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セラミックス基盀工孊研究センタヌ幎報 (2005). Vol.5, 33-40 解説

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ゲルキャスティングによる倚孔䜓セラミックス成圢ずその応甚

竹䞊匘地、藀 正督、高橋 実

名叀屋工業倧孊 セラミックス基盀工孊研究センタヌ

〒507-0071 岐阜県倚治芋垂旭ヶ䞘 10-6-29

Forming and Application of Porous Ceramics by Gelcasting

Hiroaki Takegami, Masayoshi Fuji and Minoru Takahashi

Ceramics Research Laboratory, Nagoya Institute of Technology, 10-6-29, Asahigaoka, Tajimi 507-0071, Japan

The fabrication of complex-shaped ceramic parts in large quantities has been limited to the conventional ceramic conventional forming processes, such as injection molding, slip casting. Gelcasting is a novel forming method for making complex-shaped ceramic bodies. In this process, a ceramic powder slurry is prepared with a water-based monomer solution and then polymerized in situ after casting into a mold, producing a macromolecular network to hold the ceramic particles. The dried body in the presence of a cross-linked polymer network is rather strong and can be machined so as to obtain more complex shaped products. Porous ceramics, which have high potential for applications related to the environmental and energetic, are also fabricated by gelcasting. Foams can be produced by mechanical frothing in an N2 controlling system. The incorporation of porosity in ceramic microstructures with tailored pore size and its attribute controlled in many possible ways. In this paper, a principle of gelcasting process and applications of porous ceramics fabricated by gelcasting are introduced.

1. はじめに

粉末を原料ずしたセラミックス補造には様々な成

圢法が存圚する。工業的にも実甚化されおおり、補

品の皮類や圢状によっお䜿い分けられおいる。しか

しながら、最近では耇雑圢状の成圢䜓が求められる

こずから、埓来法では成圢が困難な堎合がある。耇

雑圢状の成圢䜓を䜜成する堎合、成圢䜓䞭に䞍均䞀

な郚分が存圚し、也燥、焌成過皋で割れや欠陥を生

じやすいずいう問題もある。たた、高濃床スラリヌ、

有機物䜿甚量の削枛が補造時間短瞮、コスト削枛、

安党面などから求められおいる。たた、セラミック

スは焌成埌の加工が非垞に困難であり、コスト高に

も぀ながる。このため、近幎ではニアネットシェヌ

ピングの必芁性が高たっおいる。品質面では、欠陥

が無い、均䞀で制埡された粒子充填構造、小さな残

留応力ずいった芁求を満たすこずのできる成圢法が

求められる。これらの芁求を満たす成圢法ずしお、

その堎固化法が提案されおいる。これは、スラリヌ

を泚型した埌、その堎で固化させお成圢䜓を埗る方

法であり、スラリヌの流動、固化過皋が分離しおお

り均䞀か぀欠陥のない成圢䜓が埗られやすいこずや、

耇雑圢状に察応しやすいずいう利点がある。

その堎固化法の䞀぀ずしお、ゲルキャスティング

法 1-4)がある。これは、スラリヌ䞭に溶解させたモノ

マヌをラゞカル重合させ、圢成されるポリマヌネッ

トワヌクによりセラミックス粒子を固定、固化させ

成圢䜓を埗る方法である。さらに、重合開始前のス

ラリヌに気泡を導入するこずにより容易に倚孔䜓化

が可胜な成圢法である。倚孔䜓セラミックスは軜量

であるこずに加え高透過率、倧衚面積、吞音、断熱

等のような特性を有しおおり、これらの特性を利甚

した、フィルタヌ、センサヌ、觊媒、建材等ぞの応

甚が期埅されおいる 5)。 本皿では、ゲルキャスティング法に぀いお玹介し、

倚孔䜓䜜補法や機胜性材料ぞの応甚に぀いお説明す

る。

2. ゲルキャスティング法

ゲルキャスティング法は、ORNLOak Ridge National Laboratoryで開発された成圢法であり1)、スラリヌ䞭に溶解させたモノマヌの重合反応に

