JPH07115945B2

JPH07115945B2 - ハニカム状セラミックスの製造方法

Info

Publication number: JPH07115945B2
Application number: JP1017119A
Authority: JP
Inventors: 浩直沼本; 一郎棚橋; 之良小野; 西野　　敦
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-01-26
Filing date: 1989-01-26
Publication date: 1995-12-13
Anticipated expiration: 2010-12-13
Also published as: JPH02199067A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、一般に家電住設機器、自動車等から発生する
炭化水素（HC）、一酸化炭素（CO）あるいは窒素酸化物
（NOx）を無害化するために使用される排ガス浄化用ハ
ニカム状触媒担体のハニカム状セラミックの製造方法に
関する。

従来の技術現在、ハニカム状セラミックスは、触媒担体として広く
応用されている。このハニカム状セラミックスの製造工
程は、まず押し出し成形という方法で成形されたハニカ
ム状成形体を適当な治具に載置して焼成後、所望の寸法
に切断する。焼成されたハニカム状セラミックスは、非
常に堅く、脆いため、切断時にチッピングと呼ばれる現
象を起こす。このチッピングというのは、ハニカム状セ
ラミックスの格子表面に一部格子の欠けができ、表面に
凸凹部を発生することである。したがって、その後さら
に簡単な表面研磨でハニカム状セラミックスの格子表面
を平らな状態に補正し、最終的な製品としていた。

ハニカム状成形体を置き治具上に載置して焼成すると、
成形体は組成によって異なるが大体５〜30％程度収縮
し、その時にハニカム状成形体の自重によってハニカム
状成形体と置き治具との間にすべり摩擦が発生する。こ
のすべり摩擦が原因となって、ハニカム状セラミックス
下側の格子表面が歪んだり、よれたりするのである。ま
た、近年ハニカム状成形体のリブ厚と呼ばれる格子壁の
厚みは、0.2mm程度という非常に薄いものが利用される
ようになってきている。したがって、ハニカム状セラミ
ックスの格子はさらにわずかなすべり抵抗で歪み易くな
り、このことがハニカム状成形体を焼成後、即最終製品
となるような製造工程に簡素化することを困難としてい
た。

発明が解決しようとする問題点したがって、現状のままでは製造工程上、工数がかか
り、コストの低減を図れない。

また、切断による無駄な部分も必要としていたため、材
料歩留まりを悪くし、材料コストが高くついていた。

問題点を解決するための手段本発明のハニカム状セラミックスの製造方法は、押し出
し成形されたハニカム状成形体を所定の寸法に切断後、
前記ハニカム状成形体を格子面方向で表面粗さ（Ra）が
0.1μｍ以下のアルミナ基板上に載置して焼成するもの
である。

ここに用いるハニカム状成形体は、焼成によりAl₂O₃5〜
19wt％、SiO₂ 80〜90wt％、TiO₂ 0.8〜6wt％、K₂O
0.2〜1.5wt％の組成のセラミックスとなる材料構成であ
ることが好ましい。

また、本発明のハニカム状セラミックスの製造方法は、
押し出し成形されたハニカム状成形体を所定の寸法に切
断後、前記ハニカム状成形体を格子面方向で表面粗さ0.
2μｍ以下のアルミナ基板上に、平均粒径0.1〜１μｍの
アルミナ粉末または水酸化アルミニウム粉末を介して載
置し、焼成するものである。

ここに用いるハニカム状成形体は、焼成によりAl₂O₃5〜
29wt％、SiO₂ 70〜90wt％、TiO₂ 0.8〜8wt％、K₂O
0.2〜2.0wt％の組成のセラミックスとなる材料構成であ
ることが好ましい。

作用本発明は、ハニカム状成形体を焼成して目的とするハニ
カム状セラミックスを得る場合に、焼成時に収縮して置
き治具との間に摩擦抵抗が生じ、それが原因となってハ
ニカム格子表面が歪んだり、よれたりするのを防止する
ものである。すなわち、本発明では、置き治具として表
面粗さの小さなアルミナ基板を用いる。さらには、表面
粗さの小さなアルミナ基板上に粒径の小さなアルミナ粉
末または水酸化アルミニウム粉末を介してハニカム状成
形体を載置する。これによって焼成時にハニカム状成形
体が収縮した際に置き治具との間で生じる摩擦抵抗を軽
減することができる。

