專利名稱：陶瓷結(jié)構(gòu)體、陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置、及陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請是以2003年11月12日申請的日本國專利申請2003-382820號為基礎(chǔ)申請的主張優(yōu)先權(quán)的申請。
本發(fā)明涉及一種陶瓷結(jié)構(gòu)體。具體涉及到去除從柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣中的微粒等的過濾器或催化劑載體等中使用的陶瓷結(jié)構(gòu)體。
背景技術(shù)：
從公共汽車、卡車等車輛或建筑機(jī)械等的內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣中含有的微粒給環(huán)境和人體帶來危害。以往，為了捕集廢氣中的微粒并凈化廢氣，提出過各種陶瓷過濾器。
以往，發(fā)揮這種陶瓷過濾器的作用的陶瓷結(jié)構(gòu)體10利用下述方法制造。
即，首先按照常規(guī)方法制造多孔質(zhì)陶瓷部件30。
然后，按照圖3所示，將多孔質(zhì)陶瓷部件30以傾斜的狀態(tài)放置在斷面形成為V字形狀的臺60上，在朝向上側(cè)的兩個(gè)側(cè)面30a、30b涂覆厚度均勻的作為粘接材料層14的材料的粘接材料膏(paste)。
然后，放置由厚紙等構(gòu)成的間隔保持部件，形成粘接材料膏層61。進(jìn)而在該粘接材料膏層61上順序堆積其他多孔質(zhì)陶瓷部件30。這樣，通過粘接材料膏層61，便堆積成由多個(gè)多孔質(zhì)陶瓷部件30層疊而構(gòu)成的陶瓷部件集合體。
并且，將粘接材料膏層61干燥而形成粘接材料層14后，把上述陶瓷部件集合體切削成圓柱等規(guī)定形狀，制作陶瓷塊(ceramic block)15。最后，在其外周部形成外周密封材料層13，由此制造陶瓷結(jié)構(gòu)體10(例如，參照專利文獻(xiàn)1、2、3)。
但是，在利用上述方法制造陶瓷結(jié)構(gòu)體10時(shí)，在陶瓷部件集合體的堆積工序中，涂覆在多孔質(zhì)陶瓷部件30側(cè)面的粘接材料膏有時(shí)會溢出到多孔質(zhì)陶瓷部件30的端面部分。
溢出的膏附著在形成有貫通孔31的部分上，貫通孔31被堵塞。如果上述粘接材料膏堵塞貫通孔31，則貫通孔31形成孔眼堵塞，降低陶瓷結(jié)構(gòu)體10作為過濾器的作用。
因此，提出進(jìn)行以下工序，即，在涂覆粘接材料膏之前，在陶瓷結(jié)構(gòu)體10的端面預(yù)先粘貼掩膜(masking)部件，在涂覆粘接材料膏后，剝離該掩膜部件(例如，參照專利文獻(xiàn)4、5)。
專利文獻(xiàn)1特開2002-102627號公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開2002-224517號公報(bào)專利文獻(xiàn)3特開2002-219317號公報(bào)專利文獻(xiàn)4特開2002-126421號公報(bào)專利文獻(xiàn)5特開2002-126427號公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明就是為了解決上述問題而提出的，其目的在于，提供抗斷裂強(qiáng)度高的、制造時(shí)沒有多孔質(zhì)陶瓷部件錯(cuò)位等的、具有比現(xiàn)有技術(shù)更有益的效果的陶瓷結(jié)構(gòu)體；不經(jīng)過復(fù)雜的工序即可防止多孔質(zhì)陶瓷部件錯(cuò)位的陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法；及所述方法中使用的陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置。
第一發(fā)明是陶瓷結(jié)構(gòu)體，其特征在于，將具有撓度的柱狀多孔質(zhì)陶瓷部件通過粘接材料層捆束多個(gè)而構(gòu)成，在其端部存在粘接材料層非形成部。
第二發(fā)明是陶瓷結(jié)構(gòu)體，其特征在于，堆積多個(gè)柱狀多孔質(zhì)陶瓷部件，在多孔質(zhì)陶瓷部件之間填充膏狀的粘接材料并使其硬化，形成粘接材料層。
第三發(fā)明是陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置，其特征在于，由以下部分構(gòu)成筒狀體，其構(gòu)成為收容多個(gè)已堆積的陶瓷部件集合體，并使多個(gè)柱狀多孔質(zhì)陶瓷部件具有間隙；膏供給室，設(shè)在所述筒狀體的外周部，向筒狀體供給膏。
第四發(fā)明是陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，將多個(gè)柱狀多孔質(zhì)陶瓷部件堆積成，使彼此之間具有空隙，在多孔質(zhì)陶瓷部件之間填充膏狀的粘接材料并使其硬化，形成粘接材料層。
第五發(fā)明是陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，至少包括以下工序1～4工序1利用陶瓷原料制造柱狀多孔質(zhì)陶瓷部件的工序，工序2堆積多個(gè)所述多孔質(zhì)陶瓷部件并使彼此之間形成空隙，制作陶瓷部件集合體的工序，工序3在多孔質(zhì)陶瓷部件之間的空隙中填充膏的工序，工序4使所述膏硬化，在所述多孔質(zhì)陶瓷部件之間形成粘接材料層的工序。
根據(jù)第一發(fā)明，因?yàn)樵诙嗫踪|(zhì)陶瓷部件的端部存在粘接材料層非形成部，所以特別能夠提高陶瓷結(jié)構(gòu)體的斷裂強(qiáng)度。
根據(jù)第二發(fā)明，所述多孔質(zhì)陶瓷部件之間沒有錯(cuò)位，所以能夠提高陶瓷結(jié)構(gòu)體的斷裂強(qiáng)度。
根據(jù)第三發(fā)明，可以在陶瓷部件集合體的空隙中填充膏，并使所填充的膏硬化，可以制造本發(fā)明涉及的陶瓷結(jié)構(gòu)體，所述陶瓷部件集合體是多個(gè)柱狀多孔質(zhì)陶瓷部件以具有間隙的方式堆積而成。
根據(jù)第四發(fā)明，能夠容易制造出多個(gè)柱狀多孔質(zhì)陶瓷部件通過粘接材料層而被粘接的陶瓷結(jié)構(gòu)體。
根據(jù)第五發(fā)明，不經(jīng)過復(fù)雜的工序，即可防止多孔質(zhì)陶瓷部件之間的錯(cuò)位。


圖1是表示陶瓷結(jié)構(gòu)體的一例的立體示意圖。
圖2(a)是實(shí)施本發(fā)明時(shí)使用的多孔質(zhì)陶瓷部件的立體圖，(b)是(a)所示的多孔質(zhì)陶瓷部件的B-B線剖面圖。
圖3是表示以往制作陶瓷塊的方法的示意圖。
圖4(a)是本發(fā)明的實(shí)施方式的陶瓷結(jié)構(gòu)體的正視圖，(b)是其側(cè)視圖。
圖5是圖4所示陶瓷結(jié)構(gòu)體的V-V線剖面圖。
圖6(a)是構(gòu)成陶瓷結(jié)構(gòu)體的多孔質(zhì)陶瓷部件的剖面圖，(b)是利用構(gòu)成陶瓷結(jié)構(gòu)體的多孔(foam)陶瓷構(gòu)成的多孔質(zhì)陶瓷部件的剖面圖。
圖7是說明不存在粘接材料層非形成區(qū)域時(shí)的裂紋產(chǎn)生原理的剖面圖。
圖8(a)是表示撓度的定義的示意圖，(b)是表示測定位置的示意圖。
圖9(a)是表示本發(fā)明涉及的陶瓷結(jié)構(gòu)體的剖面圖，(b)是表示利用現(xiàn)有技術(shù)來制造的陶瓷結(jié)構(gòu)體的剖面圖。
圖10是圖9所示的陶瓷結(jié)構(gòu)體的X-X線剖面圖。
圖11是表示本發(fā)明涉及的陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法的工序圖。
圖12是表示本發(fā)明涉及的陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法的示意圖。
圖13(a)是表示與膏填充用筒狀?yuàn)A具的長度方向垂直的斷面的剖面示意圖，(b)是表示與膏填充用筒狀?yuàn)A具的長度方向平行的斷面的剖面示意圖。
圖14是表示沖壓斷裂強(qiáng)度測定用試樣的立體示意圖。
圖15(a)、(b)是表示沖壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法的原理示意圖。
