JP2015513517A - アルミナ水和物の量によるセラミックハニカム構造物の寸法制御 - Google Patents

アルミナ水和物の量によるセラミックハニカム構造物の寸法制御 Download PDF

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Abstract

バッチ組成物のアルミナ水和物含有量を調節することによってセラミックハニカム構造物の、グリーン体状態と焼成状態との間での収縮および／または成長を制御および／または予測するための方法が本明細書において開示される。また、かかる方法によって製造された実質的に粘土を含有しないコーディエライトハニカムが本明細書において開示される。

Description

優先権
本出願は、２０１２年２月２９日に出願された米国仮特許出願第６１／６０４７１５号明細書（その内容に依拠し、その全体を参照によって本明細書に組み込む）の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の利益を主張する。
本開示は、セラミック構造物の例えばグリーン体状態と焼成状態との間での収縮および／または成長を制御するための方法に関する。典型的な方法は、バッチ組成物のアルミナ水和物含有量を調節する工程を包含してもよい。また、これらの方法を使用して得られた組成物および生成物が開示される。
基材などを含むセラミック構造物は、様々な用途において有用である。非限定的な実施例によって、セラミックハニカム構造物またはセラミックハニカム体は、選択的に塞がれてもよく、ディーゼル微粒子フィルター（「ＤＰＦ」）、膜分離、およびフロー・スルー触媒コンバーターにおいて使用されてもよい。しかしながら、押出から造形へセラミックハニカム構造物を確実に製造する能力は一般に、製造時のばらつきを最小に抑える能力、例えばセラミックハニカム構造物が焼成および／または乾燥プロセスの間にどの程度収縮または成長するかに依存している。セラミックハニカム構造物は、例えばＤＰＦとして使用されるとき、筐体内に置かれてもよいことから、ハニカムの形状および／またはサイズについて様々な仕様がある。例えば、特定の用途は、最終製品が特定の筐体にぴったり嵌まり得ることを確実にするために焼成および／または乾燥後のハニカム構造物の収縮または成長が、目標値から±０．５％を超えて変動しないことが求められる場合がある。さらに別の典型的な用途において、変動は目標値から約±０．３％以下であり得る。
焼成の間、セラミックの収縮および／または成長を制御するためのいくつかの異なった方法、例えば、バッチ組成の変更、原料の事前処理、焼成方法の変更、および人工スキンニングと組み合わせた焼成製品の切断などが使用されている。
しかしながら、例えばハニカム体などのセラミック構造物の、特にグリーン体状態と焼成状態との間での収縮および／または成長を制御するためのさらに別の方法を提供することが産業において引き続き必要とされている。特に、従来のコーディエライト以外の組成を有するセラミック構造物、例えば、実質的に粘土を含有しないコーディエライトハニカムの収縮および／または成長を制御する方法が必要とされている。
本開示は、様々な実施形態において、バッチ組成物のアルミナ水和物含有量を調節することによってセラミックハニカム構造物の収縮および／または成長を予測および／または制御するための方法に関する。特定の実施形態において、開示された方法を使用して、実質的に粘土を含有しないコーディエライトハニカムの収縮および／または成長を制御および／または予測することができる。
特定の実施形態において、セラミックハニカム構造物の、グリーン体状態と焼成状態との間での収縮および／または成長を制御する方法は、（ａ）セラミックハニカム構造物を製造するのに適したバッチ組成物を提供する工程と、（ｂ）バッチ組成物をグリーンハニカム構造物に押出す工程と、（ｃ）グリーンハニカム構造物の寸法を測定する工程と、（ｄ）グリーンハニカム構造物を焼成する工程と、（ｅ）焼成されたハニカム構造物の寸法を測定する工程と、（ｆ）グリーンハニカム構造物と比較して焼成されたハニカム構造物の収縮または成長を定量する工程と、（ｇ）少なくとも１つのアルミナ水和物の選択された量をバッチ組成物に添加することによって組成物のアルミナ水和物含有量を調節する工程と、（ｈ）グリーン体状態と焼成状態との間での所望のレベルの収縮または成長を得るために必要に応じて工程（ａ）〜（ｇ）を繰り返す工程とを含む。
