JPH0436113B2 - - Google Patents

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JPH0436113B2
JPH0436113B2 JP60102385A JP10238585A JPH0436113B2 JP H0436113 B2 JPH0436113 B2 JP H0436113B2 JP 60102385 A JP60102385 A JP 60102385A JP 10238585 A JP10238585 A JP 10238585A JP H0436113 B2 JPH0436113 B2 JP H0436113B2
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JP
Japan
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weight
cordierite
less
mgo
source
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP60102385A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS61261259A (en
Inventor
Keiichiro Watanabe
Tadaaki Matsuhisa
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
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Priority to US06/861,703 priority patent/US4722916A/en
Priority to EP86303624A priority patent/EP0202107B1/en
Priority to DE8686303624T priority patent/DE3683314D1/en
Publication of JPS61261259A publication Critical patent/JPS61261259A/en
Publication of JPH0436113B2 publication Critical patent/JPH0436113B2/ja
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(産業上の利用分野) 本発明は低膨脹セラミツクスの製造方法に関す
るもので、更にくわしくは、緻密質で耐熱衝撃
性、気密性、さらに耐熱性にも優れたコージエラ
イト系緻密質低膨脹セラミツクスの製造方法に関
するものである。 (従来の技術) 近年工業技術の進歩に伴い、耐熱性、耐熱衝撃
性に優れた材料の要求が増加している。セラミツ
クスの耐熱衝撃性は、材料の熱膨脹率、熱伝導
率、強度、弾性率、ポアソン比等の特性に影響さ
れると共に、製品の大きさや形状、さらに加熱、
冷却状態即ち熱移動速度にも影響される。 耐熱衝撃性に影響するこれらの諸因子のうち特
に熱膨脹計数の寄与率が大であり、とりわけ、熱
移動速度が大であるときには熱膨脹係数のみに大
きく左右されることが知られており、耐熱衝撃性
に優れた低膨脹材料の開発が強く望まれている。 従来比較的低膨脹なセラミツク材料として、コ
ージエライトが知られているが、一般にコージエ
ライトは、緻密焼結化が難しく、特に室温から
800℃までの熱膨脹係数が2.0×10-6/℃以下とな
るような低膨脹性を示すコージエライト素地で
は、カルシア、アルカリ、カリ、ソーダのような
融剤とるべき不純物量を極めて少量に限定する必
要があるためガラス相が非常に少なく多孔質にな
る。特に近年自動車排気ガス浄化用触媒担体とし
て使用されているコージエライト質ハニカム構造
体は、室温から800℃までの熱膨脹係数が1.5×
10-6/℃以下であることを必要とするため、不純
物の少ないタルク、カオリン、アルミナ等の原料
が使用され、コージエライト焼結体の気孔率はせ
いぜい25〜45%の範囲のものしか得られない。 従つてこのよなコージエライトセラミツクスを
例えば、ハニカム構造にして回転蓄熱式熱交換体
に応用した場合、その開気孔率が大きいためハニ
カム構造体貫通孔を形成する隔壁表面の気孔、特
に連通気孔を通して加熱流体と熱回収側流体との
相互間に流体のリークが発生し、熱交換効率及び
熱交換体が使用されるシステム全体の効率が低下
する重大な欠点を有している。また、ターボチヤ
ージヤーローターのハウジングエギゾーストマニ
ホールド等に応用した場合、開気孔率が大きいた
め、圧力の高い空気が漏れてしまい重大な欠点と
なる。このようなことから耐熱衝撃性に優れた、
低膨脹で緻密質なコージエライトセラミツクスが
強く望まれていた。 本発明の目的は、熱膨脹係数が2.0×10-6/℃
以下と低膨脹で開気孔率が25%以下の緻密なコー
ジエライト系セラミツクスの製造方法を提供しよ
うとするものである。 従来緻密なコージエライトセラミツクスを得る
方法としては、コージエライト組成のバツチ調合
物を溶融して成形後、結晶化処理を行い、ガラス
セラミツクス化する方法が知られている。例え
ば、1977年発行の「ジヤーナル・オブ・ザ・カナ
デイアン・セラミツク・ソサエテイ」第46巻に掲
載されたトツピングとマースイの論文は、コージ
エライトのSiO2の20重量%以内をAlPO4で置換
したものを提案している。同論文によれば、
AlPO4を添加した原料主成分を1600℃で融解後冷
却したコージエライトガラスを生成し、再加熱後
冷却してコージエライトの結晶を生成させてい
る。得られるコージエライトは緻密であるが、析
出するコージエライト結晶相の配向を制御できな
いため熱膨脹係数が小さいものでも2.15×10-6
℃と未だ大きい欠点がある。 特開昭59−13741号公報と特開昭59−92943号公
