JPH03223184A

JPH03223184A - セラミックス多孔体

Info

Publication number: JPH03223184A
Application number: JP34058390A
Authority: JP
Inventors: Koichi Imura; 浩一井村; Shunzo Shimai; 駿蔵島井
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1991-10-02
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: JP2510044B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はセラミックス多孔体に関し、特に電子部品焼成
などに使用される多孔質道具材、床材。

壁材等の軽量構造材、冷蔵庫、家屋等の断熱材、エア、
水等のフィルター材、人口骨材、基板、振動子等のエレ
クトロニクス材等の各種の用途に用いられるものである
。

［従来の技術と課題］従来、例えば電子部品焼成用の軽量道具材として、アル
ミナファイバーを主成分としこれをシリカ化合物等で結
合したものが使用されていた。

ところで、電子部品材料としては、チタン酸バリウムな
とによるコンデンサーやフェライトなどが代表的である
が、チタン酸バリウムはアルミナと反応するため焼成用
道具材にはジルコニアコーティングか施されていた。ま
た、ジルコニア質の軽量道具材として、一部では網目構
造をもったセラミックも使用されており、大型炉用とし
てはジルコニア質の耐火物が使用されている。

しかしながら、アルミファイバーにジルコニアコーティ
ングを施しである軽量道具材においては、基材のアルミ
ナとジルコニアの熱膨張率が異なるため、使用における
加熱冷却の繰り返しによりジルコニアコーティングの剥
離が起こり、ジルコニア片が焼成物に付着したり１むき
出しになったアルミナと焼成物が反応するという問題点
を有している。また、ジルコニア質耐火物性の道具材は
、その重量・熱容量ともに大きいという問題点を有して
いる。

また、ジルコニア質の網目構造をもったセラミックは、
例えばウレタンフオームのような網目構造をもった下地
に、セラミック原料スラリーを付着させ、乾燥・焼成し
て得られるものであり、その製造方法の制約から大きな
網目構造のものしか得られない。このため、例えばチッ
プコンデンサのような小さな被焼成物を焼成する際に被
焼成物が大きな網目構造に入り込み、うまく焼成できな
いという問題点を有している。更に、同様に製造上の制
約から、この網目構造をもったセラミックはそのセラミ
ック部分の内部にポリマー下地に起因する孔か有り、そ
のうえほとんどのものでは、そのセラミック部分に亀裂
か多数生しており、強度が著しく低くなっている。この
ため、このような軽量道具材ては、数回の使用で破損し
てしまうという問題を有している。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、軽量で熱容
量が小さく、高温で長時間使用でき、かつ急熱急冷に耐
えうるセラミックス多孔体を提供することを目的とする
。

［課題を解決するための手段と作用］本発明は、気孔率１０％以下のセラミックス骨材から構
成され、かつ全体の気孔率か３０〜９８％の多孔体であ
ることを特徴とする多孔質道具材である。

本発明において、全体の気孔率を３０〜９８９６と規定
としたのは、気孔率が９８％を越えると、網目構造を構
成する緻密なセラミックス網の直径が小さくなりすぎて
、使用上必要とされる十分な強度が得られず、製作も困
難になるためである。また、気孔率が３０％未満の場合
、熱容量が大きくなりすぎて本発明の効果が十分得られ
ないからである（第１図及び第２図参照）、、ここで、
第１図はＺｒＯ２多孔体の場合を示し、第２図はＭｇＯ
多孔体の場合を示す。

本発明において、セラミックス骨材の気孔率を１０％以
下とするのは、１０％を越えると強度か低下するためで
ある（第３図及び第４図参照）。ここで、第３図はＺｒ
Ｏ２における気孔率と曲げ強さとの関係を示し、第４図
はＭｇＯにおける気孔率と曲げ強さとの関係を示す。セ
ラミックス部分の気孔率の測定は、次のようにして求め
る。まず、比重ビンを用いて粗砕したサンプルと微粉砕
したサンプルの比重を測定する。ここで、本発明品のセ
ラミック部分は概略全て閉気孔であるため、粗砕したサ
ンプルの比重はかさ比重、微粉砕したサンプルの比重は
真比重と考える事ができる。従って、前記気孔率は、以
下の式により求める事ができる。

気孔率−（１−（真比重−かさ比重）／真比重）Ｘ１０
０　（％）なお、上記気孔率は、望ましくは５％以下が好ましい。

本発明において、本発明に係るセラミックス多孔体を電
子部品焼成などの多孔質道具材として使用する場合は、
表面部分の気孔径を５μｍ〜２ｍｍにするのが望ましい
。この理由は、気孔径か２ｍｍを越えると小さな被焼成
物、大きさ数ｍｍの焼成に不都合であり、気孔径が５μ
ｍ未満の場合セラミック部分の直径か小さくなりすぎて
使用上ｇ　要とされる十分な強度か得られないからであ
る。

