磷酸铝-金属氧化物接合体及其制造方法_3

文档序号:9354347阅读:来源:国知局
孔的一体型结构体状的结构 体。金属氧化物为具有多个贯通孔的一体型结构体状的结构体时,优选以贯通孔的内壁 面为接合面。即,优选将晶种引入用浆料涂布在具有多个贯通孔的一体型结构体状结构体 (金属氧化物)的贯通孔的内壁面。此时,必须使用贯通孔的内壁面(接合面)配置了"接 合促进物质"的具有多个贯通孔的一体型结构体状的结构体。作为具有多个贯通孔的一体 型结构体状的结构体(金属氧化物),可以是结构体整体分散有"接合促进物质"。此外,作 为具有多个贯通孔的一体型结构体状的结构体(金属氧化物),也可以是"表面为接合面的 表面层"含有"接合促进物质"(表面层以外的部分可以含有或者不含"接合促进物质")。 此外,上述"表面为接合面的表面层"可以是通过烧成而与金属氧化物结合的层,也可以是 附着在金属氧化物表面的层。"附着在金属氧化物表面的层"指的是,并未通过烧结结合在 金属氧化物的表面,只是在金属氧化物的表面涂布了原料浆料并干燥的层。
[0050] 具有多个贯通孔的一体型结构体状的结构体(金属氧化物)的制造方法,并无特 别限定,可以使用众所周知的方法。可举出例如,将含有规定陶瓷原料的成形原料混炼,使 用可以形成为具有多个贯通孔的一体型结构体状的成形体模口挤出成形,得到具有多个贯 通孔的一体型结构体状的成形体。之后,通过干燥、烧成,得到具有多个贯通孔的一体型结 构体状的结构体(金属氧化物)的方法。此外,也可以在通过挤出成形得到的成形体的贯 通孔内,再涂布陶瓷原料、烧成,形成多层的贯通孔内壁。然后,可以将露出在该多层中的表 面的层,作为含有上述"接合促进物质"的表面层。此外,具有多个贯通孔的一体型结构体 状的结构体(金属氧化物),也可以在贯通孔的内壁面具有"未烧结的膜状层"。例如,作为 "未烧结的膜状层",可举出氢氧化钠层等。此时,氢氧化钠中的钠成为"接合促进物质"。
[0051] "接合促进物质"的含有率,对于配置于金属氧化物接合面的物质整体,为0. 3~ 30. 0质量%,更优选0. 5~20质量%,特别优选2~10质量%。少于0. 3质量%的话,有 时难以使磷酸铝与金属氧化物的接合状态变得良好。多于30. 0质量%的话,有时接合强度 会下降。
[0052] 将晶种引入用浆料涂布在具有多个贯通孔的一体型结构体状的结构体(金属氧化物) 的贯通孔的内壁面时,优选向该贯通孔内注入晶种引入用浆料,在贯通孔的内壁面膜状涂 布晶种引入用浆料。然后,优选对膜状的晶种引入用浆料进行干燥。在贯通孔的内壁面呈 膜状涂布晶种引入用浆料、使其干燥的操作,优选进行1~3次,更优选进行1~2次。
[0053] 金属氧化物的其他各条件,优选为上述的本发明的磷酸铝-金属氧化物接合体中 的优选条件。
[0054] (2-2)合成工序; 合成工序是通过以下方法得到磷酸铝-金属氧化物接合体的工序。首先,将涂布了晶 种引入用浆料的金属氧化物,浸渍于含有铝源原料、结构导向剂及磷酸的成膜用原料溶液 中。然后,进行水热合成,在金属氧化物的接合面上配设磷酸铝,得到磷酸铝-金属氧化物 接合体的工序。
[0055] 成膜用原料溶液,优选是在密闭容器中加入铝源原料、结构导向剂、磷酸、水等而 调制。作为铝源原料,可举出三异丙醇铝、硫酸铝、氢氧化铝、铝酸钠等。其中,优选三异丙 醇铝。作为结构导向剂,可举出四乙基氢氧化铵、N,N_二异丙基乙二胺等。其中,优选四乙 基氢氧化铵。
