專利名稱：陶瓷結構體的生產(chǎn)方法和陶瓷蜂窩結構體的生產(chǎn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷結構體或陶瓷蜂窩結構體的生產(chǎn)方法。該方法包括通過使用專用模具擠出陶瓷材料。本發(fā)明特別涉及在擠出過程中改進擠出率。
背景技術：
例如，組裝到汽車的廢氣凈化裝置中的蜂窩結構體是一種由陶瓷如堇青石制得的結構體(例如，參考日本未審專利申請公開號8-11528)。該蜂窩結構體包括圓柱形的外包層，以網(wǎng)格狀設置在該外包層內側的間隔，和許多由間隔分隔出的延軸向方向延伸的孔。
為了制備該陶瓷蜂窩結構體，將含陶瓷粉末、水、粘合劑和潤滑劑的陶瓷材料混合、捏合、擠出，而后干燥和燒結。
在上述蜂窩結構體中，需要減少間隔的厚度和孔的寬度，從而提高廢氣凈化裝置的性能。為了滿足上述需求，必須減少擠出用模具中形成間隔的狹縫的寬度。
但是，減少擠出用模具中狹縫的寬度將影響擠出步驟，并最終影響整個生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)率。換句話說，當采用具有減少狹縫寬度的模具的擠出機進行擠出時，在相同的擠出率下擠出壓力高于當狹縫寬度大時的壓力。因此，只要采用與現(xiàn)有的擠出機具有相同壓力性能的擠出機，那么擠出率不可避免地下降。這種擠出率的下降影響蜂窩結構體的整個生產(chǎn)過程，并且生產(chǎn)率下降。
當使用較大的擠出機來提高壓力時，擠出率可以提高到一定程度。但是，在此種情況下，最終的模溫升高并且不能保持擠出的形狀。因此，必須增加冷卻器以冷卻擠出機，或必須增加冷卻器的容量。其結果是，設備成本增加。
當壓力過度增加時，擠出用模具破裂，或者由于模具的偏轉而造成產(chǎn)生擠出缺陷。因此，壓力的增加是有限的。
由于這些原因，一直以來希望開發(fā)一種在比以往更低的擠出壓力下獲得更高的擠出率的技術，來擠出一種蜂窩結構體作為如上所述的陶瓷結構體。換句話說，當擠出壓力和擠出率分別繪制在橫坐標和縱坐標中且它們的關系用曲線圖表示時，并且當斜率(速率/壓力)被限定為“擠出率效率”時，希望開發(fā)一種能夠提高該擠出率系數(shù)的技術。
如果此種技術已經(jīng)存在，可以將該技術用于生產(chǎn)除上述蜂窩結構體以外還具有片狀和各種其它形狀的陶瓷結構體。

發(fā)明內容
考慮到上述現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種在陶瓷結構體的擠出中能夠提高上述擠出率系數(shù)的陶瓷結構體的生產(chǎn)方法。
在本發(fā)明的第一方面，提供了一種陶瓷結構體的生產(chǎn)方法，其包括下述步驟，混合和捏合含至少一種陶瓷粉末和水的陶瓷材料，擠出捏合的混合物，并干燥和燒結擠出物，其中將由作為主組分的?；视秃?或其衍生物組成的水不可溶液體潤滑劑(下文中在某些情況下僅稱作“潤滑劑”)加入到陶瓷批料中。
為了擠出模制陶瓷結構體，需要使作為其起始材料的陶瓷批料具有可塑性。因此，在過去通常將水加入到陶瓷批料中，并且還加入與水高度相容的水溶性添加劑作為潤滑劑。
在本發(fā)明中，將由作為主組分的?；视秃?或衍生物組成的水不可溶液體潤滑劑加入到陶瓷批料中。這對于過去在用水捏合成粘土狀的陶瓷批料中使用水溶性潤滑劑而言是一次革命，并且本發(fā)明采用全新的陶瓷批料。通過該方式，與現(xiàn)有技術中加入水溶性潤滑劑相比，本發(fā)明能夠使陶瓷批料擠出中的阻力更小，并且使擠出率系數(shù)更高。
其原因如下。水不可溶液體潤滑劑與水不相容但是均勻地分散在捏合成粘土狀的陶瓷批料中，該潤滑劑當在擠出過程中施加壓力時瀝出到粘土的表面上，潤濕擠出機與模具的料筒和機筒的磨擦表面，并降低磨擦系數(shù)。
該現(xiàn)象類似于榨植物油如豆油和菜籽油。施加的壓力越高，從粘土內部瀝出的潤滑劑的量就越多。因此，即使當壓力局部升高時，所需量的潤滑劑也能在該部分集中瀝出并且降低磨擦系數(shù)。
相反地，現(xiàn)有技術的水可溶潤滑劑與水具有高的親和力并且與水一起粘合在陶瓷粉末材料上。因此即使當擠出過程中施加壓力時，潤滑劑也不瀝出到粘土表面上來。因此，僅有有限量的存在于粘土表面上的水可溶潤滑劑對潤滑作用作出貢獻。即使當在局部施加高壓時，這些潤滑劑也不能在該部分集中，而且也不能降低磨擦系數(shù)。
