JPS5891048A - 多孔セラミツク体及びその製造方法 - 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】 本発明は多孔セラミック体、特に内燃機関の排出ガスを
処理下るだめのフィルタとしての多孔セラミック体、及
びその製造方法に係る一自動車の内燃機関からの排出ガ
スを大気中へ安全に放出丁べく処理することは環境保安
上望ましいが、成る種のエンジン、特にディーゼルエン
ジンでは排出ガス中に含まれて存在Ｔる微粒子が問題と
なる。この微粒子はカーボン、炭化水素、金属などから
なり、炭化水累撚料の不完全燃焼などに工って発生下る
。微粒子が存在Ｔる排出ガスは黒っぽい煙状となり、不
快な臭いがＴるなど、大気中に大量に存在すると好１し
くない。そこで従来から、排出ガス中の微粒子を除去又
は最少にするＫめの種々の技術が提案されており、その
−例として、多孔セラミック担体？用いたフィルタにつ
いて種々の技術が提案されていξ。そのための方法とし
て、内部連通空間な有する有機質発泡体の表面にセラミ
ック泥漿を付着させ、そ７１．ケ乾燥し、焼成すること
からなる多孔セラミック体の製造方法が開示されている
（例えば、特開昭４８−８１９＋３７．特開昭Ｆ１２−
７７１１４．笑開昭Ｆ＋４−１ｆｉ７１３８）。

しかし５、これらの従オ方法で得られる多孔セラミック
体においては、セラミック泥漿をその表面に付着させた
有機質発泡体が焼成の初期段階で飛散するが（例えば、
発泡ウレタンフオームでは２０（）〜３　（１０℃で飛
散下る）、更に高温で行々わするセラミック材料の焼成
（例えば、融点１４６０〜１４７０℃のコーディエライ
トでは約１４５０℃の焼成温度）の終了後においても、
焼結した多孔セラミック体の骨格の断面内に、前記の有
機質発泡体が存在していた部分かなおも中空の穴のまま
で残っていＺ〕０この骨格の断面内の中空部の存在は、
多孔セラミック体の機械的強度を著しく低下せしめ、多
孔セラミック体はぼろぼろと崩れ易いものとなり、例え
ば、ティーゼルバティキュレートフィルターなどの高ｒ
Ｍ（約ｓｏｏ℃）かつ振動の大きい場所における製品と
して、適しないものとなる。

他方、この欠陥を解決するために骨格断面内の中空部を
埋めてしまう目的で、焼成温度をセラミック材料の融点
１で上昇させると、セラミック材料は融解し、そして骨
格断面内の中空部は確かに（３） 消失してしまう。しかし、その際、同時に、多孔セラミ
ック材の変形が起こり、連通’Ｆ　ｆｕｒｌを有する一
様な三次元個迄という所望々形状から著しくかけ離れて
し１い、１ｊ僚質発泡体を利用するメリットがなくなり
、例えばＰ月等として使用Ｔおのに、適尚で々いものと
なる。

本発明は、こうした従来技術における多孔セラミック体
の欠点？克服することケ目的とし、その定めに次の構成
からなる多孔−せラミック体及びその製造方法を提供す
る。

）！１ｊち、骨格内部が外部と同じ結晶構造を・持ちか
つ外部エリ融点が低い物質で形成されている三次元網目
構造骨格から取る多孔セラミック体を提供１−イ〕Ｃ 更に、Ｍ機高分子物質発泡体にセラミ、ｙり泥漿を付着
させ、それを乾燥又は乾燥及び焼成し、前記セラミック
泥漿から得られるセラミックエリ融点が高くかつ焼成に
エリ前記セラミックと同じ結晶構造のセラミックをもた
ら丁セラミック泥漿乞さらに付着させ、乾燥し、そして
前ｉビニ種類のセ（４） ラミツクの融７Ｑの中間の温度で焼成する方法を提０を
する。

本発明に使用Ｔる■９物からなる三次元網目構造体は、
公知り〕もＱ〕であることができる。有機質発泡体、例
えば、ポリウレタンフォーム、光泡ポリビニル了ルコー
ルなどが一般的であり、その調製方法は公知である（し
１１えは、前記特υ１４１ｊ白５２−７７１１４等を参
照）。そして公知技術において明らかなように発泡体の
セル数、空隙率をν］整丁こことが可能であるので、最
終セラミック体の使用目的にそれケ適合させることも可
能である○同様に、有機ｆｊＪ繊維、汐［！えば、絹糸
、ナイロンがとを成型して三次元網目構造体を調製する
ことも公知であり、本発明に使用することが可能である
にの場合にも繊維の太さ、結合量等を：Ａ整可能である
ことは容易Ｃ二理解できることである。

