WO2006001509A1

WO2006001509A1 - 多孔体の製造方法、多孔体及びハニカム構造体

Info

Publication number: WO2006001509A1
Application number: PCT/JP2005/012150
Authority: WO
Inventors: Kazushige Ohno; Kazutake Ogyu; Masayuki Hayashi
Original assignee: Ibiden Co., Ltd.
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2006-01-05
Also published as: US20080286524A1; JPWO2006001509A1; EP1652831A4; US20060135343A1; EP1652831A1

Abstract

炭化珪素（セラミック粒子）の焼結を促進させる焼結助剤と炭化珪素と同じ物質であり平均粒径が小さい微細粒子とを混合して坏土を得る。セラミック粒子の平均粒径は、５～１００μｍが好ましく、微細粒子の平均粒径は、０．１～１．０μｍが好ましく、焼結助剤の平均粒径は０．１～１０μｍであることが好ましい。焼結助剤としてアルミナを用いる。この坏土をハニカム形状に押出成形し、焼結助剤を混合せずに焼結する温度よりも低い焼成温度（１９００～２１００℃）で焼成する。得られたハニカム構造体１０の熱伝導率は、炭化珪素に焼結助剤を添加せずに焼成した焼成体に対して６割以上を示し、２０℃において１２Ｗ／ｍ・Ｋ以上を示す。

Description

明細書多孔体の製造方法、多孔体及びハニカム構造体技術分野

本発明は、多孔体の製造方法、多孔体及びハニカム構造体に関する。背景技術

従来、多孔体としてのハニカム構造体の製造方法としては、炭化珪素などのセラミック粒子とアルミナなどの焼結助剤を混合して坏土を得る工程と、この坏土を成形し、焼成する工程を含むものが提案れている。例えば、特開 2 0 0 2— 2 3 4 7 7 9号公報に記載された製造方法では、焼成時に焼結助剤が溶解して液相を形成し、セラミック粒子のネック部に析出して結晶化しセラミック粒子同士を結合するため、焼結助剤を添加せずに焼成する場合に比べて焼結助剤によりセラミック粒子の焼結を促進させ低い焼成温度でハニカム構造体を得ることができる。発明の開示

ところで、一般にハニカム構造体は、排ガスの浄化などに用いられることがあるため、いち早く反応温度となる方が好ましく、その熱伝導率が高い方が性能的には有利である。また、一般にハニカム構造体の焼成温度は、エネルギー消費の観点から低いことが好ましい。

しかしながら、前記公報に記載された製造方法では、焼結助剤によりセラミック粒子の焼結を促進させ低い焼成温度で八二カム構造体を得ることができるが、セラミック粒子と焼結助剤の熱伝導率が異なるときにはハニカム構造体の熱伝導率が低下することがあった。本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、熱伝導率の低下を抑えて焼成温度を低くすることができる多孔体の製造方法を提供することを目的の一つとする。また、十分な熱伝導率を有する多孔体及びハニカム構造体を提供することを目的の一つとする。

本発明は、上述の目的の少なくとも一つを達成するために以下の手段を採った。

すなわち、本発明の多孔体の製造方法は、

所定の平均粒径であるセラミック粒子と、該セラミック粒子と同じ物質であり該所定の平均粒径より小さい平均粒径である微細粒子と、希土類、アルカリ土類、 A 1及び S iからなる群から選ばれる 1種以上の元素を含む焼結助剤とを混合して坏土とする原料混合工程と、

前記坏土を成形して成形体を得て、前記焼結助剤を混合せずに焼結する温度よりも低い焼成温度で該成形体を焼成する成形焼成工程と、を含むものである。

この多孔体の製造方法では、セラミック粒子の焼結を促進させる焼結助剤とセラミック粒子と同じ物質であり平均粒径が小さい微細粒子とを混合し成形し、焼結助剤を混合せずに焼結する温度よりも低い焼成温度で焼成する。このとき、焼結助剤によりセラミック粒子の焼結が促進されるため、焼結助剤を用いずにセラミック粒子を焼結する場合と比べて低温で焼結することができる。また、焼成前の坏土にはセラミック粒子同士の間にセラミック粒子と同じ物質である微細粒子が存在しているため、この坏土を焼結助剤を用いて低温で焼結したとしても、セラミック粒子同士を焼結助剤を用いずに高温で焼成する場合と比べて熱伝導率が低下するのを抑えることができる。

