JP2549685B2 - Porous body and method for producing porous body - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、比表面積の大きい多孔質体および多孔質体
製造方法に関する。The present invention relates to a porous body having a large specific surface area and a method for producing a porous body.

［従来の技術］ 多孔質体は比表面積が大きく、酵素または微生物など
の有機触媒成分、無機触媒成分を分担担持させる触媒担
体、表面からの放熱効率の高い放熱体として多用され、
ハニカム材、網状部材などがこうした多孔質体として一
般的である。特にハニカム材は自動車排気ガス中の有害
分質を除去する触媒担体として普及している。[Prior Art] Porous bodies have a large specific surface area and are often used as organic catalyst components such as enzymes or microorganisms, catalyst carriers that share and support inorganic catalyst components, and radiators with high heat radiation efficiency from the surface.
Honeycomb materials, mesh members and the like are generally used as such porous bodies. In particular, honeycomb materials are widely used as catalyst carriers for removing harmful substances in automobile exhaust gas.

しかしながら最近では今まで以上の性能向上、例えば
触媒成分の分散担持能力などの向上が要望されている。
このためハニカム材などの多孔質体に替り、比表面積の
大きなファイバあるいはウィスカといった短繊維（以下
単にファイバという）を用いた次のようなファイバ製多
孔質体が開発されている。However, in recent years, there has been a demand for further improvement in performance, for example, improvement in the ability to disperse and support catalyst components.
Therefore, instead of a porous body such as a honeycomb material, a fiber-made porous body as described below using fibers having a large specific surface area or short fibers such as whiskers (hereinafter simply referred to as fibers) has been developed.

ファイバ製多孔質体は、所定形状の筐体または枠体
と、ファイバあるいはファイバを加工したブランケッ
ト、不織布等から成り、ファイバ又はブランケット等を
筐体内へ積層または挿着したり、枠体へ挾着または貼着
することによって構成されている。このような構成のフ
ァイバ製多孔質体は除塵材としても使用されている。特
にセラミックファイバまたはセラミックウィスカを上記
したファイバとして用いたセラミックファイバ製多孔質
体は、セラミック特有の耐熱性、耐薬品性を活用した有
益かつ高付加価値の多孔質体である。The fiber-made porous body is composed of a housing or frame body having a predetermined shape and a fiber or a blanket obtained by processing the fiber, a non-woven fabric, or the like, and the fibers or the blanket or the like are stacked or inserted into the housing or attached to the frame body. Alternatively, it is configured by sticking. The fiber-made porous body having such a structure is also used as a dust removing material. In particular, a ceramic fiber porous body using a ceramic fiber or a ceramic whisker as the above-mentioned fiber is a useful and high-value-added porous body that utilizes the heat resistance and chemical resistance peculiar to ceramics.

［発明が解決しようとする課題］ 上記したセラミックファイバ製多孔質体を含むファイ
バ製多孔質体は、比表面積の極めて大きな多孔質体であ
るが次のような問題点が残されている。[Problems to be Solved by the Invention] A fiber-made porous body including the above-mentioned ceramic fiber-made porous body is a porous body having an extremely large specific surface area, but the following problems remain.

ファイバ製多孔質体の外形形状を形成する筐体内に積
層されたファイバ層、枠体に挾着されたファイバのブラ
ンケット等は、相互に絡み付いた多数のファイバによっ
て構成されている。従ってファイバ製多孔質体は、筐体
等に直接固定されたファイバとファイバ相互の絡み付き
によって保持されているファイバを主要な構成部材と
し、所定形状を維持している。このため振動、ファイバ
の自重、吹きつけられた気体の圧力などの外力が加わる
と、ファイバ相互の絡み付きがほぐれてファイバの初期
の状態、例えばファイバの積層厚さなどを長期にわたっ
て維持できず、ファイバ製多孔質体の当初の特性例えば
触媒成分の分散担持効率等の低下が生じ好ましくない。A fiber layer laminated in a housing forming the outer shape of a fiber-made porous body, a blanket of fibers attached to a frame body, and the like are composed of a large number of fibers entwined with each other. Therefore, the fiber-made porous body maintains the predetermined shape with the fiber directly fixed to the housing and the fiber held by the entanglement of the fibers as main constituent members. Therefore, when an external force such as vibration, the weight of the fiber, or the pressure of the blown gas is applied, the entanglement of the fibers is loosened, and the initial state of the fiber, such as the laminated thickness of the fiber, cannot be maintained for a long time. The initial characteristics of the porous body, for example, the efficiency of dispersing and supporting the catalyst component, are deteriorated, which is not preferable.

またファイバ製多孔質体の用途、使用場所は多種多用
であり、均一な特性例えば除塵能力を得るためには筐体
内に積層させるファイバの量、厚さなどを均一に揃える
作業が必要である。あるいは用途に応じてファイバの
量、厚さなどを調整する作業が必要である。これらの作
業は煩雑であるばかりか、場合によっては例えば複雑に
湾曲した筐体内にファイバを均一に積層する作業などは
困難である。Further, the porous fiber body is used in a variety of applications and places, and in order to obtain uniform characteristics such as dust removal capability, it is necessary to uniformly arrange the amount and thickness of the fibers to be laminated in the housing. Alternatively, it is necessary to adjust the amount and thickness of the fiber according to the application. These operations are not only complicated, but in some cases, for example, it is difficult to uniformly stack the fibers in a complex curved housing.

本発明は以上の問題点を解決するためになされ、第１
の目的は、ファイバ即ち短繊維状の針状体の各々を枠体
等と一体化させて、針状体の初期の状態が変化すること
のない多孔質体を提供することである。また第２の目的
は、針状体の各々と枠体等が一体化され、針状体の初期
の状態の変化のない多孔質体を、その多孔質体の形状等
の影響を受けることなく容易に製造できる多孔質体製造
方法を提供することである。The present invention has been made to solve the above problems, and
The purpose of is to provide a porous body in which each of the fibers, that is, the short fibrous needle-shaped bodies is integrated with the frame body and the like, and the initial state of the needle-shaped bodies does not change. A second object is to make a porous body in which each of the needle-shaped bodies is integrated with a frame body and the initial state of the needle-shaped bodies does not change, without being affected by the shape of the porous body. An object of the present invention is to provide a method for producing a porous body that can be easily produced.

