TW201522275A - 多孔質陶瓷及其製造方法 - Google Patents

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Wei-Wu Chen
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Toyo Tanso Co
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Abstract

本發明之目的係提供一種可進行複雜形狀或高精度加工，且可同時抑制氣孔徑及氣孔率並且為高強度之多孔質陶瓷及其製造方法。 本發明之多孔質陶瓷係具備含有由氮化鋁、碳化矽及氮化矽所組成之群選出之至少1種之陶瓷粒子的多孔質陶瓷，其特徵係具有前述陶瓷粒子之一部分結合而成之陶瓷壁(2)，與由前述陶瓷壁包圍而形成之複數個獨立氣孔(1)，前述複數個獨立氣孔(1)之間以比前述獨立氣孔(1)之孔徑小的孔徑之空隙(3)連通，且前述空隙(3)之孔徑為10nm以上且5μm以下。

Description

多孔質陶瓷及其製造方法
本發明係關於新穎之多孔質陶瓷及其製造方法者。
多孔質陶瓷之製造方法最一般廣泛使用者為燒結陶瓷粒子形成空孔作為粒子間隙之方法。然而，該製造方法由於係藉由陶瓷粒子之間隙形成孔，故難以分別獨立控制氣孔徑與氣孔率。且，由於燒結的同時形成孔，故燒結時之變形較大，難以進行複雜形狀及高精度之加工。
又，最近，已提案使包含氧化鋁中空粒子之粉末成形為特定形狀而形成成形體，並燒結所得成形體之方法(專利文獻1)、混合造孔劑的真球狀樹脂珠粒與陶瓷造粒粉，且經加壓‧成形後予以脫脂、燒結之方法(專利文獻2)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2001-002479號公報
[專利文獻2]日本特開2006-036624號公報
不過，專利文獻1之製造方法由於在燒結時藉由氧化鋁中空粒子朝氧化鋁實心粒子結晶相轉移(形狀變位)而形成氣孔，故燒結時之變形較大，難以進行複雜形狀及高精度之加工。此外，由於陶瓷壁之厚度不均，與具有同樣鬆密度且陶瓷壁之厚度均勻的多孔質陶瓷相比較時，會有強度較低之課題。
且，專利文獻2之製造方法由於造孔劑使用樹脂珠粒，且脫脂後進行燒結，故燒結時陶磁造粒粉浸透到氣孔部分而產生變形，難以進行複雜形狀及高精度之加工。
因此本發明之目的係提供一種可進行複雜形狀及高精度加工，且可各自獨立地控制氣孔徑、氣孔形狀及氣孔率之高強度多孔質陶瓷及其製造方法。
為達成上述目的之本發明特徵係一種多孔質陶瓷，其係使含有由氮化鋁、碳化矽及氮化矽所組成之群選出之至少1種之陶瓷粒子、與碳質粒子，以使前述陶瓷粒子均一附著於該碳質粒子表面之方式混合二者後，邊擠 壓混合物邊進行燒結，或擠壓混合物後進行燒結，獲得燒結體，隨後，藉由氧化燒除前述燒結體中所含之前述碳質粒子而製造。
依據本發明，可發揮可提供可進行複雜形狀及高精度加工，且可各自獨立地控制氣孔徑、氣孔形狀及氣孔率之高強度多孔質陶瓷及其製造方法之優異效果。
1‧‧‧獨立氣孔
2‧‧‧陶瓷壁
3‧‧‧於獨立氣孔間連通之空隙
