KR101356382B1 - Method for fabrication cordierite/zirconia ceramic honeycomb - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다공성 코디어라이트(cordierite)/지르코니아(zirconia) 세라믹 허니컴(ceramic honeycomb) 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a process for producing porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb.
본 발명의 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴은, 코디어라이트 분말에 기계적 특성의 증진을 위한 지르코니아 분말, 기공 형성을 위한 흑연 분말 및 성형조제용 첨가제를 혼합하여 혼합물을 만들고 상기 혼합물을 성형하여 허니컴 성형체를 제조한 후 상기 허니컴 성형체를 건조 및 소성하여 제조되는 것을 특징으로 한다. Porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb of the present invention, by mixing the zirconia powder, the graphite powder for forming the pores and the additives for molding aid to the cordierite powder to form a mixture and molding the mixture to honeycomb After the molded body is manufactured, the honeycomb molded body is dried and fired.
따라서, 우수한 기공 특성, 기계적 특성 및 압출성형성을 갖는 세라믹 허니컴을 원활히 제조할 수 있는 효과가 있다. Therefore, the ceramic honeycomb having excellent pore properties, mechanical properties, and extrudability can be produced smoothly.
코디어라이트, 지르코니아, 흑연, 강도, 기공, 압출성형, 다공성, 세라믹, 허니컴, 필터 Cordierite, Zirconia, Graphite, Strength, Pore, Extrusion, Porous, Ceramic, Honeycomb, Filter
Description
도 1은 본 발명에 따른 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴의 제조방법을 보여주는 흐름도, 1 is a flow chart showing a method of manufacturing a porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴의 조성 변화를 보여주는 표, 2 is a table showing the composition change of the porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 코디어라이트/지르코니아 복합체의 소결온도 변화에 따른 X-선 회절 분석 결과를 보여주는 그래프, 3 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis according to the sintering temperature of the cordierite / zirconia composite according to the present invention,
도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴의 조성 및 소성온도 변화에 따른 치밀화 거동 변화를 보여주는 그래프, 4A and 4B are graphs showing changes in densification behavior according to composition and firing temperature of the porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb according to the present invention;
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴의 조성 및 소성온도 변화에 따른 기공율 및 압축강도, 그리고 조성 변화에 따른 기공 분포를 보여주는 그래프, 5a and 5b are graphs showing porosity and compressive strength according to the composition and firing temperature of the porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb according to the present invention, and the pore distribution according to the composition change,
도 6은 본 발명에 따른 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴의 조성 및 압출속도 변화에 따른 압출압력의 변화를 보여주는 그래프, Figure 6 is a graph showing the change in extrusion pressure according to the composition and extrusion rate of the porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb according to the present invention,
도 7은 본 발명에 따라 1,300℃의 소성온도를 통해 제조된 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴의 조성 변화에 따른 열팽창계수를 보여주는 표, 7 is a table showing the coefficient of thermal expansion according to the composition change of the porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb prepared through a firing temperature of 1,300 ℃ according to the present invention,
도 8은 본 발명에 따라 1,300℃의 소성온도를 통해 제조된 C-7A10G2Z 조성의 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진, 8 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb of C-7A10G2Z composition prepared at a firing temperature of 1,300 ° C. according to the present invention;
도 9는 본 발명에 따라 최적화된 공정조건으로 제조된 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴에 대한 시제품 사진이다. 9 is a prototype photograph of a porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb prepared under optimized process conditions in accordance with the present invention.
본 발명은 환경정화용 담체 필터(filter) 등에 사용 가능한 다공성 코디어라이트(cordierite)/지르코니아(zirconia) 세라믹 허니컴(ceramic honeycomb) 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 우수한 기공 특성, 기계적 특성 및 압출성형성을 갖는 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb manufacturing method that can be used for a carrier filter for environmental purification, and more particularly, excellent pore properties, mechanical properties and extrusion molding. It relates to a porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb manufacturing method having a property.
