PL203477B1 - Sposób wytwarzania struktury ceramicznej - Google Patents

Description

Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania struktury ceramicznej, zw laszcza porowatej struktury ceramicznej, przez zmieszanie wst epnie spienionej zywicy w ceramicznym surowcu, bez konieczno sci stosowania du zej ilo sci palnego proszku. Znany jest sposób wytwarzania porowatej struktury ceramicznej, w którym palne proszki z w e- gla, m aki pszennej, zywic itp. s a mieszane z surowcem ceramicznym. Z mieszaniny tej jest formowa- na i nast epnie wypalana kszta ltka. Podczas wypalania palny proszek zostaje spalony. Problemem wyst epuj acym przy stosowaniu tego sposobu jest p ekanie kszta ltki podczas wypalania, zw laszcza je zeli do ceramicznego surowca wprowadzona jest du za ilo sc palnego proszku. Znany jest sposób wytwarzania porowatej kordierytowej struktury typu plastra pszczelego (ja- po nski wy lo zeniowy opis patentowy nr 9-77573), w którym zastosowano organiczny srodek piano- twórczy zdolny do spieniania przy temperaturze 100°C lub poni zej. Problemy zwi azane z tym sposo- bem polegaj a na tym, ze uformowana kszta ltka zostaje latwo odkszta lcana, poniewa z do spienienia organicznego srodka pianotwórczego konieczne jest podgrzanie, a ponadto materia l, który umo zliwia wyt laczanie musi by c materia lem o du zej lepko sci, ale taki materia l utrudnia powstawanie porów, pod- czas pienienia si e organicznego srodka pianotwórczego. W japo nskim opisie patentowym JP-1176285 ujawniono wytwarzanie struktury ceramicznej przez uformowanie matrycy w kszta lcie cylindra, nast epnie impregnacj e tego cylindra zawiesin a cera- miczn a, usuwanie nadmiaru zawiesiny oraz suszenie pianki nadmuchem powietrza. Zaimpregnowany cylinder jest owijany nieorganiczn a w lóknin a tak a jak Alumina, po czym jest suszony i kalcynowany w temperaturze 1300-1400°C przez oko lo 7 godzin. Uzyskuje si e docelowy, komórkowy cylinder ce- ramiczny o trójwymiarowej strukturze sieci, maj acy warstw e zewn etrzn a sk ladaj ac a si e z nieorganicz- nych w lókien. W procesie wypalania pianka poliuretanowa zanika (etap ten odpowiada operacji uzy- skiwania struktury plastra pszczelego). Z opisu patentowego JP A 1219076 jest znane wtryskiwanie do formy zawiesiny przygotowanej przez zmieszanie proszku ceramicznego, rozp ecznionych pere lek zywicznych, rozpuszczalnika z wo- d a albo samego rozpuszczalnika. W tym sposobie mo zna stosowa c pere lki zywicy, poniewa z zawiesi- na jest p lynna, a proces formowania wtryskowego nie uszkadza pere lek. Niemniej jednak taka zawie- sina nie mog laby by c stosowana w procesie wyt laczania, poniewa z pere lki zywicy zawieszone w p lyn- nym srodowisku rozpuszczalnika zosta lyby zmia zd zone podczas wyt laczania, a w lasny ciezar formo- wanego korpusu nie pozwoli lby na utrzymanie po zadanego kszta ltu. Przedmiotowy wynalazek opracowano aby wyeliminowa c wady i problemy wyst epuj ace przy re- alizacji znanych sposobów, a zw laszcza zeby otrzyma c struktur e ceramiczn a o du zej porowato sci bez stosowania du zych ilo sci palnego proszku. Zgodnie z wynalazkiem sposób wytwarzania struktury ceramicznej polega na mieszaniu ceramicz- nego surowca oraz wst epnie spienionej zywicy i plastyfikatora, a z do utworzenia ciasta, z którego kszta ltuje si e przez wyt laczanie kszta ltk e, któr a nast epnie wypala si e i otrzymuje porowat a struktur e ceramiczn a. Sposób charakteryzuje si e tym, ze ciasto formuje si e w lity cylinder o podstawie ko lowej o srednicy 25 mm i o d lugo sci 30 mm za pomoc a podci snieniowej mieszarki, przy czym pozorny modu l spr ezysto sci tego cylindra, mierzony przy sciskaniu 1 mm/s wynosi 1,5 MPa lub wi ecej oraz 3,0 MPa lub mniej. Korzystnie wytwarza si e struktur e ceramiczn a, która jest struktur a plastra pszczelego, a zw lasz- cza jest filtrem typu plastra pszczelego, posiadaj acym wiele przelotowych otworów na koncowej po- wierzchni strony dop lywu spalin i na ko ncowej