本発明で使用するセラミック（又はセラミック泥漿）は
、焼成後向−結晶？４造であるが相異なる融点ｗ持つ二
種類のセラミック（又はその定めのセラミック泥漿）で
あること馨特徴とする。この特徴のために、＃成後の多
孔セラミック体の分度ハ、従来技術における多孔セラミ
ック体に較べて極めて大幅に増加する。さらに、骨格の
内部と外部における熱膨張率も殆んど差が々いので、耐
熱衝撃性も従来のものエリ劣ることはない。

こうした材料としては、例えば、マンカンコーディエラ
イト（２ＭｎＯｓ　２Ａ／２０３ｅ　ｆｉｓＩ０２　；
　融点的１１５０℃）又は鉄コーディエライト（２Ｆｅ
Ｏ・２に１２０ｓ舎５Ｓｉ０２；融点的１２（１０℃）
と、マグネシウムコーディエライト（２Ｍｇ０−２Ａ、
４０３・Ｆ５５ｉｎ２；融点的１４５０℃）とで構成下
ることかできるっ同様に、ヴイレマイト（２ＺｎＯ＊Ｓ
ｉＯ２，１５１２℃）ヌはトルースタイト（ＺｎＯ・Ｌ
ｕ１ｎＯ−８ｉ０２）と７エナサイト（２ＢｅＯ・５ｉ
０２，１５６０℃）などを使甲することか′１：きる。

これらのセラミックは焼成後に同一結晶構造と成れば足
り、従って例えＶｊ上りごのセラミック泥Ｙ自体はシリ
カ、アルミナ、酸化鉄、−々グオシア、酸化マンガン等
を配付し１こものであることができる。勿論、所属の結
茜何造に成る工うに予め焼成したものを粉砕したものを
使用することがで角る。

次に、セラミック材料ｖｍ造体に付着させる方法もそれ
自体は公知である。一般的には、セラミック粉末を水等
の分散媒中ｌ二分散させて作製したセラミック泥漿中に
構造体毛・浸漬して実施できる。

この場合、余分に付着した泥漿は遠心分離法、圧力エア
ー吹付は法、真空吸引法などケ用いて除去されることが
多い◎更に、このセラミック泥漿′＼の構造体の浸漬を
何回か繰り返して目的の厚みを持つ付着層を得る。その
場合、泥漿へ浸漬倭の構造体を毎回乾燥させる必要があ
るが、これは自然乾燥による方法のほか、有機物を損傷
しない（岸度の高い温度、例えば、１００〜１３０℃に
加熱して強制乾燥を行ってもよい。その池のセラミック
制料の付着方法、例えば、湿潤にした構造体にセラミッ
ク粉末を散布する方法などを用いてもＬい。

上記の泥漿は分散媒としての水等のｅｌかに結合剤、特
（二、Ｍ機結合剤を含むことができ、かつそれが好まし
い。結合剤は常温における接着４ソ］−及び増粘性を付
与するために用いるもので、一般には、（７） 有磯結会剤、１ンりえげ、メチ月、セルロース、エチル
セル１ノース、ポリビニルアルコールなトを用いる。

泥漿中η〕こ７ｔらの配合ｎすの配合割合は配合剤の種
類に依、存］−るか、構造体に脱ｔ′ルン２〈均一に付
着するように決２　’１”ることが望−ましい。コ・−
ディエライｈｃｖｌ収科１（）Ｏ都（鼠迂部）に対して
、水３００〜５　＋）　ｔｌ　４、メチルセルロース１
〜５部は好゛ましい力である。

セラミック伺Ｈの焼成は、一般的には、その融点エリ僅
かに低い温度で熱処理して実施下ることが好ましい。融
点を越えると材料が融解して形が崩ｒしてし１つ一方、
低い温度では焼結の速度かがくて熱効率が悪いは力・緻
苦な焼結に至らない欠陥があるからである。、また焼成
の時間は、撚ｆ！＋費用を考慮した上で長い焼成時間は
ど擾れた焼成を達成可にはである。通常１〜ＩＩＪＩ）
Ｆ＃ｊ、好ましくは５〜１０時間が採用さｎよう。

本発明では、焼成工程で飛散する弔徹物の部分に従来技
術の方法では残存していた多孔セラミック体の骨格断面
内の穴を埋めてし１うことにＬつ（８） て、多孔セラミック体の強度、特に、圧壊強度１−向上
ぜしめたことを一つの特徴とし７ている。