報の発明は、Y2O3又はZnOを添加した主原料成
分にB2O3及び/又はP2O5を添加し、焼成して得
た結晶化ガラス成分を2〜7μに微粉砕してガラ
スフリツトとし、所要形状に成形後、再度焼成結
晶化させてなる結晶化ガラス体を提案している。
このものは熱膨脹係数が2.4〜2.6×10-6/℃と大
きい欠点がある。 コージエライトセラミツクスが低膨脹性を示す
理由は、例えば昭和50年(1975年)5月27日にア
ーウイン・エム・ラツチマン他に与えられた「ア
ニソトロピツク・コージエライトモノリス」とい
う名称の米国特許第3885977号明細書(対応日本
出願:特開昭50−75611号公報)に開示されてい
るように、板状粘土、積層粘土に起因する平面的
配向により、焼成後のコージエライトセラミツク
スが、配向して形成されるためであり、このため
ガラスセラミツクス化によつて緻密質コージエラ
イトでは2.0×10-6/℃以上の高い熱膨脹係数と
なる。 (問題点を解決するための手段) 本発明の膨脹セラミツクスの製造方法は、
P2O5を2%未満含有し、結晶相の主成分がコー
ジエライト相からなり、開気孔率が25%以下であ
り、25〜800℃の間の熱膨脹係数が1.0×10-6/℃
以下のものを提供するある。 好適な化学組成は、8.0〜20.5重量%のMgOと、
24.0〜45.0重量%のAl2O3と、40.5〜61.0重量%の
SiO2と、2.0重量%未満のP2O5とを含有するもの
である。 直径が5μm以上の細孔の総細孔容積は約0.06
c.c./g以下である。 コージエライト相のMgはZn及びFeの何れか一
方又は双方により10モル%以下置換された鉄コー
ジエライト、亜鉛コージエライト又は鉄亜鉛コー
ジエライトであつても良い。 本発明の低膨脹セラミツクスは、7.5〜20重量
%のMgOと、22.0〜44.3重量%のAl2O3と、37.0
〜60.0重量%のSiO2と2.0〜10.0重量%のP2O5
含有する化学組成のバツチを調製し、調製したバ
ツチをスリツプキヤスト等の鋳込み成形、押出成
形等の可塑成形、プレス成形等の加圧成形により
任意の形状の成形体とし、この成形体を乾燥後、
1250〜1450℃にて2〜20h焼成し、この焼成体を
酸処理して主としてP2O5を選択的に除去するこ
とによつて製造される。 P2O5として燐酸アルミニウム、燐酸マグネシ
ウム、燐酸亜鉛及び燐酸鉄から成る群から選択し
たP2O5源を用いると好適である。 MgO、Al2O3及びSiO2として、ブルーサイト、
マグネサイト、タルク、粘土、アルミナ及び水酸
化アルミニウムから成る群から選択したMgO源、
Al2O3源及びSiO2源の何れか1種又は1種以上を
用いると好適である。 MgO源の平均粒径は5μm以下であることが開
気孔率を25%以下とすることに必要である。 (作用) 本発明はコージエライト相中にP2O5を2〜10
重量%、AlPO4として固溶させることにより、開
気孔率が15%以下の緻密質で低膨脹なコージエラ
イト系セラミツクスを元にして、更に酸処理する
ことによりP2O5を選択的に除去して2重量%未
満とし25〜800℃の熱膨脹係数が1.0×10-6/℃以
下、開気孔率25%以下の緻密質低膨脹セラミツク
スが得られることを新規に見出したことによる。
バツチ組成でP2O5を2重量%以上と限定した理
由は、それ以下では、緻密化に充分な液相が生じ
ないため緻密化しないためであり、P2O510重量
%以下に限定した理由は、それ以上では、P2O5
がAlPO4としての固溶限を超えてしまい高膨脹化
するためである。酸処理後のP2O5を2%未満と
したのは、それ以上では酸処理による低膨脹化の
効果が充分に得られないためである。 バツチの化学組成をMgO7.5〜20.0重量%、
Al2O322.0〜44.3重量%、SiO237.0〜60.0重量%、
P2O52.0〜10.0重量%と限定した理由は、この範
囲を超えては、コージエライト相が充分に生成し
ないため、高膨脹化してしまうためであり、酸処
理後焼結体の化学組成をMgO8.0〜20.5重量%、
Al2O324.0〜45.0重量%、SiO240.5〜61.0重量%、
P2O52重量%未満としたのは開気孔率25%以下、
25〜800℃の熱膨脹係数が1.0×10-6/℃以下の緻
密質低膨脹セラミツクスとならないためである。 焼成温度が1250℃以下ではコージエライト相が
充分に生成せずまた1450℃より大では軟化変形し
てしまう。同様に焼成時間が2hより短くてはコ
ージエライト相が充分に生成せず、20h以上では
温度にもよるが軟化による変形が起こる。 また残存している開気孔の直径が5μm以上の
総細孔容積を0.06c.c./g以下に限定した理由は、
加圧したガスのリーク量が開気孔率5μm以上の
総細孔容積に依存し、0.06c.c./g以下にすること
により、従来のコージエライトの半分以下のリー
ク量に制御することができるためである。 またコージエライト相2MgO・2Al2O3・5SiO2
のMgは、10モル%まで、Znおよび/またはFeで
置換されていても本発明に規定するコージエライ
ト系セラミツクスと同等の特性のコージエライト
系セラミツクスを得ることができる。 P2O5源を、リン酸アルミニウム、リン酸マグ
ネシウム、リン酸亜鉛、リン酸鉄から選ばれるリ
ン酸塩化合物一種または二種以上の組合せとした
理由は、リン酸は液体であるため混合が難しく、
不均一になつてしまうためである。またリン酸で
はコージエライトの生成温度以下の定温で局所的
に溶融して巨大なポアを生成してしまうためこれ
らの融点の比較的高く水等に不溶性のリン酸塩化
合物の形態で添加することが望ましい。 MgO、Al2O3、SiO2源をブルーサイト、マグ
ネサイト、タルク、粘土、アルミナ、水酸化アル
ミニウムから選んだ理由は、これらの原料から作
られた、コージエライト系セラミツクスが特に低
膨脹化するためであるが、さらにMgO源が酸化
マグネシウム、SiO2源がシリカ等から選定され
ても良い。 MgO源原料の平均粒径を5μm以下としたのは、
