JPS62202880A

JPS62202880A - ポ−ラスセラミツク体の製造方法

Info

Publication number: JPS62202880A
Application number: JP4496986A
Authority: JP
Inventors: 牧野内　謙三
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1986-02-28
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1987-09-07
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: JPH06102582B2

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、産業上広（利用されている各種セラミンクフ
ィルター、セラミック耐火物、セラミック断熱材、ポー
ラス層を表面に有するセラミック部品、人工骨などに使
用するポーラスセラミック体の製造方法に関するもので
ある。

〔従来の技術及び問題点〕

従来、各種のポーラスセラミック体は以下のような方法
で製造されてきている。

（１）造粒されたセラミック顆粒と有機物等の顆粒ある
いは繊維を混ぜて加圧成形した後、高温で焼成して、有
機物等の顆粒あるいは繊維を焼失させてボアを得る。

（２）セラミックの原料粉を用いて、適当な粘度のスラ
リーを調整する。これにＨ２０□水のような発泡剤を添
加しスラリーを発泡させボアを得た後、乾燥焼成する。

（３）発泡ポリウレタンのような三次元網状構造を持つ
樹脂の骨格へセラミックのスラリーをコートして、乾燥
後、焼成する。この操作によりポリウレタン樹脂は焼失
し、発泡ポリウレタン樹脂の骨格に酷領したポーラスセ
ラミック体が得られる。

これら、従来のポーラスセラミック体は、様々な問題点
をかかえている。例えば（１）の有機物の顆粒を利用し
たポーラスセラミック体の場合、加圧成形プロセスが不
可避の為、複雑な形状のポーラス体を作ることは困難で
ある。また気孔率と細孔径を独立にコントロールするこ
とは一般には不可能である。

（２）の発泡剤を使ったポーラスの場合、発泡現象自体
のコントロールがむずかしく、この為に一定のポアサイ
ズ、気孔率をもったポーラスセラミックを再現性良く作
ることができない。さらに発泡作用が主にセラミック体
の中心部で起こる為に、周辺部材は切除しなければなら
ず、手間がかかるうえ、材料保留が非常に悪い。上記（
３）の発泡ポリウレタン樹脂を使ったポーラスセラミッ
ク体の場合、製作可能なポーラスセラミック体の気孔率
、ポアサイズ、ボアの形態は工業的に製造可能な発泡ポ
リウレタンの形態により、はとんど一義的に定まり、任
意の気孔率、ポアサイズ、ボアの形態を有するポーラス
セラミック体を作ることは到底不可能であった。

また、ポリウレタン樹脂は、吸水性がほとんどな（、そ
のためセラミックスラリ−はコートされてもポリウレタ
ン樹脂骨格の表面に付着しているにすぎず、十分な量の
スラリー〇着肉は期待できない。そのほか、たとえば水
系のセラミックスラリ−を用いた場合、いったん付着し
たセラミックスラリ−に含まれる水を除くには、大損り
な乾燥処理により大気中に逃す以外に乾燥方法はない。

これは、乾燥後の焼成前のセラミック成形体の緻密化に
とって有害である。理想的には、石膏型を用いた泥しょ
う鋳込みの時のように、スラリーが吸水性のある材料、
即ち石膏に接触して、すみやかに水分が毛細管現象によ
り、スラリーから除かれるのが望ましい。

上述のように、従来のポーラスセラミンク体の製造方法
は、次のような多くの問題点があった。

（１）任意の気孔率、任意の細孔径を有するポーラスセ
ラミック体を作ることができなかった。

（２）任意の形状、サイズを有するポーラスセラミック
体を作ることができなかった。

（３）セラミックスラリ−を発泡ポリウレタン樹脂のよ
うな、吸水性のほとんどない材料と組み合わせて作るセ
ラミックポーラス体においては、セラミックスラリ−の
着肉、緻密化が悪い。その為、得られたセラミックスは
微細な形状は作ることができず。セラミックの骨格も不
均一であった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記に鑑みて任意の気孔率、細孔径、孔の形状を有し、
任意の形状にする事が可能なポーラスセラミック体の製
造方法として、高温処理により、消失する様なを機材料
等の繊維、及び繊維から作られた糸により構成された布
、網、ローブ、糸、紙などの様な三次元構造体にセラミ
ックスラリ−を含浸させた後、所要形状に成形し、−高
温雰囲気中で焼成することを特徴とする。

