JPH10330154A - β−スポジュメン構造体の製造方法 - Google Patents
β−スポジュメン構造体の製造方法Info
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- JPH10330154A JPH10330154A JP10003688A JP368898A JPH10330154A JP H10330154 A JPH10330154 A JP H10330154A JP 10003688 A JP10003688 A JP 10003688A JP 368898 A JP368898 A JP 368898A JP H10330154 A JPH10330154 A JP H10330154A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
- C04B35/18—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in aluminium oxide
- C04B35/19—Alkali metal aluminosilicates, e.g. spodumene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
- C03C10/0018—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and monovalent metal oxide as main constituents
- C03C10/0027—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and monovalent metal oxide as main constituents containing SiO2, Al2O3, Li2O as main constituents
-
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C8/00—Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
- C03C8/14—Glass frit mixtures having non-frit additions, e.g. opacifiers, colorants, mill-additions
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 β−スポジュメン構造体およびこれを調製す
る方法を提供する。 【解決手段】 β−スポジュメン構造体の調製方法は、
無機性の原料、有機性結合剤、およびビヒクルからなる
均一な可塑性バッチを用意することを含み、ここで、該
無機性の原料は、約75重量％〜95重量％の鉱物および約
５重量％〜25重量％のガラスを含有する。このバッチか
ら生素地を形成し、これを焼成して実質的にβ−スポジ
ュメンから構成され、熱膨張率が10×10-7（０〜800
℃）未満、および強度が４Ksi以上である構造体を製造
する。
る方法を提供する。 【解決手段】 β−スポジュメン構造体の調製方法は、
無機性の原料、有機性結合剤、およびビヒクルからなる
均一な可塑性バッチを用意することを含み、ここで、該
無機性の原料は、約75重量％〜95重量％の鉱物および約
５重量％〜25重量％のガラスを含有する。このバッチか
ら生素地を形成し、これを焼成して実質的にβ−スポジ
ュメンから構成され、熱膨張率が10×10-7（０〜800
℃）未満、および強度が４Ksi以上である構造体を製造
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】アメリカ合衆国政府は、エネ
ルギー省に認められた契約番号第DEN3-336に従って本発
明に関する権利を有する。
ルギー省に認められた契約番号第DEN3-336に従って本発
明に関する権利を有する。
【０００２】本発明は、膨張の少ないβ−スポジュメン
構造体に関し、特に、主成分である鉱物（ミネラル）お
よび微量成分であるガラスからなる混合物を可塑成形す
ることにより産生されるハニカム体に関する。ガラスの
量は、成形体の焼結を促進するためだけではなく、鉱物
バッチと完全に反応するように調整する。このβ−スポ
ジュメン構造体材料は、ミクロクラック（微細亀裂）に
よって生じるヒステリシスが最少であるような熱低膨張
性、高強度および低気孔率という特性を有している。従
って、本発明の構造体は、熱安定性、高強度、耐腐食性
および耐湿性を要する用途、例えば、復熱装置などに特
に有用である。
構造体に関し、特に、主成分である鉱物（ミネラル）お
よび微量成分であるガラスからなる混合物を可塑成形す
ることにより産生されるハニカム体に関する。ガラスの
量は、成形体の焼結を促進するためだけではなく、鉱物
バッチと完全に反応するように調整する。このβ−スポ
ジュメン構造体材料は、ミクロクラック（微細亀裂）に
よって生じるヒステリシスが最少であるような熱低膨張
性、高強度および低気孔率という特性を有している。従
って、本発明の構造体は、熱安定性、高強度、耐腐食性
および耐湿性を要する用途、例えば、復熱装置などに特
に有用である。
【０００３】
【従来の技術】米国特許第3,600,204号には、熱膨張性
の低いセラミック材料、すなわち、リチウムアルミニウ
ムシリケート（LAS）ガラス粉末の復熱装置への応用を
示しており、ここで、このガラス粉末は、焼成によって
セラム化して低膨張性β−スポジュメン相構造をとった
ものである。バッチを溶融してLASガラス粉末を生成す
ることは、高温溶融およびガラスを適切な粒子径の粉末
にすることに関して費用がかかることから、セラミック
ハニカム体を製造することは非常に高額な手法である。
さらに、そのようなガラス粉末の押し出しは、大量の結
合剤および可塑剤を要するため、非常に難しい。均一な
結晶化を行うように工程を制御することは困難である。
の低いセラミック材料、すなわち、リチウムアルミニウ
