(57)【要約】【課題】  酸化焼成しても成形用型に対する寸法変化率が小さいセラミック多孔体の製造方法及びセラミック多孔体を提供するものである。【解決手段】  本発明のセラミックス多孔体の製造方法は、６５重量％〜８５重量％の炭化ケイ素と、酸化物系セラミックス材料からなる無機粉末と、水及び／もしくは有機溶媒と、ゲル化剤を用いて気泡含有スラリーを調整する気泡含有スラリー調整工程と、気泡含有スラリーを成形用型内に注入して成形する成形工程と、成形物を乾燥させるための乾燥工程と、乾燥させた成形物を酸化焼成するための焼成工程とを行う。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
６５重量％〜８５重量％の炭化ケイ素と、酸化物系セラミックス材料からなる無機粉末と、水及び／もしくは有機溶媒と、ゲル化剤を用いて気泡含有スラリーを調整する気泡含有スラリー調整工程と、気泡含有スラリーを成形用型内に注入して成形する成形工程と、成形物を乾燥させるための乾燥工程と、乾燥させた成形物を酸化焼成するための焼成工程とを行うことを特徴とするセラミックス多孔体の製造方法。
【請求項２】
前記成形用型に対する前記焼成工程後の焼成物の寸法変化率は、±３．０％以下である請求項１に記載のセラミックス多孔体の製造方法。
【請求項３】
前記酸化物系セラミックス材料は、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２の混合酸化物もしくは／及び複合酸化物を主成分とするものである請求項１または２に記載のセラミックス多孔体の製造方法。
【請求項４】
前記酸化物系セラミックス材料は、アルミナ及び粘土の混合物を主成分とするものである請求項１ないし３のいずれかに記載のセラミックス多孔体の製造方法。
【請求項５】
前記気泡含有スラリー調整工程は、６５重量％〜８５重量％の炭化ケイ素と、３５重量％〜１５重量％の酸化物系セラミックス材料からなる無機粉末を用いるものである請求項１ないし４のいずれかに記載のセラミックス多孔体の製造方法。
【請求項６】
前記成形工程は、ゲルキャスティング法により行うものである請求項１ないし５のいずれかに記載のセラミックス多孔体の製造方法。    
【請求項７】
前記気泡含有スラリー調整工程は、前記無機粉末と水及び／もしくは有機溶媒と、ゲル化剤を用いてスラリーを調整するスラリー調整工程と、該スラリー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行うものである請求項１ないし６のいずれかに記載のセラミックス多孔体の製造方法。
【請求項８】
前記気泡含有スラリー調整工程は、前記無機粉末と水及び／もしくは有機溶媒とゲル化剤と起泡剤を用いてスラリーを調整するスラリー調整工程と、該スラリーに気泡を導入する気泡導入工程とを行うものである請求項１ないし７のいずれかに記載のセラミックス多孔体の製造方法。
【請求項９】
前記焼成工程において、焼成温度は、１２００℃〜１４００℃である請求項１ないし８のいずれかに記載のセラミックス多孔体の製造方法。
【請求項１０】
６５重量％〜８５重量％の炭化ケイ素と、酸化物系セラミックス材料からなる無機粉末を用いて調整した気泡含有スラリーより作製された成形物を酸化焼成したものであり、かつ前記気泡含有スラリーより作製された成形物を成形するための成形用型に対する酸化焼成物の寸法変化率は、±３．０％以下であることを特徴とするセラミックス多孔体。
【請求項１１】
炭化ケイ素と酸化物系セラミックス材料からなる無機粉末を酸化焼成することにより形成されたセラミックス多孔体であって、該多孔体は、セラミックスマトリックスと、該マトリックスにより形成された複数の気孔を有し、さらに、前記セラミックスマトリックスは、前記炭化ケイ素と酸化焼成により前記炭化ケイ素の周囲に形成された酸化ケイ素と酸化焼成された前記セラミックス材料により構成されていることを特徴とするセラミックス多孔体。
【請求項１２】
前記セラミックス多孔体の平均気孔径は、１０μｍ〜２００μｍである請求項１０または１１に記載のセラミックス多孔体。
【請求項１３】
前記セラミックス多孔体は、前記セラミックスマトリックスを形成するセラミックス粒子間により形成された微細気孔を有している請求項１０ないし１２のいずれかに記載のセラミックス多孔体。
【請求項１４】
前記酸化物系セラミックス材料は、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２の混合酸化物もしくは／及び複合酸化物である請求項１０ないし１３のいずれかに記載のセラミックス多孔体。
【請求項１５】
前記セラミックス多孔体における炭化ケイ素含有量は、６５重量％〜８５重量％である請求項１０ないし１４のいずれかに記載のセラミックス多孔体。
【請求項１６】
前記セラミックス多孔体の空孔率は、６０％〜８０％である請求項１０ないし１５のいずれかに記載のセラミックス多孔体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス多孔体の製造方法およびセラミックス多孔体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、セラミックス材料を成形し、成形物を乾燥し、乾燥物を焼結することによりセラミックス焼成体を製造する場合は、成形工程から乾燥工程、乾燥工程から焼成工程の各工程において寸法の変化が生じる。寸法の変化は、一般に収縮挙動となって現れ、特に、セラミックス材料を酸化焼成した場合、寸法変化率が大きくなる。
