CN1762675A - 陶瓷挤压成形用模具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了耐磨损性能良好并且可以显著降低不合格率的陶瓷挤压成形用模具。该模具是用于挤出陶瓷成形体的陶瓷挤压成形用模具，其与被挤压的陶瓷坯泥相接触的部分的表面粗糙度(Ra)大于等于0.1μm。

Description

陶瓷挤压成形用模具
技术领域
本发明涉及适用于例如陶瓷蜂窝结构体的挤压成形等的陶瓷挤压成形用模具，更具体地说，本发明涉及耐磨损性良好并且可以显著降低因陶瓷成形体的外周部分的成形缺陷等引起的不合格率的陶瓷挤压成形用模具。
背景技术
用于净化从内燃机、锅炉等排出的废气中的大气污染物质的催化剂的载体以及柴油微粒的捕集过滤器，主要使用陶瓷蜂窝结构体。
以往，作为这样的陶瓷蜂窝结构体的挤压成形使用的模具，已经知道具有下述结构的蜂窝成形用模具，即，具有在不锈钢以及SKD等母材的表面上用单元块设置沟状狭缝的模头，其背面侧上设置与狭缝相连通的内孔。
这样的蜂窝成形用模具，为了在调整各单元块的狭缝宽度的同时提高模头的耐久性，使用了表面覆膜，例如在单元块的主体的表面上形成镀镍层之后，再在镀镍层的表面上形成其成分为从TiC、TiN、TiCN中选择的一种或两种以上的物质的CVD或者PVD层，或者形成将SiC、金刚石、CBN等的硬质粉末分散在镀镍层中的复合镀层(例如参照特开平7-52129号公报)。
在特开平7-52129号公报中，公开了如图2所示的陶瓷蜂窝的挤压成形用模具，陶瓷坯泥的挤压方向为由上向下，内压板3可以调整流入模具内部的坯泥的量。模头1由压板2固定，由模头1和压板2的间隙中挤压出的坯泥调整形成陶瓷成形体4的外周部分。
此外，特开2002-283327号公报中记载了如图3所示的蜂窝结构体成形装置。图5是蜂窝结构体成形装置的垂直断面图，蜂窝结构体成形装置50具有模头54和在该模头54的下游一侧设置的压板55，所述的模头54具有导入成形原料的内孔53和挤出成形原料的狭缝52。使用该装置可以连续地挤压成形，制造蜂窝结构体61。
在蜂窝结构体成形装置50中，模头54由内侧部71和外周部72构成，内侧部71向下流一侧突出，与外周部72之间形成台阶高差部75，在内侧部71上具有成形蜂窝结构体的狭缝73，在外周部72上具有比狭缝73短的狭缝74。还有，在模头54和压板55之间形成用于成形蜂窝结构的外壁的间隙部57。另外，压块58和内压板59是用于固定模头54和压板55的夹具。
通过该蜂窝结构体成形装置50进行挤压成形时，如图3所示，成形原料通过模头54的上流一侧的挤压机(图中未显示)穿过模头54向下流一侧压出。这样，从在下流一侧开口的模头54的内侧部71上设置的狭缝73被挤压出来的成形原料，形成由许多个孔63构成的蜂窝结构。另一方面，由在模头54的外周部72上设置的狭缝74挤压出来的成形原料，如图3所示，由于间隙部57的作用，蜂窝形状被破坏，同时其行进方向改变，从挤出方向改变成向台阶高差部75的方向，在压板55开口的位置，再度改变前进方向为挤压方向，形成包围通孔63的外壁62。
进而，图4～图6是表示公开的蜂窝成形用模具的一个示例的断面图，其为如下结构的蜂窝成形用模具：在模具202(模头，以下省略)的成形材料(成形原料，以下省略)出口侧端面的外周部上切割掉一部分，在整个外周上形成台阶状部223，在模具202的成形材料出口侧端面的中央部和外周部之间设置台阶高差部224，围绕着台阶高差部224、在其和与之相对的模具掩模(ダイマス)203(压板，以下省略)的内周面231之间形成环状的间隙204。
