專利名稱：蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭及其制造方法。具體來說，涉及耐磨損性能優(yōu)良、可以降低擠壓阻力而實(shí)現(xiàn)高度成形性的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，及其制造方法。
背景技術(shù)：
陶瓷質(zhì)的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，一直以來廣泛使用下述蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭進(jìn)行擠出成形的方法，該蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭是在模頭基體上形成導(dǎo)入坯料(成形原料)的內(nèi)孔和與該內(nèi)孔相連通的格子狀等的坯料擠壓狹縫而成(以下，有時(shí)簡稱為模頭)。這種模頭，通常為，在模頭基體的一個(gè)面(坯料導(dǎo)入側(cè)的面)上，以大面積開口設(shè)置導(dǎo)入坯料的內(nèi)孔；在模頭基體的坯料導(dǎo)入側(cè)的相反側(cè)的成形體擠壓側(cè)的面上，以對應(yīng)蜂窩結(jié)構(gòu)體間隔壁厚度的細(xì)小寬度、格子狀等設(shè)置坯料擠壓狹縫。而且，內(nèi)孔通常對應(yīng)于格子狀等的坯料擠壓狹縫的交叉位置而設(shè)置，兩者在模頭內(nèi)部連通。因此，從內(nèi)孔導(dǎo)入的由陶瓷原料等制成的坯料，從內(nèi)徑相對較大的坯料導(dǎo)入孔，向細(xì)小的狹縫寬度的坯料擠出狹縫移動(dòng)，從坯料擠壓狹縫擠出而成為蜂窩構(gòu)造成形體。
對于這樣的蜂窩構(gòu)造成形用模頭，為了提高其耐磨損性，例如，特開2002-339068號公報(bào)就記載了在模頭基體的表面形成金剛石膜或者金剛石狀碳膜而成的蜂窩構(gòu)造成形用模頭。還有，為了降低擠出成形時(shí)使用的模頭的擠壓阻力，例如在國際公開第03/039828號小冊子中就記載了在模頭基體上依次形成基底層和以W3C為主要成分的、平均粒徑小于等于5μm的碳化鎢粒子制成的表面層的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭。

發(fā)明內(nèi)容
但是，就特開2002-339068號公報(bào)記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭來說，作為金剛石膜或者金剛石狀碳膜的基底的層(基底層)的平滑性差，在此基底層上形成的金剛石膜或者金剛石狀碳膜的平滑性大受其影響，因而存在蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的表面平滑性差，成形性差的問題。特別是，隨著成形的蜂窩結(jié)構(gòu)體的間隔壁的厚度變薄，有成形性下降的傾向。就國際公開第03/039828號小冊子中記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭來說，盡管降低了擠壓阻力，但伴隨著制造的蜂窩結(jié)構(gòu)體的間隔壁的薄型化，期待其耐磨損性能得到提高。
鑒于上述的問題，本發(fā)明提供耐磨損性優(yōu)異、能夠降低擠壓阻力而實(shí)現(xiàn)高度成形性的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，及其制造方法。
本發(fā)明提供如下的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭及其制造方法。
(1)一種蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，其具有板狀的模頭基體，該模頭基體至少具有兩個(gè)面，其中一個(gè)面上形成導(dǎo)入成形原料的內(nèi)孔，同時(shí)在另一個(gè)面上形成與前述內(nèi)孔相連通的狹縫，前述內(nèi)孔導(dǎo)入的前述成形原料從前述狹縫擠出成形為蜂窩結(jié)構(gòu)體；該蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭進(jìn)一步具有基底層，其覆蓋前述模頭基體上的構(gòu)成前述內(nèi)孔及前述狹縫的部位的至少一部分；和中間層，其由以W3C為主要成分、平均粒徑為0.5nm～5μm的碳化鎢粒子構(gòu)成，覆蓋前述基底層的至少一部分；以及表面層，其由金剛石和/或金剛石狀碳構(gòu)成，覆蓋前述中間層的至少一部分。
(2)前述(1)中所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，設(shè)置的表面層包含所述模頭基體上的連通前述內(nèi)孔和前述狹縫的部位。
(3)前述(1)或(2)中所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，所述基底層的厚度為1～100μm。
(4)前述(1)～(3)中任一項(xiàng)所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，所述中間層的厚度為0.1～30μm。
(5)前述(1)～(4)中任一項(xiàng)所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，所述表面層的厚度為0.01～20μm。
(6)前述(1)～(5)中任一項(xiàng)所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，構(gòu)成所述中間層的所述碳化鎢粒子的最大粒徑小于等于6μm。
