JP2006188404A - Ceramic monolith carrier and its producing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば内燃機関の排気ガス浄化用触媒を担持させるために用いられるセラミックスモノリス担体に関する。 The present invention relates to a ceramic monolith support used for supporting an exhaust gas purification catalyst of an internal combustion engine, for example.
従来より、自動車等においては、内燃機関の排気ガスを浄化するために、触媒を担持したセラミックスモノリス担体が用いられている。
セラミックモノリス担体は、外周壁と、該外周壁の内側においてハニカム状に設けられた隔壁と、該隔壁により仕切られていると共に両端面に貫通する複数のセルとを備えたハニカム構造を有する。隔壁はアルミナ等の触媒で被覆され、上述のごとく排ガスの浄化装置等に用いられる。
Conventionally, in automobiles and the like, a ceramic monolith carrier carrying a catalyst has been used to purify exhaust gas from an internal combustion engine.
The ceramic monolithic carrier has a honeycomb structure including an outer peripheral wall, partition walls provided in a honeycomb shape inside the outer peripheral wall, and a plurality of cells that are partitioned by the partition walls and penetrate through both end faces. The partition walls are covered with a catalyst such as alumina, and are used in an exhaust gas purifying apparatus or the like as described above.
セラミックスモノリス担体としては、コーディエライトからなるものが広く用いられている（特許文献１参照）。
このようなコーディエライトからなるセラミックスモノリス担体としては、次のような特性を有するものが望まれている。
即ち、まず、触媒の担持量を増大させるために表面積の大きなものが望まれている。また、担持させる触媒との付着性に優れたものが望まれている。さらに、熱応力によって亀裂等が発生することを防止するため、熱容量の小さいものが望まれている。
このような特性を満足するため、セラミックスモノリス担体としては、その隔壁に細孔径の大きな細孔を有するものが望まれていた。
As a ceramic monolith support, one made of cordierite is widely used (see Patent Document 1).
As such a ceramic monolith support made of cordierite, one having the following characteristics is desired.
That is, first, a material having a large surface area is desired in order to increase the amount of catalyst supported. Moreover, the thing excellent in adhesiveness with the catalyst to carry | support is desired. Furthermore, in order to prevent cracks and the like from being generated due to thermal stress, those having a small heat capacity are desired.
In order to satisfy such characteristics, a ceramic monolithic carrier having a pore having a large pore diameter in its partition wall has been desired.
従来のセラミックスモノリス担体においては、コーディエライトの原料であるＭｇ源の粒径やコーディエライト原料の配合比率を制御することにより、隔壁の細孔径の制御を行っていた。
しかしながら、粒径や原料比率を制御することにより隔壁の細孔径を制御する従来の方法においては、原料の調整が困難になり、簡単に細孔径を制御することが困難であった。また、形成できる細孔径の大きさに限界があり、より大きな細孔径を有するセラミックスモノリス担体を製造することが困難であった。
In the conventional ceramic monolith support, the pore diameter of the partition walls is controlled by controlling the particle size of the Mg source, which is a cordierite raw material, and the blending ratio of the cordierite raw material.
However, in the conventional method of controlling the pore diameter of the partition walls by controlling the particle diameter and the raw material ratio, it is difficult to adjust the raw material, and it is difficult to easily control the pore diameter. Moreover, there is a limit to the size of the pore diameter that can be formed, and it has been difficult to produce a ceramic monolith support having a larger pore diameter.
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、従来より大きな細孔径を有するセラミックスモノリス担体を簡単に製造できるセラミックスモノリス担体の製造方法及び該製造方法によって得られるセラミックスモノリス担体を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and a method for producing a ceramic monolith carrier that can easily produce a ceramic monolith carrier having a pore size larger than the conventional one, and a ceramic monolith carrier obtained by the production method are provided. It is something to be offered.