よっお成圢する方法である。Fig.1 に、ゲルキャス

ティング法のプロセス抂略を瀺す。分散媒にセラミ

ックス粉䜓、有機モノマヌを含むスラリヌを調補し、

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ゲルキャスティングによる倚孔䜓セラミックス成圢ずその応甚

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Fig. 1 General gelcasting process flowchart

開始剀および觊媒を混ぜた埌、䞍透氎型に流し蟌む。

型内でモノマヌがラゞカル重合するこずにより分散

媒䞭にポリマヌのネットワヌクが圢成され、ゲル湿

最成圢䜓が埗られる。この方法では、スラリヌの流

動過皋ず固化過皋が完党に分離し、粒子がその堎で

固定されるため、成圢䜓䞭の䞍均䞀や欠陥が発生し

にくいずいう利点がある。その他にも、スラリヌ調

補が珟圚䞀般的に䜿甚されおいる鋳蟌み成圢やテヌ

プ成圢ず同様であり、高濃床スラリヌが調補できれ

ば適甚可胜であるこずや、耇雑圢状の型を甚いたニ

アネットシェヌピングが可胜ずいった利点もある。 アルミナを粉䜓原料ずした報告が倚くなされおい

るが、Si3N46-10)、サむアロン 9,10)、TiN11,12)、YSZ13)

のような非酞化物、 Al2O3/ZrO214,15) あるいは

Al2O3/Cr2O316)の混合物、Fe 粉䜓 17)、Ni 合金スヌ

パヌアロむ18)のような金属粉䜓での成圢に関する

報告もされおいる。 スラリヌは、也燥時の収瞮および倉圢を抑制する

ために、高濃床50wt%以䞊に調補される。しか

しながら、耇雑圢状の型で成圢を行うために、適切

な流動性も確保しなければならない。 型内で固化させた成圢䜓は、脱型埌也燥させる。

ゲルキャスティング法では也燥させた段階で十分な

Fig. 2 Schematic showing the very uniform green dnsity

in a dried, gelcast silicon nitride rotor (diameter of ~18 cm)

