JPH04227846A - 熱衝撃耐性セラミツク蜂の巣状構造体 - Google Patents
熱衝撃耐性セラミツク蜂の巣状構造体Info
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- JPH04227846A JPH04227846A JP3124394A JP12439491A JPH04227846A JP H04227846 A JPH04227846 A JP H04227846A JP 3124394 A JP3124394 A JP 3124394A JP 12439491 A JP12439491 A JP 12439491A JP H04227846 A JPH04227846 A JP H04227846A
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- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【発明の背景】本発明は、高い熱衝撃耐性を有するセラ
ミック構造体に関するものである。
ミック構造体に関するものである。
【０００２】多くの電気事業会社は、ピーク需要時また
は他の発電装置の緊急停止時における使用のために用意
されているガス−燃焼型待機発電機を保有している。そ
のような発電機は、天然ガスを燃焼させる燃焼区域中に
空気を強制的に送るための大きなコンプレッサーを使用
している。生成する加熱された燃焼生成物を使用して、
発電用タービンを駆動させる。
は他の発電装置の緊急停止時における使用のために用意
されているガス−燃焼型待機発電機を保有している。そ
のような発電機は、天然ガスを燃焼させる燃焼区域中に
空気を強制的に送るための大きなコンプレッサーを使用
している。生成する加熱された燃焼生成物を使用して、
発電用タービンを駆動させる。
【０００３】最も熱い天然ガス炎温度は、環境的観点か
ら異議のある窒素酸化物を生じるのに充分なものである
。窒素酸化物を除去するための全排気流の処理には非常
に費用がかかる。一方法は天然ガスを触媒を用いて燃焼
させる方法であり、それにより燃焼温度を窒素酸化物を
生じないような基準にまで減少させることができる。 しかしながら、触媒用の担体構造体は約１２６０℃とい
う触媒作用を受けるガス燃焼温度に耐えられなければな
らず、しかも発電機を開始および停止させる時に生じる
熱衝撃の繰り返りサイクルにも耐えられなければならな
い。そのような発電機の停止時には、ガス供給は停止さ
れるが、圧縮空気は燃焼室中に流れ続けて、触媒担体を
非常に急速に冷却させる。そのような状況下での触媒担
体構造体は０．０２−０．１秒間だけの間に１２６０−
３００℃という典型的な温度変化を受けることがあるか
もしれない。
ら異議のある窒素酸化物を生じるのに充分なものである
。窒素酸化物を除去するための全排気流の処理には非常
に費用がかかる。一方法は天然ガスを触媒を用いて燃焼
させる方法であり、それにより燃焼温度を窒素酸化物を
生じないような基準にまで減少させることができる。 しかしながら、触媒用の担体構造体は約１２６０℃とい
う触媒作用を受けるガス燃焼温度に耐えられなければな
らず、しかも発電機を開始および停止させる時に生じる
熱衝撃の繰り返りサイクルにも耐えられなければならな
い。そのような発電機の停止時には、ガス供給は停止さ
れるが、圧縮空気は燃焼室中に流れ続けて、触媒担体を
非常に急速に冷却させる。そのような状況下での触媒担
体構造体は０．０２−０．１秒間だけの間に１２６０−
３００℃という典型的な温度変化を受けることがあるか
もしれない。
【０００４】過酷な熱衝撃に耐える必要の他に、触媒担
体構造体は下向き流タービン羽根を損傷させるような方
法で破壊してはならない。従って、望ましいセラミック
構造体は破壊を伴わずに非常に過酷な温度変動に耐えら
れるだけではなく、それが破壊した場合には小さく非常
に脆いすなわち無害な粒子に破壊されなければならない
。
体構造体は下向き流タービン羽根を損傷させるような方
法で破壊してはならない。従って、望ましいセラミック
構造体は破壊を伴わずに非常に過酷な温度変動に耐えら
れるだけではなく、それが破壊した場合には小さく非常
に脆いすなわち無害な粒子に破壊されなければならない
。
【０００５】触媒担体としてのセラミック蜂の巣状構造
体の使用は米国特許４，０９２，１９４の技術中で知ら
れており、そして米国特許３，９８６，５２８は繊維が
交差する点において互いに結合されているセラミック繊
維の複数層からなる管を記載している。これらの管を製
造するために使用される物質にはアルミナまたはアルミ
ナ先駆体およびＳガラスが包含されているため、これら
の物質の反応生成物も存在しているかもしれない。これ
らの構造体は離れていない溝を有しているが、それらは
糸の交差点の間で相互連結している。部分的焼結ガラス
−セラミック繊維からなる同様な構造体を開示している
米国特許３，９４９，１０９も参照のこと。
体の使用は米国特許４，０９２，１９４の技術中で知ら
れており、そして米国特許３，９８６，５２８は繊維が
交差する点において互いに結合されているセラミック繊
維の複数層からなる管を記載している。これらの管を製
造するために使用される物質にはアルミナまたはアルミ
ナ先駆体およびＳガラスが包含されているため、これら
の物質の反応生成物も存在しているかもしれない。これ
らの構造体は離れていない溝を有しているが、それらは
糸の交差点の間で相互連結している。部分的焼結ガラス
−セラミック繊維からなる同様な構造体を開示している