在水不可溶液體潤滑劑中，由酰基甘油和/或其衍生物組成的潤滑劑可以保證陶瓷原料與模具的磨擦表面之間相對大的間隙，其原因尚未完全清楚。經(jīng)推斷這是由于模具對潤滑劑的吸附力越大，磨擦系數(shù)就越小。
本發(fā)明可以使陶瓷結構體擠出過程中的上述擠出率系數(shù)高于現(xiàn)有技術的。因此，當對具有大模具阻力的形狀的陶瓷結構體進行擠出時，本發(fā)明可以抑制擠出速率的下降。結果是，本發(fā)明可以提高生產(chǎn)率，同時保持陶瓷結構體的質量和其形狀保持性。
本發(fā)明的第二方面提供了一種具有蜂窩狀設置的間隔的陶瓷蜂窩結構體的生產(chǎn)方法，包括下述步驟，混合和捏合至少含陶瓷粉末、水、粘合劑的陶瓷批料、擠出這樣捏合的混合物，并干燥和燒結擠出物，其中將在擠出溫度下水不可溶的液體，即水不可溶液體潤滑劑加入到陶瓷批料中。
當擠出陶瓷蜂窩結構體時，含水礦物，如滑石、高嶺土等等用作陶瓷批料的主材。因此，在過去使用與其具有高相容性的大量的水。由此，認為諸如潤滑劑的添加劑必須是水可溶的。
在第二項發(fā)明中，將在擠出溫度下未水不可溶液體的水不可溶液體潤滑劑加入到陶瓷批料中。這在陶瓷蜂窩結構體的生產(chǎn)中是一次巨大革命，因為在過去采用水可溶潤滑劑。換句話說，本發(fā)明使用含有全新組成的陶瓷批料。與現(xiàn)有技術中加入水可溶潤滑劑的情況相比，通過擠出陶瓷批料擠出陶瓷蜂窩結構體的阻力可被減小，并且擠出率系數(shù)可以得到提高。
由于第二項發(fā)明可使陶瓷蜂窩結構體的擠出過程中的擠出率系數(shù)高于現(xiàn)有技術中的，因此當對具有在擠出過程中大模具阻力的形狀的陶瓷蜂窩結構體進行擠出時，擠出率的下降可以得到抑制。第二項發(fā)明還可抑制由于壓力升高導致的模具開裂，以及由于模具偏轉導致的擠出缺陷。出于這些原因，第二項發(fā)明能夠提高生產(chǎn)率，同時保持陶瓷蜂窩結構體的質量及其形狀保持性。


圖1是實施例1的擠出機結構的說明圖；圖2是實施例1的蜂窩結構體的構造說明圖；圖3是當使用聚氧化乙烯聚氧化丙稀—丁醚(PPBE)作為現(xiàn)有潤滑劑的例子時，陶瓷批料與模具的磨擦表面之間空隙的說明圖；圖4是當實施例1中使用菜籽油(Canola oil)(三酰甘油)時，陶瓷批料與模具的磨擦表面之間空隙的說明圖；圖5是實施例2中擠出壓力和擠出率之間關系的說明圖；圖6是實施例3中菜籽油的添加量與擠出率比之間關系的說明圖；圖7是實施例4中擠出壓力和擠出率之間關系的說明圖；圖8是實施例5中馬達的轉數(shù)與擠出率之間關系的說明圖；圖9是實施例5中馬達的轉數(shù)與馬達電流之間關系的說明圖；圖10是實施例6中陶瓷批料的液體比與硬度之間關系的說明圖；圖11是實施例6中水不可溶液體潤滑劑與運動粘度(cSt)之間關系的說明圖；圖12是關于實施例7中基體的潤滑劑含量與水含量試驗值(含濕量比)的說明圖；以及圖13是在實施例7的基體中潤滑劑含量與水含量(含濕量比)的最佳范圍的說明圖。
具體實施例方式
上述第一項發(fā)明可以使用一種由?；视秃?或衍生物作為主組分組成的水不可溶液體潤滑劑。本文中使用的術語“液體潤滑劑”不包括在常溫下具有非常高的粘度的油脂類液體潤滑劑。
由?；视秃?或衍生物作為主組分組成的水不可溶溶液潤滑劑在50℃下的優(yōu)選粘度為15～45cp。在此種情況下，當自動生產(chǎn)線建立起來時，處理水不可溶液體潤滑劑變得容易。當該粘度小于15cp時，粘度太低以至于在高壓下擠出時不能起到足夠有效的作用。另一方面，當該粘度超過45cp時，粘度太高以至于不能提高擠出率。
為了測量上述粘度(cp)，可以采用公知常用的旋轉粘度計如B型、C型、BH型和E型等進行測量。
?；视?acyl glycerin)根據(jù)IUPAC命名法被稱作“?；视?acylglycerol)”，并包括單酰基甘油、二?；视秃腿；视?。其中三?；视褪翘烊挥椭闹鞒煞?。它由下述化學式表示，其中三個脂肪酸與一個甘油鍵合 (其中每個R1、R2和R3是脂肪酸的烷基)。
在上述給出的化學式中脂肪酸R1、R2和R3包括各種類型。由三?；视秃?或衍生物作為其主組分組成的水不可溶液體潤滑劑的例子是各種植物油，如菜籽油、豆油、葵花籽油、棉花籽油等等。
優(yōu)選地，將基于100重量％陶瓷粉末2的.0～8.0重量％(被添加的)甲基纖維素加入到陶瓷批料中。甲基纖維素提高塑性，改進進行擠出時的形狀保持性，并改進干燥的陶瓷結構體的干強度。當甲基纖維素的添加量小于2.0重量％(被添加的)時，在干燥過程中由于其添加而導致不能獲得塑性和結合力的改進作用。另一方面，當甲基纖維素的添加量超過8.0重量％(被添加的)時，發(fā)生在燒結后體積收縮過大的問題。
