(57)【要約】本発明は、黒鉛化カーボンの結合ネットワークを含む溶融金属濾過用繊維強化セラミックフィルター、及び該フィルターの製造方法、に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属の濾過に好適なセラミックフィルターであって、セラミック粉末と繊維とを黒鉛化カーボンのネットワークにより結合させてなる、セラミックフィルター。
【請求項２】
前記セラミック粉末が、ジルコニア、シリカ、アルミナ、褐色溶融アルミナ、マグネシア、いずれかの種類のクレー、タルクム、マイカ、ケイ素、炭化物、窒化ケイ素等若しくはそれらの混合物、又は黒鉛を含有するか、又は特にそれからなる、請求項１に記載のフィルター。
【請求項３】
前記黒鉛化カーボンが、１５質量％以下、特に１０質量％以下、より具体的には５質量％を構成している、請求項１又は２に記載のフィルター。
【請求項４】
前記繊維が、セラミック繊維、ガラス繊維、有機繊維、カーボン繊維、金属繊維及びそれらの混合物からなる群から選択されたものである、請求項１〜３のいずれかに記載のフィルター。
【請求項５】
前記セラミック繊維が、アルミナ繊維、シリカ繊維、アルモシリケート繊維及びそれらの混合物からなる群から選択されたものである、請求項４に記載のフィルター。
【請求項６】
前記有機繊維が、ポリエステル繊維、ポリアクリルニトリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維、ビスコース繊維、アラミド繊維及びそれらの混合物からなる群から選択されたものである、請求項４に記載のフィルター。
【請求項７】
前記繊維を、０．１〜２０質量％、特に１〜１０質量％含有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項８】
前記繊維の長さが、０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のセラミックフィルターの製造方法であって、
ａ）熱可塑性材料でできているフォームに、繊維と、黒鉛化性カーボン結合前駆体と、セラミック粉末と、必要に応じて他の添加物とを含有するスラリーを含浸させる工程と、
ｂ）乾燥し、必要に応じてその後、同じスラリーを一回又は二回コーティングして質量を増加させた後、最終乾燥をおこなう工程と、
ｃ）含浸フォームを、非酸化性及び/又は還元性雰囲気中、５００〜１０００℃の範囲、特に６００℃〜７００℃の範囲の温度で焼成し、
それにより、前記カーボン結合前駆体を、少なくとも部分的又は完全に黒鉛化カーボンの結合ネットワークに転化し、そして有機繊維を熱分解する工程と、
を含む方法。
【請求項１０】
ポリウレタンを含有する熱可塑性フォームを利用した、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記フォームの含浸をおこなう前に、前記カーボン結合前駆体を、繊維、セラミック粉末、水、有機バインダー及びレオロジー制御用添加剤と混合する、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のセラミックフィルターの製造方法であって、
ａ）繊維、セラミック粉末及び黒鉛化性結合前駆体並びに必要に応じて他の添加剤を含む半湿混合物を、液圧プレスで加圧成形する工程と、
ｂ）加圧成形により、ディスク又はブロック状の有孔物品を得る工程と、
ｃ）前記有孔物品を、非酸化性及び/又は還元性雰囲気中、５００〜１０００℃の範囲、特に６００℃〜７００℃の範囲の温度で焼成し、
それにより、前記カーボン結合前駆体を、部分的又は完全に黒鉛化カーボンの結合ネットワークに転化する工程と、
を含む方法。
【請求項１３】
高融点ピッチ（ＨＭＰ）を、黒鉛化性カーボン結合前駆体として使用する、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
０．１〜２０質量部の範囲の繊維と、
２〜１５質量部の範囲の黒鉛化性カーボン結合前駆体と、
０〜９５質量部の範囲のセラミック粉末と、
０〜８０質量部の範囲の酸化防止材料と、
０〜９０質量部の範囲の黒鉛と、
０〜１０質量部の範囲、特に０．２〜２質量部の範囲の有機バインダーと、
０〜４質量部の範囲、特に０．１〜２質量部の範囲の分散剤と、
を含むスラリー又は半湿混合物を使用する、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