米国特許３，９４９，１０９も参照のこと。
【０００６】他の参考文献は押し出し成形されたセラミ
ック蜂の巣形を開示している。例えば、主としてコージ
ライトの形状であるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＭｇＯ
からなるセラミック構造体を記載している米国特許４，
８６９，９４４を参照のこと。該構造体は微細亀裂を有
しており、それは熱膨張の吸収を助けその結果として熱
衝撃耐性に寄与すると述べられている。他の押し出し成
形または成形された構造体は米国特許４，０６９，１５
７中に教示されている。この特許は構造体の製造用に使
用できる別の物質としてアルミナ、ムライトおよびコー
ジライトを挙げているが、該構造体は３００℃という比
較的低温において使用できると述べている（２欄、３行
）。 米国特許３，２５５，０２７は、アルミナから製造され
た蜂の巣状物体を含むことができ（４欄、６１行）そし
て例えばシリカおよびムライトの如き他の成分類も含む
ことのできる耐火性構造体を教示している。例えばシリ
カおよびムライトの如き成分類を多分含んでいるであろ
うアルミナ耐火物を開示している他の一般的に適用され
る特許は、米国特許３，３１１，４８８、３，２９８，
８４２および３，２４４，５４０である。
ック蜂の巣形を開示している。例えば、主としてコージ
ライトの形状であるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＭｇＯ
からなるセラミック構造体を記載している米国特許４，
８６９，９４４を参照のこと。該構造体は微細亀裂を有
しており、それは熱膨張の吸収を助けその結果として熱
衝撃耐性に寄与すると述べられている。他の押し出し成
形または成形された構造体は米国特許４，０６９，１５
７中に教示されている。この特許は構造体の製造用に使
用できる別の物質としてアルミナ、ムライトおよびコー
ジライトを挙げているが、該構造体は３００℃という比
較的低温において使用できると述べている（２欄、３行
）。 米国特許３，２５５，０２７は、アルミナから製造され
た蜂の巣状物体を含むことができ（４欄、６１行）そし
て例えばシリカおよびムライトの如き他の成分類も含む
ことのできる耐火性構造体を教示している。例えばシリ
カおよびムライトの如き成分類を多分含んでいるであろ
うアルミナ耐火物を開示している他の一般的に適用され
る特許は、米国特許３，３１１，４８８、３，２９８，
８４２および３，２４４，５４０である。
【０００７】どの参考文献も上記の過酷な条件にかなう
セラミック構造体は教示していない。さらに、これらの
参考文献の一体成形または押し出し成形構造体はそれら
の破損時には大きい片に破壊するためタービン羽根を損
傷させる危険がある。
セラミック構造体は教示していない。さらに、これらの
参考文献の一体成形または押し出し成形構造体はそれら
の破損時には大きい片に破壊するためタービン羽根を損
傷させる危険がある。
【０００８】
【発明の要旨】本発明は、上記の過酷な条件に耐えられ
る硬質セラミック構造体を提供するものである。該構造
体は、構造体全体中の全ての道を通る実質的に離れてい
る溝を有している。構造体の化学的組成は約２０−４０
％のＳｉＯ２、約３−６％のＭｇＯおよび約５４−７７
％のＡｌ２Ｏ３であり、ここで全ての百分率は重量によ
るものである。これらの酸化物は５０−９０％が結晶性
物質として存在しており、残りは非晶質である。構造体
はガラス繊維を使用して製造されるが、実質的にはガラ
ス繊維は完成構造体中には残存していない。結晶含有量
は、約１５−４０％のコージライト、１５−３５％のコ
ランダムおよび１０−３０％のムライトである。これら
は、非晶質成分を含む構造体の合計重量を基にした重量
％である。該構造体は微細亀裂を全体的に示している。
る硬質セラミック構造体を提供するものである。該構造
体は、構造体全体中の全ての道を通る実質的に離れてい
る溝を有している。構造体の化学的組成は約２０−４０
％のＳｉＯ２、約３−６％のＭｇＯおよび約５４−７７
％のＡｌ２Ｏ３であり、ここで全ての百分率は重量によ
るものである。これらの酸化物は５０−９０％が結晶性
物質として存在しており、残りは非晶質である。構造体
はガラス繊維を使用して製造されるが、実質的にはガラ
ス繊維は完成構造体中には残存していない。結晶含有量
は、約１５−４０％のコージライト、１５−３５％のコ
ランダムおよび１０−３０％のムライトである。これら
は、非晶質成分を含む構造体の合計重量を基にした重量
％である。該構造体は微細亀裂を全体的に示している。
【０００９】好適態様では、構造体は２５−３０％のＳ
ｉＯ２、４−５％のＭｇＯおよび６０−７０％のＡｌ２
Ｏ３からなっており、該物質の約７５−８０％は結晶形
で存在しており、２５−３０％はコージライトであり、
２５−３０％はコランダムであり、そして２０−３０％
はムライトである。好適な構造体は実質的に平面形であ
る。一態様では、構造体は約２インチの厚さでありそし
て５、６フィートの幅を有している。溝は構造体の最小
寸法中を完全に通過している。
ｉＯ２、４−５％のＭｇＯおよび６０−７０％のＡｌ２
Ｏ３からなっており、該物質の約７５−８０％は結晶形
で存在しており、２５−３０％はコージライトであり、
２５−３０％はコランダムであり、そして２０−３０％
はムライトである。好適な構造体は実質的に平面形であ
る。一態様では、構造体は約２インチの厚さでありそし
て５、６フィートの幅を有している。溝は構造体の最小
寸法中を完全に通過している。
【００１０】これらの構造体は、最初にガラス繊維の予
