JP5584417B2 - セラミックス坏土、及び、その利用 - Google Patents
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Description
[M2+ 1−xM3+ x(OH)2][An− x/n・yH2O] (I)
(式(I)中、M2+、M3+、An−は、それぞれ2価のカチオン、3価のカチオン、またはアニオンを示し、nはアニオンの価数を示し、かつ、1≦n≦3であり、xは、2価のカチオン(M2+)と3価のカチオン(M3+)との合計における3価のカチオン(M3+)との合計における3価のカチオンの組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示し、yは、水のモル数を示す。)で表される層状複水酸化物であり、薄板押出圧力が20MPa以下であることを特徴とする酸化物セラミックス成形用坏土。
Mg1-ZAlZ(OH)2(CO3)Z/2・mH2O (II)
(上記式(II)中、zは、MgとAlとの合計におけるAlの組成割合を示すとともに、0.1≦z≦0.4の範囲の値を示し、mは、ハイドロタルサイト中における水のモル数を示す。)
で表されるハイドロタルサイトである[1]〜[5]の何れか1項に記載の酸化物セラミックス成形用坏土。
(Mg2+)6(Al3+)2(OH-)16CO3 2-・4H2O (III)
で表されるハイドロタルサイトである[1]〜[6]の何れか1に記載の酸化物セラミックス成形用坏土。
前記セラミックス形成材料として、酸化物セラミックス形成材料と、層状複水酸化物と両者の合計質量部が100となるような量で用意する工程と、
造孔材を用意したセラミックス形成材料100質量部に対して外配で3質量部以上50質量部以下、水を同じく外配で14質量部以上19質量部以下、かつ、造孔材と有機バインダとの合計が、同じく外配で、5質量部以上55質量部以下となる量で用意する工程を含み、
上記層状複水酸化物として、下式(I):
[M2+ 1−xM3+ x(OH)2][An− x/n・yH2O] (I)
(式(I)中、M2+、M3+、An−は、それぞれ2価のカチオン、3価のカチオン、またはアニオンを示し、nはアニオンの価数を示し、かつ、1≦n≦3であり、xは、2価のカチオン(M2+)と3価のカチオン(M3+)との合計における3価のカチオン(M3+)との合計における3価のカチオンの組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示し、yは、水のモル数を示す。)で表される層状複水酸化物を用いるものである、薄板押出圧力が20MPa以下の酸化物セラミックス成形用坏土の製造方法。
Mg1-ZAlZ(OH)2(CO3)Z/2・mH2O (II)
(上記式(II)中、zは、MgとAlとの合計におけるAlの組成割合を示すとともに、0.1≦z≦0.4の範囲の値を示し、mは、ハイドロタルサイト中における水のモル数を示す。)で表されるハイドロタルサイトを用いる[11]〜[13]の何れか1に記載の酸化物セラミックス成形用坏土の製造方法。
(Mg2+)6(Al3+)2(OH-)16CO3 2-・4H2O (III)
で表されるハイドロタルサイトを用いる[11]〜[14]の何れか1に記載の酸化物セラミックス成形用坏土の製造方法。
本発明のセラミック坏土は、通常製品の場合に比較して多くの造孔材を含むにも拘わらず、成形原料を混練により得られるセラミックス坏土の水分量を極力最小限に制御しつつ、成形時、特に押出成形時に要求される流動性が確保できるという性質を有するものである。このように相反する要求を満たしたうえで、かつ、優れた流動性を具備する酸化物セラミックス成形用坏土を調製するには、少なくとも、造孔材として、酸化物セラミックス形成材料と、層状複水酸化物との合計100質量部に対して、外配で、3質量部以上50質量部以下、かつ、造孔材と有機バインダとの合計が、同じく外配で、5質量部以上55質量部以下となる量を加えると共に、上記層状複水酸化物として、下式(I):