第１の発明は、コーディエライトからなるセラミックスモノリス担体を製造する方法において、
コーディエライトを作製するためのＡｌ源、Ｓｉ源及びＭｇ源を混合して混合原料を得る混合工程と、
上記混合原料を成形し、外周壁と、該外周壁の内側においてハニカム状に設けられた隔壁と、該隔壁により仕切られていると共に両端面に貫通する複数のセルとを備えたハニカム構造の成形体を得る成形工程と、
上記成形体を焼成する焼成工程とを有し、
上記混合工程においては、上記Ｍｇ源として平均粒径が２μｍ以上のタルクを用いると共に、ホウ素を含む物質を添加剤として添加するにある（請求項１）。
The first invention relates to a method for producing a ceramic monolith support comprising cordierite,
A mixing process for obtaining a mixed raw material by mixing an Al source, a Si source and an Mg source for producing cordierite;
Forming the mixed raw material, and forming a honeycomb structure including an outer peripheral wall, partition walls provided in a honeycomb shape inside the outer peripheral wall, and a plurality of cells partitioned by the partition walls and penetrating through both end faces A molding process to obtain a body;
A firing step of firing the molded body,
In the mixing step, talc having an average particle diameter of 2 μm or more is used as the Mg source, and a substance containing boron is added as an additive (Claim 1).
本発明の製造方法においては、上記混合工程と、上記成形工程と、上記焼成工程とを行う。
上記混合工程においては、コーディエライトを作製するための原料（Ａｌ源、Ｓｉ源及びＭｇ源）を混合して混合原料を得る。また、上記混合工程においては、上記Ｍｇ源として平均粒径が２μｍ以上のタルクを用いると共に、ホウ素を含む物質を添加剤として添加する。
そのため、上記混合工程後に行う焼成工程において、ホウ素が焼失し、上記セラミックスモノリス担体の隔壁に形成される細孔の細孔径を増大させることができる。また、上記添加剤を添加することにより、ホウ素含有量依存的に細孔径を制御することができるため、簡単に上記セラミックスモノリス担体の細孔径を制御することができる。
In the production method of the present invention, the mixing step, the forming step, and the firing step are performed.
In the mixing step, raw materials (Al source, Si source and Mg source) for producing cordierite are mixed to obtain a mixed raw material. In the mixing step, talc having an average particle diameter of 2 μm or more is used as the Mg source, and a substance containing boron is added as an additive.
Therefore, in the firing step performed after the mixing step, boron is burned out, and the pore diameter of the pores formed in the partition walls of the ceramic monolith support can be increased. Moreover, since the pore diameter can be controlled depending on the boron content by adding the additive, the pore diameter of the ceramic monolith support can be easily controlled.
上記成形工程においては、上記混合原料を成形し、外周壁と、該外周壁の内側においてハニカム状に設けられた隔壁と、該隔壁により仕切られていると共に両端面に貫通する複数のセルとを備えたハニカム構造の成形体を得る。また、上記焼成工程においては、上記成形体を焼成する。
そのため、上記焼成工程後には、外周壁と、該外周壁の内側においてハニカム状に設けられた隔壁と、該隔壁により仕切られていると共に両端面に貫通する複数のセルとを備えたハニカム構造のセラミックスモノリス担体を作製することができる。
In the molding step, the mixed raw material is molded, and an outer peripheral wall, a partition wall provided in a honeycomb shape inside the outer peripheral wall, and a plurality of cells partitioned by the partition wall and penetrating through both end surfaces. A formed honeycomb structured body is obtained. In the firing step, the molded body is fired.
Therefore, after the firing step, a honeycomb structure including an outer peripheral wall, partition walls provided in a honeycomb shape on the inner side of the outer peripheral wall, and a plurality of cells partitioned by the partition walls and penetrating through both end surfaces. A ceramic monolith support can be produced.
また、上記混合原料は、Ｍｇ源としての平均粒径が２μｍ以上のタルクと、上記添加剤とを含有し、上記混合原料を成形してなる上記成形体には、上記タルク及び上記添加剤が含まれている。そのため、上記焼成工程において焼成を行うと、２μｍ以上という粒径の大きなタルクを用いたことに起因して、焼成後の上記セラミックスモノリス担体の細孔径を大きくすることができ、さらに上記成形体中のホウ素が焼失するため、細孔径をさらに大きくすることができる。 The mixed raw material contains talc having an average particle diameter of 2 μm or more as an Mg source and the additive, and the molded body formed by molding the mixed raw material includes the talc and the additive. include. Therefore, when firing is performed in the firing step, the pore diameter of the ceramic monolith support after firing can be increased due to the use of talc having a large particle size of 2 μm or more, and further in the molded body. Since the boron of this is burned out, the pore diameter can be further increased.
