JP6284002B2 - Method for manufacturing ceramic honeycomb structure - Google Patents
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Description
本発明は、自動車等のエンジンから排出する排気ガスに含まれる有害物質の浄化に用いられるセラミックハニカム構造体の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic honeycomb structure used for purification of harmful substances contained in exhaust gas discharged from an engine such as an automobile.
自動車等のエンジンから排出する排気ガスに含まれる有害物質を浄化するため、セラミックハニカム構造体を使用した排気ガス浄化用触媒コンバータや、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質の捕集用フィルタとして、図1に示すようなセラミックハニカム構造体1が使用されている。
セラミックハニカム構造体は、一般に次のように製造されている。
例えば、コージェライト生成原料粉末等のセラミック粉末と、バインダー(メチルセルロース等の有機バインダー)、造孔剤(グラファイト等の有機物質)、水等を、混合、混練して得たセラミック坏土を、押出成形用金型を通じて押出成形することにより、外周壁11と隔壁3により囲まれ、一方の端面5aから他方の端面5bに流通するセル4を有する、ハニカム構造のセラミックハニカム成形体10を得る。次に、セラミックハニカム成形体中の水分などを乾燥させ、更に焼成炉により、セラミックハニカム成形体中のバインダー等の成形助剤等を除去した後、所定温度下で焼成して、所定の形状と強度を持ち、隔壁に微細な細孔を持つ高気孔率のセラミックハニカム構造体を得る。
In order to purify harmful substances contained in exhaust gas discharged from engines such as automobiles, as a catalytic converter for exhaust gas purification using a ceramic honeycomb structure, and a filter for collecting particulate matter discharged from diesel engines, A ceramic honeycomb structure 1 as shown in FIG. 1 is used.
A ceramic honeycomb structure is generally manufactured as follows.
For example, ceramic clay obtained by mixing and kneading ceramic powder such as cordierite-forming raw material powder, binder (organic binder such as methylcellulose), pore-forming agent (organic substance such as graphite), water, etc. is extruded. By extruding through a molding die, a ceramic honeycomb molded
粒子状物質捕集用のフィルタは、上記セラミックハニカム構造体の一方の端面5aと他方の端面5bとを互い違いに目封止部(図示せず)によって目封止した構造のものが使用されている。この粒子状物質捕集用のフィルタとして用いられるセラミックハニカム構造体は、粒子状物質の捕集率が高く、低い圧力損失の特性を有するために、より高気孔率のセラミックハニカム構造体が望まれている。一方、高気孔率のセラミックハニカム構造体を製造することを目的として、多量のバインダー及び造孔剤をセラミック坏土に含有させた場合には、成形体を焼成する際に、セラミックハニカム構造体にクラックが発生したり、極端な場合には、セラミックハニカム構造体が自重により変形してしまうという問題があった。
上記問題を解消する技術として、特許文献1には、少なくとも、セラミック又は金属からなる骨材粒子原料、水、有機バインダー、造孔材、及びコロイド粒子を混合し、混練することによって坏土とし、前記坏土を流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状に成形し、乾燥することによってセラミックハニカム成形体を得、前記成形体を仮焼することによって仮焼体とした後、前記仮焼体を本焼成することによって多孔質セラミックハニカム構造体を得ることを特徴とする多孔質セラミックハニカム構造体の製造方法が開示されている。本文献によれば、成形体を焼成する際に、その補強剤として機能していたバインダーが焼失してしまい、焼成中の成形体の機械的強度が低下する現象を防ぐため、バインダーの焼失後においても補強剤として機能するコロイド粒子を坏土に含有させているので、成形体を焼成する際に、多孔質セラミックハニカム構造体にクラックが発生したり、或いは、多孔質ハニカム構造体が自重によって崩壊してしまう事態を有効に防止できるとしている。尚、特許文献1において、コロイド粒子とは、その具体例としてシリカゾル、アルミナゾル等の記載があることから、直径nmオーダーのコロイド粒子(分散質)が液体(分散媒)中に分散したコロイド溶液のことを示している。
As the filter for collecting particulate matter, one having a structure in which one
As a technique for solving the above problems, Patent Document 1 includes at least an aggregate particle material made of ceramic or metal, water, an organic binder, a pore former, and colloidal particles, and kneaded to form a clay. The clay is formed into a honeycomb shape having a plurality of cells serving as fluid flow paths and dried to obtain a ceramic honeycomb formed body. The formed body is calcined to obtain a calcined body, and then the temporary A method for producing a porous ceramic honeycomb structure is disclosed, wherein a porous ceramic honeycomb structure is obtained by subjecting the fired body to main firing. According to this document, when the molded body is fired, the binder functioning as a reinforcing agent is burned out, and the mechanical strength of the molded body during firing is reduced. In addition, since colloidal particles functioning as a reinforcing agent are contained in the clay, cracks are generated in the porous ceramic honeycomb structure when the molded body is fired, or the porous honeycomb structure is caused by its own weight. It is said that it can effectively prevent the collapse. In Patent Document 1, colloidal particles include specific examples of silica sol, alumina sol, and the like. Therefore, colloidal particles having a diameter in the order of nm (dispersoid) are dispersed in a liquid (dispersion medium). It is shown that.
特許文献1に記載されたハニカム成形体の製造では、押出成形したハニカムは、端面形状が35mm×35mmの正方形で長さが152mm程度のハニカム成形体や、端面形状が50mm×50mmの正方形で長さが50mm程度のハニカム成形体である。ところが、外径が150mm以上で、気孔率が50%以上の大型で、高気孔率のハニカム構造体となるセラミックハニカム成形体の製造において、特許文献1に記載されるように、骨材粒子原料と水、有機バインダー、造孔材とともにコロイド溶液を混合、混練してハニカム形状に押出成形した場合、次のような問題を生じていた。すなわち、混合、混練バッチにおける骨材粒子原料や造孔材の重量が多くなるとともに、骨材粒子原料に対する造孔材の割合も多くなりセラミックハニカム成形体を焼成する際に、クラックが生じ、焼成後のワレの発生が顕著な場合があった。 In the manufacture of the honeycomb molded body described in Patent Document 1, the extruded honeycomb is a honeycomb molded body having an end face shape of 35 mm × 35 mm square and a length of about 152 mm, or a square end face shape of 50 mm × 50 mm square. A honeycomb molded body having a length of about 50 mm. However, as described in Patent Document 1, in the production of a ceramic honeycomb molded body having an outer diameter of 150 mm or more, a porosity of 50% or more, and a high-porosity honeycomb structure, as disclosed in Patent Document 1, When a colloidal solution was mixed and kneaded together with water, an organic binder, and a pore former, and extruded into a honeycomb shape, the following problems occurred. That is, the weight of the aggregate particle raw material and the pore former in the mixing and kneading batch is increased, and the ratio of the pore former to the aggregate particle raw material is increased so that cracks are generated when the ceramic honeycomb formed body is fired. There was a case where the subsequent cracking was remarkable.
