(57)【要約】  ガラスリボンを溶融延伸するためのセラミック成形デバイスがハニカム構造物を備える。さらに別の実施例において、ガラスリボンを溶融延伸する方法が、ハニカム構造物を有するセラミック成形デバイスを提供する工程を包含する。ガラスリボンを溶融延伸するためのセラミック成形デバイスを製造する方法が、セラミック成形バッチ材料をダイ部材を通して押出して、未焼成体を通って延在する複数の溝を少なくとも部分的に画定する複数の壁を備えるハニカム構造物を有する未焼成体を形成する工程を包含する。複数の壁の各々の、相当する一対の溝の間の画定された厚さが約０．５ｍｍ〜約３０ｍｍである。この方法が、未焼成体を焼成して、ハニカム構造物を有する焼成セラミック体を形成する工程をさらに包含する。この方法が、ウエッジと一対の堰によって少なくとも部分的に画定されたトラフとを有するセラミック成形デバイスを提供する工程をさらに包含し、そこでハニカム構造物がセラミック成形デバイスの少なくとも一部を形成する。
2014525390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形ウエッジの対向した端部の間に延在する一対の下方に傾斜した成形表面部分を含む成形ウエッジを含む、ガラスリボンを溶融延伸するためのセラミック成形デバイスであって、前記一対の下方に傾斜した成形表面部分が各々、下流の方向に集まって前記成形ウエッジの根部を形成し、ハニカム構造物がセラミック成形デバイスの少なくとも一部を形成し、前記ハニカム構造物が、複数の溝を少なくとも部分的に画定する複数の壁を含むことを特徴とする、セラミック成形デバイス。
【請求項２】
トラフの対向する側面を画定する第１の堰および第２の堰を備える一対の堰によって少なくとも部分的に画定されたトラフをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のセラミック成形デバイス。
【請求項３】
前記トラフが、前記一対の堰の少なくとも１つの頂部とセラミック成形デバイスの軸に沿って変化する前記トラフの下部との間の深さを備えることを特徴とする、請求項２に記載のセラミック成形デバイス。
【請求項４】
前記ハニカム構造物の前記複数の壁の各々の、相当する一対の溝の間に画定された厚さが約０．５ｍｍ〜約３０ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載のセラミック成形デバイス。
【請求項５】
前記ハニカム構造物が、約１／２５の溝／ｃｍ２〜約２０の溝／ｃｍ２の溝密度を有することを特徴とする、請求項１に記載のセラミック成形デバイス。
【請求項６】
ガラスリボンを溶融延伸する方法において、
（Ｉ）トラフの対向する側面を画定する第１の堰および第２の堰を備える一対の堰によって少なくとも部分的に画定されたトラフを含むセラミック成形デバイスであって、該セラミック成形デバイスが、成形ウエッジの対向した端部の間に延在する一対の下方に傾斜した成形表面部分を含む成形ウエッジをさらに備え、前記一対の下方に傾斜した成形表面部分が各々、下流の方向に集まって前記成形ウエッジの根部を形成し、ハニカム構造物が前記セラミック成形デバイスの少なくとも一部を形成し、前記ハニカム構造物が、複数の溝を少なくとも部分的に画定する複数の壁を含むものであるセラミック成形デバイスを提供する工程と、
（ＩＩ）ガラス溶融体を前記セラミック成形デバイスの前記トラフ内に導入する工程と、
（ＩＩＩ）溶融ガラスを前記一対の堰の上部縁の上の前記トラフからあふれさせ、相当する溶融ガラス板が、内側に傾斜した各々の成形表面部分を下方へ移動するようにする工程と、
（ＩＶ）前記溶融ガラス板を一緒に、ガラスリボンとして前記成形ウエッジの前記根部から溶融延伸する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
工程（Ｉ）が、前記一対の堰の少なくとも一部を形成する前記ハニカム構造物を提供することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ガラスリボンを溶融延伸するためのセラミック成形デバイスを製造する方法において、
（Ｉ）セラミック成形バッチ材料をダイ部材を通して押出して、未焼成体であって、該未焼成体を通って延在する複数の溝を少なくとも部分的に画定する複数の壁を備えるハニカム構造物を有し、前記複数の壁の各々の、相当する一対の前記溝の間の画定された厚さが約０．５ｍｍ〜約３０ｍｍである未焼成体を形成する工程と、
（ＩＩ）前記未焼成体を焼成して、前記ハニカム構造物を有する焼成セラミック体を形成する工程と、
（ＩＩＩ）ウエッジと一対の堰によって少なくとも部分的に画定されたトラフとを有し、前記ハニカム構造物が少なくとも一部を形成するセラミック成形デバイスを提供する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、２０１１年８月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／５２９５０４号明細書（その内容に依拠し、その全体において参照によって本明細書に組み込む）の米国法典第３５編第１１９条の優先権の利点を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は一般に、セラミック成形デバイスに関し、より詳しくは、ハニカム構造物を備えるセラミック成形デバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般にガラス製造装置を使用してＬＣＤ板ガラスなどの様々なガラス製品を成形する。溶融ガラスをセラミック成形デバイスの上で下方に流し、ガラスリボンをセラミック成形デバイスから溶融延伸することによって板ガラスを製造することが公知である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以下の内容は、詳細な説明において説明されたいくつかの実施例の態様の基本的理解を提供するために開示の簡単な要約を示す。
【０００５】
開示の一実施例の態様において、ガラスリボンを溶融延伸するためのセラミック成形デバイスが提供される。セラミック成形デバイスが、成形ウエッジの対向した端部の間に延在する一対の下方に傾斜した成形表面部分を含む成形ウエッジを備える。一対の下方に傾斜した成形表面部分が各々、下流の方向に集まって成形ウエッジの根部を形成する。ハニカム構造物がセラミック成形デバイスの少なくとも一部を形成し、ハニカム構造物が、複数の溝を少なくとも部分的に画定する複数の壁を含む。
【０００６】
態様の一実施形態において、セラミック成形デバイスが、トラフの対向する側面を画定する第１の堰および第２の堰を備える一対の堰によって少なくとも部分的に画定されたトラフをさらに含む。
【０００７】
態様の別の実施形態において、トラフが、一対の堰の少なくとも１つの頂部とセラミック成形デバイスの軸に沿って変化するトラフの下部との間の深さを備える。
【０００８】
態様のさらに別の実施形態において、ハニカム構造物が、一対の堰の少なくとも一部を形成する。
【０００９】
態様のさらに別の実施形態において、ハニカム構造物が、成形ウエッジの少なくとも一部を形成する。
【００１０】
態様の別の実施形態において、ハニカム構造物の複数の壁の各々の、相当する一対の溝の間に画定された厚さが約０．５ｍｍ〜約３０ｍｍ、特定の実施形態において多くとも２５ｍｍ、特定の実施形態において多くとも２０ｍｍ、特定の実施形態において多くとも１５ｍｍ、特定の実施形態において多くとも１０ｍｍ、特定の実施形態において多くとも８ｍｍ、特定の実施形態において多くとも５ｍｍ、特定の実施形態において多くとも３ｍｍ、特定の実施形態において多くとも２ｍｍ、特定の実施形態において多くとも１ｍｍである。
【００１１】
態様のさらに別の実施形態において、ハニカム構造物が、約１／２５の溝／ｃｍ２〜約２０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／２０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／１５の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／１０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／５の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／２の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも２つの溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも５つの溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１５の溝／ｃｍ２の溝密度を有する。
