JPH0437645A - リシア系セラミックス・ハニカム構造体及びその製造方法 - Google Patents

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】 し産業上の利用分野〕 本発明は耐熱衝撃性の優れたセラミックス物品及びその
製造方法に関し、更に詳しくは熱交換器、触媒担体とし
て適するリシア系セラミックス・ハニカム構造体及びそ
の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

β−スポジュメン（Ｌｉ２０　・Ａｌ２Ｏ３・４Ｓｉ０
２）ヤヘ９　ライ）　（Ｌｉ２０　・Ａｌ２Ｏ３・８Ｓ
ＩＬ）等のリシア系セラミックスは、熱膨張率が小さく
、熱衝撃のかかる熱交換器や触媒担体として利用されて
いる。

また、リシア系セラミックスより熱膨張率はやや大きい
が、コーディエライトも同様の用途で使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

熱交換器や触媒は作動時に頻繁な熱衝撃を受ける。熱衝
撃抵抗ＲはＤｈ・σアｓ／Ｂ・α（Ｅｌｈ：熱拡散率、
σＴｓ：引張強さ、Ｅ：ヤング率、α：熱膨張係数）で
表される。この内、熱膨張率を除くと同じセラミックス
系では物性の違いは少ない。そこで熱膨張率の小さいβ
−スポジュメンやペタライト等のリシア系セラミックス
が材質的には最適である。しかし、蓄熱型熱交換器のエ
レメントとしてセラミックス・ハニカムが使用されてい
る例は殆んどない。その理由としてハニカム化の困難さ
がある。

セラミックスが熱交換器用エレメントとして使用されて
いる例としては、硫酸腐食等が問題となる低温部位があ
る。この場合、その目的が、排熱回収ではなく、耐食が
目的であるため、ノ＼二カムの肉厚が厚くても問題はな
い。従ってハニカム部の開孔率は４０％程度である。し
かし、排熱回収を目的とする高温部位はハニカム部の表
面積を大きくする必要があるため、小ピツチで薄肉であ
る必要があり、４０％程度の開孔率のものは使用できず
、６５％以上の開孔率のものが要求される。この開孔率
のものをリシア系セラミックスで製造する場合、反りや
、欠け、亀裂等の欠陥が発生しやすく、製品歩留りが著
しく低下する問題点があった。

本発明は上記技術水準に鑑み、開孔率を大きくとれ、し
かも耐衝撃性の優れたリシア系セラミックス・ハニカム
構造体及びその製造方法を提供しようとするものである
。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、本発明に係るリシア系セラミックス・ハニカ
ム構造体は、焼成後の結晶構造がβ−スボジュメン（Ｌ
ｉ＝０・Ａｌ２Ｏ３・４Ｓｉ０２）もしくはペタライト
（Ｌ１２０・Ａｌ２Ｏ３・８ＳｉＯ，）となる焼成体に
対して、熱膨張率が３Ｘ１０−６／℃以下となるガラス
繊維を１〜１５重量％含有し、かつノ＼ニカム構造体の
ハニカム部の開孔率が６５％以上であることを特徴とす
るものであり、また、本発明にかかるリシア系セラミッ
クス・ハニカム構造体の製造方法は、５１０２：　７０
〜８０重量％、Ａｌ２Ｏ３：　２０〜２５重量％、Ｌ＋
ｚＯ：２〜３．５重量％のセラミックス粉末１００重量
部に対して、５ｈ０２：　５０重量％以上、Ａｌ２Ｏ３
：　２０重量％以上、ＭｇＯ：　１０重量％以上を主成
分とし、かつ、熱膨張率が３ＸｌＯ−’／℃以下である
ガラス繊維を１〜１５重量部添加した後、バインダ、溶
剤等を加えて混練後、押出成形・乾燥・焼成することを
特徴とするものである。

〔作　用〕

以下、本発明の構成を詳細に説明する。

リチウム・アルミニウムケイ酸塩（以下、ＬＡＳと略す
）としては、β−ユークリプタイト（Ｌｉ、０・＾１，
０３・２Ｓｉ０２）、β−スボジュメン（Ｌ１２０・＾
１２０．・４Ｓ］０２）、ペタライト（Ｌｉ２０・Ａｌ
２Ｏ３・８Ｓ＋０２）がある。ＬＡＳ系セラミックスは
低膨張であり耐熱衝撃性に優れる半面、耐熱性や耐食性
はＬｌ、０を含まないコーディエライトより劣る。

本発明ではシリア含有量の少ないβ−スボジュメン、ペ
タライト組成の結晶構造を主成分とする。また、本発明
の特徴としてハニカム部の開孔率が６５％以上であるこ
とがあげられる。これは、これまでセラミックス・ハニ
カムが高温部の熱交換用エレメントとして適用されなか
った理由として、セラミックスの脆さから厚肉化し開孔
率を大きく取れない点があった。また、薄肉化すると成
形時の亀裂や変形、焼成時の亀裂や欠けを生じやすく、
製品歩留りが低くコスト的に対応できない点があった。

これを改善するために、ガラス繊維が有効であるが、通
常のガラス繊維は熱衝撃率が５Ｘ１０−６／℃以上と高
く、焼成後の強度を低下させる欠点があった。

これに対して、本発明で使用するＳｉｎ、：　５０重量
％以上、＾１２０３：　２０重量％以上、ＭｇＯ：１０
重量％以上を主成分とし、かつ、熱衝撃率が３ｘｌＯ−
’／℃以下であるガラス繊維は、リシア系セラミックス
・ハニカムの焼成後の強度を低下させず、むしろ、向上
させる利点がある。これは、前記成分のものが熱膨張率
がリシア系に続いて小さいコージェライト組成であるた
めである。本発明では、ガラス繊維の添加量を１〜１５
重量％に限定した。これは、１重量％以下では、成形や
焼成時の欠陥を防止できず、１５重量％以上では押出成
形時の成形性が極単に悪くなるた酌である。

