專利名稱：多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法。更詳細(xì)地講，涉及控制燒成時的燒成氣氛的升溫速度并抑制裂紋等產(chǎn)生的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法。本發(fā)明的制造方法可適用于各種多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造，特別適合于在成型體燒成時通過造孔劑的燃燒使得成型體內(nèi)部的溫度上升顯著的高氣孔率多孔質(zhì)蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造。
現(xiàn)有技術(shù)作為除去從柴油機(jī)等排出的粒子狀物質(zhì)等的捕集除去手段等，廣泛地采用多孔陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。在該多孔陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，由于有降低壓力損失和提高捕集效率等要求，近年來，正在向高氣孔率化方向發(fā)展，氣孔率40％以上的產(chǎn)品成為主流。
以前，作為多孔質(zhì)蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，廣泛使用加入了造孔劑的原料來制作成型體，并將該成型體干燥、燒成的方法。作為造孔劑，從燃燒時發(fā)熱量小等觀點(diǎn)出發(fā)，主要采用碳等，但是，根據(jù)上述需要，正在推進(jìn)的是增加造孔劑的量或者并用可發(fā)泡樹脂等可進(jìn)一步高氣孔率化的造孔劑。
但是，針對這種高氣孔率化的要求，如果采用與目前相同的升溫程序燒成大量加入碳等造孔劑或者進(jìn)一步加入發(fā)泡樹脂等的成型體，則在得到的陶瓷結(jié)構(gòu)體上產(chǎn)生原因不明的裂紋，在制造高氣孔率的陶瓷結(jié)構(gòu)體時成為新的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題，目的在于提供在燒成時不產(chǎn)生裂紋，不僅能制造低氣孔率而且能制造高氣孔率的陶瓷結(jié)構(gòu)體的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法。
本發(fā)明人為了解決上述課題進(jìn)行了銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，首先，在產(chǎn)生裂紋的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，在燒成工序中，在成型體的中心部附近和外表面附近產(chǎn)生很大的溫度差。因此，對其原因進(jìn)行了調(diào)查和研究，在中心部附近和燒成氣氛中，其升溫速度發(fā)生了較大的差別，特別是，在為了高氣孔率化而含有碳和低溫下燃燒的造孔劑時，該差別很明顯。這是因?yàn)?，在碳燃燒的溫度下已?jīng)形成了氣孔，促進(jìn)了碳的燃燒，蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中心部附近的溫度容易上升。
其次，本發(fā)明人進(jìn)一步研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，例如，如果燒成采用堇青石化原料制成的成型體，則僅在達(dá)到800～1200℃這一特定溫度范圍的部分發(fā)生燒收縮。這可以解釋為，在產(chǎn)生上述溫度差時，在先達(dá)到引起該燒收縮的溫度范圍的部位，由于先于其它部位發(fā)生燒收縮，所以在兩部位之間發(fā)生熱收縮的差別，由此產(chǎn)生裂紋。
最后，本發(fā)明人基于這些研究結(jié)果，進(jìn)行進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，除了考慮成型體的體積和燒成氣氛的氧含量等之外，通過控制造孔劑的種類和添加量以及升溫速度等，在上述發(fā)生燒收縮的溫度范圍內(nèi)，通過使燒成氣氛溫度與燒成時的成型體中心部的溫度實(shí)質(zhì)上同步，從而解決上述問題，完成本發(fā)明。