圖16(a)是參考例涉及的陶瓷結(jié)構(gòu)體的粘接材料(密封材料)層的照片，(b)是比較例涉及的陶瓷結(jié)構(gòu)體的粘接材料(密封材料)層的照片。
符號說明10陶瓷結(jié)構(gòu)體；13、14、140粘接材料(密封材料)層；15陶瓷塊；16陶瓷部件集合體；30多孔質(zhì)陶瓷部件；31貫通孔；32密封部件；33隔壁；50陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置；51供給孔；52膏供給室；53底板；60臺；61粘接材料膏層；1400粘接材料膏(密封材料膏)；141空隙；142空隙保持部件；143粘接材料層非形成區(qū)域具體實(shí)施方式
以下，根據(jù)具體例說明本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體。
圖1是表示發(fā)揮過濾器作用的陶瓷結(jié)構(gòu)體的一例的立體示意圖，圖2(a)是表示構(gòu)成上述陶瓷結(jié)構(gòu)體的多孔質(zhì)陶瓷部件的一例的立體示意圖，(b)是沿其B-B線的剖面圖。
作為蜂窩狀過濾器，如圖1所示的陶瓷結(jié)構(gòu)體10，已經(jīng)公知的是將由碳化硅等構(gòu)成的多孔質(zhì)陶瓷部件30通過粘接材料層14被捆束多個(gè)而構(gòu)成陶瓷塊15，在該陶瓷塊15的周圍形成外周密封材料層13。
多孔質(zhì)陶瓷部件30如圖2所示，在長度方向并列設(shè)置多個(gè)貫通孔31，將各個(gè)貫通孔31隔開的隔壁33發(fā)揮過濾器的作用。即，形成于多孔質(zhì)陶瓷部件30的貫通孔31如圖2(b)所示，廢氣的入口側(cè)或出口側(cè)的端部的任一方交替地用密封部件32封上孔眼，流入一方貫通孔31的廢氣按照圖2(b)的箭頭A所示，一定在通過將貫通孔31隔開的隔壁33后，從其他貫通孔31流出。
廢氣凈化裝置把這樣構(gòu)成的陶瓷結(jié)構(gòu)體10設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通道中，從內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣中的微粒，在通過該陶瓷結(jié)構(gòu)體10時(shí)被隔壁33捕集，從而將廢氣凈化。
例如，陶瓷結(jié)構(gòu)體10可以按以下所述制造。
在制造多孔質(zhì)陶瓷部件30時(shí)，首先，調(diào)制包括作為原料的陶瓷粉末及其他分散劑液和粘接劑等的混合組成物，利用擠壓成形等成形方法使該混合組成物成形，由此制作陶瓷成形體。并且，對該陶瓷成形體實(shí)施干燥、脫脂和燒制各種處理，由此制造多孔質(zhì)陶瓷部件30。
然后，如圖3所示，將多孔質(zhì)陶瓷部件30以傾斜的狀態(tài)放置在斷面形成為V字形狀的臺60上，在朝向上側(cè)的兩個(gè)側(cè)面30a、30b涂覆厚度均勻的成為密封材料層14的材料的密封材料膏，同時(shí)放置由厚紙等構(gòu)成的間隔保持部件，形成密封材料膏層61，然后在該密封材料膏層61上順序堆積其他多孔質(zhì)陶瓷部件30，便堆積成通過密封材料膏層61將多孔質(zhì)陶瓷部件30層疊多個(gè)而構(gòu)成的陶瓷部件集合體。
并且，將密封材料膏層61干燥形成密封材料層14后，把上述陶瓷部件集合體切削成圓柱等規(guī)定形狀，來制作陶瓷塊15，在其外周部形成密封材料層13，由此制造蜂窩狀結(jié)構(gòu)體10。
但是，在利用上述方法制造蜂窩狀結(jié)構(gòu)體10時(shí)，在陶瓷部件集合體的堆積工序中，涂覆在多孔質(zhì)陶瓷部件30側(cè)面的密封材料膏有時(shí)會溢出到多孔質(zhì)陶瓷部件30的端面部分，并附著在形成有貫通孔31的部分上，將堵塞貫通孔31。
如果上述密封材料膏堵塞貫通孔31，則貫通孔31形成孔眼堵塞，降低蜂窩狀結(jié)構(gòu)體10作為過濾器的作用。
針對這種問題，以往為了防止貫通孔31的孔眼堵塞實(shí)施以下工序，即，在涂覆密封材料膏之前，在蜂窩狀結(jié)構(gòu)體10的端面預(yù)先粘貼掩膜部件，在涂覆密封材料膏后，剝離該掩膜部件，所以工序數(shù)量增多。
在本發(fā)明中為了解決上述問題，采用與以往不同的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，將在后面敘述。
說明本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體的具體實(shí)施方式
。
圖4(a)是示意表示第一發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體的正視圖，(b)是其側(cè)視圖。
陶瓷結(jié)構(gòu)體10通過粘接材料層140將具有撓度的多孔質(zhì)陶瓷部件30相互接合而構(gòu)成，并加工其外周SA使其形成規(guī)定形狀(在圖4中為圓柱形狀)。在外周形成外周密封材料層13。外周密封材料層13在把陶瓷結(jié)構(gòu)體用于廢氣用過濾器的情況下，具有使廢氣不泄漏的密封作用。
圖4表示具有圓柱形狀的陶瓷結(jié)構(gòu)體10，但陶瓷結(jié)構(gòu)體的形狀不限于該形狀，也可以是四角柱狀或橢圓柱狀等。
圖5是圖4所示陶瓷結(jié)構(gòu)體10的V-V線剖面圖，圖6(a)是表示構(gòu)成上述陶瓷結(jié)構(gòu)體的多孔質(zhì)陶瓷部件30的一例的剖面圖，(b)是表示上述多孔質(zhì)陶瓷部件30的另外一例的剖面圖。
多孔質(zhì)陶瓷部件30在與多孔質(zhì)陶瓷部件30的長度方向(圖5所示的沿x軸的方向)大致垂直的方向具有撓度。在圖5中，多孔質(zhì)陶瓷部件30在表面ST和底面SB向垂直方向(沿y軸的方向)彎曲，鄰接配置的多孔質(zhì)陶瓷部件30被配置成在垂直方向相互接近或離開。
此處，多孔質(zhì)陶瓷部件30的彎曲方向不限于圖5所示的沿y軸的方向(垂直方向)，也包括圖8(b)所示的沿x軸的方向。
由于多孔質(zhì)陶瓷部件30這樣彎曲，所以多孔質(zhì)陶瓷部件30不會從陶瓷結(jié)構(gòu)體10突出。粘接材料層140并不是填充形成在多孔質(zhì)陶瓷部件之間的所有空間。在陶瓷結(jié)構(gòu)體10的兩端部SI、SO存在未形成粘接材料的部分143(以下稱為“粘接材料層非形成部”)。粘接材料僅向各個(gè)多孔質(zhì)陶瓷部件30的粘接部145提供。粘接材料層140粘接除長度方向的多孔質(zhì)陶瓷部件30的端部144之外的多孔質(zhì)陶瓷部件30。
即，在陶瓷結(jié)構(gòu)體10的一端(端面SI側(cè)或SO側(cè))，在多孔質(zhì)陶瓷部件30的端部144形成粘接材料層非形成部143，在該粘接材料層非形成部143沒有形成粘接材料層140。
如圖6(a)所示，多孔質(zhì)陶瓷部件30在長度方向并列設(shè)置多個(gè)貫通孔31，將各個(gè)貫通孔31隔開的隔壁33發(fā)揮過濾器的作用。如圖6(a)所示，形成于多孔質(zhì)陶瓷部件30的貫通孔31，在廢氣的入口側(cè)或出口側(cè)的端部(SI或SO)的任一方交替地用密封部件32封上孔眼，流入一方貫通孔31的廢氣按照箭頭A所示，一定在通過將貫通孔31隔開的隔壁33后，從其他貫通孔31流出。
多孔質(zhì)陶瓷部件30形成為在長度方向并列設(shè)置多個(gè)貫通孔31的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，使將各個(gè)貫通孔31隔開的隔壁33發(fā)揮捕集微粒的過濾器的作用。
在把陶瓷結(jié)構(gòu)體用作廢氣凈化用陶瓷過濾器的情況下，粘接材料層140發(fā)揮使廢氣不泄漏的密封材料層的作用。
圖6(b)公開了被稱為多孔陶瓷樣式的多孔質(zhì)陶瓷部件30，在該多孔質(zhì)陶瓷部件30中，在陶瓷內(nèi)部具有多個(gè)大小空隙301。因此，在把該多孔質(zhì)陶瓷部件30用作廢氣凈化用過濾器的情況下，在廢氣通過該空隙時(shí)，廢氣中的微粒被空隙301的內(nèi)壁捕獲。
下面，對由圖5的剖面圖表示的方式構(gòu)成的陶瓷結(jié)構(gòu)體10為何具有高的斷裂強(qiáng)度進(jìn)行說明。如下所述，圖5所示結(jié)構(gòu)的陶瓷結(jié)構(gòu)體10具有對抗所施加的外力的被改善了的剛性。
圖7是在端面SI、SO不存在粘接材料層非形成部的陶瓷結(jié)構(gòu)體的剖面圖。
