PL201850B1

PL201850B1 - Forma do wytłoczeniowego formowania struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego oraz sposób wytwarzania formy do wytłoczeniowego formowania struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego

Info

Publication number: PL201850B1
Application number: PL373783A
Authority: PL
Inventors: Susumu Matsuoka; Seiichi Inoue; Haremi Ito; Keiji Matsumoto
Original assignee: Ngk Insulators Ltd
Priority date: 2001-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2009-05-29
Also published as: DE60237036D1; US20040076707A1; CN1491149A; US20050031727A1; EP1442860A4; JP4248402B2; DE60235032D1; EP1442860A1; US8226400B2; WO2003039827A1; EP1462230A4; US7132124B2; EP1462230A1; CN1592674A; EP1442860B1; CN1319711C; CN100475472C; WO2003039828A1; PL373783A1; JP4394445B2

Abstract

1. Forma do wyt loczeniowego formowania struktury ko- mórkowej podobnej do plastra pszczelego, zawieraj aca podstaw e formy, posiadaj ac a otwory doprowadzania ciasta ceramicznego i szczeliny po laczone z tymi otworami; war- stw e pod lo za, która zgrubnie okre sla ko ncow a szeroko sc szczelin oraz warstw e powierzchniow a, która dok ladnie okre sla ko ncow a szeroko sc szczelin, utworzone na podsta- wie formy w podanej kolejno sci, tak ze ko ncowa szeroko sc szczelin wynosi 15 - 200 µm, znamienna tym, ze warstwa powierzchniowa jest wykonana z cz astek w eglika wolframu o przeci etnej srednicy nie wi ekszej ni z 5 µm, zawieraj acych W 3 C, jako g lówny sk ladnik. 5. Sposób wytwarzania formy do wyt loczeniowego for- mowania struktury komórkowej podobnej do plastra pszcze- lego, obejmuj acy formowanie warstwy pod loza w procesie obejmuj acym powlekanie bezpr adowe podstawy formy posiadaj acej otwory wprowadzania ciasta ceramicznego i szczeliny po laczone z tymi otworami oraz tworzenie po- wierzchniowej warstwy na warstwie pod lo za przez naparo- wywanie chemiczne tak, aby utworzy c szczeliny o podanej szeroko sci (np. 10 - 200 µm), znamienny tym, ze formowanie warstwy powierzchniowej przez naparowywanie chemiczne przeprowadza si e doprowadzaj ac gaz reakcyjny z lo zony z WF 6 , C 6 H 6 i H 2 do komory reakcyjnej w temperaturze atmos- fery 310 - 420°C i pod ci snieniem atmosfery 1 - 35 Tr. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy formy do wytłoczeniowego formowania struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego oraz sposobu wytwarzania formy do wytłoczeniowego formowania struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego, a zwłaszcza formy do formowania wytłoczeniowego struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego, która zawiera podstawę formy oraz warstwę podłoża i warstwę powierzchniową.

Konwencjonalnie ceramiczne struktury komórkowe podobne do plastra pszczelego są szeroko stosowane np. jako filtry do oczyszczania spalin i nośniki katalizatora. W ostatnich latach, ponieważ przepisy dotyczące spalin zostały zaostrzone, zwiększyło się zapotrzebowanie na strukturę komórkową podobną do plastra pszczelego jako filtr, którego przegrody mają grubość co najwyżej 120 μm, tak że można uzyskać większą skuteczność oczyszczania spalin. W przyszłości należy oczekiwać, że przegrody takiej struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego będą coraz cieńsze.

Zwykle stosuje się jako sposób wytwarzania takich struktur komórkowych podobnych do plastra pszczelego formowanie wytłoczeniowe, a szerokość szczelin w formach określa grubość przegród takich struktur komórkowych podobnych do plastra pszczelego przy wytwarzaniu ich przez formowanie wytłoczeniowe. Opisano wiele różnych form, w których szerokość szczelin jest ustawiana przez tworzenie powlekających warstw na ich podstawach.

W szczególności jako jeden przykład konwencjonalnych form do kształtowania struktur komórkowych podobnych do plastra pszczelego opisano formę, w której szerokość szczelin jest ustawiana przez tworzenie warstwy powłokowej na podstawie formy przez powlekanie bezprądowe (JP-A-61-39167).

Ponadto ujawniono inną formę do wytłoczeniowego formowania struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego, której odporność na ścieranie jest polepszona przez utworzenie przez naparowywanie chemiczne warstwy powlekającej złożonej z borku żelaza, węglika chromu, tlenku glinu, węglika tytanu, azotku tytanu lub azotko - węglika tytanu na podstawie formy (JP-A-60-145804).

W formie do wytłoczeniowego formowania struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego, opisanej w powyższej publikacji patentowej 1 odporność warstwy powlekającej na ścieranie niekoniecznie jest wystarczająca do wytłaczania materiałów ceramicznych, ponieważ warstwa powlekająca jest utworzona przez niklowanie bezprądowe.

W formie ujawnionej w opisie patentowym JP-A-60-145804, ponieważ grubość warstwy powlekającej utworzonej przez naparowanie chemiczne wynosi do około 40 μm, bardzo trudno jest wykonać szczeliny o szerokości co najwyżej 120 μm, ponieważ warstwa powlekająca jest utworzona przez naparowanie chemiczne na podstawie formy, gdzie szczeliny zostały zgrubnie utworzone przez drążenie elektroiskrowe lub szlifowanie. Zatem nawet w przypadku takiej formy nie można uzyskać struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego, która by spełniała ostatnie wymagania.

W międzyczasie w JP-A-2002-1716 ujawniono sposób wytwarzania formy do stosowania w formowaniu wytłoczeniowym ceramicznych struktur komórkowych podobnych do plastra pszczelego, wykorzystujący formę z kształtującymi rowkami i otworami doprowadzania ciasta ceramicznego i obejmujący etap osadzania materiału odpornego na pracę w trudnych warunkach przynajmniej na powierzchni rowków kształtujących przez naparowanie chemiczne, przy czym rowki kształtujące formy są utworzone przez szlifowanie za pomocą ściernicy, warstwa powłoki nałożonej bezprądowo jest tworzona przynajmniej na powierzchni rowków kształtujących, a węglik wolframu jako materiał odporny na pracę w trudnych warunkach jest osadzany na warstwie powłoki nałożonej bezprądowo przy temperaturze 300 - 600°C.

Ponadto w JP-A-10-309713 zaproponowano formę do stosowania przy wytłoczeniowym formowaniu ceramicznej struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego, której podstawa ma szczeliny o szerokości 30 - 200 μm, przy czym szerokość szczeliny jest najpierw ustawiana zgrubnie przy tworzeniu warstwy podłoża na podstawie przez powlekanie bezprądowe, a następnie jest ustawiana na 30 - 200 μm przez tworzenie warstwy powierzchniowej złożonej z W₂C przez naparowywanie chemiczne.

Jednakże w tych konwencjonalnych sposobach wytwarzania ujawniono jedynie tworzenie warstwy powierzchniowej z węglika wolframu lub z materiału zawierającego cząstki W2C jako głównego składnika, natomiast sposoby te w ogóle nie mają zastosowania do tworzenia warstwy powierzchniowej albo nakładania materiału odpornego na pracę w trudnych warunkach, na podstawie formy w sposób upakowany i równomierny.

PL 201 850 B1

W szczególno ś ci, w formie otrzymanej sposobem ujawnionym w JP-A-2002-1716, ponieważ nie jest ona wytwarzana z uwzględnieniem składu i średnicy cząstek z węglika wolframu, który stanowi materiał odporny na pracę w trudnych warunkach, prędkość formowania wytłoczeniowego z ciasta ceramicznego jest różna przy różnych częściach formy podczas formowania wytłoczeniowego, na skutek czego jej zdolność formowania nie jest zadowalająca. Zwłaszcza przy formowaniu wytłoczeniowym struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego, której grubość przegrody wynosi co najwyżej 70 μm, występuje słabe formowanie, co poważnie utrudnia spełnienie zapotrzebowania na znacznie cieńsze przegrody struktur komórkowych podobnych do plastra pszczelego.