【００１２】
態様のさらに別の実施形態において、セラミック成形デバイスが、ハニカム構造物の外周表面の上に配置された耐火材料の外層をさらに含む。
【００１３】
態様の一実施形態において、耐火材料の外層がセラミック材料を含む。
【００１４】
態様のさらに別の実施形態において、外層のセラミック材料が、独立セル多孔質構造物を含む。
【００１５】
開示の別の実施例の態様において、ガラスリボンを溶融延伸する方法が、トラフの対向する側面を画定する第１の堰および第２の堰を備える一対の堰によって少なくとも部分的に画定されたトラフを含むセラミック成形デバイスを提供する工程（Ｉ）を含む。セラミック成形デバイスが、成形ウエッジの対向した端部の間に延在する一対の下方に傾斜した成形表面部分を含む成形ウエッジをさらに備える。一対の下方に傾斜した成形表面部分が各々、下流の方向に集まって成形ウエッジの根部を形成する。ハニカム構造物がセラミック成形デバイスの少なくとも一部を形成し、ハニカム構造物が、複数の溝を少なくとも部分的に画定する複数の壁を含む。方法が、ガラス溶融体をセラミック成形デバイスのトラフ内に導入する工程（ＩＩ）をさらに包含する。方法が、溶融ガラスを一対の堰の上部縁の上のトラフからあふれさせ、相当する溶融ガラス板が、内側に傾斜した各々の成形表面部分を下方へ移動するようにする工程（ＩＩＩ）をさらに包含する。方法が、溶融ガラス板を一緒に、ガラスリボンとして成形ウエッジの根部から溶融延伸する工程（ＩＶ）をさらに包含する。
【００１６】
態様の一実施形態において、工程（Ｉ）が、一対の堰の少なくとも一部を形成するハニカム構造物を提供する。
【００１７】
態様の別の実施形態において、工程（Ｉ）が、成形ウエッジの少なくとも一部を形成するハニカム構造物を提供する。
【００１８】
態様のさらに別の実施形態において、工程（Ｉ）が、成形ウエッジ全体を実質的に形成するハニカム構造物を提供する。
【００１９】
態様の別の実施形態において、工程（Ｉ）が、成形ウエッジを形成するハニカム構造物の外周表面の上に配置された耐火材料の外層を提供する。
【００２０】
態様のさらに別の実施形態において、工程（Ｉ）が、ハニカム構造物の外周表面の上に配置された耐火材料の外層を提供する。
【００２１】
態様のさらに別の実施形態において、工程（Ｉ）が、相当する一対の溝の間に画定された厚さが約０．５ｍｍ〜約３０ｍｍ、特定の実施形態において多くとも２５ｍｍ、特定の実施形態において多くとも２０ｍｍ、特定の実施形態において多くとも１５ｍｍ、特定の実施形態において多くとも１０ｍｍ、特定の実施形態において多くとも８ｍｍ、特定の実施形態において多くとも５ｍｍ、特定の実施形態において多くとも３ｍｍ、特定の実施形態において多くとも２ｍｍ、特定の実施形態において多くとも１ｍｍであるハニカム構造物の複数の壁の各々を提供する。
【００２２】
態様の別の実施形態において、工程（Ｉ）が、溝密度が約１／２５の溝／ｃｍ２〜約２０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／２０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／１５の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／１０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／５の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／２の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１つの溝／ｃｍ２、特定の実施形態少なくとも２つの溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも５つの溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１５の溝／ｃｍ２であるハニカム構造物を提供する。
【００２３】
開示のさらなる実施例の態様において、ガラスリボンを溶融延伸するためのセラミック成形デバイスを製造する方法が、（Ｉ）セラミック成形バッチ材料をダイ部材を通して押出して、未焼成体であって、該未焼成体を通って延在する複数の溝を少なくとも部分的に画定する複数の壁を備えるハニカム構造物を有する未焼成体を形成する工程を含む。複数の壁の各々の、相当する一対の溝の間の画定された厚さが約０．５ｍｍ〜約３０ｍｍ、特定の実施形態において多くとも２５ｍｍ、特定の実施形態において多くとも２０ｍｍ、特定の実施形態において多くとも１５ｍｍ、特定の実施形態において多くとも１０ｍｍ、特定の実施形態において多くとも８ｍｍ、特定の実施形態において多くとも５ｍｍ、特定の実施形態において多くとも３ｍｍ、特定の実施形態において多くとも２ｍｍ、特定の実施形態において多くとも１ｍｍである。方法が、（ＩＩ）未焼成体を焼成して、ハニカム構造物を有する焼成セラミック体を形成する工程をさらに包含する。方法が、（ＩＩＩ）ウエッジと一対の堰によって少なくとも部分的に画定されたトラフとを有し、ハニカム構造物が少なくとも一部を形成するセラミック成形デバイスを提供する工程をさらに包含する。
【００２４】
態様の一実施形態において、工程（ＩＩＩ）が、機械加工プロセスを使用してセラミック成形デバイスを提供する工程を包含する。
【００２５】
態様の別の実施形態において、工程（ＩＩＩ）の機械加工プロセスが、工程（ＩＩ）の前に未焼成体を機械加工する工程を包含する。
【００２６】
態様の別の実施形態において、工程（ＩＩＩ）の機械加工プロセスが、焼成セラミック体を工程（ＩＩ）の後に機械加工する工程を包含する。
【００２７】
態様の別の実施形態において、工程（Ｉ）が、溝密度が約１／２５の溝／ｃｍ２〜約２０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／２０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／１５の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／１０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／５の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／２の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１つの溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも２つの溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも５つの溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１５の溝／ｃｍ２であるハニカム構造物を形成する。
【００２８】
態様の別の実施形態において、ハニカム構造物が、セラミック成形デバイスのウエッジの少なくとも一部を形成する。
【００２９】
態様の別の実施形態において、セラミック体が、実質的に独立したセルの多孔質構造物を含有する。
【００３０】
態様の別の実施形態において、方法は、第１の平均粒度を有する第１の量の粒子を第１の平均粒度より大きい第２の平均粒度を有する第２の量の粒子と混合することによってセラミック成形材料を調製する工程をさらに含む。
【００３１】
態様の別の実施形態において、第１および第２の量の粒子がアルミナ粒子を含む。
【００３２】
態様の別の実施形態において、第１の量のアルミナ粒子の第１の平均粒度が約０．６マイクロメートルであり、第２の量のアルミナ粒子の第２の平均粒度が約２．７マイクロメートルである。
【００３３】
態様の別の実施形態において、第１の量のアルミナ粒子の、第２の量のアルミナ粒子に対する重量比が約３：１である。
【００３４】
態様の別の実施形態において、第１および第２の量の粒子がジルコン粒子を含む。
【００３５】
態様の別の実施形態において、第１の量のジルコン粒子の第１の平均粒度が約１マイクロメートルであり、第２の量のジルコン粒子の第２の平均粒度が約７マイクロメートルである。
【００３６】