鋼、鉄、青銅、ケイ素、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、ホウ化ジルコニウム、ホウ化カルシウム、ホウ化チタン等の金属粉末、及び／又は２０〜３０質量％の酸化ホウ素を含有するガラスフリットを、酸化防止材料として使用する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
グリーンバインダー、例えば、ＰＶＡ、デンプン、ガム、糖等又はそれらの組み合わせを、有機バインダーとして使用する、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
リグニンスルホネートを、分散剤として使用する、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
０〜２質量部の範囲の可塑剤、例えば、ポリエチレングリコール（分子量：５００〜１００００）と、
０〜１質量部の範囲の消泡剤、例えば、シリコン消泡剤と、
をさらに含むスラリー又は半湿混合物を使用する、請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒鉛化カーボンの結合ネットワークを含む、溶融金属濾過用繊維強化セラミックフィルター、及びそのようなフィルターの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属の処理には、外因性金属間介在物、例えば、原料の不純物からの介在物、スラグ、ドロス、及び溶融物の表面に形成される酸化物からの介在物、並びに金属溶融物を形成するチャンバー又は容器を形成するのに使用される耐火材料の小断片からの介在物を除去することが望ましい。
【０００３】
これらの介在物を除去することにより、とりわけ鋼、鉄及びアルミニウム金属の鋳造において高品質の製品が確実に得られる均一溶融物を得ることができる。現在のところ、極めて大きな熱衝撃に非常に良好に耐え、化学的腐食に耐性があり、かつ機械的応力に耐えることができることから、セラミックフィルターが広く使用されている。
【０００４】
このようなセラミックフィルターを製造する際、一般的にセラミック粉末を好適な有機バインダー及び水と混合してペースト又はスラリーを調製することがおこなわれる。このスラリーを使用してポリウレタンフォームに含浸させ、含浸ポリウレタンフォームを、乾燥し、１０００〜１７００℃の温度範囲で焼成する。この処理により、燃焼性材料が焼結中に焼失して多孔体が生成する。例えば、米国特許第２，３６０，９２９号及び米国特許第２，７５２，２５８号に、一般的な手順が記載されている。
【０００５】
また、開口気孔フィルターは、不規則な連続通路がランダムに分布する代わりに、一般的に湿ったセラミック粉末と有機バインダーを垂直ピンを有する金型に油圧により圧入することにより製造される材料を通過する一連の平行ダクトから構成されている。このように、有孔構造が得られる。この有孔構造は、ディスク状でも、ブロック状でもよい。この有孔物品を、次に、最終用途に応じて１０００〜１７００℃の温度範囲で焼成して有孔ディスクを得る。焼成中、セラミック及び/又はガラス状結合が生じる。
【０００６】
国際公開第０１／４０４１４号は、加圧金型の使用を記載している。この特許では、金型内の圧力を調整して有孔構造を得ている。また、この場合の気孔は、完全には開口していない。濾過の使用についてのクレームは、数多くの使用のうちの一つであり、フィルターがいままで実際に金属の濾過に使用されたことを示すものはなにもない。また、このようなフィルターは、鋼の濾過に使用するのに強度が低いために、濾過する金属としてアルミニウムのみが述べられている。この特許は、セラミックを用いないカーボンフィルターのみを記載している。フィルターの製造方法は、金型内部の圧力を調整することに基づいている。この方法は、制御するのが困難である。
【０００７】
米国特許第４，５１４，３４６号は、フェノール樹脂を珪素と高温で反応させて炭化珪素を形成している。これには、カーボン結合が関与していない。この特許は、多孔性炭化珪素の製造しか記載していない。炭化珪素を得るのに、１６００℃を超える温度が使用される。このプロセスは、非水系である。このプロセスから得られた気孔は、閉鎖気孔であり、開口気孔を必要とする濾過には使用できない。
【０００８】
