JPH1192215A - Cordierite-based ceramic sintered product, composition therefor and production - Google Patents

Cordierite-based ceramic sintered product, composition therefor and production

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JPH1192215A
JPH1192215A JP9252462A JP25246297A JPH1192215A JP H1192215 A JPH1192215 A JP H1192215A JP 9252462 A JP9252462 A JP 9252462A JP 25246297 A JP25246297 A JP 25246297A JP H1192215 A JPH1192215 A JP H1192215A
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cordierite
sintered body
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particle size
composition
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茂 大坂
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勝彦 松崎
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完爾 荒井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain the sintered product excellent in mechanical characteristics, isotropically low in thermal expansion and suitable for filters by comprising bone material portions comprising melted cordierite-based crystal particles formed by a melt-recrystallization method, synthetic cordierite-based crystals formed between the crystal particles by a sintering method, and binding portions comprising an alkali metal oxide, alumina, and a silicic glassy material. SOLUTION: This sintered product having a thermal expansion coefficient (1,200 deg.C) of 27×10<-7> / deg.C in all directions is obtained by molding a composition comprising (A) melted cordierite crystal particles having a thermal expansion coefficient (1,200 deg.C) of <=22×10<-7> / deg.C in all directions, (B) a synthetic cordierite- based raw material component capable of being calcined to form the cordierite, (C) feldspar powder in an amount of 4-20 pts.wt. per 96-80 pts.wt. of the total amount of the components A and B, (D) an organic pore-forming agent, and (E) an organic binder, and subsequently sintering the molded product at a temperature of from the melting point of the component C to 1,400 deg.C.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルパティ
キュレートや高温含塵ガスのフィルタ等に好適なコーデ
ィエライト質セラミックス焼結体、そのための組成物お
よび製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cordierite ceramic sintered body suitable for a diesel particulate filter or a high-temperature dust-containing gas filter, a composition for the same, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】コーディエライト(2MgO・2Al2
3 ・5SiO2 )質材料は、1300℃以上の耐熱性
を有するとともに、熱膨張係数が小さいため耐熱衝撃性
に優れる。このため、自動車の排気ガス浄化用触媒を担
持するハニカム担体やディーゼル機関の排気ガス中のパ
ティキュレートを除去するフィルタ、石炭の燃焼ガスを
除塵する高温ガス用フィルタに使用されている。しか
し、コーディエライトは、その焼結温度範囲が狭く、し
かも焼成温度と分解温度にあまり差がないなど、焼結し
にくい欠点がある。
2. Description of the Related Art Cordierite (2MgO.2Al 2
O 3 · 5SiO 2 ) material has heat resistance of 1300 ° C. or more and has excellent thermal shock resistance due to its small coefficient of thermal expansion. For this reason, it is used for a honeycomb carrier carrying an exhaust gas purifying catalyst of an automobile, a filter for removing particulates in exhaust gas of a diesel engine, and a high-temperature gas filter for removing coal combustion gas. However, cordierite has a drawback that sintering is difficult, for example, the sintering temperature range is narrow, and there is not much difference between the sintering temperature and the decomposition temperature.

【0003】このようなコーディエライトセラミックス
の一般的な製造方法として、粘土(カオリン)、滑石
(タルク)、アルミナなどの粉末を原料とする成形体を
焼成し、焼結と同時に固相反応させてコーディエライト
結晶とする焼成法(例えば、特開昭62−18215
8)、ゾル・ゲル法によるガラスや溶融法によるガラス
を利用する方法などがある。固相反応を利用する焼成方
法では、押出成形時の配向を利用することにより優れた
低熱膨張特性が得られる利点があるが、熱膨張係数が配
向などに強く影響される欠点がある。
[0003] As a general method for producing such cordierite ceramics, a compact formed from a powder of clay (kaolin), talc (talc), alumina or the like is fired, and a sintered body is subjected to a solid phase reaction simultaneously with sintering. Baking method to obtain cordierite crystals (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-18215).
8), a method using glass by a sol-gel method or glass by a melting method, and the like. The firing method utilizing the solid-phase reaction has an advantage that excellent low thermal expansion characteristics can be obtained by utilizing the orientation at the time of extrusion molding, but has a disadvantage that the thermal expansion coefficient is strongly affected by the orientation and the like.

【0004】一方、ガラスを利用する方法では、熱膨張
係数の方向依存性はほとんどなくなるが、材料の活性が
乏しいため、成形性や焼結性が良くなく、強度などの機
械的特性に劣る欠点があった。この欠点の解消を目的と
して、コーディエライト組成を有する調合材料とコーデ
ィエライト組成のガラスからなる製造方法(特開昭57
−70398)が提案された。
[0004] On the other hand, in the method using glass, the directional dependence of the thermal expansion coefficient is almost eliminated. However, since the activity of the material is poor, the moldability and sinterability are poor, and the mechanical properties such as strength are inferior. was there. In order to eliminate this drawback, a production method comprising a preparation material having a cordierite composition and a glass having a cordierite composition (Japanese Patent Laid-Open No.
-70398) has been proposed.

【0005】しかし、この方法によると、ガラス量の多
い組成範囲などでは充分な焼結性を得ることが難しく、
その結果、充分な強度が得られないなどの懸念があっ
た。特にフィルタの再生手段として、圧縮空気を排気ガ
スの流入と反対方向から流す、いわゆる逆洗方式を採用
する場合には、逆洗の圧力に耐えるだけの充分な機械的
強度が必要であり、この点の改善が強く望まれていた。
However, according to this method, it is difficult to obtain sufficient sinterability in a composition range having a large amount of glass.
As a result, there was a concern that sufficient strength could not be obtained. In particular, when a so-called backwash method is adopted as a means for regenerating the filter, in which compressed air flows from the direction opposite to the flow of exhaust gas, a mechanical strength sufficient to withstand the pressure of the backwash is required. Improvement of the point was strongly desired.