態様の別の実施形態において、第１の量のジルコン粒子の、第２の量のジルコン粒子に対する重量比が約１：１である。
【００３７】
態様の別の実施形態において、方法が、耐火材料の外層をハニカム構造物の外周表面に適用する工程をさらに含む。
【００３８】
態様の別の実施形態において、方法が、工程（ＩＩ）の間に燃焼チャンバ内の雰囲気の酸素レベルを低減する工程をさらに含む。
【００３９】
態様の別の実施形態において、方法が、工程（ＩＩ）の間に流体を複数の溝を通して圧入する工程をさらに含む。
【００４０】
態様の別の実施形態において、方法が、工程（ＩＩ）の間にスチームを複数の溝を通して圧入する工程をさらに含む。
【００４１】
開示のさらに別の実施例の態様において、ガラスリボンを溶融延伸するためのセラミック成形デバイスを製造する方法が、セラミック成形バッチ材料をダイ部材を通して押出して、未焼成体であって、この未焼成体を通って延在する複数の溝を少なくとも部分的に画定する複数の壁を備えるハニカム構造物を有する未焼成体を形成する工程を含み、そこで複数の壁の各々の、相当する一対の溝の間の画定された厚さが約０．５ｍｍ〜約３０ｍｍ、特定の実施形態において多くとも２５ｍｍ、特定の実施形態において多くとも２０ｍｍ、特定の実施形態において多くとも１５ｍｍ、特定の実施形態において多くとも１０ｍｍ、特定の実施形態において多くとも８ｍｍ、特定の実施形態において多くとも５ｍｍ、特定の実施形態において多くとも３ｍｍ、特定の実施形態において多くとも２ｍｍ、特定の実施形態において多くとも１ｍｍであり、ハニカム構造物が、約１／２５の溝／ｃｍ２〜約２０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／２０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／１５の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／１０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／５の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／２の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１つの溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも２つの溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも５つの溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１５の溝／ｃｍ２の溝密度を有する。方法が、未焼成体を機械加工し、グリーン成形デバイスがウエッジと一対の堰によって少なくとも部分的に画定されたトラフとを提供されるようにする工程をさらに包含し、そこでハニカム構造物がグリーン成形デバイスの少なくとも一部を形成する。方法が、グリーン成形デバイスを焼成して、ハニカム構造物を有する焼成されたセラミック成形デバイスを形成する工程をさらに包含する。
【００４２】
開示のさらに別の実施例の態様において、ガラスリボンを溶融延伸するためのセラミック成形デバイスを製造する方法が、セラミック成形バッチ材料をダイ部材を通して押出して、未焼成体であって、この未焼成体を通って延在する複数の溝を少なくとも部分的に画定する複数の壁を備えるハニカム構造物を有する未焼成体を形成する工程を含む。複数の壁の各々の、相当する一対の溝の間の画定された厚さが約０．５ｍｍ〜約３０ｍｍ、特定の実施形態において多くとも２５ｍｍ、特定の実施形態において多くとも２０ｍｍ、特定の実施形態において多くとも１５ｍｍ、特定の実施形態において多くとも１０ｍｍ、特定の実施形態において多くとも８ｍｍ、特定の実施形態において多くとも５ｍｍ、特定の実施形態において多くとも３ｍｍ、特定の実施形態において多くとも２ｍｍ、特定の実施形態において多くとも１ｍｍであり、ハニカム構造物が、約１／２５の溝／ｃｍ２〜約２０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／２０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／１５の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／１０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／５の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／２の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１つの溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも２つの溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも５つの溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１５の溝／ｃｍ２の溝密度を有する。方法が、未焼成体を焼成して、ハニカム構造物を有する焼成セラミック体を形成する工程をさらに包含する。方法が、焼成セラミック体を機械加工し、セラミック成形デバイスがウエッジと一対の堰によって少なくとも部分的に画定されたトラフとを提供されるようにする工程をさらに包含し、そこでハニカム構造物がセラミック成形デバイスの少なくとも一部を形成する。
【００４３】
以下の詳細な説明を添付した図面を参照して読むとき、これらおよびその他の態様はより良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】開示の態様によるセラミック成形デバイスを備える溶融延伸装置の略図である。
【図２】図１のセラミック成形デバイスの拡大断面斜視図である。
【図３】図２のハニカム構造物および外層の拡大図である。
【図４】焼成されたセラミック材料の独立多孔質構造物の拡大図である。
【図５】セラミック成形バッチ材料をダイ部材を通して押出して未焼成体を形成する押出法を示す略図である。
【図６】第１の量のアルミナ粒子および第２の量のアルミナ粒子の実施例の粒子分布を示す。
【図７】図６の第１の量のアルミナ粒子および第２の量のアルミナ粒子の組合わせの計算された分布および実際の分布を示す。
【図８】図５のダイ部材の一部の拡大部分断面図である。
【図９】図５の線９−９についての分割未焼成体の断面図である。
【図１０】未焼成体を焼成して焼成セラミック体を形成する方法を示す。
【図１１】未焼成体を焼成して焼成セラミック体を形成するための実施例の焼成サイクルを示す。
【図１２】セラミック成形デバイスの堰、トラフおよび成形ウエッジの外側外周形状に近似の外周形状を有するハニカム構造物を提供する機械加工法を図解的に示す。
【図１３】ハニカム構造物の機械加工された表面に適用された耐火材料の外層を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
実施例は、例示的な実施形態が示される添付した図面を参照してここで以下により完全に説明される。可能なときはいつでも、同じ参照符号は、同じかまたは同様な部分を指すために図面全体にわたって使用される。しかしながら、態様は多くの異なった形態において具体化されてもよく、本明細書に示された実施形態に限定されるとして解釈されるべきでない。
【００４６】
図１は、ガラスリボン１０３を溶融延伸し、次いでガラス板に加工するための溶融延伸装置１０１の略図を示す。溶融延伸装置１０１は、貯蔵ビン１０９からバッチ材料１０７を受容するように構成された溶融容器１０５を備えることができる。バッチ材料１０７を、モーター１１３によって動力供給されるバッチ供給デバイス１１１によって導入することができる。任意選択の制御器１１５は、矢印１１７によって示されるように、モーター１１３を始動させて所望の量のバッチ材料１０７を溶融容器１０５に導入するように構成され得る。ガラス金属プローブ１１９を使用して直立管１２３内のガラス溶融体１２１レベルを測定することができ、測定された情報を通信回線１２５によって制御器１１５に送ることができる。
【００４７】
