JP5324355B2 - ハニカム構造体 - Google Patents
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Description
α>−8.08×10−6×P+0.0159 (1)
α>−8.08×10−6×P+0.0159 (1)
SiC粉末及び金属Si粉末を80:20の質量割合で混合し、これに造孔材、有機バインダー、界面活性剤及び水を添加して、可塑性の坏土を得た。この坏土を押出成形し、乾燥させてハニカム状成形体を得た。このハニカム状成形体に対し、その両端面が相補的な市松模様を呈するように、各セルの一端部に目封止部を形成した。すなわち、隣接するセルが、互いに反対側の端部で封じられるように目封止部の形成を行った。目封止部の材料には、ハニカム状成形体と同じ材料を用いた。こうして目封止部を形成し、乾燥させた後、ハニカム状成形体を、大気雰囲気中、約400℃で脱脂し、更に、Ar雰囲気において約1450℃で焼成して、成形体中のSiC粒子をSiで結合させることにより、ハニカム状焼成体を得た。
ハニカム構造体より、隣接する2本のハニカムセグメントを接合材で接合された状態のまま切り出して(ハニカムセグメントの長さはそのまま)、せん断強度測定用の試料とし、当該試料の一方のハニカムセグメントを固定し、もう一方のハニカムセグメントに対して、排ガスの流れ方向であるセルの貫通方向から荷重Fをかけることによりせん断強度を測定した。なお、当該測定において、試料は何れも接合材部分でせん断破壊した。
ハニカム構造体より、接合材とそれにより接合されている隣接するハニカムセグメントの外壁部分とを接合された状態のまま切り出して熱拡散率測定用の試料とし、当該試料について、JIS R 1611−1997に準拠して、レーザーフラッシュ法により熱拡散率を測定した。
各実施例及び比較例毎にハニカム構造体を5個ずつ作製し、それら5個のハニカム構造体を室温(炉外)で10分間キープしてから、1200℃の炉内で20分間キープするという工程を1サイクルとして、本サイクルを200サイクル繰り返した後、当該ハニカム構造体の接合部を、まず、目視により観察して接合材の破断やセグメント外壁からの剥離の有無を調べ、目視では破断や剥離が確認されなかったものについては、更にCTスキャンによる接合部の観察を行って、表面から目視では確認できない内部の破断や剥離の有無を調べた。具体的には、ハニカム構造体の入口端面から出口端面に向かって1mm間隔でスキャンして得た撮影データを用いて、接合材の内部の破断や剥離の有無を確認した。そして、5個のハニカム構造体すべてについて、目視及びCTスキャンの何れによる観察においても接合材の破断や剥離が確認されなかったものを「○」とし、何れかの観察において5個中1個でも接合材の破断や剥離が確認されたものを「×」とした。
図14に示すように、表1に示す結果に基づいて、実施例1〜5及び比較例1〜8を、横軸にせん断強度、縦軸に熱拡散率を取ったグラフに表すとともに、このグラフ上に、接合部の観察結果が「○」であったもの(実施例1〜5)と、「×」であったもの(比較例1〜8)とを区分するような直線を引いた。そして、せん断強度をP、熱拡散率をαとして、この直線を表す方程式を求めたところ、当該方程式は、α=−8.08×10−6×P+0.0159となり、前記直線にて区分された領域の内、接合部の観察結果が「○」であったものが存在する方の領域は、α>−8.08×10−6×P+0.0159で表される領域であった。これより、Pとαとがα>−8.08×10−6×P+0.0159の関係を満たすハニカム構造体は、隣接するセグメント間の接合部の破断や剥離が生じにくく、優れた耐熱衝撃性を発揮すると推定される。
SiC粉末及び金属Si粉末を所定の質量割合で混合し、これに造孔材、有機バインダー、界面活性剤及び水を添加して、可塑性の坏土を得た。この坏土を押出成形し、乾燥させてハニカム状成形体を得た。このハニカム状成形体に対し、その両端面が相補的な市松模様を呈するように、各セルの一端部に目封止部を形成した。すなわち、隣接するセルが、互いに反対側の端部で封じられるように目封止部の形成を行った。目封止部の材料には、ハニカム状成形体と同じ材料を用いた。こうして目封止部を形成し、乾燥させた後、ハニカム状成形体を、大気雰囲気中、約400℃で脱脂し、更に、Ar雰囲気において約1450℃で焼成して、成形体中のSiC粒子をSiで結合させることにより、表2に示すような気孔率、平均細孔径、外壁表面の局部山頂の平均間隔S、算術平均表面粗さRa及びS/Raを有し、隔壁の厚さが12mil(305μm)、セル形状が正方形、セル密度が約46.5セル/cm2(300セル/平方インチ)、断面形状が一辺35mmの正方形、軸方向の長さが152mmである四角柱状のハニカムセグメントを得た。なお、気孔率、平均細孔径、外壁表面の局部山頂の平均間隔S、算術平均表面粗さRa、S/Raの値の調節は、主に坏土の原料に用いたSiC粉末、金属Si粉末及び造孔材の粒子径分布及び量を調節することにより行った。例えば、実施例8では、平均粒径20μmのSiC粉末を65質量%、平均粒径6μmの金属Si粉末を16質量%、平均粒径30μmの造孔材を19質量%の割合で混合し、5.4μmのRaと、60μmのSを得た。また、実施例10では、平均粒径60μmのSiC粉末を65質量%、平均粒径6μmの金属Si粉末を16%、平均粒径50μmの造孔材を19質量%の割合で混合し、12.5μmのRaと、71μmのSを得た。
