JPH0127991B2 - - Google Patents

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JPH0127991B2
JPH0127991B2 JP55045017A JP4501780A JPH0127991B2 JP H0127991 B2 JPH0127991 B2 JP H0127991B2 JP 55045017 A JP55045017 A JP 55045017A JP 4501780 A JP4501780 A JP 4501780A JP H0127991 B2 JPH0127991 B2 JP H0127991B2
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JP
Japan
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talc
calcined
cordierite
plate
calcined talc
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JP55045017A
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JPS56145170A (en
Inventor
Kazuhiro Inokuchi
Tomohiko Nakanishi
Mitsuru Asano
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Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
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Publication date
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Priority to US06/250,150 priority patent/US4434117A/en
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Publication of JPH0127991B2 publication Critical patent/JPH0127991B2/ja
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  • Press-Shaping Or Shaping Using Conveyers (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明はコージエライト体の製造方法に関する
もので、低熱膨脹性のコージエライト体、特に特
定方向に顕著な低熱膨脹性を有するコージエライ
ト体を得ることを目的とする。また本発明は焼成
時における製品の変形を少くするコージエライト
体の製造方法を提供することを目的とする。更に
本発明は、耐熱衝撃性にすぐれたコージエライト
のハニカム構造体、特に排気ガス浄化用触媒担体
としてのハニカム構造体を得ることを目的とする
ものである。 コージエライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2)は
広い温度範囲にわたつて非常に低い熱膨脹係数を
示すことより、急激な冷熱サイクルが繰返される
ために耐熱衝撃性が要求される製品、例えばハニ
カム状の排気ガス浄化用触媒担体の構成材料とし
て適している。 コージエライト系セラミツクの熱膨脹係数は一
般に26.0×10-7/℃(25〜1000℃)とされてい
た。しかも最近、各産業界で更に耐熱衝撃性のあ
るセラミツクが要求され、種々の研究がなされた
結果、材料中に含まれるナトリウム、カリウム、
カルシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属
および熱膨脹の低下に悪影響を与えると考えられ
る他の不純物を極力除去することで、17.0×
10-7/℃(25〜1000℃)の低熱膨脹のコージエラ
