JPH035355A - 緻密質セラミック膜の製造方法 - 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】 （１）発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、緻密質セラミック膜の製造方法に関し、特に
、多孔質セラミック支持体上に緻密質セラミック膜を形
成するに際し、緻密質セラミック膜材料を配置するに先
立ち、多孔質セラミック支持体を仮焼成してなる緻密質
セラミック膜の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、この種の緻密質セラミック膜の製造方法としでは
、緻密質セラミック膜材料を配置するに先立って多孔質
セラミック支持体を本焼成することにより、多孔質セラ
ミック支持体上に緻密質セラミック膜を形成してなるも
のが提案されていた。

［解決すべき問題点］ しかしながら、従来の緻密質セラミック膜の製造方法で
は、緻密質セラミック膜材料を配置するに先立って多孔
質セラミック支持体が本焼成されていたので、（ｉｌ緻
密質セラミック膜の本焼成に際し、多孔質セラミック支
持体が収縮されず、緻密質セラミック膜のみが収縮する
欠点があり、結果的に（ｉｉｌ緻密質セラミック膜に亀
裂が多発してしまう欠点があった。

そこで、本発明は、これらの欠点を除去すべく、緻密質
セラミック膜材料を配置するに先立って多孔質セラミッ
ク支持体を仮焼成しておき、その表面上に緻密質セラミ
ック膜材料を配置したのち、緻密質セラミック膜材料お
よび多孔質セラミック支持体を同時に本焼成することに
より、多孔質セラミック支持体上に緻密質セラミック膜
を形成してなる緻密質セラミック膜の製造方法を提供せ
んとするものである。

（２）発明の構成 Ｅ問題点の解決手段］ 本発明により提供される問題点の解決手段は、「（ａ）
セラミック微粉末を成形して未焼成成形体を作成するた
めの第１の成形工程 と、 （ｂ）未焼成成形体を破砕して粗粉末を作成するための
破砕工程と、 （ｃｌ粗粉末に対しセラミック微粉末を添加して調製粉
末を作成するための調製工 程と、 （ｄ）調製粉末を成形して多孔質セラミック支持成形体
を作成するための第２の成 形工程と、 （ｅｌ多孔質セラミック支持成形体を仮焼成して多孔質
セラミック支持仮焼成体を 作成するための仮焼成工程と、 ｌｆｌ多孔多孔クセラミック支持仮焼成体面に対し緻密
質セラミック膜材料を配置 して膜付多孔質セラミック支持仮焼成 体を作成するための膜形成工程と、 ｆｇｌ　ＩＩＩ付多付置孔質セラミック支持仮焼成体焼
成して多孔質セラミック支持体上 に緻密質セラミック膜を形成するため の本焼成工程と を備えてなる緻密質セラミック膜の製造方法」 である。

［作用Ｊ 本発明にかかる緻密質セラミック膜の製造方法は、緻密
質セラミック膜材料を配置するに先立ち、多孔質セラミ
ック支持成形体を仮焼成してなるので、 （ｉｌ緻密質セラミック膜の焼成に際し、多孔質セラミ
ック支持体の収縮を確保す る作用 をなし、ひいては ｆｉｉｌ緻密質セラミック膜に発生する亀裂を抑制ない
し除去する作用 をなす。

［実施例］ 次に、本発明にかかる緻密質セラミック膜の製造方法に
ついて、その好ましい実施例を挙げ、具体的に説明する
。しかしながら、以下に説明する実施例は、本発明の理
解を容易化ないし促進化するために記載されるものであ
って、本発明を限定するために記載されるものではない
、換言すれば、以下に説明される実施例において開示さ
れる各要素は、本発明の精神ならびに技術的範囲に属す
る全ての設計変更ならびに均等物置換を含むものである
。

