JP2009155156A - 多孔質焼成体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】骨材が結合材により結合された構造を有する多孔質焼成体であって、前記骨材としてSiC粒子とSiCよりも単位体積当たりの熱容量が大きい酸化物の粒子とを含み、前記結合材として金属Siを含み、前記多孔質焼成体全体に占める前記金属Siの体積割合が8〜43体積%であり、前記骨材全体に占める前記酸化物の粒子の体積割合が14〜55体積%であり、前記SiC粒子と前記酸化物の粒子とがそれぞれ1以上の粒子群から構成され、各粒子群の平均粒径が、5〜100μmの範囲にある多孔質焼成体。
【選択図】図1
Description
単位体積当りの熱容量(J/cm3・K)=比熱(J/kg・K)×真密度(g/cm3)/103
SiC粉末、Al2O3粉末及び金属Si粉末を、最終的に得られる多孔質焼成体の組成(体積比)が表1に示す値となるように混合し、この混合粉末100質量部に対し、造孔材として澱粉及び発泡樹脂を合計10質量部、有機バインダーとしてメチルセルロースを6質量部、界面活性剤を2.5質量部、水を24質量部添加して、可塑性の坏土を得た。なお、SiC粉末、Al2O3粉末は、それぞれ表1に示す平均粒径を有する粒子群から構成されたものである。この坏土を押出成形し、乾燥して、幅50mm、厚さ4mm、長さ20cmのプレート状成形体と、隔壁の厚さが310μm、セル形状が正方形、セル密度が約46.5セル/cm2(300セル/平方インチ)、断面が一辺35mmの正方形、軸方向の長さが152mmの四角柱状のハニカム状成形体を得た。これら成形体のうち、プレート状成形体は、乾燥させた後、大気雰囲気中、約400℃で脱脂し、更に、Ar不活性雰囲気において約1450℃で焼成して、骨材であるSiC粒子及びAl2O3粒子が結合材である金属Siにより結合された多孔質焼成体からなるプレートを得た。また、ハニカム状成形体は、端面が市松模様状を呈するように、セルの端部を目封止した。すなわち、隣接するセルが、互いに反対側の端部で封じられるように目封止を行った。目封止材としては、ハニカム状成形体と同じ材料を用いた。こうしてセルの端部を目封止し、乾燥させた後、大気雰囲気中、約400℃で脱脂し、更に、Ar不活性雰囲気において約1450℃で焼成して、骨材であるSiC粒子及びAl2O3粒子が結合材である金属Siにより結合された多孔質焼成体からなるハニカムフィルタセグメントを得た。ただし、比較例4及び9は、プレート、ハニカムフィルタセグメントの何れについても焼成時に崩壊が生じた。
SiC粉末、MgAl2O4粉末及び金属Si粉末を、最終的に得られる多孔質焼成体の組成(体積比)が表1に示す値となるように混合し、この混合粉末100質量部に対し、造孔材として澱粉及び発泡樹脂を合計10質量部、有機バインダーとしてメチルセルロースを6質量部、界面活性剤を2.5質量部、水を24質量部添加して、可塑性の坏土を得た。なお、SiC粉末、MgAl2O4粉末は、それぞれ表1に示す平均粒径を有する粒子群から構成されたものである。この坏土を用い、前記実施例1〜5及び比較例4〜9と同様の条件で成形、乾燥、脱脂、焼成等を行い、骨材であるSiC粒子及びMgAl2O4粒子が結合材である金属Siにより結合された多孔質焼成体からなるプレートとハニカムフィルタセグメントを得た。
平均粒径が100μmの粒子群から構成されたSiC粉末を22質量部、平均粒径が35μmの粒子群から構成されたSiC粉末を25質量部、平均粒径が10μmの粒子群から構成されたSiC粉末を8質量部、平均粒径が100μmの粒子群から構成されたAl2O3粉末を8質量部、平均粒径が35μmの粒子群から構成されたAl2O3粉末を9質量部、平均粒径が10μmの粒子群から構成されたAl2O3粉末を3質量部、及び金属Si粉末を、最終的に得られる多孔質焼成体の組成(体積比)が表1に示す値となるように混合し、この混合粉末100質量部に対し、有機バインダーとしてメチルセルロースを6質量部、界面活性剤を2.5質量部、水を24質量部添加して、可塑性の坏土を得た。この坏土を用い、前記実施例1〜5及び比較例4〜9と同様の条件で成形、乾燥、脱脂、焼成等を行い、骨材であるSiC粒子及びAl2O3粒子が結合材である金属Siにより結合された多孔質焼成体からなるプレートとハニカムフィルタセグメントを得た。
