JPH05186280A - セラミック多孔体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 気孔径分布が均一で高気孔率における強度の
改善されたセラミック多孔体を容易かつ安価に得ること
ができるセラミック多孔体の製造方法の提供を目的とす
る。 【構成】 セラミック粒子およびセラミック繊維を分散
媒に分散させてセラミックスラリーを調整する工程と、
このスラリーに起泡剤を添加し攪拌して発泡させる工程
と、前記工程により発泡されたスラリーを発泡状態で成
形・硬化させて成形体とする工程と、この成形体を焼結
する工程とを具備して成るセラミック多孔体の製造方法
において、前記セラミックスラリー中のセラミック粒子
とセラミック繊維の配合比を式、 【数１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はフイルター、断熱材、触
媒担体、ヒータなどの用途に適したセラミック多孔体の
製造方法に係り、特に気孔径分布が均一で高気孔率にお
ける強度の改善されたセラミック多孔体を容易かつ安価
に得ることができるセラミック多孔体の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】フイルター、断熱材、触媒担体、ヒータ
などに使用されるセラミック多孔体の製造方法としては
従来から次のような各種の方法が知られている。すなわ
ち、 粒子径を制御した粒子を充填して焼結し、充填間隙
を気孔とすることによりセラミック多孔体を製造する方
法。

【０００３】 開気孔を有する多孔質樹脂（フォー
ム）にセラミックスラリーを含浸付着させ、乾燥させた
後、脱脂・焼結することによりセラミック多孔体を製造
する方法。

【０００４】 多孔質樹脂（フォーム）のプレポリマ
ー中にセラミック微粒子および発泡剤を混合し、プレポ
リマーを重合発泡さて硬化させ、脱脂・焼結することに
よりセラミック多孔体を製造する方法。

【０００５】 セラミックスラリーまたはセラミック
微粒子と、粒子径が制御された昇華性、可燃性または溶
解性の物質からなる粒子を混合し成形した後、昇華性、
可燃性または溶解性の物質を除去し、焼結することによ
りセラミック多孔体を製造する方法。

【０００６】しかしながら、これらの方法には次のよう
な問題があった。

【０００７】すなわち、 の方法では気孔率の高いセラミック多孔体を得ること
はできない。

【０００８】の方法では樹脂の熱膨張や樹脂の焼失時
に発生するガスによりセラミック骨格部分にクラックが
発生しやすく高強度のセラミック多孔体を得ることはで
きず、また多孔質樹脂にセラミックスラリーを含浸させ
余分なスラリーを除去する必要があるため多孔質樹脂の
気孔径がある程度大きいことが要求され気孔径の小さい
セラミック多孔体を得ることはできない。

【０００９】の方法では成形体中に多量に含有される
樹脂を脱脂する条件が制限され、特に閉気孔を有するセ
ラミック多孔体を製造することが困難である。

【００１０】の方法では昇華性、可燃性または溶解性
の物質が灰分などの不純物として残留しやすい、そのた
め高温で使用した場合この不純物がガス発生の原因とな
る問題があり、またこれらの物質を用いることはコスト
アップにつながるので経済的にも好ましくない。

【００１１】そこで最近ではこれらの問題の起きない、
次の方法が行われるようになっている。

【００１２】セラミックスラリーを泡立て発泡させ、
これを注型して硬化または脱水により流動性を失わせた
後、焼結することによりセラミック多孔体を製造する方
法。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述したの方法は気
孔径分布の均一な比較的高強度のセラミック多孔体を容
易かつ安価に得ることができ経済的にも好ましいが、高
気孔率（特に気孔率９０％以上）になるにつれてセラミ
ック多孔体の骨格部分が細くなり、強度を著しく低下さ
せるという欠点がある。

【００１４】このための方法において、さらに強度を
高め、かつ高気孔率でも比較的に高強度を保つセラミッ
ク多孔体を製造できる方法の開発が要望されるようにな
っていた。

【００１５】本発明はこのような事情に対処してなされ
たもので閉気孔、開気孔に拘らず、気孔径の範囲が広
く、気孔径分布が均一であり、高強度で特に高気孔率に
おいても高強度を保持するセラミック多孔体を容易かつ
安価に得るセラミック多孔体の製造方法の提供を目的と
する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るセラミック
多孔体の製造方法は、セラミック粒子およびセラミック
繊維を分散媒に分散させてセラミックスラリーを調整す
る工程と、このスラリーに起泡剤を添加し攪拌して発泡
させる工程と、前記工程により発泡されたスラリーを発
泡状態で成形・硬化させて成形体とする工程と、この成
形体を焼結する工程とを具備して成るセラミック多孔体
の製造方法において、前記セラミックスラリー中のラミ
ック粒子とセラミック繊維の配合比を式、