の　　および まず、本発明にかかる緻密質セラミック膜の製造方法の
一実施例について、その構成および作用を詳細に説明す
る。

本発明にかかる緻密質セラミック膜の製造方法は、２μ
以下のセラミック微粉末を適宜の成形方法（たとえば加
圧成形、スリップキャスティングあるいは押出成形など
）によって成形して未焼成成形体を作成するための第１
の成形工程と、未焼成成形体を破砕して適宜の大きさ（
好ましくは１０〜５００μ程度の大きさ）の粗粉末とす
るための破砕工程と、粗粉末を適宜の雰囲気中で適宜の
温度に加熱して仮焼成し仮焼成粗粉末（以下゛骨材”と
もいう）を作成するための第１の仮焼成工程と、仮焼成
粗粉末に対し所望の割合でセラミック微粉末を添加して
調製粉末を作成するための調製工程と、調製粉末を適宜
の形状に成形して多孔質セラミック支持成形体を作成す
るための第２の成形工程と、多孔質セラミック支持成形
体を仮焼成して多孔質セラミック支持仮焼成体を作成す
るための第２の仮焼成工程と、多孔質セラミック支持仮
焼成体の表面に対し別途準備された緻密質セラミック膜
材料を配置して膜付多孔質セラミック支持仮焼成体を形
成するための膜形成工程と、膜付多孔質セラミック支持
仮焼成体を本焼成して緻密質セラミック膜付多孔質セラ
ミック支持体を形成し多孔質セラミック支持体上に緻密
質セラミック膜を形成するための本焼成工程とを備えて
いる。

破砕工程でｌＯ〜５００μ程度の大きさに未焼成成形体
を破砕する根拠は、ｆｉｔ　１０μ未満であれば、多孔
質セラミック支持体の通気性が著しく低下してしまうこ
とにあり、また（ｉｉｌ　５００μを超えると、多孔質
セラミック支持体の内部における結合箇所数が少なくな
って強度が不足することにある。しかしながら、本発明
は、必ずしもこの大きさに限定されない。

第１の仮焼成工程は、所望により除去してもよい。

第２の仮焼成工程は、ｆｉｌ多孔質セラミック支持成形
体の強度を確保して緻密質セラミック膜材料の配置作業
を容易化し、また（１１）緻密質セラミック膜の焼成に
際し、多孔質セラミック支持体の収縮を確保し、ひいて
は（ｉｉｉ）緻密質セラミック膜に発生する亀裂を抑制
ないし除去するため１」−五 に、具備されている。

１且註１上 更に、本発明にかかる緻密質セラミック膜の製造方法に
ついて、−層理解を深めるために、具体的な数値などを
挙げ、詳細に説明する。

衷立皿１ セラミック微粉末として、０．３μの平均粒径を有しイ
ツトリアＹ２０．を１０モル％含有する安定化ジルコニ
ア粉末を採用した。

安定化ジルコニア粉末は、イオン交換水およびポリアク
リル酸アンモニウムとともに、第２表に示した配合比で
、ボットミル中に投入し一昼夜かけて粉砕混合すること
により、セラミック微粉末スリップとされた。ポットミ
ルには、被粉砕物質とともに、ジルコニアボールが投入
された。

第一じＬ−人 安定化ジルコニア粉末　　　１００重量部イオン交換水
　　１００重量部 セラミック セラミック微粉末スリップは、スリップキャスティング
（ここでは石膏板上に流出されたのち放置乾燥されるこ
と）により成形され、未焼成成形体とされた。

未焼成成形体は、乳鉢で破砕され、２００メツシユおよ
び３２５メツシユのナイロン篩によって粒度を４４μ以
上でかつ７４μ以下にそろえることにより、粗粉末（す
なわち゛骨材”）とされた。

粗粉末は、空気中で１０００℃の温度に加熱され、１時
間かけて仮焼成された。

仮焼成粗粉末は、結合剤としての２０重量％のメチルセ
ルロース水溶液およびセラミック微粉末スリップととも
に、第３表で示した配合比で、ニダ中に投入され混線調
製されることにより、調製粉末混線物とされた。

１−旦一五 仮焼成粗粉末　　　１００重量部 セラミック微粉末スリップ　２０重量部調製粉末混線物
は、内径×外形が９．５　ｍｍＸ　１２ｎ＋ｎ＋である
口金を備えた押出成形機により、長さが８００順の筒状
の多孔質セラミック支持成形体とされた。多孔質セラミ
ック支持成形体は、室温で放置乾燥されたのち、空気中
で１０００℃の温度に２時間にわたって加熱されること
により、多孔質セラミック支持仮焼成体とされた。

