JP2018199609A - Porous material, honeycomb structure, and manufacturing method of porous material - Google Patents

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有仁枝 泉
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崇弘 冨田
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Abstract

To provide a high-strength porous material.SOLUTION: A porous material 1 includes aggregates 2, and a bonding material 3 used to bind between the aggregates 2 and including cordierite as a main component, where surfaces of three-phase interfaces A in which the aggregates 2, the bonding material 3, and the pores 4 are intersected smoothly bond. Furthermore, in the porous material 1, the bonding material 3 may include at least one additive component 5 selected from among strontium, yttrium, and zirconium, and a bending strength of the porous material is 5.5 MPa or more, or a honeycomb bending strength of a honeycomb structure using the porous material 1 may be 4.0 MPa or more.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、多孔質材料、ハニカム構造体、及び多孔質材料の製造方法に関する。更に詳しくは、高強度の多孔質材料、ハニカム構造体、及び当該多孔質材料を製造するための多孔質材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a porous material, a honeycomb structure, and a method for manufacturing a porous material. More specifically, the present invention relates to a high-strength porous material, a honeycomb structure, and a method for producing a porous material for producing the porous material.

炭化珪素粒子(SiC粒子)等の骨材を、コージェライトなどの酸化物相の結合材を用いて結合した複数の細孔を備える多孔質材料は、耐熱衝撃性等の優れた特性を有している。これらの多孔質材料を用い、隔壁によって区画形成された複数のセルを有するハニカム構造体を形成し、当該ハニカム構造体を触媒担体やDPF(ディーゼル・パティキュレート・フィルタ)として、排気ガスの浄化処理等の種々の用途に用いることが行われている(例えば、特許文献1,2参照)。   A porous material having a plurality of pores in which an aggregate such as silicon carbide particles (SiC particles) is bonded using an oxide phase binder such as cordierite has excellent characteristics such as thermal shock resistance. ing. Using these porous materials, a honeycomb structure having a plurality of cells partitioned by partition walls is formed, and the honeycomb structure is used as a catalyst carrier or DPF (diesel particulate filter) to purify exhaust gas. Etc. (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特許第4111439号公報Japanese Patent No. 411439 特許第4227347号公報Japanese Patent No. 4227347

近年において、上記多孔質材料を用いた触媒担体やDPFは、使用する用途によって大型のサイズのものが求められることがあった。そのため、広いハニカム径を有し、軸方向の長さ(ハニカム長さ)の長い大型のハニカム構造体が製造されている。一方、高機能化や高性能化を図るため、セル構造を複雑化したものや、圧力損失を抑制するために、セルを区画形成する隔壁を薄壁化した、大型のハニカム構造体以外のハニカム構造体も製造されている。   In recent years, a catalyst carrier or DPF using the porous material has been required to have a large size depending on the intended use. Therefore, a large honeycomb structure having a wide honeycomb diameter and a long axial length (honeycomb length) is manufactured. On the other hand, a honeycomb structure other than a large honeycomb structure with a complicated cell structure for high functionality and high performance, and a thin wall for partitioning cells to suppress pressure loss. Structures are also manufactured.

これらのハニカム構造体には、使用時に大きな熱的負荷や力学的負荷が加わる。そのため、多孔質材料で形成されたハニカム構造体は、耐熱衝撃性に加え、力学的負荷に対する十分な強度(機械的強度)を備えることが求められている。   A large thermal load or mechanical load is applied to these honeycomb structures during use. Therefore, a honeycomb structure formed of a porous material is required to have sufficient strength against mechanical load (mechanical strength) in addition to thermal shock resistance.

そこで、本発明は上記実情に鑑み、高強度の多孔質材料、当該多孔質材料を用いたハニカム構造体、及び多孔質材料の製造方法の提供を課題とするものである。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a high-strength porous material, a honeycomb structure using the porous material, and a method for manufacturing the porous material.

上述の課題を解決するため、本発明は、以下の多孔質材料、ハニカム構造体、及び多孔質材料の製造方法を提供する。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides the following porous material, honeycomb structure, and method for producing the porous material.

[1] 骨材と、前記骨材と前記骨材との間を結合する、コージェライトを主成分とする結合材とを具備する多孔質材料であって、前記骨材と前記結合材と細孔の交わる三相界面の表面が滑らかに結合した多孔質材料。 [1] A porous material comprising an aggregate and a binder mainly composed of cordierite that bonds between the aggregate and the aggregate, and the aggregate, the binder, and the fine material A porous material in which the surfaces of the three-phase interface where pores intersect are smoothly bonded.

[2] 前記結合材にストロンチウム、イットリウム、及びジルコニウムの少なくとも一つの成分を含む前記[1]に記載の多孔質材料。 [2] The porous material according to [1], wherein the binder contains at least one component of strontium, yttrium, and zirconium.

[3] 曲げ強度が5.5MPa以上である前記[1]または[2]に記載の多孔質材料。 [3] The porous material according to [1] or [2], wherein the bending strength is 5.5 MPa or more.

[4] 前記骨材は、少なくとも一部が前記結合材によって被覆されている前記[1]〜[3]のいずれかに記載の多孔質材料。 [4] The porous material according to any one of [1] to [3], wherein at least a part of the aggregate is covered with the binder.

[5] 焼成後の前記多孔質材料に含まれる前記ストロンチウム、前記イットリウム、及び前記ジルコニウムの各成分の合計含有率は、0.2質量%〜3.0質量%である前記[2]〜[4]のいずれかに記載の多孔質材料。 [5] The total content of each component of the strontium, the yttrium, and the zirconium contained in the porous material after firing is 0.2% by mass to 3.0% by mass. 4]. The porous material according to any one of [4].

[6] 前記骨材は、炭化珪素粒子及び窒化珪素粒子の少なくとも一方を含有する前記[1]〜[5]のいずれかに記載の多孔質材料。 [6] The porous material according to any one of [1] to [5], wherein the aggregate contains at least one of silicon carbide particles and silicon nitride particles.

[7] 焼成後の前記多孔質材料に含まれるナトリウム及びカリウムを含むアルカリ成分の合計含有率は、0.05質量%以下である前記[1]〜[6]のいずれかに記載の多孔質材料。 [7] The porous content according to any one of [1] to [6], wherein the total content of alkali components including sodium and potassium contained in the porous material after firing is 0.05% by mass or less. material.

[8] 前記多孔質材料を含む顕微鏡観察用試料を鏡面研磨し、前記多孔質材料が露出した試料断面を顕微鏡下で観察した断面画像に現れる、前記結合材及び前記細孔との境界線を示すエッジにおいて、曲率が局所的に最大となる位置の接線方向に対し、前記エッジの立ち上がり角の代表値が、0°以上、25°以下である前記[1]〜[7]のいずれかに記載の多孔質材料。 [8] A boundary line between the binder and the pores appearing in a cross-sectional image obtained by mirror-polishing a sample for microscopic observation including the porous material and observing a cross section of the sample where the porous material is exposed under a microscope. The representative value of the rising angle of the edge is 0 ° or more and 25 ° or less with respect to the tangential direction of the position where the curvature is locally maximum at the edge shown in any one of [1] to [7]. The porous material described.

[9] 前記[1]〜[8]のいずれかに記載の多孔質材料によって構成され、一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁を具備するハニカム構造体。 [9] A honeycomb structure including a partition wall that is formed of the porous material according to any one of [1] to [8] and that partitions a plurality of cells extending from one end face to the other end face.

[10] ハニカム曲げ強度が4.0MPa以上である前記[9]に記載のハニカム構造体。 [10] The honeycomb structure according to [9], wherein the honeycomb bending strength is 4.0 MPa or more.

[11] 前記一方の端面における所定の前記セルの開口部及び前記他方の端面における残余の前記セルの開口部に配設された複数の目封止部を具備する前記[9]または[10]に記載のハニカム構造体。 [11] The above [9] or [10], comprising a plurality of plugged portions disposed in the opening of the predetermined cell on the one end face and the remaining opening of the cell on the other end face. The honeycomb structure according to 1.

[12] 前記[1]〜[8]のいずれかに記載の多孔質材料を製造するための多孔質材料の製造方法であって、骨材、結合材、造孔材、及びバインダを含有する成形原料を押出成形し、成形体を形成する成形体形成工程と、押出成形された前記成形体を不活性ガス雰囲気下で所定の焼成温度で焼成し、多孔質材料を形成する焼成工程とを具備し、前記結合材は、ストロンチウム、イットリウム、及びジルコニウムの少なくとも一つの成分を含有する多孔質材料の製造方法。 [12] A method for producing a porous material for producing the porous material according to any one of [1] to [8], comprising an aggregate, a binder, a pore former, and a binder. A molded body forming step of extruding a molding raw material to form a molded body, and a firing step of firing the extruded molded body at a predetermined firing temperature in an inert gas atmosphere to form a porous material. And a method for producing a porous material, wherein the binder contains at least one component of strontium, yttrium, and zirconium.

[13] 焼成後の前記多孔質材料に含まれる前記ストロンチウム、前記イットリウム、及び前記ジルコニウムの各成分の合計添加率が0.2質量%〜3.0質量%の添加物を含む前記[12]に記載の多孔質材料の製造方法。 [13] The above [12], wherein the total addition rate of each component of the strontium, the yttrium, and the zirconium contained in the porous material after firing includes an additive having a content of 0.2% by mass to 3.0% by mass. The manufacturing method of the porous material as described in 2.

[14] 前記ストロンチウムは、炭酸ストロンチウムである前記[12]または[13]に記載の多孔質材料の製造方法。 [14] The method for producing a porous material according to [12] or [13], wherein the strontium is strontium carbonate.

本発明の多孔質材料によれば、骨材と結合材と細孔の交わる三相界面の表面が滑らかに結合した断面微構造を有することで、三相界面付近での骨材−結合材間の結合力を補強することができる。これにより、多孔質材料及び当該多孔質材料を用いたハニカム構造体の強度(曲げ強度、或いは、ハニカム曲げ強度)を向上させることができる。特に、ストロンチウム等の各種成分を結合材に含むことで、上記した“滑らかに結合した”状態の断面微構造を比較的簡易に構成することができる。   According to the porous material of the present invention, the surface of the three-phase interface where the aggregate, the binder, and the pore intersect smoothly has a cross-sectional microstructure, so that the aggregate-binder material near the three-phase interface is between The bonding force of can be reinforced. Thereby, the strength (bending strength or honeycomb bending strength) of the porous material and the honeycomb structure using the porous material can be improved. In particular, by including various components such as strontium in the binder, the above-described “smoothly joined” cross-sectional microstructure can be relatively easily configured.

更に、本発明のハニカム構造体によれば、上記の高強度の多孔質材料を用いて容易に形成することができ、強い力学的負荷に抗する触媒担体やDPFを作製することができる。また本発明の多孔質材料の製造方法によれば、上記の優れた効果を奏する多孔質材料を安定して製造することができる。   Furthermore, according to the honeycomb structure of the present invention, it is possible to easily form the above-described high-strength porous material, and it is possible to manufacture a catalyst carrier or a DPF that resists a strong mechanical load. Moreover, according to the method for producing a porous material of the present invention, a porous material having the above-described excellent effects can be produced stably.

