JP2553192B2 - セラミックハニカム構造体の焼成法 - Google Patents

セラミックハニカム構造体の焼成法

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JP2553192B2 JP1074825A JP7482589A JP2553192B2 JP 2553192 B2 JP2553192 B2 JP 2553192B2 JP 1074825 A JP1074825 A JP 1074825A JP 7482589 A JP7482589 A JP 7482589A JP 2553192 B2 JP2553192 B2 JP 2553192B2
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幸久 和田
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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    • C04B38/0006Honeycomb structures

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、コージュライト質セラミックハニカム構造
体、特に自動車排ガスの浄化用触媒担体に用いられる高
強度で低膨張性のハニカム構造触媒担体を焼成するのに
好適な焼成法に関するものである。
(従来の技術) 従来、コージュライト形成セラミック原料と成形助剤
又は造孔剤とを混合し、調合して得たセラミック杯土を
押し出し成形して、セラミックハニカム成形体を作製し
た後、作製したセラミックハニカム形成体を所定温度下
で連続炉(トンネル炉)又は単独炉により焼成して最終
的なセラミックハニカム構造体を得ていた。
(発明が解決しようとする課題) ところで、主成分の化学組成が重量基準でSiO2:42〜5
6%、Al2O3:30〜45%、MgO:12〜16%で結晶相の主成分
がコージュライトから成るようにタルク、カオリンおよ
び他のコージュライト化原料を調合し、押し出し成形し
たコージュライト質ハニカム構造体においては、焼成後
の自動車排ガス浄化用触媒担体に要求される製品特性
(例えば熱膨張係数、吸水率、耐熱衝撃性等)を適正値
とするために、1000℃以上の昇温速度は70℃/Hr以上と
していた。ハニカム構造体は、ハニカムセル内に空気層
をもつ構造体であるため熱が伝わりにくく、70℃/Hr以
上の昇温条件ではハニカム構造体内外、上下で温度差が
生じてしまうためであった。
また、主成分の化学組成が重量基準でSiO2:42〜56
%、Al2O3:30〜45%、MgO:12〜16%で結晶相の主成分が
コージュライトから成るようにタルク、カオリンおよび
他のコージュライト化原料を調合し、押し出し成形した
ハニカム構造体は、1000℃において、急激に収縮する。
そのため成形品の内外に、または上下に温度差が発生す
るため、これにより焼成すべき成形品の上記急激な収縮
が上下および/または内外で異なり、これを原因として
焼成品の寸法に変形が発生するという問題点があった。
本発明の目的は上記課題を解決し、所要の寸法を得る
ことができる焼成法を提供せんとするにある。
(課題を解決するための手段) 本発明の焼成法は、特に、主成分の化学組成が重量基
準でSiO2:42〜56%、Al2O3:30〜45%、MgO:12〜16%で
結晶相の主成分がコージュライトから成るようにタル
ク、カオリンおよび他のコージュライト化原料を調合
し、ハニカム構造体に押し出し成形後、該ハニカム構造
体が熱収縮する温度領域にて、昇温を所定時間停止する
ことを特徴とするものである。
(作 用) 焼成すべきハニカム素体の中には、焼成時に素体の主
として化学組成の相転移を原因として、焼成中に所定温
度域において急激に収縮するものがある。例えば第3図
に示すように、コージュライト系のハニカム素体では、
900℃以上の温度範囲において昇温速度80℃/hrの割合で
温度を上げて行くと、1100℃付近から素体の熱収縮が始
まり、急激に収縮した後、約1180℃で収縮率が極小とな
り、その後徐々に膨張し、1410℃で4時間保持すると、
さらにもとの形状に戻ろうとある程度膨張するという特
性があるのを確認した。しかし、前記の熱収縮が始まる
温度や収縮が極小となる温度は、コージュライト化原料
の粒度が異なったり、主成分の化学組成が異なることに
より、更に低温域や高温域にずれることがある。
また、上記問題点で説明したような素体の変形は、素
体の収縮温度域において上下および/または内外の温度
差により素体の部位の収縮の割合が異なる事を原因とし
て生じるものと考えられる。そのため、上記素体が急激
に収縮する温度領域において、一定温度に保持すれば、
素体の上下または内外等の部位における温度格差による
各部位の収縮量の差が、緩和若しくは低減され、また焼
結あるいは未焼結の部位が混在することが少なくなり、
製品寸法の良好なハニカム構造体を得ることができる。
(実施例) 本発明の焼成法におけるセラミックハニカム構造体と
しては、従来から低膨張コージュライトセラミックスの
組成として知られているコージュライト理論組成点(2M
gO・2Al2O3・5SiO2)を中心とした基準重量でSiO2:42〜
56%、好ましくは47〜53%、Al2O3:30〜45%、好ましく
は32〜38%、MgO:12〜16%、好ましくは12.5〜15%の領