ムシリケート（LAS）ガラス粉末の復熱装置への応用を
示しており、ここで、このガラス粉末は、焼成によって
セラム化して低膨張性β−スポジュメン相構造をとった
ものである。バッチを溶融してLASガラス粉末を生成す
ることは、高温溶融およびガラスを適切な粒子径の粉末
にすることに関して費用がかかることから、セラミック
ハニカム体を製造することは非常に高額な手法である。
さらに、そのようなガラス粉末の押し出しは、大量の結
合剤および可塑剤を要するため、非常に難しい。均一な
結晶化を行うように工程を制御することは困難である。
【０００４】米国特許第5,403,787号は、ガラスバッチ
と鉱物バッチとの混合物を押し出し、焼成して、低膨張
性のLASセラミックハニカム体を製造することに関す
る。しかしながら、ここで意図した押し出しバッチで
は、LASガラス粉末が大部分を占めており、アルミノシ
リケート粘土（クレイ）はわずかに２〜30重量％であ
る。
と鉱物バッチとの混合物を押し出し、焼成して、低膨張
性のLASセラミックハニカム体を製造することに関す
る。しかしながら、ここで意図した押し出しバッチで
は、LASガラス粉末が大部分を占めており、アルミノシ
リケート粘土（クレイ）はわずかに２〜30重量％であ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特にガラス成分に起因
する高額の経費の心配のない、ある種の低温溶融ガラス
を用いた、主として鉱物バッチに由来する低膨張性およ
び高強度のβ−スポジュメン構造体を製造する方法を開
発することは、当該分野において所望され、進歩に寄与
するものである。
する高額の経費の心配のない、ある種の低温溶融ガラス
を用いた、主として鉱物バッチに由来する低膨張性およ
び高強度のβ−スポジュメン構造体を製造する方法を開
発することは、当該分野において所望され、進歩に寄与
するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、材料を配合
し、成形し、さらに鉱物バッチを主要成分とし、これに
少量の特定のガラスをセラム化反応させることによる方
法を提供する。本発明のひとつの態様に従えば、無機性
の原料、有機性結合剤、およびビヒクルからなる均一な
可塑性バッチを提供することを含む、β−スポジュメン
構造体を調製する方法が提供され、ここで、無機性の原
料とは、約75重量％〜95重量％の鉱物および約５重量％
〜25重量％のガラスを含む。該バッチから生素地体を形
成し、この生素地体を焼成して、実質的にβ−スポジュ
メンから構成され、熱膨張係数が10×10-7／℃（０〜80
0℃）未満、強度が４KSi以上である構造体を製造する。
し、成形し、さらに鉱物バッチを主要成分とし、これに
少量の特定のガラスをセラム化反応させることによる方
法を提供する。本発明のひとつの態様に従えば、無機性
の原料、有機性結合剤、およびビヒクルからなる均一な
可塑性バッチを提供することを含む、β−スポジュメン
構造体を調製する方法が提供され、ここで、無機性の原
料とは、約75重量％〜95重量％の鉱物および約５重量％
〜25重量％のガラスを含む。該バッチから生素地体を形
成し、この生素地体を焼成して、実質的にβ−スポジュ
メンから構成され、熱膨張係数が10×10-7／℃（０〜80
0℃）未満、強度が４KSi以上である構造体を製造する。
【０００７】本発明の別の態様に従えば、上記の方法に
よって製造されるβ−スポジュメン構造体が提供され
る。
よって製造されるβ−スポジュメン構造体が提供され
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明は、β−スポジュメン構造
体を低価格で製造する方法を提供し、本発明の方法によ
るβ−スポジュメン構造体材料は、熱低膨張性（すなわ
ち、約10×10-7／℃（０〜800℃）未満、また一般的に
は約３〜７×10-7／℃（０〜800℃））、十分な強度
（すなわち、MORは４KSi以上、またさらに好ましくは約
６〜10KSi）、低気孔率（すなわち、総気孔率が35容量
％以下）、約1200度までの温度安定性、ならびに湿度お
よび腐食（例えば、硫酸による腐食および塩による腐食
など）に対する耐性を有する。そのような特性により、
この構造体をタービンエンジン復熱装置、またはそのよ
うな特性が所望される任意の装置に首尾よくく利用する
ことができる。広く市販されている鉱物バッチを利用す
ることだけではなく、ごく少量のガラス、好ましくは、
迅速な焼結および反応性を促進するような低融点／液体
ガラスを使用することによって生産効率を向上すること
により、費用を抑制することができる。
体を低価格で製造する方法を提供し、本発明の方法によ
るβ−スポジュメン構造体材料は、熱低膨張性（すなわ
ち、約10×10-7／℃（０〜800℃）未満、また一般的に
は約３〜７×10-7／℃（０〜800℃））、十分な強度
（すなわち、MORは４KSi以上、またさらに好ましくは約
６〜10KSi）、低気孔率（すなわち、総気孔率が35容量
％以下）、約1200度までの温度安定性、ならびに湿度お
よび腐食（例えば、硫酸による腐食および塩による腐食
など）に対する耐性を有する。そのような特性により、
この構造体をタービンエンジン復熱装置、またはそのよ
うな特性が所望される任意の装置に首尾よくく利用する
ことができる。広く市販されている鉱物バッチを利用す
ることだけではなく、ごく少量のガラス、好ましくは、
迅速な焼結および反応性を促進するような低融点／液体
ガラスを使用することによって生産効率を向上すること
により、費用を抑制することができる。
【０００９】焼成した際にβ−スポジュメン結晶構造が
大部分（すなわち、95〜98％）を占めるような原料の可
塑性バッチを調製することにより、β−スポジュメン構
造体を形成する。原料は、鉱物を主要成分（約75重量％
〜95重量％）およびガラスを少量成分（約５重量％〜25
重量％）とする。上述したように、少量のガラスを含有
している方が、大量のガラスを含有している場合よりも
経済的な工程が得られ、しかも焼結性という長所を保持