本発明の一実施形態の多孔質材料の断面微構造を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the cross-sectional microstructure of the porous material of one Embodiment of this invention. 図1の断面微構造を模式的に示す説明図における測定位置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement position in explanatory drawing which shows the cross-sectional microstructure of FIG. 1 typically. 測定位置、基準線、立ち上がり線、及び立ち上がり角を示す、図2の測定位置付近を拡大した説明図である。It is explanatory drawing which expanded the measurement position vicinity of FIG. 2, which shows a measurement position, a reference line, a rising line, and a rising angle. 本実施形態の多孔質材料を用いたハニカム構造体の開気孔率とハニカム曲げ強度との相関関係を示すグラフである。4 is a graph showing the correlation between the open porosity of a honeycomb structure using the porous material of the present embodiment and the honeycomb bending strength. 従来の多孔質材料の断面微構造を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the cross-sectional microstructure of the conventional porous material.

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態の多孔質材料、ハニカム構造体、及び多孔質材料製造方法の実施の形態についてそれぞれ説明する。なお、本発明の多孔質材料、ハニカム構造体、及び多孔質材料の製造方法は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、種々の設計の変更、修正、及び改良等を加え得るものである。   Hereinafter, embodiments of a porous material, a honeycomb structure, and a porous material manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The porous material, the honeycomb structure, and the method for manufacturing the porous material of the present invention are not limited to the following embodiments, and various design changes are possible without departing from the gist of the present invention. Modifications, improvements, etc. can be added.

(1)多孔質材料:
本実施形態の多孔質材料1は、骨材2と、当該骨材2と骨材2の間を結合する、コージェライトを主成分とする結合材3とを具備して主に構成されるセラミックス材料である。そして、図1に模式的に示される断面微構造のように、骨材2と結合材3と細孔4の交わる三相界面の表面が“滑らかに結合した”状態で形成されている。
(1) Porous material:
The porous material 1 of this embodiment is a ceramic mainly composed of an aggregate 2 and a binder 3 mainly composed of cordierite that bonds the aggregate 2 and the aggregate 2 together. Material. As shown in the cross-sectional microstructure schematically shown in FIG. 1, the surface of the three-phase interface where the aggregate 2, the binder 3, and the pores 4 intersect is formed in a “smoothly coupled” state.

ここで、三相界面の表面が“滑らかに結合している”とは、骨材2の間を結合する結合材3が、一方の骨材2と結合材3と細孔4の交わる三相界面(例えば、図1に三相界面A(矢印参照))付近から、滑らかに、或いは、緩やかな曲線状(または曲面状)に変化しながら他方の骨材2の方向に向かって伸びて形成されているものである。図1において、一箇所の三相界面Aを示したが、これに限定されるものではなく、その他の骨材2と結合材3と細孔4の交わる三相界面は、図1においても複数存在している。   Here, the surface of the three-phase interface is “smoothly bonded” means that the bonding material 3 that bonds between the aggregates 2 is a three-phase where one aggregate 2, the bonding material 3 and the pores 4 intersect. Formed from the vicinity of the interface (for example, the three-phase interface A (see arrow) in FIG. 1), extending smoothly toward the other aggregate 2 while changing smoothly or gently into a curved shape (or curved shape). It is what has been. Although one three-phase interface A is shown in FIG. 1, the present invention is not limited to this, and other three-phase interfaces where the aggregate 2, the binder 3, and the pores 4 intersect are also plural in FIG. 1. Existing.

本実施形態の多孔質材料1において、“三相界面”とは、厳密に言えば、図1に示すように、骨材2aや骨材2bと結合材3と細孔4とが交わる箇所に限定されるものの、本明細書において、骨材2の表面が結合材3によって薄く覆われ、骨材2の表面と細孔4とが近接した状態のものも含むものとする。   In the porous material 1 of the present embodiment, strictly speaking, the “three-phase interface” means, as shown in FIG. 1, a place where the aggregate 2 a, the aggregate 2 b, the binder 3, and the pores 4 intersect. Although it is limited, in this specification, the surface of the aggregate 2 is thinly covered with the binding material 3 and includes the state in which the surface of the aggregate 2 and the pores 4 are close to each other.

本実施形態の多孔質材料1の場合、骨材2を固体、高温の焼成時の結合材3の少なくとも一部が液体の状態となる仮定すると、固体の骨材2の表面(固相表面)に対し、液体の結合材3は接触角が小さな状態で付着し、係る状態を保ったままで焼成を完了し、冷却されることで、上記図1に示すような断面微構造とすることができる。   In the case of the porous material 1 of the present embodiment, assuming that the aggregate 2 is solid and at least a part of the binder 3 at the time of high-temperature firing is in a liquid state, the surface of the solid aggregate 2 (solid surface) On the other hand, the liquid binding material 3 adheres in a state where the contact angle is small, and firing is completed and cooled while maintaining such a state, so that the cross-sectional microstructure as shown in FIG. 1 can be obtained. .

これにより、骨材2の一部(若しくは大部分)が結合材3によって被覆された状態となる。その結果、骨材2の角張ったエッジ部分が当該結合材3に被覆されることで、全体として幾分丸みを帯びた形状となる。更に、これらの骨材2及び結合材3が接する細孔4のエッジ形状も曲線的なものとなる。このように、特に骨材2、結合材3、及び細孔4の交わる三相界面で曲線部分を多く含んだ状態の構造を、本明細書中において、“滑らかに結合”した状態として表現するものとする。   Thereby, a part (or most part) of the aggregate 2 is covered with the binder 3. As a result, the angular edge portion of the aggregate 2 is covered with the binding material 3 so that the overall shape is somewhat rounded. Furthermore, the edge shape of the pores 4 with which the aggregate 2 and the binding material 3 are in contact is also curvilinear. As described above, in this specification, a structure in which many curved portions are included at the three-phase interface where the aggregate 2, the binder 3, and the pore 4 intersect is expressed as a “smoothly bonded” state. Shall.

これに対し、例えば、図5に模式的に示す従来の多孔質材料10の断面微構造の場合、直線的な鋭いエッジを有する角張った骨材11がそのまま観察され、更に、骨材11同士を結合する結合材12は、骨材11と結合材12と細孔13の交わる三相界面B付近(図5における矢印参照)において、直線的な形状で他方の骨材11に向かって延びている。したがって、上記に定義したような“滑らかに結合”した状態のものではない。更に、骨材11の表面の大部分(例えば、50%以上)は、細孔13と接しており、本実施形態の多孔質材料1のように、結合材3によって骨材2の表面の大部分(例えば、50%以上)が被覆され、細孔4と結合材3とが接するものでない。   On the other hand, for example, in the case of the cross-sectional microstructure of the conventional porous material 10 schematically shown in FIG. 5, the angulated aggregate 11 having straight sharp edges is observed as it is, and the aggregates 11 are The bonding material 12 to be bonded extends toward the other aggregate 11 in a linear shape near the three-phase interface B where the aggregate 11, the bonding material 12, and the pores 13 intersect (see the arrow in FIG. 5). . Therefore, it is not in a “smoothly coupled” state as defined above. Further, most of the surface of the aggregate 11 (for example, 50% or more) is in contact with the pores 13, and the surface of the aggregate 2 is increased by the binder 3 as in the porous material 1 of the present embodiment. A portion (for example, 50% or more) is covered, and the pores 4 and the binder 3 are not in contact with each other.

すなわち、従来の多孔質材料10の場合、本実施形態の多孔質材料1と比較して、結合材12が骨材11の界面付近で曲線的な形状を示すものではなく、その骨材11及び細孔13の形状も丸みを帯びたものではなく、角張った部分や直線的に構成されたり、或いはいびつな形状で構成されたりしているものが多い。本実施形態の多孔質材料1は、断面微構造の点において従来の多孔質材料10と大きく相違する。   That is, in the case of the conventional porous material 10, the bonding material 12 does not exhibit a curved shape near the interface of the aggregate 11 as compared with the porous material 1 of the present embodiment. The shape of the pores 13 is not rounded, but is often configured as an angular portion, a straight line, or an irregular shape. The porous material 1 of this embodiment is greatly different from the conventional porous material 10 in terms of the cross-sectional microstructure.

ここで、多孔質材料1の断面微構造の定量化について、主に図2,3に基づいて説明する。本実施形態の多孔質材料1では、多孔質材料1を露出させた顕微鏡観察用試料の試料断面を操作電子顕微鏡下で観察し、得られた断面画像(図2等の模式図参照)に現れる、結合材3と細孔4との境界線を示すエッジ(以下、「結合材のエッジE」と称す。)が丸みを帯びた形状となる。これにより、上記の多孔質材料1の断面微構造の定量化の手法の一例として、これらの結合材のエッジEの丸みを数値化(後述する「立ち上がり角θ」に相当)することで断面微構造の定量化が可能となる。   Here, quantification of the cross-sectional microstructure of the porous material 1 will be described mainly based on FIGS. In the porous material 1 of the present embodiment, the sample cross section of the sample for microscope observation with the porous material 1 exposed is observed under an operating electron microscope, and appears in the obtained cross-sectional image (see a schematic diagram such as FIG. 2). The edge indicating the boundary line between the binding material 3 and the pores 4 (hereinafter referred to as “binding material edge E”) has a rounded shape. As a result, as an example of a method for quantifying the cross-sectional microstructure of the porous material 1 described above, the roundness of the edge E of these binders is quantified (corresponding to “rise angle θ” to be described later) to obtain a fine cross-section. The structure can be quantified.

定量化の一例について具体的に説明すると、始めに、多孔質材料1をエポキシ樹脂等の樹脂材料で包含し、当該樹脂を硬化させることで顕微鏡観察用試料を調製する。次に、得られた多孔質材料1を含む顕微鏡観察用試料を鏡面研磨し、多孔質材料1が露出するように試料断面の平滑化処理を行う。そして、鏡面研磨によって平滑化し、少なくとも一部の多孔質材料1が露出した試料断面を、走査型電子顕微鏡を用いて観察する。ここで、走査型電子顕微鏡は、例えば、1500倍の倍率で観察を行い、顕微鏡観察下の反射電子像である断面画像を撮像する。ここで、断面画像を撮像するための倍率は、上記1500倍に特に限定されるものではなく、顕微鏡観察用試料に応じて任意の倍率に変更することができる。なお、上記断面画像を撮像する顕微鏡は、上記走査型電子顕微鏡に限定されるものではなく、光学顕微鏡による画像、或いは透過型電子顕微鏡による透過電子像等であっても構わない。その場合、顕微鏡観察用試料の調製は上記とは異なる。   A specific example of quantification will be described. First, the porous material 1 is included in a resin material such as an epoxy resin, and the resin is cured to prepare a sample for microscope observation. Next, the sample for microscopic observation including the obtained porous material 1 is mirror-polished, and the sample cross section is smoothed so that the porous material 1 is exposed. Then, the sample cross-section that has been smoothed by mirror polishing and exposed at least a part of the porous material 1 is observed using a scanning electron microscope. Here, the scanning electron microscope, for example, performs observation at a magnification of 1500 times and captures a cross-sectional image that is a reflected electron image under the microscope observation. Here, the magnification for capturing the cross-sectional image is not particularly limited to 1500, and can be changed to an arbitrary magnification according to the sample for microscope observation. The microscope that captures the cross-sectional image is not limited to the scanning electron microscope, and may be an image obtained by an optical microscope, a transmission electron image obtained by a transmission electron microscope, or the like. In that case, the preparation of the sample for microscopic observation is different from the above.

