JPS62246883A - 開放気孔セラミツクスの製造方法及びその方法により製造されたセラミツクス - 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】 本発明は、開放気孔マトリックスの気孔の隔壁面へ硬化
可能なセラミックペーストを被着させ、さらに硬化させ
、硬化した開放気孔セラミックペーストから、セラミッ
クス本体の残存したマトリックスを除去する開放気孔セ
ラミックスの製造方法および開放気孔セラミックスを製
造するための開放気孔マトリックスおよび開放気孔セラ
ミックスの用法に関する。

例えば、アメリカ合衆国特許公報３０９０　０９４によ
り公知の開放気孔セラミックスは、例えば、溶けた金属
用の耐熱フィルタとして、さらに耐熱触媒担体として、
さらにセラミックスの微細な気孔構造を活用する多くの
他の用途に使われる。

この種の開放気孔セラミックスは、通常、熱で分解可能
または揮散可能な適合材料による開放気孔マトリックス
を、液状のセラミックペーストへ浸漬し、マトリックス
の開放気孔組織内部へそのセラミックペーストを浸透さ
せて、まずマトリックスの開放気孔組織を総体的に充填
するという方法によって製造される。液状のセラミック
ペーストとしては、結合剤を添加した微細に拡散したセ
ラミック粉末のスラリーが適している。マトリックスの
隔壁面を可能な限り完全に湿潤させてから、マトリック
スをセラミックペーストから取出して、押出しなどの方
法で余分なセラミックペーストを除去する。この場合、
マトリックスの内部に一定量のセラミックペーストが残
留しており、それが比較的薄い被膜となって気孔の隔壁
面を被覆すると共に、気孔内部を空間にする。次に、例
えば、乾燥とそれに続く加熱、場合によってはセラミッ
ク粒子が総体的に一体化するまで焼結して、セラミック
ペーストが硬化される。この場合、マトリックスは熱で
揮散または分解されるほか、分解生成物は気化して除去
される。ここで残存する硬化した開放気孔セラミックペ
ーストは、前述の用途に向けられる。

しかしながら、開放気孔セラミックスのこの製造方法で
は、主にマトリックスの気孔構造および隔壁構造により
決定され、セラミックス本体を形成する不規則なセラミ
ック骨格となる。したがって、所望の液体の可能な給送
管路および連通管路も決定されていて時がたつと、はと
んど働かなくなってしまう。

本発明は、まずセラミックス本体の不規則な気孔組織の
他に、独立した液体給送管路を設けることができれば、
セラミックスの可能な用途が著しく拡大されるであろう
という認識に基づくものである。独立した給送管路を有
するセラミックスは、例えば特定の反応物を好適に気孔
組織へ送り込めるほか、気孔組織を流れおよび／または
気孔組織へ流れ込む反応相手と反応させることが可能で
あろう。

なお、セラミックスを形成しているセラミック骨格の繊
細さおよび脆さによるダメージはあるが、この給送管路
は後で設けることが可能である。場合により完成したセ
ラミックスに、穿孔等の方法によりこの給送管路を設け
ようとする場合には、気孔組織は大して破壊されないが
、切削粉や破片によって孔詰りになったり、時にはさら
にセラミックス本体の破壊となる。

したがって、本発明の目的は、独立した管路を設は前述
の欠点の無い冒頭に述べた種類の開放気孔セラミックス
の製造方法を案出することである。

本発明の他の目的は、この種の開放気孔セラミックスの
製造に適合した開放気孔マトリックスの製造である。さ
らに本発明の他の目的は、給送管路を有し、気孔組織の
詰り難い開放気孔セラミックスを案出することである。

さらに本発明の目的は、この種のセラミックスの使用可
能性を指示することである。

木目的の達成のために、本発明により冒頭に述べた種類
の開放気孔セラミックスの製造方法は、特許請求の範囲
第１項の特徴を表わす部分で定義した特徴に示されてい
る。すなわち、セラミックペーストが硬化しないうちに
、マトリックス内部へ少なくとも１つの空間方向から突
入して延びるフィラメントをマトリックスへ設け、その
フィラメントを、かかる管路の形成されるセラミックペ
ーストの硬化中または硬化後に除去するという方法によ
って、余り手間もかからず、またセラミックス本体の気
孔組織の詰りもなく、セラミックス内部へ物質を好適に
送り込める待望の給送管路が達成される。

