JP2001316188A - 窒化ケイ素質多孔体およびその製造方法 - Google Patents
窒化ケイ素質多孔体およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ガス等の流体との接触面積を大きくした窒化ケ
イ素質多孔体およびその製造方法を提供する。 【解決手段】平均粒子直径が１〜１５０μｍの金属ケイ
素粒子１００部と、ケイ素酸化物粒子をＳｉＯ2に換算
して０．２〜４５部含む混合物を混練し、貫通孔１１の
断面積が１〜１００ｍｍ2である押出成形体を押出成形
後、該押出成形体を窒素中で熱処理して貫通孔の表面１
２から柱状結晶１が析出している窒化ケイ素質多孔体を
製造する。
イ素質多孔体およびその製造方法を提供する。 【解決手段】平均粒子直径が１〜１５０μｍの金属ケイ
素粒子１００部と、ケイ素酸化物粒子をＳｉＯ2に換算
して０．２〜４５部含む混合物を混練し、貫通孔１１の
断面積が１〜１００ｍｍ2である押出成形体を押出成形
後、該押出成形体を窒素中で熱処理して貫通孔の表面１
２から柱状結晶１が析出している窒化ケイ素質多孔体を
製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温排気ガス中に
含まれる粉塵等や有害物質を除去するために好適な窒化
ケイ素多孔体およびその製造方法に関する。
含まれる粉塵等や有害物質を除去するために好適な窒化
ケイ素多孔体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車の排気ガス浄化触媒用担体、粉塵
等を含む高温ガスの除塵用多孔体、ディーゼルエンジン
から排出されるパティキュレート除去用多孔体等として
コーディエライト質ハニカム体が広く使用されている。
しかし、材質面ではコーディエライトは耐熱衝撃性に優
れるが、耐食性、耐熱性などの点で必ずしも充分ではな
いことから、耐食性、耐熱性、機械的強度に優れる窒化
ケイ素が注目されている。
等を含む高温ガスの除塵用多孔体、ディーゼルエンジン
から排出されるパティキュレート除去用多孔体等として
コーディエライト質ハニカム体が広く使用されている。
しかし、材質面ではコーディエライトは耐熱衝撃性に優
れるが、耐食性、耐熱性などの点で必ずしも充分ではな
いことから、耐食性、耐熱性、機械的強度に優れる窒化
ケイ素が注目されている。
【０００３】例えば、特開平６−２５６０６９には、窒
化ケイ素粒子、粘土および酸化物からなる成形体を焼成
して窒化ケイ素多孔体とする方法が提案されているが、
窒化ケイ素粒子を出発原料とするため製造原価の点で問
題があった。一方、特開平１−１８８４７９には、金属
ケイ素粒子と窒化ケイ素粒子からなる混合粉体を出発原
料とする成形体を熱処理して窒化ケイ素多孔体とする方
法が提案されているが、窒化率が低いため金属ケイ素が
多く残留し、窒化ケイ素の持つ優れた耐熱性、耐食性な
どを損なう問題がある。
化ケイ素粒子、粘土および酸化物からなる成形体を焼成
して窒化ケイ素多孔体とする方法が提案されているが、
窒化ケイ素粒子を出発原料とするため製造原価の点で問
題があった。一方、特開平１−１８８４７９には、金属
ケイ素粒子と窒化ケイ素粒子からなる混合粉体を出発原
料とする成形体を熱処理して窒化ケイ素多孔体とする方
法が提案されているが、窒化率が低いため金属ケイ素が
多く残留し、窒化ケイ素の持つ優れた耐熱性、耐食性な
どを損なう問題がある。
【０００４】また多孔体の構造面では、従来のハニカム
体などでは貫通孔（以下、セルという）のサイズには成
形上などから限界があり、貫通孔を流路とするガス等の
流体との接触面積を大きくした多孔体が望まれている。
体などでは貫通孔（以下、セルという）のサイズには成
形上などから限界があり、貫通孔を流路とするガス等の
流体との接触面積を大きくした多孔体が望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、貫通孔を流
路とするガス等の流体との接触面積を大きくした窒化ケ
イ素質多孔体およびその製造方法の提供を目的とする。
路とするガス等の流体との接触面積を大きくした窒化ケ
イ素質多孔体およびその製造方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、概ね柱状体の
外形を有し、かつ互いに平行な貫通孔を２個以上有する
多孔体であって、該貫通孔の表面から概ね垂直方向に向
けて柱状結晶が析出していることを特徴とする窒化ケイ
素質多孔体を提供する。
外形を有し、かつ互いに平行な貫通孔を２個以上有する
多孔体であって、該貫通孔の表面から概ね垂直方向に向
けて柱状結晶が析出していることを特徴とする窒化ケイ
素質多孔体を提供する。
【０００７】さらに、平均粒子直径が１〜１５０μｍの
金属ケイ素粒子１００質量部と、ケイ素酸化物粒子をＳ
ｉＯ2に換算して０．２〜４５質量部含む混合物であっ
て前記金属ケイ素粒子と前記ケイ素酸化物粒子の合量が
該混合物中８０質量％以上である混合物に、成形助剤と
水を加え混練して混練物を得、次に該混練物を金型を使
用して押出成形し貫通孔１個あたりの断面積が１〜１０
０ｍｍ2である押出成形体を得、その後該押出成形体を
窒素中で熱処理して金属ケイ素を窒化することを特徴と
する上記の窒化ケイ素質多孔体の製造方法を提供する。
金属ケイ素粒子１００質量部と、ケイ素酸化物粒子をＳ
ｉＯ2に換算して０．２〜４５質量部含む混合物であっ
て前記金属ケイ素粒子と前記ケイ素酸化物粒子の合量が
