セラミック多孔体の製造方法とそれを用いて作製したセラミック多孔体および構造体
【課題】気泡導入を行う機械的な撹拌時に生じる気泡含有スラリー７の固形分の凝縮を抑制し、気孔、密度ばらつきを安定化させることによって、高品位のセラミック多孔体を得ることを目的とする。
【解決手段】気泡導入を行う機械的な撹拌は、容器回転装置１０で気泡導入容器８を回転させるようにしてあるので、気泡導入容器８の内壁近傍は、スラリー７の慣性によってスラリー７の剪断流が起こり、澱みにくくなり付着するスラリー７の凝縮が抑制されるとともに、２軸の回転ビーター９ａの中間となる位置が気泡導入容器８の回転によって、常に移動しているため、スラリー７の凝縮が発生したとしても、大きく成長することもなくなる。
【解決手段】気泡導入を行う機械的な撹拌は、容器回転装置１０で気泡導入容器８を回転させるようにしてあるので、気泡導入容器８の内壁近傍は、スラリー７の慣性によってスラリー７の剪断流が起こり、澱みにくくなり付着するスラリー７の凝縮が抑制されるとともに、２軸の回転ビーター９ａの中間となる位置が気泡導入容器８の回転によって、常に移動しているため、スラリー７の凝縮が発生したとしても、大きく成長することもなくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック多孔体からなるセラミック成形体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、セラミック多孔体は機能性材料として、高耐熱・軽量であることに加え、高透過率、大表面積、吸音、断熱性等のような特性を有しており、これらを利用した、フィルター、センサー、触媒、建材等に応用され、製品の種類や形状によって使い分けられている。
【０００３】
これらのセラミック多孔体の製法の一つとして考えられたゲルキャスティング法は、スラリー中に溶解させたモノマーの重合反応によって成形する方法で、分散媒にセラミックス粉体、有機モノマーを含むスラリーを調製し、開始剤および触媒を混ぜた後、不透水型に流し込む。
【０００４】
そして、型内でモノマーがラジカル重合することにより分散媒中にポリマーのネットワークが形成され、ゲル湿潤成形体が得られる。
【０００５】
この方法では、スラリーの流動過程と固化過程が完全に分離し、粒子がその場で固定されるため、成形体中の不均一や欠陥が発生しにくいという利点がある。
【０００６】
その他にも、スラリー調製が現在一般的に使用されている鋳込み成形やテープ成形と同様であり、高濃度スラリーが調製できれば適用可能であることや、複雑形状の型を用いたニアネットシェーピングが可能といった利点もある。
【０００７】
また、ゲルキャスティング法では、重合前のスラリーに気泡を導入し重合を開始することにより、多孔質な成形体を得ることが可能である。
【０００８】
多孔化する場合のゲルキャスティングの手順は、基本的には、緻密体を成形するのと同じ手順であるが、導入した気泡をスラリーが固化するまで維持するために、スラリーに界面活性剤を加える。
【０００９】
気泡の導入は機械的な撹拌によって行われる。ゲルキャスティングを用いた多孔体成形は他の多孔体セラミック成形法に比べて非常に高い気孔率が得られ、80%以上の気孔率も可能である。
【００１０】
さらに、ゲルキャスティング法を用いた多孔体製造における気孔制御は、基本的にはスラリー中に導入した気泡の状態変化を利用する。界面活性剤種類、ゲル化剤添加量やスラリー温度変化による固化時間、スラリー濃度等を変化させることにより気孔径や気孔率を制御可能である。
【００１１】
界面活性剤の種類を変化させた場合、気泡の状態が変化し気孔径や気孔率が変化する。ゲル化剤添加量やスラリー温度変化ではゲル化時間が変化し、気泡の合体、膨張、収縮の結果、気孔径が変化する。
【００１２】
したがって、界面活性剤の種類やゲル化時間を適切に変化させることにより、気孔径、気孔率が制御可能である（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】「セラミックス基盤工学研究センター年報（２００５）Ｖｏｌ．５」Ｐ３３−４０、竹上弘彰、藤井正督、高橋実 著「ゲルキャスティングによる多孔体セラミックス成形とその応用」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前記の従来のセラミック多孔体の製作過程に置いて、様々な課題が発生し、特に、スラリーに界面活性剤を加え機械的な撹拌によって気泡の導入を行うときに、スラリーの凝縮が発生し、スラリーを機械的な撹拌をするときに用いる気泡導入容器内壁に、分散媒が脱水され固形分が凝縮して付着し成長してしまう現象が顕れた。
【００１４】
これは、気孔径を小さく高い気孔率を得る目的で効率よくスラリーに気泡の導入を行うため、機械的な撹拌を２軸の回転ビーターを組み合わせた回転装置を用いた場合に、スラリーの流れのよどみとなるところつまり、２軸の回転ビーターの中間となる気泡導入容器内壁の両側にスラリーの凝縮を多く生じ、できる気泡含有スラリーの気孔、密度ばらつきの原因になるばかりでなく、型に流し込む際に、混入すると、他の部分より密度の高い欠陥部分ができてしまうことがあった。
【００１５】
このような対策として、気泡導入容器に気泡導入のための機械的な撹拌装置と同時に、気泡導入容器の内壁のスラリーの凝縮をかき取るような回転刃を有する回転装置を用いたり、気泡導入容器内壁に付着しにくいたとえばフッ素樹脂を用いることなどが考えられたが、前者は装置が複雑になり掃除などのメンテが大変になるうえに、気泡導入容器の内の回転刃の死角や容器とのクリアランスに不均一を生じてしまう欠点があった。
【００１６】
また、後者では、もともとスラリーの流れのよどみで生じる現象であるため、殆ど効果がなく、やはり、内壁に分散媒が脱水され固形分が凝縮して付着し成長してしまう欠点があった。
【００１７】
上記従来の技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、気泡導入を行う機械的な撹拌時に生じる気泡含有スラリーの固形分の凝縮を抑制し、気孔、密度ばらつきを安定化させることによって、高品位のセラミック多孔体を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため本発明のセラミック多孔体の製造方法はセラミック粉体と有機モノマーを含むスラリーを調製し、前記スラリーに界面活性剤を添加するとともに、モノマー重合の開始剤と触媒を添加して機械的な撹拌をしてつくられた気泡含有スラリーを成形型に流し込み作製した成型品を乾燥・焼成して行うゲルキャスティング法を用いたセラミック多孔体の製造方法において、前記スラリーを入れる円筒状の気泡導入容器の略中央にその中心が位置する様に配設した２軸の回転ビーターを組み合わせた起泡回転装置と気泡導入容器を載置し回転させる容器回転装置とを設けるとともに、前記気泡導入を行う機械的な撹拌は、前記起泡回転装置で回転ビーターを回転させて行うと同時に、前記容器回転装置で気泡導入容器を回転させるようにしてある。