(7)前述(1)～(6)中任一項(xiàng)所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，所述基底層包含無電解鍍層。
(8)前述(1)～(7)中任一項(xiàng)所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，所述中間層由化學(xué)氣相沉積(CVD)形成。
(9)前述(1)～(8)中任一項(xiàng)所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，所述表面層由化學(xué)氣相沉積(CVD)形成。
(10)蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的制造方法，其包括在具有兩個(gè)面的板狀構(gòu)件的一個(gè)面上，形成內(nèi)孔，該內(nèi)孔用于導(dǎo)入蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用的成形原料，同時(shí)在前述板狀構(gòu)件的另一個(gè)面上，形成與前述內(nèi)孔相連通的狹縫，得到具有狹縫的模頭基體；在所得的前述具有狹縫的模頭基體上的、形成前述內(nèi)孔和前述狹縫的部位的至少一部分上，通過包含無電解電鍍的工序形成基底層，從而得到具有基底層的模頭基體；在所得的前述具有基底層的模頭基體的基底層上的至少一部分上，通過使用含有六氟化鎢(WF6)、苯(C6H6)和氫氣(H2)的第一反應(yīng)氣體的化學(xué)氣相沉積(CVD)而形成中間層，該中間層由以W3C為主要成分、平均粒徑為0.5nm～5μm的碳化鎢粒子構(gòu)成，從而得到具有中間層的模頭基體；在所得的前述具有中間層的模頭基體的前述中間層上的至少一部分上，通過使用含有碳?xì)浠衔锏牡诙磻?yīng)氣體的化學(xué)氣相沉積(CVD)而形成表面層，該表面層由金剛石和/或金剛石狀碳構(gòu)成，從而制成用于擠出成形蜂窩結(jié)構(gòu)體的模頭。
(11)前述(10)中所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的制造方法，形成前述中間層的前述化學(xué)氣相沉積(CVD)為熱化學(xué)氣相沉積或者等離子體化學(xué)氣相沉積。
(12)前述(11)中所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的制造方法，前述中間層由溫度為310～420℃、壓力為1～35Torr的熱化學(xué)氣相沉積形成。
(13)前述(10)～(12)中任一項(xiàng)所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的制造方法，形成前述表面層的前述化學(xué)氣相沉積(CVD)為等離子體氣相沉積。
(14)前述(13)中所記載的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的制造方法，前述等離子體化學(xué)氣相沉積是通過對具有中間層的模頭基體施加脈沖電壓來進(jìn)行。
本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，耐磨損性優(yōu)良的同時(shí)，可以降低擠壓阻力，實(shí)現(xiàn)高度的成形性。此外，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的制造方法，可以提供這樣的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，提高生產(chǎn)性。


圖1是蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的一種實(shí)施方式的斜視圖。
圖2(a)是圖1所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭沿A-A線切開而得的剖面的剖面示意圖。
圖2(b)是圖2(a)的一部分的放大圖。
圖3是借助圖1所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭擠出成形而得到的蜂窩結(jié)構(gòu)體的斜視圖。
圖中，1…蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，2…模頭基體，3…內(nèi)孔，4…狹縫，5…基底層，6…中間層，7…表面層，8…面(一個(gè)面)，9…面(另一個(gè)面)，10…蜂窩結(jié)構(gòu)體，11…間隔壁，12…單元(cell)。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，對本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭及其制造方法的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明并不解釋為限定于此，還包括在不超出本發(fā)明的范圍的限度內(nèi)、依據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識所進(jìn)行的各種變更、改正、改進(jìn)。
