(57)【要約】セラミック、ガラスセラミックおよび他の鉱物材料および複合材料を製造するための無機バインダーは、平均粒径＜１００ｎｍを有する少なくとも１種類の無機化合物と、少なくとも１種類の溶媒とを含む。その無機化合物は、カルコゲニド、炭化物および／または窒化物からなる群から選択される化合物であることが好ましい。その平均粒径は＜５０ｎｍ、特に＜２５ｎｍであることがさらに好ましい。溶媒は、とりわけ極性溶媒、特に水である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック、ガラスセラミックおよび他の鉱物材料および複合材料を製造するための無機バインダーであって、平均粒径＜１００ｎｍを有する少なくとも１種類の無機化合物と、少なくとも１種類の溶媒と、を含む無機バインダー。
【請求項２】
前記無機化合物の平均粒径が、＜５０ｎｍ、特に＜２５ｎｍであることを特徴とする、請求項１に記載の無機バインダー。
【請求項３】
前記無機化合物が、カルコゲニド、炭化物および／または窒化物からなる群から選択される化合物であることを特徴とする、請求項１または２に記載の無機バインダー。
【請求項４】
前記カルコゲニドが、酸化物または硫化物、特に酸化物であることを特徴とする、請求項３に記載の無機バインダー。
【請求項５】
前記酸化物が、周期表の１〜７族遷移元素、特に周期表の３〜５族遷移元素の酸化物であることを特徴とする、請求項４に記載の無機バインダー。
【請求項６】
前記溶媒がバインダー中に、バインダーの全重量に対して、４０重量％〜９５重量％、特に５０重量％〜８０重量％の量で存在することを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の無機バインダー。
【請求項７】
前記溶媒が極性溶媒であることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の無機バインダー。
【請求項８】
前記極性溶媒が、少なくとも１種類のアルコール、特にエタノールであることを特徴とする、請求項７に記載の無機バインダー。
【請求項９】
前記極性溶媒が水であることを特徴とする、請求項７に記載の無機バインダー。
【請求項１０】
セラミック、ガラスセラミックおよび他の鉱物材料および複合材料を製造するための組成物であって、前記請求項のいずれかに記載の少なくとも１種類の無機バインダーを含むことを特徴とする、組成物。
【請求項１１】
前記バインダーが、組成物の全重量に対して、１重量％〜４０重量％、特に５重量％〜２０重量％の量で組成物中に存在することを特徴とする、請求項１０に記載の組成物。
【請求項１２】
前記組成物が、懸濁液状、好ましくは低粘度の懸濁液状であることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の組成物。
【請求項１３】
前記バインダーに加えて、セラミックおよびガラスセラミック材料および複合材料の製造に用いられる通例の無機粒子および／または繊維を含むことを特徴とする、請求項１０から１２のいずれかに記載の組成物。
【請求項１４】
前記粒子および／または繊維が、カルコゲニド、炭化物および／または窒化物、好ましくは酸化物を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の組成物。
【請求項１５】
前記バインダーに加えて、少なくとも１種類のゼオライトの粒子を含むことを特徴とする、請求項１０から１４のいずれかに記載の、特に請求項１０から１２のいずれかに記載の組成物。
【請求項１６】
請求項１から９のいずれかに記載の無機バインダーを用いて製造することができる、または製造された、あるいは請求項１０から１５のいずれかに記載の組成物から製造することができる、または製造された、無機材料または複合材料、特に無機成形体。
【請求項１７】
請求項１から９のいずれかに記載の無機バインダーを用いて製造することができる、または製造された、あるいは請求項１０から１５のいずれかに記載の組成物から製造することができる、または製造された、無機コーティング。
【請求項１８】
請求項１７に記載の無機コーティングで少なくとも一部、好ましくは全体的にコーティングされることを特徴とする、物品。
【請求項１９】
セラミック、ガラスセラミックおよび他の鉱物材料および複合材料を製造するための、平均粒径＜１００ｎｍを有する無機化合物の使用。
【請求項２０】
