JP2010163293A - Method for producing silicon carbide porous body, and silicon carbide porous body - Google Patents
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Description
本発明は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関の燃焼ガスを浄化するフィルターとして用いられる炭化ケイ素多孔体の製造方法及びこの製造方法によって製造される炭化ケイ素多孔体に関する。 The present invention relates to a method for producing a silicon carbide porous body used as a filter for purifying combustion gas of an internal combustion engine such as a diesel engine, and a silicon carbide porous body produced by this production method.
ディーゼルエンジンなどの内燃機関の燃焼ガスを浄化するフィルターは、粒子状物質（ＰＭ）、浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）等を除去するフィルターと、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を触媒により還元又は酸化することにより、無害な炭酸ガス、水蒸気、窒素に変換するフィルター等を備える。炭化ケイ素多孔体は、耐摩耗性、耐酸性、耐腐食性、耐熱衝撃性に優れ、高硬度、低熱膨張率等の特性を有するため、これらフィルターの基材に適用可能である。 Filters that purify combustion gas from internal combustion engines such as diesel engines are filters that remove particulate matter (PM), suspended particulate matter (SPM), etc., and reduce hydrocarbons, carbon monoxide, and nitrogen oxides with a catalyst. Alternatively, a filter or the like that converts to harmless carbon dioxide, water vapor, or nitrogen by oxidation is provided. Since the silicon carbide porous body is excellent in wear resistance, acid resistance, corrosion resistance, and thermal shock resistance and has characteristics such as high hardness and low thermal expansion coefficient, it can be applied to the base material of these filters.
内燃機関の燃焼ガスを浄化するフィルターは、燃焼ガスの熱で加熱されることにより、触媒作用が活性化される。そのため、内燃機関の始動直後から触媒作用が活性化する活性温度に到達するまでの間は、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物等を、炭酸ガス、水蒸気、窒素に変換する能力が低い。 The filter that purifies the combustion gas of the internal combustion engine is heated by the heat of the combustion gas, whereby the catalytic action is activated. Therefore, the ability to convert hydrocarbons, carbon monoxide, nitrogen oxides, etc. into carbon dioxide, water vapor, and nitrogen is low from the time immediately after the start of the internal combustion engine until the activation temperature at which the catalytic action is activated.
これに対して、例えば、短時間で高温に加熱させられることが可能な高周波吸収体と、触媒作用を有する触媒体とを、セラミックス上に形成したフィルターが知られている（例えば、特許文献１）。このフィルターでは、高周波吸収体が短時間に加熱させられて、その熱エネルギーが触媒体に伝播させられる。これにより、内燃機関の始動直後から触媒作用が活性化する活性温度に到達するまでの時間を短縮させている。 On the other hand, for example, a filter is known in which a high-frequency absorber that can be heated to a high temperature in a short time and a catalytic body having a catalytic action are formed on ceramics (for example, Patent Document 1). ). In this filter, the high-frequency absorber is heated in a short time, and the thermal energy is propagated to the catalyst body. Thereby, the time from the start of the internal combustion engine to the activation temperature at which the catalytic action is activated is shortened.
しかしながら、上述した触媒作用を有するフィルターは、セラミックス上に、高周波吸収体と触媒体とを形成する必要があり、製造工程が複雑化していた。 However, the above-described filter having a catalytic action needs to form a high-frequency absorber and a catalyst body on ceramics, which complicates the manufacturing process.
また、活性温度になると触媒作用が活性化するフィルターでは、加熱され易いことが重要である。ところが、フィルターに過剰な熱が蓄積されると、フィルターが溶損する虞があることから、放熱性がよいことも要求される。すなわち、フィルターの熱伝導率は、高いことが好ましい。換言すると、フィルターの熱容量は、低いことが好ましい。 In addition, it is important that the filter whose catalytic action is activated when the activation temperature is reached is easily heated. However, if excessive heat is accumulated in the filter, the filter may be melted, so that good heat dissipation is also required. That is, the thermal conductivity of the filter is preferably high. In other words, the heat capacity of the filter is preferably low.
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、熱伝導率が高く、内燃機関の始動直後から燃焼ガスを効率よく浄化することが可能なフィルターとして使用可能な炭化ケイ素多孔体及び炭化ケイ素多孔体の製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of such a situation, and has a high thermal conductivity and can be used as a filter that can be used as a filter that can efficiently purify combustion gas immediately after the start of the internal combustion engine. And a method for producing a porous silicon carbide body.