【数２】 に設定することを特徴とする。

【００１７】本発明においては、まず分散媒にセラミッ
ク粒子およびセラミック繊維を分散し、セラミックスラ
リーを調整する。

【００１８】このセラミックスラリーにはバインダー、
ポリビニルアルコール、メチルセルローズのような増粘
剤、分散剤、解膠剤、整泡剤、整泡助剤、架橋剤などを
添加してもよい。スラリーの状態は主としてセラミック
粒子およびセラミック繊維の分散性とバインダーによっ
て決まる。スラリーの粘度は数十ｃＰ〜３０００ｃＰの
範囲がよく、より好ましくは１００ｃＰ〜１０００ｃＰ
の範囲がよい。

【００１９】本発明に使用されるセラミック粒子として
はＡｌ₂ Ｏ₃ 、ＺｒＯ₂ 、スピネルＳｉＣ、ムライト、
ＭｇＯ、Ｓｉ₃ Ｎ₄ などがあり、セラミック繊維として
は、ＳｉＣウィスカー、Ａｌ₂ Ｏ₃ 繊維などがある。セ
ラミック粒子とセラミック繊維の材質は両者が互いに同
種のものでもよいし異なるものでもよく、また両者が互
いに数種の混合による複合体でもよい。

【００２０】セラミックスラリー中のセラミック粒子と
セラミック繊維の配合比は式、

【数３】 を満足しなければならない。なお好ましくは上記配合比
は、

【数４】 である。

【００２１】上記の「セラミック粒子の見掛け密度」
は、セラミック粒子１個の密度に相当するもので、たと
えば１リットルの容器に水とセラミック粒子を入れて
式、

【数５】 によって算出される。「セラミック繊維の見掛け密度」
も同様の意味であり、同じ方法で算出することができ
る。

【００２２】前記の配合比が０．０１未満では、セラミ
ック粒子が少なすぎてセラミック繊維間の結合が十分に
なされず、強度が著しく低下するためであり、その配合
比が１０を越えると、セラミック繊維が少なすぎて、繊
維配合の効果が少なく強度の向上が十分に発現しないた
めである。

【００２３】セラミックスラリー中のセラミック粒子お
よびセラミック繊維と水との比は、実質体積比で１．
５：１〜１：２が好ましい。この比はスラリーの粘性を
変え、気泡径に影響を及ぼすので通常は１：１程度が適
している。

【００２４】次に、前述のようにして調整されたセラミ
ックスラリーに起泡剤を添加して発泡器に入れて通常の
機械的な攪拌により発泡させる。起泡剤としては界面活
性剤がよく、カチオン系、アニオン系、ノニオン系のい
ずれも使用可能である。

【００２５】次に、この発泡した状態のセラミックスラ
リーを型に流し込んで成形・硬化させて成形体を作製す
る。ここで硬化は、泡組織を固定するためのものであ
り、型に流し込んだスラリーを放置することにより、乾
燥、架橋重合、分散媒の凝固等により流動性の消失が生
じることにより行われる。

【００２６】気孔率は泡立て体積によって制御すること
ができ、およそ３０％〜９５％がよく、より好ましくは
７５％〜８０％がよい。気孔径は攪拌発泡時の攪拌強度
を調整したり、成形から硬化までの時間を調整すること
によって制御することができる。

【００２７】本発明に用いるセラミック粒子としては、
平均粒径が０．１〜１０μｍのものが使用でき、とくに
０．５〜３μｍの範囲が好ましい。粒子径が０．１μｍ
未満になるとスラリーの粘土が高くなり、１０μｍを越
えるとスラリーの粘度がなくなり、いずれも作業性が悪
く、スラリーの調整も困難で発泡もしにくくなる。

【００２８】発泡させたスラリー中の気泡径は界面活性
剤の種類、濃度、粘度にもよるが、粒子径を０．１〜１
０μｍにすることにより、気泡径はおよそ２０μｍφ〜
１mmφになり、通常は５０μｍφの状態で数時間安定を
保っている。

【００２９】本発明に使用するセラミック繊維の平均長
さは前記セラミック多孔体の平均気孔径よりも長いこと
が望ましい。具体的にはセラミック繊維の平均長さは２
０μｍ〜１mmがよく、より好ましくは５０〜１００μｍ
がよい。繊維の平均長さが２０μｍ未満になるとセラミ
ック多孔体の平均気孔径（数μｍφ〜２０μｍφ程度）
よりも短くなり、繊維配合の特長が失われて強度が得に
くくなる。また繊維の平均長さが１mmを越えるとスラリ
ーの調整も困難で発泡もしにくくなる。 最後に、前述
のように作製した成形体を乾燥して溶媒を除去し焼結す
ることによりセラミツク多孔体を得る。