する。また、バッチには、TiO2などの少量の添加物を含
んでいてもよい。
大部分（すなわち、95〜98％）を占めるような原料の可
塑性バッチを調製することにより、β−スポジュメン構
造体を形成する。原料は、鉱物を主要成分（約75重量％
〜95重量％）およびガラスを少量成分（約５重量％〜25
重量％）とする。上述したように、少量のガラスを含有
している方が、大量のガラスを含有している場合よりも
経済的な工程が得られ、しかも焼結性という長所を保持
する。また、バッチには、TiO2などの少量の添加物を含
んでいてもよい。
【００１０】鉱物としては、ペタライト（Li2O・Al2O3
・8SiO2）などのアルミノシリケート鉱物と粘土とを組
み合わせたものが好ましいが、スポジュメン、ムライ
ト、アルミナおよびシリカなどのその他の鉱物も含まれ
る。
・8SiO2）などのアルミノシリケート鉱物と粘土とを組
み合わせたものが好ましいが、スポジュメン、ムライ
ト、アルミナおよびシリカなどのその他の鉱物も含まれ
る。
【００１１】粘土は、粒子径が細かいものでなくてはな
らず、化学的に比較的純粋であり、かつバッチに可塑性
を付与するものである。本発明の実施において用いられ
る粘土には、カオリナイト粘土などのアルミノシリケー
ト粘土が含まれる。これらの中には、検出できるレベル
の多数の不純物が含まれているが、実質的に全体として
アルミノシリケート成分からなる。従って、好ましくな
い量の外来の金属または金属酸化物を添加することな
く、これらの粘土をバッチに加えることができる。特に
好ましい粘土は、粒子径約１〜３μｍ、表面積約13〜17
ｍ2／ｇである薄片カオリナイト、たとえばカオパック
−10（KAOPAQUE-10（Ｋ10））（ドライ・ブランチ・カ
オリン（Dry Branch Kaolin）社（ジョージア州ドライ
カオリン）から市販）である。
らず、化学的に比較的純粋であり、かつバッチに可塑性
を付与するものである。本発明の実施において用いられ
る粘土には、カオリナイト粘土などのアルミノシリケー
ト粘土が含まれる。これらの中には、検出できるレベル
の多数の不純物が含まれているが、実質的に全体として
アルミノシリケート成分からなる。従って、好ましくな
い量の外来の金属または金属酸化物を添加することな
く、これらの粘土をバッチに加えることができる。特に
好ましい粘土は、粒子径約１〜３μｍ、表面積約13〜17
ｍ2／ｇである薄片カオリナイト、たとえばカオパック
−10（KAOPAQUE-10（Ｋ10））（ドライ・ブランチ・カ
オリン（Dry Branch Kaolin）社（ジョージア州ドライ
カオリン）から市販）である。
【００１２】鉱物成分の粒子の大きさは、十分に細か
く、粒子径分布が狭く、成形工程、例えば、押し出し工
程に適したものでなければならない。最終焼結および結
晶化の時点において、非常に大きな異方性のβ−スポジ
ュメン粒が生成することを避けるためにも、細かい粒子
径の鉱物が必要である。粒が大きすぎるとβ−スポジュ
メン構造体にミクロクラックが生じ、これにより該構造
体のヒステリシスの増大および強度低下が起こる。鉱物
の典型的な粒子系としては、50μｍ未満、好ましくは10
μｍ以下、より好ましくは平均粒子径が約５〜10μｍで
ある。粘土は、一般的には平均粒子径が約５μｍより細
かいものを用いる。
く、粒子径分布が狭く、成形工程、例えば、押し出し工
程に適したものでなければならない。最終焼結および結
晶化の時点において、非常に大きな異方性のβ−スポジ
ュメン粒が生成することを避けるためにも、細かい粒子
径の鉱物が必要である。粒が大きすぎるとβ−スポジュ
メン構造体にミクロクラックが生じ、これにより該構造
体のヒステリシスの増大および強度低下が起こる。鉱物
の典型的な粒子系としては、50μｍ未満、好ましくは10
μｍ以下、より好ましくは平均粒子径が約５〜10μｍで
ある。粘土は、一般的には平均粒子径が約５μｍより細
かいものを用いる。
【００１３】ガラス成分 鉱物を主体とする混合物において、高焼結率、低気孔率
および迅速な反応を達成するためには、少量のガラスを
用いる。さまざまなシリケートガラスを用いることがで
きるが、リチウムアルミノシリケート系の低温溶融三成
分共晶ガラスを用いることが好ましい。図１は、Li2O−
Al2O3−SiO2系の相図であり、本発明の実施例において
使用している低温溶融ガラス成分の領域を描いている。
ガラスは、約65重量％〜85重量％のSiO2、約３重量％〜
15重量％Al2O3、および約10重量％〜20重量％のLi2Oか
らなっていることが好ましく、図１中でＡと示されてい
る領域で表される。より好ましくは、ガラスは、約69重
量％〜82重量％のSiO2、約５重量％〜13重量％Al2O3、
および約13重量％〜18重量％のLi2Oからなり、図１中で
Ｂと示されている領域で表される。本発明におけるバッ
チに用いられるリチウムアルミノシリケートガラスのい
くつかの特別な例を下記の表１に示す。表１に記載して
いるような成分を有するガラス粉末は、ガラス溶融物を
ギャグを用いて乾式加工し、またはガラスのパテを砕
き、次に得られた微粒子ガラスを所望する粒子径にまで
粉砕することによって調製することができる。粒子の大
きさは、平均粒子径が50μｍ未満であることが好まし
い。
および迅速な反応を達成するためには、少量のガラスを
用いる。さまざまなシリケートガラスを用いることがで
きるが、リチウムアルミノシリケート系の低温溶融三成
分共晶ガラスを用いることが好ましい。図１は、Li2O−
Al2O3−SiO2系の相図であり、本発明の実施例において
使用している低温溶融ガラス成分の領域を描いている。
ガラスは、約65重量％〜85重量％のSiO2、約３重量％〜
15重量％Al2O3、および約10重量％〜20重量％のLi2Oか
らなっていることが好ましく、図１中でＡと示されてい
る領域で表される。より好ましくは、ガラスは、約69重
量％〜82重量％のSiO2、約５重量％〜13重量％Al2O3、
および約13重量％〜18重量％のLi2Oからなり、図１中で
Ｂと示されている領域で表される。本発明におけるバッ
