JP2012153596A - Method for manufacturing inorganic porous body which has one-dimensional structure body arranged, the inorganic porous body and member made using the same - Google Patents

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福島  学
Yuichi Yoshizawa
友一 吉澤
Paolo Colombo
パオロ コロンボ
Cekdar Vakifahmetoglu
チェックダル ヴァキファメトグル
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface treatment method for a surface treatment member capable of forming a microstructure to a desired position regardless of the quality of the material and the shape of the surface treatment member.SOLUTION: The surface treatment method for a surface treatment member includes (a) a step of preparing a surface treatment member, (b) a step of preparing a surface treatment agent including a silicon-based polymer, (c) a step of setting up the surface treatment agent at least at a part of the surface treatment member, and (d) a step of firing the surface treatment member to which the surface treatment agent is set at a temperature of 800°C or more under an environment in which a catalyst is included and gas flow is present, and the gas flow is supplied at a flow rate of 0.01 L/min or more per surface area 50 mof the surface treatment member, to thereby form a fibrous structure of a silicide.

Description

本発明は、1次元構造体を配置した無機多孔質体の製造方法、該無機多孔質体およびそれを使用した部材に関する。   The present invention relates to a method for producing an inorganic porous body in which a one-dimensional structure is arranged, the inorganic porous body, and a member using the inorganic porous body.

金属、炭素、およびセラミックス等で構成された多孔質部材は、フィルター、リアクター、触媒担体、および電極などに広く適用されている。これらの分野では、多孔質部材には、しばしば、高い気孔率を有することが要求され、このためハニカム構造またはフォーム(スポンジ状)構造等の多孔質部材が使用される。   Porous members made of metal, carbon, ceramics, and the like are widely applied to filters, reactors, catalyst carriers, electrodes, and the like. In these fields, the porous member is often required to have a high porosity, and for this reason, a porous member such as a honeycomb structure or a foam (sponge-like) structure is used.

フィルター、リアクター、触媒担体、および電極等の用途において、物質の吸着、分離、透過、および化学反応等を効率的に行うためには、多孔質部材の比表面積を大きくすることが望ましい。このためには、多孔質部材の気孔率を向上させたり、細孔径を小さくしたりすることが必要となる。   In applications such as filters, reactors, catalyst carriers, and electrodes, it is desirable to increase the specific surface area of the porous member in order to efficiently perform adsorption, separation, permeation, chemical reaction, and the like of substances. For this purpose, it is necessary to improve the porosity of the porous member or to reduce the pore diameter.

例えば、フィルターにおいては、細孔径を、除去対象物質の寸法よりも小さくすることにより、フィルターの捕集効率を高めることが可能である。しかしながら、フィルターの細孔径を極端に小さくした場合、除去対象物質を含む気体や液体などの被ろ過物がフィルターを通過しにくくなるという問題が発生する。これは、フィルターの圧力損失の増大による単位時間当たりのろ過量の低減、さらには、フィルターの目詰まりの問題につながる上、フィルターの寿命が短くなるという結果にもつながる。   For example, in the filter, the collection efficiency of the filter can be increased by making the pore diameter smaller than the size of the substance to be removed. However, when the pore size of the filter is extremely reduced, there arises a problem that an object to be filtered such as a gas or a liquid containing a substance to be removed does not easily pass through the filter. This leads to a decrease in the amount of filtration per unit time due to an increase in the pressure loss of the filter, and further to the problem of clogging of the filter, and also results in a shortened filter life.

このように、通常、フィルターのような多孔質部材において、捕集効果と圧力損失の問題は、トレードオフの関係にある。   Thus, normally, in a porous member such as a filter, the problem of the collection effect and the pressure loss is in a trade-off relationship.

そこで、多孔質部材の気孔率を向上させたり、細孔径を小さくしたりする代わりに、多孔質部材の表面または細孔内部に、微細構造体を形成することにより、多孔質部材の比表面積を大きくすることが考えられる。このような方法では、微細構造体による除去対象物質の捕集効率の向上が期待できる上、圧力損失の増大を抑制することも可能となるからである。   Therefore, instead of increasing the porosity of the porous member or reducing the pore diameter, the specific surface area of the porous member can be reduced by forming a microstructure on the surface of the porous member or inside the pores. It is possible to enlarge it. This is because such a method can be expected to improve the collection efficiency of the substance to be removed by the fine structure, and can suppress an increase in pressure loss.

例えば、特許文献1には、炭化ケイ素(SiC)セラミックスを母相とし、開気孔を有する焼結多孔質部材を複数積層させ、その隙間に、SiCウィスカーを配置することが開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses that a plurality of sintered porous members having silicon carbide (SiC) ceramics as a parent phase and having open pores are stacked, and SiC whiskers are disposed in the gaps.

また、特許文献2には、コーディエライト組成となるように配合したセラミック原料に炭素含有物質を配合し、所定の形状に成形した成形体を焼成することにより、焼結体表面に、径が100nm以下の繊維状セラミックが相互に絡み合った粒状凝集体が形成されることが開示されている。   Further, in Patent Document 2, a carbon-containing substance is blended with a ceramic raw material blended so as to have a cordierite composition, and a molded body formed into a predetermined shape is fired, whereby the diameter of the sintered body surface is reduced. It is disclosed that granular aggregates in which fibrous ceramics of 100 nm or less are entangled with each other are formed.

特開平7−291756号公報JP 7-291756 A 特開2007−244993号公報JP 2007-244993 A

前述のように、従来より、多孔質部材の表面または細孔内部に、微細構造体を形成することにより、多孔質部材の比表面積を大きくするための各種方法が提案されている。   As described above, various methods have been conventionally proposed for increasing the specific surface area of a porous member by forming a fine structure on the surface of the porous member or inside the pores.

しかしながら、従来の方法では、多孔質部材と微細構造体の材料組み合わせが特定のものに限定されたり、多孔質部材の形状が所定の形状に限定されたり、微細構造体の形成位置が特定の位置に限定されたりするという問題がある。このため、従来の方法では、多孔質部材と微細構造体の材質組や、多孔質部材の形状を自由に選定することができず、また所望の位置に微細構造体を形成することができないなど、プロセスの汎用性に大きな問題がある。   However, in the conventional method, the material combination of the porous member and the fine structure is limited to a specific one, the shape of the porous member is limited to a predetermined shape, or the formation position of the fine structure is a specific position. There is a problem that it is limited to. For this reason, in the conventional method, the material set of the porous member and the fine structure, the shape of the porous member cannot be freely selected, and the fine structure cannot be formed at a desired position. There is a big problem with the versatility of the process.

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、被表面処理部材の材質および形状を問わず、所望の位置に微細構造体を形成することができる、被表面処理部材の表面処理方法を提供することを目的とする。また本発明では、そのような表面処理方法によって得られた多孔質部材を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a background, and in the present invention, a surface-treated member capable of forming a fine structure at a desired position regardless of the material and shape of the surface-treated member. An object of the present invention is to provide a surface treatment method. Another object of the present invention is to provide a porous member obtained by such a surface treatment method.

本願の第1発明では、
被表面処理部材に対する表面処理方法であって、
(a)被表面処理部材を準備するステップと、
(b)シリコン系高分子を含む表面処理剤を調製するステップと、
(c)前記被表面処理部材の少なくとも一部に、前記表面処理剤を設置するステップと、
(d)触媒を含み、ガス流が存在する環境下において、前記表面処理剤が設置された被表面処理部材を800℃以上の温度で焼成することにより、ケイ化物の繊維状構造体を形成するステップであって、前記ガス流は、前記被表面処理部材の表面積50mあたり0.01L/min以上の流量で供給されるステップと、
を有する表面処理方法が提供される。
In the first invention of the present application,
A surface treatment method for a surface-treated member,
(A) preparing a surface-treated member;
(B) preparing a surface treating agent containing a silicon-based polymer;
(C) installing the surface treatment agent on at least a part of the surface treatment member;
(D) A silicide-like fibrous structure is formed by firing the surface-treated member on which the surface treatment agent is placed at a temperature of 800 ° C. or higher in an environment containing a catalyst and containing a gas flow. A step of supplying the gas flow at a flow rate of 0.01 L / min or more per 50 m 2 of a surface area of the surface treatment member;
A surface treatment method is provided.

ここで、本発明による表面処理方法において、前記ガス流は、アルゴン、ヘリウム、水蒸気、水素、ケイ素、一酸化炭素、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、および酸窒化物ガスからなる群から選定された少なくとも1種類以上を含み、
前記ケイ化物の繊維状構造体は、炭化ケイ素(SiC)および/またはシリコンオキシカーバイド(SiOC)を含んでも良い。
Here, in the surface treatment method according to the present invention, the gas flow is at least selected from the group consisting of argon, helium, water vapor, hydrogen, silicon, carbon monoxide, silicon monoxide, silicon dioxide, and oxynitride gas. Including one or more types,
The silicide fibrous structure may include silicon carbide (SiC) and / or silicon oxycarbide (SiOC).

あるいは、本発明による表面処理方法において、前記ガス流は、窒素および/またはアンモニアを含み、さらに、水蒸気、水素、ケイ素、一酸化炭素、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、および酸窒化物ガスからなる群から選定された少なくとも1種類以上を含み、
前記ケイ化物の繊維状構造体は、窒化ケイ素(SiN)および/またはシリコンオキシナイトライド(SiON)を含んでも良い。
Alternatively, in the surface treatment method according to the present invention, the gas stream includes nitrogen and / or ammonia, and further includes a group consisting of water vapor, hydrogen, silicon, carbon monoxide, silicon monoxide, silicon dioxide, and oxynitride gas. Including at least one selected from
The silicide fibrous structure may include silicon nitride (SiN) and / or silicon oxynitride (SiON).

また、本発明による表面処理方法において、前記ガス流は、さらに、遊離触媒気流を含んでも良い。   In the surface treatment method according to the present invention, the gas flow may further include a free catalyst air flow.

また、本発明による表面処理方法において、前記触媒は、前記(b)のステップにおいて、表面処理剤中に添加されても良い。   In the surface treatment method according to the present invention, the catalyst may be added to the surface treatment agent in the step (b).

また、本発明による表面処理方法において、前記表面処理剤は、さらに、有機高分子および/または炭素含有材料を含んでも良い。   In the surface treatment method according to the present invention, the surface treatment agent may further include an organic polymer and / or a carbon-containing material.

この場合、前記有機高分子は、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、フェノール、ポリイミド、およびナイロンからなる群から選定された1種または2種以上であっても良い。   In this case, the organic polymer may be one or more selected from the group consisting of polyacrylonitrile, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, phenol, polyimide, and nylon.

また、本発明による表面処理方法において、前記触媒は、コバルト、銅、白金、銀、金、鉄およびニッケルからなる群から選定された少なくとも1種を含んでも良い。   In the surface treatment method according to the present invention, the catalyst may include at least one selected from the group consisting of cobalt, copper, platinum, silver, gold, iron, and nickel.

また、本発明による表面処理方法において、前記シリコン系高分子は、シロキサン、シラザン、ポリカルボシラン、ボラジン、ボロシラザン、ポリオルガノボロシラザン、ポリボロシロキサン、ポリオルガノシロキサン、アルコキシシラン、およびアルコキシドからなる群から選定された1種または2種以上であっても良い。   In the surface treatment method according to the present invention, the silicon polymer is a group consisting of siloxane, silazane, polycarbosilane, borazine, borosilazane, polyorganoborosilazane, polyborosiloxane, polyorganosiloxane, alkoxysilane, and alkoxide. 1 type or 2 types or more selected from may be sufficient.

また、本発明による表面処理方法において、前記被表面処理部材は、セラミックス、ガラス、金属、セメント、および炭素からなる群から選定された少なくとも一つの材料を有しても良い。   In the surface treatment method according to the present invention, the surface treatment member may include at least one material selected from the group consisting of ceramics, glass, metal, cement, and carbon.

また、本発明による表面処理方法において、前記被表面処理部材は、ハニカム状多孔質部材、格子状多孔質部材、フォーム状多孔質部材、ファイバー状多孔質部材、緻密質ビーズまたは多孔質ビーズからなるビーズ状多孔質部材、3次元セル状多孔質部材、成形体、および緻密質または多孔質の粉粒体からなる群から選定された少なくとも一つであっても良い。   In the surface treatment method according to the present invention, the surface-treated member is formed of a honeycomb-like porous member, a lattice-like porous member, a foam-like porous member, a fiber-like porous member, a dense bead, or a porous bead. It may be at least one selected from the group consisting of a bead-shaped porous member, a three-dimensional cellular porous member, a molded body, and a dense or porous powder.

さらに、本願の第2発明では、
(a)タルク、カオリン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、シリカ、ムライト、コーディエライト、黒鉛、炭素繊維、鉄、鉄合金、アルミニウム、およびアルミニウム合金、のいずれか1種類以上からなる原料と、シリコン系高分子と、触媒と、を含む多孔質成形体を準備するステップと、
(b)ガス流が存在する環境下において、前記多孔質成形体を800℃以上の温度で焼成することにより、ケイ化物の繊維状構造体を形成するステップであって、前記ガス流は、前記多孔質成形体の表面積50mあたり0.01L/min以上の流量で供給されるステップと、
を有する表面処理方法が提供される。
Furthermore, in the second invention of the present application,
(A) a raw material comprising any one or more of talc, kaolin, silicon carbide, silicon nitride, alumina, silica, mullite, cordierite, graphite, carbon fiber, iron, iron alloy, aluminum, and aluminum alloy; Preparing a porous molded body including a silicon-based polymer and a catalyst;
(B) a step of forming a fibrous structure of silicide by firing the porous molded body at a temperature of 800 ° C. or higher in an environment where a gas flow exists, A step of being supplied at a flow rate of 0.01 L / min or more per 50 m 2 of a surface area of the porous molded body;
A surface treatment method is provided.

ここで、本願の第2発明による表面処理方法において、
前記ガス流は、アルゴン、ヘリウム、水蒸気、水素、ケイ素、一酸化炭素、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、および酸窒化物ガスからなる群から選定された少なくとも1種類以上を含み、
前記ケイ化物の繊維状構造体は、炭化ケイ素(SiC)および/またはシリコンオキシカーバイド(SiOC)を含んでも良い。
Here, in the surface treatment method according to the second invention of the present application,
The gas stream includes at least one selected from the group consisting of argon, helium, water vapor, hydrogen, silicon, carbon monoxide, silicon monoxide, silicon dioxide, and oxynitride gas;
The silicide fibrous structure may include silicon carbide (SiC) and / or silicon oxycarbide (SiOC).

あるいは、本願の第2発明による表面処理方法において、前記ガス流は、窒素および/またはアンモニアを含み、さらに、水蒸気、水素、ケイ素、一酸化炭素、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、および酸窒化物ガスからなる群から選定された少なくとも1種類以上を含み、
前記ケイ化物の繊維状構造体は、窒化ケイ素(SiN)および/またはシリコンオキシナイトライド(SiON)を含んでも良い。
Alternatively, in the surface treatment method according to the second invention of the present application, the gas stream contains nitrogen and / or ammonia, and further, water vapor, hydrogen, silicon, carbon monoxide, silicon monoxide, silicon dioxide, and oxynitride gas Including at least one selected from the group consisting of
The silicide fibrous structure may include silicon nitride (SiN) and / or silicon oxynitride (SiON).

また、本願の第2発明による表面処理方法において、前記繊維状構造体は、平均直径が10μm以下であり、アスペクト比が2以上であっても良い。   In the surface treatment method according to the second invention of the present application, the fibrous structure may have an average diameter of 10 μm or less and an aspect ratio of 2 or more.

また、本願の第2発明による表面処理方法において、前記繊維状構造体は、繊維の先端部に、略球形のケイ素またはケイ化物を有しても良い。   In the surface treatment method according to the second invention of the present application, the fibrous structure may have a substantially spherical silicon or silicide at a fiber tip.

さらに、本発明では、前述の特徴を有するいずれかの表面処理方法によって表面処理された多孔質部材が提供される。   Furthermore, the present invention provides a porous member that has been surface-treated by any one of the surface treatment methods having the characteristics described above.

また、本発明では、そのような多孔質部材を備え、以下の群から選定された装置:
触媒、触媒担体、ディーゼルパーティキュレートフィルター、脱塵フィルター、溶融金属フィルター、重金属回収フィルター、VOC浄化用フィルター、空気浄化フィルター、浄水フィルター、バクテリア分離フィルター、ウィルス分離フィルター、ガスまたは液滴のサイズ制御部材、ガスまたは液滴のディフューザー、防音材、断熱材、衝撃吸収材、およびリアクター:
が提供される。
Further, in the present invention, an apparatus comprising such a porous member and selected from the following group:
Catalyst, catalyst carrier, diesel particulate filter, dust filter, molten metal filter, heavy metal recovery filter, VOC purification filter, air purification filter, water purification filter, bacteria separation filter, virus separation filter, gas or droplet size control member , Gas or droplet diffusers, sound insulation, insulation, shock absorbers, and reactors:
Is provided.

本発明では、被表面処理部材の材質および形状を問わず、所望の位置に微細構造体を形成することができる、被表面処理部材の表面処理方法を提供することができる。また、そのような表面処理方法によって得られた多孔質部材を提供することができる。   In the present invention, it is possible to provide a surface treatment method for a surface treatment member that can form a fine structure at a desired position regardless of the material and shape of the surface treatment member. Moreover, the porous member obtained by such a surface treatment method can be provided.