備成型体を製造することにより、製造される。Ｓガラス
として知られているガラス繊維が好ましく、その理由は
それは高温性能を妨害するホウ素化合物を含有していな
いからである。予備成型体は、ガラス繊維層を各層中の
繊維が互いに平行であり且つ隣接層中の繊維と相互交差
しておりそして別層中の繊維と平行であるように重ねる
ことにより、製造される。別層中の繊維を互いに整列さ
せて、予備成型体全体に溝を規定させる。好適態様では
、溝は長方形であり、そしてより好適には四角形である
。予備成型体をアルミナ先駆体溶液中のアルミナの分散
液を用いて湿らせ、そして加熱して、別層中の平行繊維
と隣接層中の相互交差繊維により規定されている空間に
アルミナを充填させる。充分高い加熱温度において、好
適には少なくとも１３８０℃において、ガラスが溶融し
そしてガラス中のシリカおよびマグネシアがコーテイン
グ物質中のアルミナと組み合わされてコージライトおよ
びムライトを生成する。実質的には連続的ガラス繊維は
残らないが、生じた構造体中の溝壁はもとのまま残るた
め溝間に実質的な相互連結はない。
備成型体を製造することにより、製造される。Ｓガラス
として知られているガラス繊維が好ましく、その理由は
それは高温性能を妨害するホウ素化合物を含有していな
いからである。予備成型体は、ガラス繊維層を各層中の
繊維が互いに平行であり且つ隣接層中の繊維と相互交差
しておりそして別層中の繊維と平行であるように重ねる
ことにより、製造される。別層中の繊維を互いに整列さ
せて、予備成型体全体に溝を規定させる。好適態様では
、溝は長方形であり、そしてより好適には四角形である
。予備成型体をアルミナ先駆体溶液中のアルミナの分散
液を用いて湿らせ、そして加熱して、別層中の平行繊維
と隣接層中の相互交差繊維により規定されている空間に
アルミナを充填させる。充分高い加熱温度において、好
適には少なくとも１３８０℃において、ガラスが溶融し
そしてガラス中のシリカおよびマグネシアがコーテイン
グ物質中のアルミナと組み合わされてコージライトおよ
びムライトを生成する。実質的には連続的ガラス繊維は
残らないが、生じた構造体中の溝壁はもとのまま残るた
め溝間に実質的な相互連結はない。
【００１１】溝壁の結晶性物質はガラスおよびアルミナ
の相互作用の結果であるため、予備成型体中のガラス繊
維層に対応する最終的構造体の各部分は溝方向において
組成勾配を示し、ＳｉＯ２濃度はガラス繊維の最初の位
置に最も近い領域で比較的高く、そしてガラス繊維の位
置からの距離が増加するにつれて減少する。Ａｌ２Ｏ３
濃度はＳｉＯ２濃度が高いと低くなり、そしてＳｉＯ２
濃度が低いと高くなる。
の相互作用の結果であるため、予備成型体中のガラス繊
維層に対応する最終的構造体の各部分は溝方向において
組成勾配を示し、ＳｉＯ２濃度はガラス繊維の最初の位
置に最も近い領域で比較的高く、そしてガラス繊維の位
置からの距離が増加するにつれて減少する。Ａｌ２Ｏ３
濃度はＳｉＯ２濃度が高いと低くなり、そしてＳｉＯ２
濃度が低いと高くなる。
【００１２】本発明は、触媒でコーテイングされた上記
のセラミック構造体も包括している。
のセラミック構造体も包括している。
【００１３】
【発明の詳細な記載】本発明において有用なガラス繊維
は実質的にホウ素化合物を含んでいない。それらはオー
エンス−コーニングからＳ−ガラスまたはＳ−２ガラス
繊維という名称で市販されている。予備成型体中での繊
維寸法および配置は、最終的生成物中の単位面積の溝当
たりの希望される数を規定するように、選択される。隣
接層中の繊維と交差している平行繊維の積層に関する以
上での記載の意味は別法としてのガラス繊維のマットま
たは織物スクリーンの使用も包含しており、そこでは各
繊維は連続的に交差している繊維の上下を交互に通って
いる。そのようなスクリーンを積層しそして整列させて
、個別繊維の配列の代わりに繊維予備成型体を製造する
こともできる。そのようなスクリーンもしくはマットま
たは個別繊維を、スクリーンもしくはマットを一緒にし
て予備成型体を製造する前に、アルミナ混合物を用いて
湿らせることもできる。特許が請求されている構造体の
製造方法を記載するために使用されている語の意味は、
製造前に予備成型体を湿らせることまたは予備成型体の
製造用に使用される成分類を湿らせることのいずれかを
包含している。
は実質的にホウ素化合物を含んでいない。それらはオー
エンス−コーニングからＳ−ガラスまたはＳ−２ガラス
繊維という名称で市販されている。予備成型体中での繊
維寸法および配置は、最終的生成物中の単位面積の溝当
たりの希望される数を規定するように、選択される。隣
接層中の繊維と交差している平行繊維の積層に関する以
上での記載の意味は別法としてのガラス繊維のマットま
たは織物スクリーンの使用も包含しており、そこでは各
繊維は連続的に交差している繊維の上下を交互に通って
いる。そのようなスクリーンを積層しそして整列させて
、個別繊維の配列の代わりに繊維予備成型体を製造する
こともできる。そのようなスクリーンもしくはマットま
たは個別繊維を、スクリーンもしくはマットを一緒にし
て予備成型体を製造する前に、アルミナ混合物を用いて
湿らせることもできる。特許が請求されている構造体の
製造方法を記載するために使用されている語の意味は、
製造前に予備成型体を湿らせることまたは予備成型体の
製造用に使用される成分類を湿らせることのいずれかを
包含している。
【００１４】繊維の層整列により予備成型体を製造しよ
うとする場合には、例えば米国特許４，８６７，８２５
中に記載されている如き機械を使用して繊維層を重ねる
