JPH04104973A

JPH04104973A - 多孔質セラミックスの製造方法

Info

Publication number: JPH04104973A
Application number: JP22307090A
Authority: JP
Inventors: Yasuhito Nakajima; 泰仁中島; Yukito Muraguchi; 村口　幸人
Original assignee: Inax Corp
Current assignee: Inax Corp
Priority date: 1990-08-24
Filing date: 1990-08-24
Publication date: 1992-04-07
Anticipated expiration: 2013-09-21
Also published as: JP2800134B2

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）この発明は多孔質セラミックスの製造方法に関し、特に
細孔径の大きな且つ高気孔率の多孔質セラミックスを製
造する方法に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課Ｍ）多孔質
セラミックスは、各種分野において種々の目的で広く使
用されている。かかる多孔質セラミックスの製造方法に
は各種のものがあり、これを大別すると次のようになる
。

工　焼成前空隙の利用 ■ポリウレタンフォーム原料中にセラミックス原料を混
合しておき、フオーム化してから焼成し、樹脂成分を除
去する。

■ポリウレタンフォームにセラミックススラリーをコー
ティングして焼成する。

■粒状樹脂をパックしておき、生じた空間にセラミック
ススラリーを流し込み、焼成する。

■　焼成過程の空隙の利用 ■溶化開始前に焼結を止める。

■燃焼酸いは揮発物資を添加して焼成する。

■粒子径分布の調整された骨材粒子に少量のガラス質フ
ラックス、結合材を添加して焼成する。

■珪藻上等の多孔質原料を結合材と混合して焼成する。

■　ガラスの分相利用（多孔質ガラス）■　ゾル−ゲル
法（シリカゲル等） ■　結晶内空隙の利用（ゼオライト等）これらの方法に
より得られる多孔質セラミックスの細孔径のおよその範
囲が第１図に示しである。

表から明らかなように、（Ｉ）の焼成前空隙の利用、（
ＩＩ）の焼成過程の空隙の利用による方法では大きな細
孔径が得られる。そこで散気材や菌体の担体として用い
られる多孔質セラミックスのように、大きな細孔径（細
孔径数十〜数百ｕＬｍ以北）を必要とされるものの場合
、（Ｉ）の方法或いは（ＩＩ）の方法が一般に用いられ
る。

ところが（１）の方法の場合、通常の多孔質セラミック
スの製造工程（成形−焼成）以外の複雑な工程を必要と
する上、燃焼用の樹脂成分を用いることからコストが高
くなるといった問題がある。

他方（ＩＩ）の焼成過程の空隙の利用の方法において、
■の溶化前に焼結を止める方法の場合、粒子が大きいと
焼結性が悪くなり、十分な強度が得られないといった難
点があり、また■の燃焼物質等を添加して焼成する方法
の場合、製造コストは安価であるものの細孔の大きさが
不規則となる上、セラミックスが脆くなる欠点がある。

そこで大部分は■の骨材粒子の粒子径分布を均一に調整
し、少量のガラス質フラックスを加えて焼成する方法が
採用されている。

しかしながらこの方法の場合、例えば細孔径ｌＯＯμｍ
、気孔率３８気孔率３夛クスを製造しようとすると、焼成中期段階のモデルより
導かれる式、ｄ＝０．４６ＤＦ１− （ｄ：細孔径，Ｄ：骨材粒子径，ε：気孔率）から、粒
子径として３　５　０　ｇｍ程度の大きな骨材粒子を用
いることが必要となる。

而してこのような大きな粒子を用いた場合、ガラス質フ
ラックスや粘土等の結合材を添加して焼成しても十分な
強度が得られ難くなり、また気孔率も小さくなってしま
う。

これらの問題を解決するため、焼成反応中の溶化過程に
おける一時膨張を利用して気孔率の高い、■つ細孔径の
大きな多孔質セラミックスを得る方法が水出願人により
先に提案されている。

（特公平２−１２８９９号）この方法の要旨は、Ｓｉ０
　２　：　　７　　０　　〜　８　　８　ｆｐ−ｆｉｇ
　％　、Ｃａ０　　　二　５−２３ｊｌ　量％，　Ａｌ
２Ｏ３　：　５〜１５重量％を含む調合物を焼成して望
ましい気孔率，細孔径のものを得ることにあり、そして
この方法に従って多孔質セラミックスを製造した場合、
焼成反応中に共融反応により部分的に低融点の液相が生
じ、これがセラミックス粒子を結合する作用を果たし、
以て細孔径の均一な且つ機械的，物理的性質の良好な多
孔質セラミックスを得ることができる。

