JPH04209772A - セラミック多孔体 - 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、異なる気孔径を有する複数のセラミック層か
ら構成されるセラミック多孔体に関する。

［従来の技術］ 周知の如く、セラミック多孔体は、連続した気孔を利用
したセラミックフィルターや、気孔を含んだ構造を利用
した断熱材等の分野で利用されている。

ところで、セラミックフィルターなどのセラミック膜は
透過抵抗を減少させるため、いわゆる非対称構造となっ
ているものが特性が良く、多用されている。また、気孔
径が小さい部分は透過抵抗が大きいため、この部分をで
きるだけ薄膜化するために非対称構造が採用されている
。ここで、非対称構造のセラミック膜は、一般に気孔径
の大きい支持体上に支持体気孔径よりも小さい気孔径を
もつ第１層を形成し、更にこの上に小さい気孔径をもつ
第２層を形成した複数層の構成となっており、膜厚方向
に非対称になっている。

一方、セラミック断熱材としては、セラミックファイバ
ーを成形したものや、発泡により気孔を形成した断熱煉
瓦が使用されているが、一つの製品としては気孔径の分
布は部分によって変化させであるものはなかった。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来のセラミック多孔体においては、支持体、
中間層、膜と順次成形していく非対称構造となっている
ため、製造工程が複雑で、コストも高くつく。

また、セラミック非対称膜を作る上で支持体気孔径に対
し次の層を形成するセラミック粒子径が小さいため、支
持体上に次層を形成するには次層粒子が支持体内に浸入
しないような手段を講じる必要があり、この点もセラミ
ック非対称膜を高価なものにしている理由の一つとなっ
ている。

一方、多孔質セラミック断熱材については、熱伝導の理
論からすれば不十分なものであるといわざるを得ない。

熱伝導率は、温度によって伝導メカニズムが異なり、高
温になると輻射による伝熱が増加するので、温度分布に
あわせて熱伝導率が最小になる構造となることが望まし
いが、断熱材−つの中にそのような構造をもったものは
なく、実際には十分な断熱効果が発現されていなかった
。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、使用目的に
応じて化学的成分や多孔構造の異なるものを簡単に作る
ことができ、かつコスト低減をなし得るセラミック多孔
体を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、気孔径の異なるセラミックスから構成される
複数のセラミック層を、気孔径の大きいセラミックスか
らなるセラミック層から気孔径の小さいセラミックスか
らなるセラミック層へ、順次厚さ方向に積層してなるこ
とを特徴とするセラミック多孔体である。

本発明におけるセラミック多孔体は気孔径を傾斜的に分
布させることを特徴とするが、かかる多孔体は種々の方
法で製造される。

例えば、材料の厚さ方向に細孔径が分布したセラミック
フィルター（板形状のセラミック多孔体）は、下記の■
〜■の各工程を経て作られる。なお、フィルターの細孔
はセラミック粒子間の空隙によって造出され、大きさの
異なるセラミック粒子を傾斜的に充填し焼結することに
よって細孔が傾斜的に分布し、連続する気孔をもったセ
ラミック多孔体が得られる。

■まず、粒度分布をもったセラミック粒子を水中に分散
し、スラリーとする。■次に、このスラリーを一定高さ
の水深をもったセラミック粒子を水中に静に投入する。

投入されたスラリー中のセラミック粒子は、その粒径に
応じて沈降速度が異なり、径の大きい粒子が先に沈降し
、粒径に従って傾斜的に沈降層ができる。■この後、こ
の沈降層を乾燥すると、傾斜的に細孔分布をした細孔形
状のセラミック多孔体の成形体が得られた。

また、水中における沈降速度が粒径に比例するという原
理を利用してバイブ形状のセラミック非対称膜を形成す
ることも可能である。例えば、この非対称膜は次のよう
な工程を経て作られる。■まず、円筒形状の空間を有す
る石膏型中に水を充填する。■次に、この水柱中心部に
スラリーが充填された細いバイブを導入し、栓を外すこ
とにより水柱の中心部にスラリーを導入する。■つづい
て、石膏型を回転し、遠心力でスラリー中のセラミック
粒子を石膏型方向に移動させ沈着させる。

