JPH0155226B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は緻密層を有する多孔質セラミツクスの
製造方法に係り、特に高強度でしかも多孔質部分
の気孔が均一な多孔質セラミツクスを製造する方
法に関する。

［従来の技術］ 近年、高温高強度構造材料として窒化珪素、炭
化珪素、サイアロン等の非酸化物セラミツクス、
あるいは酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム
等、いわゆるニユーセラミツクスが急速にクロー
ズアツプされ、多くの研究や開発がなされてい
る。これらのセラミツクスの用途は、ガスタービ
ンのブレードや燃焼器、デイーゼルエンジンのシ
リンダやピストンその他高温用機械部品として数
多くある。

セラミツクスの中でも多孔質のセラミツクスは
断熱性、吸音性、軽量性等の点において優れた特
性を有するところから広い範囲の応用が期待され
ている。多孔質セラミツクスは、通常セラミツク
ス粉体の加圧成形密度を低くして焼成を行なう
か、又は成形時に揮発性あるいは可燃性物質を添
加して焼成を行なう混合法、あるいはシラスのよ
うに焼成過程で発泡するような材料を用いる発泡
法、などの方法によつて製造されている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、多孔質セラミツクスはその優れた特
性を有する反面、強度が劣り、高強度を要求され
る用途には使用し得ないという欠点を有してい
る。

このようなことから、高強度化をはかるため
に、例えば予め製造された多孔質セラミツクスの
表面に緻密質セラミツクスを接着する方法、ある
いは気相蒸着等により多孔質セラミツクスの表面
部の気孔を充填する方法等が考えられている。

しかしながら、多孔質セラミツクスの表面に緻
密質セラミツクスを接着する方法は、接着強度が
低かつたり、接着界面における熱膨張差に起因し
た熱応力、あるいは接着層の強度不足等の問題が
あり、使用条件によつては剥離や割れが発生する
可能性もある。また、気相蒸着により気孔を充填
する方法は気孔内を完全にうめることが難しく、
しかも処理時間が長いという欠点を有する。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、多
孔質層と、緻密層とを有し、しかも両層間で熱応
力による割れ等の発生が殆どない、緻密層を有す
る多孔質セラミツクスの製造方法を提供するもの
であり、 可燃性の物質からなる粒状物を核材とし、該核
材の表面にセラミツク粉末を付着させてなる複合
粒子の層にセラミツク粉末の層を積層し、これを
加圧成形することにより、核材とセラミツク粉末
との複合圧粉体を得、しかる後、該複合圧粉体を
加熱して、核材の燃焼除去と、焼成してセラミツ
ク粉末の焼結とを行なうことを特徴とする緻密層
を有する多孔質セラミツクスの製造方法、 を要旨とするものである。

以下に本発明を図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図ないし第４図は本発明の一実施例に係る
緻密層を有する多孔質セラミツクスの製造過程を
説明する概略的な断面図である。

本発明においては、まず、第１図の如く、可燃
性の物質からなる粒状物を核材１として用い、こ
の核材１の表面にセラミツク粉末２を付着させ
て、複合粒子３を得る。核材としては、高温で酸
化燃焼する物質の粒状物、好ましくは球状物を用
いるが、具体的には炭素、黒鉛等の酸化燃焼性物
質、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレ
ン等の有機高分子系熱可塑性樹脂の粒状物あるい
は、これらを適当な可燃性バインダーで造粒した
もの等が用いられる。可塑性の核材を用いた場合
には、後工程の加圧成形によりこの核材１が変形
し、より緻密な成形体を得ることができる。

核材１の粒径は目的とする多孔質部の気孔径に
より決定される。可塑性の核材を用いる場合に
は、目的とする気孔径よりも若干大きめの粒径を
有する核材を用いれば良い。

核材１の表面にはセラミツク原料粉末２をなる
べく均一に付着（コーテイング）させるのが好ま
しい。

コーテイング方法は通常採用し得る種々の方法
が採用可能であるが、例えば、流動層状態にした
核材に適当なバインダーを含むセラミツク顔料粉
末溶液をスプレーにより付着させる方法、あるい
は、核材をセラミツク原料粉末の懸濁液（コーテ
イングすべき物質が可溶性のものであればその溶
液）に浸漬させた後、乾燥させる方法等が適当で
ある。

