JPH11240778A - 密閉気孔を有するセラミック軽量複合体およびその製造方法 - Google Patents
密閉気孔を有するセラミック軽量複合体およびその製造方法Info
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- JPH11240778A JPH11240778A JP8515098A JP8515098A JPH11240778A JP H11240778 A JPH11240778 A JP H11240778A JP 8515098 A JP8515098 A JP 8515098A JP 8515098 A JP8515098 A JP 8515098A JP H11240778 A JPH11240778 A JP H11240778A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】 気孔形成材として中空体などを用いた従来技
術によるアルミナ軽量複合体は、焼成収縮率が大きく寸
法安定性に劣る、焼成体の熱膨張率が大きい、開放気孔
が密閉気孔より多く吸水率が高い、中空体が高価である
ため高コストになりやすいなどの問題があった。 【解決手段】 気孔形成材として平均粒径10μm以下
に制御された中実の火山ガラス粉体と平均粒径1μm以
下に制御されたアルミナ粉体とを均一混合後、1250
℃以上で焼成することによって、密閉気孔からなるアル
ミナ軽量複合体を得た。軽量化の方法として、焼成途中
において未焼結のアルミナ粉体に囲まれた火山ガラス粒
子が先に液状化し、毛管現象によりアルミナ側に浸出す
ることで密閉気孔が形成されることを利用したものであ
る。
術によるアルミナ軽量複合体は、焼成収縮率が大きく寸
法安定性に劣る、焼成体の熱膨張率が大きい、開放気孔
が密閉気孔より多く吸水率が高い、中空体が高価である
ため高コストになりやすいなどの問題があった。 【解決手段】 気孔形成材として平均粒径10μm以下
に制御された中実の火山ガラス粉体と平均粒径1μm以
下に制御されたアルミナ粉体とを均一混合後、1250
℃以上で焼成することによって、密閉気孔からなるアル
ミナ軽量複合体を得た。軽量化の方法として、焼成途中
において未焼結のアルミナ粉体に囲まれた火山ガラス粒
子が先に液状化し、毛管現象によりアルミナ側に浸出す
ることで密閉気孔が形成されることを利用したものであ
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、焼成収縮率が小さ
く寸法安定性に優れ、密閉気孔からなり、その気孔平均
径が10μm以下に制御された構造を有し、低吸水率、
低熱膨張性、低コスト、高強度のアルミナ軽量複合体お
よびその製造方法に関するものである。
く寸法安定性に優れ、密閉気孔からなり、その気孔平均
径が10μm以下に制御された構造を有し、低吸水率、
低熱膨張性、低コスト、高強度のアルミナ軽量複合体お
よびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】特願平7−98839号には、中空体を
気孔形成材として用い、セラミックスを軽量化する方法
が従来技術として提案されている。
気孔形成材として用い、セラミックスを軽量化する方法
が従来技術として提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】気孔形成材として中空
体などを用いた従来技術によるセラミックス軽量複合体
は、焼成収縮率が大きく寸法安定性に劣る、焼結体の熱
膨張収縮率が大きい、開放気孔が密閉気孔より多く吸水
率が高い、気孔径が大きい、強度が低い、中空体が高価
であるため高コストになりやすいなどの問題があった。
更に、有機質の中空樹脂ビ−ズなどを用いた場合には、
焼成時に有毒な分解ガスを放出するため、環境上の大き
な問題があった。また、中空体が低比重であるため、特
に湿式成形法において比重分離し易いので成形時に均一
混合し難く、製造性に劣るなどの問題があった。さら
