JPH04104975A - 多孔質セラミックス材料の製造方法 - 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、各種の排ガス中に浮遊する微細な粒子などを
捕集するために有効な、連続的に気孔径が変化する組織
性状の多孔質セラミックス材料を製造する方法に関する
。

〔従来の技術〕

例えば内燃機関から排出される排気ガス中に浮遊する微
細粒子を捕集するための多孔質セラミックス材料には、
捕集効率が高く且つ圧力損失が少ない性能が要求されて
おり、この性能要求に対しては排気ガスが進入する入口
側の組織に比べて出口側の気孔径が小さくなるような特
性の材料を配することが効果的であることが確認されて
いる。

従来、この種の傾斜組織を備える多孔質セラミックス材
料を製造する手段としては、粒度の異なるセラミックス
粉末を積層化して多層構造にする方法（特開昭６０−９
６５８５号公報、同６３−１５８２０５号公報）がある
。ところが、この方法による場合にはセラミックス粉末
相互の間隙部分により気孔が形成されるため一端部（入
口側）の気孔径を大きくするには限度があり、圧力損失
の少ない多孔質構造を形成することは困難である。

また気孔径の大きなセラミックス多孔質体を得る方法と
して、ポリウレタンフォームのような有機質発泡体にセ
ラミックスのスラリーを付着させたのち焼結処理する方
法が知られているが、この方法を利用してセラミンクス
スラリ−を付着した直後に有機発泡体に付着したスラリ
ーを真空吸入して移動させ、同一組織内で気孔径が変化
する傾斜組織を有するセラミックス多孔体を製造する方
法（特開昭６２−１４９３１７号公報）が提案されてい
る。

（発明が解決しようとする課題〕 しかし、前記の方法は真空処理を要件としているため操
作が煩雑であり、そのうえ真空吸入法では厚みのある傾
斜組織の多孔質体を形成することは困難である。

本発明は、有機発泡体にセラミックススラリーを含浸さ
せたのち余剰のスラリーを遠心濾過する公知の除去手段
に着目し、その応用について研究を重ねた結果開発され
たもので、その目的は入口側から出口側にかけて介在す
る気孔径が連続的に小さくなるような傾斜組織の多孔質
セラミックス材料を簡便なプロセスで製造する方法を提
供するところにある。

［課題を解決するための手段〕 上記の目的を達成するための本発明による多孔質セラミ
ックス材料の製造方法は、有機質発泡体をセラミックス
スラリーに浸漬したのち、遠心濾過筒の回転軸に近い位
置にセットし、遠心力に勾配をもたせた状態でセラミッ
クススラリーの含浸度合が有機質発泡体の組織内部で連
続的に変化する時点まで遠心濾過処理を施し、乾燥後、
焼結処理することを構成上の特徴とする。

本発明の対象となるセラミックスにはとくに制約はなく
、例えばＡｊ２ｚ　Ｏ，、Ｓ　ｉｏ、などの酸化物系、
Ｂ４Ｃ，ＳｉＣなどの炭化物系、ＢＮ、Ｓ＋３Ｎ、のよ
うな窒化物系の物質を挙げることができる。これらセラ
ミックスは、好ましくは５０μ謹以下の微粒子状態で水
もしくは適宜な有４１！溶媒に均一に懸濁させてスラリ
ーを形成する。

有機質発泡体としては、の均質な気孔組織を備える軟質
のポリウレタンフォームが好適に用いられる。

有機質発泡体はセラミックススラリー中に浸漬し、セラ
ミックス成分を組織内部に十分含浸させたのち、遠心濾
過筒の回転軸に近い位１にセットする。遠心濾過筒とし
ては、遠心分離器に設置される容器を濾過材により構成
したものが使用される。含浸処理した有機質発泡体を遠
心濾過筒の回転軸に近い位置にセットするのは、回転時
において有機質発泡体組織内に生じる遠心力の差を最大
限に利用するためであり、望ましくは回転軸から５ｃｓ
以内に有機質発泡体の内側が位置するように配置する。

遠心濾過の処理は、相対的に回転遠心力の大きな有機質
発泡体の濾過筒に接触する外側面のセラミックススラリ
ーから次第に除去され、セラミックススラリーの含浸度
合に濃淡傾斜が生じて有機質発泡体の組織内部で連続的
に変化する時点までおこなわれる。この時点は、用いる
有機質発泡体の気孔状態、セラミックススラリーの粘度
、遠心濾過筒の回転数等の条件に基づいて実験的に定め
られる。