也就是說，本發(fā)明提供一種多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，該方法的特征是它是由以陶瓷原料為主成分，含有造孔劑的原料制造成型體，將得到的成型體干燥并燒成的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，在燒成成型體時，使燒成氣氛的溫度在成型體的至少一部分發(fā)生燒收縮的溫度范圍內(nèi)與成型體中心部的溫度實(shí)質(zhì)上同步，同時進(jìn)行升溫。
又，本發(fā)明提供一種多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，該方法的特征是它是由以堇青石化原料為主成分，含有造孔劑的原料制造成型體，將得到的成型體干燥、燒成的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，在成型體燒成時，將燒成氣氛的溫度在成型體的至少一部分為800～1200℃的溫度范圍內(nèi)，相對于成型體中心部溫度的差控制在-150℃～+50℃的范圍，同時進(jìn)行升溫。
在本發(fā)明中，優(yōu)選增減造孔劑的量，控制成型體中心部的溫度。具體地說，根據(jù)采用的原料不同而不同，例如，如果是以堇青石化原料為主成分的成型體，優(yōu)選增減在400～1200℃范圍內(nèi)燃燒的造孔劑的量，來控制成型體中心部的溫度。更優(yōu)選，在這樣的成型體中，增減在400～1200℃范圍內(nèi)燃燒的造孔劑的量來控制成型體中心部的溫度，并且增減在400～1200℃范圍內(nèi)燃燒的造孔劑以及在不足400℃溫度下燃燒的造孔劑的量來控制氣孔率。
在本發(fā)明中，作為在400～1200℃范圍內(nèi)燃燒的造孔劑，從發(fā)熱量小的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選碳。又，作為在不足400℃溫度下燃燒的造孔劑，可舉出選自小麥粉、淀粉、酚醛樹脂、可發(fā)泡樹脂(foamable resin)、已發(fā)泡的泡沫樹脂(foamed resin)、聚甲基丙烯酸甲酯和聚對苯二甲酸乙二醇酯中的至少一種。
在本發(fā)明中，成型體含有相對于堇青石化原料100質(zhì)量份為5～25質(zhì)量份的碳，且含有相對于堇青石化原料100質(zhì)量份為1～5質(zhì)量份的可發(fā)泡樹脂或者已發(fā)泡的泡沫樹脂。
在本發(fā)明中，使燒成氣氛的溫度在溫度為400～1200℃的范圍內(nèi)以10～80℃/小時的速度升高來燒成成型體為好。燒成成型體時的氣氛在溫度為400～1200℃的范圍內(nèi)含有7～17體積％的氧為好。
本發(fā)明的制造方法，在多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體中，對蜂窩狀結(jié)構(gòu)體也特別適合使用。
這里，通過

圖1～3，對本發(fā)明制造方法中燒成工序的基本原理進(jìn)行說明。圖1是表示在燒成工序中成型體中心部溫度在高于燒成氣氛溫度的狀態(tài)下變化的例子的圖，圖2是相反地表示成型體中心部溫度在低于燒成氣氛溫度的狀態(tài)下變化的例子的圖。圖3是表示多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體中心部溫度與燒成氣氛溫度大體一致地變化的例子的圖。各圖表示燒成以堇青石化原料為主成分并含有造孔劑碳(活性炭)的成型體的例子，各圖中，虛線表示成型體中心部的溫度，實(shí)線表示燒成氣氛的溫度。
首先，圖1所示的例子是在大量含有碳等造孔劑的成型體的情況下可以見到的，燒成溫度一旦達(dá)到造孔劑的可燃燒溫度(在圖中約400℃相當(dāng)于該溫度)，顯示出成型體中心部的溫度高于燒成氣氛溫度。這是因?yàn)?，通過造孔劑燃燒產(chǎn)生的熱聚集在成型體內(nèi)部，溫度上升也進(jìn)一步促進(jìn)造孔劑燃燒，直至造孔劑完全燒失，成型體中心部的溫度保持在高于燒成氣氛溫度的狀態(tài)。
另一方面，由堇青石化原料構(gòu)成的成型體一旦達(dá)到800～1200℃的溫度范圍，急劇地引起燒收縮。因此，在先達(dá)到該溫度范圍的成型體內(nèi)部，先于其外部，發(fā)生隔壁的燒收縮，在兩部分之間產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。因此，在該拉伸應(yīng)力大時，在得到的陶瓷結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。
