DE102009011790B4

DE102009011790B4 - Verfahren zur Herstellung von Cordierit-Keramik

Info

Publication number: DE102009011790B4
Application number: DE102009011790.3A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Watanabe; Yuji Katsuda; Yohei Ono
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2018-08-16
Anticipated expiration: 2029-03-06
Also published as: US8097549B2; US20090247389A1; JP2009227533A; JP5128989B2; DE102009011790A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken durch Formen und Erwärmen eines Cordierit-bildenden Rohmaterials, enthaltend α-Aluminiumoxid, wobei der Orientierungsgrad, ausgedrückt durch I₀₀₆ / (I₃₀₀ + I₀₀₆), worin I_hkl die Höhe der Röntgenstrahlenbeugungsintensität einer hkl-Fläche eines α-Aluminiumoxidkristalls ist, bei einer Röntgenstrahlenbeugungsmessung eines α-Aluminiumoxidkristalls in einem Formkörper aus dem Rohmaterial zur Bildung von Cordierit 0,10 oder mehr beträgt, und wobei das Verhältnis der durchschnittlichen Länge in a-Achsen- und b-Achsenrichtung zu der durchschnittlichen Länge in c-Achsenrichtung eines Kristalls eines α-Aluminiumoxidrohmaterialpulvers 3 oder mehr beträgt.

Description

Hintergrund der Erfindung und Erläuterung des Standes der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Cordieritkeramiken, die als die Hauptkomponente eines wabenförmig strukturierten Katalysatorträgers zum Tragen eines Katalysators, der Abgas aus einem Verbrennungsmotor wie einem Automotor reinigt, bekannt sind, und auf ein Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken.
Cordieritkeramiken werden verbreitet als ein Hochtemperaturgasfilter oder ein Katalysatorträger zum Tragen eines Abgasreinigungskatalysators eines Automotors verwendet, da Cordieritkeramiken eine geringe Wärmeausdehnung zeigen und über einen hervorragenden Wärmewiderstand und hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit verfügen. Beispielsweise sind Cordieritkeramiken als die Hauptkomponente eines wabenförmigen, porösen Katalysatorträgers für die Autoabgasreinigung geeignet und müssen hervorragenden Wärmewiderstand und hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit erzielen.
Cordieritkeramiken, die als Automotorabgasreinigungskatalysatorträger verwendet werden, werden verbreitet als wabenförmige Keramiken verwendet. Eine Cordierit-Wabenstruktur, die als Automotorabgasreinigungskatalysatorträger verwendet wird, sollte im Vergleich zu den anderen Richtungen parallel zu den Flächen der Trennwände einer Wabenform über eine geringe Wärmeausdehnung verfügen.
Beispielsweise ist bekannt, dass eine Wärmeausdehnung parallel zu den Flächen der Trennwände der Cordierit-Wabenstruktur verringert werden kann, indem die c-Achse eines Cordieritkristalls parallel zu den Flächen der Trennwände orientiert wird (siehe z. B. JP S50-75 611 A ). Was das Verfahren zur Orientierung der c-Achse eines Cordieritkristalls bezüglich einer bestimmten Fläche angeht, so wurden viele Techniken offenbart, die die Zustände der Materialien, die Bestandteile des Cordierit-bildenden Rohmaterials sind, die Bedingungen bei der Bildung des Rohmaterials zur Bildung von Cordierit, die Bedingungen beim Brennen (Erwärmen) eines aus dem Rohmaterial zur Bildung von Cordierit gebildeten Gegenstandes und dergleichen betrachten (siehe z. B. JP S50-75 611 A , JP S53-82 822 A und JP S64-3 067 A ).
Beispiele für das Material, das ein Bestandteil eines Cordierit-bildenden Rohmaterials ist, umfassen Talk, Kaolinit, Siliciumdioxid und Aluminiumoxid. Es wurde festgestellt, dass von diesen Aluminiumoxid den Wärmeausdehnungskoeffizienten der resultierenden Cordieritkeramiken reduziert (siehe z. B. JP S50 75 611 A ).
Wenn beispielsweise der Teilchendurchmesser eines α-Aluminiumoxids, das als ein Material für das Rohmaterial zur Bildung von Cordierit verwendet wird, 3 µm oder weniger beträgt, kommt es zu einer Reaktion mit Talk beim Brennen bei 1300 °C oder weniger. Die Reaktion zwischen einem α-Aluminiumoxid und Talk inhibiert eine Reaktion zwischen Talk und Kaolinit, die für die Erzeugung von Cordierit mit geringer Wärmeausdehnung wichtig ist (siehe z. B. JP S61-256 965A ). Und wenn andererseits der Teilchendurchmesser eines α-Aluminiumoxids, das als ein Material für das Rohmaterial zur Bildung von Cordierit verwendet wird, 15 µm oder mehr beträgt, muss die Reaktionstemperatur für die Cordieriterzeugung erhöht werden, und die resultierende Cordieritkeramik hat einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten mit schlechtem Wärmewiderstand und schlechter Temperaturwechselbeständigkeit.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken durch Formen und Erwärmen eines Cordierit-bildenden Rohmaterials, das α-Aluminiumoxid enthält, wird in US 2007/0281127 A1 offenbart.
Da, wie oben beschrieben, Aluminiumoxid, das als ein Material für ein Cordierit-bildendes Rohmaterial verwendet wird, den Wärmewiderstand und die Temperaturwechselbeständigkeit der Cordieritkeramiken als Endprodukte beeinflusst, wurden Verfahren vorgeschlagen, in denen die Wirkung von Aluminiumoxid, die den Wärmewiderstand und die Temperaturwechselbeständigkeit verringert, herabgesetzt ist. Es wurden jedoch weder Anordnungen noch Bedingungen zur Fertigung von Aluminiumoxid, das als ein Material für ein Cordierit-bildendes Rohmaterial verwendet wird, offenbart, die sich positiv auf die Verbesserung des Wärmewiderstandes und der Temperaturwechselbeständigkeit von Cordieritkeramiken auswirken.
Zusammenfassung der Erfindung
Daher sieht die vorliegende Erfindung die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Cordieritkeramiken mit verbessertem Wärmewiderstand und verbesserter Temperaturwechselbeständigkeit unter Verwendung eines α-Aluminiumoxidkristalls mit einer speziellen Form vor, indem die Kristallstruktur von Aluminiumoxid, das als ein Material für ein Cordierit-bildendes Rohmaterial verwendet wird, untersucht wird.
Um die obigen Probleme zu lösen, wiederholten die betreffenden Erfinder eine intensive Studie und fanden im Ergebnis heraus, dass Cordieritkeramiken mit hervorragendem Wärmewiderstand und hervorragender Temperaturwechselbeständigkeit durch Orientierung des α-Aluminiumoxidkristalls in einem geformten Gegenstand aus einem Cordierit-bildenden Rohmaterial erhalten werden können, was zu der vorliegenden Erfindung führte. Das heißt, gemäß der vorliegenden Erfindung wird das folgende Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken bereitgestellt.

