JPH01192764A - 炭化ケイ素質ハニカム構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、炭化ケイ素質ハニカム構造体の製造方法に関
する。

［従来の技術］ 薄い隔壁を介して蜂の巣状に連なる無数の貫通孔の一方
の端面を、例えば縦横−つおきに栓材を充填し封止し、
この封止した貫通孔に隣接している貫通孔の他端面に栓
材を充填し封止した多孔質隔壁からなるセラミック質の
Ｉ＼ニカム構造体は、自動車のディーゼルエンジンを初
めとする各種燃焼機器の排ガス中に含まれる微粒炭素を
捕集・濾過して除去する排ガス浄化装置として知られて
いる。

かかるハニカム構造体の製造方法には、従来法のような
方法が知られている０例えば、焼結可能な無機質粒子で
、可塑性を有するセラミック薄板を作り、これを波付け
して別のセラミック薄板とともにハニカム状に組み立て
て焼成する方法、パイプを押出し成形して結束し、焼結
して一体構造とする方法、有機質バインダーを含んだ可
塑性を有するセラミック混線物を所望する形状になるよ
うに設計されたダイスより押出し一体構造となした後乾
燥焼成することによってハニカム構造体とする方法、あ
るいは有機質担体で、／％ニカム原型を作りセラミック
質の泥漿を塗布含浸し焼成する方法などである。

［発明が解決しようとする課題］ 上記した製造方法は、いずれも通常、セラミック粉末よ
りなる混合物中に、該混合物に可塑性を与えるために媒
液を加え可塑性混合物と成し、ハニカム状の生成形体に
成形して、焼成する前に媒液を乾燥除去するという処理
を施している。

しかしながら、かかる媒液を乾燥除去する際に、ハニカ
ム状の成形体の表面すなわち貫通孔の開口部を有する両
端面および外側面が成形体の内部に比し乾燥し易いため
、乾燥収縮が生じ、成形体の表面から内部に向かって亀
裂を生じてしまい、上記したような排ガス浄化装置とし
て用いても、排ガス中に含まれる微粒炭素、を捕集除去
するための濾過機能が著しく劣ってしまうという問題が
ある。

このような問題を解決する手段として、コージェライト
を主成分とするハニカム構造体にあっては、一般に、上
記乾燥処理を行う際にマイクロ波によって加熱すること
により、ハニカム状の生成形体の内部も表面と均一に加
熱乾燥を行って亀裂を防止するいう方法が用いられてい
る。

これに対し、炭化ケイ素を主成分とするハニカム構造体
は、コージェライトを主成分とするハニカム構造体より
も耐熱性等の点において優れた特性を示すが、炭化ケイ
素を主成分とするハニカム構造体にあっては、マイクロ
波を加熱源として乾燥処理を行っても、炭化ケイ素自体
が半導体特性を有するためマイクロ波を吸収して自己発
熱を起こし、マイクロ波が生成形体の内部まで届かず、
その結果、成形体の表面から乾燥が進行して収縮を生じ
成形体に亀裂が発生してしまうという問題があった。

したがって、炭化ケイ素を主成分とするハニカム構造体
を製造する際における媒液の乾燥除去方法としては、生
成形体を恒温恒湿下におき除々に乾燥するという方法が
用いられているが、該方法は乾燥に極めて長い時間を要
するため生産性の点で問題があった。

また、生成形体を減圧下におき加熱乾燥する方法もある
が、この場合であっても、熱が成形体の内部まで伝導せ
ず、依然として成形体の表面より乾燥収縮が生じるとい
う問題があった。

さらに、上記減圧下における乾燥方法において、加熱せ
ず乾燥することも行われていたがこの場合にも除々に乾
燥しなければならないため、極めて長い乾燥時間を必要
とするという問題があった。