英国特許第９７０５９１号は、高密度低透過性黒鉛物品の製造について記載している。ここでは、水ではなく、有機溶媒、すなわち、フルフリルアルコールを溶媒として使用している。ピッチ状バインダーを２５％使用し、セラミックを使用していない。最終加熱は、２７００℃超でおこなう。気孔は、開口気孔ではなく閉鎖気孔である。
【０００９】
米国特許第３，３０９，４３３号は、高密度黒鉛の製造方法を記載している。ここでは、核用途用の高密度黒鉛物品を得るための手段としてホットプレスが使用されている。また、黒鉛を結合させるのにジベンゾアントロンと称される特殊な材料が使用されている。これには、金属の濾過においては、何ら有用な用途はない。また、このプロセスでは、セラミックは使用されず、また、最大２７００℃の高温を用いている。
【００１０】
欧州特許第０２５１６３４号Ｂ１は、気孔形成剤により形成された壁が平滑な気泡を有する規定された多孔性セラミック体の製造に好適な方法、及び気泡を相互接続する丸いエッジの気孔を記載している。
【００１１】
米国特許第５，５２０，８２３号は、アルミニウム専用のフィルターに関する。ホウケイ酸ガラスを用いて、結合をしている。また、焼成を空気中でおこなっており、かなりの量の黒鉛が、空気による酸化により損失するであろう。アルミニウムの濾過で使用されるフィルターは、通常約１２００℃で焼成され、一方、鉄の使用を意図しているものは、１４５０℃の温度で焼成し、鋼については、１６００℃を超える温度で焼成する。
【００１２】
広く使用されているにもかかわらず、上記した種類の金属濾過セラミックフィルターには、それらの適用性を制限するいくつかの欠点がある。
【００１３】
１．セラミックフィルターは、予備加熱しても、粒子が溶融金属と最初に接触したときにフリーズすることにより目詰まりを生じやすい。このため、通常、液相線温度より約１００℃高い温度の金属である過熱溶融金属を、鋳造に使用して、フィルターの目詰まりを防止する。これを実行するのは、エネルギーとコストの面で極めて無駄が多く、溶融金属の処理温度を低下させるいかなる改良も、非常に有利である。従来技術では、セラミックフィルターの表面にカーボンコーティングを適用して、溶融金属と直接接触する部分の熱質量を減少させていた。
【００１４】
また、発熱反応性サーマイト材料を、セラミックフィルターのカーボンをコーティングした表面に適用したものが、欧州特許第０４６３２３４号Ｂ１において提案されている。後者の溶液は、溶融金属を流動させるのに必要な温度を低下させる一方で、フィルターの製造コストを増加させ、且つサーマイトコーティングは溶融金属の種類に応じたものでなければならないので、その適用性が極めて狭く限定される。
【００１５】
いずれにしても、カーボンとサーマイトコーティングの両方が、セラミックフィルターの高熱質量の欠点を克服するのに役立つが、いくつかのさらなる欠点についての課題を満たしていない。
【００１６】
２．セラミック及びガラス型結合は、高温で軟化し、変形して、フィルターが腐食し、続いて溶融物が汚染されることが頻繁におこりやすい。
【００１７】
３．熱金属溶融物による熱衝撃又は化学的（還元）腐食で生じる亀裂は、セラミック及びガラス結合フィルターでしばしば見られる問題である。
【００１８】
４．とりわけ鋼の濾過を意図しているセラミックの場合において必要な極めて高い焼成温度は、さらに悪いことにコストの高いセラミック原料が必要であることを考えると、従来のセラミックフィルターの重大な欠点である。
【００１９】
５．さらに、バックグランド放射線が比較的強いジルコニアを使用することは、危険であり、避けなければならない。
【００２０】
同時係属欧州特許出願第０１１２１０４４．０号（出願日：２００１年９月１日）は、溶融金属の濾過に好適なセラミックフィルターに関する。このセラミックフィルターは、セラミック粉末を黒鉛化カーボンのネットワークにより結合させて含む。カーボン結合セラミックは、一般的に弱く、機械強度が低い問題がある。この文献によるカーボン結合フィルターは、機械強度が限られており、輸送及び使用中に問題を生じ、且つそれにかかる溶融金属の圧力に耐えるフィルターの能力が限られたものとなる。
【００２１】
また、これらのフィルターは、脆く、壊れて粉々になり、鋳造前に金型に落ちて、鋳物の汚染を生じやすい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