【0006】また、ガラス量の少ない組成範囲では、調
合材料が多くなり、焼結性は向上するが、ガラス量が少
なくなるため熱膨張特性の配向依存性が強くなるなどの
問題がある。また上記提案では、ガラスの結晶化を焼結
過程の途中で行うが、結晶化の過程で体積変化があり、
これにより焼結体内部に応力が発生し欠陥を引き起こす
心配があるうえ、肉厚の異なるような形状では、結晶化
の状態が不均一になりやすく焼結体の特性にバラツキが
生ずるおそれもある。
In the composition range where the amount of glass is small, the amount of the compounded material increases and the sinterability is improved. However, since the amount of glass is small, there is a problem that the orientation dependency of the thermal expansion characteristic becomes strong. In the above proposal, the crystallization of glass is performed during the sintering process, but there is a volume change during the crystallization process,
As a result, stress may be generated inside the sintered body to cause defects, and in the case of shapes having different thicknesses, the state of crystallization is likely to be non-uniform, and the characteristics of the sintered body may vary. .

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術が有する前述の欠点を解消しようとするもので、第
一に、強度などの機械的特性に優れた、しかも低熱膨張
性が等方的であるフィルタに好適な新規のコーディエラ
イト質セラミックス焼結体とそのための組成物の提供に
あり、第二に、このような、フィルタに好適なコーディ
エライト質セラミックス焼結体を円滑有利に製造する方
法の提供にある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned disadvantages of the prior art. First, the present invention has excellent mechanical properties such as strength and low thermal expansion. Another object of the present invention is to provide a novel cordierite-based ceramics sintered body suitable for a filter and a composition therefor. Second, such a cordierite-based ceramics sintered body suitable for a filter is smoothly provided. It is to provide a method of producing advantageously.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、1200℃以
下における熱膨張係数があらゆる方向において27×1
-7/℃以下であるコーディエライト質セラミックス焼
結体であって、該焼結体は、あらかじめ溶融再結晶化に
より形成された溶融コーディエライト質結晶粒からなる
骨材部と該結晶粒間に焼成により形成された合成コーデ
ィエライト質結晶とアルカリ金属酸化物、アルミナ、シ
リカ系のガラス質で構成される結合部とから実質的にな
ることを特徴とするコーディエライト質セラミックス焼
結体を提供する。
According to the present invention, the thermal expansion coefficient at 1200 ° C. or less is 27 × 1 in all directions.
A cordierite ceramic sintered body having a temperature of 0 −7 / ° C. or less, wherein the sintered body comprises an aggregate portion made of molten cordierite crystal grains formed in advance by melt recrystallization and the crystal. A cordierite ceramic firing material substantially consisting of synthetic cordierite crystals formed by sintering between grains and a bonding portion composed of an alkali metal oxide, alumina, or silica-based vitreous material; Providing unity.

【0009】また、(a)1200℃以下における熱膨
張係数があらゆる方向において22×10-7/℃以下で
あるあらかじめ溶融再結晶化により形成された溶融コー
ディエライト質結晶粒、(b)焼成によりコーディエラ
イトを形成しうる合成コーディエライト質原料成分、
(c)長石粉末、(d)有機質気孔形成剤、(e)有機
質結合剤を含み、かつ上記(a)+(b)と(c)の割
合は、(a)+(b)96〜80重量部に対し(c)が
4〜20重量部であることを特徴とするコーディエライ
ト質セラミックス焼結体用組成物を提供する。
Further, (a) molten cordierite crystal grains formed by pre-melt recrystallization having a thermal expansion coefficient of not more than 22 × 10 −7 / ° C. in all directions at 1200 ° C. or less, and (b) firing Synthetic cordierite raw material component capable of forming cordierite by
(C) Feldspar powder, (d) an organic pore-forming agent, (e) an organic binder, and the ratio of (a) + (b) to (c) is (a) + (b) 96 to 80. Provided is a composition for a cordierite ceramic sintered body, wherein (c) is 4 to 20 parts by weight with respect to parts by weight.

【0010】また、上記組成物を所定形状に成形した
後、該成形体を(c)の融点以上1400℃以下の温度
でかつ(b)と(c)が充分反応する時間焼成すること
により各溶融コーディエライト質結晶粒を充分な融液で
濡らしながら液相焼結することを特徴とするコーディエ
ライト質セラミックス焼結体の製造方法を提供する。
After the above-mentioned composition is formed into a predetermined shape, the formed body is fired at a temperature of not less than the melting point of (c) and not more than 1400 ° C. and for a period of time sufficient for (b) and (c) to react. Provided is a method for producing a cordierite-based ceramics sintered body, characterized in that liquid-phase sintering is performed while wetting molten cordierite-based crystal grains with a sufficient melt.

【0011】本発明の焼結体の好ましい態様では、骨材
部を形成する溶融コーディエライト質結晶粒は、コーデ
ィエライト結晶の85〜95重量%を占め、かつその平
均粒径は30〜70μmの粒径からなる。また、他の好
ましい態様では、焼結体の見掛気孔率が30〜50%の
多孔質であり、ディーゼルパティキュレートを捕集する
フィルタとして使用する。また、他の好ましい態様で
は、焼結体の組織として結合部付近における溶融コーデ
ィエライト結晶粒はその角部が丸みを帯びたものを含
む。
In a preferred embodiment of the sintered body of the present invention, the fused cordierite crystal grains forming the aggregate portion occupy 85 to 95% by weight of the cordierite crystal and have an average particle size of 30 to 95%. It has a particle size of 70 μm. In another preferred embodiment, the sintered body is porous with an apparent porosity of 30 to 50%, and is used as a filter for collecting diesel particulates. In another preferred embodiment, as the structure of the sintered body, the fused cordierite crystal grains in the vicinity of the joint include those having rounded corners.