[0056] 原料溶液中的铝源原料的含量,相对于磷酸100摩尔,优选为30~150摩尔。原 料溶液中的结构导向剂的含量,相对于磷酸1〇〇摩尔,优选为50~150摩尔。原料溶液中 的水的含量,相对于磷酸100摩尔,优选为12000~50000摩尔。
[0057] 接着,将涂布了晶种引入用浆料的金属氧化物浸渍于成膜用原料溶液。
[0058] 接着,通过水热合成,在金属氧化物的接合面上配设磷酸铝,得到磷酸铝_金属氧 化物接合体。具体的,优选将成膜用原料溶液以静置状态进行130~170°C、10~50小时 加热,进行水热合成。由此,可以在金属氧化物的接合面上配设磷酸铝,得到磷酸铝-金属 氧化物接合体。
[0059] 之后,优选燃烧除去磷酸铝膜含有的结构导向剂。燃烧除去时,优选进行350~ 420°C、10~100小时加热。
[0060] 上述方法是通过在结构物表面上使膜生长,从而在结构物上接合磷酸铝膜,制作 接合体的方法。 实施例
[0061] 以下通过实施例更具体说明本发明,但本发明不限定于这些实施例。
[0062](实施例1) (1)磷酸铝(A1P04-18)晶种的制作 在氟树脂制的l〇〇ml的密闭容器中加入6. 15g的三异丙醇铝(关东化学社制)后,加 入40.078的35%四乙基氢氧化铵(3丨81]^-41(11^(311公司制),进行搅拌。由此,三异丙醇错 完全溶解于四乙基氢氧化铵。向其中加入纯水20g,再进行搅拌。之后,用滴管缓慢滴下加 入85%磷酸(3丨81^41办1吐公司制)10.988。滴加后,用2.8(^的纯水清洗滴管,将清洗 后的液体加入密闭容器。之后,持续搅拌约120分钟,得到透明的原料溶液。四乙基氢氧化 铵为结构导向剂。
[0063] 接着,实施磷酸铝(A1P04_18)结晶(晶种)的合成。具体的,将80g原料溶液加 入内容积l〇〇ml的带氟树脂制内筒的不锈钢制耐压容器。然后,将容器中的原料溶液在 静置状态下进行150°C、20小时加热(进行水热合成)。水热合成后,回收分散了磷酸铝 (A1P04-18)结晶的溶液,加入纯水,进行离心分离,通过重复2次操作,进行洗净。将一部分 以80°C干燥一晚,得到干燥粉末(磷酸铝(A1P04-18)晶种)。通过XRD测定(粉末X射线 衍射测定),得到的粉末的结晶相确认为A1P04-18。
[0064] (2)具有多个贯通孔的一体型结构体状的多孔性金属氧化物的准备 具有多个贯通孔的一体型结构体状的多孔性金属氧化物如下得到,向具有多个贯通孔 的一体型结构体状的氧化铝-氧化钛复合材料(无表面层)的贯通孔内,注入含有氧化铝 及氯化镁的浆料,通过用分隔壁过滤,在内壁面附着固体成分,进行烧成,由此得到。被烧成 的上述"附着在内壁面的固体成分"的表面即为"表面层"。固体成分的主成分是固溶了镁 元素的氧化铝。
[0065] 具有多个贯通孔的一体型结构体状的多孔性金属氧化物,具有30个贯通孔。该贯 通孔的开口直径为2. 34_。具有多个贯通孔的一体型结构体状的多孔性金属氧化物的贯通 孔延伸方向上的长度为160_。构成多孔性金属氧化物的金属氧化物,具体是氧化铝-氧化 钛复合材料,氧化铝(A1203)和氧化钛(Ti02)的混合比为约60 :1(氧化铝:氧化钛)。作为 具有多个贯通孔的一体型结构体状的多孔性金属氧化物,使用的是在贯通孔的内壁面(接 合面)上,氧化铝中含有10质量%的镁(接合促进物质)。具有多个贯通孔的一体型结构 体状的多孔性金属氧化物的贯通孔内,具有含镁10质量%的"表面层"。