前記無機化合物が、カルコゲニド、炭化物および／または窒化物、好ましくは酸化物からなる群から選択される化合物であることを特徴とする、請求項１９に記載の使用。
【請求項２１】
前記酸化物が、周期表の１〜７族遷移元素、特に周期表の３〜５族遷移元素の酸化物であることを特徴とする、請求項２０に記載の使用。
【請求項２２】
前記無機化合物が、平均粒径＜５０ｎｍ、特に＜２５ｎｍを有することを特徴とする、請求項１９から２１のいずれかに記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック、ガラスセラミックおよび他の鉱物材料および複合材料の製造、特にかかる製造に適した無機バインダーに関する。これに関連して、本発明は、このバインダーがその中に存在する組成物、ならびにこの組成物を用いて製造される物品およびコーティングも提供する。
【０００２】
従来技術では、有機バインダー（例えば、フェノール樹脂）および無機バインダー（例えば、セメント）のどちらも、材料の製造において様々な物質を結合させるために用いられている。バインダーとしての、ゾル−ゲル法に基づいて製造されるハイブリッド材料の使用も知られている。
【０００３】
目的の構造を共に結合させるために、有機バインダーまたはハイブリッドが使用される。しかしながら、有機バインダーおよびハイブリッド材料のどちらも燃焼し、その結果それらの強度が失われるため、このようにして結合された材料は、高温で使用することができない。さらに、かかるバインダーを使用した場合に形成されるガス化（pyrrolysis）生成物はほとんどの場合に有毒である。したがって、得られた複合材料が熱安定性となるように、材料が共に結合されるべき場合には、無機バインダーが使用される。
【０００４】
無機バインダーの中では、２種類のバインダー、すなわち硬化に水が必要なバインダー（例えば、セメント、石灰および焼きせっこう）と、硬化するために水の他にさらに添加剤が必要なバインダー（例えば、水、マグネシアバインダー、リン酸バインダー）とで区別がつけられている。
【０００５】
最もよく知られている無機バインダーは、セメント、石灰および焼きせっこうである。水と混合すると、これらは、充填剤および硬化剤として、モルタルおよびコンクリート製造において、無機結合建築材料としての役割を果たす。それらは、実質的にいずれかの成形性を達成することが可能となるが、一定期間維持されるだけであり、低温で固化または硬化する。
【０００６】
セメント、石灰および焼きせっこうはすべて、水に対して反応性である。これらの無機材料を水と混合した後、化学変換が起こり、多少結晶質である生成物が生じる。硬化プロセスの中では、３タイプのプロセス：水和による硬化、水硬化および炭酸塩による硬化の間で、区別がつけられている。水和による硬化では、添加される水が結合し、分子の形で組み込まれ（例えば、ＣａＳＯ4は、ＣａＳＯ4・Ｈ2Ｏに転化される）；水硬化では、出発原料の加水分解が起こり（例えば、ＣａＯがＣａ（ＯＨ）2に転化される）；炭酸塩形成による硬化の場合には、二酸化炭素が取られ、化学結合する（例えば、ＣａＯはＣａ（ＯＨ）2に転化され、第２段階で、ＣａＣＯ3に転化される）。純粋なタイプの硬化は実際には稀であり、２タイプまたは３タイプすべての硬化の組み合わせが通常存在する。無機バインダーの硬化は常に発熱性であることを述べておく必要もある。
【０００７】
セメント、石灰および焼きせっこうに加えて、硬化のために、水の他に添加剤を必要とする無機バインダーの群もある。マグネシアバインダー（ＭｇＯ）の硬化は、塩化マグネシウムまたは硫酸マグネシウム溶液を添加した結果として、やや可溶性の塩基性マグネシウム塩水和物の形成に基づくものである。一方、リン酸塩バインダーは、Ａｌ（ＯＨ）3をリン酸（Ｈ3ＰＯ4）と混合した結果として、またはＡｌ（ＯＨ）3をＡｌ（Ｈ2ＰＯ4）3溶液と混合し、第三リン酸アルミニウムが形成された結果として硬化する。水ガラス（Ｎａ2ＯとＳｉＯ2との水溶液）の場合には、一般に有機酸のエステル、酸などの添加剤を添加するか、または酸化物または水酸化物を添加した結果として、硬化が起こる。酸化物（例えば、ＺｎＯ）または水酸化物を添加した後の硬化の場合には、やや可溶性のケイ酸塩水和物（例えば、ＺｎＳｉＯ3）の形成が起こる。述べられた最後の３つの場合には、水は直接的に化学反応を引き起こさないが、反応媒体としての水の存在は、化学反応が起こるための基本的な必要条件である。
【０００８】