【0012】本発明の組成物の好ましい態様では、溶融
コーディエライト質結晶粒は平均粒径が30〜70μm
のものを使用しかつ粒径が45μm以下のものが重量割
合で25%以上使用する。また、他の好ましい態様で
は、焼成によりコーディエライトを形成しうる合成コー
ディエライト質原料成分と長石粉末の重量割合は、前者
/後者で0.5〜2.2であり、該合成コーディエライ
ト質原料成分の平均粒径は1〜15μmとする。また、
他の好ましい態様では、長石粉末の平均粒径を5〜30
μmとし、200μm以上のものを含まないようにす
る。また、他の好ましい態様では、長石粉末としては、
ソーダ長石またはカリ長石を使用する。
In a preferred embodiment of the composition of the present invention, the molten cordierite crystal grains have an average particle size of 30 to 70 μm.
And those having a particle size of 45 μm or less are used in an amount of 25% or more by weight. In another preferred embodiment, the weight ratio of the synthetic cordierite-based raw material component capable of forming cordierite by firing and the feldspar powder is 0.5 to 2.2 for the former / the latter, and the synthetic cordierite is used. The average particle size of the light raw material component is 1 to 15 μm. Also,
In another preferred embodiment, the average particle size of the feldspar powder is 5 to 30.
μm, and do not include those of 200 μm or more. In another preferred embodiment, the feldspar powder includes
Use soda feldspar or potassium feldspar.

【0013】本発明においてこれらの好ましい態様はい
ずれも本発明の目的である低膨張でかつ優れた強度を兼
ね備えたフィルタ用として好適なコーディエライト質セ
ラミックス焼結体を得るために適している。
In the present invention, any of these preferred embodiments is suitable for obtaining a cordierite ceramic sintered body suitable for a filter having low expansion and excellent strength, which is the object of the present invention.

【0014】本発明の焼結体は、1200℃以下におけ
る熱膨張係数があらゆる方向において27×10-7/℃
以下の低膨張であり、このような焼結体は基本的にはあ
らかじめ溶融再結晶化により形成した1200℃以下に
おける熱膨張係数があらゆる方向において22×10-7
/℃以下である溶融コーディエライト質結晶粒を骨材部
(主要部)とすることで可能となる。なお、22×10
-7/℃以上の熱膨張係数のものでは、全体として27×
10-7/℃以下の焼結体を得ることは難しくなる。
The sintered body of the present invention has a thermal expansion coefficient at 1200 ° C. or less of 27 × 10 −7 / ° C. in all directions.
Such a sintered body basically has a thermal expansion coefficient of not more than 22 × 10 −7 at 1200 ° C. or less formed in advance by melt recrystallization in all directions.
It becomes possible by using molten cordierite crystal grains having a temperature of / ° C or lower as an aggregate portion (main portion). Note that 22 × 10
With a thermal expansion coefficient of -7 / ° C or higher, 27 ×
It becomes difficult to obtain a sintered body of 10 −7 / ° C. or less.

【0015】ここで、溶融再結晶化により形成された溶
融コーディエライト質結晶粒は、粒径が小さいほど焼結
性が良く、焼結体の強度が高くなるが、反面、多孔体の
重要な特性である細孔径が小さくなり、しかも気孔率も
減少しフィルタとして使用する場合に圧損が高くなるな
どの欠点がある。フィルタとして使用する場合の見掛気
孔率としては30〜50%が好ましい。
Here, the smaller the grain size of the fused cordierite crystal grains formed by the melt recrystallization, the better the sintering property and the higher the strength of the sintered body. However, there are drawbacks in that the pore size, which is a characteristic of the filter, is reduced, the porosity is reduced, and the pressure loss increases when used as a filter. When used as a filter, the apparent porosity is preferably 30 to 50%.

【0016】逆に溶融再結晶化により形成された溶融コ
ーディエライト質結晶粒は、粒子が大きくなると焼結性
や強度が低下するため、好ましい態様では、平均粒径が
30〜70μmであり、かつ粒径が45μm以下である
粒子が全体の25%以上を占めるものからなる粒子を使
用する。本発明において溶融コーディエライト質結晶粒
は、事前に溶融コーディエライトガラスを結晶化処理し
ておくことが望ましい。これは、溶融コーディエライト
ガラスが結晶化する過程で体積変化を起こすためであ
る。
On the other hand, the sinterability and strength of the molten cordierite crystal grains formed by melt recrystallization decrease as the size of the grains increases. Therefore, in a preferred embodiment, the average grain size is 30 to 70 μm. In addition, particles composed of particles having a particle size of 45 μm or less occupying 25% or more of the whole are used. In the present invention, it is desirable that the molten cordierite crystal grains are subjected to crystallization treatment of the molten cordierite glass in advance. This is because a volume change occurs during the process of crystallization of the molten cordierite glass.

【0017】すなわちあらかじめ結晶化処理をしない場
合は、焼結の過程で結晶化を行うが、その場合に体積変
化による内部応力が発生し焼結体内に欠陥を生成する心
配があるほか、焼結体内で結晶化の状態が不均一になり
やすく焼結体の特性にばらつきが発生するおそれもあ
る。
That is, when the crystallization treatment is not performed in advance, crystallization is performed in the sintering process. In this case, there is a concern that internal stress due to a volume change is generated and defects are generated in the sintered body. The state of crystallization tends to be non-uniform in the body, and the characteristics of the sintered body may vary.

【0018】本発明の焼結体は、このような溶融コーデ
ィエライト結晶粒を骨材としてこれとともに焼成により
形成された合成コーディエライト質結晶をアルカリ金属
酸化物、アルミナ、シリカ系のガラス質で構成されてな
る結合部からなる組織を有している。
The sintered compact of the present invention uses the above-mentioned fused cordierite crystal grains as an aggregate, and synthesizes the synthetic cordierite crystals formed by firing together with alkali metal oxide, alumina or silica glass. Has a tissue consisting of a connecting portion composed of

【0019】焼成により合成コーディエライト質結晶を
生ずる原料成分としては、粘土(カオリン)、タルク、
水酸化アルミニウムなどのアルミナ(源)となるような
公知の材料を使用できる。これらの原料成分は、粘土を
含むことから成形性が向上し、原料同士が固相反応を起
こすほか原料成分と長石も反応するため焼結性も向上す
る。詳細は不明であるが、原料成分は、加熱過程で分解
生成物を生じ、それが長石からもたらされるアルカリ金
属酸化物、アルミナ、シリカ系のガラス融液中に固溶
し、融液中でコーディエライトを生成し、かつ融液が表
面活性の乏しい溶融コーディエライト質結晶粒を濡らし
て、あたかも表面活性の乏しい溶融コーディエライト質
結晶粒の表面に活性なコーディエライト表面層を形成し
ているような状態になり焼結性が向上するものと期待さ
れる。
The raw material components that produce synthetic cordierite crystals upon firing include clay (kaolin), talc,
A known material that can be used as an alumina (source) such as aluminum hydroxide can be used. Since these raw materials contain clay, the formability is improved, and the raw materials cause a solid-phase reaction and also react with the raw materials and feldspar, so that the sinterability is also improved. Although the details are unknown, the raw material components generate decomposition products during the heating process, which form solid solutions in the alkali metal oxide, alumina, and silica-based glass melts derived from feldspar, and Ellite is generated, and the melt wets the molten cordierite grains having poor surface activity, forming an active cordierite surface layer on the surface of the molten cordierite grains having poor surface activity. And the sinterability is expected to be improved.