[M2+ 1-xM3+ x(OH)2][An- x/n・yH2O] (I)
(式(I)中、M2+、M3+、An-は、それぞれ2価のカチオン、3価のカチオン、またはアニオンを示し、nはアニオンの価数を示し、かつ、1≦n≦3であり、xは、2価のカチオン(M2+)と3価のカチオン(M3+)との合計における3価のカチオン(M3+)との合計における3価のカチオンの組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示し、yは、水のモル数を示す。)で表される層状複水酸化物を使用することが必須である。なお、ここで、本発明のセラミック坏土の調製に使用するセラミック形成材料を始めとして、バインダをはじめとする各種原料のうち、粉体(固体)のものの使用量は、受け入れ時の質量に基づき表示することとする。
[M2+ 1-xM3+ x(OH)2][An- x/n・yH2O] (I)
(式(I)中、M2+、M3+、An-は、それぞれ2価のカチオン、3価のカチオン、またはアニオンを示し、nはアニオンの価数を示し、かつ、1≦n≦3であり、xは、2価のカチオン(M2+)と3価のカチオン(M3+)との合計における3価のカチオン(M3+)との合計における3価のカチオンの組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示し、yは、水のモル数を示す。)で示されるものを意味する。
Mg1-ZAlZ(OH)2(CO3)Z/2・mH2O (II)
(上記式(II)中、zは、MgとAlとの合計におけるAlの組成割合を示すとともに、0.1≦z≦0.4の範囲の値を示し、mは、ハイドロタルサイト中における水のモル数を示す。)
で表されるハイドロタルサイトが、成形性が良好であることから好ましい。
Mg6Al2(OH)16CO3・4H2O (III)
で表されるハイドロタルサイトが、入手のしやすさという観点から好ましい。
先ず、実施例についての具体的に説明に先立ち、本願実施例中で使用する各種の試験法について述べることとする。
JIS K7199に準拠した装置において、一定体積流量で坏土を押出すときの坏土にかかる圧力の測定をする。なお、このときのシリンダ内径はφ25mm、スリットダイ断面形状0.3×2.5mmのものを使用する。酸化物セラミックス成形用坏土をシリンダに充填し、ピストンを1mm/min.の速さで押し、スリットダイ出口から薄板を押出成形する。このときのピストン先端に取り付けた圧力センサの値を、薄板押出圧力とする。なお、この方法によりハニカム構造体の一部(リブ)の成形性を模式化でき、流動性の評価ができる。薄板押出圧力が低いほど坏土の流動性がよいことを意味し、このことは、ハニカム構造体が成形しやすいということを意味する。換言すれば、高流動性であることを意味する。
JIS A1216に準拠した試験片および装置を用いて、真ひずみが0.2における真応力を測定する。これにより坏土の外力に対する硬さ、すなわち、保形性が評価でき、この値が大きいほど成形体の保形性が良好であることになる。
酸化物セラミックス成形用坏土の品質は、押出成形により成形したニカム成形体に関して、成形不良、口金つまり、つぶれの3項目について検査し、その結果により評価した。成形不良は、坏土の流動性が乏しいことを意味し、酸化物セラミックス成形用坏土の流動性が乏しいと、ハニカム成形体を押出成形した場合に、成形体のリブ又は外壁にササクレが発生する。従って、成形体のリブ又は外壁でのササクレの発生の有無、その発生の程度を検査することによって評価し、口金つまりは、成形体に押出し方向に連続に発生している切れの有無を検査することによって評価し、つぶれは、目視での同成形体におけるセルつぶれの存在の有無の検査と、同成形体の一方の端面から押出し方向に光を照射し、それを他方の端面から観察し、セルつぶれにより光が透過しないセルの存在有無を検査することによって評価した。
