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JPH0675660B2 - セラミック製泡状フィルター - Google Patents
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JPH0675660B2 - セラミック製泡状フィルター - Google Patents

セラミック製泡状フィルター

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JPH0675660B2
JPH0675660B2 JP63502384A JP50238488A JPH0675660B2 JP H0675660 B2 JPH0675660 B2 JP H0675660B2 JP 63502384 A JP63502384 A JP 63502384A JP 50238488 A JP50238488 A JP 50238488A JP H0675660 B2 JPH0675660 B2 JP H0675660B2
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    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/06—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
    • C04B38/0615—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances the burned-out substance being a monolitic element having approximately the same dimensions as the final article, e.g. a porous polyurethane sheet or a prepreg obtained by bonding together resin particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description

【発明の詳細な説明】 セラミック製泡状フィルター 多くの互いに連なった、セラミックで囲まれた網状通路
を有する連続気泡状の泡状構造を呈する溶融金属濾過用
セラミック製泡状（スポンジ状）フィルターであって、
このセラミックは炭化珪素を含む泥しょうで形成される
ことを特徴とする、前記フィルターおよびその製造方
法。特に本発明は、鉄および鉄系合金の濾過に適するよ
うに性質を改善したセラミック製泡状フィルターに関す
る。
溶融金属、特にアルミニウムの濾過用に多孔質セラミッ
ク製泡状材料を用いることの技術的背景は、たとえば以
下において知られている。：米国特許3,893,917号、3,9
47,363号、3,962,081号、4,024,056号、4,024,212号、
4,075,303号、4,265,659号、4,342,644号および4,343,7
04号。このようなフィルター用の原料には、まず第一
に、様々な添加物を含む燐酸塩で結合した耐火材が挙げ
られるが、それは耐火性を付与するため約1000℃の温度
で焼かれるものである。このタイプの耐火材はアルミニ
ウム工業における使用に適しており、多くのアルミニウ
ム合金−ふつう約704℃で鋳込まれる−には用いられて
いる。しかし、それは多くの他の過酷な条件での使用に
は、その強度、化学的耐性および耐熱性が乏しいため、
使用されていない。したがって、既知の泡状材料より良
い性質、特に気孔率が高く、圧力降下が少なく、幾何学
的表面積が大きく、望ましい流路を有する材料を得るこ
とが望まれた。しかし、得られたものは所詮強度、化学
的耐性および耐熱性の点で満足のいくものではなかっ
た。ゆえに、一連の用途、特に鉄系金属の濾過のように
高温で行われる用途に適した材料とその製造方法を得る
ことが強く望まれてきた。
米国特許4,610,832号には改良型セラミック泡状フィル
ターおよびその製造方法が記載されている。そこで対象
としているのは特に、鉄または鋼の濾過のように高温で
の用途に用いられるフィルターであり、それには基本的
には、シキソトロピー性セラミック組成物であってゲル
過水酸化アルミニウム結合剤を含むものが用いられる。
このフィルターそのものを十分改善するに際し、フィル
ターの鋳込みを首尾よく行うためには、特別な液の送り
又は閉塞系統を使用しなければならないことが判明する
に至った。
したがって本発明の主な目的および課題は、セラミック
製フィルターとその製造方法を改善することにある。
本発明の別の目的は、セラミック製泡状フィルターを改
善し、またフィルターを安価で容易に使用でき、望まし
くかつ当然改善された性能のものにする方法を提供する
ことにある。
本発明のさらに別の目的は、フィルターとその製造方法