在本發(fā)明中，當作為單位添加量陶瓷粉末的量為100重量％時，需加入到陶瓷粉末中的組分的量由重量％表示(被添加的)，并且當總陶瓷批料由100重量％表示時，批料中所含組分由重量％表示(被包含的)。
水不可溶液體潤滑劑由三?；视妥鳛橹鹘M分組成。水不可溶液體潤滑劑的添加量優(yōu)選至少為0.5重量％(被添加的)，基于100重量％陶瓷粉末計。當使用由三?；视妥鳛橹鹘M分組成的水不可溶液體潤滑劑時，如果水不可溶液體潤滑劑的添加量小于0.5重量％(被添加的)，則通過添加該水不可溶液體潤滑劑帶來的擠出率系數(shù)的改進作用小。從提高擠出率系數(shù)的角度看，對于水不可溶液體潤滑劑的添加量的上限沒有限制，該添加量優(yōu)選受到添加效果的飽和和成本增加方面的限制。
上述構成三?；视偷闹舅岬闹鹘M分優(yōu)選為具有18個碳原子的脂肪酸。具體實例為硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、反油酸、順式-11-十八碳烯酸、11-十八碳烯酸和其它脂肪酸。由這些C18脂肪酸構成的三?；视驮诔叵鲁室簯B(tài)，具有適當?shù)恼扯龋⑶易钸m于用作水不可溶液體潤滑劑。
三酰基甘油的皂化值優(yōu)選為不超過200。在此種情況下，可以獲得充分的擠出率系數(shù)改進作用。
其次，在根據(jù)第二項發(fā)明的陶瓷蜂窩結構體的生產(chǎn)方法中，將在擠出溫度下是一種水不可溶液體的水不可溶液體潤滑劑加入到陶瓷批料中。
在陶瓷蜂窩結構體的情況下，通常將粘合劑如甲基纖維素加入到批料中以提供塑性，并獲得干強度。在此種情況下，當溫度過高時，最終的擠出物太軟，不能確保形狀保持性。因此，擠出在將物料的溫度控制在約10～約30℃下進行，其中心溫度為約20℃。
因此，適用于此目的的水不可溶液體潤滑劑在20℃下的運動粘度為30cSt～120cSt。
所以，當在物料溫度控制在10～30℃時擠出陶瓷蜂窩結構體也可以獲得充分的效果。
順便說，上述運動粘度可屬于用于工業(yè)潤滑油ISO粘度分類(ISO3448-1975和對應于前者使用的JIS K2001“工業(yè)潤滑油的粘度分類”)中規(guī)定的下述四種粘度級別，也就是，ISO VG22，ISO VG32，ISO VG46和ISOVG68。
在陶瓷批料中所含的水和水不可溶液體潤滑劑的總量優(yōu)選為18.0～24.5重量％(被包含的)，基于100重量％總陶瓷批料計。
當陶瓷批料中所含水和水不可溶液體潤滑劑的總量超過24.5重量％(被包含的)時，原料變得太軟以至于陶瓷蜂窩結構體由于其自重而變形，并且即使調節(jié)材料溫度時在擠出后也不能保持其形狀。
當陶瓷批料中所含水和水不可溶液體潤滑劑的總量小于18.0重量％(被包含的)時，材料的粘度變得太高以至于擠出壓力超過模具強度，或者陶瓷批料變?yōu)榉蹓m狀，最終結果不能獲得塑性(該物料不變成粘土狀)并且擠出變得基本上不可能。
當陶瓷蜂窩結構體的間隔厚度小于150μm時，也就是，當采用狹縫寬度小于150μm的模具進行擠出時，水和水不可溶液體潤滑劑的總量優(yōu)選為20.0～22.5重量％(被包含的)，基于100重量％總陶瓷批料計，正如下文中將要描述的。對于薄的陶瓷蜂窩結構體而言形狀保持性是重要的，并且為了保持形狀，這些內含物的總量更優(yōu)選為不超過22.5重量％(被包含的)。由于在薄陶瓷蜂窩結構體中擠出壓力變大，這些內含物的總量更優(yōu)選為至少20.0重量％(被包含的)，以便獲得優(yōu)異的擠出條件。
在第二項發(fā)明中，上述粘合劑是甲基纖維素，并且當陶瓷粉末的含量為100重量％時，粘合劑的含量優(yōu)選為2.0～8.0重量％(被添加的)。在此種情況下，對甲基纖維素的含量進行限制的原因與第一項發(fā)明相同。
上述陶瓷蜂窩結構體具有設置成蜂窩形狀的間隔。因此，特別是當穿過模具時，它具有大的阻力，并且擠出率系數(shù)很可能變小。根據(jù)此種認識，本發(fā)明的應用非常有效。
間隔的厚度優(yōu)選不超過150μm。在此種情況下，由于當陶瓷蜂窩結構體穿過模具時，阻力變大，并且本發(fā)明的應用更為有效。
