(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
濃度の異なる粘土ゾルの成形体を積層し、乾燥して得られた、細孔密度及び／又は細孔径が表裏において異なるように、粘土多孔体層を積層した粘土多孔積層体を焼成することを特徴とする曲面を構成する多孔質セラミック体の製造方法。
【請求項２】
粘土ゾル成形体を片面より急速凍結し、真空乾燥させて得られた、厚み方向で細孔密度及び／又は細孔径に傾斜をもつ、成形粘土多孔体を焼成することを特徴とする曲面を構成する多孔質セラミック体の製造方法。
【請求項３】
前記粘土多層積層体が、細孔密度の異なる二層構造であることを特徴とする請求項１記載の曲面を構成する多孔質セラミック体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は曲面を構成する多孔質セラミック体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ケイ酸を含む無機材料の多孔質セラミック材は、充てん塔の充填物、担体など、種々の用途に利用されている。その形状は、粒状、板状、筒状、くら状などさまざまなものが用いられるが、特に平板状ではなく湾曲面を有する材料が要求される場合がある。例えば、充てん塔の充填物の場合、充填物どうしの間に不規則な隙間ができる形状であることが必要で、圧損失が少なく比表面積が大きいものが好ましいため、筒状、くら状をはじめとする曲面を有する形状のものが広く用いられている。
従来、このような曲面を有する多孔質セラミック体は、焼成したセラミックを研磨加工して曲面を作り出すことにより製造されてきた。しかし、多孔質セラミックは固く、しかも脆いことが多く、研磨加工には手間やコストがかかり、また、研磨によって削りとられた部分が無駄になってしまうという難点がある。このため、多孔質セラミックを研磨加工することなく曲面を作り出す方法の開発が望まれていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明は、焼成によって曲面を構成し、研磨加工を必要としない、曲面を構成する多孔質セラミック体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題に鑑み鋭意研究した結果、厚み方向で細孔密度及び／又は細孔径の異なる多孔体を用いると、焼成のみによって曲面を構成できることを見出し、この知見に基づき本発明をなすに至った。
すなわち本発明は、
（１）濃度の異なる粘土ゾルの成形体を積層し、乾燥して得られた、細孔密度及び／又は細孔径が表裏において異なるように、粘土多孔体層を積層した粘土多孔積層体を焼成することを特徴とする曲面を構成する多孔質セラミック体の製造方法、
（２）粘土ゾル成形体を片面より急速凍結し、真空乾燥させて得られた、厚み方向で細孔密度及び／又は細孔径に傾斜をもつ、成形粘土多孔体を焼成することを特徴とする曲面を構成する多孔質セラミック体の製造方法、及び
（３）前記粘土多層積層体が、細孔密度の異なる二層構造であることを特徴とする（１）項記載の曲面を構成する多孔質セラミック体の製造方法
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明方法に用いる粘土多孔積層体、成形粘土多孔体は、粘土を含み、厚み方向で異なる細孔密度及び／又は細孔径を有するものであればよく、形状は焼成して曲面を構成できるものであれば特に制限はないが、厚さ１〜１０ｍｍのものが好ましく用いられる。また、細孔密度は１〜２５ｃｃ／ｇが好ましく、５〜１５ｃｃ／ｇがさらに好ましい。細孔径は好ましくは０．１〜１０μｍ、さらに好ましくは０．５〜５μｍである。
