JP4047009B2 - ハニカムセラミックス構造体の製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コージェライト組成のハニカムセラミックス構造体を押し出し成形にて製造する方法に関し、特に薄壁が３８μｍ以下のハニカムセラミックス構造体を製造するのに最適な製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、コージェライト組成のハニカムセラミックス構造体を、成形用口金を使用した押し出し成形にて製造する方法として種々の製造方法が知られている。いずれの方法でも、一般的に、所定のセラミックス原料を混合した後成形助剤、水を添加して混練して成形用坏土を作製し、作製した成形用坏土を成形用口金から押し出すことで、所定のハニカムセラミックス構造体を製造している。ここで、使用される成形用口金は、成形用坏土が供給される側に設けた複数の坏土供給孔と、成形用坏土が排出される側の坏土供給孔と連通するスリットとから構成されている。そのため、スリットがハニカム構造体の壁厚を規定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の製造方法に従ってハニカムセラミックス構造体を押し出し成形する時、特に近年要望の高い薄壁のハニカム構造体を押し出し成形する時、セラミックス原料中に押し出し成形しようとするハニカムセラミックス構造体の壁厚よりも大きな原料粒子が含まれていると、その原料粒子が成形用口金のスリットに詰まり、押し出し後のハニカムセラミックス構造体の該当部分に欠陥が発生する。このため、従来から、押し出し成形で作製しようとするハニカムセラミックス構造体の壁厚にあわせ、適宜粗粒分の除去処理が行われていた。
【０００４】
そのようなセラミックス原料からの粗粒分の除去処理として、例えば、１５０μｍ以上の壁厚ではアルピネ分級機のような風簸分級が施され、さらに壁厚が薄い５０μｍの壁厚までは遠心式の篩機等が用いられていた。しかし、アルピネ分級機を用いた風簸処理では、原料粒子の凝集が起こる問題があった。また、遠心式の篩機を用いた場合では、４５μｍの篩目開が工業的規模での処理の限界である問題があった。そのため、近年要望の高い例えば壁厚５０μｍ以下のハニカムセラミックス構造体を押し出し成形するために、上述した風簸処理や遠心式篩機の使用をすることができなかった。また、原料を篩処理する場合には必ず誤粒が発生し、たとえ４５μｍの遠心篩で原料を処理しても４５μｍ以上の粗粒部分が全くなくなるわけでない。このため経験的に実際にハニカム形状を押し出し成形する口金のスリット巾に対し、篩処理する篩の目開きは１割以上小さくするのが通例である。
【０００５】
本発明の目的は上述した課題を解消して、原料粒子の凝集を防ぎ効率的に粗粒原料を除去することができるハニカムセラミックス構造体の製造方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の壁厚３８μｍ以下のハニカムセラミックス構造体の製造方法の第１発明は、コージェライト化原料の個々の原料をスラリー化して原料スラリーを個々に得、得られた原料スラリーを個々に３０μｍ以下の目開きの篩に通過させた後、スプレードライにより個々に粉末化し、得られた個々の原料の粉末をコージェライト組成になるように所定の割合で混合した後、成形助剤、水を添加して成形用坏土を得、得られた成形用坏土からハニカム成形体を押し出し成形することを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の壁厚３８μｍ以下のハニカムセラミックス構造体の製造方法の第２発明は、原料をコージェライト組成になるよう所定の割合で混合したコージェライト化原料をスラリー化してコージェライト原料スラリーを得、得られたコージェライト原料スラリーを３０μｍ以下の目開きの篩に通過させ、スプレードライにより粉末化した後、成形助剤、水を添加して成形用坏土を得、得られた成形用坏土からハニカム成形体を押し出し成形することを特徴とするものである。
【０００８】
さらに、本発明の壁厚３８μｍ以下のハニカムセラミックス構造体の製造方法の第３発明は、原料をコージェライト組成になるよう所定の割合で混合したコージェライト化原料をスラリー化してコージェライト原料スラリーを得、得られたコージェライト原料スラリーを３０μｍ以下の目開きの篩に通過させ後、メチルセルロース類および滑剤を成形助剤としてスラリーに溶解した後、フィルタープレスにより所定の含水量まで減水し得られた成形用坏土からハニカム成形体を押し出し成形することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明では、コージェライト化原料を分散剤とともに水に溶かしスラリー化し、３０μｍ以下の篩を通過させた後、スプレードライにより乾燥粉末化し、その乾燥粉末を用いて成形用坏土を得ること、あるいはフィルタープレスで成形用坏土を得ること、言い換えると湿式で篩を通過させた原料粉末を使用して成形用坏土を得ることで、原料粒子の凝集を防ぎ効率的に粗粒原料を除去することができる。その結果、その後得られた成形用坏土を押し出し成形することにより、焼成後３８μｍ以下となる非常に薄い壁厚のハニカムセラミック成形体を欠陥無く成形することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１発明に係るハニカムセラミックス構造体の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。図１に示すフローチャートに従って本発明の第１発明を説明すると、まず、タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナやその他水酸化アルミニウム、シリカ等のコージェライト化原料を準備する。次に、個々の原料に分散剤、水を添加し原料スラリーを個々に得る。次に、得られた原料スラリーを個々に３０μｍ以下の目開きの篩に通過させる。その後、スプレードライにより個々に粉末化して個々の原料の粉末を得る。次に、得られた個々の原料の粉末をコージェライト組成になるよう混合する。次に、混合粉末に成形助剤、水を添加して成形用坏土を得る。最後に、得られた成形用坏土を押し出し成形することで、所定のハニカムセラミックス構造体を得ている。