上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。まず、本発明の第１の特徴は、内燃機関の燃焼ガスを浄化するフィルターに適用される炭化ケイ素多孔体の製造方法であって、分散媒として水を用いて炭化ケイ素と炭素とを混合する混合工程（スラリー形成工程、工程Ｓ１）と、基材に前記混合工程において得られた混合液（スラリー）を含浸する含浸工程（スラリー含浸工程、工程Ｓ２）と、前記混合液を含浸した前記基材を乾燥する乾燥工程（乾燥工程、工程Ｓ３）と、乾燥後の前記基材をケイ素を溶融させたケイ素溶融液に浸漬した状態で反応焼結する焼結工程（焼結工程、工程Ｓ４）とを有することを要旨とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention has the following features. First, the first feature of the present invention is a method for producing a silicon carbide porous body applied to a filter for purifying combustion gas of an internal combustion engine, wherein silicon carbide and carbon are mixed using water as a dispersion medium. A mixing step (slurry forming step, step S1), an impregnation step (slurry impregnation step, step S2) for impregnating the substrate with the mixed liquid (slurry) obtained in the mixing step, and the base impregnated with the mixed solution A drying step (drying step, step S3) for drying the material, and a sintering step (sintering step, step S4) in which the base material after drying is immersed in a silicon melt obtained by melting silicon. It is summarized as having.
本発明の第１の特徴は、混合液が含浸された基材を乾燥した後、基材にケイ素を含浸させた状態で反応焼結させる。これにより、基材に含浸した混合液中の、少なくとも炭化ケイ素によって主要な骨格が形成される。炭化ケイ素は、熱伝導率が高いため、炭化ケイ素を内燃機関の燃焼ガスの浄化用フィルターとして使用した場合、活性温度まで速やかに昇温させられる。また、炭化ケイ素は、熱伝導率が高いため、過剰な蓄熱を回避できる。従って、過剰な蓄熱によるフィルターの溶損を防止することができる。 The first feature of the present invention is that after drying a substrate impregnated with a mixed solution, reaction sintering is performed in a state in which the substrate is impregnated with silicon. Thereby, a main skeleton is formed by at least silicon carbide in the mixed liquid impregnated in the base material. Since silicon carbide has a high thermal conductivity, when silicon carbide is used as a filter for purifying combustion gas of an internal combustion engine, the temperature is rapidly raised to the activation temperature. Moreover, since silicon carbide has a high thermal conductivity, excessive heat storage can be avoided. Therefore, the filter can be prevented from being melted by excessive heat storage.
本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記含浸工程の後に、前記基材から余剰の混合液を除去する除去工程（スラリー除去工程Ｓ２ａ）を有し、前記除去工程の後、前記乾燥工程を行うことを要旨とする。 The second feature of the present invention relates to the first feature of the present invention, and has a removal step (slurry removal step S2a) for removing excess mixed liquid from the substrate after the impregnation step, and the removal The gist is to perform the drying step after the step.
本発明の第３の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記混合工程では、前記炭化ケイ素と前記炭素との合計を１００重量部としたとき、前記炭素は、５〜５０重量部添加されることを要旨とする。 A third feature of the present invention relates to the first feature of the present invention. In the mixing step, when the total of the silicon carbide and the carbon is 100 parts by weight, the carbon is 5 to 50 parts by weight. The gist is to be added.
本発明の第４の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記混合工程において、前記混合液には、解膠剤が添加されることを要旨とする。 A fourth feature of the present invention relates to the first feature of the present invention, and is summarized in that a peptizer is added to the mixed solution in the mixing step.
本発明の第５の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記基材は、ポリウレタンフォームであることを要旨とする。 A fifth feature of the present invention relates to the first feature of the present invention, and is summarized in that the substrate is a polyurethane foam.