本発明に用いられる粘土多孔体層とは、鉱物分類上「粘土鉱物」に属するものを主成分としているもの、好ましくは固形分中粘土を３０％以上含むもので、焼成によってセラミックとして用いることのできる硬度になるものであれば特に制限はなく用いることができる。粘土としては、天然品、またはこれらを化学的に修飾、変化させた合成粘土なども利用できる。天然のものとしては例えば、モンモリロナイト、バイデライト、サポナイトなどのスメクタイトや、カオリナイト、アロフェン等、あるいはモンモリロナイトを主成分とするベントナイトや酸性白土等があり、好ましくはスメクタイト、ベントナイトである。必要に応じてここに、顔料、抗菌剤、吸着剤等を加えることも可能である。
【０００６】
この粘土を水系に分散して粘土ゾルとし、これを成形、乾燥したものを焼成する。粘土ゾルは好ましくは３〜５０重量％の範囲とする。
この濃度の異なる粘土ゾルの成形体を積層し、風乾、凍結乾燥等によって乾燥することで、細孔密度、細孔径の異なる多孔積層体を得ることができる。このときの細孔密度、細孔径の差は積層体の厚さによっても異なるが、粘土ゾルの濃度で１重量％以上の差があることが好ましい。３層以上積層する場合には、厚み方向で段階的に細孔密度及び／又は細孔径が減少（あるいは増加）するように行う。本発明において粘土多孔積層体には、最下層（あるいは最上層）に細孔のない、細孔密度及び／又は細孔径が実質的に零のものも含まれる。積層後の乾燥は、含水率が通常３０重量％以下、好ましくは１０重量％以下となるまで行う。
あるいは、粘土ゾル成形体を片面より急速凍結し、これを真空乾燥する等の方法で、厚み方向において細孔密度及び／又は細孔径に傾斜をもつ成形粘土多孔体とすることもできる。凍結は液体窒素、冷凍機などを用いて通常の手段で行うことができる。この場合の細孔密度及び／又は細孔径の傾斜は、目的とするセラミックスの曲率半径により適宜設定されるが、通常１％以上とする。この成形多孔体についても、細孔密度及び／又は細孔径が実質的に零に収束するものを含む。この成形多孔体の乾燥後の含水率は、通常１５重量％以下、好ましくは１０重量％以下である。
これらの多孔積層体又は成形多孔体の細孔密度及び／又は細孔径の差によって、焼成後の多孔質セラミックの曲面の形状を制御することができる。
【０００７】
本発明方法において、多孔積層体又は成形多孔体を焼成する温度は好ましくは６００℃以上１２００℃以下、さらに好ましくは７００℃以上９００℃以下で、通常３０分以上行う。多孔体が焼成によって収縮する割合は細孔径や細孔密度とその差、もしくは傾斜度によって異なり、曲率半径を設定することができる。この焼成により粘土多孔積層体又は成形粘土多孔体は、細孔径の大きい面、あるいは細孔密度の高い面を内周面（面積の小さい側の面）とする曲面を構成する多孔質セラミック体となる。
【０００８】
【発明の効果】
本発明方法によれば、細孔密度及び／又は細孔径の異なる粘土多孔積層体、又は厚み方向で細孔密度及び／又は細孔径に傾斜をもつ成形粘土多孔体を用いることにより、焼成のみで曲面多孔質セラミック体を得ることができる。本発明方法では曲面を作るための研磨加工を要しないため、手間やコストが削減でき、削りとった部分の無駄も生じないという優れた作用効果を奏する。
【０００９】
【実施例】
次に実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明する。
なお、実施例中の％は重量％を示す。
実施例１