powierzchni strony wyp lywu spalin, przy czym te przelo- towe otwory s a na przemian zamkni ete przy jednej ze swych dwóch powierzchni ko ncowych. Korzystnie w sposobie wed lug wynalazku struktura ceramiczna jako g lówne sk ladniki zawiera: kordieryt, w eglik krzemu (SiC) i/lub w eglik krzemu (SiC) i metaliczny krzem (Si). W sposobie wed lug wynalazku korzystnie ciasto wyt lacza si e do do lu i pionowo, a ilo sc doda- wanej spienionej zywicy wynosi 0,5-10% wag, a korzystniej 1-5% wag. W sposobie wed lug wynalazku korzystnie stosuje si e spienion a zywic e, w której przeci etna srednica cz astek wynosi 2-200 µm, a grubo sc pow loki spienionej zywicy wynosi 0,01-1,0 µm. Krótki opis rysunku Fig. 1 jest wykresem przedstawiaj acym lini a prost a pozorny modu l spr ezysto sci otrzymany z za- le zno sci pomi edzy obciazeniami, a przemieszczeniami zmierzonymi za pomoc a urz adzenia zapisu wykre slnego.PL 203 477 B1 3 W odró znieniu od stanu techniki, gdzie surowiec ceramiczny miesza si e ze srodkiem pianotwór- czym w sposobie wed lug wynalazku surowiec ceramiczny miesza si e ze wst epnie spienion a zywic a. Zachowanie okre slonych parametrów powoduje, ze w uformowanej kszta ltce nie nast epuj a zadne odkszta lcenia, a po zadane pory s a wprowadzane do wyt laczanej struktury bez konieczno sci u zycia palnego proszku. W sposobie wed lug wynalazku, okre sla si e twardo sc wytwarzanego ciasta. W la sciwy parametr zostaje zapewniony przez ukszta ltowanie litego cylindra o podstawie ko lowej, o srednicy 25 mm i o d lugo sci 30 mm za pomoc a mieszarki podci snieniowej, przy czym pozorny modu l spr ezysto sci tego cylindra, mierzony przy pr edko sci sciskania 1 mm/s, wynosi 3,0 MPa lub mniej, a korzystniej 2,5 MPa lub mniej. Je zeli pozorny modu l sprezysto sci jest wi ekszy niz 3,0 MPa, to znaczy twardo sc ciasta jest wi eksza ni z przewidziana zgodnie ze sposobem wed lug wynalazku, to wówczas nacisk wywierany na to ciasto podczas zagniatania, wyrabiania i/lub formowania staje si e tak du zy, ze pianka zywiczna jest kruszona i skutecznosc tworzenia porów zmniejsza si e. Je zeli natomiast pozorny modu l spr ezysto sci jest mniejszy ni z 1,5 MPa, to znaczy twardo sc cia- sta jest mniejsza ni z warto sc przewidziana zgodnie ze sposobem wed lug wynalazku, wówczas mo zli- wo sc utrzymania kszta ltu uformowanej kszta ltki nie jest wystarczaj aco du za i uformowana kszta ltka podlega odkszta lceniu pod swym w lasnym ciezarem. Wed lug przedmiotowego wynalazku ilo sc dodawanej spienionej zywicy wynosi korzystnie 0,5- 10% wag., a korzystniej 1-5% wag. ca lkowitej ilo sci mieszaniny (lub ciasta). Kiedy dodawana ilo sc spienionej zywicy jest mniejsza ni z 0,5% wag., ilo sc porów jest niewystarczaj aca, a ponadto pomimo, ze pozorny modu l spr ezystosci ciasta b edzie wynosi c 3,0 MPa lub mniej tak, ze spieniona zywica nie b edzie kruszona, utrzymywanie kszta ltu mo ze nie by c wystarczaj ace. Utworzona kszta ltka o strukturze plastra pszczelego mo ze by c wówczas odkszta lcana pod swym w lasnym ci ezarem podczas wyt lacza- nia. Kiedy dodawana ilo sc spienionej zywicy jest wi eksza ni z 10% wag., ciasta nie mo zna odpowied- nio kszta ltowa c. Zakres ilo sci spienionej zywicy okre slony wed lug wynalazku jest wi ec optymalny. Kiedy dodawana ilo sc wynosi 0,5% wag. lub wi ecej, utworzona kszta ltka staje si e l zejsza dzi eki zawar- to sci spienionej zywicy, a odkszta lcenie utworzonej kszta ltki, powodowane przez jej w lasny ci ezar, mo ze by c zmniejszone nawet przy pozornym module spr ezysto sci ciasta 3,0 MPa lub mniej. Przeci etna srednica cz astek spienionej zywicy u zytej zgodnie z wynalazkiem wynosi korzystnie 2-200 µm, a bardziej korzystnie 10-100 µm. Kiedy przeci etna srednica spienionej zywicy jest jednak mniejsza ni z 2 µm, spieniona zywica dostaje si e w puste przestrzenie w surowcu ceramicznym tak, ze jej skuteczno sc staje si e mniejsza, je sli chodzi o tworzenie porów w strukturze ceramicznej. Kiedy