JP2011245686A - Apparatus for manufacturing honeycomb structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハニカム構造体の製造装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for manufacturing a honeycomb structure.
従来、ディーゼルエンジンなどの内燃機関から排出される排ガスに含まれるカーボン粒子等の微細粒子を捕集するためのセラミックスフィルター(DPF:Diesel Particulate Filter)として、多孔質のセラミックスからなるハニカム構造体が用いられている。 Conventionally, a honeycomb structure made of porous ceramics has been used as a ceramic filter (DPF: Diesel Particulate Filter) for collecting fine particles such as carbon particles contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine. It has been.
DPF用のハニカム構造体は通常柱状体であり、柱状のハニカム構造体には、その対向する端面間を貫通する複数の貫通孔が形成されている。ハニカム構造体の一方の端面(第一端面)では、開いた貫通孔の端部と封口部で塞がれた貫通孔の端部とが、格子状に交互に配置されている。第一端面において端部が開いている貫通孔は、第一端面と反対側の第二端面において封口部で塞がれている。また、第一端面において端部が封口部で塞がれている貫通孔は、第二端面において開いている。したがって、DPF用のハニカム構造体の製造では、柱状体に形成された貫通孔の端部の一方だけを封口材で塞ぐ工程(以下、「封口工程」という。)が必要となる。 A honeycomb structure for a DPF is usually a columnar body, and the columnar honeycomb structure is formed with a plurality of through holes penetrating between the opposing end faces. On one end surface (first end surface) of the honeycomb structure, the end portions of the open through holes and the end portions of the through holes closed by the sealing portions are alternately arranged in a lattice pattern. The through hole whose end is open on the first end surface is closed with a sealing portion on the second end surface opposite to the first end surface. Further, the through hole whose end is closed by the sealing portion on the first end surface is open on the second end surface. Therefore, in manufacturing a honeycomb structure for DPF, a step of closing only one end portion of the through hole formed in the columnar body with a sealing material (hereinafter referred to as “sealing step”) is required.
下記特許文献1には、上記の封口工程の一例として、複数の貫通孔が形成されたコージェライトの柱状体をシリンダー内に設置し、柱状体の端面に開いた一部の貫通孔をフィルムで塞ぎ、当該端面にスラリー状の封口材を塗り、ピストンをシリンダー内に押し込むことにより、封口材をピストンで一部の貫通孔内に導入する工程が開示されている。
In
上記特許文献1に開示された封口工程では、封口材をピストンで貫通孔内に導入した際に、ピストンと柱状体の端面とが封口材を介して密着する。そのため、ピストンにより貫通孔内に導入された封口材が、ピストンのシリンダー内からの引き抜きに伴って貫通孔から引き出されてしまう。したがって、上記特許文献1に開示された封口工程を用いて製造したDPFでは、両端部が封口部で塞がれていない貫通孔内を微細粒子が通過してしまい、微細粒子の捕集率が低下してしまう。
In the sealing step disclosed in
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、貫通孔からの封口材の脱離を抑制できるハニカム構造体の製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide an apparatus for manufacturing a honeycomb structure that can suppress the detachment of the sealing material from the through hole.
上記目的を達成するために、本発明に係るハニカム構造体の製造装置は、台座と、台座の表面に搭置される枠と、複数の貫通孔が形成された柱状体の貫通孔が開いている端面に設置され、複数のマスク部及び開口部を有し、マスク部で一部の貫通孔を塞ぐマスクと、マスクが設置された柱状体の端面を、枠内に供給されたスラリー状の封口材に押し当てる押し当て手段と、封口材に押し当てられた柱状体を、枠と共に台座の表面に略平行な方向に移動させる移動手段と、を備える。 In order to achieve the above object, a honeycomb structure manufacturing apparatus according to the present invention includes a pedestal, a frame placed on the surface of the pedestal, and through holes in a columnar body in which a plurality of through holes are formed. The end surface of the columnar body on which a mask having a plurality of mask portions and openings, having a plurality of mask portions and openings and blocking some through holes in the mask portion, and the columnar body on which the mask is disposed is provided in a frame. A pressing unit that presses against the sealing material; and a moving unit that moves the columnar body pressed against the sealing material together with the frame in a direction substantially parallel to the surface of the pedestal.
上記本発明では、貫通孔の長軸方向が台座の表面に垂直になるように、マスクが設置された柱状体の端面をスラリー状の封口材に押し当てる。すると、マスクの開口部を通じて一部の貫通孔の端部に封口材が充填される。また、この押し当てにより、柱状体の端面と台座の表面とが封口材を介して密着する。貫通孔に封口材を導入した後、移動手段によって柱状体を台座から分離する。仮に柱状体を台座の表面に垂直な方向に移動させて柱状体を台座から分離させると、柱状体の垂直移動に伴い貫通孔内の封口材が貫通孔から脱離しまう。貫通孔の長軸方向と柱状体の移動方向とが一致すると、柱状体の移動に伴って貫通孔から封口材が引き抜かれ易いからである。しかし、上記本発明では、柱状体を枠と共に台座の表面に平行な方向(すなわち、貫通孔の長軸に直交する方向)に移動させて柱状体を台座から分離させるため、柱状体の移動に伴う封口材の貫通孔からの脱離が生じ難い。 In the present invention, the end face of the columnar body on which the mask is installed is pressed against the slurry-like sealing material so that the long axis direction of the through hole is perpendicular to the surface of the pedestal. Then, the sealing material is filled into the end portions of some through holes through the openings of the mask. Further, by this pressing, the end face of the columnar body and the surface of the pedestal are brought into close contact via the sealing material. After introducing the sealing material into the through hole, the columnar body is separated from the base by the moving means. If the columnar body is moved in a direction perpendicular to the surface of the pedestal to separate the columnar body from the pedestal, the sealing material in the through hole is detached from the through hole with the vertical movement of the columnar body. This is because if the long axis direction of the through hole coincides with the moving direction of the columnar body, the sealing material is easily pulled out from the through hole as the columnar body moves. However, in the present invention, the columnar body is separated from the pedestal by moving the columnar body together with the frame in a direction parallel to the surface of the pedestal (that is, a direction orthogonal to the long axis of the through hole). The accompanying sealing material is less likely to be detached from the through hole.
上記本発明では、枠がゴム状の枠であることが好ましい。ゴム状の枠は柱状体と密着しやすいため、柱状体の端面を枠内に供給されたスラリー状の封口材に押し当てる際に、枠内に設置された封口材が柱状体と枠との間から枠外へ漏れ難くなり、封口材が柱状体の貫通孔内に確実に導入され易くなる。 In the present invention, the frame is preferably a rubber frame. Since the rubber-like frame easily adheres to the columnar body, when the end surface of the columnar body is pressed against the slurry-like sealing material supplied in the frame, the sealing material installed in the frame is not connected to the columnar body and the frame. It becomes difficult to leak from the outside to the outside of the frame, and the sealing material is easily introduced into the through hole of the columnar body.
本発明によれば、貫通孔からの封口材の脱離を抑制できるハニカム構造体の製造装置を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the manufacturing apparatus of the honeycomb structure which can suppress detachment | desorption of the sealing material from a through-hole.
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付す。また、上下左右の位置関係は図面に示す通りであるが、寸法の比率は図面に示すものに限定されない。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same or equivalent element. In addition, although the positional relationship between the top, bottom, left and right is as shown in the drawing, the ratio of dimensions is not limited to that shown in the drawing.