次に、上記走査型電子顕微鏡によって得られた断面画像に基づく解析処理を行う。始めに、得られた断面画像から“結合材のエッジE”上の測定位置P1を特定する(図2参照)。ここで、測定位置P1の特定は、結合材のエッジEにおいて、“曲率が局所的に最大となる位置”が指定される。なお、本実施形態の多孔質材料1の断面微構造では、2つの骨材2間を結合する結合材のエッジEが、一方の骨材2における三相界面付近と、他方の骨材2における三相界面付近との間で凹状となる。   Next, an analysis process based on the cross-sectional image obtained by the scanning electron microscope is performed. First, the measurement position P1 on “the edge E of the binding material” is specified from the obtained cross-sectional image (see FIG. 2). Here, the measurement position P1 is specified by specifying “a position where the curvature is locally maximized” at the edge E of the binder. In addition, in the cross-sectional microstructure of the porous material 1 of the present embodiment, the edge E of the binding material that connects the two aggregates 2 is near the three-phase interface in one aggregate 2 and in the other aggregate 2. It becomes concave between the vicinity of the three-phase interface.

そのため、最も典型的な例としては、これらの三相界面の間で結合材のエッジEの傾きが連続的に変化し、角張った部分はほとんど観察されることがない(図1または図2等参照)。したがって、結合材のエッジEにおいて、これらの三相界面の間における最大の曲率の位置が曲率が局所的に最大となる位置(測定位置P1)となる。なお、後述する比較例1〜3の多孔質材料の場合、結合材のエッジが丸みを帯びた形状とならないため、結合材のエッジにおいて、窪んだ部位の頂部を測定位置として特定した(図示しない)。   Therefore, as the most typical example, the inclination of the edge E of the binder continuously changes between these three-phase interfaces, and the angular portion is hardly observed (FIG. 1 or FIG. 2 etc.). reference). Therefore, at the edge E of the binder, the position of the maximum curvature between these three-phase interfaces is the position where the curvature is locally maximum (measurement position P1). In the case of the porous materials of Comparative Examples 1 to 3 to be described later, since the edge of the binding material does not have a rounded shape, the top of the recessed portion is specified as the measurement position on the edge of the binding material (not shown) ).

次に、測定位置P1における結合材のエッジEに対する接線方向を示す直線を、基準線L1(図3における実線参照)として断面画像上に設定する。なお、基準線L1の設定は、断面画像を紙媒体に印刷した後、直接当該基準線L1を描画するものであっても、或いは、ディスプレイに表示された断面画像の測定位置P1から任意の点を仮想的に結んで設定するものであっても構わない(以下、後述する立ち上がり線L2についても同様。)。   Next, a straight line indicating a tangential direction with respect to the edge E of the binding material at the measurement position P1 is set on the cross-sectional image as a reference line L1 (see a solid line in FIG. 3). The reference line L1 can be set by drawing the reference line L1 directly after printing the cross-sectional image on a paper medium, or any point from the measurement position P1 of the cross-sectional image displayed on the display. May be set by virtually connecting (the same applies to a rising line L2 described later).

次に、設定した基準線L1上の測定位置P1の近傍において、当該測定位置P1から結合材のエッジEに沿って、一方側に向かって立ち上がる直線を、立ち上がり線L2(図3における一点鎖線参照)として設定する。ここで、立ち上がり線L2は、例えば、結合材のエッジEにおいて、測定位置P1から一方側に所定の微小距離(例えば、1〜5μm)だけ離れた位置と、当該測定位置P1とを結ぶ直線に相当する。なお、この微小距離は、顕微鏡観察下における倍率と断面画像における実際の距離に基づいて算出することができる。   Next, in the vicinity of the measurement position P1 on the set reference line L1, a straight line rising toward the one side along the edge E of the binder from the measurement position P1 is referred to as a rising line L2 (see the one-dot chain line in FIG. 3). ). Here, the rising line L2 is, for example, a straight line connecting the measurement position P1 and a position separated from the measurement position P1 by a predetermined minute distance (for example, 1 to 5 μm) at the edge E of the binder. Equivalent to. This minute distance can be calculated based on the magnification under the microscope observation and the actual distance in the cross-sectional image.

これにより、いずれも測定位置P1を通過する2つの線(基準線L1及び立ち上がり線L2)が得られ、基準線L1及び立ち上がり線L2の間のなす角度を求めることが可能となる。ここで、本発明において、係るなす角度を“立ち上がり角θ”として定義する(図3参照)。立ち上がり角θは、多孔質材料1の任意の断面における結合材のエッジEにおいて、曲率が局所的に最大となる測定位置P1における接線方向(基準線L1)に対して、結合材のエッジEが測定位置P1から立ち上がる直線(立ち上がり線L2)との間の角度を示している。ここで、図3において、図示を簡略化するため、結合材3の部分のハッチングを省略したものを示している。   As a result, two lines (reference line L1 and rising line L2) that pass through the measurement position P1 are obtained, and the angle formed between the reference line L1 and the rising line L2 can be obtained. Here, in the present invention, the angle formed is defined as “rise angle θ” (see FIG. 3). The rising angle θ is determined by the edge E of the binder with respect to the tangential direction (reference line L1) at the measurement position P1 where the curvature is locally maximum at the edge E of the binder in an arbitrary cross section of the porous material 1. The angle between a straight line rising from the measurement position P1 (rising line L2) is shown. Here, in FIG. 3, in order to simplify the illustration, the portion of the binding material 3 that is not hatched is shown.

このようにして、断面画像から立ち上がり角θを測定する測定方法を利用し、多孔質材料1の断面画像から複数の測定位置P1を特定し、それぞれの測定位置P1における立ち上がり角θの算出を行う。更に、算出された複数の立ち上がり角θの値から、“平均値”を求め、得られた値を多孔質材料1の立ち上がり角θの“代表値”として決定する。本実施形態の多孔質材料1において、微細構造を有する場合、この立ち上がり角θの代表値が0°以上、25°以下の範囲に規定される。代表値がこの範囲にあることで、本実施形態の多孔質材料1の断面微構造において、骨材と結合材と細孔の交わる三相界面の表面が滑らかに結合したものとなる。   In this way, using the measurement method for measuring the rising angle θ from the cross-sectional image, the plurality of measurement positions P1 are specified from the cross-sectional image of the porous material 1, and the rising angle θ at each measurement position P1 is calculated. . Further, an “average value” is obtained from the calculated values of the plurality of rising angles θ, and the obtained value is determined as a “representative value” of the rising angle θ of the porous material 1. When the porous material 1 of the present embodiment has a fine structure, the representative value of the rising angle θ is defined in the range of 0 ° to 25 °. When the representative value is within this range, in the cross-sectional microstructure of the porous material 1 of the present embodiment, the surface of the three-phase interface where the aggregate, the binder, and the pores intersect is smoothly bonded.

一方、後述する比較例1〜3に示すような多孔質材料(図5参照)では、結合材のエッジが丸みを帯びた形状とならず、結合材のエッジにおいて窪んだ部位の頂部を測定位置として特定しなければならない。そのため、立ち上がり角θの代表値が、25°よりも大きくなる可能性が高くなる。したがって、本実施形態の多孔質材料1のように、骨材と結合材と細孔の交わる三相界面の表面が滑らかに結合したものとならない。   On the other hand, in the porous material (see FIG. 5) as shown in Comparative Examples 1 to 3 to be described later, the edge of the binding material does not have a rounded shape, and the top of the recessed portion at the edge of the binding material is measured. Must be specified as Therefore, there is a high possibility that the representative value of the rising angle θ is larger than 25 °. Therefore, unlike the porous material 1 of the present embodiment, the surface of the three-phase interface where the aggregate, the binder, and the pores are not smoothly bonded is not obtained.

ここで、上述した、立ち上がり角θの代表値は、前述した複数の測定位置P1によって得られた値から算出された平均値に限定されるものではない。例えば、中央値や最頻値等であっても構わない。また、平均値も所謂「算術平均」に限定されるものではなく、幾何平均等であっても構わない。また、立ち上がり角θの代表値を算出する際に、断面画像上で特定される測定位置P1の個数は、特に限定されるものではなく、少なくとも5個以上であることが好ましい。更に好ましくは、5個以上、100個以下であってもよい。   Here, the representative value of the rising angle θ described above is not limited to the average value calculated from the values obtained from the plurality of measurement positions P1 described above. For example, it may be a median value or a mode value. The average value is not limited to the so-called “arithmetic average”, and may be a geometric average or the like. When calculating the representative value of the rising angle θ, the number of measurement positions P1 specified on the cross-sectional image is not particularly limited, and is preferably at least 5 or more. More preferably, it may be 5 or more and 100 or less.

本実施形態の多孔質材料1は、骨材2と結合材3と細孔4の交わる三相界面が滑らかに結合し、骨材2及び結合材3の接触面積が大となることが予想される。その結果、骨材2及び結合材3の間の結合力を高くすることができ、多孔質材料1中のそれぞれの骨材2及び結合材3のそれぞれの界面における結合力が増すことで、多孔質材料1の全体としての強度が高くなる。   In the porous material 1 of the present embodiment, it is expected that the three-phase interface where the aggregate 2, the binder 3, and the pores 4 are smoothly joined and the contact area between the aggregate 2 and the binder 3 is increased. The As a result, the bonding force between the aggregate 2 and the bonding material 3 can be increased, and the bonding force at each interface between the aggregate 2 and the bonding material 3 in the porous material 1 is increased. The strength of the quality material 1 as a whole is increased.

図1に示すように、“滑らかに結合”した断面微構造を有する多孔質材料1は、鋭いエッジで構成される断面微構造の多孔質材料10(図5参照)と比較すると、エッジの部分に掛かる応力集中を曲線的な形状によって緩和することができる。そのため、多孔質材料1の全体としての強度が高くなる。   As shown in FIG. 1, the porous material 1 having a “smoothly bonded” cross-sectional microstructure is compared with the porous material 10 (see FIG. 5) having a cross-sectional microstructure composed of sharp edges. The stress concentration applied to can be relaxed by a curved shape. Therefore, the strength of the entire porous material 1 is increased.

本実施形態の多孔質材料1は、上記の断面微構造を得るために、骨材2同士を結合するために用いられる、コージェライトを主成分とする結合材3にストロンチウム、イットリウム、及びイットリウムの少なくとも一つの成分(以下、「添加成分5」と称す。)を含むものが使用される。ここで、本発明は、「骨材と、前記骨材と前記骨材との間を結合する、コージェライトを主成分とする結合材とを具備する多孔質材料であって、前記結合材にストロンチウム、イットリウム、及びジルコニウムの少なくとも一つの成分を含む多孔質材料」であってもよい。すなわち、骨材と結合材と細孔の交わる三相界面の表面が滑らかに結合したものでなくても、上記添加成分5を結合材に含むものであれば、一定の強度を有する多孔質材料とすることができる。   The porous material 1 of the present embodiment is made of strontium, yttrium, and yttrium on the binder 3 mainly composed of cordierite, which is used to bond the aggregates 2 together in order to obtain the cross-sectional microstructure described above. Those containing at least one component (hereinafter referred to as “additive component 5”) are used. Here, the present invention is "a porous material comprising an aggregate, and a binder mainly composed of cordierite that bonds between the aggregate and the aggregate. It may be a “porous material containing at least one component of strontium, yttrium, and zirconium”. That is, even if the surface of the three-phase interface where the aggregate, the binder, and the pores are not smoothly bonded, the porous material having a certain strength as long as the additive 5 is included in the binder. It can be.