일반적으로, 세라믹 허니컴(ceramic honeycomb)은 일종의 다공성 재료로서, 구조적으로 강도가 높고, 형태적으로 비표면적이 커서 활성을 높이며, 통기성이 좋아 압력손실을 낮추고, 단열효과가 우수하다는 등의 여러 장점을 가지고 있어, 자동차용 삼원 촉매 담체, 탈질용 촉매 담체, 용융금속용 필터 등으로 많이 사용되어 왔으며, 최근에는 경유 자동차의 매연제거용 필터를 비롯한 다양한 고온가스용 세라믹 필터의 재료로 사용되고 있다. In general, ceramic honeycomb is a kind of porous material, which has high strength structurally, high specific surface area, high activity, low ventilation, low pressure loss, and excellent thermal insulation. It has been widely used as a three-way catalyst carrier for automobiles, a catalyst carrier for denitrification, a filter for molten metal, and the like, and has recently been used as a material for ceramic filters for various hot gases, including filters for removing smoke from diesel vehicles.
촉매 담지 세라믹 필터는 먼지 여과와 촉매 기능을 동시에 수행할 수 있는 다공성 세라믹 지지체와 먼지 여과층 및 촉매를 결합시킨 구조물이라 할 수 있고, 이때 촉매 기능은 각종 유해가스와 반응하여 이를 제거할 수 있는 촉매를 다공성 지지체에 부착하여 얻어지며, 먼지 여과는 지지체 표면에 형성된 여과층의 미세 기공에 의한 물리적 제거기구에 의해 이루어진다. The catalyst-carrying ceramic filter is a structure that combines a porous ceramic support, a dust filter layer, and a catalyst capable of simultaneously performing dust filtration and a catalyst function, and the catalyst function reacts with various harmful gases to remove the catalyst. Is obtained by adhering to the porous support, and dust filtration is performed by a physical removal mechanism by the fine pores of the filtration layer formed on the surface of the support.
이와 같이 촉매 및 여과층의 지지체 역할을 수행하는 필터 지지체는 현재 환경 및 에너지 소재로 각광받고 있는 중요한 소재 중의 하나로서, 종래에는 고분자를 이용하여 제조하였으나 고분자 지지체는 제한된 사용환경, 즉 고온 및 강산 등의 조건에서는 사용하지 못한다는 한계성이 있어, 근래에는 내열성 및 내약품성 등에서 우수한 다공성 세라믹 허니컴을 이용하고 있다. As such, the filter support serving as a support for the catalyst and the filtration layer is one of the important materials that are in the spotlight as the environment and energy material. There is a limitation in that it can not be used under the conditions, and recently, porous ceramic honeycomb excellent in heat resistance and chemical resistance is used.
세라믹 허니컴에 사용되는 재료로는 코디어라이트(cordierite), 스포듀멘(spodumene), 알루미나(alumina), 뮬라이트(mullite), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 실리콘 카바이드(SiC) 등이 있다. Materials used in ceramic honeycomb include cordierite, spodumene, alumina, mullite, silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), and the like.
이 중, 실리콘 카바이드의 경우에는 900℃ 이상에서 사용될 경우 산화되기 때문에 사용 가능한 최고 온도가 900℃로 다소 낮으나, 코디어라이트의 경우에는 1,000℃ 이상의 고온에서도 사용 가능하다는 장점 뿐만 아니라, 허니컴 성형공정에서 결정방향을 배열할 수 있어 열충격 저항성이 높고 열팽창율이 작다는 이점이 있다. Among them, silicon carbide is oxidized when used at 900 ℃ or higher, so the maximum usable temperature is slightly lower than 900 ℃, but cordierite can be used even at high temperature of 1,000 ℃ or higher, and in the honeycomb molding process Since the crystal directions can be arranged, there is an advantage that the thermal shock resistance is high and the thermal expansion rate is small.
그러나, 코디어라이트 세라믹은 일반적인 취성재료로서 충격에 의해 쉽게 파괴되기 때문에 기계적 특성이 매우 나쁘다는 단점이 있다. However, cordierite ceramics are a general brittle material and have a disadvantage in that mechanical properties are very bad because they are easily broken by an impact.