第２の発明は、上記第１の発明の製造方法により製造されることを特徴とするセラミックスモノリス担体にある（請求項７）。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a ceramic monolith support manufactured by the manufacturing method according to the first aspect of the present invention.
上記第２の発明のセラミックスモノリス担体は、上記第１の発明の製造方法によって作製されたものである。
そのため、上記セラミックスモノリス担体は、例えば３μｍ〜１５μｍという従来よりも大きな細孔径を有する。それ故、上記セラミックスモノリス担体は、比表面積が大きくなり、より多くの触媒を担持することができると共に、アンカー効果により触媒を強固に付着保持することができる。また、上記セラミックスモノリス担体は、熱膨張係数が小さくなり、熱応力に対する耐久性に優れたものになる。
The ceramic monolith support of the second invention is produced by the manufacturing method of the first invention.
Therefore, the ceramic monolith support has a larger pore diameter than conventional, for example, 3 μm to 15 μm. Therefore, the ceramic monolith support has a large specific surface area, and can support more catalyst, and can firmly adhere and hold the catalyst by the anchor effect. In addition, the ceramic monolith support has a low thermal expansion coefficient and is excellent in durability against thermal stress.
次に、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の製造方法においては、上述のごとく、少なくとも上記混合工程と、上記成形工程と、上記焼成工程とを行う。
まず、上記混合工程について説明する。
上記混合工程においては、コーディエライトを作製するための原料（Ａｌ源、Ｓｉ源及びＭｇ源）を混合して混合原料を得る。
コーディエライトの理論組成は２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2である。上記混合工程においては、焼成後に上記理論組成又は理論組成付近のコーディエライトが生成するような化学量論比にて、例えばＭｇ源、Ａｌ源、及びＳｉ源等の原料を混合することができる。
Next, an embodiment of the present invention will be described.
In the production method of the present invention, as described above, at least the mixing step, the forming step, and the firing step are performed.
First, the mixing step will be described.
In the mixing step, raw materials (Al source, Si source and Mg source) for producing cordierite are mixed to obtain a mixed raw material.
The theoretical composition of cordierite is 2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2 . In the mixing step, raw materials such as Mg source, Al source, and Si source can be mixed at a stoichiometric ratio such that cordierite near the theoretical composition or near the theoretical composition is generated after firing. .
上記混合工程においては、Ｍｇ源としてタルクを用いる。
また、Ａｌ源、Ｓｉ源としては、例えばカオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、溶融シリカ、珪石、酸化ケイ素、ペタライト等を用いることができる。
In the mixing step, talc is used as the Mg source.
As the Al source and Si source, for example, kaolin, alumina, aluminum hydroxide, fused silica, silica stone, silicon oxide, petalite and the like can be used.
また、上記混合工程においては、Ｍｇ源として平均粒径が２μｍ以上のタルクを用いる。
平均粒径が２μｍ未満の場合には、上記セラミックスモノリス担体の細孔径を十分に大きくすることができなくなるおそれがある。また、成形工程の成形の際に、金型を通過させる必要があるため、タルクの平均粒径の上限は金型の目開き以下であることが好ましい。
In the mixing step, talc having an average particle size of 2 μm or more is used as the Mg source.
If the average particle size is less than 2 μm, the pore size of the ceramic monolith support may not be sufficiently increased. Moreover, since it is necessary to let a metal mold | die pass in the shaping | molding of a shaping | molding process, it is preferable that the upper limit of the average particle diameter of a talc is below the opening of a metal mold | die.
また、上記混合工程においては、ホウ素を含む物質を添加剤として添加する。
好ましくは、上記添加剤は、酸化ホウ素、ホウ酸、窒化ホウ素、及びホウ珪酸ガラスから選ばれる１種以上であることがよい（請求項２）。
この場合には、上記セラミックスモノリス担体の熱膨張係数を、上記添加剤を添加しない場合と同等またはそれ以下に抑制しつつ、上記セラミックスモノリス担体の細孔径を増大させることができる。
In the mixing step, a substance containing boron is added as an additive.