該混合物中８０質量％以上である混合物に、成形助剤と
水を加え混練して混練物を得、次に該混練物を金型を使
用して押出成形し貫通孔１個あたりの断面積が１〜１０
０ｍｍ2である押出成形体を得、その後該押出成形体を
窒素中で熱処理して金属ケイ素を窒化することを特徴と
する上記の窒化ケイ素質多孔体の製造方法を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の窒化ケイ素質多孔体（以
下、本多孔体という）は、概ね柱状体の外形を有し、か
つ互いに平行な貫通孔を２個以上有する多孔体である。
この多孔体の貫通孔の表面には、この表面に対して概ね
垂直方向に向けて柱状結晶が析出している。
下、本多孔体という）は、概ね柱状体の外形を有し、か
つ互いに平行な貫通孔を２個以上有する多孔体である。
この多孔体の貫通孔の表面には、この表面に対して概ね
垂直方向に向けて柱状結晶が析出している。
【０００９】本発明において、柱状体としては、円柱
体、楕円柱体または角柱体などがあげられる。また、本
明細書において貫通孔とは押出成形によって形状が付与
されるようなまっすぐに貫通した孔をいい、使用時に片
端を市松模様状に目封じしたようなものも含む。本多孔
体では、互いに平行な貫通孔を２個以上有する。このよ
うな多孔体の構造としては、ハニカム構造があげられ
る。貫通孔の個数は、多いほど多孔体の単位体積あたり
の貫通孔の表面積が大きくなり、フィルタや触媒担体と
して好ましい。また、貫通孔は、通例、本多孔体をフィ
ルタや触媒担体として使用する際にはガス等の流体の流
路となる。
体、楕円柱体または角柱体などがあげられる。また、本
明細書において貫通孔とは押出成形によって形状が付与
されるようなまっすぐに貫通した孔をいい、使用時に片
端を市松模様状に目封じしたようなものも含む。本多孔
体では、互いに平行な貫通孔を２個以上有する。このよ
うな多孔体の構造としては、ハニカム構造があげられ
る。貫通孔の個数は、多いほど多孔体の単位体積あたり
の貫通孔の表面積が大きくなり、フィルタや触媒担体と
して好ましい。また、貫通孔は、通例、本多孔体をフィ
ルタや触媒担体として使用する際にはガス等の流体の流
路となる。
【００１０】析出している柱状結晶の形態は、針状結
晶、針状結晶が束になったような繊維状結晶など、柱状
であればいずれの形態でも好ましい。柱状結晶の長手方
向の長さが０．３ｍｍ以上であるとさらに好ましい。図
１に本多孔体の模式図を示す。図１は４セルのハニカム
の横断面図である。柱状結晶１は貫通孔１１の表面１２
から概ね垂直方向に析出している。貫通孔１１は、多孔
質の壁１３で区画されている。
晶、針状結晶が束になったような繊維状結晶など、柱状
であればいずれの形態でも好ましい。柱状結晶の長手方
向の長さが０．３ｍｍ以上であるとさらに好ましい。図
１に本多孔体の模式図を示す。図１は４セルのハニカム
の横断面図である。柱状結晶１は貫通孔１１の表面１２
から概ね垂直方向に析出している。貫通孔１１は、多孔
質の壁１３で区画されている。
【００１１】本多孔体を得る製造方法（以下、本製造方
法という）では金属ケイ素粒子１００質量部（以下、単
に部と略す）とケイ素酸化物粒子をＳｉＯ2に換算して
０．２〜４５部含む混合物を使用する。
法という）では金属ケイ素粒子１００質量部（以下、単
に部と略す）とケイ素酸化物粒子をＳｉＯ2に換算して
０．２〜４５部含む混合物を使用する。
【００１２】本発明において、金属ケイ素粒子の平均粒
子直径は１〜１５０μｍである。金属ケイ素粒子の平均
粒子直径が１μｍ未満であると、フィルタ機能に寄与し
ない閉気孔が数多く形成されたり、細孔直径が小さくな
りすぎるために、フィルタ機能の低下や圧力損失の増加
をもたらす。また、金属ケイ素粒子の平均粒子直径が１
５０μｍを超えると、焼結体内部に窒化されない金属ケ
イ素粒子が残留しフィルタ特性が低下する。金属ケイ素
粒子の平均粒子直径が５〜１００μｍであると成形の安
定性、フィルタの機械的強度の点から好ましい。金属ケ
イ素粒子の純度は特に限定されないが、９５質量％（以
下、単に％と略す）以上の純度であると窒素中での窒化
処理が促進されるため好ましい。
子直径は１〜１５０μｍである。金属ケイ素粒子の平均
粒子直径が１μｍ未満であると、フィルタ機能に寄与し
ない閉気孔が数多く形成されたり、細孔直径が小さくな
りすぎるために、フィルタ機能の低下や圧力損失の増加
をもたらす。また、金属ケイ素粒子の平均粒子直径が１
５０μｍを超えると、焼結体内部に窒化されない金属ケ
イ素粒子が残留しフィルタ特性が低下する。金属ケイ素
粒子の平均粒子直径が５〜１００μｍであると成形の安
定性、フィルタの機械的強度の点から好ましい。金属ケ
イ素粒子の純度は特に限定されないが、９５質量％（以
下、単に％と略す）以上の純度であると窒素中での窒化
処理が促進されるため好ましい。
【００１３】本発明においてケイ素酸化物粒子として
は、一酸化ケイ素粒子や二酸化ケイ素粒子などのケイ素
酸化物粒子の他に、ＳｉＯ2成分を含む粒子などが使用
できる。ケイ素酸化物粒子の平均粒子直径は１０μｍ以
下であると好ましい。平均粒子直径が１０μｍを超える
と熱処理中にＳｉＯ2成分が未反応のまま残留すること
があり、高温でガラス化するため変形の原因となった
り、高温強度の低下をもたらすおそれがある。ケイ素酸
化物粒子は、中実粒子だけでなく中空粒子であってもよ
い。ケイ素酸化物粒子が、球状の中空粒子であると得ら
れる多孔体の気孔率をより大きくできるため好ましい。
