JPH04119977A - 多孔性傾斜機能材料の製造方法 - 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、肉厚方向に気孔密度が連続的に変化する多孔
性傾斜機能材料を製造する方法に関する。

［従来の技術］ 従来、組成すなわち複数の微粒子成分の混合比率が肉厚
方向に連続的に変化する傾斜機能材料の製造に関して、
ＣＶＤ法及びＰＶＤ法などの真空成膜技術、原料粉末を
敗イｈして順次に積層する粉末散布技術など、各種の成
層方法が提案されている。

この粉末散布技術は、積層面上方をＸ、Ｙ方向に相対移
動するノズルから、混合比率を変化させつつ原料粉末を
散布又は噴霧するものである。

また従来、気泡コンクリートのように内部に均一な気孔
密度を有する多孔性材料品が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら真空成膜技術を用いた傾斜成層方法は、μ
ｍオーダ程度の薄膜の形成には好適であるが、それ以上
の厚膜の形成には時間が掛かり過ぎて実際的ではなかっ
た。

一方、粉末散布技術を用いた傾斜成層方法は、真空成膜
技術よりも高い成層速度をもつが、以下のような欠点が
ある。

まず第１に、散布又は噴霧により周囲が原料粉末で汚損
され、作業環境が悪化する。第２に、噴霧ノズルが積層
面上方をＸ、Ｙ方向に相対移動するために作業能率が劣
り、かつ、面方向における組成のばらつきが大ぎい。

更に、上記した従来の多孔性材料品は、気孔密度が均一
に形成されているので、例えば表面と内部とで異なる機
能（特性）をもたせるには、複数種類の部材を張り合せ
る外はなかった。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、肉
厚方向に気孔密度が連続的に変化する多孔性顛斜機能梢
￥Ｎ１を製造する方法を提供覆ることを解決すべき課題
とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の多孔性傾斜機能材料の製造方法は、複数種類の
懸濁微粒子が懸濁される懸濁液中における前記懸濁微粒
子の混合比率を連続的に変化させる懸濁工程と、該懸濁
液を固液分離して組成が製造方向に連続的に変化する傾
斜組製造を形成する傾斜粗製造形成工程と、該傾斜組製
造中の少なくとも一種類の前記懸濁微粒子の反応により
気孔を形成する気孔形成工程とを具備することを特徴と
している。

好適な一実施例において、気孔は、傾斜組製造中の特定
の懸濁微粒子の焼失又は熱分解させて形成される。

本発明の製造方法を用いて形成され気孔率が連続変化す
る多孔性傾斜機能材料品は、例えば濾材に用いられる。

濾材には流体又は所定直径以下の粒子をろ過するための
多数の微小な連続孔をもつ濾過部と、濾過圧力に耐えて
濾過部を機械的に支持する支持部とを必要とする。支持
部の気孔密度が濾過部と等しい従来の濾材では、被濾過
液に接する濾材表面部により上記濾過部か構成される。

そして、この濾材表面部を除く濾材の大部分は上記支持
部を構成するものの、濾過に対しては単なる抵抗体に過
ぎない。本発明によれば、気孔密度を連続的に（あるい
は段階的に）変化させられるので、濾材内部のいわゆる
支持部は、濾材の表面部いわゆる濾過部と一体化してそ
れを支えるとともに、濾過時の圧力損失を軽減して濾過
効率を向上させることができる。

気孔形成用の懸濁微粒子としては例えばカーボン粒子や
樹脂粉末が考えられる。これらカーボン粒子や樹脂粉末
は高圧酸素環境下における焼結工程において酸化され、
気孔を形成する。又、熱分解する気孔形成用の懸濁微粒
子として例えばでん粉などの水不溶性天然有機高分子物
質が上げられる。

［実施例］ 本発明の製造方法を実施する製造装置を第１図により説
明する。

この製造装置は、撹拌混合槽１と、濾過槽２と、循環ポ
ンプ３と、開閉バルブ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと、制御
装置９とからなる。

撹拌混合槽１には、スラリーＡ及びスラリーＢ注入用の
配管３８．３９か接続されており、これら配管３８．３
９はスラリー形成用の撹拌槽（図示せず）からスラリー
Ａ、Ｂを手力で供給する。

撹拌混合槽１に注入されたスラリーＡ及びスラリーＢは
撹拌機１１で充分に撹拌混合されて所定の混合比率の混
合スラリーとなり、混合スラリは開閉バルブ４ａを介し
て濾過４ｆ７２に送出される。

濾過槽２の中央部には、所定厚さの濾材２１が水平方向
に内設されており、濾過槽２の上部には混合スラリー導
入管２２と、混合スラリー排出管２３が接続されている
。そして、濾過ＷＪ２の下部は図示しない真空ポンプの
吸入部に接続されている。

ここで、スラリーＡは平均粒径が数μｍの３ｉＣ（炭化
珪素）粉末を水に懸濁したものであり、スラリーＢは平
均粒径が数μｍ以下のカーボン粒子を水に懸濁したもの
である。各スラリーＡ、　Ｂの濃度は適宜決定される。

制御装置９は、マイコンからなり、開閉バルブ４ａ、４
ｂ、４Ｃ１４ｄを開閉制御して混合スラリー及びスラリ
ーＡ、Ｂの流量を制御する。なあ、開閉バルブ４ｂはス
ラリーＡの撹拌混合槽１への供給を制御し、開閉バルブ
４ＣはスラリーＢの撹拌混合槽１への供給を制御し、開
閉バルブ４ｄは撹拌混合槽１から外部排水口への混合ス
ラリーの排出を制御する。

