JPS6153176A - 多孔質セラミツク体 - 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１ 本発明は、主として、ディーゼルエンジン等から排出さ
れるカーボン等の微粒子（パティキュレート）の捕集用
フィルタに用いられる多孔質セラミツ、り休に関する。

［従来の技術］ 従来、パティキュレートの捕集用フィルタには、フオー
ムフィルタ、ハニカムフィルタおよびハニカムフオーム
フィルタ等が用いられている。これらのフィルタには、
セラミック基体表面には何も被覆さ・れていない多孔質
セラミック体（無被覆多孔質セラミック体）および無被
覆多孔質セラミック体の初期捕集効率を改良した、セラ
ミック基体表面にγ−アルミナを被覆した被覆多孔質セ
ラミック体が知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、上記被覆多孔質セラミック体よりさらに捕集
効率の高い多孔質セラミック体を提供するものであり、
ディーゼルエンジン等から排出されるパティキュレート
を、圧力損失をほとんど増大させることなく、その捕集
効率特に初期捕集効率を向−ヒさせるとともに・、パテ
ィキュレートの捕集後の加熱再生等により捕集性能の低
下のない多孔質セラミック体を提供することを目的とザ
る。

［問題を解決するための手段コ 本発明の多孔質はラミック体は、内部連通空間を有する
三次元綱目状構造をしたセラミック基体と、該セラミッ
ク基体の表面に被覆された、９５０′Ｃ以上の温度でも
比表面積の低下しない耐熱性の無我微粒子層とから（ｊ
ζ成されることを１コｒ徴どり゛る。

本発明の多孔質セラミック体の構成要素であるセラミッ
ク基体は、内部連通空間を有する三次元綱目状構造をし
ている。該内部連通空間を有する構造とは、例えば、第
２図に示すようなものである。第２図は、第３図に示し
たセラミックフィルタの隔壁の部分拡大側面図である。

上記セラミック基体の材質は、ディーゼルエンジン等か
ら排出されるパティキュレートを捕集するだめのセラミ
ック基体に通常用いられる材質等を用いることができ、
特に限定されない。該材質にはコーディエライトが好ま
しい。耐熱性、耐熱衝撃性に優れるからである。

上記セラミック基体の形状、大きさは特に限定されず、
目的、用途により種々選択できる。例えば、該セラミッ
ク基体を、第３図に示すようなハニカムフオームフィル
タ、押出成形で作製するようなハニカムフィルタ、又は
フオームフィルタに応用する場合には、各々のフィルタ
に）商する形状とＪることができる。なお第３図に示す
ハニカムフオームフィルタにおいては、セラミック基体
は、入口、出口通路群が互い違いに閉塞されたハニカム
描造体の該入口、出口通路群の間に位置した隔壁から成
るものである。

本発明の多孔質セラミック体の他の構成要素は、上記セ
ラミック基体の表面に被覆された、９５０℃以上の温度
でも比表面積の低下しない耐熱性の無我微粒子層である
。

上記無代微粒子の材料は、（１）コーディエライト等の
セラミック基体材料と反応しにくいこと、（２）９５０
゛Ｃ以上の温度でも比表面積が低下しないこと、（３）
所定の使用粒径（例えば０．１μ以下）で所定の使用温
度又は再生ｇＩ！（例えば１２００’Ｃ）において焼結
しにくいこと、（４）酸化しにくいことの条件を具備す
る材料である。

即らこの（３）の条件においては、粒径が小さくなり、
比表面積が太き（なると焼結が低い温度で起こり易くな
るので、粒径と使用温度等との関係で非焼結性材料が選
択される。またこの材料は、セラミック基体を構成する
材料よりは、パティキュレートと相互作用のより強い材
ｒ［がより好ましい。以上よりこの材料には、炭化ケイ
素（Ｓ　ｉ　Ｃ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎｍ）特にβ−
８＋３Ｎ４、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等が用いら
れる。

上記の従来のγ−アルミナ被覆多孔質セラミック体は、
第７図に示すように、約８５０℃以下では比面積は極め
て大きいが、約９５０℃以上になるとγ−アルミナが一
部α−アルミナに変化し、比面積が苔しく低下すること
を本発明者は見出しに０またディーゼルパティキュレー
トの捕集用セラミックフィルタにおいては、一定量のパ
ティキュレートが捕集された後、約１２００℃に加熱し
て再生が行われる。従って上記γ−アルミナ被覆多孔質
セラミック体は、ディーゼル等のパティキュレートの捕
集用のけラミックフィルタに用いるのは耐熱性において
問題があることを本発明者は見出しに０従って本発明の
多孔質セラミック体にＪ３いてＳｉ　３Ｎ４笠の耐熱性
無曙微粒子を使用すると、９５０℃以上においても捕集
性ＯＬをほとんど（［Ｋ下させることがない耐熱性の大
きなものとすることができる。