【００１９】
上記した構成により、気泡導入を行う機械的な撹拌は、前記起泡回転装置で回転ビーターを回転させて行うようにしてあるので、２軸の回転ビーターの重なり合う回転の流れの衝突によって、スラリーに多く気泡が取り込まれ、効率よくスラリーに気泡の導入されて、気孔径を小さく高い気孔率を得ることができるようになる。
【００２０】
また、同時に、前記容器回転装置で気泡導入容器を回転させるようにしてあるので、気泡導入容器の内壁近傍は、スラリーの慣性によってスラリーの剪断流が起こり、澱みにく
くなり付着するスラリーの凝縮が抑制されるとともに、２軸の回転ビーターの中間となる位置が気泡導入容器の回転によって、常に移動しているため、スラリーの凝縮が発生したとしても、大きく成長することもなくなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、気泡導入容器の内壁近傍のスラリーの澱みにくくなり付着するスラリーの凝縮が抑制されるとともに、スラリーの凝縮が発生したとしても、大きく成長することもなくすことができ、高品位のセラミック多孔体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
第１の発明によるセラミック多孔体の製造方法は、セラミック粉体と有機モノマーを含むスラリーを調製し、前記スラリーに界面活性剤を添加するとともに、モノマー重合の開始剤と触媒を添加して機械的な撹拌をしてつくられた気泡含有スラリーを成形型に流し込み作製した成型品を乾燥・焼成して行うゲルキャスティング法を用いたセラミック多孔体の製造方法において、前記スラリーを入れる円筒状の気泡導入容器の略中央にその中心が位置する様に配設した２軸の回転ビーターを組み合わせた起泡回転装置と気泡導入容器を載置し回転させる容器回転装置とを設けるとともに、前記気泡導入を行う機械的な撹拌は、前記起泡回転装置で回転ビーターを回転させて行うと同時に、前記容器回転装置で気泡導入容器を回転させるようにしてある。
【００２３】
そして、気泡導入を行う機械的な撹拌は、前記起泡回転装置で回転ビーターを回転させて行うようにしてあるので、２軸の回転ビーターの重なり合う回転の流れの衝突によって、スラリーに多く気泡が取り込まれ、効率よくスラリーに気泡の導入されて、気孔径を小さく高い気孔率を得ることができるようになる。
【００２４】
また、同時に、前記容器回転装置で気泡導入容器を回転させるようにしてあるので、気泡導入容器の内壁近傍は、スラリーの慣性によってスラリーの剪断流が起こり、澱みにくくなり付着されるとともに、２軸の回転ビーターの中間となる位置が気泡導入容器の回転によって、常に移動しているため、スラリーの凝縮が発生したとしても、大きく成長することもなくすことができ、高品位のセラミック多孔体を得ることができる。
【００２５】
第２の発明によるセラミック多孔体の製造方法は、特に、第１の発明の気泡導入を行う機械的な撹拌は、開始時に回転装置の２軸の回転ビーターの回転を少なくとも低い第１回転数で所定時間保持した後に、第１回転数より高い第２回転数で気泡導入を行うようにしてある。
【００２６】
そして、界面活性剤はスラリーの比重の約半分以下であり混ざりにくく、浮いてしまい、気泡導入開始時に飛び散って界面活性剤が気泡導入容器の内壁に付着するとその部分が核となってスラリーの凝縮が生じやすいが、調製したスラリーに界面活性剤を添加して回転ビーターの回転を少なくとも低い第１回転数で所定時間保持して気泡導入を開始するようにしてあるので、界面活性剤が飛び散らずに気泡導入容器の内壁に付着することが抑制されるとともに、ゆっくりとスラリーに混ざりながら気泡導入され、スラリーと界面活性剤の分散不良によるスラリーの凝縮が抑制されるようになる。
【００２７】
第３の発明による容器回転装置は、２軸の回転ビーターの中心を軌跡の中心として所定の距離離れて回転させる公転手段と気泡導入容器の中心を中心として回転させる自転手段を組み合わせ、回転ビーターに対し、気泡導入容器を自転と公転を組み合わせた回転を行うようにしてある。
【００２８】
そして、容器回転装置は、回転ビーターに対し、気泡導入容器を自転と公転を組み合わ
せた回転を行うようにしてあるので、回転ビーターと気泡導入容器内壁が近い部分が移動しながら回転するので、第１の発明によるスラリーの凝縮とその成長の抑制の効果に加え、気泡導入容器の内壁のスラリーの凝縮をかき取る効果が得られ、スラリーの凝縮が発生したとしても、より、成長することを抑制でき、高品位のセラミック多孔体を得ることができる。
【００２９】
第４の発明は、第１〜３のいずれか一つの発明の製造方法で製造したセラミック多孔体であり、第５の発明は、第１〜３のいずれか一つの発明の製造方法で製造したセラミック多孔体を構造体に用いたものである。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３１】
（実施の形態１）
図１〜図３において、本実施の形態のセラミック成形体１の製造方法は、気泡含有スラリー７を調製する気泡含有スラリー７調製工程と、気泡含有スラリー７を成形型内に注入して成形したのち成形物を脱型して成形物を取り出す成形工程と、成形物を乾燥させるための乾燥工程と、成形物を酸化焼成するための焼成工程とを行うものである。
【００３２】
まず、気泡含有スラリー７調整工程について説明する。
【００３３】
本実施の形態の気泡含有スラリー７調整工程は、無機粉末と、水もしくは有機溶媒あるいはその両方と、ゲル化剤を用いてスラリー７を調整するスラリー調整工程と、スラリー７に起泡剤を添加するとともに気泡を導入する気泡導入工程とを有するものである。
【００３４】
上記のスラリー調整工程は、炭化ケイ素粉末、酸化物系セラミック材料、水、ゲル化剤を混合することにより行われる。
【００３５】
この混合は、ポットミル、ボールミル等により炭化ケイ素粉末等を粉砕しながら、炭化ケイ素の平均粒径が、１〜２０μｍ程度になるまで行われる。
【００３６】
また、無機粉末に対して炭化ケイ素は、６５重量％〜８５重量％混合されている。
【００３７】
次に、酸化物形成材料として、アルミナ及び木節粘土の混合物を使用し、アルミナは、５重量％〜２０重量％混合し、粘土鉱物は、５重量％〜２０重量％混合する。
【００３８】
なお、酸化物系セラミック材料としては、これらに限定されるものではなく、酸化焼成下、収縮挙動を伴いながら相互に焼き付く性質のあるものであればいかなるものであってもよい。
【００３９】
次に、炭化ケイ素粉末、酸化物系セラミック材料粉末を混濁する媒体としては、水もしくは有機溶媒あるいはその両方が使用され、環境的には好ましくは水であるが、有機溶媒としては、メタノール、エタノール等のアルコール類等を使用する。
【００４０】
また、セラミックスラリー７中には、セラミック粉末を均一に含有させるため、分散剤を加えてもよい。
【００４１】