Ponadto zarówno w formie otrzymanej sposobem ujawnionym w JP-A-2002-1716, jak i w formie ujawnionej w JP-A-10-309713, ponieważ materiał odporny na pracę w trudnych warunkach lub warstwa powierzchniowa jest utworzona z materiału zawierającego stosunkowo dużą ilość W2C, ich chropowatość powierzchni jest duża, a ich opory stawiane sile popychającej są stosunkowo duże podczas formowania wytłoczeniowego. W formach tych prędkość formowania wytłoczeniowego jest zatem mała, a wydajność przy wytwarzaniu struktur komórkowych podobnych do plastra pszczelego pozostawia miejsce na ulepszenia. Ponadto na skutek dużego tarcia na powierzchni form przy przechodzeniu ciasta ceramicznego przez ich szczeliny występuje inny problem związany z tym, że materiał odporny na pracę w trudnych warunkach lub warstwa powierzchniowa podlega ścieraniu.

Wynalazek ten został dokonany w świetle opisanych problemów, które nie zostały rozwiązane przez stan techniki. Po przebadaniu istniejących problemów wynalazcy stwierdzili, że powierzchniowa warstwa zawierająca W3C o bardzo małej średnicy cząstek jako główny składnik i posiadająca równomierną i małą chropowatość powierzchni może być selektywnie tworzona przy ograniczeniu warunków, w których ta powierzchniowa warstwa jest tworzona przez naparowywanie chemiczne, w wyznaczonym zakresie, zwłaszcza przez ograniczenie temperatury i ciśnienia atmosfery w wyznaczonym zakresie. Na tym właśnie polega istota wynalazku.

Według przedmiotowego wynalazku opracowano formę do wytłoczeniowego formowania struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego (dalej forma), zawierającą: podstawę formy, posiadającą otwory doprowadzania ciasta ceramicznego i szczeliny połączone z tymi otworami; warstwę podłoża, która zgrubnie określa końcową szerokość szczelin oraz warstwę powierzchniową, która dokładnie określa końcową szerokość szczelin, utworzone na podstawie formy w podanej kolejności tak, że końcowa szerokość szczelin wynosi 15 - 200 μm, przy czym forma według wynalazku charakteryzuje się tym, że warstwa powierzchniowa jest wykonana z cząstek węglika wolframu o przeciętnej średnicy nie większej niż 5 μm, zawierających W₃C, jako główny składnik.

Określenie główny składnik oznacza tu składnik, którego zawartość wśród składników tworzących warstwę powierzchniową jest największa.

Korzystnie forma według wynalazku zawiera warstwę podłoża o grubości 10 - 100 μm i powierzchniową warstwę o grubości 1 - 30 μm, utworzone na podstawie formy w podanej kolejności. Korzystniej warstwa powierzchniowa formy zawiera cząstki W3C o przeciętnej średnicy nie większej niż 5 μm i o maksymalnej średnicy nie większej niż 5 μm, jako składnik główny. Wynalazek ten może być korzystnie stosowany w formie, której szerokość szczelin wynosi 15 - 70 μm.

W międzyczasie wynalazek ten obejmuje sposób wytwarzania formy do wytłoczeniowego formowania struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego, jako sposób odpowiednio stosowany do wytwarzania opisanej powyżej formy, zawierający etapy: formowania warstwy podłoża w procesach obejmujących powlekanie bezprądowe podstawy formy posiadającej otwory wprowadzania ciasta ceramicznego i szczeliny połączone z tymi otworami; oraz tworzenia powierzchniowej warstwy na warstwie podłoża przez naparowywanie chemiczne tak, aby utworzyć szczeliny o podanej szerokości (np. 10 - 200 μm), przy czym sposób ten charakteryzuje się tym, że formowanie warstwy powierzchniowej przez naparowywanie chemiczne przeprowadza się podczas doprowadzania gazu reakcyjnego zawierającego WF6, C6H6 i H2 do komory reakcyjnej przy temperaturze atmosfery 310 - 420°C i przy ciśnieniu atmosfery 1 - 35 Tr.

Określenie ciśnienie atmosfery oznacza tu ciśnienie mierzone w sąsiedztwie jednego końca podstawy formy, gdzie wypływa gaz reakcyjny.

Korzystnie stosunek molowy W/C w gazie reakcyjnym wynosi według wynalazku 0,6 - 6. Korzystnie tworzenie warstwy powierzchniowej przez naparowywanie chemiczne według wynalazku przeprowadza się zmieniając temperaturę i ciśnienie atmosfery w komorze reakcyjnej w zależności od żądanej końcowej szerokości szczelin w formie. W szczególności, przy wytwarzaniu szczelin o szerokości 15 - 70 Lim korzystnie to formowanie warstwy powierzchniowej przeprowadza się doprowadzając

PL 201 850 B1 gaz reakcyjny złożony z WF6, C6H6 i H2 do komory reakcyjnej w temperaturze atmosfery 310 - 380°C i pod ciśnieniem atmosfery 1 - 30 Tr. Szczególnie korzystnie tworzenie warstwy powierzchniowej przez naparowywanie chemiczne przeprowadza się w temperaturze atmosfery 340 - 360°C.

Jak opisano powyżej, według wynalazku szerokość szczelin stosunkowo zgrubnie utworzonych na podstawie formy jest zmniejszana przez formowanie warstwy podłoża na podstawie formy sposobem powlekania bezprądowego, które może zapewniać warstwę powłokową w szerokim zakresie grubości, do takiego stopnia, że można ustawiać żądaną końcową szerokość przez tworzenie warstwy powierzchniowej na warstwie podłoża przez zastosowanie naparowywania chemicznego.

Wynalazek ten umożliwia utworzenie szczelin o szerokości skrajnie małej, np. około 200 μm lub mniej, z dużą dokładnością przez laminowanie warstwy powierzchniowej przez zastosowanie naparowywania chemicznego, które może kontrolować grubość warstwy powłokowej na poziomie 1 μm. W formie do formowania wytłoczeniowego struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego według wynalazku można wytwarzać z dużą dokładnością strukturę komórkową podobną do plastra pszczelego, której przegrody mają grubość co najwyżej 200 um, albo co najwyżej 150 um, albo też co najwyżej 70 um.

Ponadto w formie według wynalazku przez utworzenie jej warstwy powierzchniowej z określonego materiału rozwiązano nie tylko problemy zmiany prędkości formowania wytłoczeniowego pomiędzy częściami i zwiększenia oporów stawianych sile popychającej, które są zwykle powodowane w czasie formowania wytłoczeniowego przy użyciu formy posiadającej szczeliny o bardzo małej szerokości, jak powyżej, ale również problemy z pogorszeniem odporności na ścieranie powierzchni i ze zmniejszeniem wydajności wytwarzania struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego, jakie towarzyszą opisanym powyżej problemom.

W szczególności w formie według wynalazku umożliwiono, by jej powierzchnia była gładka i miała równomierną chropowatość, przez wykonanie jej warstwy powierzchniowej z cząstek węglika wolframu o przeciętnej średnicy nie większej niż 5 um, korzystniej o przeciętnej średnicy cząstek nie większej niż 5 um i o maksymalnej średnicy cząstek nie większej niż 5 um, przy czym ta warstwa powierzchniowa jako główny składnik zawiera W3C. W formie według wynalazku przepływ ciasta ceramicznego jest gładszy i bardziej równomierny przy każdej części w porównaniu z konwencjonalnymi formami, dzięki czemu formowanie wytłoczeniowe struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego można przeprowadzać w stanie, w którym opory stawiane sile popychającej są małe i trudno jest o wahania prędkości formowania wytłoczeniowego pomiędzy częściami. Przy stosowaniu formy według wynalazku strukturę komórkową podobną do plastra pszczelego można wytwarzać całkowicie unikając wad formowania nawet wtedy, gdy przegrody wytwarzanej struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego mają grubość co najwyżej 70 um. Ponadto przy stosowaniu formy według wynalazku prędkość formowania wytłoczeniowego można łatwo zwiększyć, ponieważ za pomocą tej formy można wytłaczać ciasto ceramiczne przy mniejszym ciśnieniu, co powoduje zwiększenie wydajności produkcyjnej przy wytwarzaniu struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego. Ponadto przy stosowaniu formy według wynalazku, ponieważ tarcie na powierzchni formy i nacisk wywierany na formę podczas przemieszczania ciasta ceramicznego przez jej szczeliny są zmniejszone, polepszona zostaje trwałość warstwy powierzchniowej i zmniejszone zostają ograniczenia nakładane na formę, jeśli chodzi o jej wytrzymałość.