酸化物セラミックス成形用坏土を成形することによって得られるハニカム成形体を乾燥および焼成する際に、乾燥切れ(乾燥後に、本来連続であるべきリブ/セルが不連続になっていること)、焼成切れ(焼成後に、本来連続であるべきリブ/セルが不連続になっていること)及び焼成溶け(焼成後に、本来あるべき形状が損なわれていること)の発生程度により評価した。これらはそれぞれ、それぞれ乾燥体と焼成体についての目視による外観上の切れの存在の有無の確認、及び、乾燥体と焼成体の一方の端面から押出し方向に光を照射し、それを他方の端面から観察し製品内部の切れを確認することによって評価した。
酸化物セラミックス成形用坏土を成形することによって得られる成形体を乾燥および焼成して得られたセラミックス構造体が、多孔質であることと高強度であることの指標として、気孔率(%)とA軸圧縮強度(MPa)を測定した。気孔率はアルキメデス法により測定し、A軸圧縮強度の測定方法は、JASO M 505−87に準拠し、セル壁圧12mil、セルピッチ200CPSIのハニカム構造体についてA軸方向の長さが25.4mm、これと直角方向の直径が25.4mmの円柱形の試験片をハニカム構造体からくりぬき、オートグラフを用いてA軸方向への圧縮試験により測定する。
以下の実施例においては、表2に示した諸性質を有する層状複水酸化物(種類:1〜39)から選択して用いた。
参考例1においては、表3のバッチNo.1に示すような量の酸化物セラミックス(コージェライト)形成材料としてのカオリン、タルク、アルミナ、水酸化アルミニウム及びシリカを使用した。なお、参考までにこれらの原料の粒径の平均粒経(μm)も括弧内に併せ示した。先ず、上記のセラミックス形成材料に、表2において種類1として示した性質を有する層状複水酸化物としてのハイドロタルサイトを表4に示す量で添加、混合しこれに、表4に示した量の、造孔材としての発泡樹脂、バインダとしてのメチルセルロース、及び分散剤としてのラウリン酸カリウムを、セラミックス形成材料と層状複水酸化物との合計100質量部に対し、それぞれ外配で、表4に示す量を添加して、成形材料とし、これに所定量の水を加え、混練することによってセラミックス坏土を得た。次いで、得られたセラミックス坏土を成形してハニカム成形体を得、更に、得られたハニカム成形体を焼成してハニカム構造体を得た。なお、表3には、他の実施例、参考例、比較例において使用したセラミック成形材料の構成(原料の粒径の平均粒経も含む)を、表4には、セラミック成形材料と層状複水酸化物とのそれぞれの使用量に加え、造孔材として使用した発泡樹脂の量、バインダとして使用したメチルセルロースの量、分散剤として使用したラウリン酸カリウムの量、及び分散媒として使用した水の量を、それぞれ外配の質量部で示す。
◎:成形状態極めて良好、○:外壁に一部ササクレが観察されるも良好、△:内部のリブと外壁両方にササクレが観察され良好ではないが許容できるレベル、×:内部のリブと外壁両方にササクレが観察され許容できないレベル。
(口金つまり)
◎:口金つまりなし、○:1リブだけ口金つまり発生、△:複数リブに口金つまり発生も許容できる、×:複数リブに口金つまり発生し許容できない。
(つぶれ)
◎:成形時のセルつぶれなく、乾燥後のセル形状が口金スリット形状と相似形、△:成形時にセルつぶれが発生しており、乾燥後のセル形状が口金スリット形状と相似形ではないが、成形体の一方の端面から押出し方向に光を照射し、それを他方の端面から観察した場合に、セルつぶれにより光が透過しないセルが存在しない、×:成形時にセルつぶれが発生しており、乾燥後のセル形状が口金スリット形状と相似形ではなく、成形体の一方の端面から押出し方向に光を照射し、それを他方の端面から観察した場合に、セルつぶれにより光が透過しないセルが存在する。
◎:乾燥切れなし、○:端面から1cm未満の表層のみが軽微に切れており乾燥後の端面切断で切れ部を容易に切り落とすことができる、△端面から内部にかけて1cm以上切れているが乾燥後の端面切断で切れ部を切り落とすことができる、×端面から内部にかけて1cm以上切れており乾燥後の端面切断で切れ部を切り落とすことができない。
