JPH0645502B2 - 薄板セラミックスの製造方法 - Google Patents

薄板セラミックスの製造方法

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JPH0645502B2
JPH0645502B2 JP1123238A JP12323889A JPH0645502B2 JP H0645502 B2 JPH0645502 B2 JP H0645502B2 JP 1123238 A JP1123238 A JP 1123238A JP 12323889 A JP12323889 A JP 12323889A JP H0645502 B2 JPH0645502 B2 JP H0645502B2
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ceramics
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alumina
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浩直 沼本
西野  敦
之良 小野
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B38/00Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/0006Honeycomb structures

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は湾曲形状や波形状など任意形状の薄板セラミッ
クスの製造方法に関するものであり、触媒担体用基体、
フィルターあるいは一般用構造材等の製造に利用でき
る。
従来の技術 従来、触媒担体用基体としては押出成形したハニカム構
造を有するセラミックスが使用されている。この製造方
法は、無機耐熱材料に、適当量の成形助剤と水とを加
え、押出成形後、充分な乾燥を行い、その後所定の温度
まで焼成し、無機耐熱材料を焼結させて得るものであっ
た。
発明が解決しようとする課題 しかし、これら従来の触媒担体用基体の製造方法では、
ハニカム構造面が平面のものしか得られず、このことに
より、使用上の制約あるいはそれを用いた装置の構造上
の制約が生じていた。
また、従来の製造方法では、湾曲、波形等の形状をした
自由度が大きく、応用範囲の広い薄板セラミックスを製
造することが困難であった。
課題を解決するための手段 本発明は、上記課題を解決するため、少なくとも再水和
性アルミナと溶融シリカとチタン酸カリウムからなる薄
板状成形体を1050〜1150℃で仮焼成し、その後
湾曲、波形等の形状をした耐熱治具上に載せ、1150
〜1300℃で焼成を行うことを特徴とする。また、仮
焼成した薄板状成形体を耐熱治具上に載せ、その上から
荷重を加えつつ焼成を行うことを特徴とする。
上記薄板状成形体は、再水和性アルミナ5〜30wt%
とチタン酸カリウム2〜7wt%と溶融シリカ68〜9
3wt%の組成を有するものが好適である。
作 用 本発明によれば、少なくとも再水和性アルミナと溶融シ
リカとチタン酸カリウムを使用して押出成形された薄い
平板状成形体をまず、平面状態でセッター(アルミナ基
板)等を用い、1050〜1150℃の範囲で仮焼成す
る。この過程でハニカム成形体からは成形バインダー等
が燃焼し、除去される。この成形バインダーが除去され
た後の成形体(300〜1000℃で焼成されたもの)
というのは非常に脆いものであり、この状態で湾曲、波
形等の形状をした耐熱治具上に移載しようとすると、そ
の途中で壊してしまったりあるいは耐熱治具に載せた時
点で成形体に応力がかかり、クラックが発生してしま
う。しかし、成形体は1050℃付近から徐々に焼結を
開始し、ある程度の機械的強度を有するようになる。そ
こで、その後に湾曲、波形等の形状をした耐熱治具上に
載せると、成形体にクラックが発生するようなことはな
い。そして、さらに高温、1150〜1300℃で焼成
を行うと、成形体の焼結が徐々に進行するとともに、自
重で塑性変形する。その結果、得られる薄板セラミック
スは湾曲、波形等の形状をした耐熱治具に沿った形状を
有するものとなる。
また、得ようとする湾曲、波形等の形状における曲率半
径が小さい時には耐熱治具上に載せ、焼結時に進行する
自重変形だけに依存していたのでは充分な曲げ加工を行
うことが困難である。したがって、必要に応じた荷重
を、上から押え治具等を使用して加えつつ、さらに11
50〜1300℃で焼成を行うことにより、湾曲、波形
等の形状をした耐熱治具に沿った形状を有する薄板セラ
ミックスを製造することができる。
本発明では再水和性アルミナと溶融シリカとチタン酸カ
リウムからなるセラミックスを使用している。このセラ
ミックスは1150℃以上においてアルミナとチタン酸
カリウムとが溶融シリカ粒界で固溶相となり優れた機械
的強度を有するようになる。しかし、1300℃以上で
焼成するとこの固溶相に溶融シリカが浸食され、一部が
クリストバライトとして結晶化し、セラミックスの耐熱
衝撃性等の物性を悪化させることになる。したがって、
焼成温度は1150〜1300℃で行うことが好まし
い。
ここで、本発明で使用する再水和性アルミナとは、アル
ミナ水和物を熱分解したα−アルミナ以外の遷移アルミ
ナ、たとえばρ−アルミナおよび無定形アルミナ等を意
味する。工業的にはたとえばバイヤー工程から得られる
アルミナ3水和物等のアルミナ水和物を約400〜12
00℃の熱ガスに通常数分間接触させたり、あるいはア
ルミナ水和物を減圧下で約250〜900℃に通常1分
〜4時間加熱保持することにより得ることができる約
0.5〜15重量%の灼熱減量を有するもの等があげら
れる。
また、本発明で使用するチタン酸カリウムとは、4チタ
ン酸カリウム、6チタン酸カリウムであり、さらに繊維
状のものがよい。これは繊維状のもの(アスペクト比1
0以上)のほうが細孔容積を大きくでき、セラミックス
の耐熱衝撃性に優れたものが得られるとともに優れた機
械的強度も得られるためである。
また、本発明で使用する溶融シリカは熱膨張係数が0.
