JP7325473B2 - 多孔質ハニカム構造体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
・特許文献1には、捕集効率を向上させるために細孔径40μm以上の細孔容積を減らすことが望ましいと記載されている。しかしながら、細孔径40μm以上の細孔は僅かであっても、捕集性能が有意に低下する。
・特許文献1には、細孔径15μm以下の細孔容積が少ないことが良いと記載されているが、PM捕集に対して細孔径10μm以下の細孔は非常に有効であるためむしろ積極的に存在していることが好ましい。
・特許文献2には、結合材の表面積に対する骨材と結合材との接触面積の割合を60%以下に制御している。特許文献2には、当該構成により細孔同士の連通性が向上すると記載されている。しかしながら、当該接触面積の割合を減らすことは低圧力損失に寄与するものの、高強度化に対しては改善の余地がある。
・結合材の質量割合を増やすと強度が向上する反面、小細孔が潰れてPM捕集性能が低下する。そこで、PM捕集性能に寄与する小細孔を維持するため、接触面積を減らす以外の方策で圧力損失の上昇を抑えることが好ましい。
[1]
多孔質ハニカム構造体であって、
多孔質ハニカム構造体の内部を通過し、多孔質隔壁によって区画される複数のセルチャンネルを有し、
多孔質隔壁は、骨材及び結合材を含む骨格部と、前記骨格部の間に形成され且つ流体が流通可能な気孔部とを備え、
多孔質隔壁は、水銀圧入法により測定される気孔率が40~48%であり、水銀圧入法により測定される体積基準の気孔径累積分布において、大きい気孔側からの累積50%気孔径(D50)が6~10μm、走査電子顕微鏡で観察される最大気孔径が40μm以下であり、且つ、走査電子顕微鏡で観察される前記結合材の表面積に対する前記骨材と前記結合材との接触面積の割合が61~80%である、
多孔質ハニカム構造体。
[2]
多孔質隔壁は、水銀圧入法により測定される体積基準の気孔径頻度分布において、全気孔容積に対する気孔径が7~9μmの気孔の容積率が40~60%である[1]に記載の多孔質ハニカム構造体。
[3]
ASTM E1530に準拠した定常法熱伝導率測定器で測定される50℃における熱伝導率が、11W/(m・K)以上である[1]又は[2]に記載の多孔質ハニカム構造体。
[4]
[1]~[3]の何れか一項に記載の多孔質ハニカム構造体の製造方法であって、
骨材、結合材、有機造孔材、バインダ及び分散媒を含有する坏土を成形することで得られるハニカム成形体であって、当該ハニカム成形体の内部を通過し、隔壁によって区画される複数のセルチャンネルを有するハニカム成形体を得る工程と、
前記ハニカム成形体を焼成する工程と、
を含み、
有機造孔材は、ハニカム成形体中で骨材及び結合材の合計100質量部に対して5~13質量部含まれ、レーザー回折・散乱法により測定される体積基準の粒度累積分布において、小粒子側からの累積50%粒子径(D50)が4~12μmの範囲であり、粒子径が20μm以上の粒子の占める割合が5体積%以下であり、
骨材は、ハニカム成形体中で骨材及び結合材の合計100質量部に対して75~85質量部含まれ、レーザー回折・散乱法により測定される体積基準の粒度累積分布において、小粒子側からの累積50%粒子径(D50)が15~24μmの範囲であり、粒子径が30μm以上の粒子の占める割合が20体積%以下である、
製造方法。
本発明の一実施形態に係る多孔質ハニカム構造体について説明する。本実施形態に係る多孔質ハニカム構造体は、燃焼装置、典型的には車両に搭載されるエンジンからの排ガスラインに装着されるススを捕集するDPF(Diesel Particulate Filter)及びGPF(Gasoline Particulate Filter)等の集塵フィルタとして使用可能である。本実施形態に係るハニカム構造体は、例えば、排気管内に設置することができる。