本発明において、セラミックスとしては、純ジルコニア
、あるいはジルコニアをカルシア、マグネンア、イツト
リア、セリアなどで部分安定化又は全安定化したものが
挙げられ、これらを単一あるいは複数混合して用いても
よい。なお、緻密な安定化されていないジルコニアの場
合、相転移温度における急激な体積変化から生ずる応力
によって破壊してしまうが、本発明品の場合にはその構
造中に多量に存在する空間が応力を緩和し、破壊する事
がない。しかし、相転移温度における体積変化が起こる
事は避けられないため、望ましくは安定化したジルコニ
アを使用したほうがよい。また、上記セラミックスとし
ては、高純度（９９νｔ％以上）なマグネシアを用いる
ことができる。

本発明において、三次元網目構造を有するセラミック多
孔体の骨格における気孔率の測定は、股に行われるでい
るようなような水銀圧入法等では、三次元網目構造に起
因する気孔であるのか骨格中に存在する気孔に起因する
ものであるか区別かつかず測定不可能である。しかし、
非測定物を樹脂包埋した後これを研磨し顕微鏡を使用し
てその８１織を観測し画像処理によって骨格中の気孔部
分を特定して、骨格中の気孔率を測定することにより骨
格中の気孔率を求める事ができる。

次に、網目構造をもつセラミック骨材から構成される多
孔体は、例えばセラミック粉末と分散媒をバインダー、
分散剤、整泡剤、泡安定剤のうち少なくとも一つと共に
混合して原料スラリーとして、これを攪拌して泡立て成
形することにより作られる。ここで、バインダーは、乾
燥後の成形体強度を増し作業を容易にするため、またス
ラリーの粘度を増して泡立ての効率を増し泡の安定化を
計る目的で添加される。分散剤は、分散媒中でセラミッ
ク粉を分散して原料スラリーの高濃度化を可能にし、成
形体のセラミック部分の密度を増加する目的で添加され
る。整泡剤は、原料スラリーの泡立ちを助は成形体の気
孔率を増す目的で添加される。泡安定剤は、泡立てによ
って生じた原料スラリーの泡を安定化し、成形体が乾燥
する間に泡が消失しないように添加される。以上のよう
に多孔体は成形体を乾燥、焼成して作製されるか、焼成
の方法１条件等は緻密なセラミックスの場合と同様でよ
い。また、前記多孔体の気孔率は、原料スラリーに添加
する整泡剤の量や攪拌の度合いによって調整することが
できる。

以下、本発明の実施例について説明する。

［実施例１］平均粒径１μｍでＣａＯを５％含んだジルコニア粉１０
０重量部にポリアクリル酸アンモニウム１重量部、イオ
ン交換水１００重量部、ＰＶＡ２重量部をボールミルに
て１昼夜混合した。次に、これに、ステアリン酸アンモ
ニウム１重量部、アクリル系バインダー５重量部、イオ
ン交換水２０重量部を混合しながら攪拌機で泡立てた。

次いで、泡が安定した後、乾燥機で乾燥して成形体を得
た。

この成形体を空気中、　１７００℃で２時間焼成したと
ころ、得られた網目構造をもった多孔体は、表面部分の
最大機構径が約５００μｍであり、気孔の平均の大きさ
は１００μｍ１気孔率は８５％、かさ密度は０．９ｇ／
ｃｍ３であった。

この網目構造をもった多孔体を２００ｍｍ　Ｘ　１ｏｏ
ＩＩ＋ｍ×５ｍ１ｌｌに加工しチタン酸バリウムの焼成
に使用したところ、１３００℃で破損することなく１０
０回の使用に耐えた。

［実施例２］平均粒径３μｍでＣａＯを５％含んだジルコニア粉１０
０重量部にポリアクリル酸アンモニウム１重量部、イオ
ン交換水１００重量部、ＰＶＡ２重量部をボールミルに
て１昼夜混合した。次に、これに、ステアリン酸アンモ
ニウム０．５〜ｌＯ重量部、アクリル系バインダー５重
量部、イオン交換水２０重量部を混合しながら攪拌機で
泡立てた。次いで、泡が安定した後、乾燥機で乾燥して
気孔率の異なる成形体を数種類得た。

この成形体を空気中、　１７００℃で２時間焼成して得
られた気孔率の異なる網目構造をもった多孔体を、４　
ｍｍＸ　３１ＤＩＩＩＸ　４ＤＩに加工しそれらの三点
曲げ強さを測定した。この結果から得た気孔率と曲げ強
さの関係の一例は、第１図に示す通りである。