〔実施例〕

（実施例１）Ａｌｔｏｓを主成分として、焼結助材として、Ｓｉｏｔ
ｓＭｇＯ、ＹｚＯ＋などを０〜１０％含み、有機粘結剤
をまぜあわせたスラリー粘度６ポイズとなるように調整
する。

そして、太さ０．５ｍｍの木綿の糸で織られた厚さ約１
　、０ｍ＋ｎ　、密度０．５ｇ／ｃｍ３の布を用意シテ
、コレに上記のスラリーを含浸させる。そして余分なス
ラリーを除去した後、乾燥させて得られるアルミナスラ
リーでコートさせた布を、１７００℃の高温雰囲気中で
焼成する。これにより、アルミナの布、即ちアルミナポ
ーラスシートが得られた。このポーラスシートの気孔率
は７０％、細孔径は３０〜１００μｍ全体の厚さは約０
．７ｍｍであった。

（実施例２）ＺｒＯｚを主成分として、Ｙ２Ｏ３、ＡＩ、Ｏ，、Ｃｅ
Ｏ，を各々θ〜２０％含み、有機粘結剤を混ぜ合わせて
、粘度約６ポイズになる様に調整する。そして、各々０
．５ｍｍと１　、５ｍｍのアセテート繊維とポリプロピ
レン繊維の糸を使って編まれた、厚さ２０ｍｍ、密度０
、４０ｇ／ｃｍｆｆの布を用意して、上記スラリーを含
浸させ、余分なスラリーを除去し乾燥させて１３５０℃
の高温雰囲気中で焼成すると（実施例１）と同様に、ジ
ルコニアセラミックポーラスシートが得られた。このセ
ラミックシートの気孔率は４０％、細孔径は２００〜５
００μｍ１全体の厚さは約１．５１＋ｎｎ＋であった。

（実施例３）アルミナを主成分として、ＳｉＯ□、ＭｇＯ１Ｙｚ（ｈ
を焼結助剤として０〜１０％含み、有機粘結剤をまぜあ
わせた粘度約８ボイズのスラリーを調整する。

そして、ポリエステル繊維でできた太さ０．５ｍｍの糸
と、塩化ビニール繊維の糸で編まれた、密度０゜６０ｇ
／ｃｍ’　、厚さ５．０ｍａ＋の網を用意し、これに上
記スラリーを含浸させて、この場合は余分なスラリーの
除去は行わず、直ちに乾燥させて１８００度の高温雰囲
気中で焼成すると、太さ０．５と２．０ｍｍの糸の焼成
による消失によって得られる細孔と太さ０．５と２．０
ｍｍの糸と糸の隙間に対応する細孔の混在したアルミナ
ポーラスシートが得られた。

このアルミナポーラスシートの気孔率は１５％、細孔径
は３００〜１６００μｍ、全体の厚さは約３．５ｍｍで
あった。

（実施例４）アルミナを主成分として、焼結助剤として５ｉｆｔ、Ｍ
ｇＯ、Ｙ、０．などを０〜１０％含み、有機粘結剤をま
ぜあわせた粘度約４ポイズのスラリーを調整する。

そして太さ０．０２〜０．０３ｍｍのポリスチル繊維で
構成された密度０．３ｇ／ｃｍｊ、厚さ０．１ｍｌ１ｌ
の不織布に、上記スラリーを含浸させ乾燥後、１５５０
℃の高温雰囲気中で焼成する。これにより気孔率５０％
、細孔径１０〜５００μｍ、全体の厚さ０　、０６ｍｍ
のポーラスアルミナシートが得られた。この不織布と良
く似た形態の厚さ０．１ｍｍ、密度０．２ｇ／ｃｍ３の
和紙についても同様の実験を行ったところ、ポーラスア
ルミナシートが製作可能であった。