このようなセラミックス焼成体の製造方法としては、特開２０００−２６１４６３号公報には、難焼結性のセラミックス粉末を有する含気泡セラミックススラリーをゲル化して得たゲル状多孔質成形体を、乾燥、脱脂、焼成して、セラミックス多孔体を得る、セラミックス多孔体の製造方法が記載されているが、このセラミックス多孔体の製造方法においては、焼成は大気雰囲気中で行われるため、成形用型に対する焼成物の収縮率は大きいと考えられる。
【０００３】
そこで、従来は、所望な製品寸法のセラミックス焼成体を得るために、統計学的に予め定めた全収縮率式（１）と式（２）により定めた寸法の成形用型を用いてセラミックス焼成体を製造していた。
全収縮率（％）＝｛（成形用型寸法−セラミックス焼成体寸法）／成形用型寸法｝×１００・・・式（１）
成形用型寸法＝製品寸法／（１−全収縮率）・・・式（２）
しかしながら、セラミックス焼成体の全収縮率は、焼成炉内の温度分布や成形体密度の変動により微妙に変化するので、焼成体の寸法を正確に調節することは困難であった。
【０００４】
そこで、寸法公差の厳しい焼成体製品を製造するためには、通常、セラミックス焼成体を作製した後に機械加工する方法が採用されている。しかしながら、焼成体を機械加工した場合、加工費の製品コストに占める割合が大きくなるという問題があった。
また、セラミックス焼成体を作製する際に大きな収縮挙動を生じる場合は、焼成体内部に複雑な応力歪みが生じ、焼成体に亀裂が生じることがある。このような亀裂は、特に、大型の製品において生じやすい。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２６１４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するものであり、酸化焼成しても成形用型に対する寸法変化率が小さいセラミック多孔体の製造方法及びセラミック多孔体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を解決するものは以下のものである。
（１）  ６５重量％〜８５重量％の炭化ケイ素と、酸化物系セラミックス材料からなる無機粉末と、水及び／もしくは有機溶媒と、ゲル化剤を用いて気泡含有スラリーを調整する気泡含有スラリー調整工程と、気泡含有スラリーを成形用型内に注入して成形する成形工程と、成形物を乾燥させるための乾燥工程と、乾燥させた成形物を酸化焼成するための焼成工程とを行うセラミックス多孔体の製造方法。
（２）  前記成形用型に対する前記焼成工程後の焼成物の寸法変化率は、±３．０％以下である上記（１）に記載のセラミックス多孔体の製造方法。
（３）  前記酸化物系セラミックス材料は、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２の混合酸化物もしくは／及び複合酸化物を主成分とするものである上記（１）または（２）に記載のセラミックス多孔体の製造方法。
（４）  前記酸化物系セラミックス材料は、アルミナ及び粘土の混合物を主成分とするものである上記（１）ないし（３）のいずれかに記載のセラミックス多孔体の製造方法。
（５）  前記気泡含有スラリー調整工程は、６５重量％〜８５重量％の炭化ケイ素と、３５重量〜１５重量％の酸化物系セラミックス材料からなる無機粉末を用いるものである上記（１）ないし（４）のいずれかに記載のセラミックス多孔体の製造方法。
【０００８】
（６）  前記成形工程は、ゲルキャスティング法により行うものである上記（１）ないし（５）のいずれかに記載のセラミックス多孔体の製造方法。    
（７）  前記気泡含有スラリー調整工程は、前記無機粉末と水及び／もしくは有機溶媒と、ゲル化剤を用いてスラリーを調整するスラリー調整工程と、該スラリー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行うものである上記（１）ないし（６）のいずれかに記載のセラミックス多孔体の製造方法。
（８）  前記気泡含有スラリー調整工程は、前記無機粉末と水及び／もしくは有機溶媒とゲル化剤と起泡剤を用いてスラリーを調整するスラリー調整工程と、該スラリーに気泡を導入する気泡導入工程とを行うものである上記（１）ないし（７）のいずれかに記載のセラミックス多孔体の製造方法。
（９）  前記焼成工程において、焼成温度は、１２００〜１４００℃である上記（１）ないし（８）のいずれかに記載のセラミックス多孔体の製造方法。
また、上記目的を解決するものは以下のものである。
（１０）  ６５重量％〜８５重量％の炭化ケイ素と、酸化物系セラミックス材料からなる無機粉末を用いて調整した気泡含有スラリーより作製された成形物を酸化焼成したものであり、かつ前記気泡含有スラリーより作製された成形物を成形するための成形用型に対する酸化焼成物の寸法変化率は、±３．０％以下であるセラミックス多孔体。
【０００９】
また、上記目的を解決するものは以下のものである。
（１１）  炭化ケイ素と酸化物系セラミックス材料からなる無機粉末を酸化焼成することにより形成されたセラミックス多孔体であって、該多孔体は、セラミックスマトリックスと、該マトリックスにより形成された複数の気孔を有し、さらに、前記セラミックスマトリックスは、前記炭化ケイ素と酸化焼成により前記炭化ケイ素の周囲に形成された酸化ケイ素と酸化焼成された前記セラミックス材料により構成されているセラミックス多孔体。
（１２）  前記セラミックス多孔体の平均気孔径は、１０μｍ〜２００μｍである上記（１０）または（１１）に記載のセラミックス多孔体。
（１３）  前記セラミックス多孔体は、前記セラミックスマトリックスを形成するセラミックス粒子間により形成された微細気孔を有している上記（１０）ないし（１２）のいずれかに記載のセラミックス多孔体。