さらなる実施形態において、セラミックハニカム構造物の、グリーン体状態と焼成状態との間での収縮および／または成長を制御する方法は、（ａ）セラミックハニカム構造物を製造するのに適したバッチ組成物を提供する工程と、（ｂ）バッチ組成物のアルミナ水和物含有量を分析する工程と、（ｃ）予め決められた量の少なくとも１つのアルミナ水和物をバッチ組成物に添加することによってバッチ組成物のアルミナ水和物含有量を調節する工程と、（ｄ）調節されたバッチ組成物をグリーンハニカム構造物に押出す工程と、（ｅ）グリーンハニカム構造物の寸法を測定する工程と、（ｆ）グリーンハニカム構造物を焼成する工程と、（ｇ）焼成されたハニカム構造物の寸法を測定する工程と、（ｈ）グリーンハニカム構造物と比較して焼成されたハニカム構造物の収縮または成長を定量する工程と、（ｉ）グリーン体状態と焼成状態との間での所望のレベルの収縮または成長を得るために必要に応じて工程（ｂ）〜（ｈ）を繰り返す工程とを含む。
さらに別の実施形態において、セラミックハニカム構造物を製造する方法は、（ａ）セラミックハニカム構造物を製造するのに適したバッチ組成物を提供する工程と、（ｂ）バッチ組成物の全重量に対して約５０重量％までの量において少なくとも１つのアルミナ水和物を添加することによってバッチ組成物のアルミナ水和物含有量を調節する工程と、（ｃ）調節されたバッチ組成物をグリーンハニカム構造物に押出す工程と、（ｄ）グリーンハニカム構造物を焼成する工程とを含む。様々な実施形態によって、バッチ組成物のアルミナ水和物含有量は、アルミナ水和物が、バッチ組成物の全重量に基づいて約５０％までのアルミナの全理論量に寄与するように調節されてもよい。
また、本開示のさらなる実施形態は、セラミックハニカム構造物において使用するための組成物に関し、この組成物は添加されたアルミナ水和物を含む。非限定的な実施例によって、アルミナ水和物が、バッチ組成物（バッチ組成物は粘土を実質的に含有しない）の全重量に基づいて約３２％までのアルミナの全理論量に寄与するようなアルミナ水和物含有量を有するコーディエライトハニカムが本明細書において開示される。
本開示は、単独でまたは添付の図面と併せてかいずれかで、以下の詳細な説明から理解することができる。図面は、本開示のさらなる理解をもたらすために示され、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は、説明と一緒に１つまたは複数の典型的な実施形態を示し、様々な原理および作業を説明するのに役立つ。
本開示の典型的な実施形態によって、アルミナ水和物含有量の関数として２つの実質的に粘土を含有しないコーディエライト組成物の、グリーン体（ダイ）状態から焼成状態への外形収縮を示すグラフである。
本開示は、様々な実施形態において、バッチ組成物のアルミナ水和物含有量を調節することによって、セラミックハニカム構造物のグリーン体状態と焼成状態との間での収縮および／または成長を制御する方法に関する。
様々な実施形態によって、実質的に粘土を含有しないコーディエライトハニカム構造物の、グリーン体状態と焼成状態との間での収縮および／または成長は、バッチ組成物のアルミナ水和物含有量を調節することによって制御および／または予測されてもよい。例えば、バッチ組成物中に存在している、ベーマイトまたはアルミニウム三水和物などのアルミナ水和物の量は、所望のレベルの収縮または成長を達成するために必要に応じて増加または減少されてもよい。