<ハニカム構造体の製造装置の概要>
図2〜6に示すように、本実施形態に係るハニカム構造体の製造装置は、台座300と、台座300の表面に搭置されるリング状の枠302と、柱状体70の端面に設置されるマスク200a,200bと、マスク200aが設置された柱状体70の端面を枠302内に供給されたスラリー状の封口材304に押し当てる押し当て手段400と、封口材304に押し当てられた柱状体70を枠302と共に台座の表面に平行な方向に移動させる移動手段600と、を備える。この本実施形態に係るハニカム構造体の製造装置は、柱状体70に対する封口工程に用いられる。以下では、本実施形態に係るハニカム構造体の製造装置を用いたハニカム構造体の製造方法について説明する。まず、柱状体に対する封口工程について説明し、続いて他の工程について説明する。
<Outline of manufacturing apparatus for honeycomb structure>
As shown in FIGS. 2 to 6, the honeycomb structure manufacturing apparatus according to the present embodiment is installed on the
<ハニカム構造体の製造方法>
(柱状体)
図1(a)及び図1(b)に示すように、柱状体70は、ハニカム構造を有する円柱体である。柱状体70は、その中心軸に平行であり、互いに直交する複数の隔壁70cを有する。つまり、柱状体70は、その中心軸方向に垂直な断面において格子構造を有する。換言すれば、柱状体70には、同一方向(中心軸方向)に延びる多数の貫通孔70a(流路)が形成されており、隔壁70cが各貫通孔70aを隔てる。各貫通孔70aは柱状体70の両端面に垂直である。なお、柱状体70が有する複数の隔壁70cが互いになす角は特に限定されず、例えば120°であってもよい。柱状体70は、例えば、チタン酸アルミニウム焼結体等からなる多孔質のセラミックスであればよい。なお、本実施形態において、「チタン酸アルミニウム焼結体」は「チタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体」を含意する。つまり、チタン酸アルミニウム焼結体は、マグネシウムを含有してもよい。また、チタン酸アルミニウム焼結体はケイ素を含有してもよい。チタン酸アルミニウム焼結体は、X線回折スペクトルにおいて、チタン酸アルミニウム(Al2TiO5)またはチタン酸アルミニウムマグネシウム(Al2(1−x)MgxTi(1+x)O5)の結晶パターンのほか、アルミナ、チタニアなどの結晶パターンを含んでいてもよい。柱状体70の形成方法については後述する。なお、柱状体70は、セラミックスの原料の無機化合物粉末(Al2O3,TiO2等)及び有機バインダ等から形成されたグリーン成形体(未焼成の成形体)であってもよい。以下では、チタン酸アルミニウム焼結体からなる多孔質のハニカム構造体の製造方法について説明する。
<Manufacturing method of honeycomb structure>
(Columnar)
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
[封口工程]
図1,2に示すように、封口工程では、柱状体70において複数の貫通孔70aが開いている第一端面に第一マスク200aを貼り付ける。第一マスク200aでは、図2(b)に示すように、貫通孔70aと略同様の寸法を有する複数のマスク部270aと開口部270bとが千鳥状に配置されている。各貫通孔70aと各マスク部270a及び開口部270bとが重なるように、柱状体70の第一端面に第一マスク200aを貼り付ける。また、柱状体70において第一端面とは反対側の第二端面に、第二マスク200bを貼り付ける。第二マスク200bが有する開口部とマスク部の配置関係は第一マスク200aとは真逆である。したがって、第一端面側で第一マスク200aのマスク部270bに塞がれた貫通孔70aは、第二端面側で第二マスク200bの開口部と重なる。第二端面側で第二マスク200bのマスク部に塞がれた貫通孔70aは、第一端面側で第一マスク200aの開口部270aと重なる。したがって、柱状体70に形成された複数の貫通孔70aのいずれも、第一端面又は第二端面のいずれか一方において開き、他方においてマスク部で塞がれる。なお、第一マスク200aを用いる代わりに、開口部が形成されていない(透明の)樹脂製のフィルムを柱状体70の第一端面(貫通孔70a)に貼り付け、加熱した金属棒又はレーザー光線等の熱線により、市松模様状に並ぶ複数の開口部270aをフィルムに形成してもよい。
[Sealing process]
As shown in FIGS. 1 and 2, in the sealing step, the
図3(a),図3(b)に示すように、台座300の平坦な表面にリング状の枠302を載置し、封口材を供給する手段(図中省略)を用いて枠302の内側にスラリー状の封口材304を供給する。枠302としては、柱状体70と密着し易いゴム製の枠を用いることが好ましい。また、枠302と柱状体70とを密着させるために、枠302の形状と柱状体70の第一端面の形状は略同じであることが好ましい。なお、枠302内に供給された封口材304を振動器により振動させてもよい。この振動により、枠302内の封口材304が平坦化し、封口材304中の気泡が除去される。また、枠302を台座300の表面に隙間なく密着又は固定することが好ましい。これにより、枠302と台座300との間から封口材304が漏れることを防止できる。枠302を台座300の表面に密着又は固定する方法は特に限定されない。例えば、枠302と台座300との間に両面接着テープを介在させてもよい。枠302と同様の形状の台座300を用い、枠302及び台座300を重ねてこれらの外周面に接着テープを巻いてもよい。接着テープを用いる場合は、貫通孔70aへ封口材304を導入した後、移動手段600で柱状体70及び枠302を移動させる前に接着テープを除去すればよい。また、枠302に磁石を具備させ、磁力により枠302を金属製の台座300に密着させてもよい。
As shown in FIGS. 3A and 3B, a ring-shaped
封口材304としては、無機化合物粉末(セラミックス材料、セラミックスの原料粉末又はそれらの混合物)、有機バインダ、潤滑剤、造孔剤及び溶媒等の混合物を用いればよい。封口材304が含有する無機化合物粉末の組成は、柱状体70を形成するための無機化合物粉末の組成と同じであってもよく、異なっていてもよい。
As the sealing
図4,5に示すように、第一マスク200aが貼られた柱状体70の第一端面を、枠302内の封口材304に押し当てる。これにより、図5に示すように、第一マスク200aの開口部270aと重なる各貫通孔の端部内に開口部270aを通じて封口材304が略均一に導入される。なお、柱状体70の第一端面全体を封口材304に浸らせて、第一端面に貼られた第一マスク200aを台座300の表面に接触させることが好ましい。これにより、より確実に貫通孔70aの端部内に封口材304が充填される。なお、封口工程では、貫通孔70aに封口材304を導入した後、柱状体70全体を振動器により振動させてもよい。これにより、封口材304が貫通孔70aの端部の隙間に隈なく充填され易くなる。
As shown in FIGS. 4 and 5, the first end surface of the
封口材304を貫通孔70a内に導入した後、移動手段600によって、封口材304に押し当てられた柱状体70を枠302と共に、台座300の表面に略平行な方向に移動させ、柱状体70及び枠302を台座300の表面から分離する。柱状体70を枠302と共に台座の表面から分離させた後で、柱状体304から枠302を取り外す。
After the sealing
第一マスク200aが貼られた第一端面に対する上記の封口工程と同様に、第二マスク200bが貼られた第二端面に対する封口工程を実施する。両端面に封口工程を施した後に、各端面から各マスクを剥がす。なお、第二マスク200bを用いる代わりに、開口部が形成されていない(透明の)樹脂製のフィルムを柱状体70の第二端面(貫通孔70a)に貼り付け、加熱した金属棒又はレーザー光線等の熱線により、市松模様状に並ぶ複数の開口部をフィルムに形成してもよい。
The sealing step for the second end surface to which the
第一端面及び第二端面に対する上記の封口工程を行った後に、乾燥させた柱状体を焼成し、貫通孔70aの一端を塞ぐ封口材304を焼結させる。封口材304の焼結により、図7,8に示すように、貫通孔70aの一端を塞ぐセラミックスの封口部70bが形成され、円柱状のハニカム構造体170が完成する。
After performing the above-described sealing step for the first end surface and the second end surface, the dried columnar body is fired to seal the sealing
(ハニカム構造体)
ハニカム構造体170では、第一端面側で封口部70bに塞がれた貫通孔70aは、第二端面側で開いている。第二端面側で封口部70bに塞がれた貫通孔70aは、第一端面側で開いている。このような構造を有するハニカム構造体(多セル型セラミックモノリス)はDPFに好適である。特にチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体からなるDPFは、SiC、コージェライト又はチタン酸アルミニウム単体からなるDPFに比べて、熱膨張係数が極めて小さく、融点が高く、再生時の耐熱衝撃性に優れ、煤の限界堆積量が大きい点において優れている。なお、DPF用のハニカム構造体170の隔壁表面に、アルミナ等の担体に担持された白金系金属触媒や、セリア又はジルコニア等の助触媒を付着させてもよい。
(Honeycomb structure)
In the
チタン酸アルミニウム焼結体におけるアルミニウムの含有率は、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム換算で40〜60モル%である。チタン酸アルミニウム焼結体におけるチタンの含有率は、特に限定されないが、例えば、酸化チタン換算で35〜55モル%である。チタン酸アルミニウム焼結体におけるマグネシウムの含有率は酸化マグネシウム換算で1〜5質量%であることが好ましい。チタン酸アルミニウム焼結体におけるケイ素の含有率は酸化ケイ素換算で2〜5質量%であることが好ましい。なお、チタン酸アルミニウム焼結体の組成は、原料混合物の組成により適宜調整すればよい。チタン酸アルミニウム焼結体は、上記の成分以外に、原料に由来する成分又は製造工程において不可避的に仕掛品に混入する微量の成分を含有し得る。 Although the aluminum content rate in an aluminum titanate sintered compact is not specifically limited, For example, it is 40-60 mol% in conversion of aluminum oxide. Although the content rate of titanium in an aluminum titanate sintered compact is not specifically limited, For example, it is 35-55 mol% in titanium oxide conversion. The magnesium content in the aluminum titanate sintered body is preferably 1 to 5% by mass in terms of magnesium oxide. The silicon content in the aluminum titanate sintered body is preferably 2 to 5% by mass in terms of silicon oxide. In addition, what is necessary is just to adjust suitably the composition of an aluminum titanate sintered compact with the composition of a raw material mixture. In addition to the above components, the aluminum titanate sintered body may contain components derived from raw materials or trace components inevitably mixed into work-in-process in the manufacturing process.
