Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
PROCESS FOR PRODUCING CERAMIC HONEYCOMB STRUCTURE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/126450
Kind Code:
A1
Abstract:
A process for producing a ceramic honeycomb structure through the steps of mixing and kneading a starting material containing a ceramic raw material, a molding auxiliary agent and a cell forming material to thereby obtain a green body; monitoring the properties of the obtained green body; and forming the green body into a honeycomb configuration by extrusion, characterized in that in the step of monitoring the properties of the green body, the green body has a type C durometer hardness (in accordance with JIS K 7312) of 16 to 23.

Inventors:
OKAZAKI, Shunji (Kyushu Works, 35, Nagahama-cho, Kandamach, Miyako-gun Fukuoka 93, 8000393, JP)
Application Number:
JP2008/051420
Publication Date:
October 23, 2008
Filing Date:
January 30, 2008
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
HITACHI METALS, LTD. (2-1 Shibaura 1-chome, Minato-ku Tokyo, 14, 1058614, JP)
日立金属株式会社 (〒14 東京都港区芝浦1丁目2-1 Tokyo, 1058614, JP)
International Classes:
B28B3/20; B01D39/20
Attorney, Agent or Firm:
TAKAISHI, Kitsuma (Kagurazaka FN Bldg, 5F 67, Kagurazaka,6-chome, Shinjuku-k, Tokyo 25, 1620825, JP)
Download PDF:
Claims:
 セラミック原料、成形助剤及び造孔材を含有する原料を混合及び混練して坏土を得る工程、及び得られた坏土をハニカム状に押出成形する工程を有するセラミックハニカム構造体の製造方法であって、前記坏土のタイプCデュロメータ硬度(JIS K 7312準拠)が16~23であることを特徴とするセラミックハニカム構造体の製造方法。
 セラミック原料、成形助剤及び造孔材を含有する原料を混合及び混練して坏土を得る工程、得られた坏土の特性を管理する工程、及び坏土をハニカム状に押出成形する工程を有するセラミックハニカム構造体の製造方法であって、前記坏土の特性を管理する工程において、坏土のタイプCデュロメータ硬度(JIS K 7312準拠)を16~23とすることを特徴とするセラミックハニカム構造体の製造方法。
 請求項1又は2に記載の製造方法において、押出成形時の前記坏土の見かけせん断速度が5000~7000/sec、見かけ粘度が50~300 Pa・sであることを特徴とするセラミックハニカム構造体の製造方法。
 請求項1~3のいずれかに記載の製造方法において、前記セラミックハニカム構造体の気孔率が50~80%であることを特徴とするセラミックハニカム構造体の製造方法。
Description:
セラミックハニカム構造体の製 方法

 本発明は排気ガス浄化用のセラミックハ カムフィルタ等に使用されるセラミックハ カム構造体の製造方法に関する。

 地域環境や地球環境の保全面から、ディ ゼルエンジン等の排気系部品には、排気ガ 中に大量に含まれる微粒子状物質を捕集す ためのセラミックハニカムフィルタが使用 れている。セラミックハニカムフィルタ10 、図1に示すように、多数の流路2a,2bを形成 る多孔質隔壁3と外周壁1とからなるセラミッ クハニカム構造体11と、流路2a,2bの両端面7,8 市松模様に交互に目封止する目封止部4,5と らなる。排気ガスは流入側7で封止されてい い流路2aより流入し、隔壁3を通過して、流 側8で封止されていない流路2bより排出され 。排気ガスが隔壁3を通過する際に、排気ガ ス中の微粒子状物質が隔壁表面及び隔壁3内 の細孔中に捕集される。

