JPH06219864A

JPH06219864A - 多孔質セラミックの製造方法

Info

Publication number: JPH06219864A
Application number: JP5034746A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Suzuki; 利幸鈴木
Original assignee: Harima Ceramic Co Ltd
Current assignee: Harima Ceramic Co Ltd
Priority date: 1993-01-28
Filing date: 1993-01-28
Publication date: 1994-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】均一な気孔径・通気性、精密な機械加工が可
能、大型形状品が得られるなどの特性を備えた多孔性セ
ラミックを得る。【構成】内部がα−Ａｌ₂Ｏ₃、表面層がγ−Ａｌ
₂Ｏ₃、δ−Ａｌ₂Ｏ₃およびθ−Ａｌ₂Ｏ₃からなる平均粒
径１０〜１００μｍのアルミナ球状粒子を主材とした骨
材粒子に、外掛けで仮焼アルミナ粉５〜３０ｗｔ％およ
びＳｉＯ₂質焼結助剤２０〜７０ｗｔ％を添加した配合
物を成形後、焼成する。特に、微細気孔のガス吹き込み
用のフィルター、油含浸軸受材などに適した多孔性セラ
ミックが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微細気孔のガス吹き込
み用のフィルター、油含浸軸受材などに使用される多孔
質セラミックスの、製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記用途に使用される多孔質セラ
ミックスは、粒子径・粒子径分布などを調整したアルミ
ナ、チタニア、炭化珪素、磁器質シャモットなどを骨材
とし、これに焼結助剤としてガラス、粘土などを添加
し、成形後、焼成することで製造される。

【０００３】また、成形体の高強度化を目的として、ア
ルミナ粗粒子にＳｉＯ₂成分を添加し、１７００℃以上
の焼成によってムライト結合させる方法（特開平１−３
１７１７８号公報）、均一な通気性・気孔径を有する材
質を得るために、セラミックス球状粒子または球状造粒
粉を焼成する方法（特開昭６２−１９１４８０号公
報）、セラミックス球状粒子に焼結性促進剤を被覆し、
粒子の接点同志を焼結する方法（特開昭６２−２８３８
８２号公報）などが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】微細気孔のガス吹き込
み用のフィルター、油含浸軸受材などに使用される多孔
質セラミックは、均一な気孔径・通気性、精密加工が可
能、大型形状品が得られることなどが要求される。そし
て、機械加工のためには、焼結体が高強度、かつ高靭性
であることが必要である。

【０００５】球状のセラミック粒子を骨材とする多孔質
セラミックは、充填率が高く、気孔径、通気性ともに均
一である。しかし、骨材が球状であるためにマトリック
スとの接合強度が弱く、組織強度に劣る欠点がある。一
方、アルミナ粗粒子の骨材にＳｉＯ₂成分を添加し、焼
成時にムライト結合化させ方法は強度が向上するが、ム
ライト化のために１７００℃以上の高温焼成を必要と
し、大型形状品が得られ難い、焼結過多となって通気性
が不均一、精密な機械加工が困難であるなどの問題があ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は多孔質セラミッ
クの製造方法において、上記従来の問題を解決したもの
である。その特徴とするところは、内部がα−Ａｌ
₂Ｏ₃、表面層がγ−Ａｌ₂Ｏ₃、δ−Ａｌ₂Ｏ₃およびθ−
Ａｌ₂Ｏ₃からなる平均粒径１０〜１００μｍのアルミナ
球状粒子を主材とした骨材粒子に、外掛けで仮焼アルミ
ナ粉５〜３０ｗｔ％およびＳｉＯ₂質焼結助剤２０〜７
０ｗｔ％を添加した配合物を成形後、焼成する多孔質セ
ラミックの製造方法である。

【０００７】多孔質セラミックの製造方法においてその
骨材にアルミナ球状粒子が用いられることは、前記もし
たように既に公知である。これに対し本発明は、同じア
ルミナ球状粒子であっても、特に内部がα−Ａｌ₂Ｏ₃、
表面層がγ−Ａｌ₂Ｏ₃、δ−Ａｌ₂Ｏ₃およびθ−Ａｌ₂
Ｏ₃からなるものを使用する。

【０００８】アルミナ粒子の球状化は、例えばスプレ−
ドライ処理品の熱処理法、火炎溶射法などが知られてい
る。しかし、スプレ−ドライ処理品の熱処理法より得ら
れるアルミナ粒子は、全体がα−Ａｌ₂Ｏ₃である。火炎
溶射法では、一般には全体がα−Ａｌ₂Ｏ₃であり、十分
な加熱溶融が行なわれるとα−Ａｌ₂Ｏ₃がγ−Ａｌ
₂Ｏ₃、δ−Ａｌ₂Ｏ₃およびθ−Ａｌ₂Ｏ₃に変態する場合
がある。

