JPH02172861A

JPH02172861A - 耐熱衝撃性セラミックス構造体の製造法

Info

Publication number: JPH02172861A
Application number: JP63328268A
Authority: JP
Inventors: Hironao Numamoto; 浩直沼本; Atsushi Nishino; 敦西野; Ichiro Tanahashi; 棚橋　一郎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-12-26
Filing date: 1988-12-26
Publication date: 1990-07-04
Anticipated expiration: 2009-06-15
Also published as: JPH0645501B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、触媒担体用基体あるいはその他構造材として
使用される耐熱衝撃性に優れたセラミックス構造体の製
造法に関する。

従来の技術従来の熱膨張係数の小さな耐熱衝撃性に優れたセラミッ
クスとしてはコーディエライト、リチウムアルミノシリ
ケート（スポジュウメン等）、チタン酸アルミニウム等
が知られている。しかし、これらは原料を焼結温度より
もさらに高い温度（融解温度付近）で熱処理し、反応合
成によって上記組成の物をつくるものである。

たとえば、コーチ゛イエライトは原料としてカオリン、
メルク、アルミナを用いてハニカム構造体とし、１３６
０〜１４００′Ｃで１〜２日間熱処理し、徐々に反応さ
せコーディエライト相にしていき、コーディエライト相
が少なくても９５ｗｔ％になるまで行う。これはこのセ
ラミックスにおいては反応合成されたコーチ゛イエライ
ト相は低熱膨張セラミックスであるが、それ以外の未反
応原料は熱膨張係数が大きいためである。この過程で、
原料の焼結は１２００’Ｃ付近から始まり、１３６０〜
１４００’Ｃでコーディエライト相への反応がおこり、
さらに１４２０℃以上では溶解する。そのため製造工程
での焼成温度管理には充分注意する必要があった。また
、その後徐々に冷却し、製品とされている。そのため容
積の大きな製品の場合冷却にもかなシな時間がかかって
いた。

また、溶融シリカを含有する低膨張セラミックスは今ま
でにも数多く知られているが、これらは耐熱衝撃性と機
械的強度を満足するものではなかった。

発明が解決しようとする課題本発明はかかる点に鑑みて溶融シリカを主成分とし、溶
融シリカより融点の低い固溶相を形成する原料粉末が焼
結温度という広い温度範囲において設定され、その後そ
の焼結温度から急冷することにより、焼結セラミックス
の耐熱衝撃性と機械的強度に優れたセラミックス構造体
を得るものである。また、耐熱衝撃性セラミックス構造
体を急冷により生産するので、従来生産コストの低減を
図ろうとするものである。

課題を解決するだめの手段本発明は、溶融シリカを主成分とし、溶融シリカより融
点の低い固溶相を含むハニカム構造体などの三次元構造
体を焼結温度で熱処理する工程と、その後、前記焼結体
をその焼結温度から水中で冷却する工程とを有する耐熱
衝撃性セラミックス構造体の製造方法である。

作用本発明は上記手段により、溶融シリカを主成分としたセ
ラミックスが熱処理過程で生成した固溶体により、溶融
シリカ粒子と溶融シリカ粒子との界面でぬれ現象をおこ
す焼結温度という広い温度範囲において設定し、その温
度から急冷することにより、焼結セラミックスは粒界に
おいてぬれながら、ミクロなりラックを持つようになり
、徐冷されたセラミックスに比べて、耐熱衝撃性に優れ
たものとなる。また、機械的強度もほとんど差がない。

製造工程においても従来より非常に短時間でハニカム構
造体を得ることができる。したがって、生産コストの低
減が達成される。

実施例以下本発明の実施例について説明する。

本発明による構造体は焼結温度から急冷されるので、熱
容量の小さなものが好ましい。したがって、ハニカム構
造体は開孔率が８０チ以上でセル壁厚がＱ、５Ｑｆｆ以
下であることが好ましい。また、ハニカム構造体でなく
ても三次元構造を有するもので同様な熱容量の小さな構
造体であれば本発明の効果が期待できる。

急冷方法としては熱容量の大きな媒体として水を選択す
るが、その他熱容量の大きな媒体であれば本発明の効果
が期待できる。

本発明で使用される原料としては熱膨張係数の小さな溶
融シリカを主成分とする。溶融シリカは熱膨張係数が０
．５　Ｘ　１　ｏ−６７／’Ｃと非常に小さい。

しかし、溶融、粉砕工程において不純物が混入すると熱
膨張係数が増大し、ハニカム構造体の耐熱衝撃性が悪く
なる。また、溶融状態から冷却するスピードによっても
溶融シリカの物性が異なる。

たとえば冷却スピードの遅いものはハニカム構造体とし
て高温雰囲気下で使用中結晶化し易く、耐熱衝撃性を悪
くする。したがって、不純物の少ない、熱膨張係数の小
さなものを選択する必要がある。

また、この溶融シリカを結合させるバインダー成分（溶
融シリカより融点の低い固溶相）としてはに２０−ム１
１２ｏｓ　　ＴｌＯ２系が好ましい。これらは１１００
’Ｃ以上において粒界で固溶相となり、１３００’Ｃで
はに２０−　Ａ７？２０５−　ＴｉＯ２系が完全な液相
となる。したがって、機械的強度を考えれば１０００℃
以上でもよいが、耐熱衝撃性を考えれば１３００’Ｃ以
下のほうがよい。それは本発明のセラミックスの場合耐
熱衝撃性で充分な効果を発揮するためには累積細孔容積
として０．１〜０．４ｃｃ／ｇを有するのが好ましいた
めである。