Preferably, the additive is at least one selected from boron oxide, boric acid, boron nitride, and borosilicate glass.
In this case, the pore diameter of the ceramic monolith support can be increased while suppressing the thermal expansion coefficient of the ceramic monolith support to be equal to or less than that in the case where the additive is not added.
また、上記混合工程においては、上記添加剤を含む上記混合原料の成分分析を行ってＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｂの各元素の含有量を測定し、Ａｌの含有量をＡｌ2Ｏ3に、Ｓｉの含有量をＳｉＯ2に、Ｍｇの含有量をＭｇＯに、Ｂの含有量をＢ2Ｏ3に換算し、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2とＭｇＯとＢ2Ｏ3との合計量１００重量部に対するＢ2Ｏ3の量が０．３重量部以上となるように上記添加剤を添加することが好ましい（請求項３）。
また、上記Ｂ2Ｏ3の量が２．５重量部以下となるように上記添加剤を添加することが好ましい（請求項４）。
換算Ｂ2Ｏ3量が０．３重量部未満の場合には、上述の細孔径を増大させる効果を十分に発揮することができないおそれがある。一方、２．５重量部を越える場合には、上記混合原料を成形してなる上記成形体を焼成する際に、該成形体が溶け易くなり、所望の形状のセラミックスモノリス担体を得ることが困難になるおそれがある。またこの場合には、上記セラミックスモノリス担体の平均細孔径を例えば３μｍ以上という充分な大きさにまで増大させることが困難になるおそれがある。
In the mixing step, component analysis of the mixed raw material including the additive is performed to measure the content of each element of Al, Si, Mg, B, and the Al content is changed to Al 2 O 3 . the content of Si in SiO 2, the MgO content of Mg, converts the content of B to B 2 O 3, a total of 100 weight of Al 2 O 3 and SiO 2 and MgO and B 2 O 3 Preferably, the additive is added so that the amount of B 2 O 3 with respect to parts is 0.3 parts by weight or more.
The additive is preferably added so that the amount of B 2 O 3 is 2.5 parts by weight or less.
When the amount of converted B 2 O 3 is less than 0.3 parts by weight, the above-described effect of increasing the pore diameter may not be sufficiently exhibited. On the other hand, when the amount exceeds 2.5 parts by weight, when the molded body formed by molding the mixed raw material is fired, the molded body is easily melted, and it is difficult to obtain a ceramic monolith support having a desired shape. There is a risk of becoming. In this case, it may be difficult to increase the average pore diameter of the ceramic monolith support to a sufficient size of, for example, 3 μm or more.
上記添加剤を含む上記混合原料の成分分析は、例えば誘導結合プラズマ発光分析法（Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry，ＩＣＰ−ＡＥＳ）等により行うことができる。即ち、上記混合工程においては、ＩＣＰ−ＡＥＳ等によって各元素（Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｂ）の元素濃度（ｗｔ％）を測定し、各元素濃度を酸化物（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、Ｂ2Ｏ3）量に換算し、各元素の酸化物量の合計量１００重量部に対するＢ2Ｏ3量が上記のごとく０．３〜２．５重量部となるように上記添加剤を添加することができる。 The component analysis of the mixed raw material containing the additive can be performed by, for example, inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES). That is, in the above mixing step, the element concentration (wt%) of each element (Al, Si, Mg, B) is measured by ICP-AES or the like, and each element concentration is determined by the oxide (Al 2 O 3 , SiO 2 , In terms of MgO, B 2 O 3 ), the above additives are added so that the amount of B 2 O 3 is 0.3 to 2.5 parts by weight as described above with respect to 100 parts by weight of the total oxide amount of each element. Can be added.
また、上記混合原料には、コーディエライト原料（Ａｌ源、Ｓｉ源、Ｍｇ源）、上記添加剤の他に、例えばバインダ、潤滑材、水分等を含有させることができる。 In addition to the cordierite raw material (Al source, Si source, Mg source) and the additive, the mixed raw material can contain, for example, a binder, a lubricant, moisture, and the like.
