第４図に示した。同図より
知られるごと＜、１８００℃以上の焼成により、２．８
ｋｇｆ／ａｍ”以上の高い曲げ強度が得られることが分
る。

第２実施例第１実施例と同様にして、電融アルミナ１００重量部に
対してアルミナゾル５０重量部をコーティングしたコー
ティング粒子を作成した。該コーティング粒子ｉｏｏｍ
ｉ部に、有機バインダーとしてデキストリン２重量部、
５％ＰＶＡ水溶液５重量部を加えて撹拌混合し、プレス
用坏土とした。

次に、該坏土を圧力４００ｋｇｆ／ｃｄでプレス成形し
、直径７０ｍｍ、厚み５ｍｍの円板状の成形体を作成し
た。次いで該成形体を乾燥した後、空気雰囲気中で１７
００℃で予備焼成した。次いでこれを第１実施例と同様
のカーボンヒータ炉内に入れ、また窒素ガスを封入して
、炭素リンチな還元雰囲気中において、１９００℃で焼
成した。

上記により得られた多孔焼結体は、第１実施例で得られ
た１　９００　’Ｃ焼成の多孔焼結体（第９図）と同様
であり、透過性にも優れたものであった。

比較例１゜第１実施例におけるカーボンヒータ炉に代え“（タング
ステンヒータ炉を用いて、中性雰囲気による焼成を行っ
た。

即ち、予ｆｆｌ！焼成した成形体を上記炉中に入れ窒素
ガス封入して加熱焼成した。焼成温度は、１８００°ｃ
　　１０５０’ｃ　　１９００℃の３種類行った。その
他は、第１実施例と同様とした。

得られた多孔焼結体の破断面の電子顕微鏡写真を、第１
０〜第１２図に示す。同図より知られるごと＜、１８０
０℃（第１０図）、１８５０℃（第１１図）ＩＡ成の多
孔焼結体は、アルミナ粒子の表面が鋭利な突起を有して
いることが分る（第１実施例における。同温度焼成の第
７図、第８図と比較）。

また、１９００’Ｃ（第１２図）焼成の多孔焼結体は、
アルミナ粒子表面が若干滑らかになっているが、第１実
施例の１８００　’Ｃ焼成（第７図）に比して、滑らか
さに劣っている。

また、上記写真では判別し難いがアルミナ粒子表面には
アルミナゾルの形骸が残留していた。

このように９本比較例の多孔焼結体は、アルミナ粒子が
滑らかな表面を形成せず、また粒子表面に形骸が残留し
ている。その理由は５本例では還元雰囲気によらず、中
性雰囲気による焼成を行っているためである。

比較例２゜骨材のアルミナ粒子として、比較例１に用いた電融アル
ミナ粒子の破砕粒子に代えて６球状（平均粒径６０μｍ
）のアルミナ粒子を用い、１８５０℃で焼成した。また
、焼成は比較例１と同じタングステンヒータ炉を用いた
。中性雰囲気焼成を行った。

得られた多孔焼結体の破断面の電子顕微鏡写真を１第１
３図に示す。

同図より知られるごとく、多孔焼結体のアルミナ粒子は
、原料アルミナ粒子が球状であるため丸いが、その表面
には燐片状の形骸が多く見られる。これは１本比較例で
は還元雰囲気による焼成を行っていないためである。

比較例３゜比較例１と同様にして、二珪化モリブデンヒータ炉を用
いて、Ｍ化雰囲気中において１７００℃で焼成した。上
記酸化雰囲気としては、空気を用いた。その他は比較例
１と同様である。

得られた多孔焼結体の破断面の顕微鏡写真を第１４図に
示した。同図より知られるごとく、アルミナ粒子は鋭利
突起を有したままであることが分る。なお、酸化雰囲気
中での焼成は、焼成炉の耐酸化性を考慮すると、１７０
０℃前後の温度までしか上げることができない。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第９図は、第１実施例を示し、第１図は多孔焼
結体の模式図、第２図は多孔焼結体の孔径と空隙量との
関係線図、第３図は多孔焼結体の流量と圧力損失を示す
図、第４図は焼成温度と抗折強度との関係線図、第５図
〜第９図は破断面における粒子構造を示す電子顕微鏡写
真（倍率２５０倍）、第１０図〜第１２図は比較例１に
おける第１３図及び第１４図は比較例２及び比較例３に
おける各多孔焼結体の上記と同様の電子顕微鏡写真、第
１５図及び第１６図は従来の多孔焼結体の模式図である
。１１、９１・・・アルミナ粒子。１５、９５・・・通気孔。９５１　　・・・鋭利突起９６　　・・・形骸

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アルミナ粒子が互いに一体的に焼結し合った高ア
ルミナ質多孔焼結体であって，該アルミナ粒子はその表面が滑らかでかつ丸味を帯びて
おり，更に当該多孔焼結体の内部には焼結時に用いた結
合材の形骸が残留していないことを特徴とする高アルミ
ナ質多孔焼結体。
（２）骨材としてのアルミナ粒子にアルミナゾルをコー
ティングし，成形した後還元雰囲気中において１８００
℃以上で焼成することを特徴とする高アルミナ質多孔焼
結体の製造方法。
（３）第２請求項に記載の製造方法において，アルミナ
ゾルはアルミナ粒子に対して固形分換算で５〜５０重量
％コーティングすることを特徴とする高アルミナ質多孔
焼結体の製造方法。
（４）第２請求項に記載の製造方法において，焼成は炭
素による還元雰囲気を用いることにより行なうことを特
徴とする高アルミナ質多孔焼結体の製造方法。