したがって、本発明は、外径が150mm以上で、気孔率が50%以上のような、大型、高気孔率のハニカム構造体となるセラミックハニカム成形体の製造においても、コロイド粒子を含有するセラミックハニカム成形体を焼成する際に、バインダーや造孔材の燃焼焼失後に、コロイド粒子が補強材として十分機能して、クラックの発生を防止でき、焼成後にワレが発生し難いセラミックハニカム構造体の製造方法を提供することにある。 Accordingly, the present invention provides a ceramic honeycomb containing colloidal particles even in the production of a large-sized, high-porosity honeycomb structure having an outer diameter of 150 mm or more and a porosity of 50% or more. A method of manufacturing a ceramic honeycomb structure in which colloidal particles function sufficiently as a reinforcing material after burning and burning of a binder or a pore-forming material when firing a molded body, preventing cracks from being generated, and preventing cracking after firing Is to provide.
本発明者らは、上記のような従来技術の問題点に関し、コロイド溶液を混合する方法に着目して鋭意検討を行った。つまり、骨材粒子原料に水、有機バインダー、造孔材とともにコロイド溶液を混合し、混練した場合、コロイド溶液中のコロイド粒子は微細であることから、混合、混練後の坏土中には、コロイド粒子が均一に分散されていない部位の存在する場合があった。コロイド粒子が均一に分散されていない状態の坏土を用いて、ハニカム形状に押出成形し、乾燥、焼成した場合、セラミックハニカム成形体を焼成する際の、バインダーや造孔材の燃焼焼失後に、コロイド粒子の補強材としての機能が十分に発揮されない。その結果、セラミックハニカム成形体を焼成する際に、にクラックの発生を防止することができず、焼成後に発生するワレを回避することが困難であることが判明し、本発明に想到した。 The inventors of the present invention have made intensive studies focusing on the method of mixing colloidal solutions with respect to the problems of the prior art as described above. In other words, when the colloidal solution is mixed and kneaded with water, an organic binder and a pore former, the colloidal particles in the colloidal solution are fine, so in the clay after mixing and kneading, In some cases, the colloidal particles are not uniformly dispersed. Using a clay in which colloidal particles are not uniformly dispersed, extruded into a honeycomb shape, dried, fired, after burning and burning of the binder and pore former when firing the ceramic honeycomb formed body, The function of the colloidal particles as a reinforcing material is not sufficiently exhibited. As a result, when firing the ceramic honeycomb formed body, it was found that cracks could not be prevented and it was difficult to avoid cracks generated after firing, and the present invention was conceived.
具体的に本発明は、なくともセラミックスからなる骨材原料と有機バインダー、造孔材及び水とを混合する混合工程、混練して坏土とする混練工程、前記坏土をハニカム形状に押出成形する成形工程、乾燥する乾燥工程、焼成する焼成工程を経て、外径150mm以上、気孔率50%以上のセラミックハニカム構造体とするセラミックハニカム構造体の製造方法であって、前記混合工程において、分散媒と固形分であるシリカ系もしくはアルミナ系のコロイド粒子から構成され、前記コロイド粒子の平均粒子径が10〜500nmであるコロイド溶液を、前記骨材原料に対し、固形分で0.1質量%〜10質量%で配合し、混合物に前記コロイド溶液を噴霧することを特徴とする。
Specifically, the present invention includes a mixing step of mixing an aggregate raw material made of ceramics at least with an organic binder, a pore former and water, a kneading step of kneading into clay, and extruding the clay into a honeycomb shape. A method for producing a ceramic honeycomb structure having a ceramic honeycomb structure having an outer diameter of 150 mm or more and a porosity of 50% or more after undergoing a forming step, a drying step for drying, and a firing step for firing, wherein the dispersion is performed in the mixing step. The colloidal solution is composed of silica-based or alumina-based colloidal particles having a solid content and the average particle diameter of the colloidal particles is 10 to 500 nm. It mix | blends by the mass%, The said colloidal solution is sprayed on a mixture, It is characterized by the above-mentioned .
本発明において、前記混合工程において、混合槽内に回転翼を備えた混合機を用い、前記回転翼の回転軸方向に垂直な混合槽断面の断面積A0に対してA1/A0≧0.4となる面積A1の範囲で、前記コロイド溶液を前記混合物に噴霧することが好ましい。 In the present invention, in the mixing step, A1 / A0 ≧ 0.4 with respect to the cross-sectional area A0 of the mixing tank cross section perpendicular to the rotation axis direction of the rotating blade using a mixer having rotating blades in the mixing tank. The colloidal solution is preferably sprayed onto the mixture in the area A1.
本発明において、前記混合工程において、混合物に前記コロイド溶液を噴霧した後、さらに水を添加して混合を行うことが好ましい。 In the present invention, it is preferable that in the mixing step, after the colloidal solution is sprayed on the mixture, water is further added to perform mixing.
本発明において、前記骨材原料が、コーディエライト化原料、ムライト、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、酸化チタン、チタン酸アルミニウムからなる群より選択された少なくとも1種の成分を含むことが好ましい。 In the present invention, the aggregate raw material preferably contains at least one component selected from the group consisting of a cordierite forming raw material, mullite, silicon carbide, silicon nitride, alumina, titanium oxide, and aluminum titanate.
本発明において、前記混練工程において坏土の温度が15〜60℃であることが好ましい。 In this invention, it is preferable that the temperature of the clay is 15-60 degreeC in the said kneading | mixing process.
本発明において、前記混練工程において坏土に0.1〜0.5MPaの圧力を負荷することが好ましい。 In the present invention, it is preferable to apply a pressure of 0.1 to 0.5 MPa to the clay in the kneading step.
本発明において、前記乾燥工程において、湿度70%以上の雰囲気でマイクロ波乾燥を行うことが好ましい。 In the present invention, it is preferable to perform microwave drying in an atmosphere having a humidity of 70% or more in the drying step.
本発明において、前記セラミックハニカム構造体の気孔率が50〜70%であることが好ましい。 In the present invention, the ceramic honeycomb structure preferably has a porosity of 50 to 70%.
本発明において、前記セラミックハニカム構造体の壁厚が0.1〜0.5mmであることが好ましい。 In the present invention, the wall thickness of the ceramic honeycomb structure is preferably 0.1 to 0.5 mm.
本発明において、前記セラミックハニカム構造体のセル密度が100〜300セル/平方インチであることが好ましい。 In the present invention, the cell density of the ceramic honeycomb structure is preferably 100 to 300 cells / square inch.