在如图4所示的具有锥形形状角度的台阶高差部224的蜂窝体成形模具198中，从模具202的外周部的成形沟221(狭缝，以下省略)向着中心方向前进的成形材料，被压向模具202的中央部的成形沟221后挤出，因而在靠近已经成形的蜂窝成形体的周壁(外壁，以下省略)的部分上没有施加压力，在靠近所得蜂窝成形体周壁的部分的隔壁上不产生变形。还有，在间隙204中填充的成形材料，与从间隙204下方的成形沟221直线前进的成形材料合流，沿着模具掩模(ダイマスク)203的内周面231被挤出，所以形成的蜂窝结构成形体的外周上形成厚而致密的周壁。从而得到具有高强度的蜂窝成形体。
另外，如图5所示，在模具掩模203的端面232和与其相对的模具202的台阶状部223之间设置间隙205的蜂窝成形用模具199中，从台阶状部223的成形沟221和间隙205向中央部的成形沟221和间隙204压送的成形材料的密度比蜂窝成形用模具198的场合要小，因此，贯通孔(通孔，以下省略)的隔壁和周壁的成形材料的密度就变得均匀，提高了抗热冲击的强度。还有，如图6所示，台阶高差部223并不呈锥体状，而是与模具掩模203的内周面231平行，并在它们的相对的表面之间设置间隙204，这样的蜂窝体成形用模具200，也可以得到与蜂窝成形用模具198同样的效果。
还有，对于铝挤压成形用模具，已经知道为长期保持挤压的铝的成形性良好，对铝挤压模具的承载面进行研磨形成镜面后，在承载面上涂覆金刚石结构的碳膜(以下称为DLC膜)的铝挤压成形用模具(例如，参照特开2000-5811号公报)。
另外，对于树脂薄膜挤压成形用模具，已经知道为了改善耐磨损性同时提高脱模性而形成DLC表面膜，可以防止成形的树脂薄膜中产生云雾状的形态的薄膜挤压成形用模具(例如参照特开2003-334806号公报)。该例中，在形成DLC覆膜时，也需要对模具的基底材料进行镜面研磨处理。
如上所述可以举出许多例子，在以往的挤压成形用模具中，为了以高品质长时期制备稳定的成形体，对模具的与挤出材料相接触的部分进行研磨，精加工形成镜面状，或者在镜面处理后镀覆DLC覆膜。
但是，在使用上述例举的镜面处理后镀覆DLC的陶瓷挤压成形用模具进行陶瓷成形体的挤压成形时，时常发现在陶瓷成形体的外周面上产生陶瓷坯泥的龟裂、毛刺等成形缺陷。
发明内容
本发明是鉴于上述以往技术中存在的问题而完成的，本发明的目的是提供适用于陶瓷的挤压成形的陶瓷挤压成形用模具，具体而言，提供可以显著减少因陶瓷成形体外周部分等上经常发生的龟裂、毛刺状的成形缺陷等而引起的的不合格率的陶瓷挤压成形用模具。
即，根据本发明，提供用于挤压出陶瓷成形体的陶瓷挤压成形用模具，该陶瓷挤压成形用模具的、与挤压出的陶瓷坯泥相接触部分的表面粗糙度(Ra)大于等于0.1μm。
另外，根据本发明，提供了用于挤压出例如陶瓷成形体的陶瓷挤压成形用模具，该陶瓷挤压成形用模具由模头和在该模头的外周侧设置的、规定陶瓷成形体的形状和尺寸的压板构成，与挤压出的陶瓷坯泥相接触的该压板的表面部分的表面粗糙度(Ra)大于等于0.1μm。
此外，根据本发明，优选的是，上述的陶瓷挤压成形用模具配备有设置在其模头的外周侧、用于调整陶瓷成形体的坯泥量的内压板，与挤压出的陶瓷坯泥相接触的内压板的表面部分的表面粗糙度(Ra)大于等于0.1μm。
再有，本发明的陶瓷挤压成形用模具优选的是，在与挤压出的陶瓷坯泥相接触的部分上涂覆金刚石结构的碳膜(DLC)，该金刚石结构的碳膜的表面粗糙度(Ra)大于等于0.1μm。
在本发明中，从耐久性的角度考虑，优选的是，该压板的与挤压出的陶瓷坯泥相接触的部分上涂覆金刚石结构的碳膜(DLC)，另外，本发明的陶瓷挤压成形用模具可以这样制作：对其表面进行粗面化处理使其表面粗糙度(Ra)大于等于0.1μm，然后，在该模具表面上涂覆金刚石结构的碳膜(DLC)。
本发明的陶瓷挤压成形用模具，适合用于陶瓷蜂窝结构体的挤压成形。
根据本发明的陶瓷挤压成形用模具，能够适合应用于陶瓷等的挤压成形，显著地减少挤压出的成形体的外周壁上产生的龟裂、毛刺等成形缺陷。
附图说明
图1是表示陶瓷蜂窝结构成形体的挤压成形用模具的一个例子的断面示意图。
图2是表示陶瓷蜂窝结构成形体的挤压成形用模具的另一例子的断面示意图。