また、添加成分5に用いられるストロンチウム源としては、例えば、炭酸ストロンチウム(SrCO)、酸化ストロンチウム(SrO)、或いは水酸化ストロンチウム(Sr(OH))等の各種酸化物やその他のストロンチウム塩等を用いることができる。同様に、添加成分5に用いられるイットリウム及びジルコニウムとして、各種酸化物(Y,ZrO等)や各種イットリウム塩及びジルコニウム塩等を用いることができる。これらの添加成分5が予め規定された比率で結合材3に含まれることで、三相界面の表面が滑らかに結合した状態することができる。その結果、上記に示すような、断面微構造を有する高強度の多孔質材料1を得ることが可能となる。 Examples of the strontium source used for the additive component 5 include various oxides such as strontium carbonate (SrCO 3 ), strontium oxide (SrO), or strontium hydroxide (Sr (OH) 2 ), and other strontium salts. Can be used. Similarly, as the yttrium and zirconium used for the additive component 5, various oxides (Y 2 O 3 , ZrO 2, etc.), various yttrium salts, zirconium salts, and the like can be used. By including these additive components 5 in the binder 3 in a predetermined ratio, the surface of the three-phase interface can be smoothly bonded. As a result, a high-strength porous material 1 having a cross-sectional microstructure as described above can be obtained.

結合材3に含まれる添加物(添加成分5)の合計含有率は、焼成後の多孔質材料1に対し、0.2質量%〜3.0質量%の範囲に設定される。合計含有率が0.2質量%より低い場合、添加成分5による効果が乏しく、骨材2及び結合材3の三相界面が“滑らかに結合した”状態とすることができない。   The total content of additives (additive component 5) contained in the binder 3 is set in a range of 0.2% by mass to 3.0% by mass with respect to the porous material 1 after firing. When the total content is lower than 0.2% by mass, the effect of the additive component 5 is poor, and the three-phase interface between the aggregate 2 and the binder 3 cannot be “smoothly joined”.

一方、合計添加成分が3.0質量%以上の場合、焼成時において、液化する結合材3の量が多くなることが予想される。前述したとおり、焼成時に高温の焼成温度に晒される結合材3は、その一部が液化すると想定される。そのため、多くの結合材3が液化することで、その一部が発泡を生じる可能性がある。これにより、結合材3の中に発泡による気泡が生じやすくなり、これが冷えて固まることにより、結合材3の中に複数の空隙(図示しない)が発生する可能性がある。その結果、骨材2及び結合材3の間に生じた空隙によって、骨材2−結合材3の間の結合力が弱くなり、多孔質材料1の強度が低下する可能性がある。したがって、結合材3に含まれる添加成分5(ストロンチウム等)の合計含有率は、上記数値の範囲内に設定される。   On the other hand, when the total amount of added components is 3.0% by mass or more, it is expected that the amount of the binder 3 to be liquefied increases during firing. As described above, it is assumed that a part of the binder 3 exposed to a high firing temperature during firing is liquefied. Therefore, a part of the binding material 3 may be liquefied, and a part thereof may be foamed. Thereby, bubbles due to foaming are likely to be generated in the bonding material 3, and a plurality of voids (not shown) may be generated in the bonding material 3 by cooling and solidifying. As a result, due to the gap generated between the aggregate 2 and the binding material 3, the binding force between the aggregate 2 and the binding material 3 is weakened, and the strength of the porous material 1 may be reduced. Therefore, the total content rate of the additive component 5 (strontium etc.) contained in the binder 3 is set within the above numerical range.

ここで、本実施形態の多孔質材料1において、結合材3に含まれる添加成分5としてのストロンチウム等は、一成分に限定されるものではなく、二成分以上の複数の成分を所定の混合比率で加えるものであっても構わない。例えば、炭酸ストロンチウムと酸化ジルコニウムを3:7の質量比で混合するものや、ストロンチウム、イットリウム、及びジルコニウムの三つ成分を結合材3に含むものであっても構わない。更に、同一元素の成分を複数含むものであっても構わない。この場合であっても、各成分の含有率の合計が上記合計含有率として規定した数値範囲内であればよい。係る数値範囲内とすることで、特異な断面微構造の多孔質材料1とすることができる。   Here, in the porous material 1 of the present embodiment, the strontium or the like as the additive component 5 contained in the binder 3 is not limited to one component, and a plurality of components of two or more components are mixed at a predetermined mixing ratio. It may be added in For example, the binder 3 may be one in which strontium carbonate and zirconium oxide are mixed at a mass ratio of 3: 7, or three components of strontium, yttrium, and zirconium are included in the binder 3. Furthermore, it may contain a plurality of components of the same element. Even in this case, the sum of the content ratios of the respective components may be in the numerical range defined as the total content ratio. By setting it within such a numerical range, the porous material 1 having a unique cross-sectional microstructure can be obtained.

また、ストロンチウム、イットリウム、及びジルコニウム以外の成分を結合材3に含んでいても構わない。例えば、二酸化セリウム(CeO)などが挙げられる。この場合、二酸化セリウムの含有率は、上記のストロンチウム等の各成分の合計含有率に加えても、或いは、加えないでも構わない。 In addition, components other than strontium, yttrium, and zirconium may be included in the binder 3. For example, cerium dioxide (CeO 2 ) can be used. In this case, the content of cerium dioxide may or may not be added to the total content of each component such as strontium.

本実施形態の多孔質材料1は、上記の通り、ストロンチウム等の添加成分5を結合材3に含むことで、骨材2及び結合材3が上記の断面微構造を備えることとなり、多孔質材料1の全体としての強度が向上する。そして、曲げ強度は、少なくとも5.5MPa以上となる。これにより、多孔質材料1を用いて触媒担体等の他の製品を作製する場合、実用上の十分な強度を有することになる。なお、曲げ強度は、例えば、0.3mm×4mm×20〜40mmの試験片をそれぞれ作製し、JIS R1601に準拠した三点曲げ試験を行うことによって測定し、評価することができる。   As described above, the porous material 1 of the present embodiment includes the additive component 5 such as strontium in the binder 3 so that the aggregate 2 and the binder 3 have the above-described cross-sectional microstructure. The overall strength of 1 is improved. The bending strength is at least 5.5 MPa or more. Thereby, when producing other products, such as a catalyst support | carrier, using the porous material 1, it has sufficient intensity | strength practically. The bending strength can be measured and evaluated by, for example, producing test pieces of 0.3 mm × 4 mm × 20 to 40 mm and performing a three-point bending test in accordance with JIS R1601.

本発明の多孔質材料1は、平均細孔径の下限値が10μmであることが好ましく、15μmであることが更に好ましい。また、平均細孔径の上限値は、40μmであることが好ましく、30μmであることが更に好ましい。平均細孔径が10μm未満であると、圧力損失が大きくなることがある。平均細孔径が40μmを超えると、本発明の多孔質材料をDPF等として用いたときに、排ガス中の粒子状物質の一部が捕集されずにDPF等を通過することがある。本明細書において、平均細孔径は、水銀圧入法(JIS R1655準拠)で測定した値である。   In the porous material 1 of the present invention, the lower limit value of the average pore diameter is preferably 10 μm, and more preferably 15 μm. Further, the upper limit value of the average pore diameter is preferably 40 μm, and more preferably 30 μm. When the average pore diameter is less than 10 μm, the pressure loss may increase. When the average pore diameter exceeds 40 μm, when the porous material of the present invention is used as a DPF or the like, a part of the particulate matter in the exhaust gas may pass through the DPF or the like without being collected. In the present specification, the average pore diameter is a value measured by a mercury intrusion method (based on JIS R1655).

本発明の多孔質材料1は、細孔径10μm未満の細孔が細孔全体の20%以下であり、細孔径40μmを超える細孔が細孔全体の10%以下であることが好ましい。細孔径10μm未満の細孔が細孔全体の20%を超えると、細孔径10μm未満の細孔は触媒を担持する際に詰まりやすいため、圧力損失が拡大し易くなることがある。細孔径40μm未満の細孔が細孔全体の10%を超えると、細孔径40μm未満の細孔は粒子状物質が通過し易いため、DPF等のフィルタ機能を十分に発揮し難くなることがある。   In the porous material 1 of the present invention, pores having a pore diameter of less than 10 μm are 20% or less of the whole pores, and pores having a pore diameter of more than 40 μm are preferably 10% or less of the whole pores. If the pores having a pore diameter of less than 10 μm exceed 20% of the whole pores, the pores having a pore diameter of less than 10 μm are likely to be clogged when the catalyst is supported, and the pressure loss may be easily increased. When the pores with a pore diameter of less than 40 μm exceed 10% of the whole pores, the pores with a pore diameter of less than 40 μm can easily pass through the particulate matter, so that it may be difficult to sufficiently exert a filter function such as DPF. .

なお、多孔質材料1を用い、ハニカム形状のハニカム構造体(図示しない)を作製した場合、当該ハニカム構造体の強度(ハニカム曲げ強度)は、少なくとも4.0MPa以上のハニカム曲げ強度で構成することが望ましい。これにより、十分な強度を有するハニカム構造体を用いて触媒担体やDPF等の製品を構築することができ、大きな力学的負荷が加わる等の過酷な使用環境での使用に耐え得ることができる。更に、ハニカム構造体の大型化に対する要求にも応えることができる。   When a honeycomb-shaped honeycomb structure (not shown) is manufactured using the porous material 1, the honeycomb structure has a strength (honeycomb bending strength) of at least 4.0 MPa. Is desirable. Thereby, a product such as a catalyst carrier and a DPF can be constructed using a honeycomb structure having a sufficient strength, and can be used in a harsh environment such as a large mechanical load. Furthermore, it is possible to meet the demand for increasing the size of the honeycomb structure.

本実施形態の多孔質材料1の骨材2は、炭化珪素粒子(SiC粒子)または窒化珪素粒子(Si粒子)、或いはこれら炭化珪素粒子及び窒化珪素粒子を所定比率で混合したものを使用することができる。以下の説明において、本実施形態の多孔質材料1及び当該多孔質材料1を用いて形成されたハニカム構造体(図示しない)は、主として炭化珪素粒子を骨材2として使用した例を説明する。しかしながら、骨材2の種類及び複数種類を使用する場合の比率等は特に限定されるものではない。また、骨材2が窒化珪素粒子等で構成されるものであっても、多孔質材料1及びハニカム構造体の各種条件は同一とすることができる。 The aggregate 2 of the porous material 1 of the present embodiment includes silicon carbide particles (SiC particles) or silicon nitride particles (Si 3 N 4 particles), or a mixture of these silicon carbide particles and silicon nitride particles at a predetermined ratio. Can be used. In the following description, an example in which silicon carbide particles are mainly used as the aggregate 2 for the porous material 1 of the present embodiment and the honeycomb structure (not shown) formed using the porous material 1 will be described. However, the type of aggregate 2 and the ratio when using a plurality of types are not particularly limited. Moreover, even if the aggregate 2 is composed of silicon nitride particles or the like, various conditions of the porous material 1 and the honeycomb structure can be made the same.