貫通孔70aの長手方向に垂直な断面の内径(正方形の一辺の長さ)は特に限定されないが、例えば0.8〜2.5mmである。貫通孔70aが延びる方向におけるハニカム構造体170の長さは特に限定されないが、例えば40〜350mmである。また、ハニカム構造体170の外径も特に限定されないが、例えば10〜320mmである。封口部70bの長さDは特に限定されないが1〜20mmである。ハニカム構造体170の端面に開いている貫通孔70aの数(セル密度)は特に限定されないが、例えば150〜450cpsiである。なお、cpsiとの単位は「/inch2」を意味し、「/(0.0254m)2」に等しい。貫通孔70aの隔壁の厚さは特に限定されないが、例えば0.15〜0.76mmである。
The inner diameter (the length of one side of the square) of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the through
[柱状体の形成方法]
(原料混合物の調製)
柱状体を形成するために、無機化合物粉末、有機バインダ及び溶媒を混練機等により混合して調製した原料混合物を成形して、グリーン成形体を得る。無機化合物粉末は、チタン源粉末及びアルミニウム源粉末を含む。無機化合物粉末は、更にマグネシウム源粉末及びケイ素源粉末を含んでもよい。
[Method of forming columnar body]
(Preparation of raw material mixture)
In order to form a columnar body, a raw material mixture prepared by mixing an inorganic compound powder, an organic binder and a solvent with a kneader or the like is molded to obtain a green molded body. The inorganic compound powder includes a titanium source powder and an aluminum source powder. The inorganic compound powder may further contain a magnesium source powder and a silicon source powder.
(アルミニウム源)
アルミニウム源は、チタン酸アルミニウム焼結体を構成するアルミニウム成分となる化合物である。アルミニウム源としては、例えば、アルミナ(酸化アルミニウム)が挙げられる。アルミナの結晶型としては、γ型、δ型、θ型、α型などが挙げられ、不定形(アモルファス)であってもよい。なかでも、α型のアルミナが好ましく用いられる。
(Aluminum source)
The aluminum source is a compound that becomes an aluminum component constituting the aluminum titanate sintered body. Examples of the aluminum source include alumina (aluminum oxide). Examples of the crystal type of alumina include γ-type, δ-type, θ-type, and α-type, and may be indefinite (amorphous). Of these, α-type alumina is preferably used.
アルミニウム源は、単独で空気中で焼成することによりアルミナに導かれる化合物であってもよい。かかる化合物としては、例えばアルミニウム塩、アルミニウムアルコキシド、水酸化アルミニウム、金属アルミニウムなどが挙げられる。 The aluminum source may be a compound that is led to alumina by firing alone in air. Examples of such a compound include an aluminum salt, aluminum alkoxide, aluminum hydroxide, and metal aluminum.
アルミニウム塩は、無機酸との無機塩であってもよいし、有機酸との有機塩であってもよい。具体的なアルミニウム無機塩としては、例えば、硝酸アルミニウム、硝酸アンモニウムアルミニウムなどのアルミニウム硝酸塩、炭酸アンモニウムアルミニウムなどのアルミニウム炭酸塩などが挙げられる。アルミニウム有機塩としては、例えば、蓚酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、ステアリン酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、ラウリン酸アルミニウムなどが挙げられる。 The aluminum salt may be an inorganic salt with an inorganic acid or an organic salt with an organic acid. Specific examples of the aluminum inorganic salt include aluminum nitrates such as aluminum nitrate and ammonium aluminum nitrate, and aluminum carbonates such as ammonium aluminum carbonate. Examples of the aluminum organic salt include aluminum oxalate, aluminum acetate, aluminum stearate, aluminum lactate, and aluminum laurate.
アルミニウムアルコキシドとして具体的には、例えば、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムエトキシド、アルミニウムsec−ブトキシド、アルミニウムtert−ブトキシドなどが挙げられる。 Specific examples of the aluminum alkoxide include aluminum isopropoxide, aluminum ethoxide, aluminum sec-butoxide, aluminum tert-butoxide, and the like.
水酸化アルミニウムの結晶型としては、例えば、ギブサイト型、バイヤライト型、ノロソトランダイト型、ベーマイト型、擬ベーマイト型などが挙げられ、不定形(アモルファス)であってもよい。アモルファスの水酸化アルミニウムとしては、例えば、アルミニウム塩、アルミニウムアルコキシドなどのような水溶性アルミニウム化合物の水溶液を加水分解して得られるアルミニウム加水分解物も挙げられる。 Examples of the crystal type of aluminum hydroxide include gibbsite type, bayerite type, norosotrandite type, boehmite type, and pseudoboehmite type, and may be amorphous (amorphous). Examples of the amorphous aluminum hydroxide include an aluminum hydrolyzate obtained by hydrolyzing an aqueous solution of a water-soluble aluminum compound such as an aluminum salt or an aluminum alkoxide.
アルミニウム源としては、1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 As an aluminum source, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together.
上記のなかでも、アルミニウム源としては、アルミナが好ましく用いられ、より好ましくは、α型のアルミナである。なお、アルミニウム源は、その原料由来あるいは製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。 Of the above, alumina is preferably used as the aluminum source, and more preferably α-type alumina. The aluminum source may contain trace components derived from the raw materials or inevitably contained in the production process.
アルミニウム源粉末の粒径は、特に限定されない。例えば、レーザー回折法により測定される体積基準の累積百分率50%に相当するアルミニウム源粉末の粒子径は20〜60μmの範囲内であればよい。なお、この粒子径は、D50又は平均粒子径とも呼ばれる。焼成時の収縮率低減の観点からは、D50が30〜60μmの範囲内であるアルミニウム源粉末を用いることが好ましい。 The particle size of the aluminum source powder is not particularly limited. For example, the particle diameter of the aluminum source powder corresponding to a volume-based cumulative percentage of 50% measured by a laser diffraction method may be in the range of 20 to 60 μm. This particle diameter is also called D50 or average particle diameter. From the viewpoint of reducing shrinkage during firing, it is preferable to use an aluminum source powder having a D50 in the range of 30 to 60 μm.
原料混合物にはアルミナゾルや後述のシリカゾルを添加することができる。このように、アルミナゾル、シリカゾル等を添加することにより、原料混合物中の微小な粒子同士を吸着させ、グリーン成形体中の粒子径0.1μm以下の粒子の量を、無機化合物粉末(固形分)の100重量部に対して1〜5重量部とすることができ、これにより500℃における脱脂後の成形体の強度を例えば0.2kgf以上とすることができる。 An alumina sol or a silica sol described later can be added to the raw material mixture. Thus, by adding alumina sol, silica sol, etc., fine particles in the raw material mixture are adsorbed to each other, and the amount of particles having a particle diameter of 0.1 μm or less in the green molded body is reduced to an inorganic compound powder (solid content). From 1 to 5 parts by weight per 100 parts by weight, the strength of the compact after degreasing at 500 ° C. can be, for example, 0.2 kgf or more.
アルミナゾルとは、微粒子状のアルミナを分散質とし、液体を分散媒とするコロイドである。アルミナゾルは、単独でアルミニウム源とすることもできるが、他のアルミニウム源と共に併用されることが好ましい。アルミナゾルの分散媒は、例えば、混合時や仮焼時に蒸発等により除去される。 The alumina sol is a colloid using fine particle alumina as a dispersoid and a liquid as a dispersion medium. Alumina sol can be used alone as an aluminum source, but is preferably used in combination with other aluminum sources. The dispersion medium of alumina sol is removed by evaporation or the like at the time of mixing or calcination, for example.