に、中空体を用いて乾式成形する場合には、プレス圧力
で中空体が破損しやすいため、成形体の密度がプレス圧
で大きく変化する、焼結体の気孔が不均一になるなどの
問題があった。
体などを用いた従来技術によるセラミックス軽量複合体
は、焼成収縮率が大きく寸法安定性に劣る、焼結体の熱
膨張収縮率が大きい、開放気孔が密閉気孔より多く吸水
率が高い、気孔径が大きい、強度が低い、中空体が高価
であるため高コストになりやすいなどの問題があった。
更に、有機質の中空樹脂ビ−ズなどを用いた場合には、
焼成時に有毒な分解ガスを放出するため、環境上の大き
な問題があった。また、中空体が低比重であるため、特
に湿式成形法において比重分離し易いので成形時に均一
混合し難く、製造性に劣るなどの問題があった。さら
に、中空体を用いて乾式成形する場合には、プレス圧力
で中空体が破損しやすいため、成形体の密度がプレス圧
で大きく変化する、焼結体の気孔が不均一になるなどの
問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ために、気孔形成材として平均粒径10μm以下に制御
された中実の火山ガラス粉体と平均粒径1μm以下に制
御されたアルミナ粉体とを均一混合後、1250℃以上
で焼成することによって、密閉気孔の平均径が10μm
以下に制御されたアルミナ軽量複合体を製造することが
可能となった。軽量化の方法としては、従来法にみられ
る中空体の導入や可燃物焼失による気孔形成および揮発
成分を有するガラスの発泡現象などを利用するものでな
く、焼成途中において未焼結のアルミナ粉体に囲まれた
火山ガラス粒子が先に液状化してアルミナ側に毛管現象
で浸出することで密閉気孔が形成されることを利用した
ものである。そのため、開放気孔(連通気孔)が生じ難
く、密閉気孔からなり低吸水率で高強度のアルミナ軽量
複合体が合成できる。
ために、気孔形成材として平均粒径10μm以下に制御
された中実の火山ガラス粉体と平均粒径1μm以下に制
御されたアルミナ粉体とを均一混合後、1250℃以上
で焼成することによって、密閉気孔の平均径が10μm
以下に制御されたアルミナ軽量複合体を製造することが
可能となった。軽量化の方法としては、従来法にみられ
る中空体の導入や可燃物焼失による気孔形成および揮発
成分を有するガラスの発泡現象などを利用するものでな
く、焼成途中において未焼結のアルミナ粉体に囲まれた
火山ガラス粒子が先に液状化してアルミナ側に毛管現象
で浸出することで密閉気孔が形成されることを利用した
ものである。そのため、開放気孔(連通気孔)が生じ難
く、密閉気孔からなり低吸水率で高強度のアルミナ軽量
複合体が合成できる。
【0005】アルミナ焼結体の軽量性と強度を両立させ
る方法としては、破壊起源になり易い開放気孔を少なく
し、密閉気孔を多くして可能な限り密閉気孔径を微細に
するという方法がある。しかし、単に気孔を導入する従
来法では、軽量化により開放気孔が生じ易いので、軽量
性と強度を両立させることは困難であった。そこで、軽
量化について鋭意研究を重ねた結果、微細な中実体の火
山ガラス粒子とさらに微細なアルミナ粉体を混合して、
1250℃以上の高温で焼結させることで、開放気孔を
生じさせることなく密閉気孔を導入することが可能であ
ることがわかった。
る方法としては、破壊起源になり易い開放気孔を少なく
し、密閉気孔を多くして可能な限り密閉気孔径を微細に
するという方法がある。しかし、単に気孔を導入する従
来法では、軽量化により開放気孔が生じ易いので、軽量
性と強度を両立させることは困難であった。そこで、軽
量化について鋭意研究を重ねた結果、微細な中実体の火
山ガラス粒子とさらに微細なアルミナ粉体を混合して、
1250℃以上の高温で焼結させることで、開放気孔を
生じさせることなく密閉気孔を導入することが可能であ
ることがわかった。
【0006】そのアルミナ粉体の粒子径は、平均粒径1
μm以下としたときに密閉気孔のみになり易いことがわ
かった。そして、その密閉気孔径が、原料の火山ガラス
粒子径に依存することから、原料の火山ガラス粒子の平