加えて、本実施形態の多孔質材料は、焼成後の多孔質材料1に含まれるナトリウム及びカリウムを含むアルカリ成分の合計含有率が、0.05質量%以下に設定されている。骨材2を形成するための骨材原料及び結合材3を形成するための結合材用原料の中には、微量のナトリウム等のアルカリ成分が存在している。   In addition, in the porous material of the present embodiment, the total content of alkali components including sodium and potassium contained in the fired porous material 1 is set to 0.05% by mass or less. In the aggregate raw material for forming the aggregate 2 and the binder raw material for forming the binder 3, a trace amount of alkali components such as sodium are present.

ナトリウム等のアルカリ成分は、一般に多孔質材料の長期耐久性を低下させる要因となることが知られている。そのため、多孔質材料に含まれるアルカリ成分をできるだけ抑えるような試みがなされている。そこで、本実施形態の多孔質材料1においても、焼成後の多孔質材料1に含まれるナトリウム等のアルカリ成分の合計含有率を上記上限値以下に設定している。これにより、多孔質材料1の長期耐久性を向上させることができる。   It is known that alkali components such as sodium are generally a factor that reduces the long-term durability of porous materials. For this reason, attempts have been made to suppress alkali components contained in the porous material as much as possible. Therefore, also in the porous material 1 of the present embodiment, the total content of alkali components such as sodium contained in the fired porous material 1 is set to the upper limit value or less. Thereby, the long-term durability of the porous material 1 can be improved.

ここで、多孔質材料1の曲げ強度やハニカム構造体のハニカム曲げ強度は、多孔質材料1自体の気孔率(開気孔率)によって影響を受けることが一般的に知られている。そこで、多孔質材料1及び多孔質材料1から形成されるハニカム構造体は、開気孔率の下限値は、40%であることが好適であり、更に下限値が50%であることがより好適である。一方、開気孔率の上限値は、90%であることが好適であり、更に上限値が70%であることが好適である。ここで、開気孔率が40%未満の場合、圧力損失が大きくなり、DPF等の製品として使用した場合の製品性能に及ぼす影響が大きい。一方、開気孔率が50%以上の場合、DPF等の使用が特に好適な低圧力損失の特性を有する。   Here, it is generally known that the bending strength of the porous material 1 and the honeycomb bending strength of the honeycomb structure are affected by the porosity (open porosity) of the porous material 1 itself. Therefore, the lower limit value of the open porosity of the porous material 1 and the honeycomb structure formed from the porous material 1 is preferably 40%, and more preferably the lower limit value is 50%. It is. On the other hand, the upper limit value of the open porosity is preferably 90%, and the upper limit value is preferably 70%. Here, when the open porosity is less than 40%, the pressure loss increases, and the influence on the product performance when used as a product such as DPF is large. On the other hand, when the open porosity is 50% or more, the use of DPF or the like has low pressure loss characteristics that are particularly suitable.

更に、開気孔率が90%を超える場合、多孔質材料1の強度が低下し、DPF等の製品として使用した場合の実用上の十分な強度を確保することができない。一方、開気孔率が70%以下であれば、DPF等の製品に使用することが特に好適である。なお、開気孔率の算出方法の詳細については後述する。   Furthermore, when the open porosity exceeds 90%, the strength of the porous material 1 decreases, and a practically sufficient strength when used as a product such as DPF cannot be secured. On the other hand, if the open porosity is 70% or less, it is particularly suitable for use in products such as DPF. Details of the method for calculating the open porosity will be described later.

(2)ハニカム構造体:
本発明のハニカム構造体(図示しない)は、上述した本実施形態の多孔質材料1を用いて構成され、「一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセル」を区画形成する隔壁を備え、当該セルは流体の流路として機能するものである。ハニカム構造体の構造及び形状等については、既に周知であり、本実施形態の多孔質材料1を用いて任意の構造及びサイズのものを構築することができる例えば、最外周に外周壁を有する構造であってもよい。また、隔壁の厚さの下限値は、例えば、30μmが好ましく、50μmが更に好ましい。隔壁の厚さの上限値は、1000μmが好ましく、500μmが更に好ましく、350μmが特に好ましい。セル密度の下限値は、10セル/cmが好ましく、20セル/cmが更に好ましく、50セル/cmが特に好ましい。セル密度の上限値は、200セル/cmが好ましく、150セル/cmが更に好ましい。
(2) Honeycomb structure:
A honeycomb structure (not shown) of the present invention is configured using the porous material 1 of the above-described embodiment, and includes partition walls that define and form “a plurality of cells extending from one end surface to the other end surface”. The cell functions as a fluid flow path. The structure, shape, and the like of the honeycomb structure are already well known, and can be constructed with an arbitrary structure and size using the porous material 1 of the present embodiment. For example, a structure having an outer peripheral wall on the outermost periphery It may be. Further, the lower limit of the partition wall thickness is preferably, for example, 30 μm, and more preferably 50 μm. The upper limit of the partition wall thickness is preferably 1000 μm, more preferably 500 μm, and particularly preferably 350 μm. The lower limit of the cell density is preferably 10 cells / cm 2, more preferably 20 cells / cm 2 , and particularly preferably 50 cells / cm 2 . The upper limit of the cell density is preferably 200 cells / cm 2 and more preferably 150 cells / cm 2 .

更に、ハニカム構造体の形状としては、特に限定されず、従来から周知の円柱状、底面が多角形(三角形、四角形、五角形、六角形等)の角柱状等を挙げることができる。加えて、ハニカム構造体のセルの形状は、特に限定されない。例えば、セルの延びる方向(軸方向)に直交する断面におけるセル形状としては、多角形(三角形、四角形、五角形、六角形、七角形、八角形等)、円形、またはこれらの組み合わせ等を挙げることができる。   Furthermore, the shape of the honeycomb structure is not particularly limited, and examples thereof include a conventionally known columnar shape and a prismatic shape having a polygonal bottom (triangle, quadrangle, pentagon, hexagon, etc.). In addition, the shape of the cells of the honeycomb structure is not particularly limited. For example, the cell shape in the cross section perpendicular to the cell extending direction (axial direction) may be a polygon (triangle, quadrangle, pentagon, hexagon, heptagon, octagon, etc.), circle, or a combination thereof. Can do.

加えて、ハニカム構造体の大きさは、用途に合わせて適宜決定することができる。本実施形態のハニカム構造体は、高強度の特性を有する本実施形態の多孔質材料1を用いて構成されるため、特に力学的負荷に対する耐性を備えている。そのため、大型のDPF等を構築するための大型ハニカム構造体を構成することもできる。例えば、ハニカム構造体の体積が10cm〜2.0×10cm程度のものを想定することができる。 In addition, the size of the honeycomb structure can be appropriately determined according to the application. Since the honeycomb structure of the present embodiment is configured using the porous material 1 of the present embodiment having high strength characteristics, the honeycomb structure is particularly resistant to mechanical loads. Therefore, a large honeycomb structure for constructing a large DPF or the like can be configured. For example, a honeycomb structure having a volume of about 10 cm 3 to 2.0 × 10 4 cm 3 can be assumed.

本実施形態のハニカム構造体は、既に示したように、DPFや触媒担体として用いることができる。また、DPFに触媒を担持することも好ましい態様である。本実施形態のハニカム構造体をDPF等として使用する場合には、以下のような構造であることが好ましい。すなわち、一方の端面における所定のセルの開口部及び他方の端面における残余のセルの開口部、に配設された目封止部を備えるものであることが好ましい。両端面において、目封止部を有するセルと目封止部を有さないセルとが交互に配置され、市松模様が形成されていることが好ましい。   As already described, the honeycomb structure of the present embodiment can be used as a DPF or a catalyst carrier. It is also a preferred embodiment that a catalyst is supported on the DPF. When the honeycomb structure of the present embodiment is used as a DPF or the like, the following structure is preferable. That is, it is preferable to include a plugging portion disposed in an opening of a predetermined cell on one end face and an opening of a remaining cell on the other end face. On both end faces, it is preferable that cells having plugged portions and cells not having plugged portions are alternately arranged to form a checkered pattern.

(3)多孔質材料(ハニカム構造体)の製造方法:
本発明の多孔質材料の製造方法について、以下に説明する。なお、以下に説明する多孔質材料の製造方法は、多孔質材料によって構成されるハニカム形状を呈するハニカム構造体を製造するハニカム構造体の製造方法でもある。
(3) Production method of porous material (honeycomb structure):
The method for producing the porous material of the present invention will be described below. Note that the method for manufacturing a porous material described below is also a method for manufacturing a honeycomb structure for manufacturing a honeycomb structure having a honeycomb shape made of a porous material.

始めに、骨材2の原料となる粉末状の炭化珪素と、焼成によって結合材3が生成する粉末状の結合材用原料とを混合し、必要に応じて、バインダ、界面活性剤、造孔材、水等を添加して成形原料を作製する(成形原料調製工程)。このとき、添加する水の中に、予め規定された含有率(合計添加率が0.2質量%〜3.0質量%)に調製された粉末状のストロンチウム(例えば、炭酸ストロンチウム)等を添加成分5として成形原料中に加える。なお、添加成分5を加える方法は、上記手法に限定されるものではなく、例えば、バインダ等のその他の成分と同様に、粉末の状態で炭化珪素や結合材用原料に直接投入するものであってもよい。   First, powdered silicon carbide used as a raw material for the aggregate 2 and a powdery raw material for a binder produced by the binder 3 by firing are mixed, and if necessary, a binder, a surfactant, a pore-forming material are mixed. A molding raw material is prepared by adding a material, water, etc. (molding raw material preparation step). At this time, powdered strontium (for example, strontium carbonate) prepared to a predetermined content rate (total addition rate is 0.2 mass% to 3.0 mass%) is added to the water to be added. Added as component 5 in the forming raw material. Note that the method of adding the additive component 5 is not limited to the above-described method. For example, as with other components such as a binder, the additive component 5 is directly charged into silicon carbide or a raw material for a binder in a powder state. May be.

なお、上記した結合材用原料を焼成することで、結合材3の主成分となる「コージェライト」が生成する。或いは、上記の粉末状の結合材用原料の代わりに、周知のコージェライト化原料を用い、炭化珪素と直接混合するものであってもよい。   In addition, by firing the above-described raw material for the binder, “cordierite” that is the main component of the binder 3 is generated. Alternatively, a well-known cordierite forming raw material may be used instead of the above powdery raw material for a binder, and directly mixed with silicon carbide.

更に、バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等の周知の有機バインダを挙げることができる。特に、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。バインダの含有量は、例えば、成形原料全体に対して2〜10質量%であることが好ましい。   Furthermore, examples of the binder include well-known organic binders such as methyl cellulose, hydroxypropoxyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and polyvinyl alcohol. In particular, it is preferable to use methyl cellulose and hydroxypropoxyl cellulose in combination. For example, the binder content is preferably 2 to 10% by mass with respect to the entire forming raw material.