チに用いられるリチウムアルミノシリケートガラスのい
くつかの特別な例を下記の表１に示す。表１に記載して
いるような成分を有するガラス粉末は、ガラス溶融物を
ギャグを用いて乾式加工し、またはガラスのパテを砕
き、次に得られた微粒子ガラスを所望する粒子径にまで
粉砕することによって調製することができる。粒子の大
きさは、平均粒子径が50μｍ未満であることが好まし
い。
【００１４】低温溶融ガラスを使用する目的は、（ａ）
迅速な強化のために液相焼結を可能にし、（ｂ）鉱物バ
ッチと反応して所望する相構成、すなわち、熱低膨張性
β−スポジュメン固溶体および少量のムライトを含有す
る相構成を得るためである。
迅速な強化のために液相焼結を可能にし、（ｂ）鉱物バ
ッチと反応して所望する相構成、すなわち、熱低膨張性
β−スポジュメン固溶体および少量のムライトを含有す
る相構成を得るためである。
【００１５】低温溶融安定ガラスは、共晶ガラスＥ1お
よびＥ2付近、ならびに図１に示されている、SiO2含量
が少なくなる方向に延びるコテクチック曲線（Ｃ）に沿
って存在する。重要なことは、Li2Oは18％を超えてはい
けないということであり、これを超えると、リチウムメ
タシリケートのためにガラスが不安定になる。ガラスの
不十分な結晶化により、混合バッチの液相焼結ができな
くなり、強化が妨げられる。
よびＥ2付近、ならびに図１に示されている、SiO2含量
が少なくなる方向に延びるコテクチック曲線（Ｃ）に沿
って存在する。重要なことは、Li2Oは18％を超えてはい
けないということであり、これを超えると、リチウムメ
タシリケートのためにガラスが不安定になる。ガラスの
不十分な結晶化により、混合バッチの液相焼結ができな
くなり、強化が妨げられる。
【００１６】表１に融点が約1100℃以下のいくつかのガ
ラス組成物を挙げておく。特に好ましいガラスは、SiO2
の含量が多い共晶ガラスＥ1（表１のNo.２）であり、融
点が980℃で、共晶ガラスＥ2（表１のNo.３）よりもガ
ラス安定性が高い。
ラス組成物を挙げておく。特に好ましいガラスは、SiO2
の含量が多い共晶ガラスＥ1（表１のNo.２）であり、融
点が980℃で、共晶ガラスＥ2（表１のNo.３）よりもガ
ラス安定性が高い。
【００１７】共晶ガラスを使用することは、その低流動
性、良好なガラス安定性、および比較的融点が低いとい
う特性により、迅速な液相焼結速度および鉱物成分との
完全な反応が得られる効率的な方法である。
性、良好なガラス安定性、および比較的融点が低いとい
う特性により、迅速な液相焼結速度および鉱物成分との
完全な反応が得られる効率的な方法である。
【００１８】有機性結合剤 有機性結合剤は、構造体を成形するにあたって、混合物
の可塑性に寄与する。本発明に従う可塑性の有機性結合
剤とは、セルロースエーテル系結合剤をさす。本発明に
従ういくつかの典型的な結合剤としては、メチルセルロ
ース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキチ
ブチルメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロー
ス、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシ
エチルメチルセルロース、ヒドロキシブチルセルロー
ス、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピル
セルロース、メチルセルロース炭酸ナトリウムおよびそ
れらの混合物が挙げられる。本発明の実施例において有
機性結合剤として特に適しているものは、メチルセルロ
ースおよび／またはメチルセルロース誘導体であり、メ
チルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース
またはそれらの組み合わせが好ましい。セルロースエー
テル類の好ましい原料としては、ダウ・ケミカル（Dow
Chemical）社から市販されているメソセル（Methocel）
A4M、F4M、F240およびK75Mがある。メソセル（Methoce
l）A4Mは、熱ゲル化点が約50℃、ゲル強度が5000ｇ／cm
2（65℃、２％溶液を基準）のメチルセルロース結合剤
である。メソセル（Methocel）F4M、F240およびK75Mは
ヒドロキシプロピルメチルセルロースである。メソセル
（Methocel）F4MおよびF240の熱ゲル化点は約54℃であ
る。メソセル（Methocel）K75Mの熱ゲル化点は約70℃で
ある（全て２％水溶液を基準とする）。
の可塑性に寄与する。本発明に従う可塑性の有機性結合
剤とは、セルロースエーテル系結合剤をさす。本発明に
従ういくつかの典型的な結合剤としては、メチルセルロ
ース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキチ
ブチルメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロー
ス、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシ
エチルメチルセルロース、ヒドロキシブチルセルロー
ス、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピル
セルロース、メチルセルロース炭酸ナトリウムおよびそ
れらの混合物が挙げられる。本発明の実施例において有
機性結合剤として特に適しているものは、メチルセルロ
ースおよび／またはメチルセルロース誘導体であり、メ
チルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース
またはそれらの組み合わせが好ましい。セルロースエー
テル類の好ましい原料としては、ダウ・ケミカル（Dow
Chemical）社から市販されているメソセル（Methocel）
A4M、F4M、F240およびK75Mがある。メソセル（Methoce
l）A4Mは、熱ゲル化点が約50℃、ゲル強度が5000ｇ／cm