本願の第1発明による表面処理方法の一例を概略的に示したフロー図である。It is the flowchart which showed roughly an example of the surface treatment method by 1st invention of this application. 本願の第2発明による表面処理方法の一例を概略的に示したフロー図である。It is the flowchart which showed roughly an example of the surface treatment method by 2nd invention of this application. 実施例1に係る多孔質部材のSEM写真の一例を示した図である。1 is a diagram showing an example of an SEM photograph of a porous member according to Example 1. FIG. 実施例2に係る多孔質部材のSEM写真の一例を示した図である。6 is a diagram showing an example of an SEM photograph of a porous member according to Example 2. FIG. 実施例3に係る多孔質部材のSEM写真の一例を示した図である。6 is a diagram showing an example of an SEM photograph of a porous member according to Example 3. FIG. 実施例4に係る多孔質部材のSEM写真の一例を示した図である。6 is a diagram showing an example of an SEM photograph of a porous member according to Example 4. FIG. 実施例6に係る多孔質部材のSEM写真の一例を示した図である。6 is a diagram showing an example of an SEM photograph of a porous member according to Example 6. FIG. 実施例7に係る多孔質部材のSEM写真の一例を示した図である。6 is a diagram showing an example of an SEM photograph of a porous member according to Example 7. FIG. 実施例8に係る多孔質部材のSEM写真の一例を示した図である。10 is a diagram showing an example of an SEM photograph of a porous member according to Example 8. FIG. 実施例9に係る多孔質部材のSEM写真の一例を示した図である。10 is a diagram showing an example of an SEM photograph of a porous member according to Example 9. FIG. 実施例10に係る多孔質部材のSEM写真の一例を示した図である。10 is a diagram showing an example of an SEM photograph of a porous member according to Example 10. FIG. 実施例11に係る多孔質部材のSEM写真の一例を示した図である。10 is a diagram showing an example of an SEM photograph of a porous member according to Example 11. FIG. 実施例12に係る多孔質部材のSEM写真の一例を示した図である。10 is a diagram showing an example of an SEM photograph of a porous member according to Example 12. FIG. 実施例12に係る多孔質部材の別のSEM写真の一例を示した図である。10 is a diagram showing an example of another SEM photograph of a porous member according to Example 12. FIG. 実施例12に係る多孔質部材のさらに別のSEM写真の一例を示した図である。FIG. 10 is a view showing an example of still another SEM photograph of a porous member according to Example 12. 実施例13に係る多孔質部材のSEM写真の一例を示した図である。14 is a diagram showing an example of an SEM photograph of a porous member according to Example 13. FIG. 実施例14に係る多孔質部材のSEM写真の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the SEM photograph of the porous member which concerns on Example 14. FIG. 実施例15に係る多孔質部材のSEM写真の一例を示した図である。FIG. 16 is a diagram showing an example of an SEM photograph of a porous member according to Example 15. 実施例16に係る多孔質部材のSEM写真の一例を示した図である。14 is a diagram showing an example of an SEM photograph of a porous member according to Example 16. FIG. 実施例17に係る多孔質部材のSEM写真の一例を示した図である。FIG. 14 is a view showing an example of an SEM photograph of a porous member according to Example 17; 実施例18に係る多孔質部材のSEM写真の一例を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of an SEM photograph of a porous member according to Example 18. 実施例19に係る多孔質部材のSEM写真の一例を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of an SEM photograph of a porous member according to Example 19. 実施例20における超微粒子捕集試験に使用した装置の概略的な構成を示した図である。It is the figure which showed the schematic structure of the apparatus used for the ultrafine particle collection test in Example 20. FIG. 実施例20における各種多孔質部材の超微粒子捕集試験における超微粒子の粒子径に対する超微粒子の濃度(個数濃度)の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship of the ultrafine particle density | concentration (number density | concentration) with respect to the particle diameter of the ultrafine particle in the ultrafine particle collection test of the various porous members in Example 20. FIG. 図24の縦軸を拡大した図である。It is the figure which expanded the vertical axis | shaft of FIG. 実施例20における各種多孔質部材の超微粒子捕集試験における超微粒子の粒子径に対する超微粒子の濃度(体積濃度)の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship of the density | concentration (volume concentration) of the ultrafine particle with respect to the particle diameter of the ultrafine particle in the ultrafine particle collection test of the various porous members in Example 20. FIG. 図26の縦軸を拡大した図である。It is the figure which expanded the vertical axis | shaft of FIG. 実施例20における各種多孔質部材の超微粒子捕集試験における超微粒子の粒子径に対する超微粒子の濃度(重量濃度)の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship of the ultrafine particle density | concentration (weight concentration) with respect to the particle diameter of the ultrafine particle in the ultrafine particle collection test of the various porous members in Example 20. FIG. 図28の縦軸を拡大した図である。It is the figure which expanded the vertical axis | shaft of FIG. 実施例21における圧力損失試験に使用した装置の概略的な構成を示した図である。It is the figure which showed the schematic structure of the apparatus used for the pressure loss test in Example 21.

以下、本発明について説明する。   The present invention will be described below.

本願発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、多孔質部材に対する表面処理の方法が、ある特定の条件を満たしたときに、多孔質部材の表面および/または細孔内など、所望の位置に、炭化ケイ素(SiC)、シリコンオキシカーバイド(SiOC)、窒化ケイ素(SiN)、および/またはシリコンオキシナイトライド(SiON)を含む繊維状構造体(以下、これらをまとめて「ケイ化物繊維状構造体」という)が形成されることを見出し、本発明を完成した。   The inventors of the present invention have conducted extensive studies to solve the above problems, and as a result, when the surface treatment method for the porous member satisfies a specific condition, the surface of the porous member and / or the pores. A fibrous structure containing silicon carbide (SiC), silicon oxycarbide (SiOC), silicon nitride (SiN), and / or silicon oxynitride (SiON) at a desired position such as inside (hereinafter collectively referred to as these) The present invention was completed by finding that a “silicide fibrous structure” was formed.

例えば、多孔質部材の少なくとも一部に、所定の原料を含む表面処理剤を設置してから、所定の条件で焼成を行うことにより、所望の位置に「ケイ化物繊維状構造体」を形成させることができる。   For example, a surface treatment agent containing a predetermined raw material is placed on at least a part of the porous member and then fired under predetermined conditions to form a “silicide fibrous structure” at a desired position. be able to.

また、本発明では、被処理体は、必ずしも焼結済みの多孔質部材に限られる必要はなく、例えば、成形体、粉粒体、顆粒体、および圧粉体などのような中間体(および半成品。以下同じ)であっても、焼成処理後に、所望の位置に「ケイ化物繊維状構造体」を形成させることができる。なお、この場合、中間体には、多孔質部材に設置される前述の表面処理剤に含まれる所定の原料を、予め添加しておけば良い。そのため、本発明では、中間体から「ケイ化物繊維状構造体」を有する部材を得る場合も、そのような「ケイ化物繊維状構造体」を形成するため中間体に追加される原料を「表面処理剤の原料」と称することにする。   Further, in the present invention, the object to be treated is not necessarily limited to the sintered porous member. For example, the intermediate (and the like such as a molded body, a granular body, a granular body, and a green compact) Even if it is a semi-finished product (the same applies hereinafter), a “silicide fibrous structure” can be formed at a desired position after the firing treatment. In this case, a predetermined raw material contained in the surface treatment agent installed on the porous member may be added to the intermediate in advance. Therefore, in the present invention, even when a member having a “silicide fibrous structure” is obtained from an intermediate, the raw material added to the intermediate to form such a “silicide fibrous structure” is “surface”. It will be referred to as “the raw material of the treatment agent”.

なお、本願において、「(ケイ化物)繊維状構造体」とは、平均直径が0.1μm以上10μm以下であって、アスペクト比が2以上の形状を有する構造体を意味する。「(ケイ化物)繊維状構造体」には、針状、ロッド状、ウィスカー状、コイル状、ナノチューブ状、ベルト状およびワイヤー状など、各種形態が含まれる。   In the present application, “(silicide) fibrous structure” means a structure having an average diameter of 0.1 μm to 10 μm and an aspect ratio of 2 or more. The “(silicide) fibrous structure” includes various forms such as a needle shape, a rod shape, a whisker shape, a coil shape, a nanotube shape, a belt shape, and a wire shape.

また、本発明における「(ケイ化物)繊維状構造体」には、しばしば、繊維の先端に略球状のケイ化物またはケイ素(球状物)が認められる場合がある(ただし、この球状物の直径と繊維の繊維径がほぼ等しい場合など、そのような球状物が認められない場合もある)。これは、後述するように、本発明の方法では、「(ケイ化物)繊維状構造体」がVLS(Vapor Liquid Solid)反応機構によって成長することを示しているものと考えられる。   Further, in the “(silicide) fibrous structure” in the present invention, a substantially spherical silicide or silicon (spherical material) is often observed at the tip of the fiber (however, the diameter of the spherical material and In some cases, such spheres may not be recognized, such as when the fiber diameters are approximately equal). As will be described later, this is considered to indicate that the “(silicide) fibrous structure” grows by a VLS (Vapor Liquid Solid) reaction mechanism in the method of the present invention.

前述のように、本発明による方法が適用される被処理体は、焼成後の多孔質部材に限られず、成形体、粉粒体、顆粒体、および圧粉体等の中間体など、様々な部材を被処理体として使用することができる。また、被処理体の形状、寸法、細孔径、セル径、気孔率にも特に制限はない。   As described above, the object to be treated to which the method according to the present invention is applied is not limited to the porous member after firing, but may be various types such as a compact, a powder, a granule, and an intermediate such as a green compact. The member can be used as an object to be processed. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also in the shape of a to-be-processed object, a dimension, a pore diameter, a cell diameter, and a porosity.

例えば、被処理体がハニカム形状の多孔質部材の場合、セル径は、10μm〜50mmの範囲であっても良く、例えば100μm〜30mmの範囲であっても良い。なお、セル径が10μm未満の場合、表面処理剤の溶液をセル内に十分に浸透させることが難しくなる場合がある。また、多孔質部材を脱塵フィルターとして利用する場合、微粒子は、ケイ化物繊維状構造体で捕獲し、粗大粒子は、多孔質部材内の細孔で捕獲する必要がある。従って、この場合、多孔質部材の細孔径は、100μm以下が望ましい。一方、被処理体としてフォームを用いる場合、細孔径は、10μm〜20mmの範囲であることが好ましく、50μm〜2mmの範囲であることがより好ましい。   For example, when the object to be processed is a honeycomb-shaped porous member, the cell diameter may be in the range of 10 μm to 50 mm, for example, in the range of 100 μm to 30 mm. When the cell diameter is less than 10 μm, it may be difficult to sufficiently permeate the surface treatment agent solution into the cell. Further, when the porous member is used as a dedusting filter, the fine particles must be captured by the silicide fibrous structure, and the coarse particles must be captured by the pores in the porous member. Therefore, in this case, the pore diameter of the porous member is desirably 100 μm or less. On the other hand, when a foam is used as the object to be treated, the pore diameter is preferably in the range of 10 μm to 20 mm, and more preferably in the range of 50 μm to 2 mm.

また、被処理体として粉粒体を利用する場合は、その種類、形状、粒子径、粒子径分布、および密度などの粉粒体特性は、特に限られない。また、そのような粉粒体を成形する際の成形方法も、何ら制限を受けない。   Moreover, when using a granular material as a to-be-processed object, granular material characteristics, such as the kind, shape, particle diameter, particle diameter distribution, and density, are not restricted in particular. In addition, the molding method for molding such a granular material is not limited at all.

例えば、成形方法は、粉粒体を成形する際の一般的な成形法である、プレス成形法、冷間静水圧成形法、および温間等方圧成形法などであっても良い。   For example, the molding method may be a press molding method, a cold isostatic pressing method, a warm isostatic pressing method, or the like, which is a general molding method for molding powder particles.

また、表面処理剤にさらに有機バインダーを添加して、押し出し成形法、射出成形法、鋳込み成形法、またはゲルキャスト成形法等、各粉末冶金法により、被処理体となる成形体を成形しても良い。   Further, an organic binder is further added to the surface treatment agent, and a molded body to be processed is molded by each powder metallurgy method such as an extrusion molding method, an injection molding method, a casting molding method, or a gel cast molding method. Also good.

このように、本願の表面処理方法では、多孔質部材の材質は、特に限定されず、例えば、酸化物、非酸化物、金属、炭素、および/またはセラミックスなど、各種多孔質部材に繊維状構造体を形成することができる。また、この表面処理方法では、多孔質部材の形状は、特に限定されず、例えば、ハニカム状、格子状、フォーム状、ファイバー状、粒子状、顆粒状など、各種形状の中間体を使用して、その焼成後に繊維状構造体を形成することができる。さらに、この表面処理方法では、多孔質部材および中間体の物理的性質も、特に限定されず、例えば、多孔質部材ならびに中間体の気孔率、細孔径、および/またはセルサイズ等の値は、とくに限定されない。   Thus, in the surface treatment method of the present application, the material of the porous member is not particularly limited, and for example, a fibrous structure can be formed on various porous members such as oxide, non-oxide, metal, carbon, and / or ceramics. The body can be formed. Further, in this surface treatment method, the shape of the porous member is not particularly limited, and for example, an intermediate body having various shapes such as a honeycomb shape, a lattice shape, a foam shape, a fiber shape, a particle shape, and a granular shape is used. A fibrous structure can be formed after the firing. Furthermore, in this surface treatment method, the physical properties of the porous member and the intermediate are not particularly limited. For example, values such as porosity, pore diameter, and / or cell size of the porous member and the intermediate are: There is no particular limitation.

従って、本発明では、繊維状構造体を得るための、汎用性の高い表面処理方法を提供することが可能となる。   Therefore, in the present invention, it is possible to provide a highly versatile surface treatment method for obtaining a fibrous structure.

ここで、本発明において使用される表面処理剤の原料は、少なくともシリコン系高分子を含む。また、表面処理剤の原料は、さらに、有機高分子および/または炭素含有材料を含んでも良い。   Here, the raw material of the surface treatment agent used in the present invention contains at least a silicon-based polymer. Moreover, the raw material of the surface treatment agent may further contain an organic polymer and / or a carbon-containing material.

本願において、「シリコン系高分子」とは、焼成によってケイ素(Si)またはSiを含む化合物が生成される高分子の総称を意味する。従って、「シリコン系高分子」は、高温でシリカ成分の熱炭素還元反応、および/または窒化反応が進行する機能を有するすべての高分子、またはその原料のアルコキシドを包含する。また、アルコキシド以外にも塩化シランや硝酸シラン等が挙げられる。これらの化合物に炭素粉末を加え、加水分解を行うことにより、熱炭素還元反応を進行させることが可能なため、これらも「シリコン系高分子」に包含される。   In the present application, “silicon-based polymer” means a general term for polymers in which silicon (Si) or a compound containing Si is generated by firing. Therefore, the “silicon-based polymer” includes all polymers having a function of causing a thermal carbon reduction reaction and / or a nitridation reaction of a silica component at a high temperature, or alkoxides thereof. In addition to alkoxides, chlorosilane, nitrite nitrate, and the like can be given. By adding carbon powder to these compounds and carrying out hydrolysis, the thermal carbon reduction reaction can proceed, so these are also included in the “silicon polymer”.

通常、「シリコン系高分子」は、ケイ素−酸素結合、またはケイ素−炭化水素結合を骨格とする高分子である。「シリコン系高分子」は、ケイ素に結合された炭化水素鎖等の有機官能基を有する場合もある。なお、「シリコン系高分子」は、プレセラミックポリマーをはじめ、前駆体、アルコキシド、重合体、シリコーン、シロキサン、シラン、無機高分子または有機無機ハイブリッドなど、様々な名称で呼ばれる場合がある。また、英語名でも、preceramic polymer、precursor、siloxane、silane、silazane、carbosilane、alkoxide、organic inorganic hybridなどの呼び名がある。   Usually, the “silicon polymer” is a polymer having a silicon-oxygen bond or a silicon-hydrocarbon bond as a skeleton. The “silicon polymer” may have an organic functional group such as a hydrocarbon chain bonded to silicon. The “silicon-based polymer” may be called by various names such as a preceramic polymer, a precursor, an alkoxide, a polymer, silicone, siloxane, silane, an inorganic polymer, or an organic-inorganic hybrid. In addition, English names include names such as prepolymeric polymer, precursor, siloxane, silane, silazane, carbosilane, alkoxide, and organic organic hybrid.

「シリコン系高分子」は、例えば、シロキサン系、カルボシラン系、およびシラザン系の高分子を1種または2種以上組み合わせて使用しても良い。あるいは、シリカ系または有機修飾シリカ系のアルコキシドであっても良い。   As the “silicon-based polymer”, for example, siloxane-based, carbosilane-based, and silazane-based polymers may be used alone or in combination of two or more. Alternatively, it may be a silica-based or organically modified silica-based alkoxide.

有機高分子は、特に限られないが、例えば、炭素材料前駆体であるポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、フェノール、ポリイミド、およびナイロンを含む。   The organic polymer is not particularly limited, and includes, for example, carbon material precursors polyacrylonitrile, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, phenol, polyimide, and nylon.

炭素含有材料は、特に限られないが、例えばピッチであっても良い。   The carbon-containing material is not particularly limited, but may be a pitch, for example.

有機高分子および/または炭素含有材料は、原料中のSi/C比、処理後の残炭率、およびコスト等を考慮して選択しても良い。   The organic polymer and / or carbon-containing material may be selected in consideration of the Si / C ratio in the raw material, the residual carbon ratio after processing, the cost, and the like.

また、表面処理剤の原料は、さらに、触媒を含んでも良い。これにより、ケイ化物繊維状構造体の成長を促進することができる。触媒は、例えば、金属または金属化合物であっても良い。触媒は、例えば、Co、Fe、Cu、Ni、およびそれらの化合物であっても良い。化合物としては、例えば、塩化物、アセチルアセトネート塩、酢酸塩、硝酸塩、酸化物、ケイ化物などを用いることができる。   The raw material for the surface treatment agent may further contain a catalyst. Thereby, the growth of the silicide fibrous structure can be promoted. The catalyst may be, for example, a metal or a metal compound. The catalyst may be, for example, Co, Fe, Cu, Ni, and compounds thereof. As the compound, for example, chloride, acetylacetonate salt, acetate salt, nitrate salt, oxide, silicide and the like can be used.

触媒の添加量は、シリコン系高分子に対して0.01wt%〜10wt%の範囲であっても良く、好ましくは、シリコン系高分子に対して0.5wt%〜5wt%の範囲である。触媒の添加量が0.01wt%未満では、ケイ化物繊維状構造体の成長があまり促進されなくなる。また、触媒を10wt%より多く添加しても、触媒の添加によるケイ化物繊維状構造体の成長促進効果は、それほど変わらなくなる。   The addition amount of the catalyst may be in the range of 0.01 wt% to 10 wt% with respect to the silicon-based polymer, and is preferably in the range of 0.5 wt% to 5 wt% with respect to the silicon-based polymer. When the addition amount of the catalyst is less than 0.01 wt%, the growth of the silicide fibrous structure is not promoted so much. Even if the catalyst is added in an amount of more than 10 wt%, the effect of promoting the growth of the silicide fibrous structure by the addition of the catalyst does not change so much.