鉱物層、特にセラミック層を、金属、ガラス、エナメルもしくはセラミック基材に適用するには、またはセラミックの製造には、鉱物出発原料、特にセラミック出発原料が粉末状であることから、通常バインダーを使用する必要がある。本明細書では、ほとんど有機バインダーのみが使用され、その有機バインダーは、焼成（焼結）前に層または成形体に十分な強度を付与する。焼結プロセス中、有機バインダーは熱分解し、ガス分解生成物として、セラミック成形体またはセラミック層が残される。有機バインダーが燃え尽きることによって、焼結プロセス中にセラミック層または成形体の収縮が起こり、そして次に、これによって、層または成形体において応力および亀裂が生じる。
【０００９】
したがって、焼結プロセス中に層または成形体に残り、その結果収縮は小さいままであり、応力が生じない無機バインダーを使用して、セラミック成形体の製造を行うことが理想的であるだろう。
【００１０】
しかしながら、従来技術で論述されている無機バインダーは、本明細書での必要条件を満たすものではない。論述されているすべての無機バインダーは、過度に速い反応速度、したがって制御が不十分な反応速度を示し、その結果、例えば工業的な吹付けプロセス、またはテープキャスティング、押出し成形もしくは射出成形などの通例のセラミック成形法において、層を均一に適用するのは、ほとんど不可能である。さらに、問題は、プロセスにおいて発生する反応熱によって生じ、このように結合されたセラミック層／成形体は縮合後に熱の作用下にさらされるであろうという事実によって、さらに応力亀裂を生じるであろう。溶媒または反応物として水が許容されない用途も非常に多い。
【００１１】
したがって、従来技術から知られている不利益を解消すること、または少なくともかなりの程度までそれらを回避することが、本発明の目的である。特に、本発明は、有機バインダーの最も重要な利点を有する無機バインダーを提供するべきである。したがって、その無機バインダーは、セラミック、ガラスセラミックまたは他の鉱物材料／複合材料の製造において化学的に中性であるべきである。それにもかかわらず、それは、互いに接合されるべき、粒子／粉末粒子／繊維等を接合または接着結合すべきである。そのバインダーは、外部活性化とは無関係に、例えばセメントの硬化のように水を添加することによるものではなく、バインダーの固有特性によって、このように機能すべきである。この無機バインダーは、材料の硬化／強化中、特に焼結または焼成プロセス中に材料に残るべきであり、焼結／焼成中に生じる収縮はこのようにして、応力および亀裂が避けられるようにできる限り小さく維持すべきである。
【００１２】
この目的は、請求項１の特徴を有する無機バインダーおよび請求項１０に記載の組成物によって達成される。本発明のバインダーおよび本発明の組成物の好ましい実施形態は、従属する請求項２〜９および１１〜１５それぞれに示されている。請求項１６〜１８は、このように製造される材料に関連する。請求項１９〜２２には、特定の無機化合物の使用が記載されている。すべての請求項の表現は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００１３】
本発明による無機バインダーは、セラミック、ガラスセラミックおよび他の鉱物材料および複合材料の製造のためのバインダーであり、平均粒径＜１００ｎｍを有する少なくとも１種類の無機化合物と、少なくとも１種類の溶媒とを含有する。
【００１４】
以下に詳述する。
【００１５】
本発明のバインダーの機能に重要な特徴は、ナノサイズの無機化合物の存在である。ナノサイズ粒子または粉末という用語は通常、十分にサブミクロン範囲にある平均粒径を有する粒子または粉末に用いられる。本明細書において、この粒径は、非塊状化状態の個々の粒子／粉末粒子に適用される。それらの表面エネルギーが高いために、ナノサイズ粒子はしばしば共に凝集し、このようにして、個々の粒子の実際のサイズよりも、紛らわしく大きい粒径を有するアグロメレートまたは凝集体を形成する。したがって、本発明の説明において示されるサイズは、できる限り、個々の粒子の平均粒径に関係し、これに関連して、「一次粒子」と呼ぶこともできる。
【００１６】
本発明による利点を得るためには、通常粉末状で使用される、本発明に従って用いられる無機化合物の粒径は、上述のように十分にサブミクロン範囲にあるべきである。したがって、請求項１で定義されるように、平均粒径は通常、＜２００ｎｍ、特に＜１００ｎｍであるべきである。
【００１７】