平均粒径が35μmの粒子群から構成されたSiC粉末を11質量部、平均粒径が10μmの粒子群から構成されたSiC粉末を38.5質量部、平均粒径が5μmの粒子群から構成されたSiC粉末を5.5質量部、平均粒径が35μmの粒子群から構成されたAl2O3粉末を4質量部、平均粒径が10μmの粒子群から構成されたAl2O3粉末を14質量部、平均粒径が5μmの粒子群から構成されたAl2O3粉末を2質量部、及び金属Si粉末を、最終的に得られる多孔質焼成体の組成(体積比)が表1に示す値となるように混合し、この粉末100質量部に対し、造孔材として澱粉及び発泡樹脂を25質量部、有機バインダーとしてメチルセルロースを6質量部、界面活性剤を2.5質量部、水を24質量部添加して、可塑性の坏土を得た。この坏土を用い、前記実施例1〜5及び比較例4〜9と同様の条件で成形、乾燥、脱脂、焼成等を行い、骨材であるSiC粒子及びAl2O3粒子が結合材である金属Siにより結合された多孔質焼成体からなるプレートとハニカムフィルタセグメントを得た。
平均粒径が35μmの粒子群から構成されたSiC粉末を14質量部、平均粒径が10μmの粒子群から構成されたSiC粉末を33質量部、平均粒径が5μmの粒子群から構成されたSiC粉末を8質量部、平均粒径が35μmの粒子群から構成されたAl2O3粉末を5質量部、平均粒径が10μmの粒子群から構成されたAl2O3粉末を12質量部、平均粒径が5μmの粒子群から構成されたAl2O3粉末を3質量部、及び金属Si粉末を、最終的に得られる多孔質焼成体の組成(体積比)が表1に示す値となるように混合し、この混合粉末100質量部に対し、有機バインダーとしてメチルセルロースを6質量部、界面活性剤を2.5質量部、水を24質量部添加して、可塑性の坏土を得た。この坏土を用い、前記実施例1〜5及び比較例4〜9と同様の条件で成形、乾燥、脱脂、焼成等を行い、骨材であるSiC粒子及びAl2O3粒子が結合材である金属Siにより結合された多孔質焼成体からなるプレートとハニカムフィルタセグメントを得た。
平均粒径が100μmの粒子群から構成されたSiC粉末を49.5質量部、平均粒径が35μmの粒子群から構成されたSiC粉末を5.5質量部、平均粒径が100μmの粒子群から構成されたAl2O3粉末を18質量部、平均粒径が35μmの粒子群から構成されたAl2O3粉末を2質量部、及び金属Si粉末を、最終的に得られる多孔質焼成体の組成(体積比)が表1に示す値となるように混合し、この混合粉末100質量部に対し、造孔材として澱粉及び発泡樹脂を合計20質量部、有機バインダーとしてメチルセルロースを6質量部、界面活性剤を2.5質量部、水を24質量部添加して、可塑性の坏土を得た。この坏土を用い、前記実施例1〜5及び比較例4〜9と同様の条件で成形、乾燥、脱脂、焼成等を行い、骨材であるSiC粒子及びAl2O3粒子が結合材である金属Siにより結合された多孔質焼成体からなるプレートとハニカムフィルタセグメントを得た。
SiC粉末及び金属Si粉末を、最終的に得られる多孔質焼成体の組成(体積比)が表1に示す値となるように混合し、この混合粉末100質量部に対し、造孔材として澱粉及び発泡樹脂を合計10質量部、有機バインダーとしてメチルセルロースを6質量部、界面活性剤を2.5質量部、水を24質量部添加して、可塑性の坏土を得た。なお、SiC粉末は、表1に示す平均粒径を有する粒子群から構成されたものである。この坏土を用い、前記実施例1〜5及び比較例4〜9と同様の条件で成形、乾燥、脱脂、焼成等を行い、骨材であるSiC粒子が結合材である金属Siにより結合された多孔質焼成体からなるプレートとハニカムフィルタセグメントを得た。
前記実施例及び比較例にて得られた多孔質焼成体(プレート、ハニカムフィルタセグメント)について、その作製に骨材として用いたSiC粉末と酸化物粉末(Al2O3粉末、MgAl2O4粉末)の平均粒径及び単位体積当たりの熱容量を測定するとともに、多孔質焼成体の開気孔率、平均細孔径及び単位体積当たりの熱容量を測定し、更にフィルタ再生試験による評価を行い、その結果を表1に示した。なお、比較例4及び9は、前記のとおり焼成時に崩壊したため、多孔質焼成体に関する測定とフィルタ再生試験から除外した。測定及び試験の方法は下記のとおりである。