セラミツク粉末としては特に制限されず、ジル
コニア、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、サイア
ロン、シリカ等、各種のセラミツク粉末を用いる
ことができる。

かくの如くセラミツク粉末を付着せしめた複合
粒子３は、次いでこれを第２図の如く、プレス金
型１０，１１等に、セラミツク粉末層２１、複合
粒子３の層２２及びセラミツク粉末層２３の積層
体を形成するべく、セラミツク粉末、複合粒子、
セラミツク粉末の順で所定量充填し、加圧成形す
る。加圧成形をするに際し、核材１が熱可塑性物
質であれば、核材１が可塑性を示す温度以上に加
熱して加圧するのが好ましい。また加圧成形の
際、金型内を減圧にして空気泡を抜く様にするこ
とはセラミツクス部分の緻密化の程度を向上させ
る点からして効果的である。

なお、加圧成形法は、上述の金型を用いる方法
のほか、第５図に示す如く、ゴム型１６を用いて
行う静水圧プレス法も採用可能である。

セラミツク粉末層２１及び２３を形成するセラ
ミツク粉末としては、複合粒子３にコーテイング
されているセラミツク粉末と同一の材質のものを
用いるのが好ましいが、異なるものを用いること
も可能である。

かくして、第３図に示す如き断面形状の、中間
層に核材１が均一に分散した核材１とセラミツク
ス２０との複合圧粉体４が得られる。

加圧成形により得られた複合圧粉体４は、次い
で核材１の燃焼除去及びセラミツク２０の焼結を
行なうべく焼成される。この焼成の手順として
は、まず核材１を燃焼させる仮焼を行なつた後、
セラミツクス２０を強固に焼結させる本焼成を行
なうようにしても良いが、酸素含有雰囲気中でセ
ラミツクス２０の焼結と核材１の酸化除去とを同
時に行なつても良い。また、非酸化雰囲気中でセ
ラミツクス２０を仮焼結した後、酸素含有雰囲気
中で加熱し、核材１の酸化除去を行ない、最後に
非酸化雰囲気中あるいは酸素含有雰囲気中で本焼
結を行なつても良い。

焼成により、第４図に示す如く、核材１の存在
していた箇所が気孔５となり、表面が緻密質の多
孔質セラミツクス６が得られる。

なお、上述の説明においては、セラミツク粉末
層、複合粒子層及びセラミツク層の３層を形成す
ることにより、両表面が緻密な多孔質セラミツク
スを製造する場合について述べたが、第６図ａの
如く、セラミツク粉末層３１と複合粒子層３２の
２層を形成して、同様に加圧成形及び焼成を行な
うことにより、第６図ｂの如き一表面のみが緻密
な多孔質セラミツクス７を製造することもでき
る。

また、本発明においては、第７図の如く、内部
に緻密層を有し両表面が多孔質の多孔質セラミツ
クス８、あるいは、第８図の如く緻密層と多孔質
層との積層体である多孔質セラミツクス９を製造
することも可能である。

第７図の例では、まず型内に複合粒子層を充填
し、その上にセラミツク粉末層を充填し、更にそ
の上に複合粒子層を充填した後、加圧成型及び焼
成を行なう。

第８図の例では、セラミツク粉末層及び複合粒
子層を交互に充填し、最後にセラミツク粉末層を
充填した後、加圧成型及び焼成を行なう。

更に、成型用の型の形状を適宜選定することに
より、板状のものに限らず、第９図及び第１０図
の如く、円柱形状の多孔質セラミツクスを製造す
ることもできる。（なお、第９図及び第１０図は、
各々、表面に緻密層４４を有し、中心部に多孔質
層４２を有するセラミツクス４０、及び、表面に
多孔質層４２を有し、中心部に緻密層４４を有す
るセラミツクス４６を示す。） ［作 用］ 可焼性の核材を気孔化剤として用いるので、核
材の粒径、核材に付着させるセラミツク粉末のコ
ーテイング層厚さ、成型用の型に充填するセラミ
ツク粉末層厚さ、複合粒子層厚さを変更すること
により、所望の気孔径、気孔率、緻密層厚さ、多
孔質層厚さを有する緻密層を有する多孔質セラミ
ツクを容易に製造することができる。