本発明の多孔体の製造方法において、セラミック粒子の前記所定の平均粒径は、 5〜 1 0 0 mとすることが好ましく、 1 0〜 5 0 // mとすることがより好ましい。セラミック粒子の平均粒径が 5 im未満では気孔径が小さくなり排気の圧力損失が高くなることがあり、 1 0 0 xmを超えると粒子間の接合部が減って強度が低下することがあり好ましくないと考えられる。また、前記微細粒子の平均粒径は、 0. l〜 1 0 m とすることが好ましく、 0. 1〜 5 mとすることがより好ましい。微細粒子の平均粒径が 0. 1 tm未満では微細粒子が凝集して分散が悪くなり焼結ムラが生じることがあるため好ましくなく、 1 0 imを超えると微細粒子が大きくセラミック粒子同士の結合部（ネック部）に存在し強度が低下することがあるため好ましくないと考えられる。

なお、本明細書で「平均粒径」とは、 MAL VE RN製のマスターサィザーマイクロを用いて、レーザー回折散乱法により求めた値である。本発明の多孔体の製造方法において、前記セラミック粒子は、特に限定されるものではないが、例えば、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、シリカ、ジルコニァ、チタニア、セリア及びムライトから選ばれる 1種又は 2種以上の粒子が挙げられ、これらのうち、炭化珪素が好ましい。炭化珪素は、熱伝導率が高く、多孔体に用いられることが多いため、本発明を適用する意義が高い。このとき、前記焼成温度は、 1 9 0 0〜2 1 0 0°Cとするのが好ましい。炭化珪素は焼結しにくく、高温（例えば 2 2 0 0 °Cなど）で焼成して焼結させる必要があるが、この製造方法では、焼結助剤を添加しているため、焼成温度を 1 9 0 0〜 2 1 0 0 :の範囲でも十分な強度を得ることができる。

本発明の多孔体の製造方法において、焼結助剤に含まれる元素は、希土類元素としては、 Y， E r , Y b , L a, S c , C e , Nd， D y , Sm及び Gdなどが挙げられ、アルカリ土類元素としては、 Mg、 C a、 B a及び S rなどが挙げられ、そのほか、 A 1、 S i及び Bなどが挙げられる。これらのうち、 A 1が焼結助剤に含まれていることが好ましい。また、焼結助剤に含まれる元素として、 N a、 K及び L iなどのアル力リ金属が挙げられる。

本発明の多孔体は、

セラミック粒子と、

希土類、アルカリ土類、 A 1及び S iからなる群から選ばれる 1種以上の元素と、

を含み、

前記セラミック粒子同士は、主として該セラミック粒子と同じ物質により形成されたネック部で結合しているものである。

この多孔体では、セラミック粒子と上記元素とを含み、セラミック粒子同士は、主としてセラミック粒子と同じ物質によって形成されたネック部で結合している。このように、セラミック粒子同士を結合するネック部がセラミック粒子と同じ物質により繋がっているため、上記元素が含まれていても十分な熱伝導率を有する。このとき、前記ネック部の表面には、希土類、アルカリ土類、 A 1及び S iからなる群から選ばれる 1種以上の元素が存在してもよい。応力のかかるネック部の表面にこれらの元素が存在するため、応力を緩和して多孔体の強度を向上させることが考えられる。また、本発明の多孔体は、前記セラミック粒子に焼結助剤を添加せずに焼成した焼成体に対して 6割以上、特に 8割以上の熱伝導率を示してもよい。

本発明の多孔体は、

セラミック粒子と、

を含み、

前記セラミック粒子に焼結助剤を添加せずに焼成した焼成体に対して 6割以上の熱伝導率を示すものとしてもよい。

この多孔体では、セラミック粒子と上記元素を含む物質との熱伝導率が異なっていたとしても、焼結助剤を添加せずに焼成した焼成体に対して 6割以上、特に 8割以上の熱伝導率を示す。

本発明の多孔体は、 2 0 における熱伝導率が、 1 2 W/m ' K以上であることが好ましい。 2 0 °Cにおける熱伝導率が 1 2 WZm · K以上では、熱の伝導がよく、いち早く所望の温度にすることができる。