蜂窩結構體優(yōu)選用具有能形成上述間隔的狹縫的模具，通過擠塑法制備，并且狹縫的寬度優(yōu)選為不超過150μm。在蜂窩結構體中當用于擠出蜂窩結構體的模具的狹縫寬度不超過150μm時，擠出率系數(shù)特別是在擠出時降低。因此，在蜂窩結構體中當狹縫寬度不超過150μm時，本發(fā)明的應用也更為有效。
在第二項發(fā)明中，水不可溶液體潤滑劑是三?；视停⑶耶斕沾煞勰┑牧繛?00重量％時，水不可溶液體潤滑劑的添加量優(yōu)選為1.0～8.0重量％(被添加的)。
在具有復雜形狀的陶瓷蜂窩結構體的情況下，當水不可溶液體潤滑劑的添加量超過8.0重量％(被添加的)時，大量的油燃燒并且在燒結時脫脂過程中散開，并且很可能發(fā)生燒結開裂。當含量低于1.0重量％(被添加的)時，與現(xiàn)有的水平相比不能獲得擠出率顯著提高的效果。因此，水不可溶液體潤滑劑的添加量優(yōu)選為1.0～8.0重量％(被添加的)。
在第二項發(fā)明中，上述構成三?；视偷闹舅嶂鹘M分優(yōu)選為具有18個碳原子的脂肪酸，與第一項發(fā)明相同。
在第二項發(fā)明中，三?；视偷脑砘挡怀^200，與第一項發(fā)明相同。
實施例1根據(jù)本實施例的陶瓷結構體的生產(chǎn)方法將參考圖1～4進行說明。
一種生產(chǎn)陶瓷結構體8的方法，包括下述步驟混合和捏合含至少陶瓷粉末和水的陶瓷批料88，擠出該混合物，并且干燥和燒結所得到的擠出物，本實施例將由?；视秃?或其衍生物作為主組分組成的水不可溶液體潤滑劑加入到陶瓷批料中88。
在下文中，將給出詳細的解釋說明。
本實施例生產(chǎn)一種蜂窩結構體，包括外套81，在外套81內以網(wǎng)格狀設置的間隔82，以及許多由間隔82分隔的沿軸向的孔80，并且以堇青石作為主組分。
首先，將燒結后能夠變成堇青石的組分滑石、高嶺土、礬土和氫氧化鋁粉末用作構成上述陶瓷批料88的陶瓷粉末。將由甲基纖維素、水和?；视秃?或其衍生物作為主組分組成的水不可溶液體潤滑劑加入到該粉末混合物中從而形成陶瓷批料88。
由三酰基甘油作為主成分的菜籽油，更具體地說，將含97％重量的三酰基甘油、0.8％重量的二?；视秃?.1％重量的單?；视偷牟俗延陀米饔甚；视秃?或其衍生物作為主組分組成的水不可溶液體潤滑劑。
脂肪酸成分(摩爾％)由C16∶0＝4.0％，C18∶0＝1.8％，C18∶1＝57.8％，C18∶2＝21.8％，C18∶3＝11.2％，C20∶1＝1.9％并且C22∶1＝1.0％組成。此處，符號C代表碳，在作為C的下標的a∶b中符號a代表碳原子數(shù)，并且b代表雙鍵數(shù)。
其次，陶瓷批料88在如圖1所示的捏合機3中捏合，并用如圖1所示的螺桿式擠出機擠出。擠出機1和捏合機3均包括在圓柱形框架11、31內部的，具有螺旋狀卷繞的螺絲板150、350的螺桿15、35。螺桿15、35在與其后部相連的馬達17、37的驅動下旋轉。
物料注入孔39位于捏合機框架31的上部，陶瓷批料88通過該注入孔39注入。捏合的陶瓷批料88由捏合機31遠端部分38擠出，而后注入擠出機1的物料注入孔19。擠出機1的物料注入部分整個地用真空泵保持在真空下，從而避免陶瓷批料夾裹到空氣中。
成形用模具2設置在擠出機1的遠端。模具2具有相應于被制備的蜂窩結構體的間隔82形狀的網(wǎng)格狀狹縫20。
為了進行擠出，在用捏合機3捏合后，將陶瓷批料88注入擠出機1，通過螺桿15的旋轉向前移動，并且由此從模具2中擠出。按照此方式，擠出蜂窩結構體8。
如此擠出的蜂窩結構體8可被連續(xù)地切成所需長度，并通過隨后的干燥和燒結步驟得到最終制品。
在本實施方案中，菜籽油作為由上述三酰基甘油組成的水不可溶液體潤滑劑加入到陶瓷批料88中。因此，與加入常規(guī)潤滑劑的情況相比，在擠出過程中擠出率系數(shù)能夠顯著提高，并且推測是由于下述原因造成的。
諸如三?；视偷乃豢扇芤后w潤滑劑在水中不溶解，而是分散在陶瓷批料中。因此，當擠出過程中施加壓力時，潤滑劑瀝出到粘土的表面上，潤滑模具的圓柱體、外套和摩擦表面，并且能夠降低摩擦系數(shù)。在此種情況下，施加的壓力越高，從粘土內部瀝出的潤滑劑就越多。因此，即使當壓力局部增加時，所需量的潤滑劑也可向該部分集中提供，并且摩擦系數(shù)可有效降低。
相反地，水可溶潤滑劑是高親水的，并且以水溶液的形式與陶瓷物料強烈結合。因此，即使當擠出過程中施加壓力時，潤滑劑也不能瀝出到粘土的表面上。
因此，僅有非常少量存在于粘土表面上的水可溶潤滑劑對潤滑性能作出貢獻。即使當局部施加高壓時，潤滑劑也不集中于該部分，并且由此推測減少摩擦力的作用不能充分進行。