また、溶融延伸装置１０１は、溶融容器１０５から下流に配置されて第１の接続管１２９によって溶融容器１０５に結合された、清澄容器１２７、例えば清澄管を備えることができる。また、混合容器１３１、例えば撹拌チャンバを清澄容器１２７から下流に配置することができ、供給容器１３３、例えばボウルを混合容器１３１から下流に配置してもよい。示されるように、第２の接続管１３５は清澄容器１２７を混合容器１３１に結合することができ、第３の接続管１３７は混合容器１３１を供給容器１３３に結合することができる。さらに図示されるように、立下り管１３９を配置してガラス溶融体１２１を供給容器１３３からセラミック成形デバイス１４３の入口１４１に供給することができる。示されるように、溶融容器１０５、清澄容器１２７、混合容器１３１、供給容器１３３、およびセラミック成形デバイス１４３は、溶融延伸装置１０１に沿って直列に配置されてもよいガラス溶融設備の例である。
【００４８】
溶融容器１０５は典型的に、例えば耐火（例えばセラミック）レンガなどの耐火材料から製造される。溶融延伸装置１０１は、典型的に白金または例えば白金−ロジウム、白金−イリジウムおよびそれらの組み合わせなどの白金含有金属から製造されると共にモリブデン、パラジウム、レニウム、タンタル、チタン、タングステン、ルテニウム、オスミウム、ジルコニウム、およびそれらの合金などのこのような耐熱金属および／または二酸化ジルコニウムをも含んでもよい構成要素をさらに備えてもよい。白金含有構成要素は、第１の接続管１２９、清澄容器１２７（例えば、微細管）、第２の接続管１３５、直立管１２３、混合容器１３１（例えば、撹拌チャンバ）、第３の接続管１３７、供給容器１３３（例えば、ボウル）、立下り管１３９および入口１４１の１つまたは複数を含めることができる。セラミック成形デバイス１４３はセラミック材料から製造され、ガラスリボン１０３を形成するように設計される。
【００４９】
図２は、図１の線２−２についての溶融延伸装置１０１の断面斜視図である。示されるように、セラミック成形デバイス１４３は、トラフ２０１の対向する側面を画定する第１の堰２０３および第２の堰２０５を含む一対の堰によって少なくとも部分的に画定されたトラフ２０１を備えることができる。さらに示されるように、トラフはまた、底壁２０７によって少なくとも部分的に画定されてもよい。示されるように、堰２０３、２０５および底壁２０７の内面が、表面が互いに対してほぼ９０°に配置された略Ｕ形状を画定する。さらに別の実施例において、Ｕ形状は、丸い隅を有してもよい。さらに別の実施例において、トラフは、堰２０３、２０５の内面の交りによって画定された底部表面を有してもよい。例えば、トラフはＶ形断面形を有してもよい。示されないが、トラフは、さらに別の実施例においてさらなる構成を包含することができる。
【００５０】
示されるように、トラフ２０１は、堰の頂部と軸２０９に沿って変化するトラフ２０１の下部との間の深さ「Ｄ」を有することができるが、深さは軸２０９に沿ってほぼ同じであってもよい。トラフ２０１の深さ「Ｄ」を変化させることがガラスリボンの幅にわたってガラスリボンの厚さの一貫性を促す場合がある。一実施例にすぎないが、図２に示されるように、セラミック成形デバイス１４３の入口の近くの深さ「Ｄ１」は、トラフ２０１の入口の下流の位置のトラフ２０１の深さ「Ｄ２」よりも大きくてもよい。破線２１０によって示されるように、底壁２０７は、軸２０９に対して鋭角で延在して、セラミック成形デバイス１４３の長さに沿って入口端部から反対側の端部まで深さがほぼ連続的に低減されてもよい。
【００５１】
セラミック成形デバイス１４３は、成形ウエッジ２１１の対向した端部の間に延在する一対の下方に傾斜した成形表面部分２１３、２１５を含む成形ウエッジ２１１をさらに備える。一対の下方に傾斜した成形表面部分２１３、２１５は各々、下流の方向２１７に集まって根部２１９を形成する。延伸面２２１は根部２１９を通って延在し、そこでガラスリボン１０３は延伸面２２１に沿って下流の方向２１７に延伸されてもよい。示されるように、延伸面２２１は根部２１９と交差することができるが、延伸面２２１は根部２１９に対して他の向きに延在してもよい。
【００５２】
セラミック成形デバイス１４３は任意選択により、一対の下方に傾斜した成形表面部分２１３、２１５の少なくとも１つと交わる１つまたは複数のエッジディレクタ２２３を設けられてもよい。さらに別の実施例において、１つまたは複数のエッジディレクタは、下方に傾斜した成形表面部分２１３、２１５の両方と交わることができる。さらに別の実施例において、エッジディレクタを成形ウエッジ２１１の対向した端部の各々に配置することができ、そこでガラスリボン１０３のエッジが、エッジディレクタから流れる溶融ガラスによって形成される。例えば、図２に示されるように、エッジディレクタ２２３を第１の対向した端部２２５ａに配置することができ、第２の同一のエッジディレクタ（図示せず）を第２の対向した端部に配置することができる（図１の２２５ｂを参照）。各々のエッジディレクタは、下方に傾斜した成形表面部分２１３、２１５の両方と交わるように構成され得る。各々のエッジディレクタ２２３は互いにほぼ同一であり得るが、エッジディレクタは、さらに別の実施例において異なった特性を有してもよい。様々な成形ウエッジおよびエッジディレクタの構成を本開示の態様に従って使用することができる。例えば、米国特許第３，４５１，７９８号明細書、米国特許第３，５３７，８３４号明細書、米国特許第７，４０９，８３９号明細書および／または２００９年２月２６日に出願された米国仮特許出願第６１／１５５，６６９号明細書（各々、その全体において参照によって本願明細書に組み込む）に開示された成形ウエッジおよびエッジディレクタの構成と共に本開示の態様を用いてもよい。
【００５３】
セラミック成形デバイス１４３は、溶融ガラスをガラスリボンに溶融延伸するために適している材料性質を有する広範囲のセラミック組成物を含むことができる。典型的な材料特性は、溶融ガラスを汚染しない耐熱性、強度、クリープを避ける能力、耐摩耗性および／または他の特徴を含むことができる。いくつかの実施例においてセラミック成形デバイスはジルコン、アルミナ、ゼノタイム、または他のセラミック材料から形成される。さらに別の実施例において、セラミック組成物をコーディエライト体に焼成することができる。
【００５４】
図２に示されるように、セラミック成形デバイス１４３の少なくとも一部が、複数の壁２２９が複数の溝２３１を少なくとも部分的に画定するハニカム構造物２２７を含むことができる。示されるように、ハニカム構造物２２７が、ハニカム網目状の溝を形成する交差壁の格子を備えることができる。一実施例において、溝は、延伸面２２１に含有される軸２０９に沿って略延在することができる。示されるように、溝２３１は、延伸面２２１に略平行である方向に軸２０９に沿って延在することができるが、溝２３１は、さらに別の実施例において軸２０９に沿って螺旋状にねじられてもよい。またさらに別の実施例は、他の方向に延在する溝２３１を備えてもよい。例えば、溝は、軸２０９に対して角度を有して延在してもよい。さらに別の実施例において、溝２３１は延伸面２２１に略垂直に延在してもよいが、溝は、さらに別の実施例において他の角度において延在してもよい。
【００５５】
実例として、図３は、実施例のハニカム構造物２２７を示し、溝２３１は互いにほぼ同一であり、互いに均一に離隔される。さらに別の実施例において、溝２３１は、互いに異なって離隔されてもよく、および／または異なった大きさおよび／または形状を有してもよい。示されるように、溝２３１の形状は略四角形であり得るが、セルは、３つ以上の辺を有する他の多角形形状（例えば、三角形、矩形、五角形、六角形、七角形、八角形など）円形、楕円形または他の形状の構成を包含することができる。図３は比較的尖った隅を有する溝を示すが、また、これらの隅に丸みをつけてハニカムの強度を増加させることもできる。
【００５６】
さらに図３に示されるように、ハニカム構造物２２７は、軸２０９に垂直にとられる横断面と延伸面２２１とが交わるハニカム構造物の溝の平均数であると考えられる溝密度を有することができる。また、ハニカム構造物の複数の壁２２９は、各々相当する一対の溝２３１の間の溝の平均厚さであると考えられる厚さ「Ｔ」を有する。示されるように、壁２２９の厚さ「Ｔ」は、互いにほぼ同一であってもよく、またはさらに別の実施例において複数の壁が異なった厚さを有してもよい。
【００５７】
溝密度および厚さ「Ｔ」を調節して広範囲にわたる利点を提供することができる。例えば、溝密度および厚さ「Ｔ」を調節して、焼成プロセスの間に未焼成体をセラミック体に焼成する時間を低減することができる。確かに、溝は、未焼成体の内部領域への熱伝達を急速に増加させることができる。したがって、焼成プロセスの間にほかの場合なら亀裂を生じさせる場合がある望ましくない熱勾配を生じずに温度をより速く上昇させることができる。さらに、以下に記載されるように、溝の大きさおよび溝密度は、流体を溝を通して効率的に移動させることができるように選択され得る。またさらに、最適な耐クリープ性、強度、機械加工の容易さおよびその他の要因を提供するように溝密度および厚さを調節することができる。