したがって、本発明の目的は、機械強度及び剛さを改善する金属濾過用フィルターを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明による溶融金属濾過に好適なセラミックフィルターにおいて、黒鉛化性カーボン結合及び繊維の３次元ネットワークを使用してセラミック粉末を結合する。
【００２４】
第一の態様によれば、本発明は、溶融金属の濾過に好適なセラミックフィルターにおいて、セラミック粉末と繊維とを黒鉛化カーボンのネットワークにより結合して含む、セラミックフィルターに関する。
【００２５】
用語「黒鉛化性」は、カーボン前駆体の熱分解により得られるカーボン結合を空気の不存在下でより高温に加熱したときに黒鉛様結合に転化できることを意味する。黒鉛化性カーボンは、ガラス状カーボンとは、ガラス状カーボンはどんなに高温に加熱されても黒鉛様結合には転化されない点で異なる。
【００２６】
この種類のカーボン結合は、以下の有利な特徴を示す：
−顕著に安価に生成できること。
−カーボン結合前駆体から完全炭素結合ネットワークを生じさせるために必要な焼成温度がはるかに低い。一般的に、フィルターは、５００℃〜１０００℃の範囲の温度で焼成する必要がある。
−顕著により低い過熱が必要とされる。
−低サーマルマス。
−向上した耐熱衝撃性。
−汚染がない。
【００２７】
本発明によるカーボン結合フィルターは、比較的低いサーマルマスを示す。この結果、濾過する金属を過熱する必要がなく、エネルギー消費量が減少する。
【００２８】
品質及びカーボン結合フィルターの性能を改善するために研究を続けた結果、本発明者は、ここで、フィルターの製造において２０％以下、特に１０質量％以下の繊維を添加することにより、フィルターの性能が顕著に改善されることを見出した。この改善は、主に機械強度の増加、剛さの改善、耐衝撃性の向上及び熱衝撃の向上によるものである。この改善は、濾過処理能力の向上、機械的結着性の向上及び鋳鋼の汚染の減少により明らかとなる。カーボン結合の優れた機械強度と高温での繊維との組み合わせにより、金属鋳造のプロセス中に軟化や曲がりは生じない。これにより、さらに清浄な金属鋳造物が得られる。
【００２９】
本発明による繊維をさらに含む黒鉛化性カーボン結合フィルターには、ガラス状カーボン結合フィルターに対して以下の利点がある:
−高耐酸化性
−高機械強度
−高耐衝撃性
−低微細孔性
−低比表面積
−構造的可撓性
−非脆性挙動
−経済的使用
【００３０】
最適な性能を得るために、セラミック粉末の他に、本発明による黒鉛化カーボンの結合ネットワークを構成する黒鉛化カーボンの量は、フィルターの１５質量％以下でなければならず、好ましくは１０質量％以下、さらに好ましくは２質量％以上且つ５質量％以下である。
【００３１】
従来から、機械強度を改善し且つ製品に剛さを付与するために、繊維をセラミック及び複合材料に添加している。これらの繊維は、金属繊維、有機繊維、例えば、ポリエステル繊維、ビスコース繊維、ポリエチレン繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）繊維、アラミド繊維、ポリアミド繊維等、又はセラミック繊維、例えば、アルミノシリケート繊維、アルミナ繊維又はガラス繊維、又はカーボン繊維（カーボン１００％からなる）であることができる。全てのこれらの種類の繊維を、セラミックに種々の異なる程度で使用して、セラミックの特性、例えば、高機械強度、高耐衝撃性及び向上した熱衝撃等の追加の利点を付与する。
【００３２】
本発明者は、従来技術のカーボン結合フィルターにいずれの種類の繊維を添加しても、フィルターの機械強度が顕著に改善するだけでなく、耐衝撃性及び熱衝撃が改善されることを見出した。強度は、３倍も改善できた（すなわち、０．５ＭＰａから１．５ＭＰａに改善）。耐衝撃性及び耐熱衝撃性も、それに応じて増加する。この改善の結果、カーボンフィルターは、濾過処理能力を少なくとも２倍にすることができる。例えば、１００ｍｍ×１００ｍｍ×２０ｍｍのカーボンフィルターは、通常濾過処理能力が鋼１００ｋｇである。同じフィルターではあるが５％添加したセラミックフィルターは、鋼２００ｋｇを濾過することができる。特に、セラミック繊維とカーボン繊維は、それらの熱安定性のため、フィルターに配合したときに、それらの物性を変化させない。一方、有機繊維は、フィルターの焼成中にカーボン繊維に転化される（すなわち、熱分解プロセスを受ける）。このことは、セラミック又は金属繊維に関して有利であると考えられる。