图3是表示陶瓷蜂窝结构成形体的挤压成形用模具的又一个例子的断面示意图。
图4是表示陶瓷蜂窝结构成形体的挤压成形用模具的再一个例子的断面示意图。
图5是表示陶瓷蜂窝结构成形体的挤压成形用模具的另外一个例子的断面示意图。
图6是表示陶瓷蜂窝结构成形体的挤压成形用模具的其他一个示例的断面示意图。
图7是说明试验例1中使用的压板的表面状态的部分断面示意图，图7(a)是全图，图7(b)是图7(a)中X部分的放大图。
图8是说明试验例2～10中使用的压板的表面状态的部分断面示意图，图8(a)是全图，图8(b)是图8(a)中Y部分的放大图。
图9是说明比较例(试验例11)中使用的压板的表面状态的部分断面示意图，图9(a)是全图，图9(b)是图9(a)中Z部分的放大图。
图10是显示成形缺陷的产生部位的陶瓷挤压成形体外周部分的表面照片。
图11是没有成形缺陷的陶瓷挤压成形体外周部分的表面照片。
图中，
1…模头，2…压板，3…内压板，4…陶瓷成形体，5…间隙，6…倾斜面，7…对向面，8…排出通路，9…供给通路，10…DLC涂层，11…SKD母材，16…多孔板，17…挡板，18…贯通孔，19…贯通孔，20…排出部，50…蜂窝结构体成形装置，52…狭缝，53…内孔，54…模头，55…压板，57…间隙部，58…压块，59…内压板，61…蜂窝结构体，62…外壁，63…通孔，71…内侧部，72…外周部，73…狭缝，74…狭缝，75…台阶高差部，198…蜂窝成形用模具，199…蜂窝成形用模具，200…蜂窝成形用模具，202…模具，203…模具掩模，204…间隙，205…间隙，221…成形沟，223…台阶状部，224…台阶高差部…，231内周面，232…模具掩模的端面。
具体实施方式
以下，参考适当的附图对本发明的实施方式进行说明，但是本发明并不限定于这些实施方式，还包括在不损害本发明要点的范围内，基于本行业的从业者的知识进行的各种变更、修正、改进和替换。
本发明的陶瓷挤压成形用模具，是为了挤压陶瓷成形体而使用的，在与被挤出的陶瓷坯泥相接触的部分粗化形成的表面粗糙度(Ra)大于等于0.1μm。这样，对于与陶瓷坯泥相接触的模具表面，由于粗化形成的该表面粗糙度(Ra)大于等于0.1μm，在陶瓷坯泥挤压成形时，坯泥和模具表面相接触的部分上产生的龟裂、毛刺等成形缺陷可以大幅度减少。还有，表面粗糙度(Ra)优选大于等于0.1μm，小于等于50μm，特别优选大于等于0.2μm，小于等于5.0μm。这里所述的表面粗糙度：Ra是根据JIS B601测定的值。
还有，在本发明中，优选的是陶瓷挤压成形用模具由模头、压板和内压板构成，压板决定陶瓷成形体的外周形状及大小，压板的与挤压用的陶瓷坯泥相接触的部分的表面粗糙度(Ra)优选大于等于0.1μm。内压板调整陶瓷成形体的坯泥量，内压板的与陶瓷坯泥相接触的部分的表面粗糙度(Ra)也优选大于等于0.1μm。还有，该表面粗糙度(Ra)优选大于等于0.1μm，小于等于50μm，特别优选大于等于0.2μm，小于等于5.0μm。
使模具表面、特别是压板和内压板表面的粗糙度(Ra)大于等于0.1μm的方法，可以使用对不锈钢和SKD等母材直接喷砂(#10号～#8000号)的表面加工处理，或者在这样喷砂形成粗化的表面后，在该母材上或者母材的表面上形成成分为从TiC、TiN、TiCN中选择的一种或两种以上的物质的CVD或者PVD层，或者形成将SiC、金刚石、CBN等硬质粉末分散在镀镍层中的复合镀层。
另外，除了通过喷砂来调节表面粗糙度(Ra)的方法之外，还可以例举出下述方法，即，通过物理蒸镀WC粉末，在上述母材的表面或者上述镀层的表面上施加WC粒子层，形成粗糙度不均匀的表面覆膜，使得表面粗糙度(Ra)大于等于0.1μm。
还有，对于本发明的陶瓷挤压成形用模具，并不仅限于使用喷砂的方法和使用WC粒子的物理蒸镀表面覆膜的方法，这些以外的方法，只要是能够使表面粗糙度(Ra)大于等于0.1μm的均可以使用。
