HIGH POROSITY SPHERICAL CELL STRUCTURE CERAMIC POROUS BODY [CELANTRA]高気孔率球状セル構造セラミック多孔体【セラントラ】
【セラントラ】とは
▲焼結体中にみられる開気孔性細孔構造の模式図
多孔体は、廃水・上水等の浄化、産業用水・エアー等の精密濾過、医薬・化粧品分野での除菌、溶液・食料・飲料等の精密濾過及びガスの分離等、幅広い分野で必要とされます。
この種の多孔体としては、金属或いは有機高分子を素材としたものがよく知られています。しかしながら、それらは耐食・耐熱性等に劣るという欠点があります。
このたび株式会社成田製陶所では、セラミックスの優れた熱的化学的安定性に加えて、連通した無数の球状セルから成る"高気孔率球状セル構造セラミックス多孔体"を開発しました。これまでの多孔素材の概念を破る均一な泡状気孔の高気孔率セラミック多孔体です。
製造工程
- 均一な球状気孔からなり、約50～80%の高い見かけ気孔率を有します。
- ミクロからミリサイズまでの範囲で、気孔サイズを制御します。
- 特異なマトリックス構造により、多孔質ながら高強度を有します。
- 複雑形状成形性に富み、円筒・球体・シート等、任意形状に成形可能です。
- アルミナ、コーディエライト、ジルコニア等、多彩な中から最適な材質を御選び頂けます。
- 廃水・上水等の水質浄化フィルターとしての利用が可能です。
- 高温排ガス、産業用プロセスエアーの浄化フィルターとしての利用が可能です。
- 耐熱・耐薬品性に優れます。腐蝕性液体のシンクとしての利用が可能です。
アルミナ多孔体の諸特性
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| サンプルNo. | 見かけ気孔率（％） | かさ密度（g/cm³） | みかけ密度（g/cm³） | 曲げ強度（Mpa） |
|---|---|---|---|---|
| I | 48 | 2.06 | 3.96 | 54 |
| II | 55 | 1.76 | 3.96 | 42 |
| III | 65 | 1.38 | 3.95 | 29 |
| IV | 80 | 0.77 | 3.96 | 9 |
製作形状写真
気孔率と気孔径
形状任意性
セラントラ（CerAntre）で出きる種々形状
Φ60 平板
Φ130×1t シート
Φ60 球体
Φ60 多面体
Φ（30-10）×130 チューブ
Φ150 ダイヤモンドカット付き
Φ（150-130）×50H リング
Φ（150-130）×（95-85）H ルツボ形
コーディエライト多孔体の特性
気孔率‐強度特性（コーディエライト多孔体）
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| 全気孔率 | 70～83 | % |
|---|---|---|
| 曲げ強度 | 4～10 | MPa |
| 熱膨張係数 | 2.1×10-6 | /°C |
| 熱伝導率 | 0.57 | W/m/K |
（a）気孔率
（b）曲げ強度
（c）熱膨張係数
コーディエライト多孔体の気孔率(a)、3点曲げ強度(b)および熱膨張係数(c)と焼成温度との関係
通気特性
通気特性（多孔質コーディエライト）
※ホソカワミクロン製フィルターメディアテスターにて
厚膜フィルターの微構造
（コーディエライト）
ろ過特性
スラッジろ過（固液分離）特性
※エフエスケー製ミクロフィルターX
- 【ろ過圧の変化】
- 【ろ過流量の変化】
- 【処理水の粒度分析結果】
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試料 スラッジ SS600-EFT SS600-K204 水上 粒径（µm） D10 0.990 0.039 0.039 0.039 D50 1.773 0.087 0.087 0.087 D90 2.853 0.139 0.139 0.139
※セイシン企業 レーザー回折式
製造フロー＆細孔構造写真
その場固化成形セラミックス多孔体の諸特性
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| 特性 | 単位 | SS600 | KZW | |
|---|---|---|---|---|
| EFT | K204 | EFT | ||
| 気孔率 | （VOL.%） | 70 | 69 | 67.0 |
| 体積率メジアン気孔径 | （µm） | 40.4 | 27.5 | 48.8 |
| 通気係数 | （m²×10-12） | 6.8 | 6.1 | 22.0 |
| 3点曲げ強度 | （MPa） | 10.0 | 9.0 | 19.0 |
| 熱膨張係数 | （10-6/°C） | 2.1 | 2.1 | 7.6 |
| （コディエライト） | （ジルコニア） | |||
細孔構造 in situ 制御多孔質セラミックスフロー図
ジルコニア質多孔体の細孔構造（KZW）
コーディエライト質多孔体の細孔構造（SS600）
コーディエライト SS600焼結体中にみられる開気孔性細孔構造の模式図
水銀ポロシメータによる細孔径分布測定結果
研究事例
- 研究プロジェクト
平成10年度地域コンソーシアム研究開発事業（NEDO/平成10年11月～平成12年3月）ベンチャー企業育成型地域コンソーシアム（中核的産業創造型）「環境用ファインセラミックス多孔体の多品種対応型新製造技術の開発」
平成12年度課題対応新技術研究調査事業（中小企業総合事業団/平成12年6月～平成12年12月）
「有害物質除去用分離フィルターへの細孔構造 in-situ 制御セラミック多孔体の適用に関する研究調査」 - 論文・雑誌への投稿