【００３０】本発明によれば、閉気孔、開気孔に拘ら
ず、気孔径の範囲が広く、気孔径分布が均一であり、特
に高気孔率においても強度を改善させたセラミック多孔
体を容易かつ安価に得ることができる。

【００３１】

【作用】一般に、セラミック繊維を用いずに発泡させた
スラリーを用いて製造したセラミック多孔体では、図１
に示すように、多数の気孔１がセラミックの骨格２で連
結されたような構造となり、気孔率が高くなるにつれて
骨格２が細くなり、強度が低下するようになる。

【００３２】本発明によれば、図２に示すように、この
骨格２の部分にセラミック繊維３が気孔１の接線方向に
介在するようになり、該部を補強してセラミック多孔体
全体の強度を高める作用をする。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００３４】実施例１ 平均粒径１．０μｍのアルミナ粒子１０部、平均直径
５．０μｍ平均長さ４０μｍのアルミナ繊維９０部、解
膠剤としてポリアクリル酸アンモニュウム１部、バイン
ダーとしてポリビニールアルコール２部、イオン交換水
４０部をポットミルにて１０時間混合してスラリーを調
整した。このスラリーに起泡剤としてラウリル硫酸トリ
エタノールアミン０．３部添加し、発泡器を用いて攪拌
し、泡立てた。なお、使用したアルミナ粒子の見掛け密
度は３．９８、アルミナ繊維の見掛け密度は３．９５で
あり、したがって両者の配合比は、

【数６】 である。

【００３５】さらに、泡立てた状態で成形し、乾燥によ
り硬化して成形体を作製した。ここで、泡立ての体積を
調整し、気孔率の異なる成形体を得た。この成形体を１
６５０℃で２時間焼結し、気孔率の異なる数個の多孔質
セラミック体を得た。

【００３６】得られたセラミック多孔体の嵩密度と３点
曲げ強度を測定した。

【００３７】図３の曲線Ａおよび図４の曲線Ｄはこの測
定結果を示した。

【００３８】実施例２ 平均粒径１．０μｍのアルミナ粒子５０部、平均直径
５．０μｍ、平均長さ４０μｍのアルミナ繊維５０部を
用い、以下実施例１の場合と同じ条件で気孔率の異なる
数個の多孔質セラミック体を得た。この両者の配合比
は、

【数７】 である。

【００３９】得られたセラミック多孔体の実施例１と同
じ方法で測定した強度の測定結果を図３の曲線Ｂで示
す。

【００４０】比較例 平均粒径１．０μｍのアルミナ粒子のみを用い、実施例
１と同じ条件で気孔率の異なる数個の多孔質セラミック
体を得た。

【００４１】得られたセラミック多孔体の実施例１と同
じ方法で測定した強度の測定結果を図３の曲線Ｃおよび
図４の曲線Ｅで示す。

【００４２】前記図３および図４から明らかなように、
実施例および比較例で得られたセラミック多孔体の強度
は、セラミック繊維が配合されない比較例の対応する嵩
密度のセラミック多孔体の強度（曲線Ｃ，Ｅ）より大き
く、特に気孔率９０％以上においては強度向上の効果が
著しいことがわかる。

【００４３】

【発明の効果】上記説明したように本発明によれば、強
度がより改善され、特に高気孔率の場合（特に気孔率９
０％以上）でも、セラミック多孔体の骨格部分の薄い部
分がセラミック繊維により強化されるので、高強度のセ
ラミック多孔体を容易かつ安価に得ることができ経済的
にもコストダウンが可能となる。さらに本発明によれ
ば、閉気孔、開気孔に拘らず気孔径の範囲を広く、かつ
気孔径分布を均一にすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】セラミック繊維を配合しない多孔体の骨格部分
を模式的に示す断面図である。

【図２】本発明により製造したセラミック多孔体の骨格
部分のセラミック粒子とセラミック繊維の充填状態を模
式的に示す断面図である。

【図３】本発明の実施例１、実施例２および比較例で得
られたセラミック多孔体の測定結果を比較して示す特性
曲線図である。

【図４】本発明の実施例１および比較例で得られたセラ
ミック多孔体の測定結果を比較して示す特性曲線図であ
る。

【符号の説明】

１…セラミックス多孔体の気孔、２…セラミック多孔体
の骨格、３…セラミック繊維

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック粒子およびセラミック繊維を
   分散媒に分散させてセラミックスラリーを調整する工程
   と、このスラリーに起泡剤を添加し攪拌して発泡させる
   工程と、前記工程により発泡されたスラリーを発泡状態
   で成形・硬化させて成形体とする工程と、この成形体を
   焼結する工程とを具備して成るセラミック多孔体の製造
   方法において、 前記セラミックスラリー中のセラミック粒子とセラミッ
   ク繊維の配合比を式、 【数１】 に設定することを特徴とするセラミック多孔体の製造方
   法。