[1] Ein Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken durch Formen und Erwärmen eines Cordierit-bildenden Rohmaterials, enthaltend α-Aluminiumoxid, wobei der Orientierungsgrad [ausgedrückt durch I₀₀₆ / (I₃₀₀ + I₀₀₆), worin I_hkl die Höhe der Röntgenstrahlenbeugungsintensität einer hkl-Fläche eines α-Aluminiumoxidkristalls ist] bei einer Röntgenstrahlenbeugungsmessung eines α-Aluminiumoxidkristalls in einem Formkörper aus dem Rohmaterial zur Bildung von Cordierit 0,10 oder mehr beträgt, und wobei das Verhältnis der durchschnittlichen Länge in α-Achsen- und b-Achsenrichtung zu der durchschnittlichen Länge in c-Achsenrichtung eines Kristalls eines α-Aluminiumoxidrohmaterialpulvers 3 oder mehr beträgt.
[2] Ein Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken gemäß [1] oben, wobei die Cordieritkeramiken eine wabenförmige Struktur haben.
[3] Ein Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken gemäß [1] oder [2] oben, wobei der Orientierungsgrad [ausgedrückt durch (I₁₀₀ + I₁₁₀) / (I₁₀₀ + I₁₁₀ + I₀₀₂ + I₀₀₄), worin I_hkl die integrale Röntgenbeugungs-Peakintensität einer hkl-Fläche eines Cordieritkristalls ist] der Cordieritkeramiken nach dem Erwärmen 0,92 oder mehr beträgt.
[4] Ein Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken gemäß einem von [1] bis [3] oben, wobei der durchschnittliche Wärmeausdehnungskoeffizient bei 40 bis 800 °C der Cordieritkeramiken nach dem Erwärmen 0,20 ppmK^-1 oder weniger beträgt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können Cordieritkeramiken erhalten werden, bei denen im Vergleich zu den herkömmlichen dominierend die c-Achse eines Cordieritkristalls orientiert ist, und die über einen hervorragenden Wärmewiderstand und hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit verfügen. Daher ist die vorliegende Erfindung industriell überaus nützlich und auch zur Herstellung oder dergleichen eines keramischen Katalysatorträgers verwendbar, der für einen Reinigungsapparat für Autoabgas verwendet wird, bei dem insbesondere ein hoher Wärmewiderstand und eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit erforderlich sind.
Figurenliste

[1] 1 ist eine schematische Ansicht, die die Form eines plattenförmigen α-Aluminiumoxidteilchens zeigt.
[2] 2 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Fläche senkrecht zu der c-Fläche und eine Fläche parallel zu der c-Fläche eines plattenförmigen Aluminiumoxidkristalls zeigt.