在過去公知的合成潤滑劑包括聚氧化乙烯·聚氧化丙烯·一丁醚(商品名“Uniloob”)由下述通式表示 該合成潤滑劑變?yōu)樗扇芎退豢扇芤蕾囉谘趸┖脱趸蚁┑木酆媳?。由于在陶瓷領域中該潤滑劑與水結合使用，在通常將乙烯與氧化物的比設定為40％或更高的情況下使用。在此種情況下，氧化乙烯的氧離子(O-)被吸附在模具2的鐵離子(Fe+)上，例如，在模具2與陶瓷批料的固體內含物的邊界表面89之間，如圖3所示。因此，盡管上述PPBE具有相當大的分子量和伸長的分子，該伸長的分子不保持直立，并且在模具2與邊界表面89之間不能確保足夠的距離。由于氧離子(O-)的吸附力相當小，水可溶潤滑劑很可能從模具2上剝離。
另一方面，在本實施例中，由三?；视妥鳛橹鹘M分組成的水不可溶液體潤滑劑能夠設置在模具2和陶瓷批料的固體內含物的邊界表面89之間，同時脂肪酸的分子保持直立，如圖4所示。而且，?；视途哂恤驶?COO-)，并且與鐵離子(Fe+)之間具有比與氧離子(O-)之間更強的吸附力。因此，本實施例中由三酰基甘油作為主組分組成的水不可溶液體潤滑劑(菜籽油)，比常規(guī)水可溶潤滑劑更難以從模具2上剝離。
據(jù)推測這是由于，正如本實施例中一樣，使用由三酰基甘油作為主組分組成的水不可溶液體潤滑劑，潤滑性能可以得到改進，并且擠出率系數(shù)也可得以提高。
實施例2為了進一步說明實施例1的效果，本實施例通過比較使用PPBE(C1)作為常規(guī)水可溶潤滑劑的情況與使用由四種?；视妥鳛橹鹘M分組成的水不可溶液體潤滑劑的情況進行了實驗。
將由作為主組分的三?；视徒M成的菜籽油(E1)、豆油(E2)、紅花油(E3)和亞麻子油(E4)用作由?；视妥鳛橹鹘M分組成的水不可溶液體潤滑劑。
將間歇式捏合機用作捏合機，將實驗用螺桿型擠出機用作擠出機，并且將狹縫寬度為150μm且400目(400孔/平方英寸)的模具用作模具。擠出外徑為Φ500mm的蜂窩結構體。
為了制備陶瓷批料，將5重量％(被添加的)甲基纖維素、25.9重量％(被添加的)水和2.7重量％(被添加的)各種潤滑劑加入到陶瓷粉末中，基于100重量％陶瓷粉末計。
測量相對于用上述螺桿擠出機在擠出過程中的擠出壓力的擠出率。
圖5示出了測量結果。在該圖中，橫坐標代表擠出壓力(MPa/cm2)，并且縱坐標代表擠出率(m/min)。符號C1和E1～4分別代表使用潤滑劑(C和E1～E4)的結果。
從圖中可以理解，與使用常規(guī)水溶性潤滑劑(C1)相比，使用由三?；视妥鳛橹鹘M分組成的水不可溶液體潤滑劑(E1～E4)時，在相同的擠出壓力下擠出率能夠大幅度提高。換句話說，擠出率系數(shù)能夠得以改進。
從該結果可以理解，當由三?；视徒M成的潤滑劑用作水不可溶液體潤滑劑時，在擠出蜂窩結構體時，擠出率系數(shù)能夠顯著增加。
實施例3本實施例使用菜籽油作為由酰基甘油作為主組分組成的水不可溶液體潤滑劑的典型實例，并且為了確定其添加量的最佳范圍而進行測試。
測試條件如下。
首先，將與實施例1成分相同的陶瓷粉末、甲基纖維素、水和菜籽油加入到總共3kg的陶瓷粉末中。甲基纖維素的添加量固定在5重量％(被添加的)，基于100重量％的陶瓷粉末計，并且水的添加量固定在26重量％(被添加的)，基于100重量％的陶瓷粉末計。菜籽油的添加量在0.5～10.0重量％(被添加的)的范圍內變化，基于100重量％的陶瓷粉末計。為了比較，還對不加入菜籽油的情況進行了測試。
間歇式捏合機用作捏合機，捏合陶瓷批料，并且FM-30真空擠出機，Miyazaki Steel Co.，出品，用作擠出機。使用狹縫寬度為150μm且孔數(shù)目為400孔/平方英寸的模具。
使用具有相互不同的菜籽油添加量的陶瓷批料，并且測量各自相對于擠出壓力的擠出率，以便確定每種菜籽油添加量的擠出率系數(shù)。將沒有加入菜籽油的擠出率系數(shù)設為1，并且將與該值的比作為擠出率比。
圖6示出了其結果。在該圖中，橫坐標代表菜籽油的添加量(重量％待添加)，并且縱坐標代表擠出率比。該結果由E5表示。
在圖中，也標出了加入2.7重量％(被添加的)PPBE作為常規(guī)水可溶潤滑劑時的擠出率比C1。通過對它們進行比較應能理解，當菜籽油的添加量至少為1.0重量％(被添加的)時，可充分地得到高于現(xiàn)有技術的擠出率系數(shù)。
因此，顯然當菜籽油的添加量至少為0.5重量％(被添加的)時，可獲得改進擠出率系數(shù)的作用，并且當它至少為1.0重量％(被添加的)時，可獲得高于現(xiàn)有技術的擠出率系數(shù)。