水もしくは有機溶媒あるいはその両方は、炭化ケイ素粉末及び酸化物系セラミック材料粉末１００重量部に対して、２５〜４０重量部、特に、３０〜３５重量部加えられる。
【００４２】
ゲル化剤としては、合成樹脂もしくは天然高分子等を用いることができ、合成樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれかを使用することができ、特に、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂がよく、メタクリルアミド（有機モノマー）とメチレンビスアクリルアミド（架橋剤）を使用することが好ましい。
【００４３】
このゲル化剤としては、炭化ケイ素粉末、酸化物系セラミック材料の粉末を分散してゲル化可能であるとともに、焼成工程において分解され気化するものであればいかなるものであってもよい。
【００４４】
そして、ゲル化剤は、炭化ケイ素粉末及び酸化物系セラミック材料粉末１００重量部に対して、５〜２０重量部、特に、１０〜１５重量部加える。また、スラリー７には、公知の潤滑剤及び増粘剤を添加してもよい。
【００４５】
そしてまた、スラリー調整後もしくはスラリー調整工程中において減圧脱気することが好ましい。
【００４６】
次に、スラリー７に起泡剤を添加するとともに気泡を導入する気泡導入工程について説明する。
【００４７】
気泡導入工程は、スラリー７に界面活性剤、タンパク質系起泡剤等の起泡剤を添加して機械的な攪拌することにより行われる。
【００４８】
この機械的な撹拌は、図３に示すように、スラリー７を入れる円筒状の気泡導入容器８の略中央にその中心が位置する様に配設した２軸の回転ビーター９ａを組み合わせた起泡回転装置９と、気泡導入容器８を載置し回転させる容器回転装置１０を設けるとともに、気泡導入を行う機械的な撹拌は、起泡回転装置９で回転ビーター９ａを回転させて行うと同時に、容器回転装置１０で気泡導入容器８を回転させるようにしてある。
【００４９】
また、容器回転装置１０は、２軸の回転ビーター９ａの中心を軌跡の中心として所定の距離離れて設けた公転中心１１ａを中心に回転させる公転手段１１と、気泡導入容器８の中心８ａを同軸の中心１２ａとして回転させる自転手段１２を組み合わせ、回転ビーター９ａに対し、気泡導入容器８を自転と公転を組み合わせた回転を行うようにしてある。
【００５０】
気泡導入について詳述すると、まず、気泡導入容器８にスラリー７を所定量７ａ位置まで入れ、つぎに、界面活性剤、タンパク質系起泡剤等の起泡剤を添加した後、容器回転装置１０に載置する。
【００５１】
次に、容器回転装置１０で載置した気泡導入容器８を回転させるとほぼ同時に２軸の回転ビーター９ａの回転を低い第１回転数で所定時間保持した後に、第１回転数より高い第２回転数にして気泡導入を行う。
【００５２】
これにより、スラリー７に雰囲気の気体が取り込まれ、スラリー７内に微細な気泡となってスラリー７の容積を増やしていき、ついには、スラリー７が２軸の回転ビーター９ａの上面まで覆い尽くし２軸の回転ビーター９ａの上位置７ｂまで到達するようになり、この状態で、安定して気泡が形成されるように、２軸の回転ビーター９ａの回転を所定時間保持することで、気泡含有スラリー７が作製される。
【００５３】
この気泡含有スラリー７の気泡導入量で、最終のセラミック多孔体１の気孔率、密度が決定され、これは、気泡導入容器８にスラリー７を入れる量、スラリー７の粘度、２軸の回転ビーター９ａの位置、２軸の回転ビーター９ａの回転数や時間、界面活性剤、タンパ
ク質系起泡剤等の起泡剤を添加量で調整される。
【００５４】
ここで、気泡導入を行う機械的な撹拌は、前記起泡回転装置９で回転ビーター９ａを回転させて行うようにしてあるので、２軸の回転ビーター９ａの重なり合う回転の流れの衝突によって、スラリー７に多く気泡が取り込まれ、効率よくスラリー７に気泡の導入されて、気孔径を小さく高い気孔率を得ることができるようになる。
【００５５】
また、同時に、前記容器回転装置１０で気泡導入容器８を回転させるようにしてあるので、気泡導入容器８の内壁近傍は、スラリー７の慣性によってスラリー７の剪断流が起こり、澱みにくくなり付着するされるとともに、２軸の回転ビーター９ａの中間となる位置が気泡導入容器８の回転によって、常に移動しているため、スラリー７の凝縮が発生したとしても、大きく成長することもなくすことができ、高品位のセラミック多孔体を得ることができる。
【００５６】
また、容器回転装置１０は、回転ビーター９ａに対し、気泡導入容器８を自転と公転を組み合わせた回転を行うようにしてあるので、回転ビーター９ａと気泡導入容器８内壁が近い部分が移動しながら回転するので、スラリー７の凝縮とその成長の抑制の効果に加え、気泡導入容器８の内壁のスラリー７の凝縮をかき取る効果が得られ、スラリー７の凝縮が発生したとしても、より、成長することを抑制でき、高品位のセラミック多孔体を得ることができる。
【００５７】
そしてまた、気泡導入容器８の内壁のスラリー７の凝縮をかき取るような回転刃を有する回転装置を用いると、構造が複雑になり掃除などのメンテが大変になるうえに、気泡導入容器８の内の回転刃の死角や気泡導入容器８とのクリアランスに不均一を生じてしまうが、容器回転装置１０を用いると、気泡導入容器８を容器回転装置１０の受け皿の部分に載置するだけでよく、気泡導入容器８内には、装置が回転ビーター９ａしかないため、狭隘部や死角がないので、スラリー７の不均一な部分を生じやすい部分がなく、さらに、回転ビーター９ａを上方へ上げるだけで、切り離しが簡単にでき、掃除などのメンテがやりやすくなる。
【００５８】
さらに、界面活性剤はスラリー７の比重の約半分以下であり混ざりにくく、浮いてしまい、気泡導入開始時に飛び散って界面活性剤が気泡導入容器８の内壁に付着するとその部分が核となってスラリー７の凝縮が生じやすいが、調製したスラリー７に界面活性剤を添加して回転ビーター９ａの回転を少なくとも低い第１回転数で所定時間保持して気泡導入を開始するようにしてあるので、界面活性剤が飛び散らずに気泡導入容器８の内壁に付着することが抑制されるとともに、ゆっくりとスラリー７に混ざりながら気泡導入され、スラリー７と界面活性剤の分散不良によるスラリー７の凝縮が抑制されるようになる。
【００５９】
尚、この攪拌は、窒素雰囲気化にて行うことが好ましく、具体的に、スラリー７に開始剤、触媒、界面活性剤を所定量添加し、窒素雰囲気中で、２軸の回転ビーター９ａにより、最終的な気泡導入量が２０〜７０％となるように数分間攪拌調整する。
【００６０】
気泡導入工程によりスラリー７中に導入された気泡は、成形工程、乾燥工程、焼成工程後に、図２に示すように複数の気孔４となる。
【００６１】
次に、気泡含有スラリー７を成形型内に注入して成形するゲルキャスティング法により行われる成形工程について説明する。
【００６２】
まず、気泡導入工程で準備した気泡含有スラリー７を成形型内に流し込み、一定時間が経過してスラリー７がゲル化（固化）した後、ゲル化したセラミック多孔体１となる成形
物を成形型７から取り出す。