本方法の効果的な他の実施例は特許請求の範囲第２項な
いし第９項に記載されている。すなわち、熱で揮散可能
および／または気体成分にして分解可能な材料でできた
フィラメント、主に線条が開放気孔マトリックスに設け
られることに特徴がある。この場合、まず合成樹脂材料
が好適であり、それはこの材料がマトリックス本体を除
去するのに使用する温度より低い比較的低温で気化また
はほぼ残りなく分解できるからである。またはマトリッ
クス自体が除去される温度以上で除去可能な材料をフィ
ラメントとして使うことも可能である。

ただし加えられる温度がセラミックスに悪い影響を生じ
させない限りにおいてである。

なお、熱で除去できるフィラメントの代りにワイヤ、主
に金属ワイヤが使用可能であり、これはセラミックペー
ストの硬化後にセラミックペーストから化学的方法によ
り除去または物理的方法で引き汰かれる。物理的に除去
できるフィラメントまたはポリテトラ・フルオロ・エチ
レン（テフロン）等温調不可能または困難なプラスチッ
ク材料に適している。多くの用途に適合する同−太さの
管路を作る代りに、必要な場合には様々な太さのフィラ
メントや様々な給送管路を作ることもできる。フィラメ
ントおよび共にセラミックス内部に設けられた管路は、
必ずしも同一空間方向に延びている必要はなく、例えば
様々な反応物を給送するために様々な空間方向に広がっ
ていてもよい。

さらに本発明の要旨は、特許請求の範囲第１０項に記載
の開放気孔セラミックスを製造する開放気孔マトリック
スである。その他に発明の要旨は、特許請求の範囲第１
項ないし第９項に記載の方法により製造可能な特許請求
の範囲第１１項ないし第１３項に定義された開放気孔セ
ラミックスおよび特許請求の範囲第１４項ないし第１７
項に記載の前記開放気孔セラミックスである・ 下記に本発明の効果的な実施例を添付図面に従って詳細
に説明する。

開放気孔セラミックスの製造は公知のごとく、開放気孔
マトリックスから始まる。繊維体の使用以外に例えばフ
ェルト状の材料、主に網状の開放気孔海綿状プラスチッ
ク、そして、ここでは主に開放気孔海綿状ポリウレタン
がマトリックスとして使用される。

第１ａ図は、海綿状プラスチックにより形成された開放
気孔マトリックス１０の拡大した部分模式図である。図
にはマトリックスのプラスチック材料から作られた隔壁
部１２によって分離されている連通開放気孔１１が示さ
れる。同じく隔室１３は、マトリックスのプラスチック
材料でできた隔壁部により形成され連通せず、むしろ完
全に閉じられたガスが充填され、その隔室は開放気孔１
１とは連通しない。

次に、有効な液状のセラミックペースト、主に微細なセ
ラミック粒子のスラリーへ第１ａ図に示すマトリックス
を浸漬する。これによりマトリックス１０の開放気孔１
１は液状のセラミックペーストで満たされる。セラミッ
クペーストからマトリックス１０を取出し、さらに例え
ばマトリックス１０の押出しによる開放気孔１１から不
要な余分のセラミックペーストを除去した後に、第１ｂ
図の点線で示すように、マトリックスの内壁面即ち気孔
の隔壁面はまだ液状のセラミックペーストの薄い被膜で
被覆されている。しかし、十分な毛細管作用があるので
、十分細い個々の開放気孔１１は、押出し後にもセラミ
ックペーストが満たされたままになっている。隔壁部１
２により完全に閉じられた隔室１３は、セラミックペー
ストが充填されないのは当然である。

次に、所望の方法で液状のセラミックペーストを施した
マトリックスを加熱し、それによりセラミックペースト
を硬化させ、さらに場合により、十分な温度で焼結硬化
させる。この場合、マトリックス１０を構成しているプ
ラスチック材料の揮発温度や分解温度を故意に越えさせ
て、それによりマトリックス１０は気化また気体に分解
して除去される。残存しているのはセラミックス１７を
形成するセラミック骨格１６であり、そのセラミック骨
格は第１図に示すように、除去されたマトリックス１０
の開放気孔１１の配置を形どっている。このセラミック
骨格は連通開放気孔の第１の気孔組織１８を形成し、前
記連通開放気孔は、セラミック骨格１６の壁厚だけ小さ
い直径を有し、マトリックス１０の開放気孔１１に一致
している。