また、アルミナ基板は、軟化温度が1700℃程度と高く、
通常のハニカム状セラミックスに使用する材料の焼成温
度では、焼成する製品とアルミナ基板が融着することは
ない。通常のハニカム状セラミックスに使用する材料
は、約1500℃以下で焼成する組成のものがほとんどなの
で、基板の軟化温度とセラミックス焼成温度との間に余
分な余裕（200℃以上の差）があり、ハニカム状セラミ
ックスを焼成した際に、置き治具となるアルミナ基板に
融着することを回避することができる。また、現在では
アルミナ基板は、量産化が進み、純度の高く、表面粗さ
の小さいものを大量に安価で入手することが可能であ
る。このことによって、焼成後の製品への不純物混入も
極力回避することができる。

本発明の方法によって効果が得られるのは、一般に押し
出し成形により製造されたハニカム状成形体であり、特
にそのハニカム格子壁の厚みが0.3mm程度の非常に薄い
もので効果が大きい。また、ハニカム状成形体の容積が
大きく、成形方向に長いものほど焼成時に自重の影響を
受け易くなるので、本発明の効果が大きくなる。さら
に、焼成時の収縮の小さなものは、特に本発明のような
置き治具を必要としない。

また、本発明で使用するアルミナ粉末または水酸化アル
ミニウム粉末は、ハニカム状成形体とアルミナ基板との
間に介在させることによって、コロの働きをし、使用す
るアルミナ基板の表面粗さが多少粗くても、あるいはハ
ニカム状成形体の焼結収縮率が多少大きくなっても摩擦
抵抗を効果的に低減させ、ハニカム状セラミックスの格
子表面に歪みあるいはよれのないものを得ることができ
る。

本発明によれば、ハニカム状成形体を焼成した時点でハ
ニカム状セラミックスの製品とすることができるため、
切断による無駄をなくすとともに、製造の工数削減をも
達成し、生産コスト削減に大きな効果を得ることができ
る。

本発明によれば、表面粗さ0.1μｍ以下のアルミナ基板
を用いると、焼成による収縮率15％程度のものまで格子
表面に歪みあるいはよれのないものを得ることができ
る。さらに、前記のアルミナ基板上に平均粒径１μｍ以
下のアルミナ粉末または水酸化アルミニウム粉末をのせ
ると、焼成により収縮率20％程度のものまで格子表面に
歪みあるいはよれのないものを得ることができる。ま
た、表面粗さ0.2μｍ程度のアルミナ基板を用いた場合
は、平均粒径１μｍ以下のアルミナ粉末または水酸化ア
ルミニウム粉末をのせることにより、表面粗さ0.1μｍ
以下のアルミナ基板を用いた場合とほぼ同等の効果が得
られる。さらに、前記粉末の粒径を小さくすれば、より
収縮率の大きいものに対応することができる。

実施例以下、本発明をその実施例によりさらに詳しく説明す
る。

［実施例１］タルク、カオリン、およびアルミナを原料とし、これら
を焼成後に理論的にコーディェライト組成となるよう配
合し、さらに適量の成形バインダーと水を添加して混練
後、押し出し成形し、下記に示すハニカム状成形体を得
た。

ハニカム面直径 105mm 長さ 100mm セルピッチ 1.5mm セル壁厚 0.20mm このハニカム状成形体をアルミナ基板（表面粗さRa:0.0
8μｍ）上に載せて1350℃で１日間焼成した。焼結時、
ハニカム状成形体の収縮率は15％であった。その結果、
ハニカム状セラミックスの格子に歪み、よれのないもの
が得られた。

なお、タルク、カオリン、および水酸化アルミニウムを
原料とし、焼成後に理論的にコーディェライト組成とな
るよう配合し、上記と同様なハニカム状成形体とし、同
じ条件で焼成したところ、ハニカム状成形体の収縮率は
23％で、得られたハニカム状セラミックスの格子に少し
歪み、よれが生じた。