另一方面，當菜籽油的添加量增加時，陶瓷批料變軟，作為整體而言，擠出物的形狀保持性變低。在本實施例中，當菜籽油的添加量超過10.0重量％(被添加的)時，形狀保持性降低，并且不能獲得所需蜂窩結構體。
因此，可以斷定，作為由?；视妥鳛橹鹘M分組成的潤滑劑，菜籽油的添加量優(yōu)選為小于10.0重量％(被添加的)。
從成本的角度考慮，菜籽油的添加量優(yōu)選少。因此，為了可靠地獲得擠出率系數(shù)的改進，并為了減少成本，添加量優(yōu)選為不高于8.0重量％(被添加的)。
由于陶瓷批料的硬度可以通過水的添加量來調節(jié)，因此具有適當硬度的陶瓷批料可以通過調節(jié)菜籽油的添加量和水的添加量來獲得。
盡管本實施例代表將菜籽油用作潤滑劑的情況，但是當使用其它由三酰基甘油作為主組分組成的潤滑劑時，可獲得基本上相同的作用。
當然可以將常規(guī)水可溶潤滑劑加入到由?；视妥鳛橹鹘M分組成的潤滑劑中。在此種情況下，水可溶潤滑劑難以起到改進擠出率系數(shù)的作用，但是可以向其它設備如水泵提供潤滑作用。
實施例4在本實施例中，實際上擠出間隔厚度為3密耳(76.2μm)的非常薄的蜂窩結構體，并且證實了由?；视妥鳛橹鹘M分組成的潤滑劑的作用。
換句話說，在本實施例中，用于擠出的模具的狹縫寬度為3密耳(76.2μm)并且孔數(shù)目為400孔/平方英寸，模制外徑為Φ107mm的蜂窩結構體。
陶瓷批料的成分基本上與實施例3中的相同，并且作為潤滑劑的菜籽油的添加量固定在3重量％(被添加的)。
為了比較，還對使用含3重量％(被添加的)PPBE作為水可溶潤滑劑的陶瓷批料進行了測試。
工廠用大規(guī)模螺桿型真空擠出機(圖中未示出)用作捏合機和擠出機。
圖7示出測試結果。在圖中，橫坐標代表擠出壓力(MPa/cm2)并且縱坐標代表擠出率(m/min)。符號E6代表加入菜籽油的情況，并且C2代表加入PPBE的情況。
從圖中可以了解，與現(xiàn)有技術相比，在相同的擠出壓力下，當擠出具有76.2μm的非常薄間隔的蜂窩結構體時，當使用菜籽油作為由?；视妥鳛橹鹘M分組成的潤滑劑時，擠出率，也就是說，擠出率系數(shù)能夠得以顯著改進。
實施例5本實施例使用亞麻子油作為由?；视妥鳛橹鹘M分組成的潤滑劑，并且實際上擠出間隔厚度為4密耳(101.6μm)、孔數(shù)目為600孔/平方英寸且外形為Φ120mm的蜂窩結構體。按照與實施例4相同的方式，將該結果與使用水可溶潤滑劑(PPBE)的情況相比較。
亞麻子油的添加量為3重量％(被添加的)。其余與實施例4相同。
在本實施例中，進行擠出的同時分別測量使螺桿型擠出機的螺桿軸旋轉的馬達的轉數(shù)以及馬達的電流，從而確定這些數(shù)值與擠出率之間的關系。
圖8和9示出了測試結果。在圖8中，橫坐標代表馬達的轉數(shù)(rpm)，并且縱坐標代表擠出率(m/min)。在圖9中，橫坐標代表馬達的轉數(shù)(rpm)，并且縱坐標代表馬達電流(A)。符號E7代表使用亞麻子油的情況，而C3代表使用PPBE的情況。
從圖8中可以了解，當擠出螺桿的轉數(shù)相同時，使用亞麻子油這種情況(E6)的擠出率基本上是與其轉數(shù)相同的使用水溶性潤滑劑這種情況(C3)的擠出率的2倍。
從圖9中可以了解，在相同的轉數(shù)下，馬達電流值在使用亞麻子油的情況(E7)下變得比使用PPBE的情況(C3)低，并且在相同轉數(shù)下的馬達載荷下降。據(jù)推測這是由于，當使用亞麻子油作為由?；视妥鳛橹鹘M分組成的潤滑劑時，陶瓷批料和模具之間的摩擦降低所致。另外，當使用由酰基甘油作為主組分組成的潤滑劑時，由于減少了模具的摩擦，使模具的壽命得以延長。
實施例6在本實施例中，使用菜籽油、亞麻子油和豆油作為由三?；视妥鳛橹鹘M分組成的水不可溶液體潤滑劑。用于生產(chǎn)陶瓷蜂窩結構體的混合比如表1～3所示的含潤滑劑的每個陶瓷批料在間歇式捏合機中捏合。測量粘土的硬度(塑性)，并且按照與實施例3相同的方式，用真空擠出機擠出陶瓷蜂窩結構體，以便評估擠出性和擠出率。
表1～3和圖10示出了評估結果。圖10所示為粘土硬度(塑性)相對于水和潤滑劑總重量的比例(下文中稱作“液體比“；單位＝重量％(被添加的)，以占物料總重量計)的關系。
此處，粘土硬度(塑性加工性參數(shù)，已在1998年作廢的JIS P2574中規(guī)定的)用本領域中常用的鉛筆形彈簧式硬度計測量其數(shù)值。當硬度計的遠端插入到粘土中時，較高的數(shù)值代表較高的硬度，并且較小的數(shù)值代表較低的硬度。
