JPH07247179A - セラミック構造体及びその製造方法並びにセラミックシートの製造方法 - Google Patents
セラミック構造体及びその製造方法並びにセラミックシートの製造方法Info
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- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/06—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
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Abstract
及び耐火性を備えたセラミック構造体を提供することに
ある。本発明は、大型の構造体を製造することができ建
築用壁材として優れたものを製造することも具体的課題
とする。さらに、前記構造体の原材料ともなるセラミッ
クシートを提供することも課題とする。 【構成】有機質繊維とセラミック質を主成分とする成形
または未成形の、または両者のセラミック紙を多数の空
隙を内包するセラミック紙成形物体にする成形工程と、
前記成形物体を焼成してセラミック構造体を形成する焼
成工程とを含むことを特徴とするセラミック構造体及び
その製造方法、並びに前記構造体の原材料としても使用
されるような、プレス法、ロール法又はドクターブレイ
ド法によるセラミックシートの製造方法である。
Description
ックを主成分とする多数の空隙を内包するセラミック構
造体、例えば板状体を形成するセラミック構造体の製造
方法に関し、このセラミック構造体は板状体、その他の
立体的構造物ないし構造用材料として有用であり、特に
大型の建築用材料にも適する。また、前記構造体の材料
ともなるセラミックシートの製造方法にも関する。
分とする多孔体としては、ラジエター及び触媒担体があ
った。これらは、主に押出成形又は射出成形で作られて
いた。しかし、これらの成形方法では複雑な形状の金型
が必要であり、セル隔壁の薄い物は脱型時や乾燥時にひ
び割れ欠けが生じる危険性が高かった。その上大型製品
は製造が困難であり、特に大口径のものや、平板状の大
面積のものの製造は不可能に近かった。その上、セル径
等に変更がある場合には、金型から交換していた。
シートを切削又は研削加工等により削り出して、所定の
形状(構造体あるいはパターン孔を有する板状体)を得
る方法も知られているが、セラミックが高硬度の脆性材
料であるため研削時間が膨大であり、切削又は研削工具
の磨耗も甚しかった。
粉体のみに可塑材及び結合材を添加してフィルム基板上
に流してドクターブレード法又はカレンダ法等によりグ
リーンシート状物を形成し、それを加工成形後、焼成し
て構造体を得る方法があった。特開昭64−11808
号には、グリーンシートをコルゲート加工して積層し、
焼成した構造体及びその製造方法について記載されてい
る。しかし、この方法では薄いシートの製造には厚さの
限界があり、セラミック粒子同士の結合力が弱く形態保
持力に問題があった。
搾圧延してシート状物とするカレンダ法でも、セラミッ
ク粒子同士の結合力が弱く形態保持力に問題があった。
間仕切り壁等の建築用材には、無機系のコンクリート、
石膏ボードや、有機系の塩化ビニル系樹脂、ポリウレタ
ン樹脂等が用いられる。しかし、無機系材料は断熱性や
耐水性に劣り、多孔質とすると断熱性には優れるが強度
が低くなり、一方有機系は耐火性や自立性が低いという
欠点を有していた。また、曲面を有する構造材を製造す
るには、金型(雛型、鋳型)から構造を変えねばなら
ず、さらに曲部で強度が劣化していた。
るいは機能特性に優れた製品として様々な分野で用いら
れているが、構造体として用いるには特に軽量化、大型
化が重要な課題となっていた。このうち軽量化は、多孔
質化によって達成できるが強度が劣化し、一方大型化を
図ると焼成ひずみによる歩留まりの極端な低下によりそ
の実用化には大きな障害があった。また、上記構造体を
得るに適した可撓性、形態保持力に優れたセラミックシ
ートが存在しなかった。
体)の製造方法は、基本的限界を有しているが、さらに
従来の既述の製造方法は以下の問題点を抱えている。
ック粉体をシート状に展開したグリーンシート及びフィ
ルムシートを使用するのは、シート厚をあまり薄くでき
ず、シートの加工時に可撓性及び形態保持力が乏しく、
さらに工程が複雑で費用がかかっていた。また、セラミ
ック粉体の結合剤として高価な樹脂や有機溶媒を使用す
るため工程が複雑で高コストとなり、労働衛生的にも劣
悪となっていた。
ミックシートは、セラミック繊維を原料とするので、そ
れ自体高価である上に種々の添加剤を要し工程も複雑で
あった。
造体の用途は触媒担体や熱交換器(ラジエータ)等に限
られていた。
成分とするセラミック紙は、その用途が美術工芸品およ
び日用品等のごく小さなもの、或いはごく薄手のものに
限られていた。
に建築用材(壁材、柱材等)においては、耐衝撃性、軽
量、強度、耐水性、断熱性及び耐火性等さらに不可欠の
量産性を兼ね備えた材料は存在しなかった。また特に、
曲面を有するような複雑な形状のものは得ることができ
なかった。
ートを研削加工等により削り出して、所定の形状(構造
体ないしシートパターン)を得るには、セラミックが高
硬度の脆性材料であるため研削時間が膨大であり、切削
又は研削工具の磨耗も甚しかった。
は耐衝撃性、耐水性、断熱性及び耐火性を備え、空隙を
内包する構造を有する新規なセラミック構造体及びその
製造方法を提供することにある。本発明は、さらにこの
構造体の原材料ともなり、単独でも多孔質の構造体とな
り得る可撓性及び形態保持力に優れたセラミックシート
を提供することをも第2の目的とする。本発明は、特に
かかるセラミックシート及び構造体を、大量生産可能と
する新規な製造方法を提供することを具体的課題とす
る。本発明は別の視点からすると、またサイズ又は形状
に制限されず、特に、大型のシート、板状体ないし構造
体を製造することができ建築用壁材として優れたものを
製造することをも具体的課題とする。空隙としては、特
に微細な径のものまで可能であると共に、空隙寸法・形
状が自由に制御できるセラミックシート及び構造体の製
造方法を提供することをさらなる具体的課題とする。ま
た本発明は、さらに別の視点として、内部構成層が極く
薄いものから、かなりの厚さの場合まで適用可能な、か
かるセラミックシート及び構造体の製造方法の提供を
も、課題とする。
部空間も蓄熱体、配管空間等として高度利用可能な構造
体を製造することも課題とする。
・加工を行ない易いセラミックシートの製造方法を提供
することを課題とする。そして、製造工程が簡易で安全
なセラミックシートの製造方法を提供することも課題と
する。さらに、上記セラミックシートの原料組成を制御
することによって、焼結後、種々の微細空隙の形状
(径、開口形状等)を得ることも課題とする。なお、こ
のセラミックシート単独でも、シート原料の調整によ
り、空隙の形態を変えることが可能であり、シート自体
が多数の空隙を有する多孔質体(構造体)といえる。
特に下記の第1、第2の視点によって構成される。本発
明の第1の視点は(第1の手段)、有機質繊維とセラミ
ック原料を主成分とする成形または未成形の、あるいは
両者のセラミックシートを多数の空隙を内包するセラミ
ックシート成形物体にする成形工程と、前記成形物体を
焼成して多数の空隙を内包するセラミック構造体を形成
する焼成工程とを含むことを特徴とするセラミック構造
体の製造方法である(請求項1)。
空隙を有するもの(例えば管状、球状その他の変形形状
になった紙)、断面の不等変化による凹凸形状(エンボ
ス加工物のような形状)、板面での波打ち、等の成形が
施されているシートである。一方未成形のセラミックシ
ートとは、上記以外の一般的に見られる平面、平板状の
シート紙である。但し、型抜ないし切断パターン孔を有
するセラミックシートは、本発明において成形シート紙
として扱う。これらの成形、未成形のセラミックシート
を、少なくとも成形シート紙を含んで、成形物体に成形
する。
る方法としては、セラミックシートの単枚あるいは複数
枚を、多数の空隙を内包するように折曲、接着(接着剤