JIS R 1629に準拠して、レーザー回折式分布測定装置((株)島津製作所製:SALD−2000(商品名))にて測定した。
骨材に用いた各粉末について、DSC法により比熱を測定するとともに、乾式自動密度計((株)島津製作所製:Accupyc 1330(商品名))で真密度を測定し、これらの測定値から下式により算出した。
単位体積当りの熱容量(J/cm3・K)=比熱(J/kg・K)×真密度(g/cm3)/103
プレートからφ6mm×1mmの試料を切り出して、DSC法により比熱を測定するとともに、プレートを粉砕して乾式自動密度計((株)島津製作所製:Accupyc 1330(商品名))で真密度を測定し、これらの測定値から下式により算出した。
単位体積当りの熱容量(J/cm3・K)=比熱(J/kg・K)×真密度(g/cm3)/103
プレートから10mm×10mm×1mmの試料を切り出し、アルキメデス法により算出した。
プレートから5mm×5mm×15mmの試料を切り出し、水銀ポロシメーター(Quantachrome社製:PoreMaster60GT(商品名))により測定した。
ハニカムフィルタセグメントと同じ材料を用い、坏土よりも粘性を低下させて得た接合材を使用して複数のハニカムフィルタセグメントを接合し、熱風乾燥機を用いて150℃で2時間乾燥した後、窒素雰囲気中にて700℃で1時間熱処理し、その後、外周部を円柱状に加工することで、直径144mm×高さ153mmの円柱状ハニカムフィルタを得た。このハニカムフィルタの外周部に把持材としてセラミック製無膨張マットを巻き、SUS409製のキャニング用缶体に押し込んでキャニング構造体とした後、ディーゼル燃料軽油の燃焼により発生させたスートを含む燃焼ガスを、ハニカムフィルタの一方の端面(入口側端面)より流入させ、反対側の端面(出口側端面)より流出させることにより、スートをハニカム内に捕集した。その後、一旦室温まで放冷してから、ハニカムフィルタの入口側端面より700℃で一定割合の酸素を含む燃焼ガスを流入させることによりスートを燃焼させ、出口側端面の中心部の最高温度を熱電対により測定した。酸化物粒子を骨材の一部として含む実施例1〜14及び比較例5〜8のハニカムフィルタにおける測定結果と、酸化物粒子を骨材に含まない比較例1〜3における測定結果とを、骨材と結合材との体積比が同一のもの同士で比較し、酸化物粒子を含ませたことによるフィルタ再生時の最高温度低減効果の有無を調べた。
Claims (7)
- 骨材が結合材により結合された構造を有する多孔質焼成体であって、
前記骨材としてSiC粒子とSiCよりも単位体積当たりの熱容量が大きい酸化物の粒子とを含み、前記結合材として金属Siを含み、前記多孔質焼成体全体に占める前記金属Siの体積割合が8〜43体積%であり、前記骨材全体に占める前記酸化物の粒子の体積割合が14〜55体積%であり、前記SiC粒子と前記酸化物の粒子とがそれぞれ1以上の粒子群から構成され、各粒子群の平均粒径が、5〜100μmの範囲にある多孔質焼成体。 - 前記酸化物が、Al2O3及びMgAl2O4よりなる群から選ばれる1種以上の酸化物である請求項1に記載の多孔質焼成体。
- 開気孔率が、30〜75%である請求項1又は2に記載の多孔質焼成体。
- 平均細孔径が、5〜50μmである請求項1〜3の何れか一項に記載の多孔質焼成体。
- ハニカム形状を有する請求項1〜4の何れか一項に記載の多孔質焼成体。
- 骨材が結合材により結合された構造を有する多孔質焼成体の製造方法であって、
前記骨材となる、1以上の粒子群から構成され、各粒子群の平均粒径が5〜100μmの範囲にあるSiC粒子と、同じく前記骨材となる、1以上の粒子群から構成され、各粒子群の平均粒径が5〜100μmの範囲にあるSiCよりも単位体積当たりの熱容量が大きい酸化物の粒子と、前記結合材となる金属Siとを、最終的に得られる多孔質焼成体全体に占める前記金属Siの体積割合が8〜43体積%となり、前記骨材全体に占める前記酸化物の粒子の体積割合が14〜55体積%となるように配合した原料を用いて成形用坏土を作製し、当該成形用坏土を所定形状に成形した後、焼成する多孔質焼成体の製造方法。 - 前記焼成の際の最高温度が、1300〜1800℃である請求項6に記載の多孔質焼成体の製造方法。
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