本発明によれば、外径が150mm以上で、気孔率が50%以上の大型で、高気孔率のハニカム構造体となるセラミックハニカム成形体の製造においても、コロイド粒子を含有するセラミックハニカム成形体を焼成する際に、バインダーや造孔材の燃焼焼失後に、コロイド粒子が補強材として機能して、クラックの発生を防止でき、焼成後にワレが発生し難いセラミックハニカム構造体の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a ceramic honeycomb formed body containing colloidal particles also in the production of a large-sized ceramic honeycomb formed body having an outer diameter of 150 mm or more, a porosity of 50% or more, and a high porosity honeycomb structure. The present invention provides a method for manufacturing a ceramic honeycomb structure in which colloidal particles function as a reinforcing material after burning and burning of a binder and a pore former when firing, and cracks can be prevented and cracking hardly occurs after firing. be able to.
以下、本発明の実施の形態を具体的に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。 Embodiments of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to the following embodiments and is based on the ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Therefore, it should be understood that design changes and improvements can be made as appropriate.
本発明のセラミックハニカム構造体の製造方法について説明する。
まず、混合工程において、少なくともセラミックスからなる骨材原料と有機バインダー、造孔材、水とを混合する。骨材原料としては、コーディエライト化原料、ムライト、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、酸化チタン、チタン酸アルミニウムからなる群より選択された少なくとも1種の成分を含むことができる。なかでも、外径150mm以上、気孔率50%以上のセラミックハニカム構造体とする場合には、低熱膨張性を有するコーディエライト化原料であることが好ましい。
コーディエライト化原料は、焼成によりコーディエライトの理論組成(2MgO・2Al2O3・5SiO2)となるように混合される原料であり、主にシリカ源、マグネシア源、アルミナ源から構成される。
シリカ源としては、カオリン、タルク、石英、溶融シリカ、非晶質シリカの群から1種以上が用いられることが好ましい。
また、マグネシア源としては、タルク、マグネサイト、水酸化マグネシウムの群から1種以上が用いられることが好ましい。
アルミナ源としては、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウムのいずれか1種またはこれらの両方を用いられることが好ましい。
A method for manufacturing the ceramic honeycomb structure of the present invention will be described.
First, in the mixing step, at least an aggregate material made of ceramics, an organic binder, a pore former, and water are mixed. The aggregate raw material can include at least one component selected from the group consisting of cordierite forming raw material, mullite, silicon carbide, silicon nitride, alumina, titanium oxide, and aluminum titanate. In particular, when a ceramic honeycomb structure having an outer diameter of 150 mm or more and a porosity of 50% or more is used, a cordierite-forming raw material having low thermal expansion is preferable.
Cordierite-forming raw material is a raw material that is mixed by firing to have the theoretical composition of cordierite (2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2 ), and mainly consists of silica source, magnesia source, and alumina source. The
As the silica source, it is preferable to use at least one member selected from the group consisting of kaolin, talc, quartz, fused silica and amorphous silica.
Moreover, as a magnesia source, it is preferable to use 1 or more types from the group of talc, magnesite, and magnesium hydroxide.
As the alumina source, it is preferable to use one or both of aluminum oxide and aluminum hydroxide.
有機バインダーは、押出成形後の成形体でゲル状となり、成形体の強度を維持する添加剤である。有機バインダーとしては、例えば、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、ヒドロキシプロポキシルメチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコール等を用いることができる。 The organic binder is an additive that becomes a gel in the molded body after extrusion and maintains the strength of the molded body. As the organic binder, for example, methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxypropoxylmethylcellulose, carboxylmethylcellulose, hydroxyethylcellulose, polyvinyl alcohol and the like can be used.
造孔材は、成形体を焼成する際に焼失することにより気孔が形成され、気孔率を増大させる添加剤である。造孔材としては、例えば、小麦粉、澱粉粉、グラファイト、セラミックバルーン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル、アクリル、フェノール、発泡済発泡樹脂、未発泡発泡樹脂等の、1種類或いは1種類以上を組み合わせて使用することができる。なかでも、50%以上の気孔率となるセラミックハニカム構造体を得るには、発泡済み発泡樹脂を用いることが好ましい。 The pore former is an additive that increases the porosity by forming pores by burning out when the molded body is fired. Examples of the pore former include one kind or one or more kinds such as wheat flour, starch powder, graphite, ceramic balloon, polyethylene, polystyrene, polypropylene, nylon, polyester, acrylic, phenol, foamed foamed resin, and unfoamed foamed resin. Can be used in combination. Among these, in order to obtain a ceramic honeycomb structure having a porosity of 50% or more, it is preferable to use a foamed foamed resin.
コロイド溶液は、分散媒と固形分であるコロイド粒子(分散質)で構成され、コロイド溶液は、比較的低い温度で脱水縮合反応等により硬化して、バインダーの焼失後においても骨材粒子同士を結合する補強材として機能する添加剤である。コロイド溶液としては、分散媒として、例えば、水、メタノール、イソプロピルアルコール、ジメチルアセトアミド、エチレングリコール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン等の1種以上と、コロイド粒子としてシリカ、アルミナを用いることができる。なかでも、分散媒として水、コロイド粒子としてシリカで構成されるコロイダルシリカを用いると、バインダー焼失後の骨材粒子同士の結合が良好となり易いので好ましい。
前記骨材原料、有機バインダー、造孔材及び水を混合中の混合物にコロイド溶液を噴霧して混合を行うことで、コロイド溶液中のコロイド粒子が混合物中に均一に混合され易くなり、その後の工程で混練された後の坏土においてもコロイド粒子が均一に存在するようになる。このため、このような坏土を用いてハニカム形状に押出成形し、乾燥、焼成する際に、バインダーや造孔材が燃焼して焼失した後においても、コロイド粒子が補強材として十分機能する。これにより、セラミックハニカム成形体にクラックの発生を防止することができ、焼成後にワレが発生し難い、外径が150mm以上で、気孔率が50%以上の大型で、高気孔率のセラミックハニカム構造体を得ることができる。
ここで、混合を行う際には、混合物が均一に混合されるような混合機を用いればいずれでも良いが、円筒状の混合槽内に回転翼を備えた、例えば、ヘンシェルミキサー等を用いることができる。
The colloidal solution is composed of a dispersion medium and colloidal particles (dispersoids) that are solid contents. The colloidal solution is cured by a dehydration condensation reaction or the like at a relatively low temperature, and the aggregated particles are separated even after the binder is burned out. It is an additive that functions as a reinforcing material to be bonded. Colloidal solutions, are use as the dispersion medium, e.g., water, methanol, isopropyl alcohol, dimethyl acetamide, ethylene glycol, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and one or more such as toluene, shea silica as the colloidal particles, the alumina be able to. Among these, it is preferable to use colloidal silica composed of water as the dispersion medium and silica as the colloidal particles because the bonding between the aggregate particles after burned out binder tends to be good.