■次いで、沈降層形成の後排水し、乾燥後／くイブ形状
の成形体を石膏型より取り出し焼結して、セラミック非
対称膜を形成する。

断熱材等に使用されるセラミック多孔体は、発泡法、可
燃物の燃焼除去、ファイバーと粒子の配合など、種々な
方法で作ることができ、夫々の製法において、傾斜的に
気孔径を導入することが可能である。ここで、発泡法に
よるセラミック多孔体を成形する際に、傾斜的に気孔径
を分布させる方法は下記■〜■に示す通りである。■ま
ず、セラミック粉粒体に水などの分散剤を加えてスラリ
ー状とし、これを発泡剤２バインダーなどを添加し、加
熱するなどして発泡剤を分解してガスを発生させ、スラ
リーを発泡させる。■次に、泡状体を乾燥して水分を除
去することによって固化する。

しかし、泡状体は表面積が大きいため、固化する前に泡
が合体して大きな泡に成長する。従って、泡を石膏板の
ような吸水性のある材料にのせる。

これにより、石膏に接する部分は吸水され、泡が合体す
る前に固化が進行する。このよう°にして泡径が傾斜的
に分布するセラミック発泡体が成形できる。■更に、こ
の発泡体を十分乾燥した後焼成することにより、泡径が
傾斜的に分布した泡状セラミックス多孔体を得る。なお
、可燃物を燃焼除去して気孔を導入するセラミックラス
多孔体についても、前記傾斜気孔非対称膜と同様に、可
燃物をまず傾斜的に成形し、可燃物粒子の空隙にセラミ
ックスラリ−を流し込む事によって成形できる。

［作　用］ 本発明によれば、使用目的に応じて化学的成分や多孔構
造の異なるものを簡単に作ることができ、かつコスト低
減をなし得るセラミック多孔体を得ることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

［実施例１］ ■まず、最大径２０μｍの電融アルミナ粒子と平均粒径
２μのバイヤー法アルミナ粉、及び平均粒径０．５μｍ
のアラム分解アルミナ粉を混合し、０．１〜２０μｍの
範囲をカバーするアルミナ粉粒体を調整した。次に、こ
の粉粒体１００部、イオン交換水３０部、ポリアクリル
酸アンモニウム０６５部をポットミルにて一昼夜混合し
てスラリーとした。

■一方、内径φ３０ｍｍ、長さ１００ｓｖの空洞部をも
った２つ割りの石膏型を予め製作しておき、この石膏型
中にアラム分解アルミナ粉５部を分散したイオン交換水
を満たし、この水中の中心部に内径φ５ａｓのガラス管
よりなるスポイト中より上記スラリーを静に注入した。

次に、石膏型に栓を施し、この石膏型を１１００Ｏｒｐ
で１０分間回転した。つづいて、栓を開放し、石膏型内
の水を静に流し出した後、室内に放置し内面にアルミナ
粉粒体よりなる薄い層を付着させた石膏型を乾燥した。

■次に、アルミナ管状成形体を石膏型を二つに割って取
り出した。総厚さ（Ｈ）は１■であり、２０μｍの粒子
から０．２μｍの粉に至る粉粒体が実質的に傾斜的に充
填焼結された。ここで、予め石膏型イオン交換水に分散
しておいたアラム分解アルミナ粉は、粒子成長し最小粒
径が０．２μｍとなっている事が確認された。なお、ア
ラム分解アルミナは、粒子成長し粒径が０．２μｍとな
っていた。

このようにして得られた管状アルミナ多孔体１は、第１
図及び第２図に示す如く、最外層である粒子径（Ｌ、）
２０μｍのセラミックスからなる最大径層２から最内層
である粒子径が０．２μｍのセラミックスからなる最小
径層３まで、各層の粒子径が順に小さくなるように複数
層積層された構成となっている。