przeci etna srednica spienionej zywicy jest wi eksza ni z 200 µm, wytrzyma losc spienionej zywicy staje sie s labsza, a spieniona zywica ma tendencj e do latwego kruszenia si e podczas zagniatania, wyra- biania i/lub formowania tak, ze skutecznosc tworzenia porów równie z zmniejsza si e. Grubosc scianki pow lokowej spienionej zywicy jest w zakresie korzystnie 0,01-1,0 µm, korzyst- niej 0,1-0,5 µm. Kiedy grubosc scianki pow loki jest mniejsza ni z 0,01 µm, spieniona zywica ma ten- dencj e do latwego kruszenia si e tak, ze skuteczno sc tworzenia porów zmniejsza si e. Z drugiej strony, kiedy grubo sc scianki pow loki spienionej zywicy jest wi eksza ni z 1,0 µm, ci ezar spienionej zywicy zwi eksza si e, a zatem wyst epuje problem polegaj acy na tym, ze pojawia si e tendencja do p ekania przy wypalaniu uformowanej kszta ltki. Je sli chodzi o materia l spienionej zywicy u zywany wed lug przedmiotowego wynalazku, to zna- czy o materia l scianki pow loki spienionej zywicy, korzystne jest stosowanie materia lu elastycznego, aby ci snienie wywierane podczas zagniatania, wyrabiania i/lub kszta ltowania nie powodowa lo krusze- nia. Przyk ladowo korzystnym materia lem jest kopolimer chlorku winylidenu i akrylonitrylu itp. Oprócz spienionej zywicy do mieszaniny (ciasta) mog a by c dodawane jako materia ly porotwór- cze grafit, sproszkowana zywica z politereftalanu etylenu, polimetakrylanu metylu itp. oraz taki srodek pomocniczy przy kszta ltowaniu (spoiwo), jak metyloceluloza itp. Aby zmniejszy c powstawanie p ekni ec podczas wypalania, dodatkowe ilo sci takich organicznych substancji, jak zywice, spoiwa itp., wynosz a w sumie korzystnie 20% wag. lub mniej. Kiedy struktura ceramiczna wed lug wynalazku jest wykonana tak, by mia la struktur e plastra pszczelego, w której wiele przelotowych otworów z uj sciem na powierzchni czo lowej po stronie wlotu spalin i na powierzchni czo lowej po stronie wylotu spalin jest szczelnie zamkni ete na przemian przy obu tych powierzchniach czo lowych, struktura ceramiczna mo ze by c odpowiednio wykorzystywana jako filtr spalin. Filtr o strukturze plastra pszczelego nie jest ograniczony do konkretnego kszta ltu i mo ze mie c przyk ladowo kszta lt cylindra z ko low a lub eliptyczna powierzchni a podstawy, graniasto-PL 203 477 B1 4 s lupa z wielok atn a powierzchni a podstawy, np. o podstawie trójk atnej, czworok atnej itp., albo kszta lt kolanka wygi etego z jednego z takich cylindrów lub graniastos lupów. Ponadto nie ma zadnego kon- kretnego ograniczenia w odniesieniu do kszta ltu przelotowego otworu, a kszta lt przekroju takiego otworu mo ze stanowi c wielok at, taki jak czworok at, o smiok at itp., ko lo lub elips e. Z punktu widzenia spadku ci snienia spalin g estosc porów w filtrze korzystnie wynosi 200 komórek na cal kwadratowy lub wi ecej, a korzystniej jest w zakresie 250-400 komórek na cal kwadratowy. Nie ma zadnego konkretnego ograniczenia w odniesieniu do g lównego sk ladnika struktury ce- ramicznej, ale jako g lówny sk ladnik mo zna stosowa c dowolnego rodzaju materia l ceramiczny, przy czym korzystne jest stosowanie kordierytu, w eglika krzemu (SiC) i/lub w eglika krzemu (SiC) oraz me- talicznego krzemu (Si). Kordieryt mo ze by c zorientowany, niezorientowany, alfa-krystaliczny, beta- krystaliczny itp. W eglik krzemu mo ze by c alfa-krystaliczny, beta-krystaliczny itp. Ponadto g lówny sk ladnik struktury ceramicznej mo ze zawiera c takie sk ladniki jak mullit, cyrkon, tytanian glinu, w eglik krzemu spojony glin a, tlenek cyrkonu, spinel, indialit, szafiryn, korund, tlenek tytanu itp. Wed lug przedmiotowego wynalazku spienion a zywic e miesza si e z opisanym powy zej surow- cem ceramicznym i formuje si e mieszanin e. Formowanie mo ze odbywa c si e dowolnym znanym spo- sobem, ale w celu osi agni ecia wi ekszej wydajno sci produkcyjnej i aby zwi ekszy c skuteczno sc spienio- nej zywicy, korzystne jest tworzenie ciasta przez wprowadzanie spoiwa, spienionej