次に、上記成形工程においては、上記混合原料を成形し、外周壁と、該外周壁の内側においてハニカム状に設けられた隔壁と、該隔壁により仕切られていると共に両端面に貫通する複数のセルとを備えたハニカム構造の成形体を得る。
ここで、ハニカム構造は、隔壁によって仕切られたセル構造を有するものであり、例えば略三角形状、略四角形状、略六角形状、略八角形状等のセルが軸方向に伸びた構造である。
Next, in the molding step, the mixed raw material is molded, and an outer peripheral wall, partition walls provided in a honeycomb shape inside the outer peripheral wall, and a plurality of partitions that are partitioned by the partition walls and penetrate through both end surfaces. A formed article having a honeycomb structure including cells is obtained.
Here, the honeycomb structure has a cell structure partitioned by partition walls, and is a structure in which, for example, cells having a substantially triangular shape, a substantially square shape, a substantially hexagonal shape, a substantially octagonal shape or the like extend in the axial direction.
次に、上記焼成工程においては、上記成形体を焼成する。
上記焼成工程においては、焼成後に得られる上記セラミックスモノリス担体中のホウ素の含有量が０．０５重量％以下となるように焼成を行うことが好ましい（請求項５）。
焼成後のホウ素の含有量が０．０５重量％を越える場合には、熱膨張係数が増大し焼成後の冷熱サイクルで破損するおそれがある。より好ましくは０．０３重量％以下がよい。
なお、上記セラミックスモノリス担体中のホウ素の含有量は、ＩＣＰ−ＡＥＳにより測定することができる。
Next, in the firing step, the molded body is fired.
In the firing step, firing is preferably performed such that the content of boron in the ceramic monolith support obtained after firing is 0.05% by weight or less.
When the boron content after firing exceeds 0.05% by weight, the thermal expansion coefficient increases, and there is a risk of breakage in the cold cycle after firing. More preferably, it is 0.03% by weight or less.
The content of boron in the ceramic monolith support can be measured by ICP-AES.
また、上記焼成工程における焼成温度は、１０００℃以上であることが好ましい（請求項６）。
焼成温度が１０００℃未満の場合には、上記焼成工程後にコーディエライトが十分に生成しないおそれがある。より好ましくは１１００℃以上がよく、さらに好ましくは１３００℃以上がよく、さらにより好ましくは１４００℃以上がよい。また、溶融するおそれがあるため、焼成温度の上限は１４５０℃以下がよい。
Moreover, it is preferable that the baking temperature in the said baking process is 1000 degreeC or more (Claim 6).
When the firing temperature is less than 1000 ° C., cordierite may not be sufficiently formed after the firing step. More preferably, 1100 degreeC or more is good, More preferably, 1300 degreeC or more is good, More preferably, 1400 degreeC or more is good. Moreover, since there exists a possibility of fuse | melting, the upper limit of baking temperature is good at 1450 degrees C or less.
次に、上記第２の発明において、上記セラミックスモノリス担体の熱膨張係数は、１．０×１０-6／℃以下であることが好ましい（請求項８）。
熱膨張係数が１．０×１０-6／℃を超える場合には、自動車等の内燃機関の排気ガス浄化装置等に上記セラミックスモノリス担体を用いた場合に、熱応力によって亀裂が発生したり、破壊されてしまうおそれがある。より好ましくは、０．５×１０-6／℃以下がよい。
熱膨張係数は、例えば熱機械分析装置（Thermomecanical analyzer、ＴＭＡ）等により測定することができる。
Next, in the second invention, it is preferable that the thermal expansion coefficient of the ceramic monolith support is 1.0 × 10 −6 / ° C. or less.
When the thermal expansion coefficient exceeds 1.0 × 10 −6 / ° C., when the ceramic monolith support is used in an exhaust gas purification device for an internal combustion engine such as an automobile, cracks are generated due to thermal stress, There is a risk of being destroyed. More preferably, it is 0.5 × 10 −6 / ° C. or less.
The thermal expansion coefficient can be measured by, for example, a thermomechanical analyzer (TMA).