한편, 세라믹 하니컴의 제조방법으로는 다양한 것이 소개되고 시도되어 왔으 나, 그 중에서 압출(extrusion)성형법이 가장 신뢰성 및 효율성 면에서 양호한 것으로 알려져 있으며, 사실상 압출성형법의 도입 후에 그 설계 및 질적인 면에서 상당한 진보가 이루어져 왔다. On the other hand, a variety of methods have been introduced and attempted as a method of manufacturing a ceramic honeycomb, but the extrusion molding method is known to be the best in terms of reliability and efficiency, and in fact, in the design and quality of the ceramic honeycomb after the introduction of the extrusion molding method. Considerable progress has been made.
압출성형법을 통한 그 제조는 먼저 원료 분말들을 혼합하고 결합제 등의 성형조제용 첨가제를 혼합한 후, 압출성형하고, 이어서 건조 및 소성하는 것에 의해 이루어진다. The production by extrusion molding is performed by first mixing the raw powders and mixing additives for molding aid, such as a binder, followed by extrusion, followed by drying and firing.
그러나, 원활한 압출성형성을 확보하기 위해 윤활제, 가소제 등의 성형조제용 첨가제를 다량 사용하기 때문에, 제조비용을 상승시키고, 압출성형 공정을 복잡화시키며, 제조되는 세라믹 허니컴의 기계적 특성도 저하시키는 등의 문제점이 있었다. However, since a large amount of additives for molding aid, such as lubricants and plasticizers, are used to secure smooth extrusion, the manufacturing cost is increased, the extrusion molding process is complicated, and the mechanical properties of the manufactured ceramic honeycomb are also reduced. There was a problem.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 기계적 특성의 증진을 위해 지르코니아(zirconia)를 함유하며, 기공형성제로서 흑연(graphite)을 첨가함으로써, 우수한 기공 특성 및 기계적 특성을 가지며, 첨가된 지르코니아와 흑연이 압출성형시의 윤활 특성도 제고시켜 성형조제용 첨가제의 사용량도 줄일 수 있는 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention was devised to solve the above problems, and contains zirconia for the enhancement of mechanical properties, and by adding graphite as a pore forming agent, it has excellent pore properties and mechanical properties. It is an object of the present invention to provide a porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb manufacturing method which can improve the lubrication characteristics of the added zirconia and graphite during extrusion molding and also reduce the amount of additives for molding aid.
본 발명의 상기 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴은, 코디어라이트 분말에 기계적 특성의 증진을 위한 지르코니아 분말, 기공 형성을 위한 흑연 분말 및 성형조제용 첨가제를 혼합하여 혼합물을 만들고 상기 혼합물을 성형하여 허니컴 성형체를 제조한 후 상기 허니컴 성형체를 건조 및 소성하여 제조되는 것을 특징으로 한다. Porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb of the present invention for achieving the above object, by mixing the cordierite powder with zirconia powder for enhancing mechanical properties, graphite powder for forming pores and additives for molding aid It is characterized in that the honeycomb molded body is manufactured by drying and firing the honeycomb molded body by molding the mixture.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴 제조방법은, 코디어라이트 분말에 기계적 특성의 증진을 위한 지르코니아 분말, 기공형성제인 흑연 분말 및 성형조제용 첨가제를 정량적으로 혼합하여 혼합물을 얻는 단계와, 상기 혼합물을 혼련하는 단계와, 상기 혼합물을 압출성형하여 허니컴 성형체를 제조하는 단계와, 상기 허니컴 성형체를 건조 및 소성하여 세라믹 허니컴을 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb manufacturing method of the present invention for achieving the above object, quantitatively zirconia powder, graphite powder as a pore-forming agent and additives for molding aid to improve the mechanical properties to cordierite powder Mixing to obtain a mixture, kneading the mixture, extruding the mixture to produce a honeycomb molded body, and drying and firing the honeycomb molded body to complete a ceramic honeycomb. It is done.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴의 제조방법을 보여주는 흐름도이다. 1 is a flow chart showing a method of manufacturing a porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb according to the present invention.