最適な条件は、有機質発泡体として目開き１１６〜４０
のものを用い、セラミックススラリーの粘度を０．１〜
１０００ポイズの範囲に調整し、かつ遠心濾過筒の半径
方向１ｃｍ当たりの遠心力勾配、つまり半径方向に１ｃ
ｍ離れた任意の２点間の遠心力差が重力加速度換算値と
して０．５〜１０　Ｇｍ／ｓｅｅ”、好ましくは１〜５
　（＋＋＋／ｓｅｅ”の範囲になるように設定すること
である。遠心力の勾配は、遠心濾過筒の回転数および有
機質発泡体のセット位！に大きく支配されるため、最適
条件を実現するためには上述したように有機質発泡体を
回転軸近傍の位置にセットすることが必須の要件となる
。この場合、半径方向１ｃｍ当たりの遠心力勾配を０．
５　Ｇｍ／ｓｅｃ”を下田ると遠心力の差が少なくなっ
て内部組織が均質化し、１０　Ｇｍ／ｓｅｃを土建ると
有機質発泡体の変形、破壊などの不都合な現象を招く。

遠心濾過処理した有機質発泡体は、乾燥して傾斜組織を
そのまま固定したのち、８００　’Ｃ以上の温度域で熱
処理をおこない、有機質発泡体の成分を焼却除去すると
同時にセラミックス成分を焼結して多孔質セラミックス
材料に転化させる。

［作　用〕 通常、高速回転による遠心分離操作においては回転軸に
近い側に比べて遠い側の方が遠心力が強くなるため外側
に押しやられる力が大きくなる。

したがって、セラミックススラリーを含浸した有機質発
泡体の組織から余剰のスラリー成分を均一に遠心濾過分
離するためには、遠心力に差が生じない状態、すなわち
回転軸から出来るだけ遠い位置に含浸有機質発泡体をセ
ットして遠心濾過処理を施す方法が採られる。

これに対し本発明の方法においては、セラミックススラ
リーを浸漬した有機質発泡体が遠心力の小さい回転軸に
近い位置に一定の厚さ幅をもってセントされた状態で遠
心濾過されるから、回転軸近傍の含浸スラリーは遠心力
の影響を余り受けず、遠心濾過筒に接触する外側の組織
からセラミックススラリーが徐々に遠心濾過されて系外
に除去される。そのまま遠心濾過を継続すると、セラミ
ックススラリーの含浸度合が有機質発泡体の組織内部で
内側から外側にかけて連続的に漸減する組織に転化する
。この作用機構を利用し、前記時点で遠心濾過処理を終
結して引続き乾燥、焼結処理することにより気孔径が連
続的に変化する傾斜組織の多孔質セラミックス材料を製
造することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。

実施例１ 粒径が５０μ−以下のＳｉＣ微粉末を水に均一に分散懸
濁させた粘度２０ポイズのセラミックススラリーに縦横
１００ＩＩｌｌ、厚さ５０＋ａｍ、目開き＃２０の軟質
ポリウレタンフォーム（プリデストン■製、“エバーラ
イトスコツト＃２０”）を浸漬し、組織内部に十分含浸
させた。ついで、セラミックススラリーを含浸した軟質
ポリウレタンフォームを遠心濾過装置の遠心濾過筒に内
面が回転軸から３ｃｍ離れた位置（回転軸から濾過外面
までの距離８ｃｍ）にセットし、回転数４０Ｏｒｐｍで
１分間に亘り遠心濾過処理をおこなった。このセット条
件で、回転時の遠心力は重力加速度換算で内面は５　Ｇ
ｍ１ｓｅｃ”、濾過外面は１４０ｍ７ｓｅｃ”となり、
半径方向１ｃｍ当たりの遠心力勾配は１．８　Ｇｍ／ｓ
ｅｃ”　となる。

遠心濾過処理を施した軟質ポリウレタンフォームは、そ
のままの状態で乾燥して傾斜組織を固定し、引続き加熱
炉に移して２１００’Ｃの温度の加熱してポリウレタン
成分を焼却除去するとともにセラミックス成分を焼結し
た。

上記の工程で得られた多孔質セラミックス材料は、組織
内部の平均気孔径が内側部位で０．７ｍ＋＊、外側部位
で１．４ｍｍの連続的な傾斜組織を備える性状であるこ
とがＳＥＭ観察によりｔ１認された。

得られた多孔質セラミックス材料を排気量２２００ｃｃ
のディーゼルエンジンから噴出される排気ガスに気孔径
が大きい外側を対面させて２時間通過させ、浮遊微粒子
の補集率と圧力損失を測定した。

その結果を表１に示した。

実施例２ 粒径５０μ餉以下のＳｉＣ粉末をを水に均一の分散懸濁
した粘度５ポイズのセラミックススラリーに、実施例１
より発泡度合が小さい目開きｌ　３０の軟質ポリウレタ
ンフォーム〔プリデストン株製、′°エバーライトスコ
ツト＃３０”）を浸漬して十分に含浸させた。