循環ポンプ３は撹拌混合槽１と濾過槽２との間で混合ス
ラリーを循環させて両者の組成を均一化する。

以下、この製造装置を用いた製造方法を第２図のフロー
チャートを参照して説明する。

（懸濁工程及び傾斜粗製造形成工程） まず、開閉バルブ４ｂを開いて撹拌混合槽１にスラリー
Ａを注入し、撹拌機１１及び循環ポンプ３を駆動する（
ＳＩＯ）。

所定時間Ｔ１後（Ｓ１２＞、開閉バルブ４ｂを閉じ開閉
バルブ４ａを開いてスラリーＡを濾過槽２に所定量だけ
導入し、同時に真空ポンプ（図示せず）を起動する（Ｓ
１４）。

濾過槽２に導入されたスラリーＡ中の５ｉＣ（炭化珪素
）粉末は、自重及び真空ポンプ（図示せず）による脱水
により濾材２１の上面に沈降集積する。

所定時間Ｔ２後（Ｓ１６）、すなわち濾材２１の上面に
沈降集積したＳｉＣ粉末層が所定厚となると予想される
場合、開閉バルブ４Ｃを開いて撹拌混合槽１中にスラリ
ーＢ（カーボンスラリー）を所定の流量で連続注入する
。同時に、開閉バルブ４ｄを開いて濾過槽２から所定の
流量で混合スラリーを排出する（８１８）。その結果、
撹拌混合槽１内のスラリーＡ、Ｂは撹拌機１１により充
分に混合されて、上記各槽１．２及び管路内の混合スラ
リー中のスラリーＢの割合が連続的に増加し、所定時間
後にはスラリーＢが所定濃度となる。

したがって、濾材２１の上面に沈降集積した上記ＳｉＣ
粉末層の上に組成が連続的に変化する混合層が製造され
、ケーク５となる。

所定時間Ｔ３後（Ｓ２０＞、開閉バルブ４ａ、４Ｃ１４
ｄを閉じ、撹拌機１１及び循環ポンプ３をオフし、濾過
槽２中に残留する混合スラリーを脱水した後、真空ポン
プをオフし、ケーク５を取出す（Ｓ２２）。

第３図に濾過槽２内の混合スラリーの時間的な組成変化
を示し、第４図にケーク５の肉厚方向の組成変化を示す
。

（気孔形成工程） 濾過槽２から取り出されたケーク５は、更に圧縮脱水さ
れた後、所定形状に成型され、乾燥され、焼結される。

すなわち、取出したケーク５を予備圧縮し、次に所定形
状に成形するかあるいはそのままの状態で高温高圧酸素
の存在下で焼結する。

なお、この焼結工程の代わりに酸素環境下においてホッ
トプレスを採用してもよい。

このようにすれば、ケーク（傾斜組製造）５中のカーボ
ン粒子は上記高温高圧下で酸素と反応して消失し、その
結果、肉厚方向に気孔密度が連続変化するＳｉＣセラミ
ックスが得られる。

この実施例で示したｄフ過型の製造装置を用いた場合、
撹拌混合槽１へのスラリーＡ、Ｂの注入流量と、濾過槽
２からの混合スラリーの排出流量と、濾過槽２での混合
スラリーの沈降集積速度とを制御すれば、山形の傾斜組
成をもつ傾斜機能材料を得ることもできる。

以下、この実施例の製造装置の変形態様を説明する。

濾過槽２は真空ポンプによる吸引濾過型式の伯に加圧濾
過型式、遠心分離型式、圧搾分離型式のものを採用でき
、伯に、電気泳動型式、スリップキャスティング形式の
固定液分離手段も当然利用することができる。

濾材２１を適宜希望の製品形状に形成することもできる
。

スラリーの分散媒としては水に限定されるものではなく
、仙の有機溶媒などを用いることができる。

上記のように焼結された多孔性のＳｉＣセラミックスは
、各種濾材として用いることもできる。

濾材として用いる場合、カーボン混入比率の増加により
内部の気孔を連続気孔とする必要がある。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の多孔性傾斜機能材料の製造
方法は、懸濁液中における懸濁微粒子の混合比率を連続
的に変化させつつ懸濁液を固液分離して傾斜組製造を形
成し、その後、所定の懸濁微粒子を反応させて気孔を形
成しているので、以下の効果を奏することができる。

（ａ）面方向の組成ばらつきが小さく、肉厚方向の気孔
密度の連続傾斜性に優れた多孔性傾斜材料を製造するこ
とができる。

（ｂ）噴霧や散布といった工程に依存しないので、環境
の悪化を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する製造装置の一例を示す模
式図、第２図は第１図の製造装置の動作を示すフローチ
ャート、第３図は濾過槽２内のスラリーの組成変化を承
り一線図、第４図は製造されたケークの肉厚方向の組成
変化を示す線図である。 特許出願人　　株式会社長尾工業

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数種類の懸濁微粒子が懸濁される懸濁液中にお
   ける前記懸濁微粒子の混合比率を連続的に変化させる懸
   濁工程と、 該懸濁液を固液分離して組成が成層方向に連続的に変化
   する傾斜組成層を形成する傾斜組成層形成工程と、 該傾斜組成層中の少なくとも一種類の前記懸濁微粒子の
   反応により気孔を形成する気孔形成工程と、 を具備することを特徴とする多孔性傾斜機能材料の成層
   方法。
2. （２）前記気孔形成工程は、前記傾斜組成層中の前記懸
   濁微粒子の焼失又は熱分解により前記気孔を発生させる
   工程である請求項１記載の多孔性傾斜機能材料の製造方
   法。
3. （３）請求項１記載の方法を用いて製造された気孔率が
   肉厚方向に連続変化する多孔性傾斜機能材料品。
4. （４）連続気孔を有し濾材として用いられる請求項３記
   載の多孔性傾斜機能材料品。