成果報告書詳細
管理番号100012480
タイトル平成19年度成果報告書 「ナノ多孔体構造をもつセラミックスの材料技術」に関する調査」
公開日2009/4/24
報告書年度2007 - 2007
委託先名株式会社日鉄技術情報センター
プロジェクト番号Q05012
部署名ナノテクノロジー・材料技術開発部
和文要約断熱、熱遮熱、触媒、フィルターなどセラミックスのナノオーダーの多孔体構造を利用した技術の発展が期待されている。本調査では、ナノ多孔体構造をもつセラミックスについての合成法、諸特性、評価法、断熱材等の用途等についての調査研究を行い、「マルチセラミックス膜新断熱材料の開発」のプロジェクトに資することを狙う。1.ナノ多孔体セラミックス合成技術の調査粉体製造に関して注目すべき主なものとしては、界面活性剤テンプレート法を用い、マイクロ波水熱法でマイクロ気孔-メソ気孔のシリカ多孔体の作製、活性炭繊維を気孔形成テンプレートとして、超臨界流体法を用い、活性炭繊維のマクロ構造を転写したシリカ多孔体の作製、マイクロエマルジョン法によるメソポーラスシリカの作製、等があり、マイクロポア、メソポアおよびマクロポアを形成する。多孔体製造に関して注目すべき主なものとしては、セラミックス粉末の水分散スラリーに起泡剤を添加、型に鋳込み、焼成する多孔体の作成、ナノ粒子とセラミック繊維をメカニカル処理後、乾式プレス成形した不焼成ナノボンディングの作製、セラミックス粉末、溶液状泡立剤、架橋剤を用いオートクレーブで反応させ、焼成する多孔体の作製、膨潤性粘土鉱物原料を用い、ゾルーゲル状態を調整した後、凍結乾燥法による成形体を焼成する多孔体の作製、等があり、気孔率80-98%の多孔体を製造する。2.ナノ多孔体セラミックス諸特性把握に関する調査ナノ多孔体セラミックスの断熱性、強度、透明性等について調査した。0.002W/(mK)級の極低熱伝導率測定には、平板比較法の改善法が適用されている。NISTの標準平板を使用しており、まだJIS規格等にはなっていない。強度測定としては、破壊時点の応力と言うよりも、圧縮過程の応力-歪み曲線を測定して、傾き、あるいは、ある歪み値における応力で比較する方法が適用しうると考える。へイズ値、透明性等の光学的特性値はJIS等の規格の適用が一般的である。3.ナノ多孔体セラミックス技術の断熱材料等への応用に関する調査現状使用されているものは、マイクロサーム、エアロゲルブランケット等がある。真空断熱材において外装材は有機シートが一般的で、金属フィルムを貼ったものもある。芯材として、硬質ウレタンフォーム、ポリエステル(PET)、グラスウールを用いるものがあり、測定精度の問題もあるが、0.003W/(mK)クラスの例がある。「マルチセラミックス膜断熱材料の開発」への応用の可能性としては、メソ気孔、マイクロ気孔を具備し、低熱伝導率化に寄与すると考える活性炭繊維を転写した繊維状の多孔質シリカの製法、凍結乾燥法を経て焼成し、気孔率98%の多孔体を得る製法、粒子集合体の断熱性に効果的と思われる粒子の二次構造(アグリ-ゲート、クラスター)の制御を狙う静電凝集法による被覆型複合粒子作製法や超臨界流体を用いた微粒子へのゾルコーティング法、ナノ粒子の特別な活性を利用するナノ粒子ボンディング法、粒子間接触ポイントの加熱や水熱合成におけるマイクロ波処理法等の応用可能性が考えられる。
英文要約Summary The development of the nano porous-body structure ceramics, such as heat insulation, thermal barrier, a catalyst, and a filter, is expected. Synthesizing methods of nano porous -body ceramics, their characteristics, an evaluation method and applications for insulation etc. were investigated in this survey. It aims at applying this result in the project of "development of the multi-ceramic membrane for new heat insulating material." 1. Investigation of nano porous-body ceramic synthesis technology As main things which should be observed about the fine-particles manufacture which has micro, meso and macro pores, it is the following. They are production of the silica porous body using the surface active agent template method and the microwave hydrothermal method, production of the silica porous body using activated carbon fiber as a pore formation template and the supercritical fluid method and production of the meso porous silica by the micro emulsion method. As main things which should be observed about the porous-body manufacture which has 80-98 porosity, it is the following. They are production of sintered porous body after casting suspension with foaming agent, production of sintered porous body after freeze drying of sol-gel materials with swelling clay fine particles and production of the non-sintered nano bonding by the dry type press forming of a nano grain and the ceramic fiber after mechanical alloying process. 2. Investigation about evaluation methods of nano porous-body ceramics Evaluation methods for heat insulation, strength and transparency of nano porous-body ceramics were investigated. The improving method of the steady state and plate comparison measurement is applied to ultra-low heat conductivity measurement. As strength evaluation, it is available to measure stress-strain curve of compressive process, and to remark the gradient of the curve or the steress in a certain strain. It is available to apply JIS standards for measuring Haze value and transparency. 3. Investigation about application of nano porous-body ceramic technology to heat insulating material etc. In recent, there are micro therm, aerogel blanket, etc. in the low thermal conductivity heat insulating material In vacuum-insulation packages, the polymer sheet and multi-layer sheets are common as outer packaging material. As core material, a hard urethane foam, polyester (PET), and glass wool are used. Although there is also a problem of measurement accuracy, there is an example of class 0.003W/(mK). As the possibility of the application to "development of the multi-ceramic membrane for new heat insulating material", the following matter can be considered.
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