アルミナゾルの分散媒としては、水溶液や各種有機溶媒、例えば、塩酸水溶液、酢酸水溶液、硝酸水溶液、アルコール、キシレン、トルエン、メチルイソブチルケトンなどが挙げられる。アルミナゾルとしては、平均粒子径が1〜100nmのコロイド状アルミナゾルが好適に用いられる。このような平均粒子径を有するアルミナゾルを用いることにより、原料混合物中の粒子同士を吸着させられるといった利点がある。また、アルミナゾルの市販品としては、例えば、日産化学工業社製「アルミナゾル100」、「アルミナゾル200」、「アルミナゾル520」、シーアイ化成製「NanoTekAl2O3」等が挙げられる。このうち、日産化学工業社製「アルミナゾル200」を用いることが好ましい。 Examples of the dispersion medium for the alumina sol include aqueous solutions and various organic solvents such as aqueous hydrochloric acid, aqueous acetic acid, aqueous nitric acid, alcohol, xylene, toluene, and methyl isobutyl ketone. As the alumina sol, a colloidal alumina sol having an average particle diameter of 1 to 100 nm is preferably used. By using an alumina sol having such an average particle size, there is an advantage that particles in the raw material mixture can be adsorbed. Examples of commercially available products of alumina sol include “Alumina sol 100”, “Alumina sol 200”, “Alumina sol 520” manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., “NanoTekAl 2 O 3 ” manufactured by CI Kasei. Among these, it is preferable to use "Alumina sol 200" manufactured by Nissan Chemical Industries.
アルミナゾルは、無機化合物粉末(固形分)の100重量部に対して固形分で0〜10重量部、好ましくは0〜5重量部用いることができる。アルミナゾルは、2種以上混合して用いてもよい。 The alumina sol can be used in an amount of 0 to 10 parts by weight, preferably 0 to 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the inorganic compound powder (solid content). Two or more kinds of alumina sols may be mixed and used.
(チタン源)
チタン源は、チタン酸アルミニウム焼結体を構成するチタン成分となる化合物であり、かかる化合物としては、例えば酸化チタンが挙げられる。酸化チタンとしては、例えば、酸化チタン(IV)、酸化チタン(III)、酸化チタン(II)などが挙げられ、なかでも酸化チタン(IV)が好ましく用いられる。酸化チタン(IV)の結晶型としては、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型などが挙げられ、不定形(アモルファス)であってもよい。より好ましくは、アナターゼ型、ルチル型の酸化チタン(IV)である。
(Titanium source)
The titanium source is a compound that becomes a titanium component constituting the aluminum titanate sintered body, and examples of such a compound include titanium oxide. Examples of titanium oxide include titanium (IV) oxide, titanium (III) oxide, and titanium (II) oxide. Among these, titanium (IV) oxide is preferably used. Examples of the crystal form of titanium (IV) oxide include anatase type, rutile type, brookite type and the like, and may be indefinite (amorphous). More preferred is anatase type or rutile type titanium (IV) oxide.
チタン源は、単独で空気中で焼成することによりチタニア(酸化チタン)に導かれる化合物であってもよい。かかる化合物としては、例えば、チタン塩、チタンアルコキシド、水酸化チタン、窒化チタン、硫化チタン、チタン金属などが挙げられる。 The titanium source may be a compound that is led to titania (titanium oxide) by firing alone in air. Examples of such compounds include titanium salts, titanium alkoxides, titanium hydroxide, titanium nitride, titanium sulfide, titanium metal and the like.
チタン塩として具体的には、三塩化チタン、四塩化チタン、硫化チタン(IV)、硫化チタン(VI)、硫酸チタン(IV)などが挙げられる。チタンアルコキシドとして具体的には、チタン(IV)エトキシド、チタン(IV)メトキシド、チタン(IV)t−ブトキシド、チタン(IV)イソブトキシド、チタン(IV)n−プロポキシド、チタン(IV)テトライソプロポキシド、および、これらのキレート化物などが挙げられる。 Specific examples of the titanium salt include titanium trichloride, titanium tetrachloride, titanium sulfide (IV), titanium sulfide (VI), titanium sulfate (IV), and the like. Specific examples of titanium alkoxide include titanium (IV) ethoxide, titanium (IV) methoxide, titanium (IV) t-butoxide, titanium (IV) isobutoxide, titanium (IV) n-propoxide, titanium (IV) tetraiso Examples thereof include propoxide and chelates thereof.
チタン源としては、1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 As a titanium source, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together.
上記のなかでも、チタン源としては、酸化チタンが好ましく用いられ、より好ましくは、酸化チタン(IV)である。なお、チタン源は、その原料由来あるいは製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。 Among the above, as the titanium source, titanium oxide is preferably used, and titanium (IV) oxide is more preferable. In addition, a titanium source can contain the trace component contained unavoidable in the raw material origin or manufacturing process.
チタン源粉末の粒径は、特に限定されない。例えば、レーザー回折法により測定される、体積基準の累積百分率50%に相当するチタン源粉末の粒子径(D50)は0.5〜25μmの範囲内であればよい。十分に低い焼成収縮率の達成のためには、チタン源粉末のD50が1〜20μmの範囲内であることが好ましい。なお、チタン源粉末は、バイモーダルな粒径分布を示すことがあるが、このようなバイモーダルな粒径分布を示すチタン源粉末を用いる場合においては、レーザー回折法により測定される粒径分布における、粒径が大きい方のピークの粒径が20〜50μmの範囲内であることが好ましい。 The particle size of the titanium source powder is not particularly limited. For example, the particle diameter (D50) of the titanium source powder corresponding to a volume-based cumulative percentage of 50% as measured by a laser diffraction method may be in the range of 0.5 to 25 μm. In order to achieve a sufficiently low firing shrinkage ratio, the D50 of the titanium source powder is preferably in the range of 1 to 20 μm. The titanium source powder may show a bimodal particle size distribution. When using a titanium source powder showing such a bimodal particle size distribution, the particle size distribution measured by the laser diffraction method is used. It is preferable that the particle diameter of the peak with a larger particle diameter is in the range of 20 to 50 μm.
レーザー回折法により測定されるチタン源粉末のモード径は、特に限定されないが、0.3〜60μmの範囲内であればよい。 The mode diameter of the titanium source powder measured by the laser diffraction method is not particularly limited as long as it is in the range of 0.3 to 60 μm.
(マグネシウム源)
原料混合物は、マグネシウム源を含有していてもよい。マグネシウム源を含むグリーン成形体から製造されたチタン酸アルミニウム焼結体は、チタン酸アルミニウムマグネシウム結晶の焼結体である。
(Magnesium source)
The raw material mixture may contain a magnesium source. An aluminum titanate sintered body produced from a green molded body containing a magnesium source is a sintered body of aluminum magnesium titanate crystals.
マグネシウム源としては、マグネシア(酸化マグネシウム)のほか、単独で空気中で焼成することによりマグネシアに導かれる化合物が挙げられる。後者の例としては、例えば、マグネシウム塩、マグネシウムアルコキシド、水酸化マグネシウム、窒化マグネシウム、金属マグネシウムなどが挙げられる。 Examples of the magnesium source include magnesia (magnesium oxide) and a compound that is led to magnesia by firing alone in air. Examples of the latter include magnesium salt, magnesium alkoxide, magnesium hydroxide, magnesium nitride, metal magnesium and the like.
マグネシウム塩として具体的には、塩化マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、リン酸マグネシウム、ピロリン酸マグネシウム、蓚酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、クエン酸マグネシウム、乳酸マグネシウム、ステアリン酸マグネシウム、サリチル酸マグネシウム、ミリスチン酸マグネシウム、グルコン酸マグネシウム、ジメタクリル酸マグネシウム、安息香酸マグネシウムなどが挙げられる。 Specific examples of magnesium salts include magnesium chloride, magnesium perchlorate, magnesium phosphate, magnesium pyrophosphate, magnesium oxalate, magnesium nitrate, magnesium carbonate, magnesium acetate, magnesium sulfate, magnesium citrate, magnesium lactate, magnesium stearate, Examples include magnesium salicylate, magnesium myristate, magnesium gluconate, magnesium dimethacrylate, and magnesium benzoate.
マグネシウムアルコキシドとして具体的には、マグネシウムメトキシド、マグネシウムエトキシドなどが挙げられる。なお、マグネシウム源は、その原料由来あるいは製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。 Specific examples of the magnesium alkoxide include magnesium methoxide and magnesium ethoxide. In addition, a magnesium source can contain the trace component contained unavoidable in the raw material origin or manufacturing process.
マグネシウム源として、マグネシウム源とアルミニウム源とを兼ねた化合物を用いることもできる。このような化合物としては、例えば、マグネシアスピネル(MgAl2O4)が挙げられる。 As the magnesium source, a compound serving both as a magnesium source and an aluminum source can also be used. An example of such a compound is magnesia spinel (MgAl 2 O 4 ).
マグネシウム源として、1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 As a magnesium source, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together.