さらに、セラミックス１７は第２の気孔組織１９を有す
る。第２の気孔組織はマトリックス１０の隔壁部１２の
除去により形成され、隔壁部１２の代りに空洞組織がで
きる。

すなわち、第１の気孔組織１８の容積は、セラミック骨
格１６の壁厚の合計弁だけ減少して、マトリックス１０
の開放気孔１１の容積に一致する。

セラミックス１７の第２の気孔組織１つの容積は、一方
で、マトリックス１０の隔壁部１２の体積によりさらに
加えて、他方で、隔壁部１２の除去で消滅したマトリッ
クス１０の隔室１３の体積により決定される。マトリッ
クス１０は、特別多数および／または特別大きな隔室１
３なので、第２の気孔組織１９の合計容積は、第１の気
孔組織１８の容積の何倍にもなる。

また、マトリックス１０を熱で除去する場合、マトリッ
クス材料はほぼ完全に気体に変る。その気体は一部がセ
ラミック骨格１６の外部へ汰け、一部が発生する圧力の
もとで、セラミック骨格１６の隔壁の連通孔が作られ、
第１の気孔組Ｒ１８の開放気孔を通って扱ける。ここで
生じる第１の気孔組織と第２の気孔組織との間の連通孔
２０の意義については後で述べる。

第２図は、この種の公知のセラミックス１７を示す。こ
の場合セラミックス１７は壁面２７の間に閉じ込められ
ているので第１図で、上方から矢印Ａの方向に給送され
た液体または同じく気体の通路として、矢印Ａの方向に
連通ずる気孔が使用される。通常用いられるマトリック
スは、セラミックス１７内部に作られた第１の気孔組織
１９の太さが第２の気孔組織よりはるかに大きいので、
セラミックス１７を通って矢印Ａの方向への流れは、主
に第１の気孔組織１８によって行なわれる。

第２図のセラミックス１７は、例えば溶けた金属のろ過
に使用される。溶けた金属は、矢印Ａの方向に給送され
、セラミックス１７の気孔を通り恢ける際に不純物をあ
とに残す。

したがって、セラミックス１７の開放気孔へ不純物が運
び込まれると遅かれ、早かれ詰まってしまい、セラミッ
クス１７の透過性を低下させ、ついに使用不能となる。

この場合適切な薬品を使って処理し不純物を除去しなけ
ればならない。ろ過すべき物質の代りに、この薬品をセ
ラミックス１７へ給送して、気孔から不純物を除去する
。気孔が十分に洗浄されるまでの効果発現時間は長いた
め、これによる稼動時間の中止は大きい。これは詰まっ
た気孔全体に対しては、薬品は緩慢にしか浸透できない
からである。

なお、精製すべき気体と内部接触するように、気体精製
に必要な物質を効果的に気孔へ送り込むことができれば
、セラミックス１７は不純な気体の精製にも使用できる
であろう。第２図に示したごとく一方向にしか流れない
公知の方式のセラミックス１７では、不純な気体が同時
に送り込まれるので洗浄液は十分な効果が無い。

したがって、セラミックス１７は、第４図に示したよう
に管路２５を有する。そのために開放気孔マトリックス
１０には、第３図の模式図で示したように、マトリック
スを後で使用するためにフィラメントが設けられ、これ
は主要流れ方向Ａに対して直角にマトリックス内部へ延
びる。

第３ａ図の場合、様々な太さの線条２２であり、マトリ
ックス１０の使用に際し、網状の海綿状ポリウレタン、
主に羊毛が用いられる。線条２２はマトリックス１０の
全幅を貫通し、その場合、多数の連通開放気孔１１を横
断する。