【００３３】
本発明者は、繊維を添加することによる有利な効果が、繊維の添加量、繊維の長さ、添加される繊維の性質及び種類に依存することを見出した。繊維の添加レベルが高いほど、フィルターの強度が高くなる。しかしながら、繊維が極めて高レベルであると、スラリーのレオロジーに悪影響があるので、望ましくない。カーボン繊維を含有させた後にセラミック繊維を含有させると、最良の結果が得られる。一方、カーボン繊維は最も高価であるのに対して、有機繊維は最も安価である。有機繊維は、カーボンやセラミック繊維よりもはるかに低いレベル（２％未満）で添加されるので、使用するのに最も経済的である。しかしながら、有機繊維は、セラミック繊維やカーボン繊維よりもスラリーのレオロジーを妨害する。繊維の形状は、細断繊維又はバルク繊維であり、フィルター成分の混合中に添加する。特別な混合法は、必要としない。
【００３４】
本発明によるフィルターは、好ましくは前記繊維を０．１〜２０質量％、特に１〜１０質量％、より特には５％の量で含有する。
【００３５】
本発明に使用する繊維は、好ましくは長さが０．１ｍｍ〜５ｍｍである。
【００３６】
本発明の一実施態様によれば、カーボン結合セラミックフィルターは、
ａ）熱可塑性材料でできているフォームに、繊維と、黒鉛化性カーボン結合前駆体と、セラミック粉末と、必要に応じて他の添加物とを含有するスラリーを含浸させる工程と、
ｂ）乾燥し、必要に応じてその後、同じスラリーを一回又は二回コーティングして質量を増加させた後、最終乾燥をおこなう工程と、
ｃ）含浸フォームを、非酸化性及び/又は還元性雰囲気中、５００〜１０００℃の範囲、特に６００℃〜７００℃の範囲の温度で焼成し、
それにより、前記カーボン結合前駆体を、少なくとも部分的又は完全に黒鉛化カーボンの結合ネットワークに転化する工程と、
を含む第一の方法で製造される。
【００３７】
この方法では、スラリーを含浸させるべきフォームに使用される熱可塑性材料は、好ましくはポリウレタンを含有するか、又はポリウレタンからなる。
【００３８】
フォームにセラミック粉末、水、有機バインダー及びレオロジー制御用の添加剤を含浸する前に、繊維、カーボン結合前駆体を混合するのが有利である。本発明の一実施態様によれば、この存在量は、２質量部以下、好ましくは０．１〜２質量部であることができる。
【００３９】
本発明の別の実施態様によれば、第二の種類のカーボン結合セラミックフィルターは、
ａ）繊維、セラミック粉末及び黒鉛化性結合前駆体並びに必要に応じて他の添加剤を含む半湿混合物を、液圧プレスで加圧成形する工程と、
ｂ）加圧成形により、ディスク又はブロック状の有孔物品を得る工程と、
ｃ）前記有孔物品を、非酸化性及び/又は還元性雰囲気中、５００〜１０００℃の範囲、特に６００℃〜７００℃の範囲の温度で焼成し、
それにより、前記カーボン結合前駆体を、部分的又は完全に黒鉛化カーボンの結合ネットワークに転化する工程と、
を含む方法により製造される。
【００４０】
カーボン結合前駆体であるカーボン結合ソースは、加工性、コスト及び製品品質について最適な特性が得られることから、好ましくは高融点ピッチ（ＨＭＰ）である。しかしながら、黒鉛化性であり、本発明による焼成により黒鉛化カーボンの結合ネットワークに転化されるかぎりは、合成樹脂又は天然樹脂及び焼結性カーボン等の他のカーボン結合前駆体も、カーボン結合材料を生成するのに使用できる。したがって、黒鉛に転化できないガラス状カーボンを形成する合成樹脂バインダーは、生成物の耐酸化性が低く、機械強度が低く、脆性が高く、且つ耐熱性が低下するので、カーボン結合前駆体としてみなすことはできない。
【００４１】
また、経済性だけでなく、環境上の理由からも、カーボン結合前駆体は、水に適合すべきである。しかしながら、有機溶媒系カーボン結合前駆体を使用することはできる。
【００４２】
さらなる実施態様によれば、これらの方法では、
０．１〜２０質量％の範囲の繊維と、
２（５）〜１５（２５）質量部の範囲の黒鉛化性カーボン結合前駆体と、
０（２０）〜９５（８０）質量部の範囲のセラミック粉末と、
０〜８０質量部の範囲の酸化防止材料と、
０〜９０質量部の範囲の黒鉛と、
０〜１０質量部の範囲、特に０．２〜２質量部の範囲の有機バインダーと、
０〜４質量部の範囲、特に０．１〜２質量部の範囲の分散剤と、