본 발명에 따른 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴의 제조방법은, 코디어라이트 분말에 기계적 특성의 증진을 위한 지르코니아 분말, 기공형성제인 흑연 분말 및 성형조제용 첨가제를 정량적으로 혼합하는 단계(100)와, 혼합물을 진공혼련 압출성형기를 이용하여 혼련하는 단계(110)와, 혼련된 혼합물을 진공혼련 압출성형기를 이용하여 일정속도로 압출성형하여 허니컴 성형체를 제조하는 단계(120)와, 제조된 허니컴 성형체를 건조 및 소성하여 세라믹 허니컴을 완성하는 단계(130)를 포함한다. Method for producing a porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb according to the present invention, the step of quantitatively mixing the additives for zirconia powder, pore-forming graphite powder and molding aid in the cordierite powder for the improvement of mechanical properties (100) And, the step of kneading the mixture using a vacuum kneading extruder (110), the step of extruding the kneaded mixture at a constant speed using a vacuum kneading extruder (120) to prepare a honeycomb molded body, and the honeycomb prepared Drying and firing the molded body to complete the ceramic honeycomb step (130).
먼저, 원료를 혼합하는 단계(100)에서는 무기물 분말들과 성형조제용 첨가제를 정량적으로 조합시킨 후, 골고루 혼합시키는 것이 중요하다. First, in
이때, 코디어라이트 분말로는 순도가 99%, 입자 크기가 수~수십㎛의 것을 사용한다. At this time, as cordierite powder, a purity of 99% and a particle size of several to several tens of micrometers are used.
지르코니아 분말은 고순도의 안정화 또는 부분 안정화 지르코니아를 사용하며, 입자가 구상형태로, 크기가 수㎛의 것을 사용한다. The zirconia powder uses high purity stabilized or partially stabilized zirconia, and particles are spherical in shape and have a size of several μm.
기공형성제인 흑연 분말은 입자가 판상형태의 것을 사용하며, 해당 흑연 성분은 소성 열처리 과정을 거치면서 휘발되어 기공을 형성한다. Graphite powder, which is a pore-forming agent, uses particles in the form of a plate, and the graphite component is volatilized through plastic heat treatment to form pores.
성형조제용 첨가제는 윤활제, 가소제, 결합제 및 초순수 증류수 등을 포함한다. Molding additives include lubricants, plasticizers, binders and ultrapure distilled water.
혼합물을 혼련하는 단계(110)에서는 혼합물 내의 성분들이 균일하게 분산되도록 하기 위해 여러 번 반복 실시하는 것이 좋으며, 평균적으로 3~5회 정도 실시하는 것이 좋다. In the step of kneading the mixture (110), it is preferable to repeat the process several times in order to uniformly disperse the components in the mixture, and on average three to five times may be performed.
압출성형하는 단계(120)에서는 혼합물의 점도 및 습도에 따라 압출속도를 조절하는 것이 중요하며, 그러나 미리 혼합 단계(100)에서 혼합물의 점도 및 습도를 최적 조건으로 맞춘 후에 압출성형을 실시하는 것이 더욱 바람직할 수 있다. In the extrusion step 120, it is important to control the extrusion speed according to the viscosity and humidity of the mixture, but it is more preferable to adjust the viscosity and humidity of the mixture to the optimum conditions in the mixing
건조 및 소성하는 단계(130)에서는 건조는 적절한 온도와 습도로 건조시키는 것이 균열 또는 단락현상을 방지할 수 있고, 소성은 1,250~1,450℃ 온도범위로 실시하는 것이 좋다. In the step of drying and firing 130, drying at an appropriate temperature and humidity can prevent cracking or short circuiting, and firing is preferably performed at a temperature range of 1,250 to 1,450 ° C.
< 실시예 ><Examples>
도 2의 표와 같은 여러 조성으로 각기 충분히 혼합한 다음, 혼합물을 진공혼련 압출기를 이용하여 3회 혼련하고, 이후 압출속도를 조절하면서 압출성형하였다. 그리고, 성형된 허니컴 성형체를 급격한 표면수분의 건조를 방지하기 위해 항온항습장치에서 온도 60℃, 습도 40%로 12~24시간 동안 건조시켰다. 그 후, 건조가 완료된 성형체를 1,250~1,400℃에서 2시간 동안 10℃/min 승온속도로 공기 중에서 소성시킨 다음 로냉하였다. After sufficiently mixing each of the various compositions as shown in the table of Figure 2, the mixture was kneaded three times using a vacuum kneading extruder, and then extruded while controlling the extrusion speed. In addition, the molded honeycomb molded body was dried at a temperature of 60 ° C. and a humidity of 40% for 12 to 24 hours in a constant temperature and humidity device to prevent rapid drying of the surface moisture. Thereafter, the dried molded body was calcined in air at a temperature rising rate of 10 ° C./min for 2 hours at 1,250˜1,400 ° C., and then cooled by furnace.