コージエライトセラミツクスでは、焼結後MgO
源原料粒子の形骸ポアが残存して、開気孔増加の
原因となるためMgO源原料の平均粒径を5μm以
下に限定することにより、5μmより大きい開気
孔を抑制することができ、本発明の目的である、
気密性の高いコージエライトセラミツクスが得ら
れるためである。 (実施例) 以下本発明を実施例につきさらに詳細に説明す
る。 実施例1〜13と参考例14〜22 後掲の第1表に記載する調合割合に従つて予め
粒度調整したブルーサイト、マグネサイト、タル
ク、アルミナ、水酸化アルミニウム、粘土、燐酸
アルミニウム、燐酸マグネシウム、燐酸鉄を混合
した。第2表に用いた原料の化学分析値を示す。
この混合物100重量部に水5〜10重量部、澱粉糊
(水分80%)20重量部を加え、ニーダーで十分に
混練し、真空土練機にて素材を作製し、押出成形
機にてピツチ1.0mm、薄壁の厚さ0.10mmの三角セ
ル形状を有し、65mm四方長さが120mmのハニカム
柱状成形体に押出した。このハニカム成形体を乾
燥後第1表に記した焼成条件で焼成し、さらに硫
酸、硝酸、塩酸などにて酸処理してP2O5を選択
的に除去し、実施例1〜13と参考例14〜22のコー
ジエライト系セラミツクハニカムを得た。 第1表に示した各種コージエライト系セラミツ
クハニカムについて、粉末X線回折によりコージ
エライト結晶を定量し、25℃から800℃の温度範
囲における熱膨脹係数、開気孔率、水銀圧入式ポ
ロシメーターによりセラミツクハニカム薄壁部の
直径5μm以上の細孔の総細孔容積と、加圧空気
の薄壁からのリーク量を測定比較した。加圧空気
の薄壁からのリーク量はコージエライト系セラミ
ツクハニカムの一方の端面に中央に20mm×20mmの
正方形の穴を有する65×65mmのゴム製パツキンを
装着し、もう一方の端面に穴の無い65×65mmのゴ
ム製パツキンを装着密閉し、前記ゴム製パツキン
の穴に1.4Kg/cm2の加圧空気を導入し、加圧空気
の流量を測定して単位面積当りの単位時間当りの
リーク量(Kg/m2秒)とした。結果は第1表に示
す通りであつた。結果の若干を第1〜6図にも示
す。 第1表の実施例1〜13と参考例14〜22の結果及
び第1図から明らかなように、化学組成が
MgO7.5〜20.0重量%、Al2O322.0〜44.3重量%、
SiO237.0〜60.0重量%、P2O52.0〜10.0重量%であ
る焼結体を酸処理することにより、化学組成が
MgO8.0〜20.5重量%、Al2O324.0〜45.0重量%、
SiO240.5〜61.0重量%、P2O52.0重量%未満であ
り、結晶相の主成分がコージエライト相からな
り、開気孔率が25%以下で、25〜800℃の間の熱
膨脹係数が1.0×10-6/℃以下である低膨脹セラ
ミツクスが得られた。第2図は実施例4と参考例
14の調合物を第1表に示した条件にて焼成した焼
結体を95℃の1.5Nの硫酸にて酸処理したときの
酸処理時間と重量減少率の関係を示す。第3図は
実施例4の調合物を第1表に示した条件にて焼成
した焼結体を95℃の1.5N硫酸にて酸処理したと
きの酸処理時間と各化学成分の減少率の関係を示
す。第4図は実施例4と参考例14の調合物を第1
表に示した条件にて焼成した焼結体を95℃の
1.5N硫酸で酸処理したときの酸処理時間と熱膨
脹係数との関係を示す。同図から明らかなように
P2O5を含む本発明の方が酸処理による熱膨脹係
数の減少効果が著しいことが判る。また第5図か
ら明らなように、リーク量と孔の直径が5μm以
上の細孔の総細孔容積との間には高い相関が認め
られ、直径が5μm以上の細孔の総細孔容積を0.06
c.c./g以下にすることにより、リーク量を通常の
コージエライトの半分以下に低減することができ
る。第6図には実施例6、参考例14及び16の細孔
径分布曲線を示す。直径5μm以上の細孔の総細
孔容積の小さい実施例6にあつては、参考例14に
比して第5図から明らかなようにリーク量が著し
く低くなる。さらに第5図より5μm以上の細孔
の総細孔容積を0.06c.c./g以下にすることにより
リーク量を通常のコージエライト以下に低減する
ことができ、気密性、耐熱衝撃性を要求される高
温構造材料として極めて優れた特性を有してい
た。 第7図および第8図は参考例14および参考例23
の微構造組織をそれぞれ示していて、多孔質であ
り大きな気孔が存在していることがわかる。また
第9図は実施例13の微構造組織を示し、上述した
参考例に比べて大きな気孔が少なく緻密質である
ことがわかる。また第10図は実施例4に対する
CuKα線によるX線回折チヤートを示し、このチ
ヤートから主たる結晶相がコージエライト相であ
ることがわかる。 第1表中、*印はタルクの平均粒径が2.0μmの
もの、**印は平均粒径が10.0μmのものを示し、
その他はすべて平均粒径5.0μmである。
(Industrial Application Field) The present invention relates to a method for producing low-expansion ceramics, and more specifically, the present invention relates to a method for producing low-expansion ceramics, and more specifically, the present invention relates to the production of cordierite-based dense low-expansion ceramics that are dense and have excellent thermal shock resistance, airtightness, and heat resistance. It is about the method. (Prior Art) With the progress of industrial