次に、液状のセラミックペーストへマトリックス１０を
浸漬すると、連通開放気孔へ前記液状のセラミックペー
ストが侵入し、開放気孔の隔壁面だけでなく、開放気孔
１１内部へ露出している線条２２の外面をも湿潤させる
・しかし・線条がプラスチック材料でできた隔壁内部ま
たは閉じられた隔室１３を通って延びている場合には、
線条２２は湿潤されない。次の余分な液状のセラミック
ペーストの除去の際にも、連通開放気孔１１内部の各々
に対応する線条２２の外面にセラミックス被膜が残留し
ているので、次にマトリックスを熱で除去しても、線条
が開放気孔１１を貫通して延びている個所の管状のセラ
ミック骨格部は残存する。このセラミック骨格部は、マ
トリックス１０の開放気孔１１と後で形成されたセラミ
ックス１７とが、対応している第１の気孔組織１８の内
部と連通しないように、管路２５の内部を閉ざしている
ので、管路を横断して通すことはできない。

ここでは、マトリックス１０の隔壁１２と隔室１３を除
去してできるセラミックス１７の第２の気孔組織１９と
は異なり、第４図に点線で示した様に管路２５は開放し
ているので、セラミックス１７の第２の気孔組織と連通
している。したがって、管路２５を通じ、セラミックス
１７の第２の気孔組織１つへ効果的に液体を送り込める
。これは第４図により後で詳細に説明する。

第３ｂ図は、マトリックス１０の他の実施例を示し、こ
のマトリックスでは、線条２２ではなくワイヤ状フィラ
メント２３．２４がマトリックスの幅の大部分を貫いて
延びているが、完全に貫通しないようにマトリックス１
０へ入れ込まれている。

この場合、フィラメントとして金属ワイヤ２３が用いら
れ、マトリックス１０を熱で除去しても、それは、セラ
ミックス内部に残存するので、次に適宜な酸の中で溶解
させて、管路２５（第４図）が形成されるようにマトリ
ックスから除去する。

その他フィラメントにはテフロン棒２４が使用されてお
り、セラミックペーストの硬化後、焼結する前に、管路
２５を残すためにマトリックス１０の脇から用法かれる
。

第４図には、本発明による用法のために準備された面壁
２８の間パ閉ざされたセラミックス１７が示される。矢
印Ａの方向に給送された液体には、第１の気孔組織１８
の連通開放気孔が、そして場合により、一致する直径な
らば、第２の気孔組織１９の連通開放気孔もセラミック
ス１７の通路として使われる。面壁２８は、第１および
第２の給送口２９および３０を有し、この給送口は、そ
れぞれセラミックス１７の全幅を通らず、連通管路２５
を図示されていない供給装置へ結合するためのものであ
る。これにより第１の液体Ｂ１は、第１の供給口２９を
通り、および／または、第２の液体Ｂ２は第２の供給口
３０を通り、また、これらに係合した管路２５は、それ
ぞれセラミックス１７内部へ入り込む。これらの液体Ｂ
１やＢ２は、第１の気孔組織１８とは異なり、管路２５
の先が閉じていることにより、直接第１の気孔組織１８
に入らず、第２の気孔組織１９へ入るので、給送された
液体Ｂ１やＢ２は、主に第２の気孔組織１９へ入り込む
。この第２の気孔組織１９から第１の気孔組織１８への
、液体Ｂ１やＢ２の流入は可能である。これは第１ｅ図
に模式的に示したように、マトリックス１０の除去の際
に扱ける気体によって穿孔された個々の連通孔２０を通
じて、第１の気孔組織１８と第２の気孔組織１９とが連
通ずるからである。この過程は第４図に矢印Ｃで模式的
に示されている。

第４図に示したセラミックス１７へ、矢印への方向に、
例えば不純気体が給送されると、不純物の除去に必要な
浄化液Ｂ１および／またはＢ２は、第１および／または
第２の供給口２９および／または３０および係合管路２
５を通って、セラミックス１７の第２の気孔組織１９へ
送り込まれ、次に連通孔２０（第１Ｃ図）を通って、第
１の気孔組織１８へ流入し、その第１の気孔組織内部で
、不純気体がセラミックス１７を貫流する。不純物は、
第１の気孔組織１８のセラミック壁面に付着するが、連
通孔２０を通り第１の気孔組織１Ｂの隔壁面へ達する洗
浄液によって除去される。同時に第１の気孔組織１８の
隔壁が、洗浄液で湿潤されることにより、広大な総表面
積で不純気体と接触することになり、セラミックス１７
内部で、不純気体の徹底した浄化を可能とする。次に、
洗浄液は、第１および第２の気孔組織１８および１９の
気孔を通り、第４図の下方へ流れて終る。