【０００９】これに対し、本発明では内部にα−Ａｌ₂
Ｏ₃を残し、表面層がγ−Ａｌ₂Ｏ₃、δ−Ａｌ₂Ｏ₃およ
びθ−Ａｌ₂Ｏ₃よりなるアルミナ球状粒子を使用する。
α−Ａｌ₂Ｏ₃は機械的強度が大きい反面、高温下でも安
定なために焼結性が悪い。球状粒子のように接触面積が
小さい場合はなおさらである。本発明で使用するアルミ
ナ球状粒子は、内部はα−Ａｌ₂Ｏ₃であることにより、
粒子自身の強度を備え、しかも表面性状はγ−Ａｌ
₂Ｏ₃、δ−Ａｌ₂Ｏ₃およびθ−Ａｌ₂Ｏ₃によって活性で
あり、接触面積が増大してマトリックス部との焼結促進
され、成形体の強度が向上する。

【００１０】このアルミナ球状粒子は、例えば、酸素−
プロパン、酸素−アセチレン、酸素−水素などの火炎溶
射法で製造できる。内部がα−Ａｌ₂Ｏ₃、表面層がγ−
Ａｌ₂Ｏ₃、δ−Ａｌ₂Ｏ₃およびθ−Ａｌ₂Ｏ₃の粒子は、
粒子の粒径、火炎温度、火炎内の粒子濃度などのコント
ロールによって製造される。また、それに使用するアル
ミナ粒子は、焼結されていないために溶融球状化が容易
な仮焼アルミナが好ましい。

【００１１】アルミナ球状粒子の平均粒径は１０〜１０
０μｍとする。１０μｍ未満では粒径が小さいために、
例えば溶射法で球状化する際、内部がα−Ａｌ₂Ｏ₃が残
らず、全体がγ−Ａｌ₂Ｏ₃、δ−Ａｌ₂Ｏ₃およびθ−Ａ
ｌ₂Ｏ₃になる。１００μｍを超えるとマトリックスとの
接触面積が少なくなるためか、成形体の強度が低下し、
切削加工性に劣る。このアルミナ球状粒子と共に、本発
明では仮焼アルミナ粉を組合せ使用する。仮焼アルミナ
粉は、バイヤー法で得られた水酸化アルミニウムを約１
０００〜１４００℃の温度で加熱後、解砕して製造され
るものであり、微細なα−Ａｌ₂Ｏ₃から構成されてい
る。

【００１２】仮焼アルミナはマトリックスを構成すると
共に、活性なためにそれ自体も焼結促進剤としての作用
を持ち、表面層がγ−Ａｌ₂Ｏ₃、δ−Ａｌ₂Ｏ₃およびθ
−Ａｌ₂Ｏ₃よりなるアルミナ球状粒子との組合せにおい
て、比較的低温での焼成が可能となって、大型品の製造
が容易となる。従来材質のように高温焼成が必要な場合
は、大型品では成形体にキレツが生じやすい。

【００１３】また、仮焼アルミナは、アルミナという点
では骨材粒子と同一物質であり、後述する焼結促進剤に
比べて焼結作用が弱く、適度な焼結作用を持つために、
得られた成形体は通気性が均一、機械加工性に優れるな
どの特性をもつ。仮焼アルミナの添加量は、５ｗｔ％未
満では成形体の特に切削加工性に劣る。骨材粒子に比べ
て強度が小さいため、１０ｗｔ％を超えると成形体の強
度が低下する。

【００１４】ＳｉＯ₂質焼結助剤は、従来と同様にガラ
ス粉、シリカ粉、釉薬、粘土などから選ばれる一種また
は二種以上を用いることができる。その割合は、外掛け
で２０ｗｔ％未満では焼結効果がなく、７０ｗｔ％を超
えると過焼結となって通気性が不均一、切削加工が困難
などの問題がある。本発明は、以上の配合物を常法どお
り混練、成形、焼成する。混練の際には、ＰＶＡ、ワッ
クス、ステアリン酸などの結合剤を適当量添加する。例
えば、粘土を配合物に添加した場合は特に結合剤を添加
しなくてもよい。成形は、例えば鋳込み、オイルプレ
ス、フリクションプレス、ラバープレスなどによって行
なう。焼成温度は１０００〜１５００℃が好ましい。

【００１５】

【実施例】以下、本発明実施例とその比較例を示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】表１は、各例で使用した骨材、添加物およ
び焼結剤の特性である。溶射法によるアルミナ球状粒子
Ａ〜Ｄの製造は、酸素−プロパンガスの火炎溶射装置を
使用した。内部がα−Ａｌ₂Ｏ₃、表面層がγ−Ａｌ
₂Ｏ₃、δ−Ａｌ₂Ｏ₃およびθ−Ａｌ₂Ｏ₃アルミナ球状粒
子Ａ〜Ｃの製造は、溶射装置の性能、火炎温度などの諸
条件と共に、粒径の調と粒子濃度〔アルミナ粒子供給量
（ｋｇ）／可燃ガス量（ｍ³）〕を調整することで得ら
れた。