도 3은 1,250℃부터 1,400℃까지의 소성온도(sintering temperature)에서 열처리한 코디어라이트/지르코니아 복합체에 대한 X-선 회절 분석 결과를 보여주는 그래프이다. 3 is a graph showing the X-ray diffraction analysis of the cordierite / zirconia composite heat-treated at a sintering temperature of 1,250 ℃ to 1,400 ℃.
해당 그래프를 참조하면, 모든 소성온도에서 코디어라이트와 큐빅(cubic) 지르코니아만이 존재하는 것을 확인할 수 있으며, 또한 소성온도의 증가에 따라 결정화가 증진되는 것을 확인할 수 있다. Referring to the graph, it can be seen that only cordierite and cubic zirconia are present at all firing temperatures, and that crystallization is enhanced with increasing firing temperature.
통상적으로 소성에 따라 코디어라이트의 SiO2와 지르코니아(ZrO2)가 반응하여 ZrSiO4을 생성할 것으로 예상하였으나, 실제로는 ZrSiO4을 관찰할 수 없었고, 이 는 안정한 지르코니아를 사용하였기 때문인 것으로 고려된다. Normally, it was expected that SiO 2 and zirconia (ZrO 2 ) of cordierite reacted with calcination to produce ZrSiO 4 , but in practice ZrSiO 4 could not be observed, which is considered to be due to the use of stable zirconia. .
도 4a와 도 4b는 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴의 조성 및 소성온도 변화에 따른 치밀화 거동 변화인 수축율(shrinkage)과 밀도(density) 변화를 각기 보여주는 그래프이다. 4A and 4B are graphs showing shrinkage and density changes, respectively, which are changes in densification behavior according to composition and firing temperature of porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb.
그 결과를 살펴 보면, 소성온도 및 지르코니아 함량의 증가에 따라 수축율은 증가하는 경향을 나타낸다. As a result, the shrinkage tends to increase with increasing firing temperature and zirconia content.
그리고, 흑연을 첨가한 것이 첨가하지 않은 것보다 동일한 소성온도에서 낮은 수축율을 나타내며, 이는 소성 열처리에 따라 흑연 성분이 휘발되어 기공을 원활히 형성한 결과로 판단된다. In addition, the addition of graphite shows a lower shrinkage at the same firing temperature than the addition of graphite, which is judged to be the result of the volatilization of the graphite component in accordance with the firing heat treatment to form pores smoothly.
또한, 모든 조건에서 수축율은 1,300℃의 소성온도까지는 완만한 수축 거동을 보이다가 1,350℃부터는 급격한 수축이 진행되는 것을 확인할 수 있다. In addition, under all conditions, the shrinkage shows a gentle shrinkage behavior up to a firing temperature of 1,300 ° C., but suddenly shrinks from 1,350 ° C.
나아가, 성형조제용 첨가제의 함량 변화에 따라서는 거의 수축율 및 밀도 변화가 없으며, 이는 첨가제는 압출성형시에 중요한 공정인자일 뿐 허니컴의 특성에는 거의 영향을 미치지 못한다는 것을 의미한다. Furthermore, there is almost no change in shrinkage and density depending on the content of the additive for molding aid, which means that the additive is an important process factor in extrusion molding and hardly affects the properties of honeycomb.
도 5a와 도 5b는 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴의 조성 및 소성온도 변화에 따른 기공율(porosity)과 압축강도(compressive strength), 그리고 조성 변화에 따른 기공 분포 결과를 보여주는 그래프이다. 5A and 5B are graphs showing porosity, compressive strength, and pore distribution results according to the composition and the firing temperature of the porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb.