(焼成切れ)
◎:焼成切れなし、×:焼成切れあり。
(焼成溶け)
◎:寸法収縮が10%以内で、外観形状が乾燥体の相似形、△:寸法収縮が10%以上で、外観形状が乾燥体の相似形、×:寸法収縮が10%以上で、外観形状が乾燥体の相似形から崩れている。
表3に示す配合組成からなるバッチNo.2〜25及び31〜34の成形原料を使用し、更に、表4に示したように、それぞれの量からなるセラミックス坏土を調製した。即ち、表4には、セラミック成形材料と層状複水酸化物との使用量のそれぞれの使用量に加え、造孔材として使用した発泡樹脂の量、バインダとして使用したメチルセルロースの量、及び分散剤として使用したラウリン酸カリウムの量を、それぞれセラミック成形材料と層状複水酸化物と合計100質量部に対する外配で示す。得られた成形材料に表4に示した所定量の水を加え、セラミックス坏土を得た。上記のこと以外は、参考例1と同様にして、実施例1〜9、参考例2〜16、及び比較例1〜4に係るセラミックス坏土、ハニカム成形体及びハニカム構造体を得た。かくして得られたセラミックス坏土、ハニカム成形体及びハニカム構造体の各特性の評価結果は表5にそれぞれ示す。
これらの実施例及び参考例においては、セラミックス形成材料として、それぞれ表3にバッチNo.26〜30に示した量のカオリン、アルミナ、及び酸化チタンを使用したこと、表4に示した種類の層状複水酸化物を、上記のセラミックス形成材料との合計量が100質量部となるように、それぞれ5質量部添加、混合しセラミック坏土を得、これに造孔材として発泡樹脂、バインダとしてのメチルセルロース、分散剤としてラウリン酸カリウムを、セラミックス形成材料と層状複水酸化物との合計100質量部に対して、外配でそれぞれ表4に示す量で添加したこと、分散媒としての水は、同じく外配で、表4に示す量を使用したこと、及びハニカム構造体を1500℃で4時間、大気雰囲気中で焼成したこと以外は参考例1と同様にした。かくして、得られたセラミックス坏土、ハニカム成形体及びハニカム構造体についての各種特性の評価結果は、表5に示す。
Claims (15)
- 酸化物セラミックス形成材料と、層状複水酸化物と造孔材と水を含む酸化物セラミックス成形用坏土であって、造孔材を酸化物セラミックス形成材料と層状複水酸化物との合計100質量部に対して外配で3質量部以上50質量部以下、水を同じく外配で14質量部以上19質量部以下、かつ、造孔材と有機バインダとの合計が、同じく外配で、5質量部以上55質量部以下の量含む酸化物セラミックス成形用坏土であって、上記層状複水酸化物は、下式(I):
[M2+ 1−xM3+ x(OH)2][An− x/n・yH2O] (I)
(式(I)中、M2+、M3+、An−は、それぞれ2価のカチオン、3価のカチオン、またはアニオンを示し、nはアニオンの価数を示し、かつ、1≦n≦3であり、xは、2価のカチオン(M2+)と3価のカチオン(M3+)との合計における3価のカチオン(M3+)との合計における3価のカチオンの組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示し、yは、水のモル数を示す。)
で表される層状複水酸化物であり、薄板押出圧力が20MPa以下であることを特徴とする酸化物セラミックス成形用坏土。 - 酸化物セラミックス成形用坏土の一軸圧縮試験において、真ひずみ0.2における真応力が、少なくとも10kPaである請求項1に記載の酸化物セラミックス成形用坏土。
- 酸化物セラミックス形成材料と層状複水酸化物との合計100質量部中において、上記層状複水酸化物の質量が0.5〜50質量部を占める請求項1または2に記載の酸化物セラミックス成形用坏土。
- 酸化物セラミックス形成材料と層状複水酸化物との合計100質量部中において、上記層状複水酸化物の質量が1〜18質量部を占める請求項1〜3の何れか1項に記載の酸化物セラミックス成形用坏土。