5×10−6/℃と非常に小さなものである。しかし、
溶融、粉砕工程において不純物が混入すると溶融シリカ
の熱膨張係数が増大してき、セラミックスの耐熱衝撃性
が悪くなる。また、製造時の溶融状態から冷却するスピ
ードによっても溶融シリカの物性が異なってくる。たと
えば、冷却スピードの遅いものはセラミックスとして高
温雰囲気下で使用中結晶化(クリストバライト化)し易
く、耐熱衝撃性を悪くする。したがって、不純物の混入
が少なく、熱膨張係数の小さなものを選択する必要があ
る。
これらの材料の好ましい組成は、再水和性アルミナ5〜
30wt%、チタン酸カリウム2〜7wt%、溶融シリ
カ68〜93wt%である。その理由は再水和性アルミ
ナの添加量が5wt%以下になると得られるセラミック
スの機械的強度が劣ることになり、30wt%以上にな
ると得られるセラミックスの収縮率が大きくなり、得よ
うとする寸法形状への塑性変形も大きくなり過ぎるため
である。また、使用するチタン酸カリウムの添加量が2
wt%以下になると得られるセラミックスの機械的強度
が劣ることになり、7wt%以上になるとこのチタン酸
カリウム材料がアスペクト比の大きな繊維状であるため
成形が困難となってくるためである。
本発明は、以上のような作用により湾曲、波形等の形状
をした薄板セラミックスを加工性、生産性よく製造する
ことができる。またそれを複合化させることにより様々
な形状の触媒担体用基体を容易な方法で製造することが
できる。そのことにより、用途展開あるいは、従来ハニ
カムセラミックスが利用されていた分野での特性改善が
期待できる。
実施例 以下、本発明の一実施例における薄板セラミックスの製
造方法について説明する。
(実施例1) 再水和性アルミナが10重量部、溶融シリカが85重量
部、6チタン酸カリウムが5重量部と、適量の成形バイ
ンダーとしてセルロース繊維および油脂と、水とを混練
し、押出成形後、誘電加熱方法で乾燥し、100mm×
70mm、長さ150mm、セル密度300セル/in
(セルピッチ1.47mm、リブ厚0.20mm)の
ハニカム成形体を得た。
その後、第1図に示すように、前記成形体を厚み1.5
mmに切り出して薄板ハニカム成形体1を得、これをム
ライト基板2上に載せ、1000〜1200℃(第1焼
成)で1時間焼成した後、曲率半径30mmの耐熱治具
3(アルミナ80wt%、シリカ20wt%)上に載
せ、さらに1100〜1300℃(第2焼成)で1時間
熱処理して、湾曲した薄板ハニカムセラミックス4を得
た。その結果を第1表に示す。
ここで、「〇」は目的の形状を有する薄板セラミックス
が得られたもの、「△」は目的の形状まで薄板セラミッ
クスを湾曲させるには不十分であったもの、「×」は薄
板セラミックスにクラックが発生したかあるいはセラミ
ックスの物性に問題があったものである。
その結果、第1焼成温度が1000℃では薄板セラミッ
クスにクラックが発生し、第2焼成温度が1350℃に
なるとセラミックスの物性に問題があった。また、第1
焼成温度と第2焼成温度の 間に約100℃の差を設けたとき目的の形状を有する薄
板セラミックスが得られた。しかし、第1焼成温度が1
150℃以上になると、この時点でセラミックスはすで
にかなり焼結が進んでおり、優れた機械的強度を有すた
め、第2焼成温度との間に100℃程度の差を設けたの
では不十分であった。
その理由を説明するため、水硬性アルミナ10重量部、溶
融シリカ85重量部、6チタン酸カリウム5重量部からな
る成形体を焼成して得られるセラミックスの熱処理温度
と機械的強度の関係を調べた。その結果を第2表及び第
2図に示す。機械的強度は10mm×10mm×10mmに切り出し
たハニカムセラミックスのハニカム格子方向の圧縮強度
で表す。
これから明らかなように本組成のセラミックスは110
0℃を過ぎた付近から急激に焼結が進行している。した
がって、本発明における第1焼成温度とはセラミックス
が焼結を少し始め、まだあまり機械的強度が大きくなっ
ていない、過渡的な温度範囲を意味している。
(実施例2) 実施例1で得られた厚み1.5mmのハニカム成形体1
を使用し、ムライト基板2上に載せ、1000〜120