【0020】本発明の焼結体は、このような結果として
溶融コーディエライト結晶粒の結合部付近における角部
が丸みを帯びた形状となっているものを含むことで特徴
づけられている。
[0020] The sintered body of the present invention is characterized in that as a result, the corners near the joint of the fused cordierite crystal grains have a rounded shape.

【0021】本発明において、合成コーディエライト質
結晶をもたらす原料成分は、少なすぎると成形性や焼結
性の改善に効果がなく、多すぎると熱膨張特性の等方性
が損なわれるなどの問題があり、好ましい態様では、あ
らかじめ溶融再結晶化により形成された溶融コーディエ
ライト質結晶粒が85〜95%であり、残部を焼成によ
りコーディエライトを形成しうる合成コーディエライト
質原料成分とする。
In the present invention, if the amount of the raw material component for producing the synthetic cordierite crystal is too small, there is no effect on the improvement of the formability and sinterability, and if it is too large, the isotropy of the thermal expansion property is impaired. There is a problem, and in a preferred embodiment, the synthetic cordierite raw material component has 85 to 95% of molten cordierite crystal grains formed in advance by melt recrystallization, and the remainder can form cordierite by firing. And

【0022】この原料成分の平均粒径が大きすぎると固
相反応による焼結がしにくく、また小さすぎると溶融コ
ーディエライト質結晶粒との混合が不均一になり焼結体
に不均一を生ずるなどの問題点があり、コーディエライ
ト結晶の好ましい態様では、平均粒径が1〜15μmで
ある粒子を用いる。
If the average particle size of the raw material components is too large, sintering by solid phase reaction is difficult, and if the average particle size is too small, mixing with the molten cordierite-based crystal grains becomes uneven, resulting in unevenness in the sintered body. However, in a preferred embodiment of the cordierite crystal, particles having an average particle size of 1 to 15 μm are used.

【0023】本発明のコーディエライト質セラミックス
焼結体として必要な焼成により形成された合成コーディ
エライト質結晶と併存してアルカリ金属酸化物、アルミ
ナ、シリカ系のガラス質で構成される結合部をもたらす
ために有用な長石は、アルカリ長石であることが好まし
い。すなわち、一般的に長石は、カリ長石やソーダ長石
のようなアルカリ長石と灰長石やバリウム長石、斜長石
などがある。
The bonding part composed of an alkali metal oxide, alumina, or silica glass coexisting with the synthetic cordierite crystal formed by sintering required for the cordierite ceramic sintered body of the present invention. Is preferably an alkali feldspar. That is, in general, feldspars include alkali feldspars such as potassium feldspar and soda feldspar, anorthite, barium feldspar, and plagioclase.

【0024】本発明ではそのいずれも使用できるが、灰
長石やバリウム長石はその融点が高いため、耐熱性は向
上するが焼成温度範囲が狭くなる傾向があり、この点か
らアルカリ金属酸化物、アルミナ、シリカ系のガラスを
もたらすアルカリ長石の方が好ましい。アルカリ長石と
しては、主として化学式R2 O・Al23 ・6SiO
2 (RはNaまたはK)で表されるソーダ長石からなる
ものでも、また主としてカリ長石からなるものでもよ
い。ただ、アルカリ長石が多くなると焼結が進みすぎ、
多孔体としての重要な気孔径が小さくなる、熱膨張係数
が高くなるなどの不具合があり、また逆にアルカリ長石
が少なすぎると充分な焼結性が得られず、強度が低くな
るなどの短所がある。
In the present invention, any of them can be used. However, since feldspar and barium feldspar have a high melting point, the heat resistance is improved, but the firing temperature range tends to be narrow. Alkali feldspar, which results in a silica-based glass, is preferred. Alkali feldspar mainly has a chemical formula of R 2 O.Al 2 O 3 .6SiO
2 (R is Na or K) may be composed of soda feldspar, or may be mainly composed of potassium feldspar. However, when the amount of alkali feldspar increases, sintering proceeds too much,
There are disadvantages, such as a decrease in the pore diameter, which is important as a porous body, and an increase in the coefficient of thermal expansion. There is.

【0025】したがって、好ましい態様では、アルカリ
長石を(a)+(b)96〜80重量部に対して4〜2
0重量部添加する。またアルカリ長石の粒径が大きすぎ
ると、焼結性に不均一が生じやすく、特に焼結体中に大
きなガラス質状態で残存すると高温時にその部分が軟化
して甚だしい場合には孔があくようなケースも懸念され
る。一方、粒径を小さくすることは、焼結性が向上する
が、気孔径が小さくなりすぎる、粉砕などのコストがか
かり生産性の点から実用的でない、などの問題がある。
Therefore, in a preferred embodiment, alkali feldspar is added in an amount of 4 to 2 parts per 96 to 80 parts by weight of (a) + (b).
0 parts by weight are added. If the particle size of the alkali feldspar is too large, the sinterability tends to be non-uniform. In particular, if it remains in a large vitreous state in the sintered body, the part is softened at high temperatures and pores will be formed in severe cases. Is also a concern. On the other hand, reducing the particle size improves the sinterability, but has the problems that the pore size is too small, costs such as pulverization are high, and is not practical in terms of productivity.