ことができる。
うとする場合には、例えば米国特許４，８６７，８２５
中に記載されている如き機械を使用して繊維層を重ねる
ことができる。
【００１５】本発明の方法で有用なアルミナは、アルコ
アから等級Ａ−１６アルファアルミナ粉末として市販さ
れている。アルミナ先駆体は可溶性の塩基性アルミニウ
ム塩類である。適当なアルミナ先駆体溶液は、レハイス
・ケミカル・カンパニーから販売されている。それは「
クロロヒドロール」アルミニウムクロロハイドレート溶
液として知られている。アルミナと水の混合物を製造し
、そしてｐＨを塩酸を用いて１以下に調節する。クロロ
ヒドロールを少量のＭｇＣｌと共に混合物に加え、混合
物を撹拌しそして加熱してクロロヒドロールを重合させ
る。撹拌時間および温度は厳密なものではない。約６０
℃の温度における一夜の撹拌で充分である。
アから等級Ａ−１６アルファアルミナ粉末として市販さ
れている。アルミナ先駆体は可溶性の塩基性アルミニウ
ム塩類である。適当なアルミナ先駆体溶液は、レハイス
・ケミカル・カンパニーから販売されている。それは「
クロロヒドロール」アルミニウムクロロハイドレート溶
液として知られている。アルミナと水の混合物を製造し
、そしてｐＨを塩酸を用いて１以下に調節する。クロロ
ヒドロールを少量のＭｇＣｌと共に混合物に加え、混合
物を撹拌しそして加熱してクロロヒドロールを重合させ
る。撹拌時間および温度は厳密なものではない。約６０
℃の温度における一夜の撹拌で充分である。
【００１６】予備成型体をアルミナ混合物でコーテイン
グするためには、予備成型体を単に混合物中に浸す。予
備成型体を混合物中である時間、例えば４５分間、その
ままにしておいて確実に完全に湿らせる。次に予備成型
体をアルミナ混合物から取り出しそして自然に排水させ
る。一方、アルミナ混合物を予備成型体上に噴霧させる
ことも満足のいく方法である。繊維の均一なコーテイン
グを確実にするために、排水中に湿った予備成型体を時
々回転させたりまたは傾けることが必要となるかもしれ
ない。別層中の平行繊維間の空間は充填されるが同一層
中の繊維間の空間は充填されないようにし、それにより
構造体中の離れているた非−相互連結溝を規定するよう
に、コーテイングを実施すべきである。溝間にある程度
の相互連結が存在しているような一部があることは許容
できるが、一般的にはこれらの相互連結は使用時の構造
体破壊をもたらし得る欠陥となるためそれらは最少にす
べきである。「実質的に離れている溝」という語の意味
は、溝間の相互連結が構造体の操作性が損なわれないほ
ど充分小さいものであるかまたは充分数の少ないもので
あるような構造体を記載している。本発明の方法により
、別層中の繊維間の空間の１％以下がセラミック物質が
未充填であるような構造体を製造することが可能となる
。
グするためには、予備成型体を単に混合物中に浸す。予
備成型体を混合物中である時間、例えば４５分間、その
ままにしておいて確実に完全に湿らせる。次に予備成型
体をアルミナ混合物から取り出しそして自然に排水させ
る。一方、アルミナ混合物を予備成型体上に噴霧させる
ことも満足のいく方法である。繊維の均一なコーテイン
グを確実にするために、排水中に湿った予備成型体を時
々回転させたりまたは傾けることが必要となるかもしれ
ない。別層中の平行繊維間の空間は充填されるが同一層
中の繊維間の空間は充填されないようにし、それにより
構造体中の離れているた非−相互連結溝を規定するよう
に、コーテイングを実施すべきである。溝間にある程度
の相互連結が存在しているような一部があることは許容
できるが、一般的にはこれらの相互連結は使用時の構造
体破壊をもたらし得る欠陥となるためそれらは最少にす
べきである。「実質的に離れている溝」という語の意味
は、溝間の相互連結が構造体の操作性が損なわれないほ
ど充分小さいものであるかまたは充分数の少ないもので
あるような構造体を記載している。本発明の方法により
、別層中の繊維間の空間の１％以下がセラミック物質が
未充填であるような構造体を製造することが可能となる
。
【００１７】コーテイングされた予備成型体を次に乾燥
する。室温における約１０時間にわたる乾燥で一般的に
は充分である。ガラス繊維上の満足のいくコーテイング
を得るためには、コーテイングおよび乾燥段階を数回繰
り返すことが必要となることもある。次に乾燥されたコ
ーテイング予備成型体を加熱する。典型的な加熱サイク
ルでは、炉の温度は最高温度に達するまで毎分１０℃の
速度で高められる。好適な最高温度は約１３８０℃であ
る。最高温度は１−２時間にわたり保たれ、その後、炉
の温度を温度が８００℃以下になるまで毎分約１０℃の
速度で低下させる。最高温度および時間は、ムライトお
よびコージライトを製造するためのＳｉＯ２、ＭｇＯお
よびＡｌ２Ｏ３の相互作用を可能にするのに充分なもの
でなければならない。ここで使用されているコージライ
トという語の意味は、コージライトと同じ化学的組成を
有しているが形態学的に僅かに異なっている結晶性物質
であるインディアライトも包含している。
する。室温における約１０時間にわたる乾燥で一般的に
は充分である。ガラス繊維上の満足のいくコーテイング
を得るためには、コーテイングおよび乾燥段階を数回繰
り返すことが必要となることもある。次に乾燥されたコ
ーテイング予備成型体を加熱する。典型的な加熱サイク
ルでは、炉の温度は最高温度に達するまで毎分１０℃の
速度で高められる。好適な最高温度は約１３８０℃であ
る。最高温度は１−２時間にわたり保たれ、その後、炉
の温度を温度が８００℃以下になるまで毎分約１０℃の