Przedmiot wynalazku w przykładach realizacji jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 (a) jest schematycznym przekrojem formy do formowania wytłoczeniowego struktur komórkowych podobnych do plastra pszczelego według jednego przykładu realizacji wynalazku, a fig. 1 (b) jest częściowo powiększonym widokiem z fig. 1 (a); natomiast fig. 2 jest częściowo powiększonym widokiem podłoża formy według wynalazku, schematycznie przedstawiającym jeden przykład szczelin i otworów doprowadzania ciasta ceramicznego wykonanych w podłożu formy. Realizacja niniejszego wynalazku zostanie opisana szczegółowo na podstawie rysunków.

Jak pokazano na fig. 1 (a), 1 (b) i 2, forma 1 według wynalazku zawiera podstawę 11 formy, wyposażoną w otwory 4 do wprowadzania ceramicznego ciasta oraz szczeliny 2 połączone z tymi otworami 4 do wprowadzania ceramicznego ciasta, jak również warstwę 12 podłoża, która zgrubnie określa ostateczną szerokość szczelin i powierzchniową warstwę 13, która dokładnie określa końcową szerokość szczelin, utworzone na podstawie 11 formy w tym celu tak, że końcowa szerokość szczeliny 2 wynosi 15 - 20 um, przy czym forma 1 charakteryzuje się tym, że powierzchniowa warstwa 13 jest wykonana z cząstek węglika wolframu o przeciętnej średnicy co najwyżej 5 um, zawierających jako główny składnik W3C.

PL 201 850 B1

W tak skonstruowanej formie zarówno wahania prę dkoś ci formowania wytł oczeniowego pomię dzy jej częściami jak i opory stawiane sile popychającej, które są po wodowane podczas formowania wytłoczeniowego, są niezwykle małe, a zarówno wydajność produkcyjna jak i trwałość formy są polepszone. Poniżej forma 1 zostanie opisana bardziej szczegółowo w odniesieniu do jej części składowych.

Jak pokazano na fig. 2, podstawa 11 formy według wynalazku jest zwykle wyposażona w otwory 4 wprowadzania ciasta ceramicznego wykonane na powierzchni 7 strony B przeciwległej wobec strony wytłaczania uformowanego wyrobu i wyposażonej w szczeliny 2 wykonane przykładowo w układzie kratowym na powierzchni 6 po stronie A wytłaczania uformowanego wyrobu tak, że są one połączone z otworami 4 wprowadzania ciasta ceramicznego.

Otwory 4 wprowadzania ceramicznego ciasta są zwykle wykonane tak, że są one zgodne z miejscami, gdzie szczeliny 2 przecinają się, a ceramiczne ciasto otrzymane przez zagniatanie surowców ceramicznych itd. jest wprowadzane w formę 1 poprzez otwory 4 wprowadzania ceramicznego ciasta, zaś gotowy wyrób w postaci struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego jest wytłaczany przez szczeliny 2.

Jak pokazano na fig. 1, forma 1 według wynalazku zawiera na swej podstawie 11 warstwę 12 podłoża, która zgrubnie określa ostateczną szerokość szczelin. Warstwa 12 podłoża według wynalazku jest utworzona głównie w celu zwężenia szerokości szczelin 2 utworzonych W zgrubnie przez obróbkę skrawaniem itd., do takiego stopnia, że szczeliny te mogą mieć żądaną końcową szerokość, jeżeli na warstwie 12 podłoża przez chemiczne naparowanie zostanie utworzona warstwa powierzchniowa; uwzględniając to można odpowiednio wybrać grubość warstwy 12 podłoża.

Warstwa 12 podłoża może być złożona z jednej warstwy lub z więcej niż jednej warstwy. Grubość warstwy 12 podłoża może być również kontrolowana poprzez liczbę warstw tworzących warstwę podłoża. Jednakże warstwa 12 podłoża jest zwykle wykonana tak, by miała grubość 10 - 100 μm, korzystnie 10 - 60 μm.

W warstwie 12 podłoża według wynalazku jej materiał nie jest szczególnie ograniczony. Jednakże korzystnie jest ona wykonana z materiału, który zawiera co najmniej jeden materiał wybrany z grupy złożonej z niklu, kobaltu i miedzi, jako składnik główny, a szczególnie korzystnie zawiera jako główny składnik nikiel, ponieważ warstwa podłoża wykonana z takiego materiału ma dużą wytrzymałość połączenia z warstwą powierzchniową, która jest tworzona na warstwie podłoża i zawiera W3C jako główny składnik, jak to zostanie opisane dalej.

Forma 1 według wynalazku zawiera ponadto powierzchniową warstwę 13, która dokładnie określa końcową szerokość szczelin, na warstwie 12 podłoża opisanej powyżej, przy czym grubość tej warstwy powierzchniowej 13 jest dokładnie kontrolowana na poziomie 1 μm tak, że grubość jest w zakresie 1 - 30 μm.

Według wynalazku taka powierzchniowa warstwa jest wykonana z cząstek węglika wolframu, które mają przeciętną średnicę co najwyżej 5 μm i zawierają jako główny składnik W₃C. Jednakże cząstki węglika wolframu, tworzące warstwę powierzchniową według wynalazku, mogą zawierać co najmniej jeden materiał wybrany z grupy złożonej z W2C, WC i W jako składnik dodatkowy do W3C. Ponadto cząstki węglika wolframu mogą być krystaliczne, niekrystaliczne lub występują jako mieszane cząstki krystaliczne.

Korzystnie powierzchniowa warstwa 13 według wynalazku zawiera jako główny składnik cząstki W₃C o przeciętnej średnicy 3,0 um, korzystniej cząstki W₃C o przeciętnej średnicy nie większej niż 2,0 um, jeszcze korzystniej cząstki W₃C o przeciętnej średnicy nie większej niż 0,5 um, znacznie bardziej korzystnie cząstki W₃C o przeciętnej średnicy nie większej niż 0,4 um, a szczególnie korzystnie cząstki W3C o przeciętnej średnicy nie większej niż 0,1 um.

Wykonanie warstwy powierzchniowej 13 głównie z cząstek W₃C o takiej przeciętnej średnicy umożliwia zmniejszenie oporów stawianych sile popychającej podczas formowania wytłoczeniowego i polepszenie trwałości oraz wydajności produkcyjnej formy. Korzystnie powierzchniowa warstwa 13 według wynalazku zawiera jako główny składnik cząstki W3C o maksymalnej średnicy nie większej niż 6,0 um, korzystniej cząstki W3C o maksymalnej średnicy nie większej niż 5,0 um, jeszcze korzystniej cząstki W3C o maksymalnej średnicy nie większej niż 1,0 um, a szczególnie korzystnie cząstki W3C o maksymalnej średnicy nie większej niż 0,5 um.

Jeżeli stosuje się cząstki W3C o maksymalnej średnicy w tym zakresie jako składnik główny, wówczas wahania prędkości formowania wytłoczeniowego pomiędzy częściami formy mogą być jeszcze bardziej zmniejszone.

PL 201 850 B1

Powierzchniowa warstwa 13 według wynalazku może być złożona z jednej warstwy lub z więcej niż jednej warstwy. Grubość powierzchniowej warstwy 13 może być kontrolowana przez liczbę warstw tworzących tę warstwę powierzchniową. Jednakże z punktu widzenia uproszczenia procesu wytwarzania korzystnie powierzchniowa warstwa 13 złożona jest z jednej warstwy.

Wobec formy według niniejszego wynalazku nie muszą być stawiane żadne ograniczenia poza przedstawionymi powyżej, jednakże, aby polepszyć wytrzymałość struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego z cienkimi przegrodami, która prawdopodobnie jest mała ze względu na te cienkie przegrody, korzystnie części narożne 5 utworzone w miejscach przecięcia szczelin 2 formy 1 są zaokrąglone i mają kształt litery R. Ten kształt litery R nie jest szczególnie ograniczony, jeżeli ma naturalny promień, jednakże korzystnie ten kształt litery R ma promień krzywizny 15 - 80 μm.

Poniżej opisano sposób wytwarzania formy według wynalazku.

Na podstawie formy przez obróbkę skrawaniem, taką jak obróbka elektrochemiczna, obróbka elektroiskrowa lub szlifowanie, wykonuje się otwory do wprowadzania ceramicznego ciasta i szczeliny połączone z tymi otworami do wprowadzania ceramicznego ciasta. W etapie tym szerokość W szczelin może być określona jako nieco większa niż żądana końcowa szerokość i w dokładnym zakresie, który może być realizowany przez obróbkę elektrochemiczną, drążenie elektroiskrowe lub szlifowanie. Jednakże biorąc pod uwagę grubość warstwy uzyskiwanej przez powlekanie bezprądowe i naparowanie chemiczne korzystnie szerokość jest w zakresie 150 - 300 um. Można zastosować określoną liczbę szczelin w żądanym układzie, np. w układzie kratowym i w określonych odstępach zależnie od kształtu docelowej struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego. Korzystnie otwory do wprowadzania ceramicznego ciasta, które są połączone ze szczelinami, są wykonane tak, że są one otwarte na powierzchni podstawy formy przeciwległej wobec powierzchni, w której zostały wycięte szczeliny i w miejscach zgodnych z przecięciami szczelin.