圖1是模式化顯示本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的一種實(shí)施方式的斜視圖，圖2(a)是圖1所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭沿A-A線切開而得的剖面的剖面示意圖，圖2(b)是圖2(a)的一部分的放大圖。圖3是借助本發(fā)明實(shí)施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭而擠出成形的蜂窩結(jié)構(gòu)體的斜視圖。如圖1、圖2(a)、圖2(b)所示，本實(shí)施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭1，其具有板狀的模頭基體2，該模頭基體至少具有兩個(gè)面8、9，在其中之一的面8上形成導(dǎo)入成形原料的內(nèi)孔3，同時(shí)在另一個(gè)面9上形成與內(nèi)孔3連通的狹縫4，內(nèi)孔3導(dǎo)入的成形原料從狹縫4擠出而成形制造蜂窩結(jié)構(gòu)體10(參考圖3)；該蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭進(jìn)一步具有，在模頭基體2上設(shè)置的基底層5，其覆蓋構(gòu)成內(nèi)孔3和狹縫4的部位的至少一部分；和中間層，其覆蓋基底層5的至少一部分，并且由以W3C為主要成分、平均粒徑小于等于5μm的碳化鎢離子構(gòu)成，以及表面層7，其覆蓋中間層6的至少一部分，并且由金剛石和/或金剛石狀碳構(gòu)成。
這樣的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，可以降低擠壓阻力、實(shí)現(xiàn)高度成形性和優(yōu)良的耐磨損性。
如圖3所示，根據(jù)本實(shí)施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭1(參考圖1)而擠出成形的蜂窩結(jié)構(gòu)體10，具備有多孔質(zhì)的間隔壁11，基于該間隔壁11而區(qū)劃形成多個(gè)單元12，該單元成為流體的流路。這樣的蜂窩結(jié)構(gòu)體10可以適用于內(nèi)燃機(jī)、鍋爐、化學(xué)反應(yīng)器和燃料電池用重整器等使用的利用催化作用的催化劑用載體、排氣中的微粒子收集過濾器等。
如圖1、圖2(a)及圖2(b)所示，本實(shí)施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭1所使用的模頭基體2，可以適用以往公知的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭使用的模頭基體。具體而言，可以適用具有如下厚度的金屬或合金等板狀構(gòu)件，該厚度能夠滿足在一個(gè)面8上形成內(nèi)孔3，在另一個(gè)面9上形成與內(nèi)孔3相連通的狹縫4。作為這種模頭基體2的材料，不銹鋼和模具鋼等是可以舉出的適用例。
在該模頭基體2上形成的狹縫4，用于成形如圖3所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體10的間隔壁11部分，因此對應(yīng)于間隔壁11的形狀，例如形成為如圖1所示的格子狀。
此外，內(nèi)孔3，用于從一個(gè)面8導(dǎo)入成形原料，該成形原料用于擠出成形蜂窩結(jié)構(gòu)體10(參考圖3)，內(nèi)孔3通常形成于狹縫4的交叉的位置。通過這樣構(gòu)成，內(nèi)孔3導(dǎo)入的成形原料可以均勻分散于全體狹縫4，從而可實(shí)現(xiàn)更高度成形性。而且，對于狹縫4和內(nèi)孔3的具體形狀沒有特別限制，可以根據(jù)擠出成形的蜂窩結(jié)構(gòu)體10(參考圖3)的形狀來適當(dāng)決定。
形成狹縫4和內(nèi)孔3的方法沒有特別限制，例如，可以適用以往公知的電解加工(ECM加工)、放電加工(EDM加工)或者鉆孔等機(jī)械加工。這時(shí)，對于本實(shí)施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭1而言，如圖1、圖2(a)及圖2(b)所示，在模頭基體2的至少一部分上依次順序設(shè)置基底層5、中間層6和表面層7，對于基底層5、中間層6和表面層7中的至少一層的設(shè)置位置而言，要比最終形狀的狹縫4和內(nèi)孔3的大小(寬度)稍大一點(diǎn)，即，考慮到基底層5、中間層6和表面層7的各自厚度和設(shè)置位置，優(yōu)選形成大的狹縫4和內(nèi)孔3。
構(gòu)成本實(shí)施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭1的基底層5，用于輔助模頭基體2和中間層6之間的接合。該基底層5的材料沒有特別的限制，但為了提高與中間層6的接合強(qiáng)度，優(yōu)選由含有從鎳、鈷和銅等組成的組中選擇的至少一種金屬的材料構(gòu)成，更優(yōu)選由與中間層的接合強(qiáng)度特別高的含鎳的材料來構(gòu)成。
該基底層5，優(yōu)選含有由無電解電鍍形成的無電解電鍍層。無電解電鍍，其形成無電解電鍍層的操作簡便，同時(shí)可以低價(jià)形成。
該基底層5可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以是多層結(jié)構(gòu)。通過上述無電解電鍍，可以將基底層的厚度任意變化，再經(jīng)過后述的化學(xué)氣相沉積(CVD)可以將縮小狹縫的寬度到可能的范圍而得到最終希望的狹縫寬度。
而且，通過該無電解電鍍，可以在狹縫的交叉點(diǎn)部位形成規(guī)定曲率半徑的R形狀。
設(shè)置的中間層6，覆蓋至少一部分基底層5，由以W3C為主要成分、平均粒徑小于等于5μm的碳化鎢粒子構(gòu)成，可以通過例如化學(xué)氣相沉積(CVD)，具體而言，由熱CVD、離子體CVD而形成。對于由化學(xué)氣相沉積(CVD)形成中間層6的具體方法，將在后述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的制造方法的實(shí)施方式中說明。其中，上述的“主要成分”是指碳化鎢粒子中所含的成分中所含比例(質(zhì)量％)最高的成分。
而且，可以在碳化鎢粒子中含有從W2C、WC和W所構(gòu)成的組中選擇的至少一種成分。該碳化鎢粒子，可以是結(jié)晶粒子、非晶粒子或者混晶粒子中的任意種。