從圖10可以了解，在菜籽油、亞麻子油和豆油的所有情況下，隨著潤滑劑和水的總量，也就是，液體比變小(塑性系數(shù)變高)，粘土硬度變高，與潤滑劑和水的比無關，并且粘土硬度隨著液體比變高(塑性系數(shù)變小)而變低，并且它們具有強的相互關系。因此，當由三?；视妥鳛橹鹘M分組成的潤滑劑加入到陶瓷蜂窩結構體的原料中時，粘土硬度(塑性)可容易地根據(jù)所需潤滑劑的量通過調節(jié)水的添加量而調節(jié)。據(jù)估計陶瓷蜂窩結構體的擠出性可容易地調節(jié)。
在該實施例中，在液體比為18～24.5重量％(被包含的)且硬度(塑性系數(shù))為9～11下，并且優(yōu)選液體比為20～22.5重量％(被包含的)且硬度為9.6～10.7條件下，可以獲得相當高的擠出性。順便說，粘土硬度(塑性系數(shù))和液體比之間的關系變得有些不同，這依賴于潤滑劑的種類，據(jù)推測這是由于在測量溫度下潤滑劑的粘度不同所致。
作為參考，用于測試的水不可溶液體潤滑劑的溫度和運動粘度在本實施例中評估。順便說，運動粘度(運動粘彈性)是用液體的密度(ρ)除以粘度(粘度的系數(shù))的商數(shù)。其單位為mm2/s或cSt，并且1mm2/s＝1cSt。盡管照例使用Pa·S作為粘度(粘度系數(shù))的單位，但習慣上使用cP(厘泊)，并且1Pa·S＝1×103cP。
在本實施例中，運動粘度用作為毛細管粘度計的Ostwald粘度計測量。圖11所示為測量結果。在該圖中，橫坐標代表溫度，并且縱坐標代表運動粘度(cSt)。
從圖中可以了解，對于豆油而言，其在20℃下的運動粘度為43.1cSt，對于菜籽油而言為86.8cSt，而對于亞麻子油而言為45.8cSt。對于豆油而言，其在40℃下的運動粘度為27.1cSt，對于菜籽油而言為47.6cSt，而對于亞麻子油而言為28.1cSt。
為了參考，還示出了用作為旋轉粘度計的E型粘度計和BH型粘度計(由Tokyo Keiki Co.制造)獲得的測量結果。
在50℃下，用E型粘度計測量的結果，對于豆油而言為22.0cp，對于菜籽油而言為24.2cp，對于亞麻子油而言為18.2cp。
用BH型粘度計測量的結果，僅有亞麻子油的結果，在10℃下為100cp，在25℃下為60cp，在33℃下為45cp。
表1潤滑劑亞麻籽油

表2潤滑劑菜籽油

表3潤滑劑豆油

實施例7在本實施例中，基于實施例6的結果，通過調節(jié)水的含量，將液體比固定在21.35重量％(被包含的)，按照與實施例3相同的方式將菜籽油用作潤滑劑，并且通過在1～10重量％(被添加的)的范圍內改變潤滑劑的添加量來進行擠出測試。
當在實施例3中潤滑劑的添加量為10重量％(被添加的)時，不能保證形狀保持性，并且最終的擠出物發(fā)生變形。在本實施例中，擠出測試在通過調節(jié)水含量而保持恒定的液體比下進行。因此，即使當潤滑劑的添加量在1～10重量％(被添加的)變化時，擠出性也難以改變，并且即使在10重量％(被添加的)時，也能獲得優(yōu)異的擠出。而且，當潤滑劑的添加量按照與實施例3相同的方式增加時，擠出率也能提高，因此其作用可得以證實。
但是，發(fā)現(xiàn)，當擠出物燒結時，在具有較高潤滑劑添加量的擠出物中燒結收縮比變大，并且當添加量超過8重量％(被添加的)時，很容易發(fā)生燒結開裂。
因此，對液體比和擠出性進一步測試，同時潤滑劑的添加量保持在3重量％(被添加的)和5重量％(被添加的)，在此情況下可以穩(wěn)定的獲得高擠出率，并且改變水含量。
表5和圖12示出測試產(chǎn)品的混合比(實驗條件)。表4和圖12也示出了實施例3的混合比(實驗條件)。在圖12中，橫坐標代表水不可溶液體潤滑劑的添加量，以重量％(被添加的)計，并且縱坐標代表水含量(水的添加量)，以重量％(被包含的)計。在圖中許多斜線代表陶瓷批料中所含水和水不可溶液體潤滑劑的總含量，以重量％(被包含的)計。這些線分別代表低于18.0重量％(被包含的)，20重量％(被包含的)，22.5重量％(被包含的)和24.5重量％(被包含的)。
從表4和5發(fā)現(xiàn)，當液體比小于18.0重量％(被包含的)時，粘土硬度太高(塑性系數(shù)太大)，以致于擠出壓力升高并且由于模具強度的限制不能進行擠出。
還發(fā)現(xiàn)，當液體比超過24.5重量％(被包含的)時，粘土硬度太低(塑性系數(shù)太小)，以致于不能確保形狀保持性，并且陶瓷蜂窩結構體變形。