（１４）  前記酸化物系セラミックス材料は、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２の混合酸化物もしくは／及び複合酸化物である上記（１０）ないし（１３）のいずれかに記載のセラミックス多孔体。
（１５）  前記セラミックス多孔体における炭化ケイ素含有量は、６５重量％〜８５重量％である上記（１０）ないし（１４）のいずれかに記載のセラミックス多孔体。
（１６）  前記セラミックス多孔体の空孔率は、６０〜８０％である上記（１０）ないし（１５）のいずれかに記載のセラミックス多孔体。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のセラミックス多孔体の製造方法は、６５重量％〜８５重量％の炭化ケイ素と、酸化物系セラミックス材料からなる無機粉末と、水及び／もしくは有機溶媒と、ゲル化剤を用いて気泡含有スラリーを調整する気泡含有スラリー調整工程と、気泡含有スラリーを成形用型内に注入して成形する成形工程と、成形物を乾燥させるための乾燥工程と、乾燥させた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。
このため、本発明によれば、酸化焼成しても成形用型に対する寸法変化率が小さいセラミック多孔体を製造することができる。
【００１１】
また、本発明のセラミックス多孔体は、６５重量％〜８５重量％の炭化ケイ素と、酸化物系セラミックス材料からなる無機粉末を用いて調整した気泡含有スラリーより作製された成形物を酸化焼成したものであり、かつ前記気泡含有スラリーより作製された成形物を成形するための成形用型に対する酸化焼成物の寸法変化率は、±３．０％以下である。
このため、本発明のセラミックス多孔体は、酸化焼成しても成形用型に対する寸法変化率が小さいものである。
また、本発明のセラミックス多孔体は、炭化ケイ素と酸化物系セラミックス材料からなる無機粉末を酸化焼成することにより形成されたセラミックス多孔体であって、該多孔体は、セラミックスマトリックスと、該マトリックスにより形成された複数の気孔を有し、さらに、前記セラミックスマトリックスは、前記炭化ケイ素と酸化焼成により前記炭化ケイ素の周囲に形成された酸化ケイ素と酸化焼成された前記セラミックス材料により構成されている。
このため、本発明のセラミックス多孔体は、酸化焼成しても成形用型に対する寸法変化率が小さいものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施例であるセラミックス多孔体の製造方法について添付図面を用いて詳細に説明する。
図１は、セラミックス多孔体の構造を説明するための説明図、図２は、図１に示す説明図の部分拡大図である。  
本発明のセラミックス多孔体１の製造方法は、６５重量％〜８５重量％の炭化ケイ素と、酸化物系セラミックス材料からなる無機粉末と、水及び／もしくは有機溶媒と、ゲル化剤を用いて気泡含有スラリーを調整する気泡含有スラリー調整工程と、気泡含有スラリーを成形用型内に注入して成形する成形工程と、成形物を乾燥させるための乾燥工程と、乾燥させた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。
【００１３】
まず、気泡含有スラリー調整工程について説明する。
本発明の実施例の気泡含有スラリー調整工程は、無機粉末と水及び／もしくは有機溶媒と、ゲル化剤を用いてスラリーを調整するスラリー調整工程と、スラリー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行うものである。
スラリー調整工程は、本発明の実施例においては、炭化ケイ素粉末、酸化物系セラミックス材料、水、ゲル化剤を混合することにより行われる。混合は、炭化ケイ素粉末等を粉砕しながら行われることが好ましい。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。炭化ケイ素粉末含有量が６５重量％〜８５重量％であれば、酸化焼成による膨張効果を十分に得ることができ成形用型に対するセラミックス多孔体の寸法変化率が十分に小さくなる。言い換えると、成形用型に対するセラミックス多孔体の寸法精度が高くなる。一方、炭化ケイ素が６５重量％より少ない場合は、酸化焼成による膨張効果を十分に得ることができず寸法変化率が十分に小さくならないと考えられる。また、炭化ケイ素が、８５重量％を超える場合は、酸化焼成による膨張効果を十分に得ることができるが焼成物がクラッキングするおそれがある。
【００１４】
酸化物系セラミックス材料としては、例えば、アルミナ、珪石、ムライト、コーディエライト、粘土鉱物、ジルコニア、長石、陶石、ガラス等を使用することが好ましい。また、酸化物系セラミックス材料としては、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２の混合酸化物もしくは／及び複合酸化物を主成分とするものであることが好ましい。酸化物系セラミックス材料としては、特に、アルミナ及び粘土鉱物であることが好ましい。粘土鉱物としては、木節粘土であることが好ましい。なお、酸化物系セラミックス材料としては、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。本発明の実施例においては、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することが好ましい。アルミナは、５重量％〜２０重量％混合することが好ましい。また、粘土鉱物は、５重量％〜２０重量％混合することが好ましい。
【００１５】