マグネシウム源粉末の粒径は、特に限定されない。例えば、レーザー回折法により測定される体積基準の累積百分率50%に相当するマグネシウム源粉末の粒子径(D50)は0.5〜30μmの範囲内であればよい。焼成時の収縮率低減の観点からは、D50が3〜20μmの範囲内であるマグネシウム源粉末を用いることが好ましい。 The particle size of the magnesium source powder is not particularly limited. For example, the particle diameter (D50) of the magnesium source powder corresponding to a volume-based cumulative percentage of 50% measured by a laser diffraction method may be in the range of 0.5 to 30 μm. From the viewpoint of reducing shrinkage during firing, it is preferable to use a magnesium source powder having a D50 in the range of 3 to 20 μm.
グリーン成形体中におけるMgO(マグネシア)換算でのマグネシウム源のモル量は、Al2O3(アルミナ)換算でのアルミニウム源とTiO2(チタニア)換算でのチタン源との合計モル量に対して、0.03〜0.15であることが好ましく、より好ましくは0.03〜0.12である。マグネシウム源の含有量をこの範囲内に調整することにより、耐熱性がより向上された、大きい細孔径および開気孔率を有するチタン酸アルミニウム焼結体を比較的容易に得ることができる。 The molar amount of the magnesium source in terms of MgO (magnesia) in the green molded body is based on the total molar amount of the aluminum source in terms of Al 2 O 3 (alumina) and the titanium source in terms of TiO 2 (titania). 0.03 to 0.15, and more preferably 0.03 to 0.12. By adjusting the content of the magnesium source within this range, an aluminum titanate sintered body having a large pore diameter and an open porosity with improved heat resistance can be obtained relatively easily.
(ケイ素源)
原料混合物は、ケイ素源をさらに含有していてもよい。ケイ素源は、シリコン成分となってチタン酸アルミニウム焼結体に含まれる化合物である。ケイ素源の併用により、耐熱性がより向上されたチタン酸アルミニウム焼結体を得ることが可能となる。ケイ素源としては、例えば、二酸化ケイ素、一酸化ケイ素などの酸化ケイ素(シリカ)が挙げられる。
(Silicon source)
The raw material mixture may further contain a silicon source. The silicon source is a compound that becomes a silicon component and is contained in the aluminum titanate sintered body. By using the silicon source in combination, it becomes possible to obtain an aluminum titanate sintered body with improved heat resistance. Examples of the silicon source include silicon oxides (silica) such as silicon dioxide and silicon monoxide.
ケイ素源は、単独で空気中で焼成することによりシリカに導かれる化合物であってもよい。かかる化合物としては、例えば、ケイ酸、炭化ケイ素、窒化ケイ素、硫化ケイ素、四塩化ケイ素、酢酸ケイ素、ケイ酸ナトリウム、オルトケイ酸ナトリウム、長石、ガラスフリットなどが挙げられる。なかでも、長石、ガラスフリットなどが好ましく用いられ、工業的に入手が容易であり、組成が安定している点で、ガラスフリットなどがより好ましく用いられる。なお、ガラスフリットとは、ガラスを粉砕して得られるフレークまたは粉末状のガラスをいう。ケイ素源として、長石とガラスフリットとの混合物からなる粉末を用いることもできる。 The silicon source may be a compound that is led to silica by firing alone in air. Examples of such compounds include silicic acid, silicon carbide, silicon nitride, silicon sulfide, silicon tetrachloride, silicon acetate, sodium silicate, sodium orthosilicate, feldspar, and glass frit. Among them, feldspar, glass frit and the like are preferably used, and glass frit and the like are more preferably used in terms of industrial availability and stable composition. Glass frit means flakes or powdery glass obtained by pulverizing glass. As the silicon source, a powder made of a mixture of feldspar and glass frit can also be used.
ケイ素源がガラスフリットである場合、得られるチタン酸アルミニウム焼結体の耐熱分解性をより向上させるという観点から、屈伏点が700℃以上のものを用いることが好ましい。ガラスフリットの屈伏点は、熱機械分析装置(TMA:Thermo Mechanical Analysis)を用いて、低温からガラスフリットの膨張を測定し、膨張が止まり、次に収縮が始まる温度(℃)と定義される。 When the silicon source is a glass frit, it is preferable to use one having a yield point of 700 ° C. or higher from the viewpoint of further improving the thermal decomposition resistance of the obtained aluminum titanate sintered body. The yield point of the glass frit is defined as a temperature (° C.) at which the expansion of the glass frit is measured from a low temperature by using a thermo mechanical analyzer (TMA), and the expansion stops and then the contraction starts.
ガラスフリットを構成するガラスには、ケイ酸(SiO2)を主成分(全成分中50重量%以上)とする一般的なケイ酸ガラスを用いることができる。ガラスフリットを構成するガラスは、その他の含有成分として、一般的なケイ酸ガラスと同様、アルミナ(Al2O3)、酸化ナトリウム(Na2O)、酸化カリウム(K2O)、酸化カルシウム(CaO)、マグネシア(MgO)等を含んでいてもよい。また、ガラスフリットを構成するガラスは、ガラス自体の耐熱水性を向上させるために、ZrO2を含有していてもよい。 As the glass constituting the glass frit, a general silicate glass containing silicate (SiO 2 ) as a main component (50% by weight or more in all components) can be used. The glass constituting the glass frit includes other components such as alumina (Al 2 O 3 ), sodium oxide (Na 2 O), potassium oxide (K 2 O), calcium oxide ( CaO), magnesia (MgO) and the like may be included. The glass constituting the glass frit may contain ZrO 2 in order to improve the hot water resistance of the glass itself.
ケイ素源として、1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 As a silicon source, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together.
ケイ素源粉末の粒径は、特に限定されない。例えば、レーザー回折法により測定される体積基準の累積百分率50%に相当するケイ素源の粒子径(D50)は0.5〜30μmの範囲内であればよい。グリーン成形体の比重をより向上させ、機械的強度のより高い焼成体を得るためには、ケイ素源のD50が1〜20μmの範囲内であることが好ましい。 The particle size of the silicon source powder is not particularly limited. For example, the particle diameter (D50) of the silicon source corresponding to a volume-based cumulative percentage of 50% measured by laser diffraction method may be in the range of 0.5 to 30 μm. In order to further improve the specific gravity of the green molded body and obtain a fired body having higher mechanical strength, it is preferable that D50 of the silicon source is in the range of 1 to 20 μm.
原料混合物がケイ素源を含む場合、原料混合物中におけるケイ素源の含有量は、Al2O3(アルミナ)換算でのアルミニウム源とTiO2(チタニア)換算でのチタン源との合計量100重量部に対して、SiO2(シリカ)換算で、通常0.1重量部〜10重量部であり、好ましくは5重量部以下である。また、原料混合物中におけるケイ素源の含有量は、原料混合物中に含まれる無機化合物源中、2重量%以上5重量%以下とすることがより好ましい。ケイ素源は、その原料由来あるいは製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。 When the raw material mixture contains a silicon source, the content of the silicon source in the raw material mixture is 100 parts by weight of the total amount of the aluminum source in terms of Al 2 O 3 (alumina) and the titanium source in terms of TiO 2 (titania). On the other hand, it is usually 0.1 to 10 parts by weight, preferably 5 parts by weight or less in terms of SiO 2 (silica). Further, the content of the silicon source in the raw material mixture is more preferably 2% by weight or more and 5% by weight or less in the inorganic compound source contained in the raw material mixture. The silicon source may contain trace components that are derived from the raw materials or inevitably contained in the production process.
マグネシアスピネル(MgAl2O4)などの複合酸化物のように、チタン、アルミニウム、ケイ素およびマグネシウムのうち、2つ以上の金属元素を成分とする化合物を原料として用いることができる。 As a composite oxide such as magnesia spinel (MgAl 2 O 4 ), a compound containing two or more metal elements among titanium, aluminum, silicon, and magnesium can be used as a raw material.
原料混合物中の無機化合物粉末100重量部における粒子径0.1μm以下の粒子の含有量を1〜5重量部とする場合、上述のように、原料混合物にアルミナゾルおよび/またはシリカゾルを添加して混合することが好ましい。シリカゾルとは、微粒子状のシリカを分散質とし、液体を分散媒とするコロイドである。シリカゾルは、単独でケイ素源とすることもできるが、他のシリカ源と共に併用されることが好ましい。シリカナゾルの分散媒は、例えば、混合時や仮焼時に蒸発等により除去される。 When the content of particles having a particle size of 0.1 μm or less in 100 parts by weight of the inorganic compound powder in the raw material mixture is 1 to 5 parts by weight, the alumina sol and / or silica sol is added to the raw material mixture and mixed as described above. It is preferable to do. Silica sol is a colloid using fine particle silica as a dispersoid and liquid as a dispersion medium. The silica sol can be used alone as a silicon source, but is preferably used in combination with other silica sources. The dispersion medium of silica nasol is removed by evaporation or the like at the time of mixing or calcination, for example.