界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、一種類の界面活性剤のみを使用するものであっても、二つ以上の種類の界面活性剤を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の含有量は、成形原料全体に対して、例えば、2質量%以下であることが好ましい。   As the surfactant, ethylene glycol, dextrin, fatty acid soap, polyalcohol and the like can be used. These may use only one type of surfactant or may be used in combination of two or more types of surfactant. The content of the surfactant is preferably, for example, 2% by mass or less with respect to the entire forming raw material.

造孔材としては、焼成後に気孔となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、グラファイト、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲル等を挙げることができる。造孔材の含有量は、成形原料全体に対して、例えば、10質量%以下であることが好ましい。また、造孔材の平均粒子径の下限値は10μmであることが好ましく、特に、造孔材の平均粒子径の上限値は30μmであることが好ましい。ここで、造孔材の平均粒子径が10μmより小さいと、多孔質材料1における気孔(細孔4)を十分形成できないことがある。一方、造孔材の平均粒子径が30μmより大きいと、押出成形を行う口金に成形原料(坏土)が詰まる可能性がある。なお、上記した造孔材の平均粒子径は、レーザー回折方法等で測定することができる。また、造孔材として、吸水性樹脂が使用される場合には、当該平均粒子径は吸水後の吸水性樹脂を測定した値である。   The pore former is not particularly limited as long as it becomes pores after firing, and examples thereof include graphite, starch, foamed resin, water absorbent resin, and silica gel. The pore former content is preferably, for example, 10% by mass or less with respect to the entire forming raw material. The lower limit of the average particle diameter of the pore former is preferably 10 μm, and the upper limit of the average particle diameter of the pore former is particularly preferably 30 μm. Here, when the average particle diameter of the pore former is smaller than 10 μm, the pores (pores 4) in the porous material 1 may not be sufficiently formed. On the other hand, if the average particle diameter of the pore former is larger than 30 μm, there is a possibility that the forming raw material (clay) is clogged in the die for performing extrusion molding. The average particle diameter of the pore former can be measured by a laser diffraction method or the like. When a water absorbent resin is used as the pore former, the average particle diameter is a value obtained by measuring the water absorbent resin after water absorption.

成形原料に加えられる水は、押出成形等の成形加工が容易な坏土硬度となるように適宜調整することができる。例えば、成形原料全体に対して、20〜80質量%の水を添加することが好適である。   The water added to the forming raw material can be appropriately adjusted so as to have a clay hardness that facilitates a forming process such as extrusion. For example, it is preferable to add 20 to 80% by mass of water with respect to the entire forming raw material.

次に、各成分を規定量投入することで得られた前述の成形原料を混練し、坏土を形成する。このとき、坏土の形成には、ニーダー、真空土練機等を用いることができる。   Next, the above-mentioned forming raw material obtained by adding a specified amount of each component is kneaded to form a clay. At this time, a kneader, a vacuum kneader or the like can be used to form the clay.

その後、混練された坏土を押出成形してハニカム成形体を形成する(成形体形成工程)。ここで、坏土を押出成形するためには、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚さ、セル密度等を有する口金を取付けた押出成形機が主に用いられる。ここで、なお、口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。ハニカム成形体は、流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と最外周に位置する外周壁とを有する構造である。ハニカム成形体の隔壁厚さ、セル密度、外周壁の厚さ等は、乾燥、焼成における収縮を考慮し、作製しようとするハニカム構造体の構造に合わせて適宜決定することができる。   Thereafter, the kneaded clay is extruded to form a honeycomb formed body (formed body forming step). Here, in order to extrude the kneaded clay, an extruder having a base having a desired overall shape, cell shape, partition wall thickness, cell density and the like is mainly used. Here, the material of the die is preferably a cemented carbide that does not easily wear. The honeycomb formed body has a structure having porous partition walls that define and form a plurality of cells serving as fluid flow paths and an outer peripheral wall located at the outermost periphery. The partition wall thickness, cell density, outer peripheral wall thickness, and the like of the honeycomb formed body can be appropriately determined according to the structure of the honeycomb structure to be manufactured in consideration of shrinkage during drying and firing.

このようにして得られたハニカム成形体を焼成工程の前に乾燥させることが好ましい(乾燥工程)。ここで、乾燥の方法は特に限定されず、例えば、マイクロ波加熱乾燥、高周波誘電加熱乾燥等の電磁波加熱方式と、熱風乾燥、過熱水蒸気乾燥等の外部加熱方式とを挙げることができる。更に、電磁波加熱方式及び外部加熱方式を併用するものであってもよい。例えば、ハニカム成形体の全体を迅速かつ均一に、クラックが生じないように乾燥するために、始めに電磁波加熱方式で一定量の水分を乾燥させた後、残りの水分を外部加熱方式により乾燥させる二段階の乾燥を行うものであってもよい。この場合、乾燥の条件として、電磁波加熱方式を用いて、乾燥前の水分量に対して30〜99質量%の水分を除去した後、外部加熱方式を用いて、3質量%以下になるまで水分の除去をするものであってもよい。なお、電磁波加熱方式としては、誘電加熱乾燥が好適であり、一方、外部加熱方式としては、熱風乾燥が好適である。   The honeycomb formed body thus obtained is preferably dried before the firing step (drying step). Here, the drying method is not particularly limited, and examples thereof include an electromagnetic heating method such as microwave heating drying and high-frequency dielectric heating drying, and an external heating method such as hot air drying and superheated steam drying. Further, an electromagnetic heating method and an external heating method may be used in combination. For example, in order to dry the entire honeycomb molded body quickly and uniformly without cracks, first a certain amount of moisture is dried by an electromagnetic heating method, and then the remaining moisture is dried by an external heating method. Two-stage drying may be performed. In this case, as a drying condition, after removing 30 to 99% by mass of moisture with respect to the amount of moisture before drying using an electromagnetic heating method, moisture is used until it becomes 3% by mass or less using an external heating method. May be removed. In addition, dielectric heating drying is suitable as the electromagnetic heating method, while hot air drying is suitable as the external heating method.

更に、乾燥後のハニカム成形体に対して、ハニカム成形体のセルの延びる方向(軸方向)における長さ(ハニカム長さ)が、所望の長さではない場合は、両端面(両端部)を切断して所望の長さにしてもよい(切断工程)。切断方法は特に限定されないが、周知の丸鋸切断機等を用いる方法を挙げることができる。   Furthermore, when the length (honeycomb length) in the cell extending direction (axial direction) of the honeycomb molded body after drying is not a desired length, both end faces (both ends) are provided. It may be cut to a desired length (cutting step). The cutting method is not particularly limited, and examples thereof include a method using a known circular saw cutting machine.

次に、ハニカム成形体を焼成して、ハニカム構造体(多孔質材料に相当)を作製する。焼成の前に、バインダ等を除去するため、仮焼を行うことが好ましい(焼成工程)。仮焼は、大気雰囲気において、200〜600℃で、0.5〜20時間行うことが好ましい(脱脂工程)。焼成は、窒素、アルゴン等の非酸化雰囲気下(酸素分圧は10−4気圧以下)で行うことが好ましい(本焼成工程)。焼成温度の下限値は1300℃であることが好ましい。焼成温度の上限値は1600℃であることが好ましい。焼成時の圧力は常圧であることが好ましい。焼成時間の下限値は、1時間であることが好ましい。焼成時間の上限値は、20時間であることが好ましい。また、焼成後、耐久性向上のために、大気中(水蒸気を含んでいてもよい)で、酸化処理を行ってもよい(酸化焼成工程)。酸化処理の温度の下限値は1100℃であることが好ましい。酸化処理の温度の上限値は1400℃であることが好ましい。酸化処理の時間の下限値は、1時間であることが好ましい。酸化処理の時間の上限値は、20時間であることが好ましい。なお、仮焼及び焼成は、例えば、電気炉、ガス炉等を用いて行うことができる。   Next, the honeycomb formed body is fired to produce a honeycomb structure (corresponding to a porous material). Before firing, it is preferable to perform calcination in order to remove the binder and the like (firing step). The calcination is preferably performed at 200 to 600 ° C. for 0.5 to 20 hours in an air atmosphere (degreasing step). Firing is preferably performed in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon (oxygen partial pressure is 10-4 atm or less) (main firing step). The lower limit of the firing temperature is preferably 1300 ° C. The upper limit of the firing temperature is preferably 1600 ° C. The pressure during firing is preferably normal pressure. The lower limit of the firing time is preferably 1 hour. The upper limit of the firing time is preferably 20 hours. Moreover, after baking, in order to improve durability, you may perform an oxidation process in the air | atmosphere (it may contain water vapor | steam) (oxidation baking process). The lower limit of the oxidation treatment temperature is preferably 1100 ° C. The upper limit of the temperature of the oxidation treatment is preferably 1400 ° C. The lower limit of the oxidation treatment time is preferably 1 hour. The upper limit of the oxidation treatment time is preferably 20 hours. In addition, calcination and baking can be performed using an electric furnace, a gas furnace, etc., for example.

以下、本発明の多孔質材料を用いたハニカム構造体を下記の実施例に基づいて更に具体的に説明するが、本発明の多孔質材料及びハニカム構造体は、係る実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the honeycomb structure using the porous material of the present invention will be described more specifically based on the following examples. However, the porous material and the honeycomb structure of the present invention are limited to such examples. is not.

(実施例1〜8)
骨材の原料となる粉末状の炭化珪素と、結合材の原料となる粉末状の結合材用原料とを所定の比率で混合して「ベース粉末」を作製した。ベース粉末は、骨材の炭化珪素を78.8質量%とし、炭化珪素に対してタルクを7.7質量%、酸化アルミニウム(Al)を9.6質量%、及びシリカ(SiO)を3.9質量%含む結合材用原料を加えたものである。これにより、ベース粉末の合計質量が100質量%となるように調整されている。すなわち、上記した骨材及び結合材の合計質量が100質量%に設定されている。
(Examples 1-8)
A “base powder” was prepared by mixing powder silicon carbide as an aggregate raw material and powdered binder raw material as a binder raw material in a predetermined ratio. The base powder contains 78.8% by mass of aggregate silicon carbide, 7.7% by mass of talc, 9.6% by mass of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and silica (SiO 2). ) Is added to the binder material containing 3.9% by mass. Thereby, it adjusts so that the total mass of base powder may be 100 mass%. That is, the total mass of the above-described aggregate and binder is set to 100% by mass.

更に、上記調製されたベース粉末に、二酸化セリウム、造孔材として吸水性樹脂及びデンプン、更にバインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、添加物として炭酸ストロンチウム等、及び水を添加して「成形原料」とした。   Furthermore, cerium dioxide, a water-absorbing resin and starch as a pore former, hydroxypropyl methylcellulose as a binder, strontium carbonate as an additive, and water were added to the prepared base powder as a “molding raw material”.