用語「グリーン体状態」、「グリーンハニカム」、「グリーンハニカム構造物」、およびそれらのその他の変化形が本明細書において交換可能に使用され、混合されたおよび／または可塑化されたおよび／または押出された未焼成、未反応の前駆組成物を意味する。グリーン体は、任意選択により乾燥されてもよいが、か焼、焼結、または任意の他の反応性焼成プロセスを受けていない。
用語「焼成状態」、「焼成されたハニカム」、「焼成されたハニカム構造物」、およびそれらのその他の変化形が本明細書において交換可能に使用され、前駆組成物を焼結相を含むセラミック組成物に変換するために有効な条件下で焼成されたセラミック物品を意味する。セラミック物品は任意選択により、焼成プロセスの間にか焼されてもよい。
ハニカム構造物の、グリーン体状態と焼成状態との間での収縮および／または成長は、ハニカムが押出される時からハニカムが焼成されてセラミックを製造する時まで測定されてもよい。あるいは、ハニカム構造物の、グリーン体状態と焼成状態との間での収縮および／または成長は、ハニカムが押出されて実質的に乾燥される時からハニカムが焼成されてセラミックを製造する時まで測定されてもよい。
用語「バッチ組成物」、「前駆組成物」、およびそれらの変化形は本明細書において交換可能に使用され、少なくとも１つのセラミック形成無機成分を含む実質的に均質な混合物を意味する。本開示の様々な典型的な実施形態において、少なくとも１つのセラミック形成無機成分は、所望のセラミック組成物を形成するのに適した任意の成分、例えば、アルミナ供給源、シリカ供給源、およびマグネシア供給源から選択されてもよい。少なくとも１つのセラミック形成無機成分は、特定の実施形態において、反応性粉末の形態であってもよい。
アルミナの典型的な供給源には、限定されないが、単独でまたは他の材料の存在下で十分に高い温度に加熱されるときに酸化アルミニウムを生じる材料が含まれる。適したアルミナ供給源の非限定的な例には、α−アルミナ、遷移アルミナ、例えばγ、θ、χ、およびρアルミナ、アルミナ水和物、ギブサイト、コランダム、ベーマイト、擬似ベーマイト、水酸化アルミニウム、オキシ水酸化アルミニウム、ダイヤスポア、およびそれらの混合物などが含まれる。
シリカの典型的な供給源には、限定されないが、非結晶性シリカ、例えば溶融シリカおよびゾル−ゲルシリカ、結晶性シリカ、例えばゼオライト、石英、およびクリストバライト、シリコーン樹脂、ケイソウ土シリカ、カオリン、タルク、およびムライトなどが含まれる。他の実施形態において、シリカ供給源は、例えば、ケイ酸およびシリコーン有機金属化合物など、加熱されたときに遊離シリカを形成する少なくとも１つの化合物を含むシリカ形成供給源から選択されてもよい。
マグネシウムの供給源には、限定されないが、タルク、マグネサイト（ＭｇＣＯ３）の他、単独でまたは他の材料の存在下で十分に高い温度に加熱されるときに酸化マグネシウムを生じる任意の材料などが含まれる。
バッチ組成物は、様々な実施形態において、粘土を実質的に含有しないように選択されてもよい。これらの実施形態において、バッチ組成物は、カオリンなどの粘土を実質的に含有しなくてもよい。粘土を実質的に含有しないコーディエライト構造物の調製は、例えば、米国特許第７，７０４，２９６号明細書および米国特許出願公開第２００９／０２２０７３６号明細書（共にそれらの全体において参照によって本明細書に組み込む）に記載されている。様々な典型的な実施形態によって、バッチ組成物は、約１重量％未満の粘土、例えば、約０．５重量％未満の粘土、または約０．１重量％未満の粘土を含んでもよい。
本開示の様々な典型的な実施形態によって、バッチ混合物は、少なくとも１つの付加的な無機材料、例えば酸化物（例えば酸化ランタン）、炭酸塩（例えば炭酸カルシウムおよび炭酸ストロンチウム）、硝酸塩、および水酸化物をさらに含んでもよい。少なくとも１つの実施形態において、少なくとも１つの付加的な無機材料は、ガラス形成金属酸化物、例えば酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化バリウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化リチウム、酸化カルシウム、酸化鉄、三酸化二ホウ素、およびリン酸化物（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ ｏｘｉｄｅｓ）から選択されてもよい。