発明の構成 ［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するために本発明の用いた手段は、 複数の孔を枠材によって形成する多孔支持枠と 該多孔支持枠から前記各孔内に突出して該各孔のほぼ
全内周面にわたって密生し、前記各孔の全開口部を覆う
針状体と を備えることを特徴とする多孔質体をその要旨とする。Means for Solving the Problems [Means for Solving the Problems] In order to achieve such an object, the means used in the present invention are: a porous support frame having a plurality of holes formed by a frame member; A porous body characterized in that it has a needle-shaped body that projects and densely covers substantially the entire inner peripheral surface of each hole and covers the entire opening of each hole.

更に、前記目的を達成するためのかかる多孔質体を製
造する本発明の用いた手順は、 複数の孔を備えた多孔支持枠を形成する耐熱性の枠材
表面に、ケイ素またはケイ素とアルミニウムとの混合物
から成る原料粒子を被着し、 被着後の前記多孔支持枠を窒素ガスを含む還元性ガス
または水蒸気を含む水素ガスのガス雰囲気中で温度1200
℃〜1370℃、少なくとも１時間焼成する ことを特徴とする多孔質体製造方法をその要旨とする。Furthermore, the procedure used in the present invention for producing such a porous body to achieve the above-mentioned object is that silicon or silicon and aluminum are formed on the surface of a heat-resistant frame material forming a porous support frame having a plurality of holes. The raw material particles consisting of a mixture of the above are deposited, and the porous support frame after the deposition is heated to a temperature of 1200 in a gas atmosphere of a reducing gas containing nitrogen gas or hydrogen gas containing water vapor.
The gist of the present invention is a method for producing a porous body, which comprises firing at a temperature of 1 ° C to 1370 ° C for at least 1 hour.

［作用］ 本発明による多孔質体の多孔支持枠は、枠材によって
多孔質体の所定形状、例えばシート状、円筒状などの外
形形状および後述する針状体によって覆われる複数個の
孔を形成する。多孔支持枠から各孔内に突出して各孔の
ほぼ全内周面にわたって密生する針状体は、各孔を形成
する枠材と一体になり各孔の全開口部を覆うとともに比
表面積を各孔毎に増加させる。即ち針状体は各孔の孔毎
に独立した多孔質体とする。こうして複数の孔を備えた
多孔支持枠および針状体は、孔毎の多孔質体を集合させ
た所定形状の多孔質体を構成する。[Operation] In the porous support frame of the porous body according to the present invention, the frame material forms a predetermined shape of the porous body, for example, an outer shape such as a sheet shape and a cylindrical shape, and a plurality of holes covered by the needle-shaped body described later. To do. The needle-shaped body protruding from the porous support frame into each hole and densely covering almost the entire inner peripheral surface of each hole is integrated with the frame material forming each hole to cover the entire opening of each hole and to have a specific surface area of Increase for each hole. That is, the needle-shaped body is an independent porous body for each hole. In this way, the porous support frame having a plurality of holes and the needle-shaped body constitute a porous body having a predetermined shape in which the porous bodies for each hole are aggregated.

なお針状体の密生のしかたに制限は無く、各孔の全開
口部を覆っていれば良い。例えば針状体が一定方向に向
けて密生していても異なる方向に向けて密生していて
も、各孔の全開口部がこの針状体によって覆われていれ
ば十分である。It should be noted that there is no limitation on how the needle-shaped bodies are densely packed, as long as all the openings of each hole are covered. For example, whether the needle-shaped bodies are densely packed in a certain direction or densely packed in different directions, it is sufficient that all the openings of each hole are covered with the needle-shaped bodies.

また、本発明の前記した多孔質体の製造方法によれ
ば、まず耐熱性の多孔支持枠の枠材表面にケイ素または
ケイ素とアルミニウムとの混合物から成る原料粒子を適
宜選択された被着方法によって被着する。原料粒子は次
工程の焼成によって発生するウィスカの原材料となる。Further, according to the above-described method for producing a porous body of the present invention, first, a raw material particle made of silicon or a mixture of silicon and aluminum is applied to the surface of the frame material of the heat-resistant porous support frame by an appropriately selected deposition method. Put on. The raw material particles serve as a raw material for whiskers generated by firing in the next step.

上記の被着方法には様々なものがある。例えば原料粒
子粉末を第３ブチルアルコール、ケトンなどの有機溶剤
に加えてスラリとして、このスラリの塗布、吹き付け、
静電塗料などの方法、このスラリに浸漬する方法などが
ある。あるいは蒸着、スパッタリング等の薄膜製造法で
原料粒子を被着させることもできる。なお、塗布、浸漬
などの方法では自然乾燥等を併用して行ない、有機溶剤
を蒸発させて枠材表面からの原料粒子の離脱を防止する
ことが望ましく、薄膜製造法では枠材と原料との濡れ性
を向上させるために、予め枠材表面に他の金属等を付着
させておいても良い。これらの被着方法のうち塗布、浸
漬などの方法は被着作業の容易な方法である。また上記
のケイ素とアルミニウムの混合物は、両物質のおのおの
の粉末粒子を回転混合機などで撹拌混合した物理的混合
物、あるいは両物質を化合させた化学的混合物のどちら
でも良い。There are various methods of depositing as described above. For example, raw material powder is added to an organic solvent such as tert-butyl alcohol or ketone to form a slurry, and the slurry is applied and sprayed.
There are methods such as electrostatic coating and soaking in this slurry. Alternatively, the raw material particles can be deposited by a thin film manufacturing method such as vapor deposition or sputtering. Note that it is desirable to perform natural drying in combination with methods such as coating and dipping to evaporate the organic solvent to prevent the release of the raw material particles from the surface of the frame material. In order to improve the wettability, another metal or the like may be attached to the surface of the frame material in advance. Among these deposition methods, coating, dipping and the like are easy methods for deposition. The above-mentioned mixture of silicon and aluminum may be either a physical mixture obtained by stirring and mixing powder particles of each substance with a rotary mixer or the like, or a chemical mixture obtained by combining both substances.

