JPH04110007A - セラミックフィルタ及びその製造方法 - 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］ 本発明はアルミナを主成分としグリーンシート多層積層
法により製造されるセラミックフィルタ及びその製造方
法に関するものである。

［従来の技術］ 一般ニ、この種のフィルタは、流体中に懸濁している物
質を濾過するときに、所定の透過速度及び濾過効率を有
することが要求される。

従来、この種のセラミックフィルタの製造方法には、セ
ラミックスラリ−を多孔質高分子物質に含浸させて成形
した後、或いは粒状高分子物質をセラミックスラリ−に
配合して押出し成形した後、これらの成形体を焼成する
方法がある。この焼成により高分子物質部分が孔となり
、セラミックスか骨となって、多孔質のセラミック焼結
体が得られる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来のセラミックフィルタは所定の透過速度及
び濾過効率を得るために高圧の流体を通したときに、こ
の圧力に耐える高い強度と広い濾過断面積か要求され、
結果としてフィルタか長大化する不具合かあった。この
ためフィルタ内部に緻密質層を形成して強度を高める試
みかなされたか、緻密質層に使用するセラミック粉末の
焼結粒径が大きくなり緻密質層を２００μｍ以上の厚み
にしなければならず、フィルタの大きさをそのままにし
た場合には透過速度及び濾過効率か低下する欠点があっ
た。

また、フィルタが押出し成形により成形される場合には
、その開気孔の孔径は成形時の口金の寸法によって決ま
り、微細な開気孔を形成することか困難な問題点があっ
た。

本発明の目的は、透過速度及び濾過効率を低下させるこ
となく、極めて高い強度を有し、小型化可能なセラミッ
クフィルタ及びその製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明のフィルタは、アル
ミナ含有量９０〜９９９％の多孔質セラミック層の両面
又は片面にアルミナ含有量９０〜９９．９％の緻密質セ
ラミック層か積層されて一体的に焼結され、前記多孔質
セラミック層に開気孔が形成され、かつ前記多孔質セラ
ミック層を流体通路とするセラミックフィルタであって
、前記多孔質セラミック層の気孔率が２０〜６０％の範
囲にあり、前記緻密質セラミック層の気孔率が０．０１
〜５％の範囲にあることを特徴とする。

また本発明のセラミックフィルタの製造方法では、先ず
水を分散媒とした第１アルミナゾルに第１焼結助剤と第
１水溶性バインダを添加混合して緻密質層用スラリーを
調製し、この緻密質層用スラリーを成膜乾燥して緻密質
層用グリーンシートを成形する。次いで水を分散媒とし
た第２アルミナゾルに焼結助剤を添加しないか又は前記
第１焼結助剤より少量の第２焼結助剤と第２水溶性ノ）
インタを添加混合して多孔質層用スラリーを調製し、こ
の多孔質層用スラリーを成膜乾燥して多孔質層用グリー
ンシートを成形する。次に前記多孔質層用グリーンシー
トの両面又は片面に前記緻密質層用グリーンシートを接
着剤により接着し、前記接着したグリーンシートを１０
００〜１６００°Ｃで焼成して積層焼結体を得る。

本発明の多孔質セラミック層及び緻密質セラミック層を
構成するセラミック原料は、ともにアルミナ含有量が９
０〜９９９％の純度の高いアルミナである。緻密質層用
スラリー及び多孔質層用スラリーはともに水を分散媒と
したアルミナゾルを主成分とする。上記アルミナゾルは
いずれもアルミニウムアルコキシドを加水分解し、この
加水分解生成物を解膠処理して得られるアルミナコロイ
ド液であって、いわゆるゾル−ゲル法において調製され
る粒径が数１０〜１０００人の微細なコロイド粒子のア
ルミナゾルが好ましい。

緻密質層用スラリーと多孔質層用スラリーの調製方法の
相違点は、前者に焼結助剤がアルミナゾル１００重量％
に対して０５〜１０重量％含まれるのに対して、後者に
はセラミック層の気孔率を増大させるために焼結助剤が
全く含まれないか或いは前者より少量の焼結助剤が含ま
れるところにある。アルミナの焼結助剤としては、二酸
化けい素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酢酸マ
グネシウム、二酸化チタン等が挙げられる。酸化マグネ
シウム及び二酸化けい素の添加系では酸化カルシウムを
少なくとも０．１ｆｆｉ量％添加することが好ましい。