本発明の第６の特徴は、内燃機関の燃焼ガスを浄化するフィルターに適用される炭化ケイ素多孔体（炭化ケイ素多孔体１）であって、少なくとも炭化ケイ素が３次元網目状骨格構造（炭化ケイ素骨格２）を形成しており、前記３次元網目構造には、気孔が形成されており、前記３次元網目構造は、分散媒として水を用いて炭化ケイ素と炭素とを混合して得られた混合液を基材に含浸した後、前記基材を乾燥し、乾燥後に前記基材をケイ素溶融液に浸漬した状態で反応焼結することにより形成されることを要旨とする。 A sixth feature of the present invention is a silicon carbide porous body (silicon carbide porous body 1) applied to a filter for purifying combustion gas of an internal combustion engine, wherein at least silicon carbide has a three-dimensional network skeleton structure (silicon carbide). The skeleton 2) is formed, and pores are formed in the three-dimensional network structure. The three-dimensional network structure is obtained by mixing silicon carbide and carbon using water as a dispersion medium. The gist is that the substrate is formed by impregnating the substrate with the mixed solution, and then drying the substrate, followed by reaction sintering in the state where the substrate is immersed in a silicon melt after drying.
本発明の第７の特徴は、本発明の第６の特徴に係り、前記３次元網目構造の気孔率は、２％以下であることを要旨とする。 A seventh feature of the present invention relates to the sixth feature of the present invention, and is summarized in that the porosity of the three-dimensional network structure is 2% or less.
本発明の特徴によれは、熱伝導率が高く、内燃機関の始動直後から燃焼ガスを効率よく浄化することが可能なフィルターとして使用可能な炭化ケイ素多孔体及び炭化ケイ素多孔体の製造方法を提供することができる。 According to the features of the present invention, there are provided a silicon carbide porous body that can be used as a filter that has high thermal conductivity and that can efficiently purify combustion gas immediately after starting an internal combustion engine, and a method for producing the silicon carbide porous body can do.
次に、本発明に係る炭化ケイ素多孔体の製造方法及び炭化ケイ素多孔体の実施形態について、図面を参照しながら説明する。具体的に、（１）炭化ケイ素多孔体の製造方法、（２）炭化ケイ素多孔体、（３）炭化ケイ素粉末、（４）実施例、（５）作用・効果、（６）その他の実施形態について説明する。 Next, an embodiment of a method for producing a silicon carbide porous body and a silicon carbide porous body according to the present invention will be described with reference to the drawings. Specifically, (1) Method for producing silicon carbide porous body, (2) Silicon carbide porous body, (3) Silicon carbide powder, (4) Examples, (5) Actions and effects, (6) Other embodiments Will be described.
なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。 In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic and ratios of dimensions are different from actual ones.
したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Accordingly, specific dimensions and the like should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
（１）炭化ケイ素多孔体の製造方法
図１は、本発明の実施形態として示す炭化ケイ素多孔体の製造方法を説明するフローチャートである。図１に示すように、炭化ケイ素多孔体の製造方法は、工程Ｓ１乃至工程Ｓ４を有する。
(1) Manufacturing method of a silicon carbide porous body FIG. 1: is a flowchart explaining the manufacturing method of the silicon carbide porous body shown as embodiment of this invention. As shown in FIG. 1, the manufacturing method of a silicon carbide porous body has process S1 thru | or process S4.
工程Ｓ１は、炭化ケイ素と炭素とを混合し、混合液（以下、スラリーという）を形成するスラリー形成工程である。 Step S1 is a slurry forming step in which silicon carbide and carbon are mixed to form a mixed liquid (hereinafter referred to as a slurry).
スラリー形成工程では、水を分散媒とする。所定量の炭化ケイ素と炭素とを水に分散させる。炭化ケイ素と炭素との合計を１００重量部とするとき、炭素の添加量は、５〜５０重量部とすることが好ましい。 In the slurry forming step, water is used as a dispersion medium. A predetermined amount of silicon carbide and carbon are dispersed in water. When the total of silicon carbide and carbon is 100 parts by weight, the amount of carbon added is preferably 5 to 50 parts by weight.
炭化ケイ素の結晶多型、使用量、純度、その製造方法等については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。本実施形態に用いて好適な炭化ケイ素粉体の一例は、（３）炭化ケイ素粉末において説明する。炭素としては、水に分散されやすい炭素微粒子を使用する。具体的に、カーボンブラックを用いることができる。 There is no restriction | limiting in particular about the crystal polymorph of silicon carbide, the usage-amount, purity, its manufacturing method, etc., According to the objective, it can select suitably. An example of a silicon carbide powder suitable for use in this embodiment will be described in (3) Silicon carbide powder. As the carbon, carbon fine particles that are easily dispersed in water are used. Specifically, carbon black can be used.