なお、触媒は、表面処理剤の原料としてではなく、焼成処理の際に、雰囲気中にガス成分(遊離触媒気流)として供給しても良い。   The catalyst may be supplied not as a raw material for the surface treatment agent but as a gas component (free catalyst airflow) in the atmosphere during the firing treatment.

表面処理剤は、前述のような原料を溶解または分散させた溶液として調製しても良い。溶液状態では、多孔質部材または中間体への表面処理剤の設置が容易となる。例えば、多孔質部材を溶液中に浸漬させたり、多孔質部材に溶液を塗布したりすることにより、多孔質部材に表面処理剤を設置することができる。また、被表面処理部材が中間体の場合も、溶液を中間体に塗布することにより、中間体に容易に表面処理剤を設置することができる。   The surface treatment agent may be prepared as a solution in which the raw materials as described above are dissolved or dispersed. In the solution state, it becomes easy to install the surface treatment agent on the porous member or the intermediate. For example, the surface treatment agent can be placed on the porous member by immersing the porous member in the solution or applying the solution to the porous member. Even when the surface-treated member is an intermediate, the surface treatment agent can be easily placed on the intermediate by applying the solution to the intermediate.

あるいは、表面処理剤の設置には、スプレーコーティング、スピンコーティング、蒸着コーティング、エアブラシ等による吹きつけ、刷毛塗り等の公知の手法を用いることができる。また、用途に応じて部分的な塗布も行うことができる。その際は、インクジェット法の適用も可能である。   Alternatively, a known method such as spray coating, spin coating, vapor deposition coating, spraying with an air brush, brush coating, or the like can be used for installing the surface treatment agent. Moreover, partial application | coating can also be performed according to a use. In that case, an inkjet method can also be applied.

溶媒としては、特に限られないが、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、ジエチルエーテル、クロロホルム、ヘキサン、ベンゼン、キシレン、トルエン、およびテトラヒドロフランなどのうち、1種類以上を用いても良い。溶媒は、コスト、溶解性、分散性、濃度等を考慮して選択しても良い。   Although it does not restrict | limit especially as a solvent, You may use 1 or more types among water, methanol, ethanol, isopropanol, acetone, diethyl ether, chloroform, hexane, benzene, xylene, toluene, tetrahydrofuran, etc. The solvent may be selected in consideration of cost, solubility, dispersibility, concentration and the like.

表面処理剤が溶液の場合、シリコン系高分子の含有量は、10wt%〜30wt%の範囲であっても良い。ただし、溶液中のシリコン系高分子の含有量は、シリコン系高分子の溶液中の溶解度、および/または表面処理剤の塗布量等に応じて調整される。   When the surface treatment agent is a solution, the content of the silicon-based polymer may be in the range of 10 wt% to 30 wt%. However, the content of the silicon-based polymer in the solution is adjusted according to the solubility of the silicon-based polymer in the solution and / or the coating amount of the surface treatment agent.

表面処理剤が溶液の場合、多孔質部材または中間体への表面処理剤の含浸が十分に行われるよう、真空ポンプによる減圧、超音波照射、および振動などの操作を行っても良い。   When the surface treatment agent is a solution, operations such as decompression with a vacuum pump, ultrasonic irradiation, and vibration may be performed so that the porous member or the intermediate is sufficiently impregnated with the surface treatment agent.

表面処理剤が溶液の場合、次に、乾燥処理が行われる。乾燥処理の条件は、特に限られないが、室温〜250℃の温度範囲で、10分〜100時間程度行われても良い。例えば、乾燥処理は、室温〜80℃の範囲で、24時間行われても良い。250℃を超える温度での乾燥処理は、シリコン系高分子に含まれる低分子量成分のガス放出が起こり得るため、好ましくない。また、シリコン系高分子および/または有機高分子の種類によっては、乾燥時に重合反応(硬化)が進むことがある。ハンドリング性等を考慮して、そのような硬化を生じさせても良い。   When the surface treatment agent is a solution, a drying process is performed next. The conditions for the drying treatment are not particularly limited, but may be performed in a temperature range of room temperature to 250 ° C. for about 10 minutes to 100 hours. For example, the drying process may be performed in the range of room temperature to 80 ° C. for 24 hours. A drying treatment at a temperature exceeding 250 ° C. is not preferable because outgassing of low molecular weight components contained in the silicon-based polymer may occur. In addition, depending on the type of silicon polymer and / or organic polymer, a polymerization reaction (curing) may proceed during drying. Such curing may be caused in consideration of handling properties and the like.

乾燥処理は、室温静置、エバポレーター、真空乾燥、凍結乾燥、熱風乾燥機、温風吹きつけ、またはマイクロ波照射など、公知の方法を単独で、または2種以上併用して、行うことができる。   The drying treatment can be performed by a known method such as standing at room temperature, evaporator, vacuum drying, freeze drying, hot air dryer, hot air blowing, or microwave irradiation alone or in combination of two or more.

前述のように、表面処理剤が溶液の場合、通常、シリコン系高分子と触媒は、同じ溶液中に含有される。ただし、触媒の加水分解性などの反応性を考慮して、まず、多孔質部材または中間体に、触媒のみを塗布させた後、シリコン系高分子を塗布することもできる。あるいは、その逆に、最初、多孔質部材または中間体に、シリコン系高分子を塗布してから、触媒を塗布することも可能である。   As described above, when the surface treatment agent is a solution, the silicon polymer and the catalyst are usually contained in the same solution. However, in consideration of reactivity such as hydrolyzability of the catalyst, it is also possible to first apply the catalyst only to the porous member or intermediate and then apply the silicon polymer. Alternatively, conversely, it is also possible to first apply the silicon-based polymer to the porous member or intermediate and then apply the catalyst.

なお、成形体のような中間体に、直接表面処理剤の原料粉末を添加する場合、シリコン系高分子は、原料粉末に対して、1wt%〜30wt%、より好ましくは5wt%〜20wt%となるように添加しても良い。これは、シリコン系高分子が1wt%未満の場合、ケイ化物繊維状構造体の生成量が少なくなり、逆にシリコン系高分子が20wt%を超えると、放出ガスが多くなり、最終製品に亀裂が生じるおそれがあるためである。   In addition, when the raw material powder of the surface treatment agent is added directly to an intermediate such as a molded body, the silicon-based polymer is 1 wt% to 30 wt%, more preferably 5 wt% to 20 wt% with respect to the raw material powder. You may add so that it may become. This is because when the silicon-based polymer is less than 1 wt%, the amount of silicide fibrous structures produced is reduced, and conversely, when the silicon-based polymer exceeds 20 wt%, the amount of released gas increases and the final product is cracked. This is because there is a risk of occurrence.

次に、シリコン系高分子(および触媒)を含む表面処理剤が設置された多孔質部材を、所定の条件下で焼成することにより、ケイ化物繊維状構造体を有する多孔質部材を調製することができる。あるいは、シリコン系高分子(および触媒)を含む中間体を、所定の条件下で焼成することにより、ケイ化物繊維状構造体を有する部材を調製することができる。   Next, a porous member having a silicide fibrous structure is prepared by firing a porous member provided with a surface treatment agent containing a silicon-based polymer (and catalyst) under predetermined conditions. Can do. Or the member which has a silicide fibrous structure can be prepared by baking the intermediate body containing a silicon type polymer (and catalyst) on predetermined conditions.

焼成は、800℃以上の温度で行われる。800℃未満の温度では、ケイ化物繊維状構造体が生成される反応が十分に進行しないためである。焼成温度の上限は、特に限られないが、例えば、1800℃程度までであれば、適正なケイ化物繊維状構造体が得られることが本願発明者らの実験で確認されている。焼成温度は、例えば、1200℃〜1500℃の範囲である。   Firing is performed at a temperature of 800 ° C. or higher. This is because at a temperature lower than 800 ° C., the reaction for producing the silicide fibrous structure does not proceed sufficiently. Although the upper limit of the firing temperature is not particularly limited, it has been confirmed by experiments of the present inventors that an appropriate silicide fibrous structure can be obtained, for example, up to about 1800 ° C. The firing temperature is, for example, in the range of 1200 ° C to 1500 ° C.

焼成時間は、特に限られないが、例えば、30分〜1時間程度の焼成でも、十分にケイ化物繊維状構造体を得ることができる。焼成時間は、例えば2時間である。   The firing time is not particularly limited. For example, a silicide fibrous structure can be sufficiently obtained even by firing for about 30 minutes to 1 hour. The firing time is, for example, 2 hours.

焼成温度および焼成時間は、目的とするケイ化物繊維状構造体の量や寸法に基づいて定められる。   The firing temperature and firing time are determined based on the amount and dimensions of the target silicide fibrous structure.

焼成雰囲気は、シリコン系高分子の酸化による炭素成分の消失を防ぐため、非酸化雰囲気で行うことが好ましい。   The firing atmosphere is preferably performed in a non-oxidizing atmosphere in order to prevent disappearance of the carbon component due to oxidation of the silicon-based polymer.

焼成雰囲気は、例えば、アルゴン、ヘリウム、水蒸気、水素、ケイ素、一酸化炭素、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、および酸窒化物ガスからなる群から選定された1種類以上のガスを含んでも良い。この場合、焼成後に、炭化ケイ素、シリコンオキシカーバイド、および/またはシリカからなるケイ化物繊維状構造体を形成することができる。   The firing atmosphere may include, for example, one or more gases selected from the group consisting of argon, helium, water vapor, hydrogen, silicon, carbon monoxide, silicon monoxide, silicon dioxide, and oxynitride gas. In this case, a silicide fibrous structure made of silicon carbide, silicon oxycarbide, and / or silica can be formed after firing.

あるいは、焼成雰囲気は、例えば、窒素および/またはアンモニアと、水蒸気、水素、ケイ素、一酸化炭素、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、および酸窒化物ガスからなる群から選定された1種類以上のガスとを組み合わせて使用しても良い。この場合、窒化ケイ素、シリコンオキシナイトライド、および/またはシリカからなるケイ化物繊維状構造体が形成される。   Alternatively, the firing atmosphere is, for example, nitrogen and / or ammonia, and one or more gases selected from the group consisting of water vapor, hydrogen, silicon, carbon monoxide, silicon monoxide, silicon dioxide, and oxynitride gas May be used in combination. In this case, a silicide fibrous structure made of silicon nitride, silicon oxynitride, and / or silica is formed.

なお、表面処理剤の原料中に触媒を添加しない場合、焼成雰囲気には、遊離触媒気流を供給しても良い。遊離触媒気流の成分は、前述のように、Co、Fe、Cu、Ni、およびそれらの化合物であっても良い。化合物としては、例えば、塩化物、アセチルアセトネート塩、酢酸塩、硝酸塩、酸化物、ケイ化物などを用いることができる。   When no catalyst is added to the raw material of the surface treatment agent, a free catalyst air stream may be supplied to the firing atmosphere. The components of the free catalyst air stream may be Co, Fe, Cu, Ni, and their compounds as described above. As the compound, for example, chloride, acetylacetonate salt, acetate salt, nitrate salt, oxide, silicide and the like can be used.

また、焼成処理は、簡略化のため、1回のみとすることが一般的であるが、ケイ化物繊維状構造体の成長促進、触媒機能の発現等の目的で、焼成処理を複数回行っても良い。   In addition, the firing treatment is generally performed only once for the sake of simplicity. However, the firing treatment is performed a plurality of times for the purpose of promoting the growth of the silicide fibrous structure and the expression of the catalytic function. Also good.

次に、本発明による表面処理方法の焼成ステップでの反応機構について、簡単に考察する。   Next, the reaction mechanism in the firing step of the surface treatment method according to the present invention will be briefly discussed.

1100℃以上の高温になると、二酸化ケイ素(SiO)は、(1)式〜(3)式に従って分解し、一酸化ケイ素(SiO)ガスが放出される。 When the temperature is higher than 1100 ° C., silicon dioxide (SiO 2 ) is decomposed according to the formulas (1) to (3), and silicon monoxide (SiO) gas is released.

また(4)式に従い、シリカ成分は、炭素により還元され、炭化ケイ素(SiC)が形成される。   Further, according to the formula (4), the silica component is reduced by carbon to form silicon carbide (SiC).

その後、窒素雰囲気下では、(6)式〜(9)式に従って、一酸化ケイ素(SiO)ガスから、窒化ケイ素(Si)や酸窒化ケイ素(SiO)が形成される。 Thereafter, in a nitrogen atmosphere, silicon nitride (Si 3 N 4 ) or silicon oxynitride (Si 2 N 2 O) is formed from silicon monoxide (SiO) gas in accordance with formulas (6) to (9). .

さらに高温では、(10)式に従って、酸窒化ケイ素(SiO)は、窒化ケイ素(Si)に変化する。

SiO(s)+SiC(s)=3SiO(g)+CO(g) (1)式
SiO(s)+C(s)=SiO(g)+CO(g) (2)式
SiO(s)+CO(g)=SiO(g)+CO(g) (3)式
SiO(s)+3C(s)=SiC(s)+2CO(g) (4)式
CO(g) +C(s)=2CO(g) (5)式
3SiO(g)+3C(s)+2N(g)
=Si(s)+3CO(g) (6)式
3SiO(g)+3CO(g)+2N(g)
=Si(s)+3CO(g) (7)式
2SiO(g)+C(s)+N(g)
=SiO(s)+CO(g) (8)式
2SiO(g)+CO(g)+N(g)
=SiO(s)+CO(g) (9)式
3SiO(s)
=Si(s)+3SiO(g)+N(g) (10)式

なお、窒素を含む雰囲気では、(6)式〜(9)式に従って、窒化ケイ素(Si)や酸窒化ケイ素(SiO)が形成される。これらの反応が進行する際に、金属ケイ化物が液滴として存在すると、VLS(Vapor Liquid Solid)反応が生じる。すなわち、金属ケイ化物の液滴に、SiOガスが蒸着すると、液滴の周囲に存在する遊離炭素および/または窒素ガスとの間で反応が生じるようになる。これにより、窒化ケイ素は、液滴を押し上げるように成長し、これが進行することにより、繊維状構造体が形成されると考えられる。
At higher temperatures, silicon oxynitride (Si 2 N 2 O) changes to silicon nitride (Si 3 N 4 ) according to the equation (10).

SiO 2 (s) + SiC (s) = 3SiO (g) + CO (g) (1) Formula SiO 2 (s) + C (s) = SiO (g) + CO (g) (2) Formula SiO 2 (s) + CO (G) = SiO (g) + CO 2 (g) (3) Formula SiO 2 (s) + 3C (s) = SiC (s) + 2CO (g) (4) Formula CO 2 (g) + C (s) = 2CO (G) (5) Formula 3SiO (g) + 3C (s) + 2N 2 (g)
= Si 3 N 4 (s) + 3CO (g) (6) Formula 3SiO (g) + 3CO (g) + 2N 2 (g)
= Si 3 N 4 (s) + 3CO 2 (g) (7) Formula 2SiO (g) + C (s) + N 2 (g)
= Si 2 N 2 O (s) + CO (g) (8) Formula 2SiO (g) + CO (g) + N 2 (g)
= Si 2 N 2 O (s) + CO 2 (g) (9) Formula 3Si 2 N 2 O (s)
= Si 3 N 4 (s) + 3SiO (g) + N 2 (g) (10) Equation

In an atmosphere containing nitrogen, silicon nitride (Si 3 N 4 ) or silicon oxynitride (Si 2 N 2 O) is formed according to the formulas (6) to (9). When these reactions proceed, if metal silicide exists as droplets, a VLS (Vapor Liquid Solid) reaction occurs. That is, when SiO gas is deposited on the metal silicide droplet, a reaction occurs between free carbon and / or nitrogen gas existing around the droplet. Thereby, the silicon nitride grows so as to push up the droplet, and it is considered that the fibrous structure is formed by the progress.

また、一酸化炭素、一酸化ケイ素、または二酸化ケイ素を含む雰囲気では、化学平衡は、繊維状構造体が生成する方向に移動する。このため、このような雰囲気での焼成により、繊維状構造体の成長が促進される。   In an atmosphere containing carbon monoxide, silicon monoxide, or silicon dioxide, the chemical equilibrium moves in the direction in which the fibrous structure is generated. For this reason, the growth of the fibrous structure is promoted by firing in such an atmosphere.

一方、アルゴン雰囲気では、(4)式に従い、二酸化ケイ素(SiO)と遊離炭素(C)との還元反応により、炭化ケイ素(SiC)が形成される。この際には、(11)式および(12)式のような気相反応が関与すると考えられる。

SiO(g)+3CO(g)=SiC(s)+2CO(g) (11)式
3SiO(g)+CO(g)=SiC(s)+2SiO(g) (12)式

この場合も、金属ケイ化物が液滴として存在すると、そこに、SiOガスが蒸着するようになる。また、液滴の下部に形成される炭化ケイ素繊維は、液滴を押し上げるように成長するため、最終的に繊維状構造体が形成される。
On the other hand, in an argon atmosphere, silicon carbide (SiC) is formed by a reduction reaction between silicon dioxide (SiO 2 ) and free carbon (C) according to the equation (4). In this case, it is considered that gas phase reactions such as the formulas (11) and (12) are involved.

SiO (g) + 3CO (g) = SiC (s) + 2CO 2 (g) (11) Formula 3SiO (g) + CO (g) = SiC (s) + 2SiO 2 (g) (12) Formula

Also in this case, if the metal silicide exists as droplets, SiO gas is deposited there. Moreover, since the silicon carbide fiber formed in the lower part of the droplet grows so as to push up the droplet, a fibrous structure is finally formed.

また、一酸化炭素または一酸化ケイ素を含む雰囲気では、化学平衡は、繊維状構造体が生成する方向に移動する。このため、このような雰囲気での焼成により、繊維状構造体の成長が促進される。   In an atmosphere containing carbon monoxide or silicon monoxide, the chemical equilibrium moves in the direction in which the fibrous structure is generated. For this reason, the growth of the fibrous structure is promoted by firing in such an atmosphere.