これらの酸化物は、酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、または互いの複数成分化合物または二酸化チタン、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、および酸化ランタンから選択される少なくとも１つの酸化物との複数成分化合物として添加されてもよい。ガラス形成金属酸化物は、特定の実施形態において、溶剤中でコロイド懸濁液を形成し得るコロイド金属酸化物であり得る。一実施形態によって、ガラス形成金属酸化物は、少なくとも約３重量％、例えば、少なくとも約５重量％、少なくとも約１０重量％、または約３重量％〜約５０重量％、例えば約１０重量％〜約５０重量％の量でバッチ組成物中に存在していてもよい。
様々な典型的な実施形態において、バッチ組成物は、バッチ材料を製造するために有用な少なくとも１つの他の公知の成分を含んでもよい。例えば、バッチ組成物は、バインダー、溶剤、界面活性剤、潤潤滑剤、および細孔形成剤から選択される少なくとも１つの付加的な成分をさらに含んでもよい。
必要に応じ、１つまたは複数の適切なバインダーを選択することは当業者の能力の範囲内である。例示のみとして、少なくとも１つのバインダーは、セルロース含有成分、例えば、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、メチルセルロース誘導体、およびそれらの組み合わせなどの有機バインダーから選択されてもよい。特定の非限定的な実施形態において、バインダーは、約１重量％〜約１０重量％、例えば、約２％重量〜約６重量％、または約３重量％〜約５重量％の範囲の量においてバッチ組成物中に存在していてもよい。
また、必要に応じ適切な溶剤を選択することも当業者の能力の範囲内である。例えば、溶剤を使用して、セラミック形成無機粉末を湿潤し、および／またはバインダーが溶解する媒体を提供し、したがってバッチ組成物に可塑性を与えてもよい。様々な典型的な実施形態において、少なくとも１つの溶剤は、水性であってもよく、例えば水および水と混和性の溶剤、または有機系、またはそれらのいくつかの組合せであってもよい。少なくとも１つの典型的な実施形態において、溶剤は水、例えば、脱イオン水を含む。様々な非限定的な実施形態によって、溶剤は、約２０重量％〜約５０重量％、例えば約２５重量％〜約４０重量％、または約３０重量％〜約３５重量％の範囲の量においてバッチ組成物中に存在している。
バッチ組成物は任意選択により、少なくとも１つの界面活性剤をさらに含んでもよい。本開示による様々な実施形態によって使用され得る界面活性剤の非限定的な例には、Ｃ８〜Ｃ２２脂肪酸およびそれらの誘導体、Ｃ８〜Ｃ２２脂肪酸エステルおよびそれらの誘導体、Ｃ８〜Ｃ２２脂肪アルコールおよびそれらの誘導体、ならびにそれらの組み合わせなどが含まれる。特定の典型的な実施形態において、少なくとも１つの界面活性剤は、ステアリン酸、ラウリン酸、オレイン酸、リノール酸、パルミトレイン酸、硫酸ラウリルアンモニウム、それらの誘導体、およびそれらの組み合わせから選択されてもよい。特定の非限定的な実施形態によって、少なくとも１つの界面活性剤が、約０．５重量％〜約２重量％の範囲の量、例えば約１重量％においてバッチ組成物中に存在していてもよい。
バッチ組成物は任意選択により、少なくとも１つの潤滑剤をさらに含んでもよい。例えば、バッチ組成物は、軽鉱油、トウモロコシ油、高分子量ポリブテン、ポリオールエステル、軽鉱油とワックスエマルションとのブレンド、トウモロコシ油中のパラフィンワックスのブレンド、およびそれらの組み合わせから選択される少なくとも１つの油潤滑剤を含んでもよい。少なくとも１つの潤滑剤が、特定の実施形態において、約１重量％〜約１０重量％、例えば約３重量％〜約６重量％、または約４重量％〜約５重量％の範囲の量においてバッチ組成物中に存在していてもよい。