4‧‧‧獨立氣孔中殘留之碳質材料
圖1係本發明之多孔質陶瓷之構造圖。
圖2係本發明之多孔質陶瓷中之其他實施形態之構造圖，(a)係一部分獨立氣孔中存在碳質粒子之多孔質陶瓷，(b)係碳質材料相對於陶瓷材料之重量比例朝厚度方向梯度降低之多孔質陶瓷。
圖3係材料A1之SEM(掃描型電子顯微鏡)照片((a)係倍率1000倍，(b)係同圖(a)之B部放大圖，倍率5000倍)。
圖4係顯示材料A1中之空隙直徑與差分細孔容積(differential pore volume)及累積細孔容積(intergrated pore volume)之關係之圖。
圖5係材料A1之X射線繞射圖。
圖6係材料Z1之SEM(掃描型電子顯微鏡)照片((a)為 倍率100倍，(b)為同圖(a)之C部放大圖，倍率1000倍)。
圖7係顯示材料A3中之空隙半徑與微差細孔容積之關係之圖表。
圖8係顯示材料A3中之空隙半徑與累積細孔容積之關係之圖表。
圖9係顯示材料Z1中之空隙半徑與差分細孔容積之關係之圖表。
圖10係顯示材料Z1中之空隙半徑與累積細孔容積之關係之圖表。
本發明之多孔質陶瓷之特徵係使含有由氮化鋁、碳化矽及氮化矽所組成之群選出之至少1種之陶瓷粒子、與碳質粒子，以使前述陶瓷粒子均一附著於該碳質粒子表面之方式混合二者後，邊擠壓混合物邊進行燒結，或擠壓混合物後進行燒結，獲得燒結體，隨後，藉由氧化燒除前述燒結體中所含之前述碳質粒子而製造。
如此製作之多孔質陶瓷由於係混合造孔劑的碳質粒子與多孔質陶瓷粒子之原料的陶磁粒子並燒結後，亦即形成陶瓷壁後氧化燒除碳質粒子，故在多孔質陶瓷形成時幾乎不產生變形，而可進行複雜形狀或高精度加工。
又，本發明中，所謂陶瓷粒子均勻附著於碳質粒子上係指陶瓷粒子附著於碳質粒子全部表面之90%以上。
又，混合造孔劑的碳質粒子與陶瓷粒子時，由於附著於碳質粒子周圍之陶瓷粒子之陶瓷厚度均勻，故燒結後之陶瓷壁厚度亦均勻。因此，與相同鬆密度但陶瓷壁厚度不均勻之多孔質陶瓷相比較，為高強度。因此，儘管為相同鬆密度，但強度仍非常高，故本發明之多孔質陶瓷可使用於各種領域中(例如，高強度隔熱材、人工骨頭、濾油器、坩堝、真空卡盤(chuck)、觸媒擔體、噴霧噴嘴、含浸潤滑液之軸承等)。
再者，藉由選擇造孔劑的碳質粒子之粒徑、形狀及添加量，可將氣孔徑、氣孔形狀及氣孔率各自獨立控制為期望之值。
本發明之多孔質陶瓷可經下述步驟製造：使含有由氮化鋁、碳化矽及氮化矽所組成之群選出之至少1種之陶瓷粒子、與碳質粒子，以使前述陶瓷粒子均勻附著於碳質粒子表面之方式混合，獲得混合體之第1步驟，邊加壓前述混合體邊燒結，或加壓前述混合體後燒結，獲得燒結體之第2步驟，及氧化燒除前述燒結體中之所含前述碳質粒子之第3步驟。
上述碳質粒子較好為球狀或板狀之天然石墨及人造石墨、或碳纖維。碳質粒子可僅含1種，亦可含複數種。此外，碳質粒子之粒徑較好為1μm以上500μm以下，更好為5μm以上50μm以下，又更好為10μm以上30μm以下。碳質粒子之粒徑太小時，有凝聚之可能性。碳質粒子過度凝聚時，在混合碳質粒子與陶瓷粒子時，陶 瓷粒子無法均勻地附著於碳質粒子表面(亦即，碳質粒子與碳質粒子密著之部位難以附著陶瓷粒子)，故無法使陶瓷壁厚度均勻，會有多孔質陶瓷構造強度下降之情況。另一方面，碳質粒子之粒徑太大時，氣孔率及獨立氣孔之孔徑變得過大，故有多孔質陶瓷構造之強度降低之情況。另外，碳質粒子之粒徑較好為一定。具體而言，碳質粒子之粒徑分佈較好在平均粒徑±10%之範圍內存在80%以上，更好在平均粒徑±10%之範圍內存在90%以上。碳質粒子之平均粒徑為一定時，所製作之多孔質陶瓷中存在之獨立氣孔之孔徑成為一定，故成為均質之多孔質構造，且強度獲得提高。