以上のことから、表面処理剤(の原料)を含む多孔質部材および中間体を焼成する際のガス雰囲気は、ケイ化物繊維状構造体の形成挙動に大きな影響を及ぼすことが予想される。   From the above, it is expected that the gas atmosphere at the time of firing the porous member containing the surface treatment agent (raw material) and the intermediate body has a great influence on the formation behavior of the silicide fibrous structure.

例えば、(6)式および(7)式から、多孔質部材の内部に、窒化ケイ素からなる繊維状構造体を成長させる場合、窒素ガスを多孔質部材の内部まで十分に流通させることが重要となる。   For example, from the formulas (6) and (7), when a fibrous structure made of silicon nitride is grown inside the porous member, it is important to sufficiently flow nitrogen gas to the inside of the porous member. Become.

そのため、本発明では、焼成処理の際、多孔質部材および中間体等の被表面処理部材の表面積50mあたり0.01L/min以上の流量で、ガス雰囲気中にガスを供給することを特徴としている。これにより、被表面処理部材の内部にまで、ガスを十分供給することが可能となり、被表面処理部材の内部においても繊維状構造体を成長させることができるようになる。なお、被表面処理部材の表面積は、BET法で得られた比表面積(m/g)と、被表面処理部材の重量(g)とを掛け合わせることにより得ることができる。 Therefore, in the present invention, the gas is supplied into the gas atmosphere at a flow rate of 0.01 L / min or more per 50 m 2 of the surface area of the surface-treated member such as the porous member and the intermediate during the firing process. Yes. Thereby, it becomes possible to supply gas sufficiently to the inside of the surface treatment member, and the fibrous structure can be grown also inside the surface treatment member. The surface area of the surface-treated member can be obtained by multiplying the specific surface area (m 2 / g) obtained by the BET method and the weight (g) of the surface-treated member.

次に、図面を参照して、本願の第1発明および第2発明について、詳しく説明する。   Next, the first invention and the second invention of the present application will be described in detail with reference to the drawings.

(第1発明)
図1には、本願の第1発明による表面処理方法の一例を概略的に示す。
(First invention)
FIG. 1 schematically shows an example of the surface treatment method according to the first invention of the present application.

この表面処理方法は、
被表面処理部材に対する表面処理方法であって、
(a)被表面処理部材を準備するステップと、
(b)シリコン系高分子を含む表面処理剤を調製するステップと、
(c)前記被表面処理部材の少なくとも一部に、前記表面処理剤を設置するステップと、
(d)触媒を含み、ガス流が存在する環境下において、前記表面処理剤が設置された被表面処理部材を800℃以上の温度で焼成することにより、ケイ化物の繊維状構造体を形成するステップであって、前記ガス流は、前記被表面処理部材の表面積50mあたり0.01L/min以上の流量で供給されるステップと、
を有する。
This surface treatment method is
A surface treatment method for a surface-treated member,
(A) preparing a surface-treated member;
(B) preparing a surface treating agent containing a silicon-based polymer;
(C) installing the surface treatment agent on at least a part of the surface treatment member;
(D) A silicide-like fibrous structure is formed by firing the surface-treated member on which the surface treatment agent is placed at a temperature of 800 ° C. or higher in an environment containing a catalyst and containing a gas flow. A step of supplying the gas flow at a flow rate of 0.01 L / min or more per 50 m 2 of a surface area of the surface treatment member;
Have

以下、各ステップについて説明する。   Hereinafter, each step will be described.

(ステップS110)
まず、表面処理用の被表面処理部材が準備される。前述のように、本発明において、多被表面処理部材の材質は、特に限られない。被表面処理部材は、例えば、金属、炭素、またはセラミックス等であっても良い。
(Step S110)
First, a surface-treated member for surface treatment is prepared. As described above, in the present invention, the material of the multi-surface treated member is not particularly limited. The surface-treated member may be, for example, metal, carbon, ceramics, or the like.

ただし、以降のステップ(ステップS140)では、被表面処理部材は、800℃以上の温度に晒される。従って、この温度において耐熱性を有さない材料は、使用することができない。   However, in the subsequent steps (step S140), the surface-treated member is exposed to a temperature of 800 ° C. or higher. Therefore, a material that does not have heat resistance at this temperature cannot be used.

被表面処理部材は、例えば、焼成後の多孔質部材であっても良い。あるいは、被表面処理部材は、多孔質部材のような完成された状態ではなく、成形体、粉粒体、顆粒体、および圧粉体のような中間段階のもの、すなわち中間体(半成品)であっても良い。   The surface-treated member may be, for example, a fired porous member. Alternatively, the surface-treated member is not in a completed state like a porous member, but in an intermediate stage such as a molded body, a powder body, a granule body, and a green compact, that is, an intermediate body (semi-finished product). There may be.

被表面処理部材の形状は、特に限られない。被表面処理部材の形状は、例えば、ハニカム状、格子状、フォーム状、ファイバー状、粒子状、または顆粒状などであっても良い。   The shape of the surface treatment member is not particularly limited. The shape of the surface-treated member may be, for example, a honeycomb shape, a lattice shape, a foam shape, a fiber shape, a particle shape, or a granule shape.

(ステップS120)
次に、シリコン系高分子を含む表面処理剤が調製される。
(Step S120)
Next, a surface treating agent containing a silicon polymer is prepared.

前述のように、表面処理剤は、さらに、有機高分子および/または炭素含有材料を含んでも良い。また、表面処理剤は、さらに、触媒を含んでも良い。   As described above, the surface treatment agent may further include an organic polymer and / or a carbon-containing material. The surface treatment agent may further contain a catalyst.

表面処理剤は、シリコン系高分子が溶解または分散された溶液であっても良い。   The surface treatment agent may be a solution in which a silicon-based polymer is dissolved or dispersed.

また、表面処理剤には、さらに、炭素粉末、シリカ、一酸化ケイ素粉末等を添加しても良い。これらの成分は、熱分解反応を促進し、ケイ化物繊維状構造体の成長を助長する役割を有するからである。すなわち、前述の(2)式、(4)式、(6)式、および(8)式から、還元雰囲気では、シリカの熱炭素還元反応が進行しやすくなり、一酸化ケイ素および一酸化炭素分圧が上昇する。また、これにより、(3)式、(7)式、(9)式、(11)式、および(12)式が進行しやすくなり、炭化ケイ素または窒化ケイ素の繊維状構造体の形成が促進される。   Further, carbon powder, silica, silicon monoxide powder and the like may be added to the surface treatment agent. This is because these components promote the thermal decomposition reaction and promote the growth of the silicide fibrous structure. That is, from the above-mentioned formulas (2), (4), (6), and (8), the thermal carbon reduction reaction of silica easily proceeds in a reducing atmosphere, and silicon monoxide and carbon monoxide content Pressure rises. This also facilitates the progression of formulas (3), (7), (9), (11), and (12) and promotes the formation of a fibrous structure of silicon carbide or silicon nitride. Is done.

なお、シリカおよび/または炭素が表面処理剤に含まれる場合は、それらの含有量は、シリコン系高分子に対して1wt%〜20wt%の範囲であっても良い。シリカおよび/または炭素を表面処理剤に添加する際には、まず、シリコン系高分子と触媒を有機溶剤に溶解させておき、この溶液にシリカおよび/または炭素を添加、混合して、スラリーを調整する。このスラリーの分散性を確保するため、マグネチックスターラー、ボールミル、遊星ミル、混練機、混合機、または遊星撹拌混合機を使用しても良い。また、同時に分散剤を用いても良い。また、多孔質部材にスラリーを塗布させる際には、シリカおよび/または炭素の粉末の沈降を防ぐため、超音波照射を行いながら含浸しても良い。   In the case where silica and / or carbon is contained in the surface treatment agent, the content thereof may be in the range of 1 wt% to 20 wt% with respect to the silicon-based polymer. When adding silica and / or carbon to the surface treatment agent, first, the silicon-based polymer and the catalyst are dissolved in an organic solvent, and silica and / or carbon is added to and mixed with the solution, and the slurry is prepared. adjust. In order to ensure the dispersibility of the slurry, a magnetic stirrer, ball mill, planetary mill, kneader, mixer, or planetary stirring mixer may be used. At the same time, a dispersant may be used. Moreover, when applying a slurry to a porous member, in order to prevent sedimentation of silica and / or carbon powder, impregnation may be performed while performing ultrasonic irradiation.

(ステップS130)
次に、ステップS110で準備した被表面処理部材の少なくとも一部に、ステップS120で調製したシリコン系高分子を含む表面処理剤が設置される。
(Step S130)
Next, the surface treatment agent containing the silicon-based polymer prepared in step S120 is installed on at least a part of the surface-treated member prepared in step S110.

被表面処理部材への表面処理剤の設置方法は、特に限られない。表面処理剤が溶液の場合、表面処理剤は、被表面処理部材を溶液中に浸漬したり、被表面処理部材に溶液を塗布したりすることにより、設置されても良い。   The method for installing the surface treatment agent on the surface treatment member is not particularly limited. When the surface treatment agent is a solution, the surface treatment agent may be installed by immersing the surface treatment member in the solution or applying the solution to the surface treatment member.

また、例えば、最初にシリコン系高分子を含む溶液を被表面処理部材に設置した後、炭素および/またはシリカを後から設置しても良い。   Further, for example, after a solution containing a silicon-based polymer is first placed on the surface-treated member, carbon and / or silica may be placed later.

炭素および/またはシリカは、例えばエアブラシにより被表面処理部材に吹き付けたり、溶剤に分散させて被表面処理部材に塗布したりしても良い。その場合には、予めシリコン系高分子を熱処理して不融化させたり、あるいはシリコン系高分子が溶解しないような溶剤を用いることが好ましい。   Carbon and / or silica may be sprayed onto the surface-treated member by, for example, an air brush, or may be dispersed in a solvent and applied to the surface-treated member. In that case, it is preferable to use a solvent that does not melt the silicon-based polymer in advance by heat-treating the silicon-based polymer in advance.

また、被表面処理部材が成形体のような中間体(半成品)の場合、前述のように、被表面処理部材は、予め表面処理剤を添加した状態で調製しても良い。   When the surface-treated member is an intermediate (semi-finished product) such as a molded body, as described above, the surface-treated member may be prepared with a surface treatment agent added in advance.

(ステップS140)
次に、ステップS130で得られた、表面処理剤が設置された被表面処理部材が、800℃以上の温度で焼成処理される。
(Step S140)
Next, the surface-treated member provided with the surface treatment agent obtained in step S130 is fired at a temperature of 800 ° C. or higher.

焼成雰囲気は、成長させるケイ化物繊維状構造体の種類のよって異なる。例えば、被表面処理部材に炭化ケイ素(SiC)および/またはシリコンオキシカーバイド(SiOC)からなる繊維状構造体を成長させる場合、焼成雰囲気は、アルゴン、ヘリウム、水蒸気、水素、ケイ素、一酸化炭素、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、および酸窒化物ガスからなる群から選定された少なくとも1種類以上を含む。一方、多孔質部材に窒化ケイ素(SiN)および/またはシリコンオキシナイトライド(SiON)からなる繊維状構造体を成長させる場合、焼成雰囲気は、窒素および/またはアンモニアを含み、さらに、水蒸気、水素、ケイ素、一酸化炭素、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、および酸窒化物ガスからなる群から選定された少なくとも1種類以上を含む。   The firing atmosphere varies depending on the type of silicide fibrous structure to be grown. For example, when a fibrous structure made of silicon carbide (SiC) and / or silicon oxycarbide (SiOC) is grown on the surface-treated member, the firing atmosphere is argon, helium, water vapor, hydrogen, silicon, carbon monoxide, It includes at least one selected from the group consisting of silicon monoxide, silicon dioxide, and oxynitride gas. On the other hand, when a fibrous structure made of silicon nitride (SiN) and / or silicon oxynitride (SiON) is grown on the porous member, the firing atmosphere contains nitrogen and / or ammonia, and further includes water vapor, hydrogen, It includes at least one selected from the group consisting of silicon, carbon monoxide, silicon monoxide, silicon dioxide, and oxynitride gas.

また、焼成雰囲気は、遊離触媒気流を含んでも良い。   Further, the firing atmosphere may include a free catalyst air stream.

ただし、いずれの場合も、ガスの供給速度は、被表面処理部材の表面積50mあたり0.01L/min以上である。 However, in any case, the gas supply rate is 0.01 L / min or more per 50 m 2 of the surface area of the surface-treated member.

以上のステップにより、被表面処理部材の所望の位置に、ケイ化物繊維状構造体を形成することができる。   Through the above steps, the silicide fibrous structure can be formed at a desired position of the surface treatment member.

(第2発明)
次に、図2を参照して、本願の第2発明による表面処理方法について説明する。
(Second invention)
Next, a surface treatment method according to the second invention of the present application will be described with reference to FIG.

図2には、本願の第2発明による表面処理方法の一例を概略的に示す。   FIG. 2 schematically shows an example of the surface treatment method according to the second invention of the present application.

この表面処理方法は、
タルク、カオリン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、シリカ、ムライト、コーディエライト、黒鉛、炭素繊維、鉄、鉄合金、アルミニウム、およびアルミニウム合金、のいずれか1種類以上からなる原料と、シリコン系高分子と、触媒と、を含む多孔質成形体を準備するステップ(S210)と、
ガス流が存在する環境下において、前記多孔質成形体を800℃以上の温度で焼成することにより、ケイ化物の繊維状構造体を形成するステップであって、前記ガス流は、前記多孔質成形体の表面積50mあたり0.01L/min以上の流量で供給されるステップ(S220)と、
を有する。
This surface treatment method is
A raw material composed of at least one of talc, kaolin, silicon carbide, silicon nitride, alumina, silica, mullite, cordierite, graphite, carbon fiber, iron, iron alloy, aluminum, and aluminum alloy, and silicon-based high Preparing a porous molded body containing molecules and a catalyst (S210);
A step of forming a fibrous structure of silicide by firing the porous molded body at a temperature of 800 ° C. or higher in an environment in which a gas flow exists, wherein the gas flow is the porous molding. A step (S220) of supplying at a flow rate of 0.01 L / min or more per 50 m 2 of the surface area of the body;
Have

以下、各ステップについて説明する。   Hereinafter, each step will be described.

(ステップS210)
まず、被表面処理部材となる多孔質成形体が準備される。
(Step S210)
First, a porous molded body to be a surface treated member is prepared.

多孔質成形体は、タルク、カオリン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、シリカ、ムライト、コーディエライト、黒鉛、炭素繊維、鉄、鉄合金、アルミニウム、およびアルミニウム合金、のいずれか1種類以上からなる原料と、シリコン系高分子と、触媒と、を含む。   The porous molded body is composed of at least one of talc, kaolin, silicon carbide, silicon nitride, alumina, silica, mullite, cordierite, graphite, carbon fiber, iron, iron alloy, aluminum, and aluminum alloy. A raw material, a silicon-based polymer, and a catalyst are included.

多孔質成形体の調製方法は、特に限られない。   The method for preparing the porous molded body is not particularly limited.

例えば、多孔質成形体は、前記原料と、シリコン高分子と、触媒とを十分に撹拌して、混合粉末を得た後、これを一般的な成形法で加圧成形することにより調製しても良い。加圧成形法としては、例えば、プレス成形法、冷間静水圧成形法、および温間等方圧成形法などであっても良い。   For example, the porous molded body is prepared by sufficiently stirring the raw material, the silicon polymer, and the catalyst to obtain a mixed powder, and then pressure-molding it with a general molding method. Also good. The pressure molding method may be, for example, a press molding method, a cold isostatic pressing method, a warm isostatic pressing method, or the like.

あるいは、そのような混合粉末に有機バインダー等を添加して、スラリーを作製しても良い。その後、このスラリーは、押し出し成形法、射出成形法、鋳込み成形法、またはゲルキャスト成形法等の各種粉末冶金法により成形され、多孔質成形体が調製される。   Alternatively, a slurry may be prepared by adding an organic binder or the like to such a mixed powder. Thereafter, the slurry is molded by various powder metallurgy methods such as an extrusion molding method, an injection molding method, a cast molding method, or a gel cast molding method, thereby preparing a porous molded body.

(ステップS220)
次に、ステップS210で得られた多孔質成形体が、800℃以上の温度で焼成処理される。
(Step S220)
Next, the porous molded body obtained in step S210 is fired at a temperature of 800 ° C. or higher.

焼成条件は、前述の第1発明のステップS140で示したものと同様である。ガスの供給速度は、多孔質成形体の表面積50mあたり0.01L/min以上であることに留意する必要がある。 The firing conditions are the same as those shown in step S140 of the first invention. It should be noted that the gas supply rate is 0.01 L / min or more per 50 m 2 of the surface area of the porous molded body.

ステップS220の焼成後には、多孔質成形体は、多孔質部材となる。また、この多孔質部材は、細孔内および表面に、多数のケイ化物繊維状構造体を有する。   After firing in step S220, the porous molded body becomes a porous member. The porous member has a large number of silicide fibrous structures in the pores and on the surface.

一般に、細孔壁を有するハニカム状基材で構成される触媒担体の分野においては、被除去物質に対する捕獲性能を高めるため、被除去物質との接触確率を高めること、すなわち反応サイトの比表面積を高めることが重要となる。また、反応サイトの比表面積を高めるため、細孔壁に、例えば、γ−アルミナのようなコーティング部材が設置され、このコーティング部材に触媒が担持される方法が用いられる。   In general, in the field of catalyst carriers composed of honeycomb-shaped substrates having pore walls, in order to improve the capture performance for the substance to be removed, the contact probability with the substance to be removed is increased, that is, the specific surface area of the reaction site is increased. It is important to increase it. Further, in order to increase the specific surface area of the reaction site, a method is used in which a coating member such as γ-alumina is installed on the pore wall and a catalyst is supported on the coating member.

しかしながら、細孔壁へのそのようなコーティング部材の設置は、触媒担体の熱容量の増大による触媒活性化の遅延、さらには開口面積の低下による圧力損失の増大などの問題につながるおそれがある。さらに、γ−アルミナは、1000℃以上の温度域では、α−アルミナに転移し、焼結が進んでしまう。このため、高温では、γ−アルミナのコーティング部材が焼結され、高い比表面積を維持することができなくなるという問題もある。   However, installation of such a coating member on the pore wall may lead to problems such as a delay in catalyst activation due to an increase in the heat capacity of the catalyst carrier, and an increase in pressure loss due to a decrease in the opening area. Furthermore, γ-alumina transitions to α-alumina at a temperature range of 1000 ° C. or higher, and sintering proceeds. For this reason, the coating member of γ-alumina is sintered at a high temperature, and there is a problem that a high specific surface area cannot be maintained.