本発明の多孔体において、前記セラミック粒子は、特に限定されるものではないが、例えば、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、シリカ、ジルコニァ、チタニア、セリア及びムライトから選ばれる 1種又は 2種以上の粒子が挙げられ、これらのうち、炭化珪素であることが好ましい。炭化珪素は、熱伝導率が高く、多孔体に用いられることが多いため、本発明を適用する意義が高い。

本発明の多孔体において、多孔体に含まれる元素は、希土類、アル力リ土類、 A 1及び S iからなる群から選ばれる 1種以上が挙げられるが、このうち、 A 1が好ましい。 A 1は、アルミナとして多孔体に添加されることがあるが、アルミナは、例えば焼結助剤に利用されることがあり、セラミック粒子の焼結を促進することができるからである。

本発明のハニカム構造体は、上述した種々の態様のいずれかの多孔体からなるものである。本発明の多孔体は、十分な熱伝導率を有するものであるから、これにより形成されたハニカム構造体も同様の効果を奏するものとなる。図面の簡単な説明

図 1は、本実施形態のハニカム構造体 1 0の説明図である。

図 2は、本実施形態の八二カム構造体 2 0の説明図である。図 3は、本実施形態のハニカム構造体 3 0の説明図である。

図 4は、本実施形態のハニカム構造体 1 0の断面の S EM写真である。発明を実施するための最良の形態

次に、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

まず、本発明の多孔体の製造方法について各工程別に詳細に説明する。ここでは、セラミック粒子として炭化珪素（以下粗粒炭化珪素と称する）、微細粒子としてセラミック粒子と同じ物質であり、セラミック粒子の平均粒径よりも小さい平均粒径である炭化珪素（以下微粒炭化珪素と称する）、焼結助剤としてアルミナを用いて、多孔体としてのハニカム構造体を製造する方法について説明する。具体的にはディーゼルェンジンの排ガス中の粒状物質（以下 PMと称する）をろ過し燃焼浄化する機能を持つディ一ゼル ·パティキユレ一ト · フィルタ（以下 D P Fと称する）として用いるハニカム構造体の製造方法をその一例として示す。

( 1 ) 原料混合工程

ハニカム構造体の原料は、粗粒炭化珪素と、微粒炭化珪素と、アルミナとを用いている。この粗粒炭化珪素の平均粒径は、 1 0〜 1 0 0 xm (好ましくは 3 0〜 40 m) の範囲のものを用いる。微粒炭化珪素の平均粒径は、 0. 1〜 1. (好ましくは 0. 5 ΠΙ) のものを用いる。アルミナの平均粒径は、 0. 1〜 1. 0 z mのものを用いることが好ましく、ここでは 0. 5 mのものを用いる。なお、アルミナは、高温での安定性に優れ、焼結助剤としての機能が高く、炭化珪素の焼結を促進することができる。原料の配合比としては、粗粒炭化珪素、微粒炭化珪素及びアルミナの全体に対して粗粒炭化珪素の量が 5 0〜 7 0重量％、微粒炭化珪素の量が 2 0〜 3 5重量％ (より好ましくは 2 5〜 3 0重量％) 、アルミナの量が 1〜3 0重量％ (より好ましくは 3〜 7重量％) であることが好ましい。粗粒炭化珪素の量が 5 0重量％未満では、微粒炭化珪素やアルミナの量が相对的に多くなりハニカムフィル夕の気孔径が小さくなるため好ましくなく、 7 0重量％を超えると、微粒炭化珪素やアルミナの量が相対的に少なくなり強度が弱くなるため好ましくない。また、微粒炭化珪素の量が 2 0重量％未満では、粗粒炭化珪素の粒子同士の結合部（ネック部）を形成する材料が少なくなり熱伝導率や耐熱衝撃性が低下するため好ましくなく、 3 5重量％を超えると、ハニカムフィル夕の気孔径が小さくなるため好ましくない。更に、アルミナが 1重量％未満では、表面にアルミニウム成分が存在しにくくなるため好ましくなく、 3 0重量％を超えると、ネック部にアルミニウム成分が多く存在するようになり熱伝導率や耐熱衝撃性が低下するため好ましくない。