Bezugszeichenliste

1:: α-Aluminiumoxidteilchen;
11:: α-Aluminiumoxidkristall;
12:: Fläche senkrecht zur c-Fläche des Kristalls;
13:: Fläche parallel zur c-Fläche des Kristalls

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlicher beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch in keiner Weise auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt, und es können Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden, solange sie nicht vom Umfang der vorliegenden Erfindung abweichen.
Was die chemische Zusammensetzung von Cordierit (2MgO · 2Al₂O₃ · 5SiO₂) der vorliegenden Erfindung angeht, so wird gemischt, um so eine chemische Zusammensetzung mit 42 bis 56 Masse-% Siliciumdioxid (SiO₂), 30 bis 45 Masse-% Aluminiumoxid (Al₂O₃) und 12 bis 16 Masse-% Magnesiumoxid (MgO) bereitzustellen. Naturgemäß können bereits vermischte Komponenten wie zum Beispiel TiO₂, CaO, KNaO und Fe₂O₃ jedoch mit 5 Masse-% oder weniger insgesamt enthalten sein.
In der vorliegenden Erfindung werden Talk, Kaolinit, kalziniertes Kaolinit und Aluminiumoxid, die die Hauptkomponenten des Rohmaterials sind, durch ein üblicherweise bekanntes Verfahren miteinander vermischt, um so die obige chemische Zusammensetzung bereitzustellen. Es muss nicht erwähnt werden, dass neben den zuvor genannten Hauptkomponenten für das Rohmaterial geeignete Mengen an Aluminiumhydroxid, Siliciumdioxid, Methylcellulose als ein organisches Bindemittel, ein oberflächenaktives Mittel wie Kaliumlaurat und dergleichen miteinander vermischt werden, gefolgt von Kneten, um so einen gekneteten Ton zu erhalten. Hinsichtlich der Mittel zur Herstellung des gekneteten Tons durch Kneten eines Cordierit-bildenden Rohmaterials (Rohmaterial zum Formen) gibt es keine besondere Einschränkung, und es kann ein Verfahren eingesetzt werden, das beispielsweise einen Kneter, einen Vakuumkneter oder dergleichen nutzt.
Als nächstes wird der geknetete Ton aus dem Rohmaterial zur Bildung von Cordierit durch ein Formverfahren wie ein Extrusionsverfahren geformt, wodurch ein geformter Gegenstand in Wabenform erhalten wird. Der geformte Gegenstand in Wabenform wird dann getrocknet und gebrannt. Will man beispielsweise eine Wabenstruktur mit einem Durchmesser von 110 mm, einer Länge von 100 mm, einer Trennwanddicke von 75 µm und einer Zelldichte von 600 Zellen/In² erhalten, nachdem der extrudierte geformte Gegenstand getrocknet ist, wird der Gegenstand bei einer Temperatur von 1410 bis 1440 °C für etwa 3 bis 10 Stunden gebrannt, wodurch eine Cordieritwabenstruktur erhalten wird.
Alternativ können Cordieritkeramiken durch ein allgemeines Pressformverfahren unter Verwendung von geknetetem Ton aus einem Cordierit-bildenden Rohmaterial hergestellt werden. Beispielsweise können durch das Brennen eines geformten Gegenstandes, der durch ein Pressformverfahren unter den vorstehend genannten Bindungen geformt wurde, Cordieritkeramiken mit einer vorbestimmten Dicke hergestellt werden.
In dem Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken der vorliegenden Erfindung ist ein α-Aluminiumoxidteilchen mit einer speziellen Form als eines der Materialien für das Rohmaterial zur Bildung von Cordierit enthalten.
Es ist zu beachten, dass zum Erhalt stark c-Achsen-orientierter Cordieritkristalle durch Brennen, stark orientierte Kristalle eines Rohmaterials zur Bildung von Cordierit in einem geformten Gegenstand aus dem Rohmaterial zur Bildung von Cordierit vor dem Brennen effektiv sind. Daher ist das Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die c-Fläche ((006)-Fläche) eines α-Aluminiumoxidkristalls in einem geformten Gegenstand aus dem Rohmaterial zur Bildung von Cordierit bezogen auf die a-Fläche, die als Standard dient, orientiert ist.
Die zuvor erwähnte Orientierung der c-Fläche ((006)-Fläche) des α-Aluminiumoxidkristalls in dem geformten Gegenstand wird gemäß dem Orientierungsgrad unter Verwendung der Peakintensität, erhalten durch Messung der Röntgenstrahlenbeugung, bestimmt. Genauer gesagt, wird sie aus I₀₀₆ / (I₃₀₀ + I₀₀₆) (nachstehend manchmal als I-Verhältnis eines α-Aluminiumoxidkristalls bezeichnet, wobei I_hkl die Höhe der Röntgenstrahlenbeugungsintensität einer hkl-Fläche eines α-Aluminiumoxidkristalls ist) unter Verwendung der Peakintensität, erhalten durch die Messung der Röntgenstrahlenbeugungsintensität, berechnet. Wird die c-Fläche ((006)-Fläche) des α-Aluminiumoxidkristalls bezogen auf die Standardfläche willkürlich angeordnet, das heißt, ist die c-Fläche nicht orientiert, beträgt das I-Verhältnis des α-Aluminiumoxidkristalls 0,07. Ist das I-Verhältnis des α-Aluminiumoxidkristalls kleiner als 0,07, wird, wenn das I-Verhältnis kleiner wird, die c-Fläche ((006)-Fläche) des α-Aluminiumoxidkristalls so orientiert, dass sich die c-Fläche der Richtung senkrecht zur Standardfläche nähert. Ist das I-Verhältnis des α-Aluminiumoxidkristalls größer als 0,07, wird, wenn das I-Verhältnis größer wird, die c-Fläche ((006)-Fläche) des α-Aluminiumoxidkristalls so orientiert, dass sich die c-Fläche der Richtung parallel zur Standardfläche nähert. Dem ähnlich, kennzeichnet, was die Beziehung zwischen der c-Achsenrichtung des Kristalls und der Standardfläche des Kristalls, wie in 2 gezeigt, angeht, in dem Kristall 11 als der α-Aluminiumoxidkristall 12 eine Fläche senkrecht zu der c-Fläche ((006)-Fläche) des Kristalls 11 und 13 eine Fläche parallel zu der c-Fläche ((006)-Fläche) des Kristalls 11. In der vorliegenden Beschreibung kennzeichnet die Standardfläche die Fläche13 parallel zu der c-Fläche ((006)-Fläche) des Kristalls 11. (Das I-Verhältnis eines entorientierten α-Aluminiumoxidkristalls wurde aus der Peakintensität sowohl aus der 300-Fläche als auch der 006-Fläche der JSPDS-Karte 46-1212 berechnet.)