使用も可)、集合、重合、積層、巻付け、嵌合、接合、
圧接、圧着する方法等、或いはこれらのいくつかの組合
せが該当する。
セラミックシートの製造方法に関し、プレス法により有
機質繊維を含むセラミックシートを製造する方法である
(請求項23)。このプレス法により、表面が平坦なシ
ートの他に、シートが打ち抜かれて空隙を有するもの、
又は凹凸を有するシートが得ることができる。
セラミックシートの製造方法に関し、ドクターブレード
法により有機質繊維を含むセラミックシートを製造する
方法である(請求項25)。
セラミックシートの製造方法に関し、圧延(カレンダ
法)により有機質繊維を含むセラミックシートを製造す
る方法である(請求項26)。本発明は第5の視点は、
第1〜4の視点により得られたセラミック構造体である
(請求項29、30)
において、前記成形セラミックシートが空隙を有してお
り、前記成形工程で成形セラミックシートが重合され
て、所定の空隙を有するセラミックシート成形物体が成
形されることを特徴とするセラミック構造体の製造方法
である(請求項2)。
おいて、前記成形工程が、セラミックシートを略波板状
に加工する工程と、略波板状の前記セラミックシートを
少なくとも一層含み複数層に重ね合わせる工程を含むこ
とを特徴とする第1〜2の手段に記載のセラミック構造
体の製造方法である(請求項3)。
おいて、前記成形工程が、セラミックシートをエンボス
加工により凹凸状に加工する工程と、凹凸状の前記セラ
ミックシートを少なくとも一層含み複数層に重ね合わせ
る工程を含むことを特徴とする第1〜3の手段のいずれ
かに記載のセラミック構造体の製造方法である(請求項
4)。
おいて、前記成形工程において、前記成形セラミックシ
ートとして少なくとも管状セラミックシートを用い、複
数の管状セラミックシートを含むセラミックシート成形
物体を成形することを特徴とする第1〜4の手段のいず
れかにに記載のセラミック構造体の製造方法である(請
求項5)。これは板状体、柱状体、ブロック状態に成形
可能であり、管状セラミックシートは並列、或いは交叉
して配列できる。管状セラミックシートの断面は円、三
角、四角その他の多角形、或いは凹凸面を有する層の巻
上げ体とするとができる。例えば断面が四角形の場合は
全体として角柱状となる。
おいて、前記成形工程が、セラミックシートを管状に加
工する工程と、複数の管状のセラミックシートを平板状
の又は凹凸を有する少なくとも1枚のセラミックシート
を介して又は介することなく一体に結合する工程を含む
ことを特徴とする第1〜5の手段のいずれかに記載のセ
ラミック構造体の製造方法である(請求項6)。管状化
は、公知の方法例えば帯紙(ロール)からのスパイラル
状巻き上げ又は押出し成形によることができる。
おいて、前記の成形工程が、少なくとも1枚のセラミッ
クシートを所定形状に切断する工程と、所定形状に切断
した紙を、少なくとも1枚のセラミックシート上に結合
させて立体構造を形成することを特徴とする第1〜6の
手段のいずれかに記載のセラミック構造体の製造方法で
ある(請求項7)。
の丸めたり、重合させることによって空隙を内包する立
体構造を形成できるもの、又は管状、筒状、環状、半環
状等の立体構造を有するものを部分に切断したものの形
状が該当する。おおよそ、そのもの又は加工したものが
上記立体構造を形成できるものであればよい。
おいて、前記切断により、多孔又は所定空孔パターンを
有するセラミックシートとすることを特徴とする第7の
手段に記載のセラミック構造体の製造方法である(請求
項8)。
おいて、前記管状セラミックシートを切断して成る切断
物を含み成形物体に成形することを特徴とする第7又は
8の手段に記載のセラミック構造体の製造方法である
(請求項9)。
において、複数の前記切断物を少なくとも一層のセラミ
ックシートを介して成形物体に成形することを特徴とす
る第9の手段に記載のセラミック構造体の製造方法であ
る(請求項10)。
において、セラミックシートを二層以上に折返した後切
断を施し、その後部分的に展開して成る多孔成形セラミ
ックシートを少なくとも含むことを特徴とする第10の
手段に記載のセラミック構造体の製造方法である(請求
項11)。
において、前記成形セラミックシートの少くとも一部と
して、平板紙に多数の切込みを入れた後少なくとも一方
向に引延して形成されるラスシートを用いることを特徴
とする第1〜11の手段のいずれかに記載のセラミック
構造体の製造方法である(請求項12)。
において、前記成形工程で、セラミックシート成形物体
が互いに独立しかつ連続状に配列された空隙を内包する
ように成形されることを特徴とする第1〜12の手段の
いずれかに記載のセラミック構造体の製造方法である
(請求項13)。
において、表装材として平板状セラミックシートを用い
ることを特徴とする第1〜13の手段のいずれかに記載
のセラミック構造体の製造方法である(請求項14)。
において、中間層として少なくとも一層の平板状又は略
平板状セラミックシートを含むことを特徴とする第1〜
14の手段のいずれかに記載のセラミック構造体の製造
方法である(請求項15)。略平板状とは、微細な凹
凸、波打ちがあるが、全体として平板状に移行する層の
場合を言う(目安としては、凹凸のピッチに対し厚さ方
向の変位が1/5ないし1/10以下のもの)。
において、前記構造体が板状体であることを特徴とする
第1〜15の手段のいずれかに記載のセラミック構造体
の製造方法である(請求項16)。
において、前記板状体が建築用材であることを特徴とす
る第1〜16の手段のいずれかに記載のセラミック構造
体の製造方法である(請求項17)。
において、前記有機質繊維がセルロース繊維あるいは合
成ないし人造繊維からなることを特徴とする第1〜17
の手段のいずれかに記載のセラミック構造体の製造方法
である(請求項18)。
において、前記セラミック原料がアルミナを成分として
含む磁器質組成を有することを特徴とする第1〜18の
手段のいずれかに記載のセラミック構造体の製造方法で
ある(請求項19)。前記セラミック原料がアルミナ繊
維、セラミック繊維、ワラストナイト等の人工あるいは
天然繊維、ウイスカーを含む磁器あるいは陶器質組成を
有する場合もある。この場合、いわゆる繊維強化セラミ
ック構造体が得られる。
において、前記成形工程において、接着剤として有機質
又は無機質の粘結剤、又はこれらの混合物を用いること
を特徴とする第1〜19の手段のいずれかに記載のセラ
ミック構造体の製造方法である(請求項20)。
において、前記セラミック構造体に、焼成後又は焼成前
において施釉することを特徴とする第1〜20の手段の
いずれかに記載のセラミック構造体の製造方法である
(請求項21)。焼成は、目的とする焼結の程度・到達
密度、所定セラミック原料の材質、焼結特性等に応じて
制御して行うことができる。個々の層自体の材質として
は微細多孔質から緻密質まで、さらにその組合せ形態も
可能である。
シート成形物体のセラミックシート層の少くとも一部に
セラミック材料の泥しょうを被覆する被覆工程を含むこ
とを特徴とする第1〜21のいずれかに記載のセラミッ
ク構造体の製造方法である(請求項22)。この被覆
は、浸漬、スプレー、塗布等公知の泥しょう被覆方法が
含まれる。
において、前記プレス時に、エンボス加工を行ない凹凸
状の成形セラミックシートを得ることを特徴とする第2
3の手段に記載のセラミックシートの製造方法である
(請求項23)。なお、凹凸状とは、波状、不定パター
ンの凹凸状等を含む。
において、前記シート状物が有機質の紙又は布もしくは
不織布からなることを特徴とする第26の手段に記載の
セラミックシートの製造方法(請求項27)。
製品として様々な分野で用いられているが、構造体とし
て用いるには特に軽量化、大型化が重要な課題となって
いた。このうち軽量化は、多孔質化によって達成できる
が強度が劣化し、一方大型化を図ると焼成ひずみによる
歩留まりの極端な低下によりその実用化には大きな障害
があった。また、セラミックは硬く脆いので、複雑な形
状に加工することは困難であり、切削又は研削加工では
時間も掛かり、切削又は研削工具の磨耗も甚しかった。
として、いわゆる陶紙などが開発されているが、陶芸
用、又は美術工芸品の域を脱していなかった。