本発明は、かかる問題点を解消し、生成形体から媒液を
除去するための乾燥処理を短時間で、しかも、生成形体
に亀裂を生じさせることなく、かつ、高精度の濾過機能
を有する炭化ケイ素質ハニカム構造体を得ることができ
る製造方法の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の炭化ケイ素質ハニカム構造体の製造方法は、主
として炭化ケイ素粉末を出発原料とし必要に応じて結晶
成長用助剤を添加し、次に成形用結合剤および媒液、並
びに必要に応じて分散剤を添加してなる可塑性混合物を
、ハニカム状の生成形体と成し、次いで、該生成形体の
貫通孔の開口部を有する端面を除く外側面に気密性を有
する膜を密着被覆させた後該生成形体を乾燥させて該生
成形体に含まれる媒液を乾燥除去し、さらに該生成形体
を焼成することを特徴とする。

出発原料として用いる炭化ケイ素の結晶系には、α型、
β型及び非晶質のものがあるが１本発明の出発原料とし
てはそのいずれか、またはそれらのいずれか２成分以上
の混合物・を使用してもよい。

また、必要に応じて添加される結晶成長用助剤としては
、アルミニウム、ホウ素、鉄、炭素等を挙げることがで
きる。

さらに、成形用結合剤としては、メチルセルロース、ポ
リビニルアルコール、水ガラス等を。

媒液としては、シクロヘキサン、ベンゼン、メタノール
、エタノール、トルエン、水等ヲ、必要ニ応じて°添加
される分散剤としては、エチレングリコール、デキスト
リン、各種界面活性剤等を、それぞれ挙げることができ
るが特に特定されるものではない。

なお、媒液は、上記可塑性混合物中の空間を除いた容積
に占める割合が５〜３０容量％であることが好ましい、
その理由は、３０容量％を超えると、混合物が流動性を
有するため成形ができなくなるためである。また、媒液
が除去されることによる生成形体の寸法変化が大きくな
り、生成形体に亀裂が生じることがあるからである。一
方、５容量％未渦の場合には、混合物の可塑性が不十分
となり成形性が著しく劣るからである。なかでも１０〜
２５容量％であることが好適である。

可塑性混合物をハニカム状に成形する方法としては、押
出し成形法、シート成形法、プレス成形法等のいずれの
方法を採用してもよい。

ハニカム状に成形した生成形体の貫通孔の開口部を有す
る端面を除く外側面に気密性を有する膜を密着させて乾
燥するのは、この膜により、外側面から、媒液が気化、
移動することを防ぐことができ、したがって、生成形体
の内部から貫通孔の開口部を通過して気化、移動が行わ
れることになり、短時間で乾燥させても成形体の表面す
なわち外側面が速く乾燥することを防ぐことができるか
らである。

また、乾燥は、どのような圧力条件下においても行うこ
とができる。すなわち、減圧下の場合には、乾燥速度が
速くなり、また生成形体の外側面とその内部とのあいだ
で生じる乾燥速度の差が小さくなり、加圧下の場合には
、乾燥速度は減圧下に比べ劣ることになるが、熱伝導性
は高まるため、加熱しても生成形体の部分による温度差
が小さく、成形体全体が均一に乾燥される。

気密性を有する膜としては、例えば、ポリエチレン、サ
ラン、ホリプロピレン、テフロン、ナイロン等の合成樹
脂膜、あるいはアルミニウム、銅等の金属薄膜を用いる
ことができる。

なお、ここで気密性を有する膜とは、媒液が気化した分
子の透過を防ぐことができる程度の気密性を有する膜を
いう、また、この膜は、ハニカム状の生成形体に良好に
密着するような薄膜であり、厚さはＯ８１層諺以下のも
のが好ましい、さらに、密着する面積としてはハニカム
状生成形体の外側面の面積の９０％以上を被覆するよう
に密着させることが好ましい。

本発明の製造方法によれば、所望する炭化ケイ素質ハニ
カム構造体は、かくして媒液を乾燥除去したハニカム状
の生成形体を、通常は１貫通孔の両端の所望する箇所に
栓材を充填してから焼成して得られることになるが、焼
成条件としては、耐熱性容器に上記生成形体を入れて、
非酸化性雰囲気中で焼成することが好ましい。

その理由は、炭化ケイ素粒子間における炭化ケイ素原子
の蒸発−再凝縮および／または表面拡散による移動を促
進させることができ、ハニカム状構造体が有する貫通孔
の隔壁を炭化ケイ素の板状結晶が複雑な状態で絡み合っ
た構造とし、濾過機能を向上させることができるからで
ある。