technology in recent years, there has been an increasing demand for materials with excellent heat resistance and thermal shock resistance. The thermal shock resistance of ceramics is influenced by the material's properties such as coefficient of thermal expansion, thermal conductivity, strength, modulus of elasticity, and Poisson's ratio, as well as the size and shape of the product, as well as heating,
It is also influenced by the cooling state, ie the rate of heat transfer. Among these factors that affect thermal shock resistance, the contribution rate of the thermal expansion coefficient is particularly large.In particular, when the heat transfer rate is high, it is known that it is greatly influenced only by the thermal expansion coefficient. There is a strong desire to develop low-expansion materials with excellent properties. Cordierite is conventionally known as a relatively low-expansion ceramic material, but cordierite is generally difficult to sinter into a dense sintering process, especially from room temperature.
For cordierite substrates that exhibit low thermal expansion up to 800°C, with a coefficient of thermal expansion of 2.0×10 -6 /°C or less, the amount of impurities such as calcia, alkali, potash, and soda that should be added to the flux should be limited to an extremely small amount. This requires very little glass phase and makes it porous. In particular, cordierite honeycomb structures, which have been used as catalyst carriers for automobile exhaust gas purification in recent years, have a coefficient of thermal expansion of 1.5× from room temperature to 800°C.
10 -6 /℃ or less, raw materials with few impurities such as talc, kaolin, and alumina are used, and the porosity of cordierite sintered bodies can only be in the range of 25 to 45% at most. do not have. Therefore, when such cordierite ceramics is applied to a rotating regenerative heat exchanger with a honeycomb structure, for example, the open porosity is large, so that the pores on the surface of the partition wall that form the through holes of the honeycomb structure, especially the communicating pores. This has a serious disadvantage in that fluid leakage occurs between the heating fluid and the heat recovery fluid through the heat exchanger, reducing the heat exchange efficiency and the efficiency of the entire system in which the heat exchanger is used. Furthermore, when applied to the housing exhaust manifold of a turbocharger rotor, etc., the large open porosity causes high pressure air to leak, resulting in a serious drawback. Because of this, it has excellent thermal shock resistance.