また、気泡含有スラリー調整工程は、６５重量％〜８５重量％の炭化ケイ素と、３５重量％〜１５重量％の酸化物系セラミックス材料からなる無機粉末を用いるものであることが好ましい。このような配合比でスラリーを調整すれば、酸化焼成による膨張効果を十分に得ることができ、特に、成形用型に対するセラミックス多孔体の寸法変化率が小さくなる。言い換えると、成形用型に対するセラミックス多孔体の寸法精度が高くなる。
本発明の実施例に使用される炭化ケイ素粉末としては、平均粒径が、０．１〜１０μｍ、特に、１〜３μｍのものを使用することが好ましい。酸化物系セラミックス材料粉末としては、平均粒径が、１〜５μｍのものを使用することが好ましい。粉砕は、炭化ケイ素の平均粒径が、１〜２０μｍ程度になるまで行うことが好ましい。粉砕は、ポットミル、ボールミル等により行われることが好ましい。
【００１６】
炭化ケイ素粉末、酸化物系セラミックス材料粉末を混濁する媒体としては、水及び／もしくは有機溶媒が使用される。好ましくは、水である。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ことが好ましい。また、セラミックススラリー中には、セラミックス粉末を均一に含有させるため、分散剤を加えてもよい。分散剤としては、公知の分散剤が使用される。例えば、ポリカルボン酸系分散剤、具体的には、ポリカルボン酸アンモニウム、ポリカルボン酸ナトリウムが使用できる。
水及び／もしくは有機溶媒は、炭化ケイ素粉末及び酸化物系セラミックス材料粉末１００重量部に対して、２５〜４０重量部、特に、３０〜３５重量部加えられることが好ましい。
【００１７】
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る。
合成樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれを使用することができ、特に、熱硬化性樹脂を使用することが好ましい。熱硬化性樹脂としては、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等を使用することが好ましく、特に、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。熱可塑性樹脂としては、ビニル系樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂等が好ましく、特に、ポリビニルアルコール等が好ましい。また、天然高分子としては、セルロース、メチルセルロース、卵蛋白、でんぷん、寒天等の天然多糖類などが好ましく、特に、メチルセルロースであることが好ましい。ゲル化剤としては、特に、ラジカル重合性有機モノマー（メタクリルアミド、アクリル酸、ジメチルアミノエチルメタクリレート、メトキシポリモノメタアクリレート、メタアクリル酸、ｎ−ビニルピロリドンなどの一官能基モノマー、また、ジメチルテトラジアミン、Ｎ,Ｎ'−メチレンビスアクリルアミド、ポリジメチルアクリレート、トリアリルアミンなどの二官能基モノマー）が使用できる。特に、Ｎ,Ｎ'−メチレンビスアクリルアミドであることが好ましい。ゲル化剤としては、炭化ケイ素粉末、酸化物系セラミックス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。ゲル化剤は、炭化ケイ素粉末及び酸化物系セラミックス材料粉末１００重量部に対して、５〜２０重量部、特に、１０〜１５重量部加えられることが好ましい。また、スラリーには、公知の潤滑剤及び増粘剤を添加してもよい。
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。
【００１８】
次に、スラリー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。
実施例の気泡導入工程は、スラリーに起泡剤を添加して攪拌することにより行われる。起泡剤としては、界面活性剤、タンパク質系起泡剤等であることが好ましい。界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸等の陰イオン界面活性剤や、高級アルキルアミノ酸等の陽イオン界面活性剤等を使用することが好ましい。界面活性剤を添加して激しく攪拌することによりスラリー中には気泡が形成される。攪拌は、窒素雰囲気化にて行うことが好ましい。具体的に、最終的な気泡導入量が２０〜７０％となるようにスラリーをビーカーに入れ、開始剤、触媒、界面活性剤を所定量添加し、窒素雰囲気中で、ダブルロールミキサーにより、１〜５分攪拌することが好ましい。気泡導入工程によりスラリー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１に示すように複数の気孔５となる。
【００１９】
また、本発明の実施例において、気泡導入工程では、ゲル化促進剤が添加される。また、有機モノマー等の重合に開始剤が必要な場合は、開始剤が添加される。ゲル化促進剤としては、テトラメチルエチルジアミン、過酸化水素化合物、アゾあるいはジアゾ化合物等、特に、テトラメチルエチルジアミンを使用することが好ましい。また、開始剤としては、過硫酸ソーダ、過硫酸アンモニウム等、特に、過硫酸アンモニウムを使用することが好ましい。ゲル化剤にもよるが、ゲル化促進剤及び開始剤は、界面活性剤を添加する際にスラリーに添加することが好ましい。
なお、気泡導入工程は、スラリーに界面活性剤を添加して攪拌することにより行うことに限定されるものではない。例えば、スラリー中に窒素ガス等の不活性ガスを送り込みスラリー中に気泡を導入してもよい。
気泡導入工程においてスラリー中に形成される気泡の導入量や気泡の径は、界面活性剤の添加量、スラリーの粘度、攪拌の強度等で調整することができる。
【００２０】