就本實(shí)施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭1而言，碳化鎢粒子的平均粒徑有必要小于等于5μm，碳化鎢粒子的粒徑越小，中間層6的表面平滑性越好，因此碳化鎢粒子的最大粒徑優(yōu)選小于等于6μm，更優(yōu)選小于等于5μm，尤其優(yōu)選小于等于1μm，特別優(yōu)選小于等于0.5μm。而且碳化鎢粒子的平均粒徑小于等于5μm，優(yōu)選小于等于3μm，更優(yōu)選小于等于2μm，更優(yōu)選小于等于0.5μm，更優(yōu)選小于等于0.4μm，尤其優(yōu)選小于等于0.1μm。這樣，中間層6的平滑性優(yōu)良，在其上設(shè)置的表面層7的平滑性也提高，蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭1擠壓阻力的降低，可以實(shí)現(xiàn)高度成形性。
對于中間層6的厚度沒有特別的限制，為進(jìn)一步提高中間層6的表面平滑性、耐磨損性及與基底層5、表面層7的密合性，中間層6的厚度優(yōu)選0.1～30μm，更優(yōu)選0.1～20μm，尤其優(yōu)選0.1～15μm。
對于中間層6，可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以是多層結(jié)構(gòu)?？梢杂脤訑?shù)來實(shí)現(xiàn)對中間層厚度的控制，但從制造工序的簡單化的角度考慮，優(yōu)選單層結(jié)構(gòu)。
在至少一部分的中間層6上覆蓋設(shè)置的表面層7，由金剛石和/或金剛石狀碳構(gòu)成，可以通過例如化學(xué)氣相沉積(CVD)，具體而言，等離子體氣相沉積來形成。根據(jù)以上的說明，就本實(shí)施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭1而言，設(shè)置在表面層7的下面的中間層6的表面平滑性優(yōu)良，對應(yīng)于中間層6的表面的高平滑性，表面層7的平滑性也提高。因此，可以本實(shí)施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭1，可以降低擠壓阻力、實(shí)現(xiàn)高度成形性。對于通過上述化學(xué)氣相沉積(CVD)形成表面層7的具體方法，將在后述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的制造方法的實(shí)施方式中給予說明。
表面層7的厚度沒有特別的限制，為了具有優(yōu)良的耐磨損性、良好的表面平滑性及與中間層6的密合性，表面層7的厚度，優(yōu)選0.01～20μm，更優(yōu)選0.1～10μm，尤其優(yōu)選0.1～5μm。
此外，表面層7，可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以是多層結(jié)構(gòu)。
就本實(shí)施形式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭1而言，表面層7設(shè)置為覆蓋構(gòu)成內(nèi)孔3和狹縫4的部位的至少一部分，尤其優(yōu)選設(shè)置為包含模頭基體2上的內(nèi)孔3和狹縫4相連通的部位。就內(nèi)孔3和狹縫4相連通的部位而言，由于內(nèi)孔3的開口直徑與狹縫的寬度不一樣，在進(jìn)行擠出成形時(shí)，成形原料擠出時(shí)，與其他部位相比，會(huì)產(chǎn)生更多的摩損。對于上述這樣的表面層7，通過由耐磨損性能優(yōu)良的金剛石和/或金剛石狀碳構(gòu)成，并且將該表面層7設(shè)置在包括產(chǎn)生較多磨損的模頭基體上的內(nèi)孔3和狹縫4相連通的部位，可以提高蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭1的耐磨損特性。
以下，對本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的制造方法的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
本實(shí)施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的制造方法，是制造圖1所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭1的制造方法。首先，在具有兩個(gè)面8、9的板狀構(gòu)件的其中一個(gè)面8上，形成內(nèi)孔3，用于導(dǎo)入用于成形制造蜂窩結(jié)構(gòu)體10(參考圖3)的成形原料，同時(shí)在該板狀構(gòu)件的另一個(gè)面9上，形成與內(nèi)孔3相連通的狹縫4，得到形成有狹縫的模頭基體(模頭基體2)。
然后，在得到的形成有狹縫的模頭基體，即，其形成內(nèi)孔3和狹縫4的部位的至少一部分上，通過包括無電解電鍍在內(nèi)的工序形成基底層5，從而得到具有基底層的模頭基體。
在得到的具有基底層的模頭基體，即，其基底層5的至少一部分上，使用含有六氟化鎢(WF6)、苯(C6H6)和氫氣(H2)的第一反應(yīng)氣體進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)，形成由以W3C為主要成分、平均粒徑小于等于5μm的碳化鎢粒子構(gòu)成的中間層6，從而得到具有中間層的模頭基體。
接著，在得到的具有中間層的模頭基體，即，其中間層6的至少一部分上，使用含有碳?xì)浠衔锏牡诙磻?yīng)氣體進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，形成由金剛石和/或金剛石狀碳構(gòu)成的表面7，從而制得用于擠出成形蜂窩結(jié)構(gòu)體的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭1。