There was a strong desire for low-expansion, dense cordierite ceramics. The purpose of the present invention is to have a coefficient of thermal expansion of 2.0×10 -6 /°C.
The present invention aims to provide a method for producing dense cordierite ceramics with low expansion and an open porosity of 25% or less. Conventionally, as a method for obtaining dense cordierite ceramics, a method is known in which a batch mixture of cordierite composition is melted, molded, and then subjected to crystallization treatment to form glass ceramics. For example, a paper by Topping and Marsui published in Volume 46 of the Journal of the Canadian Ceramics Society, published in 1977, describes cordierite in which up to 20% by weight of SiO 2 is replaced with AlPO 4 . is suggesting. According to the same paper,
Cordierite glass is produced by melting the main raw material to which AlPO 4 is added at 1,600°C and then cooling it, which is then reheated and cooled to produce cordierite crystals. The resulting cordierite is dense, but because the orientation of the precipitated cordierite crystal phase cannot be controlled, even those with a small coefficient of thermal expansion have a coefficient of thermal expansion of 2.15×10 -6 /
℃ and still has a big drawback. The inventions of JP-A-59-13741 and JP-A-59-92943 are based on the method of adding B 2 O 3 and/or P 2 O 5 to the main raw material component to which Y 2 O 3 or ZnO is added, and firing the mixture. We have proposed a crystallized glass body obtained by finely pulverizing the obtained crystallized glass component to 2 to 7 microns to form glass frit, molding it into a desired shape, and then firing and crystallizing it again.
This material has a drawback of having a large thermal expansion coefficient of 2.4 to 2.6×10 -6 /°C. The reason why cordierite ceramics exhibit low expansion properties is, for example, the US patent entitled "Anisotropic Cordierite Monolith" granted to Irwin M. Rutschman et al. on May 27, 1975. As disclosed in the specification of No. 3885977 (corresponding Japanese application: Japanese Patent Application Laid-open No. 75611/1983), the planar orientation caused by plate clay and laminated clay causes cordierite ceramics after firing to be oriented. This is because dense cordierite has a high coefficient of thermal expansion of 2.0×10 -6 /°C or more when made into glass ceramics. (Means for solving the problems) The method for manufacturing expanded ceramics of the present invention includes:
Contains less than 2% P 2 O 5 , the main component of the crystalline phase is cordierite phase, the open porosity is 25% or less, and the coefficient of thermal expansion between 25 and 800°C is 1.0 × 10 -6 /°C
It offers the following: The preferred chemical composition is 8.0-20.5% by weight MgO;
24.0~ 45.0 wt% Al2O3 and 40.5~61.0 wt%
It contains SiO 2 and less than 2.0% by weight of P 2 O 5 . The total pore volume of pores with a diameter of 5 μm or more is approximately 0.06
cc/g or less. Mg in the cordierite phase may be iron cordierite, zinc cordierite, or iron-zinc cordierite substituted with 10 mol % or less of either or both of Zn and Fe. The low expansion ceramics of the present invention contains 7.5-20% by weight of MgO, 22.0-44.3% by weight of Al2O3 , and 37.0% by weight of Al2O3 .
A batch with a chemical composition containing ~60.0% by weight of SiO 2 and 2.0-10.0% by weight of P 2 O 5 is prepared, and the prepared batch is subjected to casting molding such as slip casting, plastic molding such as extrusion molding, press molding, etc. A molded body of any shape is formed by pressure molding, and after drying this molded body,
It is produced by firing at 1250 to 1450°C for 2 to 20 hours, and then treating the fired body with acid to selectively remove mainly P 2 O 5 . It is preferred to use a P 2 O 5 source selected from the group consisting of aluminum phosphate, magnesium phosphate, zinc phosphate and iron phosphate as P 2 O 5 . Brucite, as MgO, Al 2 O 3 and SiO 2
a MgO source selected from the group consisting of magnesite, talc, clay, alumina and aluminum hydroxide;
It is preferable to use one or more of the Al 2 O 3 source and the SiO 2 source. It is necessary for the average particle size of the MgO source to be 5 μm or less in order to keep the open porosity at 25% or less. (Function) The present invention contains 2 to 10 P 2 O 5 in the cordierite phase.
P 2 O 5 is selectively removed by further acid treatment based on dense, low-expansion cordierite ceramics with an open porosity of 15% or less by solid solution as AlPO 4 (wt%). This is because it has been newly discovered that dense, low-expansion ceramics can be obtained with a thermal expansion coefficient of 1.0×10 -6 /°C or less at 25 to 800°C and an open porosity of 25% or less.