匷床ずなるため、也燥䜓の加工も可胜である。Haはアルミナ粉䜓を原料ずしおゲルキャスティングで

䜜補した也燥䜓匷床が 30.MPa であり、加圧成圢

の 2.1MPa や鋳蟌み成圢の 1.4MPa に察し非垞に匷

床が高いこずを瀺しおいる 19)。たた、也燥および焌

結による成圢䜓の収瞮が小さく、たた、ほが均䞀で

あるため補品のばら぀きを生じにくく、この点にお

いおもニアネットシェヌピングに適しおいる。Fig.2に、ゲルキャスティングによる Si3N4 補タヌビンロ

ヌタヌの成圢䜓の密床分垃を瀺す 4)。平均密床

53.77に察し、党䜓的に±0.2のばら぀きしかな

く、最倧でも 0.4%のばら぀きであるこずがわかる。 氎系スラリヌにおいおは、モノマヌずしおアクリ

ルアミドずメチレンビスアクリルアミドが良く甚い

られる 1-3)。たた、毒性の䜎い有機物を甚いるこずも

怜蚎されおいる 4)。 モノマヌを甚いる堎合、無酞玠状態で反応を進行

させる必芁がある。ポリマヌネットワヌクを圢成さ

せるためのラゞカル重合反応が酞玠ず反応するず重

合が阻害され、ゲル化が進行しなくなるためである。

このため、䞀般的には窒玠雰囲気䞭で成圢を行う必

芁がある。たた、アクリルアミドなどは人䜓に有害

であるずいう問題もある。したがっお、倧気䞭での

固化、たた、環境や安党面から有機モノマヌ以倖の

ゲル化剀ずしお寒倩 20,21)やれラチン 22)を甚いたゲ

ルキャスティングが怜蚎されおいる。これらは、ゲ

ルキャスティングプロセスにおいおモノマヌの代わ

りに加え、溶解させる。他のプロセスはモノマヌを

甚いる堎合ず同じである。寒倩を甚いる堎合には、

85℃以䞊の高枩で溶解させる必芁があり、加熱䞭に

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氎分が蒞発し粒子が凝集しおしたい、スラリヌの粘

床が増加する点に気を぀ける必芁がある。これに察

しれラチンは、40℃皋床の枩床ですぐに溶解する点

で寒倩よりも利甚しやすいが、固化させるために

pH を制埡する必芁がある 23)。4 以䞋では利甚

できないが 24)、Vandeperre らは、Darven C を分散

剀ずしお甚いお調補したアルミナスラリヌのHは

玄であり 25)固化には問題なく、成圢前の固化を防

止するために、スラリヌは 35℃以䞊に保぀必芁があ

るずしおいる。Chen らは 22)、れラチンを甚いたア

ルミナのゲルキャスティング成圢では、れラチン濃

床の増加に䌎い、也燥䜓の匷床が向䞊し、れラチン

濃床 4.5wt%で 8Mの匷床ずなるこずを瀺しお

いる。れラチン濃床を増加させるずさらに匷床は䞊

昇するが、匷床のばら぀きも倧きくなるため

50-55wt%のアルミナ濃床に察しおは 4-5wt%のれ

ラチンが適圓であるずしおいる。焌成埌は 15-16の収瞮量であり、曲げ匷床は 304.5Ma に達しおい

る。

3. ゲルキャスティング法を甚いた

倚孔䜓セラミックスの成圢 ゲルキャスティング法では、重合前のスラリヌに

気泡を導入し重合を開始するこずにより、倚孔質な

成圢䜓を埗るこずが可胜である 5,20,21,26-31)。倚孔化す

る堎合のゲルキャスティングの手順を Fig.3 に瀺す。

基本的には、緻密䜓を成圢するのず同じ手順である

が、導入した気泡をスラリヌが固化するたで維持す

るために、スラリヌに界面掻性剀を加える。気泡の

導入は機械的な撹拌によっお行われる。ゲルキャス

ティングを甚いた倚孔䜓成圢は他の倚孔䜓セラミッ

ク成圢法に比べお非垞に高い気孔率が埗られ、80以䞊の気孔率も可胜である。匷床的な面から芋おも

この方法は䜎枩焌成法やレプリカ法より優れおい

る。これは䜎枩焌成ではマトリックス郚が完党に

緻密化されずたたレプリカ法では倚量の有機物

が分解する際にマトリックス郚に埮小クラックを圢

成するためである。Innocentini ら 32)はゲルキャス

ティング法で䜜補した倚孔䜓はレプリカ法に比べお

高い匷床を瀺すこずを報告しおいる。 倚孔䜓セラミックスに関しおは、密床、気孔率開

気孔、閉気孔率、気孔埄、匷床、熱䌝導率、透過率、

吞音率などにより評䟡され、これらの特性を生かし

おフィルタヌ、センサヌ、觊媒、建材等ぞ応甚され

る。これらの物性の䞭で、特に気孔率および気孔埄、

Fig. 3 Gelcasting flowchart for porous ceramic

぀たり倚孔䜓の気孔構造が重芁な意味を持぀。な

ぜなら、倚孔䜓の物性、特性のほずんどが気孔構造

に倧きく䟝存しおいるためである。したがっお、倚

孔䜓セラミックス䜜補では、気孔構造の制埡も重芁

な芁玠ずなる。぀たり、気孔構造を制埡するこずに

より、倚孔䜓の特性を向䞊させるこずが可胜である。

次章では、ゲルキャスティングを甚いた倚孔䜓䜜補

における気孔構造制埡に぀いお述べる。

. 気孔構造制埡 ゲルキャスティング法を甚いた倚孔䜓補造におけ

る気孔制埡は、基本的にはスラリヌ䞭に導入した気

泡の状態倉化を利甚する。界面掻性剀皮類、ゲル化

剀添加量やスラリヌ枩床倉化による固化時間、スラ

リヌ濃床等を倉化させるこずにより気孔埄や気孔率

を制埡可胜である。界面掻性剀の皮類を倉化させた

堎合、気泡の状態が倉化し気孔埄や気孔率が倉化す

る。ゲル化剀添加量やスラリヌ枩床倉化ではゲル化

時間が倉化し、気泡の合䜓、膚匵、収瞮の結果、気

孔埄が倉化する。したがっお、界面掻性剀の皮類や

ゲル化時間を適切に倉化させるこずにより、気孔埄、

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ゲルキャスティングによる倚孔䜓セラミックス成圢ずその応甚

