JPH0633189B2 - 多孔質セラミックス成形物の製造方法 - Google Patents

多孔質セラミックス成形物の製造方法

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JPH0633189B2
JPH0633189B2 JP1143860A JP14386089A JPH0633189B2 JP H0633189 B2 JPH0633189 B2 JP H0633189B2 JP 1143860 A JP1143860 A JP 1143860A JP 14386089 A JP14386089 A JP 14386089A JP H0633189 B2 JPH0633189 B2 JP H0633189B2
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康 野口
宗之 岩渕
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は多孔質セラミックス成形物の製造方法に関す
る。
(従来技術) セラミックス粉体を用いて成形しかつ焼成してなるセラ
ミックス成形物においては、金属材料、有機材料からな
る成形物に比して優れた機械的、化学的、熱的特性が注
目され、各種の分野でその用途開発がなされている。
しかして、セラミックス成形物を機械的、熱的特性の優
れたものにするには、均質かつ緻密で微細な結晶構造を
焼結体にすることが必要であり、かかる焼結体を得るに
はセラミックス原料として均質かつ微細なものを使用す
る必要があり、これに対処するためにセラミックス原料
のより一層の微粉末化が要求される。セラミックス分離
膜、セラミックスフォオーム、多孔質磁器等多孔質セラ
ミックス成形物についても同様である。一般に多孔質セ
ラミックス成形物を製造するには大きな粒径のセラミッ
クス粉体を骨剤としてこれに結合剤を添加したセラミッ
クス原料を使用する方法、セラミックス微粉体にセルロ
ース、澱粉等有機物を多量に混入したセラミックス原料
を使用する方法が採用される。
(発明が解決しようとする課題) ところで、上記した前者の製造方法においては、原料と
して粒径の大きなセラミックス粉体を使用することから
自己焼結性に劣るため粘土、その他の焼結助剤を使用し
なければならず、不純物の混入が大きて機械的、熱的強
度が低い。また、セラミックス粉体の粒径は目的とする
多孔質セラミックス成形物の気孔径により選定され、粒
径の小さいセラミックス微粉体を使用し得ないため緻密
で微細な結晶構造の焼結体は得られず機械的、熱的強度
が低い。一方、後者の製造方法においては焼結添加した
多量の燃焼ガスが発生するが、この燃焼ガス発生時に切
れ、クラック等の損傷が発生し易い。この傾向はセラミ
ックス粉体の粒径が小さい程強く、また目的とする多孔
質セラミックス成形物が大型、複雑な形状のもの程強
い。
本発明の目的は、大型でかつ複雑な形状のセラミックス
成形物の成形に有利な泥漿成形法に着目して、泥漿成形
法を採用して機械的、熱的強度の高い多孔質セラミック
ス成形物を製造する方法を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明は多孔質セラミックス成形物の製造方法に関する
もので、当該製造方法は、セラミックスの微粉体を凝集
して形成された所定の平均粒子径を有する造粒体を用い
て成形して焼成し、所定の平均気孔径の多孔質構造を有
するセラミックス成形物を製造する多孔質セラミックス
成形物の製造方法において、前記造粒体として泥漿用媒
体に対する親和性物質を含有する造粒体を採用して同造
粒体の泥漿を形成し、同泥漿を使用して泥漿成形法に成
形して成形体を焼成することを特徴とするものである。
本発明における造粒体はZrO2、Al2O3、その他のセラミ
ックスの微粉体を泥漿用媒体に対する親和性物質ととも
に凝集して造粒したもので、造粒法として下記の公知の
方法を採用することができる。すなわち、(1)加湿し
た粉体に転動作用を付与して球形粒子に凝集させる転動
式造粒法、(2)原料粉体の一定量を一定の大きさ、形
状に圧縮成形して粒状物を作る圧縮造粒法、(3)粉体
を流動化させてこれにスプレーノズルから液を噴霧し粒
