JPH02254106A - 無機質多孔体の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、二次元あるいは三次元の無機質多孔体の製造
方法に関する。セラミックス系の無機質多孔体は例えば
溶融金属中の非金属介在物を除去するフィルター等とし
て使用され、また金属系の無機質多孔体は触媒担体エレ
メントとして使用される。

〔従来の技術］ 多孔質の有機高分子材料例えばウレタンフオームの骨格
に、無機質微粉末を例えば有機質接着剤と混練して塗着
し、これを加熱すると有機高分子材料の骨格は分解ある
いは蒸発して除去されまた無機質微粉末は例えば焼結し
て、無機質多孔体が得られる。

第３図はこの無機質多孔体を製造する方法の加熱におけ
る従来の熱処理温度の例を示す模式図である。図中１と
２の間で有機高分子材料は除去される（脱脂される）が
、この間の昇温速度が大きいと、従来は無機質多孔体に
ワレやふくれが多発するために、例えば１℃／ｈｒ〜５
０℃／ｈｒの昇温速度で、極めて緩やかに昇温されてい
た。

図中２と３の間は、脱脂後の昇温速度の例で、この間に
無機質微粉末は焼結しあるいは還元されて焼結する。図
中４はこの還元期の例である。

［発明が解決しようとする課題］ 既に述べた如く、従来の方法では第３図の１と２の間の
昇熱速度が極めて緩やかであるため、加熱時間が長く、
従って生産性が低い。

第３図で１と２の間の熱処理と、２と３の間の熱処理は
連続炉で連続して行う場合や、別の炉で行う場合がある
が、１と２の間の熱処理時間が長くなり過ぎると、連続
炉の場合も別の炉で行う場合も設備上あるいは工程上好
ましくない。

本発明は、無機質多孔体にワレやふくれを発生させるこ
とがなく、かつ第３図の１と２の間の熱処理を短時間で
行う事ができる。無機質多孔体の製造方法を提供するも
のである。

［課題を解決するための手段および作用コ本発明は、多
孔質の有機高分子材料の骨格に無機質微粉末を接着剤に
より塗着した後、これを加熱して有機高分子材料を脱脂
し更に無機質微粉末を焼結する方法に関する。

本発明で多孔質の有機高分子材料とは、例えばウレタン
フオームや化学繊維で形成した網や有機質三次元織物（
株式会社有沢製作所製）等をいう。

本発明ではこれ等の多孔質の有機高分子材料の骨格に無
機質微粉末を塗着する。無機質微粉末は、例えばＣＭＣ
やリン酸ボンドや水ガラス等の水溶液や他の適当な接着
剤を用いて有機高分子材料の骨格に塗着する。粒径が５
０μ以下の粒子よりなる無機質微粉末は、有機高分子材
料の骨格に塗着させ易い。しかし粒径が１μ以下の粒子
では、塗着した際の粒子間の間隙が小さく、後で述べる
有機高分子材料のガス状の分解生成物の逸散が困難とな
る。無機質微粉末は例えば鉄粉やステンレス鋼粉末の如
き金属粉末であってもよいし、あるいは鉄粉と金属クロ
ム粉とフェロニッケル粉を混合した２種以上の金属の混
合粉末であってもよいし、あるいは例えば鉄粉に炭素粉
を混合した金属粉と非金属粉との混合粉末であってもよ
い。

更に無機質微粉末は、酸化鉄粉であってもよいしあるい
は酸化鉄粉と炭素粉末との混合粉末であってもよいし、
あるいは酸化鉄粉や酸化鉄粉と炭素粉末との混合粉末に
、金属クロム粉末の如き合金元素粉末を添加した混合粉
末であってもよい。

例えば酸化鉄粉と炭素粉末との混合粉末よりなる無機質
微粉末は、後で述べる焼結化の加熱過程で酸化鉄粉は炭
素粉末によって還元されて、鋼に相当する成分の無機質
多孔体となるが、本発明の無機質粉末には、この混合粉
末も含まれる。

本発明の無機質微粉末はまた、セラミックス組成の微粉
末あるいは混合微粉末であってもよい。

セラミックス組成の微粉末としては、例えばＡＱ　ｚＯ
ｚ　＋　Ｚｒ２Ｏ３，ムライト、　ＳｉＣ，ＳｉＮ等の
微粉末やこれ等の混合粉末があげられる。またセラミッ
クフェライト多孔体用の微粉末としてＦｅＯにＭｎＯ。

ＺｎＯ、ＭｇＯ等を混合したフェライト組成の微粉末で
あってもよい。

後で述べる如く本発明では、有機高分子材料の液化開始
温度から該液化開始温度＋１００℃の間の昇温速度を３
０〜ｂ 質微粉末を用いた場合も、この昇温速度の加熱を行う事
によって、無機質多孔体、にワレやふくれを発生させる
ことはない。

本発明では、無機質微粉末を塗着した有機高分子材料を
、有機高分子材料を除去し無機質微粉末を焼結するため
に加熱するが、有機高分子材料の液化開始温度から該液
化開始温度＋１００℃の間の昇温速度を３０〜ｂ 本発明者等は、この加熱における昇温速度を研究して本
発明をなすに至った。第］−図はこの研究結果の例を示
す図である。