速度で低下させる。最高温度および時間は、ムライトお
よびコージライトを製造するためのＳｉＯ２、ＭｇＯお
よびＡｌ２Ｏ３の相互作用を可能にするのに充分なもの
でなければならない。ここで使用されているコージライ
トという語の意味は、コージライトと同じ化学的組成を
有しているが形態学的に僅かに異なっている結晶性物質
であるインディアライトも包含している。
【００１８】相互作用が起きるにつれて、予備成型体を
製造するために使用されるガラス繊維中に最初に存在し
てるＳｉＯ２およびＭｇＯがガラス繊維位置から離れて
泳動するが、それらの濃度はそれらの最初の位置近くほ
ど高くなりそしてそれらの最初の位置からの距離が増加
するにつれ低くなる。従って、最終的構造体は組成全体
にわたり均一ではなく、予備成型体中のガラス層に対応
する層を有するであろう。
製造するために使用されるガラス繊維中に最初に存在し
てるＳｉＯ２およびＭｇＯがガラス繊維位置から離れて
泳動するが、それらの濃度はそれらの最初の位置近くほ
ど高くなりそしてそれらの最初の位置からの距離が増加
するにつれ低くなる。従って、最終的構造体は組成全体
にわたり均一ではなく、予備成型体中のガラス層に対応
する層を有するであろう。
【００１９】ある位置ではＳｉＯ２がそれの最初の位置
から完全に流動または泳動しそして繊維の最初の位置に
対応する溝の壁の内部に穴が存在することができる。穴
はセラミック物質により包囲されておりそして隣接して
いる溝間の相互連結がないため、これは構造体の欠陥で
はない。
から完全に流動または泳動しそして繊維の最初の位置に
対応する溝の壁の内部に穴が存在することができる。穴
はセラミック物質により包囲されておりそして隣接して
いる溝間の相互連結がないため、これは構造体の欠陥で
はない。
【００２０】それぞれが異なる熱膨張係数を有している
ムライト、コージライトおよびコランダム結晶の生成が
、構造体中の微細亀裂の生成をもたらす。これらの微細
亀裂は結晶境界に沿ってそして単独相だけを有する領域
内で生成する。これらの微細亀裂は熱衝撃により生じる
応力を吸収する。さらに、層が一般的には溝と垂直であ
るような構造体の積層性質は水と平行である亀裂の生成
または伝播を制止する傾向がある。溝と垂直に走行して
いる亀裂は溝に沿っている亀裂より構造破損をもたらさ
ないようである。
ムライト、コージライトおよびコランダム結晶の生成が
、構造体中の微細亀裂の生成をもたらす。これらの微細
亀裂は結晶境界に沿ってそして単独相だけを有する領域
内で生成する。これらの微細亀裂は熱衝撃により生じる
応力を吸収する。さらに、層が一般的には溝と垂直であ
るような構造体の積層性質は水と平行である亀裂の生成
または伝播を制止する傾向がある。溝と垂直に走行して
いる亀裂は溝に沿っている亀裂より構造破損をもたらさ
ないようである。
【００２１】本発明の構造体は広範に微細亀裂している
ため、それらは比較的弱くそして非常に脆い。破壊時に
は、構造体は容易に崩壊して非常に小さい粉末状粒子と
なり、それらは構造体と共に使用されている例えばター
ビンの如き装置に対する損傷の兆候を与えない。
ため、それらは比較的弱くそして非常に脆い。破壊時に
は、構造体は容易に崩壊して非常に小さい粉末状粒子と
なり、それらは構造体と共に使用されている例えばター
ビンの如き装置に対する損傷の兆候を与えない。
【００２２】図１は、本発明の比較的大きい構造体から
破壊された物質の小部分を示している。ガラスおよびア
ルミナの相互作用から生じるセラミック物質１および２
が予備成型体中のガラス繊維の最初の位置を示している
。そのような繊維は隣接層中にありそして互いに３のと
ころで交差している。このセラミック物質１および２は
主として最初の繊維軸に沿って微細亀裂を示している。 予備成型体の別層中の平行ガラス繊維の位置間の空間を
充填しているセラミック物質４はむしろ大きい塊状部分
中に微細亀裂を示している。図面中で説明できないこと
は、上記で論じられている各層中の組成勾配である。実
際に、ガラスから誘導された物質とアルミナから誘導さ
れた物質の間にははっきりした境界線はない。最終的組
成は、アルミナ全体中へのガラス成分の溶融および拡散
並びにアルミナとの相互作用の結果である。
破壊された物質の小部分を示している。ガラスおよびア
ルミナの相互作用から生じるセラミック物質１および２
が予備成型体中のガラス繊維の最初の位置を示している
。そのような繊維は隣接層中にありそして互いに３のと
ころで交差している。このセラミック物質１および２は
主として最初の繊維軸に沿って微細亀裂を示している。 予備成型体の別層中の平行ガラス繊維の位置間の空間を
充填しているセラミック物質４はむしろ大きい塊状部分
中に微細亀裂を示している。図面中で説明できないこと
は、上記で論じられている各層中の組成勾配である。実
際に、ガラスから誘導された物質とアルミナから誘導さ
れた物質の間にははっきりした境界線はない。最終的組
成は、アルミナ全体中へのガラス成分の溶融および拡散
並びにアルミナとの相互作用の結果である。
【００２３】上記の如き本発明の構造体の製造方法の記
載は、ＳｉＯ２源としてガラス繊維をそしてアルミナ源
としてアルミナ−アルミナ先駆体混合物を同定している
。しかしながら、上記の方法におけるガラス繊維の代わ
りに例えば米国特許３，８０８，０１５中に記載されて
いる如きアルミナ繊維で置換しそしてアルミナ−アルミ
ナ先駆体混合物を例えば市販のシリカゾルの如きシリカ
源もしくは例えば珪酸溶液の如きシリカ先駆体または両
者の混合物で置換することにより、本発明の構造体を製