Następnie na opisanej powyżej podstawie formy w procesie powlekania bezprądowego tworzy się warstwę podłoża.

Korzystnie warstwa podłoża według wynalazku jest wykonana tak, że szerokość szczeliny jest zmniejszona do takiego stopnia, że może ona mieć żądaną końcową szerokość, jeżeli warstwa powierzchniowa jest tworzona na warstwie podłoża przez naparowanie chemiczne, opisane dalej. Zwykle grubość warstwy podłoża wynosi 10 - 100 um, korzystnie 10 - 60 um, ponieważ trzeba również uwzględnić grubość, jaką można utworzyć w procesie zawierającym powlekanie bezprądowe. Tworzenie warstwy podłoża w procesie zawierającym powlekanie bezprądowe umożliwia nadanie częściom narożnym formy, utworzonym w miejscach przecięcia szczelin, kształtu litery R o naturalnym promieniu.

Korzystnie proces zawierający powlekanie bezprądowe według wynalazku przeprowadza się unikając tworzenia warstw tlenkowych w postaci mieszaniny.

Proces zawierający powlekanie bezprądowe, przeprowadzany według wynalazku jest (1 procesem tworzenia warstwy podłoża w jednym ciągłym powlekaniu bezprądowym, (2) procesem tworzenia warstwy podłoża w atmosferze gazu obojętnego przez powlekanie bezprądowe, (3) procesem tworzenia warstwy podłoża podczas mierzenia w roztworze służącym do powlekania bezprądowego szerokości szczeliny otrzymanej przez tworzenie warstwy podłoża na podstawie formy, (4) procesem tworzenia warstwy podłoża przez powlekanie bezprądowe i następnie tworzenie innej warstwy podłoża przez powlekanie elektrolityczne na utworzonej warstwie podłoża, albo (5) procesem tworzenia warstwy podłoża przez powlekanie bezprądowe i następnie trawienie powierzchni utworzonej warstwy podłoża rozcieńczonym kwasem azotowym, kwasem octowym itd. Każdy z tych procesów może być przeprowadzany oddzielnie, albo też można przeprowadzać łącznie dwa lub więcej procesów.

Przy wytwarzaniu warstwy podłoża w procesie (1), aby łatwo kontrolować grubość warstwy podłoża, pożądane jest najpierw przygotowanie wielu szablonów, na których wykonane są szczeliny o takiej samej szerokości jak szczeliny na podstawie formy i zanurzenie ich w kąpieli powlekającej, a następnie przeprowadzenie procesu z kontrolowaniem szerokości szczelin szablonów.

Przy tworzeniu warstwy podłoża w procesie (5), aby zapewnić, że warstwy tlenkowe nie są tworzone w warstwie podłoża, korzystne jest przeprowadzenie trawienia w atmosferze gazu obojętnego.

Korzystnie warstwa podłoża według wynalazku jest wykonana z materiału, który zawiera co najmniej jeden materiał wybrany z grupy złożonej z niklu, kobaltu i miedzi, jako główny składnik, a szczególnie korzystnie, który zawiera nikiel jako główny składnik, ponieważ warstwa podłoża utworzona z takiego materiału ma dużą wytrzymałość łączenia z warstwą powierzchniową opisaną dalej.

Powlekanie bezprądowe można przeprowadzać według konwencjonalnej procedury. Przykładowo

PL 201 850 B1 można je przeprowadzać z podgrzewaniem roztworu powlekającego zawierającego powyższy metal i ś rodek redukują cy, taki jak podchloryn sodowy, albo borowodorotlenek sodu, do okoł o 80 - 100°C i zanurzenie podstawy formy w tym roztworze powlekającym na okreś lony czas.

Narożne części przecięć szczelin mogą mieć kształt litery R o dowolnym promieniu krzywizny dzięki zmianie stężenia roztworu elektrolitycznego, materiałów do powlekania itd. przy tworzeniu warstwy podłoża przez powlekanie bezprądowe.

Po utworzeniu opisanej powyżej warstwy podłoża tworzy się warstwę powierzchniową przez naparowywanie chemiczne, które umożliwia dokładne kontrolowanie grubości tworzonej warstwy i wytwarzanie równomiernej warstwy tak, aby otrzymać szczeliny o szerokości co najwyżej 200 μm.

Gaz reakcyjny do stosowania przy naparowywaniu chemicznym według wynalazku złożony jest z WF6, C6H6 i H2. Aby szybko tworzyć warstwę powierzchniową zawierającą W3C, korzystnie stosunek molowy W/C jest ustawiany na 0,6 - 6, korzystniej 0,6 - 5, a szczególnie korzystnie 0,6 - 3.

Według wynalazku, kiedy przeprowadza się naparowywanie chemiczne, powyższy gaz reakcyjny wprowadza się do komory reakcyjnej, w której temperaturę atmosfery ustawia się na wartość 310 - 420°C, a ciśnienie ustawia się na wartość 1 - 35 Tr.

Kiedy temperatura atmosfery jest wyższa niż 420°C, nawet jeśli stosuje się powyższy gaz reakcyjny, powstaje warstwa powierzchniowa, która zawiera nie tylko cząstki W3C, ale również cząstki W2C o większej średnicy przy większej prędkości wytwarzania i mniejszej równomierności. W rezultacie powierzchnia otrzymanej formy jest chropowata, a chropowatość powierzchni jest nierównomierna w poszczególnych częściach, co powoduje duże wahania prędkości formowania wytłoczeniowego części formy i duże opory stawiane sile popychającej podczas formowania wytłoczeniowego. Z drugiej strony, kiedy temperatura atmosfery jest poniżej 310°C, powstaje z dużą prędkością warstwa powierzchniowa, która zawiera cząstki W, co powoduje niezadowalającą adhezję wobec warstwy podłoża. W związku z tym warstwa powierzchniowa będzie prawdopodobnie odwarstwiać się w czasie formowania wytłoczeniowego, powodując pogorszenie trwałości formy.

Kiedy ciśnienie w komorze reakcyjnej jest większe niż 35 Tr, ciśnienie cząstkowe gazu reakcyjnego jest zwiększone i zwiększa się również reaktywność, co prowadzi do utworzenia warstwy powierzchniowej zawierającej nie tylko cząstki W3C, ale również cząstki W2C o większej średnicy przy większej prędkości tworzenia warstw i gorszej równomierności. W rezultacie powierzchnia otrzymanej formy jest chropowata, przy czym chropowatość ta jest nierównomierna w poszczególnych częściach. Korzystnie powyższa temperatura atmosfery i ciśnienie są wybrane w zależności od końcowej szerokości docelowych szczelin w formie.

W szczególności, kiedy wytwarza się formę do wytłoczeniowego formowania struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego, im mniejsza staje się końcowa szerokość szczelin w formie, tym mniejsze jest natężenie przepływu gazu reakcyjnego przechodzącego na powierzchni podstawy formy. W takiej sytuacji można łatwo przyspieszyć reakcję gazu reakcyjnego o opisanym wyżej stężeniu. Tworzenie cząstek W2C zostaje przyspieszone i łatwo powstaje warstwa powierzchniowa, która zawiera nie tylko cząstki W3C, ale również cząstki W2C z dużą prędkością, co powoduje powstanie warstwy powierzchniowej, która jest nierównomierna i ma dużą chropowatość powierzchni. Z drugiej strony im większa staje się końcowa szerokość szczelin w formie, tym większe jest natężenie przepływu gazu reakcyjnego przechodzącego na powierzchni podstawy formy. W takiej sytuacji gaz reakcyjny o podanym powyżej stężeniu staje się mniej reaktywny. Prędkość tworzenia cienkiej warstwy zostaje zmniejszona, przez co maleje wydajność produkcyjna, a przyspieszone jest powstawanie cząstek W, co powoduje pogorszenie adhezji wobec warstwy podłoża.