使用される無我微粒子層 ないが、比表面積を大きくする点では小さいものが好ま
しく、通常数μ〜０．０５μであり、より好ましくは、
０．１μ以下である。第８図に示すように、無機微粒子
の粒径を小さくするとそれにつれて比表面積は大きくな
る。即ち、この粒（￥が０．１μ以下になると比表面積
は約２０へ・３０ｍ２／９以上となり、例えば、ディピ
ルパティキュレートを捕集するのに十分な１ｉＥＩとな
り、０．１μより以上になると比表面積が低下し、十分
な性能を発揮することができにくくなるからである。

上記の物質を微粒子にして用いることにより、フィルタ
の表面積を増し、また、基体表面の状態をＷｉらかな面
から粗い面へと変えることにより、排出ガス中のパティ
キュレートを捕集しやす（すると共に、被覆スる物質に
よってはパティキュレートとの相互作用の強さを元の表
面より増すことにより、圧力ＩＱ失を則加させずに排ガ
スフィルタのパティキュレートの捕集効率特に初期捕集
効率を向上さぼることができる。

上記無機微粒子は、第１図に示すように、セラミック基
体４の表面に被覆され、該無機微粒子５から成る層６を
形成する。

これらの微粒子の被覆方法は特に限定されないが、例え
ば以下の方法とすることができる。即ち所定の微粒子と
、５１部１Ｍアルミニウム、コロイダルシリカ、アルミ
ナゾルおよび水を混合したスラリーをけラミック基体の
表面に浸漬ざ♂、乾燥、焼成して作製する等の方法があ
る。

またＳｉＣ，５ｉ３ＮａおよびＺｒ０ｚ１７）微粒子（
よ待に限定されず、ＣＶＯ（Ｃｈｅｍ　ｉ　ｃａ　１Ｖ
ａｐＯＬＪ　ｒ　　［）ｅｐＯ６ｌ　ｉ：！Ｏｎ　）　
、プラズマＣＶＤ又は固体−気体、液体−液体等の反応
によって作成づ゛ることができる。該方法の代表例とし
ては、以下に述べる方法を用いることができる。

即ちＳｉＣの場合には、シラン（３ｉＨ４）又は四塩化
ケイ素（Ｓ　ｉ　ＣＩ　ａ　＞およびメタンの混合ガス
を、Ｓｉ３Ｎｇの場合には、シラン又は四塩化ケイ素と
アンモニア又は窟毒ガスを、真空度０゜０１〜２０Ｔｏ
ｒｒの下で、周波数１３．５６ｆｖｌト１１の高周波を
０．０１〜０．０５ｗ／ｃ口１３のプラズマ出力をかけ
て作成する。Ｚｒ０ｚの場合には、ｚｒ金金属電子ビー
ムや高周波加熱、プラズマアーク加熱にて蒸気にし、１
０″′３〜１〇−６Ｔｏｒｒの酸素雰囲気の真空下で超
微Ｖ）末を作成する。

［実施例］　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　１以下、実施例により本発明を説明する。

実施例１ 種々の所定の粒径を有する窒化ケイ素微粒子１６０部、
アルミナゾル５部、硝酸アルミニウム２０部、コロイダ
ルシリカ５部および水１５０部を混合させたスラリーを
、第３図に示すハニカムフオームフィルタの基体の表面
に浸漬させた後、余剰スラリーを除去し、２４時間全温
々乾燥する。

その後、１３０℃で６時間再度乾燥させたものを、１０
００℃で１時間焼成した多孔質セラミック体を作成した
。このハニカムフオームフィルタの比表面積と使用した
微粒子の粒径との関係を第８図に示した。

上記により作成した窒化ケイ素微粒子を被覆したハニカ
ムフオームフィルタをＬ型２．２Ｌデイーゼル・エンジ
ンに取付け、２００Ｏｒｐｍ、６ｋｇ・ｍで運転し、捕
集効率および圧力損失と経過時間との関係を試験し、こ
の結果を第５図に示した。

また、被覆微粒子の粒径と捕集■との関係および微粒子
層の耐熱性も同様にして試験く運転時間は３時間）し、
前者の結果を第６図に、後者の結果を第７図に示した。

実施例２ 無機微粒子を、窒化ケイ素微粒子のかわりに炭化ケイ素
微粒子を用いたこと以外は、実施例１と同様にして炭化
ケイ素微粒子を被覆したハニカムフオームフィルタを製
作した。該フーｒルタの比表面積および性能試験を実施
例１と同様にして行ない、その結果を第６〜８図に示し
た。

実施例３ 無機微粒子を、窒化ケイ素微粒子のかわりに酸化ジルコ
ニウム（ＺｒＯ２）微粒子を用いたこと以外は、実施例
１と同様にしてＺｒＯ２＠粒子を被覆したハニカムフオ
ームフィルタを製作した。