上述陶瓷粒子可含有氮化鋁、碳化矽、氮化矽之全部，亦可含任2種，亦可含任1種。但，陶瓷粒子較好僅為氮化鋁或碳化矽或氮化矽之任一種。且，陶瓷粒子之粒徑較好為100nm以上50μm以下，更好為200nm以上5μm以下，又更好為300nm以上1μm以下。陶瓷粒子之粒徑太小時，有凝聚之可能性。陶瓷粒子過度凝聚時，在混合碳質粒子與陶瓷粒子時，陶瓷粒子無法均勻地附著於碳質粒子表面(亦即，凝聚之陶瓷粒子附著之部位，陶瓷粒子之量變多，而其他部位之陶瓷粒子之量變少)，故無法使陶瓷壁厚度均勻，有使多孔質陶瓷構造之強度降低之情況。另一方面，陶瓷粒子之粒徑太大時，無法均勻被覆碳質粒子，故有使多孔質陶瓷構造之強度降低之情況。再者，陶瓷粒子之粒徑較好為一定。具體而言，陶瓷粒子 之粒徑分佈較好在平均粒徑±10%之範圍內存在80%以上，更好在平均粒徑±10%之範圍內存在90%以上。陶瓷粒子之平均粒徑為一定時，所製作之多孔質陶瓷中存在之陶瓷壁厚度更均勻，且空隙孔徑成為一定，故強度獲得提高。
陶瓷粒子之粒徑較好為碳質粒子之粒徑之1/5以下，更好為1/10以下。藉由使陶瓷粒子之粒徑相較於碳質粒子之粒徑充分小，在混合陶瓷粒子與碳質粒子時，可使陶瓷粒子均勻附著於碳質粒子表面。因此，所製作之多孔質陶瓷之陶瓷壁厚度均勻，故強度獲得提高。
上述第1步驟中，碳質粒子與陶瓷粒子之混合比，碳質粒子之重量：陶瓷粒子之重量較好為95：5~20：80，更好為80：20~40：60。陶瓷粒子之重量比例未達20wt%(尤其，未達5wt%)時，陶瓷量變少，故不易均勻形成陶瓷壁厚度，有強度變得過低之情況。另一方面，陶瓷粒子之重量比例超過60wt%(尤其，超過80wt%)時，陶瓷量變多，故變硬，而有難以加工之情況。藉由將碳質粒子與陶瓷粒子之重量比設為95：5~20：80(尤其是8：20~40：60)，而成為強度更高，且加工更容易之多孔質陶瓷。
又，混合碳質粒子與陶瓷粒子時，亦可添加燒結助劑。燒結助劑列舉為Y2O3等氧化釔、Al2O3等氧化鋁、CaO等氧化鈣、SiO2等氧化矽、其他稀土類氧化物等。
混合碳質粒子與陶瓷粒子之方法並無特別限制。列舉為例如氣相法、液相法、溶劑混合法、機械混合法、漿液法或組合該等之方法。氣相法之具體例列舉為化學氣相蒸鍍法(CVD法)、轉化法(CVR法)等。液相法之具體例列舉為例如化學沉澱法等。漿液法之具體例列舉為例如凝膠澆鑄法、滑動澆鑄法、浸漬澆鑄法等。
前述第2步驟中，獲得燒結體之方法並無特別限制。列舉為例如放電電漿燒結法或熱加壓法等。燒成溫度或燒成時間、燒成環境之種類、燒成壓力等可依據使用之材料種類、形狀、大小等適當設定。燒成溫度只要設為例如1700℃以上即可。燒成溫度較好為1700℃以上且2100℃以下，更好為1800℃以上且2000℃以下。燒成時間可為例如5分鐘以上且2小時以下。燒成環境之種類可為例如真空、氮氣、氬氣等惰性氣體環境。燒成壓力可為例如0.01MPa以上且50MPa以下。