山形県左沢産の天然ベントナイトを水簸し、２μｍ以下の鉱物粒のみを集めてモンモリロナイト成分を濃縮し、塩化ナトリウム水溶液を用いてモンモリロナイトの層間イオンをＮａ+ に置換し、水洗、風乾して原料とした。この原料と水を計量、混合して固形分濃度１０％の粘土ゾルをつくり、一昼夜放置して熟成した。この粘土ゾルをステンレス製のバット上に流し、厚さ０．５ｃｍに成形し、バットを液体窒素上で冷却して、下方より急速凍結した。この凍結体を含水率５％になるまで真空乾燥して、下方から上方にかけて細孔径が大きくなる、細孔径に傾斜を持つ板状（たて×よこ×厚さ＝４ｃｍ×４ｃｍ×０．５ｃｍ）の粘土多孔体を作成した。この粘土多孔体を９００℃に制御した電気炉で１時間かけて焼成したところ、下面（細孔径の小さい面）を外周面（面積の大きい側の面）とした曲率半径１５ｍｍの曲面を構成する多孔質セラミック体を得た。
【００１０】
実施例２
山形県左沢産の天然ベントナイトに加水し、固形分濃度約４０％と６０％の粘土ゾルを調製し、それぞれ厚さ０．２５ｃｍに成形した。同成形体を張り合わせた後に含水率５％になるまで風乾して、細孔密度の異なる層が積層している板状の粘土多孔体を作成した。同多孔体を９００℃に制御した電気炉で１時間かけて焼成したところ、細孔密度の高い面を内周面とした曲率半径２５ｍｍの曲面を構成する多孔質セラミック体を得た。
【００１１】
実施例３
実施例１と同じ方法で調製した固形分濃度約１０％の粘土ゾルを、−３０℃に冷却した冷却板上に流して、下方より急速凍結し、含水率５％になるまで真空乾燥して、下方から上方にかけて細孔径が大きくなる、細孔径に傾斜を持つ厚さ０．５ｃｍの板状の粘土多孔体を作成した。同多孔体を９００℃に制御した電気炉で１時間かけて焼成したところ、下面を外周面にした曲率半径１５ｍｍの曲面を構成する多孔質セラミック体を得た。
【００１２】
実施例４
実施例１と同じ方法で調製した固形分濃度約５％の粘土ゾルをステンレス製のバット上に流し、厚さ０．５ｃｍに成形し、バットを液体窒素上で冷却して下方より急速凍結した。この凍結体を含水率５％になるまで真空乾燥して、下方から上方にかけて細孔径が大きくなる、細孔径に傾斜を持つ板状の粘土多孔体を作成した。この粘土多孔体を９００℃に制御した電気炉で１時間かけて焼成したところ、下面を外周面とした曲率半径１０ｍｍの曲面を構成する多孔質セラミック板を得た。
【００１３】
実施例５
実施例１と同じ方法で調製した固形分濃度約５％と１０％の粘土ゾルをそれぞれステンレス板上に流し、厚さ０．２５ｃｍに成形した。これらの成形体を張り合わせた後に液体窒素中に浸潤させて急速凍結し、凍結体を含水率５％になるまで真空乾燥させた。得られた細孔密度の異なる層が積層している多孔体板を、９００℃に制御した電気炉で１時間かけて焼成したところ、細孔密度の高い面を内周面としたころ、曲率半径１５ｍｍの曲面を構成する多孔質セラミック体を得た。
【００１４】
比較例１
実施例１と同じ方法で調製した固形分濃度約１０％の粘土ゾルをステンレス板上に流し、厚さ０．５ｃｍに成形した。この成形体を液体窒素中に浸潤させて急速凍結し、凍結体を含水率５％まで真空乾燥させて得られた均一な組織の粘土多孔体板を、９００℃に制御した電気炉で１時間かけて焼成したところ、曲面を構成せず、平板状の多孔質セラミックを得た。
【００１５】
比較例２
実施例１と同じ方法で調製した固形分濃度約１０％の粘土ゾルをステンレス製の容器に取り、同容器を液体窒素を用いて急速凍結し、凍結体を含水率５％まで真空乾燥した。得られた塊状の粘土多孔体を９００℃に制御した電気炉で１時間かけて焼成したところ、約３０％収縮した塊状の多孔質セラミックが得られた。
【００１６】
実施例６
実施例１と同じ方法で調製した固形分濃度約１０％の粘土ゾルに赤色の顔料を１％加えたゾルをステンレス製のバット上に流し、厚さ０．５ｃｍに成形し、バットを液体窒素上で冷却して下方より急速凍結した。この凍結体を含水率５％になるまで真空乾燥して、下方から上方にかけて細孔径が大きくなる、細孔径に傾斜を持つ板状の粘土多孔体を作成した。この多孔体を９００℃に制御した電気炉で１時間かけて焼成したところ、赤色の下面を外周面とした曲率半径１５ｍｍの曲面を構成する多孔質セラミック体を得た。