は、一酸化ケイ素粒子や二酸化ケイ素粒子などのケイ素
酸化物粒子の他に、ＳｉＯ2成分を含む粒子などが使用
できる。ケイ素酸化物粒子の平均粒子直径は１０μｍ以
下であると好ましい。平均粒子直径が１０μｍを超える
と熱処理中にＳｉＯ2成分が未反応のまま残留すること
があり、高温でガラス化するため変形の原因となった
り、高温強度の低下をもたらすおそれがある。ケイ素酸
化物粒子は、中実粒子だけでなく中空粒子であってもよ
い。ケイ素酸化物粒子が、球状の中空粒子であると得ら
れる多孔体の気孔率をより大きくできるため好ましい。
【００１４】ケイ素酸化物粒子の含有量としては、混合
物中、金属ケイ素粒子１００部に対してＳｉＯ2に換算
して０．２〜４５部である。含有量が０．２部未満では
ケイ素酸化物の量が少なく、貫通孔表面に充分な量の柱
状結晶を析出させることができないからである。含有量
が４５部を超えるとケイ素酸化物の量が多すぎ、熱処理
中に柱状結晶の形成に寄与しない未反応シリカが残留す
ることがあり、焼結中の多孔体の変形の原因となった
り、焼結後の多孔体の高温強度の低下をもたらすおそれ
がある。
物中、金属ケイ素粒子１００部に対してＳｉＯ2に換算
して０．２〜４５部である。含有量が０．２部未満では
ケイ素酸化物の量が少なく、貫通孔表面に充分な量の柱
状結晶を析出させることができないからである。含有量
が４５部を超えるとケイ素酸化物の量が多すぎ、熱処理
中に柱状結晶の形成に寄与しない未反応シリカが残留す
ることがあり、焼結中の多孔体の変形の原因となった
り、焼結後の多孔体の高温強度の低下をもたらすおそれ
がある。
【００１５】本発明において、前記金属ケイ素粒子と前
記ケイ素酸化物粒子の合量は、前記混合物中８０％以上
である。合量が８０％未満であると乾燥や熱処理時の収
縮が大きいため不適である。
記ケイ素酸化物粒子の合量は、前記混合物中８０％以上
である。合量が８０％未満であると乾燥や熱処理時の収
縮が大きいため不適である。
【００１６】本製造方法では、金属ケイ素粒子とケイ素
酸化物粒子を含む混合物に成形助剤と水を加えて混練し
混練物を得る。成形助剤としては、バインダー、可塑
剤、分散剤、粘性調整剤、湿潤剤などが挙げられる。
酸化物粒子を含む混合物に成形助剤と水を加えて混練し
混練物を得る。成形助剤としては、バインダー、可塑
剤、分散剤、粘性調整剤、湿潤剤などが挙げられる。
【００１７】成形助剤としては、具体的にはポリビニル
アルコールまたはその変性物、でんぷんまたはその変性
物、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、
ヒドロキシメチルセルロース、ポリエチレングリコー
ル、プロピレングリコール、グリセリンなどの各種有機
物質があげられ、単独でまたは２種以上混合して使用さ
れる。
アルコールまたはその変性物、でんぷんまたはその変性
物、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、
ヒドロキシメチルセルロース、ポリエチレングリコー
ル、プロピレングリコール、グリセリンなどの各種有機
物質があげられ、単独でまたは２種以上混合して使用さ
れる。
【００１８】成形助剤の配合割合としては、金属ケイ素
粒子とケイ素酸化物粒子を含む混合物１００％に対して
外掛で１０〜４０％の範囲が好ましい。この配合割合が
１０％未満では成形体を押出成形することが困難にな
り、一方４０％を超えると成形助剤の量が多すぎ、多孔
体の機械的強度が低下するおそれがある。
粒子とケイ素酸化物粒子を含む混合物１００％に対して
外掛で１０〜４０％の範囲が好ましい。この配合割合が
１０％未満では成形体を押出成形することが困難にな
り、一方４０％を超えると成形助剤の量が多すぎ、多孔
体の機械的強度が低下するおそれがある。
【００１９】また、成形助剤とともに添加する水の配合
割合は、金属ケイ素粒子とケイ素酸化物を含む混合物１
００％に対して５〜３０％の範囲が好ましい。この配合
割合が５％未満では金属ケイ素粒子と中空粒子を含む組
成物と有機成分とを均一に混合、混練することができ
ず、一方３０％を超えると、原料坏土の粘度が低下し、
保形性不良など成形に支障をきたす。金属ケイ素粒子と
ケイ素酸化物粒子を含む混合物と成形助剤、水との混練
には、リボンミキサーやヘンシェルミキサー、ニーダー
等のセラミックス分野で通常使用される混練機などが使
用できる。
割合は、金属ケイ素粒子とケイ素酸化物を含む混合物１
００％に対して５〜３０％の範囲が好ましい。この配合
割合が５％未満では金属ケイ素粒子と中空粒子を含む組
成物と有機成分とを均一に混合、混練することができ
ず、一方３０％を超えると、原料坏土の粘度が低下し、
保形性不良など成形に支障をきたす。金属ケイ素粒子と
ケイ素酸化物粒子を含む混合物と成形助剤、水との混練
には、リボンミキサーやヘンシェルミキサー、ニーダー
等のセラミックス分野で通常使用される混練機などが使
用できる。
【００２０】本製造方法においては、金型を用いて上記
で得られた混練物を押出成形する。金型としては、押出
成形体の貫通孔１個あたりの断面積が１〜１００ｍｍ2
となる金型を使用する。本明細書において貫通孔１個あ
たりの断面積とは、例えば、ハニカム構造の場合には１
セルに相当する部分の断面積である。
で得られた混練物を押出成形する。金型としては、押出
成形体の貫通孔１個あたりの断面積が１〜１００ｍｍ2
となる金型を使用する。本明細書において貫通孔１個あ
たりの断面積とは、例えば、ハニカム構造の場合には１
セルに相当する部分の断面積である。
