JPS63291882A

JPS63291882A - セラミック多孔体

Info

Publication number: JPS63291882A
Application number: JP12889987A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiko Motomiya; 本宮　達彦; Hiroyuki Watabe; 弘行渡部; Yukio Tamura; 行雄田村
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1987-05-26
Filing date: 1987-05-26
Publication date: 1988-11-29

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）本発明はセラミック多孔体、特には半導体産業、食品産
業、航空宇宙産業、バイオテクノロジーなど各種の産業
における精密な分離、濾過などに有用とされるセラミッ
ク多孔体に関するものである。

（従来の技ｔｎ＞各種産業分野における分離、濾過工程は精密科学の発達
に伴なって重要なものとなってきており、例えば半導体
素子洗浄用の超純水製造１食用ワインの精製、航空宇宙
用機器の油圧装置用フィルター、バイオテクノロジーに
おける菌の分離などには各種の多孔体が使用されている
が、この分離用多孔体のうち航空宇宙用の金属製のもの
を除いては精密性が要求されることがら細径コントロー
ルが容易な高分子からなる多孔体が使用されている。

しかし、この高分子多孔体についてはその細孔が分子レ
ベルで規制されていることから、信頼性の高い分離が実
現できるという有利性があるものの、このものは有機質
のため膜強度が小さく耐熱性もないもので劣化し易く、
耐酸、耐アルカリ、耐油性も欠けるという不利があり、
その使用に当ってはこれらの不利に充分留意する必要が
ある。

（発明の構成）本発明はこのような不利を解決したセラミック多孔体に
関するものであり、これは４０人〜２０ｐ径の貫通細孔
を有するもので気孔率が３％以上であることを特徴とす
るものである。

すなわち、本発明者らは従来公知の高分子多孔体を用い
る分離体の欠点を解決することのできる多孔体の開発に
ついて種々検討を行い、強度があり、耐熱性にもすぐれ
、種々の薬品に対して安定であるセラミックスに着目し
、このものの分離効率を向上させるための細孔径の制御
手段などについて研究を進め、本発明を完成させた。こ
のようにして得られたセラミック多孔体は既成の各種用
途のほか、排ガスの分離、熱酸洗浄などのような高温で
の分離にも使用できるので、従来法にくらべて広い用途
に使用することができることを見出した。

本発明のセラミック多孔体は上記したような細孔を有す
るものとされるが、このセラミックとしては炭化けい素
、窒化けい素が例示され、この炭化けい素、窒化けい素
はすぐれた熱衝撃性をもち、種々の薬品に安定で耐熱性
も高いので各種の方面に有利に利用できるという特性を
有している。他方、アルミナは熱衝撃性、熱伝導性がわ
るく、高純度のものを安価に得ることができないし、高
けい酸ガラス、例えばバイコールガラスは製作上の制約
から細孔が小さすぎて透過率が小さく、細孔使用温度も
低く、シたがって用途が狭くなるという不利があり、し
たがってこれには炭化けい素、窒化けい素が好ましい、
以下炭化けい素、窒化けい素について具体的に述べる。

本発明のセラミック多孔体は上記したような細孔を有す
るものとされるのであるが、この細孔の径は気体分離の
ときには４０人〜０．５４．低粘度液体のときには０．
１〜２１、高粘度液体のときには１〜５ＩＩＭ、その他
の単純なゴミや粒子を分離するためには１〜２０．のち
のとすればよいが、４０Å以下とすると透過率が小さく
なって効率が低下するし、２０．以上とするとセラミッ
クの強度が低下して実用的でなくなるので、これは４０
人〜２０ｍの範囲のものとする必要がある。また、この
ものはその気孔率が３％以下のものとすると被処理物の
透過率が小さくなって効率が低下するし・また・この値
が３０％を越えるとセラミックスの強度が低下するので
３〜３０％、好ましくは５〜２５％が望ましい。

本発明のセラミック多孔体の製造はセラミック焼結体中
に含有されている遊離のけい素を除去することによって
得ることができる０例えば遊離のけい素を含有する炭化
けい素焼結体の製造法は反応焼結法で作ったものとする
ことが好ましい。これは常法で作られた炭化けい素粉束
と炭素粉末とをバインダーを使用して成形体とし、この
成形体を１，５００℃以上の高温でけい素と反応させて
成形体中の炭素とけい素との反応によって新たな炭化け
い素とすると共に未反応のけい素を焼結体中に残留させ
るようにすることにより得られる。