多孔セラミック体Ｑン骨柊Ｑ）１面円の穴を・消失させ
るＸ発明の方法ν２、本杵物構造俸に付着させるセラミ
ック泥漿を二段階、Ｈｐも、民ツ１１に低融点の層及び
その外側に高り点の隘として付着させ、これを乾燥し、
そしてその二種類り）セラミ、・り原ｒトの各融点のＩ
：Ｐ間の温度で焼成を行〃うことからなる。この焼成に
よって焼り温度よりも低い融、ｒ：５．を弔している内
側の層は融解して、有機物の燃焼によって生じる中堅の
への中へ融液がｒれ込み、穴を収縮させ、ついには穴を
実ａおに埋めてし甘う。

他方、焼成温度エリも高い融廣を有している外側層は融
解しないので、初期の連通状三次元網目荷造ン保持し定
ま寸で焼氏が行なわれろ。こうして、本発明の方法で得
らｎる多孔セラミック体は骨格の断面内５二穴か実質的
に存在しないので所望の強度を達成し、かつＰ材等の用
途に適した三次元網目構造を保持している。

多孔セラミック体の骨格の１１！ｌＴ面内の中空部を消
失させる本発明による別の方法は、有機物構造体に低融
点のセラミック材料を付着させた後、これを乾燥し、そ
してこの段階で先ず仮焼成を行なう、こうして得られる
仮焼成体は有機物の三次元構造を模写した骨格構造をな
しており、他方、有機物は燃焼して仮焼成体の骨格断面
内に穴を生じさせている。その後で、この仮焼成体をそ
れエリも融点の高いセラミック材料の泥漿中に浸漬する
ことによって、高融点セラミック泥漿が、仮焼成体の骨
格の外側表面へ付着されかつ骨格の断面内の穴の中へ充
填されるようにＴる。それから、その乾燥したものを前
記二種類のセラミック材料の各融点の中間の温度で焼成
下ることによって、中空部分のない高強度かつ所望な三
次元構造の多孔セラミック体が得られる。

本発明に工ｎば、有機物飛散後の穴が最終的に消失する
ことによって高強度、特に、高い機械的圧壊強度の多孔
セラミック体が得られる。

また、セラミック体の表面が高融点材料で秒われている
ために、低融点材料のみからなるセラミツク体エリもそ
の比表面積が向上せしめられているＯ さらに、骨格断面が同一結晶構造の物質から成っている
ので、熱膨張率に差が々く、耐熱衝撃性も優れている。

さらに、本発明にＬる多孔セラミック体は高強＃かつ耐
熱衝撃性でありながら、所望の三次元構造、特に、連通
状で均一々三次元網目構造を有することが可能である。

そしてさらＣ二、本発明によれば上記のように有利な多
孔セラミック体を製造する方法が提供されるＯ 本発明に工って得られる多孔セラミック体は、高温部の
触媒担体（例えば、自動車排ガスの浄化フィルタ用担体
、煙道用排ガス浄ｆじフィルタ用担体、等）、高温部の
フィルタ材（例えば、ディーゼル車Ｑ〕パティキュレー
トトラップ用フィルタ、煙道用のススのトラップフィル
タ、等）耐アルカリや耐酸用のフィルタ、等の用途に、
特ｌ二、その機械的圧壊強度が向上せしめられかつ長時
間にわ（１１） たって安定した性能を示す結果、エリ広くかつ有利に使
用することが可能である。

本発明を一層詳細に説明するために以下に具体例を挙げ
て説明する。

例１ シＩＪ　力（５ｉｎ２）　４６重量襲、アルミナｃＡ４
０３）３２重量％及び酸化第１鉄（Ｆｅｄ）２２３Ｍ量
係か６なる化学組成になるように配合したタルク（滑石
）、カオリン及びフエイアライト（鉄カンラン石）から
なる配合物１（１０ｉｔ部と、水６０ｉ＠ｉｊ一部、さ
らに粘結剤としてポリビニルアルコール１ｍ！一部お工
び活面活性剤１１部を混合してよく攪拌し、泥漿化した
。市販の発泡状ポリウレタンフォームをこの中に浸漬し
、次いで引き上げ、１２０℃で１〜３時間乾燥した。こ
の操作を２〜３回くり返し、泥漿がポリウレタンフォー
ムの骨格上に厚く堆積したものを得之〇 次に、シリカ（Ｓ　ｉＯ□）５１ｉｉ％、アルミナ（Ａ
ｔ２０３）３５　ｇｉｉ　％及ヒマクネシ７　（Ｍｇ０
１１４　重ｌｋａ％々る化学組成になるように配合した
メルク、（１２） カオリン及び水酸化アルミニウムからなる配合物を前記
と同様にして泥漿化した。この中にｎ１記泥漿付着ポリ
ウレタンフォームヶ浸漬させてから１２０℃で１〜３時
間乾燥した。この操作７２〜３回くり返した。