如圖7所示，在向由彎曲的多孔質(zhì)陶瓷部件30構(gòu)成的陶瓷結(jié)構(gòu)體210的端面SI施加與其垂直的方向的按壓力P時(shí)，抗按壓的抵抗力(應(yīng)力)AP作用于多孔質(zhì)陶瓷部件30之間的界面。因此，陶瓷結(jié)構(gòu)體10抗按壓的斷裂強(qiáng)度理應(yīng)提高。
可是，在使用具有撓度的多孔質(zhì)陶瓷部件30的陶瓷結(jié)構(gòu)體210時(shí)，陶瓷結(jié)構(gòu)體210的端面SI附近的粘接材料層的厚度為最小或最大。因此，由于向端面SI施加垂直的按壓力，在粘接材料層的厚度較小的情況下，多孔質(zhì)陶瓷部件30之間的粘接強(qiáng)度變小。并且，在粘接材料層的厚度較大的情況下，由于承受按壓的粘接材料層的面積變大(因?yàn)榧词箟毫ο嗤绻娣e變大，則承受力變大)，所以在端面產(chǎn)生初期裂紋。隨著該裂紋的擴(kuò)大，推測陶瓷結(jié)構(gòu)體210抗按壓的斷裂強(qiáng)度急速降低。
因此，在圖5所示的陶瓷結(jié)構(gòu)體10中，通過去除陶瓷結(jié)構(gòu)體10的端面附近的粘接材料層140，在對該端面SI施加垂直方向的按壓力的情況下，防止產(chǎn)生初期裂紋，提高斷裂強(qiáng)度。所以，圖5所示結(jié)構(gòu)的陶瓷結(jié)構(gòu)體10具有對抗所施加外力的較大剛性。
多孔質(zhì)陶瓷部件30的撓曲量優(yōu)選0.02～2.0mm。在該范圍內(nèi)，特別能夠提高陶瓷結(jié)構(gòu)體10抗按壓的斷裂強(qiáng)度，在用作廢氣凈化用過濾器時(shí)特別有效。
另外，撓曲量優(yōu)選0.1～0.8mm。這是因?yàn)樵谠摲秶鷥?nèi)熱傳導(dǎo)率提高。該陶瓷結(jié)構(gòu)體30優(yōu)選用作廢氣凈化裝置。如果熱傳導(dǎo)率高，可以有效防止中央部的熱積存。在用作廢氣凈化裝置的情況下，由于中央部和周邊部的熱膨漲不同，所以有時(shí)在中央部分產(chǎn)生裂紋。但是，此時(shí)如果把撓曲量設(shè)為0.1～0.8mm，可以改善熱傳導(dǎo)率，防止裂紋。
另外，多孔質(zhì)陶瓷部件30相對陶瓷結(jié)構(gòu)體10的長度方向的長度(圖6(a)所示的水平的LL-LL線方向的長度)的撓曲量優(yōu)選0.006～1.0％。因?yàn)槿绻谠摲秶鷥?nèi)，在用作廢氣過濾器時(shí)，抗背壓的能力增強(qiáng)。
另外，所說多孔質(zhì)陶瓷部件30的撓曲量是指多孔質(zhì)陶瓷部件30在長度方向的撓曲程度，如圖8(a)所示，使多孔質(zhì)陶瓷部件30的側(cè)面SS中撓曲最大的方向(箭頭S)朝上，測定其中央部C和兩端部E的高度差H，由此可以求出。
例如，在四角柱的陶瓷部件中，在4個(gè)側(cè)面中，按照和JIS B 0621-1984的有關(guān)平面度測定的記載，假想設(shè)定通過兩端部的平面和通過中央部的平面，從而求出其高度。
另外，此時(shí)陶瓷部件的斷面如圖8(b)所示是不定的，有時(shí)在角部實(shí)施倒角R等，所以在本發(fā)明中，利用通過構(gòu)成斷面外周的邊的中點(diǎn)M的線m-m測定撓曲量。
在圖5所示陶瓷結(jié)構(gòu)體10中，粘接材料層非形成部143的長度LM(從多孔質(zhì)陶瓷部件30的端面到粘接材料層140的長度)是陶瓷結(jié)構(gòu)體的總長的1～10％，如上所述，粘接強(qiáng)度良好。特別是在撓曲量為0.02～2.0mm時(shí)，粘接材料層非形成部143的長度LM是陶瓷結(jié)構(gòu)體的總長的1～10％。
在把上述陶瓷結(jié)構(gòu)體10用作廢氣凈化用過濾器時(shí)，粘接材料層非形成部143的最佳尺寸是陶瓷結(jié)構(gòu)體10的總長的2～5％。這是因?yàn)榧词乖趶U氣排出時(shí)的劇烈振動(dòng)或800～900℃的廢氣的冷熱循環(huán)的條件下暴露，也能夠獲得高的斷裂強(qiáng)度。
下面，根據(jù)具體示例說明本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體和陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法。
圖9(a)表示本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體的具體實(shí)施方式
。另外，為了比較，圖9(b)表示使用圖3所示方法得到的陶瓷結(jié)構(gòu)體10。
圖9(a)所示陶瓷結(jié)構(gòu)體10是在堆積多孔質(zhì)陶瓷部件30后，向多孔質(zhì)陶瓷部件30之間的空隙填充膏而制得，所以多孔質(zhì)陶瓷部件30通過厚度均勻的粘接材料層14而接合，彼此不會錯(cuò)位。與此相對，在圖9(b)中，可以發(fā)現(xiàn)多孔質(zhì)陶瓷部件30的錯(cuò)位，粘接材料層14的厚度也發(fā)現(xiàn)偏差。
由于多孔質(zhì)陶瓷部件30沒有錯(cuò)位，所以能夠充分確保接合區(qū)域，由此可以提高接合強(qiáng)度。在圖9(b)所示蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，多孔質(zhì)陶瓷部件301和多孔質(zhì)陶瓷部件302的接合區(qū)域相互錯(cuò)位，所以只能在L所示范圍內(nèi)接合，但在圖9(a)所示蜂窩狀結(jié)構(gòu)體10中，多孔質(zhì)陶瓷部件30整齊排列，所以能夠確保充分的接合區(qū)域，可以提高抗按壓的斷裂強(qiáng)度。
圖10是圖9(a)所示的陶瓷結(jié)構(gòu)體10的X-X線剖面圖。
多孔質(zhì)陶瓷部件30通過厚度均勻的粘接材料層140而接合。并且，在端面SI和SO設(shè)置粘接材料層非形成區(qū)域143。由于設(shè)有粘接材料層非形成區(qū)域143，所以端面不會因粘接材料而堵塞。
另外，多孔質(zhì)陶瓷部件30可以是前述圖6(a)所示的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，也可以是圖6(b)所示的多孔陶瓷。作為多孔質(zhì)陶瓷部件30，也可以使用具有撓度的部件來代替圖10所示的沒有撓度的部件。
作為撓曲量，如前面所述，優(yōu)選0.02～2.0mm。并且，粘接材料層非形成區(qū)域143的長度LM(從多孔質(zhì)陶瓷部件30的端面到粘接材料層140的長度)如前面所述，如果是陶瓷結(jié)構(gòu)體10的總長的1～10％比較有效。
在把陶瓷結(jié)構(gòu)體10用作廢氣凈化用陶瓷過濾器時(shí)，粘接材料層140發(fā)揮使廢氣不泄漏的密封材料的作用，所以粘接材料層140起到密封材料層的作用。
下面，說明陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法。
圖11記載了作為本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體10的制造方法的具體示例的工序圖，圖12(a)～(f)表示對該工序圖的圖解。
首先，制造多孔質(zhì)陶瓷部件30(工序A)，然后，通過空隙保持部件142堆積多個(gè)多孔質(zhì)陶瓷部件30形成陶瓷部件集合體16(工序B)。在使用具有撓度的部件作為多孔質(zhì)陶瓷部件30時(shí)，追加后述的撓度形成工序(工序A’)。
另一方面，調(diào)制成為粘接材料層140的粘接材料膏1400(工序B’)。然后，向多孔質(zhì)陶瓷部件30的間隙141填充所調(diào)制的粘接材料膏1400(工序C)。
然后，使該粘接材料膏1400干燥形成粘接材料層140，將多孔質(zhì)陶瓷部件30相互接合(工序D)。另外，將陶瓷部件集合體的外周部切削加工成規(guī)定形狀(例如圖12中的圓柱形狀)(工序E)。向所加工的外周部分SA涂覆膏，形成外周密封層13(工序F)。
在圖11的工序圖和圖12的工序圖所示的制造方法中，預(yù)先通過空隙保持部件142堆積多個(gè)多孔質(zhì)陶瓷部件30，所以能夠防止多孔質(zhì)陶瓷部件30錯(cuò)位，能夠以較高的組裝精度制造陶瓷結(jié)構(gòu)體10。另外，使用向通過空隙保持部件142形成的空隙填充粘接材料膏1400的方法，所以能夠均勻地形成粘接材料層14，如前面所述，可以制造抗按壓的斷裂強(qiáng)度高的陶瓷結(jié)構(gòu)體10。