【００６３】
このようにして、スラリー７が固化すると、スラリー７中に存在していた気泡も、ゲル状体中に保存される。
【００６４】
この結果、固化体が多孔質となり、ゲル状多孔質成形体が得られる。これを脱型して、次の乾燥、脱脂、焼成する。
【００６５】
次に、セラミック多孔体１となる成形物を乾燥させるための乾燥工程を行う。乾燥工程は、ゲル状多孔質成形体中に含まれている水、溶媒を蒸発させるように行う。
【００６６】
乾燥条件（温度、湿度、時間等）は、スラリー７調製に用いた溶媒の種類とゲル状多孔質成形体の骨格部分を構成する成分（ゲル化剤あるいは重合体）によって適宜調整する。また、乾燥工程においてセラミック多孔体１となる成形物の寸法は、乾燥前セラミック多孔体１となる成形物の寸法（成形型７の寸法）より収縮する。
【００６７】
成形型７から取り出されたセラミック多孔体１となる成形物は、湿度調整しながら４０〜１００ｈｒ間乾燥する。乾燥温度としては、１５〜５０℃、特に、２５〜４０℃であることが好ましく、乾燥工程の湿度としては、特に、４０〜９５％であることが好ましい。
【００６８】
次に、乾燥させたセラミック多孔体１となる成形物を酸化焼成する焼成工程について説明する。
【００６９】
焼成温度は、炭化ケイ素、酸化物系セラミック材料の融点より低い温度で行われる。具体的に、焼成温度は、１０００℃〜１６００℃、特に、１２００℃〜１４００℃で行うことが好ましい。
【００７０】
焼成時間は、１．５〜２．５ｈｒであることが好ましい。焼成することにより、上述したゲル化剤、ゲル化促進剤、触媒、水は分解もしくは気化し、図１に示すセラミック成形体１が作製される。
【００７１】
このようにして作製されたセラミック成形体１は、セラミックマトリックスを形成するセラミック粒子間により形成された微細気孔５を有している。
【００７２】
また、セラミックマトリックスは、図２に示すように、気孔４同士が隣接する部位に形成された中気孔６を有している。
【００７３】
上記微細気孔５は、表面が酸化されて酸化ケイ素の膜で覆われた炭化ケイ素２、酸化物系セラミック材料粒子３の粒子間に形成された空孔である。微細気孔５は、気孔４もしくは外部と連通する平均孔径０．１〜５μｍの開気孔あるいは孤立した閉気孔として形成されている。
【００７４】
そして、セラミックマトリックス中には、表面が酸化されて酸化ケイ素の膜で覆われた炭化ケイ素粒子３が主に充填されており、その周囲にアルミナ粒子及び粘土粒子からなる酸化物系セラミック材料粒子３が分散していて、粒子間に微細気孔（空隙）６が存在する。
【００７５】
また気孔４は、セラミックマトリックス内に形成されていて、セラミックマトリックス内に形成された外部と連通しない閉気孔、もしくは外部と連通する開気孔として形成されている。
【００７６】
気孔４の形状としては、気泡から形状を形成するため、略球形、略楕円球形状等となっている。
【００７７】
さらに中気孔６は、図２に示すように、気孔４を構成するマトリックス内壁において開口しており、隣接する気孔同士を連通するチャンネルとして形成されていて、中気孔６が形成されていることにより、気孔４は複数連通するものとなっている。
【００７８】
ここで、該セラミック成形体１の強度は、セラミックマトリックスを形成する構造ができるだけ均一であることが望ましく、気泡導入時に気泡を均一に細かく導入することで、セラミックマトリックスにより形成された複数の気孔４が小気孔径でかつ気孔径分布を狭くすることができ、高い曲げ強度を有するように構成できるようになる。
【００７９】
したがって、該セラミック成形体１は、高気孔率を維持しつつ小気孔径かつ気孔径分布が狭くすることで、高い曲げ強度を有するように構成できる。
【００８０】
このようにして、作製されたセラミック成形体１は、高気孔率を維持しつつ高い曲げ強度を有するため、外径を加工した後、スライスして円盤状にすることが可能で、高気孔率の必要なセンサーやフィルター等の構造体の一部に用いられるようになる。
【００８１】
尚、本実施の形態の容器回転装置１０は気泡導入容器８を自転と公転を組み合わせた回転を行うようにしたもので説明したがこれは自転と公転のどちらか一方でもよく、また、撹拌は、開始時に回転装置の２軸の回転ビーター９ａの回転を少なくとも低い第１回転数で所定時間保持した後に、第１回転数より高い第２回転数で気泡導入を行うように説明したが、これは、開始時に回転装置の２軸の回転ビーター９ａの回転を徐昇させていってもよく、さらにスラリー７に別の手段で界面活性剤、タンパク質系起泡剤等の起泡剤を予め混合してもよく、その他各部の構成も本発明の目的を達成する範囲であればその構成はどのようなものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明にかかるセラミック多孔体の製造方法とそれを用いて作製したセラミック多孔体は、高気孔率を維持しつつ高い強度を有し、スライスして円盤状にすることなどの加工ができるので、センサーやフィルター等の構造体の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態１におけるセラミック成形体の構造図
【図２】本発明の実施の形態１における同セラミック成形体の要部拡大断面拡大図
【図３】本発明の実施の形態１におけるスラリーに気泡導入するときの構成図
【符号の説明】
【００８４】
１ セラミック成形体
８ 気泡導入容器
９ 起泡回転装置
９ａ ２軸の回転ビーター
１０ 容器回転装置
１１ 公転手段
１２ 自転手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック多孔体からなるセラミック成形体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、セラミック多孔体は機能性材料として、高耐熱・軽量であることに加え、高透過率、大表面積、吸音、断熱性等のような特性を有しており、これらを利用した、フィルター、センサー、触媒、建材等に応用され、製品の種類や形状によって使い分けられている。
【０００３】
これらのセラミック多孔体の製法の一つとして考えられたゲルキャスティング法は、スラリー中に溶解させたモノマーの重合反応によって成形する方法で、分散媒にセラミックス粉体、有機モノマーを含むスラリーを調製し、開始剤および触媒を混ぜた後、不透水型に流し込む。
【０００４】
そして、型内でモノマーがラジカル重合することにより分散媒中にポリマーのネットワークが形成され、ゲル湿潤成形体が得られる。
【０００５】
この方法では、スラリーの流動過程と固化過程が完全に分離し、粒子がその場で固定されるため、成形体中の不均一や欠陥が発生しにくいという利点がある。
【０００６】
その他にも、スラリー調製が現在一般的に使用されている鋳込み成形やテープ成形と同様であり、高濃度スラリーが調製できれば適用可能であることや、複雑形状の型を用いたニアネットシェーピングが可能といった利点もある。
【０００７】