次に、上述した粗粒炭化珪素、微粒炭化珪素及びアルミナを混合したものの 1 0 0重量部に対し、水を 1 0〜 3 0重量部加えて湿式混合し坏土とする。なお分散媒としては、水のほかに、例えば有機溶媒（ベンゼンなど）及びアルコール（メタノールなど）などを挙げることができる。この坏土には、これらのほかに有機バインダゃ成形助剤を成形性にあわせて適宜加えてもよい。有機バインダとしては、例えば、メチルセル口 —ス、カルポキシメチルセルロース、ヒドロキシェチルセルロース、ポリエチレングリコ一ル、フエノール樹脂及びエポキシ樹脂から選ばれる 1種又は 2種以上の有機バインダが挙げられる。有機バインダの配合量は、粗粒炭化珪素、微粒炭化珪素及びアルミナの合計 1 0 0重量部に対して、 1〜 1 0重量部が好ましい。成形助剤としては、例えば、ェチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹼及びポリアルコールを挙げることができる。この坏土は、例えば、ミキサーやアトライ夕などを用いて混合してもよく、ニーダーなどで十分に混練してもよい。 ( 2 ) 成形焼成工程

次に、原料混合工程で得られた粗粒炭化珪素、微粒炭化珪素及びアルミナを含む坏土をハニカム形状に成形する。坏土を成形する方法は、押出成形、铸込み成形及びプレス成形などによって行うことができるが、ここでは押出成形によって行う。ここで、上記坏土には、微粒炭化珪素が添加されているため、成形時に粗粒炭化珪素の粒子同士の間にこの微粒炭化珪素が入り込んだ状態で成形される。成形するハニカム構造体の形状は、使用用途などにより適宜選択するが、任意の形状、大きさとすることができ、例えば円柱状、角柱状又は楕円柱状としてもよい。ここでは、長手方向に沿って並列する複数の貫通孔が形成された角柱状になるように成形する。なお、この貫通孔の大きさや貫通孔の数や貫通孔同土の壁厚などは、使用される目的に合わせて適宜選択すればよい。また、貫通孔の形状は、矩形であってもよいし、三角形や六角形であってもよレ^ そして、得られた生の成形体を乾燥したのち、複数の貫通孔のそれぞれにっき、片方の端面のみを上記坏土と同様の組成のペーストにより目封じする。具体的には複数の貫通孔にっき、一方の端面が目封じされ他方の端面が開口された貫通孔と一方の端面が開口され他方の端面が目封じされた貫通孔とが交互に並ぶようにする。

続いて、得られた生の成形体を乾燥，焼成する。乾燥は、マイクロ波乾燥機や熱風乾燥機などを用いて 1 0 0〜 2 0 0 °C程度の温度で行う。原料混合工程で有機バインダなどの有機成分を添加した場合は、焼成前に仮焼し、この有機成分を脱脂することが好ましい。仮焼条件は、添加した有機成分の量や種類により適宜決定するが、例えば酸素雰囲気下 3 0 0〜6 5 0 °C程度に加熱する。焼成は、例えば窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で 1 9 0 0〜 2 1 0 0 °Cで行う。ここでは、焼結助剤としてアルミナを用いているため、焼結助剤を添加しないものに比べ 1 0 0〜 3 0 0 °C程度焼成温度を低くすることができる。また、微粒炭化珪素が添加され、粗粒炭化珪素の粒子同士の間に微粒炭化珪素が存在しているため、この坏土を焼結助剤を用いて低温で焼結したとしても、セラミック粒子同士を焼結助剤を用いずに高温で焼成する場合と比べて熱伝導率が低下するのを抑えることができる。このようにして、本実施形態のハニカム構造体を得ることができる。なお、ここではハニカム構造体に成形する製造方法を説明したが、任意の大きさ、任意の形状、例えば板状、円盤状、円柱状、角柱状又は楕円柱状の多孔体を成形してもよい。