において燐酸塩結合における不備を克服し、そして容易
に鋳込んだり使用したりでき、かつ熱的性質の改善され
たフィルターを提供するにある。
本発明においては、セラミック製泡状フィルターは焼成
品として少なくとも50wt.％の炭化珪素および少なくと
も3wt.％の二酸化珪素−その片方が泥しょう中でコロイ
ド状二酸化珪素結合剤を形成している−および酸化アル
ミニウムを有することが必要である。
本発明は改良された泡状フィルターおよびその製造方法
を提供するものである。
該フィルターは優秀な物理特性、特に高い熱伝導率を示
し、そして迅速な鋳込みと鉄および鉄系合金により濡れ
やすい。また、燐酸塩結合剤で不十分なこと、特にそれ
が溶融金属により燐酸塩が奪われるため熱的に不安定な
のも改善される。
本発明に係る改良されたセラミック製泡状フィルター
は、次のようにして製造される。炭化珪素を含むシキソ
トロピー性の水性泥しょうを網状有機ポリマー性泡状物
に注入し（含浸せしめ）、過剰な泥しょうを除き、そし
て乾燥と加熱を行って有機物を除き、さらに高温に加熱
してセラミック製泡状フィルターを得る。本発明では前
記ポリマー製泡状物にコロイド状珪酸結合剤を含む泥し
ょうが注入されるが、この泥しょう中には、固形物質を
基準として少なくとも50wt.％の炭化珪素と、少なくと
も3wt％の二酸化珪素と、酸化アルミニウムとが含まれ
ている。望ましくは、二酸化珪素は固形物質を基準とし
て３〜15wt.％とする。
本発明の方法とフィルターは、特に鉄と鉄系合金の濾過
において優れた長所を発揮する。コロイド状二酸化珪素
は、鉄および鉄系合金の濾過における最終製品としての
フィルターの濡れ性に影響し、鉄または鉄系合金の濾過
しながら行う鋳込速度を向上させる。それは技術的に有
利なことを意味する。
本発明のもっと別の特徴は、本発明の結合剤が既知の燐
酸塩結合剤よりも性能的に優れている点にあるのではな
い。燐酸塩を使用すると、鉄および鉄系合金において燐
酸塩が溶出しやすく、清浄化を妨げる。それに対し、本
発明のコロイド状珪酸塩結合剤を源とする二酸化珪素は
鉄および鉄系合金には溶出しにくい。さらに、鉄および
鉄系合金は燐化物よりも珪化物を許容しやすい。従来法
におけるように、使用するフィルターから金属が溶湯中
に入っていくとすれば、このことは一つの大きな進歩で
ある。さらに本発明のフィルターは経済的であり、注目
すべき物理特性、特に高い熱伝導性を有している。した
がって、耐熱衝撃性が得られ、フィルターの機能が阻害
されるようなことはない。
本発明のもっと別の特徴は以下のとおりである。
本発明におけるセラミック製泡状フィルターは、互いに
連なった多くの通路を有する連続気泡状の、望ましくは
疎水性の可撓性泡状物質でつくられる。ここに、上記泡
状物質でできた網状物質としてよく使用される可能性の
ある材料としては、ポリマーの泡状物、望ましくはポリ
ウレタン製泡状物や繊維質の泡状物が挙げられる。ふつ
う可燃性有機プラスチック製泡状物に属するものであっ
て、可逆変形能ともとの泡状物に戻っていく能力を有す
るものが用いられる。この泡状物は、使用されるセラミ
ック材の焼成温度で焼き去られるか、蒸発せしめられる
ものでなければならない。使用される水性セラミック製
泥しょうは、比較的流動性に富み、望ましいセラミック
材を含んだシキソトロピー性のものでなければならな
い。
炭化珪素成分の粒径で特に望ましいのは、325メッシュ
以下（325メッシュのふるい目を通過;45ミクロン以下）
である。しかし、100メッシュ以下、すなわち150ミクロ
ン以下の炭化珪素であれば使用に供し得る。10ミクロン
以下に微細化したセラミック材料を使用すると、原価高
を招く可能性がある。セラミック組成物中の固形物は、
少なくとも50wt.％、最高97wt.％の炭化珪素を含む必要
がある。
この炭化珪素とともに添加材として酸化アルミニウムを
使用する。そしてその使用に際しては、その粒子の大き
さは325メッシュ以下（45ミクロン以下）にしなければ
ならない。他のセラミック材料、たとえば酸化ジルコ
ン、ジルコンサンド、酸化クロム、コージェライト、ム
ライトなどをさらに添加してもよい。
有害な燐酸塩結合剤は、本発明によって使用しなくても
済む。フィルター中の有害な燐酸塩成分を除くことによ
り、鉄および鉄系合金に対し望ましくない汚染が行われ
るのが避けられる。本発明の結合剤はコロイド状二酸化
珪素結合剤であって、それは10ないし50wt.％の水の中
の微粒子からなる水性分散体の形で用いるのがよい。こ
のコロイド状分散体は粒子の大きさが１ミクロン以下の
安定した非分離懸濁液である。コロイド状二酸化珪素成
分は結合剤として働き、そしてこの分散体のコロイド性
のゆえにそれは望ましいシキソトロピー性を呈する。
当然、他の添加物が付加結合剤として、あるいはまた他
の望ましい理由により用いられる。例えば、モンモリロ
ナイト、アクバチックス（Aquathix:Tenneco Chemicals
社の商品名、水溶性ポリマー多糖類）、ベントナイト、