The reason why P 2 O 5 is limited to 2% by weight or more in the batch composition is that if it is less than that, a liquid phase sufficient for densification will not be generated and densification will not occur, so P 2 O 5 is limited to 10% by weight or less The reason is that more than P 2 O 5
This is because the solid solubility limit of AlPO 4 is exceeded, resulting in high expansion. The reason why the P 2 O 5 content after acid treatment is set to be less than 2% is because if it exceeds the amount, the effect of reducing swelling by acid treatment cannot be sufficiently obtained. The chemical composition of the batch is MgO7.5~20.0% by weight,
Al2O3 22.0 ~44.3wt%, SiO2 37.0~60.0wt%,
The reason why P 2 O 5 is limited to 2.0 to 10.0% by weight is that if it exceeds this range, the cordierite phase will not be sufficiently formed, resulting in high expansion. MgO8.0-20.5% by weight,
Al2O3 24.0 ~45.0wt%, SiO2 40.5~61.0wt%,
P 2 O 5 less than 2% by weight means that the open porosity is 25% or less,
This is because dense low-expansion ceramics with a thermal expansion coefficient of 1.0×10 -6 /°C or less at 25 to 800°C cannot be obtained. If the firing temperature is lower than 1250°C, the cordierite phase will not be sufficiently formed, and if it is higher than 1450°C, it will be softened and deformed. Similarly, if the firing time is shorter than 2 hours, the cordierite phase will not be sufficiently formed, and if the firing time is longer than 20 hours, deformation due to softening will occur, depending on the temperature. In addition, the reason why the total pore volume of remaining open pores with a diameter of 5 μm or more was limited to 0.06 cc/g or less is as follows.
This is because the leakage amount of pressurized gas depends on the total pore volume with an open porosity of 5 μm or more, and by setting it to 0.06cc/g or less, the leakage amount can be controlled to less than half that of conventional cordierite. . Also cordierite phase 2MgO・2Al 2 O 3・5SiO 2
Even if up to 10 mol % of Mg is substituted with Zn and/or Fe, cordierite ceramics having the same properties as the cordierite ceramics defined in the present invention can be obtained. The reason why the P 2 O 5 source is one or a combination of two or more phosphate compounds selected from aluminum phosphate, magnesium phosphate, zinc phosphate, and iron phosphate is because phosphoric acid is a liquid and cannot be mixed. difficult,
This is because it becomes uneven. In addition, phosphoric acid locally melts at a constant temperature below the cordierite formation temperature and forms huge pores, so it is difficult to add it in the form of a phosphate compound that has a relatively high melting point and is insoluble in water, etc. desirable. The reason why MgO, Al 2 O 3 and SiO 2 sources were selected from brucite, magnesite, talc, clay, alumina, and aluminum hydroxide is that cordierite ceramics made from these raw materials exhibit particularly low expansion. However, the MgO source may be selected from magnesium oxide, the SiO 2 source may be selected from silica, etc. The reason why the average particle size of the MgO source material was set to 5 μm or less was because
In cordierite ceramics, MgO after sintering
Since the pores of the source material particles remain and cause an increase in open pores, by limiting the average particle size of the MgO source material to 5 μm or less, open pores larger than 5 μm can be suppressed. The purpose is
This is because cordierite ceramics with high airtightness can be obtained. (Example) The present invention will now be described in more detail with reference to Examples. Examples 1 to 13 and Reference Examples 14 to 22 Brucite, magnesite, talc, alumina, aluminum hydroxide, clay, aluminum phosphate, magnesium phosphate whose particle size was adjusted in advance according to the formulation proportions listed in Table 1 below. , mixed with iron phosphate. Table 2 shows the chemical analysis values of the raw materials used.
To 100 parts by weight of this mixture, 5 to 10 parts by weight of water and 20 parts by weight of starch paste (80% water) were added, thoroughly kneaded in a kneader, prepared into a material using a vacuum kneader, and made into pitches using an extrusion molding machine. It had a triangular cell shape of 1.0 mm and a thin wall thickness of 0.10 mm, and was extruded into a honeycomb columnar molded body measuring 65 mm square and 120 mm in length. After drying, this honeycomb molded body was fired under the firing conditions listed in Table 1, and was further acid-treated with sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, etc. to selectively remove P 2 O 5 . Cordierite ceramic honeycombs of Examples 14 to 22 were obtained. For the various cordierite-based ceramic honeycombs shown in Table 1, the cordierite crystals were determined by powder X-ray diffraction, and the coefficient of thermal expansion, open porosity, and thin wall of the ceramic honeycomb were measured using a mercury intrusion porosimeter in the temperature range from 25°C to 800°C. The total pore volume of pores with a diameter of 5 μm or more and the amount of pressurized air leaking from the thin wall were measured and compared. To measure the amount of pressurized air leaking from thin walls, a 65 x 65 mm rubber gasket with a 20 mm x 20 mm square hole in the center is attached to one end of the cordierite ceramic honeycomb, and the other end has no hole. A 65 x 65 mm rubber gasket is attached and sealed, and pressurized air of 1.4 kg/cm 2 is introduced into the hole in the rubber gasket, and the flow rate of the pressurized air is measured to determine the leakage per unit time per unit area. (Kg/m 2 seconds). The results were as shown in Table 1. Some of the results are also shown in Figures 1-6. As is clear from the results of Examples 1 to 13 and Reference Examples 14 to 22 in Table 1 and from Figure 1, the chemical composition is
MgO7.5-20.0% by weight, Al2O3 22.0-44.3 % by weight,
By acid-treating a sintered body containing 37.0-60.0% by weight of SiO2 and 2.0-10.0% by weight of P2O5 , the chemical composition can be changed.