在利用上述制造方法制造本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體時(shí)，通過調(diào)整填充的粘接材料膏1400的量，可以調(diào)整粘接材料膏1400的未填充部分的區(qū)域LM(圖5、圖10)。因此，在制造需要有粘接材料非形成區(qū)域143的在如圖5中所記載的陶瓷結(jié)構(gòu)體10時(shí)，非常有效。
下面，按照每個(gè)工序詳細(xì)說明上述陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法。
(A多孔質(zhì)陶瓷部件的制造)陶瓷成形體是在將陶瓷粉末、樹脂、粘接劑、分散劑液等混合并調(diào)制混合組成物后，進(jìn)行該混合組成物的擠壓成形，將所得到的成形體干燥并使分散劑液等蒸發(fā)而制得的。另外，上述陶瓷成形體主要由陶瓷粉末和粘接劑及必要的樹脂構(gòu)成，但也可以包括少量的分散劑液。
作為上述多孔質(zhì)陶瓷部件的原料陶瓷沒有特別限定，主要是前述材料，但其中優(yōu)選耐熱性、機(jī)械特性良好且熱傳導(dǎo)率也大的碳化硅。作為上述陶瓷粉末的顆粒大小沒有特別限定，但優(yōu)選在后面的燒制工序中收縮小的粉末，例如，優(yōu)選將具有平均顆粒大小約0.3～50μm的粉末100重量份和具有平均顆粒大小約0.1～1.0μm的粉末5～65重量份進(jìn)行組合的組合物。
作為上述粘接劑沒有特別限定，例如可以列舉甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、聚乙二醇、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等。上述粘接劑的配合量例如優(yōu)選相對100重量份的上述陶瓷粉末約為1～10重量份。
作為上述分散劑液沒有特別限定，例如可以列舉苯等有機(jī)溶劑、甲醇等酒精、水等。通過適量配合上述分散劑液，使上述混合組成物的粘度在一定范圍內(nèi)，調(diào)制出陶瓷膏。
利用規(guī)定的裝置擠壓成形陶瓷膏。上述陶瓷成形體具有在長度方向隔開隔壁并列設(shè)置多個(gè)貫通孔的結(jié)構(gòu)。
作為上述陶瓷成形體的形狀沒有特別限定，例如可以是和圖2所示的多孔質(zhì)陶瓷部件30大致相同的形狀，也可以是橢圓柱狀或三角柱狀等。在上述陶瓷成形體中相當(dāng)于密封部件32的部分形成為空洞。
然后，進(jìn)行貫通孔密封工序，即利用密封材料膏按密封圖形(pattern)形狀密封上述陶瓷成形體的貫通孔。在該貫通孔密封工序中，使按照密封圖形形狀形成有開口的掩膜抵接在陶瓷成形體的端面上，并且從上述掩膜的開口向貫通孔注入密封材料膏，由此，利用密封材料膏密封規(guī)定的貫通孔。
作為上述密封材料膏沒有特別限定，但優(yōu)選與制造上述陶瓷成形體時(shí)使用的混合組成物相同的膏，向上述混合組成物中還添加了分散劑液的膏等。
然后，進(jìn)行熱分解上述陶瓷成形體中的粘接劑、樹脂成分等的脫脂工序。在該脫脂工序中，例如把上述陶瓷成形體放置在脫脂用夾具上后搬入脫脂爐中，在含氧氛圍下加熱到400～650℃。由此，粘接劑等的樹脂成分揮發(fā)并分解、消失，在上述陶瓷成形體中基本僅殘留陶瓷粉末。
然后，進(jìn)行把脫脂后的陶瓷成形體放置在燒制用夾具上燒制的燒制工序。在該燒制工序中，在氮、氬等惰性氣體氛圍下，在2000～2200℃下加熱脫脂后的陶瓷成形體，使陶瓷粉末燒結(jié)，由此制造圖2(a)所示的、隔開隔壁在長度方向上并列設(shè)置了多個(gè)貫通孔31的柱狀的多孔質(zhì)陶瓷部件30。
在從脫脂工序到燒制工序的一系列工序中，優(yōu)選在把上述陶瓷成形體放置在燒制用夾具上的狀態(tài)下進(jìn)行脫脂工序和燒制工序。這是因?yàn)榭梢杂行нM(jìn)行脫脂工序和燒制工序，并且在重新放置時(shí)等可以防止陶瓷成形體受損。
可是，如前面所述，也可以把多孔陶瓷用作多孔質(zhì)陶瓷部件30。多孔陶瓷是如下制造的。
首先，把陶瓷膏浸漬在氨基甲酸乙酯泡沫等中。然后在2000～2200℃下將其燒制，分解并去除氨基甲酸乙酯，使陶瓷粉末燒結(jié)。通過該工序可以獲得圖6(b)所示的多孔陶瓷。
(A’撓度形成工序)在陶瓷燒制體形成撓度的情況下，在脫脂工序～燒制工序中，可以采用把已撓曲的板用作脫脂用夾具、燒制用夾具，把陶瓷成形體放置在該板上的方法。并且，在上述方法中，通過調(diào)整板的撓曲量，可以調(diào)整撓度的大小。并且，多孔質(zhì)陶瓷部件30的撓度可以在成形體階段通過物理彎曲形成。
(B通過空隙保持部件堆積多孔質(zhì)陶瓷部件的工序)如圖12(b)所示，在制造多孔質(zhì)陶瓷部件30后，在本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法中，組裝通過空隙保持部件堆積多個(gè)上述多孔質(zhì)陶瓷部件構(gòu)成的陶瓷部件集合體16。
空隙保持部件142在使各多孔質(zhì)陶瓷部件30之間形成空隙時(shí)使用，通過調(diào)整空隙保持部件142的厚度，可以調(diào)整各多孔質(zhì)陶瓷部件30之間的粘接材料層14的厚度。
作為空隙保持部件142的材質(zhì)沒有特別限定，例如可以列舉紙、無機(jī)物質(zhì)、陶瓷、有機(jī)纖維、樹脂等，但優(yōu)選陶瓷結(jié)構(gòu)體10不會因使用時(shí)施加的熱量而分解并被去除的材質(zhì)。這是為了防止粘接材料層14被分解、去除時(shí)產(chǎn)生的氣體腐蝕。但是，如果是即使通過加熱被分解、去除也不會產(chǎn)生腐蝕性氣體的材質(zhì)，則也可以使用。作為空隙保持部件142的具體示例，例如可以列舉草紙板、石墨、碳化硅等。并且，也可以把材質(zhì)與粘接材料層14相同的部件通過預(yù)先調(diào)整厚度并使其硬化來用作空隙保持部件。
并且，空隙保持部件142可以具有粘接功能或接合功能，也可以在由類似上述材質(zhì)構(gòu)成的基體部件兩面形成具有粘接性或接合性的物質(zhì)層。如果使用具有粘接功能或接合功能的空隙保持部件142，不需特別使用用于固定在筒狀?yuàn)A具外側(cè)已堆積完畢的陶瓷部件集合體的夾具等，即可裝入筒狀?yuàn)A具內(nèi)部，容易進(jìn)行裝入工序，可以進(jìn)一步防止各多孔質(zhì)陶瓷部件30的錯(cuò)位。
作為空隙保持部件142的形狀，只要是能夠保持多孔質(zhì)陶瓷部件30的形狀，則沒有特別限定，可以列舉圓柱狀、角柱狀等。
作為空隙保持部件142的大小沒有特別限定，例如，在空隙保持部件142為圓柱狀時(shí)，優(yōu)選其厚度為0.5～3.0mm。因?yàn)檫@是不降低陶瓷的熱傳導(dǎo)率的范圍?？障侗３植考?42的厚度優(yōu)選小于等于2.0mm。
并且，在空隙保持部件142為圓柱狀時(shí)，優(yōu)選直徑為3.0～10.0mm。因?yàn)檫@樣可以充分確保多孔質(zhì)陶瓷部件30彼此間的接合強(qiáng)度。
作為空隙保持部件142在多孔質(zhì)陶瓷部件30上的配置位置沒有特別限定，但優(yōu)選配置在多孔質(zhì)陶瓷部件30側(cè)面的四角附近。因?yàn)檫@樣可以平行地捆束多孔質(zhì)陶瓷部件30。
并且，在捆束具有撓度的多孔質(zhì)陶瓷部件30或具有由曲面構(gòu)成的側(cè)面的多孔質(zhì)陶瓷部件30時(shí)，通過按照各個(gè)位置改變空隙保持部件142的厚度，可以平行地捆束多孔質(zhì)陶瓷部件30。
在上述裝入工序中，把上述的空隙保持部件142配置在多孔質(zhì)陶瓷部件30之間來捆束多孔質(zhì)陶瓷部件30，由此可以制作通過空隙保持部件142堆積多個(gè)多孔質(zhì)陶瓷部件30構(gòu)成的陶瓷部件集合體16。
(B’膏調(diào)整工序)作為在上述填充工序中使用的粘接材料膏1400沒有特別限定，但優(yōu)選耐熱性良好、熱傳導(dǎo)率比較高、具有接合功能的膏，例如適合使用無機(jī)粘接劑、有機(jī)粘接劑、由無機(jī)纖維及/或無機(jī)顆粒等構(gòu)成的膏。
作為上述無機(jī)粘接劑沒有特別限定，例如可以列舉硅溶膠、氧化鋁溶膠等。這些溶膠可以單獨(dú)使用，也可以并用兩種或兩種以上。其中優(yōu)選硅溶膠。
作為上述有機(jī)粘接劑沒有特別限定，例如優(yōu)選親水性有機(jī)高分子，其中優(yōu)選多糖類。具體而言，可以列舉聚乙烯醇、甲基纖維素、乙基纖維素、羧甲基纖維素等。其中特別優(yōu)選羧甲基纖維素。這是因?yàn)閴喝霑r(shí)的粘接材料膏1400的流動(dòng)性提高，在常溫區(qū)域顯示良好的粘接性。
作為上述無機(jī)纖維沒有特別限定，例如可以列舉硅-鋁陶瓷纖維、莫來石纖維、鋁纖維及硅纖維等。這種無機(jī)纖維通過與無機(jī)粘接劑或有機(jī)粘接劑等聚合，可以提高粘接材料膏1400的粘接強(qiáng)度。