zywicy, plastyfika- tora i wody, a nast epnie zagniatanie. Nast epnie, gdy formuje si e plastyczn a mas e ceramiczn a, formowanie mo zna przeprowadza c przez wyt laczanie, formowanie wtryskowe, prasowanie, przy czym po uformowaniu cylindrycznej kszta ltki z ceramicznego surowca tworzy si e przelotowe otwory. Spo sród tych sposobów korzystne jest wyt laczanie, poniewa z umo zliwia latwe ci ag le formowanie i mo ze zapewnia c przyk ladowo mala rozszerzalno sc ciepln a, charakterystyczn a przy zorientowaniu kryszta lów kordierytu. Je sli chodzi o sposób wyt laczania, aby zmniejszy c odkszta lcanie po formowaniu, korzystne jest wyt laczanie pionowe do do lu. Kiedy uformowany wyrób ma mala srednic e, mo zliwe jest wyt laczanie w kierunku bocznym, natomiast kiedy uformowany wyrób ma du za srednic e, korzystne jest wyt lacza- nie pionowe do do lu, aby zmniejszy c odkszta lcanie po formowaniu. Nast epnie suszenie uformowanej kszta ltki mo zna przeprowadzi c przez suszenie gor acym po- wietrzem, suszenie mikrofalami, suszenie dielektryczne, suszenie zmniejszonym ci snieniem, suszenie podci snieniowe, suszenie przez wymra zanie itp. Korzystne jest przeprowadzanie procesu suszenia przez po laczenie suszenia gor acym powietrzem z suszeniem mikrofalami lub suszeniem dielektrycz- nym, poniewa z mo zna wtedy wysuszy c cala uformowan a kszta ltk e szybko i równomiernie. W ko ncu wypalanie wysuszonej kszta ltki przeprowadza si e zwykle korzystnie w atmosferze o temperaturze 1410-1440°C, chocia z zale znie od wielko sci wysuszonej kszta ltki, kiedy surowiec ce- ramiczny zawiera kordieryt jako g lówny sk ladnik. Kiedy g lównym sk ladnikiem surowca ceramicznego jest SiC, wypalanie przeprowadza si e w nieutleniaj acej atmosferze N 2 , Ar itp., aby uniemo zliwi c utle- nienie SiC. Kiedy SiC jest zwi azany z azotkiem krzemu itp., temperatura wypalania jest równa tempe- raturze, przy której sproszkowany azotek krzemu roztapia si e, a korzystne jest wypalanie w tempera- turze 1550-2000°C. Kiedy cz astki SiC s a spajane ze sob a przez rekrystalizacj e, konieczne jest wypa- lanie przy temperaturze co najmniej 1800°C. Ponadto, kiedy SiC i Si s a g lównymi sk ladnikami surow- ca ceramicznego, korzystne jest wypalanie w nieutleniaj acej atmosferze N 2 , Ar itp. w temperaturze 1400-1800°C. Suszenie i wypalanie mo zna równie z przeprowadza c kolejno. Przedmiotowy wynalazek zostanie poni zej opisany bardziej szczegó lowo w odniesieniu do przyk ladów. P r z y k l a d 1 Surowiec do formowania kordierytu, zawieraj acy talk, kaolin, tlenek glinu i wodorotlenek glinu oraz krzemionk e, przy czym ka zdy sk ladnik odwa zano tak, by symulowa c sk lad kordierytu, zagniatano za pomoc a zagniatarki ze wst epnie spienion a zywic a z kopolimeru akrylonitrylowego (2,5% wag.) o przeci etnej srednicy cz astek 50 µm i o grubo sci scianki pow loki 0,2 µm, sproszkowanym grafitem (10% wag), metyloceluloza (5% wag.), srodkiem powierzchniowo czynnym (0,5% wag.) i wod a by otrzyma c ciasto. Przepuszczaj ac to ciasto przez mieszark e odpowietrzaj ac a formowano z niej lity cy- linder o podstawie ko lowej o srednicy 25 mm i o d lugo sci 30 mm przez wycinanie z ciasta. Pozorny modu l spr ezystosci tego cylindra zmierzono przy pr edko sci sciskania 1 mm/s za pomoc a automatycz- nego urz adzenia do rejestracji wykre slnej (produkcji Shimadzu Corporation). Zmierzony modu l wynosi l 2,3 MPa.PL 203 477 B1 5 Nast epnie z cylindrycznego kawa lka ciasta, utworzonego przez odpowietrzaj ac a mieszark e, formowano przez wyt laczanie pionowo do do lu za pomoc a wyt laczarki t lokowej struktur e plastra pszczelego o srednicy zewn etrznej 300 mm, grubo sci scianek przegradzaj acych 300 µm i z 300 ko- mórkami na cal kwadratowy. Nast epnie otrzyman a kszta ltk e suszono, ci eto na d lugo sc 350 mm i obie powierzchnie czo lowe uszczelniono na przemian w uk ladzie psiego zgryzu past a wykonan a z surowca do tworzenia kordierytu. Tak obrobion a kszta ltk e wypalano przez 