帽１を解決するための手段）しかしながらその後研究を行う中で、この方法には未だ
改良の余地のあることが判明した。

本発明はこのような事情の下になされたものであッテ、
その要旨は、５ｉ（ｈ　、　ＣａＯ　、　Ａｌ２Ｏ３を
含有する調合物を・焼成して多孔質セラミックスを製造
するに際し，該調合物を５ｉｌｈ：　７　０〜８８重量
％，ＣａＯ：５〜２３重量％，＾１２０３　：　５〜１
　５重量％となるように且つＣａＯ粒子の粒度がＳｉ０
２粒子の粒度よりも大きくなるように調製することにあ
る．尚ここでＣａＯ粒子の粒度が５ｉ（ｂ粒子の粒度よ
りも大きいとは、ＣａＯ粒子の平均粒子径がＳｉ０２粒
子の平均粒子径よりも大きいことを意味する。

（作用及び発明の効果）本発明によれば、上記先願発明と同様、安価に得られる
天然原料である珪質蝋石９石灰石，粘土を用いて且つ粒
径の小さいものを用いながら、更に高気孔率の、細孔径
の大きな多孔質セラミックスを得ることができる０例え
ば本発明によれば気孔率４５％以上の、また細孔径１１
００ｕＬ以上の多孔質セラミックスを得ることが可能で
ある。

本発明によって一段と高気孔率の、細孔径の大きなセラ
ミックスが得られることとなった理由は次のように考え
られる。

ＳｉＯ２　、　ＧａＯ、Ａｌ２Ｏ３から成る調合物を焼
成したとき、焼成中に次の反応が起ることが知られてい
る。

ＣａＯ４ゲーレナイト　（２ＣａＯ＊　Ａｌ２Ｏ３拳Ｓ
ｉＯ２）→アノルサイト（ＣａＯ＊＾１２０３　ｅ　２
Ｓｉ０２）＋ワラストナイト　（ＣａＯ＊５ｉ（ｈ）　
　・”　・（１）Ｓｉ０２→クリストバライト（ＳｉＯ
ｚ）　　・争−（２）そしてこの反応においてゲーレナ
イト、アノルサイト、ワラストナイトが生成して消失す
る過程で一時膨張が生じると共に、ゲーレナイト、アノ
ルサイト、ワラストナイトの共存下で共融反応が生じ、
これにより低融点の液相が生じてこれが原料粒子を結合
する働きをする。そして上記−時膨張の発生により気孔
が多量に生成し、また液相の発生による結合作用によっ
て、均一な細孔径の多孔質セラミックスが得られるもの
と解される。

ところでこの反応において、アノルサイトが多量に生成
すると共融反応が効果的に惹起されず、また−時膨張も
小さくなってしまう。

そこで本発明者はその対策としてＣａＯ粒子の粒度をＳ
ｉＯ２粒子の粒度よりも大きくしたころ、アノルサイト
の生成が適度に抑制されて、ゲーレナイト、アノルサイ
ト、ワラストナイト共存下での共融反応が良好に惹起さ
れ、−時膨張も大となって、気孔率の高い細孔径の大き
な多孔質セラミ−２クスが得られる知見を得た。これは
、ＣａＯ粒子の粒度をＳｉＯ２粒子の粒度よりも大とす
ることによって上記（１）式の反応が抑制され、従って
アノルサイトの生成量が適度に低く抑えられるようにな
ったことによるものと考えられる。

かかる本発明によれば、調合原料として珪質蝋石２石灰
石、粘土等の安価な天然原料を用いることができ、また
特別の付加工程も要しないために、安価に多孔質セラミ
ックスを製造することができる。またその外、調合原料
として粒子径の大きなものを用いる必要がなく、粒径の
小さなものを用い得るので粒子同士の焼結も良好に行わ
れ、強度に優れた（曲げ強度で１５０　ｋｇｆ／ｃｍ２
以上）多孔質セラミックスを得ることができ、しかも細
孔径の大きな且つ気孔率の高いセラミックスを得ること
ができる。

かかる多孔質セラミックスは、大きな細孔径。

高気孔率を利して水処理分野或いは化学工業におけるフ
ィルター、散気管、更には各種担体その他の用途に好適
に用いることができる。

尚本発明においては、ＣａＯ粒子の粒度をＳｉＯ２粒子
の粒度よりも大とするだけでも良好な結果を得ることが
できるが、ＣａＯ粒子の粒径をＳｉＯ２粒子の粒径の５
倍以上としたときにより良い結果が得られ、更にＣａＯ
粒子の粒径をＳｉＯ２粒子の粒径の１０倍以上としたと
きに更に良好な結果の得られることが確認されている。