The colloidal solution is sprayed on the mixture in which the aggregate raw material, the organic binder, the pore former and water are being mixed to perform mixing, so that the colloidal particles in the colloidal solution are easily mixed into the mixture, and thereafter Even in the clay after being kneaded in the process, colloidal particles are present uniformly. For this reason, colloidal particles function sufficiently as a reinforcing material even after the binder or pore former burns and burns out when extruded into a honeycomb shape using such a clay, dried and fired. As a result, cracks can be prevented in the ceramic honeycomb molded body, cracking hardly occurs after firing, a large-sized ceramic honeycomb structure with an outer diameter of 150 mm or more, a porosity of 50% or more, and a high porosity. You can get a body.
Here, when mixing, any mixer may be used as long as the mixture is uniformly mixed. However, for example, a Henschel mixer having a rotary blade in a cylindrical mixing tank is used. Can do.
また、コロイド溶液の噴霧は、スプレー、噴霧器等を用いて行うことができる。コロイド溶液は、図2に示す混合機20において、混合槽21内の回転翼22の回転軸方向に垂直な混合槽断面Aにおいて、混合槽断面Aの断面積A0に対してA1/A0≧0.4となる面積A1の範囲で、混合槽21内の混合物100に噴霧される。これにより、混合物中にコロイド粒子が均一に混合され易くなり、その後の工程で混練された後の坏土においてもコロイド粒子が均一に存在するようになる。さらには、A1/A0≧0.5となる面積A1の範囲で混合槽21内の混合物100に噴霧されることが好ましい。尚、混合槽内の混合物に噴霧される前記面積A1の範囲は、噴霧するスプレーや噴霧器と、混合物との間隔を変更することで設定することができる。
The colloidal solution can be sprayed using a spray, a sprayer, or the like. In the mixing
また、コロイド溶液を噴霧した後に、さらに、水を添加して混合することが好ましい。コロイド溶液を噴霧した後に、さらに、水を添加して混合することで、混合物中にコロイド粒子がより一層均一に混合されるためである。これにより、セラミックハニカム成形体にクラックの発生をより効果的に防止することができ、焼成後にワレが発生し難いセラミックハニカム構造体を得ることができる。 Further, it is preferable to add water and mix after spraying the colloidal solution. This is because, after spraying the colloidal solution, the colloidal particles are further uniformly mixed in the mixture by further adding water and mixing. Thereby, generation | occurrence | production of a crack can be prevented more effectively in a ceramic honeycomb molded object, and the ceramic honeycomb structure which does not generate | occur | produce cracking easily after baking can be obtained.
そして、コロイド粒子の平均粒子径が10〜500nmであることで、混合物中にコロイド粒子が均一に混合され易くなる。これにより、セラミックハニカム成形体にクラックの発生をより効果的に防止することができ、焼成後にワレが発生し難いセラミックハニカム構造体を得ることができる。コロイド粒子の平均粒子径が10nm未満の場合、混練後の坏土が硬化し易くなり、押出成形性が悪化し、セラミックハニカム成形体にクラックが生じ易くなる。クラックが生じたセラミックハニカム成形体を焼成すると、焼成後にワレが発生し易くなる。一方、コロイド粒子の平均粒子径が500nmを超える場合、コロイド粒子の補強材としての機能が弱まり、セラミックハニカム成形体を焼成する際に、バインダーや造孔材が燃焼して焼失した後において、コロイド粒子が補強材としての機能を十分に発揮されずに、セラミックハニカム成形体のクラックの発生を防止することができない場合がある。好ましくは15〜300nmである。
Then, the average particle diameter of the colloidal particles is 10 to 500 nm, such that easy colloidal particles are uniformly mixed in the mixture. Thereby, generation | occurrence | production of a crack can be prevented more effectively in a ceramic honeycomb molded object, and the ceramic honeycomb structure which does not generate | occur | produce cracking easily after baking can be obtained. When the average particle diameter of the colloidal particles is less than 10 nm, the kneaded clay is easily cured, the extrudability is deteriorated, and cracks are easily generated in the ceramic honeycomb formed body. When firing the ceramic honeycomb formed body cracks occurred, that cracking is liable to occur after firing. On the other hand, when the average particle diameter of the colloid particles exceeds 500 nm, the function of the colloid particles as a reinforcing material is weakened, and when the ceramic honeycomb formed body is fired, the colloid particles are burned and burned out. In some cases, the particles do not sufficiently exhibit the function as a reinforcing material, and the occurrence of cracks in the ceramic honeycomb formed body cannot be prevented. Preferably, it is 15 to 300 nm.
コロイド溶液は、そのコロイド粒子を骨材原料の一部として機能させることができる。例えば、骨材原料が、コーディエライト化原料の場合、焼成によりコーディエライトの理論組成となるように、マグネシア源、シリカ源、アルミナ源の配合割合を調整するが、コロイド溶液の分散媒にシリカ系のコロイド粒子を用いることで、コーディエライト化原料のうちのシリカ源は、コロイド粒子のシリカ成分を差し引いた量で配合する。これにより、コロイド粒子のシリカ成分を骨材原料であるコーディエライト化原料の一部として機能させることができる。
また、骨材原料としてアルミナ、酸化チタン、シリカを含む原料を用いてチタン酸アルミニウムセラミックスを得る場合も、同様に、コロイド粒子にシリカ系のコロイド粒子、アルミナ系のコロイド粒子を用いて、骨材原料の一部として機能させることができる。
The colloidal solution can make the colloidal particles function as a part of the aggregate raw material. For example, when the aggregate raw material is a cordierite-forming raw material, the mixing ratio of the magnesia source, silica source, and alumina source is adjusted so that the theoretical composition of cordierite is obtained by firing. By using silica-based colloidal particles, the silica source of the cordierite forming raw material is blended in an amount obtained by subtracting the silica component of the colloidal particles. Thereby, the silica component of colloidal particles can be functioned as a part of the cordierite forming raw material which is an aggregate raw material.
In addition, when obtaining an aluminum titanate ceramic using a raw material containing alumina, titanium oxide, and silica as an aggregate raw material, similarly, the colloidal particles are made of silica-based colloidal particles and alumina-based colloidal particles. It can function as a part of the raw material.
また、コロイド溶液は、前記骨材原料に対して固形分で0.1質量%〜10質量%で配合する。0.1%未満の場合、セラミックハニカム成形体を焼成する際に、バインダーや造孔材が燃焼して焼失した後において、コロイド粒子が補強材としての機能を十分に発揮されずに、セラミックハニカム成形体のクラックの発生を防止することができない。一方、10%を超えると、微小粒径のコロイド粒子が増加することで、混練後の坏土が硬くなり過ぎ、押出成形の成形速度が遅くなって生産性が低下したり、場合によっては押出成形が困難となる。好ましくは、0.2質量%〜8質量%である。
Further, colloidal solution, you blended with 0.1 wt% to 10 wt% in solid content with respect to the aggregate material. If it is less than 0.1%, when the ceramic honeycomb formed body is fired, the colloidal particles do not fully function as a reinforcing material after the binder or pore former burns and burns out, and the ceramic honeycomb formed body that that can not be is that of preventing the occurrence of cracks. On the other hand, when it exceeds 10%, colloidal particles with a small particle size increase, so that the kneaded clay becomes too hard, the molding speed of the extrusion molding becomes slow, and the productivity decreases. molding that Do not difficult. Preferably, it is 0.2 mass%-8 mass%.