【0026】したがって、好ましい態様では、長石の粒
径は、平均粒径が5〜30μmであり、しかも200μ
m以上の大きな粒子がないものが望ましい。また、本発
明において(b)合成コーディエライト質原料成分に対
する(c)長石粉末の割合は重量割合で(b)/(c)
が0.5〜2.2とすることが好ましい。(b)が多す
ぎると(c)の融液に固溶できる量には限界があり、
(b)材料単独で固相反応する割合が多くなり、得られ
る焼結体の気孔分布が広くなりすぎフィルタとして使用
する場合の効率低下をもたらすおそれがある。一方、
(c)が多すぎても融液組成がコーディエライトから大
きくずれたものとなり、溶融コーディエライト結晶粒と
の界面のなじみ性に乏しくなり焼結体の強度低下をもた
らすことがある。
Therefore, in a preferred embodiment, the feldspar has an average particle size of 5 to 30 μm and a particle size of 200 μm.
It is desirable that there are no particles larger than m. In the present invention, the ratio of (c) feldspar powder to (b) synthetic cordierite-based raw material component is (b) / (c) in weight ratio.
Is preferably 0.5 to 2.2. If the amount of (b) is too large, the amount that can be dissolved in the melt of (c) is limited,
(B) The ratio of the solid phase reaction of the material alone increases, and the pore distribution of the obtained sintered body becomes too wide, which may cause a decrease in efficiency when used as a filter. on the other hand,
If the amount of (c) is too large, the composition of the melt greatly deviates from cordierite, and the interface between the melt and cordierite crystal grains may be poor, resulting in a decrease in the strength of the sintered body.

【0027】本発明における有機質気孔形成剤として
は、水溶性高分子、熱可塑樹脂、おがくずのような天然
の有機物、黒鉛などのカーボン系材料などが使用でき
る。また有機質結合剤としては、メチルセルロースのよ
うなセルロース系材料やポリビニールアルコールなどの
水溶性高分子の他、ポリエチレン、ポリスチレン、アク
リルなどの熱可塑樹脂なども使用できる。場合によって
は、これら有機結合剤を気孔形成剤の役割を兼ねて使用
してもよい。例えば、メチルセルロースなどは気孔形成
剤と結合剤を兼ね備えたものとして有効である。また、
成形に際しては適宜必要に応じて水を加えることもあ
る。
As the organic pore-forming agent in the present invention, a water-soluble polymer, a thermoplastic resin, a natural organic substance such as sawdust, and a carbon-based material such as graphite can be used. As the organic binder, a cellulose-based material such as methylcellulose, a water-soluble polymer such as polyvinyl alcohol, or a thermoplastic resin such as polyethylene, polystyrene, or acrylic can be used. In some cases, these organic binders may be used also as a pore-forming agent. For example, methylcellulose and the like are effective as having both a pore-forming agent and a binder. Also,
At the time of molding, water may be added as needed.

【0028】本発明における成形手段としては、押出成
形、射出成形、プレス成形などが利用できる。本発明で
はこのようにして所定形状に成形した成形体を長石の融
点以上で1400℃以下の温度でかつ長石と合成コーデ
ィエライト質原料が充分反応する時間焼成をする。
As the molding means in the present invention, extrusion molding, injection molding, press molding and the like can be used. In the present invention, the formed body thus formed into a predetermined shape is fired at a temperature of not less than the melting point of feldspar and not more than 1400 ° C. and for a period of time in which the feldspar and the synthetic cordierite-based material sufficiently react.

【0029】このようにすることで、骨材部を形成する
溶融コーディエライト質結晶粒を充分なガラス質の融液
で濡らしながら液相焼結することが可能となり、結果と
して溶融コーディエライト質結晶粒と合成コーディエラ
イト結晶粒とがガラス質ともどもその界面で反応が進み
優れた強度をもたらす組織が得られるものと考えられ
る。また、本発明のコーディエライト質セラミックス焼
結体は、フィルタ、特にディーゼルパティキュレートを
除去するようなフィルタには最適である。
By doing so, it becomes possible to perform liquid phase sintering while wetting the molten cordierite crystal grains forming the aggregate part with a sufficient vitreous melt. As a result, the molten cordierite is obtained. It is considered that the vitreous crystal grains and the synthetic cordierite crystal grains are vitreous and the reaction proceeds at the interface between the vitreous and synthetic cordierite crystal grains to obtain a structure that provides excellent strength. Further, the cordierite-based ceramics sintered body of the present invention is most suitable for a filter, particularly a filter for removing diesel particulates.

【0030】[0030]

【実施例】以下に、本発明の実施例および比較例を説明
するが、本発明はこれらに限定されない。
EXAMPLES Examples of the present invention and comparative examples will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

【0031】[例1]コーディエライトの理論組成に近
い範囲の組成になるようにMgO、Al23 、SiO
2 原料を溶解し、冷却し、粉砕してガラス質粒状固化物
を得、これを1350〜1390℃の温度範囲で加熱処
理して再結晶化したものを溶融コーディエライト質原料
とし、さらに粉砕により平均粒径40μm、粒径が45
μm以下である粒子が全体の30%以上になるように調
整した。なお、これらの溶融コーディエライト質結晶粒
の熱膨張係数は、1200℃以下においていずれの方向
においても22×10-7/℃以下であった。
[Example 1] MgO, Al 2 O 3 , SiO 2 were prepared so as to have a composition close to the theoretical composition of cordierite.
(2) The raw material is melted, cooled and pulverized to obtain a vitreous granular solid, which is heat-treated at a temperature of 1350 to 1390 ° C and recrystallized to obtain a molten cordierite raw material, which is further pulverized. The average particle size is 40 μm and the particle size is 45
The particles were adjusted so that the number of particles having a size of less than μm was 30% or more of the whole. The thermal expansion coefficient of these fused cordierite crystal grains was not more than 22 × 10 −7 / ° C. in any direction at 1200 ° C. or less.