また、セラミック微粉末スリップは、イオン交換水によ
って第４表に示すごと（３倍に希釈されることにより、
緻密質セラミック膜材料とされた。

箋−土一去 セラミック微粉末スリップ　１００重量部イオン交換水
　　　２００重量部 緻密質セラミック膜材料は、多孔質セラミック支持仮焼
成体の内部に導入したのち排出された。

これにより、多孔質セラミック支持仮焼成体の内表面に
は、２０μの厚さのジルコニア微粉層が形成せしめられ
、膜付多孔質セラミック支持仮焼成体とされた。

膜付多孔質セラミック支持仮焼成体は、ジルコニア微粉
層が十分に自然乾燥するのをよって、空気中で２時間に
わたり１４５０℃の温度に加熱されることにより、本焼
成せしめられ、緻密質セラミック膜付多孔質セラミック
支持体とされた。緻密質セラミック膜付多孔質セラミッ
ク支持体は、外径Ｘ内径×長さが１０ｍｍＸ　８　ｍｍ
ｘ　６５０　ｍｍであった。

上述により作成された緻密質セラミック膜付多孔質セラ
ミック支持体は、複数に分割され、緻密質セラミック膜
部分が顕微鏡で観察された。緻密質セラミック膜部分は
、膜厚が１５μ程度であり、亀裂が視認できなかった。

更に、緻密質セラミック膜部分は、研磨ののち顕微鏡で
観察したところ、気孔が少なく、また連続する気孔が視
認できず、十分に緻密化されていた。

比較皿上 緻密質セラミック膜材料を配置するに先立ち、多孔質セ
ラミック支持成形体を空気中で１４５０℃の温度に２時
間にわたり加熱して本焼成したことを除き、実施例１が
反復された。

緻密質セラミック膜付多孔質セラミック支持体は、複数
に分割ののち、緻密質セラミック膜部分が顕微鏡でし察
された。緻密質セラミック膜部分には、地割状の亀裂が
一面に存在していた。

叉胤勇ｌ セラミック微粉末として、０．２μの粒径を有したアル
ミナＡｌｌ０．粉末を採用した。

アルミナ粉末は、イオン交換水、ポリビニルアルコール
ＰＶＡおよび塩基性炭酸マグネシウムｌＡｇＣ０ｓとと
もに、第５表に示した配合比で、ボットミル中に投入し
一昼夜かけて粉砕混合することにより、セラミック微粉
末スリップとされた。

ボットミルには、被粉砕物質とともに、アルミナボール
が投入された。

１−旦一五 アルミナ粉末　ｉｏｏ重量部 イオン交換水　２００重量部 塩基性炭酸マグネシウム　　０．５重量部ポリビニルア
ルコール　　　　２重量部セラミック微粉末スリップは
、スプレードライヤを用いて噴霧乾燥することにより、
造粒粉とされた。造粒粉は、静水圧プレスを用いて１ト
ン／ｃＩ１１２の圧力を印加し、未焼成成形体（すなわ
ち未焼成圧粉体）とされた。

未焼成成形体（すなわち未焼成圧粉体）は、乳鉢で破砕
され、　１００メツシユおよび２００メツシユのナイロ
ン篩によって粒度を７４ＬＬ以上でかつ１５０μ以下に
そろ＾ることにより、粗粉末（すなわち骨材）とされた
。

粗粉末は、空気中で１１００℃の温度に加熱され、２時
間かけて仮焼成された。

仮焼成粗粉末は、結合剤としてのポリビニルアルコール
ＰＶＡ　、イオン変換水およびセラミック微粉末スリッ
プとともに、第６表で示した配合比でニーダ中に投入さ
れ混線調製されることにより、調製粉末スラリとされた
。