0℃(第1焼成)で1時間焼成した後、曲率半径15m
mの耐熱治具3(アルミナ80wt%、シリカ20wt
%)上に載せ、さらに1100℃〜1300℃(第2焼
成)で1時間熱処理して湾曲した薄板ハニカムセラミッ
クス4を得た。その結果を第3表に示す。
ここで、「〇」は目的の形状を有する薄板セラミックス
が得られたもの、「△」は目的の形状まで薄板セラミッ
クスを湾曲させるには不十分であったもの、「×」は薄
板セラミックスにクラックが発生したかあるいはセラミ
ックスの物性に問題があったものである。
その結果、第1焼成温度と第2焼成温度の間に約200
℃の差を設けたとき目的の形状を有する薄板セラミック
ス4が得られた。本実施例では実施例1よりも曲率半径
の小さな耐熱治具3を使用したので、目的の形状まで湾
曲させるには実施例1よりも第1焼成温度と第2焼成温
度との差を大きく設定しなければならなかった。
(実施例3) 第3図に示すように実施例1で得られた厚み1.5mm
のハニカム成形体1を使用し、ムライト基板2上に載
せ、1000〜1200℃(第1焼成)で1時間焼成し
た後、曲率半径15mmの耐熱治具3(アルミナ80w
t%、シリカ20wt%)上に載せ、その上から耐熱材
料からなる押え治具5で荷重を加えながら、さらに11
00〜1300℃(第2焼成)で1時間熱処理した。そ
の結果を第4表に示す。
ここで、「〇」は目的の形状を有する薄板セラミックス
が得られたもの、「△」は目的の形状まで薄板セラミッ
クスを湾曲させるには不十分であったもの、「×」は薄
板セラミックスにクラックが発生したかあるいはセラミ
ックスの物性に問題 があったものである。
その結果、第1焼成温度と第2焼成温度の間に100〜
150℃の差を設けたとき目的の形状を有する薄板セラ
ミックス4が得られた。本実施例では第2焼成時に荷重
を加えながら行ったので、実施例2よりも第1焼成温度
と第2焼成温度との差を小さく設定しても目的の形状ま
で湾曲させることができた。
(比較例1) 実施例1で得られた厚み1.5mmのハニカム成形体1
を使用し、曲率半径30mmの耐熱治具3(アルミナ8
0wt%、シリカ20wt%)上に載せながら、120
0℃で1時間熱処理した。その結果、ハニカムセラミッ
クスには湾曲した耐熱治具と接触するライン状に亀裂を
生じた。
発明の効果 本発明によれば、湾曲、波形等の任意形状をした薄板ハ
ニカムセラミックスを加工性、生産性よく製造すること
ができ、それを複合化させることにより様々な形状の触
媒担体用基体を加工性、生産性よく製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における湾曲した薄板ハニカ
ムセラミックスの製造工程図、第2図はセラミックスの
熱処理温度と機械的強度の関係を示す特性図、第3図は
本発明の他の実施例における湾曲した薄板ハニカムセラ
ミックスの製造工程図である。 1……薄板ハニカム成形体、3……耐熱治具、4……湾
曲した薄板ハニカムセラミックス、5……押え治具。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも再水和性アルミナと溶融シリカ
    とチタン酸カリウムからなる薄板状成形体を1050〜
    1150℃で仮焼成し、その後湾曲、波形等の形状をし
    た耐熱治具上に載せ、1150〜1300℃で焼成を行
    うことを特徴とする薄板セラミックスの製造方法。
  2. 【請求項2】少なくとも再水和性アルミナと溶融シリカ
    とチタン酸カリウムからなる薄板状成形体を1050〜
    1150℃で仮焼成し、その後湾曲、波形等の形状をし
    た耐熱治具上に載せ、その上から荷重を加えつつ、11
    50〜1300℃で焼成を行うことを特徴とする薄板セ
    ラミックスの製造方法。
  3. 【請求項3】成形体が再水和性アルミナ5〜30wt%
    とチタン酸カリウム2〜7wt%と溶融シリカ68〜9
    3wt%の組成を有する請求項1または2記載の薄板セ
    ラミックスの製造方法。
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