次に、気泡含有スラリーを成形用型内に注入して成形する成形工程について説明する。本発明において成形工程は、ゲルキャスティング法により行われる。
気泡導入工程で準備した気泡含有スラリーを成形用型内に流し込み、一定時間が経過してスラリーがゲル化（固化）した後、ゲル化した成形物を成形用型から取り出す。
次に、成形物を乾燥させるための乾燥工程を行う。乾燥工程において成形物の寸法は、乾燥前成形物の寸法（成型用型の寸法）より収縮する。成形用型から取り出された成形物は、湿度調整しながら乾燥されることが好ましい。乾燥温度としては、１５〜５０℃、特に、２５〜４０℃であることが好ましい。また、乾燥工程の湿度としては、０〜１００％、特に、４０〜９５％であることが好ましい。乾燥時間としては、４０〜１００ｈｒであることが好ましい。
成形用型に対する乾燥させた成形物の収縮率（以下、乾燥収縮率とする。）は、次式（３）により求められる。
乾燥収縮率（％）＝｛（成形用型寸法−乾燥成形物寸法）／成形用型寸法｝×１００・・・式（３）
乾燥収縮率は、３〜６％程度であることが好ましい。
【００２１】
次に、乾燥させた成形物を酸化焼成する焼成工程について説明する。
本発明の実施例では、乾燥成形物を大気雰囲気下にて焼成することが好ましい。焼成温度は、炭化ケイ素、酸化物系セラミックス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。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に示すセラミックス多孔体１が作製される。
図１、図２に示すセラミックス多孔体１は、炭化ケイ素３と、酸化焼成により炭化ケイ素３の周囲に形成された酸化ケイ素７と、酸化焼成された酸化物系セラミックス材料４により構成されたセラミックスマトリックス２と、マトリックス２により形成された複数の気孔５と、セラミックスマトリックス粒子間に形成された微細気孔６と、気孔５同士が隣接する部位に形成された中気孔８とを有している。
【００２２】
酸化焼成により、炭化ケイ素３粒子は酸化され、炭化ケイ素３の表面に酸化ケイ素７が形成される。そして、炭化ケイ素３、酸化ケイ素７は、酸化物系セラミックス材料を焼結助剤として焼結され、上述したセラミックスマトリックス２を構成する。そして、酸化ケイ素７が炭化ケイ素３粒子の周囲に生成されることにより、酸化ケイ素７を含む炭化ケイ素３部分の体積は焼成前の炭化ケイ素単体の体積より増加し、酸化焼成された酸化物系セラミックス材料部分４の体積は、酸化焼成前の酸化物系セラミックス材料の体積より減少する。そして、焼成工程において、セラミックス多孔体１の体積は、全体として、乾燥させた成形物の体積より増加する。
【００２３】
焼成収縮率｛乾燥成形物に対する焼成体（セラミックス多孔体）の収縮率、プラスは収縮、マイナスは膨張）｝は、次式（４）により計算することができる。
焼成収縮率（％）＝｛（乾燥成形物寸法−焼成物寸法）／乾燥成形物寸法｝×１００・・・式（４）
焼成収縮率は、−６％〜−３％程度であることが好ましい。本発明の製造方法によれば、乾燥成形物は焼成工程において膨張するため、成形用型に対する焼成物の寸法変化率（全収縮率）は、従来の製造方法により製造する場合より小さくなっている。
【００２４】
成形用型に対する焼成工程後の焼成物の寸法変化率（全収縮率、プラスは収縮、マイナスは膨張）は、上述した乾燥収縮率、焼成収縮率を用いて次式により計算することができる。
寸法変化率（％）＝｛１−（１−乾燥収縮率／１００）×（１−焼成収縮率／１００）｝×１００・・・式（５）
寸法変化率は、±３．０％以下であることが好ましく、特に、±１．０％以下であることが好ましい。寸法変化率が、この程度であれば、成形用型に対する寸法の変化が小さいため、焼成後に所望な寸法となるように加工する必要がなく若しくは少しの加工で所望な寸法とすることができる。
【００２５】
また、成形用型に対する焼成工程後の焼成物の体積変化率（プラスは収縮、マイナスは膨張）は、上述した寸法変化率を用いて次式により計算することができる。
体積変化率（％）＝｛１−（１−寸法変化率／１００）３｝×１００・・・式（６）
体積変化率は±９．０％以下であることが好ましく、特に、±３．０％以下であることが好ましい。体積変化率がこの程度であれば、成形用型に対する寸法の変化が小さいため、焼成後に所望な寸法となるように加工する必要がなく若しくは少しの加工で所望な寸法とすることができる。
【００２６】
本発明のセラミックス多孔体の製造方法によれば、セラミックス多孔体１の原料スラリーを成形用型を用いて成形した後乾燥させると成形物は収縮挙動を示し、乾燥成形物を酸化焼成すると焼成体（セラミックス多孔体１）は乾燥成形物に対して膨張挙動を示す。そして、結果として、乾燥工程における収縮挙動と、焼成工程における膨張挙動が打ち消し合い、セラミックス多孔体１の成形用型に対する寸法変化率は小さくなる。以上より、本発明のセラミックス多孔体の製造方法によれば、成形用型に対する寸法変化率が小さいセラミック多孔体を製造することができる。
【００２７】
次に、本発明の実施例であるセラミックス多孔体について図１，図２を用いて説明する。
本発明のセラミックス多孔体１は、６５重量％〜８５重量％の炭化ケイ素と、酸化物系セラミックス材料からなる無機粉末を用いて調整した気泡含有スラリーより作製された成形物を酸化焼成したものであり、かつ気泡含有スラリーより作製された成形用型に対する酸化焼成物の寸法変化率が、±３．０％以下である。