また、上記セラミックスモノリス担体の平均細孔径は、３．５μｍ以上であることが好ましい（請求項９）。
上記セラミックスモノリス担体の平均細孔径が３．５μｍ未満の場合には、上記セラミックスモノリス担体の熱容量が不充分になり、例えば上記セラミックスモノリス担体を自動車等における内燃機関の排ガス浄化装置として用いた際に、熱応力により亀裂などが発生しやすくなるおそれがある。また、上記セラミックスモノリス担体への触媒の担持量が不充分になったり、触媒とセラミックスモノリス担体との付着性が不充分になったりするおそれがある。より好ましくは上記セラミックスモノリス担体の平均細孔径は５．０μｍ以上がよく、さらにより好ましくは７．０μｍ以上がよい。
The average pore diameter of the ceramic monolith support is preferably 3.5 μm or more.
When the average pore diameter of the ceramic monolith support is less than 3.5 μm, the heat capacity of the ceramic monolith support becomes insufficient. For example, when the ceramic monolith support is used as an exhaust gas purification device for an internal combustion engine in an automobile or the like. There is a risk that cracks and the like are likely to occur due to thermal stress. In addition, the amount of catalyst supported on the ceramic monolith support may be insufficient, or the adhesion between the catalyst and the ceramic monolith support may be insufficient. More preferably, the average pore diameter of the ceramic monolith support is 5.0 μm or more, and even more preferably 7.0 μm or more.
（実施例１）
次に、本発明の実施例につき、図１〜図４を用いて説明する。
本例においては、図１及び図２に示すごとく、コーディエライトからなるセラミックスモノリス担体１を製造する。セラミックスモノリス担体１は、外周壁２と、その内側においてハニカム状に設けられた隔壁３と、隔壁３により仕切られていると共に両端面に貫通する複数のセル４とを備えたハニカム構造を有する。ハニカム構造は、四角形格子状の隔壁を有し，正方形のセル４を多数有している。また、図３に示すごとく、少なくとも隔壁３には多数の細孔３５を設けてある。
Example 1
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In this example, as shown in FIGS. 1 and 2, a
本例のセラミックスモノリス担体の作製にあたっては、混合工程と、成形工程と、焼成工程とを行う。
混合工程においては、コーディエライトを作製するための原料（Ａｌ源、Ｓｉ源及びＭｇ源）を混合して混合原料を得る。成形工程においては、混合原料を成形し、外周壁と、該外周壁の内側においてハニカム状に設けられた隔壁と、該隔壁により仕切られていると共に両端面に貫通する複数のセルとを備えたハニカム構造の成形体を得る。焼成工程においては、成形体を焼成する。なお、上記混合工程においては、コーディエライトを作製するための原料のＭｇ源として平均粒径が２μｍ以上のタルクを用いると共に、ホウ素を含む物質を添加剤として添加する。
In producing the ceramic monolith support of this example, a mixing step, a forming step, and a firing step are performed.
In the mixing step, raw materials (Al source, Si source and Mg source) for producing cordierite are mixed to obtain a mixed raw material. In the molding step, the mixed raw material was molded, and provided with an outer peripheral wall, partition walls provided in a honeycomb shape inside the outer peripheral wall, and a plurality of cells partitioned by the partition walls and penetrating through both end faces. A formed article having a honeycomb structure is obtained. In the firing step, the molded body is fired. In the mixing step, talc having an average particle size of 2 μm or more is used as a raw material Mg source for producing cordierite, and a substance containing boron is added as an additive.
以下、本例のセラミックスモノリス担体の製造方法につき、詳細に説明する。
まず、コーディエライトの原料として、タルク（Ｍｇ源、平均粒径１５μｍ）、カオリン（Ａｌ源及びＳｉ源）、アルミナ（Ａｌ源）、水酸化アルミニウム（Ａｌ源）を準備した。次いで、これらの原料をコーディエライトの理論組成（２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2）付近となるような化学量論比で混合し、さらに添加剤（ホウ酸）を添加して混合した。このとき、添加剤は、該添加剤を含む混合原料の成分分析をＩＣＰ−ＡＥＳにより行ってＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｂの各元素の含有量を測定し、次いでＡｌの含有量をＡｌ2Ｏ3に、Ｓｉの含有量をＳｉＯ2に、Ｍｇの含有量をＭｇＯに、Ｂの含有量をＢ2Ｏ3に換算し、換算後のＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2とＭｇＯとＢ2Ｏ3との合計量１００重量部に対するＢ2Ｏ3の量が０．５重量部となるように添加した。次いで、さらにバインダと潤滑材と水分とを適量添加して混合し、原料混合物を得た。
Hereinafter, the manufacturing method of the ceramic monolith support of this example will be described in detail.