均粒径を10μm以下に制御することで、密閉気孔の平
均径を10μm以下と非常に微細にすることができ、軽
量性と強度を両立させることが初めて可能となった。焼
成温度については、焼成温度が低いと焼結が不十分にな
り開放気孔が多くなり吸水率が大きくなるため、125
0℃以上で焼成することによって、ほとんど密閉気孔か
らなり低吸水率のアルミナ軽量複合体を得ることができ
た。
μm以下としたときに密閉気孔のみになり易いことがわ
かった。そして、その密閉気孔径が、原料の火山ガラス
粒子径に依存することから、原料の火山ガラス粒子の平
均粒径を10μm以下に制御することで、密閉気孔の平
均径を10μm以下と非常に微細にすることができ、軽
量性と強度を両立させることが初めて可能となった。焼
成温度については、焼成温度が低いと焼結が不十分にな
り開放気孔が多くなり吸水率が大きくなるため、125
0℃以上で焼成することによって、ほとんど密閉気孔か
らなり低吸水率のアルミナ軽量複合体を得ることができ
た。
【0007】焼成収縮に関しては、アルミナ粉体と火山
ガラス粉体を用いた場合は、1400℃以下の焼成では
アルミナ粉体のみと同様の焼成収縮挙動を示し、140
0℃以上の焼成では、アルミナと火山ガラス中のシリカ
が反応してムライトが生成されるためアルミナ粉体のみ
よりも収縮率が小さくなり、優れた寸法安定性を示し
た。生成したムライトは、アルミナよりも低比重、低熱
膨張性であり、焼成収縮率を小さくするとともに焼結体
の熱膨張係数を低く抑える働きがある。また、強度につ
いては、1300℃〜1400℃で焼成したアルミナ軽
量複合体が、同じ温度で焼結したアルミナ焼結体と同等
以上の強度を示すことを確認している。
ガラス粉体を用いた場合は、1400℃以下の焼成では
アルミナ粉体のみと同様の焼成収縮挙動を示し、140
0℃以上の焼成では、アルミナと火山ガラス中のシリカ
が反応してムライトが生成されるためアルミナ粉体のみ
よりも収縮率が小さくなり、優れた寸法安定性を示し
た。生成したムライトは、アルミナよりも低比重、低熱
膨張性であり、焼成収縮率を小さくするとともに焼結体
の熱膨張係数を低く抑える働きがある。また、強度につ
いては、1300℃〜1400℃で焼成したアルミナ軽
量複合体が、同じ温度で焼結したアルミナ焼結体と同等
以上の強度を示すことを確認している。
【0008】以上述べた優れた特性を発揮させるために
は、原料の火山ガラス粉体とアルミナ粉体を、均一に混
合し緻密な成形体を得ることが重要である。そのための
方法として、平均粒径10μm以下に制御された火山ガ
ラス粉体と平均粒径1μm以下に制御されたアルミナ粉
体、それと蒸留水、高分子電解質および結合剤を適正量
混合し、石膏型で鋳込み成形し、脱型後乾燥して緻密な
成形体を得た。それを、1250℃以上の高温で焼結す
ることによって、気孔平均径10μm以下に制御された
アルミナ軽量複合体を得た。高分子電解質は、アルミナ
粒子と火山ガラス粒子を水系サスペンジョンにおいて、
均一に分散させるために用いたものであり、結合剤は石
膏型から脱型した成形体の強度を向上させ、焼結を促進
させるために用いた。それらの添加量については、粉体
重量に対してそれぞれ2.9重量%、0.7重量%とし
た場合に、所望のアルミナ軽量複合体を合成することが
可能であった。
は、原料の火山ガラス粉体とアルミナ粉体を、均一に混
合し緻密な成形体を得ることが重要である。そのための
方法として、平均粒径10μm以下に制御された火山ガ
ラス粉体と平均粒径1μm以下に制御されたアルミナ粉
体、それと蒸留水、高分子電解質および結合剤を適正量
混合し、石膏型で鋳込み成形し、脱型後乾燥して緻密な
成形体を得た。それを、1250℃以上の高温で焼結す
ることによって、気孔平均径10μm以下に制御された
アルミナ軽量複合体を得た。高分子電解質は、アルミナ
粒子と火山ガラス粒子を水系サスペンジョンにおいて、
均一に分散させるために用いたものであり、結合剤は石
膏型から脱型した成形体の強度を向上させ、焼結を促進
させるために用いた。それらの添加量については、粉体