【0032】また焼成によりコーディエライトを形成し
うる合成コーディエライト質原料成分として、カオリ
ン、タルク、アルミナをMgO:11.8重量%、Al
23:35.0重量%、SiO2 :44.5重量%、
その他:8.7重量%となるように配合し、さらに平均
粒径が5μmになるように粒度調整をした。長石粉末と
して、化学式Na2 O・Al23 ・6SiO2 で表さ
れるソーダ長石を平均粒径が18μmであって、200
μm以上のものを含まない粒度に調整をした。なお、粒
度測定には、レーザー回折式粒度分布測定装置を使用し
た。
As a synthetic cordierite raw material component capable of forming cordierite by firing, kaolin, talc, and alumina were composed of MgO: 11.8% by weight, Al
2 O 3 : 35.0% by weight, SiO 2 : 44.5% by weight,
Others: 8.7% by weight was blended, and the particle size was adjusted so that the average particle size became 5 μm. As feldspar powder, soda feldspar represented by the chemical formula Na 2 O · Al 2 O 3 · 6SiO 2 average particle size be 18 [mu] m, 200
The particle size was adjusted not to include those having a size of μm or more. The particle size was measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer.

【0033】上記の溶融コーディエライト質結晶粒8
1.8重量%に合成コーディエライト質原料成分9.1
重量%、ソーダ長石9.1重量%を加えて混合して粉末
原料とした。この粉末原料100重量部に外掛けで有機
気孔形成剤としてカーボンを11.5重量部、有機結合
剤としてメチルセルロースを10重量部、水を47.2
重量部添加して加圧型ニーダで1時間混練し押出成形坏
土とした。
The above-mentioned molten cordierite crystal grains 8
1.8% by weight of synthetic cordierite raw material component 9.1
Wt% and 9.1 wt% of soda feldspar were added and mixed to obtain a powder raw material. 11.5 parts by weight of carbon as an organic pore-forming agent, 10 parts by weight of methylcellulose as an organic binder, and 47.2 parts of water were externally applied to 100 parts by weight of this powder raw material.
A part by weight was added and kneaded for 1 hour with a pressure type kneader to obtain an extruded clay.

【0034】この坏土を2軸押出成形機により押出成形
し、幅50mm×長さ150mm、厚さ5mmの平板を
押出成形した。次に、このサンプル成形体を充分乾燥さ
せたのち焼成炉に入れ昇温速度毎時300℃で1300
℃まで加熱し、最高温度で5時間保持したのち炉冷し
た。
The kneaded material was extruded by a twin-screw extruder, and a flat plate having a width of 50 mm × length of 150 mm and a thickness of 5 mm was extruded. Next, after sufficiently drying the sample molded body, the sample molded body was placed in a firing furnace and heated at a rate of 300 ° C./hour at 1300 ° C.
C., kept at the maximum temperature for 5 hours, and then cooled in the furnace.

【0035】得られた焼結体を切断し、SEMによりそ
の組織を観察したところ、そのほとんどが粒径30〜7
0μmにある溶融コーディエライト結晶粒からなる主要
部に対し合成コーディエライト質結晶とガラス質で構成
される結合部からなっていることが確認された。この結
合部のガラス質について電子線マイクロアナライザ(E
PMA)分析を行ったところ、重量割合でNa2 O:
4.8、MgO:4.6、Al23 :15.7、Si
2 :67.5、FeO:2.6からなる成分を有して
いた。また、溶融コーディエライト質結晶粒の一部につ
いては結合部付近の角部が丸みを帯びた形状となってい
た。
The obtained sintered body was cut and its structure was observed by SEM.
It was confirmed that the main part composed of fused cordierite crystal grains at 0 μm was composed of a bonded part composed of synthetic cordierite crystal and glass. The vitreous material of this joint is measured using an electron beam microanalyzer (E
PMA) analysis showed that Na 2 O:
4.8, MgO: 4.6, Al 2 O 3: 15.7, Si
It had a component consisting of O 2 : 67.5 and FeO: 2.6. Also, a part of the fused cordierite crystal grains had a rounded shape at the corner near the joint.

【0036】焼結体サンプルの外観検査をしたが、クラ
ックや破損等は観察されなかった。この焼結体サンプル
の密度、見掛気孔率をアルキメデス法により算出したと
ころ、見掛気孔率が38%、密度が1.6g/cm3
あった。
When the appearance of the sintered body sample was inspected, no crack, breakage or the like was observed. When the density and apparent porosity of this sintered body sample were calculated by the Archimedes method, the apparent porosity was 38% and the density was 1.6 g / cm 3 .

【0037】また気孔径については、水銀ポロシメータ
を用いて測定したが、平均細孔径が17μmであった。
さらに3点曲げ強度測定を行ったところ室温曲げが33
MPaであった。また押出方向およびそれと直交する方
向から熱膨張サンプルを切り出して室温から1200℃
までの熱膨張係数を測定したが、いずれの方向でも熱膨
張係数が25×10-7/℃であった。さらに同一材料で
フィルタを押出成形、焼成してパティキュレートトラッ
プ装置に使用したところ捕集率90%以上と良好な結果
を示した。
The pore diameter was measured using a mercury porosimeter, and the average pore diameter was 17 μm.
Further, when the three-point bending strength was measured, the room temperature bending was 33.
MPa. In addition, a thermal expansion sample is cut out from the extrusion direction and a direction perpendicular thereto, and is cut from room temperature to 1200 ° C.
The thermal expansion coefficient was measured up to 25 × 10 −7 / ° C. in any direction. Further, when the filter was extruded and fired with the same material and used in a particulate trap device, good results were obtained with a trapping rate of 90% or more.

【0038】[例2]例1において溶融コーディエライ
ト質結晶粒を77.3重量%に、合成コーディエライト
質原料成分を13.6重量%に変更して同様にサンプル
を作成し、評価したところ、この場合にもクラックや破
損が観察されず、また特性も良好であった。
Example 2 A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the molten cordierite crystal grains were changed to 77.3% by weight and the synthetic cordierite raw material component was changed to 13.6% by weight. As a result, no crack or breakage was observed in this case, and the characteristics were good.

【0039】[例3]例1において溶融コーディエライ
ト質結晶粒を86.4重量%に、合成コーディエライト
質原料成分を4.5重量%に変更して同様にサンプルを
作成し、評価したところ、この場合にもクラックや破損
が観察されず、また特性も良好であった。
Example 3 A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the molten cordierite crystal grains were changed to 86.4% by weight and the synthetic cordierite raw material component was changed to 4.5% by weight. As a result, no crack or breakage was observed in this case, and the characteristics were good.