次に、混練工程において、混合された混合物を混練して坏土とする。混練には、ニーダー、加圧ニーダー、真空土練機等を用いることができるが、外径が150mm以上で、気孔率が50%以上の大型で、高気孔率のハニカム構造体となるセラミックハニカム成形体の製造においては、均質に混練され易く、また、造孔材が混練によって破壊され難い加圧ニーダーを用いることが好ましい。加圧ニーダーにおいて、0.1〜0.5MPaの圧力を負荷しながら混練することで、混合物中のコロイド粒子がさらに均一に分散されるので好ましい。圧力が0.1MPa未満の場合、加圧力が不足して、混合物中のコロイド粒子が均一に混練されない場合があるので好ましくない。一方、圧力が0.5MPaを超えると、造孔材が破壊され易くなり、気孔率が50%以上となる高気孔率のハニカム構造体を得難くなるので好ましくない。ここで、加圧ニーダーに負荷する圧力とは、加圧ニーダーの加圧蓋をピストン軸により押す力、加圧蓋の荷重、ピストン軸の荷重の合計を、加圧蓋の原料接触面の面積で割った値のことを言う。 Next, in the kneading step, the mixed mixture is kneaded to form a clay. A kneader, a pressure kneader, a vacuum kneader, or the like can be used for kneading, but a ceramic honeycomb that becomes a large-sized, high-porosity honeycomb structure with an outer diameter of 150 mm or more and a porosity of 50% or more. In the production of a molded body, it is preferable to use a pressure kneader that is easily kneaded homogeneously and the pore former is not easily broken by kneading. Kneading while applying a pressure of 0.1 to 0.5 MPa in a pressure kneader is preferable because the colloidal particles in the mixture are more uniformly dispersed. When the pressure is less than 0.1 MPa, the applied pressure is insufficient, and the colloidal particles in the mixture may not be uniformly kneaded, which is not preferable. On the other hand, when the pressure exceeds 0.5 MPa, the pore former is easily broken, and it is difficult to obtain a honeycomb structure with a high porosity having a porosity of 50% or more, which is not preferable. Here, the pressure applied to the pressure kneader is the total of the force pushing the pressure lid of the pressure kneader with the piston shaft, the load on the pressure lid, and the load on the piston shaft, and the area of the material contact surface of the pressure lid The value divided by.
また、混練中の坏土の温度を15〜60℃とすることで、混合物中のコロイド粒子がさらに均一に混練されるので好ましい。坏土の温度が15℃未満の場合、坏土の粘度が低くなり、押出成形後の成形体が変形しやすくなるので好ましくない。一方、60℃を超えると、有機バインダーが硬化し坏土の粘度が高くなり、押出成形後の成形体の隔壁にキレが生じ易くなるので好ましくない。好ましくは、20〜40℃である。坏土の温度は、混練終了時に、坏土内に温度計を挿入して3か所測定した値の平均である。 Further, it is preferable to set the temperature of the clay during kneading to 15 to 60 ° C., since the colloidal particles in the mixture are kneaded more uniformly. When the temperature of the clay is less than 15 ° C., the viscosity of the clay becomes low, and the molded body after extrusion molding tends to be deformed, which is not preferable. On the other hand, when the temperature exceeds 60 ° C., the organic binder is cured and the viscosity of the clay is increased, so that the partition walls of the molded body after extrusion molding are liable to be formed, which is not preferable. Preferably, it is 20-40 degreeC. The temperature of the clay is the average of the values measured at three locations by inserting a thermometer into the clay at the end of kneading.
次に、成形工程において、混練された坏土を押出成形用金型を通じて、外径が150mm以上、壁厚が0.1〜0.5mm、セル密度が100〜300セル/平方インチのハニカム形状に押出成形する。
そして、乾燥工程において、押出成形されたセラミックハニカム成形体を乾燥させる。乾燥には、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥等で行うことができるが、湿度70%以上の雰囲気でマイクロ波乾燥を行うことで、セラミックハニカム成形体全体が均一に乾燥されるので好ましい。
Next, in the molding process, the kneaded clay is extruded through a mold for extrusion into a honeycomb shape having an outer diameter of 150 mm or more, a wall thickness of 0.1 to 0.5 mm, and a cell density of 100 to 300 cells / square inch. To do.
In the drying step, the extruded ceramic honeycomb formed body is dried. Drying can be performed by hot air drying, microwave drying, dielectric drying, or the like, but it is preferable to perform microwave drying in an atmosphere having a humidity of 70% or more because the entire ceramic honeycomb formed body is uniformly dried.
次に、焼成工程において、乾燥されたセラミックハニカム成形体を大気雰囲気中で焼成して、外径が150mm以上、気孔率が50%以上のセラミックハニカム構造体とする。
焼成は、まず、昇温し、温度が約150℃〜400℃において、セラミックハニカム成形体中のバインダーや造孔材等の有機物が燃焼除去される。この温度範囲では、昇温速度を0.2〜10℃/hとすることが好ましい。この時、バインダーや造孔材の燃焼で、セラミックハニカム成形体内部の燃焼発熱により、セラミックハニカム成形体内外に温度差が発生し、これによって熱応力が生じる。しかし、コロイド粒子が均一に混練された坏土で成形されたセラミックハニカム成形体は、成形体中のコロイド粒子が補強材としての機能を十分に発揮され、セラミックハニカム成形体にクラックの発生を防止することができる。
セラミックハニカム成形体を焼成してハニカム構造体とする焼成条件は、使用する骨材原料の種類により異なるが、例えば、コーディエライト化原料を用いる場合は、5〜20℃/hの昇温速度で昇温して最高温度を1410〜1450℃で保持し、5〜15時間焼成することが好ましい。
焼成されたセラミックハニカム構造体の気孔率は、粒子状物質の捕集率が高く、低い圧力損失の特性を有するために、50〜70%であることが好ましい。
Next, in the firing step, the dried ceramic honeycomb formed body is fired in an air atmosphere to obtain a ceramic honeycomb structure having an outer diameter of 150 mm or more and a porosity of 50% or more.
In the firing, first, the temperature is raised, and at a temperature of about 150 ° C. to 400 ° C., organic substances such as a binder and a pore former in the ceramic honeycomb formed body are burned and removed. In this temperature range, the rate of temperature rise is preferably 0.2 to 10 ° C./h. At this time, due to combustion of the binder and the pore former, a temperature difference is generated inside and outside the ceramic honeycomb molded body due to combustion heat generation inside the ceramic honeycomb molded body, thereby generating a thermal stress. However, the ceramic honeycomb molded body molded with a clay in which colloidal particles are uniformly kneaded, the colloidal particles in the molded body are fully exerted as a reinforcing material, preventing cracks in the ceramic honeycomb molded body. can do.