５ｉ０２：　７０〜８０重量％以上、Ａｌ２Ｏ３：　２
０〜２５重量％、Ｌｉ、Ｏ：　２〜３．５重量％はリシ
ア系セラミックスの基本組成である。この範囲内で、組
成調合したものは１３００℃の焼成でβスポジュメンも
しくはペタライトの結晶が成長し低熱膨張率となる。ま
た、前述したガラス繊維もコージェライトの結晶が成長
し、全体として低熱膨張率が保たれる。

本発明体の成形は、押出成形が望ましい。押出成形は、
粉末に流動性をもたせるため、バインダ、溶剤等を加え
る。押出成形で使用するバインダとしてはメチル・セル
ロース、ポリビニール・アルコール等があげられる。こ
れに、潤滑材としてグリセリン、溶剤として水等を加え
るのが好ましい。本発明は押出成形時のバインダ等の組
成を限定するものではないた杓、配合については、後述
する実施例で述べるがその記載に限定されるものではな
い。押出成形でハニカムに成形したものは、乾燥して、
焼成し製品を得る。

〔実施例〕

以下、本発明の好適な一実施例について詳細に説明する
。

（ハニカム構造体の製造例） 平均粒径が２μｍ程度が、化学組成が５１０２＝７２．
６重量％、Ａ１２０ｓ−２１，３重量％、Ｌ１２０２．
６重量％、その他不純物としてＦｅＪ３＋　Ｔｉ０２−
１．２重量％、ＣａＯ＋　Ｍｇ０＝　０．５重量％、Ｋ
２０十ＮａＪ＝１．６重量％になるようにベタラント粉
末、粘土等で調整したリシア系セラミックス原料粉末に
、ＳｉＯ□＝６５重量％、＾１２０３＝　２５重量％、
ＭｇＯ＝　１０重量％の組成で融解・繊維化した市販ガ
ラス繊維を添加したものをセラミックス原料とした。こ
のセラミックス原料１００重量部に対し、メチルセルロ
ース８重量部、ポリビニルアルコール１重量部、グリセ
リン３重量部、水１５重量部をバインダとして加えて、
混練用ニーダで十分に混練して原料坏土とした。これを
１５０口Ｘ６ｍｍピッチ、壁厚１ｍｍのハニカム金型を
装着した押出成形機で成形後、１週間の恒温・恒湿条件
での乾燥を経て、１３００℃で焼成した。製造段階での
組立と製品歩留りとの関係を表１に示す。製品歩留りに
亀裂・割れは大きな影響を与えるが、特に横割れに対し
て大きな効果が得られた。横割れは押出し成形時の脈動
が主な原因になる。成形時の横割れは繊維を添加するこ
とで殆んどなくなる。成形工程で配合された繊維は、押
出方向に配向するためである。この他に、焼成時にも横
割れが発生する。

この発生には繊維の材質も影響する。

比較材として示した＾ｈｏ３・ＣａＯ−３１０２は通常
のガラス繊維であるこのものは熱膨張率が６×１０−６
／ｌとシリア系粉末より大きいため、繊維の周囲に応力
が発生し亀裂を生じやすくなる。

また、圧縮強度も歪の関係で繊維を添加しないものと比
較しても低下する傾向がある。これに対してＭｇＯ・Ｓ
１０．・へ］２０３繊維を配合したものは焼成後、コー
ジェライト結晶が生成するための熱膨張率の差が少なく
割れに対する効果は勿論、焼成後の強度も上る傾向があ
る。

（ハニカム構造体の評価試験） 本発明で製造したハニカム構造体の評価試験結果を表２
に示す。本発明で製造したＮαｌ配合のものは、無添加
のものと比較して熱膨張率も変化しておらず優れた耐熱
衝撃性が維持されている。

また、市販のコージェライト系やムライト系と比較して
熱膨張率が小さく、より高温までの耐熱衝撃性をもつも
のである。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明方法によれば、従来、ハニカム化
が困難であったリシア系セラミックスの歩留りを飛躍的
に向上させることができ、熱交換器や触媒担体として、
安価で有効な構造体を提供することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）焼成後の結晶構造がβ−スポジュメンもしくはペ
   タライトとなる焼成体に対して、熱膨張率が３×１０＾
   −＾６／℃以下となるガラス繊維を１〜１５重量％含有
   し、かつハニカム部の開孔率が６５％以上であることを
   特徴とするリシア系セラミックス・ハニカム構造体。
2. （２）ＳｉＯ＿２：７０〜８０重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３
   ：２０〜２５重量％、Ｌｉ＿２Ｏ：２．０〜３．５重量
   ％のセラミックス原料粉末１００重量部に対して、 ＳｉＯ＿２：５０重量％以上、Ａｌ＿２Ｏ＿３：２０重
   量％以上、ＭｇＯ：１０重量％以上を主成分とし、かつ
   、熱膨張率が３×１０＾−＾６／℃以下であるガラス繊
   維を１〜１５重量部添加した後バインダ、溶剤等を加え
   て混練後押出成形・乾燥・焼成することを特徴とするリ
   シア系セラミックス・ハニカム構造体の製造方法。