【００２１】貫通孔１個あたりの断面積が１ｍｍ2未満
であると金型製作や成形が難しくなる。また貫通孔１個
あたりの断面積が１００ｍｍ2を超えると柱状結晶が析
出しにくくなるうえ、多孔体の体積当りの貫通孔の表面
積が小さくなるため、フィルタとして使用する場合に
は、多孔体を多く必要とし実用的でなくなる。流路がハ
ニカム構造を有するものであると多孔体の体積当りの貫
通孔の表面積を大きくできるため好ましい。
であると金型製作や成形が難しくなる。また貫通孔１個
あたりの断面積が１００ｍｍ2を超えると柱状結晶が析
出しにくくなるうえ、多孔体の体積当りの貫通孔の表面
積が小さくなるため、フィルタとして使用する場合に
は、多孔体を多く必要とし実用的でなくなる。流路がハ
ニカム構造を有するものであると多孔体の体積当りの貫
通孔の表面積を大きくできるため好ましい。
【００２２】柱状結晶が析出するメカニズムの詳細は必
ずしも明確ではないが以下のように考えられる。すなわ
ち、混合物に含まれているケイ素酸化物粒子は、熱処理
の過程でバインダー等の有機成分の分解によって形成さ
れた炭素成分と反応して一酸化ケイ素の気相を形成す
る。多孔体の流路内に生成した一酸化ケイ素の気相が残
留炭素および窒素と反応して（還元−窒化反応）窒化ケ
イ素粒子を生成する。生成した窒化ケイ素粒子は、貫通
孔の表面に形成された窒化ケイ素粒子を核として成長
し、貫通孔の内側に向けて柱状結晶を形成するものと推
定される。
ずしも明確ではないが以下のように考えられる。すなわ
ち、混合物に含まれているケイ素酸化物粒子は、熱処理
の過程でバインダー等の有機成分の分解によって形成さ
れた炭素成分と反応して一酸化ケイ素の気相を形成す
る。多孔体の流路内に生成した一酸化ケイ素の気相が残
留炭素および窒素と反応して（還元−窒化反応）窒化ケ
イ素粒子を生成する。生成した窒化ケイ素粒子は、貫通
孔の表面に形成された窒化ケイ素粒子を核として成長
し、貫通孔の内側に向けて柱状結晶を形成するものと推
定される。
【００２３】本製造方法においては、上記の混練物を押
出成形機を使用して押出成形する。押出成形機として
は、セラミックス分野で使用される１軸押出機、２軸押
出機などを適宜使用できる。
出成形機を使用して押出成形する。押出成形機として
は、セラミックス分野で使用される１軸押出機、２軸押
出機などを適宜使用できる。
【００２４】本製造方法において、押出成形体は窒素中
で熱処理して金属ケイ素を窒化する。熱処理条件として
は押出成形体を窒素雰囲気中で、２段の熱処理とするの
が好ましい。すなわち、第１段の熱処理は、金属ケイ素
粒子の窒化に適した条件とする。第２段の熱処理は、生
成した窒化ケイ素粒子間の結合を強化するとともに、ケ
イ素酸化物粒子が熱処理の過程で一酸化ケイ素の気相を
形成し、多孔体の流路すなわち濾壁表面から流路内部に
向けて柱状結晶が析出するのに適した条件とする。
で熱処理して金属ケイ素を窒化する。熱処理条件として
は押出成形体を窒素雰囲気中で、２段の熱処理とするの
が好ましい。すなわち、第１段の熱処理は、金属ケイ素
粒子の窒化に適した条件とする。第２段の熱処理は、生
成した窒化ケイ素粒子間の結合を強化するとともに、ケ
イ素酸化物粒子が熱処理の過程で一酸化ケイ素の気相を
形成し、多孔体の流路すなわち濾壁表面から流路内部に
向けて柱状結晶が析出するのに適した条件とする。
【００２５】第１段の熱処理条件としては、窒素雰囲気
下で１２００〜１４００℃の温度で４〜１２時間保持す
ることが好ましい。温度が１２００℃未満であると金属
ケイ素の窒化が起こらず、一方温度が１４００℃を超え
ると金属ケイ素の融点（１４１０℃）付近で金属ケイ素
粒子が融解し、焼結体の形状を保持できないために好ま
しくない。また温度保持時間が４時間未満であると金属
ケイ素粒子の窒化が不充分となり好ましくなく、また温
度保持時間が１２時間を超えると窒化反応がそれ以上ほ
とんど進行しなくなり、運転費用がかさむため好ましく
ない。
下で１２００〜１４００℃の温度で４〜１２時間保持す
ることが好ましい。温度が１２００℃未満であると金属
ケイ素の窒化が起こらず、一方温度が１４００℃を超え
ると金属ケイ素の融点（１４１０℃）付近で金属ケイ素
粒子が融解し、焼結体の形状を保持できないために好ま
しくない。また温度保持時間が４時間未満であると金属
ケイ素粒子の窒化が不充分となり好ましくなく、また温
度保持時間が１２時間を超えると窒化反応がそれ以上ほ
とんど進行しなくなり、運転費用がかさむため好ましく
ない。
【００２６】第２段の熱処理条件としては、窒素雰囲気
下で１５００〜１８００℃で１〜１２時間保持すること
が好ましい。温度が１５００℃未満であると柱状結晶の
析出が充分進行しないために好ましくなく、一方１８０
０℃を超えると、窒化ケイ素粒子が分解するので好まし
くない。また、温度保持時間が１時間未満であると粒子
同士の結合が充分に進行しないために好ましくなく、一
方１２時間を超えると、特に高温では窒化ケイ素が分解
しやすくなり好ましくない。なお、第１段の熱処理と第
２段の熱処理は、中間で温度をいったん下げても、また
は温度を下げることなく連続で実施してもよい。
下で１５００〜１８００℃で１〜１２時間保持すること
が好ましい。温度が１５００℃未満であると柱状結晶の
析出が充分進行しないために好ましくなく、一方１８０
０℃を超えると、窒化ケイ素粒子が分解するので好まし
くない。また、温度保持時間が１時間未満であると粒子
同士の結合が充分に進行しないために好ましくなく、一