イト体が得られるようになつた。 更に、コージエライト結晶子自身がもつ異方性
を配向させて利用することで、少くとも一方向で
の熱膨脹係数が11.0×10-7/℃(25〜1000℃)以
下というコージエライト体が得られることが報告
されている。例えば、米国特許第3885977号(日
本出願特開昭50−75611号)には、板状の、ある
いは処理中に層分離して板状となる粘土、特にカ
オリン(Al2O3・2SiO2・2H2O)を含むコージエ
ライト調整バツチ原料を、板状のカオリンが平面
的に配向するような手段により成形し、乾燥、焼
成することにより、11.0×10-7/℃の低熱膨脹性
を有するコージエライト体が得られることが示さ
れている。 発明者らは、特定の方向に更にすぐれた低熱膨
脹性を示すコージエライト体を得るために、かつ
焼成時の変形を防止して結晶性の良好なコージエ
ライト体を得るために種々の研究、実験を重ねた
結果、コージエライト調整バツチ原料としては、
仮焼タルクと、水酸化アルミニウムおよび/また
はアルミナと、無水珪酸とを主要原料として含
み、カオリを含まないバツチ原料を用いて、そし
てこの仮焼タルクとしては粒度調整をした板状の
生タルク(滑石)または層状の生タルク
(3MgO・4SiO2・H2O)を粉砕し(00l)面
〔(001)面に平行な面〕に沿つて層分離するとと
もに粒度調整をした板状の生タルクを仮焼したも
のを用い、この仮焼タルクと、別に準備した無水
珪酸と、水酸化アルミニウムおよび/またはアル
ミナとを主要原料として含み、カオリンを含まな
いコージエライト調整バツチ原料を混合混練し、
2バツチ原料支線、これに押出成形の如きアニソ
スタテイクな成形を施してバツチ中の板状仮焼タ
ルクに平面的な配向性を与え、この成形体を乾
燥、焼成することにより、得られるコージエライ
ト体には極めてすぐれた低熱膨脹性が与えられ、
かつ焼成時に製品の変形が極めて少なくなること
を見出した。 本発明において重要なことは、バツチ原料の仮
焼タルクを得る手段として、生タルクを板状粒子
に調整してから仮焼することである。例えばその
逆に、生タルクを仮焼し、しかる後にこれを粉砕
するときは等辺的粒子となつて板状体が得られ
ず、従つて成形時に仮焼タルクに平面的配向を与
えることができない。その理由としては、生タル
クを仮焼すると、その組織中にエンスタタイト系
鉱物(MgO・SiO2)が生成され、これを粉砕す
るときは、生タルクの場合には(001)面に沿つ
て劈開されて板状粒子となるべきところ、エンス
タタイト系鉱物では方向性を有する劈開がなされ
ず、一般的に等辺的粒子となることが挙げられ
る。 本発明において板状の仮焼タルクを用いたこと
には二つの大きな意義がある。一つはタルクを板
状とした意義であり、他の一つは仮焼タルクとし
た意義である。 先ず前者については、タルクの板状粒子を含む
バツチ原料をアニソスタテツクな成形、例えば細
いスリツトを有するダイスにより押出成形すると
きには、第2図に示すようにバツチ原料が細いス
リツトを通るときタルクの板状粒子1は倒されて
押出成形体2の壁面に沿う方向に平面的に配向さ
れる。そしてこの成形体を焼成することにより得
られる壁の薄いコージエライト体はその壁面に沿
う方向に特にすぐれた低熱膨脹性を示すのであ
り、このことはコージエライト体の各結晶子のC
軸が壁面に沿つて配向されたことを示すものであ
る。 後者については、予め仮焼したタルクを用いる
と、焼成時の変形防止に有効なことである。即
ち、生タルクは水分を含み、かつ熱的に不安定な
物質であつて、生タルクを含むバツチ原料を焼成
すると水分の消失により得られたコージエライト
体は収縮し、また組織中にひずみが発生する。本
発明は水分を除去するとともに熱的に安定な仮焼
タルクを用いたことによりコージエライト体の収
縮を少なくし、結晶性を良好にすることができ
る。 生タルクの仮焼温度としては、900℃〜1400℃、
特に1100℃〜1300℃が適当である。900℃以下で
は、生タルク中に含まれる水分がほとんど、また
は一部しか消失しないこと、および熱的に不安定
な要素が残存することより収縮率の低下およびす
ぐれた結晶性が得られない。また、1400℃程度な
いしそれを越えると、予め板状とされた生タルク
