JP6378762B2 - 多孔質セラミックスのための迅速な焼成方法 - Google Patents
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Description
実施形態では、焼成方法の第1のステージは、セラミックハニカム素地を室温から約350℃以下の第1の温度まで加熱するステップを含んでよい。いくつかの実施形態では、第1の温度は、約300℃以下、又は約280℃以下でさえあってよい。いくつかの実施形態では、第1の温度は約240℃以上であってよい。本明細書において使用される場合、室温は特に制限されておらず、焼成方法の第1のステージの開始前のセラミック本体及び/又は炉のいずれの周囲温度を含んでよいことが理解されるべきである。
いくつかの実施形態では、セラミックハニカム素地を、約245℃〜約265℃の温度から第1の温度まで、約15℃/hr以下の加熱速度で加熱してよい。いくつかの実施形態では、セラミックハニカム素地を、約245℃〜約265℃の温度から第1の温度まで、約7℃/hr以下の加熱速度で、又は約5℃/hr以下の加熱速度でさえ加熱してよい。いくつかの実施形態では、第2の温度は約350℃以下、又は約280℃以下でさえあってよい。いくつかの実施形態では、第2の温度は約270℃以上、又は約275℃以上でさえあってよい。
以下の段落は、ATHPにおける表皮の欠陥及び割れを制御することに関する詳細を開示する。本発明者らは、高温に対してO2レベルを制御することが表皮の欠陥を防ぐために有効であることを見出した。
実施形態では、焼成方法の第2のステージは、セラミックハニカム素地を、第1のステージにおいて到達した最高温度から約800℃以上の第2の温度まで加熱するステップを含んでよい。いくつかの実施形態では、本焼成方法の第2の温度は、約1000℃以下であってよい。セラミックハニカム素地がマグネシウム含有材料を含むいくつかの実施形態では、第1のステージは約800℃において終了してよい。セラミックハニカム素地がマグネシウム含有材料を含まないいくつかの実施形態では、第1のステージは約1000℃において終了してよい。
実施形態では、本明細書に記載される焼成方法の第3のステージは、セラミックハニカム素地を、第2のステージにおいて到達した第2の温度から第3の温度まで加熱するステップを含んでよい。第3の温度は、1000℃以上であってよい。いくつかの実施形態では、第3の温度は約1200℃以下であってよい。
実施形態では、焼成方法の第4のステージは、セラミックハニカム本体を、第3のステージにおける最高温度から最高ソーク温度まで加熱するステップを含む。いくつかの実施形態では、最高ソーク温度は、約1200℃超、又は約1300℃超でさえあってよい。いくつかの実施形態では、最高ソーク温度は、約1500℃以下、又は約1400℃以下でさえあってよい。セラミックハニカム本体を、所定の長さの時間に亘って、最高ソーク温度に保持してよい。最高ソーク温度に保持する期間は特に制限されず、適切な特性を形成するのに必要な長さであってよい。セラミックハニカム本体が最高ソーク温度まで加熱された後、セラミックハニカム本体を周囲条件において室温まで冷却してよい。この冷却は、加熱装置からセラミックハニカム本体を取り外すことによって、又は周囲空気が炉内に流入する及び/若しくは炉を通って流れることができるようにすることによって実施してよい。
以下の実施例では、以下の表1に示した直径及び長さを有する円筒形セラミックハニカム本体を、炉内において図1に示した加熱速度で加熱した。更に、各ステージにおいて使用される酸素の量、及び使用される細孔形成剤の量を表1に列挙する。各実施例1〜5を、マグネシウム含有材料を含まないアルミニウム含有原料を用いて形成した。実施例6〜16を、タルク、マグネシウム含有材料を含むアルミニウム含有原料を用いて形成した。ハニカムセラミック本体は、2011年7月12日に公表された米国特許第7,976,768号明細書(この出願はその全体が参照により援用される)に記載されるようなチタン酸アルミニウム組成物を用いた。
本明細書に記載される様々な実施形態の修正例及び変形例を包含することが意図されている。
Claims (9)
- セラミックハニカム素地を焼成する方法であって、
前記セラミックハニカム素地を室温から350℃以下の第1の温度まで加熱するステップであって、前記セラミックハニカム素地を室温から前記第1の温度まで加熱する前記ステップは、80℃/hr以上300℃/hr以下の加熱速度を含む、ステップ;
前記セラミックハニカム素地を、前記第1の温度から800℃以上の第2の温度まで加熱するステップであって、前記セラミックハニカム素地を前記第1の温度から前記第2の温度まで加熱する前記ステップは、90℃/hr以上300℃/hr以下の加熱速度を含む、ステップ;及び