그 결과를 살펴 보면, 동일한 소성온도에서 지르코니아 함량이 증가함에 따라 기공율은 감소하고 압축강도는 증가하며, 반면 흑연 첨가에 따라서는 기공율은 증가하고 압축강도는 감소 내지 변화되지 않는 것을 확인할 수 있다. As a result, it can be seen that as the zirconia content increases at the same firing temperature, the porosity decreases and the compressive strength increases, while the porosity increases and the compressive strength does not decrease or change according to the addition of graphite.
이로부터, 지르코니아의 첨가는 압축강도와 같은 기계적 특성을 큰 폭으로 향상시키며, 흑연의 첨가는 기공율을 큰 폭으로 향상시키는 것을 알 수 있다. From this, it can be seen that the addition of zirconia greatly improves mechanical properties such as compressive strength, and the addition of graphite greatly improves the porosity.
통상적으로 순수한 코디어라이트 허니컴의 경우는 기공율 30~35%, 압축강도 7~11㎫ 정도를 나타내는데, 본 발명에 따라 지르코니아 및 흑연을 첨가한 허니컴의 경우에는 기공율 46%, 압축강도 26㎫ 정도의 매우 우수한 특성을 나타내었다. Typically, pure cordierite honeycomb exhibits a porosity of 30 to 35% and a compressive strength of about 7 to 11 MPa. In the honeycomb added with zirconia and graphite according to the present invention, a porosity of 46% and a compressive strength of about 26 MPa are shown. Very good properties.
결과적으로, 지르코니아는 1~5wt% 범위로 함유시키는 것이 바람직하며, 만약 1wt% 미만으로 함유시키면 강도 특성이 너무 저하되어 바람직하지 않고, 반면 5wt%를 초과하면 강도 특성의 향상에는 도움이 되나 지르코니아가 고가인 점에서 제조원가를 너무 상승시키므로 바람직하지 않다. As a result, it is preferable to contain zirconia in the range of 1 to 5 wt%, and if it is contained below 1 wt%, the strength property is too low, and it is not preferable, while if it exceeds 5 wt%, it is helpful to improve the strength property. It is not preferable because the manufacturing cost is too high at a high point.
그리고, 흑연은 5~30wt% 범위로 함유시키는 것이 바람직하며, 만약 5wt% 미만으로 함유시키면 기공율이 너무 저하되어 바람직하지 않고, 반면 30wt%를 초과하면 밀도값이 너무 저하되어 허니컴 내의 셀들이 쉽게 붕괴될 수 있어 바람직하지 않다. In addition, the graphite is preferably contained in the range of 5 to 30 wt%, and if it is contained below 5 wt%, the porosity is too low, which is not preferable. It may be undesirable.
덧붙여, 성형조제용 첨가제의 함량 변화는 기계적 특성 및 기공 특성에 거의 영향을 미치지 못하는 것을 확인할 수 있다. In addition, it can be seen that the change in the content of the molding additive additive has little effect on the mechanical properties and pore properties.
한편, 도 5b를 참조하면, 본 발명의 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴은 7~8㎛ 정도의 적정한 평균 기공크기를 가져 이 점에서도 우수한 결과를 나타내었다. On the other hand, referring to Figure 5b, the porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb of the present invention has a good average pore size of about 7 ~ 8㎛ also showed excellent results in this respect.
도 6은 본 발명에 따른 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴의 조성 변화에 따른 압출압력(extrusion pressure) 변화를 보여주는 그래프이다. 6 is a graph showing a change in extrusion pressure according to a composition change of the porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb according to the present invention.
그 결과를 살펴 보면, 모든 조건에서 통상적인 바와 같이 압출속도(extrusion velocity)의 증가에 따라 압출압력이 증가되는 것을 확인할 수 있다. Looking at the results, it can be seen that the extrusion pressure is increased as the extrusion velocity (extrusion velocity) increases as usual under all conditions.