First, talc (Mg source, average particle size 15 μm), kaolin (Al source and Si source), alumina (Al source), and aluminum hydroxide (Al source) were prepared as cordierite raw materials. Next, these raw materials were mixed in a stoichiometric ratio so as to be close to the theoretical composition of cordierite (2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2 ), and an additive (boric acid) was further added and mixed. At this time, the additive is subjected to component analysis of the mixed raw material containing the additive by ICP-AES to measure the content of each element of Al, Si, Mg, and B, and then the Al content is changed to Al 2 O. 3 , the Si content is converted to SiO 2 , the Mg content is converted to MgO, the B content is converted to B 2 O 3 , and the converted Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO and B 2 O 3 Were added so that the amount of B 2 O 3 was 0.5 parts by weight relative to 100 parts by weight of the total amount. Subsequently, an appropriate amount of a binder, a lubricant, and moisture were added and mixed to obtain a raw material mixture.
次いで、原料混合物を押出成形し、外周壁の厚み０．５μｍ、セルの隔壁厚み７５μｍ、セル密度６００ｃｐｓｉ、直径φ１００ｍｍのハニカム形状の成形体を得た。成形体を乾燥させた後、大気雰囲気で温度１４００℃で４時間保持することにより焼成し、セラミックスモノリス担体を得た。これを試料Ｅ１とする。 Next, the raw material mixture was extruded to obtain a honeycomb-shaped formed body having an outer peripheral wall thickness of 0.5 μm, a cell partition wall thickness of 75 μm, a cell density of 600 cpsi, and a diameter of φ100 mm. After the molded body was dried, it was fired by holding it in an air atmosphere at a temperature of 1400 ° C. for 4 hours to obtain a ceramic monolith support. This is designated as Sample E1.
また、本例においては、上記にて作製した試料Ｅ１とは、原料混合物に添加する添加剤（ホウ酸）の量を変えて、２種類のセラミックスモノリス担体（試料Ｅ２及び試料Ｅ３）を作製した。
具体的には、試料Ｅ２は、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2とＭｇＯとＢ2Ｏ3との合計量１００重量部に対するＢ2Ｏ3の量が１．０重量部となるように添加剤を配合した点を除いては、上記試料Ｅ１と同様にして作製したものである。
試料Ｅ３は、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2とＭｇＯとＢ2Ｏ3との合計量１００重量部に対するＢ2Ｏ3の量が１．４重量部となるように添加剤を配合した点を除いては、上記試料Ｅ１と同様にして作製したものである。
Moreover, in this example, the amount of the additive (boric acid) added to the raw material mixture was changed from that of the sample E1 prepared above, and two types of ceramic monolith carriers (sample E2 and sample E3) were prepared. .
Specifically, the sample E2 was prepared by adding an additive such that the amount of B 2 O 3 was 1.0 part by weight with respect to 100 parts by weight of the total amount of Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO and B 2 O 3. Except for the blended points, the sample was prepared in the same manner as the sample E1.
For sample E3, the additive was added so that the amount of B 2 O 3 was 1.4 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total amount of Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO and B 2 O 3. These were produced in the same manner as the sample E1.
また、本例においては、試料Ｅ１〜試料Ｅ３の比較用として、添加剤を添加せずに、その他は上記試料Ｅ１と同様にしてセラミックスモノリス担体を作製した。これを試料Ｃ１とする。 Further, in this example, as a comparison for the samples E1 to E3, a ceramic monolith support was produced in the same manner as the sample E1 except that no additive was added. This is designated as Sample C1.
次に、上記試料Ｅ１〜試料Ｅ３及び試料Ｃ１のセラミックスモノリス担体について、各試料中に含まれるホウ素量を調べた。
具体的には、まず各試料から適当量のサンプルをとり、リン酸で加熱分解させた後、王水に溶解し、超純水で定溶した。その後、誘導結合プラズマ発光分析法（ＩＣＰ−ＡＥＳ）により、Ｂ（ホウ素）の定量分析を行った。その結果、いずれの試料においてもホウ素量は０．０３ｗｔ％以下で、検出限界以下であった。
Next, the amount of boron contained in each sample was examined for the ceramic monolith supports of Samples E1 to E3 and Sample C1.