150 godz. przy maksymalnej tempe- raturze 1420° w okresowo opalanym piecu. W rezultacie uzyskano filtr o strukturze plastra pszczelego z dobrej jako sci wypalanego kordierytu bez wyst apienia p ekania przy wypalaniu. W la sciwo sci materia- lowe wypalonej kszta ltki s a takie, ze porowato sc wynosi 68%, przeci etna srednica porów wynosi 35 µm, a wspó lczynnik rozszerzalno sci cieplnej w kierunku wyt laczania wynosi 0,8 x 10 -6 /°C. Opisane powy zej wyniki przedstawiono w tablicy 1. P r z y k l a d y 2-4 Plastyczne kszta ltki ceramiczne wytworzono w sposób podobny do sposobu opisanego w przy- k ladzie 1 w kszta lcie ceramicznych cylindrów, których pozorne modu ly spr ezysto sci zmienia ly si e, jak podano w tablicy 1. Z kszta ltek tych wyt laczano kszta ltki o strukturze plastra pszczelego, które wypa- lono, by otrzyma c wypalone kszta ltki, w sposób podobny do opisanego w przyk ladzie 1. Porowato sci, przeci etne srednice porów i wspó lczynniki rozszerzalno sci cieplnej wypalonych kszta ltek podano w tablicy 1. P r z y k l a d 5 Ciasto przygotowano w sposób podobny do sposobu zastosowanego w przyk ladzie 1 z tym wy- jatkiem, ze ilosc dodanej spienionej zywicy wynosi la 5,0% wag., i z ciasta tego utworzono cylinder, którego pozorny modu l spr ezysto sci zmienia l si e, jak podano w tablicy 1. Z cylindra tego przez wyt la- czanie utworzono struktur e typu plastra pszczelego, któr a wypalono w celu uzyskania wypalonej kszta ltki w sposób podobny do opisanego w przyk ladzie 1. Porowato sc, przeci etna srednica porów i wspó lczynnik rozszerzalno sci cieplnej wypalonej kszta ltki podano w tablicy 1. P r z y k l a d 6 Ciasto przygotowano w sposób podobny jak w przyk ladzie 1, z tym wyj atkiem, ze ilosc dodane- go proszku grafitowego wynosi la 0% wag., a ilo sc spienionej zywicy wynosi la 10,0% wag., i utworzono z tego ciasta cylinder, którego pozorny modu l sprezysto sci zmienia l si e jak podano w tablicy 1. Z cy- lindra tego przez wyt loczenie wytworzono struktur e typu plastra pszczelego, któr a wypalono w celu uzyskania wypalonej kszta ltki w sposób podobny do podanego w przyk ladzie 1. Porowato sc, przeci et- na srednica porów i wspó lczynnik rozszerzalno sci cieplnej wypalonej kszta ltki podano w tablicy 1. P r z y k l a d 7 Ciasto przygotowano w sposób podobny jak w przyk ladzie 1 z tym wyj atkiem, ze ilo sc dodane- go proszku grafitowego by la 15% wag., ilo sc spienionej zywicy by la 0,5% wag., a ponadto dodano 5% wag. sproszkowanej zywicy PET i 5% wag. sproszkowanej zywicy PMMA. Z ciasta tego utworzono cylinder, którego pozorny modu l sprezysto sci zmienia l si e jak podano w tablicy 1. Z cylindra tego wy- t loczono struktur e typu plastra pszczelego, któr a wypalono, by uzyska c wypalon a kszta ltk e, w sposób podobny jak w przyk ladzie 1. Porowato sc, przeci etna srednica porów i wspó lczynnik rozszerzalno sci cieplnej wypalonej kszta ltki przedstawiono w tablicy 1. P r z y k l a d 8 Ciasto przygotowano w sposób podobny jak w przyk ladzie 1 z tym wyj atkiem, ze ilosc dodanej spienionej zywicy wynosi la 1,0% wag., a ponadto dodano 5% wag. sproszkowanej zywicy PET i 5% wag. sproszkowanej zywicy PMMA. Z ciasta tego utworzono cylinder, którego pozorny modu l sprezy- stosci zmienia l si e jak podano w tablicy 1. Z cylindra tego przez wyt loczenie wytworzono struktur e typu plastra pszczelego, któr a wypalono, by uzyska c wypalon a kszta ltk e, w sposób podobny jak podano w przyk ladzie 1. Porowatosc, przeci etna srednica porów i wspó lczynnik rozszerzalno sci cieplnej wypa- lonej kszta ltki podano w tablicy 1. P r z y k l a d 9 Ciasto otrzymano przez zagniatanie za pomoc a zagniatarki surowca ceramicznego zawieraj a- cego 80% wag. proszku SiC i 20% wag. proszku Si wraz z dodan a hydroksypropylometyloceluloz a w ilo sci 8,0% wag., 0,5%o wag. srodka powierzchniowo czynnego, 2% wag. wst epnie spienionej zywi- cy z kopolimeru akrylonitrylowego o przeci etnej srednicy 50 µm i o grubo sci