様々な実施形態によって、バッチ組成物は、少なくとも１つの細孔形成剤をさらに含む。適した細孔形成剤には、焼成の間にグリーン体から燃焼消失して、焼成されたセラミックに細孔を作る任意の粒状物質などが含まれる。細孔形成剤の例には、限定されないが、炭素細孔形成剤、例えば黒鉛、活性炭、石油コークス、およびカーボンブラック、スターチ細孔形成剤、例えばトウモロコシ、大麦、豆、ジャガイモ、米、タピオカ、エンドウ、サゴヤシ、小麦、カンナおよびクルミ殻粉、ポリマー細孔形成剤、例えばポリブチレン、ポリメチルペンテン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド（ナイロン）、エポキシ、ＡＢＳ、アクリル系誘導体、およびポリエステル（ＰＥＴ）、ならびにそれらの組み合わせなどが含まれる。少なくとも１つの実施形態によって、少なくとも１つの細孔形成剤は、黒鉛などの炭素細孔形成剤および米、トウモロコシ、サゴヤシ、およびジャガイモなどのスターチ細孔形成剤から選択される。様々な非限定的な実施形態において、少なくとも１つの細孔形成剤が、約５重量％〜約３０重量％、例えば、約１５重量％〜約３０重量％、または約２０重量％〜約２５重量％の範囲の量においてバッチ組成物中に存在している。
当該技術分野に公知の任意の方法を使用してバッチ材料を混合して、実質的に均質なバッチ組成物を得てもよい。例えば、少なくとも１つのセラミック形成無機材料は、溶剤、バインダーから選択される少なくとも１つの成分、およびそれらの組み合わせで湿潤される粉末であってもよい。溶剤および／またはバインダーは、バッチを湿潤および／または可塑化するのに適している任意の量において添加されてもよい。バッチの混合および／または可塑化は、バッチを可塑化する任意の適したミキサー内で行なわれてもよい。例えば、リボンミキサー、二軸スクリュー押出機／ミキサー、オーガーミキサー、マラーミキサー、またはダブルアームミキサーを用いてもよい。
本開示の様々な実施形態によって、アルミナ水和物は、ベーマイト（ＡｌＯＯＨ）およびアルミニウム三水和物（Ａｌ（ＯＨ）３）から選択されてもよい。バッチ材料のアルミナ水和物含有量は、例えばアルミナ水和物含有量の分析が行われた後および／またはハニカムのグリーン状態から焼成状態への収縮が定量された後に、選択された量のアルミナ水和物をバッチ材料に添加することによって調節されてもよい。任意の与えられたバッチ材料について、アルミナ水和物含有量の関数として収縮を示すグラフを作ってもよい。このようなグラフは、バッチ材料のアルミナ水和物含有量を実験的に処理してグラフ上に様々な間隔でデータポイントを生成することによって表示することができる。各々のデータポイントについて、バッチ材料を押出してハニカム構造物を形成し、グリーン体状態において測定し、選択された焼成サイクルを使用して焼成し、そして焼成状態において測定してもよい。したがって、任意の与えられたアルミナ水和物含有量について収縮値を得てもよく、それらのデータポイントを使用してグラフを表示してもよい。このようなグラフの非限定的な実施例を図１に示す。収縮とアルミナ水和物含有量との間の比例関係が、与えられたバッチ材料および焼成サイクルについて得られると、予測モデリングの目的のために調節係数を作成してもよい。これらの係数を使用して、バッチのアルミナ水和物含有量を焼成前および／または焼成後に調節して所望の収縮レベルを達成してもよい。
例えば、典型的な一実施形態において、図１のようなグラフから作成された係数を使用して、バッチ組成物を形成するために使用される原料を優先的に分析して、バッチ組成物のアルミナ水和物含有量を定量してもよい。この分析の結果を使用して、次に、予測モデリングに基づいてアルミナ水和物含有量を所望の量に増減させて調節し、所望のアルミナ水和物含有量および／または収縮レベルを達成してもよい。次に、グリーンハニカム体を調節されたバッチ組成物から製造して焼成し、セラミックハニカムを製造してもよい。次いで、得られたセラミックハニカムを測定して、予測された量の収縮が得られたことを確認してもよい。収縮が非常に大きいかまたは非常に小さい場合、必要に応じてアルミナ水和物の量を増加または減少させてバッチ組成物をさらに調節して、所望の量の収縮を達成してもよい。