次に、被着後の多孔支持枠体を窒素ガスを含む還元性
ガスまたは水蒸気を含む水素ガスのガス雰囲気中で、温
度1200℃〜1370℃、少なくとも１時間の条件によって焼
成して枠材表面に原料粒子の物質とガス雰囲気中の窒素
または酸素との反応生成物である後述のウィスカを成長
させ、これらのウィスカによって多孔支持枠の各孔の全
開口部を覆わせる。Then, the adhered porous support frame is fired in a gas atmosphere of a reducing gas containing nitrogen gas or a hydrogen gas containing water vapor under the conditions of a temperature of 1200 ° C to 1370 ° C and at least 1 hour to form a frame material surface. Then, whiskers, which will be described later, which is a reaction product of the material of the raw material particles and nitrogen or oxygen in the gas atmosphere are grown, and all the opening portions of each hole of the porous support frame are covered with these whiskers.

上記焼成温度および焼成時間の範囲内であればウィス
カを好適に成長させて各孔の全開口部をウィスカによっ
て覆うことができる。しかし1200℃より低い温度または
１時間に満たない時間の焼成条件ではウィスカの成長が
不十分となるため、得られた多孔質体から多孔支持枠体
を除外したウィスカ自体の気孔率（以下、単に気孔率と
いう）が低下する。従って各孔の全開口部がウィスカに
よって覆われなくなる。また、1370℃を越える温度で
は、原料粒子の融点に近い温度であるためにやはりウィ
スカの成長が不十分となり気孔率が低下する。Within the range of the firing temperature and the firing time, whiskers can be suitably grown and all the openings of each hole can be covered with whiskers. However, since the growth of whiskers is insufficient under baking conditions at a temperature lower than 1200 ° C. or a time of less than 1 hour, the porosity of the whiskers themselves excluding the porous support frame from the obtained porous body (hereinafter, simply Porosity) decreases. Therefore, the entire opening of each hole is not covered with whiskers. Further, at a temperature higher than 1370 ° C., since the temperature is close to the melting point of the raw material particles, the growth of whiskers also becomes insufficient and the porosity decreases.

窒素ガスを含む還元性ガス、例えばアンモニア分解ガ
スは窒素を供給しこのガス雰囲気中で、原料粒子がケイ
素の粒子である場合には窒化ケイ素（Si₃N₄）ウィスカ
を成長させ、原料粒子が前記混合物の粒子である場合に
は窒化ケイ素ウィスカ、窒化アルミニウム（AlN）ウィ
スカを成長させる。水蒸気を含む水素ガスは酸素を供給
しこのガス雰囲気中で、原料粒子がケイ素の粒子である
場合にはシリカ（SiO₂）ウィスカを成長させ、原料粒子
が前記混合物の粒子である場合にはシリカウィスカおよ
びムライト（Al₆Si₂O₁₃）ウィスカを成長させる。なお
水素ガス雰囲気中の上記混合物をケイ素:23〜30重量
％、アルミニウム70〜77重量％の混合物とすると、極め
て耐熱性の高いムライトウィスカを選択的に成長させる
ことができ好ましい。A reducing gas containing nitrogen gas, for example, an ammonia decomposition gas is supplied with nitrogen, and in this gas atmosphere, when the raw material particles are particles of silicon, silicon nitride (Si ₃ N ₄ ) whiskers are grown, and the raw material particles are In the case of particles of the mixture, silicon nitride whiskers and aluminum nitride (AlN) whiskers are grown. Hydrogen gas containing water vapor supplies oxygen to grow silica (SiO ₂ ) whiskers when the raw material particles are particles of silicon in this gas atmosphere, and silica when the raw material particles are particles of the mixture. Grow whiskers and mullite (Al ₆ Si ₂ O ₁₃ ) whiskers. When the above mixture in a hydrogen gas atmosphere is a mixture of silicon: 23 to 30% by weight and aluminum: 70 to 77% by weight, mullite whiskers having extremely high heat resistance can be selectively grown, which is preferable.

上記したウィスカによって各孔の全開口部が覆われる
程度は、各孔の開口面積、開口部容積および温度、時間
の焼成条件によって決まる。The extent to which all the openings of each hole are covered by the whiskers described above is determined by the opening area of each hole, the opening volume and temperature, and the firing conditions such as time.

［実施例］ 次に本発明を用いた実施例について図面を用いて説明
する。[Embodiment] Next, an embodiment using the present invention will be described with reference to the drawings.

まずウィスカの原材料を得るため、ケイ素粉末500gを
第３ブチルアルコール500ml中に加え、この溶液を純度9
9.9％、粒径10mmのアルミナ球石とともに内容積1.51の
ポリエチレン製粉砕容器に入れ、この容器を84rpm×24
時間回転させケイ素粒子を微細に粉砕する。こうして粒
径約0.5μｍのケイ素の混入したスラリ（以下ケイ素ス
ラリという）を生成しておく。First, in order to obtain the raw material for whiskers, 500 g of silicon powder was added to 500 ml of tert-butyl alcohol, and this solution was purified to
Put it in a polyethylene crushing container with an inner volume of 1.51 together with 9.9% alumina spheres with a particle size of 10 mm, and put this container at 84 rpm x 24
The silicon particles are finely crushed by rotating for a time. In this way, a slurry containing silicon having a particle size of about 0.5 μm (hereinafter referred to as “silicon slurry”) is generated.

実施例 １ 第１図は後述の筒状多孔質体１の製造過程等を説明す
るための説明図であり、第１図（Ａ）は筒状多孔質体１
を製造するための筒状枠体２の斜視図である。筒状枠体
２は外径100mm深さ100mmの円筒カゴ形であり、200メッ
シュのニクロム金網から各々形成された円筒部材2aと底
板2bから構成されている。そしてこの筒状枠体２から次
のようにして筒状多孔質体１を得る。Example 1 FIG. 1 is an explanatory view for explaining a manufacturing process of a cylindrical porous body 1 described later, and FIG. 1 (A) is a cylindrical porous body 1.
FIG. 6 is a perspective view of a tubular frame body 2 for manufacturing the. The tubular frame 2 has a cylindrical basket shape with an outer diameter of 100 mm and a depth of 100 mm, and is composed of a cylindrical member 2a and a bottom plate 2b each formed of a 200 mesh nichrome wire mesh. Then, the cylindrical porous body 1 is obtained from the cylindrical frame body 2 as follows.