The firing conditions for firing the ceramic honeycomb formed body to form a honeycomb structure vary depending on the type of aggregate raw material used. For example, when a cordierite-forming raw material is used, the heating rate is 5 to 20 ° C./h. It is preferable that the maximum temperature is maintained at 1410 to 1450 ° C. and baked for 5 to 15 hours.
The porosity of the fired ceramic honeycomb structure is preferably 50 to 70% in order to have a high particulate matter collection rate and low pressure loss characteristics.
(実施例1)
骨材原料として、平均粒子径が4.5μmのカオリン、平均粒子径が12.5μmのタルク、平均粒子径が38.0μmのシリカ、平均粒子径が6.0μmのアルミナ、平均粒子径が12.0μmの水酸化アルミの粉末及びコロイド溶液の固形分を調整して、化学組成が51質量%のSiO2、35質量%のAl2O3、14質量%のMgOとなるように、コーディエライト化原料粉末を表1に示す原料Aを準備した。一方、コロイド溶液として固形分が20%のコロイダルシリカを用い、コーディエライト化原料粉末に対して表1に示す固形分換算した割合の量のコロイダルシリカを準備する。そして、この原料Aに、骨材原料100質量%に対して、バインダーとしてメチルセルロース5質量%、ヒドロキシプロピルメチルセルロース2質量%、造孔材として発泡済発泡樹脂6質量%、水25質量%を添加してヘンシェルミキサーを用いて混合した。
そして、混合中の混合物に、表2に示す噴霧範囲(A1/A0)となるように噴霧器の位置を調節し、前記準備したコロイダルシリカを噴霧器で噴霧して、骨材原料、バインダー、造孔材、水及びコロイド粒子を混合する。
次に、混合が終了した混合物を加圧ニーダーに投入し、混練物に負荷する圧力を表2に示す条件で混練を行い坏土とする。混練終了時に、坏土内に温度計を挿入して3か所の温度を測定し、その平均値を表2に示す。
次に、押出し成形用金型を用いて坏土を押出し成形し、切断して、直径270mm×長さ300mmの成形体を20個作製した。
次に、成形体を、湿度75%の雰囲気でマイクロ波乾燥を20分間行い、次いで、大気雰囲気中で焼成を行った。焼成は、150〜350℃の温度範囲を5℃/hの昇温速度で昇温し、その後、15℃/hの昇温速度で昇温し1410℃の最高保持温度で12時間焼成させ、隔壁厚さ0.3mm、セルピッチ1.57mm(260セル/平方インチ)である実施例1のコーディエライト質セラミックハニカム構造体20個を得た。
Example 1
As an aggregate material, kaolin with an average particle size of 4.5 μm, talc with an average particle size of 12.5 μm, silica with an average particle size of 38.0 μm, alumina with an average particle size of 6.0 μm, hydroxylation with an average particle size of 12.0 μm Adjust the solid content of the aluminum powder and colloidal solution so that the chemical composition is 51 wt% SiO 2 , 35 wt% Al 2 O 3 , 14 wt% MgO. A raw material A shown in Table 1 was prepared. On the other hand, colloidal silica having a solid content of 20% is used as the colloidal solution, and colloidal silica is prepared in an amount of the amount converted to solid content shown in Table 1 with respect to the cordierite-forming raw material powder. And to this raw material A, 5% by mass of methylcellulose, 2% by mass of hydroxypropylmethylcellulose, 6% by mass of foamed foamed resin and 25% by mass of water as pore formers are added to 100% by mass of the aggregate raw material. Were mixed using a Henschel mixer.
Then, the position of the sprayer is adjusted to the mixture being mixed so that the spray range (A1 / A0) shown in Table 2 is obtained, and the prepared colloidal silica is sprayed with the sprayer, and the aggregate raw material, binder, pore forming Mix material, water and colloidal particles.
Next, the mixture after mixing is put into a pressure kneader, and the pressure applied to the kneaded material is kneaded under the conditions shown in Table 2 to obtain clay. At the end of kneading, a thermometer was inserted into the clay to measure the temperature at three locations, and the average value is shown in Table 2.
Next, the kneaded material was extruded and cut using an extrusion mold, and 20 compacts having a diameter of 270 mm and a length of 300 mm were produced.
Next, the compact was subjected to microwave drying for 20 minutes in an atmosphere with a humidity of 75%, and then fired in an air atmosphere. Firing is performed in a temperature range of 150 to 350 ° C. at a rate of temperature increase of 5 ° C./h, then heated at a rate of temperature increase of 15 ° C./h and calcined at a maximum holding temperature of 1410 ° C. for 12 hours. Twenty cordierite ceramic honeycomb structures of Example 1 having a partition wall thickness of 0.3 mm and a cell pitch of 1.57 mm (260 cells / square inch) were obtained.
得られた実施例1のコーディエライト質セラミックハニカム構造体について、押出成形時の成形性、焼成後のワレの発生状態、気孔率の測定を行い、表2に示した。
押出成形時の成形性は、押出成形時の成形速度を、コロイド溶液を用いなかった後述する比較例2の場合の押出成形速度を基準として比較し、比較例2の押出成形速度の
80%以上であった場合を◎
50%以上80%未満であった場合を○
50%未満であった場合を△
として評価した。
The cordierite-type ceramic honeycomb structure of Example 1 thus obtained was measured for formability during extrusion molding, cracking state after firing, and porosity, and are shown in Table 2.
The moldability at the time of extrusion molding is compared with the molding speed at the time of extrusion molding on the basis of the extrusion molding speed in the case of Comparative Example 2 described later without using a colloidal solution.
When it is 80% or more
When it is 50% or more and less than 80%
△ if less than 50%
As evaluated.
ワレの発生状態は、作製した20個のセラミックハニカム構造体の両端面を目視確認し、
ワレの発生が5個以上であった場合を×
ワレの発生が3〜4個であった場合を△
ワレの発生が1〜2個であった場合を○
ワレの発生が無かった場合を◎
として評価した。
また、気孔率、平均細孔径は、作製した20個のセラミックハニカム構造体のうち1個から隔壁部の試料を切り出し、水銀圧入法で測定を行った。
The state of cracking was confirmed by visually checking both end faces of the 20 produced ceramic honeycomb structures,
When there are 5 or more cracks
△ When there are 3 to 4 cracks
○ If there are 1-2 cracks
◎ When there is no crack
As evaluated.
The porosity and average pore diameter were measured by a mercury intrusion method by cutting a partition wall sample from one of the 20 produced ceramic honeycomb structures.