Specifically, first, an appropriate amount of sample was taken from each sample, thermally decomposed with phosphoric acid, dissolved in aqua regia, and dissolved in ultrapure water. Thereafter, B (boron) was quantitatively analyzed by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES). As a result, in any sample, the boron content was 0.03 wt% or less, which was below the detection limit.
次に、各試料のセラミックスモノリス担体における平均細孔径を水銀圧入法により、ポロシメータを用いて測定した。その結果を図４に示す。図４においては、横軸は、各試料の作製に用いたホウ素の添加量（コーディエライトの混合原料と添加剤との合計量１００重量部に対するホウ素の量）を示し、縦軸は平均細孔径を示す。 Next, the average pore diameter in the ceramic monolith support of each sample was measured by a mercury intrusion method using a porosimeter. The result is shown in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the amount of boron added to prepare each sample (the amount of boron relative to 100 parts by weight of the total amount of the cordierite mixed raw material and additive), and the vertical axis indicates the average fineness. The hole diameter is shown.
図４より知られるごとく、ホウ素を添加した試料Ｅ１〜試料Ｅ３は、ホウ素を添加していない試料Ｃ１に比べて平均細孔径が大きくなることがわかる。
また、試料Ｅ１〜試料Ｅ３を比較して知られるように、ホウ素の添加量を増やすと平均細孔径が大きくなり、ホウ素の添加量によりセラミックスモノリス担体の平均細孔径を制御できることがわかる。
As is known from FIG. 4, it can be seen that Sample E1 to Sample E3 to which boron is added have a larger average pore diameter than Sample C1 to which boron is not added.
Further, as is known by comparing the samples E1 to E3, it can be seen that when the amount of boron added is increased, the average pore size increases, and the average pore size of the ceramic monolith support can be controlled by the amount of boron added.
また、本例の製造方法によって得られた試料Ｅ１〜試料Ｅ３のセラミックスモノリス担体は、その熱膨張係数がいずれも０．６×１０-6／℃以下であった。そのため、試料Ｅ１〜試料Ｅ３のセラミックスモノリス担体は、熱応力に対する耐久性に優れていることがわかる。 In addition, the ceramic monolith carriers of Samples E1 to E3 obtained by the manufacturing method of this example all had a thermal expansion coefficient of 0.6 × 10 −6 / ° C. or less. Therefore, it can be seen that the ceramic monolith carriers of Samples E1 to E3 are excellent in durability against thermal stress.
以上のように、本例の製造方法によれば、大きな細孔径を有するセラミックスモノリス担体（試料Ｅ１〜試料Ｅ３）を簡単に製造することができる。 As described above, according to the manufacturing method of this example, ceramic monolithic carriers (samples E1 to E3) having large pore diameters can be easily manufactured.
１ セラミックスモノリス担体
２ 外周壁
３ 隔壁
３５ 細孔
４ セル
DESCRIPTION OF
Claims (9)
コーディエライトを作製するためのＡｌ源、Ｓｉ源及びＭｇ源を混合して混合原料を得る混合工程と、
上記混合原料を成形し、外周壁と、該外周壁の内側においてハニカム状に設けられた隔壁と、該隔壁により仕切られていると共に両端面に貫通する複数のセルとを備えたハニカム構造の成形体を得る成形工程と、
上記成形体を焼成する焼成工程とを有し、
上記混合工程においては、上記Ｍｇ源として平均粒径が２μｍ以上のタルクを用いると共に、ホウ素を含む物質を添加剤として添加することを特徴とするセラミックスモノリス担体の製造方法。 In a method for producing a ceramic monolith support made of cordierite,
A mixing process for obtaining a mixed raw material by mixing an Al source, a Si source and an Mg source for producing cordierite;
Forming the mixed raw material, and forming a honeycomb structure including an outer peripheral wall, partition walls provided in a honeycomb shape inside the outer peripheral wall, and a plurality of cells partitioned by the partition walls and penetrating through both end faces A molding process to obtain a body;
A firing step of firing the molded body,
In the mixing step, talc having an average particle diameter of 2 μm or more is used as the Mg source, and a substance containing boron is added as an additive.
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