本発明によるセラミックス１７は、気体の精製という前
述の用法以外に他の様々な用法がある。

例えば、不純液体全屈の濾過に使用可能で、その場合、
例えば、金属に溶は込んだ酸化可能物質、例えば、硫黄
、炭素などを除去するために、管路２５を通じて、効果
的な酸化を行なうための気体か給送できる。管路２５を
通じて溶剤が給送されることにより、固体不純物が除去
できる。管路２５を通して、還元反応物と、セラミック
ス１７の気孔を流れる物質とを接触させることも当然可
能である。不純物の分解の他に、セラミックス１７を反
応器として使用して、セラミックスの気孔組織内部で、
有効反応物を効果的に反応させることも可能である。

さらに、付属する供給装置へ対応する管路を設Ｃプで、
それぞれ結合させて、流れ方向の上流にある管路を通じ
て反応物を送り込み、その反応物と貫流している液体と
を反応させ、次の反応生成物を流れ方向の下流になる他
の管路２５を通じて、仙の物質と反応させる方法によっ
て、さまざまな反応物と基剤とを連続的に反応させるこ
とも可能である。

なお、気孔組織内部へ触媒物質を送り込み、さらに、そ
こへ気孔１８，１９および管路２５を通じて、効果的に
反応物を送ることも可能であるため、本発明のセラミッ
クスの気孔組織は、他に主として触媒作用にも適する。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図ないし第１Ｃ図は、ある公知の開放気孔セラミ
ックスの製造段階の模式図、第２図は、公知の開放気孔
セラミックスの応用模式図、第３ａ図および第３ｂ図は
、本発明による開放気孔マトリックスの２つの実施例の
模式図、第４図は、本発明による開放気孔セラミックス
の使用状態における模式図を示す。 １０・・・マトリックス １５・・・セラミックペースト １７・・・セラミックス １８．１９・・・気孔組織 ２０・・・連通孔 ２１・・・フィラメント ２２・・・線条 ２３．２４・・・ワイヤ ２５・・・管路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　開放気孔マトリックスの気孔隔壁面へ硬化可能なセ
   ラミックペーストを付着させて、さらに硬化させ、セラ
   ミックス本体の残存したマトリックスを硬化した開放気
   孔セラミックスから除去する開放気孔セラミックスの製
   造方法であって、、少なくとも１つの空間方向からマト
   リックス内部へ突入して延びるフィラメント（２１）を
   セラミックペースト（１５）の硬化しないうちに、前記
   マトリックス（１０）へ設け、セラミックペースト（１
   ５）の硬化中または硬化後に管路（２５）の形成された
   状態で、前記フィラメントを除去することを特徴とする
   開放気孔セラミックスの製造方法。 ２　液状のセラミックペーストへマトリックスを浸漬し
   、余分なセラミックペーストを除去し、マトリックス内
   部に残存するセラミックペーストを硬化させ、マトリッ
   クスを除去する方法であって、液状のセラミックペース
   トへマトリックス（１０）を浸漬する以前に、前記マト
   リックス内部へフィラメント（２１）を突入させる特許
   請求の範囲第１項に記載の開放気孔セラミックスの製造
   方法。 ３　セラミックペーストの充填されたプラスチ製または
   合成樹脂製の開放気孔マトリックスを、開放気孔セラミ
   ックスが残存したままで、気化分解および／または熱分
   解する方法において、主に熱で揮散可能および／または
   気体に分解可能な材料でできたフィラメント（２１）、
   主に線条（２２）をセラミックペースト（１５）の充填
   される以前にマトリックス（１０）へ貫通させる特許請
   求の範囲第１項または第２項いずれかに記載の開放気孔
   セラミックスの製造方法。 ４　熱で気化可能な合成樹脂、主にポリエチレン、ポリ
   エーテル、ポリアミド、ポリエステル等のフィラメント
   （２１）および／または線条（２２）を使用する特許請
   求の範囲第１項ないし第３項いずれかに記載の開放気孔
   セラミックスの製造方法。 ５　熱分解により除去可能な天然繊維、主に木綿その他