(実施例2〜10、参考例1〜5)
骨材原料として、コーディエライト化原料粉末を表1に示す原料B〜Gの配合を用い、コロイド溶液として固形分が20%のコロイダルシリカを用い、実施例1と同様にして、実施例2〜10、参考例1〜5のコーディエライト質セラミックハニカム構造体を各20個作製した。
(Examples 2 to 10, Reference Examples 1 to 5 )
Example 2 was conducted in the same manner as in Example 1, except that the cordierite-forming raw material powder was blended with raw materials B to G shown in Table 1, and the colloidal solution was colloidal silica having a solid content of 20%. 10 and 20 cordierite ceramic honeycomb structures of Reference Examples 1 to 5 were produced.
(実施例11〜12)
実施例11では骨材原料として、コーディエライト化原料粉末を表1に示す原料Bを、実施例12では原料Fを準備した。一方、コロイド溶液として固形分が20%のコロイダルシリカを用い、コーディエライト化原料粉末に対して表1に示す固形分換算した割合の量のコロイダルシリカを準備する。そして、実施例11では原料B、実施例12では原料Fに、骨材原料100質量%に対して、バインダーとしてメチルセルロース5質量%、ヒドロキシプロピルメチルセルロース2質量%、造孔材として発泡済発泡樹脂6質量%、水15質量%を添加してヘンシェルミキサーを用いて混合した。
そして、混合中の混合物に表2に示す噴霧範囲(A1/A0)となるように噴霧器の位置を調節し、前記準備したコロイダルシリカを噴霧器で噴霧して、骨材原料、バインダー、造孔材、水及びコロイド溶液を混合する。
そして、さらに水10質量%を追加添加して引き続き混合を行った。
次に、混合が終了した混合物を加圧ニーダーに入れ、混練物の温度と混練物に負荷する圧力を表2に示す条件で混練を行った。
次に、押出し成形用金型を用いて坏土を押出し成形し、切断して、直径270mm×長さ300mmの成形体を各20個作製した。
次に、実施例1と同様に成形体を、乾燥、焼成させ、隔壁厚さ0.3mm、セルピッチ1.57mm(260セル/平方インチ)である実施例11〜12のコーディエライト質セラミックハニカム構造体を各20個作製した。
(Examples 11 to 12 )
In Example 11 , a raw material B shown in Table 1 was prepared as a cordierite-forming raw material powder as an aggregate raw material, and a raw material F was prepared in Example 12 . On the other hand, colloidal silica having a solid content of 20% is used as the colloidal solution, and colloidal silica is prepared in an amount of the amount converted to solid content shown in Table 1 with respect to the cordierite-forming raw material powder. In Example 11 , the raw material B is used as the raw material B, and in Example 12 , the raw material F is based on 100% by mass of the aggregate raw material, and 5% by mass of methylcellulose as a binder, 2% by mass of hydroxypropylmethylcellulose, Mass% and water 15 mass% were added and mixed using a Henschel mixer.
Then, the position of the sprayer is adjusted so that the spraying range (A1 / A0) shown in Table 2 is applied to the mixture being mixed, and the prepared colloidal silica is sprayed with the sprayer to produce an aggregate raw material, a binder, and a pore former. Mix water and colloidal solution.
Further, 10% by mass of water was further added and mixing was continued.
Next, the mixture after mixing was placed in a pressure kneader, and kneading was performed under the conditions shown in Table 2 with respect to the temperature of the kneaded product and the pressure applied to the kneaded product.
Next, the kneaded material was extruded using an extrusion molding die and cut to produce 20 molded bodies each having a diameter of 270 mm and a length of 300 mm.
Next, the cordierite-type ceramic honeycomb structure of Examples 11 to 12 in which the molded body is dried and fired in the same manner as in Example 1 and the partition wall thickness is 0.3 mm and the cell pitch is 1.57 mm (260 cells / square inch). 20 were prepared for each.
(実施例13)
実施例13では骨材原料として、平均粒子径が1.5μmの酸化チタン粉末と平均粒子径が2.0μmの酸化アルミニウム粉末、平均粒子径が21.0μmのシリカを表1に示す原料Hを準備した。一方、コロイド溶液として固形分が20%のコロイダルアルミナを用い、骨材原料粉末に対して表1に示す固形分換算した割合の量のコロイダルアルミナを準備する。そしてこの原料Hに、骨材原料100質量%に対して、バインダーとしてメチルセルロース5質量%、ヒドロキシプロピルメチルセルロース2質量%、造孔材として発泡済発泡樹脂10質量%、水25質量%を添加してヘンシェルミキサーを用いて混合した。
そして、混合中の混合物に表2に示す噴霧範囲(A1/A0)となるように噴霧器の位置を調節し、前記準備したコロイダルアルミナを噴霧器で噴霧して、骨材原料、バインダー、造孔材、水及びコロイド溶液を混合する。
次に、混合が終了した混合物を加圧ニーダーに入れ、混練物の温度と混練物に負荷する圧力を表2に示す条件で混練を行った。
次に、押出し成形用金型を用いて坏土を押出し成形し、切断して、直径152mm×長さ152mmの成形体を各20個作製した。
次に、成形体を、湿度75%の雰囲気でマイクロ波乾燥を20分間行い、次いで、大気雰囲気中で焼成を行った。焼成は、150〜350℃の温度範囲を5℃/hの昇温速度で昇温し、その後、20℃/hの昇温速度で昇温し1600℃の最高保持温度で10時間焼成させ、隔壁厚さ0.3mm、セルピッチ1.57mm(260セル/平方インチ)である実施例13のチタン酸アルミニウム質セラミックハニカム構造体を各20個作製した。
(Example 13 )
In Example 13 , raw materials H shown in Table 1 were prepared as aggregate raw materials: titanium oxide powder having an average particle diameter of 1.5 μm, aluminum oxide powder having an average particle diameter of 2.0 μm, and silica having an average particle diameter of 21.0 μm. On the other hand, colloidal alumina having a solid content of 20% is used as the colloidal solution, and colloidal alumina is prepared in an amount of the amount converted to solid content shown in Table 1 with respect to the aggregate raw material powder. To this raw material H, 5% by mass of methylcellulose, 2% by mass of hydroxypropylmethylcellulose, 10% by mass of foamed foamed resin and 25% by mass of water as a pore former are added to 100% by mass of the aggregate raw material. Mix using a Henschel mixer.
Then, the position of the sprayer is adjusted so that the spraying range (A1 / A0) shown in Table 2 is applied to the mixture being mixed, and the prepared colloidal alumina is sprayed with the sprayer to produce an aggregate raw material, a binder, and a pore former. Mix water and colloidal solution.
Next, the mixture after mixing was placed in a pressure kneader, and kneading was performed under the conditions shown in Table 2 with respect to the temperature of the kneaded product and the pressure applied to the kneaded product.
Next, the kneaded material was extruded using an extrusion mold and cut to produce 20 molded bodies each having a diameter of 152 mm and a length of 152 mm.