scianek pow lokowych 0,2 µm i wody. Z ciasta tego formowano cylinder przez przepuszczenie jej przez mieszark e odpowie- trzaj ac a. Z tego cylindra z ciasta wyci eto lity cylinder o podstawie ko lowej o srednicy 25 mm i o d lugo-PL 203 477 B1 6 sci 30 mm i zmierzono automatycznym rejestratorem wykre slnym pozorny modu l sprezysto sci przy pr edko sci sciskania 1 mm/s, maj acy wartosc 2,2 MPa. Nast epnie z cylindra z ciasta, uformowanego za pomoc a mieszarki odpowietrzaj acej, uformo- wano przez wyt laczanie boczne za pomoc a t lokowej wyt laczarki struktur e plastra pszczelego o boku 60 mm (przekrój 60 mm x 60 mm), o grubo sci scianek przegradzaj acych 300 µm i zawieraj ac a 300 komórek na cal kwadratowy. Nast epnie otrzyman a kszta ltk e wysuszono, ci eto na d lugo sc 200 mm i obie powierzchnie czo lowe na przemian uszczelniono w uk ladzie psiego zgryzu past a wytworzon a z 80% wag. proszku SiC i 20% wag. proszku Si. Tak obrobion a kszta ltk e wypalano w piecu atmosfe- rycznym w atmosferze utleniaj acej w temperaturze do 400°C i w atmosferze argonu w temperaturze 400°C i powy zej przez 50 godz. w maksymalnej temperaturze 1450°C. W konsekwencji otrzymano filtr o strukturze plastra pszczelego o dobrej jako sci z SiC spojonego za pomoc a Si bez p ekania podczas wypalania. W la sciwo sci materia lowe wypalonej kszta ltki s a takie, ze porowato sc wynosi 58%, prze- cietna srednica porów wynosi 15 µm, a wspó lczynnik rozszerzalno sci cieplnej dla kierunku wyt lacza- nia wynosi 4,2 x 10 -6 /°C. P r z y k l a d 10 Ciasto otrzymano przez zagniatanie za pomoc a zagniatarki surowca ceramicznego zawieraj a- cego 80% wag. proszku SiC o przeci etnej srednicy 10 µm i 20% wag. proszku SiC o przeci etnej sred- nicy 1 µm wraz z dodaniem 8,0% wag. hydroksypropylometylocelulozy, 0,5% wag. srodka powierzch- niowo czynnego, 2,0% wag. spienionej zywicy z kopolimeru akrylonitrylowego o przeci etnej srednicy 50 µm i o grubo sci scianek pow lokowych 0,2 µm i wody. Z ciasta takiego przez przepuszczenie go przez mieszark e odpowietrzaj ac a uformowano cylinder. Z cylindra tego wyci eto lity cylinder o podsta- wie ko lowej o srednicy 25 mm i o d lugo sci 30 mm i zmierzono automatycznym rejestratorem wykre slnym pozorny modu l spr ezysto sci tego litego cylindra przy pr edko sci sciskania 1 mm/s, wynosz acy 2,1 MPa. Nast epnie z cylindra z ciasta, utworzonego za pomoc a mieszarki odpowietrzaj acej, wyt lacza si e bocznie za pomoc a t lokowej wyt laczarki struktur e plastra pszczelego 40 mm (przekrój 40 mm x 40 mm) z grubo scia scianki przegradzaj acej 300 µm i z 300 komórkami na cal kwadratowy. Nast epnie otrzy- man a kszta ltk e suszono, ci eto na d lugosc 200 mm i obie powierzchnie czo lowe na przemian uszczel- niano, w uk ladzie typu psi z ab, past a wykonan a z proszku SiC. Kszta ltk e tak obrobion a wypalano za pomoc a pieca atmosferycznego w atmosferze utleniaj acej przy temperaturze do 400°C i w atmosferze argonu przy temperaturze 400°C i wi ecej przez 50 godz. przy maksymalnej temperatu- rze 2200°C. W konsekwencji wykonano filtr o strukturze plastra pszczelego o dobrej jako sci z SiC bez p ekania podczas wypalania. W la sciwo sci materia lowe wypalonej kszta ltki s a takie, ze porowato sc wynosi 59%, przeci etna srednica porów 10 µm, a wspó lczynnik rozszerzalno sci cieplnej dla kierunku wyt laczania wynosi 4,5 x 10 -6 /°C. Porównawczy przyk lad 1 Surowiec do tworzenia kordierytu, podobny do u zytego w przyk ladzie 1, z dodanym materia lem porotwórczym w postaci 25% wag. proszku grafitowego, 15% wag. sproszkowanej zywicy PET i 20% wag. sproszkowanej zywicy PMMA oraz z dodaniem 7% wag. metylocelulozy, 0,7% wag. srodka po- wierzchniowo czynnego i wody zagniatano za pomoc a zagniatarki, by otrzyma c ciasto. Po dalszych procesach podobnych do procesów z przyk ladu 1 wytworzono filtr o strukturze plastra pszczelego i o jako sci kordierytu. Przy przeprowadzaniu kalcynowania w warunkach podobnych do stosowanych w