【００５８】
さらに別の実施例において、セラミック成形デバイス１４３の重量を低減するように溝密度および厚さ「Ｔ」を調節することができる。重量の低減はセラミック成形デバイス１４３の移動を容易にすることができ、セラミック成形デバイスを設置位置に移動させる労力や措置を低減し、ならびに溶融延伸装置１０１内の所定の位置へのセラミック成形デバイス１４３の操作を簡単にすることができる。またさらに、セラミック成形デバイス１４３の重量の低減は、使用中のセラミック成形デバイス１４３の変形をもたらす場合がある曲げモーメントを低減するのに役立つことがある。またさらに、低減された重量は、セラミック成形デバイス１４３が望ましくない熱変形（例えば、熱クリープ）を抑えるのに役立つことがある。またさらに、溝密度および厚さ「Ｔ」は、使用中に変形を避けるために十分な強度を有するセラミック成形デバイス１４３を提供するように選択され得る。例えば、交差壁の格子は、焼成時間の低減、重量の低減およびハニカム構造物２２７のその他の有益な特徴を活かしながら十分な強度を有するセラミック成形デバイス１４３を開発するのに役立つことがある。また、ハニカム横断面にわたって溝壁厚「Ｔ」を不均一にするのが望ましい場合がある。例えば、増加したスキン強度および熱伝導率のために外周付近で溝壁厚「Ｔ」を大きくすることが重要である場合がある。あるいは、水平に方向付けられた壁についてよりも縦に方向付けられた壁について溝壁をより厚くすることが望ましい場合がある。この方法を用いて、セラミック成形デバイスの全重量を最小に抑えたまま、使用中にデバイスの変形をもたらす場合がある曲げモーメントを低減することができる。また、同じ方法を用いて、熱加工の間にデバイス内へのまたはデバイスからの熱伝達の好ましい方向を形成してもよい。例えば、バインダーの焼尽の間、収縮亀裂を引き起こす二次元および三次元熱勾配が、基材の隅付近に生じることがある。基材内の熱伝達の好ましい方向を形成することによって、バインダーの焼尽の間に単軸に沿って基材内に熱勾配が形成される場合があり、基材材料を亀裂を生じさせることなく軸方向に沿って収縮させることができる。また、一次元熱勾配を維持するためにこのバインダーの焼尽の間に外部耐火断熱材が基材の周りに必要とされる場合がある。
【００５９】
いくつかの実施例において、セル密度は約１／２５の溝／ｃｍ２〜約２０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／２０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／１５の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／１０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／５の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１／２の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１つの溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも２つの溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも５つの溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１０の溝／ｃｍ２、特定の実施形態において少なくとも１５の溝／ｃｍ２であり得る。例として、図３は、長さ「Ｌ」の辺を有するハニカムセル構造２２７の四角形領域の一実施例を示す。一実施例において、長さ「Ｌ」は１ｃｍであり得るが、他の長さがさらに別の実施例において使用されてもよい。示されるように、１６の溝が１平方ｃｍ内に配置される。それ故、示された四角形領域がハニカム構造物２２７の全領域を表わす場合、示されたセル密度は１６の溝／ｃｍ２である。他の実施例において、溝密度は、適用に応じて１の溝／ｃｍ２超または２０の溝／ｃｍ２未満、例えば１９の溝／ｃｍ２未満であり得る。さらに、または代わりに、厚さ「Ｔ」は約０．５ｍｍ（すなわち、約０．０２インチ）〜約３０ｍｍ、特定の実施形態において多くとも２５ｍｍ、特定の実施形態において多くとも２０ｍｍ、特定の実施形態において多くとも１５ｍｍ、特定の実施形態において多くとも１０ｍｍ、特定の実施形態において多くとも８ｍｍ、特定の実施形態において多くとも５ｍｍ、特定の実施形態において多くとも３ｍｍ、特定の実施形態において多くとも２ｍｍ、特定の実施形態において多くとも１ｍｍであり得るが、他の厚さがさらに別の実施例において使用されてもよい。
【００６０】
さらに別の実施例において溝に垂直にとられた面に沿ってのハニカム構造物２２７の横断面は、ハニカム構造物の全フットプリント領域（「Ｆ」）に対する全溝領域（「Ｃ」）のＣ／Ｆ比を有する（すなわち、壁および溝の全横断面積を含有する）ハニカム構造物を示すことができる。このような実施例において、Ｃ／Ｆ比は約０．２５〜約０．８０であり得るが、他の比がさらに別の実施例において使用されてもよい。
【００６１】
図２および３に示されるように、セラミック成形デバイス１４３はまた、任意選択の外層２３３を備えることができる。図３を参照して、外層２３３は、提供される場合、溶融ガラスを途切れずに流れさせるように構成された平滑面３０１を提供するように適用され得る。それ故、外層２３３を、機械加工された外周３０３の上に適用して、壁２２９の機械加工された外側エッジ３０５の上におよび／または機械加工プロセスの間に露出される場合がある部分的溝３０７内に適用することができる。一実施例において、外層２３３をハニカム構造物２２７と同じかまたは同様な材料から形成することができる。さらに、または代わりに、外層２３３およびハニカム構造物２２７のための材料は、同様なまたは同一の熱膨脹率を有するように選択され得る。
【００６２】
図４は、壁２２９および／または外層２３３の材料を示すと考えられる焼成されたセラミック材料４０１の実施例の内部構造略図を示す。示されるように、焼成されたセラミック材料４０１は、独立気孔４０３を含有する多孔質材料を包含する。それ故、セラミック材料は、実質的に独立したセルの多孔質構造物を含有する。焼成されたセラミック材料４０１の独立気孔率は、セラミック成形デバイス内への溶融ガラスの望ましくない置換を最小にするのに役立つことがある。セラミック成形材料のプロセスパラメータおよび／またはバッチ成分は、気孔が、例えば、約１００マイクロメートル未満、約５０マイクロメートル未満、または約２５マイクロメートル未満のメジアン気孔サイズを有するように調節され得る。
【００６３】
ハニカム構造物２２７を使用して、成形ウエッジ２１１および／または堰２０３、２０５の少なくとも一部を形成することができる。例えば、ハニカム構造物は、成形ウエッジ２１１の少なくとも一部を形成することができる。さらにまたは代わりに、ハニカム構造物２２７は、堰２０３、２０５の少なくとも一部を形成することができる。それ故、ハニカム構造物を使用してセラミック成形デバイス１４３の一部だけを形成してもよい。さらに別の実施例において、示されるように、ハニカム構造物２２７がセラミック成形デバイス１４３のほぼ全体を形成してもよいが、さらに別の実施例においてハニカム構造物２２７がセラミック成形デバイス１４３の全てを形成してもよい。さらに言えば、示されるように、ハニカム構造物が成形ウエッジ２１１および堰２０３、２０５のほぼ全体を形成する。
【００６４】
溶融延伸装置１０１によってガラスリボンを製造する方法が先ず図１を参照してここで説明される。最初に、バッチ材料１０７を貯蔵ビン１０９から導入することができる。制御器１１５がモーター１１３を始動させ、矢印１１７によって示されるようにバッチ材料１０７を溶融容器１０５内に搬送するようにする。次に、バッチ材料を溶融容器１０５内でガラス溶融体１２１に溶融する。次に、ガラス溶融体１２１が第１の接続管１２９を通過して清澄容器１２７に入り、そこで気泡をガラス溶融体１２１から除去してもよい。次に、ガラス溶融体が第２の接続管１３５を通過して混合容器１３１に入る。混合容器１３１を運転してガラス溶融体１２１を混合し、均質混合物を提供する。次に、ガラス溶融体が第３の接続管１３７を通過して供給容器１３３に入り、その後、立下り管１３９によってセラミック成形デバイス１４３の入口１４１に供給される。