【００１１】
図２は本発明の第２発明に係るハニカムセラミックス構造体の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。図２に示すフローチャートに従って本発明の第２発明を説明すると、まず、タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナやその他水酸化アルミニウム、シリカ等のコージェライト化原料を準備する。次に、原料をコージェライト組成になるよう所定の割合で混合する。次に、混合した得たコージェライト化原料に分散剤、水を添加してコージェライト原料スラリーを得る。次に、得られたコージェライト原料スラリーを３０μｍ以下の篩に通過させる。その後、スプレードライにより粉末化する。次に、得られた原料粉末に成形助剤、水を添加して成形用坏土を得る。最後に、得られた成形用坏土を押し出し成形することで、所定のハニカムセラミックス構造体を得ている。
【００１２】
図３は本発明の第３発明に係るハニカムセラミックス構造体の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。図３に示すフローチャートに従って本発明の第３発明を説明すると、まず、タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナやその他水酸化アルミニウム、シリカ等のコージェライト化原料を準備する。次に、原料をコージェライト組成になるよう所定の割合で混合する。次に、混合して得たコージェライト化原料に分散剤、水を添加してコージェライト原料スラリーを得る。次に、得られたコージェライト原料スラリーを３０μｍ以下の篩に通過させる。その後、メチルセルロース類および滑剤を成形助剤としてスラリーに溶解する。次に、得られたスラリーをフィルタープレスにより所定の含水量まで減水し成形用坏土を得る。最後に、得られた成形用坏土を押し出し成形することで、所定のハニカムセラミックス構造体を得ている。
【００１３】
スラリー状の原料を減水、脱水、乾燥および粉末化するため、従来から行われている方法としては、フィルタープレスにより減水、熱風乾燥機等により乾燥後に開砕、分級していた。この手法では減水、乾燥時に原料が再凝集し、特にカオリン、水酸化アルミニュウム等の原料は固い粗粒分を形成し、３０μｍ以下の篩で粗粒部分を除去した効果が全く損なわれてしまう。また、フィルタープレス後の含水した状態にメチルセルロース類等の成形助剤を添加することが考えられるが均一に混合分散させることができず良好な坏土が得られない。このため本発明のように篩処理されたスラリー化原料をスプレードライにより粉末化して使用する方法（第１発明、第２発明）、これは特に連続成形工程に有効である、若しくは篩処理されたスラリー化原料に成形助剤を添加後減水し坏土として使用すること（第３発明）で、セル欠陥のない焼成後３８μｍ以下となる壁厚のハニカム成形体を押し出し成形することが可能となった。
【００１４】
以下、実際の例について説明する。
実施例１
以下の表１に示すコージェライト化原料のそれぞれに対して、分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム塩をそれぞれの原料に対し１．５ｗｔ％添加し、それぞれ固形分２７％のスラリーとした後、３０μｍの篩目開きのマイクロシーブを個別に通過させ、それぞれの原料スラリーから３０μｍ以上の粗粒部分を除去した。粗粒部分を除去されたスラリーをスプレードライにより粒径が３０μｍ以下の顆粒になるよう乾燥させた。
【００１５】
乾燥されたそれぞれの原料を以下の表１に示す割合に調合し、原料に対し水：３０ｗｔ％、メチルセルロースバインダー：５ｗｔ％及び界面活性剤として脂肪酸カリ石鹸を１ｗｔ％添加し混合、混練して成形用坏土を得た。得られた成形用坏土を、スリット幅４２μｍで１７０セル／ｃｍ２のハニカム形状押し出し用口金を用い、直径１００ｍｍ、全長１００ｍｍのハニカム形状に押し出し、誘電乾燥及び熱風乾燥により水分を除去した。
【００１６】
乾燥体には粗粒原料の混入によるハニカム構造体中のセル欠如等はみられず、良好な状態であった。乾燥体は、その後、最高温度１４００℃で焼成され、リブ厚：３８μｍ、セル数：１４０セル／ｃｍ２のコージェライトハニカム成形体を焼成したコージェライトハニカム構造体を得た。得られたコージェライトハニカム構造体の特性を以下の表２に示す。
【００１７】
【表１】
Figure 0004047009
【００１８】
【表２】
Figure 0004047009
【００１９】
実施例２
以下の表３に示す原料を表３中の調合割合に混合し、分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム塩を１．５ｗｔ％添加し固形分２７％のスラリーとした後、３０μｍの篩目開きのマイクロシーブを通過させ、スラリーから３０μｍ以上の粗粒分を除去した。粗粒部分を除去されたスラリーを、スプレードライにより、粒径が３０μｍ以下の顆粒になるよう乾燥させた。