前述燒結時，均勻附著於碳質粒子表面之陶瓷粒子進行燒結，形成3次元被覆碳質粒子之陶瓷層。陶瓷層較好具有連續構造，更好具有3次元網目構造。亦即，複數個碳質粒子較好藉由具有3次元網目構造之陶瓷壁而一體化。
且，陶瓷粒子中含有氮化矽時，藉由燒結時之反應於碳質粒子表面形成碳化矽。該碳化矽形成於複數個碳質粒子之間。亦即，藉由燒結，複數個碳質粒子被覆於碳化矽上，且由碳化矽予以接著。又，多孔質陶瓷中亦 可殘留氮化矽。
前述第3步驟中，氧化燒除前述碳質粒子之全部，獲得如圖1(圖1中，1為獨立氣孔，2為陶瓷壁，3為於獨立氣孔間連通之空隙)之多孔質陶瓷之方法並無特別限制。列舉為例如在大氣爐中加熱之方法等。氧化燒除之溫度或時間、環境種類、環境壓力等可依據使用之材料種類、形狀、大小等適當設定。氧化燒除溫度只要為例如500℃以上即可，較好為500℃以上且1000℃以下。氧化燒除時間可為例如5分鐘以上且48小時以下。氧化燒除環境種類可為例如大氣、真空內或混合氮氣等惰性氣體之氧壓控制環境。氧化燒除環境之壓力可為例如0.01MPa以上10MPa以下。且，進行第3步驟前，亦可藉由機械加工前述燒結體成為期望形狀，藉由模具成形進行準精(near net)成形。
前述第3步驟中，僅氧化燒除前述碳質粒子之一部分，獲得如圖2(a)(b)之多孔質陶瓷之方法並無特別限制(圖2(a)(b)中，1為獨立氣孔，2為陶瓷壁，3為於獨立氣孔間連通之空隙，4為殘留之碳質材料)。列舉例如，在大氣爐中急速加熱，或利用燃燒器火焰之表面氧化法等。又，使用燃燒器火焰獲得圖2(b)所示之多孔質陶瓷時，係自箭頭A方向吹送燃燒器火焰。又，進行第4步驟之前，亦可藉機械加工使前述燒結體成為期望形狀，藉由模具成形進行準精成形。
又，本發明之多孔質陶瓷之特徵係具備含有 由氮化鋁、碳化矽及氮化係所組成之群選出之至少1種之陶瓷粒子之多孔質陶瓷，具有前述陶瓷粒子之一部分結合而成之陶瓷壁、與由前述陶瓷壁圍繞所形成之複數獨立氣孔，且前述複數個獨立氣孔間藉由比前述獨立氣孔孔徑小之空隙連通，前述空隙之孔徑為10nm以上且5μm以下。
上述多孔質陶瓷具有獨立氣孔，同時存在於獨立氣孔間連通之空隙，故例如作為人工骨頭使用時，氣孔間之連通性高。因此，新生骨可早期侵入到氣孔深部，可早期恢復作為骨頭之功能。
使用水銀壓入法算出累積細孔容積時，在前述空隙之平均孔徑±50%之範圍內，宜存在全部累積係孔容積之60%以上，最好存在75%以上。
依據該構成，於多孔質陶瓷內透過、浸入液體或氣體時，可順利地透過、浸入。
多孔質陶瓷之氣孔率宜為50%以上且80%以下。藉由使氣孔率為50%以上且80%以下，氣孔部分變多，更能提高含有具有獨立氣孔與空隙之本發明多孔質陶瓷之構造之優點。因此，例如作為高強度隔熱材使用時，其隔熱效果更高。又，本發明中，所謂氣孔率係以下述式(1)表示之值。
氣孔率=[(獨立氣孔之體積+空隙之體積)/多孔質陶瓷之體積]×100‧‧‧(1)