【００６５】
図２に戻ると、ガラス溶融体１２１がトラフ２０１内に移動し、次いで堰２０３、２０５の上部縁の上にあふれる。次に、相当する溶融ガラス板が成形ウエッジ２１１のそれぞれ内側に傾斜した成形表面２１３、２１５を下方に移動し、溶融ガラス板が成形ウエッジ２１１の根部２１９に移動する時に溶融ガラス板のエッジが最終的にエッジディレクタ２２３の上に流れる。次に、２つの溶融ガラス板が根部２１９において一緒に融合され、ガラスリボン１０３として根部２１９から延伸する。
【００６６】
セラミック成形デバイス１４３に混在されたハニカム構造物２２７は、成形デバイス１４３の全重量をかなり低減する場合がある。同時に、ハニカム構造物２２７の壁２２９は、トラフ２０１内にあり下方に含有する成形表面２１３、２１５を下方に流れる溶融ガラスを支持するために必要な、必要とされる構造的支持を提供するように設計され得る。ハニカム構造物２２７による重量軽減は、高い作業温度によって生じる場合があるセラミック成形デバイス１４３の望ましくない屈曲を防ぐのに役立つことがある。確かに、セラミック成形デバイス１４３が２つの対向した端部２２５ａ、２２５ｂによって懸架される場合があり、そこでセラミック成形デバイス１４３の中央部分での屈曲が成形デバイス１４３の重量のために生じる場合がある。ハニカム構造物２２７は、低減された重量がセラミック成形デバイス１４３がその自重下で曲がる傾向をさらに低減しながらこのような屈曲を抑えるための十分な力を提供することができる。さらに、ハニカム構造物２２７によって提供される十分な支持特徴を有する成形デバイス１４３の重量軽減のために、高い温度条件下での成形デバイス１４３のクリープを避けることができる。
【００６７】
ガラスリボン１０３を溶融延伸するためのセラミック成形デバイス１４３の製造方法をここで説明する。方法は、図５の工程５０１によって表わされるセラミック成形バッチ材料を調製する工程を包含することができる。様々なセラミック成形バッチ材料および／または組成物を様々な実施例において使用してもよい。一実施例において、バッチ組成物はジルコンまたはアルミナ粒子を含むことができる。一実施例において、異なった平均粒度を有する粒子を異なった量で提供して、粒子の望ましい充填を得ることができる。例えば、セラミック成形バッチ材料のバッチを調製する方法は、第１の平均粒度を有する第１の量のアルミナ粒子を、第１の平均粒度より大きい第２の平均粒度を有する第２の量のアルミナ粒子と混合する工程を含むことができる。このような実施例において、互いに係合している比較的少なめの量の大きめの粒子の間に生じる間隙を満たす比較的多量の小さめの粒子によってより良い充填を達成することができる。
【００６８】
一実施例において、アルミナ粒子をセラミック成形バッチ材料として使用することができる。アルミナが望ましい可能性がある理由は、例えば、溶融延伸プロセスの間にそれがセラミック成形デバイス１４３の上を通過する時にこの材料がガラス溶融体を汚染せずに多数のガラスと適合性であることである。アルミナは、比較的強いセラミック成形デバイス１４３を提供し、長時間にわたってクリープ変形を生じずに１２００℃において機能することができる。アルミナ粒子は多数の供給元から市販されており、比較的安価であり、それによって製造費を低減する。
【００６９】
セラミック成形デバイス１４３への焼成前にセラミック成形材料の押出に基づいてセラミック成形デバイス１４３の良好な性能を提供するようにアルミナ粒子を選択することができる。アルミナ粒子の分布を制御して微細構造を生じさせることができ、そこでガラスが体質に容易に浸透せず且つ耐クリープ性を低減しないように気孔が密閉される。それ故、焼結後のグレンの大きさは、最適強度のために、もしあるとしても最少の微小亀裂を有するか、または最適な靭性のために制御された微小亀裂を有するように制御されてもよい。
【００７０】
図６は、第１の量のアルミナ粒子「Ａ」の粒子分布６０１と第２の量のアルミナ粒子「Ｂ」の粒子分布６０３との間の１つの実施例の粒子の比較のみを示す。図６の横軸はマイクロメートル単位の粒子の大きさを表わし、縦軸は粒子の容量パーセントを表わす。示された粒子分布６０１、６０３は、光散乱粒度分析器を使用して測定することによって得られた。示された第１の量のアルミナ粒子「Ａ」を定量すると、約０．６マイクロメートルの第１の平均粒度を有し、第２の量のアルミナ粒子「Ｂ」を定量すると、約２．７マイクロメートルの第２の平均粒度を有した。
【００７１】
ＦｕｎｋおよびＤｉｎｇｅｒ（Ｄ．Ｒ．Ｄｉｎｇｅｒ，Ｄｉｎｇｅｒ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，Ｃｌｅｍｓｏｎ，ＳＣ）によって記載された方法を使用する粒子充填の計算は、第１の量の粒子「Ａ」と第２の量の粒子「Ｂ」との最適な配分が、図７に示される組合せられた最適な粒子分布７０１をもたらすことを明らかにした。図７の横軸はマイクロメートル単位の粒子の大きさを表わし、縦軸は粒子の容量パーセントを表わす。第１の量の粒子「Ａ」を第２の量の粒子「Ｂ」と３：１の比において混合した。得られた実際の組合せられた粒子分布７０３を検査した。図７に示されるように、３：１の比を有する実際の組合せられた粒子分布７０３は、最適な充填粒子分布７０１とよく整合する。
【００７２】
次に、バッチ組成物を調製し、それをその後に焼成して焼結後に実質的に高純度のアルミナ成形デバイスを生じるが、それはガラス溶解に対して非常に弾性であり、１２００℃において良い耐クリープ性があり、高い静疲労寿命を有すると考えられる。以下の表１のバッチ組成物に示されるように、無機焼結助剤はバッチに含有されない。また、第１の量の粒子「Ａ」と第２の量の粒子「Ｂ」とを押出前に１００メッシュスクリーンを通してふるい分けし、一切の大きな不純物を除去したことに留意されたい。
【００７３】
【表１】
2014525390.tif 000003
【００７４】
さらに別の実施例において、アルミナではなくジルコンを使用することができる。このような実施例において７マイクロメートルのメジアン粒度を有するジルコン粒子５０重量％と１マイクロメートルのメジアン粒度を有するジルコン５０重量％との混合物が、付加的な焼結助剤を使用せずに非常に高密度体にまで十分に焼結することが見出された。
【００７５】
図５は、未焼成体５０５を押出すように構成された押出機装置５０３の略図を示す。押出法は、可能性としては限定されない長さの未焼成体を製造するために望ましいことがあり、それによって、他の従来の技術によって製造するのが難しい場合がある非常に大きなセラミック成形デバイスの形成を可能にする。示された押出機は、モーターによって回転されて、方向５０９にダイ部材５１１に向かって移動する時にセラミック成形材料のバッチを混合および圧縮するように構成された二軸スクリュー５０７ａ、５０７ｂを備える二軸スクリュー押出機を図示する。また、タンデム押出技術を使用して、より大きい断面寸法を有する未焼成体を形成することができる。
【００７６】
図８は、開示の態様に従って使用されてもよい実施例のダイ部材５１１の拡大横断面図である。示されるように、ダイ部材５１１は、バッチ材料を方向８０３に複数のダイピン８０５に向かって供給するように構成された供給孔８０１を備える。ダイピンは互いに離隔され、バッチ材料が未焼成体５０５に延伸される時にハニカム構造物２２７の壁２２９を形成するように設計されたスロット８０７を画定する。図８に示されたダイピン８０５は、四角形状の溝２３１を画定する四角形形状を有することができるが、所望の溝構成に応じて他のダイピン構成を選択することができる。さらに、いくつかの実施例において、ダイピンの隅は、溝２３１に丸い隅を作り出す（ｃｒａｔｅ）ために丸められてもよい。丸い隅は、未焼成体を焼成する時に生じる場合がある亀裂を低減するのに役立つことがある。
【００７７】
それ故、図５に示されるように、セラミック成形バッチ材料を多くの別の長さの連続した部材としてダイ部材５１１を通して押出すことができる。それ故、この押出技術は、特定の用途に応じて様々な別の長さのセラミック成形デバイス１４３を製造するために有用であり得る。所望の長さが得られると、カッター５１３を方向５１５に移動させて、押出された未焼成体５０５を切断位置５１７において切断し、分割未焼成体５１９を提供することができる。図９に示されるように、分割未焼成体５１９は、未焼成体を通って延在する複数の溝２３１を少なくとも部分的に画定する複数の壁２２９を有するハニカム構造物２２７を備えることができる。
【００７８】