方１２時間を超えると、特に高温では窒化ケイ素が分解
しやすくなり好ましくない。なお、第１段の熱処理と第
２段の熱処理は、中間で温度をいったん下げても、また
は温度を下げることなく連続で実施してもよい。
【００２７】熱処理時の昇温速度は、成形体の大きさや
形状、熱処理する個数等により適宜選択されるが、５０
〜６００℃／ｈであると窒化率、細孔径制御の点で好ま
しい。昇温過程であっても、第１段および第２段で規定
する温度範囲にある場合は、その経過時間はそれぞれ第
１段および第２段の保持時間に加えるものとする。ま
た、窒素雰囲気とは、実質的に窒素のみを含み、酸素を
含まない雰囲気をいうが、他の不活性気体を含んでいて
もよい。窒素分圧は５０ｋＰａ以上が好ましい。
形状、熱処理する個数等により適宜選択されるが、５０
〜６００℃／ｈであると窒化率、細孔径制御の点で好ま
しい。昇温過程であっても、第１段および第２段で規定
する温度範囲にある場合は、その経過時間はそれぞれ第
１段および第２段の保持時間に加えるものとする。ま
た、窒素雰囲気とは、実質的に窒素のみを含み、酸素を
含まない雰囲気をいうが、他の不活性気体を含んでいて
もよい。窒素分圧は５０ｋＰａ以上が好ましい。
【００２８】
【実施例】以下に本発明の実施例と比較例を示す。 ［評価項目］ 細孔特性：水銀ポロシメーター（ユアサアイオニクス社
製、商品名：ＡＵＴＯＳＣＡＮ−３３）で平均細孔直
径、気孔率を測定した。 構造解析：Ｘ線回折装置（リガク社製、商品名：ガイガ
ーフレックスＲＡＤ−ＩＩＡ）を用いて結晶相の同定し
た。 形態観察：走査型電子顕微鏡（日本電子社製、商品名：
ＪＳＭ−Ｔ３００）により柱状結晶の析出の有無を確認
した。
製、商品名：ＡＵＴＯＳＣＡＮ−３３）で平均細孔直
径、気孔率を測定した。 構造解析：Ｘ線回折装置（リガク社製、商品名：ガイガ
ーフレックスＲＡＤ−ＩＩＡ）を用いて結晶相の同定し
た。 形態観察：走査型電子顕微鏡（日本電子社製、商品名：
ＪＳＭ−Ｔ３００）により柱状結晶の析出の有無を確認
した。
【００２９】［例１（実施例）］平均粒子直径５０μｍ
の金属ケイ素粒子（Ｓｉ：９７％、ＳｉＯ2：２．１
％）１００部に対して、ケイ素酸化物粒子として平均粒
子直径１μｍのＳｉＯ2粒子を１部配合して混合物と
し、さらに該混合物１００％に外掛で１０％のメチルセ
ルロース、１％のグリセリンおよび１０％のイオン交換
水を加えてニーダーで充分混練して押出成形用坏土を作
製した。得られた押出成形用坏土をハニカム体押出用金
型を有する真空押出成形機により押出成形しハニカム成
形体とした。
の金属ケイ素粒子（Ｓｉ：９７％、ＳｉＯ2：２．１
％）１００部に対して、ケイ素酸化物粒子として平均粒
子直径１μｍのＳｉＯ2粒子を１部配合して混合物と
し、さらに該混合物１００％に外掛で１０％のメチルセ
ルロース、１％のグリセリンおよび１０％のイオン交換
水を加えてニーダーで充分混練して押出成形用坏土を作
製した。得られた押出成形用坏土をハニカム体押出用金
型を有する真空押出成形機により押出成形しハニカム成
形体とした。
【００３０】ハニカム成形体の外形は、直径５０ｍｍ、
長さ１００ｍｍ、セル壁の厚さ０．２５ｍｍでセル数２
００セル／６．４５１６ｃｍ2である。１セルすなわち
貫通孔１個あたりの断面積は約３．２ｍｍ2である。得
られたハニカム成形体を乾燥した後に、電気炉中で窒素
雰囲気下で室温から１３００℃まで２００℃／ｈで昇温
し、１３００℃で１０時間保持した後、１７５０℃まで
６０℃／ｈで昇温し、１７５０℃で５時間保持して熱処
理してハニカム焼結体を得た。
長さ１００ｍｍ、セル壁の厚さ０．２５ｍｍでセル数２
００セル／６．４５１６ｃｍ2である。１セルすなわち
貫通孔１個あたりの断面積は約３．２ｍｍ2である。得
られたハニカム成形体を乾燥した後に、電気炉中で窒素
雰囲気下で室温から１３００℃まで２００℃／ｈで昇温
し、１３００℃で１０時間保持した後、１７５０℃まで
６０℃／ｈで昇温し、１７５０℃で５時間保持して熱処
理してハニカム焼結体を得た。
【００３１】得られたハニカム焼結体は成形体の形状を
維持しており、表面、内部ともにクラック等は観察され
なかった。この焼結体の気孔率は２２％、平均細孔直径
は０．８μｍであり、Ｘ線回折によりβ型の窒化ケイ素
が同定された。さらにハニカム焼結体を切断し、セルと
セルの間の隔壁を走査型電子顕微鏡により観察したとこ
ろ、セル壁表面から概ね垂直方向に内側に向かって多く
の柱状結晶が析出していることが確かめられた。柱状結
晶の中には長手方向の長さが０．８ｍｍ以上あるものも
観察された。
維持しており、表面、内部ともにクラック等は観察され
なかった。この焼結体の気孔率は２２％、平均細孔直径
は０．８μｍであり、Ｘ線回折によりβ型の窒化ケイ素
が同定された。さらにハニカム焼結体を切断し、セルと
セルの間の隔壁を走査型電子顕微鏡により観察したとこ
ろ、セル壁表面から概ね垂直方向に内側に向かって多く
の柱状結晶が析出していることが確かめられた。柱状結
晶の中には長手方向の長さが０．８ｍｍ以上あるものも
観察された。
【００３２】［例２（比較例）］例１において、ケイ素
酸化物を配合せず、平均粒子直径５０μｍの金属ケイ素
粒子（Ｓｉ：９７％、ＳｉＯ2：２．１％）の代わりに
平均粒子直径１０μｍの金属ケイ素粒子（Ｓｉ：９９．
９％）に変更し、かつイオン交換水の量を１０％の代わ
りに１５％とした他は例１と同様にした。得られたハニ
カム焼結体について例１と同様に走査型電子顕微鏡によ
り観察したところ、柱状結晶の析出は認められなかっ