スラリーには、炭化ケイ素、炭素以外に、解膠剤、バインダー等を添加してもよい。解膠剤を添加することにより、炭化ケイ素と炭素の分散性を高めることができる。バインダーとして、ポリビニルアルコール、ラテックス等を使用できる。バインダーを添加することにより、工程Ｓ３（乾燥工程）において乾燥した後の成形体の強度を高めることができる。 In addition to silicon carbide and carbon, a peptizer, a binder and the like may be added to the slurry. By adding a deflocculant, the dispersibility of silicon carbide and carbon can be increased. As the binder, polyvinyl alcohol, latex or the like can be used. By adding a binder, it is possible to increase the strength of the molded body after drying in step S3 (drying step).
工程Ｓ２は、基材にスラリー形成工程で形成されたスラリーを含浸するスラリー含浸工程である。基材は、スラリーを吸収することができ、スラリーと化学的に反応しない材料である。一例として、基材は、ポリウレタンフォームである。 Step S2 is a slurry impregnation step in which the base material is impregnated with the slurry formed in the slurry formation step. The substrate is a material that can absorb the slurry and does not chemically react with the slurry. As an example, the substrate is a polyurethane foam.
スラリー含浸工程の後に、基材に対して余剰のスラリーを除去するスラリー除去工程Ｓ２ａを行ってもよい。具体的には、スラリーが染みこんだポリウレタンフォームをロール等で絞る。なお、工程Ｓ２ａは、必ずしも行う必要はない。 You may perform slurry removal process S2a which removes an excess slurry with respect to a base material after a slurry impregnation process. Specifically, the polyurethane foam soaked with the slurry is squeezed with a roll or the like. Note that step S2a is not necessarily performed.
工程Ｓ３は、スラリーを含浸させたポリウレタンフォームを乾燥する乾燥工程である。工程Ｓ３では、スラリーを含浸させたポリウレタンフォームを乾燥炉に入れて所定期間乾燥させる。 Step S3 is a drying step of drying the polyurethane foam impregnated with the slurry. In step S3, the polyurethane foam impregnated with the slurry is placed in a drying furnace and dried for a predetermined period.
工程Ｓ４は、乾燥後の成形体に含まれている炭素とケイ素とを反応焼結する焼結工程である。焼結工程は、焼結炉内で行われる。 Step S4 is a sintering step in which carbon and silicon contained in the dried molded body are reactively sintered. The sintering process is performed in a sintering furnace.
すなわち、スラリーが染みこんだポリウレタンフォームにおいて、反応焼結時に、Ｓｉ（ケイ素溶融液由来）と、炭素（カーボンブラック由来）とから炭化ケイ素が生成される。ここで、乾燥後の成形体に含まれる炭素（カーボンブラック）の原子数に対して、ケイ素は、十分余分に存在する。 That is, in the polyurethane foam soaked with the slurry, silicon carbide is generated from Si (derived from a silicon melt) and carbon (derived from carbon black) during reaction sintering. Here, silicon is present in an excessive amount relative to the number of carbon (carbon black) atoms contained in the dried molded body.
図２は、基材１１０であるポリウレタンフォームの骨格を説明する模式図である。基材１１０は、骨格１１１と空隙部１１２と有する。ポリウレタンフォームは、焼成温度条件下（１６００℃以上）で焼失するため、焼結工程により、ポリウレタンフォームの骨格１１１を有する炭化ケイ素の構造体（Ｓｉ−ＳｉＣ多孔質体、又は単に炭化ケイ素多孔体という）が形成される。この炭化ケイ素多孔体は、ケイ素を微量に含む。本実施形態において、スラリー形成工程は、混合工程を構成し、スラリー含浸工程は、含浸工程を構成する。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the skeleton of the polyurethane foam that is the
（２）炭化ケイ素多孔体
図３は、（１）で説明した製造方法によって製造された炭化ケイ素多孔体の構造を説明する模式図である。図３は、焼結工程により形成された炭化ケイ素多孔体を拡大して示す拡大図である。炭化ケイ素多孔体１は、基材１１０に相当する。
(2) Silicon Carbide Porous Body FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the structure of the silicon carbide porous body manufactured by the manufacturing method described in (1). FIG. 3 is an enlarged view showing an enlarged silicon carbide porous body formed by the sintering process. The silicon carbide porous body 1 corresponds to the
図３に示すように、炭化ケイ素多孔体１は、ポリウレタンフォームの骨格構造を有する３次元網目状の炭化ケイ素骨格２を有する。炭化ケイ素多孔体１には、ポリウレタンフォームの空隙に相当する空隙部３が形成される。ここで、炭化ケイ素骨格２は、図２に示す骨格１１１に相当し、空隙部３は、空隙部１１２に相当する。
As shown in FIG. 3, the silicon carbide porous body 1 has a three-dimensional network-like silicon carbide skeleton 2 having a polyurethane foam skeleton structure. In the silicon carbide porous body 1, a void portion 3 corresponding to a void of the polyurethane foam is formed. Here, the silicon carbide skeleton 2 corresponds to the
炭化ケイ素多孔体１のバルク部分、すなわち、炭化ケイ素骨格２には、気孔が形成される（不図示）。ここで、炭化ケイ素骨格２の気孔率は、２％以下であることが好ましい。 Pores are formed in the bulk portion of the silicon carbide porous body 1, that is, the silicon carbide skeleton 2 (not shown). Here, the porosity of the silicon carbide skeleton 2 is preferably 2% or less.