［比較例１］実施例１のハニカム状成形体を、セッターと呼ばれるシ
リア・アルミナを主とする表面粗さ約10μｍの従来の置
き治具にのせ、実施例１と同じ条件で焼成したところ、
ハニカム状セラミックスの格子に歪み、よれが生じ、こ
のままでは接触担体として使用することはできなかっ
た。

［実施例２］アルミナとシリカを原料とし、焼成後に理論的にムライ
ト組成となるよう配合し、さらに適量の成形バインダー
と水を添加して混練後、押し出し成形し、実施例１と同
様なハニカム状成形体を得た。

このハニカム状成形体をアルミナ基板（Ra:0.08μｍ）
上に載せて1500℃で１日間焼成した。焼結時、ハニカム
状成形体の収縮率は15％であった。

その結果、ハニカム状セラミックスの格子に歪み、よれ
のないものが得られた。

［実施例３］再水和性アルミナ、溶融シリカ、およびチタン酸カリウ
ムを原料とし、焼成後に表１の組成となるよう配合し、
さらに適量の成形バインダーと水を添加して混練後、押
し出し成形し、実施例１と同様なハニカム状成形体を得
た。

このハニカム状成形体をアルミナ基板（Ra:0.08μｍ）
上に載せて1200℃で１時間焼成した。

焼成状態は、ハニカムセラミックスの格子表面に歪み、
よれのないものが得られた場合○印、ハニカムセラミッ
クスの格子表面に一部歪み、よれが生じた場合×印で表
した（以下、同様とする。）。

表１からわかるように、Raが0.08μｍのアルミナ基板を
用いた場合は、ハニカム状成形体の焼成による収縮率が
15％程度のものでも、格子表面に歪みおよびよれが生じ
ない。

したがって、本発明の効果が顕著に得られる範囲は、本
実施例のハニカム状成形体組成の場合、焼結収縮率を５
〜15％程度にするため、Al₂O₃5〜19wt％、SiO₂ 80〜90
wt％、TiO₂ 0.8〜6wt％、K₂O 0.2〜1.5wt％の組成で
あることがわかった。

［実施例４］実施例３と同様にして得たハニカム状成形体（組成:Al₂
O₃13wt％、SiO₂ 81wt％、TiO₂ 5wt％、K₂O 1wt％）
に対し、アルミナ基板の表面粗さが0.04〜0.15μｍのも
のに載せて1200℃で１時間焼成した。

この時のハニカム状成形体の焼結収縮率は14.0％であっ
た。

その結果、本ハニカム状成形体の場合、ハニカム状セラ
ミックスの格子表面の歪みおよびよれを防止するために
は、表面粗さ0.10μｍ以下のアルミナ基板を用いればよ
いことがわかった。また、アルミナ基板の表面粗さをさ
らに小さくすれば本発明の効果はさらに顕著になると推
定されるが、現在のところ表面粗さ0.04μｍのものまで
しか入手できなかった。

［実施例５］実施例４で得たハニカム状成形体（Al₂O₃13wt％、SiO₂
81wt％、TiO₂ 5wt％、K₂O 1wt％）に対して、アル
ミナ基板（Ra:0.08μｍ）表面上に平均粒径がそれぞれ
0.1、0.3、1.0、2.0μｍのアルミナ粉末を介在させ、12
00、1250、1300℃で１時間焼成した。

その結果、アルミナ粉末をハニカム状成形体とアルミナ
基板との間に介在させることにより、焼結収縮率がさら
に大きくなってもハニカム状セラミックスの格子表面に
歪み、よれのないものが得られることがわかった。さら
に、介在させるアルミナ粉末は平均粒径が小さいものほ
ど有利となり、1.0μｍ以下にすると、収縮率が30％近
辺のものでも、格子表面に歪みやよれのないものが得ら
れる。また、水酸化アルミニウム粉末についても同様な
検討を行った結果、アルミナ粉末と同様の効果が確認さ
れた。

［実施例６］実施例４で得たハニカム状成形体（Al₂O₃13wt％、SiO₂
81wt％、TiO₂ 5wt％、K₂O 1wt％）に対し、アルミ
ナ基板（Ra:0.20μｍ）上に平均粒径がそれぞれ0.1、0.
3、1.0、2.0μｍのアルミナ粉末を介在させ、1200、125
0、1300℃で１時間焼成した。