また、ゲルキャスティング法では、重合前のスラリーに気泡を導入し重合を開始することにより、多孔質な成形体を得ることが可能である。
【０００８】
多孔化する場合のゲルキャスティングの手順は、基本的には、緻密体を成形するのと同じ手順であるが、導入した気泡をスラリーが固化するまで維持するために、スラリーに界面活性剤を加える。
【０００９】
気泡の導入は機械的な撹拌によって行われる。ゲルキャスティングを用いた多孔体成形は他の多孔体セラミック成形法に比べて非常に高い気孔率が得られ、80%以上の気孔率も可能である。
【００１０】
さらに、ゲルキャスティング法を用いた多孔体製造における気孔制御は、基本的にはスラリー中に導入した気泡の状態変化を利用する。界面活性剤種類、ゲル化剤添加量やスラリー温度変化による固化時間、スラリー濃度等を変化させることにより気孔径や気孔率を制御可能である。
【００１１】
界面活性剤の種類を変化させた場合、気泡の状態が変化し気孔径や気孔率が変化する。ゲル化剤添加量やスラリー温度変化ではゲル化時間が変化し、気泡の合体、膨張、収縮の結果、気孔径が変化する。
【００１２】
したがって、界面活性剤の種類やゲル化時間を適切に変化させることにより、気孔径、気孔率が制御可能である（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】「セラミックス基盤工学研究センター年報（２００５）Ｖｏｌ．５」Ｐ３３−４０、竹上弘彰、藤井正督、高橋実 著「ゲルキャスティングによる多孔体セラミックス成形とその応用」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前記の従来のセラミック多孔体の製作過程に置いて、様々な課題が発生し、特に、スラリーに界面活性剤を加え機械的な撹拌によって気泡の導入を行うときに、スラリーの凝縮が発生し、スラリーを機械的な撹拌をするときに用いる気泡導入容器内壁に、分散媒が脱水され固形分が凝縮して付着し成長してしまう現象が顕れた。
【００１４】
これは、気孔径を小さく高い気孔率を得る目的で効率よくスラリーに気泡の導入を行うため、機械的な撹拌を２軸の回転ビーターを組み合わせた回転装置を用いた場合に、スラリーの流れのよどみとなるところつまり、２軸の回転ビーターの中間となる気泡導入容器内壁の両側にスラリーの凝縮を多く生じ、できる気泡含有スラリーの気孔、密度ばらつきの原因になるばかりでなく、型に流し込む際に、混入すると、他の部分より密度の高い欠陥部分ができてしまうことがあった。
【００１５】
このような対策として、気泡導入容器に気泡導入のための機械的な撹拌装置と同時に、気泡導入容器の内壁のスラリーの凝縮をかき取るような回転刃を有する回転装置を用いたり、気泡導入容器内壁に付着しにくいたとえばフッ素樹脂を用いることなどが考えられたが、前者は装置が複雑になり掃除などのメンテが大変になるうえに、気泡導入容器の内の回転刃の死角や容器とのクリアランスに不均一を生じてしまう欠点があった。
【００１６】
また、後者では、もともとスラリーの流れのよどみで生じる現象であるため、殆ど効果がなく、やはり、内壁に分散媒が脱水され固形分が凝縮して付着し成長してしまう欠点があった。
【００１７】
上記従来の技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、気泡導入を行う機械的な撹拌時に生じる気泡含有スラリーの固形分の凝縮を抑制し、気孔、密度ばらつきを安定化させることによって、高品位のセラミック多孔体を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため本発明のセラミック多孔体の製造方法はセラミック粉体と有機モノマーを含むスラリーを調製し、前記スラリーに界面活性剤を添加するとともに、モノマー重合の開始剤と触媒を添加して機械的な撹拌をしてつくられた気泡含有スラリーを成形型に流し込み作製した成型品を乾燥・焼成して行うゲルキャスティング法を用いたセラミック多孔体の製造方法において、前記スラリーを入れる円筒状の気泡導入容器の略中央にその中心が位置する様に配設した２軸の回転ビーターを組み合わせた起泡回転装置と気泡導入容器を載置し回転させる容器回転装置とを設けるとともに、前記気泡導入を行う機械的な撹拌は、前記起泡回転装置で回転ビーターを回転させて行うと同時に、前記容器回転装置で気泡導入容器を回転させるようにしてある。
【００１９】
上記した構成により、気泡導入を行う機械的な撹拌は、前記起泡回転装置で回転ビーターを回転させて行うようにしてあるので、２軸の回転ビーターの重なり合う回転の流れの衝突によって、スラリーに多く気泡が取り込まれ、効率よくスラリーに気泡の導入されて、気孔径を小さく高い気孔率を得ることができるようになる。
【００２０】
また、同時に、前記容器回転装置で気泡導入容器を回転させるようにしてあるので、気泡導入容器の内壁近傍は、スラリーの慣性によってスラリーの剪断流が起こり、澱みにく
くなり付着するスラリーの凝縮が抑制されるとともに、２軸の回転ビーターの中間となる位置が気泡導入容器の回転によって、常に移動しているため、スラリーの凝縮が発生したとしても、大きく成長することもなくなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、気泡導入容器の内壁近傍のスラリーの澱みにくくなり付着するスラリーの凝縮が抑制されるとともに、スラリーの凝縮が発生したとしても、大きく成長することもなくすことができ、高品位のセラミック多孔体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
第１の発明によるセラミック多孔体の製造方法は、セラミック粉体と有機モノマーを含むスラリーを調製し、前記スラリーに界面活性剤を添加するとともに、モノマー重合の開始剤と触媒を添加して機械的な撹拌をしてつくられた気泡含有スラリーを成形型に流し込み作製した成型品を乾燥・焼成して行うゲルキャスティング法を用いたセラミック多孔体の製造方法において、前記スラリーを入れる円筒状の気泡導入容器の略中央にその中心が位置する様に配設した２軸の回転ビーターを組み合わせた起泡回転装置と気泡導入容器を載置し回転させる容器回転装置とを設けるとともに、前記気泡導入を行う機械的な撹拌は、前記起泡回転装置で回転ビーターを回転させて行うと同時に、前記容器回転装置で気泡導入容器を回転させるようにしてある。
【００２３】
そして、気泡導入を行う機械的な撹拌は、前記起泡回転装置で回転ビーターを回転させて行うようにしてあるので、２軸の回転ビーターの重なり合う回転の流れの衝突によって、スラリーに多く気泡が取り込まれ、効率よくスラリーに気泡の導入されて、気孔径を小さく高い気孔率を得ることができるようになる。
【００２４】
また、同時に、前記容器回転装置で気泡導入容器を回転させるようにしてあるので、気泡導入容器の内壁近傍は、スラリーの慣性によってスラリーの剪断流が起こり、澱みにくくなり付着されるとともに、２軸の回転ビーターの中間となる位置が気泡導入容器の回転によって、常に移動しているため、スラリーの凝縮が発生したとしても、大きく成長することもなくすことができ、高品位のセラミック多孔体を得ることができる。