通過這樣構(gòu)成，能夠制造耐磨損性能優(yōu)良、可降低擠壓阻力、實(shí)現(xiàn)高度成形性的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭1。
以下，對各工序逐一進(jìn)一步具體說明。首先，就本實(shí)施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的制造方法而言在具有兩個(gè)面8、9的板狀構(gòu)件的其中一個(gè)面8上，通過例如以往公知的電解加工(ECM加工)、放電加工(EDM加工)或者鉆孔等機(jī)械加工，形成用于導(dǎo)入成形原料的內(nèi)孔3，該成形材料用于成形蜂窩結(jié)構(gòu)體10(參考圖3)，同時(shí)在該板狀構(gòu)件的另一個(gè)面9上，通過例如以往公知的電解加工(ECM加工)、放電加工(EDM加工)等的機(jī)械加工，形成與內(nèi)孔3相連通的狹縫4，從而得到形成有狹縫的模頭基體(模頭基體2)。該板狀構(gòu)件，優(yōu)選具有如下厚度的金屬或合金等板狀構(gòu)件，其厚度能夠滿足在其中一個(gè)面8上形成內(nèi)孔3、并在另一個(gè)面9上形成與內(nèi)孔3相連通的狹縫4，作為適用例，可以舉出由不銹鋼、模具鋼形成的板狀構(gòu)件。
就本實(shí)施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的制造方法而言，如圖1所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭1，在模頭基體2的至少一部分上，依次設(shè)置基底層5、中間層6和表面層7，就基底層5、中間層6和表面層7中至少一層的設(shè)置部位而言，要比最終形成的狹縫4和內(nèi)孔3的大小(寬度)稍大一點(diǎn)，即，考慮到基底層5、中間層6和表面層7的各自厚度和設(shè)置的部位，優(yōu)選在板狀構(gòu)件上形成大一些的狹縫4和內(nèi)孔3。對于狹縫4和內(nèi)孔3的形成順序沒有特別的限制，哪個(gè)先形成均可。
然后，在得到的形成有狹縫的模頭基體，即，內(nèi)孔3和狹縫4的形成部位的至少一部分上，通過包括無電解電鍍在內(nèi)的工序形成基底層5，從而得到具有基底層的模頭基體。無電解電鍍可以如下進(jìn)行將含有從鎳、鈷和銅組成的組中選擇的至少一種的金屬與次磷酸鈉、硼氫化鈉等還原劑的電鍍液，加熱到80～100℃，再將形成有狹縫的模頭基體在電鍍液中浸泡規(guī)定時(shí)間。
通過該無電解電鍍，可以任意改變基底層5的厚度，通過后述的化學(xué)氣相沉積(CVD)將狹縫寬度縮小到可能范圍，從而得到最終所希望的狹縫寬度，同時(shí)在狹縫4的交叉點(diǎn)可以形成具有規(guī)定曲率半徑的R形狀。
另外，包含該無電解電鍍的工序，優(yōu)選盡力避免混入氧化物層。作為避免混入氧化物層的方法，例如可以舉出，通過進(jìn)行一次性的連續(xù)無電解電鍍來形成基底層的方法。此外，在惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行無電解電鍍也是有效的。此外，通過無電解電鍍形成一層基底層5之后，可以通過無電解電鍍再形成一層基底層5。
此外，在這樣通過無電解電鍍形成基底層5之后，可以用稀硝酸、醋酸等對基底層的表面進(jìn)行酸洗。在進(jìn)行酸洗時(shí)，為了有效防止在基底層5形成氧化物層，最好在惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行。
包括該無電解電鍍的工序，優(yōu)選在電鍍液中一邊測定該形成有狹縫的模頭基體的狹縫4的寬度，一邊形成基底層5。此外，可以不直接測定狹縫4的寬度，而是將具有與該形成有狹縫的模頭基體相同寬度的狹縫的模擬片浸入到鍍液中，一邊測定該模擬片的狹縫寬度，一邊進(jìn)行包含無電解電鍍的工序。
接著，將所得到的具有基底層的模頭基體，例如，放置在用于進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)的反應(yīng)室中，使用含有六氟化鎢(WF6)、苯(C6H6)和氫氣(H2)的第一反應(yīng)氣體進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)，具體而言，通過熱CVD或等離子體CVD，形成由以W3C為主要成分、平均粒徑小于等于5μm的碳化鎢粒子構(gòu)成的中間層6，得到具有中間層的模頭基體。
作為化學(xué)氣相沉積(CVD)的條件，因形成的中間層6的厚度而不同，例如，優(yōu)選溫度310～420℃、壓力1～35Torr的熱CVD，更優(yōu)選溫度310～380℃、壓力1～30Torr的條件下進(jìn)行、尤其優(yōu)選溫度340～360℃、壓力1～30Torr的條件下進(jìn)行?；瘜W(xué)氣相沉積(CVD)的溫度低于310℃時(shí)，往往形成混合有高比例鎢(W)的中間層6，并且，第一反應(yīng)氣體的反應(yīng)性往往降低?；瘜W(xué)氣相沉積(CVD)的溫度高于420℃，往往形成的中間層6除W3C以外、還高比例且不均一地混合有粒徑較大的W2C。如果壓力高于35Torr，第一反應(yīng)氣體的分壓升高，反應(yīng)性增大，形成的中間層6除W3C以外，還高比例、且不均一地混合有粒徑較大的W2C。
在進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)時(shí)，優(yōu)選在構(gòu)成具有基底層的模頭基體的模頭基體的其中一個(gè)面8側(cè)和另一個(gè)面9側(cè)之間產(chǎn)生壓力差的狀態(tài)下，使用第一反應(yīng)氣體進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)。通過如此構(gòu)成，可以將第一反應(yīng)氣體良好地供應(yīng)于形成有狹縫4和內(nèi)孔3的空間，可以提高化學(xué)氣相沉積(CVD)的反應(yīng)效率。