これに対して、本発明では、多孔質部材の細孔内部等に、ケイ化物の繊維状構造体を形成させることができ、このため、多孔質部材の比表面積を容易に高めることができる。また、本発明による表面処理方法によって得られるケイ化物の繊維状構造体は、極めて微細な構造を有する。このため、本発明による表面処理方法が適用された多孔質部材では、従来のようなコーティング部材を設置する方法に比べて、圧力損失の増大を有意に抑制することができる。   In contrast, in the present invention, a fibrous structure of silicide can be formed inside the pores of the porous member, and therefore the specific surface area of the porous member can be easily increased. Further, the fibrous structure of silicide obtained by the surface treatment method according to the present invention has a very fine structure. For this reason, in the porous member to which the surface treatment method according to the present invention is applied, an increase in pressure loss can be significantly suppressed as compared with a conventional method of installing a coating member.

さらに、本発明による表面処理方法によって得られるケイ化物の繊維状構造体は、繊維同士の間にある程度の空間を有し得るため、高温に保持しても焼結が進み難いという特徴を有する。このため、本発明による表面処理方法が適用された多孔質部材では、高温に晒されても、高い比表面積を維持することができる。   Furthermore, since the silicide fibrous structure obtained by the surface treatment method according to the present invention may have a certain amount of space between the fibers, it is difficult to sinter even if kept at a high temperature. For this reason, the porous member to which the surface treatment method according to the present invention is applied can maintain a high specific surface area even when exposed to high temperatures.

このように、本発明による表面処理方法によって表面処理された多孔質部材は、細孔壁を有するハニカム状基材で構成される触媒担体に、有意に適用することができる。   Thus, the porous member surface-treated by the surface treatment method according to the present invention can be significantly applied to a catalyst carrier composed of a honeycomb-like substrate having pore walls.

また、一般に、断熱材、防音材、および衝撃吸収材などの繊維含有部材において、繊維は、シリカ系のもので構成される。すなわち、これらの繊維含有部材は、シリカ系のセラミックスを溶融させ、この溶融物を遠心法により繊維状に調製することによって製造される場合が多い。   In general, in a fiber-containing member such as a heat insulating material, a soundproofing material, and an impact absorbing material, the fiber is made of silica. That is, these fiber-containing members are often produced by melting silica-based ceramics and preparing the melt into fibers by a centrifugal method.

しかしながら、シリカ系の繊維は、一般に、耐熱性が比較的劣るため、そのようなシリカ系の繊維を含む繊維含有部材は、使用可能温度に限界がある。また、そのような繊維含有部材では、セラミックス繊維が基材と強固に結合されていない場合が多く、その場合、セラミックス繊維は、脱落等によって容易に外部に飛散してしまう。そのようなセラミック繊維の飛散は、人体に対しても影響がある。   However, since a silica-based fiber generally has relatively poor heat resistance, a fiber-containing member including such a silica-based fiber has a limit in usable temperature. Further, in such a fiber-containing member, the ceramic fiber is often not firmly bonded to the base material, and in that case, the ceramic fiber is easily scattered to the outside by dropping or the like. Such scattering of ceramic fibers also has an effect on the human body.

これに対して、本発明による表面処理方法によって得られるケイ化物の繊維状構造体は、高温においても安定であり、シリカ系の繊維に比べて、耐熱性の点で有意である。また、ケイ化物の繊維状構造体は、多孔質部材に対して適正に結合されている。このため、本発明による表面処理方法によって表面処理された多孔質部材では、ケイ化物の繊維状構造体の脱落を有意に抑制することができ、繊維の飛散の問題を有意に抑制することができる。   In contrast, the silicide fibrous structure obtained by the surface treatment method according to the present invention is stable even at high temperatures, and is significant in terms of heat resistance compared to silica-based fibers. Further, the silicide fibrous structure is properly bonded to the porous member. For this reason, in the porous member surface-treated by the surface treatment method according to the present invention, the detachment of the fibrous structure of silicide can be significantly suppressed, and the problem of fiber scattering can be significantly suppressed. .

次に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例により限定されるものではないことに留意する必要がある。   Next, examples of the present invention will be described. It should be noted that the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
シリコン系高分子としてポリメチルフェニルシルセスキオキサン(タイプH44、Wacker社製)を用い、繊維状構造体の成長のための触媒として、塩化コバルト(Aldrich製)を用いた。ポリメチルフェニルシルセスキオキサンと塩化コバルトとを重量比97/3で混合し、この混合物をアセトンに、重量比1/4の割合で溶解させ、表面処理剤の溶液とした。
Example 1
Polymethylphenylsilsesquioxane (type H44, manufactured by Wacker) was used as the silicon polymer, and cobalt chloride (produced by Aldrich) was used as a catalyst for the growth of the fibrous structure. Polymethylphenylsilsesquioxane and cobalt chloride were mixed at a weight ratio of 97/3, and this mixture was dissolved in acetone at a weight ratio of 1/4 to obtain a solution of a surface treatment agent.

被表面処理部材として、市販品の炭化ケイ素フォーム(Lanic社製、気孔率86%、セルサイズ40CPSI)を用い、これを表面処理剤の溶液中に浸漬させた。なお、炭化ケイ素フォームの寸法は、直径が30mmで、厚さが14mmとした。   A commercially available silicon carbide foam (manufactured by Lanic, 86% porosity, cell size 40 CPSI) was used as the surface treatment member, and this was immersed in a solution of the surface treatment agent. The silicon carbide foam had a diameter of 30 mm and a thickness of 14 mm.

次に、この被表面処理部材を室温で乾燥した後、雰囲気制御電気炉に入れ、焼成を行った。焼成は、窒素流通雰囲気下において、1250℃で2時間実施した。窒素は、0.1L/minの流量で供給した。BET法により得られた炭化ケイ素フォームの表面積は、2mであるため、今回の窒素の流量は、被表面処理部材の表面積50mあたり0.01L/minという条件を十分に満たす(炭化ケイ素フォームの表面積50mあたりでは、窒素流量は、2.5L/minに相当する)。 Next, after this surface-treated member was dried at room temperature, it was placed in an atmosphere-controlled electric furnace and baked. Firing was performed at 1250 ° C. for 2 hours in a nitrogen flow atmosphere. Nitrogen was supplied at a flow rate of 0.1 L / min. Since the surface area of the silicon carbide foam obtained by the BET method is 2 m 2 , the current flow rate of nitrogen sufficiently satisfies the condition of 0.01 L / min per 50 m 2 of the surface area of the surface-treated member (silicon carbide foam Per surface area of 50 m 2 , the nitrogen flow rate corresponds to 2.5 L / min).

これにより、実施例1に係る多孔質部材が得られた。   Thereby, the porous member which concerns on Example 1 was obtained.

表1には、実施例1に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 summarizes the conditions for producing the porous member according to Example 1.

また、図3には、実施例1に係る多孔質部材のSEM写真を示す。図3から明らかなように、多孔質部材の表面および細孔内には、多数の繊維状構造体が形成されていることが観察された。 FIG. 3 shows an SEM photograph of the porous member according to Example 1. As is apparent from FIG. 3, it was observed that a large number of fibrous structures were formed on the surface and pores of the porous member.

(実施例2)
実施例1と同様の方法により、実施例2に係る多孔質部材を得た。ただし、この実施例2では、被表面処理部材の焼成温度を1450℃とした。その他の条件は、実施例1と同様である。
(Example 2)
A porous member according to Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1. However, in Example 2, the firing temperature of the surface-treated member was 1450 ° C. Other conditions are the same as in the first embodiment.

前述の表1には、実施例2に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 above summarizes the conditions for producing the porous member according to Example 2.

また、図4には、実施例2に係る多孔質部材のSEM写真を示す。図4から明らかなように、多孔質部材の細孔内には、多数の繊維状構造体が形成されていることが観察された。   FIG. 4 shows an SEM photograph of the porous member according to Example 2. As is clear from FIG. 4, it was observed that a large number of fibrous structures were formed in the pores of the porous member.

(実施例3)
実施例2と同様の方法により、実施例3に係る多孔質部材を得た。ただし、この実施例3では、シリコン系高分子としてポリメチルシルセスキオキサン(タイプML、Wacker社製)を使用した。その他の条件は、実施例2と同様である。
(Example 3)
A porous member according to Example 3 was obtained in the same manner as in Example 2. However, in Example 3, polymethylsilsesquioxane (type ML, manufactured by Wacker) was used as the silicon-based polymer. Other conditions are the same as in Example 2.

前述の表1には、実施例3に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 described above collectively shows the conditions for producing the porous member according to Example 3.

また、図5には、実施例3に係る多孔質部材のSEM写真を示す。図5から明らかなように、多孔質部材の細孔内には、多数の繊維状構造体が形成されていることが観察された。   FIG. 5 shows an SEM photograph of the porous member according to Example 3. As is clear from FIG. 5, it was observed that a large number of fibrous structures were formed in the pores of the porous member.

(実施例4)
実施例2と同様の方法により、実施例4に係る多孔質部材を得た。ただし、この実施例4では、シリコン系高分子としてポリフェニルシルセスキオキサン(タイプSilres 601、Wacker社製)を使用した。その他の条件は、実施例2と同様である。
Example 4
A porous member according to Example 4 was obtained in the same manner as in Example 2. However, in Example 4, polyphenylsilsesquioxane (type Silres 601 manufactured by Wacker) was used as the silicon polymer. Other conditions are the same as in Example 2.

前述の表1には、実施例4に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 above summarizes the conditions for producing the porous member according to Example 4.

また、図6には、実施例4に係る多孔質部材のSEM写真を示す。図6から明らかなように、多孔質部材の細孔内には、多数の繊維状構造体が形成されていることが観察された。   FIG. 6 shows an SEM photograph of the porous member according to Example 4. As is clear from FIG. 6, it was observed that a large number of fibrous structures were formed in the pores of the porous member.

(実施例5)
実施例2と同様の方法により、実施例5に係る多孔質部材を得た。ただし、この実施例5では、シリコン系高分子としてポリカルボシラン(タイプS、日本カーボン社製)を使用した。その他の条件は、実施例2と同様である。
(Example 5)
A porous member according to Example 5 was obtained in the same manner as in Example 2. However, in Example 5, polycarbosilane (type S, manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) was used as the silicon polymer. Other conditions are the same as in Example 2.

前述の表1には、実施例5に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 above summarizes the conditions for producing the porous member according to Example 5.

実施例5に係る多孔質部材のSEM観察の結果、実施例5に係る多孔質部材の細孔内には、多数の繊維状構造体が形成されていることが観察された。   As a result of SEM observation of the porous member according to Example 5, it was observed that a large number of fibrous structures were formed in the pores of the porous member according to Example 5.

(実施例6)
実施例2と同様の方法により、実施例6に係る多孔質部材を得た。ただし、この実施例6では、被表面処理部材として、市販のアルミナフォーム(Lanic社製、気孔率86%、セルサイズ20あるいは40CPSI)を使用した。その他の条件は、実施例2と同様である。
(Example 6)
A porous member according to Example 6 was obtained in the same manner as in Example 2. However, in Example 6, a commercially available alumina foam (manufactured by Lanic, porosity 86%, cell size 20 or 40 CPSI) was used as the surface-treated member. Other conditions are the same as in Example 2.

前述の表1には、実施例6に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 above collectively shows the conditions for producing the porous member according to Example 6.

また、図7には、実施例6に係る多孔質部材のSEM写真を示す。図7から明らかなように、多孔質部材の細孔内には、多数の繊維状構造体が形成されていることが観察された。   FIG. 7 shows an SEM photograph of the porous member according to Example 6. As is clear from FIG. 7, it was observed that a large number of fibrous structures were formed in the pores of the porous member.

(実施例7)
実施例2と同様の方法により、実施例7に係る多孔質部材を得た。ただし、この実施例7では、被表面処理部材として、市販のジルコニアフォーム(気孔率82%、セルサイズ60CPSI)を使用した。その他の条件は、実施例2と同様である。
(Example 7)
A porous member according to Example 7 was obtained in the same manner as in Example 2. However, in Example 7, a commercially available zirconia foam (porosity 82%, cell size 60 CPSI) was used as the surface-treated member. Other conditions are the same as in Example 2.

前述の表1には、実施例7に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 above summarizes the conditions for producing the porous member according to Example 7.

また、図8には、実施例7に係る多孔質部材のSEM写真を示す。図8から明らかなように、多孔質部材の細孔内には、多数の繊維状構造体が形成されていることが観察された。   FIG. 8 shows an SEM photograph of the porous member according to Example 7. As is clear from FIG. 8, it was observed that a large number of fibrous structures were formed in the pores of the porous member.

(実施例8)
実施例1と同様の方法により、実施例8に係る多孔質部材を得た。ただし、この実施例8では、被表面処理部材として、市販のコーディエライトハニカムを使用した。その他の条件は、実施例1と同様である。
(Example 8)
A porous member according to Example 8 was obtained in the same manner as in Example 1. However, in Example 8, a commercially available cordierite honeycomb was used as the surface-treated member. Other conditions are the same as in the first embodiment.

前述の表1には、実施例8に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 above collectively shows the conditions for producing the porous member according to Example 8.

また、図9には、実施例8に係る多孔質部材のSEM写真を示す。図9から明らかなように、多孔質部材の細孔内には、多数の繊維状構造体が形成されていることが観察された。   FIG. 9 shows an SEM photograph of the porous member according to Example 8. As is clear from FIG. 9, it was observed that a large number of fibrous structures were formed in the pores of the porous member.

(実施例9)
シリコン系高分子としてポリメチルフェニルシルセスキオキサン(タイプH44、Wacker社製)を用い、繊維成長のための触媒として、塩化コバルト(Aldrich製)を用いた。ポリメチルフェニルシルセスキオキサンと塩化コバルトとを重量比97/3で混合した。また、この混合物10wt%と、炭化ケイ素粉末86%、アルミナ粉末2.4wt%、およびイットリア粉末1.6wt%を混合し、混合粉末を得た。
Example 9
Polymethylphenylsilsesquioxane (type H44, manufactured by Wacker) was used as the silicon-based polymer, and cobalt chloride (produced by Aldrich) was used as a catalyst for fiber growth. Polymethylphenylsilsesquioxane and cobalt chloride were mixed at a weight ratio of 97/3. Further, 10 wt% of this mixture was mixed with 86 wt% silicon carbide powder, 2.4 wt% alumina powder, and 1.6 wt% yttria powder to obtain a mixed powder.

さらに、この混合粉末に対して、メチルセルロース(ユケン工業)を5wt%添加し、混練機により混合し、成型用杯土を調製した。   Furthermore, 5 wt% of methylcellulose (Yuken Industries) was added to this mixed powder, and mixed with a kneader to prepare a molding clay.

以上の混練により、シリコン系高分子および金属化合物により被覆されたセラミック粉粒体を得た。これを押し出し成形することにより、ハニカム成形体を製作した。   By the above kneading, ceramic powder particles coated with the silicon polymer and the metal compound were obtained. A honeycomb formed body was manufactured by extruding this.

ハニカム成形体を、窒素中600℃で脱脂処理した後、雰囲気制御電気炉に入れ、焼成を行った。焼成は、窒素流通雰囲気下において、1700℃で2時間実施した。窒素は、前記ハニカム成形体の表面積50mあたり2.5L/minの流量で供給した。 The honeycomb formed body was degreased at 600 ° C. in nitrogen, and then placed in an atmosphere-controlled electric furnace and fired. Firing was performed at 1700 ° C. for 2 hours in a nitrogen flow atmosphere. Nitrogen was supplied at a flow rate of 2.5 L / min per 50 m 2 of the surface area of the honeycomb formed body.

これにより、実施例9に係る多孔質部材が得られた。   Thereby, a porous member according to Example 9 was obtained.

前述の表1には、実施例9に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 above summarizes the conditions for producing the porous member according to Example 9.

また、図10には、実施例9に係る多孔質部材の光学顕微鏡写真を示す。図10から明らかなように、多孔質部材の細孔内には、多数の繊維状構造体が形成されていることが観察された。   FIG. 10 shows an optical micrograph of the porous member according to Example 9. As is clear from FIG. 10, it was observed that a large number of fibrous structures were formed in the pores of the porous member.

(実施例10)
シリコン系高分子としてポリメチルシルセスキオキサン(タイプMK、Wacker社製)を用い、繊維成長のための触媒として、塩化コバルト(Aldrich製)を用いた。ポリメチルシルセスキオキサンと塩化コバルトとを重量比97/3で混合し、この混合物とカーボンブラックを重量比99.9/0.1で混合した。また、これとアセトンを重量比1/4の割合で溶解させ、表面処理剤の溶液とした。
(Example 10)
Polymethylsilsesquioxane (type MK, manufactured by Wacker) was used as the silicon-based polymer, and cobalt chloride (Aldrich) was used as a catalyst for fiber growth. Polymethylsilsesquioxane and cobalt chloride were mixed at a weight ratio of 97/3, and this mixture and carbon black were mixed at a weight ratio of 99.9 / 0.1. Moreover, this and acetone were dissolved in the ratio of 1/4 weight ratio, and it was set as the solution of a surface treating agent.

被表面処理部材として、市販品の炭化ケイ素フォーム(Lanic社製、気孔率86%、セルサイズ40CPSI)を用い、これを表面処理剤の溶液中に浸漬させた。   A commercially available silicon carbide foam (manufactured by Lanic, 86% porosity, cell size 40 CPSI) was used as the surface treatment member, and this was immersed in a solution of the surface treatment agent.