生成形体を焼成するための耐熱性容器としては、黒鉛、
ｒＲ化ケイ素、酸化ジルコニウム、炭化タングステン、
炭化チタン、酸化マグネシウム。

炭化モリブデン、モリブデン、炭化タンタル、タンタル
、炭化ジルコニウム、黒鉛−炭化ケイ素複合体の中から
選ばれるいずれか１種からなる容器を使用することがで
きる。これらの容器は後述する焼成温度範囲内で溶融す
ることがないからである。

焼成温度は１８００〜２５００℃とすることが好ましい
、その理由は、１８００℃未満の場合には、炭化ケイ素
粒子の成長が不十分で焼成が不完全となり、高強度の焼
結体を得ることが困難になるためである。また１表面積
が大きくなり酸化量が多くなるためである。一方、２５
００℃を超えると、炭化ケイ素の結晶昇華分解が盛んに
なり、発達した結晶が逆にやせ細ってしまい、高強度の
焼結体を得ることが困難であるからである。

［実施例］ 平均粒子径０．２７ｐ−の炭化ケイ素粉末１００重量部
に、ホウ素０．１重量部、アルミニウム０．１重量部を
添加し、さらに、メチルセルロース粉末を５重量部、縮
合ナフテン酸アンモニウムを０．１重量部、水を２５重
量部添加して、加圧ニーグーにて５時間混合した後、密
封式の容器に入れて１日保管した０次いで、この混合物
を真空脱気を行い、炭化ケイ素が均一に分散された可塑
性混合物を得た。

次いで、押出し成形により、直径２００ｍｍ、長さ１５
０鵬層、１平方インチ当りの貫通孔数２００のハニカム
状の生成形体を得た。得られた生成形体の外側面を、即
座に厚さ５０ＩＬ麿のポリプロピレン製の薄膜で密着す
るように被覆して外側面からの乾燥を抑えた。なお、こ
のとき、薄膜の被覆面積は、生成形体、の外側面の９８
％であった。

この状態の生成形体を３５　ｔｏｒｒの真空乾燥器内に
挿入して乾燥を行ったところ、約５時間で乾燥が終了し
、外観上亀裂も生じていなかった。

そしてこの生成形体をタンマン炉に挿入して、２００．
０℃で焼成した。

得られた炭化ケイ素質ハニカム構造体の貫通孔の両端面
を縦横−つおきに生ゴムによって封止して、水中に没し
、一方の端面より空気圧を加えた。

その結果、空気圧０　、５５　ｋｇ／ｃｍ”以上で構造
体全体から気泡が発生し、構造体全体に亘り均一な気孔
が形成されていることが確認された。

【比較例］ 上記実施例と同様であるが、ハニカム状の生成形体の外
側面をポリプロピレン製の薄膜で被覆することなく乾燥
を行ったところ、乾燥には、１０時間を要し、しかも生
成形体の外側面に０．１ｍｍ×５鵬腸程度の亀裂が確認
された。

この亀裂にパラフィンを充填して上記実施例と同様の条
件で通気試験を行ったところ、空気圧０　、０１　ｋｇ
／ｃ■２で構造体の内部から気泡が発生し、構造体の内
部にまで亀裂が生じていることが確認された。

［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなように、本発明の炭化ケ
イ素質ハニカム構造体の製造方法によれば、媒液の乾燥
除去処理によりハニカム状の生成形体に亀裂が生じるこ
とがなく、構造体全体に亘り均一な気孔径を有し、濾過
機能の優れた炭化ケイ素質ハニカム構造体を製造するこ
とができる。

また、媒液の乾燥除去に要する処理時間も短くて済むた
めハニカム構造体の生産性を向上させることもできる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主として炭化ケイ素粉末を出発原料とし、次に成形用結
   合剤および媒液を添加してなる可塑性混合物を、ハニカ
   ム状の生成形体と成し、次いで、該生成形体の貫通孔の
   開口部を有する端面を除く外側面に気密性を有する膜を
   密着被覆させた後該生成形体を乾燥させて該生成形体に
   含まれる媒掖を乾燥除去し、さらに該生成形体を焼成す
   ることを特徴とする炭化ケイ素質ハニカム構造体の製造
   方法。