炭化ケイ素骨格２は、分散媒として水を用いて炭化ケイ素と炭素とを混合して得られたスラリーをポリウレタンフォームに含浸した後、乾燥させて、乾燥後にポリウレタンフォームをケイ素と反応焼結することにより形成される。 The silicon carbide skeleton 2 is obtained by impregnating a polyurethane foam with a slurry obtained by mixing silicon carbide and carbon using water as a dispersion medium and then drying, and after the drying, the polyurethane foam is reacted and sintered with silicon. It is formed by.
図３に示す構造を有する炭化ケイ素多孔体１は、更に触媒を担持させることによって、例えば、ディーゼルエンジンなどの内燃機関の燃焼ガスに含まれる浮遊粒子状物質を除去する浄化用フィルターとして使用することができる。燃焼ガスに含まれる炭化水素、一酸化炭素、及び窒素酸化物は、空隙部３を通過する際に炭化ケイ素骨格２に接触し、触媒作用によって、無害な炭酸ガス、水蒸気、窒素に変換される。 The porous silicon carbide body 1 having the structure shown in FIG. 3 is used as a purification filter for removing suspended particulate matter contained in combustion gas of an internal combustion engine such as a diesel engine by further supporting a catalyst. Can do. Hydrocarbons, carbon monoxide, and nitrogen oxides contained in the combustion gas come into contact with the silicon carbide skeleton 2 when passing through the voids 3, and are converted into harmless carbon dioxide, water vapor, and nitrogen by catalytic action. .
（３）炭化ケイ素粉末
炭化ケイ素多孔体の製造方法に使用可能な炭化ケイ素粉末は、α型、β型の何れでもよい。炭化ケイ素粉末の平均粒度は、２〜１０μｍであることが好ましい。この範囲を外れると、基材から余剰のスラリーを除去することが困難になり、目詰まりを引き起こす。
(3) Silicon carbide powder The silicon carbide powder that can be used in the method for producing a silicon carbide porous body may be either α-type or β-type. The average particle size of the silicon carbide powder is preferably 2 to 10 μm. Outside this range, it becomes difficult to remove excess slurry from the substrate, which causes clogging.
（４）実施例
上述した製造方法に基づき、炭化ケイ素、カーボンブラックの配合を変えて、炭化ケイ素多孔体を作製した。配合を表１に示す。
表１に示す配合で作製されたスラリーから、以下の手順で、炭化ケイ素多孔体を作製した。すなわち、スラリーを、φ３０ｍｍ×３０ｍｍの円筒状のポリウレタンフォームに染みこませた後、乾燥させた。ポリウレタンフォームは、セル数＃２０を使用した。セル数＃とは、単位インチ長当りの気泡の数を示す。 A silicon carbide porous body was produced from the slurry produced with the formulation shown in Table 1 by the following procedure. That is, the slurry was soaked into a cylindrical polyurethane foam having a diameter of 30 mm × 30 mm and then dried. Polyurethane foam used cell number # 20. Cell number # indicates the number of bubbles per unit inch length.