一実施例において、方法は、未焼成体５１９を乾燥させ、次に未焼成体５１９を焼成して、ハニカム構造物２２７を有する焼成セラミック体を形成する工程を包含することができる。例えば、高周波ドライヤー（「ＲＦドライヤー」）または他の乾燥装置によって乾燥を行なうことができる。図１０および１１は、乾燥されたセラミック未焼成体を焼成して、焼成セラミック体にする一実施例を示す。示されるように、乾燥された未焼成体５１９は、加熱機構１００３を有する燃焼チャンバ１００１内に置かれてもよい。乾燥された未焼成体は任意選択により、溝２３１を水平に整列して水平方向の向きに置かれてもよい。一実施例において、アイソパイプが焼結の間に収縮する時に自由に移動することができるように、乾燥された未焼成体５１９はアルミナ砂１００７またはアルミナビードを有する耐火クレードル１００５上に置かれてもよい。
【００７９】
次に、未焼成体５１９を焼成して、ハニカム構造物を有する焼成セラミック体を形成することができる。実施例の焼成サイクルは以下の表２に記載され、図１１にも示されるが、そこで図１１の横軸は時間単位の焼成時間であり、縦軸は摂氏度単位の温度である。
【００８０】
【表２】
2014525390.tif 000004
【００８１】
図１１に示されるように、焼成サイクルは４つの段階を包含する。段階１１１３は約２０〜６００℃のバインダー焼尽段階である。段階１１１３の間、バインダーは未焼成体から焼尽される。段階１１１５は、約６００〜１３００℃の傾斜段階である。傾斜段階の間、未焼成体の温度は焼結温度にされる。段階１１１７は、約１３００〜１７００℃の焼結段階である。焼結段階の間、未焼成体を焼結して焼成セラミック体にする。段階１１１９は、約１７００〜２０℃の冷却段階である。冷却段階の間、焼成セラミック体を室温にする。焼結が終了すると、焼成セラミック体は、図４に図解的に示されるように独立多孔質アルミナ壁構造物を含有し得る。
【００８２】
方法は、燃焼チャンバ１００１内の雰囲気の酸素レベルを低減する工程をさらに含むことができる。例えば、図１０に示されるように、不活性ガスのキャニスター１００８を使用して、燃焼チャンバ１００１内の酸素を追い出すことができる。燃焼チャンバ内の雰囲気の酸素レベルを低減することは、例えば、バインダーが焼尽される時に温度の変動を制御するのに役立つことがある。
【００８３】
さらに、または代わりに、方法は、焼成工程の間に流体１０１１、例えば減酸素雰囲気を複数の溝を通して圧入する工程をさらに包含することができる。一実施例において、酸素レベルを通常の大気レベル未満に低減し、さらに別の実施例において、未焼成体構成要素の正常燃焼未満に低減する。一実施例において、酸素レベルは６％以下であり得る。
【００８４】
図１０に示されるように、デバイス１００９を使用して、矢印１０１３によって示されるように流体１０１１を溝２３１を通して誘導、例えば圧入することができる。いくつかの実施例において、流体は、空気、Ｎ２、空気＋ガス窯燃焼生成物、Ｈ２Ｏ等、または他の流体を含むことができる。図１０の水滴によって図解的に示されるように、流体１０１１はスチームを含むことができるが、流体１０１１は、さらに別の実施例において湿分を実質的に含有しないガスを含むことができる。流体としてスチームを使用することは、空気焼結のための焼結時間（例えば、４〜６日）と比べた時に焼結時間を低減するのに役立つことがある（例えば、４８時間）。さらに、スチームによって焼結されたセラミック成形デバイスは、空気によって焼結されたセラミック成形デバイスほど収縮しない可能性があることが観察された。
【００８５】
溝２３１自体および、提供される場合、流体を溝２３１を通して誘導する、例えば圧入する工程は、セラミック成形材料の全質量への熱伝達を比較的迅速に促進することができる。確かに、熱およびガスの拡散時間は、二乗された物体の厚さに従って増減する。物体内の溝が多くなると、有効な熱およびガス拡散距離が小さくなる。それ故、溝の間に低減された厚さを有する壁を一緒に有する溝（と任意選択により溝を通して流体を誘導すること）は、溝を使用しない成形デバイスを焼成する方法論と比べた時に焼成サイクル時間を低減することができる。また、溝はより一様な焼成条件をもたらすことができ、それによってさらに比較的大きいセラミック成形デバイスにおいてもより一様な性質を提供することができる。
【００８６】
セラミック成形デバイスを製造する方法は、セラミック成形デバイス１４３の少なくとも一部を形成するハニカム構造物をさらに包含する。広範囲の技術が、セラミック成形デバイスの少なくとも一部を形成するものとしてハニカム構造物を提供することができる。例えば、押出体自体が、実質的な機械加工をせずに、セラミック成形デバイス１４３を製造するために使用されてもよい。例えば、押出体をセラミック成形デバイス１４３のコアとして押出すことができる。このような実施例において、セラミック成形デバイスの外周をコアハニカム構造物２２７の周りに作り、セラミック成形デバイス１４３の内部部分をハニカム構造物２２７と共に形成してもよい。それ故、構造物がセラミック成形デバイス１４３の一部として組み込まれる限り、押出されたハニカム体自体のさらなる加工は行なわれなくてもよい。
【００８７】
さらに別の実施例において、方法は、機械加工プロセスを使用してセラミック成形デバイスを提供することができる。例えば、機械加工プロセスを使用して、セラミック成形デバイスの一部の一般形状を少なくとも大まかに作ることができる。前述のように、ハニカム構造物をセラミック成形デバイス１４３の様々な部分において、例えば成形ウエッジ２１１の少なくとも一部および／または堰２０３、２０５の一部において使用してもよい。
【００８８】
機械加工プロセスは、使用される場合、セラミック成形デバイスの製造プロセスの間に様々な異なる時間において行なわれてもよい。例えば、方法は、未焼成体を焼成する前に機械加工プロセスを行なうことができる。例えば、切断処理を行ない、ハニカム構造物２２７の一部を除去して所望の形状特性を得てもよい。一実施例において、ハニカム構造物は、セラミック成形デバイス１４３の少なくとも一部の外形に大体近似するか、またはほぼ合致する外周を有するように切断されてもよい。一実施例にすぎないが、ハニカム構造物を切断して、成形ウエッジ２１１の外周に近似する、例えばほぼ合致するウエッジ形状を形成してもよい。さらに、または代わりに、ハニカム構造物を切断して、堰２０３、２０５の外周に近似する、例えばほぼ合致する堰２０３、２０５の少なくとも一方または両方を形成してもよい。
【００８９】
またさらに、機械加工プロセスは、使用される場合、未焼成体を乾燥した後且つ未焼成体を焼成する前に乾燥された未焼成体を機械加工することができる。このような実施例において、機械加工プロセスは、焼成セラミック体ではなく未焼成体上で行なわれる。さらに、または代わりに、機械加工プロセスは、使用される場合、未焼成体をセラミック体に焼成するプロセスの後に焼成セラミック体を機械加工することができる。例えば、研削処理を行ない、ハニカム構造物２２７の一部を除去して所望の形状特性を得てもよい。一実施例において、研削プロセスを使用してハニカム構造物の一部を除去し、セラミック成形デバイス１４３の少なくとも一部の外形に大体近似する、またはほぼ合致する外周を有するようにしてもよい。一実施例にすぎないが、研削プロセスによってハニカム構造物を機械加工して、成形ウエッジ２１１の外周に近似する、例えばほぼ合致するウエッジ形状を形成してもよい。さらに、または代わりに、研削プロセスによってハニカム構造物を機械加工して、堰２０３、２０５の外周に近似する、例えばほぼ合致する堰２０３、２０５の少なくとも一方または両方を形成してもよい。
【００９０】
図１２は、セラミック成形デバイス１４３の堰２０３、２０５、トラフ２０１および成形ウエッジ２１１の外側の外周形状に近似する外周形状を有するハニカム構造物２２７を提供する機械加工プロセスを図解的に示す。示されるように、ナイフ、研削砥石、ブローチング装置、ミリング装置などの機械加工デバイス１２０１または他の機械加工デバイスを使用してハニカム構造物の外側部分を除去し、所望の形状構成を提供してもよい。また、構造物内の内部溝の配置を変更して、外部機械加工プロセスを簡略化するかまたは除くことができる。例えば、（堰の方向の）構造物の矩形領域と構造物の三角形のウエッジ領域との両方の構造物の外面に平行に走る列として溝を配置することができる。また、この領域の溝は、必要に応じて三角形にすることができる。矩形領域から三角形のウエッジ領域へと移る１つの溝構成から他の溝構成への移行は急であるかまたは多数の溝列にわたって段階的であってもよい。
【００９１】