多孔質隔壁は、圧力損失の増大を抑制するという観点から、水銀圧入法により測定される気孔率の下限が40%以上であることが好ましく、41%以上であることがより好ましく、42%以上であることが更により好ましく、43%以上であることが最も好ましい。また、多孔質隔壁は、強度を確保するという観点から、水銀圧入法により測定される気孔率の上限が48%以下であることが好ましく、47%以下であることがより好ましく、46%以下であることが更により好ましく、45%以下であることが最も好ましい。従って、多孔質隔壁は、水銀圧入法により測定される気孔率が例えば40~48%であることが好ましく、41~47%であることがより好ましく、42~46%であることが更により好ましい。本明細書において「気孔率」は、JIS R1655:2003に規定される水銀圧入法によって測定される。また、気孔率は、多孔質ハニカム構造体の複数箇所から多孔質隔壁の試料を採取して測定したときの平均値を測定値とする。
多孔質隔壁は、圧力損失上昇抑制の観点から、水銀圧入法により測定される体積基準の気孔径累積分布における大きい気孔側からの累積50%気孔径(D50)の下限が6μm以上であることが好ましく、6.5μm以上であることがより好ましく、7μm以上であることが更により好ましい。また、多孔質隔壁は、捕集効率を高めるという観点から、水銀圧入法により測定される体積基準の気孔径累積分布における大きい気孔側からの累積50%気孔径(D50)の上限が10μm以下であることが好ましく、9.5μm以下であることがより好ましく、9μm以下であることが更により好ましい。従って、多孔質隔壁は、水銀圧入法により測定される体積基準の気孔径累積分布における大きい気孔側からの累積50%気孔径(D50)が例えば6~10μmであることが好ましく、7.5~9.5μmであることがより好ましく、7~9μmであることが更により好ましい。本明細書において「大きい気孔側からの累積50%気孔径(D50)」は、JIS R1655:2003に規定される水銀圧入法によって測定される体積基準の気孔径累積分布から求められる。また、「大きい気孔側からの累積50%気孔径(D50)」は、多孔質ハニカム構造体の複数箇所から多孔質隔壁の試料を採取して測定したときの平均値を測定値とする。
多孔質隔壁は、捕集効率を高めるという観点から、走査電子顕微鏡で観察される最大気孔径の上限が40μm以下であることが好ましく、35μm以下であることがより好ましく、30μm以下であることが更により好ましい。多孔質隔壁において、走査電子顕微鏡(SEM)で観察される最大気孔径の下限は特に制限はない。上述した累積50%気孔径(D50)が適切な範囲であれば自ずと最大気孔径も適切な値に落ち着くからである。例示的には、走査電子顕微鏡で観察される最大気孔径の下限は典型的には15μm以上であり、より典型的には20μm以上である。従って、多孔質隔壁は、走査電子顕微鏡で観察される最大気孔径が例えば15~40μmであることが好ましく、20~35μmであることがより好ましい。
a)多孔質ハニカム構造体から、セルチャンネルの延びる方向と直交する方向の切断面を有する多孔質隔壁の試験片を切り出す。
b)試験片を当該切断面が露出するように樹脂に埋設した後、この切断面を自動研磨機(全体荷量方式)を使用して表面研磨する。研磨剤としては、粒径9μmのダイヤモンドスラリー、粒径3μmのダイヤモンドスラリー、粒径1μmのダイヤモンドスラリー、粒径0.08μmのコロイダルシリカを順に使用する。研磨剤の粒径は、ISO 13320:2020(粒径解析-レーザ回折法)により測定される体積基準の累積50%粒子径(D50)である。得られた研磨面を走査電子顕微鏡(SEM)を用いて観察する(倍率500倍、一視野の大きさ240μm×300μm)(図3参照)。