を含むスラリー（第一の種類のカーボン結合セラミックフィルターの製造の場合）又は半湿混合物（第二の種類のカーボン結合セラミックフィルターの製造の場合）を使用する。
【００４３】
水は、必要量を加える。スラリーを調製する目的では、セラミックフィラー材料の性質に応じて２０〜７０質量部が必要である。加圧に使用する半湿混合物の場合には、水は、セラミックフィラー材料の性質に応じて、２〜１０質量部の量が必要である。
【００４４】
セラミック粉末は、ジルコニア、シリカ、アルミナ、褐色溶融アルミナ、マグネシア、いずれかの種類のクレー、タルクム、マイカ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等若しくはそれらの混合物を含むことができる。また、黒鉛を、セラミック粉末の代わりに用いてもよい。
【００４５】
本発明による好ましい酸化防止材料は、鋼、鉄、青銅、ケイ素、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、ホウ化ジルコニウム、ホウ化カルシウム、ホウ化チタン等の金属粉末、及び／又は２０〜３０質量％の酸化ホウ素を含有するガラスフリットである。
【００４６】
本発明による好ましい有機バインダーは、グリーンバインダー、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、デンプン、アラビアゴム、糖等又はそれらの組み合わせである。これらのバインダーを、焼成前に処理中にフィラーの機械的性質を改善するのに添加できる。また、デンプン及びアラビアゴムを、増粘剤として使用してもよい。
【００４７】
本発明による好ましい分散剤は、スラリーにおける水レベルを減少するのに役立ち且つレオロジーを改善する、Ｄｅｓｐｅｘ（登録商標）、リグニンスルホネート等、又はそれらの組み合わせである。
【００４８】
本発明のさらなる実施態様によれば、スラリー又は半湿混合物は、０〜２質量部の範囲、好ましくは０．５〜１質量部の範囲の可塑剤、例えば、ポリエチレングリコール（好ましい分子量：５００〜１００００）及び／又は
０〜１質量部の範囲、好ましくは０．１〜０．５質量部の範囲の消泡剤、例えば、シリコン消泡剤とを含むことができる。
【００４９】
以下、本発明を、実施例によりさらに説明する。
【実施例】
【００５０】
黒鉛化性高融点ピッチ（ＨＭＰ）として、ガラス転移温度２１０℃、クッキング値８５％、灰分値０．５％であり、微粉末として入手されたコールタールピッチを使用した。
【００５１】
全ての例において、得られた混合物を、不活性雰囲気中、６００℃〜９００℃の範囲で２０〜１２０分間、加熱速度１℃／分〜１０℃／分の範囲で焼成した。
【００５２】
Ａ：第一の種類のフィルター：
例１
ポリウレタンフォームを必要サイズに切断し、それに、未細断アルミナシリケートセラミック繊維７０ｇ、前記高融点ピッチ粉末７０ｇ、セラミック粉末（か焼アルミナ）１０００ｇ、分散剤（リグニンスルホネート）７０ｇ、増粘剤（デンプン）４ｇ及び水２７０ｇを含有するスラリーを含浸させた。
【００５３】
フィルターを、手動で含浸するか、又はこのために使用されるローラーを含む機械により含浸した。含浸後、フィルターを、熱風乾燥機及び／又はマイクロ波乾燥機を用いて乾燥した。噴霧エアーガンにより、コーティングを適用した。フィルターを、もう一度乾燥し、還元性又は非酸化性雰囲気の焼成炉に移した。この炉を、スラリーの組成、フィルターのサイズ、炉のサイズ等に応じて、１℃／分〜１０℃／分の昇温速度で加熱した。
【００５４】
これらのフィルターは最高で１．５ＭＰａの強度を有する。実地試験中、溶融金属とフィルターとが接触したときに余分の熱が発生(発熱反応)したので、これらのフィルターを用いたときに、過熱は必要ないことが分かった。
【００５５】
また、これらのフィルターを１５００℃を超える温度に加熱すると、繊維強化黒鉛様結合が形成される。このような処理により、フィルターの全体の性質が改善されるけれども、溶融金属の濾過には必要としない。
【００５６】
例２
アルミノシリケート繊維の代わりに０．２ｍｍ細断カーボン繊維７０ｇを用いた以外は、例１と同じ方法を繰り返した。その結果、強度が最大２ＭＰａとさらによくなった。
【００５７】
例３
アルミノシリケート繊維の代わりに０．２５０ｍｍポリエステル繊維２質量％使用した以外は、例１と同じ方法を繰り返した。その結果、２ＭＰａ超の強度が得られた。
【００５８】
Ｂ：第二の種類のフィルター：
例４