乾燥後、スラリーをスプレーにてポリウレタンフォームの円筒側面に塗布してシーリングした。この後、乾燥後のポリウレタンフォームと、ケイ素とを一緒に真空炉に配置し、真空下において反応焼結させた。反応焼結条件を１６００℃、３０分間とした。但し、比較例４については、反応焼結条件を１３５０℃、３０分間とした。 After drying, the slurry was applied to the cylindrical side surface of the polyurethane foam by spraying and sealed. Thereafter, the dried polyurethane foam and silicon were placed together in a vacuum furnace and subjected to reaction sintering under vacuum. The reaction sintering conditions were 1600 ° C. and 30 minutes. However, for Comparative Example 4, the reaction sintering conditions were 1350 ° C. and 30 minutes.
実施例１〜３、比較例１〜３で得られた構造体と同様に、φ３０×３ｍｍのサイズを同時に作成した。実施例１〜３、比較例１〜３の骨格に相当する、φ１０ｍｍ×０．５ｍｍに加工した後、熱伝導率、嵩密度、気孔率を測定した。また、ケイ素溶融液の残存ケイ素の割合を測定した。熱伝導率は、レーザフラッシュ法により測定した。嵩密度及び気孔率は、アルキメデス法により測定した。残存ケイ素は、真空下、１７００℃において１時間焼成を行った後の重量差から算出した。結果を表２に示す。
実施例１〜３の構造体の熱伝導率は、好ましいとされる９０Ｗ／ｍＫ以上であるのに対して、比較例１の構造体の熱伝導率は、８３Ｗ／ｍＫであった。実施例１〜３の結果から、スラリーに添加するカーボンブラックの量は、炭化ケイ素とカーボンブラックの合計を１００重量部としたとき、５０重量部を上限として、多いほど構造体の熱伝導率を高めることができることが判った。カーボンブラックが５重量部を下回ると、熱伝導率が向上する効果が小さかった。また、５０重量部を超えると、スラリー化が困難であった。 The thermal conductivity of the structures of Examples 1 to 3 was 90 W / mK or more, which is preferable, whereas the thermal conductivity of the structure of Comparative Example 1 was 83 W / mK. From the results of Examples 1 to 3, the amount of carbon black added to the slurry is such that when the total of silicon carbide and carbon black is 100 parts by weight, the upper limit is 50 parts by weight. It was found that it can be increased. When carbon black was less than 5 parts by weight, the effect of improving thermal conductivity was small. Moreover, when it exceeded 50 weight part, the slurrying was difficult.
比較例１の炭化ケイ素単体で形成された構造体は、反応焼結時に、クラックが発生しやすかった。これは、炭化ケイ素と炭素との結合力に比べて、炭化ケイ素同士の結合力が弱いために、ケイ素源と炭素源とが反応して炭化ケイ素が生成される際に生じる体積変化によりクラックが発生するものと考えられる。 The structure formed of silicon carbide alone in Comparative Example 1 was prone to cracking during reaction sintering. This is because the bonding force between silicon carbides is weaker than the bonding force between silicon carbide and carbon, so cracks are caused by volume changes that occur when silicon carbide is produced by the reaction between the silicon source and the carbon source. It is thought to occur.
比較例２の構造体のように、炭素の配合量が炭化ケイ素の配合量を上回ると、焼成が困難になることが判った。 As in the structure of Comparative Example 2, it was found that firing was difficult when the amount of carbon exceeded the amount of silicon carbide.
実施例１〜３の構造体と比べて、比較例３，４の構造体（従来品）の熱伝導率は、著しく低い値であった。また、比較例３，４の構造体の気孔率は、高いことが判った。 Compared with the structures of Examples 1 to 3, the thermal conductivity of the structures of Comparative Examples 3 and 4 (conventional products) was remarkably low. Moreover, it turned out that the porosity of the structure of the comparative examples 3 and 4 is high.
以上の結果から、カーボンブラックを５〜５０重量部加えることによって、熱容量が低く、かつ良好な触媒作用を有する炭化ケイ素多孔体を作製できるといえる。実施例１〜３の構造体は、フィルターとして公知であるコーディライトに比べて熱伝導率が著しく大きい。従って、熱容量が低い。そのため、速やかに活性温度に到達して、エンジン始動直後であっても良好な触媒作用が得られるとともに、低熱容量であるため、蓄熱を回避できる。従って、過剰加熱によるフィルターの溶損を防止することができる。 From the above results, it can be said that by adding 5 to 50 parts by weight of carbon black, it is possible to produce a silicon carbide porous body having a low heat capacity and good catalytic action. The structures of Examples 1 to 3 have significantly higher thermal conductivity than cordierite known as a filter. Therefore, the heat capacity is low. As a result, the catalyst quickly reaches the activation temperature, and a good catalytic action can be obtained even immediately after the engine is started, and heat storage can be avoided because of its low heat capacity. Therefore, the filter can be prevented from being melted by overheating.