In dem Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, dass der Orientierungsgrad, berechnet aus dem I-Verhältnis des α-Aluminiumoxidkristalls, bezogen auf die Standardfläche in dem geformten Gegenstand aus einem Cordierit-bildenden Rohmaterial 0,10 oder mehr und bevorzugt 0,10 bis 0,50 beträgt. Der Orientierungsgrad, berechnet aus dem I-Verhältnis des α-Aluminiumoxidkristalls, beträgt stärker bevorzugt 0,20 bis 0,50 und am stärksten bevorzugt 0,40 bis 0,50, weil dies dahingehend ausgezeichnet ist, dass der Orientierungsgrad des Cordieritkristalls in Cordieritkeramiken, erhalten durch Brennen des geformten Gegenstandes, erhöht werden kann.
In dem Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken der vorliegenden Erfindung wird die Orientierung (der Grad der Cd-Orientierung) des Cordieritkristalls, der die erhaltenen Cordieritkeramiken bildet, gemäß dem Orientierungsgrad unter Verwendung der Peakintensität, erhalten durch die Messung der Röntgenstrahlenbeugung, bestimmt. Genauer gesagt, wird sie durch (I₁₀₀ + I₁₁₀) / (I₁₀₀ + I₁₁₀ + I₀₀₂ + I₀₀₄) (nachstehend manchmal als I-Verhältnis eines Cordieritkristalls bezeichnet, worin I_hkl die integrale Röntgenbeugungs-Peakintensität einer hkl-Fläche eines Cordieritkristalls ist) unter Verwendung der Peakintensität, erhalten durch die Messung der Röntgenstrahlenbeugung, berechnet. Ist die c-Achse des Cordieritkristalls nicht in Bezug auf die Standardfläche orientiert, beträgt das I-Verhältnis des Cordieritkristalls 0,863. Ist das I-Verhältnis des Cordieritkristalls kleiner als 0,863, wird, wenn das I-Verhältnis kleiner wird, die c-Achse des Cordieritkristalls so orientiert, dass sich die c-Achse der Richtung senkrecht zu der Standardfläche nähert. Ist andererseits das I-Verhältnis des Cordieritkristalls größer als 0,863, wird, wenn das I-Verhältnis größer wird, die c-Fläche des Cordieritkristalls so orientiert, dass sich die c-Fläche der Richtung parallel zu der Standardfläche nähert.
In dem Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken der vorliegenden Erfindung beträgt der durch das I-Verhältnis des Cordieritkristalls in den erhaltenen Cordieritkeramiken berechnete Orientierungsgrad 0,92 oder mehr, bevorzugt 0,92 bis 0,98. In dem Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken der vorliegenden Erfindung wird, wenn der Orientierungsgrad, berechnet aus dem I-Verhältnis des α-Aluminiumoxidkristalls bezogen auf die Standardfläche in dem geformten Gegenstand aus einem Cordierit-bildenden Rohmaterial, größer ist als 0,07, da der Orientierungsgrad größer wird, der Orientierungsgrad, berechnet aus dem I-Verhältnis des Cordieritkristalls bezogen auf dieselbe Standardfläche der resultierenden Cordieritkeramiken größer. Das heißt, wenn die c-Fläche ((006)-Fläche) des α-Aluminiumoxidkristalls parallel zu der Standardfläche des geformten Gegenstandes aus einem Cordierit-bildenden Rohmaterial orientiert ist, ist die c-Achse des Cordieritkristalls, der die resultierenden Cordieritkeramiken bildet, parallel zu der Standardfläche orientiert.
Wie in JP-A-50-075611 offenbart, zeigen Cordieritkeramiken, in denen die c-Achse des Cordieritkristalls parallel zu der Standardfläche orientiert ist, einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten parallel zu der Standardfläche und verfügen über einen hervorragenden Wärmewiderstand und eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit.
Beispielsweise kann in einer Cordierit-Wabenstruktur, bei der eine Fläche der Trennwände eines geformten Gegenstandes aus einem Cordierit-bildenden Rohmaterial als die Standardfläche eingesetzt wird, die c-Fläche ((006)-Fläche) des α-Aluminiumoxidkristalls parallel zu der Standardfläche orientiert sein. So kann durch die Orientierung des α-Aluminiumoxidkristalls in dem geformten Gegenstand die c-Achse des Cordieritkristalls parallel zu der Fläche der Trennwand der durch Brennen erhaltenen Cordierit-Wabenstruktur orientiert werden. Durch die oben beschriebene Kontrolle der Orientierung des Cordieritkristalls kann dauerhaft eine Cordierit-Wabenstruktur mit hervorragendem Wärmewiderstand und hervorragender Temperaturwechselbeständigkeit erhalten werden, wobei der durchschnittliche Wärmeausdehnungskoeffizient bei 40 bis 800 °C parallel zu den Flächen der Trennwände der Cordierit-Wabenstruktur auf bis zu 0,20 ppmK^-1 oder weniger gedämpft wird.
Zum Erhalt eines geformten Gegenstandes, in dem die c-Fläche ((006)-Fläche) des α-Aluminiumoxidkristalls parallel zur Standardfläche in dem geformten Gegenstand aus einem Cordierit-bildenden Rohmaterial orientiert ist, werden in der vorliegende Erfindung plattenförmige α-Aluminiumoxidteilchen als ein Material für das Rohmaterial zur Bildung von Cordierit verwendet.