子表面を液コーティングして造粒する流動層造粒法、
(4)スラリーを加圧型ノズルまたは2流体のノズルを
用いて微粉化し造粒塔内で空冷固化して球状造粒物を得
る噴射造粒法、(5)原料粉体をスラリー化して噴霧乾
燥すると同時に造粒する噴霧乾燥造粒等を採用し得る。
これらの造粒法においては噴霧乾燥造粒法、流動層造粒
法が好ましい。また、造粒体の形状は特に限定されるも
のではないが球状が好ましく、かつ平均粒子径は10〜10
00μm特に20〜100μmのものが好ましい。
造粒体に含有させる親和性物質としては、泥漿用媒体が
一般に水であることから親水性物質であって、具体的に
は以下の親水性基を持つ有機化合物、Y2O3等の希土類金
属化合物、MgO,CaO 等の土類金属化合物、水ガラス、木
節粘土等親水性無機物質を挙げることができる。
-COOH,-OOH,-CSOH,-SOH,-SCCH,-SO3H,-SO2H,-SOH,-COOM
*1,-OOM*1,-CO-O-CO-,-COOR*2,-COX*3,-OX,-CONX2,-ONH
2,-CO-NHNH2,-CONHCO,-C(NH)NH2,-C=N,-NC,-OCN,-NCO,
-SCN,-NCS,-CHO,-OH,-CHS,-SH,-OOH,-NH2,=NH,-NH4,-N
HNH2,-OR*2,-O2R*2(但し、*1: M=金属、*2: R=アル
キル基、*3: X=ハロゲン、シアン、アジド) 多孔質セラミックス成形物を製造するに当っては、鋳込
み成形、ドクターブレード、コーティング等の泥漿成形
法を採用し、所定の形状の成形体を成形してこの成形体
を必要により仮焼した後焼性する。この場合の造粒体の
平均粒子径は10〜1000μm、特に20〜100μmが好まし
い。平均粒子径が10μm未満の場合には鋳込成形時の着
肉時間が長くなり、かつ内部の固化が遅くて均一な成形
体が得られない。また、乾燥時、仮焼時の水分の飛散や
発生ガスの飛散が不充分となる。一方、平均粒子径が10
00μmを越える場合には泥漿の調整が難しく、成形が行
えなくなる。
(発明の作用・効果) 本発明に係る製造方法にて得られる多孔質セラミックス
成形物においては、無数の各造粒体内が微粉体の自己焼
結した均質かつ緻密で微細な結晶構造の焼結状態とな
り、かつこれらの各造粒体間が互に自己焼結した均質の
多孔質の焼結状態となる。また、焼結助剤に起因する不
純物の混入がなく、かつ多量の有機物の燃焼ガスに起因
する切れ、クラック等の損傷の発生がない。従って、当
該多孔質セラミックス成形物は機械的、熱的強度の高い
ものである。なお、当該多孔質セラミックス成形物にお
いては、造粒体の粒径を選定することにより平均気孔
径、気孔径分布を容易に制御することができる。なお、
本発明の製造方法とでは泥漿成形法を採用しているた
め、大型でかつ複雑な形状のセラミックス成形物を有利
に得ることができる。
また、本発明に係る製造方法のごとく泥漿成形法を採用
する場合には、造粒体は粒径が大きくて沈澱し易いこと
から、常法にて造粒した造粒体を用いて泥漿成形に適し
た安定な泥漿を得ることは難しい。しかしながら、本発
明で採用している造粒体は、その内部、外部または内外
両部に泥漿用媒体に対する親和性物質を有しているた
め、かかる親和性物質が泥漿用媒体を吸着して造流体の
表面に泥漿用媒体の層を形成する。従って、本発明で採
用している造粒体は泥漿用媒体中での分散性に優れ、同
造粒体を採用することにより泥漿成形に適した安定な泥
漿を得ることができ、泥漿成形法にて良好な成形物を得
ることができる。
(実施例) 以下に示す各種条件にて製造された成形物(焼結体)の
気孔率(%)、平均気孔径(μm)、熱処理前後の曲げ
強さ(kgf/mm2)を測定するとともに、造粒体の粒度分
布、成形物の気孔分布を測定した。
(1)原料 a1 : 3 mol%のY2O3を含有するZrO2(平均粒子径0.4
μm) a2 :Al2O3(平均粒子径0.4 μm) a3 :Al2O3(平均粒子径40μm)75wt%と粘土質フラック
ス(親水性)25wt% (2)添加物質 b1 :ポリカルボン酸NH4(親水性)、添加量=1/100…
添加物wt/原料wt(以下同じ) b2 :ポリビニルアルコール(熱処理…非親水性)、添