請求項１において用いられる「セラミック」、「ガラスセラミック」、「鉱物」および「材料」および「複合材料」という用語は、当業者には公知であり、非常に広く解釈される。本発明による無機バインダーは、非常に多くの無機材料／複合材料の製造に適しており、かつ有利である。公知のように、セラミックは、セラミック技術の方法を用いて、粉末から成形される材料および製造物であり、その後に、焼結プロセスまたは焼成プロセスによってそれらの最終的な形に変換される。ガラスセラミックは、制御された結晶化によってガラスから製造される材料であり、鉱物材料という用語は、かかる無機材料の総称である。これは、ゼオライトを参照して、以下でさらに説明される。いずれの場合にも、本発明は、バインダーを使用して、特に２００℃を超える温度で強化／硬化することによって、原料（ｒａｗ）組成物から形成されるすべての無機材料の製造に及ぶことが意図される。
【００１８】
無機バインダーの好ましい実施形態において、使用される無機化合物の平均粒径は、１００ｎｍをはるか下回る。ここでは、粒径２ｎｍ〜５０ｎｍであることに重点が置かれ、粒径２ｎｍ〜２５ｎｍが最も好ましい。
【００１９】
本発明のバインダーに使用されるナノサイズ粉末粒子は特に、ナノサイズカルコゲニド、炭化物または窒化物粉末である。公知のように、カルコゲニドは、酸素、硫黄、セレンおよびテルル元素が電気陰性要素として存在する、二成分化合物である。したがって、カルコゲニド粉末は、酸化物、硫化物、セレン化物またはテルル化物粉末であり得る。ナノサイズ酸化物粉末が好ましい。特に、粉末焼結に通常使用される、すべての粉末を使用することが可能である。例としては、（無水または水和）酸化物、例えばＺｎＯ、ＣｅＯ2、ＳｎＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＣｄＯ、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＺｒＯ2、イットリウム−安定化ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、Ｆｅ3Ｏ4、Ｃｕ2Ｏ、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、Ｖ2Ｏ5、ＭｏＯ3またはＷＯ3、さらにリン酸塩、ケイ酸塩、ジルコン酸塩、アルミン酸塩およびスズ酸塩、硫化物、例えばＣｄＳ、ＺｎＳ、ＰｂＳおよびＡｇ2Ｓ、セレン化物、例えばＧａＳｅ、ＣｄＳおよびＺｎＳｅ、テルル化物、例えばＺｎＴｅもしくはＣｄＴｅ、炭化物、例えばＷＣ、ＣｄＣ2もしくはＳｉＣ、窒化物、例えばＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4およびＴｉ3Ｎ4、金属−スズ酸化物などの相当する混合酸化物、例えばインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）、アンチモン−スズ酸化物、フッ素ドープ酸化スズおよびＺｎドープＡｌ2Ｏ3、Ｙ−もしくはＥｕ−含有化合物を含む発光顔料、およびペロフスカイト構造を有する混合酸化物、例えばＢａＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3およびジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）が挙げられる。示される粉末粒子の混合物を使用することも可能である。
【００２０】
本発明の無機バインダーは、カルコゲニド、好ましくはＺｒ、Ａｌ、Ｂ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃｄ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｌａ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏまたはＷ、特に好ましくはＺｒ、Ａｌ、Ｔｉ、ＦｅおよびＳｉの酸化物、酸化水和物、窒化物または炭化物で構成されるナノサイズ粒子を含む。酸化物を用いることが特に好ましい。好ましいナノ粒子は、酸化アルミニウム、ベーマイト、酸化ジルコニウム、イットリウム安定化酸化ジルコニウム、酸化鉄および二酸化チタンの粒子またはかかるナノ粒子の混合物である。
【００２１】