Die Form der α-Aluminiumoxidteilchen kann grob in eine plattenartige Form und eine sphärische Form gegliedert werden. Im Allgemeinen ist in einem plattenförmigen α-Aluminiumoxidteilchen die Fläche mit dem größten Raum in einem Teilchen die c-Fläche ((006)-Fläche). Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken, enthaltend ein Teilchen 1 aus einem α-Aluminiumoxidkristall in dem Rohmaterial, das plattenförmig ist, wie in 1 gezeigt.
Die Größe des Teilchens (Rohmaterialpulver), das einen plattenförmigen α-Aluminiumoxidkristall enthält, der als ein Material in dem Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird durch Laserbeugungsstreuungsverfahren als mittlerer Durchmesser bestimmt und kann 1 bis 50 µm betragen.
In dem in der vorliegenden Erfindung verwendeten Teilchen 1, das einen plattenförmigen α-Aluminiumoxidkristall enthält, beträgt das Verhältnis (nachstehend manchmal als D/H bezeichnet) der durchschnittlichen Länge D in a-Achsenrichtung und b-Achsenrichtung zu der Länge H in c-Achsenrichtung des Kristalls 3 oder mehr, bevorzugt 5 oder mehr. Hierin ist in 1 die durchschnittliche Länge H in c-Achsenrichtung des Kristalls in dem Teilchen 1, das einen α-Aluminiumoxidkristall enthält, die durchschnittliche Dicke des plattenförmigen Teilchens 1, und die durchschnittliche Länge D in α-Achsenrichtung und b-Achsenrichtung des Kristalls ist die durchschnittliche Breite in α-Achsenrichtung und b-Achsenrichtung in dem plattenförmigen Teilchen 1. Genauer gesagt, werden die durchschnittliche Länge H in c-Achsenrichtung des Kristalls des plattenförmigen Teilchens 1 und die durchschnittliche Länge D in α-Achsenrichtung und b-Achsenrichtung des Kristalls durch ein Elektronenmikroskop und Elektronenrückstreuungsbeugung (EBSD) gemessen.
In der vorliegenden Erfindung beträgt das D/H des plattenförmigen α-Aluminiumoxidteilchens 1 als ein Material bevorzugt 3 bis 20, da der Orientierungsgrad des α-Aluminiumoxidkristalls bezogen auf die Standardfläche in dem resultierenden geformten Gegenstand 0,12 oder mehr wird. Das D/H des α-Aluminiumoxidteilchens 1 beträgt bevorzugt 7 bis 20, da der Orientierungsgrad des α-Aluminiumoxidkristalls bezogen auf die Standardfläche in dem resultierenden geformten Gegenstand 0,2 oder mehr wird. Das D/H des α-Aluminiumoxidteilchens 1 beträgt am stärksten bevorzugt 20 oder mehr, da diese Spezifikation dahingehend ausgezeichnet ist, dass der Orientierungsgrad des α-Aluminiumoxidkristalls bezogen auf die Standardfläche in dem geformten Gegenstand 0,4 oder mehr wird, wodurch Cordieritkeramiken mit verbessertem Wärmewiderstand und verbesserter Temperaturwechselbeständigkeit mit einem durchschnittlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,10 ppmK^-1 bei 40 bis 800 °C erhalten werden.
In der vorliegenden Erfindung kann als ein anderes Cordierit-bildendes Rohmaterial als das plattenförmige α-Aluminiumoxidteilchen 1 auch Talk und/oder Kaolinit als plattenförmiges Teilchen enthalten sein. Ferner können Siliciumdioxid und/oder Magnesiumoxid als sphärisches Teilchen als Material(ien) für das Rohmaterial zur Bildung von Cordierit enthalten sein.
Die anderen Hauptmaterialien des Rohmaterials zur Bildung von Cordierit als das plattenförmige α-Aluminiumoxidteilchen 1 können auf Siliciumdioxid und/oder Magnesiumoxid in sphärischer Form ohne Auswahl von Talk oder Kaolinit als plattenförmige Teilchen beschränkt sein. Die Einschränkung bei einem Material als plattenförmiges Teilchen auf α-Aluminiumoxid ermöglicht die Orientierung der c-Fläche ((006)-Fläche) des α-Aluminiumoxidkristalls parallel zu der Standardfläche in dem resultierenden geformten Gegenstand aus einem Cordierit-bildenden Rohmaterial.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung basierend auf den Beispielen ausführlicher beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch keineswegs auf die Beispiele beschränkt.
(Herstellung und Extrusion des Cordierit-bildenden Rohmaterials)
Zehn Arten von Rohmaterialien zur Bildung von Cordierit mit den in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen wurden unter Verwendung von Aluminiumoxid mit dem in Tabelle 1 gezeigten D/H als die Aluminiumoxidquelle hergestellt. In einen Kneter wurden 100 Masseteile von dem Rohmaterial zur Bildung von Cordierit, 5 Masseteile Methylcellulose als organisches Bindemittel, 0,5 Masseteile Kaliumlaurat als oberflächenaktives Mittel und 33 Masseteile Wasser gegeben, und diese wurden 30 Minuten unter Erhalt von geknetetem Ton geknetet. Der geknetete Ton wurde zur Extrusion in einen Extruder gegeben, wodurch ein zylindrischer, wabenförmig geformter Gegenstand erhalten wurde.
Nachdem der wabenförmig geformte Gegenstand dielektrisch und heißluftgetrocknet worden ist, wurden als nächstes beide Endflächen auf die vorbestimmten Ausmaße zugeschnitten, wodurch ein wabenförmiger, getrockneter Gegenstand erhalten wurde. Der wabenförmige, getrocknete Gegenstand wurde bei 1430 °C fünf Stunden gebrannt, wodurch eine zylindrische Wabenstruktur gefertigt wurde (gebrannter Gegenstand). Die Wabenstruktur hatte einen Durchmesser von 110 mm, eine Gesamtlänge (Strömungskanallänge) von 100 mm, eine Trennwanddicke von 75 µm und eine Zelldichte von 600 Zellen/In². Von den Grünkörpern A bis J in Tabelle 1 wurden A bis C und F bis H als Beispiele der vorliegenden Erfindung verwendet, wie später beschrieben, und D, E, I und J wurden als Vergleichsbeispiele verwendet.
(Herstellung und Pressformen des Cordierit-bildenden Rohmaterials)