Według wynalazku, aby utworzyć z dużą prędkością warstwę powierzchniową, która zawiera cząstki W3C, ma równomierną i niewielką chropowatość powierzchni oraz dobrą adhezję wobec warstwy podłoża, korzystnie jest wybrać warunki, w których gaz reakcyjny jest mniej reaktywny, to znaczy wybrać atmosferę o niższej temperaturze lub mniejszym ciśnieniu, kiedy to końcowa szerokość szczelin w formie maleje, natomiast korzystne jest wybranie warunków, w których gaz reakcyjny jest bardziej reaktywny, to znaczy wybranie atmosfery o wyższej temperaturze lub większym ciśnieniu, kiedy to końcowa szerokość szczelin w formie zostaje zwiększona.

Przykładowo, kiedy końcową szerokość szczelin ustawi się na 70 - 200 μm, korzystnie temperatura atmosfery w komorze reakcyjnej wynosi 320 - 400°C, korzystniej 340 - 370°C, a jeszcze korzystniej 340 - 360°C.

Podobnie, kiedy końcowa szerokość szczeliny jest ustawiona na 70 - 200 um, ciśnienie atmosfery w komorze reakcyjnej może wynosić 1 - 35 Tr, korzystniej 1 - 30 Tr.

PL 201 850 B1

Przykładowo, kiedy końcowa szerokość szczeliny jest ustawiona na 17 - 70 μm, korzystnie temperatura atmosfery w komorze reakcyjnej wynosi 310 - 380°C, korzystniej 330 - 370°C, a szczególnie korzystnie 340 - 360°C.

Podobnie, kiedy końcową szerokość szczeliny ustawi się na 15 - 70 um, ciśnienie atmosfery w komorze reakcyjnej wynosi korzystnie 1 - 30 Tr, korzystniej 1 - 20 Tr, jeszcze korzystniej 1 - 15 Tr, a szczególnie korzystnie 1 - 10 Tr.

W formie według niniejszego wynalazku całkowita grubość warstwy podłoża i warstwy powierzchniowej nie jest szczególnie ograniczona, a odpowiednią grubość można wybrać w zależności od szerokości szczelin utworzonych przez obróbkę skrawaniem, taką jak obróbka elektroiskrowa lub szlifowanie na początku.

Jednakże, aby opisane powyżej części narożne formy mogły mieć kształt litery R o promieniu umożliwiającym polepszenie wytrzymałości struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego, która ma być wytwarzana, i aby stosować możliwie małą liczbę procesów przy formowaniu warstw powlekających o żądanych właściwościach, dzięki czemu zmniejszają się koszty produkcji, korzystnie całkowita grubość warstwy podłoża i warstwy powierzchniowej wynosi 20 - 70 um. Kształt litery R może być utrzymywany przez tworzenie warstwy powierzchniowej o równomiernej grubości na warstwie podłoża przez naparowanie chemiczne.

Poniżej wynalazek opisano szczegółowo na podstawie jego praktycznych przykładów realizacji. Jednakże należy rozumieć, że przykłady te nie stanowią ograniczenia wynalazku.

P r z y k ł a d 1

Materiał płytowy z SUS obrobiono na tokarce i szlifierce, by otrzymać kwadratową płytkę 250 x 250 x 20 mm (długość x szerokość x grubość). Następnie szczeliny o szerokości 180 um i o głębokości 3,0 mm wycięto w odstępach 1,0 mm w jednej powierzchni czołowej tej kwadratowej płytki przez obróbkę elektroiskrową i szlifowanie. Inne szczeliny wycięto w taki sam sposób jak powyżej tak, że przebiegały one pod kątem prostym do poprzednio wyciętych szczelin. W międzyczasie wykonano otwory do wprowadzania ceramicznego ciasta o średnicy 1,0 mm i o głębokości 18 mm w odstępach 1,0 mm w drugiej powierzchni czołowej tej kwadratowej płytki przez obróbkę elektrochemiczną w taki sposób, aby ich osie środkowe były usytuowane w punktach przecięcia (co drugie przecięcie) nad wyciętymi szczelinami tak, że były one połączone ze szczelinami.

Następnie tak otrzymaną kwadratową płytkę obrabiano elektroiskrowo w celu otrzymania tarczy o zewnętrznej średnicy 200 mm, odtłuszczono i zanurzono w kąpieli 35% kwasu solnego na jedną minutę. Po takiej obróbce wstępnej tarczę powlekano w kąpieli z fosforanu niklu w jednej operacji ciągłego powlekania bezprądowego tak, aby utworzyć warstwę podłoża o grubości 40 um na jej powierzchni. W międzyczasie przygotowano wiele szablonów z tego samego materiału co podstawa formy i poddano je powlekaniu bezprądowemu w taki sam sposób jak powyżej. Podczas tej operacji powlekania szablony kolejno wyjmowano z biegiem czasu, aby kontrolować grubość ich warstw podłoża.

Następnie tarczę z utworzoną na jej powierzchni warstwą podłoża pozostawiono w spokoju w komorze reakcyjnej w temperaturze atmosfery 350°C i przy ciśnieniu atmosfery 10 Tr, poddawano naparowywaniu chemicznemu podczas doprowadzania gazu reakcyjnego zawierającego WF6, C6H6 i H2 (stosunek molowy W/C: 0,8) do tej komory reakcyjnej, by utworzyć powierzchniową warstwę o grubości 15 um i zamocowano w ramce, by uzyskać formę.

Tak otrzymana forma do wytłoczeniowego formowania struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego była taka, że jej szerokość szczeliny W wynosiła w przybliżeniu 70 um (180 - (40 + 15) x 2), a części narożne utworzone w miejscach przecięcia jej szczelin w układzie kratowym miały kształt litery R z promieniem krzywizny w przybliżeniu 35 um.

P r z y k ł a d 2 i p o r ó w n a w c z e p r z y k ł a d y 1, 2

Formy do stosowania przy kształtowaniu struktur komórkowych podobnych do plastra pszczelego otrzymano w taki sam sposób jak w przykładzie 1 z tym wyjątkiem, że tarcze z utworzoną na ich powierzchniach warstwą podłoża pozostawiono w spokoju w komorze reakcyjnej w temperaturze atmosfery 330°C, 400°C i 300°C, a ciśnienie atmosfery wynosiło 10 Tr tak, że podlegały one naparowywaniu chemicznemu. Tak otrzymane formy przeznaczone do wytłoczeniowego formowania struktur komórkowych podobnych od plastra pszczelego były takie, że szerokość W ich szczelin wynosiła w przybliżeniu 70 um, a części narożne utworzone na przecięciach ich szczelin w układzie kratowym miały kształt litery R z promieniem krzywizny w przybliżeniu 35 um.

PL 201 850 B1

Ocena

W formie z przykładu 1, poddanej naparowywaniu chemicznemu w temperaturze atmosfery 350°C jej powierzchnia była równomiernie błyszcząca. Obserwacja pod mikroskopem elektronowym wykazała, że powierzchnia była utworzona z cząstek o średnicy co najwyżej 0,5 L m i o przeciętnej średnicy 0,1 L m i miała równomierną chropowatość. Przy analizowaniu materiału warstwy powierzchniowej na podstawie dyfrakcji promieni rentgenowskich otrzymane widma były przeważnie widmami W3C. Przy stosowaniu formy do formowania wytłoczeniowego ciasta ceramicznego zawierającego surowiec kordierytowy jako główny składnik otrzymywano strukturę komórkową podobną do plastra pszczelego z przegrodami o grubości 70 L m bez powodowania słabego formowania.

Natomiast w przypadku formy z przykładu 2 poddanej naparowywaniu chemicznemu przy temperaturze atmosfery 330°C jej powierzchnia była mniej błyszcząca niż w przykładzie 1. Obserwacje pod mikroskopem elektronowym wykazały, że cała powierzchnia była złożona z cząstek o średnicy nie większej niż 1,0 L m i o przeciętnej średnicy 0,5 L m, a cząstki o każdej średnicy miały nieco nierównomierny rozkład. Przy analizowaniu materiału warstwy powierzchniowej na podstawie dyfrakcji promieni rentgenowskich, chociaż otrzymane widma były przeważnie widmami W3C, istniały mieszane piki widma wolframu wysokiego stopnia porównywanego z formą z przykładu 1. Przy stosowaniu tej formy do wytłoczeniowego formowania ciasta ceramicznego zawierającego surowiec kordierytowy jako główny składnik, chociaż bez powodowania słabego formowania otrzymywano strukturę komórkową podobną do plastra pszczelego z przegrodami o grubości 70 L m ciśnienie oporów podczas formowania wytłoczeniowego było zwiększone w porównaniu z formą z przykładu 1.