前述空隙之孔徑為前述獨立氣孔之氣孔徑之20%以下，前述獨立氣孔之氣孔徑宜為5μm以上且50μm以下。藉由使前述空隙之孔徑為前述獨立氣孔之氣孔徑之20%以下，能保持獨立氣孔之獨立性。此外，獨立氣孔之氣孔徑未達5μm時，獨立氣孔之氣孔徑變得太小，於例如使用作為高強度隔熱材時，會有無法使空氣充分保持於獨立氣孔內之情況。另一方面，獨立氣孔之孔徑超過50μm時氣孔變得太大，故有多孔質陶瓷強度變低之情況。另外，前述獨立氣孔之氣孔徑較好為一定。獨立氣孔之氣孔徑一定時，成為均質之多孔質構造，而使強度提高。
前述陶瓷壁之厚度宜為0.1μm以上且7μm以下。陶瓷壁之厚度未達0.1μm時，會有多孔質陶瓷之強度過低之情況。另一方面，陶瓷壁厚度超過7μm時，強度過高，故有加工困難之情況。藉由使陶瓷壁之厚度為0.1μm以上且7μm以下，而成為加工容易，且強度高之材料，特別適於例如高強度隔熱材等之用途。
前述獨立氣孔之內壁宜為微細凹凸形狀。藉由使前述獨立氣孔之內壁為微細凹凸形狀，而易於擔持觸媒。
3點彎曲強度宜為1MPa以上且200MPa以下。藉由使3點彎曲強度為1MPa以上且200MPa以下，可對應於各式各樣之用途。
本發明之多孔質陶瓷亦可於一部分前述獨立 氣孔內殘留碳質材料。且，於一部分前述獨立氣孔內殘留碳質材料時，亦可如圖2(b)所示，自多孔質陶瓷表面朝向裏面，使前述碳質材料相對於前述陶瓷壁之重量比例梯度地降低。據此，使僅由陶瓷所成之具有高耐熱性性質之部分，與於多孔質陶瓷之獨立孔中殘留造孔劑的碳質粒子，且具有高強度性質之部分不具有接合面地層合之多孔質陶瓷，特別適於在材料之最表面期望為耐熱性與非碳化性，且作為材料全體期望更大的表面積、高強度性質之如金屬熱處理台架或高效率輻射放熱材之用途。
[實施例]
(實施例1)
使用球狀石墨粒子(平均粒徑20μm，東洋碳股份有限公司製)作為碳質粒子。使用氮化矽微粒子(平均粒徑500nm，宇部興產公司製)作為陶瓷粒子。且，使用Y2O3及Al2O3作為燒結助劑。
以91：3：6之重量比混合氮化矽微粒子、Y2O3、Al2O3。另外，將其與球狀石墨粒子以35：65之重量比進行調製，且使用1-丙醇作為溶劑藉溶劑混合法混合獲得混合體。該混合體中之碳質粒子與陶瓷粒子之重量比為63：37。且，於混合體之球狀石墨粒子之表面均勻地附著氮化矽微粒子。接著，將所得混合體饋入鑄模中並乾燥，獲得成形體。再者，以放電電漿燒結法，使所得成形 體在1900℃下，於真空環境下燒結5分鐘，獲得燒結體。使該燒結體在大氣爐中，經1000℃、5小時氧化處理之結果，獲得多孔質碳化矽。碳消失，尺寸無變化。
以下，將如此製作之多孔質陶瓷稱為材料A1。
又，測定2處之材料A1之陶瓷壁厚度，為1.3μm與6.1μm。
(實施例2)
使用球狀石墨粒子(粒徑20μm，東洋碳股份有限公司製)作為碳質粒子。使用碳化矽微粒子(平均粒徑600nm，信濃電氣製鍊股份有限公司製)作為陶瓷粒子。且，使用Y2O3及Al2O3作為燒結助劑。
以91：3：6之重量比混合碳化矽微粒子、Y2O3、Al2O3。另外，將其與球狀石墨粒子以50：50之重量比進行調製，且使用1-丙醇作為溶劑藉溶劑混合法混合獲得混合體。該混合體中之碳質粒子與陶瓷粒子之重量比為55：45。且，混合體之球狀石墨粒子之表面均勻地附著碳化矽微粒子。接著，將所得混合體饋入鑄模中並乾燥，獲得成形體。再者，以熱加壓法，使所得成形體在2000℃下，於氮氣環境下燒結1小時，獲得燒結體。使該燒結體在大氣爐中，經1000℃、10小時氧化處理結果，獲得多孔質碳化矽。碳消失，尺寸無變化。