た。
酸化物を配合せず、平均粒子直径５０μｍの金属ケイ素
粒子（Ｓｉ：９７％、ＳｉＯ2：２．１％）の代わりに
平均粒子直径１０μｍの金属ケイ素粒子（Ｓｉ：９９．
９％）に変更し、かつイオン交換水の量を１０％の代わ
りに１５％とした他は例１と同様にした。得られたハニ
カム焼結体について例１と同様に走査型電子顕微鏡によ
り観察したところ、柱状結晶の析出は認められなかっ
た。
【００３３】［例３（実施例）］例１において、第１段
の熱処理温度を１３００℃の代わりに１４００℃に変更
し、第２段の熱処理をしない他は例１と同様にした。得
られたハニカム焼結体についてＸ線回折により結晶相を
同定したところ、α、β型の窒化ケイ素の他に若干の未
反応シリコンと思われるピークが観察された。長手方向
の長さが０．１ｍｍ程度の柱状結晶は観察されたが、
０．３ｍｍを超えるような柱状結晶は観察されなかっ
た。
の熱処理温度を１３００℃の代わりに１４００℃に変更
し、第２段の熱処理をしない他は例１と同様にした。得
られたハニカム焼結体についてＸ線回折により結晶相を
同定したところ、α、β型の窒化ケイ素の他に若干の未
反応シリコンと思われるピークが観察された。長手方向
の長さが０．１ｍｍ程度の柱状結晶は観察されたが、
０．３ｍｍを超えるような柱状結晶は観察されなかっ
た。
【００３４】［例４（実施例）］例２で使用した平均粒
子直径１０μｍの金属ケイ素粒子（Ｓｉ：９９．９％）
１００部に対して、平均粒子直径０．１μｍのシリカ粒
子（ＳｉＯ2：９９．９％）を５．３部配合して、ミキ
サーによって乾式混合した。この混合粉末１００％に対
して外掛で、１０％のメチルセルロース、１％のグリセ
リンおよび２０％のイオン交換水を加えてニーダーで充
分混練して押出成形用坏土を作製した。得られた押出成
形用坏土を例１と同一の金型および同一の真空押出機を
使用して、ハニカム成形体を作製した。このハニカム成
形体を、乾燥後に電気炉中で窒素雰囲気下で室温から１
３００℃まで２００℃／ｈで昇温し、１３００℃で１０
時間保持した後、１７５０℃まで６０℃／ｈで昇温し、
１７５０℃で５時間保持して熱処理してハニカム焼結体
を得た。
子直径１０μｍの金属ケイ素粒子（Ｓｉ：９９．９％）
１００部に対して、平均粒子直径０．１μｍのシリカ粒
子（ＳｉＯ2：９９．９％）を５．３部配合して、ミキ
サーによって乾式混合した。この混合粉末１００％に対
して外掛で、１０％のメチルセルロース、１％のグリセ
リンおよび２０％のイオン交換水を加えてニーダーで充
分混練して押出成形用坏土を作製した。得られた押出成
形用坏土を例１と同一の金型および同一の真空押出機を
使用して、ハニカム成形体を作製した。このハニカム成
形体を、乾燥後に電気炉中で窒素雰囲気下で室温から１
３００℃まで２００℃／ｈで昇温し、１３００℃で１０
時間保持した後、１７５０℃まで６０℃／ｈで昇温し、
１７５０℃で５時間保持して熱処理してハニカム焼結体
を得た。
【００３５】得られたハニカム焼結体は例１と同様な形
状であり、表面、内部ともにクラック等は観察されなか
った。ハニカム焼結体の気孔率は３３％、平均細孔直径
は１．５μｍであった。ハニカム焼結体を切断して走査
型電子顕微鏡により観察したところ、セル壁表面から概
ね垂直方向に内側に向かって多くの柱状結晶が析出して
いることが確かめられた。柱状結晶の中には長手方向の
長さが０．９ｍｍ以上あるものも観察された。
状であり、表面、内部ともにクラック等は観察されなか
った。ハニカム焼結体の気孔率は３３％、平均細孔直径
は１．５μｍであった。ハニカム焼結体を切断して走査
型電子顕微鏡により観察したところ、セル壁表面から概
ね垂直方向に内側に向かって多くの柱状結晶が析出して
いることが確かめられた。柱状結晶の中には長手方向の
長さが０．９ｍｍ以上あるものも観察された。
【００３６】［例５（実施例）］平均粒子直径２５μｍ
の金属ケイ素粒子（Ｓｉ：９８％）１００部に対して、
平均粒子直径５０μｍのアルミナ（３８％）−シリカ
（６０％）系の中空粒子を３３．３部配合して混合物と
し、さらに該混合物１００％に外掛で、１５％のメチル
セルロース、１％のグリセリンおよび１５％のイオン交
換水を加えてニーダーで充分混練して押出成形用坏土を
作製した。
の金属ケイ素粒子（Ｓｉ：９８％）１００部に対して、
平均粒子直径５０μｍのアルミナ（３８％）−シリカ
（６０％）系の中空粒子を３３．３部配合して混合物と
し、さらに該混合物１００％に外掛で、１５％のメチル
セルロース、１％のグリセリンおよび１５％のイオン交
換水を加えてニーダーで充分混練して押出成形用坏土を
作製した。
【００３７】得られた押出成形用坏土を例１と同一の金
型、真空押出機により押出成形しハニカム成形体とし
た。得られたハニカム成形体を乾燥した後に、電気炉中
で窒素雰囲気下で室温から１３００℃まで２００℃／ｈ
で昇温し、１３００℃で１０時間保持した後、１７５０
℃まで６０℃／ｈで昇温し、１７５０℃で５時間保持し
て熱処理してハニカム焼結体を得た。
型、真空押出機により押出成形しハニカム成形体とし
た。得られたハニカム成形体を乾燥した後に、電気炉中
で窒素雰囲気下で室温から１３００℃まで２００℃／ｈ
で昇温し、１３００℃で１０時間保持した後、１７５０
℃まで６０℃／ｈで昇温し、１７５０℃で５時間保持し
て熱処理してハニカム焼結体を得た。
【００３８】得られたハニカム焼結体は直径５０ｍｍ、
長さ１５０ｍｍ、セル壁厚さ０．２５ｍｍ、セル数２０
０セル／平方インチのハニカム形状を維持しており、表