事実、前記焼成体を切断し、顕微鏡で微細構造を観察し
たところ、層厚は約１ｍｓであり、２０μｍからの粒子
から０，２μｍの粉に至る粉粒体が実質的に傾斜して充
填焼結されていた。予め石膏型イオン交換水に分散して
おいたアラム分解アルミナ粉は、大きな粒子の結合に寄
与している事が確認された。アラム分解アルミナは、粒
子成長し最小粒径が０．２μｍとなっていた。

上記管状アルミナ多孔体の細孔径分布を水銀圧入ボロン
シメータで測定したところ、細孔径は０．１μｍから１
０μｍまで実質的に分布していた。

また、上記セラミック管は肉厚方向に傾斜的に気孔径分
布をもった管である事が判明した。更に、上記セラミッ
ク管をフィルターとして使用したところ、圧力損失が小
さく、かつ振動衝撃などに耐え、良好に使用できた。

［実施例２］ まず、実施例１と同様な方法にて、２０μｍがら５μｍ
の粒径のカーボン粒子から管状成形体を得た。次に、平
均粒径０．２μｍのイツトリア安定化ジルコニア粉８０
部、イオン交換水２０部、ポリアクリル酸アンモニウム
２部をボットミル中で一昼夜混合してスラリーとした。

つづいて、このスラリーを前記カーボン成形体中に含浸
した後、室内に放置し乾燥した。この後、これを空気中
で１４５０”Ｃ１２時間焼成し、カーボンを燃焼除去す
るとともに焼結し、φ２０ｍ　ｍの管状ジルコニア多孔
体を得た。

このようにして得られた管状ジルコニア多孔体は、図示
しないが、最外層が粒子径１５μｍのセラミックスから
なり、最内層が粒子径が３μｍのセラミックスからなり
、各層の粒子径が最外層がら順に小さくなるように複数
層積層された構成となっている。

［実施例３］ まず、平均粒径０．８μｍの窒化珪素粉１００部。

平均粒径０．２μｍのアルミナ粉５部、平均粒径０．５
μｍのイツトリア５部、イオン交換水３０部。

及びポリアクリル酸アンモニウム３部をボットミル中で
一昼夜混合し、スラリーを調整した。次に、このスラリ
ーにバインダーとしてメチルセルロース２部、整泡剤と
してステアリン酸アンモニウム２部添加し、泡立て機で
泡を立てた。つづいて、この泡を乾燥した石膏板に流し
、更に乾燥防止のため泡をビニールシートで覆って室内
に放置した。

泡状スラリー中の水分は石膏型に吸収され、泡の下面か
ら固化が進行した。同時に、泡は少しずつ合体していっ
た。−昼夜放置乾燥後、乾燥した泡状成形体を窒素ガス
中で６００℃、２時間加熱することで脱脂し、更に窒素
ガス中で１８２０℃で２時間焼成して泡状窒化珪素セラ
ミックスを得た。

泡状セラミックスを切断してセルの大きさを測定したと
ころ、乾燥方向に１００μｍから３００μｍの傾斜的に
セル径のが分布したものとなっている。

このセラミック多孔体を窒素雰囲気における断熱材とし
て使用したところ、従来のカーボンファイバーによる断
熱材に比べ、約２倍の断熱効果が得られた。

［発明の効果］ 以上詳述した如く本発明によれば、使用目的１こ応じて
化学的成分や多孔構造の異なるものを簡単に作ることが
でき、かつコスト低減をなし得るセラミック多孔体を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る管状アルミナ多孔体の
説明図、第２図は第１図のＸ−Ｘ＋こ沿う要部の断面図
である。 １・・・管状アルミナ多孔体、２・・・最大径層、３・
・・細小径層。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 気孔径の異なるセラミックスから構成される複数のセラ
   ミック層を、気孔径の大きいセラミックスからなるセラ
   ミック層から気孔径の小さいセラミックスからなるセラ
   ミック層へ、順次厚さ方向に積層してなることを特徴と
   するセラミック多孔体。