第１に、この筒状枠体２を上記ケイ素スラリ中に浸漬
し、筒状枠体２の全表面に第３ブチルアルコールを介し
てケイ素微細粒子を被着させる。なお本実施例では、浸
漬後の筒状枠体２を自然乾燥させて第３ブチルアルコー
ルを蒸発させ、筒状枠体２の表面からのケイ素微細粒子
の離脱を防止する。First, the cylindrical frame body 2 is dipped in the silicon slurry, and silicon fine particles are deposited on the entire surface of the cylindrical frame body 2 through tert-butyl alcohol. In this embodiment, the cylindrical frame body 2 after the immersion is naturally dried to evaporate the tert-butyl alcohol and prevent the fine silicon particles from being separated from the surface of the cylindrical frame body 2.

次に被着後の筒状枠体２をアンモニア分解ガス雰囲気
中で1280×１時間焼成して、窒素とケイ素との反応生成
物である窒化ケイ素ウィスカを筒状枠体２の表面から成
長させる。こうして筒状枠体２と窒化ケイ素ウィスカと
が一体となった筒状多孔質体１を得る。Next, the deposited cylindrical frame body 2 is fired in an ammonia decomposition gas atmosphere for 1280 × 1 hour to grow silicon nitride whiskers, which is a reaction product of nitrogen and silicon, from the surface of the cylindrical frame body 2. . Thus, the cylindrical porous body 1 in which the cylindrical frame body 2 and the silicon nitride whiskers are integrated is obtained.

第１図（Ｂ）は上記の製造方法より製造された筒状多
孔質体１の斜視図およびその一部拡大図であり、第１図
（Ｃ）は第１図（Ｂ）における拡大図のＩ−Ｉ線断面図
である。この筒状多孔質体１は、拡大図に示す如く筒状
枠体２の表面に直接窒化ケイ素ウィスカ３を各孔毎に均
一に密生させている。このため振動等の外力が加わって
も窒化ケイ素ウィスカ３の均一な密生状態を保持する。
そしてこの窒化ケイ素ウィスカ３は、第１図（Ｃ）に示
す如く筒状枠体２の各孔2cの全開口部を覆うとともに、
筒状多孔質体１の比表面積を各孔2c毎に増加させてい
る。FIG. 1 (B) is a perspective view of the cylindrical porous body 1 manufactured by the above manufacturing method and a partially enlarged view thereof, and FIG. 1 (C) is an enlarged view of FIG. 1 (B). It is an II sectional view. In this cylindrical porous body 1, silicon nitride whiskers 3 are directly and densely formed on the surface of a cylindrical frame body 2 in each hole as shown in an enlarged view. Therefore, even if an external force such as vibration is applied, the silicon nitride whiskers 3 are kept in a uniform dense state.
This silicon nitride whisker 3 covers all the openings of each hole 2c of the cylindrical frame 2 as shown in FIG. 1 (C), and
The specific surface area of the cylindrical porous body 1 is increased for each hole 2c.

本実施例の筒状多孔質体１の各孔2cは、筒状枠体２と
一体化された多数の窒化ケイ素ウィスカ３によって全開
口部を覆われている。従って複数の孔2cを備えた筒状多
孔質体１は極めて大きな比表面積を有した多孔質体であ
る。更に、ニクロム金網および窒化ケイ素ウィスカの耐
熱性を活用し、高温下でも触媒担体、除塵材等として使
用可能な多孔質体である。なおこの筒状多孔質体１は粒
径〜７μｍ程度の粒子を除去する除塵能力および81％の
気孔率を備えている。Each hole 2c of the cylindrical porous body 1 of the present embodiment is covered with a large number of silicon nitride whiskers 3 integrated with the cylindrical frame body 2 to cover the entire opening. Therefore, the cylindrical porous body 1 having the plurality of holes 2c is a porous body having an extremely large specific surface area. Further, it is a porous body which can be used as a catalyst carrier, a dust removing material, etc. even at high temperature by utilizing the heat resistance of nichrome wire mesh and silicon nitride whiskers. The cylindrical porous body 1 has a dust removing ability for removing particles having a particle size of about 7 μm and a porosity of 81%.

また、本実施例の製造方法によれば、枠体が筒状枠体
２の如く線材で構成されしかもその形状が複雑であって
も、線材の表面に針状の窒化ケイ素ウィスカ３を容易に
しかも均一に密生させることができる。従って本実施例
の製造方法は、窒化ケイ素ウィスカの各々と枠体とが一
体化され、上記の除塵能力等の特性を備えた金網状の筒
状多孔質体１を容易に製造することができる製造方法で
ある。Further, according to the manufacturing method of the present embodiment, even if the frame body is made of a wire rod like the tubular frame body 2 and has a complicated shape, the needle-shaped silicon nitride whiskers 3 can be easily formed on the surface of the wire rod. Moreover, it can be densely and uniformly grown. Therefore, according to the manufacturing method of this embodiment, each of the silicon nitride whiskers and the frame body are integrated, and the wire mesh cylindrical porous body 1 having the above-described characteristics such as dust removal ability can be easily manufactured. It is a manufacturing method.

次に上記の筒状多孔質体１を除塵材として用いた使用
例を説明する。第２図は筒状多孔質体１をディーゼルエ
ンジンの排気管内に設置した使用状態を概略的に示し、
筒状多孔質体１は、小径排気管4aと大径排気管4bとの接
合部に、取付金具５を介して大径排気管4b内部に筒状多
孔質体１の底板2b側をせり出して取付けられている。Next, an example of use in which the cylindrical porous body 1 is used as a dust removing material will be described. FIG. 2 schematically shows the usage state in which the tubular porous body 1 is installed in the exhaust pipe of a diesel engine,
The cylindrical porous body 1 is formed by projecting the bottom plate 2b side of the cylindrical porous body 1 into the large-diameter exhaust pipe 4b via the fitting 5 at the joint between the small-diameter exhaust pipe 4a and the large-diameter exhaust pipe 4b. Installed.