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Fig. 4 Double layered porous alumina (φ70mm, d

20mm) produced via the different routes, where the development of the pores was controlled by changes of (A) the surfactants, (B) the gelation agents, and (C) the slurry temperature

気孔率が制埡可胜である。 これらの気孔制埡を応甚し、傟斜気孔構造を有す

る倚孔䜓セラミックスの䜜補が可胜ずなる。スラリ

ヌに気泡を導入した埌、也燥に䌎うゲル化時間が、

空間぀たり成圢䜓の内郚䜍眮により倉化するこずを

利甚し、気孔の状態を制埡する。䟋えば、型䞊郚の

スラリヌ䞭では気泡の膚匵、合䜓による気孔埄の増

加を生じ、型䞋郚のスラリヌでは圧力による収瞮や

浮力による䞊昇により気孔埄の枛少を生じる。ゲル

化時間を調補しこれらの珟象を適切に生じさせるこ

ずで、同䞀成圢䜓内で気孔埄が傟斜的に倉化する倚

孔䜓の䜜補が可胜である。 ゲルキャスティング法を甚いた倚孔䜓補造におけ

る気孔制埡は、基本的にはスラリヌ䞭に導入した気

泡の状態倉化を利甚する。界面掻性剀皮類、ゲル化

剀添加量やスラリヌ枩床倉化による固化時間、スラ

リヌ濃床等を倉化させるこずにより気孔埄や気孔率

を制埡可胜である。界面掻性剀の皮類を倉化させた

堎合、気泡の状態が倉化し気孔埄や気孔率が倉化す

る。ゲル化剀添加量やスラリヌ枩床倉化ではゲル化

時間が倉化し、気泡の合䜓、膚匵、収瞮の結果、気

孔埄が倉化する。したがっお、界面掻性剀の皮類や

ゲル化時間を適切に倉化させるこずにより、気孔埄、

気孔率が制埡可胜である。 スラリヌに気泡を導入した埌、也燥に䌎うゲル化

時間が、空間぀たり成圢䜓の内郚䜍眮により倉化す

Fig. 5 Interface layer of double layered porous alumina

Fig. 6 Schematic representation of experiment apparatus

for fabrication of porous ceramics

るこずを利甚し、気孔の状態を制埡するこずも可胜

である。䟋えば、型䞊郚のスラリヌ䞭では気泡の膚

匵、合䜓による気孔埄の増加を生じ、型䞋郚のスラ

リヌでは圧力による収瞮や浮力による䞊昇により気

孔埄の枛少を生じる。ゲル化時間を調補しこれらの

珟象を適切に生じさせるこずで、同䞀成圢䜓内で気

孔埄が傟斜的に倉化する倚孔䜓の䜜補が可胜である。 別の手法ずしお、異なる 2 皮類のスラリヌを積局

するこずにより気孔構造を倉化させる手法もある27。界面掻性剀やゲル化剀添加量を倉化させるこず

により気孔構造が異なるスラリヌを 2 皮類甚意し、

型に流し蟌んだ䞀方のスラリヌの䞊に他方のスラリ

ヌを流し蟌むこずにより䜜補する。スラリヌは混ざ

り合うこずなく固化し、異なる皮類の気孔構造を

有した成圢䜓が完成する。この方法は、気孔埄や気

孔率を独立しお倉化させるこずが可胜であるため、

より任意の気孔状態を持たせるこずが可胜である。

Fig.4 に、この方法で䜜補した、異なる気孔構造の

倚孔䜓の䟋を瀺す。Fig.4Aは界面掻性剀皮類の

倉化、Fig.4(B)はゲル化剀添加量の倉化、Fig.4C

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はスラリヌ枩床の倉化により気孔構造を倉化させた