この製造方法により得られた八二カム構造体は、炭化珪素と焼結助剤であるアルミナ由来の A 1元素とを含んでおり、その熱伝導率は、炭化珪素に焼結助剤を添加せずに焼成した焼成体に対して 6割以上（好ましくは 8割以上）を示し、 2 0 °Cにおいて 1 2 WZm · K以上（好ましくは 1 6 WZm * K以上）を示す。このように熱伝導率が大きく低下しない理由は、以下の点にあると考えられる。すなわち、焼成前の生の成形体では、粗粒炭化珪素の粒子同士の間に微粒炭化珪素が入り込んでいるため、焼成時に形成され粗粒炭化珪素の粒子同士が結合するネック部は、主として炭化珪素により形成されていると推察される。ここで、焼成前の坏土に微細粒子を混合しないときには、セラミック粒子である炭化珪素の粒子同士の間に焼結助剤であるアルミナが入り込み、粒子同士を結合するネック部が炭化珪素で繋がらずにアルミナで分断される。アルミナの熱伝導率は、炭化珪素のそれよりも低いため、アルミナで分断されたネック部の熱伝導率はアルミナの熱伝導率に依存して低下し、炭化珪素の粒子間の熱伝導率は低下する。このように、アルミナで分断されたネック部が多数形成されるとそれに伴って多孔体の熱伝導率は低下していく。これに対し、炭化珪素の微細粒子を混合すると、この微細粒子が炭化珪素の粒子同士の間に入り込み、炭化珪素の粒子同士を結合するネック部は、主として炭化珪素により形成され、アルミナの熱伝導率の影響を少なくすると推察される。その結果、ハニカム構造体の熱伝導率の低下を抑制できると考えられる。なお、この製造方法によって作製された多孔体も上述した理由により十分な熱伝導率を示すものとなると考えられる。

次に、この製造方法により得られたハニカム構造体 1 0について説明する。図 1 ( a ) は、ハニカム構造体 1 0の説明図であり、図 1 ( b ) は、図 1 ( a ) の A— A断面図を表している。このハニカム構造体 1 0 では、長手方向に沿って並列する複数の貫通孔 1 2の端面が目封じ部 1 4により交互に目封じされている。したがって、このハニカム構造体 1 0では、貫通孔 1 2の入口から流入した排気が隣の貫通孔 1 2に壁部 1 5を通過して流通し、このとき排気に含まれる P Mがハニカム構造体 1 0の壁部 1 5により捕集される。

ここで、本実施形態の製造方法では、角柱状の D P Fの製造方法を示したが、上述の目封じ部 1 4を形成せずにエンジンの排ガス浄化用（いわゆる三元触媒）の触媒担体としてもよい。また、図 2に示すように、このハニカム構造体 1 0を複数接合させて円柱状に加工したハニカム構造体 2 0としてもよい。このハニカム構造体 2 0は、ハニカム構造体 1 0を複数作製し、シール材ペーストを外面 1 3に塗布して乾燥固化させたシ一ル材層 2 6により接合させ、ダイヤモンドカツ夕一などを用いて円柱状とし、貫通孔 1 2が開口していない外周面をシ一ル材ペース卜と同様のペーストによって形成されるコーティング材層 2 7によって覆い、乾燥 · 固化する工程により得られる。ここで、シール材ペーストは、無機繊維及び無機粒子の少なくとも一方を含み、これに無機バインダ、有機バインダを適宜加えたものを使用することができる。無機繊維としては、例えばシリカーアルミナ、ムライト、アルミナ及びシリカなどから選ばれる 1種以上のセラミック繊維が挙げられる。無機粒子としては、例えば炭化珪素、窒化珪素及び窒化硼素などから選ばれる 1種以上の粒子が挙げられる。無機バインダーとしては、例えばシリカゾル、アルミナゾルなどから選ばれる 1種以上のバインダが挙げられる。有機パインダ一としては、例えばポリビニルアルコール、メチルセルロース、ェチルセルロース及びカルポキシメチルセルロースなどから選ばれる 1種以上が挙げられる。あるいは、図 3に示すように、貫通孔 3 2を有するハ二カム構造体 3 0を一体成形してもよいし、このハニカム構造体 3 0の貫通孔 3 2の端面に交互に目封じ部 3 4を設けて一体型の D P Fとしてもよい。

なお、上述したハニカム構造体 1 0及び多孔体において、炭化珪素の粒子同士を結合するネック部は、主として炭化珪素により形成されていると推察したが、万一、そのように形成されていなかったとしても、本発明の多孔体及びハニカム構造体の製造方法によれば、炭化珪素に焼結助剤を添加せずに焼成した焼成体に対して 6割以上の熱伝導率を示し、 2 0 °Cにおける熱伝導率は、 1 2 W/m · K以上を示すため、熱伝導率の低下を抑えて焼成温度を低くすることができる。また、この製造方法によって得られた多孔体ゃハニカム構造体は、十分な熱伝導率を有するものとすることができる。