Zehn Arten von Rohmaterialien zur Bildung von Cordierit mit den in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen wurden unter Verwendung von Aluminiumoxid mit dem in Tabelle 1 gezeigten D/H als die Aluminiumoxidquelle hergestellt. Jedes der Rohmaterialien zur Bildung von Cordierit wurde 15 Minuten mit einem Kneter geknetet, und das gemischte Pulver wurde unter Erhalt eines pressgeformten Gegenstandes monoaxial pressgeformt. Der pressgeformte Gegenstand wurde bei 1430 °C fünf Stunden gebrannt. Die durch das Brennen des durch Pressformen erhaltenen geformten Gegenstandes erhaltenen Cordieritkeramiken hatten einen Durchmesser von 20 mm und eine Dicke von 5 mm. Von den Grünkörpern A bis J in Tabelle 1 wurden A bis C und F bis H als Beispiele der vorliegenden Erfindung verwendet, wie später beschrieben, und D, E, I und J wurden als Vergleichsbeispiele verwendet. Tabelle 1

Grünkörper Nr.	Rohmaterial Aluminiumoxid D/H	hergestellte Zusammensetzung (Masse-%)
Grünkörper Nr.	Rohmaterial Aluminiumoxid D/H	Talk	Kaolinit	kalz. Kaolinit	Aluminiumoxid	Siliciumdioxid	Magnesiumoxid
A	3,5	41	22	22	14	1	0
B	7	41	22	22	14	1	0
C	20	41	22	22	14	1	0
D	1,5	41	22	22	14	1	0
E	2,6	41	22	22	14	1	0
F	3,5	0	0	0	35	51	14
G	7	0	0	0	35	51	14
H	20	0	0	0	35	51	14
I	1,5	0	0	0	35	51	14
J	2,6	0	0	0	35	51	14