安価な有機質繊維とセラミック粉体を原料として本発明
の製造方法又は製紙技術により抄紙される等のセラミッ
クシートを、切断、接着、波状加工等の簡易な工程で自
在に成形して多数の空隙を有するを有するセラミック成
形物体(構造体、焼成紙型、即ち未焼成成形物体)と
し、この成形物体を焼成して、所定の寸法・形状を備え
所定の空隙を内包するセラミック構造体を得る。このセ
ラミック構造体は、十分な軽量、強度(さらには耐衝撃
性)、その他断熱性、耐火性、耐水性などの性質を備え
ることができる。そして、本発明によれば、複雑な内部
構造の立体的構造体、特に互いに独立した空隙を有して
連続的な空隙を有する大型構造体が容易に得られる。そ
のため、今までセラミック構造体が用いられることがな
かった外壁材(例えば長さ1m以上)等に使用できるも
のが提供できる。厚さも実用上必要な範囲のものが得ら
れる。例えば、幅120cm×450cmの大きさの巨
大な材料が得られ、しかも厚さは任意のものが製造でき
る。
ラミック粉末(坏土)を配合した成形または未成形の、
またはその両者のセラミックシートをセラミックシート
成形物体に成形する工程と、成形されたセラミック成形
物体を焼結する焼結工程を含むことを特徴とする。な
お、これらの原料を調整することによって、種々の気孔
形態(セル、多孔)を有する構造体が得られる。即ち、
繊維質においては、繊維種、繊維長さ、繊維径を調整す
ることによって、焼結時にミクロンオーダーでのセル径
の制御ができる。一方、セラミック原料においては、成
分、粒度等を調整することによってオングストロームオ
ーダでのセル径の制御ができる。また、焼結条件例えば
焼結温度を低くすることによっても、セラミック質の焼
結密度を下げることによってオングストロームオーダで
のセル径の制御が可能である。また、可塑材(糖アルコ
ール等)の分子の大きさによっても、セル形態を多少調
整できる。
る場合には、前記セラミックシート成形物体のセラミッ
クシート層の少くとも一部にセラミック材料の泥しょう
を被覆(好ましくは浸漬)する被覆工程を含むことがで
きる。
(特に緻密質で強度の高い焼結セラミック被覆層を形成
する)セラミック材料の泥しょう中で被覆されることに
より、各セラミックシートが一層緻密なセラミック被覆
で強化されることができ、全体として一層強化されたセ
ラミック構造体ができる。
方法及びセラミック構造体の製造に使用されるシートに
ついて説明する。有機質繊維原料は、セルロース繊維、
及び天然の植物性繊維等の通常の紙の原料となる繊維で
あればよく、一般的にはセルロース繊維がよい。他に
は、アクリル系、人造繊維、綿布等が使用できる。セル
ロース繊維は焼成時に有害なガスを生ずることなく焼失
する。よって、マニラ麻、黄麻等の靱皮パルプの他に、
新聞雑誌等の古紙やぼろ布類等のぼろパルプ等も使用で
きるので、リサイクル効果も発揮できる。セラミック原
料は、ごく一般的には陶器や磁器の原料となる坏土(例
えば、アルミナ、珪石、長石、及び粘土類)が使用でき
る。特に、アルミナが添加されれば強度が高くなる。ま
た、天然、合成のセラミック系繊維、ウイスカー等を加
えても、強度、特に靱性の強化ができる。さらに、いわ
ゆるニューセラミック材料(コージライト、アルミナ、
ジルコニアの酸化物、窒化ホウ素等の各種窒化物、炭化
ケイ素等の炭化物、ホウ化物、その他これらの複合化合
物又は混合物等)を使用してもよい。
は、必ず有機質繊維を原料に含有しておりバインダの作
用をするので形態保持力が強く、焼結前の例えばシート
ないし紙状成形物体に加工成形時でも、セラミック粉末
が脱離することがない。このため、バインダとして有害
な有機溶剤の使用を全く使用しないかあるいは極小量で
済む。最後に、焼成により前記有機質繊維は消失して所
定の気孔を形成する。そして、上述のように気孔形態の
調整ができる。繊維質は長繊維、短繊維どちらも使用で
き、或いは単繊維状又は複合繊維状でも撚糸状でもよ
く、これらの状態さらには繊維のアスペクト比(長径
比)によっても気孔の形態が調整できる。
法は、プレス成形によるものである。セラミック粉末と
有機質繊維を混合して、圧縮してセラミックシートを得
る。乾式、湿式いずれのプレスも可能であり、また前記
混合物が、水分を含む泥しょうである場合には、プレス
により脱水が行なわれる。この方法は特にcmオーダの
厚いシートを得るに適した方法である。ここで、有機質
繊維として例えば平板状の紙や布(或いはこれの破片)
を含んでもよい。プレス圧縮により紙(布)中にセラミ
ック成分が含浸、被着する。
ターブレード法による。原料に有機質繊維を含んでいる
ので、形態保持力が高く、比較的薄いシートも得られ易
い。
ル圧延法による。特に、連続大量生産に適している。芯
又は台紙となるシート状物が、有機質繊維からなる紙、
布等であればセラミック原料(粉体、泥しょう、ゲル状
等)を主成分とする混合物は、有機質繊維を含まなくて
もよい。一方該シート状物が有機質繊維を含まないポリ
エチレン、ポリエステル等の化学フィルムである場合に
は、前記混合物中に有機質繊維が含まれることが好まし
い。
ては、有機質繊維が強力なバインダの機能を果たしてい
るが、例えば繊維質がセラミック質に対して少ない場合
などは、結合剤(エチルセルロース、アビエチン酸レジ
ン等)、可塑剤(アビエチン酸誘導体、ポリアルキレン
グリコール等)、解膠剤(グリセリン、オクタデシルア
ミン等)、溶媒(トルエン、メチルエチルケトン等)が
使用されることがある。
れるセラミックシートは抄紙によっても得られる。抄紙
の仕方は既知のものでよく、特に限定されないが、通常
は湿式抄紙法、半湿式抄紙法で行なわれる。
等を用いて行なうことができる。この方法によれば、可
撓性と強度等を兼ね備えたセラミックシートが得られ
る。紙厚は、0.1mmの薄い紙ができ、厚いものは5
cm以上の紙が得られる。通常2〜3mm程度の紙厚で
ある。また、厚い紙は紙を複数枚積層することによって
も得ることができて、空部が多いので同厚の単枚より軽
量である。このようなセラミックシートの大きさは、一
例として1500mm×4500mmの巨大なものま
で,厚さは0.1mm〜5cmもの自在に調節可能なシ
ートが得られる。この大きさは、抄紙や焼成装置の設備
の実用上の大きさにのみ従うものであり、理論上は限界
はない。
ことで足りるが、添加材としてさらに他系統の成分を利
用することもでき、いずれも本発明で使用されるセラミ
ックシートとなり得るが、セラミック粉末系は所定強度
を得るのに高価なセラミック繊維を必須とせず、セルロ
ース繊維を使用することができるので製造工程及び費用
の削減の面から好ましい。なお、セラミック繊維が含有
されていれば靱性が向上する利点がある。
工程では、セラミックシートを所望の構造体と相似形に
加工成形する。成形方法としては、一例としてダンボー
ル中芯の波板の製造工程であるコルゲート法によりセラ
ミックシートを半円が交互に反転して連続する(サイン
曲線状)ような連続図形の波板状に加工する。これを中
芯として片面あるいは両面にセラミックシートを接着す
る。接着剤には、友土(接着対象と同じセラミック原料
を含む坏土)に糖アルコールを少量含んだ泥漿が好まし
いが、セラミックシートは有機と無機の両方の材質を有
するので有機系、無機系接着剤の双方が使用できる。無
機系接着剤としては、同種又は異種のセラミック泥しょ
う、珪酸ナトリウム等の無機質粘結剤が利用でき、有
機、無機の混合物も利用できる。このように空隙を内包
する構造を有するセラミックシート構造体が、研削加工
を経ることなく簡単に得られる。
しエンボス加工によっても空間構造体が得られる。例え
ば、セラミックシートの一枚又は復数枚をプレス加工に
より所望の凹凸を有する形状に型抜き又は成形すれば、
多数の空隙を内包する構造体要素が得られる。このプレ
ス又はエンボス加工要素は多孔状でも、そうでなくても
よく、所定の凹凸(特に凸部)を有すればよい。この要
素を中芯として用いるか、或いは多層に重ねれば、多数
の空隙を内包する構造体となる。同様なことがセラミッ
クシートから作成されたラスシート(多数の切れ目を入
れ、少なくとも一方に引延して、メッシュ状にしたも
の)を用いても可能である。
り又は軸に平行に切り、それらをセラミックシート上に