粒子同志が焼結し、板状の形態が保持できなくな
る。 なお、本発明においては、バツチ原料の仮焼タ
ルクとして板状粒子のものを用いたが、他のバツ
チ原料は板状とする必要はない。但し、他の原料
は仮焼タルクよりも粒径の小さいものを用いるこ
とが望ましい。粒径が大きいと、成形時に仮焼タ
ルクが平面的に配向するのを阻害するからであ
る。 本発明は、薄い壁をへだてて軸方向に多数の通
孔を有する第1図に示す如きハニカム状の排気ガ
ス触媒担体の製造に利用して特に有効である。こ
のようなハニカム構造体は一般に細いスリツトを
有するダイスを用いて押出成形されるが、本発明
のバツチ原料はこのスリツトを通過するときに原
料中の仮焼タルクが平面的に配向し、得られた構
造体のコージエライト結晶子は壁の平面に沿う方
向、即ち厚さ方向(a軸方向)と直角方向にC軸
配向が与えられる。従つて壁に沿う方向に極めて
すぐれた低熱膨脹性を有しており、触媒担体とし
て急激な温度変化が加えられても、破損や亀裂が
発生することなく、すぐれた耐熱衝撃性を発揮す
る。なお、壁の厚さ方向の熱膨脹性は壁面方向の
それに比べてやや大きいが、壁厚が薄いこと、お
よび各壁間には壁の膨脹を吸収する通孔が介在し
ているので、破損や亀裂についての問題は生じな
い。 次に本発明の詳細を実験例に基づいて説明す
る。 第1表は実験に用いた原料を列記したものであ
る。但し以下の各実験は列記した原料をすべて同
時に用いてはいない。各実験ではSiO2:Al2O3
MgO=51.4:34.9:13.7となるように、用いた原
料の配合重量割合を調整した。生タルクおよび仮
焼タルクの粉砕方法としては乾式粉砕法を用い
た。成形用ダイスとしては、スリツト幅0.3mm、
300セル/in2のハニカム成形用実験ダイスを用い
た。焼成は最高温度1400℃、5時間保持とした。 実験例 1 原料として第1表中の仮焼タルク、無水珪酸
(SiO2)および水酸化アルミニウム〔Al(OH)3
を用い、これを水およびバインダーとともに混合
混練した。そしてハニカム押出成形用実験ダイス
により押出成形して乾燥、焼成し、ハニカム構造
体を製造した。 なお、仮焼タルクとしては積層状の生タルクを
粉砕し(001)面に沿つて劈開して板状粒子とし、
しかる後に仮焼したもの(本発明による仮焼タル
ク)と、平均粒径30μの生タルクを仮焼し平均粒
径28μの仮焼タルクを得た後、これを粉砕したも
の(比較材仮焼タルク)とを用いた。そしていず
れの仮焼タルクについても種々の平均粒径のもの
について実験した。第1表中、Ig lossは灼熱減
量を示す。 用いた仮焼タルクの平均粒径(μ)および得ら
れたハニカム構造体の軸方向(押出し方向に平行
な方向、即ち壁面に沿う方向)における25〜1000
℃での熱膨脹を測定した結果を第2表に示す。測
定はハニカム構造体より径10φで長さ50mmの試料
を切出して、これにより行なつた。第2表中、仮
焼タルクAは上記本発明の仮焼タルクを示し、仮
焼タルクBは上記比較材仮焼タルクを示す。また
CTEは熱膨脹係数(×10-7/℃)を、実験例1
は本実験例を示す。なお、実験例2は後記する実
験例2を示す。 第2表および第2表の結果を図示した第3図
(図中、〇印および線Aは粉砕後仮焼した本発明
の仮焼タルク、即ち表中の仮焼タルクAを用いた
結果を、△印および線Bは仮焼後粉砕した比較材
仮焼タルク、即ち表中の仮焼タルクBを用いた結
果をそれぞれ示す)より明かなように、本発明に
より得られた焼成体たるハニカム構造コージエラ
イト体は、用いた仮焼タルクの平均粒径にかかわ
らず、9.3〜10.8×10-7/℃というほぼ均一ですぐ
れた熱膨脹係数を示した。 これに対し、比較材仮焼タルクを用いたもの
は、遥かに大きな熱膨脹係数を示す。なお、仮焼
タルク平均粒径28μのものについては本発明の場
合と同一の熱膨脹係数であるが、これは28μの仮
焼タルクは生タルク仮焼後に粉砕が加えられなか
つたもので、本発明の仮焼タルク(28μ)と同一
であるからである。また、仮焼タルクの平均粒径
が大きいものほど低熱膨脹係数となるのは、平均
粒径が大きいものほど粉砕度が少なく、従つて未
粉砕の板状タルクおよび一部が粉砕されてもなお
板状の形態を残したタルクが含まれているからで