前記セラミックハニカム素地を、前記第2の温度から1000℃以上の第3の温度まで加熱するステップ
を有してなり、
前記セラミックハニカム素地は、4.0インチ(10.16cm)以上〜9.0インチ(22.86cm)以下の直径を有し、
前記セラミックハニカム素地は、上乗せ添加として、炭素系細孔形成剤を10重量%以上〜48重量%以下の濃度で含み、
前記セラミックハニカム素地は、チタン酸アルミニウムセラミックハニカム本体を形成するためのアルミニウム原料を含み、
前記炭素系細孔形成剤は、でんぷん、グラファイト、またはそれらの組合せを含む、方法。 - 前記セラミックハニカム素地を室温から前記第2の温度まで加熱する前記ステップは、前記セラミックハニカム素地を、90℃/hr以上の単一の加熱速度で加熱するステップを含み、
前記セラミックハニカム素地を前記第2の温度から前記第3の温度まで加熱する前記ステップは、前記セラミックハニカム素地を、150℃/hr以下の加熱速度で加熱するステップを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記セラミックハニカム素地を室温から前記第1の温度まで加熱する前記ステップは:
前記セラミックハニカム素地を245℃〜265℃の温度まで、180℃/hr〜220℃/hrの加熱速度で加熱するステップ;及び
前記セラミックハニカム素地を、前記245℃〜265℃の温度から前記第1の温度まで、15℃/hr以下の加熱速度で加熱するステップ
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記セラミックハニカム素地を室温から前記第1の温度まで加熱する前記ステップは:
前記セラミックハニカム素地を室温から90℃〜200℃の温度まで、130℃/hr〜170℃/hrの加熱速度で加熱するステップ;及び
前記セラミックハニカム素地を90℃〜200℃の温度から前記第1の温度まで、15℃/hr以下の加熱速度で加熱するステップ
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記セラミックハニカム素地を、前記第1の温度から前記第2の温度まで加熱する前記ステップは、180℃/hr〜220℃/hrの加熱速度で加熱するステップを含み、
前記セラミックハニカム素地を、前記第2の温度から前記第3の温度まで加熱する前記ステップは、15℃/hr以下の加熱速度で加熱するステップを含む、
請求項3又は4に記載の方法。 - 前記セラミックハニカム素地を室温から前記第1の温度まで加熱する前記ステップは:
前記セラミックハニカム素地を、室温から90℃〜110℃の温度まで、130℃/hr〜170℃/hrの加熱速度で加熱するステップ;及び
前記セラミックハニカム素地を、前記90℃〜110℃の温度から前記第1の温度まで、15℃/hr以下の加熱速度で加熱するステップ
を含む、請求項3に記載の方法。 - 前記セラミックハニカム素地を室温から前記第1の温度まで加熱する前記ステップは:
前記セラミックハニカム素地を、室温から180℃〜200℃の温度まで、130℃/hr〜170℃/hrの加熱速度で加熱するステップ;
前記セラミックハニカム素地を、前記180℃〜200℃の温度から200℃〜220℃の温度まで、15℃/hr以下の加熱速度で加熱するステップ;及び
前記セラミックハニカム素地を、前記200℃〜220℃の温度から前記第1の温度まで、5℃/hr以下の加熱速度で加熱するステップ
を含む、請求項3に記載の方法。 - 前記セラミックハニカム素地を室温から前記第1の温度まで加熱する前記ステップは:
前記セラミックハニカム素地を、室温から90℃〜110℃の温度まで、70℃/hr〜90℃/hrの加熱速度で加熱するステップ;
前記セラミックハニカム素地を、前記90℃〜110℃の温度から140℃〜160℃の温度まで、40℃/hr〜60℃/hrの加熱速度で加熱するステップ;
前記セラミックハニカム素地を、前記140℃〜160℃の温度から190℃〜210℃の温度まで、15℃/hr〜35℃/hrの加熱速度で加熱するステップ;及び
前記セラミックハニカム素地を、前記190℃〜210℃の温度から前記第1の温度まで、15℃/hr以下の加熱速度で加熱するステップ
を含む、請求項1に記載の方法。 - 炉の雰囲気は、焼成の間、3体積%〜15体積%の酸素を含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
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