其次，圖2表示的例子是成型體中心部的溫度在低于燒成氣氛溫度的狀態(tài)下變化的例子。這是例如在成型體尺寸大或者燒成氣氛的升溫速度極快等情況下引起的，燒成氣氛的升溫速度相對于燒成氣氛的熱量從成型體外表面向中心部傳導(dǎo)的速度非常大的結(jié)果。在這種情況下，成型體外部的隔壁先于其內(nèi)部達(dá)到了800～1200℃的燒收縮溫度范圍。因此，在成型體外部的隔壁，先于其內(nèi)部的隔壁發(fā)生燒收縮，在兩部分之間產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。這樣，在該拉伸應(yīng)力大時，在得到的陶瓷結(jié)構(gòu)體的外部產(chǎn)生裂紋。
與此相反，圖3表示的例子是綜合考慮到成型體中心部的溫度高于燒成氣氛的溫度的因素和反之的成型體中心部的溫度低于燒成氣氛的溫度的因素，在成型體的至少一部分發(fā)生燒收縮的溫度范圍內(nèi)，使燒成氣氛溫度與成型體中心部的溫度實(shí)質(zhì)上同步，同時進(jìn)行升溫、燒成的本發(fā)明的例子。
通過這樣的燒成，在成型體外部和其內(nèi)部燒收縮大致同時發(fā)生，成型體各部分的收縮差基本上沒有，因此，在成型體各部分之間不產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，在得到的陶瓷結(jié)構(gòu)體上不產(chǎn)生裂紋。
附圖的簡單說明圖1是表示在燒成工序中使成型體中心部的溫度高于燒成氣氛溫度的例子的曲線圖。
圖2是表示在燒成工序中使成型體中心部的溫度低于燒成氣氛溫度的例子的曲線圖。
圖3是表示在燒成工序中成型體中心部的溫度與燒成氣氛溫度大體一致的例子的曲線圖。
圖4是表示燒成體積為3L的成型體時在400～1200℃范圍內(nèi)的升溫速度與碳添加量的關(guān)系的曲線圖。
圖5是表示燒成體積為15L的成型體時在400～1200℃范圍內(nèi)的升溫速度與碳添加量的關(guān)系的曲線圖。
圖6是表示燒成體積為28L的成型體時在400～1200℃范圍內(nèi)的升溫速度與碳添加量的關(guān)系的曲線圖。
圖7是表示在各實(shí)施例和比較例中，成型體燒成時成型體中心部和燒成氣氛的升溫狀態(tài)的曲線圖。
圖8是表示在各實(shí)施例和比較例中成型體燒成時的成型體中心部和燒成氣氛的升溫狀態(tài)的曲線圖。
圖9是表示在各實(shí)施例和比較例中成型體燒成時的成型體中心部和燒成氣氛的升溫狀態(tài)的曲線圖。
圖10是表示在各實(shí)施例和比較例中成型體燒成時的成型體中心部和燒成氣氛的升溫狀態(tài)的曲線圖。
發(fā)明的實(shí)施方案下面，對本發(fā)明的實(shí)施方案的每個工序進(jìn)行具體說明。
在本發(fā)明的制造方法中，首先由以陶瓷原料為主成分、含有造孔劑的原料制造成型體，并干燥該成型體。
在本發(fā)明中，對陶瓷原料沒有特別的限制，例如可舉出堇青石化原料、氧化鋁或者磷酸鋯等。
又，在堇青石化原料為陶瓷原料的情況下，通?？膳e出將高嶺土、滑石、石英、熔融二氧化硅、多鋁紅柱石(莫來石)等二氧化硅(SiO2)源成分，滑石、菱鎂礦等氧化鎂(MgO)源成分和高嶺土、氧化鋁、氫氧化鋁等氧化鋁(Al2O3)源成分以堇青石晶體的理論組成進(jìn)行混合的產(chǎn)物。但是，根據(jù)用途不同，可有意地改變該理論組成，或者含有雜質(zhì)云母、石英、Fe2O3、CaO、Na2O或K2O等。而且，通過一邊保持該理論組成控制構(gòu)成原料的種類或者其混合比例，或者對各種原料的粒徑進(jìn)行控制，可以控制得到過濾器的氣孔率和氣孔徑。
作為本發(fā)明使用的造孔劑，例如，可以舉出石墨、活性炭等碳，丙烯酸類微膠囊等已發(fā)泡的泡沫樹脂、可發(fā)泡樹脂、小麥粉、淀粉、酚醛樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯或者聚對苯二甲酸乙二醇酯等。關(guān)于與燒成條件的關(guān)系，在后面描述。
在本發(fā)明中，根據(jù)需要，可以含有其它添加劑，例如可以含有成型助劑、粘合劑或者分散劑等。
作為成型助劑，例如可舉出硬脂酸、油酸、月桂酸鉀皂、乙二醇或者三亞甲基二醇等。
作為粘合劑，例如可舉出羥基丙基甲基纖維素、甲基纖維素、羥基乙基纖維素、羧甲基纖維素或者聚乙烯基醇等，作為分散劑，例如可舉出糊精、脂肪酸皂或者多元醇等。
這些添加劑根據(jù)需要可一種單獨(dú)使用，也可以兩種以上組合使用。