倚孔䜓である。党おの倚孔䜓で䞡面で機構構造が異

なっおいるこずがわかる。Fig.5 に、2 皮類のスラリ

ヌ接合郚の断面を瀺す。境界面の䞊䞋ではっきりず

気孔構造が異なっおおり、2 局に分離しおいるこず

がわかる。たた、接合界面に境界局や欠陥等は党く

芋られず、完党に接合しおおり、この方法による気

孔構造積局倚孔䜓の圢成が可胜であるこずがわかる。 Zhangらの報告では、Fig.6に瀺す装眮を甚いお、

連続的にスラリヌを発泡させおいる 20)。この方法で

䜜補した倚孔䜓は、埓来法で䜜補した倚孔䜓よりも

開気孔率および党気孔率が倧きくなり、たた気孔埄

の分垃も幅広くなっおいる。その結果、透過率が 䞊昇し、熱䌝導率が䜎䞋しおいる。

5. ゲルキャスティングにより䜜補した

倚孔䜓の応甚䟋 ゲルキャスティングにより䜜補した倚孔䜓セラミ

ックスの応甚䟋がいく぀か発衚されおいる。ここで

は、ゲルキャスティングにより䜜補した機胜性倚孔

䜓に関しお、筆者らが行っおきた成果を䞭心に簡単

に説明する。 5-1 フィルタヌ セラミックス倚孔䜓を利甚したフィルタヌは、高

枩䞋で䜿甚が可胜であり、工業的にも応甚範囲が広

い。この特城を利甚しお、自動車の排気ガスフィル

タヌなどでの応甚が怜蚎されおいる。フィルタヌず

しおの性胜向䞊を目的ずした堎合、透過率に着目す

る必芁がある。ゲルキャスティングにより䜜補した

倚孔䜓は、開気孔率を制埡するこずにより透過率の

向䞊を図るこずが可胜である。さらに、気孔構造を

倉化させるこずにより、フィルタヌずしおの性胜を

向䞊させるこずも怜蚎されおいる。䟋えば、前章で

瀺した 2 皮類の気孔率構造を有する倚孔䜓は、フィ

ルタヌずしおの応甚を考えお䜜られおいる。现かい

気孔を持぀局は粉塵等がフィルタヌ内に入り蟌むの

を防止する効果があり、倧きな気孔を持぀局は透過

率が倧きくなり、圧力䜎䞋を防止する。これらの効

果により、集塵胜力に優れ、か぀胜力が䜎䞋しにく

いフィルタヌずしお利甚できる。 Fig.7 に瀺すのは、剣山状に突起の぀いた型を甚

いお䜜補した、コヌディ゚ラむトのゲルキャスティ

ング成圢䜓である 28。突起による圢成される穎は

Fig. 7 Mold assembly and porous cordierite body

成圢䜓を貫通しおいない。この圢状により、集塵効

果を維持しながら透過率を向䞊させるこずができお

いる。 5-2 導電性セラミックス 非導電性材料であるアルミナを原料ずしたセラミ

ックスでは、䞀般的には金属酞化物などの導電性酞

化物ずの耇合材料ずするこずにより導電性を䞎える。

しかしながら、機械的な撹拌による混合を甚いるた

め、均䞀で連続的な導電パスを圢成するこずが非垞

に困難である。これに察し、ゲルキャスティング法

を甚いお䜜補した成圢䜓䞭には、ラゞカル重合によ

る緻密か぀均䞀なポリマヌネットワヌクが圢成され

おいる。成圢䜓党䜓に均䞀に圢成されるこのネット

ワヌクを利甚した導電性材料の開発が行われおいる。

通垞の焌成ではポリマヌネットワヌクは消倱しおし

たうが、䞍掻性還元雰囲気䞭で焌成を行うこず

により、ポリマヌネットワヌクをそのたたカヌボン

ネットワヌクに倉化させ、これを導電パスずするこ

ずにより導電性が埗られる。䞍掻性ガスずしおは、

N2や Ar が候補ずなるが、N2ガスを甚いた堎合には

以䞋の反応により AlN が生成する。 Al2O3(s)C(s)→Al2O(g)(g)  Al2O(g)C(s)N2(g)→2AlN(s)CO(g)  C(s)CO2(g)→2CO(g) 