W formie z porównawczego przykładu 1, poddanej naparowywaniu chemicznemu przy temperaturze atmosfery 400°C jej powierzchnia była pozbawiona połysku. Obserwacje pod mikroskopem elektronowym wykazały, że cała powierzchnia była utworzona z cząstek o średnicy 2 - 6 L m (przeciętna średnica 3 L m), a cząstki o każdej średnicy miały nierównomierny rozkład. Przy analizowaniu materiału warstwy powierzchniowej na podstawie dyfrakcji promieni rentgenowskich otrzymane widma były przeważnie widmami W2C. Przy użyciu formy do wytłoczeniowego formowania ciasta ceramicznego zawierającego surowiec kordierytowy jako główny składnik, tak aby wytworzyć strukturę komórkową podobną do plastra pszczelego prędkość formowania wytłoczeniowego zmieniała się w szerokim zakresie dla poszczególnych części formy i w rezultacie nie została wytworzona struktura komórkowa podobna do plastra pszczelego. Ciśnienie oporów podczas formowania wytłoczeniowego było zwiększone w porównaniu z formą z przykładu 2.

W formie z porównawczego przykładu 2, poddanej naparowywaniu chemicznemu przy temperaturze atmosfery 300°C powierzchnia formy miała znacznie słabszy połysk. Obserwacja powierzchni i przekroju formy pod mikroskopem elektronowym wykazała, że powierzchnia była utworzona z cząstek o średnicy co najwyżej 3 L m i o przeciętnej średnicy 2 L m, a część warstwy powierzchniowej odwarstwiała się od warstwy podłoża. Przy analizowaniu materiału warstwy powierzchniowej przy użyciu dyfrakcji promieni rentgenowskich otrzymane widma były przeważnie widmami wolframu. Przy użyciu formy do wytłoczeniowego formowania ciasta ceramicznego zawierającego surowiec kordierytowy jako główny składnik, tak aby wytworzyć strukturę komórkową podobną do plastra pszczelego, warstwa powierzchniowa formy odwarstwiała się w krótkim czasie. Wyniki podsumowano w tablicy 1.

T a b l i c a 1

	Temp. atmosfery (°C)	Materiał warstwy powierzchniowej	Chropowatość powierzchni formy	Ciśnienie oporów	Zdolność formowa- nia	Właściwości odwarstwia- nia	Przeciętna średnica cząstek (Lm)	Maksy- malna średnica cząstek (pm)
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Przykład porównawczy 1	400	W2C zmieszany w dużej ilości	duża, nierównomierna	duże	słaba	nie odwarstwia się	3,0	6,0

PL 201 850 B1 cd. tablicy 1

1	2	3	4	5	6	7	8	9
Przykład 1	350	W3C występuje w dużej ilości	mała, równomierna	małe	zadowala- jąca	nie odwarstwia się	0,1	0,5
Przykład 2	330	W zmieszany w małej ilości	nieco większa, nieco nierównomierna	nieco większe	zadowala- jąca	nie odwarstwia się	0,5	1,0
Przykład porównawczy 2	300	W zmieszany w dużej ilości	nieco większa, nierównomierna	-	-	odwarstwia się	2,0	3,0

* Tablica 1 przedstawia wyniki otrzymane przy ustawieniu ciśnienia atmosfery 10 Tr i końcowej szerokości szczelin 70 μm.

P r z y k ł a d 3

Najpierw płytkę z SUS obrabiano na tokarce i szlifierce, by otrzymać kwadratową płytkę 250 x 250 x 20 mm (długość x szerokość x grubość). Następnie wycięto w odstępach 1,5 mm w jednej powierzchni końcowej tej kwadratowej płytki przez drążenie elektroiskrowe i szlifowanie szczeliny o szerokości 180 μm i głębokości 3,0 mm. Inne szczeliny wycięto w taki sam sposób jak powyżej tak, że były one usytuowane pod kątem prostym do poprzednio wyciętych szczelin. W międzyczasie w drugiej powierzchni końcowej kwadratowej płytki przez drążenie elektroiskrowe wykonano otwory do wprowadzania ceramicznego ciasta o średnicy 1,40 mm i o głębokości 18 mm w odstępach 1,5 mm w taki sposób, aby ich osie środkowe były usytuowane na przecięciach (co drugie przecięcie) wyciętych poprzednio szczelin tak, by były one połączone z tymi szczelinami.

Następnie tak otrzymaną kwadratową płytkę obrabiano przez drążenie elektroiskrowe, by otrzymać tarczę o zewnętrznej średnicy 200 mm, odtłuszczono i zanurzono w kąpieli 35% kwasu solnego na jedną minutę. Po takiej obróbce wstępnej tarczę tę powlekano w kąpieli fosforanu niklu w jednej ciągłej operacji powlekania bezprądowego tak, aby utworzyć warstwę podłoża o grubości 25 μm na jej powierzchni. W międzyczasie przygotowano wiele szablonów z takiego samego materiału jak podstawa formy i poddano je powlekaniu bezprądowemu w taki sam sposób jak powyżej. Podczas tej operacji powlekania szablony te kolejno wyjmowano w miarę upływu czasu, aby kontrolować grubość ich warstw podłoża.

Następnie tarczę z warstwą podłoża utworzoną na jej powierzchni pozostawiono w spokoju w komorze reakcyjnej przy temperaturze atmosfery 350°C i przy ciśnieniu atmosfery 10 Tr, poddano naparowywaniu chemicznemu z doprowadzaniem gazu reakcyjnego złożonego z WF6, C6H6 i H2 (stosunek molowy W/C: 0,8) do komory reakcyjnej, by utworzyć powierzchniową warstwę o grubości 15 μm i zamontowano w ramce, by utworzyć formę.

Tak otrzymana forma do formowania wytłoczeniowego struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego była taka, że jej przeciętna szerokość W szczelin wynosiła 100 μm (180 - (25 + 15) x 2), a części narożne utworzone w miejscach przecięcia jej szczelin w układzie kratowym miały kształt litery R o promieniu krzywizny w przybliżeniu 25 μm.

P r z y k ł a d y 4, 5 i p r z y k ł a d y p o r ó w n a w c z e 3, 4

Formy do wytłoczeniowego formowania struktur komórkowych podobnych do plastra pszczelego otrzymywano w taki sam sposób jak w przykładzie 3 z tym wyjątkiem, że krążki z warstwą podłoża utworzoną na ich powierzchni pozostawiano w spokoju w komorach reakcyjnych w temperaturze atmosfery 400°C, 330°C, 300°C i 450°C przy ciśnieniu atmosfery 10 Tr, tak że podlegały one naparowywaniu chemicznemu, by utworzyć powierzchniową warstwę o grubości 15 μm na warstwie podłoża.

Otrzymane w ten sposób formy były takie, że szerokość ich szczelin wynosiła w przybliżeniu 100 μm, a części narożne utworzone w miejscach przecięcia ich szczelin w układzie kratowym miały kształt litery R z promieniem krzywizny około 25 μm.

Ocena

Wyniki otrzymane z przykładów 3, 4 i z porównawczych przykładów 3, 4 miały zasadniczo taką samą tendencję jak wyniki z przykładów 1,2 i z porównawczych przykładów 1, 2, gdzie końcowa szePL 201 850 B1 rokość szczeliny była ustawiona na 70 um. Jednakże w formie z przykładów 3, 4 i porównawczych przykładów 3, 4 zaobserwowano, że odpowiedni zakres temperatury atmosfery naparowywania chemicznego był przesunięty w kierunku wyższej temperatury, ponieważ ich końcowa szerokość szczeliny była ustawiona na 100 um. Poniżej przedstawiono ocenę wyników dla każdego przykładu i porównawczego przykładu.

W formie z przykładu 3 poddanej naparowywaniu chemicznemu w temperaturze atmosfery 350°C jej powierzchnia była równomiernie błyszcząca. Obserwacje pod mikroskopem elektronowym wykazały, że powierzchnia ta była złożona z cząstek o średnicy co najwyżej 0,5 um i o przeciętnej średnicy 0,1 um i miała równomierną chropowatość. Przy analizowaniu materiału tej warstwy powierzchniowej na podstawie dyfrakcji promieni rentgenowskich otrzymywano głównie widma W3C.

Przy stosowaniu takiej formy do formowania wytłoczeniowego ciasta ceramicznego zawierającego surowiec kordierytowy, jako główny składnik, oraz suszenia i wypalania otrzymanego uformowanego produktu otrzymano bez pogorszenia formowania strukturę komórkową podobną do plastra pszczelego z przegrodami o grubości 100 um.