MgO8.0~20.5wt%, Al2O324.0 ~ 45.0wt %,
SiO 2 40.5-61.0% by weight, P 2 O 5 less than 2.0% by weight, the main component of the crystalline phase is cordierite phase, the open porosity is 25% or less, and the thermal expansion coefficient between 25-800℃ is 1.0 Low expansion ceramics with a temperature of ×10 -6 /°C or less were obtained. Figure 2 shows Example 4 and reference example.
Table 1 shows the relationship between acid treatment time and weight loss rate when a sintered body obtained by firing the formulation No. 14 under the conditions shown in Table 1 was acid-treated with 1.5N sulfuric acid at 95°C. Figure 3 shows the acid treatment time and the reduction rate of each chemical component when the sintered body of Example 4 was fired under the conditions shown in Table 1 and was acid-treated with 1.5N sulfuric acid at 95°C. Show relationships. Figure 4 shows the formulations of Example 4 and Reference Example 14.
The sintered body fired under the conditions shown in the table was heated to 95℃.
The relationship between acid treatment time and thermal expansion coefficient when acid treated with 1.5N sulfuric acid is shown. As is clear from the figure
It can be seen that the effect of reducing the coefficient of thermal expansion by acid treatment is more remarkable in the case of the present invention containing P 2 O 5 . Furthermore, as is clear from Figure 5, there is a high correlation between the amount of leakage and the total pore volume of pores with a diameter of 5 μm or more. volume 0.06
By reducing the amount to cc/g or less, the amount of leakage can be reduced to less than half that of normal cordierite. FIG. 6 shows the pore size distribution curves of Example 6, Reference Examples 14 and 16. In Example 6, in which the total pore volume of pores with a diameter of 5 μm or more is small, the amount of leakage is significantly lower than that in Reference Example 14, as is clear from FIG. Furthermore, as shown in Figure 5, by reducing the total pore volume of pores of 5 μm or more to 0.06 cc/g or less, the amount of leakage can be reduced to less than that of normal cordierite. It had extremely excellent properties as a structural material. Figures 7 and 8 are Reference Example 14 and Reference Example 23.
It can be seen that the microstructure of each material is porous and that large pores are present. Further, FIG. 9 shows the microstructure of Example 13, and it can be seen that it has fewer large pores and is denser than the reference example mentioned above. In addition, FIG. 10 shows the results for Example 4.
An X-ray diffraction chart using CuKα radiation is shown, and it can be seen from this chart that the main crystal phase is cordierite phase. In Table 1, * indicates talc with an average particle size of 2.0 μm, ** indicates talc with an average particle size of 10.0 μm,
All others have an average particle size of 5.0 μm.