【００２５】
第２の発明によるセラミック多孔体の製造方法は、特に、第１の発明の気泡導入を行う機械的な撹拌は、開始時に回転装置の２軸の回転ビーターの回転を少なくとも低い第１回転数で所定時間保持した後に、第１回転数より高い第２回転数で気泡導入を行うようにしてある。
【００２６】
そして、界面活性剤はスラリーの比重の約半分以下であり混ざりにくく、浮いてしまい、気泡導入開始時に飛び散って界面活性剤が気泡導入容器の内壁に付着するとその部分が核となってスラリーの凝縮が生じやすいが、調製したスラリーに界面活性剤を添加して回転ビーターの回転を少なくとも低い第１回転数で所定時間保持して気泡導入を開始するようにしてあるので、界面活性剤が飛び散らずに気泡導入容器の内壁に付着することが抑制されるとともに、ゆっくりとスラリーに混ざりながら気泡導入され、スラリーと界面活性剤の分散不良によるスラリーの凝縮が抑制されるようになる。
【００２７】
第３の発明による容器回転装置は、２軸の回転ビーターの中心を軌跡の中心として所定の距離離れて回転させる公転手段と気泡導入容器の中心を中心として回転させる自転手段を組み合わせ、回転ビーターに対し、気泡導入容器を自転と公転を組み合わせた回転を行うようにしてある。
【００２８】
そして、容器回転装置は、回転ビーターに対し、気泡導入容器を自転と公転を組み合わ
せた回転を行うようにしてあるので、回転ビーターと気泡導入容器内壁が近い部分が移動しながら回転するので、第１の発明によるスラリーの凝縮とその成長の抑制の効果に加え、気泡導入容器の内壁のスラリーの凝縮をかき取る効果が得られ、スラリーの凝縮が発生したとしても、より、成長することを抑制でき、高品位のセラミック多孔体を得ることができる。
【００２９】
第４の発明は、第１〜３のいずれか一つの発明の製造方法で製造したセラミック多孔体であり、第５の発明は、第１〜３のいずれか一つの発明の製造方法で製造したセラミック多孔体を構造体に用いたものである。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３１】
（実施の形態１）
図１〜図３において、本実施の形態のセラミック成形体１の製造方法は、気泡含有スラリー７を調製する気泡含有スラリー７調製工程と、気泡含有スラリー７を成形型内に注入して成形したのち成形物を脱型して成形物を取り出す成形工程と、成形物を乾燥させるための乾燥工程と、成形物を酸化焼成するための焼成工程とを行うものである。
【００３２】
まず、気泡含有スラリー７調整工程について説明する。
【００３３】
本実施の形態の気泡含有スラリー７調整工程は、無機粉末と、水もしくは有機溶媒あるいはその両方と、ゲル化剤を用いてスラリー７を調整するスラリー調整工程と、スラリー７に起泡剤を添加するとともに気泡を導入する気泡導入工程とを有するものである。
【００３４】
上記のスラリー調整工程は、炭化ケイ素粉末、酸化物系セラミック材料、水、ゲル化剤を混合することにより行われる。
【００３５】
この混合は、ポットミル、ボールミル等により炭化ケイ素粉末等を粉砕しながら、炭化ケイ素の平均粒径が、１〜２０μｍ程度になるまで行われる。
【００３６】
また、無機粉末に対して炭化ケイ素は、６５重量％〜８５重量％混合されている。
【００３７】
次に、酸化物形成材料として、アルミナ及び木節粘土の混合物を使用し、アルミナは、５重量％〜２０重量％混合し、粘土鉱物は、５重量％〜２０重量％混合する。
【００３８】
なお、酸化物系セラミック材料としては、これらに限定されるものではなく、酸化焼成下、収縮挙動を伴いながら相互に焼き付く性質のあるものであればいかなるものであってもよい。
【００３９】
次に、炭化ケイ素粉末、酸化物系セラミック材料粉末を混濁する媒体としては、水もしくは有機溶媒あるいはその両方が使用され、環境的には好ましくは水であるが、有機溶媒としては、メタノール、エタノール等のアルコール類等を使用する。
【００４０】
また、セラミックスラリー７中には、セラミック粉末を均一に含有させるため、分散剤を加えてもよい。
【００４１】
水もしくは有機溶媒あるいはその両方は、炭化ケイ素粉末及び酸化物系セラミック材料粉末１００重量部に対して、２５〜４０重量部、特に、３０〜３５重量部加えられる。
【００４２】
ゲル化剤としては、合成樹脂もしくは天然高分子等を用いることができ、合成樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれかを使用することができ、特に、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂がよく、メタクリルアミド（有機モノマー）とメチレンビスアクリルアミド（架橋剤）を使用することが好ましい。
【００４３】
このゲル化剤としては、炭化ケイ素粉末、酸化物系セラミック材料の粉末を分散してゲル化可能であるとともに、焼成工程において分解され気化するものであればいかなるものであってもよい。
【００４４】
そして、ゲル化剤は、炭化ケイ素粉末及び酸化物系セラミック材料粉末１００重量部に対して、５〜２０重量部、特に、１０〜１５重量部加える。また、スラリー７には、公知の潤滑剤及び増粘剤を添加してもよい。
【００４５】
そしてまた、スラリー調整後もしくはスラリー調整工程中において減圧脱気することが好ましい。
【００４６】
次に、スラリー７に起泡剤を添加するとともに気泡を導入する気泡導入工程について説明する。
【００４７】
気泡導入工程は、スラリー７に界面活性剤、タンパク質系起泡剤等の起泡剤を添加して機械的な攪拌することにより行われる。
【００４８】
この機械的な撹拌は、図３に示すように、スラリー７を入れる円筒状の気泡導入容器８の略中央にその中心が位置する様に配設した２軸の回転ビーター９ａを組み合わせた起泡回転装置９と、気泡導入容器８を載置し回転させる容器回転装置１０を設けるとともに、気泡導入を行う機械的な撹拌は、起泡回転装置９で回転ビーター９ａを回転させて行うと同時に、容器回転装置１０で気泡導入容器８を回転させるようにしてある。
【００４９】
また、容器回転装置１０は、２軸の回転ビーター９ａの中心を軌跡の中心として所定の距離離れて設けた公転中心１１ａを中心に回転させる公転手段１１と、気泡導入容器８の中心８ａを同軸の中心１２ａとして回転させる自転手段１２を組み合わせ、回転ビーター９ａに対し、気泡導入容器８を自転と公転を組み合わせた回転を行うようにしてある。
【００５０】
気泡導入について詳述すると、まず、気泡導入容器８にスラリー７を所定量７ａ位置まで入れ、つぎに、界面活性剤、タンパク質系起泡剤等の起泡剤を添加した後、容器回転装置１０に載置する。
【００５１】
次に、容器回転装置１０で載置した気泡導入容器８を回転させるとほぼ同時に２軸の回転ビーター９ａの回転を低い第１回転数で所定時間保持した後に、第１回転数より高い第２回転数にして気泡導入を行う。