ある。 参考例 上記実験例1における原料たる無水珪酸に代え
て、粉砕して板状となつたカオリンを用い、他は
実験例1と同じ原料(仮焼タルク、水酸化アルミ
ニウム)を用いて実験例1と同様の実験を行なつ
た。結果は第2表および第4図に示す通りであつ
て、本発明により得られるハニカム構造コージエ
ライト体は9.2〜10.8×10-7/℃の低熱膨脹係数を
示し、一方、比較材仮焼タルクを用いた場合は遥
かに大きな熱膨脹係数を示す。 なお、上記両実験の結果板状の仮焼タルクを用
いるときはカオリンの有無にかかわらず、コージ
エライト体に同様の熱膨脹特性が得られることか
らみてカオリンはコージエライト体の低膨脹C軸
配向には何等寄与しないものと認められる。ま
た、この参考例ではカオリンとして特定の産地の
純度の高いものを使用した。 実験例 2 本発明により原料として第1表の仮焼タルク
(ただし平均粒径28μ)、無水珪酸、水酸化アルミ
ニウムを用いて上記実験例と同一の方法によりハ
ニカム構造コージエライト体を製造した。 また比較例として第1表の生タルク、無水珪
酸、水酸化アルミニウムを用いて同様にコージエ
ライト体を製造した。そしてそれぞれについて収
縮率を測定した。なおこの場合、 収縮率=乾燥時寸法−焼成時寸法/乾燥時寸法 本発明により仮焼タルクを用いた場合のコージ
エライト体の収縮率は0.16%、比較例により生タ
ルクを用いた場合のコージエライト体の収縮率は
1.72%であつた。 実験例2より明かなように、原料として仮焼タ
ルクを用いると、生タルクを用いた場合に比べ、
遥かに焼成時の変形が少なく、結晶性にすぐれた
高寸法精度の製品が得られることがわかる。 以上述べたように本発明によれば、従来不可欠
とされていた粘土(カオリン)を使用せずに低熱
膨張のコージエライト体を製造できる。このた
め、粘土内に含まれる不純物元素の混入を少なく
することができる、あるいは世界的に産地が限定
される高純度のカオリンが不要で、安定供給が可
能な原料のみで製造できる。 また、生タルクを(00l)面に沿つて板状粒子
に粉砕した後に仮焼した板状の仮焼タルクを用い
ているので、 タルクC軸* ⊥ コージエライトC軸 の方位関係を保つことができて、再現性よく配向
性のコージエライト体を製造できる。 さらに、仮焼タルクを用いることにより、生タ
ルクに比べて焼成収縮率を抑制でき、焼成割れ、
寸法不良等の不具合を低減できる。
【表】
【表】
【表】 【図面の簡単な説明】
第1図は本発明により得られるハニカム構造体
の斜視図、第2図は押出成形時におけるタルク粒
子の配向を示す図、第3図および第4図は本発明
に関する実験結果を示す。なお、第3図第4図
中、線Aは本発明により得られたセラミツク構造
体の熱膨脹係数を、線Bは比較例の熱膨脹係数を
それぞれ示す。 1……タルク粒子、2……押出成形体。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 生タルクを(00l)面に沿つて板状粒子に粉
    砕した後に仮焼した板状の仮焼タルクと、水酸ア
    ルミニウムおよび/またはアルミナと、無水珪酸
    とを主要原料として含み、カオリンを含まないコ
    ージエライト調整バツチ原料を混合混練し、上記
    バツチ原料をその中に含まれる板状の仮焼タルク
    に平面的な配向を与える成形手段により成形し、
    得られた成形体を乾燥、焼成することを特徴とす
    るコージエライト体の製造方法。 2 上記生タルクの仮焼温度を900〜1400℃とし
    た特許請求の範囲第1項記載のコージエライト体
    の製造方法。 3 上記板状仮焼タルクの平均粒径を2〜30ミク
    ロンとした特許請求の範囲第1項記載のコージエ
    ライト体の製造方法。 4 上記板状仮焼タルクに配向を与える成形手段
    として押出成形を行なう特許請求の範囲第1項記
    載のコージエライト体の製造方法。
JP4501780A 1980-04-04 1980-04-04 Manufacture of cordierite body Granted JPS56145170A (en)

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