１−旦一五 仮焼成粗粉末　　　１００重量部 セラミック微粉末スリップ　１０重量部イオン変換水　
　　　　　　１００重量部ポリビニルアルコール　　　
　２重量部調製粉末スラリは、空気中に放置され半乾燥
ののち、３０メツシユのナイロン篩によって６００μ以
下の造粒粉末とされた。造粒粉末は、静水圧プレスを用
いて１トン／　ｃｍ”の圧力を印加し、縦×横×高さが
１００　ｍｍｘ　ｌｏＯｍｍＸｌＯｍｍの板状の多孔質
セラミック支持成形体とされた。多孔質セラミック支持
成形体は、空気中で９００℃の温度に１時間にわたり加
熱されることにより、多孔質セラミック支持仮焼成体と
された。

また、０．３μの平均粒径をもつβ−アルミナ扮末が、
第７表に示す配合比で、アセトンとともに一昼夜かけて
混合され、緻密質セラミック膜材料スリップとされた。

緻密質セラミック膜材料スリップは、多孔質セラミック
支持仮焼成体上に塗布され、約１００μの厚さのβ”ア
ルミナ微粉層が形成せしめられた。

β”アルミナ微粉層は、十分に自然乾燥するのをまって
、多孔質セラミック支持仮焼成体とともに白金容器に収
容され、空気中で２時間にわたり１６００℃の温度に加
熱されることにより、本焼成せしめられた１本焼成によ
り作成された緻密質セラミック膜付多孔質セラミック支
持体は、縦Ｘ横×高さが８０ｍｍＸ　８０ｍｍＸ　８　
ｍｍであった。

上述により作成された緻密質セラミック膜付多孔質セラ
ミック支持体は、複数に分割され、緻密質セラミック膜
部分が顕微鏡で観察された。緻密質セラミック膜は、膜
厚が８（ｌｕ程度であり、亀裂が視認できなかった。

更に、緻密質セラミック膜部分は、研磨ののちｔｉＩ　
ＩａｍＲで観察したところ、気孔が少なく、連続する気
孔が視認できず、十分に緻密化していた。

■較皿ｌ 緻密質セラミック膜材料として実施例１のセラミック微
粉末スリップを採用したことを除き、実施例２が反復さ
れた。

緻密質セラミック膜付多孔質セラミック支持体は、複数
に分割ののち、緻密質セラミック膜部分が顕微鏡で観察
された。緻密質セラミック膜部分には、比較的大きな亀
裂が存在していた。この根拠は、多孔質セラミック支持
体（すなわちアルミナ）の熱膨張係数に比べ、緻密質セ
ラミック膜（すなわちジルコニア）の熱膨張係数が著し
く小さいことにあり、高温で焼結したのち、室温まで冷
却するに際し緻密質セラミック膜に亀裂が生しるものと
考えられた。

（３）発明の効果 上述より明らかなように、本発明にかかる緻密質セラミ
ック膜の製造方法は、緻密質セラミック膜材料を配置す
るに先立ち、多孔質セラミック支持成形体を仮焼成して
なるので、 ｆｉｌ緻密質セラミック膜の焼成に際し、多孔質セラミ
ック支持体の収縮を確 保できる効果 を有し、ひいては ｆｉｉｌ緻密質セラミック膜に発生する亀裂を抑制ない
し除去できる効果 を有する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）　セラミック微粉末を成形して未焼成成形体を作
   成するための第１の成形工程と、 （ｂ）　未焼成成形体を破砕して粗粉末を作成するため
   の破砕工程と、 （ｃ）　粗粉末に対しセラミック微粉末を添加して調製
   粉末を作成するための調製工程と、 （ｄ）　調製粉末を成形して多孔質セラミック支持成形
   体を作成するための第２の成形工程 と、 （ｅ）　多孔質セラミック支持成形体を仮焼成して多孔
   質セラミック支持仮焼成体を作成する ための仮焼成工程と、 （ｆ）　多孔質セラミック支持仮焼成体の表面に対し緻
   密質セラミック膜材料を配置して膜付 多孔質セラミック支持仮焼成体を作成する ための膜形成工程と、 （ｇ）　膜付多孔質セラミック支持仮焼成体を本焼成し
   て多孔質セラミック支持体上に緻密質 セラミック膜を形成するための本焼成工程 と を備えてなる緻密質セラミック膜の製造方法。