本発明のバインダー中に存在する溶媒の量は、原則的に重要ではなく、バインダーの用途に応じて様々である。しかしながら、溶媒成分は、バインダーの全重量に対して、４０重量％〜９５重量％の量でバインダー中に存在することが好ましい。この範囲内で、５０重量％〜８０重量％の量が好ましい。原則的には、例えば脂肪族化合物および油などの様々な溶媒を使用することが可能である。しかしながら、多くの場合には、極性溶媒、特にエステル、アルコール、ジオール、グリコール等を使用するのが有利である。アルコールを使用する場合には、Ｃ1〜Ｃ5アルカノール、特にエタノールが好ましい。特に好ましい溶媒は水であり、アルコールとの混合物としても好ましい。水性バインダー系は、毒性が低いため、特に取り扱いが簡単である。
【００２２】
本発明のバインダーは、適切な場合には、その他の添加剤をさらに含有する。これらは、特に、バインダー系中の無機化合物の分布を助け、かつ／または個々のナノ粒子の凝集を防ぐ添加剤である。かかる添加剤は、例えばアニオン性もしくはカチオン性界面活性剤であり得る。
【００２３】
セラミック、ガラスセラミックおよび他の鉱物材料および複合材料の製造のための本発明の組成物または出発物質は、本発明による少なくとも１種類の無機バインダーを含む。この組成物を従来技術と区別するのは、このバインダーである。
【００２４】
組成物中に存在するバインダーの量は原則的には、本発明によれば重要ではない。この量は、本発明によって提供される効果が得られるように選択される。費用の観点から、バインダーの量は通常、可能な限り少なく保たれるだろう。組成物中のバインダーの好ましい量は、１重量％〜４０重量％、特に５重量％〜２０重量％である。その量がナノサイズ無機化合物に基づく場合、これは好ましくは、１．５重量％〜１５重量％、さらに好ましくは５重量％〜１０重量％の量で組成物中に存在する。
【００２５】
バインダーの組成に応じて、および組成物の他の成分に応じて、組成物のコンシステンシーは広い範囲内で変化させることができる。したがって、組成物は、低粘度懸濁液の形、比較的高い粘度の懸濁液の形、またはスリップの形から比較的堅いペースト状塊の形までをとることができる。したがって、組成物がコーティングとして塗布される場合、次いでその上に例えばペイント、吹付けすることができる、または浸漬もしくはフラッディングにより塗布することさえできる低粘度懸濁液が選択されることが多い。成形体が組成物から製造される場合には、その組成物は、次いで注型、押出し成形等することができる、おそらくペースト状塊の形をとる傾向がある。
【００２６】
バインダーは別にして、本発明の組成物は、第一に、製造されるべき材料または複合材料が構成される成分（次いで、バインダーによって結合される）を含有する。これらの成分は有利には、セラミックおよびガラスセラミックの製造で知られているように、すべて通例の無機粒子または繊維である。次いで、組成物の更なる成分としての、これらの通例の「セラミック粉末」は一般に、バインダーにおけるナノサイズ粒子よりも大きな粒径を有することが好ましい。これらの粒子は、ミクロン範囲、特に１μｍ〜５００μｍの範囲であることが多いだろう。しかしながら、同様に、バインダーのナノサイズ粒子（＜１００ｎｍ）の他に、組成物中にサブミクロン粒子、例えば５００ｎｍ〜１０００ｎｍ（１μｍ）の範囲の粒径を有する粉末粒子が存在することが、本発明によれば好ましい。
【００２７】
セラミックおよびガラスセラミックの製造のための無機粒子または繊維は好ましくは、上述のカルコゲニド、炭化物および／または窒化物であり、酸化物を使用することが本発明では好ましい。先の説明における、これらの化合物に関連する相当する情報は特に、参照により本明細書に組み込まれる。
【００２８】
さらに、本発明のバインダーの他に、その中にゼオライトが使用される組成物もまた、他の鉱物材料および複合材料の製造について、特に言及に値する。公知のように、ゼオライトは、当業者には公知のアルミノケイ酸塩をベースとする含水鉱物の群である。ゼオライトはそれらの内部に空隙（void）を有し、その空隙によって、ゼオライトが様々な分野で使用される。したがって、ゼオライトは、分子ふるいとして、またはイオン交換体において使用される。本発明に従って製造されるゼオライトベースの材料の利点は、以下でさらに詳細に説明される。
【００２９】
最後に、本発明の組成物は、すべての場合に、例えば、組成物自体の特性（分散剤、界面活性剤等の添加）またはその加工性（例えば、コーティング材料の場合には定着剤）に影響を及ぼす、その他の通例の添加剤をさらに含むことができる。所望の場合には、本発明の無機バインダーの他に、比較的高い温度で行われる強化の間に、組成物から再び除去される、つまり焼き尽くされる、少なくとも１種類の更なる有機バインダーを、本発明の組成物に添加することができる。