水溶性バインダは緻密質層用スラリー及び多孔質層用ス
ラリーにおいて、ともにアルミナゾルの固形分に対して
１０〜８０重量％添加される。このバインダは焼結時の
脱ハインタによりセラミック層に気孔を生じ易いため、
気孔率を減少させる場合には上記範囲で少なめにアルミ
ナゾルに添加される。水溶性バインダとしてはポリビニ
ルアルコール、水溶性アクリル等か挙げられる。緻密質
層用スラリーに含まれるバインダは多孔質層用スラリー
に含まれるバインダと異なってもよい。

緻密質層用スラリー及び多孔質層用スラリーを成膜する
方法としては、ドクターブレード法、押出し成形法、ロ
ール圧延法、泥しよう鋳込み法等かあるか、成形歪か少
なく成形体の平滑度か良好なドクターブレード法か好ま
しい。多孔質層用スラリーを成膜するときに、このスラ
リーにアンモニア、或いはアミン類のアルカリ物質を添
加してスラリー中にゲルを生成させ、気孔率を増大させ
ることもできる。

緻密質層用のスラリー及び多孔質層用のスラリーを成膜
後、３０〜９５°Ｃでそれぞれ乾燥して緻密質層用グリ
ーンシート及び多孔質層用グリーンシートを成形する。

最上層又は最下層となる緻密質層用グリーンシートには
流体を通す孔径６０〜１００μｍの通孔を設けてもよい
。

次いで多孔質層用グリーンシートの両面又は片面に接着
剤を塗布し、０〜７０℃の温度で５〜２００　ｋｇ／Ｃ
ｍ２の圧力で多孔質層用グリーンシートに緻密質層用グ
リーンシートを接着し積層する。

本発明のフィルタの形状は、直方体のフィルタの場合に
は緻密質層グリーンシートと多孔質層用グリーンシート
とを交互に繰返し重ね合わせる。また円柱状のフィルタ
の場合には巻取り機構付きラミネート装置により緻密質
層グリーンシートと多孔質層用グリーンシートとを互い
に接着しなから巻取る。この接着剤としては、セルロー
ス誘導体、アクリル系エマルジョン、酢酸ビニルエマル
ジョン等の水系接着剤又はアクリル系樹脂、ブチラール
系樹脂、ビニール系樹脂等の非水系接着剤を用いること
かできる。

これらの積層数は多孔質層用グリーンシートの両面に緻
密質層用グリーンシートを重ね合わせて積層した３層以
外に、セラミックフィルタの用途、形状等に応じて緻密
質層と多孔質層とを交互に重ね合わせた多数層にするこ
ともできる。

グリーンシートを積層しただけの直方体のグリーン成形
体、或いはグリーンシートを積層して巻取った円柱状の
グリーン成形体をそれぞれ所定の寸法に切断する。円柱
状のグリーン成形体は所定の長さに切断した後、巻取り
芯を抜くことにより形成された中心孔の部分に緻密質層
用のスラリーを充填し、３０〜９５℃でこのスラリーを
乾燥する。上記グリーン成形体を焼成炉に入れて焼成す
る。第１図に本発明の直方体のセラミックフィルタ１０
を示す。また第２図に円柱状に焼結したセラミックフィ
ルタ２０を示す。１０ａ、２０ａは流体通路となる多孔
質セラミック層、１０ｂ２０ｂは緻密質セラミック層で
ある。

焼成は目的とする気孔率を得るために１０００〜１６０
０℃の温度範囲で、１〜２時間、大気圧下で行われる。

焼成温度か高まる程、また焼成時間が長くなる程、気孔
率は減少する。１０００　’Ｃ未満であると緻密質セラ
ミック層の気孔率が５％を越え、１６００℃を越えると
多孔質セラミック層の気孔率か２０％未満となり易い。

即ち、本発明のセラミックフィルタは多孔質セラミック
層の気孔率が２０〜６０％の範囲に、また緻密質セラミ
ック層の気孔率が０．０１〜５％の範囲に制御されて作
られる。