以上詳述した本実施形態によれば、ハニカム構造体の製造時に、焼結助剤によりセラミック粒子の焼結が促進されるため、焼結助剤を用いずにセラミック粒子を焼結する場合と比べて低温で焼結することができる。また、焼成前の坏土にはセラミック粒子同士の間にセラミック粒子と同じ物質である微細粒子が存在しているため、この坏土を焼結助剤を用いて低温で焼結したとしても、セラミック粒子同士を焼結助剤を用いずに高温で焼成する場合と比べて熱伝導率が低下するのを抑えることができる。

また、本実施形態のハニカム構造体 1 0では、セラミック粒子同士を結合するネック部が主としてセラミック粒子と同じ物質により形成されているため、ハニカム構造体 1 0の熱伝導率が低下することがなく、ハ二カム構造体 1 0に A 1元素が含まれていても十分な熱伝導率を有する。このとき、セラミック粒子に焼結助剤を添加せずに焼成した焼成体に対して 6割以上の熱伝導率を示す。また、 2 0 における熱伝導率が、 1 2 W / m · K以上であるため、熱の伝導がよく、いち早く所望の温度にすることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。実験例

以下には、ハニカム構造体 1 0を具体的に製造した例を、実験例として説明する。

[実験例 1 ]

まず、セラミック粒子としてひ型炭化珪素粉末（平均粒径 4 0 m ) 6 7 5 0重量部と、微細粒子としてひ型炭化珪素粉末（平均粒径 0 . 5 ΐη ) 2 9 5 0重量部と、焼結助剤としてァアルミナ（平均粒径 0 . 5 li ) 3 0 0重量部と、水 1 8 0 0重量部とを混合し、更に有機バインダとしてメチルセルロース 6 0 0重量部と、可塑剤としてのグリセリン 1 5 0重量部と、潤滑剤（商品名ュニループ；日本油脂社製） 3 3 0重量部を加えて混練して坏土を得た。この坏土を長手方向に沿って並列する複数の貫通孔が形成された角柱状になるように押出成形器により押出成形して生の成形体を得た。次に、得られた生の成形体をマイクロ波乾燥機により乾燥し、上記坏土と同様の組成のペース卜により長手方向に沿って並列する複数の貫通孔の端面を交互に目封じし、更に乾燥させて、 400 °C , 3 hで脱脂した。この成形体を常圧のアルゴン雰囲気下で 2 0 0 0 ° (：、 3 hで焼成を行うことにより図 1 (a) に示した 34. 3 m mX 3 4. 3 mmX 1 5 0 mmで貫通孔が 3 1個 Z c m² ( 2 0 0 c p s i ) , 隔壁の厚さが 0. 3 mmの炭化珪素焼結体からなるハニカム構造体 1 0を作製した。この実験例 1のハニカム構造体の原料の粗粒炭化珪素の平均粒径、微粒炭化珪素の平均粒径、アルミナの平均粒径、粗粒の配合比、微粒の配合比、アルミナの配合比及び焼成温度の各数値等をまとめたものを表 1に示す。なお、各配合比は、粗粒炭化珪素、微粒炭化珪素及びアルミナの全体に対する重量％とした。また、この表 1には後述する実験例 2〜9に関する内容もまとめて示し、後述する熱伝導率、 3点曲げ強度及び平均気孔径の測定結果もまとめて示す。

サンブル粗粒 ^υ 微粒²' アルミナ粗粒アルミナ焼成温度熱伝導率 3点率均粒径粒径粒径配合比配合比配合比曲げ強度気孔径 μ. m μ. m m 里重量％重量％ °C """" W" m K M P a m 実験例 1 40 0. 5 0. 5 6 7. 5 2 9. 5 3. 0 2 000 1 7. 6 2 3. 6 2 5. 9 実験例 2 40 0. 5 0. 5 6 6. 5 2 8. 5 5. 0 2000 1 7. 5 2 6. 7 2 6. 2 実験例 3 40 0. 5 0. 5 6 5. 5 2 7. 5 7. 0 2000 1 7. 3 2 5. 3 2 5. 4 実験例 4 30 0. 5 0. 5 6 6. 5 2 8. 5 5. 0 2000 1 7. 5 2 6. 1 2 3. 5 実験例 5 3 0 0. 5 0. 5 6 5. 5 2 7. 5 7. 0 200 0 1 7. 7 2 6. 3 2 3. 9 実験例 6 40 0. 5 0. 5 6 8. 5 3 0. 5 Ί . 0 2000 1 8. 7 9. 1 2 5. 3 実験例 7 4 0 0. 5 0. 5 6 6. 5 2 8. 5 5. 0 1 6 00 1 6. 2 7. 8 2 3. 4 実験例 8 4 0 0. 5 ― 70 · 0 3 0. 0 ― 2000 20. 1 7. 1 2 5. 8 実験例 9 40 ― 0. 5 9 5. 0 ― 5. 0 2000 1 0. 2 8. 4 2 6. 1