przyk ladzie 1 w filtrze pojawia ly si e p ekni ecia podczas wypalania tak, ze nie mo zna by lo otrzyma c doskona lego filtru. W lasciwo sci materia lowe wypalonej kszta ltki s a takie, ze porowato sc wynosi 67%, przeci etna srednica porów wynosi 20 µm, a wspó lczynnik rozszerzalno sci cieplnej dla kierunku wyt laczania wy- nosi 1,0 x 10 -6 /°C. Porównawczy przyk lad 2 Taki sam surowiec, spienion a zywic e, spoiwo itp. w takich samych proporcjach wagowych jak w przyk ladzie 1 przy zmniejszonej ilo sci wody w porównaniu z przyk ladem 1 zagniatano i utworzono cylinder z ciasta za pomoc a mieszarki odpowietrzaj acej. Z tego cylindra z ciasta wyci eto lity cylinder o podstawie ko lowej o srednicy 25 mm i o d lugo sci 30 mm oraz o pozornym module sprezysto sci tego litego cylindra, mierzonym przy pr edko sci sciskania 1 mm/s przy u zyciu automatycznego rejestratora wykre slnego, wynosz acym 3,2 MPa. Po dalszych procesach podobnych do procesów z przyk ladu 1 wytworzono filtr o strukturze plastra pszczelego o jako sci kordierytu. Podczas wypalania nie by lo p e- kania, a w la sciwo sci materia lowe s a takie, ze porowato sc wynosi 53%, przeci etna srednica porów wynosi 19 µm, a wspó lczynnik rozszerzalno sci cieplnej dla kierunku wyt laczania wynosi 0,4 x 10 -6 / o C.PL 203 477 B1 7 W la sciwo sci te mo zna przypisa c spostrze zeniu, ze ciasto by lo zbyt twarde, a spieniona zywica by la kruszona podczas zagniatania, wyrabiania i formowania, co spowodowa lo zmniejszenie porowato sci. Przyk lad porównawczy 3 Przy u zyciu mieszarki odpowietrzaj acej w sposób podobny do u zytego w przyk ladzie 7 uformo- wano cylinder z ciasta, z tym ze dodana ilo sc spienionej zywicy wynosi la 0,3% wag. Jego pozorny modu l sprezysto sci zmierzony w sposób podobny jak w przyk ladzie 1 wynosi l 1,3 MPa. Chocia z w dalszych procesach podobnych do stosowanych w przyk ladzie 1 wykonano kordierytowej jako sci filtr o strukturze plastra pszczelego, nie uzyskano zadowalaj acej struktury plastra pszczelego ze wzgl edu na p ekanie powodowane przez w lasny ci ezar kszta ltki. W la sciwo sci materia lowe wypalonej kszta ltki s a takie, ze porowatosc wynosi 58%, przeci etna srednica porów wynosi 22 µm, wspó lczynnik rozszerzalno sci cieplnej w kierunku wyt laczania wynosi 0,6 x 10 -6 /°C. Porównawczy przyk lad 4 Stosuj ac taki sam surowiec jak w przyk ladzie 6, z tym wyj atkiem, ze dodana ilo sc spienionej zywicy wynosi la 15% wag, przeprowadzono zagniatanie za pomoc a zagniatarki, ale nie otrzymano ciasta tak, ze formowanie by lo niemo zliwe. Porównawczy przyk lad 5 Taki sam surowiec, spienion a zywic e, spoiwo itp. w takich samych stosunkach wagowych jak w przyk ladzie 9 przy zmniejszonej ilo sci wody w porównaniu z przyk ladem 9 zagniatano i utworzono przy u zyciu mieszarki odpowietrzaj acej cylinder z ciasta. Pozorny modu l spr ezysto sci zmierzono w sposób podobny jak w przyk ladzie 1. Wynosi l on 3,5 MPa. Przeprowadzaj ac dalsze procesy podob- ne do procesów z przyk ladu 9 wytworzono filtr o strukturze plastra pszczelego o jako sci SiC spojone- go za pomoc a Si. Podczas wypalania nie by lo p ekania, a w la sciwo sci materia lowe s a takie, ze poro- wato sc wynosi 48%, przeci etna srednica porów wynosi 10 µm a wspó lczynnik rozszerzalno sci cieplnej dla kierunku wyt laczania wynosi 4,3 x 10 -6 /°C. W la sciwo sci te mo zna przypisa c spostrze zeniu, ze cia- sto by lo zbyt twarde, a spieniona zywica kruszy la si e podczas zagniatania, wyrabiania i formowania, co powodowa lo zmniejszenie porowato sci. Porównawczy przyk lad 6 Taki sam surowiec ceramiczny jak w przyk ladzie 9, z dodaniem materia lu porotwórczego w po- staci 10% wag. sproszkowanej zywicy z PET i 10% wag. sproszkowanej zywicy z PMMA z dodatkiem 8% wag. hydroksypropylometylocelulozy, 0,8% wag. srodka powierzchniowo czynnego i wody zagnie- ciono za pomoc a zagniatarki, by otrzyma c ciasto. Jego pozorny modu l spr ezysto sci, zmierzony w sposób podobny jak w przyk