上記焼成で得られた積層焼結体の多孔質アルミナ層には
開気孔が形成される。ここで開気孔とは閉気孔とは異な
り、焼結体の一端から他端まで連続した空隙であって流
体が通過可能な微細な孔をいう。

また本発明の緻密質セラミック層の厚みはフィルタ全体
の濾過効率を高めるために、１０〜２００μｍの極薄の
層であることが好ましく、多孔質セラミック層の厚みは
濾過効率を低下させないために、３０〜１１００Ｉｉ程
度にすることか好ましい。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明のセラミックフィルタは、グ
リーンシート多層積層法により多孔質アルミナ層の両面
又は片面に２００μｍ以下の極薄の緻密質アルミナ層を
積層して直方体又は円柱体に焼結したため、フィルタの
透過速度及び濾過効率を低下させることなく、極めて高
い強度を有し、小型にすることができる。

また出発原料であるアルミナゾルのコロイド粒子を調整
することにより、多孔質アルミナ層の開気孔を微細な孔
径にすることかできる。

［実施例コ 次に本発明の実施例を図面に基ついて詳しく説明する。

〈実施例１〉 アルミニウムイソプロポキント［Ａ　Ｑ　（Ｃ３Ｆ＋７
０）　３］を加水分解してベーマイト［ＡＱＯＯＨ］を
生成させ、これにｐＨ２〜４に調整した水を加えて解膠
し、粒径が数１０〜１０００人の微細なコロイド粒子か
分散したアルミナ濃度５重量％の安定な擬へ一マイトゾ
ルを得た。

緻密質層用スラリーを調製するために、このフルに焼結
助剤としてシリカコロイド、酢酸マグネシウム、酢酸カ
ルシウムを、更に水溶性バインダとしてポリビニルアル
コールを添加した。これらの焼結助剤は緻密質セラミッ
ク層に焼結したときの組成比が ＡｆｌｘＯｓ：　５ｉＯｚ：　ＭｇＯ：　Ｃａ０＝９２
：　７：　２：　１になるようにそれぞれ添加した。ま
たバインダはこの固形分に対して４０重量％添加混合し
た。これにより固形分が４重量％のスラリーを調製した
。

このスラリーを移動担体である高密度ポリエチレンテー
プ上にドクターブレード法によりコーティングした後、
乾燥し、スラリーの分散媒である水を脱離させて厚さ約
６０Ａｔｍの緻密層用グリーンシートを得た。

一方、多孔化し易くするために焼結助剤を添加しない以
外は上記と同様にして厚さ約２００μｍの多孔質層用グ
リーンシートを得た。次いで多孔質層用グリーンシート
の片面又は両面に接着剤として１％濃度のポリビニルブ
チラールのイソプロピルアルコール溶液を塗工し、８枚
の緻密質用グリーンシートと７枚の多孔質層用グリーン
シートを交互に重ね合わせて接着し、１５層に積層され
た厚さ約２ｍｍのグリーン成形体を得た。

次にこのグリーン成形体を焼成炉に入れた。同時に気孔
率の生成状況を調べるために上記多孔質層用グリーンシ
ートと同じ多孔質層用グリーンシートと、上記緻密質層
用グリーンシートと同じ緻密質層用グリーンシートを焼
成炉に入れ、これらのグリーンシートを１０００℃、１
２００℃、１３００℃、１４００℃、１５００℃でそれ
ぞれ１時間、大気圧下で焼成した。第１図はその焼結体
の斜視図である。またこの１５層積層構造のアルミナ焼
結体の焼成温度による細孔分布の変化及び細孔容積の変
化の状況を第３図に示す。第３図より焼成温度が１３０
０℃以上になると、セラミックフィルタに適した２５０
Å以上の細孔径になり、１５００℃になると、７５０〜
１２５０人の範囲の細孔径が極めて多くなることが判っ
た。

１５層セラミックフィルタの緻密質アルミナ層及び多孔
質アルミナ層はそれぞれアルミナ含有量が９２％及び９
９．５％のアルミナ焼結体層であった。このセラミック
フィルタの曲げ強度は焼成温度１０００℃、１２００℃
、１３００℃、１４００℃、１５００℃でそれぞれ２０
，２０゜５０．６０．６０　ｋｇｆ／ｍｍ”であった。