在本發(fā)明中，對成型體的制造方法沒有特別的限制，可采用合適的優(yōu)選方法進(jìn)行。例如，在制造作為排氣凈化過濾器而使用的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體時，混合相對于堇青石化原料100質(zhì)量份為造孔劑5～40質(zhì)量份、水10～40質(zhì)量份和根據(jù)需要加入的粘合劑3～5質(zhì)量份和分散劑0.5～2質(zhì)量份后，采用真空和泥機(jī)等制成圓柱狀陶土(坯土)，通過將該陶土成型為蜂窩狀構(gòu)造進(jìn)行制造。
作為成型陶土的方法，可舉出例如擠出成型法、射出成型法或者壓制成型法等，其中，從連續(xù)成型容易，使陶瓷晶體取向，并具有低熱膨脹性方面考慮，優(yōu)選采用擠出成型法進(jìn)行。
作為成型體的干燥方法，例如，可以舉出熱風(fēng)干燥、微波干燥、感應(yīng)干燥、減壓干燥、真空干燥或者凍結(jié)干燥等，可根據(jù)所用的陶瓷原料選擇合適的方法。在以堇青石化原料為主成分的成型體的情況下，就能夠快速均一地干燥整體這方面而言，可采用組合熱風(fēng)干燥和微波干燥或者感應(yīng)干燥的干燥工序進(jìn)行為好。
其次，在本發(fā)明的制造方法中，通過使燒成氣氛的溫度在成型體的至少一部分發(fā)生燒收縮的溫度范圍內(nèi)實(shí)質(zhì)上與成型體中心部的溫度同步，對成型體進(jìn)行升溫，進(jìn)行燒成。
由此，在燒成時在成型體各部分之間不產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，能夠得到不產(chǎn)生裂紋的高氣孔率的陶瓷結(jié)構(gòu)體。
這里，在本說明書中，“中心部”是指蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的中心軸中點(diǎn)附近的隔壁部分。
又，“成型體的至少一部分發(fā)生熱收縮的溫度范圍”根據(jù)構(gòu)成成型體的原料不同而不同，例如，如果是以堇青石化原料為主成分的成型體，為800～1200℃，如果是以磷酸鋯為主成分的成型體，為1000～1200℃。
又，“實(shí)質(zhì)上同步”是指，在能夠獲得抑制裂紋發(fā)生的效果的范圍內(nèi)，使燒成氣氛的溫度相對于成型體中心部的溫度在特定的范圍內(nèi)，同時升溫。具體地講，根據(jù)構(gòu)成成型體的原料的收縮率，該范圍多少地發(fā)生變動，相對于成型體中心部的溫度為-150～+50℃左右的溫度范圍。
因此，在本發(fā)明中，在燒成以堇青石化原料為主成分的成型體時，優(yōu)選使燒成氣氛的溫度在成型體至少一部分為800～1200℃的溫度范圍內(nèi)相對于成型體的中心部溫度的差，控制在-150～+50℃的溫度范圍內(nèi)，同時升溫，更優(yōu)選控制在-120～+30℃的溫度范圍內(nèi)同時進(jìn)行升溫，特別優(yōu)選控制在-100℃～+20℃的溫度范圍內(nèi)同時進(jìn)行升溫。
在本發(fā)明中，作為使燒成氣氛的溫度與成型體中心部溫度同步的方法，可舉出例如在測定成型體中心部溫度的同時，使燒成氣氛溫度跟隨測定的成型體中心部溫度的方法，或者預(yù)先進(jìn)行試驗(yàn)性燒成，由該結(jié)果求出燒成氣氛溫度與成型體中心部溫度同步的升溫程序，根據(jù)該程序，進(jìn)行燒成的方法，其中，從操作容易性方面考慮，優(yōu)選后者。
但是，不管是什么方法，燒成氣氛的升溫速度在容易控制的范圍內(nèi)設(shè)定為好。具體地說，優(yōu)選使燒成氣氛溫度在溫度為從所用的造孔劑中、在400℃以上進(jìn)行燃燒的造孔劑的開始燃燒溫度到成型體還沒有發(fā)生燒收縮的溫度范圍內(nèi)以10～80℃/小時的速度升高，例如，在燒成含有以堇青石化原料為主成分，以碳為造孔劑的成型體時，根據(jù)碳的種類、成型體的尺寸等而不同，優(yōu)選在溫度為400～1200℃的范圍內(nèi)以10～80℃/小時的速度升溫。
另一方面，成型體中心部和燒成氣氛的溫度差，除了燒成氣氛的升溫速度之外，還受到造孔劑的種類或含量、燒成氣氛的氧含量或者成型體的形狀或者尺寸等因素的影響。因此，調(diào)整這些因素中的至少一個使兩者的溫度同步，從能夠使上述燒成氣氛的升溫速度在容易控制的范圍角度考慮是優(yōu)選的。
特別是，在本發(fā)明中，即使是成型體的體積等不同的成型體，也可以同時進(jìn)行燒成工序，從生產(chǎn)效率上極為有利方面考慮，優(yōu)選包括增減至少在400～1200℃范圍內(nèi)燃燒的造孔劑的量的溫度控制方法。