表面酸化鉄粉（Ｃ：　４　、５％、　Ｓｊ、：０．０５
％、　Ｍｎ：０．３５％。

Ｃｒ　：　０　、５０％、　Ｐ：０．０１％、　Ｓ：０
．０１％、０ニア％）の平均粒径１０μの微粉末をＣＭ
Ｃ水溶液で混練しスラリー状とし、これをウレタンフオ
ーム（孔径：　３ｍｍ　、寸法：　］、０００ｍｍＸ　
１００ｍｍ　Ｘ　２０ｍｍ　、液化開始温度＝２５０°
Ｃ）の骨格−にに浸漬法で厚さ約１ｍｍに塗着し、１０
０℃で乾燥したものを供試材とした。

第１図で５は液化開始温度、６は液化開始温度＋１００
℃、７は焼結開始温度、８は焼結終了温度である。

尚図中点線９は、従来の加熱法における昇温速度の上限
である。

本発明者等は、昇温速度が２５０℃／分以下の範囲で、
各温度の昇温速度が無機質多孔体の焼結製品のワレやふ
くれに及ぼす影響を調査した。

第１図の第１領域では昇温速度の大小に関わりなく、ワ
レやふくれのない健全な無機質多孔体が得られた。従来
はこの領域も緩やかに昇温しでいたが、この第１領域は
昇温速度が大きくても、焼結後の無機質多孔体には品質
」二の格別の支障はない。この理由は、本発明の製造方
法はＩＩ　Ｉ　Ｐ　ｒＡやＳＩＰ法とは異なり、無機質
微粉末を加圧して成形しないで、ウレタンフオーム等に
塗着して成形するため、粒子間の結合が緩やかで熱膨張
代の逃げ場が多く、また供試材が多孔体であるため多孔
体の貫通孔を流通するガス流によって供試材は均一に加
熱されて熱応力も小さいためと考えられる。

第１図の第２領域では、昇温速度が１℃／分以下の極め
て緩やかな昇温速度の場合と、３０〜ｂ後の無機質多孔
体にはワレやふくれがなく健全である。しかし１℃／分
超〜３０℃／分未満の昇温速度では、焼結後の無機質多
孔体にはワレやふくれが観察される。又２０１℃／分以
上の極めて早い昇温速度では、多孔体が一部又は全体が
解体してしまう。

第１図の第２領域では有機高分子材料の骨格の液化や熱
分解が起り、又ガス状の熱分解生成物は無機質微粉末の
粒子の間隙を通って逸散する。

昇温速度３０℃／分以下ではワレやふくれが発生する理
由は必ずしも明らかではないが、昇温速度が３０℃／分
以下では、無機質微粉末で形成された外殻の内部に液化
した有機高分子材料が閉じこめられ外殻を加圧するため
にワレやふくれが発生するものと想考される。又昇温速
度が３０℃／分以上ではワレやふくれが発生しない理由
も明らかではないが、昇温速度が３０℃Ｚ分以上では、
ガス状の熱分解生成物が無機質微粉末の粒子の間隙を通
って逸散し易く、従って熱分解した有機高分子材料は逐
次逸散して、無機質微粉末で形成された外殻を加圧する
事がなく、ワレやふくれを発生させない。

２０１℃／分以上の昇温速度で多孔体の一部が解体する
のは、有機高分子材料が爆発的に発生するものと想考さ
れる。

第１図の第３領域では、供試材のＯとＣが反応して酸化
鉄は還元される。しかし第３領域では昇温速度が大きい
場合も小さい場合もワレやふくれが発生することはない
。即ち第２領域の昇温速度を３０〜ｂ 例えば脱脂や酸化鉄の還元を十分に行わせるために緩や
かに昇温しでも、製品にワレやふくれが発生する事はな
い。従って第３領域の昇温は脱脂や酸化鉄の還元に適し
た条件で行う事ができる。

第３領域でワレやふくれが発生し難い理由は、第１領域
の説明で述べたと同様に、本発明の無機質微粉末は粒子
間の結合が緩やかで熱膨張代の逃げ場が多く、又貫通孔
を有するために均一に加熱されて熱応力も小さいためと
考えられる。

第１図の第４領域では無機質微粉末が焼結化する。第４
領域においても昇温速度によってワレやふくれが発生す
る事はない。即ち第２領域の昇温を３０〜２００℃／分
で行う事によって、第４領域の昇温は焼結化に適した条
件で行う事ができる。

第４領域でワレやふくれが発生しない理由は第３領域で
述べたと同じ理由によると思われる。

以上述べた如く、本発明では、有機高分子材料の液化開
始温度から該液化開始温度＋１００℃の間の昇温速度を
３０〜ｂ この急激な昇熱を行う事によって、焼結後の無機質多孔
体のワレやふくれは防止できるが、無機質微粉末を塗着
した多孔質の有機高分子材料の各骨格を、まんべんなく
急激に昇温する事は、従来の通電加熱型の熱処理炉やガ
ス焼結型の熱処理炉では容易ではない。