アルミノシリケートセラミック繊維５０ｇと、前記高融点ピッチ粉末７０ｇと、セラミック粉末（か焼アルミナ）９００ｇと、黒鉛粉末１００ｇと、ＰＶＡバインダー２０ｇと、水６０ｇとの混合物を、Ｈｏｂａｒｔ又はＥｉｒｉｃｈミキサーで調製した。混合プロセスの目的は、半湿及び均一混合物を製造することであった。所定質量の混合物を、垂直ピンを含む鋼製金型に入れた。混合物を加圧することにより、有孔物品が得られた。次に、この有孔物品を、金型から取り出し、乾燥し、非酸化性又は還元性雰囲気中、昇温速度２℃／分で、７００℃で１時間焼成した。プレスされたフィルターの強度は、繊維の添加により、７ＭＰａから１０ＭＰａに増加した。
【００５９】
例５
アルミノシリケート繊維の代わりに０．２ｍｍ細断カーボン繊維７０ｇを用いた以外は、例４と同じ方法を繰り返した。その結果、強度が最大１２ＭＰａであった。
【００６０】
例６
アルミノシリケート繊維の代わりに０．２５０ｍｍポリエステル繊維２質量％使用した以外は、例４と同じ方法を繰り返した。その結果、１５ＭＰａ超の強度が得られた。
【００６１】
繊維強化黒鉛化性カーボン結合有孔フィルターを、溶融鋼を濾過する実地試験に使用した。溶融金属がフィルターと接触したときに溶融鋼を濾過中流動するように保持するのに十分な熱が発生したので、このフィルターでは、溶融金属を過熱する必要がないことが分かった。これは、フィルター表面と、溶融鋼との発熱反応によるものであった。また、フィルターは、試験中に、熱衝撃や変形の問題を生じなかった。これらの利点により、鋳鋼の改善された経済的且つ効率的な濾過が可能となる。
【手続補正書】
【提出日】平成16年3月5日(2004.3.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック粉末と繊維とを黒鉛化カーボンのネットワークにより結合させてなる溶融金属濾過用セラミックフィルター。
【請求項２】
前記セラミック粉末が、ジルコニア、シリカ、アルミナ、褐色溶融アルミナ、マグネシア、いずれかの種類のクレー、タルクム、マイカ、ケイ素、炭化物、窒化ケイ素等若しくはそれらの混合物、又は黒鉛を含有するか、又は特にそれからなる、請求項１に記載のフィルター。
【請求項３】
前記黒鉛化カーボンが、１５質量％以下、特に１０質量％以下、より具体的には５質量％を構成している、請求項１又は２に記載のフィルター。
【請求項４】
黒鉛化カーボンのネットワークにより結合された繊維を含む、溶融金属濾過用フィルター。
【請求項５】
前記繊維が、セラミック繊維、ガラス繊維、有機繊維、カーボン繊維、金属繊維及びそれらの混合物からなる群から選択されたものである、請求項１〜４のいずれかに記載のフィルター。
【請求項６】
前記セラミック繊維が、アルミナ繊維、シリカ繊維、アルモシリケート繊維及びそれらの混合物からなる群から選択されたものである、請求項５に記載のフィルター。
【請求項７】
前記有機繊維が、ポリエステル繊維、ポリアクリルニトリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維、ビスコース繊維、アラミド繊維及びそれらの混合物からなる群から選択されたものである、請求項５に記載のフィルター。
【請求項８】
前記繊維を、０．１〜２０質量％、特に１〜１０質量％含有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項９】
前記繊維の長さが、０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項１０】
繊維と、黒鉛化カーボンの結合ネットワークとを含む溶融金属濾過用フィルターの製造方法であって、
ａ）熱可塑性材料でできているフォームに、繊維と、黒鉛化性カーボン結合前駆体と、必要に応じて他の添加物とを含有するスラリーを含浸させる工程と、
ｂ）乾燥し、必要に応じてその後、同じスラリーを一回又は二回コーティングして質量を増加させた後、最終乾燥をおこなう工程と、
ｃ）含浸フォームを、非酸化性及び/又は還元性雰囲気中、５００〜１０００℃の範囲、特に６００℃〜７００℃の範囲の温度で焼成し、
それにより、前記カーボン結合前駆体を、少なくとも部分的又は完全に黒鉛化カーボンの結合ネットワークに転化し、そして有機繊維を熱分解する工程と、
を含む方法。
【請求項１１】
請求項１〜３及び５〜９のいずれか１項に記載のセラミックフィルターの製造方法であって、