加量=1/100 b3 :無添加 (3)造粒 c1 :噴霧乾燥造粒法(平均粒子径40μm) c2 :c1 にて得られた造粒体から篩にて50μm以上と30
μm以下のものを除去したもの(平均粒子径40μm) c3 :噴霧乾燥造粒法(平均粒子径200 μm) c4 :流動層造粒法(平均粒子径40μm) c5 :未造粒 (4)成形 d1 :60mm×60mmの金型を用いて10kgf/cmの圧力でプ
レス成形する。
d1 :d1の金型を用いて100kgf/cm2の圧力でプレス成形 d3 :d2にて得られた成形体を氷のうに入れて1000kgf/c
mの圧力でアイソスタティックプレスする。
d4 :下記の泥漿鋳込み成形法を採用する。
各種の造粒体と水を用い、これに解膠剤(ポリカルボン
酸NH4)0.4wt%、保形剤(メチルセルロース)1wt%、
消泡剤0.05wt%を添加して真空混練機にて濃度60wt%の
泥漿を調製する。得られた泥漿を用いて第1図に示す上
下両型1、2からなる鋳込用テスト型により、5kgf/cm2
の圧力で加圧鋳込成形する。
(5)乾燥、焼成 成形体を温度80℃以下、湿度60%以上の恒温恒湿下で乾
燥を開始し、その後漸次湿度を下げて乾燥する。乾燥後
1400℃にて焼成する。
(6)測定 得られた成形物(焼結体)の気孔径を水銀圧入法にて測
定して気孔率、平均気孔径、気孔分布を算出するととも
に、造粒体の粒子径を測定して粒度分布を算出する。ま
た、成形物から切出した所定の大きさのサンプルをオー
トクレープ内にて250 ℃の飽和水蒸気圧中で100 時間熱
処理し、熱処理前、後の曲げ強さをJISR1601の4 点曲げ
試験法に基づいて測定する。
(7)結果 各成形物の気孔率、平均気孔径、熱処理前後の曲げ強さ
を別表に示すとともに、成形物の内部構造の概略を第2
図に、造粒体の粒度分布を第3図に、成形物の気孔分布
を第4図にそれぞれ示す。
造粒体を原料とする多孔質成形物は第4図に示すよう
に、気孔分布に気孔径の大きいピークと気孔径の小さい
ピークの2つのピークが認められる。小さい気孔径のピ
ークは原料微粉体の粒子径に起因しかつ大きい気孔径の
ピークは原料造粒体の粒子径に起因するものと認めら
れ、これを模型的に示すと第2図のごとき内部構造とな
る。同図において符号3が造粒体の粒子径に起因する気
孔、符号4が微粉体の粒子径に起因する気孔であり、気
孔3により多孔質構造の特性を示す。
別表から明らかなように造粒体(c1〜c1)を原料とし10
0kgf/cm2でプレス成形したもの(d2)は気孔率が大きくか
つ曲げ強さが大きいが、親水性物質を含有する造粒体(b
1)を原料として泥漿用鋳込み成形したもの(d4)では気孔
率がさらに大きい。
なお、未造粒の原料を用いた場合(c5)には曲げ強さが小
さい。また、原料a3を用いた場合には熱処理後崩壊す
る。造粒法c1,c2,c4の造粒体は平均粒子径40μmである
が、気孔率および平均気孔径は粒度分布の狭い場合(c2)
が大きくかつ粒度分布の広い場合(c4)ほど小さい。第3
図に粒度分布と第4図の気孔分布とを対比すると、粒度
分布が狭い場合(c2)ほど気孔分布も狭いことが認められ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例の鋳込み成形に用いた鋳込み型の断面
図、第2図は本発明に係る成形物の内部構造を示す概略
図、第3図は造粒体の粒度分布曲線、第4図は成形物の
気孔分布曲線である。 符号の説明 1……上型、2……下型、3、4……気孔。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミックスの微粉体を凝集して形成され
    た所定の平均粒子径を有する造粒体を用いて成形して焼
    成し、所定の平均気孔径の多孔質構造を有するセラミッ
    クス成形物を製造する多孔質セラミックス成形物の製造
    方法において、前記造粒体として泥漿用媒体に対する親
    和性物質を含有する造粒体を採用して同造粒体の泥漿を
    形成し、同泥漿を用いて泥漿成形法にて成形して成形体
    を焼成することを特徴とする多孔質セラミックス成形物
    の製造方法。
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