さらなる典型的な実施形態において、バッチ組成物をグリーンハニカムに押出し、焼成し、収縮について分析してもよい。その後、予測モデリングを使用してバッチ組成物のアルミナ水和物含有量を増減させて調節し、所望の収縮レベルを達成してもよい。次に、調節されたバッチ組成物から製造されたセラミックハニカムの寸法を測定して、適切な収縮が得られたことを確認してもよい。収縮が非常に大きいかまたは非常に小さい場合、必要に応じてアルミナ水和物の量を増加または減少させてバッチ組成物をさらに調節して、所望の量の収縮を達成してもよい。
バッチ組成物のアルミナ水和物含有量は、例えば、付加的なアルミナ水和物を組成物に添加することによって増加されてもよい。例えば、所望のアルミナ水和物含有量が達成されるまで、ベーマイトまたはアルミニウム三水和物がバッチ組成物に添加されてもよい。別の実施形態において、所望のアルミナ水和物含有量が達成されるまで高いアルミナ水和物含有量を有する材料がバッチ組成物に添加されてもよい。同様に、所望のアルミナ水和物含有量が達成されるまで、例えば、低いアルミナ水和物含有量を有する材料を添加することによってバッチ組成物のアルミナ水和物含有量を減少させてもよい。バッチ組成物中の他の成分の存在を適切に補償しながらこのような調節をすることは当業者の能力の範囲内である。
少なくとも特定の典型的な実施形態によって、アルミナ水和物含有量は、組成物中の全てのアルミナ水和物の全量が約５０重量％まで、例えば、約１重量％〜約３２重量％、または約２重量％〜約１６重量％の範囲であるように調節されてもよい。例えば、バッチ組成物は、アルミナ水和物が、バッチ組成物の全重量に基づいて約５０％まで、例えば、約１％〜約３２％、または約２％〜約１６％の範囲でアルミナの全理論量に寄与するように調節されてもよい。１つの非限定的な実施例において、実質的に粘土を含有しないコーディエライト組成物は、アルミナ水和物が、バッチ組成物の全重量に基づいて約３２％までのアルミナの全理論量に寄与するように調節されてもよい。さらなる典型的な実施形態において、実質的に粘土を含有しないコーディエライトバッチ組成物は、バッチ組成物中に存在している実質的に全てのアルミナがアルミナ水和物によって寄与されるように調節されてもよい。
バッチ組成物は、様々な実施形態において、可塑化された混合物を造形するために当業者に公知の任意の方法によってグリーンハニカムに造形されてもよい。例として、バッチ組成物は、射出成形、押出、スリップキャスティング、遠心キャスティング、圧力キャスティング、または乾燥加圧に供せられてもよい。
バッチ組成物を縦または水平のどちらに押出してもよく、押出機は任意選択によりダイを使用してもよい。押出は、いくつかの実施形態において、水圧ラム押出プレス、二段階脱気一軸オーガー押出機、または集成ダイが排出端に取り付けられた二軸スクリューミキサーを使用して行なわれてもよい。適切なスクリュー要素は、バッチ材料の他、十分な圧力を生じさせてバッチ組成物をダイに圧入するためのその他の作業条件に従って選択されてもよい。
バッチ組成物を押出すことによって、仕切りまたは壁によって互いに分離された複数のセルを有するハニカムを得ることができる。様々な実施形態において、ハニカムが所望のセル形状、壁厚、および／またはセル密度を有するように特定のダイが選択されてもよい。
グリーンハニカムを任意選択により、当業者に公知の任意の慣用方法によって乾燥させてグリーンハニカムを形成してもよい。例えば、グリーンハニカムは、熱風乾燥、誘電乾燥、マイクロ波乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、または冷凍乾燥を使用して乾燥されてもよい。