（実施例５）アルミナを主成分として、焼結助剤としてＳｉｎｇ、Ｍ
ｇＯ、ＹｚＯｓなどを０〜１０％含み、有機粘結剤を混
ぜ合わせた粘度２ポイズのスラら−を調整する。

そして、太さ０．８ｍｏ＋のポリウレタンの糸と、重量
比でナイロンと木綿が１対１の比で混紡された太さ０．
６ｍｍの糸を組み合わせて編んだ密度０．０５ｇ／ｃｍ
’厚さ約１．５ｍｍの布に対して、上記スラリーを含浸
させ、余分なスラリーを除去した後、焼成されたアルミ
ナセラミックに、上記スラリーを糊材として、接着し、
乾燥後１５００℃の高温雰囲気中で焼成すると、下地の
焼結されたアルミナトポ−ラスアルミナシートが焼結に
より、強固に一体化した材料がえれらた。この時、ポー
ラス層の気孔率は９６％、細孔径は５００〜８００μｍ
、全体の厚さは約１．０＋ａｍであった。

この時、下地の焼結されたアルミナの表面形状は、平面
だけでなく、曲面、円筒面等の任意の曲面についても一
体焼成が可能であった。但し、もとの布の寸法が５０ｍ
ｍ　Ｘ　５０ｍｍの正方形より大きいと、ポーラス層の
焼成収縮の為にポーラス層にクラックが発生した。

この下地の焼結されたアルミナの代わりに未焼成あるい
は、素焼処理されたアルミナを下地と°して使うとこの
種類のクランクは生じがたいが、焼成により下地の変形
は、焼結されたアルミナを使用したときに比し大きい。

当然の事ながら、この複合化の手法は（実施例１〜４）
で示したセラミックポーラスシートについても、適用可
能であった。

（実施例６）アルミナを主成分として、Ｓｉｎｇ、Ｍｇ０１ＹｚＯｘ
などを０〜１０％含み、有機粘結材を混ぜた粘度約６ボ
イズのスラリーを調整する。そして、ポリウレタン繊維
でできた太さ０．１ｍｍ、ポリエチレン繊維でできた太
さ０．３ｍｎ＋の糸と太さ０　、８ｍｍの綿糸で編んだ
密度０．２３ｇ／ｃｍ３、厚さ１．５ｍｍの布に対して
、上記スラリーを含浸させ余分なスラリーを除去する。

並行して、焼結したアルミナの表面に平均直径６０μｍ
の電融アルミナ粒子を有機粘結材で練和したものを厚さ
約２００μｍに塗布し乾燥させておく。この上に、先は
どのスラリーを含浸させた布をスラリーを糊剤として貼
りつけた乾燥させる。

これを１７００℃で焼成させる事により、焼結したアル
ミナの表面形状に習ってポーラスセラミックシートを焼
結させる。この操作により、下地の焼結したアルミナと
アルミナポーラスシートは焼結固着する事なく、しかも
焼結したアルミナの表面形状が反転されたアルミナポー
ラスシートが得られた。この時、ポーラスシートの気孔
率は６０％、細孔径１００〜６００μｍ、全体の厚さは
約１１１Ｉｌｌ＋であった。

この時、下地を焼結したアルミナの代わりに、未焼成の
アルミナ、あるいは素焼されたアルミナであっても、こ
のポーラスシートは製作可能であった。当然の事ながら
、このセラミックポーラスシートの作製法は、（実施例
１〜４）で示した様なセラミックポーラスシートについ
ても適用可能であった。