面、内部ともにクラック等は観察されなかった。この焼
結体の気孔率は５８％、平均細孔直径は８μｍであっ
た。
長さ１５０ｍｍ、セル壁厚さ０．２５ｍｍ、セル数２０
０セル／平方インチのハニカム形状を維持しており、表
面、内部ともにクラック等は観察されなかった。この焼
結体の気孔率は５８％、平均細孔直径は８μｍであっ
た。
【００３９】得られたハニカム焼結体について結晶相を
同定したところ、窒化ケイ素にアルミナが固溶している
ことがわかった。このハニカム焼結体を切断して走査型
電子顕微鏡により観察したところ、セル壁表面から概ね
垂直方向に内側に向かって多くの柱状結晶が析出してい
ることが確かめられた。柱状結晶の中には長手方向の長
さが０．７ｍｍ以上あるものも観察された。
同定したところ、窒化ケイ素にアルミナが固溶している
ことがわかった。このハニカム焼結体を切断して走査型
電子顕微鏡により観察したところ、セル壁表面から概ね
垂直方向に内側に向かって多くの柱状結晶が析出してい
ることが確かめられた。柱状結晶の中には長手方向の長
さが０．７ｍｍ以上あるものも観察された。
【００４０】
【発明の効果】本発明による窒化ケイ素質多孔体は、貫
通孔の表面から概ね垂直方向に向けて多数の柱状結晶が
析出している。通常、貫通孔をガスなどの流体が通過す
る流路とすることから、柱状結晶が析出することにより
流体との接触面積を大きくした多孔体が得られる。
通孔の表面から概ね垂直方向に向けて多数の柱状結晶が
析出している。通常、貫通孔をガスなどの流体が通過す
る流路とすることから、柱状結晶が析出することにより
流体との接触面積を大きくした多孔体が得られる。
【００４１】したがって本多孔体をフィルタとすると、
濾過面積の大きいフィルタとして使用できる。また、本
多孔体を触媒担体とすると、触媒担持量の多い触媒担体
としても使用できる。
濾過面積の大きいフィルタとして使用できる。また、本
多孔体を触媒担体とすると、触媒担持量の多い触媒担体
としても使用できる。
【図１】本発明の窒化ケイ素質多孔体の模式図
１：柱状結晶 １１：貫通孔 １２：貫通孔の表面 １３：多孔質の壁
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D019 AA01 BA05 BB06 BD03 CA01 CB06 4D048 AA14 BA12X BA12Y BA50X BA50Y BB02 BB12 4G019 FA12 4G069 AA01 AA08 BB11A BB11B BD05A BD05B BD06A BD06B CA03 CA18 DA06 EA19 FB67
Claims (5)
- 【請求項１】概ね柱状体の外形を有し、かつ互いに平行
な貫通孔を２個以上有する多孔体であって、該貫通孔の
表面から概ね垂直方向に向けて柱状結晶が析出している
ことを特徴とする窒化ケイ素質多孔体。 - 【請求項２】前記柱状結晶が窒化ケイ素柱状結晶である
請求項１記載の窒化ケイ素質多孔体。 - 【請求項３】平均粒子直径が１〜１５０μｍの金属ケイ
素粒子１００質量部と、ケイ素酸化物粒子をＳｉＯ2に
換算して０．２〜４５質量部含む混合物であって前記金
属ケイ素粒子と前記ケイ素酸化物粒子の合量が該混合物
中８０質量％以上である混合物に、成形助剤と水を加え
混練して混練物を得、次に該混練物を金型を使用して押
出成形し貫通孔１個あたりの断面積が１〜１００ｍｍ2
である押出成形体を得、その後該押出成形体を窒素中で
熱処理して金属ケイ素を窒化することを特徴とする請求
項１記載の窒化ケイ素質多孔体の製造方法。 - 【請求項４】前記窒化ケイ素質多孔体がハニカム構造を
有する請求項３記載の窒化ケイ素質多孔体の製造方法。 - 【請求項５】前記熱処理は、押出成形体を温度１２００
〜１４００℃の窒素雰囲気中で４〜１２時間保持する第
１段の熱処理工程と、その後に温度１５００〜１８００
℃の範囲で１〜１２時間保持する第２段の熱処理工程と
を含む請求項３または４記載の窒化ケイ素質多孔体の製
造方法。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP2000129711A JP2001316188A (ja) | 2000-04-28 | 2000-04-28 | 窒化ケイ素質多孔体およびその製造方法 |
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| US09/842,803 US6593261B2 (en) | 2000-04-28 | 2001-04-27 | Silicon nitride porous body and its production process |
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| JP2000129711A JP2001316188A (ja) | 2000-04-28 | 2000-04-28 | 窒化ケイ素質多孔体およびその製造方法 |
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|---|---|
| JP2001316188A true JP2001316188A (ja) | 2001-11-13 |
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ID=18638943
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|---|---|---|---|