また、緻密層のセラミツクスと多孔質層のセラ
ミツク部分とが連続した一体物であるため、熱応
力による割れや剥離が発生することは殆どなく、
セラミツクス部分の極めて緻密で高強度な多孔質
セラミツクスとなる。

［実施例］ 以下に本発明を実施例により更に具体的に説明
するが本発明はその要旨を超えない限り、以下の
実施例に限定されるものではない。

実施例 １ 核材として、市販炭素粉を流動層方式にて造粒
し、粒径約700μの夥粒状核材を得た。この核材
にセラミツク粉末（3mole％Y₂O₃入りZrO₂）を
パンコーテイング装置にて付着コーテイングして
複合粒子を得た。

第１図に示す如き円筒状金型に、まず核材にコ
ーテイングしたと同一のセラミツク粉末を入れて
セラミツク粉末層を形成し、次いで上記で得られ
た複合粒子を入れて複合粒子層を形成し、最後に
再びセラミツク粉末層を形成させて３層構造と
し、これを室温にて乾式プレスした。得られた複
合圧粉体を750℃保持→1450℃の条件にて焼成し
た。またこの焼成は大気雰囲気で行なつた。

その結果、得られた焼結体の多孔質部分のかさ
密度は2.37ｇ／cm³（気孔率約60％）であり、気孔
は均一な独立気孔型であり、多孔質部分の両表面
にはかさ密度5.95ｇ／cm³の緻密質部分が連続一体
物として形成されていた。

この焼結体は強度的にも従来の多孔質体に比べ
て数段著れており、容易に破壊しなかつた。

［発明の効果］ 以上の通り本発明は、可燃性の核材にセラミツ
ク粉末をコーテイングした粒子の層にセラミツク
粉末層を複層に形成し、これを加圧成形し、次い
で焼成することにより緻密層を有する多孔質セラ
ミツクスを製造するものである。

しかして本発明の方法によれば、 多孔質部分の気孔径及び気孔分布が極めて均
一である。

多孔質部分のセラミツク相は極めて緻密で、
しかも、緻密質部分と連続した一体物であるた
め、剥離や熱応力による割れが発生することが
なく、極めて高強度である。

多孔質部分の気孔径及び気孔率は核材の粒径
あるいはセラミツク粉末のコーテイング層厚を
選択することにより任意に変化させることがで
き、著しく高気孔率のものから低気孔率のもの
まで自在に調整できる。

緻密質部分の層厚さは、成型用の型（ゴム
型、金型）に充填するセラミツク粉末の層厚さ
により任意に変化させることができる。

等の効果が奏される。

従つて、本発明方法によれば、各種の構造体と
して有用な優れた緻密層を有する多孔質セラミツ
クスを提供することができ、工業的に極めて有利
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は核材及びセラミツク粉末コーテイング
層を示す断面図、第２図は本発明の加圧工程を説
明する断面図、第３図は第２図の加圧成形により
得られる複合圧粉体の断面図、第４図は第３図の
複合圧粉体を焼成して得られる緻密層を有する多
孔質セラミツクスの断面図である。第５図はゴム
型による加圧方法を説明する図である。また、第
６図は本発明の他の実施例を説明する断面図であ
り、第６図ａは金型への充填例を示す図、第６図
ｂは得られる緻密層を有する多孔質セラミツクス
を示す図である。第７図〜第１０図は本発明の方
法により得られる多孔質セラミツクスを説明する
図であり、第７図及び第８図は断面図、第９図及
び第１０図は斜視図である。 １……核材、２……セラミツク粉末、３……複
合粒子、４……複合圧粉体、５……気孔、６，
７，８，９，４０，４６……多孔質セラミツク
ス、１０，１１……金型、１６……ゴム型。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 可燃性の物質からなる粒状物を核材とし、該
   核材の表面にセラミツク粉末を付着させてなる複
   合粒子の層にセラミツク粉末の層を積層し、これ
   を加圧成形することにより、核材とセラミツク粉
   末との複合圧粉体を得、しかる後、該複合圧粉体
   を加熱して、核材の燃焼除去と、セラミツク粉末
   の焼結とを行なうことを特徴とする緻密層を有す
   る多孔質セラミツクスの製造方法。