排気ガスは、図中矢印で示す如く小径排気管4aから大
径排気管4bに筒状多孔質体１の周壁および底板の孔2cを
通過して流出する。筒状多孔質体１は粒径５〜７μｍの
粒子を除去する除塵能力をもつので、排気ガスが各孔を
通過する際に排気ガス中の未燃カーボン粒子を、窒化ケ
イ素ウィスカ３の表面に付着させて除去することができ
る。本実施例では筒状枠体２をニクロム金網で形成した
ので、この筒状枠体２に電流を通電して筒状枠体２と一
体になった窒化ケイ素ウィスカ３を発熱させて、窒化ケ
イ素ウィスカ３に付着している未燃カーボン粒子を燃焼
分解させることができる。即ち筒状多孔質体１は高温下
での使用が可能であるとともに電気的発熱を利用した再
使用効率の高い除塵材として使用できる多孔質体であ
る。The exhaust gas flows from the small-diameter exhaust pipe 4a to the large-diameter exhaust pipe 4b through the peripheral wall of the cylindrical porous body 1 and the hole 2c of the bottom plate as shown by the arrow in the figure. Since the cylindrical porous body 1 has a dust removing ability to remove particles having a particle size of 5 to 7 μm, the unburned carbon particles in the exhaust gas are transferred to the surface of the silicon nitride whisker 3 when the exhaust gas passes through each hole. It can be attached and removed. In this embodiment, since the tubular frame 2 is made of nichrome wire mesh, a current is passed through the tubular frame 2 to heat the silicon nitride whiskers 3 integrated with the tubular frame 2 to generate silicon nitride. The unburned carbon particles attached to the whiskers 3 can be decomposed by combustion. That is, the cylindrical porous body 1 is a porous body that can be used at high temperatures and can be used as a dust removing material that utilizes electric heat generation and has high reuse efficiency.

本実施例と異なる焼成温度および焼成時間の焼成条件
における実験で得られた筒状多孔質体における気孔率を
表１に示す。Table 1 shows the porosity of the cylindrical porous body obtained in the experiment under the firing conditions of the firing temperature and the firing time different from those of this example.

表から明らかなように、実験B,C,Dによるものは気孔
率が低く各孔の全開口部がウィスカによって覆われなか
った。 As is clear from the table, in Experiments B, C and D, the porosity was low and the entire opening of each hole was not covered with whiskers.

実施例 ２ 第３図は後述のアルミナ多孔質体11の製造過程等を説
明するための説明図であり、第３図（Ａ）はアルミナ多
孔質体11を製造するためのアルミナ質ハニカム材（以下
アルミナ材という）12の斜視図である。アルミナ材12は
肉厚0.2mmピッチ1mmのハニカム材であり、外径100mm厚
さ5mmの円盤状である。そしてこのアルミナ材12から次
のようにしてアルミナ多孔質体11を得る。Example 2 FIG. 3 is an explanatory view for explaining a manufacturing process of an alumina porous body 11 described later, and FIG. 3 (A) is an alumina honeycomb material for manufacturing the alumina porous body 11 ( (Hereinafter referred to as alumina material) 12 is a perspective view. The alumina material 12 is a honeycomb material having a wall thickness of 0.2 mm and a pitch of 1 mm, and has a disk shape having an outer diameter of 100 mm and a thickness of 5 mm. Then, the alumina porous body 11 is obtained from the alumina material 12 as follows.

第１に、このアルミナ材12を前記ケイ素スラリ中に浸
漬し、アルミナ材12の各孔12aの内周壁内の全表面に第
３ブチルアルコールを介してケイ素微細粒子を被着させ
る。なお本実施例では、浸漬後のアルミナ材12を自然乾
燥させて第３ブチルアルコールを蒸発させ、アルミナ材
12の表面からのケイ素微細粒子の離脱を防止する。First, the alumina material 12 is dipped in the silicon slurry to deposit silicon fine particles on the entire surface of the inner peripheral wall of each hole 12a of the alumina material 12 through tert-butyl alcohol. In this example, the alumina material 12 after the immersion was naturally dried to evaporate the tert-butyl alcohol,
Prevents the release of fine silicon particles from the surface of 12.

次に被着後のアルミナ材12を露点10℃の水蒸気を含む
水素ガス雰囲気中で1330℃×１時間焼成して、酸素とケ
イ素との反応生成物であるシリカウィスカをアルミナ材
12の各孔12aの内周壁面の表面から成長させる。こうし
てアルミナ材12とシリカウィスカとが一体となったアル
ミナ多孔質体11を得る。Next, the deposited alumina material 12 is fired at 1330 ° C. for 1 hour in a hydrogen gas atmosphere containing water vapor having a dew point of 10 ° C. to remove silica whiskers, which are a reaction product of oxygen and silicon, from the alumina material.
It is grown from the surface of the inner wall surface of each of the 12 holes 12a. In this way, the alumina porous body 11 in which the alumina material 12 and the silica whiskers are integrated is obtained.

第３図（Ｂ）は上記の製造方法より製造されたアルミ
ナ多孔質体11の斜視図およびその上面の一部拡大図であ
る。このアルミナ多孔質体11は、拡大図に示す如くアル
ミナ材12の各孔12aの内周壁面の表面に直接シリカウィ
スカ13を各孔毎に均一に密生させている。このため振動
等の外力が加わってもシリカウィスカ13の均一な密生状
態を保持する。そしてこのシリカウィスカ13は、アルミ
ナ材12の各孔12aの全開口部を覆うとともに、アルミナ
多孔質体11の比表面積を各孔12a毎に増加させている。FIG. 3 (B) is a perspective view of the alumina porous body 11 manufactured by the above manufacturing method and a partially enlarged view of the upper surface thereof. As shown in the enlarged view, in the alumina porous body 11, silica whiskers 13 are uniformly and densely formed directly on the surface of the inner peripheral wall surface of each hole 12a of the alumina material 12 for each hole. Therefore, even if an external force such as vibration is applied, the silica whiskers 13 maintain a uniform dense state. The silica whiskers 13 cover all the openings of the holes 12a of the alumina material 12 and increase the specific surface area of the alumina porous body 11 for each hole 12a.