本発明者等は誘導加熱炉を用いて、この急激な昇温を行
ったが、何れの骨格にもまんべんなく、制御性のよい急
激な昇温か達成できた。

［実施例１コ ３次元ウレタンフオーム（孔径：１ｍｍ、寸法：１００
ｍｍ　Ｘ　１００＋ｎｎ＋　Ｘ　１０ｍｍ　、液化開始
温度：２３０℃）にムライト粉末１μ〜４５μで８５％
構成されるものをリン酸アルミニウム溶液を粘着剤とし
てスプレー法でウレタンフオームの骨格に塗着し、１０
０℃Ｘ３０分間乾燥した後、１０ＫＨｚ誘導炉にて大気
雰囲気で室温から３５０℃まで１００℃／分の高速加熱
後、１５分間３５０℃で脱脂を実施し、その後１５０℃
／分の高速加熱を行い８００℃で３時間焼結したところ
、健全な溶鉄濾過用のセラミックフィルターが出来た。

従来法では製造に２日間かかっていたが、１時間で製造
可能となった。

［実施例２］ エポキシ樹脂でコーティングされた３次元編物（孔径：
　１５ｍｍ、　’３００ｍｍＸ３００＋ｎｍＸ２０ｍｍ
、液化開始温度：１００℃）に粒銑を湿式粉砕した鉄粉
（Ｃ：４．０％。

Ｓｉ：０．１０％、Ｍｎ：０．５０％、Ｃｒ：０．５０
％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．００５％、酸素：６．５
％）５μ〜１５μで９０％構成される粉末を、ＣＭＣ水
溶液を粘着剤として含浸法により３次元編物の骨格上に
塗着し、１００℃×６０分乾燥した後、２０ＫＨｚ高周
波誘導炉にてＮ２雰囲気中で室温から２００℃まで５０
℃１分の高速加熱を実施し、２００℃で１０分間脱脂し
た後２００℃／分の昇温速度で１２００℃で自己還元焼
結を約６０分実施したところ、複合材料用骨格に使用出
来る強固で健全な鉄条孔体が得られた。

従来法では３日間かかった製造工程を２時間に短縮可能
となった。

（実施例３］ 実施例２と同様の供試材を第２図に示す２炉からなる高
周波誘導加熱炉（脱脂専用炉および焼結専用炉）を直列
に配し、脱脂炉の昇温速度：１００℃／分で２００℃ま
で加熱し、約６０分間脱脂し、その後焼結炉に移動し、
２００℃／分で１２００℃まで加熱し、約６０分焼結す
る事を連続的にくり返し、鉄条孔体を連続的に且つ経済
的に製造することができた。

［発明の効果］ 本発明により、無機質多孔体の製造に際して熱処理時間
が大幅に短縮化でき、かつ無機質多孔体の製品のワレや
ふくれの発生を有効に防止する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱処理の温度領域と許容昇温速度の例を示す図 第２図は実施例で使用した熱処理装置の例を示す図 第３図は従来の熱処理温度の例を示す図である。 ５：液化開始温度、　６：液化開始温度＋１００℃、７
：焼結開始温度、　８：焼結終了温度、　９：昇温曲線
（従来法）、　■０：被熱処理材（無機質微粉末塗着の
有機高分子材料〜無機質多孔体）、１１：脱脂用高周波
炉、　１２：焼結用高周波炉、１３：冷却室、　１４：
Ｎ２ガス、　１５：被熱処理材の搬送方向、　１６：シ
ールカバー

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）多孔質の有機高分子材料の骨格に無機質微粉末を
   接着剤により塗着した後、加熱するに際して、有機高分
   子材料の液化開始温度から該液化開始温度＋１００℃の
   間の昇温速度を３０〜２００℃／分として脱脂すること
   を特徴とする、無機質多孔体の製造方法。
2. （２）無機質微粉末が、その８０％以上の粒径が１μ〜
   ５０μの粒子よりなる無機質微粉末である、請求項（１
   ）に記載の無機質多孔体の製造方法。
3. （３）無機質微粉末が金属粉末あるいは２種以上の金属
   の混合粉末あるいはこれ等と非金属との混合粉末である
   、請求項（１）または（２）に記載の無機質多孔体の製
   造方法。
4. （４）無機質微粉末が、酸化鉄粉あるいは酸化鉄粉と炭
   素粉末との混合粉末あるいはこれ等に合金元素粉末を加
   えた混合粉末である、請求項（１）または（２）に記載
   の無機質多孔体の製造方法。
5. （５）無機質微粉末がセラミックス組成の微粉末あるい
   は混合微粉末である、請求項（１）または（２）に記載
   の無機質多孔体の製造方法。
6. （６）有機高分子材料の液化開始温度から該液化開始温
   度＋１００℃の間の昇温速度を３０〜２００℃／分で加
   熱する装置が誘導加熱炉であることを特徴とする、請求
   項（１）または（２）または（３）または（４）または
   （５）に記載の無機質多孔体の製造方法。