【００１９】スプレードライ処理により製造したアルミ
ナ球状粒子Ｅは、スラリ−をスプレードライ機により、
熱風温度２００℃にて平均粒径５０μｍに造粒したもの
である。アルミナ粉砕粒子は、焼結アルミナを微粉砕す
ることで得られた。各例は、表２に示す配合組成物に結
合剤としてＰＶＡを５ｗｔ％添加し、さらに適当量の加
水した上で混練後、オイルプレスにて１００ｋｇ／ｃｍ
²の成形圧により、６５０×３５０×７０ｍｍの成形体
を得た。焼成は、成形体を１２０℃で乾燥後、２００℃
／ｈｒの速度にて昇温し、表に示す温度で行なった。

【００２０】表２において、実施例１の焼成収縮率は
０．２％と小さく、焼成キレツは皆無であった。また、
見掛気孔率３５％、平均細孔直径２５μｍでありなが
ら、曲げ強度は６００ｋｇ／ｃｍ²あり、精密な機械加
工性が可能であった。アルミナ球状粒子Ｂを使用した実
施例２、実施例１の焼結剤の種類を変更した実施例３、
実施例２の焼結剤量と焼結温度を変更した実施例４、ア
ルミナ球状粒子のＡとＢを組合せた実施例５は、いずれ
も見掛け気孔率が３０％以上で、しかも平均細孔直径が
１０μｍ以上の多孔質でありながら、曲げ強度は６００
ｋｇ／ｃｍ²以上である。しかも、焼成収縮率が１％以
下で、成形体が比較的大型の６５０×３５０×７０ｍｍ
でありながら、焼成後のキレツは皆無であり、複雑な切
削加工も可能であった。

【００２１】比較例１は、平均粒径が本発明の範囲より
小さいアルミナ球状粒子Ｃを使用した場合である。溶射
処理直後には表面層の一部にγ−Al₂O₃が認められた
が、１０００℃以上の熱処理後ではすべてがα−Al₂O₃
化しいた。添加剤との組合せにおいて、平均細孔直径１
μ、見掛け気孔率１０％にもかかわらず、曲げ強度は４
００ｋｇ／ｃｍ²程度と小さく、焼成後にキレツが生
じ、かつ切削加工性も不良であった。比較例２は、全体
がα−Al₂O₃の球状粒子Ｄを用いたものであり、焼結体
の熱間強度が弱く、機械加工時にはボロつきが生じて加
工性に劣る。

【００２２】比較例３は、スプレ−ドライ処理による球
状粒子Ｅを用いた場合である。焼成収縮率が１０％と大
きく、焼成体には大きなキレツが発生した。アルミナ粉
砕粒子を用いた比較例４は、焼成体には微亀裂があり、
機械加工性も不良であった。比較例５は、仮焼アルミナ
の割合が本発明の範囲より多い材質である。焼結体の強
度が小さく、機械加工性にも劣る。

【００２３】以上の比較例は、すべて曲げ強度が４００
ｋｇ／ｃｍ²以下と、本発明実施例に比べて劣る。しか
も、その中でも、ある程の強度を示すものは切削加工時
にエッジが欠けやすく、強度が小さいものは加工中にボ
ロつきを生じた。すなわち、いずれも機械加工性が不良
であった。

【００２４】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
均一な気孔径・通気性、精密な機械加工が可能、大型形
状品が得られるなどの特性を備えた多孔性セラミックを
得ることができる。微細気孔のガス吹き込み用のフィル
タ−として、本発明の方法にて１０００×３００×７０
ｍｍの大型品を製造したところ、キレツの発生もなく、
かつ複雑な形状への機械加工も可能であった。また、こ
の多孔質セラミックを油含浸軸受材として使用した場
合、均一な給油が可能であり、しかもセラミックがもつ
耐摩耗がいかんなく発揮され、耐用性にも優れたもので
あった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部がα−Ａｌ₂Ｏ₃、表面層がγ−Ａｌ
₂Ｏ₃、δ−Ａｌ₂Ｏ₃およびθ−Ａｌ₂Ｏ₃からなる平均粒
径１０〜１００μｍのアルミナ球状粒子を主材とした骨
材粒子に、外掛けで仮焼アルミナ粉５〜３０ｗｔ％およ
びＳｉＯ₂質焼結助剤２０〜７０ｗｔ％を添加した配合
物を成形後、焼成することを特徴とした多孔質セラミッ
クの製造方法。
【請求項２】アルミナ球状粒子が溶射法で溶融球状化
にて製造される、請求項１記載の多孔質セラミックの製
造方法。
【請求項３】焼結助剤がガラス粉、シリカ粉、釉薬、
粘土から選ばれる一種または二種以上である、請求項１
記載の多孔質セラミックの製造方法。