此外，作為W3C以外的成分，作為適用例，可以舉出從W2C、WC及W所構(gòu)成的組中選擇的至少一種成分。此外，這些碳化鎢的粒子可以是結(jié)晶粒子、非晶粒子或者混晶粒子中的任意種。
對于中間層6的厚度沒有特別的限制，但為使中間層6的表面平滑性、耐磨損性及與基底層5、表面層7的密合性進(jìn)一步提高，中間層6的厚度，優(yōu)選0.1～30μm，更優(yōu)選0.1～20μm，尤其優(yōu)選0.1～15μm。
如上所述，第一反應(yīng)氣體含有六氟化鎢(WF6)、苯(C6H6)和氫氣(H2)的氣體，為了提高由化學(xué)氣相沉積(CVD)形成中間層6的效率，優(yōu)選對各成分進(jìn)行調(diào)整，使得該第一反應(yīng)氣體中的鎢元素(W)的摩爾數(shù)與碳元素(C)的摩爾數(shù)之比(W/C)在0.6～6的范圍內(nèi)，該摩爾數(shù)之比更優(yōu)選為0.6～5，尤其優(yōu)選為0.6～3。
接著，將所得到的具有基底層的模頭基體，例如，放置在用于進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)的反應(yīng)室中，使用含有碳?xì)浠衔锏牡诙磻?yīng)氣體進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)，具體來說，通過等離子體CVD，形成由金剛石和/或金剛石狀碳構(gòu)成的表面層7，制成具有表面層的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭1。
在由等離子體CVD形成表面層7時(shí)，優(yōu)選對具有中間層的模頭基體外加脈沖電壓產(chǎn)生等離子體。通過這樣構(gòu)成，可以在中間層6上良好地形成表面層7。而且，在具有中間層的模頭基體上，優(yōu)選實(shí)質(zhì)上沒有外加直流偏置電壓，而是外加脈沖電壓。通過實(shí)質(zhì)上沒有外加直流偏置電壓，可以形成更穩(wěn)定的表面層7。實(shí)質(zhì)上沒有外加直流偏置電壓指的是，沒有進(jìn)行從能夠外加直流偏置電壓的電源向具有中間層的模頭基體外加直流偏置電壓的操作。例如在具有中間層的模頭基體和電源之間，即使在由于其他原因而產(chǎn)生直流電位差的情況下，實(shí)質(zhì)上也沒有附加直流偏置電壓。
在外加上述脈沖電壓的情況下，例如電場的大小可優(yōu)選20～300kV/m，更優(yōu)選20～200kV/m。對于脈沖電壓的脈沖寬度沒有特別的限制，例如優(yōu)選1～50μs。對于脈沖電壓的脈沖周期沒有特別的限制，例如優(yōu)選100～10000Hz。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的制造方法，可以提供耐磨損性能優(yōu)良、且成形性能優(yōu)良的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，也提高了生產(chǎn)性。
實(shí)施例以下具體說明本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
實(shí)施例1實(shí)施例1制造了具備以下結(jié)構(gòu)的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭板狀模頭基體，其至少具有兩個(gè)面，在其中一個(gè)面上形成導(dǎo)入成形原料的內(nèi)孔，同時(shí)在另一個(gè)面上形成與內(nèi)孔連通的狹縫；基底層，其設(shè)置成覆蓋該模頭基體上的構(gòu)成內(nèi)孔和狹縫的部位的至少一部分；中間層，其設(shè)置成覆蓋該基底層的至少一部分，并由以W3C為主要成分、平均粒徑小于等于5μm的碳化鎢粒子構(gòu)成；和表面層，其設(shè)置成覆蓋該中間體的至少一部分，并由金剛石和/或金剛石狀碳構(gòu)成。
具體而言，首先，在具有兩個(gè)面的SUS鋼制板狀構(gòu)件的一個(gè)面上，形成開口直徑為1.00mm的內(nèi)孔，同時(shí)在該板狀構(gòu)件的另一面上形成與內(nèi)孔相連通的寬度為180μm的狹縫，得到具有狹縫的模頭基體。
之后，通過進(jìn)行一次性連續(xù)無解電鍍的電鍍工序，形成厚度大約為40μm的基底層，從而得到具有基底層的模頭基體。
然后，把所得到的具有基底層的模頭基體靜置于化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室內(nèi)，供給由WF6、C6H6和H2構(gòu)成的反應(yīng)氣體(W/C摩爾比0.8)，處理溫度約為350℃，進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)，形成厚度約為15μm的中間層，從而得到具有中間層的模頭基體。
下一步，將所得到的具有中間層的模頭基體靜置于等離子體CVD反應(yīng)室，以20cm3/min的流量供給C2H2氣體，對具有中間層的模頭基體施加脈沖電壓，并且在實(shí)質(zhì)上沒有外加直流偏置電壓的情況下，進(jìn)行等離子體CVD，形成厚度約為3μm的表面層，制得蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭(實(shí)施例1)。
實(shí)施例1的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，其狹縫寬度約為65μm，由格子狀狹縫的交叉部分形成的四角形部位，具有曲率半徑約為60μm的R形狀。