微細粒子：炭化珪素

[実施例 2〜 9]

表 1に示す配合比や焼成温度などになるように設計したほかは実験例 1と同様にしてハニカム構造体を作製した。なお、実験例 7は、実験例 2と同じ配合比で焼成温度を 1 6 0 0 °Cとしたものであり、実験例 8は、焼結助剤であるアルミナを添加していないものであり、実験例 9は炭化珪素の微細粒子を添加していないものである。

[S EM観察]

実験例 2の S EM観察を行った。 S EMは、日立社製 S— 43 0 0を用いた。ここでは、ハニカム構造体をスライスした断面をスパッ夕リングコートをせずに観察した。また、実験例 8の配合比のものを 2 2 0 0 °Cで焼成したもの（実験例 1 0) についても S EM観察した。この実験例 1 0は、焼結助剤を添加せずに焼結させる、通常品である。

[熱伝導率測定]

実験例 1〜 9の熱伝導率測定を行った。この測定は、レーザフラッシュ法により J I S - 1 6 1 1に基づいて 2 0でで行った。なお参考例として市販のコ一ジエライトを測定したが、その結果は 2. 0 W/m - Kであった。

[3点曲げ強度]

実験例 1〜 9の 3点曲げ強度測定を行った。この測定は、測定器としてインスト口ン社製 5 5 8 2を用いて J I S— R 1 6 0 1に基づいて行つた。具体的には、クロスヘッド速度を 0. 5mmZm i n、スパン間距離を 1 2 5mmとし、図 1 (a) に示した角柱状のハニカムフィルタ 1 0の貫通孔 1 2に対して垂直方向に荷重をかけて破壌荷重を測定し、壁厚ゃハニカムの構造などから断面 2次モーメントを計算して強度を算出した。

[平均気孔径測定] 実験例 1〜 9の平均気孔径測定を行った。この測定は、測定器として (株）島津製作所社製自動ポロシメ一夕オートポア ΠΙ 9405を用いて J I S - R 1 6 5 5に基づいて水銀圧入法により行った。具体的には、ハニカムフィルタ 1 0を 0. 8 c m程度の立方体に切断し、イオン交換水で超音波洗浄し乾燥したのち上記測定器を用いて、 0. 2〜 50 0 |i mの測定範囲で測定した。 1 0 0〜5 0 0 mの範囲では、 0. 1 p s i aの圧力ごとに測定し、 0. 2〜 1 0 0 mの範囲では、 0. 2 5 p s i aの圧力ごとに測定した。

[実験結果]

実験例 1 0を 5 0 0倍及び 3 0 0 0倍の倍率で S EM観察した写真を図 4 (a) , (b) にそれぞれ示し、実験例 2を 5 0 0倍及び 3 0 0 0 倍の倍率で S EM観察した写真を図 4 (c) ， (d) にそれぞれ示す。図 4 (a) 及び図 4 ( c ) から、セラミック粒子である炭化珪素がネック部で結合していることがわかった。また、アルミナを添加して 20 0 0 °Cで焼成したもののネック部の組織とアルミナを添加せずに 2 2 0 0 °Cで焼成したものの組織とが略同じ組織であることが分かった。したがつて、アルミナを添加すると低い温度で十分焼結することがわかった。また、図 4 (d) に示すように、セラミック粒子である炭化珪素同士は、主として炭化珪素で形成されたネック部で繋がっているものと推察された。なお、実験例 2のネック部の表面にはアルミナと思われるものが析出していた。このネック部の表面に存在するアルミナがネック部にかかる応力を緩和するため、八二カム構造体 1 0の強度が向上することが考えられた。