配列して、さらに上からセラミックシートを貼れば、や
はりが多数の空隙を内包する構造体が得られる。管状セ
ラミックシートを所定外形に束ねてもよく、その周りに
セラミックシートを被覆してもよく、これを何回か多層
に繰り返してもよい。またこのように束ねたものを所定
長さ(厚さ)に輪切りにすることによって、多くの空隙
を有するメッシュ状ないしハニカム断面構造の板状体も
得られる。
各種複雑な立体的な形状、構造が簡単に実現できる。必
要に応じて表装材として、平板状セラミックシートを用
いる。中芯の間に平板状セラミックシートを介在させる
こともできる。
れる場合には、セラミックシート成形体のセラミックシ
ート層(その少くとも一部ないし一部の層)に再度、原
料と同一又は近い成分の坏土を含む泥しょうを付着させ
て焼成すると、各セラミックシートが一層緻密なセラミ
ック被覆で強化され、全体として一層強化されたセラミ
ック構造体ができる。付着させる面は、紙成形体全体
(全面)あるいは表層をなす面だけでもよい。いずれも
焼成後に強固な保護・補強膜を形成して、強度や耐環境
性を高める。このような付着は本発明のシートの製造方
法で得られたセラミックシートにも施すことができ、同
様の効果が期待できる。
る焼成工程である。最後に、上記工程のセラミックシー
ト構造体を焼成すると、紙分が両側の緻密コート層にサ
ンドイッチされる形で焼結して、元の形状を保持して、
高強度のセラミック構造体が得られる。
が、素焼あるいは締焼工程(或いはこの両者)と本焼成
工程に分けてもよい。締焼(あるいは素焼)されたセラ
ミックシート成形物体に釉薬を塗り外装、色彩を施し
て、美観を与え、また焼成後の強度、耐水性等を高める
ことができる。この緻密層及び/又は釉層には、内部の
セラミック層や繊維層よりも強い圧縮応力が働くものを
選択でき、割りかけ率の差により強化層(ないし保護
層)となる。
る。温度は原料によって可変する。第1表の高強度磁器
原料坏土を原料した場合には、焼成温度は1250〜1
350℃が好ましい。酸化、還元(或いは非酸化性)焼
成はどちらでも可能である。なお、セラミック原料が特
別の例えば窒化珪素等のファインセラミック素材であれ
ば真空炉やアルゴン等の不活性ガス雰囲気中でも焼成で
きる。
うな施釉をして上記焼成温度で本焼成してもよい。な
お、紙(有機質)は約400〜600℃で焼失し、通常
のタイル焼成と同様に酸化焼成であれば、殆ど問題とな
らないが、紙層ないし積層が厚い場合は、約400℃か
ら650℃迄、昇温スピードをゆるやかにすることが好
ましい。電気炉中では100℃/時間でも何ら問題は発
生しない。また、焼成条件の可変によりセラミック質に
起因する気孔度を調整できる。
できるので、非常に生産性が高められる。例えば、段ボ
ール紙の連続製造装置或いは公知の紙管製造装置等を応
用することができる。
構造体は、石膏型等の流し込み用型を使用する鋳込み
(スリップキャスティング)成形、ロクロ成形のように
治具の大きさ、割れひび等による大きさ、厚さの制限が
なく、大型のもの、特に平板状の建築用構造材料に非常
に適している。例えば、床材、壁材、天井材、及びH型
あるいはI型等の柱材である。また、曲面、段差、コー
ナー等の曲線的役物構造物も容易に製作できる。
ラミック構造体は、セラミックの強度や対衝撃性の弱さ
や、脆性を補い、かつ軽量化を実現させる。特に、アル
ミナを成分とすれば、衝撃強度が高く、ウイスカー、セ
ラミック繊維(例えばカーボン、アルミナ、ワラストナ
イト等)を入れれば、靱性が強くなる。耐衝撃性は、構
造体に内包される空隙及び所望の多孔度で形成されうる
基層の所存による所が大きい。従って、今までセラミッ
クが用いられなかった用途、即ち建築材料、特に自立性
を有する外装、内装又は表装材料に適している。実際、
本発明に係るセラミック構造体は、ALC(軽量発砲コ
ンクリート)を強度面等で大きく上回り、ALCの代用
品として有用であり、より薄厚でも十分な強度を有して
おり、しかもALCが強度不足により用いることができ
なかった超高層建築の分野にも進出できる。また蒸し焼
き工程が必要なALCと違い、鉄筋を配していても製造
工程中で錆、腐食が発生しない。また、タイルの分野で
は、乾燥や焼成工程中での反りにより、大型タイルが製
造できなかったが(通例30cm角以下)、本発明によ
れば、いくらでも大型平板のタイル状体が製造できる。
平板状の紙を成形又は積層することができ、かつ空隙を
有しているからである。また、屋根瓦には、従来の1/
3の厚さで法定の強度が得られる構造体又はシートが製
造できる。もちろん、従来の用途である触媒担体、治具
等にも使用できる。ここで、特にセラミック構造体の内
包する空隙が各個独立であり、空隙の外周部をなすセラ
ミックシートが連続、つまり空隙が連続模様をなしてい
れば、構造的強度が高く及び均一であり、大きな荷重が
かかる建築材として特に好ましい。断熱性を利用すれ
ば、耐火材料(工業用及び建築用)、炉壁材料を製造す
ることもできる。
具の分野で行なわれていたように、研削による削り出し
によって、複雑な空間的構造(平面的構造を含む)を形
成するのではなく、予め、最終形状と相似な形状を製造
工程中で紙の成形、重ね合わせによって実現できるの
で、その工程削減効果は莫大なものがあり、切削及び研
削工具は不要かあるいは仕上げにわずかに使用するだけ
で済むようになる。
造体は、耐火性の高さ、断熱性、及び強度が優れてい
て、特に建築用材に適している。しかし、本発明により
製造されるセラミック構造体の用途は建築に限られず、
テーブル状の台板、炉材としての耐熱壁材、耐火材料か
ら機械、装置の構造材料にまで適用可能であり、触媒担
体ハニカム、脱臭装置担体等の化学反応触媒担体として
も適用できる。また、本発明により製造されるセラミッ
クシートも触媒担体ハニカム、脱臭装置担体等の化学反
応触媒担体としても有用である。セラミック原料及び有
機質繊維原料の選択により、焼結後の気孔形態を可変す
ることができる。例えば、液体瀘過装置の場合は、比較
的大径の気孔を形成する繊維質を調整して所望の気孔を
製造できるし、ガス体に係る触媒担体の場合は、比較的
大径の気孔を形成する繊維質を調整して所望の気孔を製
造できる。なお、原料の調整により気孔だけでなく表面
の改質が可能であり、表面積を拡大して化学反応装置
(担体)においては反応効率をあげることができる。
細に説明する。
製造方法、及びセラミック構造体の製造方法の概略を説
明する。まず、セラミックシートについて説明する。原
料は、目的性状に応じて種々選択される。理論的には、
重量比でセラミック分1〜99%、繊維分1〜99%ま
で含有可能であるが、実用上は、繊維5〜20%(より
好ましくは構造体用では一般的に5〜10%)が適当で
ある。第1表に原料組成の一例を示す。なお、以下の表
示は全て重量比である。
り、強度を増すことができる。強度面からは、アルミナ
は10%(セラミック原料中)以上含まれることが好ま
しく、20%、25%と添加量が増加するにつれて強度
は上昇する。この時繊維分はセラミック分に対して5%
前後が焼結後の強度上好ましい。但し、繊維分が余りに
少ないと成形性が悪くなる。また、珪藻土を加えてさら
に軽くできるし、セラミック繊維あるいはウイスカーを
加えてさらに靱性を高めることもできるし、金属粉末を
加えてもよい。高強度化のためにアルミナをステアタイ
トで置換(全量置換でも可)してもよい。コージライト
は、熱膨張係数が低く高温下での触媒担体としての使用
に適している。機械的強度が必要ならばコージライトの
含有量としては、セラミック成分中5〜45%、好まし
くは15〜45%程度である。それ程強度を必要としな
ければ、全量でもよく熱膨張が極めて減少する。
第2表に示す。従来の陶器、磁器原料は全て使用でき
る。
ューセラミックを用いることができる。セラミック繊維
を含有させることで靱性が向上する。
コスト化、高断熱化等の目的に応じて配合する。例え
ば、建築用の構造材を製造する場合は、強度が要求され
るのでアルミナ、ステアタイト等が使用される。前記材
料をセラミック成分中最小5%程度入れることにより、
構造体の強度が上がる。また繊維分はセラミック分との
重量比で5%前後以下にするのが強度上好ましい。ま
た、靱性が要求されるときは、セラミック繊維を添加す