シリカゾルの分散媒としては、水溶液や各種有機溶媒、例えば、アンモニア水溶液、アルコール、キシレン、トルエン、トリグリセリドなどが挙げられる。シリカゾルとしては、平均粒子径が1〜100nmのコロイド状シリカゾルが好適に用いられる。このような平均粒子径を有するシリカゾルを用いることにより、原料混合物中の粒子同士を吸着させ、焼成時に融解し結合させることができるといった利点がある。 Examples of the dispersion medium for silica sol include aqueous solutions and various organic solvents such as an aqueous ammonia solution, alcohol, xylene, toluene, and triglyceride. As the silica sol, a colloidal silica sol having an average particle diameter of 1 to 100 nm is preferably used. By using a silica sol having such an average particle size, there is an advantage that particles in the raw material mixture can be adsorbed and melted and bonded during firing.
シリカゾルの市販品としては、例えば、日産化学工業社製「スノーテックス20、30、40、50、N、O、S、C、20L、OL、XS、XL、YL、ZL、QAS−40、LSS−35、LSS−45」、旭電化社製「アデライトAT−20、AT−30、AT−40、AT−50、AT−20N、AT−20A、AT−30A、AT−20Q、AT−300、AT−300Q」、触媒化成工業社製「Cataloid S−20L、S−20H、S−30L、S−30H、SI−30、SI−40、SI−50、SI−350、SI−500、SI−45P、SI−80P、SN、SA、SC−30」、デュポン社製「ルドックスHS−40、HS−30、LS、SM−30、TM、AS、AM」等が挙げられる。このうち、中性域でコロイド状態が安定な「スノーテックスC」を用いることが好ましい。 Examples of commercially available silica sols include “Snowtex 20, 30, 40, 50, N, O, S, C, 20L, OL, XS, XL, YL, ZL, QAS-40, LSS manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. -35, LSS-45 "," Adelite AT-20, AT-30, AT-40, AT-50, AT-20N, AT-20A, AT-30A, AT-20Q, AT-300, manufactured by Asahi Denka Co., Ltd. "AT-300Q", "Cataloid S-20L, S-20H, S-30L, S-30H, SI-30, SI-40, SI-50, SI-350, SI-500, SI-" manufactured by Catalyst Kasei Kogyo Co., Ltd. 45P, SI-80P, SN, SA, SC-30 "," Ludox HS-40, HS-30, LS, SM-30, TM, AS, AM "manufactured by DuPont. Among these, it is preferable to use “Snowtex C” that is stable in a colloidal state in a neutral region.
原料混合物におけるシリカゾルの含有量は、無機化合物粉末(固形分)の100重量部に対して固形分で0〜10重量部、好ましくは0〜5重量部であればよい。2種以上のシリカゾルを混合して用いてもよい。 Content of the silica sol in a raw material mixture should just be 0-10 weight part by solid content with respect to 100 weight part of inorganic compound powder (solid content), Preferably it may be 0-5 weight part. Two or more kinds of silica sols may be mixed and used.
原料混合物は、チタン酸アルミニウムやチタン酸アルミニウムマグネシウムを含んでもよい。例えば、原料混合物の構成成分としてチタン酸アルミニウムマグネシウムを使用する場合、チタン酸アルミニウムマグネシウムは、チタン源、アルミニウム源およびマグネシウム源を兼ね備えた原料に相当する。 The raw material mixture may contain aluminum titanate or aluminum magnesium titanate. For example, when aluminum magnesium titanate is used as a constituent of the raw material mixture, the aluminum magnesium titanate corresponds to a raw material having both a titanium source, an aluminum source, and a magnesium source.
(有機バインダ)
有機バインダとしては、水溶性の有機バインダが好ましい。水溶性の有機バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースなどのセルロース類;ポリビニルアルコールなどのアルコール類;リグニンスルホン酸塩などの塩などが挙げられる。
(Organic binder)
As the organic binder, a water-soluble organic binder is preferable. Examples of the water-soluble organic binder include celluloses such as methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, and hydroxyethylmethylcellulose; alcohols such as polyvinyl alcohol; salts such as lignin sulfonate.
有機バインダの量は、無機化合物粉末の100重量部に対して、通常20重量部以下であり、好ましくは15重量部以下、さらに好ましくは6重量部である。また、有機バインダの下限量は、通常0.1重量部、好ましくは3重量部である。 The amount of the organic binder is usually 20 parts by weight or less, preferably 15 parts by weight or less, and more preferably 6 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the inorganic compound powder. The lower limit amount of the organic binder is usually 0.1 parts by weight, preferably 3 parts by weight.
(溶媒)
溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノールなどのアルコール類、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコールなどのグリコール類、および水などの極性溶媒を用いることができる。なかでも、水が好ましく、不純物が少ない点で、より好ましくはイオン交換水が用いられる。溶媒の使用量は、無機化合物粉末の100重量部に対して、通常、10重量部〜100重量部、好ましくは20重量部〜80重量部である。なお、溶媒として非極性溶媒を用いてもよい。
(solvent)
As the solvent, for example, alcohols such as methanol, ethanol, butanol and propanol, glycols such as propylene glycol, polypropylene glycol and ethylene glycol, and polar solvents such as water can be used. Of these, water is preferable, and ion-exchanged water is more preferably used from the viewpoint of few impurities. The amount of the solvent used is usually 10 to 100 parts by weight, preferably 20 to 80 parts by weight, based on 100 parts by weight of the inorganic compound powder. A nonpolar solvent may be used as the solvent.
(その他の添加物)
原料混合物は、有機バインダ以外の有機添加物を含むことができる。その他の有機添加物とは、例えば、造孔剤、潤滑剤および可塑剤、分散剤である。
(Other additives)
The raw material mixture can contain an organic additive other than the organic binder. Other organic additives are, for example, pore formers, lubricants and plasticizers, and dispersants.
造孔剤としては、グラファイト等の炭素材、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル等の樹脂類、でんぷん、ナッツ殻、クルミ殻、コーンなどの植物材料、氷、及びドライアイス等などが挙げられる。造孔剤の添加量は、無機化合物粉末の100重量部に対して、通常、0〜40重量部であり、好ましくは0〜25重量部である。造孔剤はグリーン成形体の焼成時に消失する。したがって、チタン酸アルミニウム焼結体では、造孔剤が存在していた箇所に微細孔が形成される。この微細孔の孔径はディーゼル燃料に由来する微細粒子の粒子径よりも小さい。したがって、気体は微細孔中を通過できるが、微細粒子は通過できない。 Examples of the pore-forming agent include carbon materials such as graphite, resins such as polyethylene, polypropylene, and polymethyl methacrylate, plant materials such as starch, nut shells, walnut shells, and corn, ice, and dry ice. The addition amount of the pore-forming agent is usually 0 to 40 parts by weight, preferably 0 to 25 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the inorganic compound powder. The pore former disappears when the green molded body is fired. Therefore, in the aluminum titanate sintered body, micropores are formed at locations where the pore-forming agent was present. The pore size of the fine pores is smaller than the particle size of fine particles derived from diesel fuel. Therefore, the gas can pass through the fine pores, but the fine particles cannot pass.
潤滑剤及び可塑剤としては、グリセリンなどのアルコール類、カプリル酸、ラウリン酸、パルミチン酸、アラギン酸、オレイン酸、ステアリン酸などの高級脂肪酸、ステアリン酸Al等のステアリン酸金属塩などが挙げられる。潤滑剤及び可塑剤の添加量は、無機化合物粉末の100重量部に対して、通常、0〜10重量部であり、好ましくは1〜5重量部である。 Examples of the lubricant and plasticizer include alcohols such as glycerin, caprylic acid, lauric acid, palmitic acid, higher fatty acids such as alginate, oleic acid and stearic acid, and stearic acid metal salts such as Al stearate. The addition amount of the lubricant and the plasticizer is usually 0 to 10 parts by weight, preferably 1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the inorganic compound powder.
分散剤としては、例えば、硝酸、塩酸、硫酸などの無機酸、シュウ酸、クエン酸、酢酸、リンゴ酸、乳酸等の有機酸、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、ポリカルボン酸アンモニウム、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル等の界面活性剤などが挙げられる。分散剤の添加量は、無機化合物粉末の100重量部に対して、通常、0〜20重量部であり、好ましくは2〜8重量部である。 Examples of the dispersant include inorganic acids such as nitric acid, hydrochloric acid and sulfuric acid, organic acids such as oxalic acid, citric acid, acetic acid, malic acid and lactic acid, alcohols such as methanol, ethanol and propanol, ammonium polycarboxylate, Surfactants such as oxyalkylene alkyl ethers are listed. The addition amount of the dispersing agent is usually 0 to 20 parts by weight, preferably 2 to 8 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the inorganic compound powder.