   のセルローズ含有繊維または羊毛その他のケラチン質の
   繊維のフィラメント（２１）および／または線条（２２
   ）を使用する特許請求の範囲第１項ないし第３項いずれ
   かに記載の開放気孔セラミックスの製造方法。 ６　フィラメントとして金属線（２３）を使用し、主に
   セラミックペースト（１５）を侵食しない酸を用いて、
   セラミックペースト（１５）の硬化後に、前記金属線を
   溶解させる特許請求の範囲第１項ないし第３項いずれか
   に記載の開放気孔セラミックスの製造方法。 ７　硬化したセラミックペースト（１５）が、周面に付
   着しないワイヤまたは棒（２４）を、フィラメントとし
   て使用し、セラミックペースト（１５）の硬化後に、前
   記ワイヤまたは前記棒をセラミックス（１７）から抜取
   る特許請求の範囲第１項ないし第３項いずれかに記載の
   開放気孔セラミックスの製造方法。 ８　様々な太さおよび様々な素材のフィラメント（２１
   ）、線条（２２）、ワイヤ（２３、２４）を配設して使
   用する特許請求の範囲第１項ないし第７項いずれかに記
   載の開放気孔セラミックスの製造方法。 ９　様々な空間方向から突入して延びた一様または様々
   な太さのフィラメント（２１）、線条（２２）、ワイヤ
   （２３、２４）を、多様な管路組織形成のために、マト
   リックス（１０）へ設けた特許請求の範囲第１項ないし
   第８項いずれかに記載の開放気孔セラミックスの製造方
   法。 １０　開放気孔セラミックス（１７）の内部の管路形成
   のために、内部に設けられたフィラメント（２１）、主
   に線条（２２）、ワイヤ（２３、２４）を特徴とする開
   放気孔セラミックス製造用の開放気孔マトリックス。 １１　セラミックスを形成するセラミックペースト（１
   ５）が硬化しないうちに、突入されたフィラメント（２
   １）、セラミックペースト（１５）の硬化中または硬化
   後に、線条（２２）またはワイヤ（２３、２４）を除去
   することにより、セラミックスを主に貫通して成る少な
   くとも１つの管路（２５）を設けたことを特徴とする開
   放気孔セラミックス。 １２　マトリックスの開放気孔組織に、ほぼ一致し外部
   へ開放した第１の気孔組織、とマトリックス本体の除去
   によって形成される空間に一致する第２の気孔組織とフ
   ィラメント（２１）の除去により形成され第２の気孔組
   織（１９）へ連通する少なくとも１つの連通管路（２５
   ）とを有する特許請求の範囲第１１項に記載の開放気孔
   セラミックス。 １３　第１の気孔組織（１８）と第２の気孔組織（１９
   ）および管路（２５）とを連通する連通孔（２０）を設
   けた特許請求の範囲第１２項に記載の開放気孔セラミッ
   クス。 １４　気体を浄化するために、浄化すべき気体を少なく
   とも第１の気孔組織（１８）へ流入させ、少なくとも第
   ２の気孔組織（１９）へ少なくとも１つの管路（２５）
   を通じて浄化液を送り込み、前記浄化液と前記第１の気
   孔組織（１８）の気体とを内部接触させる特許請求の範
   囲第１１項ないし第１３項いずれかに記載の開放気孔セ
   ラミックス。 １５　液体金属を精製または変態させるための特許請求
   の範囲第１１項ないし第１３項いずれかに記載の開放気
   孔セラミックス。 １６　気体を浄化するために、浄化すべき気体を少なく
   とも第１の気孔組織（１８）へ流入させ、少なくとも第
   ２の気孔組織（１９）へ少なくとも１つの管路（２５）
   を通じて浄化液を送り込み、前記浄化液と前記第１の気
   孔組織（１８）の気体とを内部接触させる方法により、
   主に反応物を添加して、液体を化学反応させる特許請求
   の範囲第１１項ないし第１３項いずれかに記載の開放気
   孔セラミックス。 １７　少なくとも１つの気孔組織（１８、１９）へ主に
   触媒物質を送り込みながら、または送り込んだ後で、液
   体を触媒作用させるための特許請求の範囲第１１項ない
   し第１３項いずれかに記載の開放気孔セラミックス。