在本發(fā)明中，作為在400～1200℃范圍內(nèi)燃燒的造孔劑，在與在不足400℃溫度下燃燒的造孔劑并用時，即使在不足400℃溫度下燃燒的造孔劑燃盡，成型體的強(qiáng)度減小后，殘存造孔劑也能確保燒成時成型體的剛性，從這一點(diǎn)而言，優(yōu)選碳。
作為碳，例如可舉出石墨和活性炭等，例如，活性炭可以作為在400～1200℃范圍內(nèi)燃燒的造孔劑使用，石墨可以作為在600～1200℃范圍內(nèi)燃燒的造孔劑使用。
又，在使用碳作為造孔劑時，為了利用燃燒時發(fā)出的熱量，能夠容易地控制燒成氣氛和成型體中心部的溫度差，優(yōu)選相對于堇青石化原料100質(zhì)量份含有5～25質(zhì)量份。
特別是，如前所述，合適的碳添加量根據(jù)與成型體中心部和燒成氣氛的溫度差有關(guān)的其它因素來相對地改變。
因此，下面舉出具體的例子，就成型體體積和氣氛升溫速度的關(guān)系對合適的碳添加量進(jìn)行描述。圖4～6是表示分別燒成體積(其中，這里是指忽略了貫通孔等空間的表觀上的體積)為3L、15L、28L的成型體時碳的添加量和氣氛升溫速度的關(guān)系的圖。
首先，如圖4所示，燒成體積為3L的成型體時，氣氛升溫速度(y)與碳添加量(x)滿足下述關(guān)系式(1)表示的關(guān)系時，能夠獲得不產(chǎn)生裂紋的陶瓷結(jié)構(gòu)體。
y≥2x+10 …(1)同樣，如圖5所示，在燒成體積為15L的成型體時，氣氛升溫速度(y)和碳的添加量(x)滿足下述關(guān)系式(2)和(3)表示的關(guān)系時，可以得到不發(fā)生裂紋的陶瓷結(jié)構(gòu)體。
y≥2x…(2)y≤2x+20 …(3)進(jìn)而，如圖6所示，在燒成體積為28L的成型體時，氣氛升溫速度(y)和碳的添加量(x)滿足下述關(guān)系式(4)表示的關(guān)系時，可以得到不發(fā)生裂紋的陶瓷結(jié)構(gòu)體。
y≤2x+10 …(4)上面是就成型體體積和氣氛升溫速度的關(guān)系對合適的碳添加量進(jìn)行了說明，對于其它因素也同樣，即，從與其它各因素的關(guān)系方面考慮合適的范圍不一樣。
其次，在本發(fā)明中，燒成以堇青石化原料為主成分的成型體的情況下，更優(yōu)選下面的方法用在400～1200℃范圍內(nèi)燃燒的造孔劑的量控制成型體中心部和燒成氣氛的溫度差，同時增減在400～1200℃范圍內(nèi)燃燒的造孔劑的量和在不到400℃溫度下燃燒的造孔劑的量，來控制氣孔率。根據(jù)該方法，只考慮成型體中心部和燒成氣氛的溫度差，就可以確定在400～1200℃范圍內(nèi)燃燒的造孔劑的添加量，而且，由于只采用該造孔劑就能夠用在不足400℃溫度下燃燒的造孔劑捕捉不充分的氣孔形成，可以進(jìn)一步提高氣孔率。
在本發(fā)明中，作為在不足400℃溫度下燃燒的造孔劑，可舉出選自小麥粉、淀粉、酚醛樹脂、可發(fā)泡樹脂、已發(fā)泡的泡沫樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯和聚對苯二甲酸乙二醇酯中的至少一種，其中，從采用少量就能夠獲得氣孔率50％以上的極高氣孔率的陶瓷結(jié)構(gòu)體方面來看，優(yōu)選可發(fā)泡樹脂或者已發(fā)泡的發(fā)泡樹脂，從可更高氣孔率化方面考慮，特別優(yōu)選丙烯酸系微膠囊等已發(fā)泡的泡沫樹脂。
特別是，如果大量加入在300～400℃低溫下燒失的可發(fā)泡樹脂等，在碳等在400℃以上開始燃燒的造孔劑燃燒時，由于已經(jīng)形成了多數(shù)氣孔，形成了該造孔劑易于燃燒的環(huán)境，所以難以控制升溫速度。因此，在不足400℃的溫度下燃燒的造孔劑，在陶土中，優(yōu)選含有不足15質(zhì)量％，更優(yōu)選含有10質(zhì)量％以下。
在本發(fā)明中，可以采用燒成氣氛的氧濃度來控制成型體中心部和燒成氣氛的溫度差。但是，在用燒成氣氛的氧濃度進(jìn)行控制時，必須考慮安全面，因此，在400～1200℃的燒成溫度時，優(yōu)選將燒成氣氛的氧濃度控制在7～17體積％的范圍為好。
上面對本發(fā)明的制造方法進(jìn)行了說明，本發(fā)明的制造方法與形狀、尺寸和構(gòu)造等沒有關(guān)系，可適用于各種多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體。但是，由于造孔劑的燃燒得到促進(jìn)，燒成氣氛和中心部的溫度差容易變大，因此特別適用于高氣孔率的多孔質(zhì)蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造方法。