2（65℃、２％溶液を基準）のメチルセルロース結合剤
である。メソセル（Methocel）F4M、F240およびK75Mは
ヒドロキシプロピルメチルセルロースである。メソセル
（Methocel）F4MおよびF240の熱ゲル化点は約54℃であ
る。メソセル（Methocel）K75Mの熱ゲル化点は約70℃で
ある（全て２％水溶液を基準とする）。
【００１９】さらに任意追加成分として、アルミナ（Al
2O3）、シリカ（SiO2）またはチタニア（TiO2）をバッ
チに含んでいてもよい。二酸化チタンは一般的には０〜
約５重量％の範囲で存在し、望ましくない高膨張性のク
リストバライト（方ケイ石）相の形成防止剤として用い
られる。
2O3）、シリカ（SiO2）またはチタニア（TiO2）をバッ
チに含んでいてもよい。二酸化チタンは一般的には０〜
約５重量％の範囲で存在し、望ましくない高膨張性のク
リストバライト（方ケイ石）相の形成防止剤として用い
られる。
【００２０】ビヒクルは、無機性、すなわち、大量の水
を含むもの、または有機性のものであってもよい。水の
使用は好ましいが、所望に応じて、低級アルコールなど
の揮発性の有機性液体で全体的にまたは部分的に置換す
ることもできる。
を含むもの、または有機性のものであってもよい。水の
使用は好ましいが、所望に応じて、低級アルコールなど
の揮発性の有機性液体で全体的にまたは部分的に置換す
ることもできる。
【００２１】バッチには、たとえばナトリウム、アンモ
ニウム、またはステアリン酸二グリコールなどの潤滑剤
を含んでいてもよい。
ニウム、またはステアリン酸二グリコールなどの潤滑剤
を含んでいてもよい。
【００２２】有機性結合剤、ビヒクルおよびその他の添
加物の重量％は、原料（鉱物およびガラス）に対する付
加物として計算される。
加物の重量％は、原料（鉱物およびガラス）に対する付
加物として計算される。
【００２３】押し出しバッチ組成 特に有用なバッチの組成としては、約40重量％〜80重量
％のペタライト、約10重量％〜35重量％の粘土、約５重
量％〜25重量％のガラス、約２重量％〜８重量％のセル
ロースエーテル結合剤（好ましくは、メチルセルロース
および／またはメチルセルロース誘導体）、および約15
重量％〜30重量％の水を含み、好ましくは、約53重量％
〜65重量％のペタライト、約22重量％〜29重量％の粘
土、約14重量％〜21重量％の共晶ガラス、約３重量％〜
６重量％の結合剤、および約21重量％〜27重量％の水を
含む。表２に特にいくつかの有用なバッチの組成を示
す。
％のペタライト、約10重量％〜35重量％の粘土、約５重
量％〜25重量％のガラス、約２重量％〜８重量％のセル
ロースエーテル結合剤（好ましくは、メチルセルロース
および／またはメチルセルロース誘導体）、および約15
重量％〜30重量％の水を含み、好ましくは、約53重量％
〜65重量％のペタライト、約22重量％〜29重量％の粘
土、約14重量％〜21重量％の共晶ガラス、約３重量％〜
６重量％の結合剤、および約21重量％〜27重量％の水を
含む。表２に特にいくつかの有用なバッチの組成を示
す。
【００２４】バッチ成分から得られる最終焼結体におい
ては、約４重量％〜６重量％のLi2O、約18重量％〜25重
量％のAl2O3、約68重量％〜75重量％のSiO2、およびク
リストバライトの生成を防ぐための追加成分として０〜
約５重量％のTiO2が含まれており、好ましくは、約4.5
重量％〜5.5重量％のLi2O、約18.5重量％〜23重量％のA
l2O3、約70重量％〜75重量％のSiO2、および０〜約３重
量％のTiO2が含まれている。Al2O3／Li2Oのモル比は、
約1.05〜1.50であり、好ましくは1.10〜1.3である。図
２は三角形Ｅ1ＰＣを表しており、それぞれの頂点は、
共晶ガラス（Ｅ1）、ペタライト（Ｐ）および粘土
（Ｃ）を示す。この三角形内の任意の組成、例えば組成
Ｋなどは、成分Ｅ1、Ｐ、Ｃを適切に組み合わせること
により調製できる。SiO2またはTiO2などの任意の追加成
分は、単に成分を過量に加えることにより、所望する組
成にすることができる。
ては、約４重量％〜６重量％のLi2O、約18重量％〜25重
量％のAl2O3、約68重量％〜75重量％のSiO2、およびク
リストバライトの生成を防ぐための追加成分として０〜
約５重量％のTiO2が含まれており、好ましくは、約4.5
重量％〜5.5重量％のLi2O、約18.5重量％〜23重量％のA
l2O3、約70重量％〜75重量％のSiO2、および０〜約３重
量％のTiO2が含まれている。Al2O3／Li2Oのモル比は、
約1.05〜1.50であり、好ましくは1.10〜1.3である。図
２は三角形Ｅ1ＰＣを表しており、それぞれの頂点は、
共晶ガラス（Ｅ1）、ペタライト（Ｐ）および粘土
（Ｃ）を示す。この三角形内の任意の組成、例えば組成
Ｋなどは、成分Ｅ1、Ｐ、Ｃを適切に組み合わせること
により調製できる。SiO2またはTiO2などの任意の追加成
分は、単に成分を過量に加えることにより、所望する組
成にすることができる。
【００２５】混合は、粉砕混合機などの高剪断混合機を
用いて従来法により行う。
用いて従来法により行う。
【００２６】成形工程 次にバッチを可塑成形して生素地を得る。。成形は、押
し出し、射出成形またはジッガー（機械ロクロ）法など
の任意の方法により行うことができる。
し出し、射出成形またはジッガー（機械ロクロ）法など
の任意の方法により行うことができる。
【００２７】成形において好ましい方法は、ダイを通し
ての押し出しである。押し出しは、水圧ラム押し出し
機、二段階脱気単一オーガー押し出し機、または排出末
端にダイを取り付けた二スクリュー混合機などにより行
うことができる。後者においては、材料、およびバッチ
材料がダイを通過するのに十分な圧を得るためのその他
の工程の条件に応じて適切なスクリューを選択する。
ての押し出しである。押し出しは、水圧ラム押し出し
機、二段階脱気単一オーガー押し出し機、または排出末
端にダイを取り付けた二スクリュー混合機などにより行
うことができる。後者においては、材料、およびバッチ