此时，从提高模具寿命的角度考虑，陶瓷挤压成形用模具最好是使用耐磨损性材料进行涂覆，其中，施加金刚石状碳素膜(DLC)不仅提高成形性而且有利于耐磨损性，因此优先加以选用。
因此，本发明中优选的是，在陶瓷挤压成形用模具的至少与挤压用陶瓷坯泥相接触的部分涂覆金刚石状碳素膜(DLC)，并优选该金刚石状碳素膜(DLC)的表面粗糙度(Ra)大于等于0.1μm。
本发明中，金刚石状碳素膜(DLC)覆盖层是致密涂层，DLC覆盖层自身的厚度通常为0.01～10.0μm。
由上述可知，本发明的陶瓷挤压成形用模具，结构复杂、具有薄壁部分等，因而适合应用于成形时精度要求高的陶瓷蜂窝结构体的挤压成形。
以下参照附图对本发明的陶瓷挤压成形用模具进行说明。
图1是表示本发明优选方式的陶瓷蜂窝成形体的挤压成形用模具的一个例子的断面示意图。图2是表示本发明优选方式的陶瓷蜂窝成形体的挤压成形用模具另一个例子的断面示意图。
在图1所示的陶瓷挤压成形用模具中，模头1是由用于挤出陶瓷蜂窝成形体的相互连接的排出通路8以及与排出通路8的一端部分连接的、到一定深度独立设置的多个供给通道9构成；具有排出通路8的排出部20的周围部分设置有向外周方向倾斜的斜面6。在位于模头1外周侧的与该倾斜面6相对的位置上，设置通过模头1和隔片15进行固定的压板2，用来规定陶瓷蜂窝成形体的外壁，该压板2的相对表面7和倾斜面6之间形成间隙5。
在图2所示的另一示例中，陶瓷挤压成形用模具除了具备模头1和在该模头1的外周侧设置的规定陶瓷蜂窝成形体外壁的压板2之外，还具有同样在模头1外周侧设置的用来调节挤压出的坯泥量的内压板3。下面进一步说明内压板3的结构，在图2中，模头1的供给通路9的陶瓷坯泥供给一侧上，设置了接近同轴状的、进行陶瓷坯泥量微调的多孔板16和在该多孔板16外侧形成的陶瓷坯泥量粗调的挡板17，多孔板16和挡板17构成了内压板3。多孔板16具有中心轴与各供给通路9一致的贯通孔18，同时，在陶瓷坯泥入口侧端面上，在要挤压出的蜂窝结构体形状的外侧的部分设置贯通孔19。
在以上由图1、图2所示的陶瓷挤压成形用模具中，由模头1和压板2之间的间隙5挤压出的坯泥形成陶瓷成形体4的外周部分(外壁)。
而且，在本发明的模具中，与挤压出的陶瓷坯泥相接触的部分的表面粗糙度(Ra)要粗化达到大于等于0.1μm。
实施例
以下，根据本发明的实施例和比较例，对于构成陶瓷挤压成形用模具的压板，根据与挤出的陶瓷坯泥相接触部分的表面粗糙度以及有无DLC涂层，比较和研究挤出成形的陶瓷成形体的外壁的形态变化。
使用陶瓷挤压成形用模具，进行粘土质的坯泥的挤压成形。
而且，上述坯泥是在滑石、高岭土、氧化铝的原料粉中加入4重量％的甲基纤维素和水，经混炼装置(图中未显示)进行混炼而得到。
此外，在汇总表示以下实施例、比较例以及其结果的表中提及表面加工处理的场合，对于母材为SKD的压板只是使用喷砂(#80号～#120号)调整各自的表面粗糙度(Ra)，不包含DLC涂膜。
实施例
试验例1
如图7(a)、(b)所示，对于压板2的SKD制母材11进行表面加工处理。使用该压板固定模头，挤压成形上述陶瓷坯泥，对干燥后的成形体的好坏状况进行判定，所用的压板的表面粗糙度(Ra)为1.8μm。结果如表1所示。
不合格发生率的定义
挤压成形10000个直径为Φ100mm、全长120mm的成形体，将成形体外表面上产生毛刺状缺陷的比例(＝产生毛刺状缺陷的成形体的个数/挤压成形的10000个)定义为不合格发生率。
试验例2～10
如图8(a)、(b)所示，对压板2的SKD制母材11进行表面加工处理，然后施加DLC涂膜10，除此之外，与试验例1同样进行好坏状况的判定。制备了9种在施加了DLC涂膜后表面粗糙度(Ra)大于等于0.1μm的样品。结果如表1所示。此外，图10表示试验例6中的陶瓷挤压成形体的外壁的状态，没有发现毛刺等缺陷。