次に、この被表面処理部材を室温で乾燥した後、雰囲気制御電気炉に入れ、焼成を行った。焼成は、窒素流通雰囲気下において、1450℃で2時間実施した。窒素は、前記炭化ケイ素フォームの表面積50mあたり2.5L/minの流量で供給した。BET法により得られた炭化ケイ素フォームの表面積は、2mであるため、今回の窒素の流量は、被表面処理部材の表面積50mあたり0.01L/minという条件を十分に満たす。 Next, after this surface-treated member was dried at room temperature, it was placed in an atmosphere-controlled electric furnace and baked. Firing was performed at 1450 ° C. for 2 hours in a nitrogen flow atmosphere. Nitrogen was supplied at a flow rate of 2.5 L / min per 50 m 2 of surface area of the silicon carbide foam. Since the surface area of the silicon carbide foam obtained by the BET method is 2 m 2 , the current nitrogen flow rate sufficiently satisfies the condition of 0.01 L / min per 50 m 2 surface area of the surface-treated member.

以上の工程により、実施例10に係る多孔質部材が得られた。   Through the above steps, the porous member according to Example 10 was obtained.

前述の表1には、実施例10に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 above collectively shows the conditions for producing the porous member according to Example 10.

また、図11には、実施例10に係る多孔質部材のSEM写真を示す。図10から明らかなように、多孔質部材の細孔内には、多数の繊維状構造体が形成されていることが観察された。   FIG. 11 shows an SEM photograph of the porous member according to Example 10. As is clear from FIG. 10, it was observed that a large number of fibrous structures were formed in the pores of the porous member.

(実施例11)
実施例10と同様の方法により、実施例11に係る多孔質部材を得た。ただし、この実施例11では、ポリメチルシルセスキオキサンと塩化コバルトとを重量比97/3で混合し、この混合物とカーボンブラックを重量比99.5/0.5で混合した。その他の条件は、実施例1と同様である。
(Example 11)
A porous member according to Example 11 was obtained in the same manner as in Example 10. However, in Example 11, polymethylsilsesquioxane and cobalt chloride were mixed at a weight ratio of 97/3, and this mixture and carbon black were mixed at a weight ratio of 99.5 / 0.5. Other conditions are the same as in the first embodiment.

前述の表1には、実施例11に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 above summarizes the conditions for producing the porous member according to Example 11.

また、図12には、実施例11に係る多孔質部材のSEM写真を示す。図12から明らかなように、多孔質部材の細孔内には、多数の繊維状構造体が形成されていることが観察された。   FIG. 12 shows an SEM photograph of the porous member according to Example 11. As is clear from FIG. 12, it was observed that a large number of fibrous structures were formed in the pores of the porous member.

(実施例12)
有機高分子としてフェノール樹脂、シリカ粒子としてコロイダルシリカ、繊維成長のための触媒として塩化コバルト(Aldrich製)を用いた。フェノール樹脂とシリカ粒子を、重量比0/100、20/30、または40/60で混合し、それぞれの混合物に対して、塩化コバルトを混合物/塩化コバルトが重量比97/3となるように混合した。また、これとアセトンを、重量比1/4の割合で溶解させ、表面処理剤の溶液とした。
(Example 12)
A phenol resin was used as the organic polymer, colloidal silica was used as the silica particles, and cobalt chloride (manufactured by Aldrich) was used as a catalyst for fiber growth. Phenol resin and silica particles are mixed at a weight ratio of 0/100, 20/30, or 40/60, and for each mixture, cobalt chloride is mixed / cobalt chloride is mixed at a weight ratio of 97/3. did. Moreover, this and acetone were dissolved in the ratio of 1/4 weight ratio, and it was set as the solution of a surface treating agent.

被表面処理部材として、市販品の炭化ケイ素フォーム(Lanic社製、気孔率86%、セルサイズ40cpsi)を用い、これを表面処理剤の溶液中に浸漬させた。   A commercially available silicon carbide foam (manufactured by Lanic, porosity 86%, cell size 40 cpsi) was used as the surface treatment member, and this was immersed in a solution of the surface treatment agent.

次に、この被表面処理部材を室温で乾燥した後、雰囲気制御電気炉に入れ、焼成を行った。焼成は、窒素流通雰囲気下において、1450℃で2時間実施した。窒素は、前記炭化ケイ素フォームの表面積50mあたり2.5L/minの流量で供給した。BET法により得られた炭化ケイ素フォームの表面積は、2mであるため、今回の窒素の流量は、被表面処理部材の表面積50mあたり0.01L/minという条件を十分に満たす。 Next, after this surface-treated member was dried at room temperature, it was placed in an atmosphere-controlled electric furnace and baked. Firing was performed at 1450 ° C. for 2 hours in a nitrogen flow atmosphere. Nitrogen was supplied at a flow rate of 2.5 L / min per 50 m 2 of surface area of the silicon carbide foam. Since the surface area of the silicon carbide foam obtained by the BET method is 2 m 2 , the current nitrogen flow rate sufficiently satisfies the condition of 0.01 L / min per 50 m 2 surface area of the surface-treated member.

これにより、実施例12に係る多孔質部材が得られた。   Thereby, a porous member according to Example 12 was obtained.

前述の表1には、実施例12に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 above collectively shows the conditions for producing the porous member according to Example 12.

また、図13〜図15には、実施例12に係る多孔質部材のSEM写真を示す。図13〜図15から明らかなように、多孔質部材の細孔内には、多数の繊維状構造体が形成されていることが観察された。   13 to 15 show SEM photographs of the porous member according to Example 12. As is clear from FIGS. 13 to 15, it was observed that a large number of fibrous structures were formed in the pores of the porous member.

(実施例13)
実施例2と同様の方法により、実施例13に係る多孔質部材を得た。ただし、この実施例13では、焼成の雰囲気を窒素および一酸化ケイ素雰囲気とし、電気炉内には、一酸化ケイ素粉末(Aldrich製)を配置した。その他の条件は、実施例2と同様である。
(Example 13)
A porous member according to Example 13 was obtained in the same manner as in Example 2. However, in Example 13, the firing atmosphere was a nitrogen and silicon monoxide atmosphere, and silicon monoxide powder (manufactured by Aldrich) was placed in the electric furnace. Other conditions are the same as in Example 2.

前述の表1には、実施例13に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 above summarizes the conditions for producing the porous member according to Example 13.

また、図16には、実施例13に係る多孔質部材のSEM写真を示す。図16から明らかなように、多孔質部材の細孔内には、多数の繊維状構造体が形成されていることが観察された。   FIG. 16 shows an SEM photograph of the porous member according to Example 13. As apparent from FIG. 16, it was observed that a large number of fibrous structures were formed in the pores of the porous member.

(実施例14)
実施例2と同様の方法により、実施例14に係る多孔質部材を得た。ただし、この実施例14では、焼成の雰囲気をアルゴン流通雰囲気とした。その他の条件は、実施例2と同様である。
(Example 14)
A porous member according to Example 14 was obtained in the same manner as in Example 2. However, in Example 14, the firing atmosphere was an argon circulation atmosphere. Other conditions are the same as in Example 2.

前述の表1には、実施例14に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 above collectively shows the conditions for producing the porous member according to Example 14.

また、図17には、実施例14に係る多孔質部材のSEM写真を示す。図17から明らかなように、多孔質部材の細孔内には、多数の繊維状構造体が形成されていることが観察された。   Moreover, in FIG. 17, the SEM photograph of the porous member which concerns on Example 14 is shown. As is clear from FIG. 17, it was observed that a large number of fibrous structures were formed in the pores of the porous member.

(実施例15)
実施例2と同様の方法により、実施例15に係る多孔質部材を得た。ただし、この実施例15では、繊維成長のための触媒として塩化銅(Aldrich製)を使用した。その他の条件は、実施例2と同様である。
(Example 15)
A porous member according to Example 15 was obtained in the same manner as in Example 2. However, in Example 15, copper chloride (manufactured by Aldrich) was used as a catalyst for fiber growth. Other conditions are the same as in Example 2.

前述の表1には、実施例15に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 above summarizes the conditions for producing the porous member according to Example 15.

また、図18には、実施例15に係る多孔質部材のSEM写真を示す。図18から明らかなように、多孔質部材の細孔内には、多数の繊維状構造体が形成されていることが観察された。   FIG. 18 shows an SEM photograph of the porous member according to Example 15. As is clear from FIG. 18, it was observed that a large number of fibrous structures were formed in the pores of the porous member.

(実施例16)
実施例2と同様の方法により、実施例16に係る多孔質部材を得た。ただし、この実施例16では、繊維成長のための触媒として塩化鉄(Aldrich製)を使用した。また、焼成温度は、1400℃とした。その他の条件は、実施例2と同様である。
(Example 16)
A porous member according to Example 16 was obtained in the same manner as in Example 2. However, in Example 16, iron chloride (manufactured by Aldrich) was used as a catalyst for fiber growth. The firing temperature was 1400 ° C. Other conditions are the same as in Example 2.

前述の表1には、実施例16に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 above collectively shows the conditions for producing the porous member according to Example 16.

また、図19には、実施例16に係る多孔質部材のSEM写真を示す。図19から明らかなように、多孔質部材の細孔内には、多数の繊維状構造体が形成されていることが観察された。   Moreover, in FIG. 19, the SEM photograph of the porous member which concerns on Example 16 is shown. As is clear from FIG. 19, it was observed that a large number of fibrous structures were formed in the pores of the porous member.

(実施例17)
実施例2と同様の方法により、実施例17に係る多孔質部材を得た。ただし、この実施例17では、繊維成長のための触媒としてニッケルアセチルアセトナート(Aldrich製)を使用した。また、焼成温度は、1400℃とした。その他の条件は、実施例2と同様である。
(Example 17)
A porous member according to Example 17 was obtained in the same manner as in Example 2. However, in Example 17, nickel acetylacetonate (manufactured by Aldrich) was used as a catalyst for fiber growth. The firing temperature was 1400 ° C. Other conditions are the same as in Example 2.

前述の表1には、実施例17に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 above collectively shows the conditions for producing the porous member according to Example 17.

また、図20には、実施例17に係る多孔質部材のSEM写真を示す。図20から明らかなように、多孔質部材の細孔内には、多数の繊維状構造体が形成されていることが観察された。   FIG. 20 shows an SEM photograph of the porous member according to Example 17. As is clear from FIG. 20, it was observed that a large number of fibrous structures were formed in the pores of the porous member.

(実施例18)
実施例2と同様の方法により、実施例18に係る多孔質部材を得た。ただし、この実施例18では、繊維成長のための触媒として塩化白金(Aldrich製)を使用した。その他の条件は、実施例2と同様である。
(Example 18)
A porous member according to Example 18 was obtained in the same manner as in Example 2. However, in Example 18, platinum chloride (manufactured by Aldrich) was used as a catalyst for fiber growth. Other conditions are the same as in Example 2.

前述の表1には、実施例18に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 above collectively shows the conditions for producing the porous member according to Example 18.

また、図21には、実施例18に係る多孔質部材のSEM写真を示す。図21から明らかなように、多孔質部材の細孔内には、多数の繊維状構造体が形成されていることが観察された。   FIG. 21 shows an SEM photograph of the porous member according to Example 18. As is clear from FIG. 21, it was observed that a large number of fibrous structures were formed in the pores of the porous member.

(実施例19)
シリコン系高分子としてポリメチルフェニルシルセスキオキサン(タイプH44、Wacker社製)を用い、繊維成長のための触媒として、塩化鉄(Aldrich製)を用いた。ポリメチルフェニルシルセスキオキサンと塩化鉄とを重量比97/3で混合し、この混合物をアセトンに、重量比1/4の割合で溶解させ、表面処理剤の溶液とした。
(Example 19)
Polymethylphenylsilsesquioxane (type H44, manufactured by Wacker) was used as the silicon-based polymer, and iron chloride (produced by Aldrich) was used as a catalyst for fiber growth. Polymethylphenylsilsesquioxane and iron chloride were mixed at a weight ratio of 97/3, and the mixture was dissolved in acetone at a weight ratio of 1/4 to obtain a solution of a surface treatment agent.

被表面処理部材として、市販品のアルミナセラミックス粉粒体を準備した。   A commercially available alumina ceramic particle was prepared as a surface-treated member.

このアルミナセラミックス粉粒体に表面処理剤を塗布し、乾燥させた後、雰囲気制御電気炉に入れ、焼成を行った。焼成は、窒素流通雰囲気下において、1450℃で2時間実施した。窒素は、前記アルミナセラミックス粉粒体の表面積50mあたり2.5L/minの流量で供給した。従って、今回の窒素の流量は、被表面処理部材の表面積50mあたり0.01L/minという条件を十分に満たす。 A surface treatment agent was applied to the alumina ceramic powder and dried, and then placed in an atmosphere-controlled electric furnace and fired. Firing was performed at 1450 ° C. for 2 hours in a nitrogen flow atmosphere. Nitrogen was supplied at a flow rate of 2.5 L / min per 50 m 2 of the surface area of the alumina ceramic powder. Therefore, the current flow rate of nitrogen sufficiently satisfies the condition of 0.01 L / min per 50 m 2 of the surface area of the surface treatment member.

これにより、実施例19に係る多孔質部材が得られた。   Thereby, a porous member according to Example 19 was obtained.

表1には、実施例19に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 summarizes the conditions for producing the porous member according to Example 19.

また、図22には、実施例19に係る多孔質部材のSEM写真を示す。図22から明らかなように、多孔質部材の細孔内には、多数の繊維状構造体が形成されていることが観察された。   FIG. 22 shows an SEM photograph of the porous member according to Example 19. As apparent from FIG. 22, it was observed that a large number of fibrous structures were formed in the pores of the porous member.

(比較例1)
実施例2と同様の方法により、比較例1に係る多孔質部材を得た。ただし、この比較例1では、焼成の際に、窒素は、炭化ケイ素フォームの表面積50mあたり0.01L/min未満の流量で供給した。その他の条件は、実施例2と同様である。
(Comparative Example 1)
By the same method as in Example 2, a porous member according to Comparative Example 1 was obtained. However, in this Comparative Example 1, during firing, nitrogen was supplied at a flow rate of less than 0.01 L / min per 50 m 2 of the surface area of the silicon carbide foam. Other conditions are the same as in Example 2.

前述の表1には、比較例1に係る多孔質部材の作製条件をまとめて示す。   Table 1 described above collectively shows the conditions for producing the porous member according to Comparative Example 1.

比較例1に係る多孔質部材のSEM観察の結果、多孔質部材の表面および細孔内には、繊維状構造体は、形成されていないことが観察された。   As a result of SEM observation of the porous member according to Comparative Example 1, it was observed that a fibrous structure was not formed on the surface and pores of the porous member.

実施例1〜実施例19に示すように、焼成に使用するガスの種類および焼成温度は、多孔質部材の内部、セル壁、粉粒体表面等に形成される繊維状構造体の成長に大きく影響することがわかった。   As shown in Example 1 to Example 19, the type of gas used for firing and the firing temperature are greatly increased in the growth of the fibrous structure formed inside the porous member, the cell wall, the surface of the granular material, and the like. It turns out that it affects.

一方、比較例1に係る多孔質部材では、繊維状構造体は形成されていなかった。これは、比較例1のような方法、すなわち、ガスの供給量が被表面処理部材の表面積50mあたり0.01L/min未満の場合、多孔質部材の細孔内部まで、供給ガスが十分に侵入することができないためであると考えられる。 On the other hand, in the porous member according to Comparative Example 1, the fibrous structure was not formed. This is because the method as in Comparative Example 1, that is, when the gas supply amount is less than 0.01 L / min per 50 m 2 of the surface area of the surface-treated member, the supply gas is sufficient to the inside of the pores of the porous member. It is thought that it is because it cannot invade.

また、図4(実施例2)および図5(実施例3)を比較して明らかなように、シリコン系高分子は、含まれる炭素量が多いほど、すなわちポリメチルフェニルシルセスキオキサンを用いた方が、多くの繊維状構造体が形成する傾向にあることがわかった。   Further, as is clear from comparison between FIG. 4 (Example 2) and FIG. 5 (Example 3), the silicon polymer contains more carbon, that is, polymethylphenylsilsesquioxane is used. It was found that many fibrous structures tend to form.

なお、図4および図9において見られるように、繊維状構造体の先端には、球状の物質が形成されていることが観察された。EDS観察による組成分析およびX線回折の結果から、この球状物質は、ケイ化コバルトであった。   4 and 9, it was observed that a spherical substance was formed at the tip of the fibrous structure. From the results of composition analysis and X-ray diffraction by EDS observation, this spherical substance was cobalt silicide.

また、図10から、実施例8の方法では、繊維状構造体を有するハニカム状部材が得られた。   Further, from FIG. 10, in the method of Example 8, a honeycomb member having a fibrous structure was obtained.

さらに、図11(実施例10)と図12(実施例11)の比較から、表面処理剤の原料として、炭素を添加すると、シリコン系高分子の熱炭素還元反応が促進され、繊維状構造体の成長が促進されることがわかった。   Further, from the comparison between FIG. 11 (Example 10) and FIG. 12 (Example 11), when carbon is added as a raw material for the surface treatment agent, the thermal carbon reduction reaction of the silicon-based polymer is promoted, and the fibrous structure It was found that the growth of was promoted.

また図13(実施例12)に示すように、シリカと金属触媒のみでも、繊維状構造体が得られることがわかった。   Further, as shown in FIG. 13 (Example 12), it was found that a fibrous structure could be obtained using only silica and a metal catalyst.

図16(実施例13)の一酸化ケイ素を含む雰囲気で生成した繊維状構造体は、X線回折およびEDSによる組成分析の結果から、窒化ケイ素であることがわかった。一方、実施例14では、繊維状構造体は、炭化ケイ素で構成されていた。   The fibrous structure produced in the atmosphere containing silicon monoxide in FIG. 16 (Example 13) was found to be silicon nitride from the results of composition analysis by X-ray diffraction and EDS. On the other hand, in Example 14, the fibrous structure was composed of silicon carbide.

さらに、実施例15〜実施例18の結果から、様々な金属触媒を用いて、繊維状構造体を形成することができることがわかった。   Furthermore, from the results of Examples 15 to 18, it was found that fibrous structures can be formed using various metal catalysts.

また、実施例19ではセラミックス粉体に繊維状構造体を形成することも可能であった。   In Example 19, it was also possible to form a fibrous structure on the ceramic powder.

(実施例20)
本発明による繊維状構造体を有する多孔質部材を用いて、捕集効率の観点から、フィルターとしての適用性を評価した。
(Example 20)
Using the porous member having the fibrous structure according to the present invention, applicability as a filter was evaluated from the viewpoint of collection efficiency.