그리고, 무엇보다도 지르코니아와 흑연 함유량이 증가됨에 따라 압출압력이 감소하는 것을 확인할 수 있는데, 이는 구상의 지르코니아 입자와 판상의 흑연 입자들이 압출성형시에 코디어라이트 입자들간의 마찰, 항복강도 및 전단응력을 감소시킴으로써 혼합물의 유동성 즉, 윤활 특성을 크게 증가시켰기 때문인 것으로 유추된다. And, above all, it can be seen that the extrusion pressure decreases as the content of zirconia and graphite increases, which means that the spherical zirconia particles and the plate-shaped graphite particles are subjected to friction, yield strength and shear stress between cordierite particles during extrusion. It is inferred that by decreasing the flow rate of the mixture, that is, the lubrication properties significantly increased.
즉, 지르코니아와 흑연을 첨가하면 우수한 기공 특성 및 기계적 특성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 부가적으로 압출성형성도 증진시켜 그만큼 성형조제용 첨가제의 사용량을 줄일 수 있는 것으로 결론지을 수 있다. That is, it can be concluded that the addition of zirconia and graphite not only ensures excellent pore properties and mechanical properties, but also additionally promotes extrudability, thereby reducing the amount of additives used in the molding aid.
도 7은 본 발명에 따라 1,300℃의 소성온도를 통해 제조된 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴의 조성 변화에 따른 열팽창계수를 분석한 표이다. 7 is a table analyzing the coefficient of thermal expansion according to the composition change of the porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb prepared by the firing temperature of 1,300 ℃ according to the present invention.
통상 지르코니아는 높은 열팽창계수를 가지고, 코디어라이트는 낮은 열팽창계수를 가지며, 본 발명에서 사용한 코디어라이트의 경우는 그 열팽창계수가 2.0×10-6/℃임을 감안할 때, 본 발명에 따른 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴의 열팽창계수는 거의 변화 없이 조금 저하되었으며, 이는 저열팽창성인 코디어라이트의 기지상에 분산된 지르코니아 입자의 구속으로 인해 열팽창계수가 조금 저하된 것으로 판단된다. In general, zirconia has a high coefficient of thermal expansion, cordierite has a low coefficient of thermal expansion, and in the case of the cordierite used in the present invention, the coefficient of thermal expansion is 2.0 × 10 −6 / ° C., according to the present invention. The coefficient of thermal expansion of the arite / zirconia ceramic honeycomb was slightly lowered with little change, which is thought to be a little lower due to the restraint of zirconia particles dispersed on the matrix of cordierite having low thermal expansion.
도 8은 본 발명에 따라 1,300℃의 소성온도를 통해 제조된 C-7A10G2Z 조성의 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진으로, 허니컴 프레임에 기공들이 매우 균일하게 분산된 것을 확인할 수 있다. FIG. 8 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb of C-7A10G2Z composition prepared at a firing temperature of 1,300 ° C. according to the present invention, in which pores are uniformly dispersed in a honeycomb frame. You can see that.
나아가, 도 9는 본 발명에 따라 최적화된 공정조건으로 제조된 다공성 코디어라이트/지르코니아 세라믹 허니컴에 대한 시제품 사진을 나타내며, 소성 전에는 첨가된 흑연 성분으로 인해 검은색을 띠는데, 소성과정을 거치면서 흑연 성분이 휘발되어 변색되는 것을 확인할 수 있다. Further, Figure 9 shows a prototype photograph of the porous cordierite / zirconia ceramic honeycomb prepared under the optimized process conditions according to the present invention, before the firing is black due to the added graphite component, It can be seen that the graphite component is volatilized and discolored.
이로써, 본 발명에 따르면, 코디어라이트에 지르코니아와 흑연을 적정량 첨가함으로써, 우수한 기공 특성, 기계적 특성 및 압출성형성을 확보할 수 있게 된다. Thus, according to the present invention, by adding an appropriate amount of zirconia and graphite to the cordierite, it is possible to ensure excellent pore characteristics, mechanical properties and extrusion molding.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.It will be appreciated by those skilled in the art that changes may be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
본 발명에 따르면, 우수한 기공 특성, 기계적 특성 및 압출성형성을 갖는 세라믹 허니컴을 원활히 제조할 수 있는 효과가 달성될 수 있다.According to the present invention, an effect of smoothly manufacturing a ceramic honeycomb having excellent pore properties, mechanical properties, and extrudability can be achieved.
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