造することもできる。
載は、ＳｉＯ２源としてガラス繊維をそしてアルミナ源
としてアルミナ−アルミナ先駆体混合物を同定している
。しかしながら、上記の方法におけるガラス繊維の代わ
りに例えば米国特許３，８０８，０１５中に記載されて
いる如きアルミナ繊維で置換しそしてアルミナ−アルミ
ナ先駆体混合物を例えば市販のシリカゾルの如きシリカ
源もしくは例えば珪酸溶液の如きシリカ先駆体または両
者の混合物で置換することにより、本発明の構造体を製
造することもできる。
【００２４】本発明の構造体は、当業界で公知の技術に
より、触媒または触媒含有粒子で容易にコーテイングす
ることができる。例えば、触媒およびそれらのセラミッ
ク基質への適用方法の議論に関しては、米国特許４，６
２４，９４０および米国特許４，６０９，５６３を参照
のこと。
より、触媒または触媒含有粒子で容易にコーテイングす
ることができる。例えば、触媒およびそれらのセラミッ
ク基質への適用方法の議論に関しては、米国特許４，６
２４，９４０および米国特許４，６０９，５６３を参照
のこと。
【００２５】
【実施例１】ガラス繊維予備成型体を下記の如くして製
造した。連続的フィラメントガラス繊維（オーエンス／
コーニング・ファイバーガラス・コーポレーションから
市販されているＳ−２ＣＧ７５ １／０ １．０ｚ６３
６表示）からなる繊維を中心間の間隔が０．１２５イン
チ離れている４８本の平行繊維の層中のピン枠の上に配
置し、それと別に４６本の平行繊維の層を隣接層中の繊
維が互いに直角になるように同じ間隔で配置した。完成
した予備成型体は４５０枚の繊維層を有しておりそして
厚さは４．２５インチであった。
造した。連続的フィラメントガラス繊維（オーエンス／
コーニング・ファイバーガラス・コーポレーションから
市販されているＳ−２ＣＧ７５ １／０ １．０ｚ６３
６表示）からなる繊維を中心間の間隔が０．１２５イン
チ離れている４８本の平行繊維の層中のピン枠の上に配
置し、それと別に４６本の平行繊維の層を隣接層中の繊
維が互いに直角になるように同じ間隔で配置した。完成
した予備成型体は４５０枚の繊維層を有しておりそして
厚さは４．２５インチであった。
【００２６】予備成型体およびそれの支持枠を、繊維を
覆うのに充分な深さを有するセラミックスラリーの容器
中に入れた。スラリーは、６４．７ポンドの脱イオン水
および４０．８グラムのＨＣｌを混合容器に充填するこ
とにより、製造された。この混合物を撹拌しながら、混
合物に７５ポンドのアルコア製のＡ−１６アルミナ粉末
を加えた。追加ＨＣｌを用いてｐＨを約．２５に調節し
、そしてクロルヒドロールアルミニウムクロロハイドレ
ート溶液（レハイス・ケミカル・カンパニー）を加えた
。混合物の温度を６３℃に高め、約７１８グラムのＭｇ
Ｃｌを加え、そして混合物を一夜撹拌した。混合物を次
に必要となるまでガロン容器中に貯蔵した。使用前に、
スラリーの粘度を蒸留水を用いて２５０センチポイズに
調節した。予備成型体をスラリー中に４５分間浸漬させ
た。予備成型体を除去し、そして水平位置で１５分間に
わたって排水させ、そして次にさらに６０分間にわたり
端を傾けた。後者の期間中に、予備成型体を３０分後に
１８０度回転させそしてその期間の終了時にさらに１８
０度回転させ、予備成型体を一夜空気乾燥した。予備成
型体を枠から除去し、そして６×５．５×３．７５イン
チに切断し、厚さは乾燥工程中に減少した。予備成型体
を排気炉中で７００℃に１時間加熱し、室温に冷却し、
そして浸漬、排水、乾燥および燃焼サイクルを繰り返し
た。
覆うのに充分な深さを有するセラミックスラリーの容器
中に入れた。スラリーは、６４．７ポンドの脱イオン水
および４０．８グラムのＨＣｌを混合容器に充填するこ
とにより、製造された。この混合物を撹拌しながら、混
合物に７５ポンドのアルコア製のＡ−１６アルミナ粉末
を加えた。追加ＨＣｌを用いてｐＨを約．２５に調節し
、そしてクロルヒドロールアルミニウムクロロハイドレ
ート溶液（レハイス・ケミカル・カンパニー）を加えた
。混合物の温度を６３℃に高め、約７１８グラムのＭｇ
Ｃｌを加え、そして混合物を一夜撹拌した。混合物を次
に必要となるまでガロン容器中に貯蔵した。使用前に、
スラリーの粘度を蒸留水を用いて２５０センチポイズに
調節した。予備成型体をスラリー中に４５分間浸漬させ
た。予備成型体を除去し、そして水平位置で１５分間に
わたって排水させ、そして次にさらに６０分間にわたり
端を傾けた。後者の期間中に、予備成型体を３０分後に
１８０度回転させそしてその期間の終了時にさらに１８
０度回転させ、予備成型体を一夜空気乾燥した。予備成
型体を枠から除去し、そして６×５．５×３．７５イン
チに切断し、厚さは乾燥工程中に減少した。予備成型体
を排気炉中で７００℃に１時間加熱し、室温に冷却し、
そして浸漬、排水、乾燥および燃焼サイクルを繰り返し
た。
【００２７】第二の低温燃焼後に、予備成型体を非−排
気高温炉中で加熱した。温度を４０分間にわたり８００
℃に高め、約１０分間保ち、１０℃／分の速度で１３８
０℃に高め、１３８０℃に２時間保ち、５℃／分の速度
で８００℃に冷却し、次に２００℃に任意に冷却し、そ
の後に予備成型体を炉から取り出し、そして自然に室温
にさせた。
気高温炉中で加熱した。温度を４０分間にわたり８００
℃に高め、約１０分間保ち、１０℃／分の速度で１３８
０℃に高め、１３８０℃に２時間保ち、５℃／分の速度
で８００℃に冷却し、次に２００℃に任意に冷却し、そ
の後に予備成型体を炉から取り出し、そして自然に室温
にさせた。
【００２８】構造体は０．５３５ｇ／ｃｃの最終的かさ