(グリーン成形体の形成)
格子状の開口を有するダイを備える押出成形機を用いて、上述の原料混合物を成形することにより、グリーン成形体を形成する。なお、成形前の原料混合物を混練してもよい。
(Formation of green molded body)
A green molded body is formed by molding the above-described raw material mixture using an extruder having a die having a lattice-shaped opening. In addition, you may knead | mix the raw material mixture before shaping | molding.
(グリーン成形体の仮焼き及び焼成)
上述のグリーン成形体を仮焼き(脱脂)し、且つ焼成することにより、柱状体を得ることができる。得られる柱状体は、主にチタン酸アルミニウムの結晶粒子の焼結体から構成される。本実施形態では、原料混合物を成形してから焼成を行なうことにより、原料混合物を直接焼成する場合と比較して、焼成中の収縮を抑えることができ、得られるチタン酸アルミニウム焼結体の割れを効果的に抑制でき、また、焼成により生成した多孔質性のチタン酸アルミニウム結晶の細孔形状が維持されたチタン酸アルミニウム焼結体を得ることができる。なお、上述のように、グリーン成形体を焼成することなく、柱状体として用いてもよい。
(Calcination and firing of green molded body)
A columnar body can be obtained by calcining (degreasing) and firing the green molded body described above. The obtained columnar body is mainly composed of a sintered body of crystal grains of aluminum titanate. In this embodiment, by performing firing after forming the raw material mixture, it is possible to suppress shrinkage during firing compared to the case of directly firing the raw material mixture, and cracking of the obtained aluminum titanate sintered body In addition, it is possible to obtain an aluminum titanate sintered body in which the pore shape of the porous aluminum titanate crystal generated by firing is maintained. As described above, the green molded body may be used as a columnar body without firing.
仮焼(脱脂)は、グリーン成形体中の有機バインダや、必要に応じて配合される有機添加物を、焼失、分解等により除去するための工程である。典型的な仮焼き工程は、焼成工程の初期段階、すなわちグリーン成形体が焼成温度に至るまでの昇温段階(例えば、300〜900℃の温度範囲)に相当する。仮焼(脱脂)工程おいては、昇温速度を極力おさえることが好ましい。 Calcination (degreasing) is a process for removing the organic binder in the green molded body and the organic additive blended as necessary by burning, decomposition, or the like. A typical calcination process corresponds to an initial stage of the firing process, that is, a temperature raising stage (for example, a temperature range of 300 to 900 ° C.) until the green molded body reaches the firing temperature. In the calcination (degreasing) step, it is preferable to suppress the temperature increase rate as much as possible.
グリーン成形体の焼成温度は、通常、1300℃以上、好ましくは1400℃以上である。また、焼成温度は、通常、1650℃以下、好ましくは1550℃以下である。この温度範囲でグリーン成形体を加熱することにより、グリーン成形体中の無機化合物粉末が確実に焼結する。焼成温度までの昇温速度は特に限定されるものではないが、通常、1℃/時間〜500℃/時間である。 The firing temperature of the green molded body is usually 1300 ° C. or higher, preferably 1400 ° C. or higher. The firing temperature is usually 1650 ° C. or lower, preferably 1550 ° C. or lower. By heating the green molded body within this temperature range, the inorganic compound powder in the green molded body is surely sintered. The rate of temperature increase up to the firing temperature is not particularly limited, but is usually 1 ° C./hour to 500 ° C./hour.
焼成は通常、大気中で行なわれるが、用いる原料粉末、すなわちアルミニウム源粉末、チタニウム源粉末、マグネシウム源粉末およびケイ素源粉末の種類や使用量比によっては、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス中で焼成してもよいし、一酸化炭素ガス、水素ガスなどのような還元性ガス中で焼成してもよい。また、水蒸気分圧を低くした雰囲気中で焼成を行なってもよい。 Firing is usually performed in the atmosphere, but depending on the type and usage ratio of the raw material powder used, that is, aluminum source powder, titanium source powder, magnesium source powder and silicon source powder, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas. The firing may be performed in a reducing gas such as carbon monoxide gas or hydrogen gas. Further, the firing may be performed in an atmosphere in which the water vapor partial pressure is lowered.
焼成は、通常、管状電気炉、箱型電気炉、トンネル炉、遠赤外線炉、マイクロ波加熱炉、シャフト炉、反射炉、ロータリー炉、ローラーハース炉などの通常の焼成炉を用いて行なわれる。焼成は回分式で行なってもよいし、連続式で行なってもよい。また、静置式で行なってもよいし、流動式で行なってもよい。 Firing is usually performed using a conventional firing furnace such as a tubular electric furnace, a box-type electric furnace, a tunnel furnace, a far-infrared furnace, a microwave heating furnace, a shaft furnace, a reflection furnace, a rotary furnace, or a roller hearth furnace. Firing may be performed batchwise or continuously. Moreover, you may carry out by a stationary type and may carry out by a fluid type.
焼成に要する時間は、グリーン成形体がチタン酸アルミニウム結晶に遷移するのに十分な時間であればよく、グリーン成形体の量、焼成炉の形式、焼成温度、焼成雰囲気などにより異なるが、通常は10分〜24時間である。 The time required for firing may be sufficient time for the green molded body to transition to the aluminum titanate crystal, and varies depending on the amount of the green molded body, the type of firing furnace, firing temperature, firing atmosphere, etc. 10 minutes to 24 hours.
なお、グリーン成形体の仮焼きと焼成を個別に行ってもよい。仮焼き工程では、有機バインダその他の有機添加物の熱分解温度以上であり無機化合物粉末の焼結温度よりも低い温度でグリーン成形体を加熱すればよい。焼成工程では、仮焼き工程後のグリーン成形体を無機化合物粉末の焼結温度以上の温度で加熱すればよい。 Note that the green molded body may be calcined and fired separately. In the calcining step, the green molded body may be heated at a temperature equal to or higher than the thermal decomposition temperature of the organic binder and other organic additives and lower than the sintering temperature of the inorganic compound powder. In the firing step, the green molded body after the calcining step may be heated at a temperature equal to or higher than the sintering temperature of the inorganic compound powder.
以上のようにして、ハニカム構造を有する柱状体70を得ることができる。このような柱状体70は、成形直後のグリーン成形体の形状をほぼ維持した形状を有する。得られた柱状体70は、研削加工等により、所望の形状に加工することもできる。
As described above, the
以上、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 As mentioned above, although one suitable embodiment of the present invention was described in detail, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment.
例えば、ハニカム構造体170は、コージェライトやシリコンカーバイド等からなる多孔質のセラミックスであってもよい。この場合、柱状体がコージェライト若しくはシリコンカーバイド又はこれらの原料粉末を含む。ハニカム構造体170の形状は円柱に限定されず、用途に応じて任意の形状をとることができる。例えば、ハニカム構造体170の形状が、多角柱や楕円柱等であってもよい。また、枠302の形状も、ハニカム構造体170の形状に合わせた任意の形状をとることができ、多角形や楕円であってもよい。
For example, the
図9に示すように、枠302aとして、柱状体の端面の外径と略同じ内径を有するテーパー状ゴムリング302aを用いてもよい。テーパー状ゴムリング302aの内径が最も大きい側を台座300の表面と反対側に向けた状態で、台座300の表面にテーパー状ゴムリング302aを載置し、テーパー状ゴムリング302aに封口材304を供給してもよい。この場合、柱状体をテーパー状ゴムリング302a内の封口材304へ押し付ける際に、柱状体とテーパー状ゴムリング302aとが密着し易く、柱状体とテーパー状ゴムリング302aとの間から封口材が逃げ難くなるため、柱状体の端面の周縁部近傍の貫通孔70a内へ封口材304が導入され易くなる。
As shown in FIG. 9, a
ハニカム構造体の用途はDPFに限定されない。ハニカム構造体は、ガソリンエンジンなどの内燃機関の排気ガス浄化に用いられる排ガスフィルター又は触媒担体、ビールなどの飲食物の濾過に用いる濾過フィルター、石油精製時に生じるガス成分(例えば一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、酸素等)を選択的に透過させるための選択透過フィルターなどのセラミックスフィルターなどに好適に適用することができる。なかでも、セラミックスフィルターなどとして用いる場合、チタン酸アルミニウム焼結体は、高い細孔容積および開気孔率を有することから、良好なフィルター性能を長期にわたって維持することができる。 The use of the honeycomb structure is not limited to DPF. The honeycomb structure includes an exhaust gas filter or catalyst carrier used for exhaust gas purification of an internal combustion engine such as a gasoline engine, a filter used for filtering food and drink such as beer, and gas components (for example, carbon monoxide, carbon dioxide, etc.) generated during petroleum refining. , Nitrogen, oxygen, etc.) can be suitably applied to ceramic filters such as a selective permeation filter. Especially, when using as a ceramics filter etc., since an aluminum titanate sintered compact has a high pore volume and an open porosity, it can maintain favorable filter performance over a long period of time.