また、本発明のセラミックス多孔体１は、炭化ケイ素３と酸化物系セラミックス材料からなる無機粉末を酸化焼成することにより形成されたセラミックス多孔体１であって、多孔体１は、セラミックスマトリックス２と、マトリックス２により形成された複数の気孔５を有し、さらに、セラミックスマトリックス２は、炭化ケイ素３と酸化焼成により炭化ケイ素３の周囲に形成された酸化ケイ素７と酸化焼成されたセラミックス材料４により構成されている。
【００２８】
また、本発明のセラミックス多孔体１は、セラミックスマトリックス２を形成するセラミックス粒子間により形成された微細気孔６を有している。また、セラミックスマトリックス２は、図１，図２に示すように、気孔５同士が隣接する部位に形成された中気孔８を有している。
セラミックス多孔体１は、図１，図２に示すように、セラミックスマトリックス２と、気孔５と、微細気孔６と、中気孔８とを有している。
セラミックスマトリックス２は、図１，図２に示すように、炭化ケイ素３と、炭化ケイ素３の周囲に形成された酸化ケイ素７と、酸化焼成された酸化物系セラミックス材料４から構成されている。炭化ケイ素粒子同士は、本発明の実施例においては、酸化焼成により炭化ケイ素３の周囲に形成された酸化ケイ素７もしくは酸化焼成された酸化物系セラミックス材料４を介して形成されている。酸化物系セラミックス材料は焼結助剤としての役割を果たしている。また、炭化ケイ素３粒子は、酸化ケイ素７もしくは酸化焼成された酸化物系セラミックス材料４を介さずに直接結合していてもよい。
【００２９】
セラミックス多孔体１は、上述したように、炭化ケイ素の含有量が６５重量％〜８５重量％である無機粉末を用いて調整された気泡含有スラリーを酸化焼成することにより作製されている。炭化ケイ素及び酸化物系セラミックス材料からなる無機粉末を用いて調整した気泡含有スラリーより作製された成形物の酸化焼成は、上述した製造方法のように行われることが好ましい。本発明の実施例において、気泡含有スラリーの調整は、炭化ケイ素粉末、酸化物系セラミックス材料、水、ゲル化剤を混合したスラリーに、起泡剤を添加して攪拌することにより行われる。そして、この気泡含有スラリーを成形用型に注入し、ゲルキャスティング法により成形し、乾燥工程、酸化焼成による焼成工程を経ることにより、本発明のセラミックス多孔体１が製造される。
【００３０】
酸化ケイ素７は、図２に示すように、炭化ケイ素粒子が酸化焼成されることにより炭化ケイ素３の周囲に形成されたものである。このように酸化ケイ素７が炭化ケイ素３の表面に形成されることにより、酸化ケイ素７を含む炭化ケイ素３の体積は焼成前の炭化ケイ素単体の体積より増加すると考えられる。また、酸化焼成された酸化物系セラミックス材料４が焼結助剤の役目を果たすため、セラミックス多孔体１は炭化ケイ素３の性質を有したまま実用的な強度を有する。炭化ケイ素、酸化物系セラミックス材料としては、上述したものを使用することが好ましい。酸化物系セラミック材料としては、上述したように、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２の混合酸化物もしくは／及び複合酸化物であることが好ましい。酸化物系セラミックス材料としては、特に、アルミナ及び粘土鉱物であることが好ましい、粘土鉱物としては、木節粘土であることが好ましい。酸化物系セラミックス材料は、酸化することにより、主にＡｌ２Ｏ３とＳｉＯ２を主成分とする酸化物となる。
なお、セラミックス多孔体は、上述したように、炭化ケイ素３、酸化ケイ素７、酸化物系セラミックス材料４以外のものを含有していてもよい。
【００３１】
マトリックス多孔体１における炭化ケイ素含有量は、６５〜８５重量％であることが好ましい。酸化焼成後のマトリックス多孔体中における炭化ケイ素３の含有量がこの程度あれば炭化ケイ素３の性質を十分に有するセラミックス多孔体となる。
セラミックスマトリックス２内には、図２に示すように、複数の粒子間孔が形成されている。微細気孔６は、炭化ケイ素３、酸化ケイ素７、酸化物系セラミックス材料粒子４の粒子間に形成された空孔である。微細気孔６は、後述する気孔５もしくは外部と連通する開気孔あるいは孤立した閉気孔として形成されている。微細気孔６の平均孔径としては、０．１〜５μｍ、特に、０．１〜２μｍであることが好ましい。 
具体的に、セラミックスマトリックス２中には、表面が酸化されて酸化ケイ素７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Ａｌ２Ｏ３粒子及び粘土粒子４が分散している。粒子間には後述する微細気孔（空隙）６が存在している。
【００３２】
気孔５は、図１，図２に示すように、セラミックスマトリックス内に形成されている。気孔５は、セラミックス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。気孔５の形状としては、略球形、略楕円球形状等となっていることが好ましく、特に、略球形状であることが好ましい。
中気孔８は、図１，図２に示すように、気孔５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る。中気孔８が形成されていることにより、気孔５は複数連通するものとなっている。
セラミックス多孔体は、高気孔率かつ少気孔径であることが好ましい。また、セラミックス多孔体の気孔径分布は狭いことが好ましい。セラミックス多孔体は気孔径分布が狭いことにより高い曲げ強度を得る。また、セラミックス多孔体は、特に、少気孔かつ気孔径分布が狭いことにより高い曲げ強度を有する。
気孔５の平均孔径としては、１０〜３００μｍ、特に、数１０μｍ〜２００μｍであることが好ましい。また、本発明の実施例の曲げ強度は、５〜１５ＭＰａとなる。また、気孔５は、セラミックス多孔体１内に均一に形成されていることが好ましい。なお、気孔５は、セラミックス多孔体の一部に傾斜するように分布してもよい。セラミックス多孔体５の空孔率は、６０〜８０％、特に、６５〜  ７５％であることが好ましい。