c)当該切断面のSEM画像において、気孔部に包含されることのできる最大の内接円を描き、その直径を測定する。当該直径を当該試験片における最大気孔径と定義する。そして、多孔質隔壁全体の最大気孔径は、多孔質ハニカム構造体の3箇所以上から多孔質隔壁の試験片を採取して測定したときの平均値を測定値とする。
多孔質隔壁は、強度を確保するという観点から、走査電子顕微鏡で観察される結合材の表面積に対する骨材と結合材との接触面積の割合の下限が61%以上であることが好ましく、63%以上であることがより好ましく、65%以上であることが更により好ましく、68%以上であることが更により好ましい。当該接触面積の割合が高いことで、熱伝導率を高めることができるという効果も得られる。多孔質ハニカム構造体の熱伝導率が高いことで、多孔質ハニカム構造体中に捕集したPMをフィルタ再生のために燃焼除去する際の除去性能を向上させることができる。また、多孔質隔壁は、圧力損失上昇を抑制するという観点から、走査電子顕微鏡で観察される結合材の表面積に対する骨材と結合材との接触面積の割合の上限が80%以下であることが好ましく、77%以下であることがより好ましく、75%以下であることがより好ましく、72%以下であることが更により好ましい。従って、多孔質隔壁は、走査電子顕微鏡で観察される結合材の表面積に対する骨材と結合材との接触面積の割合が例えば、61~80%であることが好ましく、63~77%であることがより好ましく、65~75%であることが更により好ましく、68~72%であることが更により好ましい。
a)多孔質ハニカム構造体から、セルチャンネルの延びる方向と直交する方向の切断面を有する多孔質隔壁の試験片を切り出す。
b)試験片を当該切断面が露出するように樹脂に埋設した後、この切断面を自動研磨機(全体荷量方式)を使用して表面研磨する。研磨剤としては、粒径9μmのダイヤモンドスラリー、粒径3μmのダイヤモンドスラリー、粒径1μmのダイヤモンドスラリー、粒径0.08μmのコロイダルシリカを順に使用する。研磨剤の粒径は、ISO 13320:2020(粒径解析-レーザ回折法)により測定される体積基準の累積50%粒子径(D50)である。得られた研磨面をSEM(走査電子顕微鏡)を用いて観察する(倍率500倍、一視野の大きさ240μm×300μm)(図3参照)。
c)SEM観察により得られたSEM画像の画像解析を行う。画像解析は、得られたSEM画像を基にして、骨材と結合材との接触部の曲線、及び結合材の外縁部の曲線の長さをそれぞれ測定し、骨材と結合材との接触部の曲線を「骨材と結合材との接触面積」、結合材の外縁部の曲線の長さを「結合材の表面積」とそれぞれ推定する。空隙と骨材と結合材はSEM画像上で明度に違いがあるため識別可能であり、空隙を除いた後、骨材と結合材を二値化処理し、両者の境界線(接触部)の抽出を行うことで、骨材と結合材との接触部の曲線、及び結合材の外縁部の曲線の長さを測定可能である。必要に応じてXPS等で元素分析してもよい。そして、「骨材と結合材との接触部の曲線の長さ(=骨材と結合材との接触面積)/結合材の外縁部の曲線の長さ(=結合材の表面積)×100(%)」によって、当該試験片における前記接触面積の割合を算出する。そして、多孔質隔壁全体の前記接触面積の割合は、多孔質ハニカム構造体の3箇所以上から多孔質隔壁の試験片を採取して測定したときの平均値を測定値とする。
より好ましい一実施形態においては、多孔質隔壁は、水銀圧入法により測定される気孔率が41~47%であり、水銀圧入法により測定される体積基準の気孔径累積分布において、大きい気孔側からの累積50%気孔径(D50)が6.5~9.5μm、走査電子顕微鏡で観察される最大気孔径が35μm以下であり、且つ、走査電子顕微鏡で観察される前記結合材の表面積に対する前記骨材と前記結合材との接触面積の割合が63~77%である。
更により好ましい一実施形態においては、多孔質隔壁は、水銀圧入法により測定される気孔率が42~46%であり、水銀圧入法により測定される体積基準の気孔径累積分布において、大きい気孔側からの累積50%気孔径(D50)が7~9μm、走査電子顕微鏡で観察される最大気孔径が30μm以下であり、且つ、走査電子顕微鏡で観察される前記結合材の表面積に対する前記骨材と前記結合材との接触面積の割合が65~75%である。