【0040】[例4]例1において溶融コーディエライ
ト質結晶粒を85.7重量%に、合成コーディエライト
質原料成分を9.5重量%に、ソーダ長石を4.8重量
%に変更して同様にサンプルを作成し、評価したとこ
ろ、この場合にもクラックや破損が観察されず、また特
性も良好であった。
Example 4 In Example 1, the molten cordierite crystal grains were changed to 85.7% by weight, the synthetic cordierite raw material component was changed to 9.5% by weight, and the soda feldspar was changed to 4.8% by weight. In the same manner, a sample was prepared and evaluated. In this case, no crack or breakage was observed, and the characteristics were good.

【0041】[例5]例1において溶融コーディエライ
ト質結晶粒を78.3重量%に、合成コーディエライト
質原料成分を8.7重量%に、ソーダ長石を13.0重
量%に変更して同様にサンプルを作成し、評価したとこ
ろ、この場合にもクラックや破損が観察されず、また特
性も良好であった。
[Example 5] In Example 1, the molten cordierite crystal grains were changed to 78.3% by weight, the synthetic cordierite raw material component was changed to 8.7% by weight, and the soda feldspar was changed to 13.0% by weight. In the same manner, a sample was prepared and evaluated. In this case, no crack or breakage was observed, and the characteristics were good.

【0042】[例6]例1において長石の種類をソーダ
長石からカリ長石に変え、さらに焼成条件を1375℃
に変更して同様にサンプルを作成し、評価したところ、
この場合にもクラックや破損が観察されず、また特性も
良好であった。
Example 6 In Example 1, the type of feldspar was changed from soda feldspar to potassium feldspar, and the firing conditions were set at 1375 ° C.
To make a sample in the same way and evaluated,
Also in this case, no crack or breakage was observed, and the characteristics were good.

【0043】[例7(比較例)]例1において合成コー
ディエライト質原料成分を溶融コーディエライト質結晶
粒でおきかえて90.9%に変更して同様にサンプルを
作成し、評価した。この場合には成形体や焼結体の外観
にクラックや破損が見られた。また曲げ強度も25%以
上低下した。
Example 7 (Comparative Example) A sample was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the synthetic cordierite raw material component was replaced with molten cordierite crystal grains to 90.9%. In this case, cracks and breaks were observed in the appearance of the molded body and the sintered body. Also, the bending strength decreased by 25% or more.

【0044】[例8(比較例)]例1においてソーダ長
石を溶融コーディエライト質結晶粒でおきかえて90.
9%に変更して同様にサンプルを作成し、評価した。こ
の場合には、曲げ強度が20%以上低下した。
Example 8 (Comparative Example) In Example 1, soda feldspar was replaced with molten cordierite-based crystal grains.
A sample was prepared in the same manner except that it was changed to 9%, and evaluated. In this case, the bending strength decreased by 20% or more.

【0045】[例9]例1においてソーダ長石の種類を
平均粒径が50μm以上に粒度調整したものに変更して
同様にサンプルを作成し、評価した。この場合には、焼
結体中粒径の大きなソーダ長石に起因する透き通ったよ
うな箇所が点在していることが確認され、この部分で
は、強度が低下していることも確認されたが、使用条件
によっては充分使用できる。
Example 9 A sample was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the type of soda feldspar was changed to a particle whose average particle diameter was adjusted to 50 μm or more. In this case, it was confirmed that the transparent portion caused by soda feldspar having a large particle diameter in the sintered body was dotted, and it was also confirmed that the strength was reduced in this portion. It can be used sufficiently depending on the use conditions.

【0046】[例10]例1において合成コーディエラ
イト質原料成分の種類を平均粒径が30μm程度に粒度
調整したものに変更して同様にサンプルを作成し、評価
した。この場合には、焼結体の強度が低下していること
が確認されたが、使用条件によっては使用できる。
Example 10 A sample was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the type of the synthetic cordierite-based raw material component was changed to a particle whose average particle diameter was adjusted to about 30 μm. In this case, it was confirmed that the strength of the sintered body was reduced, but it could be used depending on the use conditions.

【0047】[例11]例1において溶融コーディエラ
イト質結晶粒の種類を平均粒径が100μm程度に粒度
調整したものに変更して同様にサンプルを作成し、評価
した。この場合にも焼結体の強度が約20%低下するこ
とがあったが、使用条件によっては使用できる。
Example 11 A sample was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the type of the fused cordierite-based crystal grains was changed to those having an average particle diameter adjusted to about 100 μm. Also in this case, the strength of the sintered body may be reduced by about 20%, but it can be used depending on the use conditions.

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明のコーディエライト質セラミック
ス焼結体、そのための組成物および製造方法は、低熱膨
張特性が等方的で、強度などの機械的特性に優れている
ため高温時や熱サイクルの環境下においてセラミックス
部材の信頼性や耐久性が向上する、優れた効果を有す
る。
The cordierite ceramic sintered body of the present invention, the composition therefor, and the production method thereof are low in thermal expansion characteristics and is excellent in mechanical characteristics such as strength. It has an excellent effect of improving the reliability and durability of the ceramic member in a cycle environment.