【００２０】
スプレードライ処理された原料に水：２８ｗｔ％、メチルセルロースバインダー：５ｗｔ％及び界面活性剤として脂肪酸カリ石鹸を１ｗｔ％添加し混合、混練して成形用坏土を得た。得られた成形用坏土を、スリット幅４０μｍで１６０セル／ｃｍ２のハニカム形状押し出し用口金を用い、直径１００ｍｍ、全長１００ｍｍのハニカム形状に押し出し、誘電乾燥及び熱風乾燥により水分を除去した。
【００２１】
乾燥体には粗粒原料の混入によるハニカム構造体中のセル欠如等はみられず、良好な状態であった。乾燥体は、その後、最高温度１４００℃で焼成され、リブ厚：３８μｍ、セル数：１４０セル／ｃｍ２のコージェライトハニカム成形体を焼成したコージェライトハニカム構造体を得た。得られたコージェライトハニカム構造体の特性を以下の表４に示す。
【００２２】
【表３】
Figure 0004047009
【００２３】
【表４】
Figure 0004047009
【００２４】
実施例３
実施例２の表３と同様に原料を混合し、分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム塩を１．５ｗｔ％添加し固形分１５％のスラリーとした後、３０μｍの篩目開きのマイクロシーブを通過させ、スラリーから３０μｍ以上の粗粒分を除去した。
【００２５】
篩処理された原料スラリーに原料固形分に対し、メチルセルロースバインダー：５ｗｔ％及び界面活性剤として脂肪酸カリ石鹸を１ｗｔ％添加し、スラリー温度が２０℃以下になるよう冷却しつつ混合し均一なスラリーとする、その後フィルタープレスにより含水量２２％まで減水し成形用坏土を得た。得られた成形用坏土を、スリット幅４０μｍで１６０セル／ｃｍ２のハニカム形状押し出し用口金を用い、直径１００ｍｍ、全長１００ｍｍのハニカム形状に押し出し、誘電乾燥及び熱風乾燥により水分を除去した。
【００２６】
乾燥体には粗粒原料の混入によるハニカム構造体中のセル欠如等はみられず、良好な状態であった。乾燥体は、その後、最高温度１４００℃で焼成され、リブ厚：３８μｍ、セル数：１４０セル／ｃｍ２のコージェライトハニカム成形体を焼成したコージェライトハニカム構造体を得た。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、コージェライト化原料を分散剤とともに水に溶かしスラリー化し、３０μｍ以下の篩を通過させた後、スプレードライにより乾燥粉末化し、その乾燥粉末を用いて成形用坏土を得ること、あるいはフィルタープレスで成形用坏土を得ること、言い換えると湿式で篩を通過させた原料粉末を使用して成形用坏土を得ることで、原料粒子の凝集を防ぎ効率的に粗粒原料を除去することができる。その結果、その後得られた成形用坏土を押し出し成形することにより、３８μｍ以下の非常に薄い壁厚のハニカムセラミック構造体を欠陥無く成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１発明に係るハニカムセラミックス構造体の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図２】本発明の第２発明に係るハニカムセラミックス構造体の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の第３発明に係るハニカムセラミックス構造体の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。

Claims (4)

  1. コージェライト化原料の個々の原料をスラリー化して原料スラリーを個々に得、得られた原料スラリーを個々に３０μｍ以下の目開きの篩に通過させた後、スプレードライにより個々に粉末化し、得られた個々の原料の粉末をコージェライト組成になるように所定の割合で混合した後、成形助剤、水を添加して成形用坏土を得、得られた成形用坏土からハニカム成形体を押し出し成形することを特徴とする壁厚３８μｍ以下のハニカムセラミックス構造体の製造方法。
  2. 原料をコージェライト組成になるよう所定の割合で混合したコージェライト化原料をスラリー化してコージェライト原料スラリーを得、得られたコージェライト原料スラリーを３０μｍ以下の目開きの篩に通過させ、スプレードライにより粉末化した後、成形助剤、水を添加して成形用坏土を得、得られた成形用坏土からハニカム成形体を押し出し成形することを特徴とする壁厚３８μｍ以下のハニカムセラミックス構造体の製造方法。
  3. 原料をコージェライト組成になるよう所定の割合で混合したコージェライト化原料をスラリー化してコージェライト原料スラリーを得、得られたコージェライト原料スラリーを３０μｍ以下の目開きの篩に通過させた後、メチルセルロース類および滑剤を成形助剤としてスラリーに溶解した後、フィルタープレスにより所定の含水量まで減水し得られた成形用坏土からハニカム成形体を押し出し成形することを特徴とする壁厚３８μｍ以下のハニカムセラミックス構造体の製造方法。
  4. 前記コージェライト化原料が、タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカを主原料とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のハニカムセラミックス構造体の製造方法。
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