密度および１平方インチ当たり６５．５個の離れている
溝のパターンを有していた。平均分子分析は、２６．３
％のＳｉＯ２、６８．９５％のＡｌ２Ｏ３、および４．
４％のＭｇＯであった。結晶性成分類の分析結果は、２
７．５％のコージライト（インジアライト）、２８％の
コランダムおよび２１．５％のムライトであった。全て
の百分率は重量によるものである。
密度および１平方インチ当たり６５．５個の離れている
溝のパターンを有していた。平均分子分析は、２６．３
％のＳｉＯ２、６８．９５％のＡｌ２Ｏ３、および４．
４％のＭｇＯであった。結晶性成分類の分析結果は、２
７．５％のコージライト（インジアライト）、２８％の
コランダムおよび２１．５％のムライトであった。全て
の百分率は重量によるものである。
【００２９】本発明の主なる特徴および態様は以下のと
おりである。
おりである。
【００３０】１．構造体全体にわたり複数の実質的に離
れている溝を有する硬質セラミック構造体であり、該構
造体は本質的に約２０−４０重量％のＳｉＯ２、約３−
６重量％のＭｇＯおよび約５４−７７重量％のＡｌ２Ｏ
３からなっており、該酸化物類は約５０−約９０％の合
計重量結晶性物質および残りの量の非晶質物質として存
在しているが実質的に連続的非晶質繊維ではなく、該結
晶性物質は約１５−４０％の合計重量コージライト、約
１５−３５％の合計重量コランダム、および約１０−３
０％の合計重量ムライトであり、全体にわたり微細亀裂
を示している構造体。
れている溝を有する硬質セラミック構造体であり、該構
造体は本質的に約２０−４０重量％のＳｉＯ２、約３−
６重量％のＭｇＯおよび約５４−７７重量％のＡｌ２Ｏ
３からなっており、該酸化物類は約５０−約９０％の合
計重量結晶性物質および残りの量の非晶質物質として存
在しているが実質的に連続的非晶質繊維ではなく、該結
晶性物質は約１５−４０％の合計重量コージライト、約
１５−３５％の合計重量コランダム、および約１０−３
０％の合計重量ムライトであり、全体にわたり微細亀裂
を示している構造体。
【００３１】２．構造体が本質的に２５−３０％のＳｉ
Ｏ２、４−５％のＭｇＯおよび６０−７０％のＡｌ２Ｏ
３からなっており、該酸化物類が７５−８０％の結晶質
物質として存在し、該結晶質物質は２５−３０％のコー
ジライト、２５−３０％のコランダムおよび２０−３０
％のムライトである、上記１の構造体。
Ｏ２、４−５％のＭｇＯおよび６０−７０％のＡｌ２Ｏ
３からなっており、該酸化物類が７５−８０％の結晶質
物質として存在し、該結晶質物質は２５−３０％のコー
ジライト、２５−３０％のコランダムおよび２０−３０
％のムライトである、上記１の構造体。
【００３２】３．実質的に平面形である、上記１または
２の構造体。
２の構造体。
【００３３】４．構造体が溝に対して垂直な複数の層を
含んでおり、該層が溝方向に組成勾配を有している、上
記１、２または３の構造体。
含んでおり、該層が溝方向に組成勾配を有している、上
記１、２または３の構造体。
【００３４】５．触媒でコーテイングされている上記１
−３の構造体から本質的に構成されている、触媒担体。
−３の構造体から本質的に構成されている、触媒担体。
【００３５】６．触媒でコーテイングされている上記４
の構造体から本質的に構成されている、触媒担体。
の構造体から本質的に構成されている、触媒担体。
【００３６】７．別個のガラス繊維を複数層に積層する
ことにより予備成型体を製造して、一層中の繊維を隣接
層中の繊維とほぼ平行にさせ且つ交差させそして別層中
の繊維をほぼ平行にし且つ整列させて該予備成型体中に
溝を規定し、該予備成型体をアルミナおよびアルミナ先
駆体の混合物を用いて湿らせ、そしてその湿らせた予備
成型体を加熱して別層中の平行繊維および隣接層中の交
差繊維により規定されている空間をガラス繊維とアルミ
ナとの相互作用により生じたセラミック物質で実質的に
充填することからなる、構造体全体にわたり複数の実質
的に離れている溝を有するセラミック構造体を製造する
方法。
ことにより予備成型体を製造して、一層中の繊維を隣接
層中の繊維とほぼ平行にさせ且つ交差させそして別層中
の繊維をほぼ平行にし且つ整列させて該予備成型体中に
溝を規定し、該予備成型体をアルミナおよびアルミナ先
駆体の混合物を用いて湿らせ、そしてその湿らせた予備
成型体を加熱して別層中の平行繊維および隣接層中の交
差繊維により規定されている空間をガラス繊維とアルミ
ナとの相互作用により生じたセラミック物質で実質的に
充填することからなる、構造体全体にわたり複数の実質
的に離れている溝を有するセラミック構造体を製造する
方法。
【００３７】８．ガラス繊維がホウ素化合物を含まず、
そして最終的な加熱温度が少なくとも１３８０℃である
、上記７の方法。
そして最終的な加熱温度が少なくとも１３８０℃である
、上記７の方法。
【００３８】９．別個のアルミナ繊維を複数層に積層す
ることにより予備成型体を製造して、一層中の繊維を隣
接層中の繊維とほぼ平行にさせ且つ交差させそして別層
中の繊維をほぼ平行にし且つ整列させて該予備成型体中
に溝を規定し、該予備成型体をマグネシア原料を含有し
ている水性シリカ源を用いて湿らせ、そしてその湿らせ
た予備成型体を加熱して別層中の平行繊維および隣接層
中の交差繊維により規定されている空間をシリカとアル
ミナの相互作用により生じたセラミック物質で実質的に
充填することからなる、構造体全体にわたり複数の実質
的に離れている溝を有するセラミック構造体を製造する
方法。
ることにより予備成型体を製造して、一層中の繊維を隣
接層中の繊維とほぼ平行にさせ且つ交差させそして別層