 隔壁3に微細な細孔を有するセラミックハ ニカム構造体11は、(1)セラミック原料(例えば コージェライト粉末)、成形助剤、造孔材等 原料と水を混合及び混練して坏土を作製す 工程、(2)坏土をハニカム形状口金から押出 て、外周壁1と隔壁3とが一体に形成されたハ ニカム構造を有するセラミックハニカム成形 体とする工程、(3)成形体を乾燥及び焼成する 工程で製造される。排気ガス中の微粒子状物 質の捕集効率の向上と圧力損失低減のため、 造孔材を使用して隔壁の細孔径と気孔率を制 御することが有効である。特に気孔率が50%以 上のような高気孔率で、外径が200 mmを超え ような大型のセラミックハニカム構造体と るセラミックハニカム成形体を押出成形す 場合、造孔材として発泡済みの発泡樹脂が 用される。

 セラミック坏土を押出成形してセラミッ ハニカム成形体とする場合、成形体の成形 は、セラミック坏土のレオロジー特性に影 される。セラミック坏土は、押出加工時に 流動性を確保しつつ、成形体の形成後には 形性を確保させる必要がある。

 特開平6-279090号は、セラミックハニカム構 体の押出用原料として使用する坏土であっ 、成形する際の温度において一定応力値を えた場合の歪の時間変化を測定した場合に (1)その応力値を応力を加えると同時に発生 る歪で割った値:弾性0(G 0 :Pa)、(2)その応力値を応力を加え続けた時に の時間変化(せん断速度)が概ね一定になった 時の値で割った値:粘性0(η 0 : Pa・sec)、(3)その応力値をせん断速度が概ね 一定になった時にその直線を時間軸0秒に外 した時の歪から上記(1)で求めた歪を引いた で割った値:弾性1(G 1 :Pa)、及び(4)その応力値を応力を4秒間加えた の歪から上記(1)で求めた歪を引いた値の4秒 間の平均せん断速度で割った値:粘性1(η 1 : Pa・sec)の関係が、η 0 /G 0 ≦105(sec)、η 1 /G 1 ≦70(sec)であるセラミック坏土を開示してお 、流動性が良く押出成形後の保形性を保つ とができると記載している。

 特開2000-302525号は、ハニカム構造体の押出 形用原料として使用する坏土であって、粘 性特性試験における貯蔵弾性率が1.5×10 6 ~5.0×10 6 (Pa)、及び複素粘度が4.0×~9.0×10 4 ( Pa・s)であり、かつ細管レオメータ試験に ける降伏値が5.0×10 4 ~1.5×10 5 (Pa)、及び塑性粘度が10.0~1000.0( Pa・s)である オロジー特性を有するセラミック坏土、及 その坏土を用いて押出成形する方法を開示 ている。このセラミック坏土は、押出し性 良好で成形体に表面切れ及びササクレを生 難いため、特に壁厚100μm以下の薄壁ハニカ 構造体の押出成形用原料として好適である 記載している。

 しかしながら、特開平6-279090号及び特開20 00-302525号に記載のセラミック坏土を用いて、 気孔率が50%以上のような高気孔率で、外径が 200 mmを超えるような大型のセラミックハニ ム構造体となるセラミックハニカム成形体 押出成形する場合、押出成形時のセラミッ 坏土の流動性が十分に確保されず、流路の れ、隔壁切れ、流路のうねり等の不具合を じたり、押出成形後の成形体の保形性が確 されず自重による変形が生じたりする。本 明者らが検討したところ、特開平6-279090号や 特開2000-302525号に記載されたレオロジー特性 測定方法は、気孔率の低いセラミック材料 形成するための坏土には好適な測定方法だ 、気孔率が50%以上のような高気孔率で、外 が200 mmを超えるような大型のセラミックハ ニカム構造体の形成に用いられるセラミック 坏土の場合には不適であり、これらの測定方 法では最適なレオロジー特性が得られず、保 形性と流動性のバランスを確保することが困 難であることが分かった。特に、発泡済みの 発泡樹脂である造孔材を多く含んだ坏土を用 いる場合、造孔材のロット間の粒度分布の変 動のために、前記レオロジー特性の測定値が 不安定となり、特開平6-279090号や特開2000-30252 5号に記載された方法で測定したレオロジー 性を基に坏土を作製しても、保形性と流動 の最適なバランスを確保できない場合があ た。