図15に示すように、表2に示す結果に基づいて、実施例6〜10及び比較例9〜14を、横軸にせん断強度、縦軸に熱拡散率を取ったグラフに表したところ、接合部の観察結果が「○」であったもの(実施例6〜10)と、「×」であったもの(比較例9〜14)とは、前記実施例1〜5及び比較例1〜8と同様に、前記グラフ上において、α=−8.08×10−6×P+0.0159で表される直線によって区分することができ、前記直線にて区分された領域の内、接合部の観察結果が「○」であったものが存在する方の領域は、α>−8.08×10−6×P+0.0159で表される領域であった。
SiC粉末及び金属Si粉末を所定の質量割合で混合し、これに造孔材、有機バインダー、界面活性剤及び水を添加して、可塑性の坏土を得た。この坏土を押出成形し、乾燥させてハニカム状成形体を得た。このハニカム状成形体に対し、その両端面が相補的な市松模様を呈するように、各セルの一端部に目封止部を形成した。すなわち、隣接するセルが、互いに反対側の端部で封じられるように目封止部の形成を行った。目封止部の材料には、ハニカム状成形体と同じ材料を用いた。こうして目封止部を形成し、乾燥させた後、ハニカム状成形体を、大気雰囲気中、約400℃で脱脂し、更に、Ar雰囲気において約1450℃で焼成して、成形体中のSiC粒子をSiで結合させることにより、表3に示すような外壁表面の局部山頂の平均間隔S、算術平均表面粗さRa及びS/Raを有し、隔壁の厚さが12mil(305μm)、セル形状が正方形、セル密度が約46.5セル/cm2(300セル/平方インチ)、断面が一辺35mmの正方形、軸方向の長さが152mmである四角柱状のハニカムセグメントのベース基材を得た。なお、ベース基材の外壁表面の局部山頂の平均間隔S、算術平均表面粗さRa、S/Raの値の調節は、主に坏土の原料に用いたSiC粉末、金属Si粉末及び造孔材の粒子径分布及び量を調節することにより行った。例えば、実施例11では、平均粒径15μmのSiC粉末を65質量%、平均粒径6μmの金属Si粉末を16質量%、平均粒径25μmの造孔材を19質量%の割合で混合し、3.0μmのRaと、34μmのSを得た。また、実施例14では、平均粒径70μmのSiC粉末を65質量%、平均粒径6μmの金属Si粉末を16質量%、平均粒径50μmの造孔材を19質量%の割合で混合し、18.0μmのRaと、101μmのSを得た。
図16に示すように、表3に示す結果に基づいて、実施例11〜14及び比較例15〜22を、横軸にせん断強度、縦軸に熱拡散率を取ったグラフに表したところ、接合部の観察結果が「○」であったもの(実施例11〜14)と、「×」であったもの(比較例15〜22)とは、前記実施例1〜5及び比較例1〜8と同様に、前記グラフ上において、α=−8.08×10−6×P+0.0159で表される直線によって区分することができ、前記直線にて区分された領域の内、接合部の観察結果が「○」であったものが存在する方の領域は、α>−8.08×10−6×P+0.0159で表される領域であった。
SiC粉末及び金属Si粉末を所定の質量割合で混合し、これに造孔材、有機バインダー、界面活性剤及び水を添加して、可塑性の坏土を得た。この坏土を押出成形し、乾燥させてハニカム状成形体を得た。このハニカム状成形体に対し、その両端面が相補的な市松模様を呈するように、各セルの一端部に目封止部を形成した。すなわち、隣接するセルが、互いに反対側の端部で封じられるように目封止部の形成を行った。目封止部の材料には、ハニカム状成形体と同じ材料を用いた。こうして目封止部を形成し、乾燥させた後、ハニカム状成形体を、大気雰囲気中、約400℃で脱脂し、更に、Ar雰囲気において約1450℃で焼成して、成形体中のSiC粒子をSiで結合させることにより、表4に示すような気孔率、平均細孔径、外壁表面の局部山頂の平均間隔S、算術平均表面粗さRa及びS/Raを有し、隔壁の厚さが12mil(305μm)、セル形状が正方形、セル密度が約46.5セル/cm2(300セル/平方インチ)、断面が一辺35mmの正方形、軸方向の長さが152mmである四角柱状のハニカムセグメントのベース基材を得た。なお、ベース基材の気孔率、平均細孔径、外壁表面の局部山頂の平均間隔S、算術平均表面粗さRa、S/Raの値の調節は、主に坏土の原料に用いたSiC粉末、金属Si粉末及び造孔材の粒子径分布及び量を調節することにより行った。具体的には、平均粒径15μmのSiC粉末を65質量%、平均粒径6μmの金属Si粉末を16質量%、平均粒径30μmの造孔材を19質量%の割合で混合し、3.1μmのRaと、49μmのSを得た。