この反応で生成した炭化けい素が反応以前に存在してい
た炭化けい素と渾然一体となって強度の大きい炭化けい
素焼結体を得ることができる。他方、例えば炭化けい素
粗粉と微粉状の炭化けい素とをフェノールレジンを使用
して成形体とした後、これを１，９００℃以上の温度で
焼結させる公知の再結晶法あるいは種々の炭化けい素微
粉末を焼結助剤としてのほう素と共に同じ＜１，９００
℃で焼結する常圧焼結法のいずれかで焼結体としたのち
、これらを溶融けい濃液中に浸漬するか、あるいはモノ
シランなどのようなシランガスで処理して遊離のけい素
を含有する強度の増加した焼結体であってもよい、なお
、窒化けい素焼結体については上記方法に準ずればよい
が、常圧焼結法における焼結助剤は炭化けい素の時と異
なりアルミナ、イツトリア、マグネシアなどのような金
属酸化物を使用する方法で作ればよい。

このようにして得られた焼結体は、ついでこれからけい
素を除去することによって多孔体とするのであるが、こ
のけい素の除去はこの気孔のない焼結体をハロゲン、ハ
ロゲン化水素あるいはアルカリ溶液で処理することによ
って行えばよい。ハロゲン化水素による処理は焼結体を
９００〜１．３００℃に加熱し、これにハロゲン化水素
としての塩酸ガスを０．１〜１０　ｃｓ　／　ｓｅｃの
流量で流すと焼結体中のけい素がこの塩酸ガスと反応し
、シランガスとなって昇華するので、この焼結体はけい
素の存在していた部位が気孔となるし、アルカリ処理の
場合にはこの焼結体をＮａＯＨ溶液中に２４時間浸漬し
ておくと焼結体中に含有されていたけい素が溶出される
のでこの焼結体はけい素の存在部位が気孔となってセラ
ミック多孔体が得られる。

このようにして得られたセラミック多孔体は焼結体中に
存在していたけい素置によって気孔率が相異するが、気
孔率が５％以上、４０人〜２０趨径の貫通細孔が細孔全
体の６０％以上のものとなるので、これは各種物質の濾
過、分離、濃縮、精製などに有利に使用することができ
る。また、このものは高温でも非常に安定で強度も大き
いので特に高温での処理用に有利に使用することができ
る。例えば目詰りが激しくなったときにはこれを高温の
酸化雰囲気で焼成すれば容易に再使用することが可能と
なる。また、急激な温度差にも耐えるのでこの処理時間
を短くすることができるというコスト的な有利性をもつ
。

なお、このセラミック多孔体はこのセラミックが炭化け
い素である場合には電流を流すと発熱するし、このもの
は熱伝導性にすぐれており耐熱衝撃に対する耐性も強い
ので、加熱下における血液の殺菌濾過、高粘度液体のが
過分離にも有利に使用することができるという有利性を
もつものである。

つぎに本発明の実施例をあげるが、例中の部は重量部を
示したものである。

実施例１ α型炭化けい素１，０００＄　７０部、黒鉛粉１５部お
よびフェノールレジン１５部をボールミル中で混合し、
ラバープレスで１．５ｔ／ａＪの圧力で内径３ｏ■φ×
外径４０＋ｍφ×高さｉ、ｏｏｏ■の円筒形に成形した
のち、これを不活性雰囲気中８００”Ｃで仮焼成し、つ
いで１，６００’Ｃまで昇温してがらけい素融液と反応
させ、　１，２００’Ｃまで降温し塩化水素ガスと反応
させてけい素を除去したところ、気孔率が１８．２％で
平均気孔径が１．５．である炭化けい素条孔体が得られ
たが、このものは熱膨張率４．４　Ｘ　１０−＠、曲げ
強度１２にｇｆ／ａＪ、抵抗率０．２〜０．３Ω・ｌの
物性を示し、水中投入法による熱衝撃抵抗値も８００℃
ですぐれたものであった。

ついで、これを用いて酸素ガスの濾過精製を行ったとこ
ろ、このガス透過率は５．４　Ｘ　１０−”ａｊ／−・
ｓｅｃ−ｍＨｇであり、得られた酸素ガス中に０．２Ｉ
ｓ以上の粒子は存在しなかった。

実施例２ α型炭化けい素１，５００＃　６０部、黒鉛粉２５部お
よびフェノールレジン２０部をボールミル中で混合し、
ラバープレスを用いて５０ｍφ×厚さ５国の円板を成形
したのち、アルゴンガス中８００℃で仮焼し、ついで１
　、８００℃でけい素融液を注入し、１　、２００℃ま
で降温してから塩化水素ガスと反応させて遊離のけい素
を除去したところ、平均気孔率が１０．３％で平均気孔
径が１．１．である炭化けい素条孔体が得られ、このも
のは熱膨張率４．３Ｘ　１０”’、曲げ強度２５Ｋｇｆ
／ａｄ、抵抗率０．１〜０．３Ω・ｌの物性を示した。

ついで、このものを用いてバクテリアがｌｌｌ１ｊｌ中
に３　、０００個存在する水を濾過したところ、バクテ
リアをＩＩｄ中に１００個以下とすることができ、この
炭化けい素条孔体に４０Ｖの電圧をかけて９０℃に加熱
して同様の濾過を行ったところ、バクテリア量を１１Ｉ
ｌＩ中Ｏ個とすることができた。また、このものは１　
、２００℃に加熱された侵食性酸水溶液の濾過、洗浄に
も使用することができた。