"Highly Porous Cordierite Ceramics Fabricated by in situ Solidification Technique," S.Izuhara, K.Kawasumi, M.Yasuda, H.Suzuki & M.Takahashi, Ceramic Processing VI , Ceramic Transactions 112,553-558.(The 7th International Conference on Cerammic Processing Science, Inuyama, Japan, May 15-18, 2000.)【ABSTRACT】Ceramic filters have a great potential for applications in high temperature dust collection. In this work, highly porous cordierite green bodies were fabricated by in-situ solidification of foamed slurries with different solid contents. N2 bubbles were introduced by mechanical stirring into the premixed slurries containing surfactant, monomer and gelation agents. The increase of solid content increased the slurry viscosity and decreased the total bubble volume in the foamed slurry. The dried bodies were fired in air at 1350℃. SEM photographs of the fired bodies showed that the pore diameter decreased as the solid cintent of the slurry ncreased.
“傾斜気孔径分布を持ったコーディエライト多孔質セラミックスの製造技術”出原清二、川住圭史、安田益雄、セラミックス、36[2]、 98-100,2001.【概要】本稿では、水溶性モノマーとコーディエライト粉末からなるスラリーに起泡剤を添加し、攪拌によって多量の気泡を発生させ、その含気泡スラリーを非透水性鋳型中でその場固化させる（in-situ solidification）多孔質コーディエライトの成形技術について紹介する。
本方法によれば、連通した無数の球状セルから成る細孔構造が得られ、サブミクロン～、ミリメートルサイズでの細孔分布制御やニア・ネットシェーブ成形が可能である。しかも、大型の設備投資を必要としないという利点がある。モノマーのラジカル重合反応を経てセラミックス成形体を得るゲルキャスティングに属する方法である。 - 口頭発表
“コーディエライト多孔体の形状付与に関する研究”川住圭史、安田益雄、出原清二、鈴木久男、高橋実、日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会（名古屋）、12月,1999年.
【概要】本研究では、ゲルキャスティングを新規なコーディエライト多孔体製造法として適用するために、界面活性剤を用いて気泡を導入したコーディエライト粉末スラリーの固化過程が雰囲気中の酸素濃度によって受ける影響や、ゲル化に対する保持時間の効果などについて、気泡を導入しない脱気スラリーとの比較から考察した。その結果、プロセス雰囲気中の酸素濃度は脱気スラリーのゲル化過程ではそれ程影響しないが、気泡導入スラリーには大きな影響を及ぼすことがわかった。コーディエライト質多孔体を製造するためのゲルキャスティングにおいても、雰囲気中の酸素濃度を制御することが非常に重要であることがわかった。“含気泡スラリーのその場固化法によって作製したコーディエライト多孔体のろ過特性”
出原清二、安田益雄、川住圭史、古居資治、高橋実、日本セラミックス協会第14回秋期シンポジウム,東京,9月,2001年.
【ABSTRACT】Highly porous cordierite fabricated via a combination of introduction of N2 bubbles into the ceramic slurry and gel-casting was investigated on the filtration properties using the suspension of alumina fine particles (D50=1.8μm) and water. A commercially available fittering apparatus was used for the experiment. The pressure on the filter increased from 0.05 to 0.3 MPa and the water flux decreased from 20,000 to 6,000 cm3/min, as increased alumina particles in the suspension from free to 25 g. Particle distribution analysis of treated water revealed that filtration performance was fairly excellent.“A HIGHLY POROUS CERAMIC BY WAY OF GEL CASTING”
Seiji Izuhara and Minoru Takahashi, International Cerammics Forum in Seto, Seto, March, 2003.
【ABSTRACT】To have a highly porous ceramic produced by way of Gelcasting based on a foamed slurry has been understood as abeneficial way considering not only for its environmentally acceptable level of the combustion gas throughout the process but also owing to its relatively simpler production process. Narita Seitosho, jointly with Ceramic Reseach Laboratoty of Nagoya Institute of Technology, has carried out the process development for over the last five years. The process flow, sample shapes, microstructures and properties of those shapes are presented.