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】 (発明の効果) 本発明はコージエライトの低膨脹性を維持しつ
つ、緻密化したもので、その応用範囲はセラミツ
クリジエネレーター(CRG)にとどまらず、広
くセラミツクレキユペレーター(CRP)、セラミ
ツクターボチヤージヤーローター(CTR)用ハ
ウジング、ガスタービン、原子炉炉材、種々の自
動車部品例えばエンジンマフラー、エキゾースト
ポート、エキゾーストマニホールド及び排ガス浄
化触媒担体、熱交換体、その他気密性を必要とす
る低熱膨脹材として、充分な実用性を備えている
為、産業上極めて有用である。
[Table] (Effects of the invention) The present invention is made of cordierite that is densified while maintaining its low expansion property, and its application range is not limited to ceramic resin generators (CRG) but also widely to ceramic resin generators (CRP). , ceramic turbo charger rotor (CTR) housings, gas turbines, nuclear reactor materials, various automobile parts such as engine mufflers, exhaust ports, exhaust manifolds, exhaust gas purification catalyst carriers, heat exchangers, and others that require airtightness. It is extremely useful industrially as it has sufficient practicality as a low thermal expansion material.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はコージエライト系セラミツクハニカム
のP2O5含有量と開気孔率及び熱膨脹係数の関係
を示す特性線図、第2図は95℃で1.5N硫酸にて
酸処理したときのセラミツクハニカムの重量減少
率の時間依存性を示す特性線図、第3図は95℃で
1.5N硫酸にて酸処理したときの各成分の減少率
の時間依存性を示す特性線図、第4図は95℃で
1.5N硫酸にて酸処理したときの熱膨脹係数の時
間依存性を示す特性線図、第5図は1.4Kg/cm2
圧空気のセラミツクハニカム薄壁からのリーク量
と細孔の直径が5μ以上の細孔容積との相関を表
わす特性線図、第6図は細孔径分布曲線、第7〜
8図は従来の低膨脹セラミツクスの微構造を示す
拡大写真図、第9図は本発明の低膨脹セラミツク
スの微構造を示す拡大写真図、第10図はX線回
折チヤートである。
Figure 1 is a characteristic diagram showing the relationship between P 2 O 5 content, open porosity, and coefficient of thermal expansion of cordierite ceramic honeycomb, and Figure 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the P 2 O 5 content, open porosity, and coefficient of thermal expansion of cordierite ceramic honeycomb. Figure 3 is a characteristic diagram showing the time dependence of weight loss rate at 95℃.
Figure 4 is a characteristic diagram showing the time dependence of the reduction rate of each component when acid treated with 1.5N sulfuric acid at 95℃.
A characteristic diagram showing the time dependence of the thermal expansion coefficient when acid treated with 1.5N sulfuric acid. Figure 5 shows the leakage amount of 1.4Kg/ cm2 pressurized air from the ceramic honeycomb thin wall and the pore diameter of 5μ. Characteristic diagrams showing the correlation with the pore volume, Figure 6 is the pore diameter distribution curve, Figure 7 -
FIG. 8 is an enlarged photograph showing the microstructure of conventional low expansion ceramics, FIG. 9 is an enlarged photograph showing the microstructure of the low expansion ceramic of the present invention, and FIG. 10 is an X-ray diffraction chart.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 MgO7.5〜20重量%と、Al2O322.0〜44.3重量
%と、SiO237.0〜60.0重量%と、P2O52.0〜10.0重
量%とを含有する化学組成のバツチを調製し、こ
のバツチを成形し、成形体を焼成し、焼成体を酸
処理して主としてP2O5を選択的に除去すること
により、P2O5を2重量%未満含有し、結晶相の
主成分が配向したコージエライト相からなり、開
気孔率が25%以下、25〜800℃の間の熱膨脹係数
が1.0×10-6/℃以下のものを得ることを特徴と
する低膨脹セラミツクスの製造方法。 2 P2O5として燐酸アルミニウム、燐酸マグネ
シウム、燐酸亜鉛及び燐酸鉄から成る群から選択
したP2O5源を用い、MgO、Al2O3及びSiO2とし
てブルーサイト、マグネサイト、タルク、粘土、
アルミナ及び水酸化アルミニウムから成る群から
選択したMgO源、Al2O3源及びSiO2源の何れか
1種又は1種以上を用いる特許請求の範囲第1項
記載の製造方法。 3 MgO源が平均粒径5μm以下である特許請求
の範囲第1項記載の製造方法。 4 成形体の焼成は1250°〜1450℃、2〜20時間
で行う特許請求の範囲第1項記載の製造方法。
[Claims] 1. A chemical containing 7.5-20% by weight of MgO, 22.0-44.3% by weight of Al 2 O 3 , 37.0-60.0% by weight of SiO 2 , and 2.0-10.0% by weight of P 2 O 5 By preparing a batch of the composition, molding the batch, firing the molded body, and treating the fired body with acid to selectively remove mainly P 2 O 5 , the composition contains less than 2% by weight of P 2 O 5 . The main component of the crystal phase is an oriented cordierite phase, the open porosity is 25% or less, and the thermal expansion coefficient between 25 and 800°C is 1.0 × 10 -6 /°C or less. A method for producing low expansion ceramics. 2. As P2O5 , a P2O5 source selected from the group consisting of aluminum phosphate, magnesium phosphate, zinc phosphate and iron phosphate was used, and as MgO, Al2O3 and SiO2 , brucite, magnesite, talc, clay. ,
The manufacturing method according to claim 1, using one or more of a MgO source, an Al 2 O 3 source, and a SiO 2 source selected from the group consisting of alumina and aluminum hydroxide. 3. The manufacturing method according to claim 1, wherein the MgO source has an average particle size of 5 μm or less. 4. The manufacturing method according to claim 1, wherein the molded body is fired at 1250° to 1450°C for 2 to 20 hours.
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