中の繊維をほぼ平行にし且つ整列させて該予備成型体中
に溝を規定し、該予備成型体をマグネシア原料を含有し
ている水性シリカ源を用いて湿らせ、そしてその湿らせ
た予備成型体を加熱して別層中の平行繊維および隣接層
中の交差繊維により規定されている空間をシリカとアル
ミナの相互作用により生じたセラミック物質で実質的に
充填することからなる、構造体全体にわたり複数の実質
的に離れている溝を有するセラミック構造体を製造する
方法。
【００３９】１０．上記７、８または９の方法により製
造された、硬質セラミック構造体。
造された、硬質セラミック構造体。
【図１】図１は本発明の構造体の小部分を示している。
Claims (4)
- 【請求項１】 構造体全体にわたり複数の実質的に離
れている溝を有する硬質セラミック構造体であり、該構
造体は本質的に約２０−４０重量％のＳｉＯ２、約３−
６重量％のＭｇＯおよび約５４−７７重量％のＡｌ２Ｏ
３からなっており、該酸化物類は約５０−約９０％の合
計重量結晶性物質および残りの量の非晶質物質として存
在しているが実質的に連続的非晶質繊維ではなく、該結
晶性物質は約１５−４０％の合計重量コージライト、約
１５−３５％の合計重量コランダム、および約１０−３
０％の合計重量ムライトであり、全体にわたり微細亀裂
を示している構造体。 - 【請求項２】 触媒でコーテイングされている請求項
１記載の構造体から本質的に構成されている、触媒担体
。 - 【請求項３】 別個のガラス繊維を複数層に積層する
ことにより予備成型体を製造して、一層中の繊維をほぼ
平行にさせ且つ隣接層中の繊維と交差させそして別層中
の繊維をほぼ平行にし且つ整列させて該予備成型体中に
溝を規定し、該予備成型体をアルミナおよびアルミナ先
駆体の混合物を用いて湿らせ、そしてその湿らせた予備
成型体を加熱して別層中の平行繊維および隣接層中の交
差繊維により規定されている空間をガラス繊維とアルミ
ナとの相互作用により生じたセラミック物質で実質的に
充填することからなる、構造体全体にわたり複数の実質
的に離れている溝を有するセラミック構造体を製造する
方法。 - 【請求項４】 別個のアルミナ繊維を複数層に積層す
ることにより予備成型体を製造して、一層中の繊維をほ
ぼ平行にさせ且つ隣接層中の繊維と交差させそして別層
中の繊維をほぼ平行にし且つ整列させて該予備成型体中
に溝を規定し、該予備成型体をマグネシア原料を含有し
ている水性シリカ源を用いて湿らせ、そしてその湿らせ
た予備成型体を加熱して別層中の平行繊維および隣接層
中の交差繊維により規定されている空間をシリカとアル
ミナの相互作用により生じたセラミック物質で実質的に
充填することからなる、構造体全体にわたり複数の実質
的に離れている溝を有するセラミック構造体を製造する
方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/516,705 US5079064A (en) | 1990-04-30 | 1990-04-30 | Thermal shock resistant ceramic honeycomb structures of cordierite, mullite and corundum |
| US516705 | 1990-04-30 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04227846A true JPH04227846A (ja) | 1992-08-17 |
| JP3304990B2 JP3304990B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=24056757
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5079064A (ja) |
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| US7223716B1 (en) | 1999-04-09 | 2007-05-29 | Nippon Soken, Inc. | Ceramic support capable of supporting a catalyst, a catalyst-ceramic body and processes for producing same |
| US7358210B2 (en) | 2001-03-22 | 2008-04-15 | Denso Corporation | Ceramic body and ceramic catalyst body |
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1991
- 1991-04-03 CA CA002039638A patent/CA2039638C/en not_active Expired - Fee Related
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- 1991-04-29 DE DE69101119T patent/DE69101119T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-04-30 JP JP12439491A patent/JP3304990B2/ja not_active Expired - Fee Related
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