含浸処理後の軟質ポリウレタンフォームを遠心濾過装置
の遠心濾過筒に内面が回転軸から２ｃｍ１ｌｉ１れた位
置（回転軸から濾過外面までの距離７　ｃｍ）にセット
し、回転数５００ｒｐ＋ａで１分間遠心濾過をおこなっ
た。この場合の遠心力は、重力加速度換算で内面が６　
Ｇｍ１ｓｅｃ”、外面が２０　Ｇｍ／ｓｅｃ”であり半
径方向１ｃｍ当たりの遠心力勾配は２．８　Ｇｍ／ｓｅ
ｃ”であった。

ついで、軟質ポリウレタンフォームを乾燥したのち、２
１００°Ｃの温度で熱処理を施してポリウレタン成分を
焼却除去するとともにセラミックス成分を焼結した。

得られた多孔質セラミックス材料は、組織内部の平均気
孔径が内面部位でＯ’、５ｍｍ、外面部位で１゜０ＩＩ
Ｉ１１の連続的な傾斜組織を備えるものであった。

この材料につき実施例１と同一条件によりディーゼルエ
ンジン排気ガスの浮遊微粒子の補集率ならびに圧力損失
を測定し、結果を表１に併載した。

比較例１ 実施例１と同一の条件によりセラミックススラリーの浸
漬処理をおこなった軟質ポリウレタンフォームを遠心濾
過装置の遠心濾過筒に内面が回転軸から２０ｃｍ離れた
位置（回転軸から濾過外面までの距Ｉｔ　２５　ｃ　ｍ
　）にセットし、回転数２００ｒｐ−で１分間遠心濾過
をおこなった。この場合の遠心力は、重力加速度計算で
内面は９　Ｇａｐ７ｓｅｃ”、外面は１１０ＩＩ／Ｓｅ
ｃ”であり、半径方向１ｃｍ当たりの遠心力勾配は０．
４　Ｇａ／ｓｅｃ”であった。

遠心濾過後のポリウレタンフォームを実施例１と同様に
乾燥および焼結処理をおこなったところ、平均気孔径１
．４−　　の内外均一な気孔組織を有する多孔質セラミ
ックス材料が得られた。

この材料につき実施例１と同一条件でディーゼルエンジ
ン排気ガスの処理をおこない、測定された浮遊微粒子の
補集率ならびに圧力損失を表１に併載した。

比較例２ 実施例２と同一条件でセラミックススラリーの浸漬処置
をおこなった軟質ポリウレタンフォームを比較例１と同
様にして遠心濾過および焼結処理を施して多孔質セラミ
ックス材料を製造した。この材料は、平均気孔径０．５
１の内外均一な気孔組織を呈するものであった。

得られた多孔質セラミックス材料につき実施例１と同一
条件でディーゼルエンジン排気ガスの処理をおこない、
測定された浮遊微粒子の補集率ならびに圧力損失を表１
に併載した。

表１ 的に変化する傾斜組織を備える特有性状の多孔質セラミ
ックス材料を効率よ（製造することができる。したがっ
て、例えば内燃機関等の排ガス中に含まれる浮遊微粒子
を補集するための濾過部材などに適用して極めて有用で
ある。

出願人　　東海カーボン株式会社 代理人　弁理士　高　畑　正　也 表１の結果から、実施例１．２による本発明の傾斜組織
を備える多孔質セラミックス材料は、浮遊微粒子の補集
率が９０％を越え、圧力損失は７００１ａｕｇを下履る
特性を示し、総合的に良好な補集性能を有することが認
められる。これに対し、比較例１の材料は圧力損失は小
さいが細かい浮遊微粒子の補集率が悪く、また比較例２
の場合には補集率は高いものの圧力損失が著しく増大し
て実用性に乏しいことが判る。

〔発明の効果〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有機質発泡体をセラミックススラリーに浸漬したの
   ち、遠心濾過筒の回転軸に近い位置にセットし、遠心力
   に勾配をもたせた状態でセラミックススラリーの含浸度
   合が有機質発泡体の組織内部で連続的に変化する時点ま
   で遠心濾過処理を施し、乾燥後、焼結処理することを特
   徴とする多孔質セラミックス材料の製造方法。 ２、遠心濾過筒の半径方向１ｃｍ当たりの遠心力勾配を
   、重力加速度換算値で０．５〜１０Ｇｍ／ｓｅｃ＾２の
   範囲に設定する請求項１記載の多孔質セラミックスの製
   造方法。 ３、有機質発泡体の目開きを＃６〜４０とし、セラミッ
   クススラリーの粘度を０．１〜１０００ポイズに設定す
   る請求項１記載の多孔質セラミックスの製造方法。