重量に対してそれぞれ2.9重量%、0.7重量%とし
た場合に、所望のアルミナ軽量複合体を合成することが
可能であった。
【0009】
【作用】本発明のアルミナ軽量複合体における気孔形成
は、火山ガラスが発泡するためではなく、その焼成途中
において未焼結のアルミナ粉体に囲まれた火山ガラス粒
子が先に液状化してアルミナ側に毛管現象で浸出するた
めであり、元の火山ガラス粒子径以下の気孔が形成され
ている。その気孔は、密閉気孔からなるので、低吸水率
である。また、中実の火山ガラス粉体は、製造コストが
安く中空ガラス球状体よりも遙かに低価格であり、アル
ミナ軽量複合体を低コストで製造できる。
は、火山ガラスが発泡するためではなく、その焼成途中
において未焼結のアルミナ粉体に囲まれた火山ガラス粒
子が先に液状化してアルミナ側に毛管現象で浸出するた
めであり、元の火山ガラス粒子径以下の気孔が形成され
ている。その気孔は、密閉気孔からなるので、低吸水率
である。また、中実の火山ガラス粉体は、製造コストが
安く中空ガラス球状体よりも遙かに低価格であり、アル
ミナ軽量複合体を低コストで製造できる。
【0010】湿式成形法の場合には、火山ガラスの粒子
比重が中空ガラス球状体よりも大きいので、アルミナ粉
体との混合サスペンジョンを作製するときに、比重差が
小さく均一混合し易く、乾燥割れし難く成形し易い。さ
らに、乾式成形法の場合には、蒸留水、高分子電解質な
どが不要であり、湿式成形法よりも低コストで製造でき
るという利点がある。また、火山ガラス粉体は、有機質
ビーズと異なり、焼成時に水分しか放出しないことを確
認しており、環境的にも優れた素材である。すなわち、
本発明によるアルミナ軽量複合体は、優れた寸法安定
性、低熱膨張性、低吸水率、高強度、低コスト、簡便な
製造性、環境安全性という優れた特徴を持つ。
比重が中空ガラス球状体よりも大きいので、アルミナ粉
体との混合サスペンジョンを作製するときに、比重差が
小さく均一混合し易く、乾燥割れし難く成形し易い。さ
らに、乾式成形法の場合には、蒸留水、高分子電解質な
どが不要であり、湿式成形法よりも低コストで製造でき
るという利点がある。また、火山ガラス粉体は、有機質
ビーズと異なり、焼成時に水分しか放出しないことを確
認しており、環境的にも優れた素材である。すなわち、
本発明によるアルミナ軽量複合体は、優れた寸法安定
性、低熱膨張性、低吸水率、高強度、低コスト、簡便な
製造性、環境安全性という優れた特徴を持つ。
【0011】
【実施例】火山ガラス粉体に、鹿児島郡吉田町産シラス
の粉砕物(平均粒径8.2μm、粒子比重2.36)を
用い、アルミナ粉体には住友アルミ精錬製α−アルミナ
粉体(平均粒径0.5μm)を用いた。アルミナに対す
る火山ガラス粉体の割合は、28.6重量%で、粉体と
蒸留水の割合は、42.9重量%とした。高分子電解質
として共和産業製ポリアクリル酸アンモニウムを、結合
剤として三井東圧化学製アクリル系エマルジョンをそれ
ぞれ適量添加し、プラスチック円筒容器に直径19mmの
アルミナボールとともに1時間回転混合、攪拌して水性
サスペンジョンを作製した。真空脱泡後、石膏型に鋳込
み、110℃で乾燥し成形体を得た。成形体は、大気中
毎分2.5℃で昇温し、1300〜1500℃の温度に
1時間保持した。比較として、中空ガラス球状体を2
8.6重量%添加したもの、アルミナ粉体のみのについ
ても同様に焼結体を得た。
の粉砕物(平均粒径8.2μm、粒子比重2.36)を
用い、アルミナ粉体には住友アルミ精錬製α−アルミナ
粉体(平均粒径0.5μm)を用いた。アルミナに対す
る火山ガラス粉体の割合は、28.6重量%で、粉体と
蒸留水の割合は、42.9重量%とした。高分子電解質
として共和産業製ポリアクリル酸アンモニウムを、結合
剤として三井東圧化学製アクリル系エマルジョンをそれ
ぞれ適量添加し、プラスチック円筒容器に直径19mmの
アルミナボールとともに1時間回転混合、攪拌して水性
サスペンジョンを作製した。真空脱泡後、石膏型に鋳込
み、110℃で乾燥し成形体を得た。成形体は、大気中
毎分2.5℃で昇温し、1300〜1500℃の温度に