【００３０】
本発明はさらに、本発明のバインダーを利用して、または本発明の組成物から製造される、または製造することができる無機成形体および無機コーティングを提供する。このコンテクストにおいて、本発明は、このタイプの新規なコーティングが提供される（それらの全体または一部に）すべての物品もまた包含する。
【００３１】
ここで、本発明のバインダー中に存在するナノ粒子の機能が説明される。
【００３２】
無機バインダーとして使用されるナノ粒子は、反応性ヒドロキシル基を有することが好ましい、非常に大きな比表面積を有する。これらの表面の基は、室温でさえ、つまり焼結または焼成プロセス前に、結合されるべき材料（例えば、セラミック粉末、繊維等）の表面の基と架橋することができる。このように、有機バインダーによって行われる強化と類似の、未焼成（未焼結）層／成形体の強化が可能である。ナノ粒子の曲率半径が高いため、ナノ粒子は、非常に高い表面エネルギーも有する。２００℃を超える温度、好ましくは３００℃を超える温度でさえ、これらの表面エネルギーによって、ナノ粒子から、結合されるべき材料（通常、より粗い）の接触点まで、材料が運搬（拡散）されることが見出されている。結合された、より粗い粉末粒子は極めて低い表面エネルギーを有し、そのため、この時点でまだ焼結しておらず、つまりまだ収縮していない。ナノ粒子により引き起こされる材料運搬によって、結合された粗い粒子において、塊の移動を生じることなく、結合粒子が焼結される。バインダーとして使用されるナノ粒子が、犠牲材料（つまりそれらの元の形を失う）と同様の手法において、および粗い粉末粒子を互いに接合／焼結するプロセスにおいて溶解することから、この形態の塊の移動は、完全に新規である。最初に、この収縮のない焼結によって、開放気孔（open-pored）構造を有する多孔質（しばしば高度に多孔質である）層が生じる。本発明の目的では、開放気孔構造という用語は、層／成形体中に存在する細孔が外部からアクセス可能であり、つまり外部に対して閉じられていないという意味である。したがって、開放多孔性（open porosity）は層／成形体上の少なくとも一部にわたるが、必ずしも層／成形体全体にわたる必要はない。これがそのような場合には、相当する成形体は例えば、フィルターとして、特にセラミックフィルターとして使用することができる。しかしながら、温度をさらに上昇させた場合には、理論密度に、または理論密度付近に、多孔質層を焼結することができる。したがって、多孔度は、本発明を実施する場合に温度を選択することによって設定することができる。より粗い粉末粒子が焼結する、すなわち塊の移動を示す、以下の焼成温度が用いられる限り、強化は収縮および応力を生じることなく行われる。
【００３３】
本発明の無機成形体および本発明の無機コーティングは、選択として、ある程度多孔質にすることができることは、上述のことから分かる。材料／複合材料、特にセラミックおよびガラスセラミック材料／複合材料を、比較的低い温度で、および／または比較的短い時間、強化または焼結した場合、比較的高い多孔度を有する成形体およびコーティングが得られる。強化または焼結を高い温度で、および／または長時間行った場合、理論密度に近い、または理論密度を有する材料／複合材料が得られる。適切な強化／焼結条件下にて、収縮および応力のない、その結果として大部分は亀裂がない、成形体およびコーティングを得ることができる。このことによって、本発明の成形体およびコーティングは従来技術とはっきりと区別される。かかる成形体およびコーティングは、高温に対して特に安定でもある。
【００３４】
本発明のセラミックおよびガラスセラミック材料は特に、多種多様な用途に適している。絶縁材としての、ガスおよび液体濾過のフィルターとしての、耐スクラッチ性層としての、ディーゼル排気微粒子触媒としての、および触媒活性物質の高多孔質支持材としての、それらの用途の可能性が特に言及される。
【００３５】
本発明の材料および複合材料を物品にコーティングとして適用する場合、考えられる基材材料は特に、金属、セラミック、ガラスセラミック、ガラスおよびエナメルである。
【００３６】
上述のように、本発明のバインダーは、ゼオライトを結合させるために使用することもできる。このように、ゼオライト層またはゼオライトコーティングおよびゼオライト成形体のどちらも製造することが可能である。
【００３７】