このような操作で得た泥漿付着ポリウレタンフォームを
１４００℃で３時間焼成してセラミンクからなる三次元
網目構造のフィルタ材を得た。こうして得られたフィル
タ材の＠造を第１図に、骨格断面図を第２図に示す。骨
格断面は図示したように、内部に鉄コーチイエライト（
２Ｆｅ０・２Ａｔ２０３・５ＳｉＯ７）外側にマグネシ
ウムコーディエライト（２ＭｇＯ・２　Ａ　ｔ２０３拳
５ＳｉＯ２１の結晶が存在しており中空部分は完全に消
失していた。これは、鉄コーディエライトの融点はＩ　
２　Ｕ　Ｏ℃前後、マグネシウムコーディエライトのそ
わ５は１４５（１℃前後であり、庭って３４０１）℃で
焼成し定ことにＪ、−１て鉄コニディエライトが融解し
、ポリウレタンフォームが俄散した跡の穴に流れこんで
完全１＝埋めてしまい、その外側にマグネシウムコーデ
ィエライトが焼結して３次元網目構造の骨格が得られた
ものである。

木Ｑ　＋３ＪＩに依るフィルタ材の機械強度は１０〜１
５ｋｇｆ　Ａｒ４であり、従来の穴Ｑ）あるフィルタ材
の５ｋｆシ瀝に比べ大巾に向上Ｌ７ｙ：ｏｔた本発明に
依るフィルタ拐は、骨格がｌｉｉじ結晶構造からなる物
質で構成されているため熱膨張率の骨格内での差異はほ
とんど々く、熱衝撃の面でも従来のフィルタ拐と同等の
優秀力るフィルタ拐が得られた一 例２ 例１における酸ｆｔ第１鉄Ｑ）かわりに酸化マンガンＣ
Ｍ’ｎＯ）ｗ用いて泥漿２作り、これを付着させたポリ
ウレタンフォームを得た。これをマンガンコーディエラ
イトの融点】１５０℃エリ少し低い１　］　０　（ｌ　
Ｕ、て３時間焼ＦＩしてセラミック多孔体ケ得た。

との工うにして得たセラミック多孔体をさらに例１と℃
；様にして、その骨格の外側にマクネシアを含む泥漿を
付着、乾燥して、］　４　（ｌ　＋１　℃で３時間焼成
し、例１と同様な構造のフィルタ拐を得た。

本ダ１のフィルタ材のり械強度もＩ　Ｏ〜１５　ｋｙｆ
／’ｔ、ｒｌであり従来技術に比べて大巾に向十し７た
。

汐１．２ＧＩフィルタ拐ヲ金属ケースに挿入して、実際
の車に欧り付けｙ：Ｉ”１１、ケー７に圧入時および走
行時の振１ｒ１１＝問題なく耐え、２万Ｆ、ｍ走行ｔ１
ｍ取り外して調べても割れやかけが全くなく、本発明の
優秀性が仰認できた。

【図面の簡単な説明】

し、 第２図は本発明による多孔セラミック体（フィルタ拐）
Ｖ−＞骨格の断面図である。 １・・・・・・骨格、２・・・・・・鉄コーディエライ
ト（又はマンガンコーチイエライト、３・・・・・・マ
グネシウムコーチイエライト。 （墓５　） 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　骨格内部が外部と同じ結晶構造を持ちかつ外部エリ
   融点が低い物質で形成されている三次元網目構造骨格か
   ら成ることを特徴とする多孔セラミック体。 ２、有機高分子物質発泡体にセラミック泥漿を刺着させ
   、そ２１．を乾燥又は乾燥及び焼成し、前記セラミック
   泥漿から得らｎるセラミックエリ融点が高くかつ焼成に
   エリ前記セラミックと同じ結晶構造のセラミックをもた
   ら丁セラミック泥漿をさらに付着させ、乾燥し、そして
   帥記二種類のセラミックの融点の中間の温度で焼成する
   ことを特徴とする、多孔セラミック体の製造方法。