(Beispiele 1 bis 6 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4)

Wie in Tabelle 2 gezeigt, konnte, wenn der Orientierungsgrad des α-Aluminiumoxidkristalls des durch Extrusion erhaltenen geformten Gegenstandes 0,10 oder mehr betrug, selbst wenn die Rohmaterialzusammensetzung eine andere war als α-Aluminiumoxid, der Grad der Cd-Orientierung der Wabenstruktur (gebrannter Gegenstand) 0,92 oder mehr betragen, und der durchschnittliche Wärmeausdehnungskoeffizient bei 40 bis 800 °C konnte 0,20 ppmK^-1 oder weniger betragen. Lag der Orientierungsgrad des α-Aluminiumoxidkristalls des durch Extrusion erhaltenen geformten Gegenstandes unter 0,10, lag der Grad der Cd-Orientierung der Wabenstruktur (gebrannter Gegenstand) unter 0,92, wobei der durchschnittliche Wärmeausdehnungskoeffizient bei 40 bis 800 °C über 0,20 ppmK^-1 lag und nur Ergebnisse, die denen herkömmlicher Gegenstände entsprachen, erhalten werden konnten. Tabelle 2

	Grünkörper Nr.	Formverfahren	Grad der Aluminiumoxidorientierung in dem geformten Gegenstand	Grad der Cd-Orientierung in dem gebrannten Gegenstand	Wärmeausdehnungskoeffizient (ppmK^-1)
Beispiel 1	A	Extrusion	0,12	0,92	0,19
Beispiel 2	B	Extrusion	0,21	0,85	0,14
Beispiel 3	C	Extrusion	0,41	0,97	0,07
Beispiel 4*	D	Extrusion	0,14	0,93	0,17
Beispiel 5*	E	Extrusion	0,25	0,96	0,10
Beispiel 6	F	Extrusion	0,45	0,98	0,05
Vgl.-Bsp. 1	G	Extrusion	0,05	0,89	0,43
Vgl.-Bsp. 2	H	Extrusion	0,08	0,90	0,35
Vgl.-Bsp. 3	I	Extrusion	0,04	0,89	0,43
Vgl.-Bsp. 4	J	Extrusion	0,08	0,90	0,31
*nicht erfindungsgemäß