 特開2003-89575号は、アルミナ成分を含むコ ーディエライト原料、発泡済みの発泡樹脂、 水及び可塑剤を混合して得られる可塑性のセ ラミック坏土から成形体を得るセラミックス 構造体の製造方法において、アルミナ成分の 一部に水硬性アルミナを用いることにより、 混練時の発泡樹脂の潰れや成形時の成形体の 変形を防止する技術が開示されている。前記 セラミック坏土は、円錐状の先端と支持部が ばね材で連結された硬度計で測定した硬度値 が17~30 mmであることが好ましいと記載してい る。

 しかしながら、気孔率が50%以上のような 気孔率で、外径が200 mmを超えるような大型 のセラミックハニカム構造体を得るためのセ ラミック坏土(より多くの造孔材(発泡済みの 泡樹脂)が添加されているために、硬度が低 い)を測定する場合、特開2003-89575号に記載さ た装置を用いた方法では、円錐状の先端部 鞘部の間の接触状態により硬度の測定値に らつきが生じることがあり、正確なレオロ ー特性を得ることが困難であった。このた 保形性と流動性の最適なバランスを確保で ない場合があった。高気孔率のハニカム構 体を得るために、さらに多くの造孔材(発泡 済みの発泡樹脂)が坏土に添加されていると 前記造孔材のロット間の粒度分布の変動等 ために、硬度の測定値がより不安定になり 特開2003-89575号に記載された装置を用いた方 で測定した特性を基に押出成形しても、セ ミック坏土の流動性と保形性の最適なバラ スを確保することが困難であった。

 本発明は、気孔率が50%以上のような高気 率で、外径が200 mmを超えるような大型のセ ラミックハニカム構造体となるセラミックハ ニカム成形体を押出成形する場合に、セラミ ック坏土のレオロジー特性を適正に評価でき 、もってセラミック坏土の流動性及び成形体 の保形性を十分に確保できるように制御した セラミックハニカム構造体の製造方法を提供 することにある。

 すなわち、セラミックハニカム構造体を 造する本発明の第一の方法は、セラミック 料、成形助剤及び造孔材を含有する原料を 合及び混練して坏土を得る工程、及び得ら た坏土をハニカム状に押出成形する工程を し、前記坏土のタイプCデュロメータ硬度(JI S K 7312準拠)が16~23であることを特徴とする

 セラミックハニカム構造体を製造する本 明の第二の方法は、セラミック原料、成形 剤及び造孔材を含有する原料を混合及び混 して坏土を得る工程、得られた坏土の特性 管理する工程、及び坏土をハニカム状に押 成形する工程を有し、前記坏土の特性を管 する工程において、坏土のタイプCデュロメ ータ硬度(JIS K 7312準拠)を16~23とすることを 徴とする。

 前記坏土は、押出成形時に見かけせん断 度が5000~7000/sec、見かけ粘度が50~300 Pa・sで るのが好ましい。

 前記セラミックハニカム構造体の気孔率 、50~80%であるのが好ましい。

 セラミックハニカム構造体を製造する本 明の方法により、セラミック坏土のレオロ ー特性を適正に評価できるため、気孔率が5 0%以上のような高気孔率で、外径が200 mmを超 えるような大型のセラミックハニカム構造体 となるセラミックハニカム成形体を押出成形 する場合であっても、適正な流動性と保形性 が確保されたセラミック坏土を調製すること ができる。

セラミックハニカムフィルタの一例を す模式断面図である。 デュロメータ硬度の測定方法を説明 るための模式図である。 デュロメータ硬度の測定方法を説明 るための他の模式図である。

[1]製造方法
(1) 第一の方法
 セラミックハニカム構造体を製造する本発 の第一の方法は、セラミック原料、成形助 及び造孔材を含有する原料を混合及び混練 て坏土を得る工程、及び得られた坏土をハ カム状に押出成形する工程を有し、前記坏 のタイプCデュロメータ硬度(JIS K 7312準拠) 16~23であることを特徴とする。