図17に示すように、表4に示す結果に基づいて、実施例15〜21及び比較例23〜30を、横軸にせん断強度、縦軸に熱拡散率を取ったグラフに表したところ、接合部の観察結果が「○」であったもの(実施例15〜21)と、「×」であったもの(比較例23〜30)とは、前記実施例1〜5及び比較例1〜8と同様に、前記グラフ上において、α=−8.08×10−6×P+0.0159で表される直線によって区分することができ、前記直線にて区分された領域の内、接合部の観察結果が「○」であったものが存在する方の領域は、α>−8.08×10−6×P+0.0159で表される領域であった。
SiC粉末及び金属Si粉末を所定の質量割合で混合し、これに造孔材、有機バインダー、界面活性剤及び水を添加して、可塑性の坏土を得た。この坏土を押出成形し、乾燥させてハニカム状成形体を得た。このハニカム状成形体に対し、その両端面が相補的な市松模様を呈するように、各セルの一端部に目封止部を形成した。すなわち、隣接するセルが、互いに反対側の端部で封じられるように目封止部の形成を行った。目封止部の材料には、ハニカム状成形体と同じ材料を用いた。こうして目封止部を形成し、乾燥させた後、ハニカム状成形体を、大気雰囲気中、約400℃で脱脂し、更に、Ar雰囲気において約1450℃で焼成して、成形体中のSiC粒子をSiで結合させることにより、表5に示すような気孔率、平均細孔径、外壁表面の局部山頂の平均間隔S、算術平均表面粗さRa及びS/Raを有し、隔壁の厚さが12mil(305μm)、セル形状が正方形、セル密度が約46.5セル/cm2(300セル/平方インチ)、断面が一辺35mmの正方形、軸方向の長さが152mmである四角柱状のハニカムセグメントのベース基材を得た。なお、ベース基材の気孔率、平均細孔径、外壁表面の局部山頂の平均間隔S、算術平均表面粗さRa、S/Raの値の調節は、主に坏土の原料に用いたSiC粉末、金属Si粉末及び造孔材の粒子径分布及び量を調節することにより行った。具体的には、平均粒径15μmのSiC粉末を63質量%、平均粒径6μmの金属Si粉末を16質量%、平均粒径50μmの造孔材を21質量%の割合で混合し、8μmのRaと、100μmのSを得た。
図18に示すように、表5に示す結果に基づいて、実施例22及び23並びに比較例31及び32を、横軸にせん断強度、縦軸に熱拡散率を取ったグラフに表したところ、接合部の観察結果が「○」であったもの(実施例22及び23)と、「×」であったもの(比較例31及び32)とは、前記実施例1〜5及び比較例1〜8と同様に、前記グラフ上において、α=−8.08×10−6×P+0.0159で表される直線によって区分することができ、前記直線にて区分された領域の内、接合部の観察結果が「○」であったものが存在する方の領域は、α>−8.08×10−6×P+0.0159で表される領域であった。
図19は、図14〜18をまとめて1つのグラフ上に表したものであり、この図より、α=−8.08×10−6×P+0.0159で表される直線を境界線として、この直線より上側にあるもの、すなわち、Pとαとがα>−8.08×10−6×P+0.0159の関係を満たすハニカム構造体は、隣接するセグメント間の接合部の破断や剥離が生じにくく、優れた耐熱衝撃性を発揮することがわかる。
Claims (3)
- 流体の入口側となる入口側端面と、流体の出口側となる出口側端面と、当該2つの端面の外周部を繋ぐ外壁と、当該外壁の内側において前記2つの端面間に多孔質体の隔壁によって区画形成された、流体の流路となる複数のセルとを有し、所定の前記セルの開口部を前記入口側端面で目封止するとともに、残余の前記セルの開口部を前記出口側端面で目封止する目封止部を備えたハニカム形状のセグメントの複数個が、無機粒子を含む接合材にて前記外壁同士が接合されることにより一体化されてなるハニカム構造体であって、
前記ハニカム構造体より、隣接する2本のセグメントを接合材で接合された状態のまま切り出してせん断強度測定用の試料とし、当該試料の一方のセグメントを固定し、もう一方のセグメントに対してセルの貫通方向から荷重をかけることにより測定されたせん断強度をP(単位:kPa)とし、
前記ハニカム構造体より、接合材とそれにより接合されている隣接するセグメントの外壁部分とを接合された状態のまま切り出して熱拡散率測定用の試料とし、当該試料についてレーザーフラッシュ法により測定された熱拡散率をα(単位:cm2/s)としたとき、
Pとαとが下式(1)の関係を満たすハニカム構造体。
α>−8.08×10−6×P+0.0159 (1) - 前記入口側端面の開口率が、前記出口側端面の開口率より大きい請求項1に記載のハニカム構造体。
- 前記隔壁に触媒成分が担持された請求項1又は2に記載のハニカム構造体。
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