作為上述無機(jī)顆粒沒有特別限定，例如優(yōu)選由碳化物及/或氮化物構(gòu)成的顆粒，例如可以列舉碳化硅、氮化硅、氮化硼等。這些碳化物或氮化物的熱傳導(dǎo)率非常大，可以大大有助于提高粘接材料層14的熱傳導(dǎo)率。
并且，在粘接材料膏1400中，除無機(jī)粘接劑、有機(jī)粘接劑、無機(jī)纖維和無機(jī)顆粒外，也可以含有少量的水分或溶劑等，這種水分或溶劑等例如通過后述的粘接材料膏硬化工序等的加熱等幾乎飛散掉。
作為粘接材料膏1400的粘度沒有特別限定，但優(yōu)選下限為40Pa·s，優(yōu)選上限為50Pa·s。如果超過50Pa·s，則不能在構(gòu)成陶瓷部件集合體16的多孔質(zhì)陶瓷部件30之間的空隙141中均勻地填充粘接材料膏1400。如果小于40Pa·s，則所壓入的粘接材料膏1400從陶瓷部件集合體16的端面溢出，并附著在上述端面上。
(C膏填充工序)如圖12(c)所示，把粘接材料膏1400填充在構(gòu)成陶瓷部件集合體16的多孔質(zhì)陶瓷部件30之間的空隙中。填充可以通過在后述的膏填充用筒狀?yuàn)A具中存儲陶瓷部件集合體16來進(jìn)行，也可以在筒狀?yuàn)A具中堆積多孔質(zhì)陶瓷部件30。在使用筒狀?yuàn)A具的情況下，通過調(diào)整壓入的粘接材料膏1400的量，可以容易調(diào)整粘接材料膏1400距未填充部分143端面的長度LM(參照圖5和圖10)，所以非常有效。在使用后述的膏填充用筒狀?yuàn)A具的情況下，不使用掩膜部件也可以防止粘接材料膏附著在陶瓷結(jié)構(gòu)體的端面部分，能夠減少工序數(shù)量，所以非常有效。
(D膏干燥·硬化工序)如圖12(d)所示，使填充在多孔質(zhì)陶瓷部件30之間的空隙141中的粘接材料膏1400硬化，在多孔質(zhì)陶瓷部件30之間形成粘接材料層140。
在該工序中，例如在50～150℃、1小時(shí)的條件下加熱填充了粘接材料膏1400的陶瓷部件集合體16，并使粘接材料膏1400干燥、硬化，由此形成粘接材料層140。
(E外周加工工序)如圖12(e)所示，在陶瓷結(jié)構(gòu)體10的制造方法中，例如在上述粘接材料膏硬化工序之后，使用金剛石刀具等，把其外周部切削加工成圓柱形狀等的所期望的形狀，制作陶瓷塊15。
(F外周密封材料層的形成工序)如圖12(f)所示，在外周部SA形成密封材料層13，由此結(jié)束陶瓷結(jié)構(gòu)體10的制造工序。
作為形成密封材料層13的方法沒有特別限定，例如可以列舉下述方法，使用具有旋轉(zhuǎn)單元的支撐部件，在其旋轉(zhuǎn)軸方向軸支撐著陶瓷塊15并使其旋轉(zhuǎn)，使成為密封材料層13的密封材料膏的膏塊附著在正在旋轉(zhuǎn)的陶瓷塊15的外周部上，利用板狀部件等使所附著的密封材料膏延伸到陶瓷塊15的整個(gè)外周面并形成密封材料膏層，然后在大于等于120℃的溫度下干燥，使水分蒸發(fā)。
另外，作為成為上述密封材料層13的原料的密封材料膏沒有特別限定，例如，可以列舉由成為粘接材料層140的原料的粘接材料膏1400具有相同的組分構(gòu)成的膏等。
下面，圖13表示本發(fā)明涉及的陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置的具體示例。
圖13(a)是表示陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置以及與設(shè)置在其內(nèi)周部的陶瓷部件集合體16的長度方向垂直的剖面的一示意剖面圖，(b)是表示陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置以及與設(shè)置在其內(nèi)周部的陶瓷部件集合體16的長度方向平行的剖面的一示意剖面圖。
陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50具備筒狀體501，該筒狀體具有在內(nèi)部存儲陶瓷部件集合體的內(nèi)部空間502。在該筒狀體501的外側(cè)側(cè)面安裝著膏供給室52。在筒狀體501形成將該供給室52和內(nèi)部空間連通的開口51，經(jīng)由該開口51(在以下說明中，更具體講表述為供給孔或供給槽)供給粘接材料膏1400。在供給室52安裝著用于擠壓粘接材料膏1400的擠壓機(jī)構(gòu)503。在陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50的兩端部安裝著開閉式的底板53。通過關(guān)閉底板53，將形成于構(gòu)成陶瓷部件集合體16的多孔質(zhì)陶瓷部件30之間的空隙141密封，可以防止粘接材料膏1400附著在陶瓷集合體的端面上。
但是，在粘接材料膏填充工序中，在向陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50內(nèi)壓入粘接材料膏1400時(shí)，使陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50內(nèi)的氣體通過該制造裝置50的兩端面排出，因此，底板53需要由通氣性材質(zhì)構(gòu)成或由具有通氣孔的氣密性材質(zhì)構(gòu)成。
在本發(fā)明中，因?yàn)槭褂枚嗫踪|(zhì)陶瓷部件30，所以底板53優(yōu)選使用由具有通氣孔的氣密性材質(zhì)構(gòu)成。該情況時(shí)，陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50內(nèi)的氣體按照箭頭C所示通過多孔質(zhì)陶瓷部件30的隔壁，并且從多孔質(zhì)陶瓷部件30通過底板53的通氣孔排出到外部。
在圖13中，在底板53采用具有通氣孔的材料時(shí)，所壓入的粘接材料膏1400的流動(dòng)如實(shí)線的箭頭A、B所示，從陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50內(nèi)部排出到外部的氣體的流動(dòng)如虛線的箭頭C所示。
由于使用該筒狀?yuàn)A具形成粘接材料層，所以能夠在不使用掩膜部件的情況下防止粘接材料膏1400附著在陶瓷結(jié)構(gòu)體的端面部分，可以減少工序數(shù)量。
作為陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50，形成為在其外周部具有膏供給室52的筒狀體，膏供給室52的室內(nèi)通過供給孔(或供給槽)51與制造裝置50的內(nèi)周部連通，只要在內(nèi)周部設(shè)置陶瓷部件集合體16、或如后面所述，可以在內(nèi)周部堆積陶瓷部件集合體16，則沒有特別限定，例如，可以是能夠分解的組裝型夾具，也可以是一體型夾具，還可以是內(nèi)周部為規(guī)定的大小及/或形狀的夾具，還可以是內(nèi)周部的大小及/或形狀可以改變的、通過縮小內(nèi)周面可以緊固陶瓷部件集合體16的夾具。并且，陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50也可以是可以裝卸膏供給室52的組裝型夾具。
在陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50是能夠分解的組裝型夾具、或內(nèi)周部的大小及/或形狀可以改變的夾具時(shí)，可以在陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50的內(nèi)周部，進(jìn)行堆積多個(gè)多孔質(zhì)陶瓷部件30來制作陶瓷部件集合體16的工序。當(dāng)然，也可以在制作陶瓷部件集合體16后，把其設(shè)置在陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50的內(nèi)周部。
膏供給室52設(shè)在陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50的外周部，只要是可以向其室內(nèi)投入粘接材料膏1400并對其加壓的容器，則沒有特別限定。
并且，供給孔51的形狀、大小和數(shù)量沒有特別限定，但需要設(shè)置在與形成于構(gòu)成陶瓷部件集合體16的多孔質(zhì)陶瓷部件30之間的空隙141對應(yīng)的位置，優(yōu)選按照一定間隔設(shè)置，以便可以利用粘接材料膏1400沒有遺漏地填充空隙141。另外，供給孔更優(yōu)選形成為供給槽，以便可以均勻地填充膏。