ゼオライトを用いて製造されるかかる材料において、ゼオライトの細孔は驚くほどふさがれない。したがって、ゼオライトの空隙およびゼオライトの大きな（内部）表面積のどちらも保たれる。ゼオライト層の場合には、層の強化は、例えば数秒以内の短時間にわたって、特に範囲５００℃〜６００℃の比較的低い温度でさえ、行うことができる。得られた層は、優れた耐熱衝撃性を有し、短時間以内、例えばわずか３秒以内の、室温から例えば６００℃の比較的高い温度までの繰り返しの加熱に問題なく耐える。厚い壁を有する成形体まで、高い層厚を得ることが可能である。通常好ましい層厚は、１μｍ〜３００μｍの範囲である。かかる層を柔軟な基材、特に金属基材に適用する場合、適用されたゼオライト層が剥がれ落ちることなく、コーティングされた基材を曲げる／変形させることができる。微細な開放構造（例えば、薄いワイヤーメッシュまたは薄い金属板）を容易にコーティングすることもできる。
【００３８】
ゼオライト層およびゼオライト成形体の好ましい応用分野は、例えば、ガスを分離するためのフィルターとしての気相反応用の触媒層または触媒成形体であり、センサー、特にバスセンサーとしての用途の可能性、吸着層としての（汚染物質を除去するため、またはガス吸着のための）用途の可能性、およびイオン交換体としての用途の可能性がある。
【００３９】
最終的に、本発明は、セラミック、ガラスセラミックおよび他の鉱物材料および複合材料の製造のための、バインダー成分として粒径＜１００ｎｍを有する無機化合物の使用を包含する。この使用は、先の説明によって開示されている。したがって、上記に記述される、相当する情報は特に、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００４０】
本発明の記載の利点および更なる利点は、従属の請求項と組み合わせて、以下の実施例の説明から得ることができる。本発明の個々の特徴は、単独で、または互いに組み合わせて、認識することができる。
【実施例】
【００４１】
実施例１
酸化アルミニウム粉末（Ｃｏｎｄｅａ−Ｃｈｅｍｉｅ ＧｍｂＨ社，ドイツからのＣｅｒａｌｏｘ ＡＰＡ０．５（粒径０．５μｍに相当する））４０ｇを水１０ｇでスラリー化した。このようにして得られた懸濁液に、無機バインダー溶液（水５５重量％中にナノサイズ酸化ジルコニウム（平均粒径＜５０ｎｍ）４５重量％）１０ｇを添加する。次いで、市販の有機バインダー（ＰＶＡ、ポリビニルアルコール）０．９ｇをそれに混合する。これによって、懸濁液状の本発明による組成物が得られる。この懸濁液の粘度は、好ましくは少量の水および／または硝酸を添加することによって、あるいは添加する有機バインダーの量を変更することによって、所望のように調節することができる。続いて、吹付けプロセスを用いて、これらの懸濁液を金属、セラミック、ガラスセラミック、ガラスおよびエナメル基材に適用し、セラミック層を形成することができる。強化は、５００℃を超える温度での焼結／焼成によって行われる。得られたセラミック層の多孔度は、焼結／焼成プロセスの最終温度および継続時間を選択することによって設定することもできる。
【００４２】
実施例２
その他の低粘度セラミック懸濁液を実施例１に記載のように調製する。セラミック成形体は、スリップ注型法によってこの懸濁液から得られる。最初に、得られた未焼結体を乾燥オーブン内で７０℃にて乾燥させ、続いて５００℃を超える温度で焼結／焼成する。ここでも、得られた成形体の多孔度は、同様な方法で、温度レベルおよびそれが維持される時間によって変えることができる。
【００４３】
実施例３
ベーマイトＡｌＯＯＨ（Ｓａｓｏｌ社からの製品Ｄｉｓｐｅｒａｌ  Ｐ３）１．６３ｇおよび水７．４３ｇを攪拌することによって、ゾルを調製する。ビーズミルにおいて、Ｃｅｒａｌｏｘ粉末１．６４ｇ（実施例１参照）をこのゾルに添加し、その混合物を１０分間粉砕する。最後に、ゼオライト（Ａｌｓｉ−Ｐｅｎｔｈａ−Ｚｅｏｌｉｔｈ ＧｍｂＨ社，ドイツからの製品Ｆｅ−ＭＳＭ−１Ｓ）４．５ｇおよびＲｉｅｄｅｌ−ｄｅ Ｈａｅｎ社からの酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）１．５ｇを充填剤および着色剤として添加する。このようにして得られた懸濁液を、セラミック支持体上にコーティングとして吹付けし、室温で乾燥させ、続いて６００℃で焼成する。
【国際調査報告】
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