評価試験用の多孔質部材は、以下のようにして製作した。   The porous member for the evaluation test was manufactured as follows.

まず、実施例15と同様の方法により、繊維状構造体を有する多孔質部材を作製した。なお、この際には、被表面処理部材として使用する炭化ケイ素フォーム(Lanic社製、気孔率86%、セルサイズ40CPSI)の直径は、30mmとし、厚さは、14mm、28mm、42mm、および56mmの4種類とした。   First, a porous member having a fibrous structure was produced by the same method as in Example 15. At this time, the diameter of silicon carbide foam (manufactured by Lanic, porosity 86%, cell size 40 CPSI) used as the surface-treated member is 30 mm, and the thicknesses are 14 mm, 28 mm, 42 mm, and 56 mm. 4 types.

得られた繊維状構造体を有する多孔質部材を、それぞれ、サンプル1(被表面処理部材の厚さが14mmのもの)、サンプル2(被表面処理部材の厚さが28mmのもの)、サンプル3(被表面処理部材の厚さが42mmのもの)、およびサンプル4(被表面処理部材の厚さが56mmのもの)と称する。   The porous members having the fibrous structures thus obtained were sample 1 (thickness of the surface-treated member being 14 mm), sample 2 (thickness of the surface-treated member being 28 mm), and sample 3, respectively. They are referred to as (surface treated member having a thickness of 42 mm) and sample 4 (surface treated member having a thickness of 56 mm).

次に、得られたサンプル1〜サンプル4に係る多孔質部材を用いて、超微粒子捕集試験を実施した。   Next, the ultrafine particle collection test was implemented using the porous member which concerns on the obtained samples 1 to 4.

(超微粒子捕集試験)
図23には、超微粒子捕集試験に使用した装置の概略的な構成を示す。
(Ultrafine particle collection test)
FIG. 23 shows a schematic configuration of an apparatus used for the ultrafine particle collection test.

図23に示すように、装置100は、圧縮機110、エアロゾル発生器120、電荷中和器130、乾燥器140、第1のパーティクルカウンタ150、および第2のパーティクルカウンタ170を備える。第1のパーティクルカウンタ150と第2のパーティクルカウンタ170の間には、サンプル1〜4のいずれかの多孔質部材160が設置される。   As shown in FIG. 23, the apparatus 100 includes a compressor 110, an aerosol generator 120, a charge neutralizer 130, a dryer 140, a first particle counter 150, and a second particle counter 170. Between the first particle counter 150 and the second particle counter 170, any one of the porous members 160 of the samples 1 to 4 is installed.

エアロゾル発生器(米国TSI社製:Atomizer Aerosol generator モデル3079)120は、NaClの超微粒子を発生する機能を有する。エアロゾル発生器120で発生した超微粒子は、圧縮機110からの圧縮空気によって、電荷中和器130に搬送される。   The aerosol generator (Atomizer Aerosol generator model 3079, manufactured by TSI, USA) 120 has a function of generating ultrafine NaCl particles. The ultrafine particles generated by the aerosol generator 120 are conveyed to the charge neutralizer 130 by the compressed air from the compressor 110.

電荷中和器(米国TSI社製:モデルKR85)130は、圧縮空気によって搬送される超微粒子の電荷を中和し、帯電状態の超微粒子が配管等に付着することを防止する役割を有する。   The charge neutralizer (manufactured by TSI, USA: Model KR85) 130 has a role of neutralizing the charge of ultrafine particles conveyed by compressed air and preventing the charged ultrafine particles from adhering to a pipe or the like.

その後、電荷中和器130によって中和された超微粒子は、圧縮空気によって乾燥器140に搬送される。乾燥器140には、シリカゲルが配置されている。エアロゾル発生器120で生じた超微粒子は、水分を含む場合があるが、そのような水分は、乾燥器140を通過することにより、十分に除去される。   Thereafter, the ultrafine particles neutralized by the charge neutralizer 130 are conveyed to the dryer 140 by compressed air. Silica gel is disposed in the dryer 140. The ultrafine particles generated by the aerosol generator 120 may contain moisture, but such moisture is sufficiently removed by passing through the dryer 140.

その後、乾燥された超微粒子は、第1のパーティクルカウンタ150を経て、多孔質部材160に導入される。第1のパーティクルカウンタ(米国TSI社製:Electrostatic Particle Size Classifierモデル3080)150は、圧縮空気中に含まれる超微粒子の数(粒子濃度)を測定する。すなわち、第1のパーティクルカウンタ150によって測定された数(粒子濃度)の超微粒子が多孔質部材160に導入される。また、多孔質部材160は、超微粒子を捕集する。   Thereafter, the dried ultrafine particles are introduced into the porous member 160 through the first particle counter 150. A first particle counter (manufactured by TSI, USA: Electrostatic Particle Size Classifier 3080) 150 measures the number of ultrafine particles (particle concentration) contained in compressed air. That is, the number of ultrafine particles (particle concentration) measured by the first particle counter 150 is introduced into the porous member 160. The porous member 160 collects ultrafine particles.

その後、多孔質部材160を通過した圧縮空気は、第2のパーティクルカウンタ170に導入される。第2のパーティクルカウンタ(米国TSI社製:Electrostatic Particle Size Classifierモデル3080)170は、多孔質部材160によって処理された後の圧縮空気中に含まれる超微粒子の数(粒子濃度)を測定する。以降、第1のパーティクルカウンタ150で計測された圧縮空気中に含まれる超微粒子の数(粒子濃度)を、「多孔質部材入口側」の超微粒子の数(粒子濃度)と称し、第2のパーティクルカウンタ170で計測された圧縮空気中に含まれる超微粒子の数(粒子濃度)を、「多孔質部材出口側」の超微粒子の数(粒子濃度)と称する。   Thereafter, the compressed air that has passed through the porous member 160 is introduced into the second particle counter 170. A second particle counter (manufactured by TSI, USA: Electrostatic Particle Size Classifier 3080) 170 measures the number (particle concentration) of ultrafine particles contained in the compressed air after being processed by the porous member 160. Hereinafter, the number of ultrafine particles (particle concentration) included in the compressed air measured by the first particle counter 150 is referred to as the number (particle concentration) of ultrafine particles on the “porous member inlet side”, and the second The number of ultrafine particles (particle concentration) contained in the compressed air measured by the particle counter 170 is referred to as the number (particle concentration) of ultrafine particles on the “porous member outlet side”.

このような装置100を使用して、多孔質部材入口側および出口側での圧縮空気に含まれる超微粒子の数(濃度)を測定した。   Using such an apparatus 100, the number (concentration) of ultrafine particles contained in the compressed air on the porous member inlet side and outlet side was measured.

表2には、試験条件をまとめて示す。   Table 2 summarizes the test conditions.

エアロゾル発生器120の温度は、25℃とした。多孔質部材160におけるろ過速度は、0.57m/秒とし、ろ過流量(体積)は、6L(リットル)/分とした。多孔質部材160の有効ろ過面積は、1.77cmである。また、第1のパーティクルカウンタ150における超微粒子の濃度は、2.32×10個/cm(個数濃度)、4.97×1010nm/cm(体積濃度)、および107.5μg/m(重量濃度)であった。 The temperature of the aerosol generator 120 was 25 ° C. The filtration speed in the porous member 160 was 0.57 m / sec, and the filtration flow rate (volume) was 6 L (liter) / min. The effective filtration area of the porous member 160 is 1.77 cm 2 . The concentration of the ultrafine particles in the first particle counter 150 is 2.32 × 10 7 particles / cm 3 (number concentration), 4.97 × 10 10 nm 3 / cm 3 (volume concentration), and 107.5 μg. / M 3 (weight concentration).

なお、測定の前に、多孔質部材160を設置しない装置100の構成では、配管等への超微粒子の付着などの影響による超微粒子の量(濃度)の低下が無視できることを確認した。   Prior to the measurement, it was confirmed that in the configuration of the apparatus 100 in which the porous member 160 is not installed, a decrease in the amount (concentration) of ultrafine particles due to the influence of ultrafine particles adhering to the pipe or the like can be ignored.

各サンプル1〜サンプル4に係る多孔質部材160において得られた測定結果を図24〜図28に示す。なお、これらの図24〜図28には、比較のため、繊維状構造体を有さない多孔質部材、すなわち炭化ケイ素フォーム(厚さ56mm)のみからなるサンプル(サンプル5と称する)を使用した場合の結果を同時に示した。   The measurement result obtained in the porous member 160 concerning each sample 1 to sample 4 is shown in FIGS. For comparison, a porous member having no fibrous structure, that is, a sample (referred to as sample 5) made of only silicon carbide foam (thickness 56 mm) was used in FIGS. The results of the case are shown simultaneously.

図24〜図25において、横軸は、超微粒子の粒径を示しており、縦軸は、超微粒子の濃度(個数濃度)を示している。また、図24〜図25には、多孔質部材入口側での超微粒子の個数濃度と、各サンプル1〜サンプル5における多孔質部材出口側での超微粒子の個数濃度とを同時に示した。なお、図25は、図24において、縦軸の値を拡大したグラフであるが、グラフの明確化のため、濃度のオーダーが大きく異なるサンプル5のデータは、示していない。   24 to 25, the horizontal axis indicates the particle size of the ultrafine particles, and the vertical axis indicates the concentration (number concentration) of the ultrafine particles. 24 to 25 simultaneously show the number concentration of ultrafine particles on the porous member inlet side and the number concentration of ultrafine particles on the porous member outlet side in each of samples 1 to 5. Note that FIG. 25 is a graph in which the value on the vertical axis in FIG. 24 is enlarged, but for the sake of clarification of the graph, the data of the sample 5 having greatly different density orders is not shown.

また、図26〜図27において、横軸は、超微粒子の粒径を示しており、縦軸は、超微粒子の濃度(体積濃度)を示している。また、図26〜図27には、多孔質部材入口側での超微粒子の体積濃度と、各サンプル1〜サンプル5における多孔質部材出口側での超微粒子の体積濃度とを同時に示した。なお、図27は、図26において、縦軸の値を拡大したグラフであるが、グラフの明確化のため、濃度のオーダーが大きく異なるサンプル5のデータは、示していない。   In FIG. 26 to FIG. 27, the horizontal axis indicates the particle size of the ultrafine particles, and the vertical axis indicates the concentration (volume concentration) of the ultrafine particles. 26 to 27 show simultaneously the volume concentration of the ultrafine particles on the porous member inlet side and the volume concentration of the ultrafine particles on the porous member outlet side in each of the samples 1 to 5. Note that FIG. 27 is a graph obtained by enlarging the value on the vertical axis in FIG.

同様に、図28〜図29において、横軸は、超微粒子の粒径を示しており、縦軸は、超微粒子の濃度(重量濃度)を示している。また、図28〜図29には、多孔質部材入口側での超微粒子の重量濃度と、各サンプル1〜サンプル5における多孔質部材出口側での超微粒子の重量濃度とを同時に示した。なお、図29は、図28において、縦軸の値を拡大したグラフであるが、グラフの明確化のため、濃度のオーダーが大きく異なるサンプル5のデータは、示していない。   Similarly, in FIGS. 28 to 29, the horizontal axis indicates the particle size of the ultrafine particles, and the vertical axis indicates the concentration (weight concentration) of the ultrafine particles. 28 to 29 simultaneously show the weight concentration of the ultrafine particles on the porous member inlet side and the weight concentration of the ultrafine particles on the porous member outlet side in each of samples 1 to 5. Note that FIG. 29 is a graph in which the value of the vertical axis is enlarged in FIG.

図24〜図28に示す結果から、サンプル5では、超微粒子の捕集性能があまり良好ではなく、多孔質部材出口側において、多くの超微粒子が捕集されずに残留していることがわかる。これに対して、サンプル1〜サンプル4では、多くの超微粒子が多孔質部材160によって捕集され、多孔質部材出口側において、超微粒子の濃度が有意に低下していることがわかる。特に、サンプル1〜サンプル4の順に、すなわち多孔質部材160の厚さが厚くなるにつれて、超微粒子の捕集性能が向上する傾向にあることがわかる。   From the results shown in FIGS. 24 to 28, it can be seen that in Sample 5, the collection performance of ultrafine particles is not so good, and many ultrafine particles remain without being collected on the porous member outlet side. . On the other hand, in Samples 1 to 4, it can be seen that many ultrafine particles are collected by the porous member 160, and the concentration of the ultrafine particles is significantly reduced on the porous member outlet side. In particular, it can be seen that the collection performance of the ultrafine particles tends to improve as the thickness of the porous member 160 increases in the order of the samples 1 to 4.

なお、サンプル1〜サンプル4における多孔質部材出口側で得られた超微粒子の粒径分布等から、サンプル1〜サンプル4からの繊維状構造体の脱落は、生じていないことが予想される。超微粒子捕集試験後の各サンプルをSEMにより観察したところ、いずれのサンプルにおいても、繊維状構造体は、脱落することなく、多孔質部材の内部または表面に結合されていた。また、捕集された超微粒子は、繊維状構造体によってトラップされている様子が観察された。この結果は、サンプル1〜サンプル4において、繊維状構造体の脱落が生じていないことを示唆するものである。   In addition, from the particle size distribution of the ultrafine particles obtained on the porous member outlet side in Samples 1 to 4, it is expected that the fibrous structures from Sample 1 to Sample 4 have not dropped out. When each sample after the ultrafine particle collection test was observed by SEM, the fibrous structure was bonded to the inside or the surface of the porous member without dropping off in any sample. In addition, it was observed that the collected ultrafine particles were trapped by the fibrous structure. This result suggests that the fibrous structure is not dropped in Samples 1 to 4.

次に、これらの結果をもとに、サンプル1〜サンプル5の捕集効率η(%)を計算した。なお、捕集効率η(%)は、以下の(13)式から求めた。

η(%)={1−(C−C)/C}×100 (13)式

ここで、Cは、多孔質部材出口側における超微粒子の濃度を表し、Cは、多孔質部材入口側における超微粒子の濃度を表す。
Next, based on these results, the collection efficiency η (%) of samples 1 to 5 was calculated. The collection efficiency η (%) was obtained from the following equation (13).

η (%) = {1− (C E −C S ) / C E } × 100 (13) Formula

Here, C S represents the concentration of the ultrafine particles in the porous member outlet, C E represents the concentration of the ultrafine particles in the porous member inlet side.

表3には、サンプル1〜5の捕集効率η(%)の計算結果を示す。   Table 3 shows the calculation results of the collection efficiency η (%) of Samples 1 to 5.

表3から、いずれの濃度表示においても、サンプル1〜サンプル4に係る多孔質部材の場合、サンプル5に係る多孔質部材に比べて、捕集効率η(%)が有意に向上していることがわかる。特に、サンプル3(被表面処理部材の厚さ42mm)、およびサンプル4(被表面処理部材の厚さ56mm)に係る多孔質部材では、捕集効率η(%)が100%となっており、極めて良好な捕集特性を示すことがわかった。 From Table 3, in any concentration display, in the case of the porous member according to Sample 1 to Sample 4, the collection efficiency η (%) is significantly improved as compared with the porous member according to Sample 5. I understand. In particular, in the porous member according to sample 3 (surface treated member thickness 42 mm) and sample 4 (surface treated member thickness 56 mm), the collection efficiency η (%) is 100%, It was found that it showed very good collection characteristics.

このように、サンプル1〜サンプル4は、超微粒子の捕集効率η(%)が有意に高く、フィルターとして十分に適用し得ることが確認された。   Thus, it was confirmed that Samples 1 to 4 have a significantly high ultrafine particle collection efficiency η (%) and can be sufficiently applied as a filter.

(実施例21)
本発明による繊維状構造体を有する多孔質部材を用いて、圧力損失の観点から、フィルターとしての適用性を評価した。
(Example 21)
Using the porous member having the fibrous structure according to the present invention, applicability as a filter was evaluated from the viewpoint of pressure loss.

評価試験用の多孔質部材は、以下のようにして製作した。   The porous member for the evaluation test was manufactured as follows.

まず、実施例2、実施例11、および実施例15と同様の方法により、繊維状構造体を有する多孔質部材を作製した。得られた繊維状構造体を有する多孔質部材を、それぞれ、サンプル6(実施例2に係る多孔質部材)、サンプル7(実施例11に係る多孔質部材)、およびサンプル8(実施例15に係る多孔質部材)と称する。   First, the porous member which has a fibrous structure was produced by the method similar to Example 2, Example 11, and Example 15. FIG. The obtained porous members having a fibrous structure were respectively sample 6 (porous member according to Example 2), sample 7 (porous member according to Example 11), and sample 8 (in Example 15). Such a porous member).

この他、繊維状構造体を有さない多孔質部材、すなわち炭化ケイ素フォーム(厚さ56mm)のみからなるサンプル(サンプル9と称する)を準備した。さらに、厚さ0.4mmの市販のヘパフィルター(セルロースタイプ:ベコドブラジル社製)を準備した。ヘパフィルターは、JISZ8122規格において、粒径が0.3μmの超微粒子に対して99.97%以上の捕集効率を持ち、初期圧力損失が245Pa以下のものである。以下、このヘパフィルターをサンプル10と称する。   In addition, a porous member having no fibrous structure, that is, a sample (referred to as sample 9) made only of silicon carbide foam (thickness 56 mm) was prepared. Furthermore, a commercially available hepa filter (cellulose type: manufactured by Becod Brasil Co., Ltd.) having a thickness of 0.4 mm was prepared. The hepa filter has a trapping efficiency of 99.97% or more with respect to ultrafine particles having a particle size of 0.3 μm and an initial pressure loss of 245 Pa or less in the JISZ8122 standard. Hereinafter, this hepa filter is referred to as sample 10.

次に、サンプル6〜サンプル10を用いて、以下の圧力損失試験を実施した。   Next, the following pressure loss tests were performed using Sample 6 to Sample 10.

(圧力損失試験)
図30には、圧力損失試験に使用した装置の概略的な構成を示す。
(Pressure loss test)
FIG. 30 shows a schematic configuration of the apparatus used for the pressure loss test.