[0066] (3)晶种浆料的涂布 通过使磷酸铝晶种分散于水(晶种引入用浆料的分散剂),制作晶种引入用浆料(晶种 浆料)。磷酸铝晶种的浓度为〇. 1质量%。
[0067]向具有多个贯通孔的一体型结构体状的多孔性金属氧化物的贯通孔(孔格)内, 注入晶种引入用浆料,在贯通孔的内壁面涂膜晶种引入用浆料。之后,在风速2~7m/秒的 条件下,向贯通孔内通入30分钟的室温空气,对涂布成膜在贯通孔内的壁面上的晶种引入 用浆料进行干燥。上述操作合计重复2次,得到磷酸铝晶种附着于贯通孔内壁面的多孔性 金属氧化物。
[0068] (4)成膜用原料溶液的调制 接着,在氟树脂制容器中加入4. 72g的三异丙醇铝(关东化学社制)后,加入30. 71g的35%四乙基氢氧化铵(Sigma-Aldrich公司制),进行搅拌。由此,三异丙醇铝完全溶解 于四乙基氢氧化铵。向其中加入纯水43g,再进行搅拌。之后,用滴管缓慢滴下加入"85% 磷酸(Sigma-Aldrich公司制)8. 41g稀释于12g纯水的液体"。之后,用101. 17g的纯水清 洗滴管,加入清洗后的液体。之后,持续搅拌约120分钟,调制出透明的成膜用原料溶液。
[0069] (5)水热合成 在容积300cm3的带氟树脂制内筒的不锈钢制耐压容器内,配置附着了晶种的多孔性金 属氧化物,加入成膜用原料溶液,进行150°C(合成温度)、30小时(合成时间)的加热处理 (水热合成)。由此,在多孔性金属氧化物的贯通孔内的壁面上接合磷酸铝(A1P04-18)膜。 之后,取出接合了磷酸铝(A1P04_18)膜的多孔性金属氧化物,进行48小时的水洗净。另外, 对"接合了磷酸铝(A1P04_18)膜的多孔性金属氧化物",在水洗后进行"(6)接合状态确认 试验",在"(6)接合状态确认试验"后进行"(7)加热处理"。
[0070] (6)接合状态确认试验 对于水洗后的"接合了磷酸铝(A1P04-18)膜的多孔性金属氧化物",通过以下方法进行 "接合状态确认试验"。结果如表1所示。另外,透过磷酸铝(A1P04_18)膜的N2量在测定装 置的测定下限值以下。测定N2量时,用N2将贯通孔内加压至约200kPa,用皂膜流量计测定 该状态下透过磷酸铝膜的N2流量。测定限界为10 5〇7(分?m2 ?kPa))。
[0071] (7)加热处理 对于水洗后的"接合了磷酸铝(A1P04-18)膜的多孔性金属氧化物",进行400°C、10小 时的加热处理。通过该加热处理,燃烧除去磷酸铝(A1P04-18)膜中含有的四乙基氢氧化铵, 得到磷酸铝-金属氧化物接合体。
[0072] (8)透过试验 对于得到的磷酸铝-金属氧化物接合体,通过以下方法进行"透过试验"。"透过试验" 中,第一物质为水,第二物质为乙醇。此外,第一物质/第二物质(摩尔比)为50/50。此 外,2次侧的压力(规定压力)为50t〇rr,规定温度为70°C。结果是,仅水透过,水的透过量 为lkg/h?m2〇
[0073](接合状态确认试验) 用队将磷酸铝-金属氧化物接合体的贯通孔内以200kPa加压,确认N2对于2次侧(金 属氧化物接合体的内部侧)的透过量。然后,从队的透过量,算出磷酸铝膜
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