實(shí)施例下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作具體說明，但是，本發(fā)明并不受這些實(shí)施例的限制。對各實(shí)施例和比較例的評價如下進(jìn)行。
(評價方法)基于各實(shí)施例和比較例制作蜂窩狀結(jié)構(gòu)體時，通過R熱電偶測定成型體中心部和燒成氣氛的溫度，求出二者的差。而且，對基于各實(shí)施例和比較例制造的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體100個，用肉眼確定有無裂紋及其位置。
(實(shí)施例1)首先，以滑石(平均粒徑21微米)39.8質(zhì)量％、高嶺土(平均粒徑11微米)18.5質(zhì)量％、氧化鋁(平均粒徑7微米)14.0質(zhì)量％、氫氧化鋁(平均粒徑2微米)15.2質(zhì)量％、二氧化硅(平均粒徑25微米)12.5質(zhì)量％的比例混合，制備堇青石化原料。
接著，相對于該堇青石化原料100質(zhì)量份，將含有碳(平均粒徑53微米)10.0質(zhì)量份、泡沫樹脂(foamed resin)(平均粒徑50微米)2.0質(zhì)量份、粘合劑4質(zhì)量份、表面活性劑0.5質(zhì)量份和水31質(zhì)量份的原料加入到混練機(jī)中，混練30分鐘，制成陶土。
接著，將得到的陶土加入到真空混泥機(jī)中，進(jìn)行混練，制成圓柱狀后，投入到擠出成型機(jī)中，成型為蜂窩狀。而且，將該成型體感應(yīng)干燥后，用熱風(fēng)干燥進(jìn)行絕干，以給定尺寸切斷兩個端面。
最后，在400～1200℃(碳開始燃燒，未發(fā)生燒收縮的溫度范圍)、燒成氣氛的氧濃度10～15體積％，用表1所示的No.3的升溫程序進(jìn)行燒成，體積3L(尺寸φ150mm×L150mm)，隔壁厚度300微米，孔(セル；cell)數(shù)300個孔/英寸2(46.5×10-2/mm2)的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。制造條件和評價結(jié)果在表1、2中。將成型體中心部和燒成氣氛的升溫狀態(tài)示于圖7。
(實(shí)施例2～6和比較例1～5)除了在表1和表2所示的升溫程序下進(jìn)行燒成，以及制成表2所示的體積(3L(尺寸φ150mm×L150mm)、15L(尺寸φ250mm×L300mm)、28L(尺寸φ300mm×L400mm))的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體之外，其他與實(shí)施例1同樣，制造蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。制造條件和評價結(jié)果在表1、2中表示。將成型體中心部和燒成氣氛的升溫狀態(tài)示于圖7和圖8。
表1

表2

(評價)如表2和圖7、8所示，對于比較例1和2的制造方法，在成型體中心部的溫度為800～1200℃的范圍，燒成氣氛溫度相對于成型體中心部的溫度的差最大超過了-150℃。而且，采用任意一種制造方法在制作的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體100個上都產(chǎn)生裂紋，裂紋的位置主要在中心部附近。
對于比較例3、4和5的制造方法，在成型體中心部的溫度為800～1200℃的范圍，燒成氣氛溫度相對于成型體中心部的溫度的差最大超過了+50℃。而且，采用任意一個制造方法，在制作的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體100個上都產(chǎn)生裂紋，裂紋的位置主要在外表面附近。
與此不同，對于實(shí)施例1～6的制造方法，在成型體中心部的溫度為800～1200℃的范圍，燒成氣氛溫度相對于成型體中心部的溫度的差最大在-150～+50℃的范圍內(nèi)。而且，采用任何制造方法，在制作的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體100個上都沒有產(chǎn)生裂紋，裂紋發(fā)生率為0％。