本実施例のアルミナ多孔質体11の各孔12aは、アルミ
ナ材12と一体化された多数のシリカウィスカ13によって
全開口部を厚さ方向にわたって覆われている。従って複
数の孔12aを備えたアルミナ多孔質体11は極めて大きな
比表面積を有した軽量の多孔質体である。なおこのアル
ミナ多孔質体11は粒径２〜５μｍ程度の微細粒子を除去
する除塵能力および74％の気孔率を備えている。このた
めアリミナ多孔質体11はクリーンルーム内で使用される
電子機器等の空冷用送排風口に設置する高性能除塵材と
して使用可能な多孔質体であり、電子機器の軽量化を促
進させる。Each hole 12a of the porous alumina body 11 of the present embodiment is covered with a large number of silica whiskers 13 integrated with the alumina material 12 so as to cover the entire opening in the thickness direction. Therefore, the alumina porous body 11 having the plurality of holes 12a is a lightweight porous body having an extremely large specific surface area. The alumina porous body 11 has a dust removing capability for removing fine particles having a particle size of about 2 to 5 μm and a porosity of 74%. Therefore, the alimina porous body 11 is a porous body that can be used as a high-performance dust remover installed in an air-cooling air supply / exhaust port of an electronic device or the like used in a clean room, and promotes weight reduction of the electronic device.

また、本実施例の製造方法によれば、枠体が細孔の集
合体であるハニカム材であっても、おのおのの細孔の上
記ハニカム材の厚さ方向にわたる全内周面にシリカウィ
スカ13を容易にしかも均一に密生させて細孔の全開口部
を覆うことができる。従って本実施例の製造方法は、シ
リカウィスカの各々と枠体とが一体化され、上記の除塵
能力等の特性を備えたハニカム状のアルミナ多孔質体11
を容易に製造することができる製造方法である。Further, according to the manufacturing method of the present embodiment, even if the frame body is a honeycomb material which is an aggregate of pores, silica whiskers 13 are formed on all the inner circumferential surfaces of the respective pores in the thickness direction of the honeycomb material. Can be easily and uniformly densely covered to cover all the openings of the pores. Therefore, in the manufacturing method of the present embodiment, each of the silica whiskers and the frame body are integrated, and the honeycomb-shaped alumina porous body 11 having the above-mentioned characteristics such as dust removal capability is provided.
Is a manufacturing method that can be easily manufactured.

本実施例と異なる焼成温度および焼成時間の焼成条件
における実験で得られたアルミナ多孔質体における気孔
率を表２に示す。Table 2 shows the porosity of the alumina porous body obtained in the experiment under the firing conditions of the firing temperature and the firing time different from those of this example.

表から明らかなように、実験B,Cによるものは気孔率
が低く各孔の全開口部がウィスカによって覆われなかっ
た。 As is clear from the table, the porosity of Experiments B and C was low and the entire opening of each hole was not covered with whiskers.

実施例 ３ 第４図は後述のコージライト多孔質体21の製造過程等
を説明するための説明図であり、第４図（Ａ）はコージ
ライト多孔質体21を製造するためのコージライト質ハニ
カム材（以下コージライト材という）22の斜視図ある。
コージライト材22は肉厚0.2mmピッチ1mmのハニカム材で
あり、外径80mm厚さ3mmの円盤状である。そしてこのコ
ージライト材22から次のようにしてコージライト多孔質
体21を得る。Example 3 FIG. 4 is an explanatory view for explaining a production process of the cordierite porous body 21 described later, and FIG. 4 (A) is a cordierite quality for producing the cordierite porous body 21. FIG. 3 is a perspective view of a honeycomb material (hereinafter referred to as cordierite material) 22.
The cordierite material 22 is a honeycomb material having a wall thickness of 0.2 mm and a pitch of 1 mm, and has a disk shape having an outer diameter of 80 mm and a thickness of 3 mm. Then, the cordierite porous body 21 is obtained from the cordierite material 22 as follows.

第１に、このコージライト材22を前記ケイ素スラリ中
に浸漬し、コージライト材22の各孔22aの内周壁面の全
表面に第３ブチルアルコールを介してケイ素微細粒子を
被着させる。なお本実施例では、浸漬後のコージライト
材22を自然乾燥させて第３ブチルアルコールを蒸発さ
せ、コージライト材22の表面からのケイ素微細粒子の離
脱を防止する。First, the cordierite material 22 is dipped in the silicon slurry, and silicon fine particles are deposited on the entire inner wall surface of each hole 22a of the cordierite material 22 through tert-butyl alcohol. In the present embodiment, the cordierite material 22 after the immersion is naturally dried to evaporate the tert-butyl alcohol and prevent the fine silicon particles from being separated from the surface of the cordierite material 22.

次に被着後のコージライト材22をアンモニア分解ガス
雰囲気中で1280℃×１時間焼成して、窒素とケイ素との
反応生成物である窒化ケイ素ウィスカをコージライト材
22の各孔22aの内周壁面の表面から成長させる。こうし
てコージライト材22と窒化ケイ素ウィスカとが一体とな
ったコージライト多孔質体21を得る。Next, the deposited cordierite material 22 is fired in an ammonia decomposition gas atmosphere at 1280 ° C. for 1 hour to remove silicon nitride whiskers, which is a reaction product of nitrogen and silicon, from the cordierite material.
Grows from the surface of the inner peripheral wall surface of each hole 22a of 22. Thus, the cordierite porous body 21 in which the cordierite material 22 and the silicon nitride whiskers are integrated is obtained.