上述した気孔率、累積50%気孔径(D50)、最大気孔径、及び結合材の表面積に対する骨材と結合材との接触面積の割合に加えて、多孔質隔壁の水銀圧入法により測定される体積基準の気孔径頻度分布における全気孔容積に対する気孔径が7~9μmの気孔の容積率を所定範囲に制御することが好ましい。具体的には、多孔質隔壁は、捕集効率を高めるという観点から、水銀圧入法により測定される体積基準の気孔径頻度分布における全気孔容積に対する気孔径が7~9μmの気孔の容積率の下限が40%以上であることが好ましく、45%以上であることがより好ましく、50%以上であることが更により好ましい。また、多孔質隔壁は、圧力損失の増大を抑制するという観点から、水銀圧入法により測定される体積基準の気孔径頻度分布における全気孔容積に対する気孔径が7~9μmの気孔の容積率の上限が60%以下であることが好ましく、55%以下であることがより好ましい。
先述したように、本発明の一実施形態に係る多孔質ハニカム構造体の多孔質隔壁においては、結合材の表面積に対する骨材と結合材との接触面積の割合が高い。この結果、優れた熱伝導率を示すことが可能となる。例えば、ASTM E1530に準拠した定常法熱伝導率測定器で測定される50℃における熱伝導率が、11W/(m・K)以上であることが好ましく、15W/(m・K)以上であることがより好ましく20W/(m・K)以上であることが更により好ましい。当該熱伝導率は高い方が好ましく、上限は特に設定されないが、一実施形態においては、30W/(m・K)以下であり、典型的には25W/(m・K)以下である。また、熱伝導率は、多孔質ハニカム構造体の複数箇所から多孔質隔壁の試料を採取して測定したときの平均値を測定値とする。
本発明の一実施形態に係る多孔質ハニカム構造体は、例えば以下の工程を含む製造方法によって製造可能である。
(1)骨材、結合材、有機造孔材、バインダ及び分散媒を含有する坏土を成形することで得られるハニカム成形体であって、当該ハニカム成形体の内部を通過し、隔壁によって区画される複数のセルチャンネルを有するハニカム成形体を得る工程。
(2)前記ハニカム成形体を焼成する工程。
接触面積率を高めること及び累積50%気孔径を小径にすることを両立するという理由から、骨材は、ハニカム成形体中で骨材及び結合材の合計100質量部に対して75~85質量部含まれることが好ましく、76~84質量部含まれることがより好ましく、77~83質量部含まれることが更に好ましい。
また、最大気孔径低減の理由から、骨材は、レーザー回折・散乱法(ISO 13320:2020に準拠)により測定される体積基準の粒度累積分布において、粒子径が30μm以上の粒子の占める割合が20体積%以下であることが好ましく、15体積%以下であることがより好ましく、10体積%以下であることが更により好ましい。骨材について、粒子径が30μm以上の粒子の占める割合の下限は特に設定されず、0体積%でもよい。
気孔率確保の理由から、有機造孔材は、ハニカム成形体中で骨材及び結合材の合計100質量部に対して5~13質量部含まれることが好ましく、6~12質量部含まれることがより好ましく、7~11質量部含まれることが更に好ましい。
また、小気孔径化の理由から、有機造孔材は、レーザー回折・散乱法(ISO 13320:2020に準拠)により測定される体積基準の粒度累積分布において、小粒子側からの累積50%粒子径(D50)が4~12μmの範囲であることが好ましく、5~11μmの範囲であることがより好ましく、6~10μmの範囲であることが更により好ましい。