- 更に少なくとも分散剤、界面活性剤の何れか1種を含み、その合計含有量が酸化物セラミックス形成材料と層状複水酸化物との合計100質量部に対して、外配で、0.2質量部未満である請求項1〜4の何れか1項に記載の酸化物セラミックス成形用坏土。
- 前記層状複水酸化物が、下記式(II):
Mg1−ZAlZ(OH)2(CO3)Z/2・mH2O (II)
(上記式(II)中、zは、MgとAlとの合計におけるAlの組成割合を示すとともに、0.1≦z≦0.4の範囲の値を示し、mは、ハイドロタルサイト中における水のモル数を示す。)
で表されるハイドロタルサイトである請求項1〜5の何れか1項に記載の酸化物セラミックス成形用坏土。 - 前記層状複水酸化物が、下記式(III):
(Mg2+)6(Al3+)2(OH−)16CO3 2−・4H2O (III)
で表されるハイドロタルサイトである請求項1〜6の何れか1項に記載の酸化物セラミックス成形用坏土。 - セラミックス形成材料を含有する成形原料を混練して酸化物セラミックス成形用坏土を得るセラミックス坏土の製造方法であって、
前記セラミックス形成材料として、酸化物セラミックス形成材料と、層状複水酸化物とを、両者の合計質量部が100となるような量で用意する工程と、
造孔材を用意したセラミックス形成材料100質量部に対して外配で3質量部以上50質量部以下、水を同じく外配で14質量部以上19質量部以下、かつ、造孔材と有機バインダとの合計が、同じく外配で、5質量部以上55質量部以下となる量で用意する工程を含み、
上記層状複水酸化物として、下式(I):
[M2+ 1−xM3+ x(OH)2][An− x/n・yH2O] (I)
(式(I)中、M2+、M3+、An−は、それぞれ2価のカチオン、3価のカチオン、またはアニオンを示し、nはアニオンの価数を示し、かつ、1≦n≦3であり、xは、2価のカチオン(M2+)と3価のカチオン(M3+)との合計における3価のカチオン(M3+)との合計における3価のカチオンの組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示し、yは、水のモル数を示す。)で表される層状複水酸化物を用いるものである、薄板押出圧力が20MPa以下の酸化物セラミックス成形用坏土の製造方法。 - 得られる酸化物セラミックス成形用坏土が、一軸圧縮試験により、真ひずみ0.2を与えるのに必要な真応力について試験するとき、真応力が少なくとも10kPaである請求項8に記載の酸化物セラミックス成形用坏土の製造方法。
- 前記層状複水酸化物を、前記セラミックス形成材料中の含有量が、0.5〜50質量部となるように準備する工程を含む請求項8又は9に記載の酸化物セラミックス成形用坏土の製造方法。
- 前記層状複水酸化物として、下記式(II):
Mg1−ZAlZ(OH)2(CO3)Z/2・mH2O (II)
(上記式(II)中、zは、MgとAlとの合計におけるAlの組成割合を示すとともに、0.1≦z≦0.4の範囲の値を示し、mは、ハイドロタルサイト中における水のモル数を示す。)
で表されるハイドロタルサイトを用いる請求項8〜10の何れか1項に記載の酸化物セラミックス成形用坏土の製造方法。 - 前記層状複水酸化物として、下記式(III):
(Mg2+)6(Al3+)2(OH−)16CO3 2−・4H2O (III)
で表されるハイドロタルサイトを用いる請求項8〜11の何れか1項に記載の酸化物セラミックス成形用坏土の製造方法。 - 請求項8〜12のいずれか1項に記載の方法によって得られた酸化物セラミックス成形用坏土を、さらに成形してセラミックス成形体を得るセラミックス成形体の製造方法。
- 前記セラミックス成形用坏土をハニカム形状に成形して、ハニカム成形体を得る請求項13に記載のセラミックス成形体の製造方法。
- 請求項13又は14に記載の方法によって得られた前記セラミックス成形体を、さらに焼成してセラミックス構造体を得るセラミックス構造体の製造方法。
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