図30に示すように、装置200は、圧縮機210と、第1の圧力および流量測定器220と、第2の圧力および流量測定器240とを備える。第1の圧力および流量測定器220(以下、「第1の測定器」220と称する)と第2の圧力および流量測定器240(以下、「第2の測定器」240と称する)の間には、サンプル6〜サンプル10のいずれかのサンプル230が設置される。   As shown in FIG. 30, the apparatus 200 includes a compressor 210, a first pressure and flow rate measuring device 220, and a second pressure and flow rate measuring device 240. Between the first pressure and flow rate measuring device 220 (hereinafter referred to as “first measuring device” 220) and the second pressure and flow rate measuring device 240 (hereinafter referred to as “second measuring device” 240). The sample 230 of any one of the sample 6 to the sample 10 is installed.

このような装置200を用いて圧力損失試験を行う際には、まず圧縮機210が稼働される。これにより、圧縮機210から、第1の測定器220を経て、サンプル230に圧縮空気が供給される。その後、圧縮空気は、サンプル230を通過して、第2の測定器240を通り排出される。   When performing a pressure loss test using such an apparatus 200, the compressor 210 is first operated. As a result, compressed air is supplied from the compressor 210 to the sample 230 via the first measuring device 220. Thereafter, the compressed air passes through the sample 230 and is discharged through the second measuring device 240.

この状態で、第1の測定器220において圧縮空気の圧力(以下、「入口側圧力」と称する)を測定し、第2の圧力計240において圧縮空気の圧力(以下、「出口側圧力」と称する)を測定する。また、第1の測定器220において空気流量(以下、「入口側流量」と称する)を測定し、第2の圧力計240において流量(以下、「出口側流量」と称する)を測定する。このような測定を、圧縮機210から供給される圧縮空気の圧力を変化させて実施した。   In this state, the first measuring device 220 measures the pressure of the compressed air (hereinafter referred to as “inlet side pressure”), and the second pressure gauge 240 measures the pressure of the compressed air (hereinafter referred to as “outlet side pressure”). Measured). The first measuring device 220 measures the air flow rate (hereinafter referred to as “inlet side flow rate”), and the second pressure gauge 240 measures the flow rate (hereinafter referred to as “outlet side flow rate”). Such a measurement was performed by changing the pressure of the compressed air supplied from the compressor 210.

得られた入口側圧力と出口側圧力の差、および入口側流量と出口側流量の差から、フォルヒハイマーの式を用いて、ダルシー透過率k1および非ダルシー透過率k2を算出した。   From the difference between the obtained inlet side pressure and the outlet side pressure, and the difference between the inlet side flow rate and the outlet side flow rate, the Darcy permeability k1 and the non-Darcy permeability k2 were calculated using the Forchheimer equation.

なお、ダルシー透過率k1および非ダルシー透過率k2は、流体の透過性を表す指標であり、これらの値から、サンプル230での圧力損失を評価することができる。   Note that the Darcy permeability k1 and the non-Darcy permeability k2 are indices representing the fluid permeability, and the pressure loss in the sample 230 can be evaluated from these values.

表4には、サンプル6〜サンプル10のそれぞれにおけるダルシー透過率k1および非ダルシー透過率k2をまとめて示す。   Table 4 summarizes the Darcy transmittance k1 and the non-Darcy transmittance k2 in each of Sample 6 to Sample 10.

表4から、サンプル6〜サンプル8は、サンプル9には多少劣るものの、ダルシー透過率k1および非ダルシー透過率k2が高く、比較的高い透過率を示すことがわかる。特に、サンプル6〜サンプル8は、サンプル10に比べて、ダルシー透過率k1および非ダルシー透過率k2が、それぞれ、約2桁大きな値を示した。これは、サンプル6〜サンプル8の厚さがサンプル10の140倍もあることを考慮すれば、特筆すべきことである。 From Table 4, it can be seen that Samples 6 to 8 are somewhat inferior to Sample 9, but have high Darcy transmittance k1 and non-Darcy transmittance k2, and show relatively high transmittance. In particular, Sample 6 to Sample 8 showed values of Darcy transmittance k1 and non-Darcy transmittance k2 that were approximately two orders of magnitude greater than Sample 10, respectively. This is notable, considering that the thickness of Sample 6 to Sample 8 is 140 times that of Sample 10.

このように、サンプル6〜サンプル8は、圧力損失が有意に低く、フィルターとして十分に適用し得ることが確認された。   As described above, it was confirmed that Sample 6 to Sample 8 had significantly low pressure loss and could be sufficiently applied as a filter.

以上のように、本発明による多孔質部材は、捕集効率が高く、圧力損失が低いという特徴を有する。従って、本発明による多孔質部材は、脱塵フィルターおよび触媒担体等に適用することができる。   As described above, the porous member according to the present invention is characterized by high collection efficiency and low pressure loss. Therefore, the porous member according to the present invention can be applied to a dedusting filter, a catalyst carrier and the like.

例えば、自動車およびガスタービン等の燃焼機関から排出される排気ガスに含まれる微粒子は、粒度分布が比較的広く、ミクロンオーダーからナノオーダーまでの分布を有する。特に、数百ナノメートル以下のサイズの微粒子(いわゆる超微粒子)は、重量濃度が低くても、個数濃度が90%以上の高い値となる場合がある。従来の脱塵フィルターおよび触媒担体では、このような粒度分布を有する微粒子を含む排気ガスを十分に処理することは難しいという問題がある。   For example, fine particles contained in exhaust gas discharged from combustion engines such as automobiles and gas turbines have a relatively wide particle size distribution and a distribution from the micron order to the nano order. In particular, fine particles having a size of several hundred nanometers or less (so-called ultrafine particles) may have a high number concentration of 90% or more even if the weight concentration is low. Conventional dedusting filters and catalyst carriers have a problem that it is difficult to sufficiently treat exhaust gas containing fine particles having such a particle size distribution.

しかしながら、本発明による多孔質部材は、このような超微粒子を含む排気ガスの処理に対しても、有意に適用することができると思われる。   However, it seems that the porous member according to the present invention can be significantly applied to the treatment of exhaust gas containing such ultrafine particles.

また、本発明による多孔質部材では、細孔内部等に、ケイ化物の繊維状構造体を形成させることができ、このため、多孔質部材の比表面積を容易に高めることができる。また、本発明による表面処理方法によって得られるケイ化物の繊維状構造体は、極めて微細な構造を有する。このため、本発明による表面処理方法が適用された多孔質部材では、従来のようなγ−アルミナ等のコーティング部材を設置する方法に比べて、圧力損失の増大を有意に抑制することができる。   In the porous member according to the present invention, a fibrous structure of silicide can be formed inside the pores, and therefore, the specific surface area of the porous member can be easily increased. Further, the fibrous structure of silicide obtained by the surface treatment method according to the present invention has a very fine structure. For this reason, in the porous member to which the surface treatment method according to the present invention is applied, an increase in pressure loss can be significantly suppressed as compared with the conventional method of installing a coating member such as γ-alumina.

さらに、本発明による多孔質部材では、ケイ化物の繊維状構造体は、多孔質部材と良好に密着しており、繊維状構造体が脱落する可能性が少ない。このため、本発明による多孔質部材は、繊維の飛散の少ない断熱材、吸音材、および衝撃吸収体として適用することができる。   Furthermore, in the porous member according to the present invention, the silicide fibrous structure is in good contact with the porous member, and there is little possibility of the fibrous structure dropping off. For this reason, the porous member according to the present invention can be applied as a heat insulating material, a sound absorbing material, and a shock absorber with less scattering of fibers.

本発明は、例えば、各種多孔質部材製品および多孔部材用成形体に適用することが可能であり、例えば、フィルター、吸着剤、消臭剤、リアクター、ディフューザー、衝撃吸収材、加工用部材、軽量材、固体触媒、断熱材、および生体材料などに適用することができる。   The present invention can be applied to, for example, various porous member products and molded articles for porous members. For example, filters, adsorbents, deodorants, reactors, diffusers, shock absorbers, processing members, lightweight It can be applied to materials, solid catalysts, heat insulating materials, biomaterials, and the like.

100 装置
110 圧縮機
120 エアロゾル発生器
130 電荷中和器
140 乾燥器
150 第1のパーティクルカウンタ
160 多孔質部材
170 第2のパーティクルカウンタ
200 装置
210 圧縮機
220 第1の圧力および流量測定器
230 サンプル
240 第2の圧力および流量測定器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 apparatus 110 compressor 120 aerosol generator 130 charge neutralizer 140 dryer 150 first particle counter 160 porous member 170 second particle counter 200 apparatus 210 compressor 220 first pressure and flow rate measuring device 230 sample 240 Second pressure and flow meter

Claims (18)

被表面処理部材に対する表面処理方法であって、
(a)被表面処理部材を準備するステップと、
(b)シリコン系高分子を含む表面処理剤を調製するステップと、
(c)前記被表面処理部材の少なくとも一部に、前記表面処理剤を設置するステップと、
(d)触媒を含み、ガス流が存在する環境下において、前記表面処理剤が設置された被表面処理部材を800℃以上の温度で焼成することにより、ケイ化物の繊維状構造体を形成するステップであって、前記ガス流は、前記被表面処理部材の表面積50mあたり0.01L/min以上の流量で供給されるステップと、
を有する表面処理方法。
A surface treatment method for a surface-treated member,
(A) preparing a surface-treated member;
(B) preparing a surface treating agent containing a silicon-based polymer;
(C) installing the surface treatment agent on at least a part of the surface treatment member;
(D) A silicide-like fibrous structure is formed by firing the surface-treated member on which the surface treatment agent is placed at a temperature of 800 ° C. or higher in an environment containing a catalyst and containing a gas flow. A step of supplying the gas flow at a flow rate of 0.01 L / min or more per 50 m 2 of a surface area of the surface treatment member;
A surface treatment method comprising:
前記ガス流は、アルゴン、ヘリウム、水蒸気、水素、ケイ素、一酸化炭素、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、および酸窒化物ガスからなる群から選定された少なくとも1種類以上を含み、
前記ケイ化物の繊維状構造体は、炭化ケイ素(SiC)および/またはシリコンオキシカーバイド(SiOC)を含むことを特徴とする請求項1に記載の表面処理方法。
The gas stream includes at least one selected from the group consisting of argon, helium, water vapor, hydrogen, silicon, carbon monoxide, silicon monoxide, silicon dioxide, and oxynitride gas;
The surface treatment method according to claim 1, wherein the silicide fibrous structure includes silicon carbide (SiC) and / or silicon oxycarbide (SiOC).
前記ガス流は、窒素および/またはアンモニアを含み、さらに、水蒸気、水素、ケイ素、一酸化炭素、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、および酸窒化物ガスからなる群から選定された少なくとも1種類以上を含み、
前記ケイ化物の繊維状構造体は、窒化ケイ素(SiN)および/またはシリコンオキシナイトライド(SiON)を含むことを特徴とする請求項1に記載の表面処理方法。
The gas stream includes nitrogen and / or ammonia, and further includes at least one selected from the group consisting of water vapor, hydrogen, silicon, carbon monoxide, silicon monoxide, silicon dioxide, and oxynitride gas. ,
The surface treatment method according to claim 1, wherein the silicide fibrous structure includes silicon nitride (SiN) and / or silicon oxynitride (SiON).
前記ガス流は、さらに、遊離触媒気流を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の表面処理方法。   The surface treatment method according to claim 1, wherein the gas flow further includes a free catalyst air flow. 前記触媒は、前記(b)のステップにおいて、表面処理剤中に添加されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の表面処理方法。   The surface treatment method according to any one of claims 1 to 4, wherein the catalyst is added to the surface treatment agent in the step (b). 前記表面処理剤は、さらに、有機高分子および/または炭素含有材料を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の表面処理方法。   The surface treatment method according to claim 1, wherein the surface treatment agent further contains an organic polymer and / or a carbon-containing material. 前記有機高分子は、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、フェノール、ポリイミド、およびナイロンからなる群から選定された1種または2種以上であることを特徴とする請求項6に記載の表面処理方法。   The surface according to claim 6, wherein the organic polymer is one or more selected from the group consisting of polyacrylonitrile, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, phenol, polyimide, and nylon. Processing method. 前記触媒は、コバルト、銅、白金、銀、金、鉄およびニッケルからなる群から選定された少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一つに記載の表面処理方法。   The surface treatment method according to any one of claims 1 to 7, wherein the catalyst includes at least one selected from the group consisting of cobalt, copper, platinum, silver, gold, iron, and nickel. . 前記シリコン系高分子は、シロキサン、シラザン、ポリカルボシラン、ボラジン、ボロシラザン、ポリオルガノボロシラザン、ポリボロシロキサン、ポリオルガノシロキサン、アルコキシシラン、およびアルコキシドからなる群から選定された1種または2種以上であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一つに記載の表面処理方法。   The silicon polymer is one or more selected from the group consisting of siloxane, silazane, polycarbosilane, borazine, borosilazane, polyorganoborosilazane, polyborosiloxane, polyorganosiloxane, alkoxysilane, and alkoxide. The surface treatment method according to claim 1, wherein the method is a surface treatment method. 前記被表面処理部材は、セラミックス、ガラス、金属、セメント、および炭素からなる群から選定された少なくとも一つの材料を有することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一つに記載の表面処理方法。   The surface treatment according to any one of claims 1 to 9, wherein the surface treatment member includes at least one material selected from the group consisting of ceramics, glass, metal, cement, and carbon. Method. 前記被表面処理部材は、ハニカム状多孔質部材、格子状多孔質部材、フォーム状多孔質部材、ファイバー状多孔質部材、緻密質ビーズまたは多孔質ビーズからなるビーズ状多孔質部材、3次元セル状多孔質部材、成形体、および緻密質または多孔質の粉粒体からなる群から選定された少なくとも一つであることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一つに記載の表面処理方法。   The surface-treated member is a honeycomb-like porous member, a lattice-like porous member, a foam-like porous member, a fiber-like porous member, a bead-like porous member made of dense beads or porous beads, and a three-dimensional cellular shape The surface treatment method according to any one of claims 1 to 10, wherein the surface treatment method is at least one selected from the group consisting of a porous member, a molded body, and a dense or porous granular material. . (a)タルク、カオリン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、シリカ、ムライト、コーディエライト、黒鉛、炭素繊維、鉄、鉄合金、アルミニウム、およびアルミニウム合金、のいずれか1種類以上からなる原料と、シリコン系高分子と、触媒と、を含む多孔質成形体を準備するステップと、
(b)ガス流が存在する環境下において、前記多孔質成形体を800℃以上の温度で焼成することにより、ケイ化物の繊維状構造体を形成するステップであって、前記ガス流は、前記多孔質成形体の表面積50mあたり0.01L/min以上の流量で供給されるステップと、
を有する表面処理方法。
(A) a raw material comprising any one or more of talc, kaolin, silicon carbide, silicon nitride, alumina, silica, mullite, cordierite, graphite, carbon fiber, iron, iron alloy, aluminum, and aluminum alloy; Preparing a porous molded body including a silicon-based polymer and a catalyst;
(B) a step of forming a fibrous structure of silicide by firing the porous molded body at a temperature of 800 ° C. or higher in an environment where a gas flow exists, A step of being supplied at a flow rate of 0.01 L / min or more per 50 m 2 of a surface area of the porous molded body;
A surface treatment method comprising:
前記ガス流は、アルゴン、ヘリウム、水蒸気、水素、ケイ素、一酸化炭素、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、および酸窒化物ガスからなる群から選定された少なくとも1種類以上を含み、
前記ケイ化物の繊維状構造体は、炭化ケイ素(SiC)および/またはシリコンオキシカーバイド(SiOC)を含むことを特徴とする請求項12に記載の表面処理方法。
The gas stream includes at least one selected from the group consisting of argon, helium, water vapor, hydrogen, silicon, carbon monoxide, silicon monoxide, silicon dioxide, and oxynitride gas;
The surface treatment method according to claim 12, wherein the silicide fibrous structure includes silicon carbide (SiC) and / or silicon oxycarbide (SiOC).
前記ガス流は、窒素および/またはアンモニアを含み、さらに、水蒸気、水素、ケイ素、一酸化炭素、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、および酸窒化物ガスからなる群から選定された少なくとも1種類以上を含み、
前記ケイ化物の繊維状構造体は、窒化ケイ素(SiN)および/またはシリコンオキシナイトライド(SiON)を含むことを特徴とする請求項12に記載の表面処理方法。
The gas stream includes nitrogen and / or ammonia, and further includes at least one selected from the group consisting of water vapor, hydrogen, silicon, carbon monoxide, silicon monoxide, silicon dioxide, and oxynitride gas. ,
The surface treatment method according to claim 12, wherein the silicide fibrous structure includes silicon nitride (SiN) and / or silicon oxynitride (SiON).
前記繊維状構造体は、平均直径が10μm以下であり、アスペクト比が2以上であることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一つに記載の表面処理方法。   The surface treatment method according to claim 1, wherein the fibrous structure has an average diameter of 10 μm or less and an aspect ratio of 2 or more. 前記繊維状構造体は、繊維の先端部に、略球形のケイ素またはケイ化物を有することを特徴とする請求項1乃至15のいずれか一つに記載の表面処理方法。   The surface treatment method according to claim 1, wherein the fibrous structure has a substantially spherical silicon or silicide at a fiber tip. 請求項1乃至16のいずれか一つに記載の表面処理方法によって表面処理された多孔質部材。   The porous member surface-treated by the surface treatment method as described in any one of Claims 1 thru | or 16. 請求項17に記載の多孔質部材を備え、以下の群から選定された装置:
触媒、触媒担体、ディーゼルパーティキュレートフィルター、脱塵フィルター、溶融金属フィルター、重金属回収フィルター、VOC浄化用フィルター、空気浄化フィルター、浄水フィルター、バクテリア分離フィルター、ウィルス分離フィルター、ガスまたは液滴のサイズ制御部材、ガスまたは液滴のディフューザー、防音材、断熱材、衝撃吸収材、およびリアクター。
An apparatus comprising the porous member according to claim 17 and selected from the following group:
Catalyst, catalyst carrier, diesel particulate filter, dust filter, molten metal filter, heavy metal recovery filter, VOC purification filter, air purification filter, water purification filter, bacteria separation filter, virus separation filter, gas or droplet size control member , Gas or droplet diffusers, sound insulation, insulation, shock absorbers, and reactors.
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