実施例３高純度β型炭化けい素・μ５ｉＣ（信越化学工業■製商
品名、平均粒径０．５部ｍ）１０部、市販のα型炭化け
い素をフッ酸で処理した高純度品（粒径１，５００＃）
９０部、金属はう素０．５部およびパラフィン１重量％
を含有するアセトン溶液７０部とボールミル中で混合し
、アセトンを除去後解砕し、金属プレスを用いて１００
ｋｇ／ｃｄ、次いでラバープレスを用いて１．５ｔ／ａ
ｄの圧力で上部径６０■φ×下部径５０■φＸ高さ５０
＋ｍのルツボ（肉厚５＋ｍ）を作り、２，１００℃で３
０分間焼結したのち、ｔ　、　ａｏｏ℃でけい素融液を
注入した。

ついで冷却後、このルツボの内外側面にフッ素テープを
まき、３５％のＮａＯＨ溶液中で２４時間浸漬して遊離
のけい素を除去したところ、酸素透過率が４　、３　Ｘ
　１０−”ｃｄ／ａＪ−ｓｅｃ−ｍＨｇであるルツボ低
面にのみ細孔のある炭化けい素条孔体が得られた。これ
を用いてシリコーンオイルのが過をおこなったところ、
得られたシリコーンオイル中には０．２μｍ以上の異物
の混入が認められなかった。

実施例４実施例２におけるα型炭化けい素をフッ酸処理して高純
度化したものとしたほかは実施例２と同様に処理して高
純度の炭化けい素条孔体を作り、この多孔体に１　ｋｇ
／ｃｗｔの圧力を加えて窒素ガス。

酸素ガス、水素ガスの透過率をしらべたところ、Ｎ、　
−１、５８Ｘ　１０−”ａＪ／　ａＪ−ｓｅｃ−ｍＨｇ
、○、−１，４０Ｘ　Ｉ　Ｏ−”ａＪ／ｃｄ−ｓａｃ・
ｍＨｇ、Ｈ，−３、２２Ｘ　１０−’　ｃｌｆ／　ｃｄ
−ｓａｃ・ａｇｍＨｇ。

の値が得られ、その比率はＮｌ　：　ｏｘ　：　Ｈ２＝
＝　１　：０．８８６　：　２．０３８であった。これ
はこれらの気体の粘性比がＮｔ：Ｏｘ：Ｈｉ＝１：１．
１５６：０．５０２であることから透過率は粘性の逆数
に比例するのでこの実験値はほぼ粘性比に一致する結果
であることが判明した。このような結果は従来のセラミ
ックスでは確認されておらず、このことから本発明のセ
ラミック多孔体は粘性率の異なる気体または液体の分離
に有効であることが確認された。

実施例５ α率が７５％である窒化けい素２，０００８８８部、高
純度けい素粉１０重量部、黒鉛粉２部、イツトリアｃｙ
ｚｏｓ）、アルミナ（Ａｕｔｏｓ）各０．７５部および
フェノールレジンとパラフィンを３重量％含有するトル
エン溶液１００部とをボールミル中で混合したのち溶媒
を除去し、ラバープレスを用いて５０■φ×厚さ５■の
円板を成形し、アルゴンガス中８００℃で仮焼してから
、窒素ガス中において１　、５００℃まで昇温し、反応
焼結させ、その後ジクロロシランを導入して窒化けい素
焼結体を作り、１　、２００℃まで降温してから塩化水
素ガスと反応させて遊離のけい素を除去したところ、気
孔率が１６．５％で平均気孔径が０．５１ｒｍである窒
化けい素条孔体が得られた。

実施例６ α型炭化けい素３．ＯＯＯ＃　６０部、α型炭化けい素
１．００（１１０部、高純度アモルファス炭素１５部お
よびフェノールレジン２０部をボールミル中で混合し、
以下実施例２と同様に処理して炭化けい素条孔体を作っ
たところ、このものは気孔率が１３．５％で、水銀圧入
法による細孔径が１００人〜０．５Ｉｍで平均気孔径が
０．ＩＪＩＭの物性を示した。

Claims

【特許請求の範囲】１、貫通細孔が４０Å〜２０μｍ径で気孔率が３％以上
であることを特徴とするセラミック多孔体。２、セラミック多孔体が炭化けい素、窒素けい素からな
るものである特許請求の範囲第１項記載のセラミック多
孔体。３、セラミック多孔体が遊離のけい素を含有する炭化け
い素または窒素けい素焼結体をハロゲン化炭化水素また
はアルカリで処理してけい素を除去することによって得
られるものである特許請求の範囲第１項記載のセラミッ
ク多孔体。