るのが好ましい。例えばアルミナ繊維を織物のように格
子状に配したセラミックシート(本発明のセラミックシ
ート製造方法であるプレス法によって製造できる。)を
構造材原料とすれば、非常に靱性が高い構造体を得るこ
とができる。
向上を図るときは、繊維分を多く含有させる。繊維分
は、最大幅1〜99%(セラミック分との重量比)入れ
ることができるが、実用的には2〜30%であり、より
好ましくは5〜20%である。高強度が求められない場
合は、コージエライト、ムライト等をセラミック分とし
て含有してもよい。特にコージエライトは熱膨張が小さ
く、熱衝撃の加わる自動車のエンジン等に使用される触
媒担体の原料に適している。
て、セラミックシートの製造方法を以下に説明する。な
お、このような製造方法で得られたセラミックシートの
用途は上記のセラミック構造体に限られるものではな
く、単独で焼結又は未焼結でセラミックシートとして用
いることもできる。
クシートの製造方法を示す模式断面図である。セラミッ
ク粉末と有機質繊維を混合物29を、金型28に入れ
て、プレス27で圧縮成形してセラミックシートを得
る。前記混合物が、水分を含む泥しょうである場合に
は、プレスにより脱水が行なわれる。プレスによる製造
方法は特にcmオーダの厚いシートを得るに適した方法
である。ここで、有機質繊維として例えば平板状の紙や
布を含んでもよく、複数枚入れてもよい。プレス圧縮に
より紙(布)中にセラミック成分が含浸、被着する。ま
た、圧搾により強制排水ができるので、、高保水性の粘
土成分を含むシートの製造に適した方法である。なお、
乾式、湿式どちらのプレスでもよい。プレス方法によれ
ばcmオーダのタイル状体(例えば5cm厚のタイル)
が、ひび、割れ等の欠陥を生じずに容易に製造できる。
特にこのタイル状体を外装材(外壁等)として用いる場
合には、セラミックシート成形と焼成の間に、セラミッ
ク成分を含む泥しょうを付着させて、強度上昇や保護層
形成を図ることができる。
セラミックシートの製造方法を示す模式断面図である。
紙ロール32から平板状の紙21が供給されて、途中で
泥しょう容器30より、紙21上に有機質繊維とセラミ
ツク粉末を含むスラリー34が滴下される。そして、ド
クターブレード31により余分なスラリーがかき取られ
て、所定の厚さのセラミックシート4が完成して、セラ
ミックシートロール33に巻き取られる。供給される紙
21は勿論布等の有機質繊維を含むものでもよく、さら
にスラリー34中に有機質繊維が含まれていればポリエ
チレン、ポリエステル等の化学フィルムでもよい。原料
に有機質繊維を含んでいるので、形態保持力が高く、比
較的薄いシートも得られ易い。
ックシートの製造方法を示す模式断面図である。紙21
とセラミック粉末20を圧延ロール25に供給して、圧
延するとセラミック質が紙に含浸又は被着・固着して、
さらに加熱ロール26によって乾燥・成形されてセラミ
ックシート4ができる。ここで、紙21は布でもよく、
さらにポリエチレン、ポリエステル等の化学フィルムな
いしワリフ(フィルムを引裂いたシート状物)でもよ
い。即ちシート状物は、有機質繊維からなる紙、布等で
あればセラミック原料(粉体、泥しょう、ゲル状等)を
主成分とする混合物は、有機質繊維を含まなくてもよ
い。一方シート状物が有機質繊維を含まないポリエチレ
ン、ポリエステル等の化学フィルムである場合には、少
なくとも一方の前記混合物中に有機質繊維が含まれる。
この方法は特に、連続大量生産に適している。また、圧
搾により強制排水ができるので、、高保水性の粘土成分
を含むシートの製造に適した方法である。なお、プレス
は乾式、湿式どちらのプレスでもよい。
セラミック構造体の原料と同じ成分が用いられる(表1
及び2等)。
トは抄紙、スリップキャスティングによっても得られ
る。なお、抄紙の仕方は既知のものでよく、特に限定さ
れないが、通常は湿式抄紙法、半湿式抄紙法で行なわれ
る。
法を示す。ステップ1は、紙を所望の形状に形成するセ
ラミックシート成形物体の成形工程である。この工程に
よって、焼成後の研削加工等による成形工程が不要にな
るか又は本質上軽減され、必要な場合でも仕上げ加工の
みでよくなる。
被覆工程を含むことができる。セラミックシート成形体
に再度、原料と同一又は近い成分の坏土を含む泥しょう
を被覆(付着)させて焼成すると、各セラミックシート
が一層緻密なセラミック被覆で強化され、全体として一
層強化されたセラミック構造体ができる。
塗り外装、色彩を施して、美観を与え、また焼成後の強
度、耐水性等を高めることができる。
る焼成工程である。前記成形物体は所定雰囲気中で焼成
される。温度は原料の焼結温度によって可変でき、第1
表の高強度磁器原料坏土を原料した場合には、焼成温度
は1250〜1350℃が好ましい。なお、焼成温度は
目的とする焼結度(即ち、焼結体の気孔率)によって調
節できることは言うまでもない。これにより、完成焼結
体において素焼レベルの気孔率のものから、完成に吸収
性のない緻密質のものまで焼成できる。
上記のような施釉をして上記焼成温度で本焼成してもよ
い。
ックシート有機質成分(有機質繊維)は焼失する。
原材料となるセラミックシートの抄紙方法及びその材質
について説明する。
〜35%、粘土又はカオリン25〜45%、セリサイト
0〜10%の配合組成である。このような調合原料を3
0μm以下に微細に湿式粉砕した後、325メッシュ以
下のふるいに通して、強度低下の原因となる粗粒子を除
去した泥しょうとし、この泥しょうを脱水して磁器坏土
に調整される。一方紙料とする繊維は、マニラ麻が用い
られる。
成する漉き網工程、水を搾るプレス工程及び乾燥工程か
らなる。)で抄紙する。即ち、上記原料を混合して水を
加えてスラリーとして、溜漉き法によりセラミックシー
ト(厚さ0.1mm〜5cm,通常は2〜3mm)を得
て乾燥する。
機、ツインワイヤマシン、コンビネーションマシン等が
用いられる。なお、抄紙前にカチオン変成して叩解する
ことも好ましく、繊維への坏土粒子の定着率が上昇す
る。
でない紙、模様を有する紙等の成形紙を抄紙することが
できる。
例1の第1表の組成、又は第2表の原料を用いてもよ
い。特に、アルミナは、強度増加の効果が大きく建築用
材料に適している。また、抄造されるセラミックシート
を特に強靱なものとするためにはマニラ麻、黄麻等の靱
皮パルプを用いるのが好ましい。
ックシートが好ましいが、表3等に記載のセラミック繊
維系又はセラミック繊維−粉末系の紙、またはその成分
を添加した紙も本発明の成形工程に提供できる。
ックシート成形物体の成形工程を説明する。図2は、コ
ルゲート法による波板状セラミックシートの製造方法を
示す模式工程図である。
本のローラー10を通して波板状に加工する(波板
6)。このコルゲート加工機にはダンボール紙製造用コ
ルゲート加工機が使用できる。
ト平板4上に接着する。さらに、波板上に別の平板を接
着する。こうして多数の空隙を内包するセラミックシー
ト成形物体7(構造体)が完成する。なお、この工程
は、公知の段ボール紙製造工程と類似の工程で行うこと
ができる。
と直交する方向で切断又は輪切りする(切断波板8)。
これらの半環状のセラミックシートを、別のセラミック
シート平板4上に紙面を立てて波面の端面を当接させて
配列・接合を行なう。この上にさらに別のセラミックシ
ート平板4を接着(図示略す)すれば多数の空隙を内包
するセラミックシート成形物体7(構造体)が完成す
る。
(c)、あるいは(a)〜(c)の工程を連続して行な
うことができて大量生産が可能である。
でサンドイッチ構造にしたが、波板同士を接着してもよ
く、また平板は一枚でもよい。
のような絞り加工でもよい。
々のセラミックシート成形物体7を示す。
して、隣接層の波の山と山を当接させて積層したもので
ある。同波長で積層することもできる。また各波板の波
長を変えることもできる。(b)は、波の山方向を90
゜互いに回転して交叉積層したものである。交叉角度は
90゜に限られない。(c)は、同波長で積層した
(a)において波板間に平板を接着又は挟持したもので
ある。(d)は、2分の1波長ずれて積層した(a)に
おいて波板間に平板を接着又は挟持したものである。
(e)は、平板上に波板を接着して巻き上げた物であ
る。これらの構造は、つまり波板や平板の相対的な配置