以下，將如此製作之多孔質陶瓷稱為材料A2。
(實施例3)
使用球狀石墨粒子(粒徑20μm，東洋碳股份有限公司製)作為碳質粒子。使用氮化鋁微粒子(平均粒徑500nm，Tokuyama股份有限公司製)作為陶瓷粒子。且，使用Y2O3作為燒結助劑。
以91：5之重量比混合氮化矽微粒子、Y2O3。再者，將其與球狀石墨粒子以20：80之重量比進行調製，且使用1-丙醇作為溶劑藉溶劑混合法混合獲得混合體。該混合體中之碳質粒子與陶瓷粒子之重量比為74：26。且，於混合體之球狀石墨粒子表面均勻地附著氮化鋁微粒子。接著，將所得混合體饋入鑄模中並乾燥，獲得成形體。再者，以放電電漿燒結法，使所得成形體在1900℃下，於真空環境下燒結5分鐘，獲得燒結體。使該燒結體在大氣爐中，經600℃、24小時氧化處理結果，獲得多孔質氮化鋁。碳消失，尺寸無變化。
以下，將如此製作之多孔質陶瓷稱為材料A3。
(比較例1)
使用球狀石墨粒子(平均粒徑20μm，東洋碳股份有限公司製)作為碳質粒子。使用氮化矽微粒子(平均粒徑500nm，宇部興產公司製)作為陶瓷粒子。且，使用Y2O3及Al2O3作為燒結助劑。
以91：3：6之重量比混合氮化矽微粒子、Y2O3、Al2O3。再者，將其與球狀石墨粒子以35：65之重 量比進行調製，藉由利用球磨機之乾式混合法混合24小時，獲得混合體。混合體中之碳質粒子與陶瓷粒子之重量比為63：37。且，混合體之球狀石墨粒子表面未均勻附著氮化矽微粒子，一部分凝聚。接著，將所得混合體饋入鑄模中並乾燥，獲得成形體。再者，以放電電漿燒結法，使所得成形體在1900℃下，於真空環境下燒結5分鐘，獲得燒結體。使該燒結體在大氣爐中，經1000℃、5小時之氧化處理結果，獲得多孔質碳化矽。碳消失，尺寸無變化。
以下，將如此製作之多孔質陶瓷稱為材料Z1。
又，測定2處之材料Z1之陶瓷壁厚度，為1.8μm與11.1μm。
(實驗1)
調查上述材料A1~A3、Z1之空隙平均孔徑、氣孔率、獨立氣孔之平均氣孔徑、鬆密度、陶瓷壁厚度、3點彎曲強度，其結果示於表1。又，上述各物性係以下述要領測定。
[空隙之平均孔徑]
以水銀壓入法，依據JIS R 1655：2003，測定空隙之平均孔徑。以測定壓力為0.003~379MPa進行。又，關於材料A1，空隙之氣孔徑分佈示於圖4。
[氣孔率]
以水銀壓入法，依據JIS R 1655：2003，測定氣孔率。以測定壓力為0.003~379MPa進行。
[獨立氣孔之平均氣孔徑]
由利用SEM獲得之多孔質陶瓷之微細組織觀察照片，求出獨立氣孔之氣孔徑，算出平均值。
[鬆密度]
利用阿基米德法，測定鬆密度。具體而言，基於JIS A1509-3進行測定。
[陶瓷壁厚度]
由SEM(掃描型電子顯微鏡)照片測定2處陶瓷壁厚度。又，材料A1之SEM(掃描型電子顯微鏡)照片示於圖3(a)(b)[(a)倍率1000倍，(b)倍率5000倍]，材料Z1之SEM(掃描型電子顯微鏡)照片示於圖6(a)(b)[(a)倍率100倍，(b)倍率1000倍]。