另外，向陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50內(nèi)壓入粘接材料膏1400時(shí)的壓力，可以根據(jù)要壓入的粘接材料膏1400的量、粘度、供給孔的大小、位置和數(shù)量等適當(dāng)調(diào)整，而且根據(jù)需要，還可以用從陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50兩端面吸入的方法。
通過使用該陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50，可以事先在陶瓷部件集合體16的端部預(yù)留有粘接材料膏1400的未填充部分143。另外，在把粘接材料膏1400填充到整個(gè)空隙141中時(shí)，所壓入的粘接材料膏1400從陶瓷部件集合體16的端面溢出并附著在上述端面上，如本發(fā)明所述，事先設(shè)置未填充部分143比較有效。
該陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50可以如下使用。如圖13所示，在堆積陶瓷部件集合體16后，把其存儲在陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50中。然后，注入膏1400?；蛘?，在陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50中堆積陶瓷部件集合體16，然后注入膏1400。哪種方法都可以采用。
實(shí)施例以下，列舉實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。
在以下實(shí)施例中，把陶瓷結(jié)構(gòu)體用作廢氣凈化用陶瓷過濾器。粘接材料層140發(fā)揮使廢氣不泄漏的密封材料層的作用，在該實(shí)施例中，密封材料膏1400的意思和粘接材料膏1400相同，密封材料層140的意思和粘接材料層140相同。
(實(shí)施例1)(1)通過將70重量份的平均顆粒大小為10μm的α型碳化硅粉末、30重量份的平均顆粒大小為0.7μm的β型碳化硅粉末、5重量份的甲基纖維素、4重量份的分散劑、20重量份的水配合并均勻地混合，調(diào)制原料的混合組成物。把該混合組成物填充在擠壓成形機(jī)中，以2cm/分的擠壓速度制作了蜂窩形狀的陶瓷成形體。該陶瓷成形體的形狀和圖3所示多孔質(zhì)陶瓷部件30大致相同，其大小為33mm×33mm×254mm，貫通孔的數(shù)量為31個(gè)/cm2，隔壁厚度為0.35mm。
(2)使用干燥機(jī)，將該陶瓷成形體干燥，然后把成分與上述混合組成物相同的填充劑膏填充在陶瓷成形體的貫通孔的規(guī)定部位。然后，在450℃下脫脂，再在2200℃下燒制，由此制造了多孔質(zhì)陶瓷部件30。另外，通過預(yù)先把此時(shí)使用的碳制的脫脂燒制夾具設(shè)定為撓曲量是0.02mm，從而使多孔質(zhì)陶瓷部件30的撓曲量形成為0.02mm。
(3)然后，將18重量％的作為無機(jī)粘接劑的硅溶膠(溶膠中的SiO2的含量30重量％)、4重量％的作為有機(jī)粘接劑的羧甲基纖維素、36重量％的作為無機(jī)纖維的硅-鋁陶瓷纖維(粒狀物(shot)含有率3％，纖維長度0.1～100mm)、24重量％的作為無機(jī)顆粒的碳化硅顆粒、以及18重量％的水混合并攪拌，從而調(diào)制成密封材料膏1400。該密封材料膏1400的粘度在室溫下為45Pa·s。
(4)然后，在多孔質(zhì)陶瓷部件30的側(cè)面的四角附近各放一個(gè)，共4個(gè)直徑5mm×厚1mm的空隙保持部件142，并將其固定，空隙保持部件142由兩面涂覆了粘接材料的草紙板構(gòu)成。具體講，在空隙保持部件142的外周部分和形成上述側(cè)面角部的兩條邊的最短距離分別為6.5mm的位置，放置空隙保持部件142并進(jìn)行固定。并且，通過空隙保持部件142將縱4個(gè)×橫4個(gè)的多孔質(zhì)陶瓷部件30捆束，由此堆積形成陶瓷部件集合體16。
(5)然后，把陶瓷部件集合體16設(shè)置在陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50內(nèi)，制造裝置50的外周部具有膏供給室52，內(nèi)周部的大小為縱135mm×橫135mm×長254mm。陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50在與構(gòu)成陶瓷部件集合體16的多孔質(zhì)陶瓷部件30之間的空隙141對應(yīng)的位置，具有3個(gè)將加壓室52的室內(nèi)和陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50內(nèi)部連通的寬5mm的供給槽。
并且，在陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50的兩端部分別安裝著可以抵接其端面的開閉式的底板53，通過關(guān)閉該底板53使其抵接陶瓷部件集合體16的兩端面，由此密封多孔質(zhì)陶瓷部件30之間的空隙141。
(6)然后，把密封材料膏1400投入陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50的膏供給室52內(nèi)，以0.2MPa的壓力進(jìn)行加壓，將其壓入陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50的內(nèi)周部，從而把密封材料膏1400填充在多孔質(zhì)陶瓷部件之間的空隙中。另外，調(diào)整壓入的密封材料膏1400的量，使在壓入密封材料膏1400后的陶瓷部件集合體16的兩端部，距密封材料膏1400的未填充部端面的長度為1.5mm(是陶瓷部件集合體16總長的1％)。然后，在100℃下，對在多孔質(zhì)陶瓷部件之間填充了密封材料膏1400的陶瓷部件集合體16干燥1小時(shí)，使密封材料膏1400硬化，形成1mm厚的密封材料層14，從而獲得陶瓷部件集合體。
(7)然后，使用金剛石刀具把上述陶瓷部件集合體切削成直徑135mm的圓柱狀15，并在其外周部涂覆密封材料膏1400后干燥，由此在外周部形成由和密封材料層14相同的組分構(gòu)成的密封材料層13，結(jié)束由多孔質(zhì)碳化硅構(gòu)成的陶瓷(蜂窩狀)結(jié)構(gòu)體10的制造。
(實(shí)施例2～9、參考例1～6)如表1所示，變更多孔質(zhì)陶瓷部件30的撓曲量，變更壓入密封材料膏1400后的陶瓷部件集合體16的兩端部中、距未填充密封材料膏1400的部分端面的長度，除此以外和實(shí)施例1相同，制造了由多孔質(zhì)碳化硅構(gòu)成的陶瓷結(jié)構(gòu)體10。
另外，多孔質(zhì)陶瓷部件30的撓曲量通過改變脫脂燒制夾具的撓曲量進(jìn)行了調(diào)整。并且，距未填充密封材料膏1400的部分端面的長度，利用要壓入的密封材料膏1400的量進(jìn)行了調(diào)整。
(實(shí)施例10～12、參考例7～8)如表1所示，變更多孔質(zhì)陶瓷部件30的撓曲量，變更壓入密封材料膏1400后的陶瓷部件集合體16的兩端部中、距未填充密封材料膏1400的部分端面的長度，以及把由草紙板構(gòu)成的空隙保持部件的厚度變更為2.0mm，除此以外和實(shí)施例1相同，制造了由多孔質(zhì)碳化硅構(gòu)成的陶瓷結(jié)構(gòu)體10。
另外，多孔質(zhì)陶瓷部件30的撓曲量通過變更脫脂燒制夾具的撓曲量進(jìn)行了調(diào)整。并且，距未填充密封材料膏1400的部分端面的長度，利用將要壓入的密封材料膏1400的量進(jìn)行了調(diào)整。
(實(shí)施例13～15、參考例9～10)在工序(4)、(5)，在陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50的內(nèi)部堆積陶瓷部件集合體16，關(guān)閉該底板53并使其抵接陶瓷部件集合體16的兩端面，由此密封多孔質(zhì)陶瓷部件30之間的空隙141，進(jìn)行工序(6)，除此以外和實(shí)施例1相同，制造了陶瓷結(jié)構(gòu)體10。
但是，在工序(2)中，通過預(yù)先把碳制的脫脂燒制夾具設(shè)定為撓曲量是0mm，由此使多孔質(zhì)陶瓷部件30的撓曲量為0mm，按表1所示改變了壓入密封材料膏1400后的陶瓷部件集合體16的兩端部中、距未填充密封材料膏1400的部分端面的長度。