 特に気孔率が50%以上のような高気孔率で 外径が200 mmを超えるような大型のセラミッ クハニカム構造体となるセラミックハニカム 成形体を押出成形する場合、使用する坏土に は発泡済みの発泡樹脂である造孔材を大量に 含む。このような造孔材を大量に含有する坏 土のレオロジー特性は、通常の測定方法(レ メータ等で測定する方法)では、測定のばら きが大きく再現性が悪い。

 これに対して、タイプCデュロメータ硬度 (JIS K 7312準拠)で坏土の硬度を測定すると、 泡済みの発泡樹脂である造孔材を含む坏土 あっても、小さいばらつきで硬度を測定す ことができる。そのため、タイプCデュロメ ータ硬度(JIS K 7312準拠)が16~23である坏土を 用することにより、坏土の流動性が確保さ るとともに、押出成形後の保形性が確保さ 、流動性と保形性のバランスを確保するこ ができる。タイプCデュロメータ硬度(JIS K 7 312準拠)が16未満の場合、坏土の硬度が低すぎ るため保形性が確保されない。一方、23を超 た場合、坏土の硬度が高すぎるため流動性 確保されない。

 タイプCデュロメータ硬度測定装置は、直 径2.54 mmの半球形の押針と、その押針に接続 たスプリングとからなり、前記押針をスプ ングの力で坏土の表面に押しつけて、坏土 変形を与え、坏土の抵抗力とスプリングの が均衡した状態での押針の押し込み深さか 硬度を測定する。硬度は、押し込み深さが 大の時を0(ポイント)とし、押し込み深さが0 の時を100(ポイント)として、その間を等間隔 目盛り付けした値で表す。タイプCデュロメ ータ硬度の測定は、半球形の押針を坏土に押 し込んで行うため、特開2003-89575号に記載の 度測定装置のように、円錐状の先端部と鞘 との間の接触状態による測定値のばらつき 生じることがなく、安定した硬度値を得る とができる。

(2) 第二の方法
 セラミックハニカム構造体を製造する本発 の第二の方法は、セラミック原料、成形助 及び造孔材を含有する原料を混合及び混練 て坏土を得る工程、得られた坏土の特性を 理する工程、及び坏土をハニカム状に押出 形する工程を有し、前記坏土の特性を管理 る工程において、坏土のタイプCデュロメー タ硬度(JIS K 7312準拠)を16~23とすることを特 とする。

 前記坏土を得る工程、押出成形する工程 及びタイプCデュロメータ硬度の測定につい ては、本発明の第一の方法と同様である。第 二の方法においては、得られた坏土のタイプ Cデュロメータ硬度を測定し、その測定値に って坏土の流動性の調節を行うことによっ 坏土の管理を行うことを特徴とする。

 例えば、タイプCデュロメータ硬度が16未 であった場合、成形助剤(必要に応じてセラ ミック原料及び造孔材)を追添加し、再び混 及び混練して坏土の調節を行う。又はタイ Cデュロメータ硬度が16を大きく下回ってい 場合、成形助剤等の追添加では調節しきれ 、再混合及び再混練しても混練不足となる め、坏土を最初から作製し直す。タイプCデ ロメータ硬度が23を越えていた場合、水を 加して再び混合及び混練して坏土の調節を う。このような調節を行うことにより、タ プCデュロメータ硬度が16~23の坏土が得られ 。

(3) 見かけせん断速度及び見かけ粘度
 本発明の第一の方法及び第二の方法におい 、押出成形時の見かけせん断速度が5000~7000/ sec、見かけ粘度が50~300 Pa・sであるのが好ま い。このような流動特性を有することによ 、気孔率が50%以上のような高気孔率で、外 が200 mmを超えるような大型のセラミックハ ニカム構造体となるセラミックハニカム成形 体を押出成形する場合、押出成形後に成形体 の自重による変形が生じ難くなり、十分な保 形性を確保することが可能となる。坏土の見 かけせん断速度が5000/sec未満の場合、坏土の 度が高くなり、流動性が確保されない。一 、7000/secを超えると、保形性が確保されな なる。見かけ粘度が50 Pa・s未満の場合、保 性が確保されなくなる。一方、見かけ粘度 300 Pa・sを超えると、坏土の硬度が高くな 、流動性が確保されない。