また、最大気孔径低減の理由から、有機造孔材は、レーザー回折・散乱法(ISO 13320:2020に準拠)により測定される体積基準の粒度累積分布において、粒子径が20μm以上の粒子の占める割合が5体積%以下であることが好ましく、3体積%以下であることがより好ましく、2体積%以下であることが更により好ましい。有機造孔材について、粒子径が20μm以上の粒子の占める割合の下限は特に設定されず、0体積%でもよい。
(1.多孔質ハニカム構造体の作製)
表1に示す試験番号に応じて、種々の粒度分布をもつ骨材(炭化珪素粉末)を用意した。これらの骨材のレーザー回折・散乱法(ISO 13320:2020に準拠)により測定される体積基準の粒度累積分布における小粒子側からの累積50%粒子径(D50)と、これらの骨材のレーザー回折・散乱法(ISO 13320:2020に準拠)により測定される体積基準の粒度累積分布において、粒子径が30μm以上の粒子の占める割合を、粒度分布測定装置(HORIBA社製:LA-960)を用いて測定した。測定に当たっては、装置のマニュアルに従い、サンプル(10mg~5g)を水溶媒(約180mL)に入れ、波長650nmのレーザー光を約5mWの出力で照射したときの透過率が80~95%となるように、超音波分散動作時間、超音波強度、循環ポンプ速度を調整した。結果を表1に示す。
全体形状:縦36mm×横約36mm×高さ約152mmの四角柱状(直方体状)
セルの流路方向に垂直な断面におけるセル形状:正方形
セル密度(単位断面積当たりのセルの数):46セル/cm 2
隔壁厚:178μm(口金の仕様に基づく公称値)
上記の製法で得られた各試験番号に係る多孔質ハニカム構造体から、先述した手順に従い、多孔質隔壁の試験片を切り出して、走査電子顕微鏡(SEM)(日立ハイテク社製の型式TM3030Plus)により切断面を観察し、結合材の表面積に対する骨材と結合材との接触面積の割合を測定した。多孔質隔壁全体の当該接触面積の割合は、多孔質ハニカム構造体の5箇所から偏りなく多孔質隔壁の試験片を採取して測定したときの平均値を測定値とした。結果を表2に示す。
上記の製法で得られた各試験番号に係る多孔質ハニカム構造体の多孔質隔壁について、水銀ポロシメータ(マイクロメリティクス社製オートポアIV9500)を用いて、JIS R1655:2003に規定される水銀圧入法により、体積基準の気孔径累積分布における大きい気孔側からの累積50%気孔径(D50)を測定した。水銀ポロシメータによる測定は、多孔質ハニカム構造体の高さ方向中央部の中心付近と外周付近の2か所から試料(縦×横×高さ=約10mm×約10mm×約15mmの直方体)をそれぞれ採取して行い、その平均値を測定値とした。結果を表2に示す。
上記の製法で得られた各試験番号に係る多孔質ハニカム構造体の多孔質隔壁について、先述した手順に従い、試験片を切り出して、走査電子顕微鏡(SEM)(日立ハイテク社製の型式TM3030Plus)により切断面を観察し、最大気孔径を測定した。結果を表2に示す。最大気孔径は、多孔質ハニカム構造体の5箇所から偏りなく多孔質隔壁の試験片を採取して測定したときの平均値を測定値とした。
上記の製法で得られた各試験番号に係る多孔質ハニカム構造体の多孔質隔壁について、水銀ポロシメータ(マイクロメリティクス社製オートポアIV9500)を用いて、JIS R1655:2003に規定される水銀圧入法により、気孔率を測定した。測定条件は、気孔率は、全気孔容積(mL/g)及びハニカム構造体の真密度(g/mL)を用いて、下記式によって算出した。気孔率=全気孔容積/(全気孔容積+1/ハニカム構造体の真密度)×100(%)とした。ハニカム構造体の真密度は、骨材と結合材の質量割合及びそれぞれの真密度から求めた。水銀ポロシメータによる測定は、多孔質ハニカム構造体の高さ方向中央部の中心付近と外周付近の2か所から試料(縦×横×高さ=約10mm×約10mm×約15mmの直方体)をそれぞれ採取して行い、その平均値を測定値とした。結果を表2に示す。