（５）作用・効果
本発明の炭化ケイ素多孔体の製造方法によれば、第１の特徴は、スラリーを含浸したポリウレタンフォームを乾燥した後、ポリウレタンフォームにケイ素溶融液を含浸した状態で反応焼結させる。これにより、ポリウレタンフォームに含浸したスラリーに含まれる、少なくとも炭化ケイ素によって、主要な骨格が形成される。炭化ケイ素は、熱伝導率が高いため、炭化ケイ素を内燃機関の燃焼ガスの浄化用フィルターとして使用した場合、活性温度まで速やかに昇温させられる。従って、エンジン始動直後でも、良好な触媒作用を得られる。また、炭化ケイ素は、熱伝導率が高い、すなわち低熱容量であるため、不要な蓄熱を回避できる。従って、過剰な加熱によるフィルターの溶損を防止することができる。
(5) Action / Effect According to the method for producing a porous silicon carbide of the present invention, the first feature is that after the polyurethane foam impregnated with the slurry is dried, the reaction is performed in a state where the polyurethane foam is impregnated with the silicon melt. Tie. As a result, a main skeleton is formed by at least silicon carbide contained in the slurry impregnated in the polyurethane foam. Since silicon carbide has a high thermal conductivity, when silicon carbide is used as a filter for purifying combustion gas of an internal combustion engine, the temperature is rapidly raised to the activation temperature. Therefore, good catalytic action can be obtained even immediately after the engine is started. Moreover, since silicon carbide has high thermal conductivity, that is, low heat capacity, unnecessary heat storage can be avoided. Therefore, it is possible to prevent the filter from being damaged by excessive heating.
一般的に、燃焼ガスの浄化用フィルターに形成される空隙部は、断熱層として働くため、浄化用フィルターの骨格部分に空隙部が多く存在すると、浄化用フィルターの熱伝導率が低下させられる。そのため、骨格部分に空隙部が多い（すなわち、気孔率が大きい）ハニカム構造体では、熱伝導率を高めることができなかった。 In general, the void formed in the combustion gas purification filter functions as a heat insulating layer. Therefore, if there are many voids in the skeleton of the purification filter, the thermal conductivity of the purification filter is lowered. For this reason, in a honeycomb structure having a large number of voids in the skeleton portion (that is, a high porosity), the thermal conductivity could not be increased.
これに対して、炭化ケイ素多孔体１の気孔率（すなわち、炭化ケイ素骨格２のバルク部分の空隙率）は、２％以下であるため、熱伝導率を向上させることができる。従って、熱容量を低くすることができる。 On the other hand, since the porosity of the silicon carbide porous body 1 (that is, the porosity of the bulk portion of the silicon carbide skeleton 2) is 2% or less, the thermal conductivity can be improved. Therefore, the heat capacity can be lowered.
また、従来のハニカム構造体では、燃焼ガスは、ハニカム構造体に設けられた孔部を直線的に通過する。従って、燃焼ガスと触媒との接触面積が限定されていた。 In the conventional honeycomb structure, the combustion gas linearly passes through the holes provided in the honeycomb structure. Therefore, the contact area between the combustion gas and the catalyst has been limited.
これに対して、炭化ケイ素多孔体１は、３次元網目構造を有する。そのため、内部に流入した燃焼ガス等の流体は、炭化ケイ素多孔体１を通過する際に、炭化ケイ素骨格２との接触頻度が高められる。このように、炭化ケイ素多孔体１は、３次元網目構造を有することにより、触媒効率も向上させられる。 On the other hand, the silicon carbide porous body 1 has a three-dimensional network structure. Therefore, the frequency of contact of the fluid such as the combustion gas flowing into the interior with the silicon carbide skeleton 2 is increased when passing through the silicon carbide porous body 1. As described above, the silicon carbide porous body 1 has a three-dimensional network structure, so that the catalyst efficiency is also improved.