は製品の用途によって決定される。そして、これらの構
造体は、全体が同じ厚さのセラミックシートから構成で
き、その場合、焼成時の収縮が均一となりひずみの発生
が抑制される。また、接着にはセラミックシート同士の
場合は、坏土成分(友土)と糖アルコールを湿分状態に
したものが好ましいが、他の有機系接着材(エポキシ樹
脂、ビニル樹脂、ゴム樹脂等)、無機系接着材(モルタ
ル、シリコン、水ガラス等)も使用できる。また、セラ
ミックシート以外と接着される場合にも上記の接着材が
使用可能である。また、機械的に嵌合、係合してもよ
く、あるいは融着によっても結合ができる。
の他に他の方法で作成したセラミックシートも使用可能
であり複合材料となる。
ても、空隙を内包する構造を有するセラミックシート成
形物体7(構造体)の製造ができる。即ち、接着、圧着
等により積層した複数枚のセラミック成形物体(積層セ
ラミックシート)をプレス型抜き、切断により、所望の
形状の型を抜いたり、切り出したりする。これによって
多数の空隙を内包する構造要素が得られる。この要素を
そのまま構造体へと焼成することもでき、またこの要素
を芯材として用いて構造体を作成することもできる。ま
た単枚をプレス型抜きした後に、それを積層してセラミ
ックシート成形物体7を得ることができる。
(プレス)加工で凹凸シートを作成し、これをコルゲー
ト波板に代り、またそれを併用して、構造体を得ること
ができる。図4(a)にエンボス加工による凹凸シート
11からなるセラミックシート成形物体7の断面図を示
す。
のように簡単に穴開け、切断、エンボス加工等の成形が
できて、三角、四角、五角、6角、若しくはそれ以上の
多角形、若しくは丸、楕円他の様々な断面形状を有する
セラミックシート成形物体7が形成できる。
リル穴開けをした後に、それを積層してセラミックシー
ト成形物体7を得ることができる。このように種々のせ
ん断加工ができる。図4(b)に一枚のセラミックシー
トを折曲げて重ね併せて(折曲セラミックシート1
9)、それから所定形状(半円)を切断(くり抜き)し
て、再度展開して一枚とし(空隙を有するセラミックシ
ート4)、それを複数枚重ね併せることによって空隙を
内包するセラミックシート成形物体7を得る工程を模式
的に示す。
状のセラミックシート管(筒)12よりセラミックシー
ト成形物体7を得る模式工程図である。
体)を製作する。次にこれを円周方向に輪切り(13)
にする(図5(a))。これらの端面をセラミック平板
上に接着すればセラミックシート成形物体7が得られ
る。なお、管状体を各軸を平行にして単に重ねるのみで
もセラミックシート成形物体が得られる。なお管状体又
はその集合束状体は、公知のハニカム押出成形法によっ
てもよく、本発明によればそのようにして得た成形管状
(ないし筒状体をさらに集成して構造体にできる点が有
利である。
ート成形物体7としたものである。
て(若しくは紐状に抄紙する)、それを直接環状に丸め
てセラミック平板状に植えることができ、図5(a)及
び(b)に示すように、構造体(セラミックシート成形
物体)が形成できる(図2(c)も参照)。
セラミック管状体(筒状体)12を平板状のセラミック
シート4で内包して、多数の空隙を内包するセラミック
シート成形物体7とする工程を示す。この紙ビーズはセ
ラミックシートの抄紙時に環状としてもよく、平板状
(未成形)のセラミックシートを後から丸めて環状とし
てもよい。また、紙ビーズの外径等のサイズが揃ってい
る必要はなく、ランダムでもよい。ランダムになること
で充填率が上昇して好ましい場合がある。紙ビーズの外
径は通常数ミリから数センチだが、セラミック構造体の
所望の大きさによっては数m単位の外径を有する環状体
もセラミックシートの加工自由度の高さにより可能であ
る。また、図では、平板状の紙で多数の小環状のセラミ
ック管状体をくるんでいるが、セラミック管状体(筒状
体)そのものに、多数の小環状のセラミック管状体(筒
状体)を挿入、充填してもよい。
ミック管状体(筒状体)12を、平板状のセラミックシ
ート4で内包して、多数の空隙を内包するセラミックシ
ート成形物体7とし、さらにそれを円周方向に輪切りし
て、セラミックシート成形物体7とする工程を示す。こ
のパイプはセラミックシートの抄紙時に筒状としてもよ
く、平板状(未成形)のセラミックシートを後から丸め
て筒状としてもよい。また、パイプの外径等のサイズが
揃っている必要はなく、ランダムでもよい。ランダムに
なることで充填率が上昇して好ましい場合がある。パイ
プの外径は通常数ミリから数センチだが(μm単位でも
製造可能)、セラミック構造体の所望の大きさによって
は数m単位の外径を有する環状体もセラミックシートの
加工自由度の高さにより可能である。また、図では、平
板状の紙で多数の小環状のセラミック管状体をくるんで
いるが、セラミック管状体(筒状体)そのものに、多数
の小環状のセラミック管状体(筒状体)を挿入、充填し
てもよい。
ラミックシート成形物体7を平板状のセラミックシート
状に配列、若しくは上下平板状のセラミックシートで挟
んで、複数のリング状のブロックに分割されている、多
数の空隙を内包するセラミックシート成形物体を得るこ
とができる。
造を有するものが上記の工程から得られる。
体(筒状体)は、セラミックシートからなるので数10
m単位以上の長さ(軸長)を有するものも、簡単に製造
できるのでセラミックシート成形物体、さらには焼成後
のセラミック焼結体(構造体)も巨大なものが製造可能
である。その用途としては、建築材料の他に化学プラン
トの反応器がある。反応器の場合は、比較的多孔質であ
ることが表面積が広くなり好ましい。
を入れ、少なくともなくとも一方に引延して、メッシュ
状にしたラスシートを用いてもラス形状を備えたセラミ
ックシート成形物体を得ることができる。
各種複雑な立体的な形状、構造が簡単に実現できる。必
要に応じて表装材として、平板状セラミックシートを用
いる。
ックシートを直接得て、それを積層して空隙を内包する
構造とすることも可能である。セラミックシートは可撓
性とともに、自立性も有するのでこのような穴が開いて
いても、強度を有しており自立性を維持することができ
る。この方法によれば穴開け工程等が削減できて好まし
い。
以上のようなセラミックシート成形物体(構造体)に、
泥しょうを被覆させる。被覆は、浸漬、塗布、及び吹き
付け等により被覆(付着)することができる。これによ
って、紙型の気孔が泥しょうを吸収して気孔が埋まり緻
密被覆層をもったものが焼成できる。付着させる部分は
全体(全面)でもよく、表層(表面)だけでもよい。い
ずれも保護層となり強度や耐環境性が向上して、特に建
築材料として用いた場合に優れた特性を発揮する。
は、上記の泥しょう被覆工程は省略可能である。多孔
質、軽量及び表面積が広いセラミック構造体が得られる
ことになり、特に触媒担体等の化学反応器に適してい
る。勿論十分な強度があるので建築材料としても有用で
ある。
に、例えば、解膠剤0.3%程度、セルローズパウダー
3%を加えて水分36%の泥しょうとしたものを用いる
ことができる。解膠剤の成分としては、燐酸系、ポリカ
ルボンアンモニウム酸系、ポリアクリル酸系等がある。
ミックシート成形物体を焼成する。紙型は酸化性雰囲気
中で焼成される。温度は原料に応じて変更される。酸
化、還元焼成はどちらとも可能である。なお、真空炉や
アルゴン等の不活性ガス雰囲気中でも焼成できる。但
し、酸化性雰囲気以外の真空炉や雰囲気炉では有機物除
去工程(いわゆる脱脂工程)が必要な場合もある。
は、紙成形物体を乾燥後800〜1200℃付近で締焼
して、1200〜1400℃付近で本焼成する。本実施
例もこれによるが、焼成条件は紙型(構造体の構造)及
びセラミックシートの材質、厚さ、大きさ等によって当
然変化する。
機繊維質(セルロース繊維等)が燃えて多孔質になる
が、両側の緻密コート層(セラミック層1)にサンドイ
ッチされる形で焼結して、最初の紙成形物体と相似形の
セラミック構造体ができる。しかも中間層の気孔のため
に軽い。図6に焼成後のセラミックシートの顕微鏡によ
る断面観察の組織図の一例を示す。このように、表層
(本図では両層だが単層でも可)に釉薬(釉層3)を施
して表装することもできる。