様々な典型的な実施形態において、次いでグリーンハニカムを焼成してセラミックハニカムを形成してもよい。セラミックハニカムを形成するための適切な方法および条件、例えば、装置、温度および時間などの焼成条件を決定することは当業者の能力の範囲内である。かかる方法および条件は、例えば、グリーンハニカムのサイズおよび組成、ならびにセラミックハニカムの所望の性質に依存する場合がある。
グリーンハニカムは、グリーンハニカムの組成、サイズ、および幾何学形状に応じた時間にわたって、適した雰囲気下で選択された温度において焼成されてもよい。例えば、焼成が行なわれる温度は、約１３００℃〜約１４５０℃の範囲であってもよく、焼成時間は、約１〜約２００時間、例えば、約３〜約１００時間、または約２０〜約５０時間の範囲であってもよい。
任意選択により、焼成前または焼成中の温度上昇プロセスにおいてのどちらかでグリーンハニカムをか焼して、任意選択の細孔形成剤、バインダー、および／または界面活性剤を燃焼消失させてもよい。例えば、バインダーは、約２００℃の燃焼温度を有してもよく、細孔形成剤は、約３００℃〜約１０００℃の範囲の燃焼温度を有してもよい。したがって、か焼が行なわれる温度は、約２００℃〜約１０００℃の範囲であってもよく、か焼時間は約１０〜約１００時間の範囲であってもよい。
グリーンハニカムおよび／または焼成されたハニカムの寸法は、当該技術分野に公知の任意の慣用方法を使用して測定されてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、ハニカムの直径を測定してもよい。他の実施形態において、ハニカムの半径、高さ、および／または全体積を測定してもよい。
ハニカムの、グリーン状態から焼成状態への収縮および／または成長は、例えば、以下の式：
収縮％＝（［グリーン状態のサイズ］−［焼成状態のサイズ］）／（グリーン状態のサイズ）
を使用して定量されてもよく、上式中、「サイズ」は、ハニカムの直径または高さなどの上述の測定された寸法の１つである。
前述の説明および以下の実施例は典型例であり、説明に役立てるものにすぎず、本開示を限定するものと解釈されるべきでないと理解されたい。さらに、本明細書において異なる実施形態の様々な特徴および／または特性を互いに組み合わせてもよいことは理解されるはずである。したがって、説明のための実施形態に多数の変更を加えてもよく、本発明の範囲から逸脱せずに他の形態が考案されてもよいことは理解されなければならない。他の実施形態は、本開示および本明細書に開示された様々な典型的な実施形態の実践を考慮して当業者には明白であろう。
また、本明細書中で用いられるとき、単数形は「少なくとも１つの」を意味し、明白にそれと反対であると指示されない限り、「唯一の（ｏｎｌｙ ｏｎｅ）」に限定されるべきでないことは理解されなければならない。したがって、例えば、「細孔形成剤（ａ ｐｏｒｅ ｆｏｒｍｅｒ）」の使用は、少なくとも１つの細孔形成剤を意味することが意図される。
別記しない限り、本明細書および請求の範囲において使用される全ての数は、そのように言明されるか否かに関わらず、全ての場合において用語「約」によって修飾されるものとして理解されねばならない。また、本明細書および請求の範囲において使用される正確な数値が、本発明のさらに別の実施形態を形成し、与えられた典型的な範囲および値の範囲内で開示される任意の２つのエンドポイントに狭められ得る任意の範囲を包含することが意図されると理解されるべきである。本明細書に開示された数値の正確さを確実にするように努めた。しかしながら、任意の測定された数値は、そのそれぞれの測定技術に見出される標準偏差から生じた特定の誤差を本質的に包含することができる。
いくつかのグリーンハニカム体は、ベーマイトと、（ａ）微細タルク粘土を含有しないコーディエライトまたは（ｂ）粗タルク粘土を含有しないコーディエライトのどちらかとを含むバッチ材料を使用して調製された。グリーンハニカム体を測定し、次に乾燥させて焼成して、グリーンハニカム体をセラミックハニカム体に変換した。乾燥させて焼成する間のグリーン体の収縮を測定し、記録した。結果を以下の表Ｉに示す。
Figure 2015513517