またＣａＯ粒子として１０μｍ以上のものを、５４０２
粒子として５ｇｍ以下のものを用いることにより良好な
結果の得られることが併せて確認されている。

（実施例）次に本発明の特徴を更に明確にすべく、以下にその実施
例を詳述する。

珪買蝋石（主成分ＳｉＯ２）及び石灰石（主成分Ｃａ０
）をボールミルで側層し、且っ側層時間を異ならせるこ
とによって種々粒径の粉砕品を用意した。またこれと併
せて粘土のフィルタープレス品を乾燥し、ロールクラッ
シャーで粉砕したものを用意した。因みに珪質蝋石をボ
ールミルにて４時間及び９６時間細側層たものの粒径分
布が第２図中■、■とじて、また石灰石をボールミルに
てそれぞれ１時間、４時間側層したものの粒径分布が第
３図中■、■とじて示しである。尚第４図は、粘土粉砕
品の粒径分布を示したものである。

これら粉砕品を、５ｉＯｚニア４重量％、Ｃａｂ：１４
重量％、　　Ａｌ２Ｏ３：　１２重量％となるように珪
質蝋石ニア０．２重量％１石灰石：２２．１重量％、粘
土＝７．７重量％の割合で調合し、混合した。混合はア
イリッヒミキサーで行い、パインダー分としてメチルセ
ルロースを３！ｉｉ％添加し、適量の水と共に土練機に
て十分に混練した。

この混練物を小型押出機でシート状に押出成形して乾燥
後、電気炉で７℃／分の速度で昇温し、最高温度（１２
５０℃）に１時間保持した後自然冷却して多孔質セラミ
ックスを製造した。得られた多孔質セラミックスの細孔
径分布を調べたところ第５図の如くであった。但し図中
ＢｌはＣａＯ粒子（石灰石粒子）の粒径をＳｉＯ２粒子
（珪貴蝋石粒子）の粒径の３倍より僅かに大とした場合
、Ｂ２は５倍より僅かに大とした場合、Ｂ３は１０倍以
上とした場合、Ｂ４は粒径の比率が１０倍以上であって
ＳｉＯ２の粒径が５Ｂｍ以下。

ＣａＯの粒径が１０μｍ以上とした場合の結果である。

またＡはＳｉＯ２として上記■のものを、　ＣａＯとし
て■のものを用い、焼成温度１２５０℃で焼成したもの
の結果である（比較例）、尚気孔率についてはＡの場合
が３８％、Ｂ４の場合が４５％であった。

第５図の結果から、ＣａＯとＳｉＯ２の粒度を本発明に
従ってコントロールすることにより、細孔径が大きく且
つ気孔率の高い多孔質セラミックスが得られることが分
かる。

また得られた多孔質セラミックスの強度を調べたところ
、実施例の品の場合３点曲げ強度が１５０　ｋｇｆ／ｃ
ｍ２以上と高強度であることも確認された。

以上本発明の実施例を詳述したが、これはあくまで−具
体例であって、本発明は上清以外の原料を用いて調合物
を調整することも可能である外。

その主旨を逸脱しない範囲において、当業者の知識に基
づき様々な変更を加えた態様で実施可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は多孔質セラミ−２クスの各種製造方法により得
られる細孔径の範囲を示す図、第２図。第３図及び第４図はそれぞれ本発明の実施例において得
られた珪質蝋石１石灰石及び粘土粉砕品の粒径分布図、
第５図はその実施例において得られた多孔質セラミック
スの細孔分布図である。第１図第４図粒子直径　（終ｍ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＳｉＯ＿２、ＣａＯ、Ａｌ＿２Ｏ＿３を含有する
調合物を焼成して多孔質セラミックスを製造するに際し
、該調合物をＳｉＯ＿２：７０〜８８重量％、ＣａＯ：
５〜２３重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３：５〜１５重量％とな
るように且つＣａＯ粒子の粒度がＳｉＯ＿２粒子の粒度
よりも大きくなるように調製することを特徴とする多孔
質セラミックスの製造方法。
（２）前記調合物を、ＣａＯ粒子の粒径がＳｉＯ＿２粒
子の粒径の５倍以上となるように調製することを特徴と
する請求項（１）に記載の多孔質セラミックスの製造方
法。
（３）前記調合物を、ＣａＯ粒子の粒径がＳｉＯ＿２粒
子の粒径の１０倍以上となるように調製することを特徴
とする請求項（１）に記載の多孔質セラミックスの製造
方法。
（４）前記調合物を、ＳｉＯ＿２粒子の粒径が５μｍ以
下、ＣａＯ粒子の粒径が１０μｍ以上となるように調整
することを特徴とする請求項（１）、（２）又は（３）
に記載の多孔質セラミックスの製造方法。