同図より、気孔率が９８％を超えると、曲げ強さか著し
く低下することか明らかである。

〔実施例３コ平均粒径１μｍで純度９９．５％のマグネシア粉１００
重量部にポリアクリル酸アンモニウム１重量部、イオン
交換水１００重量部、ＰＶＡ２重量部をボールミルにて
１昼夜混合した。次に、これに、ステアリン酸アンモニ
ウム１重量部、アクリル系バインダー５重量部、イオン
交換水２０重量部を混合しながら攪拌機で泡立てた。次
いで、泡が安定した後、乾燥機で乾燥して成形体を得た
。

この成形体を空気中、　１７００℃で２時間焼成したと
ころ、得られた網目構造をもった多孔体は、表面部分の
最大気孔径が約５００μｍであり、気孔の平均の大きさ
は１００μｍ１気孔率は８５％、かさ密度は０．５ｇ／
ｃ１１３であった。

この網目構造をもった多孔体を２００ｍｍ　Ｘ　１００
ｍｍ×５１１１ｍに加工し、チタン酸バリウムの焼成に
使用したところ、１３００℃で破損や製品と反応するこ
となく１００回の使用に耐えた。

［実施例４コ平均粒径３μｍで純度９９，５％のマグネシア粉１００
重量部にポリアクリル酸アンモニウム１重量部、イオン
交換水１００重量部、ＰＶＡ２重量部をボールミルにて
１昼夜混合した。次に、これに、ステアリン酸アンモニ
ウム０．５〜１０重量部、アクリル系バインダー５重量
部、イオン交換水２０重量部を混合しながら攪拌機で泡
立てた。次いて、泡が安定した後、乾燥機で乾燥して気
孔率の異なる成形体を数種類書た。

これらの成形体を空気中、　１７００℃で２時間焼成し
て得られた気孔率の異なる網目構造をもった多孔体を、
４　ｎｕｎＸ　３　ｍｍＸ　４０ｍｍに加工しそれらの
三点曲げ強さを測定した。この結果から得た気孔率と曲
げ強さの関係の一例は、第２図に示す通りである。同図
より、気孔率が９８％を超えると、曲げ強さが著しく低
下することか明らかである。

また、実施例１及び実施例３において作製した多孔体を
樹脂包埋した後これを研磨し、顕微鏡を使用して組織を
画像処理により骨格中の気孔部分を特定して、骨格中の
気孔率を測定した。測定は、それぞれの試料につき１０
０本の骨格を測定しその平均値を求めた。なお、気孔径
０．５μｍ以上を測定の対象としたか、これは顕微鏡の
解像度とαｊ定の簡便さのために設定したものて、でき
うる限り小さい径の気孔まで測定する事が望ましい。し
かしながら、気孔が機械的強度に及ぼす影響はその気孔
径の大きいものはと顕著であるため実際上あまり問題に
はならない。骨格中の気孔率（％）は、実施例１の場合
が１，５、実施例３の場合が３．０であった。更に、実
施例２について、実施例１の場合と同様な測定方法を用
いて骨材の気孔率を調べたところ（平均粒径３μｍのマ
グネシア、全体気孔率８５％のもの）　、５．０であっ
た。更には、実施例４についても、全体気孔率８５％の
ものについて、同様に測定したところ、６．５％であっ
た。

［比較例１，２］ポリウレタンフォームにジルコニア及びマグネシアのス
ラリーを付着させこれを乾燥した後、１７００℃で２時
間焼成しこれらをそれぞれ比較例１゜比較例２とした。

これらについて上述した方法にて骨格中の気孔率（％）
を測定した。また、多孔体の気孔率（％）、三点曲げ強
度（ＭＰａ）を測定した。その結果、比較例１の場合は
骨格中の気孔率４０％、気孔率８２９６．三点曲げ強度
１．２ＭＰａで、比較例２の場合は骨格中の気孔率４０
％、気孔率８７％、三点曲げ強度０．７ＭＰａであった
。

このように、ウレタンフオームにセラミックスラリ−を
付着させる方法で得られた多孔体は、実施例２及び実施
例４に示めされる、同気孔率の本発明品と比較して著し
く低い三点曲げ強さを示し、実施例１．実施例３に示さ
れる本発明品と比較して非常に大きな骨格中の気孔率を
もつことが分かる。

［発明の効果］以上詳述した如く本発明によれば、軽量で熱容量が小さ
く、高温で長時間使用でき、かつ急熱急冷に耐えうる高
信頼性のセラミックス多孔体を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るＺｒＯ２多孔体の気孔率と曲げ強
さ、熱容量との関係を示す特性図、第２図は本発明に係
るＭｇＯ多孔体の気孔率と曲げ強さ、熱容量との関係を
示す特性図、第３図はＺｒＯ２の気孔率と曲げ強さとの
関係を示す特性図、第４図はＭｇＯの気孔率と曲げ強さ
との関係を示す特性図である。

Claims

【特許請求の範囲】

気孔率１０％以下のセラミックス骨材から構成され、か
つ全体の気孔率が３０〜９８％であることを特徴とする
セラミックス多孔体。