實(shí)施例1的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，中間層形成后的具有中間層的模頭基體的光澤均勻，該中間層由粒徑小于等于0.5μm、平均粒徑為0.1μm的碳化鎢粒子構(gòu)成。在該具有中間層的模頭基體的表面形成表面層時(shí)，表面層呈黑色，對該形成有表面層的部分進(jìn)行電子顯微鏡觀察的結(jié)果是，依托中間層的表面狀態(tài)而形成表面層，表現(xiàn)出平滑性優(yōu)良的表面形狀。使用該實(shí)施例1的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，在對含有堇青石的成形原料進(jìn)行擠出成形后，沒有產(chǎn)生成形不良等，可以擠出成形得到間隔壁厚度約為65μm的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
比較例1在處理溫度約750℃下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，形成TiCN基底層，得到具有基底層的模頭基體。在該具有基底層的模頭基體上，按照與實(shí)施例1同樣方法，形成厚度約為3μm的由金剛石和/或金剛石狀碳構(gòu)成的表面層，制成蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭(比較例1)。比較例1的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，其狹縫寬度、格子狀狹縫的交叉部分的曲率半徑等與實(shí)施例1的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭相同。
就比較例1的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭而言，其具有基底層的模頭基體基本沒有光澤，形成表面層后顯示黑色。對該形成有表面層的部分進(jìn)行電子顯微鏡觀察的結(jié)果是，由全部為長徑小于等于10μm、短徑小于等于3μm的針狀結(jié)晶構(gòu)成，依托TiCN基底層的表面狀態(tài)而形成表面層，該基底層中各種大小的結(jié)晶的分布也稍稍不均勻，與實(shí)施例1的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭相比，形成的表面的表面粗糙度大。而且，還發(fā)現(xiàn)處理溫度的影響所致的狹縫變形。使用該比較例1的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，在對含有堇青石的成形原料進(jìn)行擠出成形時(shí)，擠壓阻力增高，與由實(shí)施例1形成的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭相比，成形性降低。
比較例2將與實(shí)施例1中的具有基底層的模頭基體構(gòu)成相同的具有基底層的模頭基體，靜置于化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)室內(nèi)，供給由WF6、C6H6和H2構(gòu)成的反應(yīng)氣體(W/C摩爾比0.8)，處理溫度約為350℃，進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)，形成由以W3C為主要成分、平均粒徑0.1μm的碳化鎢構(gòu)成的層(實(shí)施例1中的中間層)，將其作為表面層，制造蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭(比較例2)。比較例2的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，其狹縫寬度、格子狀狹縫的交叉部分的曲率半徑等與實(shí)施例1的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭相同。
比較例2的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，對其表面狀態(tài)進(jìn)行電子顯微鏡觀察的結(jié)果是，表面層(實(shí)施例1中的中間層)由粒徑小于等于0.5μm、平均粒徑為0.1μm的碳化鎢粒子構(gòu)成，具有平滑性優(yōu)良的表面形狀。使用比較例2的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，在對含有堇青石的成形原料進(jìn)行擠出成形時(shí)，沒有產(chǎn)生成形不良等，可擠出成形得到間隔壁厚度約為65μm的蜂窩結(jié)構(gòu)體。但是，比較例2的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的耐磨損性低下，觀察到其磨損速度約為實(shí)施例1中的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的1.5倍。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，耐磨損性優(yōu)良的同時(shí)，可降低擠壓阻力，實(shí)現(xiàn)高度成形性。此外，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的制造方法，可以提供這樣的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，提高生產(chǎn)性。
權(quán)利要求