第４図に単層の多孔質アルミナ焼結シート及び単層の緻
密質アルミナ焼結シートの焼成温度による気孔率の変化
をそれぞれ示す。第４図により、緻密質層用グリーンシ
ート単独を焼成して得られた焼結シートの気孔率が０〜
１％の範囲にあることから１５層セラミックフィルタの
うち緻密質アルミナ層の気孔率も０〜１％の範囲にある
と類推される。また多孔質層用クリーンシート単独を焼
成して得られた焼結シートの気孔率か４０〜６０％であ
ることから１５層セラミックフィルタのうち多孔質アル
ミナ層の気孔率も４０〜６０％と類推される。

また第５図に１５層セラミックフィルタの焼成温度によ
るフィルタ全体の気孔率の変化を示す。

更に第６図に１５００℃で焼成したときの１５啜セラミ
ツクフイルタの要部断面の粒子構造を示す。

第６図はその多孔質層を主に示すために３５００倍に拡
大した電子顕微鏡写真図である。第６図から明らかなよ
うに多孔質アルミナ層の両面に緻密質アルミナ層か一体
的かつ強固に積層焼結していた。

このセラミックフィルタに０３μｍ以上の粒径の粉塵を
含むガスを通過させて濾過試験を行ったところ、粉塵の
ないガスを取出すことかできた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の直方体のセラミックフィルタの斜視図
。 第２図は本発明の円柱体のセラミックフィルタの斜視図
。 第３図はその焼成温度による細孔分布の変化及び細孔容
積の変化の状況を示す図。 第４図は単層の多孔質アルミナ焼結体及び単層の緻密質
アルミナ焼結体の焼成温度による気孔率の変化をそれぞ
れ示す図。 第５図は本発明実施例の１５層アルミナ焼結体の焼成温
度による焼結体全体の気孔率の変化を示す図。 第６図はその多孔質アルミナ層の断面の粒子構造を主に
示す電子顕微鏡写真図。 １０．２０：セラミックフィルタ、 １０ａ、２０ａ：多孔質セラミック層、１０ｂ、２０ｂ
：緻密質セラミック層。 第１図 第２図 細　）Ｌ性　　（入） 第３図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）アルミナ含有量９０〜９９．９％の多孔質セラミッ
   ク層の両面又は片面にアルミナ含有量９０〜９９．９％
   の緻密質セラミック層が積層されて一体的に焼結され、
   前記多孔質セラミック層に開気孔が形成され、かつ前記
   多孔質セラミック層を流体通路とするセラミックフィル
   タであって、前記多孔質セラミック層の気孔率が２０〜
   ６０％の範囲にあり、前記緻密質セラミック層の気孔率
   が０．０１〜５％の範囲にあることを特徴とするセラミ
   ックフィルタ。 ２）緻密質セラミック層の厚みが１０〜２００μｍであ
   って、多孔質セラミック層の厚みが３０〜１００μｍで
   ある請求項１記載のセラミックフィルタ。 ３）水を分散媒とした第１アルミナゾルに第１焼結助剤
   と第１水溶性バインダを添加混合して緻密質層用スラリ
   ーを調製し、 この緻密質層用スラリーを成膜乾燥して緻密質層用グリ
   ーンシートを成形し、 水を分散媒とした第２アルミナゾルに焼結助剤を添加し
   ないか又は前記第１焼結助剤より少量の第２焼結助剤と
   第２水溶性バインダを添加混合して多孔質層用スラリー
   を調製し、 この多孔質層用スラリーを成膜乾燥して多孔質層用グリ
   ーンシートを成形し、 前記多孔質層用グリーンシートの両面又は片面に前記緻
   密質層用グリーンシートを接着剤により接着し、 前記接着したグリーンシートを１０００〜 １６００℃で焼成して積層焼結体を得るセラミックフィ
   ルタの製造方法。 ４）第１又は第２アルミナゾルのいずれか又は双方がア
   ルミニウムアルコキシドを加水分解した後、この加水分
   解生成物を解膠処理して得られるアルミナコロイド液で
   ある請求項３記載のセラミックフィルタの製造方法。