【００３３】
気泡含有スラリーより作製される成形物を成形するための成形用型に対する酸化焼成物の寸法変化率は、±３．０％以下であることが好ましく、特に、±１．０％以下であることが好ましい。この程度の寸法変化率であれば、焼成後に所望な寸法となるように加工する必要がなく若しくは少しの加工で所望な寸法とすることができる。
本発明の実施例のセラミックス多孔体１は、以上の構成を有しているため、成形用型に対する寸法変化率が小さいものとなる。本発明の実施例であるセラミックス多孔体であれば成形用型に対する寸法変化率が小さいため、焼成後に所望な形状となるように加工する必要がなく若しくは少しの加工で所望な寸法とすることができる。
【実施例】
【００３４】
次に、本発明の実施例１から実施例６のセラミックス多孔体の製造方法について説明する。
（実施例１）
（気泡含有スラリーの調整）
平均粒径１．３μｍの炭化ケイ素（ＧＣ８０００Ｆ、株式会社フジミインコーポレーテッド製）３００ｇ、平均粒径３．５μｍのアルミナ（ＡＭ−２１、住友化学工業株式会社製）１００ｇ、木節粘土（本山水簸木節粘土、瀬戸窯業原料株式会社製）１００ｇ、水２４０ｍｌ、ゲル化剤としてメタクリルアミド（メタクリルアミド、和光純薬工業株式会社製）５１．６ｇ、架橋剤であるメチレンビスアクリルアミド（Ｎ,Ｎ'−メチレンビスアクリルアミド、和光純薬工業株式会社製）２．６ｇをポリエチレン製ポットミル（広口瓶１リットル、アズワン株式会社製）に投入し、常温で２４ｈｒ混合粉砕してスラリーを調整した。炭化ケイ素、アルミナ、木節粘土の重量比は、６０：２０：２０である。
上述したスラリーを、５〜１０分真空脱気した後、常圧かつ窒素雰囲気下において、起泡剤を（Ｋ−２０４、日本油脂株式会社製）４．２ｇ、ゲル化促進剤としてメチルエチルジアミン（Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ'−テトラメチルエチルジアミン、和光純薬工業株式会社）０．６３ｍｌ、開始剤として過硫酸アンモニウム（ペルオキソ二硫酸アンモニウム、和光純薬工業株式会社製）０．４８ｇを添加して、攪拌機（パルクッキング、テスコム株式会社製）を用いて３ｍｉｎ攪拌し、スラリー中に気泡を有する気泡含有スラリーを調整した。
【００３５】
（成形）
次に、常圧かつ窒素雰囲気下において、気泡含有スラリーを非透水性鋳型（アクリル性、直径７０ｍｍ）内に注入し、１ｈｒ静置した後、鋳型内のゲル化した成形物を取り出した。そして、ゲル化した成形物を湿度９５〜４０％、温度２５〜４０℃にて５１ｈｒ乾燥した。乾燥によりゲル化した成形物は収縮した。
（焼成）
そして、乾燥した成形物を電気炉（高速昇温炉Ｂ−２型、共和高熱株式会社製）を用いて焼成した。
焼成は、室温から最高温度（焼成温度）まで、１００℃／ｈｒで昇温し、焼成のための最高温度（焼成温度）で２ｈｒで焼成した後、加熱を止め炉冷することにより行った。焼成温度は、約１３００℃であった。酸化焼成により乾燥させた成形物は膨張した。
【００３６】
（実施例２）
実施例２は、気泡含有スラリーの調整に使用される炭化ケイ素、アルミナ、木節粘土の重量比のみ実施例１と異なるものである。その他の工程については実施例１と同様である。
実施例２のスラリーの調整においては、炭化ケイ素３５０ｇ、アルミナ７５ｇ、木節粘土７５ｇが混合される。炭化ケイ素、アルミナ、木節粘土の重量比は、７０：１５：１５である。
【００３７】
（実施例３）
実施例３は、気泡含有スラリーの調整に使用される炭化ケイ素、アルミナ、木節粘土の重量比のみ実施例１と異なるものである。その他の工程については実施例１と同様である。
実施例３のスラリーの調整においては、炭化ケイ素４００ｇ、アルミナ５０ｇ、木節粘土５０ｇが混合される。炭化ケイ素、アルミナ、木節粘土の重量比は、８０：１０：１０である。
【００３８】
（実施例４）
実施例４は、気泡含有スラリーの調整に使用される炭化ケイ素、アルミナ、木節粘土の重量比のみ実施例１と異なるものである。その他の工程については実施例１と同様である。
実施例４のスラリーの調整においては、炭化ケイ素４００ｇ、アルミナ２２．２ｇ、木節粘土２２．２ｇが混合される。炭化ケイ素、アルミナ、木節粘土の重量比は、９０：５：５である。
【００３９】
（実施例５）
実施例５は、気泡含有スラリーの調整に使用されるアルミナ、木節粘土の重量比のみ実施例３と異なるものである。その他の工程については実施例１と同様である。
実施例５のスラリーの調整においては、炭化ケイ素４００ｇ、アルミナ７５ｇ、木節粘土２５ｇが混合される。炭化ケイ素、アルミナ、木節粘土の重量比は、８０：１５：５である。
【００４０】
（実施例６）
実施例６は、気泡含有スラリーの調整に使用されるアルミナ、木節粘土の重量比のみ実施例３と異なるものである。その他の工程については実施例１と同様である。
実施例６のスラリーの調整においては、炭化ケイ素４００ｇ、アルミナ２５ｇ、木節粘土７５ｇが混合される。炭化ケイ素、アルミナ、木節粘土の重量比は、８０：５：１５である。
【００４１】
（比較例１）
比較例１は、気泡含有スラリーの調整のみ実施例１と異なっている。その他の工程については実施例１と同様である。
（気泡含有スラリーの調整）
平均粒径１．３μｍの炭化ケイ素（ＧＣ８０００Ｆ、株式会社フジミインコーポレーテッド製）５００ｇ、水２４０ｍｌ、ゲル化剤としてメタクリルアミド（和光純薬株式会社製）５１．６ｇ、架橋剤であるメチレンビスアクリルアミド（Ｎ,Ｎ'−メチレンビスアクリルアミド、和光純薬工業株式会社製）をポリエチレン製ポットミル（広口瓶１リットル、アズワン株式会社製）に投入し、常温で２４ｈｒ混合粉砕してスラリーを調整した。