図１３に示されるように、方法は、上述の図２に対して記載された外層２３３を適用する工程をさらに包含することができる。一実施例において、耐火材料をハニカム構造物の外周表面に適用し、次いで焼成することができる。未焼成体をセラミック体に焼成する前に耐火材料を適用することができる。このような実施例において、機械加工された未焼成体に外層を適用することができ、次に、単一の焼成技術を使用する間に両方を一緒に焼成することができる。別の実施例において、未焼成体を機械加工し、次にセラミック体に焼成することができる。次に、機械加工されたセラミック体に外層を適用し、再び焼成して外層２３３を焼結することができる。さらに別の実施例において、未焼成体をセラミック体に焼成することができる。セラミック体を機械加工した後、機械加工された外面に外層２３３を適用し、再び焼成することができる。予想されるように、特定の実施形態において、未焼成体または焼成体のハニカム構造物が機械加工されるとき、機械加工された物体の最も外側の表面は、複数の部分的なセルを含む。次に、外層材料を部分的なセル表面の上に適用する。図１３に示された実施形態は、外層とハニカム構造物との間の境界面に実質的に無充填の部分的なセルを有する。このような構造物は製造するのが比較的容易である場合があり、さらに、所期の用途のために十分な機械的強度を提供する。しかしながら、特定の実施形態において、外層とハニカム内部構造物との間の境界面のそれらの部分的なセルは、外層を構成するセラミック材料が部分的にまたは完全に充填されるのが非常に望ましい。ほぼ完全に充填された部分的なセルを有するこの後者の構造物（図示されない）は図１３に示された実施形態よりも複雑であるが、それは、ハニカム内部構造物への外層のより良好な付着性のために、外層のすぐれた強度をもたらすことができる。部分的なセルが充填されると、アイソパイプハニカム体は、部分的なセルにおいて応力集中が少なくなるためにより高い強度を有し、表面付近のセルの幾何学的変形を有する可能性が低く、表面／部分的セルウェブの交りにおいて亀裂を生じる可能性が低く、使用中に孔があく可能性が低いが、これはガラスをハニカムのセル内に浸透させる可能性がある。
【００９２】
一実施例にすぎないが、焼成および機械加工後に、アルミナグロッグおよび／またはアルミナ粉末および高粘度の組成物を有するガラス２５容量％未満をセラミックハニカム構造物２２７の機械加工された表面に適用することができる。次に、ハニカム構造物２２７の組合せを１３００〜１７５０℃まで１／２時間〜９６時間にわたって再加熱することができ、独立気孔性のアルミナベースの外層２３３を有するアルミナセラミック成形デバイス１４３を得ることができる。
【００９３】
別の実施例において、アルミナハニカム体を押出し、次いで所望の形状に機械加工することができる。焼結する前に、溝２３１の内部に低温溶融ポリマーまたはワックスを充填することができる。次に、ハニカム構造物の外部を例えば、等方加圧によってアルミナバッチの層で覆うことができる。次に、機械加工を実施してセラミック成形デバイス１４３の所望の形状を得ることができる。次に、ポリマーまたはワックスを除去することができ、次いで成形デバイスをセラミック成形デバイス１４３に焼成することができる。
予測的な実施例およびモデル化の結果
幅約５０ｃｍ×高さ１００ｃｍ×長さ３００ｃｍの矩形横断面を有する大きなアイソパイプブランクを製造する。ブランクは、アイソパイプ材料の密度が３．８ｇ／ｃｃ（理論密度、すなわち４．０ｇ・ｃｍ−３の９５％であると仮定する）である場合、５，７００ｋｇの質量を有する。２５％の開口率（ｏｐｅｎ  ｆｒｏｎｔａｌ  ａｒｅａ）（ＯＦＡ）（すなわち２５％の開放溝スペース）を有するアイソパイプハニカムは４，２７５ｋｇの質量を有し、５０％の開口率を有するアイソパイプハニカムは２，８５０ｋｇの質量を有し、７５％の開口率を有するアイソパイプハニカムは１，４２５ｋｇの質量を有する。根部ウエッジがアイソパイプ上に置かれるとき、ウエッジが根部から１／３の高さで始まる場合、質量は０％、２５％、５０％および７５％の開口率についてそれぞれ、４，７５０、３，５６２．５、２，３７５および１，１８７．５ｋｇである。根部ウエッジがアイソパイプ上に置かれ、そこでウエッジが根部から１／２の高さで始まる場合、質量は０％、２５％、５０％および７５％の開口率についてそれぞれ、４，２７５、３，２０６．３、２，１３７．５および１，０６８．８ｋｇである。これらは相当な質量節減である。
【００９４】
一軸オーガー（スクリュー）押出機および大きなセルダイを使用して試料が押出される。ハニカムは四角形のセル設計である。セラミックバッチは、先行の実施例に記載されたアルミナ粒度分布、水位およびメトセル量を含有した。ハニカムアイソパイプは１，０００ｐｓｉ（６，８９５ｋＰａ）〜３，０００ｐｓｉ（２０，８９５ｋＰａ）で押出される。アイソパイプを１５５０〜１７５０℃の最高温度で４〜４８時間にわたって最高温度にて水平方向に焼結する。焼結されたウェブ厚さは０．５ｃｍ〜３．０ｃｍに変化し、開口率は２５％〜７５％に変化する。
【００９５】
セルの大きさおよびセル密度を以下の表に示す。３．０ｃｍのウェブ厚さと５０％の開口率との組合せはアイソパイプにわたって３より僅かに少ないセルをもたらし、７５％の開口率と３．０または２．６ｃｍのウェブは５０ｃｍのアイソパイプの幅にわたってたった約２．２３および２．５８のセルしかもたらさない。アイソパイプの幅にわたって３未満のセルをもたらすウェブ厚さと開口率との組合せは望ましくない（下線が引かれる）。
【００９６】
【表３】
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【００９７】
貫通孔を有さないアイソパイプなどの大きな固体ブロック不定形耐火物を焼結するための熱サイクルは、最小ブロック寸法に応じて多くの週を要することがある。ハニカム対固体ブロックアイソパイプの１つの利点を示すために、焼成応力を考えてみることにする。簡単なスラブ応力モデルを用いて利点を明らかにすることができる。
【００９８】
非常に長く且つ非常に高いスラブ内の過渡的熱勾配によって生じた応力をフーリエ級数法を用いて解くことができる。押出体の弾性率が完全高密度体の弾性率の１／１０であり、温度拡散率もまた、完全高密度体の温度拡散率の１／１０であると仮定すると、スラブの様々な厚さについて相対焼成時間／加熱速度を推計することができる。セル壁厚さおよび不定形アイソパイプの最小寸法が制御厚さであることを推論することができる。高密度アルミナについて弾性率は約５５×１０６ｐｓｉ（３７９．２２５×１０６ｋＰａ）であり、温度拡散率は約１２×１０−６ｍ２／ｓｅｃである。これらの値を１０で割ることによって粉末体の近似値を求めることができる（同じ押出粉末の厚さを比較するとき、与えられた応力レベルについて加熱速度の比は実際、特定の弾性率および温度拡散率から独立しており、それらは両方の計算値において同じであり、１つの比を予想している）。
【００９９】
レイリーの式をフーリエ級数によって以下のように書くことができる。
【０１００】
【数１】
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【０１０１】
上式中、σが応力であり、αが熱膨脹率であり、ｘがスラブ内の位置であり、Ｅが弾性率であり、Ｒ−Ｔがモデルについて温度の階段状変化であり（この計算において１℃）、νがポアソン比であり、κが温度拡散率であり、ｔが時間であり、ｈがスラブ厚さの半分の値である。
【０１０２】
拡散式は全て同じ定数を有し、唯一の変数は時間および厚さであるので、同じ応力ならびに同じ温度差は、１／１０の厚さの物体において１／１００の時間で達せられる。
【０１０３】
低温加熱速度／拡散率を考慮する他に、高温において焼結サイクルを焼結収縮速度およびその他の要因によって制御することができ、拡散率の分析は用いられない。しかしながら、控えめに言って、厚さ５０ｃｍの不定形固体ブロックアイソパイプではなく５ｃｍのウェブハニカムまたはより薄いウェブハニカムアイソパイプを製造する時に緩慢加熱の拡散制御領域において焼成時間を５〜１０倍低減することができる。したがって、固形体のために多くの週が必要とされるのに比べて、本開示による幅５０ｃｍ×高さ１００ｃｍ×長さ３０００ｍｍのハニカムアイソパイプブランクを１週間以内に焼結することができる。
【０１０４】
請求された本発明の精神および範囲から逸脱せずに様々な変更および変型を実施できることは当業者には明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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