これらの反応は 1375℃から 1552℃で生じる。

1550℃で雰囲気を倉化させお焌成埌、XRD で枬定

した結果、倧気䞭で焌成した堎合にはアルミナのみ

であるが、窒玠雰囲気䞭で焌成するこずによりカヌ

ボンおよび AlN が存圚するこずが報告されおいる32。還元焌成した埌さらに倧気䞭で焌成した堎合、

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カヌボンは消倱しおしたっおいる。䞀方、Ar ガス䞭

で焌成した堎合には反応物は圢成されない。 こうしお䜜補した導電性セラミックスは緻密な 3次元構造の導電パスを圢成しおおり、異方性がない。

珟圚では、モノマヌ量を導電率決定のパラメヌタの

1 ぀ずしおおり、モノマヌ量を増加させるこずによ

り導電率が䞊昇しおいる。しかしながら、その関係

性は完党には解明されおおらず、今埌はカヌボン量

の制埡、焌成条件の最適化により導電率の制埡が行

えるず考える。たた、成圢過皋は通垞のゲルキャス

ティングを倉わらないため、倚孔䜓化も容易である。

たた、ポリマヌネットワヌクを利甚したプロセスで

あるため、気孔率を増加させた堎合にも連続的な導

電パスの圢成が容易であるず考えられる。 5-3 廃棄物を利甚した倚孔䜓 環境問題ぞの察応が叫ばれおいる珟圚、リサむク

ルは重芁な課題である。セラミックス補造においお

は、鉱山、工堎や䞀般家庭から排出される廃棄物キ

ラ、ガラス廃材等を未利甚原料ずしお甚いるこず

により、廃棄物の有効利甚が可胜になる 21。さらに、

こうしお䜜補したセラミックスを再び砎砕しお原料

ずしお甚いるこずにより、゚ンドレスなリサむクル

システムが構築される。ただし、廃棄物の利甚には

問題も倚い。最近のセラミックススラリヌの調敎は

粒床分垃などを厳密に制埡しお、優れた品質を実珟

しおいる堎合が倚い。廃棄物を原料ずする堎合には

材料組成、粒床分垃を䞀定にするこずはほが䞍可胜

であり、成圢適正条件の広いプロセスが必芁ずなる。

たた、適切な成圢条件で埗られた成圢䜓が十分な性

胜を有しおいるこずが必芁である。 埓来の建材補造では、粘土やカオリンなどの可塑

性材料を甚いるが、これらは焌成によっお可塑性を

倱うため可塑性材料ずしおの再利甚は䞍可胜である。

したがっお、これらの材料は新芏に採取しお甚いる

必芁があり、倩然原料である粘土などの枯枇が危惧

される。そこで、可塑性材料に䟝存しない成圢が可

胜なゲルキャスティング法が怜蚎された。ゲルキャ

スティング法では、スラリヌの流動過皋ず固化過皋

が完党に分離しおいるため、可塑性材料を甚いる必

芁が無い。さらに、原料ずしお廃ガラス、窯業原料

廃材、研磚剀廃棄物などを甚いるこずで未利甚原料

の掻甚が行える。さらに、こうしお䜜補したセラミ

ックス材料は、砎砕しお再び原料ずしお甚いるこず

が可胜であるず考えられる。 Fig.8 に、実際に廃棄物を甚いお䜜補した倚孔䜓

Fig. 8 Porous ceramic tile fabricated by using natural gel

polymer and waste resources

セラミックスの䟋を瀺す。環境ぞの配慮ずしお、ゲ

ル化材ずしお倩然材料の寒倩を甚いおいる。 䜜補した廃棄物倚孔䜓セラミックスを砎砕し、粒 床等を調敎した埌にこれを原料ずしお倚孔䜓を䜜補

した堎合、焌成過皋での焌結挙動が異なり、気孔分

垃が䞍均䞀になり、嵩密床が倧きくなり匷床が䜎䞋

しおいる。緻密化を阻害する耐火材量産廃粘土な

どを少量添加するこずにより、最初の焌成䜓ず同

等の特性が埗られおいる。

6. たずめ 新しいセラミックス成圢プロセスずしお、ゲルキ

ャスティング法およびゲルキャスティング法を甚い

た倚孔䜓䜜補に぀いお説明した。 ゲルキャスティング法はニアネットシェヌピング

やセラミックスの倚機胜化ぞの芁求に察応可胜であ

るプロセスであり、今埌さらに研究・開発が進むこ

ずを期埅する技術である。 さらに、䜎環境負荷材料ずしおの可胜性も瀺され

おおり、補造・補品利甚・リサむクルの流れの䞭で

環境に配慮した開発が行われおおり、高機胜、䜎環

境負荷材料の開発が期埅される。 今埌は、ゲルキャスティング法が、他の成圢法を

はじめずする様々な技術ず融合するこずにより、さ

らに新しい技術ぞず発展しおいくこずを期埅する。 参考文献 1) O. O. Omatete, M. A. Janney, R. A. Strehlow:

Gelcasting - a new ceramic forming process, Am. Ceram. Soc. Bull. 70(10) (1991) 1641-1649

2) A. C. Young, O. O. Omatete, M.A. Janney, P.A. Menchhofer: Gelcasting of alumina, J. Am. Ceram. Soc., 74(3) (1991) 612-618

3) S.D. Nunn, O.O. Omatete, C.A. WallsD.L. Barker:

Page 7: Forming and Application of Porous Ceramics by Gelcastingmaking complex-shaped ceramic bodies. In this process, a ceramic powder slurry is prepared with a water-based In this process,

竹䞊匘地、藀 正督、高橋 実

- 39 -

Tensile strength of dried gelcast green bodies, Ceram. Eng. Sci. Proc. 15(4) (1994) 493-498

4) M.A. Janney, O.O. Omatete, C.A. Walls, S.D. Nunn, R.J. Ogle, G. Westmoreland: Development of low-toxicity gelcasting systems, J. Am. Ceram. Soc., 81(3)(1998)581-591

5) P. Sepulveda: Gelcasting foams for porous ceramicsAm. Ceram. Soc. Bull. 1997, 76(10), 61-65

6) J-P. Maria, J.O. Kiggans jr., T.N. Tiegs, S.D. Nunn: Gelcasting of sitered reaction bonded silicon nitride for improved mechanical properties, Ceram. Eng. Sci. Proc. 16 (1995) 1071-1075

7) O. O. Omatete, T.N. Tiegs, A.C. Young: Gelcast Reaction Bonded Silicon Nitride Composites, Ceram. Eng. Sci. Proc. 12(7-8) (1991) 1257-1264

8) O.O. O.atete, M.A. Janney: Gelcasting: From laboratory development toward industrial production, Shaping of Advanced Ceramics (1995) 255-258

9) O.O. Omatete, R.A. Strehlow, C.A. Walls: Drying of gelcast ceramics, Ceramic Transactions (1992), 26 101-107

10) O.O. Omatete, A. Bleier: Tailoring suspension flow for the gelcasting of oxide and nonoxide ceramics, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 346 (1994) 357-363

11) R. Wasche, G. Steinborn: Gelcasting of nanosized Titanium Nitride, Shaping of Advanced Ceramics (1995) 267-270

12) R. WÀsche, G. Steinborn: Influence of the Dispersants in Gelcasting of Nanosized TiN, J. Eur. Ceram. Soc., 1997, 17, 421-426

13) Yunfeng Gu, Xingqin Liu, Guangyao Meng , Dingkun Peng: Porous YSZ ceramics by water-based gelcasting, Ceramics International 25 (1999) 705-709

14) O.O. Omatete, A. Bleier, C.G. Westmoreland, A.C. Young: Gelcast Zirconia-Alumina Composites, Ceram. Eng. Sci. Proc. 12(9-10) (1991) 2084-2094

15) A. Bleier, O.O. Omatete: Rheology and microstructure of concentrated Zirconia-Alunina suspensions for gelcasting composotes, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 289 (1993) 109-115

16) R. WÀsche, B. Weiß, G. Steinborn: Sintering and characterisation of gelcast alumina-Chromia reaction bonded ceramics, Ceramic Transactions (1995), 51 531-535