カオリンなどが用いられる。
本発明の方法により、網状有機ポリマー泡状物が用意さ
れ、それに水性泥しょうが注入される。溶融金属用のセ
ラミック製泡状フィルターを製造するための方法の詳細
については、米国特許3,962,081号、4,075,303号、およ
び4,024,212号に記載されており、これらの教示を受け
る。
可撓性の泡状材料には水性セラミック泥しょうが注入さ
れ、繊維状の網目構造または繊維が被覆され、そして通
路も満たされる。通常、泥しょうに泡状物を浸漬するの
は時間の節約のためには短時間でよく、またそれで泡状
物に泥しょうが満たされる。ポリマー材料の細孔度（大
きさ）は実質的に1cm長当たり1.2個以上とするのがよ
い。特に鉄および鉄系合金の濾過を全処理量を多くして
行うには、細孔度は1cm長当たり1.2〜10個とするのがよ
いが、たとえば20個/cmまで小さくしても使用に耐え
る。
泥しょうを注入された泡状物はそこで圧搾され、泥しょ
うの一部分は絞り取られ、そして繊維状の網目構造また
は繊維は残余の泥しょうで被覆される。またフィルター
体を貫く多くの細孔は、流路の迂曲性を高めるためと直
通を防ぐために非貫通（行き止まり）にされる。ここで
非貫通細孔はセラミック体に均一に分散していなければ
ならず、群集していてはならない。
その場合、濾過度を下げて処理量を多くしたいのなら、
非貫通細孔数をごく少なくし、細孔の大きさはさらに広
くするのがよい。連続法では、たとえば泥しょう注入泡
状体は準備されたローラーにかけられ、泥しょうは泡状
体から希望どおり除かれ、そして所望のものが残され
る。当然、このような除去は可撓性の泡状体が所望のも
のになるまで人手で行ってもよい。この時点で泡状体は
まだ可撓性を有しているので、もし望むなら、最終フィ
ルターの形態、たとえば湾曲板、背の高い円筒などに成
形できる。成形された泡状物は、以下の方法により有機
材料が分解されるまで、ふつうの方法でそのまま保つ必
要がある。泥しょうを注入された泡状物はそこで既知の
装置により乾燥される。たとえば風乾、あるいは100〜7
00℃で15分〜６時間の積極乾燥、あるいはまた超短波乾
燥が行われる。風乾は８ないし24時間行われる。乾燥
後、この材料はセラミック製泡状物となるよう1093℃を
超える温度で焼成されるが、温度は1371℃まで上げても
よい。焼成後の製品には前述した、均一に分散した非貫
通細孔が多く認められる。最高温度あるいはその付近で
の焼成時間は少なくとも15分であり、ふつう少なくとも
１時間、最高10時間保持する。最高加熱温度への加熱時
間と冷却時間を含む焼成時間は、当然用いられる炉の形
式によって大きく変わってくる。
得られた製品は上記特性を有し、そして示す。当然、格
別優れた特性を得るために、たとえば焼結促進剤、粒成
長抑制剤あるいは無機レオロジー的助剤などの無機添加
剤も使用できる。他の有機添加剤も同様、たとえば一次
的な結合剤やレオロジー的助剤として使用できる。
実施例 １ シキソトロピー性セラミック泥しょうが、以下の記載に
もとづき製造された。
炭化珪素： 35.71kg（約50.94％） 水： 4.37kg（約 6.23％） 酸化アルミニウム： 13.10kg（約18.68％） 水性懸濁液中のコロイド状珪酸塩： 16.20kg（約23.11
％） モンモリロナイト： 0.67kg（約 0.96％） アクバチックス： 0.05kg（約 0.08％） 上記組成物は次の固形材を有する。
炭化珪素−固形材： 35.75kg−65.65％ 酸化アルミニウム−固形材： 13.10kg−24.08％ コロイド状珪素塩−固形材： 4.86kg− 8.94％ モンモリロナイト−固形材： 0.67kg− 1.23％ アクバチックス−固形材： 0.05kg− 0.10％ 上記シキソトロピー性泥しょうは、細孔数が４個/cmで
連続気泡状で可撓性で、大きさが7.62×7.62cm2のポリ
ウレタン泡状体に注入された。そして繊維状網状構造は
被覆され、通路は満たされる。この注入は泡状造形物を
泥しょうに浸漬して行われた。そして準備されたローラ
ーで泡状体は圧搾され、泥しょうの一部は絞り取られ
た。一方、繊維状網状構造は残留泥しょうで被覆して残
され、そして多くの非貫通細孔は泥しょう含浸体中のい
ずれの部分においても均等に形成され、そして流路の迂
曲性は高められた。上記で得られた含浸泡状物は有機成
分を放逐するために乾燥し、加熱され、そして1149℃で
１時間焼成された。得られたセラミック製泡状造形物
は、互いに連なった、セラミックよりなる、網状構造で
取り囲まれた通路を有する多数の連続気泡構造を有する
という特徴を有する。
実施例 ２ 実施例１で製造されたセラミック製泡状フィルターは、
鋳造設備の湯口系に設置し、ダクタイル鉄の濾過に供さ
れた。フィルターの大きさは7.62×7.62cm2であった
が、各回のダクタイル鉄の注湯量を67.95kgとし、様々
の実験が行われた。供試合金の温度は1427〜1482℃であ
った。各実験において、鋳造時間は20秒以下であった。