該フィルタの比表面積および性能試験を実施例１と同様
にして行い、その結果を第４図および第６〜８図に示し
た。

第４図の結果によれば、ＺｒＯ２微粒子被覆フィルタに
おいては、従来の無被覆のものと比べ捕集すＪ率特に約
７時間までの初期捕集効率が優れる。

第５図の結果によれば、窒化ケイ素微粒子被覆フィルタ
においては、従来の無被覆のものと比べて、捕集効率は
約２０％優れ、圧力損失はほとんどかわらない。

第６図の結果によれば、本実施例１〜３のフィルタのす
すｌ１ｌｉ集量は、無被覆のものと比べ、多く、ｆｉに
ＳｉＣ又はＳ＋３Ｎ４を被覆したものが多い。

第７図の結果によれば、本実施例１〜３のフィルタは、
γ−アルミナを被覆したものと比べ、約９５０℃以上に
おいても約１２００°Ｃ以下であれば比表面積の低下が
ほとんどなく、極めて耐熱性に贋れる。

以上より本実施例１〜３のものは、圧力１員失を、はぼ
変えることな（、捕集効率特に初期捕集効率を向上させ
ることができ、また約９５０〜１２００℃程度の温度に
おいても比表面積の低下はなく、耐熱性に優れたもので
ある。従って本実施例１〜３のフィルタは、パティキュ
レートの捕集後の加熱再生により捕集性能等の低下がな
いので、パティキュレートの捕集後の加熱再生の可能な
フィルタにも適用できるし、また自動車排気ガス等の高
温ガスに対しても適用できる。

また、充分な時間の経過後のフィルタ及び再生フィルタ
（一度排気高温ガスにさらされた為、約１２００℃に’
ｄ　Ｇｌしたことがあるもの）にＪ３いても、同様な結
果を得ることができ、反復使用により性能は劣化しない
。

［発明の効果］ 本発明の多孔質セラミック体は、内部連通空間を右する
三次元網目状構造をしたセラミック基体と、該ヒラミッ
ク基体の表面に被覆された、９５０℃以上の温度でも比
表面積の低下しない耐熱性の３ｉ３Ｎ４、ＳｉＣ等の無
機微粒子層とから梅成されることを特徴とする。

従って本多孔質セラミック体は、従来の無被覆のものと
比べて、パティキュレートの捕集効率特に初期捕集効率
に優れ、また従来のγ−アルミナを被覆したものと比べ
て、約９５０〜１２００℃における高温においても、比
表面積の低下はほとんどなく、パティキュレートの捕集
性能は低下しない。故に本多孔質セラミック体は、ディ
ーゼルエンジン等から排出される高温排気ガス中のパテ
ィキュレートの捕集に極めて好都合であり、ざらにパテ
ィキュレートの捕集後の加熱再生の可能なフ、イルタへ
の応用にも極めて好都合である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の多孔質セラミック体の格子の部分拡大
縦断面図であり、第２図は本発明の多孔質セラミック体
の部分拡大側面図であり、第３図は本発明の多孔質セラ
ミック体を用いたセラミックフィルタの一例の縦断面図
である。 第４図は無被覆の多孔質セラミック体と比べて本発明の
多孔質セラミックス体の捕集効率と時間との関係を示し
たグラフである。 第５図は、実施例１に係わる多孔質セラミック体の捕集
効率および圧力損失と時間との関係を示したグラフであ
る。 第６図は、実施例１〜３に係わる多孔Ｖ「セラミック体
のスス捕集■と平均粒径との関係を示したグラフ、第７
図はこれらの多孔質セラミック体の比表面積と温度との
関係を示したグラフ、第８図はこれらの多孔質セラミッ
ク体の比表面積と平均粒径どの関係を示したグラフであ
る。 １・・・多孔質セラミック体 ２・・・格子 ３・・・内部連通空間 ４・・・多孔質セラミック基体 ５・・・無磯微粒子 ６・・・無機微粒子層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部連通空間を有する三次元網目状構造をしたセ
   ラミツク基体と、該セラミツク基体の表面に被覆された
   ９５０℃以上の温度でも比表面積の低下しない耐熱性の
   無機微粒子層とから構成されることを特徴とする多孔質
   セラミツク体。
2. （２）無機微粒子は、平均粒径が０．１μ以下である、
   窒化ケイ素（Ｓｉ＿３Ｎ＿４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）
   および酸化ジルコニウム（ＺｒＯ＿２）のうちの少なく
   とも１つから成るものである特許請求の範囲第１項記載
   の多孔質セラミツク体。
3. （３）三次元網目状構造をしたセラミツク基体は、入口
   、出口通路群が互い違いに閉塞されたハニカム構造体の
   該入口、出口通路群の間に位置した隔壁から構成されて
   いる特許請求の範囲第１項又は第２項記載の多孔質セラ
   ミツク体。