微細タルクおよび粗タルクハニカムの外形収縮（ダイから焼成状態まで）をアルミナ水和物（ベーマイト）含有量の関数としてプロットし、図１に示す。驚くべきことに、ハニカムの、グリーン体状態と焼成状態との間での外形収縮は、バッチ材料中に存在しているアルミナ水和物の量に直線的に応答することが見出された。具体的には、バッチ材料中に存在しているベーマイトの量が増加するとき、外形収縮の量も増加する。
図１に示したものなどのグラフを使用して、与えられたバッチ組成物および焼成サイクルの調節係数を作成してもよい。これらの係数を使用して、バッチ組成物から製造されたセラミックハニカムの寸法を測定することによってプロセス測定を行なってもよい。収縮が非常に小さい（すなわち、ハニカムが、必要とされるよりも大きい）場合、アルミナ水和物含有量を調節して（すなわち、増加させて）、収縮量を増加させることができる。例えば、他の成分を適切に補償しながら、付加的なベーマイトおよび／またはアルミニウム三水和物をバッチ組成物に添加することができる。収縮が非常に大きい（すなわち、ハニカムが、必要とされるよりも小さい）場合、アルミナ水和物含有量を調節して（すなわち、減少させて）、収縮量を減少させることができる。次に、調節されたバッチ組成物から製造されたセラミックハニカムの寸法を測定して、適切な収縮が得られたことを確認してもよい。あるいは、図１のようなグラフから作成された係数を使用して、バッチ組成物のアルミナ水和物含有量を優先的に分析して必要に応じて調節し、所望の収縮レベルを達成してもよい。次に、グリーンハニカム体を調節されたバッチ組成物から製造して焼成し、セラミックハニカムを製造してもよい。次に、得られたセラミックハニカムを測定して、予測された量の収縮が得られたことを確認してもよい。収縮が非常に大きいかまたは非常に小さい場合、必要に応じてアルミナ水和物の量を増加または減少させてバッチ組成物をさらに調節して、所望の量の収縮を達成してもよい。

Claims (5)

  1. セラミックハニカム構造物の、グリーン体状態と焼成状態との間での収縮および／または成長を制御する方法において、
    （ａ）セラミックハニカム構造物を製造するのに適したバッチ組成物を提供する工程と、
    （ｂ）前記バッチ組成物をグリーンハニカム構造物に押出す工程と、
    （ｃ）前記グリーンハニカム構造物の寸法を測定する工程と、
    （ｄ）前記グリーンハニカム構造物を焼成する工程と、
    （ｅ）前記焼成されたハニカム構造物の寸法を測定する工程と、
    （ｆ）前記グリーンハニカム構造物と比較して前記焼成されたハニカム構造物の収縮または成長を定量する工程と、
    （ｇ）少なくとも１つのアルミナ水和物の選択された量を前記バッチ組成物に添加することによって前記組成物のアルミナ水和物含有量を調節する工程と、
    （ｈ）前記グリーン体状態と焼成状態との間での所望のレベルの収縮または成長を得るために必要に応じて工程（ａ）〜（ｇ）を繰り返す工程と、
    を含むことを特徴とする、方法。
  2. 前記バッチ組成物が、実質的に粘土を含有しないコーディエライト組成物であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 前記バッチ組成物が、シリカ、アルミナ、マグネシウムの少なくとも１つの供給源、またはそれらの組合せを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記バッチ組成物が、少なくとも１つのガラス形成金属酸化物供給源をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記少なくとも１つのガラス形成金属酸化物供給源が、イットリウム供給源、ランタン供給源、またはそれらの組合せを含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
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