（実施例７）実施例６に示す方法で得られた気孔率６０％細孔径１０
０〜６００μｍ、全体厚さ約ｌｌｌｌ１１１のアルミナ
ポーラスシートを焼結したアルミナ製の下地へ有機粘結
剤を含むスラリーを糊剤として貼りつける。

乾燥後、１５５０℃の高温雰囲気中で焼成する事により
、下地アルミナとポーラスアルミナシートが、強固に焼
結固着された複合材料が得られた。　この時、下地が未
焼成のアルミナあるいは、素焼処理されたアルミナであ
っても、アルミナポーラスシートと下地アルミナの焼結
固着させる事は可能であった。又、糊剤として、アルミ
ナスラリの代わりに、５ｉ（ｈ　　ｔｈ０３系の低融点
ガラス粉末に有機粘結剤を混ぜたスラリーを用いて、乾
燥後１２００℃で高温処理する事によっても下地アルミ
ナとアルミナポーラスシートの接着は可能であった。当
然の事ながら、（実施例１〜５）で示した様なセラミッ
クポーラスシートについても、低融点ガラス、セラミッ
クのスラリーを使えば、下地セラミックへの接着操作は
可能であった。

（実施例８）ＺｒＯｔを主成分として、Ｙｚ（ｈ、八１２０３　、Ｃ
ｅＯ２などを０〜２０％含み、有機粘結剤を混ぜた粘度
約４ポイズのスラリーを調整する。そして、太さ０．４
ｍｍのポリエステルとナイロンが混紡された糸と太さ０
．３ｍ＋ｓの絹糸で織られた密度０．３ｇ／ｃｍ″、厚
さ４ＩＩ１１の布を用意し、上記スラリーを含浸させ余
分なスラリーを除去する。こうして得られたスラリーが
コートされた布を切断し、５０ＩＩＩＩ１１×５０ＩＩ
ＩＩｍの布片を作製し、スラリーが生乾きのうちに８枚
重ねて乾燥し、１５００℃の高温雰囲気中で焼成した。

この操作により、気孔率４５％、細孔径１００〜１００
０μ１１全体の大きさが４０１×４０１１ＩＩ１１×２
６ｆｆｉＩ１１のジルコニアセラミックポーラスブロッ
クが得られた。

この時、スラリーがコートされた布を単独で焼成させた
後、スラリーを糊剤として、ジルコニアポーラスシート
を積層接着し、１５００℃で焼成しても、同様のジルコ
ニアポーラスブロックが得られた。

当然の事ながら（実施例１〜５）で示した様なセラミッ
クポーラスシートについても、積層によりポーラスブロ
ックの製作は可能であった。

（実施例９）Ａ１□０３を主成分として、焼結助材として、Ｓｉｎｇ
。

ＭｇＯ、Ｙ、Ｏ，などを０〜１０％含み有機粘結剤をま
ぜあわせたスラリーを粘度約４ポイズとなる様に調整す
る。そして、ポリエステル繊維の糸でできた直径２．０
１のロープを準備して、これに上記スラリーを含浸させ
余分なスラリーを除去しておく。

一方、直径約８０ｍｍ、高さ６０ｍｍの未焼成のアルミ
ナ成形体の側面に上記スラリーを糊剤として、アルミナ
スラリーを含浸させたロープをぎっしり巻きつけながら
貼りつけて乾燥させる。これを１７５０℃の高温雰囲気
中で焼成すると、側面に厚さ約１ｆｆＩＩＩ＋のポーラ
ス層を有する直径６５１１ＩＩ＋、高さ４９ｍｍのアル
ミナセラミック体が得られた。この時、ポーラス層の気
孔率は４５％、細孔径４００〜６００μｍであった。

ポリエステル繊維でできたロープだけでなく、アセテー
ト繊維、木綿の編みひもを使用した時も、同様な作業は
可能であった。

（実施例１０）ハイドロオキシアパタイトＣａ　＋　ｏ　（Ｐｏｔ）　
ｂ　（Ｏｌｌ）　ｚを主成分として、リン酸カルシウム
Ｃａ３　（Ｐｏ４）ｔなどのリン酸カルシウム塩類を０
〜２０％含み、有機粘結剤をまぜあわせたスラリーを粘
度約１０ポイズとなる様に調整する。