0.8mmであり、非常に薄くて、強度があり、耐熱、
耐水、耐薬品性等に優れた材料が得られる。この素材の
JISR1601ファインセラミック曲げ強度試験で2
100〜2800(平均2300)kgf/cm2を示
す。また、圧縮強度はコアの構造によって調節できる。
って得られた空隙を内包するセラミック構造体17の厚
さ方向の断面構造を示す。実施例3に示すように紙型を
種々の形状(空隙を有する構造)に形成することができ
る。なお、図示するように空隙が連続的かつ対称的に配
列した方が、強度の高さや均一性、生産効率の面から好
ましいが、用途によっては多数の空隙を非対称又は不連
続に配列することも好ましい。
連続体からなる空隙を有するセラミック構造体7であ
る。
た三角状の連続体からなる空隙を有するセラミック構造
体7である。
端部を有する三角状の連続体からなる空隙を有するセラ
ミック構造体7である。連続体とすれば強度面で優れて
いる。
ナー)を有するセラミック構造体である。このように本
発明の製造方法によって曲げ物も提供できる。
十分な強度を有するので、単層でも板状体として用いる
ことができ、しかも表面が緻密コート層(セラミック層
1)、に覆うことができて(図6参照)、非常に建築材
料に適している。
造体の断面構造としては、略山波状の他、管状、円、楕
円、三角、四角、五角、六角等の多角形、螺旋状、コイ
ル状、網目状、H字、X字等の構造が用途に応じて採用
される。
の構造体を単独、又は組み合わせて用いることができ
る。即ち、集合、重合、積層してもよい。
の構造体が簡単に作成できるので、工程及び工費削減効
果は非常に大きい。
構造体に、タイル、陶板等の表層材を取り付けることが
できる。予め紙成形物体に嵌合、係合のためのほぞ等を
設けてそれらを結合させることができる。予め、ほぞ等
のための空隙を有するセラミックシートを抄紙してもよ
い。
波状空隙間)にセラミックシート管状体を挿入して焼成
を行うことにより配筋が可能であり、強度が付与され
る。さらにボルト、ナット等により、配筋された構造物
を連結して、さらに大型の構造物ができる。このような
構造体はセラミック管状体の配筋、さらには、管状体内
部や層間に鉄筋を入れることによるはり・すじかいの効
果により耐震構造となる。
体は特に好ましくは建築用材に用いることができる。即
ち、床材、壁材、天井材、表装材のような板状体として
使用できる。また、棒状、円柱状、六角柱状として柱材
にもできる。本発明から得られたセラミック構造体は、
所定の空隙を内包する構造を有し、軽量で、機械的強度
が高く、耐衝撃力も高く、不燃性、断熱性、保温性、耐
水性に優れており建築用材料に求められる特性を全て充
足するものである。例えば、ALC(軽量発砲コンクリ
ート)を強度面等で大きく上回り、ALCの代用品とし
て有用であり、しかもALCが強度不足により用いるこ
とができなかった超高層建築の分野にも進出できる。実
際、JISA5416のALCパネルの曲げ強さ試験、
外壁200kgf/m2、間仕切り65kgf/m2、屋
根100kgf/m2、床360kgf/m2の基準をい
ずれもクリアできる。また触媒担体、焼成治具等にも使
用することができる。
ク構造体の製造方法によれば、第1に、安価な有機質繊
維を原料として用いることができる。そして、シートの
製造方法においては、それをセラミック原料と混合して
加工することにより可撓性及び自立性及び形態保持力に
優れたセラミックシートが得られ、良好な本発明の構造
体の材料となる。また、セラミック質及び有機質の組成
を変えることによって、気孔の形態を調整できる。また
高保水性のセラミック質を含む場合には、プレス又は圧
延法によれば、圧搾により水分を排出して乾燥させてシ
ートを形成できる。さらに、シートを単独で焼結したも
のも多数の微小空隙を有する多孔体であり、化学反応装
置として提供される。さらに、本発明の構造体は、所定
の空隙を内包する構造を有し、軽量で、機械的強度が高
く、耐衝撃力も高く、不燃性、断熱性、保温性、耐水性
に優れており建築用材料に求められる特性を全て充足す
るものである。
リサイクルに適し環境保全に貢献できる。
用いれば、高強度のセラミック構造体が得られる。曲げ
強度2100〜2800kgf/cm2を備える。
き)を有するように抄紙すれば、それらを積層するだけ
で簡単に空隙を内包する構造を有するセラミック構造体
が焼成できる。
主成分とするセラミックシートは、可撓性及び自立性に
優れているので、コルゲート加工等により波板状にで
き、この波板状セラミックシートを、互いに又は平板状
のセラミックシートと重合、積層等させることにより、
焼成後に硬いセラミック焼結体を研削切削する必要がな
く、セラミック構造体を空間構成を形成するための研削
工程を不要にできて、高硬度脆性材料であるセラミック
の研削に従来掛かってきた研削工具の磨耗等のよる頻繁
な工具の取り替え等の問題が生じないので、安価で簡単
に焼成原形である空隙を内包する構造を有するセラミッ
クシート成形物体(構造体)ができる。さらに、曲面を
有する構造体もセラミックシートの可撓性により簡単に
製造できる。また、上記の工程は連続的に行なうことが
できて生産性に優れている。
を、カッタ、プレス又はドリルで型抜きして、そのまま
あるいは積層して多数の空隙を内包する構造を有するセ
ラミックシート型を、研削切削工程なしで簡単に成形で
きる。
を活かして管状(筒状)のセラミックシートを輪切りす
るか、紐状のセラミックシートを管状(筒状)に結合し
て、それを平面上セラミックシートに柱状に植えて空隙
を内包する構造を得ることができる。
は、いずれも空隙の配列を連続状にすることができて、
圧縮強度等強度面で優れている。
セラミック原料からなる泥しょう中に浸漬することによ
り、セラミックシートの気孔部がそれを吸収して、焼成
後一層緻密な保護層を有するセラミック板状焼結体(構
造体)が得られる。
セラミック構造体は、厚さ方向の中間層が有機質繊維が
燃焼して多孔質になるが、両面の緻密なセラミック層に
挟まれて元の形状を保持して、しかも中間層がほとんど
中空なので非常に軽い構造体が得られる。勿論、外面
(両面)が緻密質セラミック層であるので、耐薬品性、
耐衝撃性、軽量、強度、耐水性、断熱性及び耐火性に優
れている。
を中芯として、タイル、大理石、樹脂、木材等の表層材
を用いて、あるいは施釉、釉上に文様等を加飾し耐環境
性、装飾性等を高めることができる。あるいは、本発明
の構造体の一面に直接施釉することもできる。
音、耐火性を高めることができて、さらに通風性の壁材
等にすることもでき、いわゆるオンドル効果により暖房
効率を上げたり、冷房効果を上げることができ空調がで
きる。床、壁中を冷風あるいは温風を通し、冷房、暖房
等の空調効果を上げることができる上に、湿度や湿気を
取除くこともできる。その上、管紙等により所定の空洞
を設ければ配線、配管の空間として利用できる。
示す工程模式図であり、図1(a)は、プレス成形によ
るセラミックシートの製造方法を示す模式断面図であ
り、図1(b)は、ドクターブレード法によるセラミッ
クシートの製造方法を示す模式断面図であり、図1
(c)は、ロール圧延法によるセラミックシートの製造
方法を示す模式断面図である。
板状セラミックシート及び成形物体の製造方法を示す模
式工程図であり、(a)では、板状のセラミックシート
を2本のローラー10を通して波板状に加工する(波板
6)製造工程を示す模式工程図である。(b)では、前
記波板6をセラミックシート平板4上に接着して、さら
に、波板上に別の平板を接着し、多数の空隙を内包する
セラミックシート成形物体7(構造体)を得る製造工程
を示す模式工程図である。(c)では、(a)で得られ
た波板を波山と直交する方向で切断又は輪切りして(切
断波板8)、これらの半環状のセラミックシートを、別
のセラミックシート平板4上に紙面を立てて波面の端面
を当接させて配列・接合を行ない多数の空隙を内包する
セラミックシート成形物体7(構造体)を得る製造工程
を示す模式工程図である。
るコルゲート法による波板を用いた種々のセラミックシ
ート成形物体(構造体)の斜視断面図である。
による空隙を内包する構造を有するセラミックシート型
成形物体を示す斜視図であり、(b)は一枚のセラミッ
クシートを折曲げ、切断、重合により空隙を内包するセ