Natomiast w formie z przykładu 4, poddanej naparowaniu chemicznemu w temperaturze atmosfery 400°C powierzchnia formy była mniej błyszcząca niż w przykładzie 3. Obserwacje pod mikroskopem elektronowym wykazały, że cała powierzchnia była utworzona z cząstek o średnicy co najwyżej 5 um i o przeciętnej średnicy 2 um, a cząstki o każdej średnicy miały rozkład nieco nierównomierny. Przy analizowaniu materiału warstwy powierzchniowej na podstawie dyfrakcji promieni rentgenowskich, chociaż otrzymane widma były głównie widmami W3C, występowały mieszane widma W2C w dużej ilości w porównaniu z formą z przykładu 3.

Przy wykorzystaniu tej formy do formowania wytłoczeniowego ciasta ceramicznego zawierającego surowiec kordierytowy jako główny składnik oraz suszenia i wypalania otrzymanego uformowanego produktu, chociaż struktura komórkowa podobna do plastra pszczelego z przegrodami o grubości około 100 um została uzyskana bez pogorszenia formowania, ciśnienie oporów podczas formowania wytłoczeniowego było nieco zwiększone w porównaniu z formą z przykładu 3.

Forma z porównawczego przykładu 3 poddana naparowaniu chemicznemu w temperaturze atmosfery 450°C miała powierzchnię pozbawioną połysku. Obserwacje pod mikroskopem elektronowym wykazały, że cała powierzchnia była utworzona z cząstek o średnicy 3 - 10 um (przeciętna średnica 4 um), a cząstki o każdej średnicy miały nierównomierny rozkład. Ponadto grubość warstwy powierzchniowej tych części, gdzie wycięte zostały szczeliny, była nierównomierna od wewnątrz szczelin do otworów tych szczelin, a obserwowana różnica grubości wynosiła 20x. Przy analizowaniu materiału warstwy powierzchniowej na podstawie dyfrakcji promieni rentgenowskich otrzymywane widma były głównie widmami W2C. Przy wykorzystywaniu tej formy do formowania wytłoczeniowego ciasta ceramicznego zawierającego kordierytowy surowiec jako główny składnik tak, aby utworzyć strukturę komórkową podobną do plastra pszczelego, prędkość formowania wytłoczeniowego zmieniała się znacznie dla poszczególnych części formy i w rezultacie nie wytworzono struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego. Ciśnienie oporów podczas formowania wytłoczeniowego było zwiększone w porównaniu z formą z przykładu 4.

W formie z przykładu 5, poddanej naparowaniu chemicznemu w temperaturze atmosfery 330°C powierzchnia formy była mniej błyszcząca w porównaniu z przykładem 3. Obserwacje powierzchni pod mikroskopem elektronowym wykazały, że cała powierzchnia była utworzona z cząstek o średnicy co najwyżej 1 um i o przeciętnej średnicy 0,5 um, a cząstki o każdej średnicy miały nieco nierównomierny rozkład. Przy analizowaniu materiału warstwy powierzchniowej na podstawie dyfrakcji promieni rentgenowskich, chociaż otrzymane widma były głównie widmami W3C, występowały piki mieszane widm wolframu silniej niż w przypadku formy z przykładu 3. Przy wykorzystywaniu takiej formy do formowania wytłoczeniowego ciasta ceramicznego zawierającego surowiec kordierytowy jako główny składnik, chociaż bez pogorszenia formowania otrzymywano strukturę komórkową podobną do plastra pszczelego o grubości przegród 100 um, ciśnienie oporów podczas formowania wytłoczeniowego było nieco zwiększone w porównaniu z formą z przykładu 3.

W formie według porównawczego przykładu 4, poddanej naparowaniu chemicznemu przy temperaturze atmosfery 300°C powierzchnia miała znacznie gorszy połysk. Obserwacje powierzchni i przekroju formy pod mikroskopem elektronowym wykazały, że powierzchnia była utworzona z cząstek o średnicy co najwyżej 3 um i o przeciętnej średnicy 2 um, a część warstwy powierzchniowej odwarstwiła się od warstwy podłoża. Przy analizowaniu materiału warstwy powierzchniowej na podstawie dyfrakcji promieni rentgenowskich otrzymane widma były głównie widmami wolframu. Przy

PL 201 850 B1 wykorzystywaniu tej formy do formowania wytłoczeniowego ciasta ceramicznego złożonego z surowca kordierytowego jako głównego składnika, by wytworzyć strukturę komórkową podobną do plastra pszczelego, warstwa powierzchniowa formy w krótkim czasie odwarstwiła się. Wyniki te zestawiono w tablicy 2.

T a b l i c a 2

	Temp. Atmosfery (°C)	Materiał warstwy powierzchniowej	Chropowatość powierzchni formy	Ciśnie- nie oporów	Zdolność formowa- nia	Właściwości odwarstwia- nia	Przeciętna średnica cząstek (um)	Maksymalna średnica cząstek (um)
Przykład porównawczy 3	450	W2C zmieszany w dużej ilości	duża, nierównomierna	duże	słaba	nie odwarstwia się	4,0	10,0
Przykład 4	400	W2C zmieszany w nieco większej ilości	nieco duża i nieco nierównomierna	nieco duże	nieco słaba	nie odwarstwia się	2,0	5,0
Przykład 3	350	W3C w dużej ilości	mała, równomierna	małe	zadowala- jąca	nie odwarstwia się	0,1	0,5
Przykład 5	330	W zmieszany w małej ilości	nieco duża, nieco nierównomierna	nieco duże	zadowala- jąca	nie odwarstwia się	0,5	1,0
Przykład porównawczy 4	300	W zmieszany w dużej ilości (grubość jest nierównomierna)	nieco duża, równomierna	-	-	odwarstwia się	2,0	3,0

* Tablica 2 przedstawia wyniki otrzymane przy ustawianiu ciśnienia atmosfery na 10 Tr i końcowej szerokości szczeliny na 100 um.

P o r ó w n a w c z y p r z y k ł a d 5, p r z y k ł a d 6

Formy otrzymano w taki sam sposób jak w przykładzie 1, z tym wyjątkiem, że krążki z warstwą podłoża utworzoną na ich powierzchniach pozostawiono w spokoju w komorach reakcyjnych przy ciśnieniu atmosfery 50 Tr i 30 Tr oraz przy temperaturze atmosfery 350°C tak, że poddawane były one naparowywaniu chemicznemu.

Tak otrzymane formy miały szerokość swych szczelin około 70 um i części narożne w miejscach przecięcia ich szczelin w układzie kratowym w kształcie litery R o promieniu krzywizny około 35 um.

Ocena

W formie z przykładu 6 poddanej naparowaniu chemicznemu przy ciśnieniu atmosfery 30 Tr jej powierzchnia była częściowo mniej błyszcząca niż w przykładzie 1. Obserwacje pod mikroskopem elektronowym wykazały, że cała powierzchnia była utworzona z cząstek o średnicy co najwyżej 5 um i o przeciętnej średnicy 2 um, a cząstki o dużej średnicy (w przybliżeniu 5 um) były lokalnie rozłożone nierównomiernie. Przy analizowaniu materiału warstwy powierzchniowej na podstawie dyfrakcji promieni rentgenowskich, chociaż otrzymane widma były głównie widmami W3C, występowały mieszane widma W2C w dużej ilości w porównaniu z formą z przykładu 1. Przy wykorzystywaniu formy do formowania wytłoczeniowego ciasta ceramicznego zawierającego surowiec kordierytowy jako główny składnik, chociaż bez pogorszenia formowania otrzymano strukturę komórkową podobną do plastra pszczelego z przegrodami o grubości 70 um, ciśnienie oporów podczas formowania wytłoczeniowego było nieco większe w porównaniu z formą z przykładu 1.

W formie z porównawczego przykładu 5 poddanej naparowaniu chemicznemu przy ciśnieniu atmosfery 50 Tr lokalnie wystąpiły na jej powierzchni części pozbawione połysku. Obserwacje pod mikroskopem elektronowym wykazały, że powierzchnia utworzona była z cząstek o średnicy 2 - 10 um (przeciętna średnica 4 um), a cząstki o dużej średnicy (około 10 um) były lokalnie nierównomiernie rozłożone na częściach pozbawionych połysku. Przy analizowaniu materiału warstwy powierzchniowej na podstawie dyfrakcji promieni rentgenowskich stwierdzono, że cząstki W2C były zmieszane w dużej ilości na częściach pozbawionych połysku. Przy wykorzystywaniu tej formy do formowania wytłoczeniowego ciasta ceramicznego zawierającego surowiec kordierytowy jako główny składnik, prędkość formowania wytłoczeniowego zmieniała się znacznie dla poszczególnych części formy i w rezultacie

PL 201 850 B1 nie wytworzono struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego. Ciśnienie oporów podczas formowania wytłoczeniowego było zwiększone w porównaniu z formą z przykładu 3. Wyniki zestawiono w tablicy 3.