ａ）熱可塑性材料でできているフォームに、繊維と、セラミック粉末と、黒鉛化性カーボン結合前駆体と、必要に応じて他の添加物とを含有するスラリーを含浸させる工程と、
ｂ）乾燥し、必要に応じてその後、同じスラリーを一回又は二回コーティングして質量を増加させた後、最終乾燥をおこなう工程と、
ｃ）含浸フォームを、非酸化性及び/又は還元性雰囲気中、５００〜１０００℃の範囲、特に６００℃〜７００℃の範囲の温度で焼成し、
それにより、前記カーボン結合前駆体を、少なくとも部分的又は完全に黒鉛化カーボンの結合ネットワークに転化し、そして有機繊維を熱分解する工程と、
を含む方法。
【請求項１２】
ポリウレタンを含有する熱可塑性フォームを利用した、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記フォームの含浸をおこなう前に、前記カーボン結合前駆体を、繊維、水、有機バインダー及びレオロジー制御用添加剤と混合する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１〜３及び５〜８のいずれか１項に記載のセラミックフィルターの製造方法であって、
ａ）繊維、セラミック粉末及び黒鉛化性結合前駆体並びに必要に応じて他の添加剤を含む半湿混合物を、液圧プレスで加圧成形する工程と、
ｂ）加圧成形により、ディスク又はブロック状の有孔物品を得る工程と、
ｃ）前記有孔物品を、非酸化性及び/又は還元性雰囲気中、５００〜１０００℃の範囲、特に６００℃〜７００℃の範囲の温度で焼成し、
それにより、前記カーボン結合前駆体を、部分的又は完全に黒鉛化カーボンの結合ネットワークに転化する工程と、
を含む方法。
【請求項１５】
繊維と、黒鉛化カーボンの結合ネットワークとを含む溶融金属濾過用フィルターの製造方法であって、
ａ）繊維、黒鉛化性結合前駆体並びに必要に応じて他の添加剤を含む半湿混合物を、液圧プレスで加圧成形する工程と、
ｂ）加圧成形により、ディスク又はブロック状の有孔物品を得る工程と、
ｃ）前記有孔物品を、非酸化性及び/又は還元性雰囲気中、５００〜１０００℃の範囲、特に６００℃〜７００℃の範囲の温度で焼成し、
それにより、前記カーボン結合前駆体を、部分的又は完全に黒鉛化カーボンの結合ネットワークに転化する工程と、
を含む方法。
【請求項１６】
高融点ピッチ（ＨＭＰ）を、黒鉛化性カーボン結合前駆体として使用する、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
０．１〜２０質量部の範囲の繊維と、
２〜１５質量部の範囲の黒鉛化性カーボン結合前駆体と、
０〜９５質量部の範囲のセラミック粉末と、
０〜８０質量部の範囲の酸化防止材料と、
０〜９０質量部の範囲の黒鉛と、
０〜１０質量部の範囲、特に０．２〜２質量部の範囲の有機バインダーと、
０〜４質量部の範囲、特に０．１〜２質量部の範囲の分散剤と、
を含むスラリー又は半湿混合物を使用する、請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
鋼、鉄、青銅、ケイ素、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、ホウ化ジルコニウム、ホウ化カルシウム、ホウ化チタン等の金属粉末、及び／又は２０〜３０質量％の酸化ホウ素を含有するガラスフリットを、酸化防止材料として使用する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
グリーンバインダー、例えば、ＰＶＡ、デンプン、ガム、糖等又はそれらの組み合わせを、有機バインダーとして使用する、請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
リグニンスルホネートを、分散剤として使用する、請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
０〜２質量部の範囲の可塑剤、例えば、ポリエチレングリコール（分子量：５００〜１００００）と、
０〜１質量部の範囲の消泡剤、例えば、シリコン消泡剤と、
をさらに含むスラリー又は半湿混合物を使用する、請求項１７〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
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