[3點彎曲強度]
利用3點彎曲強度試驗，測定彎曲強度。具體而言，係基於JIS A1509-4測定。
且進行材料A1之X射線繞射，其結果示於圖5。
表1中，比較材料A1與材料Z1時，儘管氣孔率及鬆密度相同，但材料A1之3點彎曲強度為材料Z1之約1.4倍，可知為高強度之多孔質陶瓷。且，比較材料A2與材料Z1時，材料A2相較於材料Z1，氣孔率減少20%，鬆密度不過為1.7倍，但彎曲強度為10倍以上，可知為非常高強度之多孔質陶瓷。此外，材料A3之彎曲強度雖為2MPa而較低，但由於以過去之技術難以獲得氣孔率為80%之多孔質陶瓷，故可知以本發明之多孔質陶瓷之製造方法可製造氣孔率80%以上之多孔質陶瓷。
如由圖3(a)所了解，可知材料A1之約20μm徑之球狀獨立氣孔係由3次元連結之陶瓷壁所形成。且，可知陶瓷壁厚度為1.3~6.1μm。再者圖3(b)可知獨立氣孔之內壁為微細凹凸形狀。
另一方面，如由圖6(a)(b)所了解，可知材料Z1不具有球狀之獨立氣孔係由3次元連結之陶瓷壁所形成之構造，故具有不均勻之氣孔組織。
如由圖4所了解，材料A1由進汞增量(Incremental Intrusion)曲線(差分細孔容積分佈曲線)，可知空隙之平均孔徑為2.1μm，且於平均孔徑±50%範圍內存在總細孔容積之62%。又，細孔徑100~400μm左右之進汞增量分佈係藉由壓入於樣品表面凹部之水銀求出者。且，與上述獨立氣孔徑比較時，可知空隙之孔徑具有獨立氣孔之10.5%之大小。總氣孔率由進汞累積(Cumulative Intrusion)曲線(累積細孔容累積分佈曲線)解析為70%。
如由圖5所了解，本發明材料A1由於在表2之位置存在波峰，故可知本發明之材料A1僅由碳化矽構成。
(實驗2)
針對上述材料A3、Z1，調查空隙之半徑與累積細孔容積之關係，及空隙之半徑與差分細孔容積之關係，其結果示於圖7~圖10。又，實驗方法係以與上述實驗1之[空隙之平均孔徑]所示之方法相同之方法進行。且，使用水銀壓入法算出累積細孔容積時，使用圖8及圖10算出自空隙之平均孔徑±50%之範圍內之累積細孔容積相對於總累積細孔容積之比例(%)。
如圖8所示，材料A3之情況，空隙之平均孔徑(半徑)為2.16μm，空隙平均孔徑之-50%為1.08μm，空隙平均孔徑之+50%為3.24μm。又，空隙之平均孔徑為1.08μm時之累積細孔容積為1.02mL/g，空隙之平均孔徑為3.24μm時之累積細孔容積為0.07mL/g，進而，總累積細孔容積為1.19mL/g。因此，自空隙之平均孔徑±50%範圍內之累積細孔容積相對於總累積細孔容積之比例(%)係如下述(2)式表示。
[(1.02-0.07)/1.19]×100=79.8(%)...(2)
且，如圖10所示，材料Z1之情況，空隙之平均孔徑為2.18μm，空隙平均孔徑之-50%為1.09μm，空隙平均孔徑之+50%為3.27μm。又，空隙之平均孔徑為1.09μm時之累積細孔容積為0.58mL/g，空隙之平均孔徑為3.27μm時之累積細孔容積為0.18mL/g，再者，總積分細孔容積為0.73mL/g。因此，自空隙之平均孔徑±50%範圍內之累積細孔容積相對於總累積細孔容積之比例(%)係 如下述(3)式表示。