第３図（Ｂ）はコージライト多孔質体21の斜視図およ
びその上面の一部拡大部である。このコージライト多孔
質体21は、拡大図に示す如くコージライト材22の各孔22
aの内周壁面の表面に直接窒化ケイ素ウィスカ23を各孔
毎に均一に密生させている。このため振動等の外力が加
わっても窒化ケイ素ウィスカ23の均一な密生状態を保持
する。そしてこの窒化ケイ素ウィスカ23は、コージライ
ト材22の各孔22aの全開口部を覆うとともに、コージラ
イト多孔質体21の比表面積を各孔22a毎に増加されてい
る。FIG. 3 (B) is a perspective view of the cordierite porous body 21 and a partially enlarged portion of its upper surface. This cordierite porous body 21 has holes 22 of cordierite material 22 as shown in the enlarged view.
Silicon nitride whiskers 23 are directly and densely formed in each hole on the surface of the inner wall surface of a. Therefore, even if an external force such as vibration is applied, the silicon nitride whiskers 23 are kept in a uniform dense state. The silicon nitride whiskers 23 cover all the openings of the holes 22a of the cordierite material 22 and increase the specific surface area of the cordierite porous body 21 for each hole 22a.

本実施例のコージライト多孔質体21の各孔22aは、コ
ージライト材22と一体化された多数の窒化ケイ素ウィス
カ23によって全開口部を厚さ方向にわたって覆われてい
る。従って複数の孔22aを備えたコージライト多孔質体2
1は極めて大きな比表面積を有した多孔質体である。更
に、コージライトおよび窒化ケイ素ウィスカの耐熱性を
活用し、より高温下でも触媒担体、除塵材等として使用
可能な多孔質体である。なおこのコージライト多孔質体
21は粒径２〜３μｍ程度の粒子を除去する除塵能力およ
び80％の気孔率を備えている。Each hole 22a of the cordierite porous body 21 of the present embodiment is covered with a large number of silicon nitride whiskers 23 integrated with the cordierite material 22 so as to cover the entire opening in the thickness direction. Therefore, the cordierite porous body 2 having a plurality of holes 22a
1 is a porous body having an extremely large specific surface area. Furthermore, it is a porous body that can be used as a catalyst carrier, a dust removing material, etc. even at higher temperatures by utilizing the heat resistance of cordierite and silicon nitride whiskers. This cordierite porous material
No. 21 has a dust removing ability to remove particles having a particle diameter of about 2 to 3 μm and a porosity of 80%.

また、本実施例の製造方法によれば、枠体が細孔の集
合体であるハニカム材であっても、おのおのの細孔の上
記ハニカム材の厚さ方向にわたる全内周面に窒化ケイ素
ウィスカ23を容易にしかも均一に密生させて細孔の全開
口部を覆うことができる。従って本実施例の製造方法
は、窒化ケイ素ウィスカの各々と枠体とが一体化され、
上記の除塵能力等の特性を備えたハニカム状のコージラ
イト多孔質体21を容易に製造することができる製造方法
である。Further, according to the manufacturing method of the present embodiment, even if the frame body is a honeycomb material which is an aggregate of pores, silicon nitride whiskers are formed on all the inner peripheral surfaces of the respective pores in the thickness direction of the honeycomb material. The 23 can be easily and uniformly densely filled to cover the entire openings of the pores. Therefore, in the manufacturing method of this embodiment, each of the silicon nitride whiskers and the frame body are integrated,
This is a manufacturing method capable of easily manufacturing the honeycomb-shaped cordierite porous body 21 having the above-mentioned characteristics such as dust removal capability.

次に上記のコージライト多孔質体21の使用例を説明す
る。第５図はコージライト多孔質体21をストーブの燃焼
筒上部に設置した使用状態を概略的に示し、図示する如
く、コージライト多孔質体21は、ストーブ30の燃焼筒31
の上面に取付けられている。燃焼筒31の内部の火芯32で
燃料が燃焼すると、熱せられた空気は図示する如くコー
ジライト多孔質体21の各孔22aを通過する。コージライ
ト多孔質体21は上記した除塵能力をもつので各孔22aを
通過する空気中の煤を窒化ケイ素ウィスカ23の表面に付
着させて除去する。加えて、コージライト多孔質体21は
火芯32での燃焼によって加熱されているので、窒化ケイ
素ウィスカ23に付着した煤を燃焼分解させるとともに窒
化ケイ素ウィスカ23の表面から遠赤外線を放出するので
ストーブ30の放熱効果をも向上させることかできる。Next, a usage example of the above cordierite porous body 21 will be described. FIG. 5 schematically shows the usage state in which the cordierite porous body 21 is installed on the upper part of the combustion cylinder of the stove. As shown in the figure, the cordierite porous body 21 is the combustion cylinder 31 of the stove 30.
Is attached to the upper surface of. When the fuel burns in the core 32 inside the combustion tube 31, the heated air passes through each hole 22a of the cordierite porous body 21 as shown in the figure. Since the cordierite porous body 21 has the above-mentioned dust removal capability, soot in the air passing through each hole 22a is attached to the surface of the silicon nitride whisker 23 and removed. In addition, since the cordierite porous body 21 is heated by the combustion in the fire core 32, the soot adhering to the silicon nitride whisker 23 is burned and decomposed and far infrared rays are emitted from the surface of the silicon nitride whisker 23. The heat dissipation effect of 30 can be improved.

本実施例と異なる焼成温度および焼成時間の焼成条件
における実験で得られたコージライト多孔質体における
気孔率を表３に示す。Table 3 shows the porosity of the cordierite porous body obtained by the experiment under the firing conditions of the firing temperature and the firing time different from those of this example.

表から明らかなように、実験Ｃによるものは気孔率が
低く各孔の全開口部がウィスカによって覆われなかっ
た。 As is apparent from the table, the one according to Experiment C had a low porosity and the entire opening of each hole was not covered with whiskers.