全てのフィルターは急速に濡れ、貫通速度は低下しなか
った。そして得られた鋳造製品は、特に非濾過鋳造製品
に比べ、可視的な欠陥を実質的に有していなかった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドーレ，ジェームス・イー アメリカ合衆国ノース・カロライナ州 28739，ヘンダーソンヴィル，バーモン ト・ドライブ 1306 (56)参考文献 特開 昭60−238117（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−41617（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−251575（ＪＰ，Ａ) 「不定形耐火物−プライブリコの歩み −」（昭54−５−15）日本プライブリコ株 式会社Ｐ．121〜123

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】溶融金属を濾過するためのセラミック製泡
    状フィルター、すなわち炭化珪素を含む泥しょうで形成
    されるセラミックよりなる網状構造で囲まれた多くの互
    いに連なった通路を有する連続気泡状構造を有するフィ
    ルターであって、 該セラミック製泡状フィルターが少なくとも50wt.％の
    炭化珪素と、酸化アルミニウムと、該泥しょう中に含ま
    れるコロイド状二酸化珪素結合剤からの焼成生成物とし
    ての少なくとも3wt.％の二酸化珪素とを含むことを特徴
    とする前記フィルター。
  2. 【請求項２】セラミック製泡状構造物が３〜15wt.％の
    二酸化珪素を含む、請求の範囲第１項に記載のフィルタ
    ー。
  3. 【請求項３】溶融金属濾過用セラミック製泡状フィルタ
    ーを製造するための方法、すなわち網状有機ポリマー泡
    状物に炭化珪素を含むシキソトロピー性セラミック組成
    物よりなる水性泥しょうを含浸し、余分な泥しょうを除
    き、該有機成分が除かれるよう該ポリマー泡状物に適当
    な乾燥と加熱を行い、そしてセラミック製泡状フィルタ
    ーが形成されるよう高温で焼成することよりなる方法で
    あって、 該ポリマー泡状物にコロイド状二酸化珪素結合剤を含む
    泥しょうが含浸され、そして該泥しょう中には、固形物
    質を基準として、少なくとも50wt.％の炭化珪素と、酸
    化アルミニウムと、少なくとも3wt.％の二酸化珪素が含
    まれていることを特徴とする前記方法。
  4. 【請求項４】二酸化珪素を固形物質を基準として３〜15
    wt.％含んでいることを特徴とする、請求の範囲第３項
    に記載の方法。
  5. 【請求項５】二酸化珪素の粒子の大きさが100メッシュ
    以下であることを特徴とする、請求の範囲第３項または
    第４項に記載の方法。
  6. 【請求項６】酸化アルミニウムの粒子の大きさが325メ
    ッシュ以下であることを特徴とする、請求の範囲第３項
    に記載の方法。
  7. 【請求項７】泥しょうが10〜50wt.％の水を含んでいる
    ことを特徴とする、請求の範囲第３項〜第６項のうちの
    いずれか一つに記載の方法。
  8. 【請求項８】加熱が677℃以下の温度で行われることを
    特徴とする、請求の範囲第３項〜第７項のうちのいずれ
    か一つに記載の方法。
  9. 【請求項９】ポリマー泡状物の細孔数が1cm長当たり少
    なくとも1.2個であることを特徴とする、請求の範囲第
    ３項〜第８項のうちのいずれか一つに記載の方法。
JP63502384A 1987-03-23 1988-03-21 セラミック製泡状フィルター Expired - Lifetime JPH0675660B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US29,184 1987-03-23
US07/029,184 US4885263A (en) 1987-03-23 1987-03-23 Ceramic foam filter and process for preparing same

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JPH01500887A JPH01500887A (ja) 1989-03-30
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JP (1) JPH0675660B2 (ja)
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AR (1) AR240787A1 (ja)
AT (1) ATE79783T1 (ja)
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