なお、造孔材、バインダ、及び水は、ベース粉末を100質量%とした場合に、それぞれ二酸化セリウム:0.75質量%、吸水性樹脂:5.0質量%、デンプン:28質量%、ヒドロキシプロピルメチルセルロース:7.0質量%がそれぞれ添加されている。   The pore former, binder, and water were cerium dioxide: 0.75% by mass, water-absorbing resin: 5.0% by mass, starch: 28% by mass, and hydroxy when the base powder was 100% by mass. Propylmethylcellulose: 7.0% by mass is added.

更に、炭酸ストロンチウム(SrCO)、酸化イットリウム(Y)、及び二酸化ジルコニウム(ZrO)の“成分”を焼成後のハニカム構造体に含まれる含有率がそれぞれ規定範囲となるように秤量し(下記表1参照)、70.0質量%の水の中にそれぞれ投入する。更に、炭酸ストロンチウム等の成分が入った水を超音波振動器に掛け、60秒間分散させる。その後、当該成分が分散した水をそれぞれの混合粉末に投入した。これにより、実施例1〜8の「混合粉末」が得られる。その後、ニーダーを用いて45分間混練し、可塑性の坏土(成形原料)を得た。 Further, the “components” of strontium carbonate (SrCO 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), and zirconium dioxide (ZrO 2 ) are weighed so that the contents contained in the fired honeycomb structure are within a specified range. (Refer to Table 1 below) and put into 70.0% by mass of water. Further, water containing a component such as strontium carbonate is applied to an ultrasonic vibrator and dispersed for 60 seconds. Thereafter, water in which the component was dispersed was added to each mixed powder. Thereby, the "mixed powder" of Examples 1-8 is obtained. Thereafter, the mixture was kneaded for 45 minutes using a kneader to obtain a plastic clay (molding raw material).

ここで、実施例1は、成分として炭酸ストロンチウムを1.0質量%含むものであり、実施例2は、炭酸ストロンチウムを2.0質量%含むものである(表1参照。以下、同じ)。   Here, Example 1 contains 1.0% by mass of strontium carbonate as a component, and Example 2 contains 2.0% by mass of strontium carbonate (see Table 1, hereinafter the same).

実施例3は、成分として酸化イットリウムを0.5質量%含むものであり、実施例4は、酸化イットリウムを2.0質量%添加含むものである。   Example 3 contains 0.5% by mass of yttrium oxide as a component, and Example 4 contains 2.0% by mass of yttrium oxide.

実施例5は、成分として二酸化ジルコニウムを2.0質量%含むものであり、実施例6は、炭酸ストロンチウム及び二酸化ジルコニウムの二成分を0.6質量%:1.4質量%の比率で含むものである。   Example 5 contains 2.0% by mass of zirconium dioxide as a component, and Example 6 contains two components of strontium carbonate and zirconium dioxide in a ratio of 0.6% by mass to 1.4% by mass. .

実施例7は、成分として炭酸ストロンチウムを2.0質量%含むものである。   Example 7 contains 2.0% by mass of strontium carbonate as a component.

次に、得られた坏土(成形原料)を、真空土練機を用いて円柱状(シリンダー状)に成形加工し、得られた円柱状の坏土を押出成形機に投入し、ハニカム状のハニカム成形体を押出成形によって得た。得られたハニカム成形体をマイクロ波乾燥した後、更に熱風乾燥機を用いて80℃で12時間乾燥する二段階の乾燥を実施することで未焼成のハニカム乾燥体を得た。   Next, the obtained clay (molding raw material) is formed into a cylindrical shape (cylindrical shape) using a vacuum kneader, and the obtained cylindrical clay is put into an extrusion molding machine to form a honeycomb. A honeycomb formed body was obtained by extrusion molding. The obtained honeycomb formed body was microwave-dried, and further subjected to two-stage drying at 80 ° C. for 12 hours using a hot air dryer to obtain an unfired honeycomb dried body.

その後、得られたハニカム乾燥体の両端部を切断し、所定の長さ(ハニカム長さ)に整えた後、始めに大気雰囲気下で450℃の加熱温度で脱脂する脱脂処理を行い(仮焼成工程)、更に、不活性ガス雰囲気下(アルゴンガス雰囲気下)で1350℃〜1500℃の焼成温度(表1参照)で焼成し(本焼成工程:焼成工程)、更に大気中で1100℃〜1350℃の熱処理温度で酸化処理を行った(酸化焼成工程)。これにより、実施例1〜7のハニカム構造の多孔質材料(ハニカム構造体)を得た。   Thereafter, both ends of the obtained honeycomb dried body are cut and adjusted to a predetermined length (honeycomb length), and then degreased by degreasing at a heating temperature of 450 ° C. in an air atmosphere (preliminary firing). Step), and further, fired at a firing temperature of 1350 ° C. to 1500 ° C. (see Table 1) in an inert gas atmosphere (argon gas atmosphere) (main firing step: firing step), and further in the atmosphere from 1100 ° C. to 1350 ° C. An oxidation treatment was performed at a heat treatment temperature of 0 ° C. (oxidation firing step). Thereby, the porous material (honeycomb structure) of the honeycomb structure of Examples 1 to 7 was obtained.

実施例8は、上記実施例7と略同一の条件であり、予め骨材の原料とともに投入される二酸化セリウムを含まないものである。   Example 8 has substantially the same conditions as in Example 7 described above, and does not include cerium dioxide that is previously added together with the raw material of the aggregate.

(比較例1〜3)
比較例1〜3は、本発明の多孔質材料の効果を比較検討するためのものであり、炭酸ストロンチウムや酸化イットリウム、或いは二酸化ジルコニウム等の成分を含まないものである。これら炭酸ストロンチウム等の成分を含まない以外は、実施例7と同一である。
(Comparative Examples 1-3)
Comparative Examples 1 to 3 are for comparing and examining the effects of the porous material of the present invention, and do not contain components such as strontium carbonate, yttrium oxide, or zirconium dioxide. Example 7 is the same as Example 7 except that these components such as strontium carbonate are not included.

(開気孔率の測定)
開気孔率(%)は、上記によって得られた実施例1〜8及び比較例1〜3のそれぞれのハニカム構造体から、縦20mm×横20mm×高さ0.3mmの板片を切り出し、これを測定サンプルとし、純水を媒体にしてアルキメデス法により算出した。
(Measurement of open porosity)
The open porosity (%) was obtained by cutting a plate piece of 20 mm long × 20 mm wide × 0.3 mm high from each of the honeycomb structures of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3 obtained as described above. Was measured by the Archimedes method using pure water as a medium.

(ハニカム曲げ強度(強度)の評価)
ハニカム構造体がセルを貫通する方向を長手方向とした試験片(3セル×5セル×30〜40mm)を用い、JIS R1601に準拠し、セルの方向に垂直に4点曲げ試験を行い、ハニカム曲げ強度を評価した。
(Evaluation of honeycomb bending strength (strength))
Using a test piece (3 cells × 5 cells × 30 to 40 mm) whose longitudinal direction is the direction in which the honeycomb structure penetrates the cells, a four-point bending test was performed perpendicularly to the cell direction in accordance with JIS R1601, Bending strength was evaluated.

(立ち上がり角の測定方法)
立ち上がり角の測定方法に関しては、前述したため詳細な説明は省略する。その他、測定条件等の詳細については、後述する測定結果とともに説明する。
(Measurement method of rising angle)
Since the method for measuring the rising angle has been described above, a detailed description thereof will be omitted. In addition, the details of the measurement conditions and the like will be described together with the measurement results described later.

(Na含有率の定量)
Na含有率(含有量)の定量は、ICP(Inductivety Coupled Plasma)発光分光法によって、焼成後のハニカム構造体に含まれるNa含有量を分析した。
(Quantification of Na content)
The Na content (content) was determined by analyzing the Na content contained in the fired honeycomb structure by ICP (Inductive Coupled Plasma) emission spectroscopy.

(Sr含有率(含有量)等の定量)
ストロンチウム、イットリウム、及びジルコニウムのそれぞれの含有率(Sr含有率、Y含有率、及びZr含有率)の定量は、ICP(Inductivety Coupled Plasma)発光分光法によって、それぞれのSr、Y、Zr含有量を分析した。ここで、それぞれのSr含有率等は、測定対象の実施例1〜8、及び比較例1〜3のハニカム構造体(多孔質材料)全体を100%とした場合の当該ハニカム構造体中のストロンチウム等の重量比率を示すものである。
(Quantification of Sr content (content), etc.)
The strontium, yttrium, and zirconium contents (Sr content, Y content, and Zr content) were quantified by ICP (Inductive Coupled Plasma) emission spectroscopy, and the respective Sr, Y, and Zr contents were determined. analyzed. Here, each Sr content rate etc. is strontium in the said honeycomb structure when the whole honeycomb structure (porous material) of Examples 1 to 8 to be measured and Comparative Examples 1 to 3 is 100%. The weight ratio of etc. is shown.

実施例1〜8、及び比較例1〜3の骨材及び結合材の質量%、ストロンチウム等の各成分の含有率をまとめたものを下記表1に示す。更に、表1には上記測定方法等によって測定または算出されたSr含有率、Y含有率、Zr含有率、Na含有率、開気孔率、ハニカム曲げ強度、及び算出された立ち上がり角θの結果が示されている。また、図4に、実施例1〜8、及び比較例1〜3によって形成された多孔質材料を用いて構成されたハニカム構造体の開気孔率とハニカム曲げ強度との相関関係を示す。   Table 1 below summarizes the contents of each component such as mass% of the aggregates and binders of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3, and strontium. Further, Table 1 shows the results of the Sr content, Y content, Zr content, Na content, open porosity, honeycomb bending strength, and calculated rise angle θ measured or calculated by the above measurement method and the like. It is shown. FIG. 4 shows the correlation between the open porosity and the honeycomb bending strength of the honeycomb structure formed using the porous material formed in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3.

表1に示されるように、炭酸ストロンチウム等の成分を結合材に含む実施例1〜8は、少なくともハニカム曲げ強度が4.0MPa以上となり、実用上の十分な強度(機械的強度)を有することが示された。これに対し、炭酸ストロンチウム等の成分を結合材に含まない比較例1〜3は、いずれもハニカム曲げ強度が4.0MPaを下回っている。そのため、炭酸ストロンチウム等の成分を結合材に含める効果が十分有することが確認される。   As shown in Table 1, Examples 1 to 8 containing components such as strontium carbonate in the binder have at least a honeycomb bending strength of 4.0 MPa or more and have a practically sufficient strength (mechanical strength). It has been shown. In contrast, Comparative Examples 1 to 3 that do not contain a component such as strontium carbonate in the binder have a honeycomb bending strength of less than 4.0 MPa. Therefore, it is confirmed that there is a sufficient effect of including a component such as strontium carbonate in the binder.