1時間保持した。比較として、中空ガラス球状体を2
8.6重量%添加したもの、アルミナ粉体のみのについ
ても同様に焼結体を得た。
【0012】このアルミナ軽量複合体の1500℃まで
の焼成収縮率は9.9%であり、中空ガラス球状体を用
いたもの(焼成収縮率16.4%)より小さく、さらに
アルミナ粉体のみ(焼成収縮率13.1%)よりも小さ
く、優れた寸法安定性を示した。1300℃、1400
℃、1500℃のアルミナ軽量複合体は、かさ比重がそ
れぞれ2.80、2.97、2.93であり、焼結体内
部に形成された気孔は、吸水率がほぼ0%であったこと
から、密閉気孔からなることがわかった。破断面を観察
した結果、いずれの軽量複合体においても、密閉気孔か
らなり、気孔形状が火山ガラス粒子の輪郭に依存し、そ
の気孔平均径は10μm以下であることが観察された。
の焼成収縮率は9.9%であり、中空ガラス球状体を用
いたもの(焼成収縮率16.4%)より小さく、さらに
アルミナ粉体のみ(焼成収縮率13.1%)よりも小さ
く、優れた寸法安定性を示した。1300℃、1400
℃、1500℃のアルミナ軽量複合体は、かさ比重がそ
れぞれ2.80、2.97、2.93であり、焼結体内
部に形成された気孔は、吸水率がほぼ0%であったこと
から、密閉気孔からなることがわかった。破断面を観察
した結果、いずれの軽量複合体においても、密閉気孔か
らなり、気孔形状が火山ガラス粒子の輪郭に依存し、そ
の気孔平均径は10μm以下であることが観察された。
【0013】1500℃で焼結したアルミナ軽量複合体
の熱膨張係数は、5.7×0.000001/K(25
〜800℃)であり、アルミナのみの値よりも小さく、
優れた低熱膨張性を示した。また、1300℃、140
0℃焼結のアルミナ軽量複合体の曲げ強度(3回試験の
平均値)は、それぞれ190.7MPa、249.3MPaで
あり、アルミナのみの焼結体は158.9MPa、24
9.7MPaであった。すなわち、アルミナ軽量複合体の
強度は1400℃焼結の場合にはアルミナのみと同程
度、1300℃焼結の場合には、アルミナ軽量複合体の
方がアルミナのみより高強度を示した。
の熱膨張係数は、5.7×0.000001/K(25
〜800℃)であり、アルミナのみの値よりも小さく、
優れた低熱膨張性を示した。また、1300℃、140
0℃焼結のアルミナ軽量複合体の曲げ強度(3回試験の
平均値)は、それぞれ190.7MPa、249.3MPaで
あり、アルミナのみの焼結体は158.9MPa、24
9.7MPaであった。すなわち、アルミナ軽量複合体の
強度は1400℃焼結の場合にはアルミナのみと同程
度、1300℃焼結の場合には、アルミナ軽量複合体の
方がアルミナのみより高強度を示した。
【0014】
【発明の効果】本発明で得られるアルミナ軽量複合体
は、純粋なアルミナ焼結体に比べて25%以上軽量であ
り、吸水率はほぼ0%で、密閉気孔からなるその気孔平
均径は10μm以下に制御されている。また、焼成収縮
率が小さく寸法安定性に優れ、焼成体は低熱膨張性で、
高強度であり、簡便な製造方法により低コストで安全に
製造できる。これらの優れた物性により、耐熱衝撃性の
要求される高温用断熱材、密閉性(低吸水率)と低誘電
率および高強度が要求されるIC用アルミナ基板などの
電子材料、そして、低吸水率と低コストが要求されるア
ルミナ食器、アルミナ工芸品、エクステリア製品などへ
の応用が考えられ、南九州に900億トン賦存すると言
われるシラスの有効利用につながるものと期待される。
は、純粋なアルミナ焼結体に比べて25%以上軽量であ
り、吸水率はほぼ0%で、密閉気孔からなるその気孔平
均径は10μm以下に制御されている。また、焼成収縮
率が小さく寸法安定性に優れ、焼成体は低熱膨張性で、
高強度であり、簡便な製造方法により低コストで安全に
製造できる。これらの優れた物性により、耐熱衝撃性の
要求される高温用断熱材、密閉性(低吸水率)と低誘電
率および高強度が要求されるIC用アルミナ基板などの
電子材料、そして、低吸水率と低コストが要求されるア