ladzie 1, wynosi l 3,6 MPa. Po przeprowadzeniu dalszych procesów podobnych do stosowanych w przyk ladzie 9 zastosowano wypalanie w warunkach podobnych jak w przyk ladzie 9, przy czym podczas wypalania pojawia ly si e p ekni ecia filtru tak, ze nie otrzymano doskona lego filtru. W lasciwo sci materia lowe wypalonej kszta ltki s a takie, ze porowato sc wynosi 57%, przeci etna srednica porów wynosi 13 µm a wspó lczynnik rozszerzalno sci cieplnej dla kierunku wyt la- czania wynosi 4,2 x 10 -6 /°C.PL 203 477 B1 8PL 203 477 B1 9 Przeci etna srednica porów i porowato sci filtrów o strukturze plastra pszczelego oraz pozorne modu ly sprezysto sci kszta ltek ceramicznych w powy zszych przyk ladach i przyk ladach porównawczych mierzone s a nast epuj acymi sposobami. (1) Przeci etna srednica porów: Przeci etn a srednic e porów mierzy si e za pomoc a rt eciowego porozymetru ci snieniowego z firmy Micrometritics, Inc. (2) Porowato sc: Przy stosowaniu kordierytu jako surowca ceramicznego porowato sc obliczano z ca lkowitej obj e- to sci porów przy za lo zeniu, ze jego prawdziwa g esto sc wynosi 2,52 g/cm 3 . Kiedy jako surowiec cera- miczny stosowano SiC i Si, porowato sc obliczano z ca lkowitej obj eto sci porów przy za lo zeniu, ze jego prawdziwa g esto sc wynosi 3,11 g/cm 3 . Kiedy jako surowiec ceramiczny stosowano SiC, porowato sc obliczano z ca lkowitej obj eto sci porów przy za lozeniu, ze jego prawdziwa g esto sc wynosi 3,20 g/cm 3 . (3) Pozorny modu l spr ezystosci: Jak pokazano na fig. 1, przemieszczenia zmierzone samoczynnym rejestratorem wykre slane by ly w funkcji obciaze n, aby otrzyma c wykres, a pozorny modu l spr ezysto sci otrzymywano z nachyle- nia (tangensa) w punkcie pocz atkowym. Zastosowanie przemys lowe Jak opisano powy zej, sposobem wed lug wynalazku uzyskuje si e mo zliwo sc wytwarzania struk- tury ceramicznej o du zej porowato sci bez stosowania du zej ilo sci palnego proszku. PL PL

Claims (9)

1. Zastrze zenia patentowe 1. Sposób wytwarzania struktury ceramicznej przez mieszanie ceramicznego surowca, wst epnie spienionej zywicy i plastyfikatora, a z do utworzenia ciasta, z którego kszta ltuje si e przez wyt laczanie kszta ltk e, któr a nast epnie wypala si e i otrzymuje si e porowat a struktur e ceramiczn a, znamienny tym, ze ciasto formuje si e w lity cylinder o podstawie ko lowej o srednicy 25 mm i o d lugo sci 30 mm za po- moc a podci snieniowej mieszarki, przy czym pozorny modu l sprezysto sci tego cylindra, mierzony przy sciskaniu 1 mm/s wynosi 1,5 MPa lub wi ecej oraz 3,0 MPa lub mniej.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wytwarza si e struktur e ceramiczn a, która jest struktur a plastra pszczelego.

3. Sposób wed lug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze wytwarza si e struktur e ceramiczn a, któ- ra jest filtrem typu plastra pszczelego, posiadaj acym wiele przelotowych otworów na ko ncowej po- wierzchni strony dop lywu spalin i na ko ncowej powierzchni strony wyp lywu spalin, przy czym te przelo- towe otwory s a na przemian zamkni ete przy jednej ze swych dwóch powierzchni ko ncowych.

4. Sposób wed lug zastrz. 1-3, znamienny tym, ze stosuje si e struktur e ceramiczn a zawieraj ac a jako g lówne sk ladniki: kordieryt, w eglik krzemu (SiC) i/lub w eglik krzemu (SiC) i metaliczny krzem (Si).

5. Sposób wed lug zastrz. 1-4, znamienny tym, ze ciasto wyt lacza si e do do lu i pionowo.

6. Sposób wed lug zastrz. 1-5, znamienny tym, ze spienion a zywic e dodaje si e w ilo sci 0,5-10% wag.

7. Sposób wed lug zastrz. 1-6, znamienny tym, ze spienion a zywic e dodaje si e w ilo sci 1-5% wag.

8. Sposób wed lug zastrz. 1-7, znamienny tym, ze stosuje si e spienion a zywic e o przeci etnej srednicy cz astek 2-200 µm.

9. Sposób wed lug zastrz. 1-8, znamienny tym, ze stosuje si e spienion a zywic e maj ac a grubo sc scianki pow lokowej wynosz ac a 0,01-1,0 µm.PL 203 477 B1 10 Rysunek Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,00 z l. PL PL