上記の製法で得られた各試験番号に係る多孔質ハニカム構造体の多孔質隔壁について、水銀ポロシメータ(マイクロメリティクス社製オートポアIV9500)を用いて、JIS R1655:2003に規定される水銀圧入法により、体積基準の気孔径頻度分布における全気孔容積に対する気孔径が7~9μmの気孔の容積率を測定した。水銀ポロシメータによる測定は、多孔質ハニカム構造体の高さ方向中央部の中心付近と外周付近の2か所から試料(縦×横×高さ=約10mm×約10mm×約15mmの直方体)をそれぞれ採取して行い、その平均値を測定値とした。結果を表2に示す。
上記の製法で得られた各試験番号に係る多孔質ハニカム構造体の多孔質隔壁について、ASTM E1530に準拠した定常法熱伝導率測定器(アドバンス理工社製型式GH-1S)を用いて、50℃における熱伝導率を測定した。熱伝導率の測定は、多孔質ハニカム構造体の高さ方向中央部の3か所から試料(縦×横×高さ=約36mm×約36mm×約20mmの直方体)をそれぞれ採取して行い、その平均値を測定値とした。結果を表3に示す。
上記の製法で得られた各試験番号に係る多孔質ハニカム構造体をそれぞれ16個用意した。これらを接合材を介して側面同士で接合して一体化し、縦4個×横4個の多孔質ハニカム構造体を接合した。次に、外部から圧力を加えることにより、多孔質ハニカム構造体同士を圧着させた後、140℃で2時間乾燥させて接合体を得た。次に、得られた接合体のセルが延びる方向に直交する断面が円形となるように、接合体の外周を切削加工した。次に、その加工面に接合材と同じ組成の外周コーティング材を塗布した後、700℃で2時間乾燥させて外周コート層を形成し、直径144mm×高さ約152mmの円柱状の排ガス浄化装置を得た。
作製した排ガス浄化装置を、2.0L直噴ガソリンエンジン車両のエンジン排気マニホルドの出口側に接続して、排ガス浄化装置の流出口から排出されるガスに含まれる煤の個数を、PN測定方法によって測定した。「PN測定方法」とは、国際連合(略称UN)の欧州経済委員会(略称ECE)における自動車基準調和世界フォーラム(略称WP29)の排出ガスエネルギー専門家会議(略称GRPE)による、粒子測定プログラム(略称PMP)によって提案された測定方法のことである。なお、具体的には、煤の個数判定においては、WLTC(Worldwide harmonized Light duty Test Cycle)モード走行後に排出された煤の個数累計を、判定対象となる排ガス浄化装置の煤の個数とした。測定した煤の個数の値について、以下の評価基準で評価を行った。評価A~Cを合格とする。結果を表3に示す。
評価A:煤の個数が、4.0×1010未満の場合。
評価B:煤の個数が、4.0×1010以上、5.0×1010未満の場合。
評価C:煤の個数が、5.0×1010以上、6.0×1010未満の場合。
評価D:煤の個数が、6.0×1010以上の場合。
まず、スートジェネレーターにより発生させたススを上記と同様の手順で作製した各試験番号に係る排ガス浄化装置に3g/L堆積させた。その後、ススを堆積させた状態の多排ガス浄化装置に2.3mm3/分の空気を流し、そのときの圧力差(圧力損失)を測定し、スス付き圧力損失とした。測定した圧力損失の値について、以下の評価基準で評価を行った。評価A~Cを合格とする。結果を表3に示す。
評価A:圧力損失が、5.0kPa未満の場合。
評価B:圧力損失が、5.5kPa未満、5.0kPa以上の場合。
評価C:圧力損失が、6.0kPa未満、5.5kPa以上の場合。
評価D:圧力損失が、6.0kPa以上の場合。