【００５２】
これにより、スラリー７に雰囲気の気体が取り込まれ、スラリー７内に微細な気泡となってスラリー７の容積を増やしていき、ついには、スラリー７が２軸の回転ビーター９ａの上面まで覆い尽くし２軸の回転ビーター９ａの上位置７ｂまで到達するようになり、この状態で、安定して気泡が形成されるように、２軸の回転ビーター９ａの回転を所定時間保持することで、気泡含有スラリー７が作製される。
【００５３】
この気泡含有スラリー７の気泡導入量で、最終のセラミック多孔体１の気孔率、密度が決定され、これは、気泡導入容器８にスラリー７を入れる量、スラリー７の粘度、２軸の回転ビーター９ａの位置、２軸の回転ビーター９ａの回転数や時間、界面活性剤、タンパ
ク質系起泡剤等の起泡剤を添加量で調整される。
【００５４】
ここで、気泡導入を行う機械的な撹拌は、前記起泡回転装置９で回転ビーター９ａを回転させて行うようにしてあるので、２軸の回転ビーター９ａの重なり合う回転の流れの衝突によって、スラリー７に多く気泡が取り込まれ、効率よくスラリー７に気泡の導入されて、気孔径を小さく高い気孔率を得ることができるようになる。
【００５５】
また、同時に、前記容器回転装置１０で気泡導入容器８を回転させるようにしてあるので、気泡導入容器８の内壁近傍は、スラリー７の慣性によってスラリー７の剪断流が起こり、澱みにくくなり付着するされるとともに、２軸の回転ビーター９ａの中間となる位置が気泡導入容器８の回転によって、常に移動しているため、スラリー７の凝縮が発生したとしても、大きく成長することもなくすことができ、高品位のセラミック多孔体を得ることができる。
【００５６】
また、容器回転装置１０は、回転ビーター９ａに対し、気泡導入容器８を自転と公転を組み合わせた回転を行うようにしてあるので、回転ビーター９ａと気泡導入容器８内壁が近い部分が移動しながら回転するので、スラリー７の凝縮とその成長の抑制の効果に加え、気泡導入容器８の内壁のスラリー７の凝縮をかき取る効果が得られ、スラリー７の凝縮が発生したとしても、より、成長することを抑制でき、高品位のセラミック多孔体を得ることができる。
【００５７】
そしてまた、気泡導入容器８の内壁のスラリー７の凝縮をかき取るような回転刃を有する回転装置を用いると、構造が複雑になり掃除などのメンテが大変になるうえに、気泡導入容器８の内の回転刃の死角や気泡導入容器８とのクリアランスに不均一を生じてしまうが、容器回転装置１０を用いると、気泡導入容器８を容器回転装置１０の受け皿の部分に載置するだけでよく、気泡導入容器８内には、装置が回転ビーター９ａしかないため、狭隘部や死角がないので、スラリー７の不均一な部分を生じやすい部分がなく、さらに、回転ビーター９ａを上方へ上げるだけで、切り離しが簡単にでき、掃除などのメンテがやりやすくなる。
【００５８】
さらに、界面活性剤はスラリー７の比重の約半分以下であり混ざりにくく、浮いてしまい、気泡導入開始時に飛び散って界面活性剤が気泡導入容器８の内壁に付着するとその部分が核となってスラリー７の凝縮が生じやすいが、調製したスラリー７に界面活性剤を添加して回転ビーター９ａの回転を少なくとも低い第１回転数で所定時間保持して気泡導入を開始するようにしてあるので、界面活性剤が飛び散らずに気泡導入容器８の内壁に付着することが抑制されるとともに、ゆっくりとスラリー７に混ざりながら気泡導入され、スラリー７と界面活性剤の分散不良によるスラリー７の凝縮が抑制されるようになる。
【００５９】
尚、この攪拌は、窒素雰囲気化にて行うことが好ましく、具体的に、スラリー７に開始剤、触媒、界面活性剤を所定量添加し、窒素雰囲気中で、２軸の回転ビーター９ａにより、最終的な気泡導入量が２０〜７０％となるように数分間攪拌調整する。
【００６０】
気泡導入工程によりスラリー７中に導入された気泡は、成形工程、乾燥工程、焼成工程後に、図２に示すように複数の気孔４となる。
【００６１】
次に、気泡含有スラリー７を成形型内に注入して成形するゲルキャスティング法により行われる成形工程について説明する。
【００６２】
まず、気泡導入工程で準備した気泡含有スラリー７を成形型内に流し込み、一定時間が経過してスラリー７がゲル化（固化）した後、ゲル化したセラミック多孔体１となる成形
物を成形型７から取り出す。
【００６３】
このようにして、スラリー７が固化すると、スラリー７中に存在していた気泡も、ゲル状体中に保存される。
【００６４】
この結果、固化体が多孔質となり、ゲル状多孔質成形体が得られる。これを脱型して、次の乾燥、脱脂、焼成する。
【００６５】
次に、セラミック多孔体１となる成形物を乾燥させるための乾燥工程を行う。乾燥工程は、ゲル状多孔質成形体中に含まれている水、溶媒を蒸発させるように行う。
【００６６】
乾燥条件（温度、湿度、時間等）は、スラリー７調製に用いた溶媒の種類とゲル状多孔質成形体の骨格部分を構成する成分（ゲル化剤あるいは重合体）によって適宜調整する。また、乾燥工程においてセラミック多孔体１となる成形物の寸法は、乾燥前セラミック多孔体１となる成形物の寸法（成形型７の寸法）より収縮する。
【００６７】
成形型７から取り出されたセラミック多孔体１となる成形物は、湿度調整しながら４０〜１００ｈｒ間乾燥する。乾燥温度としては、１５〜５０℃、特に、２５〜４０℃であることが好ましく、乾燥工程の湿度としては、特に、４０〜９５％であることが好ましい。
【００６８】
次に、乾燥させたセラミック多孔体１となる成形物を酸化焼成する焼成工程について説明する。
【００６９】
焼成温度は、炭化ケイ素、酸化物系セラミック材料の融点より低い温度で行われる。具体的に、焼成温度は、１０００℃〜１６００℃、特に、１２００℃〜１４００℃で行うことが好ましい。
【００７０】
焼成時間は、１．５〜２．５ｈｒであることが好ましい。焼成することにより、上述したゲル化剤、ゲル化促進剤、触媒、水は分解もしくは気化し、図１に示すセラミック成形体１が作製される。
【００７１】
このようにして作製されたセラミック成形体１は、セラミックマトリックスを形成するセラミック粒子間により形成された微細気孔５を有している。
【００７２】
また、セラミックマトリックスは、図２に示すように、気孔４同士が隣接する部位に形成された中気孔６を有している。
【００７３】
上記微細気孔５は、表面が酸化されて酸化ケイ素の膜で覆われた炭化ケイ素２、酸化物系セラミック材料粒子３の粒子間に形成された空孔である。微細気孔５は、気孔４もしくは外部と連通する平均孔径０．１〜５μｍの開気孔あるいは孤立した閉気孔として形成されている。
【００７４】
そして、セラミックマトリックス中には、表面が酸化されて酸化ケイ素の膜で覆われた炭化ケイ素粒子３が主に充填されており、その周囲にアルミナ粒子及び粘土粒子からなる酸化物系セラミック材料粒子３が分散していて、粒子間に微細気孔（空隙）６が存在する。
【００７５】
また気孔４は、セラミックマトリックス内に形成されていて、セラミックマトリックス内に形成された外部と連通しない閉気孔、もしくは外部と連通する開気孔として形成されている。