另外，距未填充密封材料膏1400的部分端面的長度，利用要壓入的密封材料膏1400的量進(jìn)行了調(diào)整。
(實(shí)施例16～18、參考例11～12)(1)將70重量份的平均顆粒大小為10μm的α型碳化硅粉末、30重量份的平均顆粒大小為0.7μm的β型碳化硅粉末、5重量份的甲基纖維素、4重量份的分散劑、100重量份的水配合并均勻地混合，由此調(diào)制成原料的混合組成物。把該混合組成物浸漬在大小為33mm×33mm×150mm的氨基甲酸乙酯泡沫中。
(2)使用干燥機(jī)，將該氨基甲酸乙酯泡沫干燥后，在450℃下脫脂，進(jìn)而在2200℃下燒制，由此對氨基甲酸乙酯泡沫進(jìn)行熱分解并將其去除，制造了由多孔陶瓷構(gòu)成的多孔質(zhì)陶瓷部件30。另外，通過預(yù)先把此時(shí)使用的碳制的脫脂燒制夾具設(shè)定為撓曲量是2mm，使多孔質(zhì)陶瓷部件30的撓曲量為2mm。
(3)然后，將18重量％的作為無機(jī)粘接劑的硅溶膠(溶膠中的SiO2的含量30重量％)、4重量％的作為有機(jī)粘接劑的羧甲基纖維素、36重量％的作為無機(jī)纖維的硅-鋁陶瓷纖維(粒狀物含有率3％，纖維長度0.1～100mm)、24重量％的作為無機(jī)顆粒的碳化硅顆粒、以及18重量％的水混合并攪拌，調(diào)制成密封材料膏1400。該密封材料膏1400的粘度為30～50Pa·s。
(4)然后，在多孔質(zhì)陶瓷部件30的側(cè)面的四角附近各放一個(gè)共為4個(gè)直徑5mm×厚1mm的空隙保持部件142，并將其固定，空隙保持部件142由兩面涂覆了粘接材料的草紙板構(gòu)成。具體講，在空隙保持部件142的外周部分和形成上述側(cè)面角部的兩條邊的最短距離分別為6.5mm的位置，放置空隙保持部件142并進(jìn)行固定。并且，通過空隙保持部件142將縱4個(gè)×橫4個(gè)的多孔質(zhì)陶瓷部件30捆束，由此堆積形成陶瓷部件集合體16。
(5)然后，把陶瓷部件集合體16設(shè)置在陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50內(nèi)，制造裝置50的外周部具有膏供給室52，內(nèi)周部的大小為縱135mm×橫135mm×長150mm。陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50在與構(gòu)成陶瓷部件集合體16的多孔質(zhì)陶瓷部件30之間的空隙141對應(yīng)的位置，具有3個(gè)將供給室52的室內(nèi)和陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50內(nèi)部連通的寬5mm的供給槽。
(6)然后，把密封材料膏1400投入陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50的加壓室52內(nèi)，以0.2MPa的壓力進(jìn)行加壓，將其壓入陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置50的內(nèi)周部，從而把密封材料膏1400填充在多孔質(zhì)陶瓷部件之間的空隙中。另外，調(diào)整壓入的密封材料膏1400的量，使在壓入密封材料膏1400后的陶瓷部件集合體16的兩端部距密封材料膏1400的未填充部端面的長度為15mm(是陶瓷部件集合體16總長的10％)。然后，在100℃下將在多孔質(zhì)陶瓷部件30之間填充了密封材料膏1400的陶瓷部件集合體16干燥1小時(shí)，使密封材料膏1400硬化，形成1mm厚的密封材料層14，從而獲得陶瓷部件集合體。
(7)然后，使用金剛石刀具把上述陶瓷部件集合體切削成直徑135mm的圓柱狀15，并在其外周部涂覆密封材料膏1400后進(jìn)行干燥，由此在外周部形成由和密封材料層14相同的組分構(gòu)成的密封材料層13，制造了由多孔質(zhì)碳化硅構(gòu)成的陶瓷結(jié)構(gòu)體10。
在實(shí)施例16～18和參考例11～12中，沖壓強(qiáng)度(抗按壓的斷裂強(qiáng)度)如表1所示為768～1265kg。
(比較例1～5)
在工序(1)、(2)中，制造了和實(shí)施例相同的多孔質(zhì)陶瓷部件。
(3)然后，將15重量％的作為無機(jī)粘接劑的硅溶膠(溶膠中的SiO2的含量30重量％)、5.6重量％的作為有機(jī)粘接劑的羧甲基纖維素、30重量％的作為無機(jī)纖維的硅-鋁陶瓷纖維(粒狀物含有率3％，纖維長度0.1～100mm)、21重量％的作為無機(jī)顆粒的碳化硅顆粒、以及28.4重量％的水混合并攪拌，由此調(diào)制成密封材料膏1400。該密封材料膏1400的粘度在室溫下為45Pa·s。
(4)然后，在陶瓷結(jié)構(gòu)體10的端面預(yù)先粘貼掩膜部件。并且，如圖5所示，在斷面為V字形狀的臺60上以傾斜狀態(tài)放置多孔質(zhì)陶瓷部件30，在朝向上側(cè)的兩個(gè)側(cè)面30a、30b涂覆厚度均勻的成為密封材料層14的材料的密封材料膏1400，同時(shí)放置由厚紙等構(gòu)成的間隔保持部件，形成密封材料膏層61。然后，在該密封材料膏層61上順序堆積其他多孔質(zhì)陶瓷部件30，在100℃下干燥1小時(shí)，并使密封材料膏1400硬化，由此形成密封材料層，并形成層疊多個(gè)多孔質(zhì)陶瓷部件30而構(gòu)成的陶瓷部件集合體。另外，掩膜部件在涂覆密封材料膏后剝離。
(5)然后，制造了和實(shí)施例的(7)相同的陶瓷結(jié)構(gòu)體。
關(guān)于實(shí)施例、參考例和比較例涉及的陶瓷結(jié)構(gòu)體，利用以下方法進(jìn)行了評價(jià)試驗(yàn)。其結(jié)果如表1所示。
(1)測定溫度循環(huán)試驗(yàn)后的沖壓斷裂強(qiáng)度利用由厚7mm的鋁纖維(三菱化學(xué)制マフテツク)構(gòu)成的隔熱墊把實(shí)施例和參考例涉及的陶瓷結(jié)構(gòu)體包裹成圓團(tuán)狀，并利用金屬網(wǎng)和帶子捆綁固定，使隔熱墊不會散開(參照圖14)。
在電爐中將該陶瓷結(jié)構(gòu)體以10℃/分的升溫速度升溫到600℃，在該溫度下保持30分鐘后，急速冷卻到室溫(20℃)，在進(jìn)行了這種溫度循環(huán)試驗(yàn)后，進(jìn)行沖壓斷裂強(qiáng)度試驗(yàn)，測定了沖壓強(qiáng)度(抗按壓的斷裂強(qiáng)度)。其結(jié)果如表1所示。
另外，本說明書中所說的沖壓斷裂強(qiáng)度試驗(yàn)，如圖15(a)、(b)所示，為了確定該粘接材料的強(qiáng)度，把通過粘接劑接合的陶瓷結(jié)構(gòu)體10放置在臺45上，然后，利用直徑30mm的鋁制夾具40對其中央的多孔質(zhì)陶瓷部件施加沖壓荷重(加壓速度為1mm/min)，測定抗按壓的斷裂強(qiáng)度(沖壓強(qiáng)度)。另外，在測定強(qiáng)度時(shí)使用內(nèi)向式萬能試驗(yàn)機(jī)(5582型)。
(2)觀察密封材料將參考例9和比較例1涉及的陶瓷結(jié)構(gòu)體10剖開，觀察其表面。其結(jié)果如圖16(a)、(b)所示。
(3)目視觀察陶瓷結(jié)構(gòu)體從端面目視觀察實(shí)施例13～15、參考例9～10及比較例1～5涉及的陶瓷結(jié)構(gòu)體，判斷多孔質(zhì)陶瓷部件是否產(chǎn)生錯(cuò)位。其結(jié)果如表1所示。
表1
圖16(a)是參考例9涉及的陶瓷(蜂窩狀)結(jié)構(gòu)體的粘接材料層(密封材料層)的剖面，(b)是比較例1涉及的陶瓷(蜂窩狀)結(jié)構(gòu)體的密封材料層的剖面。
根據(jù)圖16可知，利用前面說明的陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法制得的陶瓷結(jié)構(gòu)體的粘接材料層(密封材料層)形成為比較均勻的層，具有形狀均勻的氣泡，但利用以往的制造方法制得的陶瓷(蜂窩狀)結(jié)構(gòu)體的粘接材料層(密封材料層)不均勻，氣泡也成為連續(xù)的氣泡，能夠清楚地劃分形成氣泡的部分和未形成氣泡的部分。
圖9(a)、(b)是表示構(gòu)成陶瓷(蜂窩狀)結(jié)構(gòu)體的各多孔質(zhì)陶瓷部件的配置的一例側(cè)視圖，在實(shí)施例13～15及參考例9～10涉及的陶瓷(蜂窩狀)結(jié)構(gòu)體中，如圖9(a)所示，在各多孔質(zhì)陶瓷部件未產(chǎn)生錯(cuò)位，按照設(shè)定狀態(tài)整齊地配置，但比較例1～5涉及的陶瓷(蜂窩狀)結(jié)構(gòu)體如圖9(b)所示，各多孔質(zhì)陶瓷部件的配置產(chǎn)生偏離設(shè)定狀態(tài)的錯(cuò)位。