本発明で使用する再水和性アルミナとは、アルミナ水和
物を熱分解したα−アルミナ以外の遷移アルミナ、たと
えばρ−アルミナおよび無定形アルミナ等を意味する。

工業的にはたとえばバイヤー工程から得られるアルミナ
３水和物等のアルミナ水和物を約４００〜１２００’Ｃ
の熱ガスに通常数分間接触させたり、あるいはアルミナ
水和物を減圧下で約２６０〜９００℃に通常１分〜４時
間加熱保持することにより得ることができる約０．５〜
１６重量％の灼熱減量を有するもの等があげられる。

本発明で使用するチタン酸カリウムは、４チタン酸カリ
ウム、６チタン酸カリウムであり、さらに繊維状のもの
がよい。これは繊維状のもの（アスペクト比１０以上）
のほうが細孔容積を大きくでき、セラミックス構造体の
目的とする耐熱衝撃性と機械的強度に優れたものが得ら
れるためである。

（実施例１）再水和性アルミナ１０重量部、溶融シリカ８６重量部、
チタン酸カリウム５重量部と適量の成形バインダーと水
とを混練し、その後押し出し成形し、以下に示すノ・ニ
カム成形体を得た。

ハニカム面直径　　　１００Ｎ長さ　　　　　　　　　１２ＯＮセルピッチ　　　　　１．６　　ｎセル壁厚　　　　　　０．２５ｊ１ｍｌ成形体を徐々に
１２００″Ｃまで焼成し、１時間ホールド後、水中に浸
漬し、ハニカム構造体を得た。

（比較例１）実施例１と同様なハニカム構造体を１２００’Ｃで１時
間保持後徐冷により得た。

（実施例２）実施例１と同様なハニカム構造体を１０６０℃で１時間
保持後、水中に浸漬し、ハニカム構造体を得た。

（実施例３）実施例１と同様なハニカム構造体を１０００℃で１時間
保持後、水中に浸漬し、ハニカム構造体を得た。

（実施例４）実施例１と同様なハニカム構造体を１３００’Ｃで１時
間保持後、水中に浸漬し、ハニカム構造体を得た。

（実施例６）実施例１と同様なハニカム構造体を１３６０℃で１時間
保持後、水中に浸漬し、ハニカム構造体を得た。

実施例１〜６と比較例１で得だハニカム構造体に対して
熱膨張測定および機械的強度と耐熱衝撃性をテストした
。

機械的強度はハニカム構造体をポリエチレンフィルムシ
ートで密封し、水中に浸漬させながら圧力を加えていき
、・・ニカム構造体が加圧に耐えられる圧力を測定した
（アイソスタティク強度テスト）。そしてその強度がｓ
ｏ＆９／ｄ以上のものを実用範囲内と考えた。また、耐
熱衝撃性はハニカム構造体を室温から所定の温度にした
電気炉中に３０分間入れ、ハニカム構造体が所定の温度
になった状態から室温に出すという熱衝撃を与えた。

この試験はハニカム構造体に目視によりクラックが観察
されるまで行った。その結果を第１表に示す。

第１表上記の結果より水中急冷したものは熱膨張係数が小さく
耐熱衝撃性に優れていた。また、熱処理温度は１１００
〜１３ｏＯ℃が好ましい。

（実施例６）第２表に示す組成のものを実施例１と同様な方法で得た
。その結果を第２表に示す。

第２表上記の結果から明らかなようにＳｉＯ２８０〜９０ｗｔ
％、　ＡｈＯｓ　５〜１８　ｗｔ％、　’ｒｉｏ２２〜
６　ｗｔ％。

Ｋ２Ｏ０，４〜ｉ、５ｗｔ％の組成を有するハニカム構
造体が優れた耐熱衝撃性と機械的強度を示した。

発明の効果本発明によれば、従来よりも耐熱衝撃性に優れたセラミ
ックス構造体を生産性よく提供することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）溶融シリカを主成分とし、溶融シリカより融点の
低い固溶相を含む三次元構造体を焼結温度で熱処理する
工程と、その後、前記焼結体をその焼結温度から水中で
冷却する工程とを有する耐熱衝撃性セラミックス構造体
の製造法。
（２）ハニカム構造体がＳｉＯ＿２８０〜９０ｗｔ％，
Ａｌ＿２Ｏ＿３５〜１８ｗｔ％，ＴｉＯ＿２２〜６ｗｔ
％，Ｋ＿２Ｏ０．４〜１．５ｗｔ％の組成を有する特許
請求の範囲第１項記載の耐熱衝撃性セラミックス構造体
の製造法。
（３）再水和性アルミナ５〜１８ｗｔ％とチタン酸カリ
ウム２〜７ｗｔ％と溶融シリカ８０〜９０ｗｔ％からな
るハニカム構造体を１１００〜１３００℃で熱処理後、
その温度から水中で冷却する耐熱衝撃性セラミックス構
造体の製造法。