 タイプCデュロメータ硬度(JIS K 7312準拠) 16~23、好ましくは押出成形時の見かけせん 速度が5000~7000/sec、見かけ粘度が50~300 Pa・s ある坏土で押出成形してセラミックハニカ 成形体とする場合、坏土の流動性が確保で るとともに、成形体の自重による変形を生 難いため、気孔率が50%以上で外径が200 mmを えるような大型のセラミックハニカム構造 を得ることができる。尚、セラミックハニ ム構造体の気孔率は、80%を超えると強度が 下するうえ、セラミックハニカムフィルタ して使用した場合に、微粒子状物質の捕集 能が低下するので、50~80%が好ましい。

[2]実施例
 次に本発明を実施例により具体的に説明す が、これら実施例により本発明が限定され ものではない。

実施例1~8、比較例1~3
 カオリン、タルク、シリカ、アルミナ及び 酸化アルミニウムの各粉末を、50質量%のSiO 2 、35質量%のAl 2 O 3 及び15質量%のMgOとなるように調整したセラミ ック原料、成形助剤としてメチルセルロース 及びヒドロキシプロピルメチルセルロース、 潤滑材、造孔材としてマイクロカプセル、並 びに水をニーダーで混練しセラミック坏土を 得た。実施例1~8、比較例1~3は水の量のみを変 更して作製した。これらのセラミック坏土の タイプCデュロメータ硬度(JIS K 7312準拠)を測 定し、見かけせん断速度及び見かけ粘度をフ ローテスターで測定した。測定結果を表1に す。

 セラミック坏土のタイプCデュロメータ硬 度(JIS K 7312準拠)は、混練されたセラミック 土を、図2(a)に示すように、直径22 mm及び深 さ30 mmの容器21に入れピストン23に0.3 kNの荷 をかけて押し込み測定用の試料20とし、図2( b)に示すように、デュロメータ硬度計31(ASKER  CL-150)の押針32を接触させ、240秒後の指針33を み取ることによって得た。見かけせん断速 と見かけ粘度は、株式会社島津製作所製の ローテスター(CFT-500D)に接続した直径1 mmの を有する金型から坏土を押出して測定した これらの測定は全て25℃で行った。

 混練後の坏土を用いて、押出成形により 径267 mm、長さ300 mm、隔壁の厚さ0.3 mm及び 壁ピッチ1.5 mmのハニカム成形体を作製した 。このセラミックハニカム成形体を乾燥後、 1400℃で4時間焼成し、セラミックハニカム構 体を製造した。このセラミックハニカム構 体の気孔率を水銀圧入法により測定した。 果を表1に示す。

 セラミック坏土の押出成形時の流動性を、 ラミックハニカム構造体の流路の潰れ、隔 切れ及び流路のうねり不具合を目視チェッ し、以下の基準で評価した。
流路の潰れ、隔壁切れ又は流路のうねりが存 在したもの・・・×
流路の潰れ、隔壁切れ又は流路のうねりが存 在するが実用上問題ないもの・・・○
流路の潰れ、隔壁切れ及び流路のうねりが確 認されないもの・・・◎

 また押出成形後の保形性を、乾燥後のセラ ックハニカム構造体の変形を目視チェック 、以下の基準で評価した。
変形が生じ使用できないもの・・・×
変形は生じたが実使用上問題のないもの・・ ・○
変形が生じなかったもの・・・◎

 表1に示すように、本発明の実施例1~8のセ ラミック坏土は、押出成形において流路の潰 れや隔壁切れ、流路のうねりが確認されない か、確認されても実用上問題がなく、流動性 が確保されていることが分る。さらに押出成 形後の保形性も十分に確保されており、流動 性と保形性のバランスが確保されていること が分る。一方、比較例1~3のセラミック坏土は 、流動性又は保形性に問題があり、流動性と 保形性のバランスが確保されていないことが 分る。