根據(jù)以上結(jié)果可知，與比較例1～5涉及的陶瓷(蜂窩狀)結(jié)構(gòu)體相比，實(shí)施例2～15及參考例1～10涉及的陶瓷(蜂窩狀)結(jié)構(gòu)體能夠以均勻的密度填充密封材料，可以制造多孔質(zhì)部件不易錯(cuò)位、并且強(qiáng)度大的陶瓷(蜂窩狀)結(jié)構(gòu)體。
并且，判明在多孔質(zhì)陶瓷部件產(chǎn)生撓度的情況下，在陶瓷(蜂窩狀)結(jié)構(gòu)體的端部存在密封材料層非形成部，從該部分端面到粘接材料(密封材料)層的長度，如果是陶瓷(蜂窩狀)結(jié)構(gòu)體的長度方向的長度的1～10％，則上述多孔質(zhì)陶瓷部件不易錯(cuò)位，陶瓷(蜂窩狀)結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度大。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷結(jié)構(gòu)體，其特征在于，具有撓度的柱狀多孔質(zhì)陶瓷部件通過粘接材料層被捆束多個(gè)而構(gòu)成，在其端部存在粘接材料層非形成部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述多孔質(zhì)陶瓷部件在與長度方向大致垂直的方向彎曲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述多孔質(zhì)陶瓷部件具有隔開間隔地在長度方向上并列設(shè)置多個(gè)貫通孔的多孔質(zhì)形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述多個(gè)貫通孔的端部被交替密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述多孔質(zhì)陶瓷部件是多孔陶瓷。
6.根據(jù)權(quán)利要求2～5中任一項(xiàng)所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述多孔質(zhì)陶瓷部件具有0.02～2.0mm的撓度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述多孔質(zhì)陶瓷部件的撓度為0.1～0.8mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述多孔質(zhì)陶瓷部件在與長度方向垂直的方向具有0.006～1.0％的撓度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述粘接材料層非形成區(qū)域的長度是陶瓷結(jié)構(gòu)體的長度方向的長度的1～10％。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述粘接材料層非形成區(qū)域的長度是陶瓷結(jié)構(gòu)體的長度方向的長度的2～5％。
11.一種陶瓷結(jié)構(gòu)體，其特征在于，堆積多個(gè)柱狀多孔質(zhì)陶瓷部件，在所述多孔質(zhì)陶瓷部件之間填充膏狀粘接材料并使其硬化，形成粘接材料層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述多孔質(zhì)陶瓷部件在與長度方向大致垂直的方向撓曲，在多孔質(zhì)陶瓷部件之間填充膏狀的粘接材料，并使其端部存在粘接材料層非形成部。
13.一種陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置，其特征在于，由以下部分構(gòu)成筒狀體，其構(gòu)成為收容多個(gè)已堆積的陶瓷部件集合體，并使多個(gè)柱狀多孔質(zhì)陶瓷部件具有間隙；膏供給室，設(shè)在所述筒狀體的外周部，向筒狀體供給膏。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置，其特征在于，所述筒狀體在與膏供給室的接合部分形成開口。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置，其特征在于，所述開口形成為槽狀。
16.根據(jù)權(quán)利要求13～15中任一項(xiàng)所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置，其特征在于，在所述筒狀體的兩端部設(shè)置通氣性底板。
17.根據(jù)權(quán)利要求13～16中任一項(xiàng)所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造裝置，其特征在于，在所述底板上設(shè)有開口。
18.一種陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，將多個(gè)柱狀多孔質(zhì)陶瓷部件堆積成使彼此之間具有空隙，在多孔質(zhì)陶瓷部件之間填充膏狀的粘接材料并使其硬化，形成粘接材料層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，所述多孔質(zhì)陶瓷部件在與長度方向大致垂直的方向撓曲，在多孔質(zhì)陶瓷部件之間填充膏狀粘接材料并使其硬化，并且在其端部存在粘接材料層非形成部。
20.一種陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，至少包括以下工序1～4工序1利用陶瓷原料制造柱狀的多孔質(zhì)陶瓷部件的工序，工序2堆積多個(gè)所述多孔質(zhì)陶瓷部件并彼此之間形成空隙，制作陶瓷部件集合體的工序，工序3在多孔質(zhì)陶瓷部件之間的空隙中填充膏的工序，工序4使所述膏硬化，在所述多孔質(zhì)陶瓷部件之間形成粘接材料層的工序。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，在所述多孔質(zhì)陶瓷部件之間設(shè)有空隙保持部件。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，在所述工序2中，在筒狀體的內(nèi)部，通過空隙保持部件堆積多個(gè)所述多孔質(zhì)陶瓷部件，由此制造陶瓷部件集合體。
23.根據(jù)權(quán)利要求20～22中任一項(xiàng)所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，在所述工序2中，通過空隙保持部件堆積多個(gè)多孔質(zhì)陶瓷部件，由此制造陶瓷部件集合體，然后把所述陶瓷部件集合體存儲在筒狀體的內(nèi)部。
24.根據(jù)權(quán)利要求20～23中任一項(xiàng)所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，所述多孔質(zhì)陶瓷部件在與長度方向大致垂直的方向撓曲，在多孔質(zhì)陶瓷部件之間填充膏狀的粘接材料并使其硬化，并且在其端部存在粘接材料層非形成部。
25.根據(jù)權(quán)利要求20～24中任一項(xiàng)所述的陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，調(diào)整膏狀粘接材料的供給量，以便在其端部存在粘接材料層非形成部。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，提供一種抗斷裂強(qiáng)度高、制造時(shí)沒有多孔質(zhì)陶瓷部件錯(cuò)位等的具有比現(xiàn)有技術(shù)更有益的效果的陶瓷結(jié)構(gòu)體，本發(fā)明的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的特征在于，將具有撓度的柱狀多孔質(zhì)陶瓷部件通過粘接材料層捆束多個(gè)而構(gòu)成，在其端部存在粘接材料層非形成部。
文檔編號F01N3/022GK1816505SQ200480000979
公開日2006年8月9日 申請日期2004年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月12日
發(fā)明者小野正治, 高橋浩二, 星野孝文, 川田英哉 申請人:揖斐電株式會社