(實(shí)施例7和比較例6、7)除了以表1所示的升溫程序No.2進(jìn)行燒成、采用相對于堇青石化原料100質(zhì)量份，含有20.0質(zhì)量份的碳(平均粒徑53微米)的原料、以及制造表2所示的體積(3L(尺寸φ150mm×L150mm)、15L(尺寸φ250mm×L300mm)、28L(尺寸φ300mm×L400mm))的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體以外，其他與實(shí)施例1同樣，制造蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。制造條件和評價結(jié)果在表3中表示。而且，圖9表示成型體中心部和燒成氣氛的升溫狀態(tài)。
表3

(實(shí)施例8、9)除了以表1所示的升溫程序No.2進(jìn)行燒成、采用相對于堇青石化原料100質(zhì)量份，分別含有5.0質(zhì)量份、10質(zhì)量份的碳(平均粒徑53微米)的原料以及分別制造表2所示的體積(3L(尺寸φ150mm×L150mm)、15L(尺寸φ250mm×L300mm)的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體以外，與實(shí)施例1同樣，制造蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。制造條件和評價結(jié)果與實(shí)施例7一起在表4中表示。而且，圖10示出了成型體中心部和燒成氣氛的升溫狀態(tài)。
表4

(評價)如表3和圖9所示，使碳的添加量恒定為15質(zhì)量％，將成型體的體積分別為3L、15L、28L的成型體以升溫程序2(在400～1200℃內(nèi)的升溫速度20℃/小時)進(jìn)行燒成時，在燒成最大的成型體(體積為28L)的實(shí)施例7中，得到的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體100個上全部都沒有產(chǎn)生裂紋，燒成最小的成型體(體積3L)的比較例6和燒成中間成型體(體積為15L)的比較例7中，得到的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體100個上都產(chǎn)生了裂紋，裂紋發(fā)生率為100％。
與此不同，如圖4和圖10所示，關(guān)于最小的成型體(體積3L)，碳添加量減少至5質(zhì)量％的實(shí)施例8，關(guān)于中間尺寸的成型體(體積15L)，碳的添加量為中間量10質(zhì)量％的實(shí)施例9，以及關(guān)于最大的成型體(體積為28L)，碳的添加量最多，為15質(zhì)量％的實(shí)施例7，分別在400～1200℃范圍內(nèi)以升溫速度20℃/小時進(jìn)行燒成，結(jié)果在每個制造方法中，制造的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體100個中都沒有產(chǎn)生裂紋，裂縫發(fā)生率為0％。
發(fā)明效果如以上所說明的，根據(jù)本發(fā)明的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，不僅制造低氣孔率，即使制造高氣孔率的陶瓷結(jié)構(gòu)體的情況下，也能夠通過燒成制造不產(chǎn)生裂紋的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體。特別是，對于控制特定的造孔劑的添加量的方法，可以將體積等不同的成型體在同一燒成工序中不產(chǎn)生裂紋的情況下制成高氣孔率的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體，能夠提供生產(chǎn)效率上極為有利的制造方法。本發(fā)明的制造方法，適用作為制造低氣孔率的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，特別適合作為高氣孔率的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造方法。
權(quán)利要求
1.一種多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，該方法是采用以陶瓷原料為主成分并含有造孔劑的原料制作成型體并將該成型體干燥、燒成的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，在燒成該成型體時，一邊使燒成氣氛的溫度在該成型體的至少一部分發(fā)生燒收縮的溫度范圍內(nèi)與該成型體中心部的溫度實(shí)質(zhì)上同步，一邊進(jìn)行升溫。