材料がダイを通過するのに十分な圧を得るためのその他
の工程の条件に応じて適切なスクリューを選択する。
【００２８】本発明に従う構造体は、都合のよい任意の
大きさおよび形状にすることができる。しかしながら、
この工程は、ハニカム体などの発泡体の製造に特に適し
ている。発泡体は、触媒担体、また、ディーゼル微粒フ
ィルター、溶融金属フィルター、復熱装置のコアなどの
フィルター等の多くの用途がある。
大きさおよび形状にすることができる。しかしながら、
この工程は、ハニカム体などの発泡体の製造に特に適し
ている。発泡体は、触媒担体、また、ディーゼル微粒フ
ィルター、溶融金属フィルター、復熱装置のコアなどの
フィルター等の多くの用途がある。
【００２９】本発明の工程により製造されるハニカム体
のいくつかの例を挙げると、これらに限定されるわけで
はないが、約62セル／cm2〜171セル／cm2（約400セル／
in2〜1100セル／in2）である。一般的な壁厚は、例え
ば、約62セル／cm2（約400セル／in2）のハニカム体に
おいては約0.15mm（約６mils）である。一般的には、壁
（ウェブ）厚の範囲は、約0.1〜約0.6mm（約４mils〜約
25mils）である。全体の大きさおよび形状は、用途によ
って変わる。
のいくつかの例を挙げると、これらに限定されるわけで
はないが、約62セル／cm2〜171セル／cm2（約400セル／
in2〜1100セル／in2）である。一般的な壁厚は、例え
ば、約62セル／cm2（約400セル／in2）のハニカム体に
おいては約0.15mm（約６mils）である。一般的には、壁
（ウェブ）厚の範囲は、約0.1〜約0.6mm（約４mils〜約
25mils）である。全体の大きさおよび形状は、用途によ
って変わる。
【００３０】次に、得られた成形体を焼成し、鉱物とガ
ラスとを反応させ、主要相としてβ−スポジュメンを本
質的に含む相構成を生成する。焼成は、空気中、約1100
℃〜1350℃の温度範囲で約２〜10時間行う。
ラスとを反応させ、主要相としてβ−スポジュメンを本
質的に含む相構成を生成する。焼成は、空気中、約1100
℃〜1350℃の温度範囲で約２〜10時間行う。
【００３１】本発明をより十分に説明するため、下記の
実施例を示すが、本発明はこれに限定されるわけではな
い。特に記載していない限り、全ての部、配分および％
は重量を基準とする。
実施例を示すが、本発明はこれに限定されるわけではな
い。特に記載していない限り、全ての部、配分および％
は重量を基準とする。
【００３２】
実施例１ 粘土およびペタライト鉱物から乾燥バッチを調製し、下
記に示すような重量％になるようにガラス粉末と有機性
添加剤とを乾燥混合した。表１のNo.２に示されている
酸化物からなるガラス粉末を調製するため、はじめに酸
化物と鉱物とを約1000℃で数時間溶融し、次に、乾燥計
量および粉砕して粒子の大きさの平均が直径約10μｍに
なるようにした。続いて、配合バッチを水と混合し、粉
砕混合機内で可塑化し、十分均一な混合物にした。用い
た水の量は下記に示す。このバッチを加圧下、ダイを通
して細い紐状に押し出しし、中に含まれている空気を除
いた。次に、この可塑性の紐を小さい（8.9cm×8.9cm、
171セル／cm2（3.5"×3.5"、1100セル／in2）正方形の
ダイを通して押し出しし、ハニカム体を形成した。未焼
成の生素地体を乾燥し、10cm（４”）の長さのサンプル
に切断し、約1310℃のピーク温度で約10時間焼成して生
素地体の完全焼結を行い、所望するβ−スポジュメン構
造体を得た。これらのサンプルについて試験を行い、物
理学的特性を下記に示す。
記に示すような重量％になるようにガラス粉末と有機性
添加剤とを乾燥混合した。表１のNo.２に示されている
酸化物からなるガラス粉末を調製するため、はじめに酸
化物と鉱物とを約1000℃で数時間溶融し、次に、乾燥計
量および粉砕して粒子の大きさの平均が直径約10μｍに
なるようにした。続いて、配合バッチを水と混合し、粉
砕混合機内で可塑化し、十分均一な混合物にした。用い
た水の量は下記に示す。このバッチを加圧下、ダイを通
して細い紐状に押し出しし、中に含まれている空気を除
いた。次に、この可塑性の紐を小さい（8.9cm×8.9cm、
171セル／cm2（3.5"×3.5"、1100セル／in2）正方形の
ダイを通して押し出しし、ハニカム体を形成した。未焼
成の生素地体を乾燥し、10cm（４”）の長さのサンプル
に切断し、約1310℃のピーク温度で約10時間焼成して生
素地体の完全焼結を行い、所望するβ−スポジュメン構
造体を得た。これらのサンプルについて試験を行い、物
理学的特性を下記に示す。
【００３３】押し出しバッチの組成： 62.6％ 焼ペタライト 23.2％ K10薄片状カオリナイト 14.2％ ガラス（表１のNo.２） 4.0％ A4M メソセル（Methocel） 0.75％ ステアリン酸ナトリウム 27.0％ 水 約1310℃で約10時間熱処理した後に特性を調べた。
【００３４】MOR（軸方向） １５１８ｐｓｉ 気孔率 ２９．０％ CTE（０〜800℃の間の冷却曲線） 3.3×10-7／℃ 実施例２ 実施例１と同様に、粘土およびペタライト鉱物から乾燥
バッチを調製し、下記に示すような重量％になるように
ガラス粉末と有機性添加剤とを乾燥混合した。ガラス粉
末は上述に従って調製した。次に、粉砕混合機内で配合
バッチに水を加えて可塑化し、十分に均一な混合物にし
た。使用した水の量は下記に示す。このバッチを加圧
下、ダイを通して細い紐状に押し出しし、中に含まれて
いる空気を除いた。次に、直径約26.7cm、171セル／cm2
（1100セル／in2）の全面に取り付けた大きなダイを通
してこの可塑性の紐を押し出しし、ハニカム体を形成し
た。未焼成の生素地体を乾燥し、10cm（４”）の長さの
サンプルに切断し、約1310℃のピーク温度で約10時間焼
成して生素地体の完全焼結を行い、所望するβ−スポジ
ュメン構造体を得た。これらの復熱装置のコアから切り
出したサンプルについて試験を行い、物理学的特性を下
記に示す。