Next, the compact was subjected to microwave drying for 20 minutes in an atmosphere with a humidity of 75%, and then fired in an air atmosphere. Firing is performed in a temperature range of 150 to 350 ° C. at a rate of temperature increase of 5 ° C./h, then heated at a rate of temperature increase of 20 ° C./h and fired at a maximum holding temperature of 1600 ° C. for 10 hours. Twenty aluminum titanate ceramic honeycomb structures of Example 13 having a partition wall thickness of 0.3 mm and a cell pitch of 1.57 mm (260 cells / square inch) were produced.
(比較例1)
骨材原料として、コーディエライト化原料粉末を表1に示す原料Bの配合を用い、骨材原料100質量%に対して、バインダーとしてメチルセルロース5質量%、ヒドロキシプロピルメチルセルロース2質量%、造孔材として発泡済発泡樹脂6質量%、水25質量%、及び、コロイド溶液として固形分が20%のコロイダルシリカを、コーディエライト化原料粉末に対して表1に示す割合で配合した。そして、コロイド溶液は噴霧することなく投入し、これらの原料と一緒に混合した。
次に、混合が終了した混合物を加圧ニーダーに入れ、混練物の温度と混練物に負荷する圧力を表2に示す条件で混練を行った。
次に、押出し成形用金型を用いて坏土を押出し成形し、切断して、直径270mm×長さ300mmの成形体を20個作製した。
次に、実施例1と同様に成形体を、乾燥、焼成させ、隔壁厚さ0.3mm、セルピッチ1.57mm(260セル/平方インチ)である比較例1のコーディエライト質セラミックハニカム構造体を20個作製した。
(Comparative Example 1)
As an aggregate raw material, a cordierite-forming raw material powder is blended with the raw material B shown in Table 1. Based on 100% by mass of the aggregate raw material, 5% by mass of methylcellulose, 2% by mass of hydroxypropylmethylcellulose, a pore former As a colloidal silica, 6% by mass of foamed foamed resin, 25% by mass of water, and 20% solid content as a colloidal solution were blended in the ratio shown in Table 1 with respect to the cordierite-forming raw material powder. The colloidal solution was added without spraying and mixed with these raw materials.
Next, the mixture after mixing was placed in a pressure kneader, and kneading was performed under the conditions shown in Table 2 with respect to the temperature of the kneaded product and the pressure applied to the kneaded product.
Next, the kneaded material was extruded and cut using an extrusion mold, and 20 compacts having a diameter of 270 mm and a length of 300 mm were produced.
Next, the molded body was dried and fired in the same manner as in Example 1, and a cordierite ceramic honeycomb structure of Comparative Example 1 having a partition wall thickness of 0.3 mm and a cell pitch of 1.57 mm (260 cells / in 2) was prepared. Individually produced.
(比較例2)
骨材原料として、平均粒子径が4.5μmのカオリン、平均粒子径が12.5μmのタルク、平均粒子径が38.0μmのシリカ、平均粒子径が6.0μmのアルミナ、平均粒子径が12.0μmの水酸化アルミの粉末を調整して、化学組成が51質量%のSiO2、35質量%のAl2O3、14質量%のMgOとなるように、表1に示すコーディエライト化原料粉末の原料Iの配合とした。そして、原料Iに、骨材原料100質量%に対して、バインダーとしてメチルセルロース5質量%、ヒドロキシプロピルメチルセルロース2質量%、造孔材として発泡済発泡樹脂6質量%、水25質量%を添加して混合し、コロイド溶液は用いなかった。
次に、混合が終了した混合物を加圧ニーダーに入れ、混練物の温度と混練物に負荷する圧力を表2に示す条件で混練を行った。
次に、押出し成形用金型を用いて坏土を押出し成形し、切断して、直径270mm×長さ300mmの成形体を20個作製した。
次に、実施例1と同様に成形体を、乾燥、焼成させ、隔壁厚さ0.3mm、セルピッチ1.57mm(260セル/平方インチ)である比較例2のコーディエライト質セラミックハニカム構造体を20個作製した。
(Comparative Example 2)
As an aggregate material, kaolin with an average particle size of 4.5 μm, talc with an average particle size of 12.5 μm, silica with an average particle size of 38.0 μm, alumina with an average particle size of 6.0 μm, hydroxylation with an average particle size of 12.0 μm The raw material I of the cordierite-forming raw material powder shown in Table 1 is prepared by adjusting the aluminum powder so that the chemical composition is 51% by mass of SiO 2 , 35% by mass of Al 2 O 3 and 14% by mass of MgO. The formulation was as follows. Then, to 100% by mass of the aggregate material, 5% by mass of methylcellulose, 2% by mass of hydroxypropylmethylcellulose, 6% by mass of foamed foamed resin as a pore former, and 25% by mass of water are added to the raw material I. Mixed and no colloidal solution was used.
Next, the mixture after mixing was placed in a pressure kneader, and kneading was performed under the conditions shown in Table 2 with respect to the temperature of the kneaded product and the pressure applied to the kneaded product.
Next, the kneaded material was extruded and cut using an extrusion mold, and 20 compacts having a diameter of 270 mm and a length of 300 mm were produced.
Next, the molded body was dried and fired in the same manner as in Example 1, and the cordierite ceramic honeycomb structure of Comparative Example 2 having a partition wall thickness of 0.3 mm and a cell pitch of 1.57 mm (260 cells / in 2) was prepared. Individually produced.
表2に示すように、本発明の実施例1〜13のセラミックハニカム構造体は、外径が150mm以上で、気孔率が50%以上の大型で高気孔率であるにもかかわらず、焼成後においてワレの発生が小さいことがわかる。一方、比較例1のセラミックハニカム構造体は、混合においてコロイド溶液をコーディエライト化原料と同時に混合したため、コロイド粒子が混合物中に均一に混合されていない部位が存在したため、焼成後のワレの発生が多かった。比較例2では、コロイド粒子を用いなかったため、焼成後のワレの発生が多かった。
As shown in Table 2, the ceramic honeycomb structures of Examples 1 to 13 of the present invention have a large and high porosity with an outer diameter of 150 mm or more and a porosity of 50% or more. It can be seen that the occurrence of cracks is small. On the other hand, in the ceramic honeycomb structure of Comparative Example 1, since the colloidal solution was mixed at the same time with the cordierite forming raw material during mixing, there was a portion where the colloidal particles were not uniformly mixed in the mixture. There were many. In Comparative Example 2, since colloidal particles were not used, cracking occurred frequently after firing.
1:セラミックハニカム構造体
3:隔壁
4:セル
5a、5b:端面
10:セラミックハニカム成形体
11:外周壁
100:混合物
20:混合機
21:混合槽
22:回転翼
23:スプレー
1: Ceramic honeycomb structure 3: Partition wall 4:
Claims (10)
The method for manufacturing a ceramic honeycomb structure according to any one of claims 1 to 9 , wherein a cell density of the ceramic honeycomb structure is 100 to 300 cells / in 2.
Priority Applications (1)
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