(Beispiele 7 bis 12 und Vergleichsbeispiele 5 bis 8)

Wie in Tabelle 3 gezeigt, konnte, wenn der Orientierungsgrad des α-Aluminiumoxidkristalls des durch Pressformen erhaltenen geformten Gegenstandes 0,10 oder mehr betrug, selbst wenn die Rohmaterialzusammensetzung eine andere war als α-Aluminiumoxid, der Grad der Cd-Orientierung der durch Brennen des geformten Gegenstandes, erhalten durch Pressenformen, erhaltenen Cordieritkeramiken 0,92 oder mehr betragen. Lag der Orientierungsgrad des α-Aluminiumoxidkristalls des durch Pressformen erhaltenen geformten Gegenstandes unter 0,10, lag der Grad der Cd-Orientierung der durch Brennen des geformten Gegenstandes, erhalten durch Pressformen, erhaltenen Cordieritkeramiken unter 0,92, und es konnten nur die Ergebnisse, die denen herkömmlicher Gegenstände entsprechen, erhalten werden. Aus dem Obigen ergibt sich, dass es selbst in dichten Cordierit-Gegenständen wie Cordieritkeramiken, erhalten durch Brennen der durch Pressformen erhaltenen geformten Gegenstände möglich war, den Grad der Cd-Orientierung zu erhöhen, indem der Orientierungsgrad des α-Aluminiumoxidkristalls in einem geformten Gegenstand auf dieselbe Art und Weise wie in der Wabenstruktur (gebrannter Körper) erhöht wurde. Tabelle 3

	Griinkörper Nr.	Formverfahren	Grad der Aluminiumoxidorientierung im geformten Gegenstand	Grad der Cd-Orientierung im gebrannten Gegenstand
Beispiel 7	A	Press formen	0,12	0,92
Beispiel 8	B	Pressformen	0,18	0,94
Beispiel 9	C	Pressformen	0,37	0,97
Beispiel 10*	D	Pressformen	0,10	0,92
Beispiel 11*	E	Pressformen	0,22	0,95
Beispiel 12	F	Pressformen	0,42	0,97
Vgl.-Bsp. 5	G	Pressformen	0,03	0,89
Vgl.-Bsp. 6	H	Pressformen	0,06	0,90
Vgl.-Bsp. 7	I	Pressformen	0,06	0,90
Vgl.-Bsp. 8	J	Pressformen	0,09	0,90
* nicht erfindungsgemäß

Die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Cordieritkeramiken sind als keramische Katalysatorträger geeignet, die für einen Reinigungsapparat für Autoabgas verwendet werden, die insbesondere einen hohen Wärmewiderstand und hohe Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen müssen, und industriell überaus nützlich.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken durch Formen und Erwärmen eines Cordierit-bildenden Rohmaterials, enthaltend α-Aluminiumoxid, wobei der Orientierungsgrad, ausgedrückt durch I₀₀₆ / (I₃₀₀ + I₀₀₆), worin I_hkl die Höhe der Röntgenstrahlenbeugungsintensität einer hkl-Fläche eines α-Aluminiumoxidkristalls ist, bei einer Röntgenstrahlenbeugungsmessung eines α-Aluminiumoxidkristalls in einem Formkörper aus dem Rohmaterial zur Bildung von Cordierit 0,10 oder mehr beträgt, und wobei das Verhältnis der durchschnittlichen Länge in a-Achsen- und b-Achsenrichtung zu der durchschnittlichen Länge in c-Achsenrichtung eines Kristalls eines α-Aluminiumoxidrohmaterialpulvers 3 oder mehr beträgt.
Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken nach Anspruch 1, wobei die Cordieritkeramiken eine wabenförmige Struktur haben.
Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken nach Anspruche 1 oder 2, wobei der Orientierungsgrad, ausgedrückt durch (I₁₀₀ + I₁₁₀) / (I₁₀₀ + I₁₁₀ + I₀₀₂ + I₀₀₄), worin I_hkl die integrale Röntgenbeugungs-Peakintensität einer hkl-Fläche eines Cordieritkristalls ist, der Cordieritkeramiken nach dem Erwärmen 0,92 oder mehr beträgt.
Verfahren zur Herstellung von Cordieritkeramiken nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der durchschnittliche Wärmeausdehnungskoeffizient bei 40 bis 800 °C der Cordieritkeramiken nach dem Erwärmen 0,20 ppmK^-1 oder weniger beträgt.