【００７６】
気孔４の形状としては、気泡から形状を形成するため、略球形、略楕円球形状等となっている。
【００７７】
さらに中気孔６は、図２に示すように、気孔４を構成するマトリックス内壁において開口しており、隣接する気孔同士を連通するチャンネルとして形成されていて、中気孔６が形成されていることにより、気孔４は複数連通するものとなっている。
【００７８】
ここで、該セラミック成形体１の強度は、セラミックマトリックスを形成する構造ができるだけ均一であることが望ましく、気泡導入時に気泡を均一に細かく導入することで、セラミックマトリックスにより形成された複数の気孔４が小気孔径でかつ気孔径分布を狭くすることができ、高い曲げ強度を有するように構成できるようになる。
【００７９】
したがって、該セラミック成形体１は、高気孔率を維持しつつ小気孔径かつ気孔径分布が狭くすることで、高い曲げ強度を有するように構成できる。
【００８０】
このようにして、作製されたセラミック成形体１は、高気孔率を維持しつつ高い曲げ強度を有するため、外径を加工した後、スライスして円盤状にすることが可能で、高気孔率の必要なセンサーやフィルター等の構造体の一部に用いられるようになる。
【００８１】
尚、本実施の形態の容器回転装置１０は気泡導入容器８を自転と公転を組み合わせた回転を行うようにしたもので説明したがこれは自転と公転のどちらか一方でもよく、また、撹拌は、開始時に回転装置の２軸の回転ビーター９ａの回転を少なくとも低い第１回転数で所定時間保持した後に、第１回転数より高い第２回転数で気泡導入を行うように説明したが、これは、開始時に回転装置の２軸の回転ビーター９ａの回転を徐昇させていってもよく、さらにスラリー７に別の手段で界面活性剤、タンパク質系起泡剤等の起泡剤を予め混合してもよく、その他各部の構成も本発明の目的を達成する範囲であればその構成はどのようなものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明にかかるセラミック多孔体の製造方法とそれを用いて作製したセラミック多孔体は、高気孔率を維持しつつ高い強度を有し、スライスして円盤状にすることなどの加工ができるので、センサーやフィルター等の構造体の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態１におけるセラミック成形体の構造図
【図２】本発明の実施の形態１における同セラミック成形体の要部拡大断面拡大図
【図３】本発明の実施の形態１におけるスラリーに気泡導入するときの構成図
【符号の説明】
【００８４】
１ セラミック成形体
８ 気泡導入容器
９ 起泡回転装置
９ａ ２軸の回転ビーター
１０ 容器回転装置
１１ 公転手段
１２ 自転手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック粉体と有機モノマーを含むスラリーを調製し、前記スラリーに界面活性剤を添加するとともに、モノマー重合の開始剤と触媒を添加して機械的な撹拌をしてつくられた気泡含有スラリーを成形型に流し込み作製した成型品を乾燥・焼成して行うゲルキャスティング法を用いたセラミック多孔体の製造方法において、前記スラリーを入れる円筒状の気泡導入容器の略中央にその中心が位置する様に配設した２軸の回転ビーターを組み合わせた起泡回転装置と気泡導入容器を載置し回転させる容器回転装置とを設けるとともに、前記気泡導入を行う機械的な撹拌は、前記起泡回転装置で回転ビーターを回転させて行うと同時に、前記容器回転装置で気泡導入容器を回転させるセラミック多孔体の製造方法。
【請求項２】
前記気泡導入を行う機械的な撹拌は、開始時に回転装置の２軸の回転ビーターの回転を少なくとも低い第１回転数で所定時間保持した後に、第１回転数より高い第２回転数で気泡導入を行うようにした請求項１に記載のセラミック多孔体の製造方法。
【請求項３】
前記容器回転装置は、２軸の回転ビーターの中心を軌跡の中心として所定の距離離れて回転させる公転手段と気泡導入容器の中心を中心として回転させる自転手段を組み合わせ、回転ビーターに対し、気泡導入容器を自転と公転を組み合わせた回転を行う請求項１または２に記載のセラミック多孔体の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法で作製したセラミック多孔体。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法で作製したセラミック多孔体を用いた構造体。
【請求項１】
セラミック粉体と有機モノマーを含むスラリーを調製し、前記スラリーに界面活性剤を添加するとともに、モノマー重合の開始剤と触媒を添加して機械的な撹拌をしてつくられた気泡含有スラリーを成形型に流し込み作製した成型品を乾燥・焼成して行うゲルキャスティング法を用いたセラミック多孔体の製造方法において、前記スラリーを入れる円筒状の気泡導入容器の略中央にその中心が位置する様に配設した２軸の回転ビーターを組み合わせた起泡回転装置と気泡導入容器を載置し回転させる容器回転装置とを設けるとともに、前記気泡導入を行う機械的な撹拌は、前記起泡回転装置で回転ビーターを回転させて行うと同時に、前記容器回転装置で気泡導入容器を回転させるセラミック多孔体の製造方法。
【請求項２】
前記気泡導入を行う機械的な撹拌は、開始時に回転装置の２軸の回転ビーターの回転を少なくとも低い第１回転数で所定時間保持した後に、第１回転数より高い第２回転数で気泡導入を行うようにした請求項１に記載のセラミック多孔体の製造方法。
【請求項３】
前記容器回転装置は、２軸の回転ビーターの中心を軌跡の中心として所定の距離離れて回転させる公転手段と気泡導入容器の中心を中心として回転させる自転手段を組み合わせ、回転ビーターに対し、気泡導入容器を自転と公転を組み合わせた回転を行う請求項１または２に記載のセラミック多孔体の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法で作製したセラミック多孔体。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法で作製したセラミック多孔体を用いた構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−８４１２３（Ｐ２００９−８４１２３Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５８２７１（Ｐ２００７−２５８２７１）
【出願日】平成１９年１０月２日（２００７．１０．２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２日（２００７．１０．２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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