特別是，當使用具有小狹縫寬度的模具制備具有薄壁的陶瓷蜂窩結構體時，制品的強度變小并且不容易確保形狀保持性。另外，模具阻力增加。因此，在此種情況下的液體比范圍至少為20.0～22.5重量％(被包含的)。
順便說，盡管本實施例代表將菜籽油作為潤滑劑的情況，但是當使用由三?；视妥鳛橹鹘M分組成的其它潤滑劑時可獲得基本上相同的結果。
圖13示出通過將上述條件與適當?shù)挠扇；视妥鳛橹鹘M分組成的潤滑劑含量范圍相結合制備陶瓷蜂窩結構體時，水和潤滑劑的最佳范圍。該圖與圖12具有基本上相同的結構，并且示出了液體比和水不可溶液體潤滑劑的適當范圍。
表4
表權利要求
1.一種陶瓷結構體的生產(chǎn)方法，包括下述步驟混合和捏合一種至少含陶瓷粉末和水的陶瓷批料，擠出如此捏合的混合物，并干燥和燒結擠出物，其中將一種由?；视秃?或一種衍生物作為其主組分組成的水不可溶液體潤滑劑，加入到所述陶瓷批料中。
2.根據(jù)權利要求1的陶瓷結構體的生產(chǎn)方法，其中所述水不可溶液體潤滑劑在50℃下的粘度為15cp～45cp。
3.根據(jù)權利要求1的陶瓷結構體的生產(chǎn)方法，其中將基于100重量％所述陶瓷粉末計，2.0～8.0重量％(被添加的)的甲基纖維素加入到所述陶瓷批料中。
4.根據(jù)權利要求1的陶瓷結構體的生產(chǎn)方法，其中所述水不可溶液體潤滑劑由三酰基甘油作為主組分組成，并且所述水不可溶液體潤滑劑的加入量至少為0.5重量％(被添加的)，基于100重量％所述陶瓷粉末計。
5.根據(jù)權利要求4的陶瓷結構體的生產(chǎn)方法，其中構成所述三?；视偷闹舅岬闹鹘M分為具有18個碳原子的脂肪酸。
6.根據(jù)權利要求4的陶瓷結構體的生產(chǎn)方法，其中所述三?；视偷脑砘挡怀^200。
7.一種具有設置成蜂窩形狀的間隔的陶瓷蜂窩結構體的生產(chǎn)方法，包括下述步驟混合和捏合一種至少含陶瓷粉末、水和粘合劑的陶瓷批料，擠出如此捏合的混合物，并且干燥和燒結擠出物，其中將在所述擠出溫度下為水不可溶液體的水不可溶液體潤滑劑加入到所述陶瓷批料中。
8.根據(jù)權利要求7的陶瓷蜂窩結構體的生產(chǎn)方法，其中所述水不可溶液體潤滑劑在20℃下的運動粘度為30cSt～120cSt。
9.根據(jù)權利要求7的陶瓷蜂窩結構體的生產(chǎn)方法，其中包含在所述陶瓷批料中的所述水和所述水不可溶液體潤滑劑的總含量為18.0～24.5重量％(被包含的)，基于100重量％所述陶瓷批料計。
10.根據(jù)權利要求7的陶瓷蜂窩結構體的生產(chǎn)方法，其中所述粘合劑是甲基纖維素，并且所述粘合劑的含量為2.0～8.0重量％(被添加的)，基于100重量％所述陶瓷粉末計。
11.根據(jù)權利要求7的陶瓷蜂窩結構體的生產(chǎn)方法，其中所述間隔的厚度不超過150μm。
12.根據(jù)權利要求7的陶瓷蜂窩結構體的生產(chǎn)方法，其中所述陶瓷蜂窩結構體是通過用具有狹縫的模具進行擠出制得的，該狹縫用于形成間隔，并且所述狹縫的寬度不超過150μm。
13.根據(jù)權利要求7的陶瓷蜂窩結構體的生產(chǎn)方法，其中所述水不可溶液體潤滑劑是由酰基甘油和/或衍生物作為主組分組成的。
14.根據(jù)權利要求7的陶瓷蜂窩結構體的生產(chǎn)方法，其中所述水不可溶液體潤滑劑是三酰基甘油，并且所述水不可溶液體潤滑劑的添加量為1.0～8.0重量％(被添加的)，基于100重量％所述陶瓷粉末計。
15.根據(jù)權利要求14的陶瓷蜂窩結構體的生產(chǎn)方法，其中構成所述三?；视偷闹舅嶂鹘M分為具有18個碳原子的脂肪酸。
16.根據(jù)權利要求14的陶瓷蜂窩結構體的生產(chǎn)方法，其中所述三?；视偷脑砘禐椴怀^200。
全文摘要
本發(fā)明提供一種陶瓷結構體的生產(chǎn)方法，該方法能夠使得陶瓷結構體擠出過程中的擠出率系數(shù)高于現(xiàn)有技術中的。在陶瓷結構體的生產(chǎn)方法中通過下述步驟進行混合和捏合一種至少含陶瓷粉末和水的陶瓷批料，擠出如此捏合的混合物，并干燥和燒結最終的擠出物，將一種由酰基甘油和/或一種衍生物組成的水不可溶液體潤滑劑加入到該陶瓷批料中。
文檔編號C04B38/00GK1410385SQ0214953
公開日2003年4月16日 申請日期2002年10月10日 優(yōu)先權日2001年10月10日
發(fā)明者井之口和宏 申請人:株式會社電裝