ルミナ食器、アルミナ工芸品、エクステリア製品などへ
の応用が考えられ、南九州に900億トン賦存すると言
われるシラスの有効利用につながるものと期待される。
フロントページの続き (72)発明者 浜石 和人 鹿児島県姶良郡隼人町小田1445番地1 鹿 児島県工業技術センター内
Claims (2)
- 【請求項1】 平均粒径10μm以下に制御された中実
の火山ガラス粉体と平均粒径1μm以下に制御されたア
ルミナ粉体を均一混合して成形後、1250℃以上で焼
成して得られる密閉気孔からなる軽量焼結体で、焼成途
中において未焼結のアルミナ粉体で囲まれた火山ガラス
粒子が先に液状化してアルミナ側に毛管現象により浸出
することで密閉気孔が形成され軽量化したもので、その
密閉気孔の平均径が10μm以下に制御されていること
を特徴とする高強度のアルミナ軽量複合体。 - 【請求項2】 平均粒径10μm以下に制御された中実
の火山ガラス粉体と平均粒径1μm以下に制御されたア
ルミナ粉体を均一混合して成形後、1250℃以上で焼
成し、焼成途中において未焼結のアルミナ粉体に囲まれ
た火山ガラス粒子が先に液状化してアルミナ側に毛管現
象により浸出することで密閉気孔が形成され、その密閉
気孔の平均径を10μm以下に制御することを特徴とす
る高強度のアルミナ軽量複合体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8515098A JPH11240778A (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | 密閉気孔を有するセラミック軽量複合体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8515098A JPH11240778A (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | 密閉気孔を有するセラミック軽量複合体およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11240778A true JPH11240778A (ja) | 1999-09-07 |
Family
ID=13850647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8515098A Pending JPH11240778A (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | 密閉気孔を有するセラミック軽量複合体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11240778A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003048073A1 (en) * | 2001-12-07 | 2003-06-12 | Ngk Insulators, Ltd | Method for producing porous ceramic article |
-
1998
- 1998-02-27 JP JP8515098A patent/JPH11240778A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003048073A1 (en) * | 2001-12-07 | 2003-06-12 | Ngk Insulators, Ltd | Method for producing porous ceramic article |
| US7208108B2 (en) | 2001-12-07 | 2007-04-24 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for producing porous ceramic article |
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