上記と同様の手順で作製した各試験番号に係る排ガス浄化装置にバーナーで加熱した空気を流すことで中心部分と外側部分との間に温度差をつくり、排ガス浄化装置を構成する多孔質ハニカム構造体の耐熱衝撃性を評価する急速加熱試験(バーナースポーリング試験)によってクラック臨界温度(ハニカム構造体の両底面部にクラックが発生しない最高温度)を求めた。試験温度(加熱した空気の温度)は、900℃、1000℃、1100℃として順次行った。そして、試験後のハニカム構造体のクラックの発生状況を観察した。評価基準は、試験温度1100℃でもクラックが発生しない場合を◎とし、試験温度1000℃ではクラックが発生しないが、試験温度1100℃ではクラックが発生した場合を〇とし、試験温度900℃ではクラックが発生しないが、試験温度1000℃ではクラックが発生した場合を△とし、試験温度900℃でクラックが発生した場合を×とした。また、クラック臨界温度は、900℃以上(評価結果が、△、〇及び◎)であれば実用上問題がないため、合格とする。結果を表3に示す。
表3の結果から分かるように、実施例1~6は、PMを含有するガスを流したときの圧力損失が低い(A評価、B評価又はC評価)にもかかわらず、高い強度(△、〇又は◎)及び高い捕集効率(A評価、B評価又はC評価)を実現できていた。更に、実用的な熱伝導率も有していた。一方、比較例1~8は、スス捕集、圧力損失、及びロバストの何れかの観点で不合格であり、実施例1~6に対して実用性に劣るものであった。
102 :外周側壁
103 :側面
104 :第一底面
106 :第二底面
108a :第1セル
108b :第2セル
109 :目封止部
112 :多孔質隔壁
117 :接合材
Claims (4)
- 多孔質ハニカム構造体であって、
多孔質ハニカム構造体の内部を通過し、多孔質隔壁によって区画される複数のセルチャンネルを有し、
多孔質隔壁は、骨材及び結合材を含む骨格部と、前記骨格部の間に形成され且つ流体が流通可能な気孔部とを備え、
多孔質隔壁は、水銀圧入法により測定される気孔率が40~48%であり、水銀圧入法により測定される体積基準の気孔径累積分布において、大きい気孔側からの累積50%気孔径(D50)が6~10μm、走査電子顕微鏡で観察される最大気孔径が40μm以下であり、且つ、走査電子顕微鏡で観察される前記結合材の表面積に対する前記骨材と前記結合材との接触面積の割合が61~80%である、
多孔質ハニカム構造体。 - 多孔質隔壁は、水銀圧入法により測定される体積基準の気孔径頻度分布において、全気孔容積に対する気孔径が7~9μmの気孔の容積率が40~60%である請求項1に記載の多孔質ハニカム構造体。
- ASTM E1530に準拠した定常法熱伝導率測定器で測定される50℃における熱伝導率が、11W/(m・K)以上である請求項1又は2に記載の多孔質ハニカム構造体。
- 請求項1~3の何れか一項に記載の多孔質ハニカム構造体の製造方法であって、
骨材、結合材、有機造孔材、バインダ及び分散媒を含有する坏土を成形することで得られるハニカム成形体であって、当該ハニカム成形体の内部を通過し、隔壁によって区画される複数のセルチャンネルを有するハニカム成形体を得る工程と、
前記ハニカム成形体を焼成する工程と、
を含み、
有機造孔材は、ハニカム成形体中で骨材及び結合材の合計100質量部に対して5~13質量部含まれ、レーザー回折・散乱法により測定される体積基準の粒度累積分布において、小粒子側からの累積50%粒子径(D50)が4~12μmの範囲であり、粒子径が20μm以上の粒子の占める割合が5体積%以下であり、
骨材は、ハニカム成形体中で骨材及び結合材の合計100質量部に対して75~85質量部含まれ、レーザー回折・散乱法により測定される体積基準の粒度累積分布において、小粒子側からの累積50%粒子径(D50)が15~24μmの範囲であり、粒子径が30μm以上の粒子の占める割合が20体積%以下である、
製造方法。
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|---|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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