[(0.58-0.18)/0.73]×100=54.8(%)...(3)
成為此種結果可由圖7及圖9之圖表而了解。
[產業上之可利用性]
本發明之多孔質陶瓷可使用作為高強度隔熱材、人工骨頭、濾油器、坩堝、真空卡盤、觸媒擔體、噴霧噴嘴、含浸潤滑劑之軸承、金屬熱處理台架、高效率氟射放熱材、原子爐用爐壁材、原子爐儲存容器等。
1‧‧‧獨立氣孔
2‧‧‧陶瓷壁
3‧‧‧於獨立氣孔間連通之空隙

Claims (14)

  1. 一種多孔質陶瓷，其係使含有由氮化鋁、碳化矽及氮化矽所組成之群選出之至少1種之陶瓷粒子、與碳質粒子，以使前述陶瓷粒子均一附著於該碳質粒子表面之方式混合二者後，邊擠壓混合物邊進行燒結，或擠壓混合物後進行燒結，獲得燒結體，隨後，藉由氧化燒除前述燒結體中所含之前述碳質粒子而製造。
  2. 如請求項1之多孔質陶瓷，其中殘留有前述碳質粒子之一部分。
  3. 一種多孔質陶瓷，其係具備含有由氮化鋁、碳化矽及氮化矽所組成之群選出之至少1種之陶瓷粒子之多孔質陶瓷，其特徵係具有前述陶瓷粒子之一部分結合而成之陶瓷壁，與由前述陶瓷壁包圍而形成之複數個獨立氣孔，且前述複數個獨立氣孔間以比前述獨立氣孔之孔徑小的孔徑之空隙連通，前述空隙之孔徑為10nm以上且5μm以下。
  4. 如請求項3之多孔質陶瓷，其中使用水銀壓入法算出累積細孔容積時，自前述空隙之平均孔徑的±50%之範圍內存在總累積細孔容積之60%以上。
  5. 如請求項4之多孔質陶瓷，其中使用水銀壓入法算出累積細孔容積時，自前述空隙之平均孔徑的±50%之範圍內存在總累積細孔容積之75%以上。
  6. 如請求項3~5中任一項之多孔質陶瓷，其中氣孔 率為50%以上且80%以下。
  7. 如請求項3~6中任一項之多孔質陶瓷，其中前述空隙之孔徑為前述獨立氣孔之氣孔徑之20%以下，且前述獨立氣孔之氣孔徑為5μm以上且50μm以下。
  8. 如請求項3~7中任一項之多孔質陶瓷，其中前述陶瓷壁之厚度為0.1μm以上且7μm以下。
  9. 如請求項3~8中任一項之多孔質陶瓷，其中前述獨立氣孔之內壁為微細凹凸形狀。
  10. 如請求項3~9中任一項之多孔質陶瓷，其3點彎曲強度為1MPa以上且200MPa以下。
  11. 如請求項3~10中任一項之多孔質陶瓷，其中前述獨立氣孔中，一部分獨立氣孔內存在有碳質材料。
  12. 如請求項11之多孔質陶瓷，其中前述碳質材料相對於前述陶瓷壁之重量比例係朝厚度方向梯度地降低。
  13. 一種多孔質陶瓷之製造方法，其特徵係具備下列步驟：使含有由氮化鋁、碳化矽及氮化矽所組成之群選出之至少1種之陶瓷粒子、與碳質粒子，以使前述陶瓷粒子均一附著於該碳質粒子表面之方式混合，獲得混合體之第1步驟，邊加壓前述混合體邊燒結，或加壓前述混合體後進行燒結，獲得燒結體之第2步驟，氧化燒除前述燒結體中所含之前述碳質粒子之第3步驟。
  14. 如請求項13之多孔質陶瓷之製造方法，其中前述第3步驟中，係以殘留有前述碳質粒子之一部分之方式進行氧化燒除。
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