本発明による多孔質体は上記実施例に限定されるもの
ではなく要旨を逸脱しない範囲で実施可能である。例え
ばケイ素とアルミニウムとの混合物からムライトウィス
カを上記実施例の如く成長させれば、より耐熱性の高い
多孔質体を得ることができる。種々の露点における水蒸
気を含む水素ガス雰囲気中で焼成して得たムライトウィ
スカの密生した多孔質体に関する実験結果を表４に示
す。なお、ハニカム材は実施例３と同一である。The porous body according to the present invention is not limited to the above-mentioned examples and can be carried out within the scope of the invention. For example, if mullite whiskers are grown from a mixture of silicon and aluminum as in the above embodiment, a porous body having higher heat resistance can be obtained. Table 4 shows the experimental results on the dense porous body of mullite whiskers obtained by firing in a hydrogen gas atmosphere containing water vapor at various dew points. The honeycomb material is the same as in Example 3.

表から明らかなように、実験E,Fによるものは気孔率
が低く各孔の全開口部がウィスカによって覆われなかっ
た。 As is clear from the table, the porosity of Experiments E and F was low and the entire opening of each hole was not covered with whiskers.

また、本発明の多孔質体は除塵材ばかりでなく、触媒
成分の分散担持効率の高い触媒担体および断熱材などに
使用することができる。Further, the porous body of the present invention can be used not only as a dust removing material, but also as a catalyst carrier and a heat insulating material having a high efficiency of dispersing and supporting a catalyst component.

発明の効果 以上実施例を含めて詳細したように、本発明による多
孔質体は、多孔支持枠から各孔内に突出して各孔のほぼ
全内周面から針状体を密生させるとともに針状体で各孔
の全開口部を覆ったので大きな比表面積をもつことはも
ちろんのこと、各々の針状体と枠体等とを一体化させ
て、針状体の初期の状態を変化させることのない多孔質
体である。このため本発明による多孔質体は長期に渡っ
て所要の用途に使用可能な多孔質体である。EFFECTS OF THE INVENTION As described in detail in the above examples, the porous body according to the present invention projects from the porous support frame into each hole to densely form the needle-shaped body from almost the entire inner peripheral surface of each hole and the needle-shaped body. Since all the openings of each hole are covered with the body, not only it has a large specific surface area, but it also changes the initial state of the needle-shaped body by integrating each needle-shaped body and the frame body, etc. It is a non-porous material. Therefore, the porous body according to the present invention is a porous body that can be used for a required purpose for a long period of time.

また、本発明による多孔質体製造方法によれば、多孔
質体の形状に左右されることなく各孔のほぼ全内周面に
針状体を密生させてその針状体で各孔の全開口部を覆わ
せることが容易にできる。従って本発明の多孔質体の製
造は、各々の針状体と枠体とが一体となっており、針状
体の初期の状態に変化のない多孔質体を容易に製造でき
る多孔質体製造方法である。Further, according to the method for producing a porous body according to the present invention, the needle-shaped body is densely formed on almost the entire inner peripheral surface of each hole without being influenced by the shape of the porous body, and all the holes are formed by the needle-shaped body. It is easy to cover the opening. Therefore, in the production of the porous body of the present invention, each needle-shaped body and the frame body are integrated, and the porous body can be easily produced without changing the initial state of the needle-shaped body. Is the way.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第１図は本発明の第１の実施例である多孔質体およびそ
の製造方法を説明するための説明図、第２図はその多孔
質体の使用状態を説明するための説明図、第３図は第２
の実施例である多孔質体およびその製造方法を説明する
ための説明図、第４図は第３の実施例である多孔質体お
よびその製造方法を説明するための説明図、第５図は第
３の実施例の多孔質体の使用状態を説明するための説明
図である。 １……筒状多孔質体、２……ニクロム金網による筒状枠
体、2c……孔、３……窒化ケイ素ウィスカ、11……アル
ミナ多孔質体、12……アルミナ質のハニカム材（アルミ
ナ材）、12a……孔、13……シリカウィスカ、21……コ
ージライト多孔質体、22……コージライト質のハニカム
材（コージライト材）、22a……孔、23……窒化ケイ素
ウィスカFIG. 1 is an explanatory view for explaining a porous body which is a first embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same, and FIG. 2 is an explanatory view for explaining a usage state of the porous body, and a third embodiment. The figure is the second
4 is an explanatory view for explaining a porous body which is an example of the present invention and a manufacturing method thereof, FIG. 4 is an explanatory view for explaining a porous body which is a third embodiment and a manufacturing method thereof, and FIG. It is explanatory drawing for demonstrating the use condition of the porous body of a 3rd Example. 1 ... Cylindrical porous body, 2 ... Cylindrical frame made of nichrome wire mesh, 2c ... Holes, 3 ... Silicon nitride whiskers, 11 ... Alumina porous body, 12 ... Alumina honeycomb material (alumina) Material), 12a ... pores, 13 ... silica whiskers, 21 ... cordierite porous body, 22 ... cordierite honeycomb material (cordierite material), 22a ... pores, 23 ... silicon nitride whiskers

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】複数の孔を枠材によって形成する多孔支持
枠と、 該多孔支持枠から前記各孔内に突出して該各孔のほぼ全
周にわたって密生し、前記各孔の全開口部を覆う針状体
と を備えることを特徴とする多孔質体。1. A porous support frame having a plurality of holes formed by a frame material, and a plurality of holes protruding from the porous support frame into the holes and densely formed over substantially the entire circumference of each of the holes. And a needle-shaped body covering the porous body. 【請求項２】複数の孔を備えた多孔支持枠を形成する耐
熱性の枠材の表面に、ケイ素またはケイ素とアルミニウ
ムとの混合物から成る原料粒子を被着し、 被着後の前記多孔支持枠を窒素ガスを含む還元性ガスま
たは水蒸気を含む水素ガスのガス雰囲気中で温度1200℃
〜1370℃、少なくとも１時間焼成することを特徴とする
多孔質体製造方法。2. A raw material particle made of silicon or a mixture of silicon and aluminum is deposited on the surface of a heat-resistant frame material forming a porous support frame having a plurality of holes, and the porous support after the deposition. The frame temperature is 1200 ° C in a gas atmosphere of reducing gas containing nitrogen gas or hydrogen gas containing water vapor.
A method for producing a porous body, which comprises firing at 1370 ° C. for at least 1 hour.