（６）その他の実施形態
上述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(6) Other Embodiments As described above, the contents of the present invention have been disclosed through the embodiments of the present invention. However, it is understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. Should not. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
例えば、炭化ケイ素多孔体の製造方法に基づいて作製された炭化ケイ素多孔体１は、特に、ディーゼルエンジンの燃焼ガスの触媒担持体や、煤トラップフィルターに用いることができる。自動車の燃焼ガスの浄化用途に限定されない。例えば、船舶、定置用エンジンであってもよい。また、ＨＣ（炭化水素）浄化用フィルター、ＮＯｘ浄化用フィルターとしてだけでなく、ＰＭ（粒子状物質）浄化用フィルターとして使用することもできる。 For example, the silicon carbide porous body 1 produced based on the method for producing a silicon carbide porous body can be used particularly for a catalyst carrier for combustion gas of a diesel engine or a soot trap filter. The present invention is not limited to purification of automobile combustion gas. For example, a ship or a stationary engine may be used. Further, it can be used not only as an HC (hydrocarbon) purification filter and NOx purification filter, but also as a PM (particulate matter) purification filter.
また、本発明の実施形態は、次のように変更することができる。基材は、ポリウレタンフォームであるとした。しかし、スラリーと化学的に反応しない材料であればよい。 The embodiment of the present invention can be modified as follows. The substrate was assumed to be polyurethane foam. However, any material that does not chemically react with the slurry may be used.
炭化ケイ素多孔体の製造方法に使用可能な炭化ケイ素粉末は、（３）炭化ケイ素粉末において説明した製法で製造された炭化ケイ素に限定されない。また、炭素源は、水に対して分散性のよいものであればよく、カーボンブラックに限定されない。また、カーボンブラックの粒径は適宜選択可能である。 The silicon carbide powder that can be used in the method for producing a silicon carbide porous body is not limited to silicon carbide produced by the production method described in (3) Silicon carbide powder. The carbon source is not limited to carbon black as long as it has good dispersibility in water. The particle size of carbon black can be selected as appropriate.
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments that are not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
１…炭化ケイ素多孔体、２…炭化ケイ素骨格、３…空隙部、１１０…基材、１１１…骨格、１１２…空隙部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon carbide porous body, 2 ... Silicon carbide frame | skeleton, 3 ... Void part, 110 ... Base material, 111 ... Skeleton, 112 ... Void part
Claims (7)
分散媒として水を用いて炭化ケイ素と炭素とを混合する混合工程と、
基材に前記混合工程において得られた混合液を含浸する含浸工程と、
前記混合液を含浸した前記基材を乾燥する乾燥工程と、
乾燥後の前記基材をケイ素を溶融させたケイ素溶融液に浸漬した状態で反応焼結する焼結工程と
を有する炭化ケイ素多孔体の製造方法。 A method for producing a silicon carbide porous body applied to a filter for purifying combustion gas of an internal combustion engine,
A mixing step of mixing silicon carbide and carbon using water as a dispersion medium;
An impregnation step of impregnating a base material with the mixed liquid obtained in the mixing step;
A drying step of drying the substrate impregnated with the mixed solution;
A method for producing a porous silicon carbide body comprising: a sintering step in which the substrate after drying is subjected to reactive sintering in a state of being immersed in a silicon melt obtained by melting silicon.
前記除去工程の後、前記乾燥工程を行う請求項１に記載の炭化ケイ素多孔体の製造方法。 After the impregnation step, a removal step of removing excess mixed liquid from the base material,
The method for producing a silicon carbide porous body according to claim 1, wherein the drying step is performed after the removing step.
少なくとも炭化ケイ素が３次元網目構造を形成しており、前記３次元網目構造には、気孔が形成されており、
前記３次元網目構造は、分散媒として水を用いて炭化ケイ素と炭素とを混合して得られた混合液を基材に含浸した後、前記基材を乾燥し、乾燥後、前記基材をケイ素溶融液に浸漬した状態で反応焼結することによって形成される炭化ケイ素多孔体。 A silicon carbide porous body applied to a filter for purifying combustion gas of an internal combustion engine,
At least silicon carbide forms a three-dimensional network structure, and pores are formed in the three-dimensional network structure.
The three-dimensional network structure is obtained by impregnating a base material with a mixed liquid obtained by mixing silicon carbide and carbon using water as a dispersion medium, drying the base material, and drying the base material. A silicon carbide porous body formed by reactive sintering while immersed in a silicon melt.
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