バッチを調製し、下記に示すような重量％になるように
ガラス粉末と有機性添加剤とを乾燥混合した。ガラス粉
末は上述に従って調製した。次に、粉砕混合機内で配合
バッチに水を加えて可塑化し、十分に均一な混合物にし
た。使用した水の量は下記に示す。このバッチを加圧
下、ダイを通して細い紐状に押し出しし、中に含まれて
いる空気を除いた。次に、直径約26.7cm、171セル／cm2
（1100セル／in2）の全面に取り付けた大きなダイを通
してこの可塑性の紐を押し出しし、ハニカム体を形成し
た。未焼成の生素地体を乾燥し、10cm（４”）の長さの
サンプルに切断し、約1310℃のピーク温度で約10時間焼
成して生素地体の完全焼結を行い、所望するβ−スポジ
ュメン構造体を得た。これらの復熱装置のコアから切り
出したサンプルについて試験を行い、物理学的特性を下
記に示す。
【００３５】押し出しバッチの組成： 47.2％ 焼ペタライト 33.4％ K10薄片状カオリナイト 19.4％ ガラス（表１のNo.２） 3.0％ A4M メソセル（Methocel） 1.0％ ステアリン酸ナトリウム 29.0％ 水 約1310℃で約10時間熱処理した後に特性を調べた。
【００３６】MOR（軸方向） 1210psi 気孔率 19.0％ CTE（０〜800℃の間の冷却曲線） 6.0×10-7／℃
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】本発明の詳細を特定の態様および特定の実
施例に基づいて説明しているが、本発明を限定するもの
と考えるべきではなく、本発明の趣旨および添付の請求
の範囲の範囲を超えないその他の方法も用いることがで
きることに注意されたい。
施例に基づいて説明しているが、本発明を限定するもの
と考えるべきではなく、本発明の趣旨および添付の請求
の範囲の範囲を超えないその他の方法も用いることがで
きることに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】三成分共晶ガラスＥ１およびＥ２付近の低温溶
融ガラスの領域を示すLi2O−Al2O3−SiO2系の相図
融ガラスの領域を示すLi2O−Al2O3−SiO2系の相図
【図２】ペタライト、粘土および本発明の実施例におい
て使用される共晶ガラスからなる組成物を示すLi2O−Al
2O3−SiO2系の相図
て使用される共晶ガラスからなる組成物を示すLi2O−Al
2O3−SiO2系の相図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン ポール デイ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14814 ビッグ フラッツ デイヴンポート ロ ード 116 (72)発明者 ルイス マイケル ホールラン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14814 ビッグ フラッツ カウンティー ライ ン ドライヴ 2847 (72)発明者 アンソニー リチャード オルスゾースキ ー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14810 バス イースト ワシントン ストリー ト 314
Claims (13)
- 【請求項１】 β−スポジュメン構造体を調製する方法
であって、 ａ）無機性の原料、有機性結合剤およびビヒクルを含む
均一な可塑性バッチ用意し、ここで、該無機性の原料
は、約75重量％〜95重量％の鉱物および約５重量％〜25
重量％のガラスからなっており、 ｂ）該バッチを可塑成形して生素地体にし、さらに、 ｃ）該生素地体を焼成して、実質的にβ−スポジュメン
から構成され、熱膨張係数が10×10-7／℃（０〜800
℃）未満、強度が４Ksi以上である構造体を製造するこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項２】 鉱物がペタライトおよび粘土であること
を特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 鉱物が、約40重量％〜80重量％のペタラ
イトおよび約10重量％〜35重量％の粘土を含むことを特
徴とする請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 鉱物が、約53重量％〜65重量％のペタラ
イトおよび約22重量％〜29重量％の粘土を含むことを特
徴とする請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 ガラスが、約65重量％〜82重量％のSi
O2、約５重量％〜13重量％のAl2O3および約13重量％〜1
8重量％のLi2Oを含むことを特徴とする請求項２に記載
の方法。 - 【請求項６】 ガラスが、約69重量％〜82重量％のSi
O2、約５重量％〜13重量％のAl2O3および約13重量％〜1
8重量％のLi2Oを含むことを特徴とする請求項５に記載
の方法。 - 【請求項７】 可塑性バッチが、約40重量％〜80重量％
のペタライト、約10重量％〜35重量％の粘土および約５
重量％〜25重量％のガラス、約２重量％〜８重量％のセ
ルロースエーテル結合剤、ならびに約15重量％〜30重量
％の水を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。 - 【請求項８】 可塑性バッチが、約53重量％〜65重量％
のペタライト、約22重量％〜29重量％の粘土および約14
重量％〜21重量％の共晶ガラス、約３重量％〜６重量％
の結合剤、ならびに約21重量％〜27重量％の水を含むこ
とを特徴とする請求項５に記載の方法。 - 【請求項９】 鉱物の平均粒子径が50μｍ未満であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項１０】鉱物の平均粒子径が10μｍ未満であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項１１】混合物をハニカム体に成形することを特
徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項１２】可塑体の成形を押し出しにより行うこと
を特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項１３】混合物を押し出ししてハニカム体にする
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
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|---|---|---|---|
| US3518697P | 1997-01-13 | 1997-01-13 | |
| US035186 | 1997-01-13 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10330154A true JPH10330154A (ja) | 1998-12-15 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10003688A Withdrawn JPH10330154A (ja) | 1997-01-13 | 1998-01-12 | β−スポジュメン構造体の製造方法 |
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|---|---|
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| JP (1) | JPH10330154A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2003267776A (ja) * | 2002-03-18 | 2003-09-25 | Iwao Jiki Kogyo Kk | βスポジュメンハニカム状蓄熱体の製造方法 |
| JPWO2012105478A1 (ja) * | 2011-02-04 | 2014-07-03 | 日本碍子株式会社 | 炭化珪素質材料、ハニカム構造体及び電気加熱式触媒担体 |
| JP2019019023A (ja) * | 2017-07-14 | 2019-02-07 | 株式会社チップトン | セラミック部材及び流路部材 |
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| US6933255B2 (en) * | 2003-06-30 | 2005-08-23 | Douglas M. Beall | Beta-spodumene ceramics for high temperature applications |
| US8143180B2 (en) * | 2007-11-30 | 2012-03-27 | Corning Incorporated | Honeycomb cement with ceramic-forming crystallizable glass and method therefor |
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| KR102368968B1 (ko) * | 2019-12-19 | 2022-02-28 | 한국세라믹기술원 | 저열팽창 las계 세라믹 소재 및 이의 제조방법 |
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| JPS4930494B1 (ja) * | 1970-09-09 | 1974-08-13 | ||
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| US3938978A (en) * | 1973-03-22 | 1976-02-17 | Ppg Industries, Inc. | Method of making crystallized glass |
| US4126477A (en) * | 1977-05-06 | 1978-11-21 | Corning Glass Works | Beta-spodumene glass-ceramics exhibiting excellent dimensional stability |
| DE3229271A1 (de) * | 1982-08-05 | 1984-02-09 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Temperaturschockbestaendige keramische auskleidungen |
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1997
- 1997-12-08 EP EP97121531A patent/EP0853072A1/en not_active Ceased
- 1997-12-15 US US08/991,063 patent/US5962351A/en not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-01-12 KR KR1019980000580A patent/KR19980070463A/ko not_active Withdrawn
- 1998-01-12 JP JP10003688A patent/JPH10330154A/ja not_active Withdrawn
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|---|---|
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| US5962351A (en) | 1999-10-05 |
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