その結果、アルミナ粉末をハニカム状成形体とアルミナ
基板との間に介在させることにより、アルミナ基板の表
面粗さが0.20μｍと大きくなっても、介在させるアルミ
ナ粉末の平均粒系を小さくすることにより、焼結収縮率
が大きなものでもハニカム状セラミックスの格子に歪
み、よれのない良好なものが得られた。すなわち、粉末
の平均粒径を0.1μｍにすると収縮率30％程度のもの、
平均粒径を0.3μｍにすると収縮率15％程度のものに対
応できる。

また、平均粒径0.1μｍ以下のアルミナ粉末を安価に入
手することは容易ではないので、量産性を考慮するとア
ルミナ基板の表面粗さは少なくとも0.20μｍ以下にする
ことが好ましい。

［実施例７］再水和性アルミナ、溶融シリカ、およびチタン酸カリウ
ムを使用し、実施例１と同様な形状のハニカム状成形体
を得た後、このハニカム状成形体をアルミナ基板（Ra:
0.08μｍ）上に、平均粒径が0.3μｍのアルミナ粉末を
介在させて、1200℃で１時間焼成した。

その結果、格子に歪み、よれのないハニカム状セラミッ
クスが得られる焼結収縮率５〜30％程度の範囲のハニカ
ム状セラミックス組成は、Al₂O₃5〜29wt％、SiO₂ 70〜
90wt％、TiO₂ 0.8〜8wt％、K₂O 0.2〜2.0wt％であっ
た。

発明の効果本発明によれば、焼成時の置き治具として表面粗さの規
制されたアルミナ基板、あるいはさらには粒径の規制さ
れたアルミナ粉末または水酸化アルミニウム粉末を併用
することにより、焼成による収縮が生じても格子に歪
み、よれのないハニカム状セラミックスを得ることがで
きる。従って、ハニカム状成形体を焼成した時点で即ハ
ニカム状セラミックスの製品とできる。そのため、従来
の切断による無駄な部分をなくすとともに製造の工数削
減も達成し、生産コスト低減に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１におけるハニカム状成形体をアルミナ
基板上に載せた状態の模式図である。１……ハニカム状成形体、２……アルミナ基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】押し出し成形されたハニカム状成形体を所
定の寸法に切断する工程、および切断されたハニカム状
成形体をその格子面方向で表面粗さ0.1μｍ以下のアル
ミナ基板上に載置して焼成する工程を有するハニカム状
セラミックスの製造方法。
【請求項２】押し出し成形されたハニカム状成形体を所
定の寸法に切断する工程、および切断されたハニカム状
成形体をその格子面方向で表面粗さ0.1μｍ以下のアル
ミナ基板上に平均粒径0.1〜１μｍのアルミナ粉末また
は水酸化アルミニウム粉末を介して載置して焼成する工
程を有するハニカム状セラミックスの製造方法。
【請求項３】押し出し成形されたハニカム状成形体を所
定の寸法に切断する工程、および切断されたハニカム状
成形体をその格子面方向で表面粗さ0.2μｍ以下のアル
ミナ基板上に平均粒径0.1〜１μｍのアルミナ粉末また
は水酸化アルミニウム粉末を介して載置して焼成する工
程を有するハニカム状セラミックスの製造方法。
【請求項４】前記アルミナ粉末または水酸化アルミニウ
ム粉末の平均粒径が0.3μｍ以下である請求項３記載の
ハニカム状セラミックスの製造方法。
【請求項５】上記ハニカム状セラミックス成形体が、焼
成によりAl₂O₃5〜19wt％、SiO₂ 80〜90wt％、TiO₂ 0.
8〜6wt％、K₂O 0.2〜1.5wt％の組成のセラミックスと
なる材料構成である請求項１または２記載のハニカム状
セラミックスの製造方法。
【請求項６】上記ハニカム状セラミックス成形体が、焼
成によりAl₂O₃5〜29wt％、SiO₂ 70〜90wt％、TiO₂ 0.
8〜8wt％、K₂O 0.2〜2.0wt％の組成のセラミックスと
なる材料構成である請求項３または４記載のハニカム状
セラミックスの製造方法。