比较例：试验例11如图9(a)、(b)所示，使用未进行表面加工处理(仅研磨成镜面)的SKD制压板2，除此之外，与试验例1同样操作，进行成形体好坏状况的判断。还有，仅进行镜面加工处理而未进行表面加工处理的状态的表面粗糙度(Ra)为0.05μm。结果如表1所示。还有，图11表示试验例11中挤压成形的陶瓷成形体的外壁部分的状态，可以看出存在凹坑、毛刺等缺陷。
由表1所示结果可知，与比较例的试验例11相比，试验例1表现出显著的降低不合格率的效果。如此可知，以往一般认为挤压模具的表面经过镜面处理变成光滑表面会产生良好结果，但是现在明白了，这对于提高成形性、特别是外壁成形性未必有贡献，反而可能是产生成形缺陷的重大原因。
还有，表1中试验例1的不合格率为2％，试验例2～10的不合格率都在0.5％或以下，这样相比可知，经过表面加工处理使得表面粗糙度(Ra)达到大于等于0.1μm，再施加DLC涂膜的情况下，降低不合格率的效果进一步提高。
表1
  表面粗糙度：Ra(μm)   不合格发生率(％)
  实施例   试验例1   进行表面加工处理   1.80   2.0％
  试验例2   表面加工处理+DLC涂层   62.3   3.7％
  试验例3   48.0   2.1％
  试验例4   4.92   0.9％
  试验例5   1.80   0.4％
  试验例6   0.94   0.2％
  试验例7   0.74   0.2％
  试验例8   0.45   0.2％
  试验例9   0.22   0.4％
  试验例10   0.10   2.1％
  比较例   试验例11   未进行表面加工处理(镜面)   0.05   100％
产业上利用的可能性
通过以上说明，采用本发明的陶瓷挤压成形用模具，可以显著降低陶瓷成形体外周成形不合格的发生率，适合用于陶瓷蜂窝结构体等形状复杂、需要高度成形精度的陶瓷蜂窝结构体的挤压成形。这样的陶瓷蜂窝结构体，优选作为触媒载体、柴油机微粒捕集过滤器，用于净化内燃机、锅炉等排出的废气中的大气污染物质。

Claims (7)

1.用于挤出陶瓷成形体的陶瓷挤压成形用模具，其特征在于，与被挤压的陶瓷坯泥相接触的部分的表面粗糙度(Ra)大于等于0.1μm。
2.用于挤出陶瓷成形体的陶瓷挤压成形用模具，其特征在于，所述陶瓷挤压成形用模具由模头和在该模头的外周侧设置的规定陶瓷成形体的形状和尺寸的压板构成，与被挤压的陶瓷坯泥相接触的所述压板的表面部分的表面粗糙度(Ra)大于等于0.1μm。
3.根据权利要求2所述的陶瓷挤压成形用模具，其特征在于，所述陶瓷挤压成形用模具在其模头的外周侧还配置有调整陶瓷成形体的坯泥量的内压板，所述内压板的与被挤压的陶瓷坯泥相接触的表面部分的表面粗糙度(Ra)大于等于0.1μm。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的陶瓷挤压成形用模具，其特征在于，所述陶瓷挤压成形用模具，在其与被挤压的陶瓷坯泥相接触的部分上涂覆金刚石结构的碳素膜(DLC)，所述金刚石结构的碳素膜的表面粗糙度(Ra)大于等于0.1μm。
5.根据权利要求2或3所述的陶瓷挤压成形用模具，其特征在于，所述的压板在其与被挤压的陶瓷坯泥相接触的部分上涂覆了金刚石结构的碳素膜(DLC)。
6.根据权利要求1至5中任何一项所述的陶瓷挤压成形用模具，其特征在于，对所述陶瓷挤压成形用模具的表面进行粗面化处理使其表面粗糙度(Ra)大于等于0.1μm后，在所述模具表面上涂覆金刚石结构的碳素膜(DLC)。
7.根据权利要求1至6中任何一项所述的陶瓷挤压成形用模具，其特征在于，所述陶瓷挤压成形用模具被应用于陶瓷蜂窝结构体的挤压成形。
CNB2005101143056A 2004-10-21 2005-10-20 陶瓷挤压成形用模具 Active CN100569472C (zh)

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