T a b l i c a 3

	Temp. atmosfery (°C)	Materiał warstwy powierzchniowej	Chropowatość powierzchni formy	Ciśnienie oporów	Zdolność formowa- nia	Przeciętna średnica cząstek (um)	Maksymalna średnica cząstek (um)
Przykład porównawczy 5	50	W2C lokalnie zmieszany w dużej ilości	duża, nierównomierna	duże	słaba	4 (lokalnie nierównomiernie rozłożona)	10,0
Przykład 6	30	W2C lokalnie zmieszany w małej ilości	nieco duża, nieco nierównomierna	nieco duże	nieco słaba	2 (lokalnie nierównomiernie rozłożona)	5,0
Przykład 1	10	W3C występujący w dużej ilości	mała, równomierna	małe	zadowala- jąca	0,1	0,5

* Tablica 3 przedstawia wyniki otrzymane przy ustawianiu temperatury atmosfery na 350°C i końcowej szerokości szczeliny na 70 um.

P r z y k ł a d p o r ó w n a w c z y 6, p r z y k ł a d 7

Formy otrzymano w taki sam sposób jak w przykładzie 3, z tym wyjątkiem, że krążki z warstwą podłoża utworzoną na ich powierzchniach pozostawiono w spokoju w komorach reakcyjnych przy ciśnieniu atmosfery 50 Tr i 30 Tr oraz przy temperaturze atmosfery 350°C tak, że były one poddane naparowywaniu chemicznemu.

Otrzymane formy do wykorzystywania przy formowaniu struktur komórkowych podobnych do plastra pszczelego były takie, że szerokość ich szczelin wynosiła około 100 um, a ich części narożne utworzone w miejscach przecięcia szczelin w układzie kratowym miały kształt litery R o promieniu krzywizny około 25 um.

Ocena

Wyniki otrzymane z porównawczego przykładu 6 i z przykładu 7 miały zasadniczo taką samą tendencję jak wyniki z przykładów 1, 6 oraz z porównawczego przykładu 5, gdzie końcową szerokość szczeliny ustawiono na 70 um. Jednakże w formie według porównawczego przykładu 6 i przykładu 7 zaobserwowano, że zakres ciśnienia atmosfery naparowywania chemicznego był przesunięty w kierunku wyższej wartości ciśnienia, ponieważ końcowa szerokość szczelin była ustawiona na 100 um. Poniżej wyniki oceny zostaną opisane dla każdego przykładu i przykładu porównawczego.

W formie z przykładu 7, poddanej naparowaniu chemicznemu przy ciśnieniu atmosfery 30 Tr otrzymano zadowalające wyniki, prawie takie same jak w przykładzie 3.

Natomiast w formie z porównawczego przykładu 6, poddanej naparowaniu chemicznemu przy ciśnieniu atmosfery 50 Tr lokalnie występowały na jej powierzchni części pozbawione połysku. Obserwacja pod mikroskopem elektronowym wykazała, że powierzchnia ta była złożona z cząstek o średnicy 2 - 8 um (przeciętna średnica 3 um), a cząstki o dużej średnicy (około 10 um) były lokalnie rozłożone nierównomiernie na częściach pozbawionych połysku. Przy analizowaniu materiału warstwy powierzchniowej na podstawie dyfrakcji promieni rentgenowskich stwierdzono, że cząstki W2C były zmieszane w dużej ilości w częściach pozbawionych połysku. Przy stosowaniu tej formy do formowania wytłoczeniowego ceramicznego ciasta zawierającego kordierytowy surowiec jako główny składnik prędkość formowania wytłoczeniowego zmieniała się w szerokim zakresie dla poszczególnych części formy i w rezultacie nie wytworzono struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego. Ciśnienie oporów podczas formowania wytłoczeniowego było zwiększone w porównaniu z formą z przykładu 7. Wyniki zestawiono w tablicy 4.

PL 201 850 B1

T a b l i c a 4

	Ciśnienie atmosfery (°C)	Materiał warstwy powierzch- niowej	Chropowa- tość powierzchni formy	Ciśnienie oporów	Zdolność formowa- nia	Przeciętna średnica cząstek (Lm)	Maksymalna średnica cząstek (Lm)
Przykład porównawczy 6	50	W2C lokalnie zmieszany w dużej ilości	duża, nierównomierna	duże	słaba	3,0 (lokalnie nierównomiernie rozłożone)	8,0
Przykład 7	30	W3C występujący w dużych ilościach	mała, równomierna	małe	zadowala- jąca	0,4	1,0
Przykład 3	10	W3C występujący w dużych ilościach	mała, nierównomierna	małe	zadowala- jąca	0,1	0,5

* Tablica 4 przedstawia wyniki otrzymane przy ustawieniu temperatury atmosfery na 350°C i końcowej szerokości szczeliny na 100 Lm.

Jak opisano, opracowana została forma do formowania wytłoczeniowego struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego, która może ograniczać wahania prędkości formowania wytłoczeniowego poszczególnych części i opory stawiane sile popychającej, powodowane podczas formowania wytłoczeniowego, by były bardzo małe. Ponadto forma ta jest znacznie lepsza pod względem oporów tarcia swej powierzchni, a zatem jest odpowiednia do formowania struktur komórkowych podobnych do plastra pszczelego z przegrodami tak cienkimi, jak 70 L m lub mniej. Wynalazek obejmuje również sposób wytwarzania takiej formy.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Forma do wytłoczeniowego formowania struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego, zawierająca podstawę formy, posiadającą otwory doprowadzania ciasta ceramicznego i szczeliny połączone z tymi otworami; warstwę podłoża, która zgrubnie określa końcową szerokość szczelin oraz warstwę powierzchniową, która dokładnie określa końcową szerokość szczelin, utworzone na podstawie formy w podanej kolejności, tak że końcowa szerokość szczelin wynosi 15 - 200 L m, znamienna tym, że warstwa powierzchniowa jest wykonana z cząstek węglika wolframu o przeciętnej średnicy nie większej niż 5 L m, zawierających W3C, jako główny składnik.
2. Forma według zastrz. 1, znamienna tym, że warstwa podłoża o grubości 10 - 100 L m i powierzchniowa warstwa o grubości 1 - 30 L m są utworzone na podstawie formy w podanej kolejności.
3. Forma według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że warstwa powierzchniowa formy zawiera jako składnik główny cząstki W3C o przeciętnej średnicy nie większej niż 5 L m i o maksymalnej średnicy nie większej niż 5 L m.
4. Forma według zastrz. 3, znamienna tym, że szerokość szczelin wynosi 15 - 70 L m.
5. Sposób wytwarzania formy do wytłoczeniowego formowania struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego, obejmujący formowanie warstwy podłoża w procesie obejmującym powlekanie bezprądowe podstawy formy posiadającej otwory wprowadzania ciasta ceramicznego i szczeliny połączone z tymi otworami oraz tworzenie powierzchniowej warstwy na warstwie podłoża przez naparowywanie chemiczne tak, aby utworzyć szczeliny o podanej szerokości (np. 10 - 200 L m), znamienny tym, że formowanie warstwy powierzchniowej przez naparowywanie chemiczne przeprowadza się doprowadzając gaz reakcyjny złożony z WF6, C6H6 i H2 do komory reakcyjnej w temperaturze atmosfery 310 - 420°C i pod ciśnieniem atmosfery 1 - 35 Tr.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że stosunek molowy W/C w gazie reakcyjnym wynosi 0,6 - 6.
7. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że formowanie warstwy powierzchniowej przez naparowywanie chemiczne przeprowadza się doprowadzając gaz reakcyjny złożony z WF6,

PL 201 850 B1

C6H6 i H2 do komory reakcyjnej w temperaturze atmosfery 310 - 380°C pod ciśnieniem atmosfery 1 - 30 Tr tak, aby uzyskać szczeliny o szerokości 15 - 70 um.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że tworzenie warstwy powierzchniowej przez naparowywanie chemiczne przeprowadza się w temperaturze atmosfery 340 - 360°C.