1.一種蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，其具有板狀模頭基體，該模頭基體至少具有兩個(gè)面，在其中一個(gè)面上形成導(dǎo)入成形原料的內(nèi)孔，同時(shí)在另一個(gè)面上形成與前述內(nèi)孔相連通的狹縫，前述內(nèi)孔導(dǎo)入的前述成形原料從前述狹縫擠出而成形得到蜂窩結(jié)構(gòu)體；其特征在于，還具有基底層，該基底層覆蓋前述模頭基體上的構(gòu)成內(nèi)孔和狹縫的部位的至少一部分；中間層，該中間層覆蓋前述基底層的至少一部分，并由以W3C為主要成分、平均粒徑為0.5nm～5μm的碳化鎢粒子構(gòu)成；表面層，該表面層覆蓋前述中間層的至少一部分，并由金剛石和/或金剛石狀碳構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，其中，在包括前述模頭基體上的前述內(nèi)孔和前述狹縫相連通的部位設(shè)置有前述表面層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，其中，前述基底層的厚度為1～100μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，其中，前述中間層的厚度為0.1～30μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，其中，前述表面層的厚度為0.01～20μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，其中，構(gòu)成前述中間層的前述碳化鎢粒子的最大粒徑小于等于6μm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，其中，前述基底層包含無電解電鍍層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，其中，前述中間層通過化學(xué)氣相沉積(CVD)形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭，其中，前述表面層通過化學(xué)氣相沉積(CVD)形成。
10.一種蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的制造方法，其特征在于，在具有兩個(gè)面的板狀構(gòu)件的一個(gè)面上，形成內(nèi)孔，該內(nèi)孔用于導(dǎo)入蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用的成形原料，同時(shí)在前述板狀構(gòu)件的另一個(gè)面上，形成與前述內(nèi)孔相連通的狹縫，從而得到具有狹縫的模頭基體；在所得的前述具有狹縫的模頭基體上的形成前述內(nèi)孔及前述狹縫的部位的至少一部分上，通過包括無電解電鍍的工序，形成基底層，從而得到具有基底層的模頭基體；在所得的前述具有基底層的模頭基體的前述基底層上的至少一部分上，通過使用含有六氟化鎢(WF6)、苯(C6H6)和氫氣(H2)的第一反應(yīng)氣體進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)，形成中間層，該中間層由以W3C為主要成分、平均粒徑為0.5nm～5μm的碳化鎢粒子構(gòu)成，從而得到具有中間層的模頭基體；在所得的前述具有中間層的模頭基體的前述中間層上的至少一部分上，通過使用含有碳?xì)浠衔锏牡诙磻?yīng)氣體進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)，形成表面層，該表面層由金剛石和/或金剛石狀碳構(gòu)成，從而制成用于擠出成形蜂窩結(jié)構(gòu)體的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的制造方法，其特征在于，形成前述中間層的前述化學(xué)氣相沉積(CVD)為熱化學(xué)氣相沉積或者等離子體化學(xué)氣相沉積。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的制造方法，其特征在于，前述中間層通過溫度為310～420℃、壓力為1～35Torr的前述熱化學(xué)氣相沉積形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求10到12任一項(xiàng)所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的制造方法，其特征在于，形成前述表面層的前述化學(xué)氣相沉積(CVD)為等離子體化學(xué)氣相沉積。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭的制造方法，其特征在于，前述等離子體化學(xué)氣相沉積是通過對前述具有中間層的模頭基體外加脈沖電壓來進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供耐磨損性能優(yōu)良且能夠降低擠壓阻力、實(shí)現(xiàn)高度成形性的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭。本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體成形用模頭1包括至少具有兩個(gè)面(8)和(9)、其中一個(gè)面(8)上形成導(dǎo)入成形原料的內(nèi)孔(3)、另一個(gè)面(9)上形成與內(nèi)孔相連通的狹縫(4)的板狀模頭基體(2)；并且，在模頭基體(2)上的構(gòu)成內(nèi)孔(3)和狹縫(4)的部位的至少一部分上，覆蓋設(shè)置有基底層(5)；在基底層(5)的至少一部分上，覆蓋設(shè)置有由以W
文檔編號B22F7/08GK1718398SQ20051008308
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月9日
發(fā)明者桑原浩, 松岡進(jìn), 齊藤隆雄 申請人:日本礙子株式會(huì)社