域となるように、微粒のタルク、カオリン、アルミナお
よび他のコージュライト化原料を調合し、混合混練し、
この混合物に成形助剤及び/又は造孔剤を加えて押出成
形可能に可塑化し、ハニカム構造体に押し出し成形後乾
燥したものを使用し、使用される微粒タルクは特にアル
カリ成分の少ないものが好ましく、また、タルク、カオ
リンの微粒子化に際し、乾燥、焼成時での収縮等による
ハニカム構造体亀裂発生の抑制に効果的な仮焼タルク、
仮焼カオリンを使用すると良く、このときの粒度は生原
料と同様の微粒物を使用する。
尚、成形助剤としては、例えばメチルセルロース、カ
ルボキシメチルセルロース、ポリビニールアルコール、
澱粉粉、小麦粉、グリセリンなどの有機バインダーや界
面活性剤、ワックス等のなかから用途に合ったものを選
択し、また造孔剤としては、例えばグラファイト、澱
粉、おがくず等のなかから適合するものを選択するのが
好ましい。
次いで本発明により、温度1100℃より低い温度領域お
よび1250℃より高い温度領域にて昇温速度を100℃/hrと
し、温度1100〜1250℃の範囲では、本発明により例えば
昇温速度を60℃/hr以下とし、前記の温度範囲内での一
定温度保持をして焼成を行う。
実施例1 原料がタルク、カオリンおよびアルミナで化学組成が
コージュライト質となるようにセラミック原料を調合し
混合し、この混合物に成形助剤として澱粉糊を加え、さ
らに造孔剤としておがくずを加えて可塑化し、成形し、
乾燥した成形品を準備する。
この成形品は表1に示すように、その形状が、直径50
mm×短径30mm×長さ70mmの楕円柱形状、外径120φ×長
さ150mmの円筒形状、および長径80mm×短径70mm×長さ2
20mmの楕円柱形状3種類の成形品を複数個用意した。
この成形品を連続炉にて、昇温速度を100℃/Hrに設定
して昇温する。ただし、この昇温中に表1に夫々示すよ
うな温度で昇温を一旦停止し、その温度に夫々所定時間
維持した。
1.1125℃×1時間(ヒートカーブ(1)) 2.1150℃×2時間(ヒートカーブ(2)) 3.1175℃×3時間(ヒートカーブ(3)) 4.1200℃×1.5時間(ヒートカーブ(4)) この昇温過程の様子を第1図のグラフ図で示す。この
図面中に、試料のヒートカーブ1〜4を破線、一点鎖
線、細実線、および2点鎖線で夫々表している。なお、
比較のために昇温速度を通常どおりに100℃/Hrで通常焼
成した比較品も併せて表1および第1図のグラフ図に記
し、グラフにおいては、その通常ヒートカーブを太実線
にて示している。
このような焼成を行った焼成品を第2図に示すように
寸法を測定した。まず寸法上下差は、第2図(1)に図
示するように試料品の上端の直径D1と下端の直径D2の差
をとった寸法D1−D2であり、中央部のへこみ量(表にて
中凹量と記す)D3は、第2図(2)に示すように試料品
の下端部の中央部が上端部の中央部へ向けてへこんだ量
を測定した寸法であり、セル湾曲量D4は、第2図(3)
に示すようにハニカム構造体の断面中央部における湾曲
量を測定した寸法であり、曲がり量D5は、第2図(4)
に示すようにハニカム構造体の外周壁が側方に湾曲した
場合に外周壁の凹側の曲がりを測定した寸法である。本
発明により所定温度で昇温を一旦停止して焼成したもの
は、焼成品の変形がなく、寸法許容差が所定範囲内に包
含され、良好な製品を得ることができる。
本発明はコージュライト系のセラミックハニカム構造
体の焼成について例をあげて述べたが、その他の材料に
ついてもコージュライト系と同様な相転移を生じるもの
であれば、その特有の収縮温度領域があり、それに併せ
て昇温の所定時間の停止を行って、焼成すれば、寸法精
度の良好な製品を得られることは当業者であれば容易に
推察することが可能である。
(発明の効果) 以上詳細に説明したところから明らかなように、本発
明のセラミックハニカム構造体の焼成方法によれば、ハ
ニカム構造体の熱収縮温度領域において、一部温度領域
で昇温速度を零とすれば、各部位における温度格差のた
めに収縮する割合が異なる現象を緩和若しくは低減する
ことができ、製品寸法が良好な製品を得ることができ、
また歩留り良くハニカム構造体を製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の焼成法の一実施例としての焼成スケジ
ュールを示すグラフ図、 第2図は焼成した焼成品の寸法変形を測定した様子を示
す説明図、 第3図はコージュライト質ハニカム構造体の熱収縮曲線
を示すグラフ図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−182158(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主成分の化学組成が重量基準でSiO2:42〜5
    6%、Al2O3:30〜45%、MgO:12〜16%で結晶相の主成分
    がコージュライトから成るようにタルク、カオリンおよ
    び他のコージュライト化原料を調合し、ハニカム構造体
    に押し出し成形後、該ハニカム構造体を所定の雰囲気、
    所定の温度の状態下で焼成する方法において、 前記ハニカム構造体が熱収縮する温度領域にて、昇温を
    所定時間停止することを特徴とするセラミックハニカム
    構造体の焼成法。
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