17) M.A. Janney, W. Ren, G.H. Kirby, S.D. Nunn, S. Viswanathan, Gelcast tooling: Net shape casting and

green machining, Materials and Manufaacturing Process, 13(3) (1998) 389-403

18) M.A. Janney: Gelcasting superalloy powders, P/M in Aerospace, Defense and Demanding Applications--1995, Proceedings of the International Conference on Powder Metallurgy in Aerospace, Defense and Demanding Applications, 4th, Anaheim, Calif., May 8-10, 1995 (1995), 139-146

19) Jung-Soo Ha: Effect of atmosphere type on gelcasting behavior of Ai2O3 and evaluation of green strength, Ceramics International 26 (2000) 251-254

20) F.Z. Zhang, K. Takeaki, M. Fuji and M. Takahashi: Gelcasting fabrication of porous ceramics using a continuous process, J. eur. Ceram. Soc., 2006, 26(1), 667-671

21) K. Jono, M. Fuji and M. Takahashi: Porous ceramics for building materials fabricated by in situ solidification using natural polymer and waste resources, J. Ceram. Soc. Jpn., 2004, 112(5), S138-S143

22) Y. Chen, Z. Xie, J. Yang and Y. Huang: Alumina Casting Based on Gelation of Gelatine, Journal of the Ceramic Society 19 (1999) 271-275

23) A.G. Ward. and A. Courts: The Science and Technology of Gelatinee, Academic Press, London, 1977

24) O.R. Fennea: Food Chemistry, Marcel Dekker, New York, 1996

25) L.J. Vandeperre, A.M. De Wilde, J. Luyten: Gelatin gelcasting of ceramic components, J. Mater. Proc. Tech.

26) M. D. M. Innocentini, P. Sepulveda, V. R. Salvini and V. C. Pandolfelli: Permeability and structure of cellular ceramics: a comparison between two preparation techniques, J. Am.Ceram. Soc., 1998, 81(12), 3349-3352

27) M. Takahashi, T. Mizuno, Y. Shiroki, T. Yokoyama, H. Abe and M. Naito: Porous alumina with a double-layered structure fabricated by pore-controlled in situ solidification, Ceramic PowderScience VI, Ceramic Transactions, Vol.112, ed. S. Hirano, G. L.. Messing and N. Claussen. American Ceramic Society, Westerville, OH, 2001, pp.559-564

28) S. Izuhara, K. Kawasumi, M. Yasuda, H. Suzuki and M. Takahashi: Highly porous cordierite ceramics fablicated by in situ solidification, Ceramic

Page 8: Forming and Application of Porous Ceramics by Gelcastingmaking complex-shaped ceramic bodies. In this process, a ceramic powder slurry is prepared with a water-based In this process,

ゲルキャスティングによる倚孔䜓セラミックス成圢ずその応甚

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PowderScience VI, Ceramic Transactions, Vol.112, ed. S. Hirano, G. L.. Messing and N. Claussen. American Ceramic Society, Westerville, OH, 2001, pp. 553-558

29) K. Adachi, M. Fuji and M. Takahashi: Fabrication of porous construction ceramics by gelcasting of waste resources, Materials Processing for Properties and Performance, Vol 2, ed. K. A. Khor, Y. Watanabe, K. Komeya and H. Kimura. Institute of Materials East Asia, 2004, pp.219-225

30) X. Liu, J. Gao, Y.Liu, R. Peng, D. Peng and G. Meng: Microstructure and electrical properties of

porous T1-xCaxFeO3 cathode materials by gelcasting process, Solid State Ionics, 2002, 152-153, 531-536

31) P. Sepulveda, J. G. P. Binner: Processing of cellular ceramics by foaming and in situ polymerization of organic monomers, J. Eur. Ceram. Soc., 1999, 19(12), 2059-2066

32) Murilo D. M. Innocentini, Pilar Supulveda, Vania R. Salvini, Victor C. Pandolfulli, Jose R. Coury: Permeability and Structure of Cellular Ceramics: A Comparison between Two Preparation Techniques, J. Am. Ceram. Soc., 81, 3349 (1998)


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