更に、図4に示すように、実施例1〜8のハニカム構造体は、比較例1〜3のハニカム構造体において略通過する開気孔率(%)及びハニカム曲げ強度の相関関係の傾向を示す傾きの線Lよりも右側の位置、すなわち、開気孔率が大きな位置にプロットされている。一般に、開気孔率(%)が大きくなれば、ハニカム構造体を構成する隔壁等に空隙が多くなるため、ハニカム曲げ強度は弱くなる傾向がある。しかしながら、実施例1〜8は、開気孔率が大きくなっても高いハニカム曲げ強度を示している。   Furthermore, as shown in FIG. 4, the honeycomb structures of Examples 1 to 8 show a tendency of a correlation between the open porosity (%) and the honeycomb bending strength that substantially pass through the honeycomb structures of Comparative Examples 1 to 3. It is plotted at a position on the right side of the slope line L, that is, at a position where the open porosity is large. In general, when the open porosity (%) increases, voids increase in the partition walls and the like constituting the honeycomb structure, and the honeycomb bending strength tends to be weakened. However, Examples 1 to 8 show high honeycomb bending strength even when the open porosity increases.

更に、一般的な傾向として同一の成分であれば、合計含有率が3.0質量%を超えなければ、含有率の高い方がハニカム曲げ強度が高くなる傾向があることが示された(実施例1及び実施例7、或いは、実施例3及び実施例4の対比)。   Furthermore, as a general tendency, it was shown that the honeycomb bending strength tends to be higher when the total content is higher than 3.0% by mass unless the total content exceeds 3.0% by mass (implementation). Comparison between Example 1 and Example 7 or Example 3 and Example 4).

更に、炭酸ストロンチウム以外でも、酸化イットリウムや二酸化ジルコニウムでもハニカム曲げ強度が4.0MPa以上となることが示され(実施例3〜5)、二つの成分を含む場合(実施例6)でもハニカム曲げ強度が4.0MPa以上となることが確認された。更に、二酸化セリウムを含まない場合でも、その他実施例よりはハニカム曲げ強度が低くなるものの実用上十分な強度を示すことが確認された。   Furthermore, it is shown that honeycomb bending strength is 4.0 MPa or more even when using yttrium oxide or zirconium dioxide other than strontium carbonate (Examples 3 to 5). Even when two components are included (Example 6), honeycomb bending strength is also shown. Was confirmed to be 4.0 MPa or more. Furthermore, even when cerium dioxide was not included, it was confirmed that the honeycomb bending strength was lower than in the other examples, but the strength was practically sufficient.

更に、表1では、実施例1〜8、並びに、比較例1〜3の多孔質材料に対する、結合材のエッジの立ち上がり角θを算出結果が示されている。ここで、立ち上がり角θは、走査型電子顕微鏡によって、各実施例及び比較例の多孔質材料を用いて調製された顕微鏡観察用試料の鏡面研磨後の試料断面を、1500倍の倍率で撮像した断面画像から、任意の10個の測定位置P1(図2,3参照)を特定し、当該10個の測定位置P1における10個の立ち上がり角θの値から平均値を求め、これを“代表値”(表1参照)として算出したものである。   Furthermore, in Table 1, the calculation result is shown for the rising angle θ of the edge of the binder with respect to the porous materials of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3. Here, the rising angle θ was obtained by imaging a sample cross section after mirror polishing of a sample for microscope observation prepared using the porous material of each example and comparative example with a scanning electron microscope at a magnification of 1500 times. Arbitrary ten measurement positions P1 (see FIGS. 2 and 3) are specified from the cross-sectional image, and an average value is obtained from the values of the ten rising angles θ at the ten measurement positions P1, and this is expressed as “representative value”. "(See Table 1).

これによると、結合材がSr成分、Zr成分、Y成分を含む実施例1〜8の多孔質材料では、立ち上がり角θの代表値(=平均値)が、25°以下であることが確認された。すなわち、本発明における三相界面の表面が“滑らかに結合した”ものであることが示された。一方、Sr成分、Zr成分、Y成分を含まない比較例1〜3の多孔質材料の場合、上記立ち上がり角θの代表値(=平均値)が、25°より高くなることが示された。これにより、比較例1〜3の多孔質材料は、三相界面の表面が“滑らかに結合していない”ことが示された。また、ハニカム曲げ強度が実施例1〜8と対比し、4.0MPa未満となり、実用上十分な強度を示さない可能性が高くなった。   According to this, it was confirmed that the representative value (= average value) of the rising angle θ is 25 ° or less in the porous materials of Examples 1 to 8 in which the binder includes the Sr component, the Zr component, and the Y component. It was. That is, the surface of the three-phase interface in the present invention was shown to be “smoothly bonded”. On the other hand, in the case of the porous materials of Comparative Examples 1 to 3 that do not contain the Sr component, the Zr component, and the Y component, it was shown that the representative value (= average value) of the rising angle θ is higher than 25 °. Thereby, it was shown that the porous materials of Comparative Examples 1 to 3 have “smoothly bonded” surfaces at the three-phase interface. Further, the honeycomb bending strength was less than 4.0 MPa as compared with Examples 1 to 8, and there was a high possibility that practically sufficient strength was not exhibited.

本発明の多孔質材料は、触媒担体用材料、DPF用材料等として利用することができる。そして、本発明のハニカム構造体は、触媒担体、DPF等として利用することができる。更に、本発明の多孔質材料の製造方法は、上記多孔質材料を製造するために使用することができる。   The porous material of the present invention can be used as a catalyst carrier material, a DPF material, or the like. The honeycomb structure of the present invention can be used as a catalyst carrier, DPF, or the like. Furthermore, the method for producing a porous material of the present invention can be used for producing the porous material.

1:多孔質材料、2,2a,2b,11:骨材、3,12:結合材、4,13:細孔、5:添加成分、10:従来の多孔質材料、A,B:三相界面、E:結合材のエッジ(結合材及び細孔との境界線)、L1:基準線(接線方向)、L2:立ち上がり線、P1:測定位置(曲率が局所的に最大となる位置)、θ:立ち上がり角。 1: porous material, 2, 2a, 2b, 11: aggregate, 3, 12: binder, 4, 13: pore, 5: additive component, 10: conventional porous material, A, B: three-phase Interface, E: Edge of binding material (boundary line between binding material and pore), L1: Reference line (tangential direction), L2: Rising line, P1: Measurement position (position where curvature is locally maximum), θ: rising angle.

Claims (14)

骨材と、
前記骨材と前記骨材との間を結合する、コージェライトを主成分とする結合材と
を具備する多孔質材料であって、
前記骨材と前記結合材と細孔の交わる三相界面の表面が滑らかに結合した多孔質材料。
Aggregate,
A porous material comprising a binder mainly composed of cordierite that bonds between the aggregate and the aggregate,
A porous material in which a surface of a three-phase interface where pores intersect with the aggregate and the binder is smoothly bonded.
前記結合材にストロンチウム、イットリウム、及びジルコニウムの少なくとも一つの成分を含む請求項1に記載の多孔質材料。   The porous material according to claim 1, wherein the binder contains at least one component of strontium, yttrium, and zirconium. 曲げ強度が5.5MPa以上である請求項1または2に記載の多孔質材料。   The porous material according to claim 1 or 2, wherein the bending strength is 5.5 MPa or more. 前記骨材は、
少なくとも一部が前記結合材によって被覆されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の多孔質材料。
The aggregate is
The porous material according to claim 1, wherein at least a part of the porous material is covered with the binder.
焼成後の前記多孔質材料に含まれる前記ストロンチウム、前記イットリウム、及び前記ジルコニウムの各成分の合計含有率は、
0.2質量%〜3.0質量%である請求項2〜4のいずれか一項に記載の多孔質材料。
The total content of each component of the strontium, the yttrium, and the zirconium contained in the porous material after firing is
It is 0.2 mass%-3.0 mass%, The porous material as described in any one of Claims 2-4.
前記骨材は、
炭化珪素粒子及び窒化珪素粒子の少なくとも一方を含有する請求項1〜5のいずれか一項に記載の多孔質材料。
The aggregate is
The porous material according to claim 1, comprising at least one of silicon carbide particles and silicon nitride particles.
焼成後の前記多孔質材料に含まれるナトリウム及びカリウムを含むアルカリ成分の合計含有率は、
0.05質量%以下である請求項1〜6のいずれか一項に記載の多孔質材料。
The total content of alkali components including sodium and potassium contained in the porous material after firing is
It is 0.05 mass% or less, The porous material as described in any one of Claims 1-6.
前記多孔質材料を含む顕微鏡観察用試料を鏡面研磨し、前記多孔質材料が露出した試料断面を顕微鏡下で観察した断面画像に現れる、前記結合材及び前記細孔との境界線を示すエッジにおいて、
曲率が局所的に最大となる位置の接線方向に対し、前記エッジの立ち上がり角の代表値が、0°以上、25°以下である請求項1〜7のいずれか一項に記載の多孔質材料。
At the edge showing the boundary line between the binding material and the pores appearing in a cross-sectional image obtained by mirror-polishing the sample for microscopic observation including the porous material and observing the cross section of the sample exposed to the porous material under a microscope ,
The porous material according to any one of claims 1 to 7, wherein a representative value of the rising angle of the edge is 0 ° or more and 25 ° or less with respect to a tangential direction at a position where the curvature is locally maximum. .
請求項1〜8のいずれか一項に記載の多孔質材料によって構成され、
一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁を具備するハニカム構造体。
It is comprised with the porous material as described in any one of Claims 1-8,
A honeycomb structure including partition walls that partition and form a plurality of cells extending from one end face to the other end face.
ハニカム曲げ強度が4.0MPa以上である請求項9に記載のハニカム構造体。   The honeycomb structure according to claim 9, wherein the honeycomb bending strength is 4.0 MPa or more. 前記一方の端面における所定の前記セルの開口部及び前記他方の端面における残余の前記セルの開口部に配設された複数の目封止部を具備する請求項9または10に記載のハニカム構造体。   The honeycomb structure according to claim 9 or 10, further comprising a plurality of plugged portions disposed in the opening of the predetermined cell on the one end face and the remaining opening of the cell on the other end face. . 請求項1〜8のいずれか一項に記載の多孔質材料を製造するための多孔質材料の製造方法であって、
骨材、結合材、造孔材、及びバインダを含有する成形原料を押出成形し、成形体を形成する成形体形成工程と、
押出成形された前記成形体を不活性ガス雰囲気下で所定の焼成温度で焼成し、多孔質材料を形成する焼成工程と
を具備し、
前記結合材は、ストロンチウム、イットリウム、及びジルコニウムの少なくとも一つの成分を含有する多孔質材料の製造方法。
A method for producing a porous material for producing the porous material according to any one of claims 1 to 8,
A molded body forming step of forming a molded body by extruding a molding raw material containing an aggregate, a binder, a pore former, and a binder;
A fired step of firing the extruded molded body at a predetermined firing temperature in an inert gas atmosphere to form a porous material;
The said binding material is a manufacturing method of the porous material containing at least 1 component of strontium, yttrium, and a zirconium.
焼成後の前記多孔質材料に含まれる前記ストロンチウム、前記イットリウム、及び前記ジルコニウムの各成分の合計添加率が0.2質量%〜3.0質量%の添加物を含む請求項12に記載の多孔質材料の製造方法。   The porous material according to claim 12, comprising an additive having a total addition rate of 0.2% by mass to 3.0% by mass of each component of the strontium, the yttrium, and the zirconium contained in the porous material after firing. A method for producing quality materials. 前記ストロンチウムは、
炭酸ストロンチウムである請求項12または13に記載の多孔質材料の製造方法。
The strontium is
The method for producing a porous material according to claim 12 or 13, which is strontium carbonate.
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