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
チタン酸アルミニウム系結晶の原料である無機化合物粉末、有機バインダ、潤滑剤、造孔剤、可塑剤、分散剤及び水(溶媒)を含む原料混合物を調製した。この原料混合物を混練して押出成形することにより、図1に示すようなハニカム構造を有するグリーン成形体(柱状体70)を作製した。柱状体70に形成された貫通孔70aの内径(正方形の一辺の長さ)は1.2mmであった。柱状体70の端面に開いている貫通孔70aの数(セル密度)は、0.43/mm2であった。貫通孔70aが延びる方向における柱状体70の長さは171mmであった。また、柱状体70の端面の外径は162mmであった。
Example 1
A raw material mixture containing an inorganic compound powder, an organic binder, a lubricant, a pore former, a plasticizer, a dispersant, and water (solvent), which are raw materials for the aluminum titanate crystal, was prepared. This raw material mixture was kneaded and extruded to produce a green molded body (columnar body 70) having a honeycomb structure as shown in FIG. The inner diameter (the length of one side of the square) of the through
上記実施形態及び図2〜6に示した製造方法により、柱状体70の両端面に開いた一部の貫通孔70aに封口材304を導入した。すなわち、柱状体70の第一端面に第一マスク200aを貼り付け、柱状体70の第二端面に第二マスク200bを貼り付けた。次に、台座300の表面に載置されたゴムリング302内にスラリー状の封口材304を供給した。押し当て手段400を用いて、第一マスク200aが貼られた柱状体70の第一端面を、ゴムリング内の封口材304に押し当てた。封口材304に押し当てられた柱状体70をゴムリング302と共に、移動手段600を用いて台座300の表面に略平行な方向に移動させ、柱状体70及びゴムリング302を台座300から分離させた。以上の第一端面に対する封口工程と同様に、柱状体70の第二端面に対する封口工程を実施した。各封口工程でゴムリング302内に張られた封口材304の厚さを3mmとした。各封口工程でゴムリング302内に供給された封口材304の重量は100gであった。封口材304としては、チタン酸アルミニウムの原料粉末、有機バインダ、潤滑剤及び水(溶媒)の混合物を用いた。
The sealing
各封口工程後、柱状体70の各端面から各マスクを剥がして、柱状体70を乾燥させ、焼成することにより、図7,8に示すような多孔質のチタン酸アルミニウム系結晶からなる実施例1のハニカム構造体170を得た。実施例1のハニカム構造体170の製造では、貫通孔70aからの封口材304の脱離が抑制されていることが確認された。すなわち、図8に示すように、第一端面側で第一マスク200aの開口部270aと重なっていた貫通孔70aの端部には封口材304が導入され、封口部70bが形成されていることが確認された。第一端面側で第一マスク200aのマスク部270bに塞がれていた貫通孔70aには封口材304が導入せず、封口部70bが形成されていないことが確認された。第二端面側で第二マスク200bの開口部と重なっていた貫通孔70aの端部には封口材304が導入され、封口部70bが形成されていることが確認された。第二端面側で第二マスク200bのマスク部270bに塞がれていた貫通孔70aには封口材304が導入せず、封口部70bが形成されていないことが確認された。第一端面側で封口部70bに塞がれた貫通孔70aは、第二端面側で開いており、第二端面側で封口部70bに塞がれた貫通孔70aは、第一端面側で開いていることが確認された。
After each sealing step, each mask is peeled off from each end face of the
図8に示すように、実施例1のハニカム構造体170をその端面に垂直に切断して、各貫通孔70aの一端を塞ぐ封口部70bの貫通孔70aの長手方向における長さDをそれぞれ測定した。ハニカム構造体170の端面の中心部における長さDは、端面の周縁部における長さDよりも長い傾向があった。長さDの最大値は10.00mmであった。長さDの最小値は6.00mmであった。長さDの平均値は9.13であった。長さDの標準偏差σは0.79mmであった。
As shown in FIG. 8, the
(実施例2)
実施例2では、図9に示すように、枠302aとして、柱状体70の端面の外径と略同じ内径を有するテーパー状ゴムリング302aを用いた。テーパー状ゴムリング302aの内径が最も大きい側を台座300の表面の反対側に向けた状態で、台座300の表面にテーパー状ゴムリング302aを載置し、テーパー状ゴムリング302aに封口材304を供給した。
(Example 2)
In Example 2, as shown in FIG. 9, a
実施例2では、各封口工程でテーパー状ゴムリング302a内に張られた封口材304の厚さを2.5mmとした。実施例2では、各封口工程でテーパー状ゴムリング302内に供給された封口材304の重量は80gであった。また、実施例2では、第一端面に対する封口工程後、柱状体70全体を振動器により振動させた。さらに第二端面に対する封口工程後、柱状体70全体を振動器により振動させた。これらの振動工程後に、柱状体70を乾燥させ、焼成した。
In Example 2, the thickness of the sealing
以上の点を除いて実施例1と同様の方法で、多孔質のチタン酸アルミニウム系結晶からなる実施例2のハニカム構造体を形成した。実施例2のハニカム構造体の製造では、貫通孔70aからの封口材304の脱離が抑制されていることが確認された。実施例2のハニカム構造体では、実施例1の場合と同様に、第一端面側で封口部70bに塞がれた貫通孔70aは、第二端面側で開いており、第二端面側で封口部70bに塞がれた貫通孔70aは、第一端面側で開いていることが確認された。
Except for the above, a honeycomb structure of Example 2 made of porous aluminum titanate-based crystals was formed in the same manner as Example 1. In the manufacture of the honeycomb structure of Example 2, it was confirmed that detachment of the sealing
実施例1と同様の方法で、実施例2のハニカム構造体の各貫通孔70aの一端を塞ぐ封口部70bの長さDをそれぞれ測定した。ハニカム構造体の端面の中心部における長さDは、端面の周縁部における長さDよりも長い傾向があった。長さDの最大値は6.00mmであった。長さDの最小値は2.30mmであった。長さDの平均値は5.12であった。長さDの標準偏差σは0.86mmであった。実施例2では、長さDが4±2mmの均一な長さとなっていることが確認された。
In the same manner as in Example 1, the length D of the sealing
70・・・柱状体、70a・・・貫通孔、70b・・・封口部、70c・・・隔壁、200a・・・第一マスク、200b・・・第二マスク、270a・・・開口部、270b・・・マスク部、300・・・台座、302,302a・・・枠、304・・・封口材、400・・・押し当て手段、600・・・移動手段、170・・・ハニカム構造体。 70 ... columnar body, 70a ... through hole, 70b ... sealing part, 70c ... partition, 200a ... first mask, 200b ... second mask, 270a ... opening, 270b ... Mask part, 300 ... Base, 302, 302a ... Frame, 304 ... Sealing material, 400 ... Pressing means, 600 ... Moving means, 170 ... Honeycomb structure .
Claims (2)
前記台座の表面に搭置される枠と、
複数の貫通孔が形成された柱状体の前記貫通孔が開いている端面に設置され、複数のマスク部及び開口部を有し、前記マスク部で一部の前記貫通孔を塞ぐマスクと、
前記マスクが設置された前記柱状体の前記端面を、前記枠内に供給されたスラリー状の封口材に押し当てる押し当て手段と、
前記封口材に押し当てられた前記柱状体を、前記枠と共に前記台座の前記表面に略平行な方向に移動させる移動手段と、
を備える、
ハニカム構造体の製造装置。 A pedestal,
A frame placed on the surface of the pedestal;
A mask that is installed on an end face of the columnar body in which a plurality of through-holes are formed, has a plurality of mask portions and openings, and closes some of the through-holes with the mask portions;
A pressing means for pressing the end face of the columnar body provided with the mask against a slurry-like sealing material supplied into the frame;
Moving means for moving the columnar body pressed against the sealing material together with the frame in a direction substantially parallel to the surface of the pedestal;
Comprising
An apparatus for manufacturing a honeycomb structure.
請求項1に記載のハニカム構造体の製造装置。
The frame is a rubber-like frame;
The manufacturing apparatus of the honeycomb structure according to claim 1.
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