そして、ポリエステル繊維から作られた太さ約０　、５
ｍｍの糸と塩化ビニール繊維から作られた太さ２．１ｍ
ｍの糸から編まれた厚さ約３ｍｍ５密度０．２１ｇ／ｃ
ｍ”の布を用意して、これに上記スラリーを含浸させ、
余分なスラリーを除去した後十分乾燥して、１３００℃
の高温雰囲気中で焼成する。これにより、気孔率７０％
、細孔径５００〜１０００μｍ　、厚さ２．５ｍｍのハ
イドロオキシアパタイトセラミックのポーラス体が得ら
れた。。

以上の実施例のほか、カーボン繊維からなる三次元網状
体を用いた場合も任意のポーラスセラミック体を用意に
製造することができた。

〔発明の効果〕

叙上の様に高温処理により焼失する様な、有機材料等の
繊維及びこれらの繊維から作られた糸により構成された
布、網、ロープ、糸、紙などの様な三次元構造体にセラ
ミックスラリ−を含浸させ、高温雰囲気中で焼成する事
により、得られたポーラスセラミック体は、従来の製造
方法によるそれに比し、次の様なすぐれた特性を有する
事が判明した。

（１）任意の気孔率、任意の細孔径、任意の穴形状を有
し、任意の形状（例えば、平面シート状、任意の曲面シ
ート状、平面、任意の曲面のポーラスコーティング、積
層による任意の大木さのホーラスブロック等）のポーラ
スセラミック体が容易に製造できる。これらを、従来の
方法、例えば発泡ポリウレタン樹脂にセラミックスラリ
−を含浸させる方法と比較すると、発泡ポリウレタンの
種類により何種類かの気孔率、穴径を有するポーラスセ
ラミック体の製造は可能であるが、気孔率は８０〜９０
％位に限定されている。

（２）セラミックスラリ−を繊維、糸から構成された布
等へ含浸させた時のセラミックスラリ−〇着肉、緻密化
のプロセスは、セラミックの泥しよう鋳込み成形の原理
から考えても理想的なものであった。

即ち、セラミックスラリ−は布に接触すると、比較的大
きな繊維と繊維のすきまの毛細管現象により、糸の中心
部付近まで侵入する。また、水系のスラリーの場合、よ
り小さな繊維と繊維の隙間は、水のみが同じく毛細管現
象により侵入する。この過程により、セラミックスラリ
−の緻密化がすみやかに達成される。このように一旦糸
の内部に一時蓄えられた水分は、乾燥によりすでに緻密
化したセラミックスラリ一層を通り外部へ排出される。

この様な、セラミックスラリ−の糸の内部への侵入とこ
れによるセラミックスラリ−のアンカー効果、毛細管現
象によるスラリーの濃縮、緻密化作用が顕著であった。

（３）このように、本発明の製造方法によれば、繊維に
より製作するポーラスセラミック体の焼成による収縮分
を考慮した原形のものを使用することにより所望形状の
セラミックポーラス体を容易に作ることができる。

本発明は、叙上の通り多くのバリエーションに富だポー
ラスセラミック体を極めて用意に製造することができる
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）高温処理により、焼失する有機材、カーボン等の
繊維で構成された布、紙、網状体、ロープ、糸などの三
次元構造体にセラミックスリラーを含浸させた後、所要
形状に成形し、高温雰囲気中で焼成することを特徴とす
るポーラスセラミック体の製造方法。
（２）上記繊維として木綿、麻、パルプ、絹、羊毛など
の天然繊維もしくはナイロン、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、塩化ビニール、アセテート、ポリビニルアルコ
ールなどの合成繊維のうちの１種もしくは複数の種類が
用いられることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のポーラスセラミック体の製造方法。