2.權(quán)利要求1記載的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，增減上述造孔劑的量來控制上述成型體中心部的溫度。
3.一種多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，該方法是采用以堇青石化原料為主成分并含有造孔劑的原料制作成型體并將該成型體干燥、燒成的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，在燒成該成型體時，一邊將燒成氣氛的溫度在該成型體的至少一部分為800～1200℃的溫度范圍內(nèi)相對于該成型體中心部溫度的差控制在-150～+50℃的范圍，一邊進(jìn)行升溫。
4.權(quán)利要求3記載的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，增減在400～1200℃的范圍燃燒的造孔劑的量，來控制上述成型體中心部的溫度。
5.權(quán)利要求3或者4記載的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，增減在400～1200℃范圍內(nèi)燃燒的造孔劑的量來控制上述成型體中心部的溫度，并且增減在400～1200℃范圍內(nèi)燃燒的造孔劑的量和在不足400℃溫度下燃燒的造孔劑的量來控制氣孔率。
6.權(quán)利要求4或5記載的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，上述在400～1200℃范圍內(nèi)燃燒的造孔劑是碳。
7.權(quán)利要求5或6記載的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，上述在不足400℃溫度下燃燒的造孔劑是選自小麥粉、淀粉、酚醛樹脂、可發(fā)泡樹脂、已發(fā)泡的泡沫樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯和聚對苯二甲酸乙二醇酯中的至少一種。
8.權(quán)利要求3記載的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，上述成型體含有相對于堇青石化原料100質(zhì)量份為5～25質(zhì)量份的碳，并且含有相對于堇青石化原料100質(zhì)量份為1～5質(zhì)量份的上述可發(fā)泡樹脂或者已發(fā)泡的泡沫樹脂。
9.權(quán)利要求3～8的任一項(xiàng)記載的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，使上述燒成氣氛的溫度在溫度為400～1200℃的范圍內(nèi)以10～80℃/小時的速度升高。
10.權(quán)利要求3～9的任一項(xiàng)記載的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，燒成上述成型體時的氣氛在溫度為400～1200℃的范圍內(nèi)具有有7～17體積％的氧。
11.一種多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中，上述權(quán)利要求1～10的任一項(xiàng)記載的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體是蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
全文摘要
本發(fā)明提供燒成時不發(fā)生裂紋的、能夠制造不僅是低氣孔率的還有高氣孔率的陶瓷結(jié)構(gòu)體的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法。該方法是采用以陶瓷原料為主成分、并含有造孔劑的原料制造成型體，將得到的成型體干燥并燒成的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法。在燒成成型體時，使燒成氣氛的溫度在成型體的至少一部分發(fā)生燒收縮的溫度范圍內(nèi)，與成型體中心部的溫度實(shí)質(zhì)上同步，同時進(jìn)行升溫。
文檔編號C04B35/634GK1434000SQ0310173
公開日2003年8月6日 申請日期2003年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月21日
發(fā)明者室井由美, 和田幸久, 野口康 申請人:日本礙子株式會社