ラミックシート成形物体を成形する工程を示す模式工程
図である。
状のセラミックシート管よりセラミックシート成形物体
(構造体)を得る模式工程図であり、(a)は、セラミ
ック管状体(筒状体)を、円周方向に輪切りし、これら
の端面をセラミック平板上に接着してセラミックシート
成形物体7を得る工程を示す。(b)は、セラミック管
状体(筒状体)を、軸方向に切断してセラミックシート
成形物体7としたものである。(c)は、多数の小環状
のセラミック管状体(筒状体)を平板状のセラミックシ
ートで内包して、多数の空隙を内包するセラミックシー
ト成形物体7とする工程を示す。(d)は、多数の細長
いセラミック管状体(筒状体)を、平板状のセラミック
シートで内包して、多数の空隙を内包するセラミックシ
ート成形物体7とし、さらにそれを円周方向に輪切りし
て、セラミックシート成形物体7とする工程を示す。
ートの顕微鏡による断面観察の組織図を示す。
有するセラミック構造体の厚さ方向の断面構造を示す断
面図であり、(a)〜(c)は直線状の板状体であり、
(d)は曲線状の板状体である。
Claims (30)
- 【請求項1】有機質繊維とセラミック原料を主成分とす
る成形または未成形の、あるいは両者のセラミックシー
トを多数の空隙を内包するセラミックシート成形物体に
する成形工程と、 前記成形物体を焼成して多数の空隙を内包するセラミッ
ク構造体を形成する焼成工程とを含むことを特徴とする
セラミック構造体の製造方法。 - 【請求項2】前記成形セラミックシートが空隙を有して
おり、前記成形工程で成形セラミックシートが重合され
て、所定の空隙を有するセラミックシート成形物体が成
形されることを特徴とする請求項1に記載のセラミック
構造体の製造方法。 - 【請求項3】前記成形工程が、セラミックシートを略波
板状に加工する工程と、略波板状の前記セラミックシー
トを少くとも一層含み複数層に重ね合わせる工程を含む
ことを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載のセラ
ミック構造体の製造方法。 - 【請求項4】前記成形工程が、セラミックシートをエン
ボス加工により凹凸状に加工する工程と、凹凸状の前記
セラミックシートを少くとも一層含み複数層に重ね合わ
せる工程を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれ
かに記載のセラミック構造体の製造方法。 - 【請求項5】前記成形工程において、前記成形セラミッ
クシートとして少くとも管状セラミックシートを用い、
複数の管状セラミックシートを含むセラミックシート成
形物体を成形することを特徴とする請求項1〜4のいず
れかに記載のセラミック構造体の製造方法。 - 【請求項6】前記成形工程が、セラミックシートを管状
に加工する工程と、複数の管状のセラミックシートを平
板状の又は凹凸を有する少くとも1枚のセラミックシー
トを介して又は介することなく一体に結合する工程を含
むことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のセ
ラミック構造体の製造方法。 - 【請求項7】前記の成形工程が、少くとも1枚のセラミ
ックシートを所定形状に切断する工程と、所定形状に切
断したセラミックシートを、少くとも1枚のセラミック
シート上に結合させて立体構造を形成することを特徴と
する請求項1〜6のいずれかに記載のセラミック構造体
の製造方法。 - 【請求項8】前記切断により、多孔又は所定空孔パター
ンを有するセラミックシートとすることを特徴とする請
求項7に記載のセラミック構造体の製造方法。 - 【請求項9】前記管状セラミックシートを一本又は複数
本束ねて切断して成る切断物を含み成形物体に成形する
ことを特徴とする請求項7又は8に記載のセラミック構
造体の製造方法。 - 【請求項10】複数の前記切断物を少なくとも一層のセ
ラミックシートを介して成形物体に成形することを特徴
とする請求項9に記載のセラミック構造体の製造方法。 - 【請求項11】セラミックシートを二層以上に折返した
後切断を施し、その後部分的に展開して成る多孔成形セ
ラミックシートを少くとも含むことを特徴とする請求項
10に記載のセラミック構造体の製造方法。 - 【請求項12】前記成形セラミックシートの少くとも一
部として、平板セラミックシートに多数の切込みを入れ
た後少くとも一方向に引延して形成されるラスシートを
用いることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記
載のセラミック構造体の製造方法。 - 【請求項13】前記成形工程で、セラミックシート成形
物体が互いに独立空隙として配列された連続的な空隙を
内包するように成形されることを特徴とする請求項1〜
12のいずれかに記載のセラミック構造体の製造方法。 - 【請求項14】表装材として平板状セラミックシートを
用いることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記
載のセラミック構造体の製造方法。 - 【請求項15】中間層として少なくとも一層の平板状セ
ラミックシートを含むことを特徴とする請求項1〜14
のいずれかに記載のセラミック構造体の製造方法。 - 【請求項16】前記構造体が板状体であることを特徴と
する請求項1〜15のいずれかに記載のセラミック構造
体の製造方法。 - 【請求項17】前記板状体が建築用壁材、柱材又はブロ
ック状材であることを特徴とする請求項1〜16のいず
れかに記載のセラミック構造体の製造方法。 - 【請求項18】前記有機質繊維がセルロース繊維あるい
は合成ないし人造繊維からなることを特徴とする請求項
1〜17のいずれかに記載のセラミック構造体の製造方
法。 - 【請求項19】前記セラミック原料がアルミナを成分と
して含む磁器質組成を有することを特徴とする請求項1
〜18のいずれかに記載のセラミック構造体の製造方
法。 - 【請求項20】前記成形工程において、接着剤として有
機質又は無機質の粘結剤又はこれらの混合物を用いるこ
とを特徴とする請求項1〜19のいずれかに記載のセラ
ミック構造体の製造方法。 - 【請求項21】前記セラミック構造体に、焼成後又は焼
成前において施釉することを特徴とする請求項1〜20
のいずれかに記載のセラミック構造体の製造方法。 - 【請求項22】前記セラミックシート成形物体のセラミ
ックシート層の少くとも一部にセラミック材料の泥しょ
うを被覆する被覆工程を含むことを特徴とする請求項1
〜21のいずれかに記載のセラミック構造体の製造方
法。 - 【請求項23】有機質繊維とセラミック原料を主成分と
する混合物をプレスして結合させてセラミックシートを
得ることを特徴とするセラミックシートの製造方法。 - 【請求項24】前記プレス時に、エンボス加工を行ない
凹凸状の成形セラミックシートを得ることを特徴とする
請求項23に記載のセラミックシートの製造方法。 - 【請求項25】有機質繊維とセラミック原料を主成分と
する混合物をシート状物上に流下し、ドクターブレード
により前記流下された混合物を所定の厚さのセラミック
シートとすることを特徴とするセラミックシートの製造
方法。 - 【請求項26】少なくとも一方が有機質繊維を含む、セ
ラミック原料を主成分とする混合物と及びシート状物と
を、前記混合物がシート状物に含浸または付着するよう
に圧延して所定の厚さのセラミックシート得ることを特
徴とするセラミックシートの製造方法。 - 【請求項27】前記シート状物が有機質の紙又は布もし
くは不織布からなることを特徴とする請求項26に記載
のセラミックシートの製造方法。 - 【請求項28】請求項23〜27のいずれかに記載の方
法により得られたセラミックシートを用いることを特徴
とする請求項1〜25のいずれかに記載のセラミック構
造体の製造方法。 - 【請求項29】請求項1〜22及び28のいずれかに記
載の方法により得られたセラミック構造体。 - 【請求項30】請求項23〜27のいずれかに記載の方
法により得られたセラミックシートを焼成して成るセラ
ミック板状構造体。
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