実験例 1〜 9の熱伝導率、 3点曲げ強度及び平均気孔径の各測定結果を表 1に示す。表 1から明らかなように、実験例 8のアルミナ無添加の熱伝導率に対して実験例 1〜 7は、 6割以上の熱伝導率を示した。したがって、これら実施例 1〜 7は、アルミナを添加しているが、セラミツク粒子である炭化珪素同士は、主として炭化珪素で形成されたネック部で繋がっているものと推察された。なお、 S E M写真の観察結果もこの結果を支持する。また、実験例 6〜 9は 3点曲げ強度が低く、十分に焼結していなかつたのに対し、実施例 1〜 5は、 2 0 M P aを超える強度が得られているため、十分に焼結していることが分かった。したがって、セラミック粒子である炭化珪素と炭化珪素の微細粒子と焼結助剤であるアルミナとを混合して成形 ·焼成する方法によれば、強度及び熱伝導率の低下を抑えて焼成温度を低くすることができることがわかった。また、この製造方法により製造したハニカム構造体は、 2 0 °Cにおいて 1 2 W / · K以上の熱伝導率を示し、焼結助剤を添加しないものと比べ 6割以上の熱伝導率を示すことから、十分な熱伝導率を有することが分かつた。

本発明は、 2 0 0 4年 6月 2 5日に出願された日本国特許出願 2 0 0 4 - 1 8 8 8 5 6号を優先権主張の基礎としており、その内容のすべてが編入される。産業上の利用の可能性

本発明の多孔体及びハニカム構造体は、例えば各種産業においてろ過が必要な場面に利用可能であり、具体的には自動車産業における排ガスの浄化装置として利用したり水道産業における水の浄化装置として利用したりすることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 所定の平均粒径であるセラミック粒子と、該セラミック粒子と同じ物質であり該所定の平均粒径より小さい平均粒径である微細粒子と、希土類、アルカリ土類、 A 1及び S iからなる群から選ばれる 1種以上の元素を含む焼結助剤とを混合して坏土とする原料混合工程と、

前記坏土を成形して成形体を得て、前記焼結助剤を混合せずに焼結する温度よりも低い焼成温度で該成形体を焼成する成形焼成工程と、を含む多孔体の製造方法。

2 . 前記所定の平均粒径は、 5〜 1 0 0 z mの平均粒径である、請求項 1に記載の多孔体の製造方法。

3 . 前記微細粒子は、 0 . 1〜 1 0 i mの平均粒径である、

請求項 1又は 2に記載の多孔体の製造方法。

4 . 前記セラミック粒子は、炭化珪素である、

請求項 1〜 3のいずれかに記載の多孔体の製造方法。

5 . 前記成形焼成工程では、焼成温度を 1 9 0 0〜 2 1 0 0 °Cとする、請求項 4に記載の多孔体の製造方法。

6 . 前記焼結助剤は、アルミナである、

請求項 1〜 5のいずれかに記載の多孔体の製造方法。

7 . セラミック粒子と、

を含み、

前記セラミック粒子同士は、主として該セラミック粒子と同じ物質により形成されたネック部で結合している、

多孔体。

8 . 前記ネック部の表面には、希土類、アルカリ土類、 A 1及び S iからなる群から選ばれる 1種以上の元素が存在している、請求項 7に記載の多孔体。

9. 前記セラミック粒子に焼結助剤を添加せずに焼成した焼成体に対して 6割以上の熱伝導率を示す、

請求項 7又は 8に記載の多孔体。

1 0. セラミック粒子と、

を含み、

前記セラミック粒子に焼結助剤を添加せずに焼成した焼成体に対して 6割以上の熱伝導率を示す、

多孔体。

1 1. 2 0 °Cにおける熱伝導率が、 1 2 WZm · K以上である、請求項 7〜 1 0のいずれかに記載の多孔体。

1 2. 前記セラミック粒子は、炭化珪素である、

請求項 7〜 1 1のいずれかに記載の多孔体。

1 3. 前記元素は、 A 1である、

請求項 7〜 1 2のいずれかに記載の多孔体。

1 4. 請求項 7〜 1 3のいずれかに記載の多孔体からなるハニカム構造体。