【００４２】
（比較例２）
比較例２は、気泡含有スラリーの調整及び焼成温度が１５５０℃である点のみ実施例１と異なっている。その他の工程については実施例１と同様である。
（気泡含有スラリーの調整）
平均粒径０．４μｍ及び５．０μｍのアルミナ（Ｐ１７２ＳＢ及びＡＣ４４Ｂ５、ペシネー・ジャポン株式会社製）５２０ｇ、水１１４．４ｍｌ、ゲル化剤としてメタクリルアミド（メタクリルアミド、和光純薬工業株式会社製）２４．３ｇ、架橋剤であるメチレンビスアクリルアミド（Ｎ,Ｎ'−メチレンビスアクリルアミド、和光純薬工業株式会社製）をポリエチレン製ポットミル（広口瓶１リットル、アズワン株式会社製）に投入し、常温で２４ｈｒ混合粉砕してスラリーを調整した。
【００４３】
（比較例３）
比較例３は、気泡含有スラリーの調整及び焼成温度が１５００℃である点のみ実施例１と異なっている。その他の工程については実施例１と同様である。
（気泡含有スラリーの調整）
平均粒径３．３μｍのジルコニア（ＵＺＹ−８Ｈ、第一希元素化学工業株式会社製）１０００ｇ、水１５５．５ｍｌ、ゲル化剤としてメタクリルアミド（和光純薬工業株式会社製）３３．８ｇ、架橋剤であるメチレンビスアクリルアミド（Ｎ,Ｎ'−メチレンビスアクリルアミド、和光純薬工業株式会社製）をポリエチレン製ポットミル（広口瓶１リットル、アズワン株式会社製）に投入し、常温で２４ｈｒ混合粉砕してスラリーを調整した。
【００４４】
（比較例４）
比較例４は、気泡含有スラリーの調整及び焼成温度が１３００℃である点のみ実施例１と異なっている。その他の工程については実施例１と同様である。
（気泡含有スラリーの調整）
平均粒径２．２μｍのコーディエライト（ＳＳ−６００、丸ス釉薬合資会社製）４２０ｇ、水１５７．３ｍｌ、ゲル化剤としてメタクリルアミド（和光純薬工業株式会社製）３３．５ｇ、架橋剤であるメチレンビスアクリルアミド（Ｎ,Ｎ'−メチレンビスアクリルアミド、和光純薬工業株式会社製）をポリエチレン製ポットミル（広口瓶１リットル、アズワン株式会社製）に投入し、常温で２４ｈｒ混合粉砕してスラリーを調整した。
【００４５】
実施例１から実施例６及び比較例１から比較例４の乾燥させた成形物の直径寸法及び成形用型の直径寸法を用いて上述した式（３）により乾燥収縮率を計算したところ図３，図４に示す表１，表２のような結果となった。
実施例１から実施例６及び比較例１から比較例４で測定した乾燥させた成形物の直径寸法及び焼成体の直径寸法を用いて式（４）により、焼成収縮率を計算したところ表１，表２に示すような結果となった。
そして、式（３）により計算した乾燥収縮率と、式（４）により計算した焼成収縮率を用いて式（５）により寸法変化率を求めたところ表１，表２に示すような結果となった。
【００４６】
また、表１のようにアルミナ：木節粘土＝１：１として、炭化ケイ素含有量を増加させると（実施例１，実施例２，実施例３，実施例４の場合）、図５に示すグラフ１に示すように、炭化ケイ素が増加するにつれて乾燥収縮率が減少し、焼成収縮率がマイナス方向に増加した（膨張率が大きくなった）。
また、表１のデータを用いて、炭化ケイ素含有量を８０重量％として、アルミナ／粘土の混合比を変化させたとき、図６に示すグラフ２のように、乾燥収縮率の変化は緩慢であったが、焼成収縮率は大きく変化した、特に、アルミナリッチ側での収縮率の変化が大きかった。
【００４７】
（実験結果）  
表１，表２に示すように、実施例１から実施例６の焼成体の寸法変化率は、比較例１から比較例４の寸法変化率と比較して十分に小さいものとなっている。よって、本発明の実施例である焼成体は比較例の焼成体より成形用型に対する寸法精度が高いものとなっている。
また、図５より、炭化ケイ素３の含有量は６５〜８５重量％であることが、特に好ましいと考えられる。また、図５より炭化ケイ素含有量が８０重量％付近で、寸法変化率が最も小さくなり、最も高い寸法精度を有すると考えられる。
また、図６より、炭化ケイ素含有量を８０重量％に固定したときは、アルミナ／粘土の混合比は、１：１から粘土リッチ側にて寸法変化率が小さくなると考えられる。
また、炭化ケイ素の含有量が１００重量％である比較例１のときには、焼成工程においてクラックが多発し実用的ではなかった。これは、焼結助剤としての効果が得られないことに加えて、焼成時の膨張の割合が大きすぎるためであると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明のセラミックス多孔体の構造を説明するための説明図である。
【図２】図２は、図１に示すセラミックス多孔体の構造の部分拡大図である。
【図３】図３は、実施例１から実施例６の実験結果を示す表１である。
【図４】図４は、比較例１から比較例４の実験結果を示す表２である。
【図５】図５は、アルミナ／粘土＝１：１として炭化ケイ素含有量を増加させたときの寸法変化率、乾燥収縮率、焼成収縮率を示すグラフ１である。
【図６】図６は、炭化ケイ素含有量を８０重量％として、アルミナ／粘土の混合比を変化させたときの寸法変化率、乾燥収縮率、焼成収縮率を示すグラフ２である。
【符号の説明】
【００４９】
１  セラミックス多孔体
２  セラミックスマトリックス
３  炭化ケイ素
４  酸化物系セラミックス材料
５  気孔
６  微細気孔
７  酸化ケイ素
【図１】
2005239471.tif 000003
【図２】
2005239471.tif 000004
【図３】
2005239471.tif 000005
【図４】
2005239471.tif 000006
【図５】
2005239471.tif 000007
【図６】
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