【0049】特に再生手段として逆洗方式を採用するパ
ティキュレートトラップ装置のような強度を要求される
ようなフィルタでは、装置の信頼性が著しく向上する、
優れた効果を有する。
In particular, in the case of a filter requiring high strength, such as a particulate trap device employing a backwashing method as a regenerating means, the reliability of the device is significantly improved.
Has excellent effects.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】1200℃以下における熱膨張係数があら
ゆる方向において27×10-7/℃以下であるコーディ
エライト質セラミックス焼結体であって、該焼結体は、
あらかじめ溶融再結晶化により形成された溶融コーディ
エライト質結晶粒からなる骨材部と該結晶粒間に焼成に
より形成された合成コーディエライト質結晶とアルカリ
金属酸化物、アルミナ、シリカ系のガラス質で構成され
る結合部とから実質的になることを特徴とするコーディ
エライト質セラミックス焼結体。
1. A cordierite ceramic sintered body having a coefficient of thermal expansion of not more than 27 × 10 −7 / ° C. in all directions at 1200 ° C. or less, wherein the sintered body is
Aggregate portion composed of molten cordierite crystal grains previously formed by melt recrystallization, synthetic cordierite crystals formed by firing between the crystal grains, and alkali metal oxide, alumina, silica-based glass A cordierite-based ceramics sintered body substantially consisting of a bonding portion made of a ceramic.
【請求項2】骨材部を形成する溶融コーディエライト質
結晶粒は、コーディエライト結晶の85〜95重量%を
占め、かつ平均粒径が30〜70μmである、請求項1
記載の焼結体。
2. The fused cordierite crystal grains forming the aggregate portion occupy 85 to 95% by weight of the cordierite crystals, and have an average particle size of 30 to 70 μm.
A sintered body as described.
【請求項3】焼結体が見掛気孔率30〜50%の多孔体
である、請求項1または2記載の焼結体。
3. The sintered body according to claim 1, wherein the sintered body is a porous body having an apparent porosity of 30 to 50%.
【請求項4】結合部付近における溶融コーディエライト
粒子は角部が丸みを帯びたものを含む、請求項1、2ま
たは3記載の焼結体。
4. The sintered body according to claim 1, wherein the fused cordierite particles in the vicinity of the joint include those having rounded corners.
【請求項5】焼結体はディーゼルパティキュレートを捕
集するフィルタである、請求項1、2、3または4記載
の焼結体。
5. The sintered body according to claim 1, wherein the sintered body is a filter for collecting diesel particulates.
【請求項6】(a)1200℃以下における熱膨張係数
があらゆる方向において22×10-7/℃以下であるあ
らかじめ溶融再結晶化により形成された溶融コーディエ
ライト質結晶粒、(b)焼成によりコーディエライトを
形成しうる合成コーディエライト質原料成分、(c)長
石粉末、(d)有機質気孔形成剤、(e)有機質結合剤
を含み、かつ上記(a)+(b)と(c)の割合は、
(a)+(b)96〜80重量部に対し(c)が4〜2
0重量部であることを特徴とするコーディエライト質セ
ラミックス焼結体用組成物。
6. A molten cordierite crystal grain previously formed by melt recrystallization having a thermal expansion coefficient of not more than 22 × 10 -7 / ° C. in all directions at 1200 ° C. or less, and (C) feldspar powder, (d) organic pore former, (e) organic binder, and (a) + (b) and (b) The proportion of c) is
(A) + (b) 96 to 80 parts by weight of (c) 4 to 2
A composition for a cordierite-based ceramics sintered body, which is 0 parts by weight.
【請求項7】(a)溶融コーディエライト質結晶粒は平
均粒径が30〜70μmでありかつ粒径が45μm以下
である粒子が全体の25重量%以上を占めるものからな
る、請求項6記載の組成物。
7. The molten cordierite crystal grains (a) have an average particle size of 30 to 70 μm and particles having a particle size of 45 μm or less account for 25% by weight or more of the whole. A composition as described.
【請求項8】(b)と(c)の配合割合は、重量割合で
(b)/(c)が0.5〜2.2である、請求項6また
は7記載の組成物。
8. The composition according to claim 6, wherein (b) and (c) are mixed at a ratio by weight of (b) / (c) of 0.5 to 2.2.
【請求項9】焼成によりコーディエライトを形成しうる
合成コーディエライト原料成分の平均粒径が1〜15μ
mである、請求項6記載の組成物。
9. A synthetic cordierite raw material component capable of forming cordierite by firing has an average particle size of 1 to 15 μm.
7. The composition according to claim 6, wherein m.
【請求項10】(c)長石粉末は、平均粒径が5〜30
μmであって200μm以上の粒子を含まないものであ
る、請求項6、7、8または9記載の組成物。
(C) The feldspar powder has an average particle size of 5 to 30.
The composition according to claim 6, 7, 8 or 9, wherein the composition has a particle size of μm and does not contain particles of 200 μm or more.
【請求項11】(c)長石粉末は、化学式でNa2 O・
Al23 ・6SiO2 で表されるソーダ長石または化
学式でKa2 O・Al23 ・6SiO2 で表されるカ
リ長石である、請求項6、7、8、9または10記載の
組成物。
(C) Feldspar powder is represented by the chemical formula: Na 2 O
A feldspar represented by Ka 2 O · Al 2 O 3 · 6SiO 2 soda feldspar or formula represented by Al 2 O 3 · 6SiO 2, the composition of claim 6, 7, 8, 9 or 10, wherein Stuff.
【請求項12】(a)1200℃以下における熱膨張係
数があらゆる方向において22×10-7/℃以下である
あらかじめ溶融再結晶化により形成された溶融コーディ
エライト質結晶粒、(b)焼成によりコーディエライト
を形成しうる合成コーディエライト質原料成分、(c)
長石粉末、(d)有機質気孔形成剤、(e)有機質結合
剤を含み、かつ上記(a)+(b)と(c)の割合は、
(a)+(b)96〜80重量部に対し(c)が4〜2
0重量部である組成物を所定形状に成形した後、該成形
体を(c)の融点以上1400℃以下の温度でかつ
(b)と(c)が充分反応する時間焼成することにより
各溶融コーディエライト質結晶粒を充分な融液で濡らし
ながら液相焼結することを特徴とするコーディエライト
質セラミックス焼結体の製造方法。
12. A molten cordierite crystal grain which has been previously formed by melt recrystallization and has a coefficient of thermal expansion of not more than 22 × 10 -7 / ° C. in all directions at 1200 ° C. or less, and (C) a synthetic cordierite raw material component capable of forming cordierite by
Feldspar powder, (d) an organic pore-forming agent, (e) an organic binder, and the ratio of (a) + (b) and (c) is:
(A) + (b) 96 to 80 parts by weight of (c) 4 to 2
After molding the composition of 0 parts by weight into a predetermined shape, the molded body is fired at a temperature of not less than the melting point of (c) and not more than 1400 ° C. and for a period of time sufficient for (b) and (c) to react. A method for producing a cordierite-based ceramics sintered body, wherein liquid-phase sintering is performed while wetting cordierite-based crystal grains with a sufficient melt.
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