| JP2000129711A Withdrawn JP2001316188A (ja) | 2000-04-28 | 2000-04-28 | 窒化ケイ素質多孔体およびその製造方法 |
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| JP2006096661A (ja) * | 2005-12-26 | 2006-04-13 | Hitachi Metals Ltd | 窒化ケイ素質焼結体およびそれを用いた回路基板。 |
| US7153484B2 (en) | 2003-01-21 | 2006-12-26 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Porous Si3N4 producing method |
| JP2011523585A (ja) * | 2008-05-09 | 2011-08-18 | エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンス テクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 加水分解コーティングを備える粒子フィルタ |
| CN110104198A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-08-09 | 新德隆特种陶瓷（大连）有限公司 | 一种可回收式无人机助推器壳体及其制造方法 |
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| US6699429B2 (en) * | 2001-08-24 | 2004-03-02 | Corning Incorporated | Method of making silicon nitride-bonded silicon carbide honeycomb filters |
| US6555032B2 (en) | 2001-08-29 | 2003-04-29 | Corning Incorporated | Method of making silicon nitride-silicon carbide composite filters |
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| CN100343198C (zh) * | 2003-07-29 | 2007-10-17 | 旭硝子株式会社 | 氮化硅质蜂窝式过滤器及其制造方法 |
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| EP1503161A3 (en) * | 2003-08-01 | 2006-08-09 | Asahi Glass Company Ltd. | Firing container for silicon nitride ceramics |
| US20050077226A1 (en) * | 2003-10-14 | 2005-04-14 | Bishop Bruce A. | Membrane devices using reaction bonded monolith supports |
| JP2006102631A (ja) * | 2004-10-05 | 2006-04-20 | Asahi Glass Co Ltd | 窒化ケイ素質フィルタの製造法 |
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| USD837357S1 (en) | 2016-09-15 | 2019-01-01 | Ngk Insulators, Ltd. | Catalyst carrier for exhaust gas purification |
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| CN114898912B (zh) * | 2022-05-25 | 2024-03-08 | 山东鹏程陶瓷新材料科技有限公司 | 一种耐高温绝缘的氮化硼块及其制造工艺 |
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|---|---|---|---|---|
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2000
- 2000-04-28 JP JP2000129711A patent/JP2001316188A/ja not_active Withdrawn
-
2001
- 2001-04-25 EP EP01110010A patent/EP1167321A3/en not_active Withdrawn
- 2001-04-27 US US09/842,803 patent/US6593261B2/en not_active Expired - Fee Related
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| EP1167321A3 (en) | 2002-03-13 |
| EP1167321A2 (en) | 2002-01-02 |
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