JP2612878B2 - 炭化ケイ素質ハニカム構造体の製造方法 - Google Patents

炭化ケイ素質ハニカム構造体の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、炭化ケイ素質ハニカム構造体の製造方法に
関する。
[従来の技術] 薄い隔壁を介して蜂の巣状に連なる無数の貫通孔の一
方の端面を、例えば縦横一つおきに栓材を充填し封止
し、この封止した貫通孔に隣接している貫通孔の他端面
に栓材を充填し封止した多孔質隔壁からなるセラミック
質のハニカム構造体は、自動車のディーゼルエンジンを
初めとする各種燃焼機器の排ガス中に含まれる微粒炭素
を捕集・過して除去する排ガス浄化装置として知られ
ている。
かかるハニカム構造体の製造方法には、従来次のよう
な方法が知られている。例えば、焼結可能な無機質粒子
で、可塑性を有するセラミック薄板を作り、これを波付
けして別のセラミック薄板とともにハニカム状に組み立
てて焼成する方法、パイプを押出し成形して結束し、焼
結して一体構造とする方法、有機質バインダーを含んだ
可塑性を有するセラミック混練物を所望する形状になる
ように設計されたダイスより押出し一体構造となした後
乾燥焼成することによってハニカム構造体とする方法、
あるいは有機質担体で、ハニカム原型を作りセラミック
質の泥漿を塗布含浸し焼成する方法などである。
[発明が解決しようとする課題] 上記した製造方法は、いずれも通常、セラミック粉末
よりなる混合物中に、該混合物に可塑性を与えるために
媒液を加え可塑性混合物と成し、ハニカム状の生成形体
に成形して、焼成する前に媒液を乾燥除去するという処
理を施している。
しかしながら、かかる媒液を乾燥除去する際に、ハニ
カム状の成形体の表面すなわち貫通孔の開口部を有する
両端面および外側面が成形体の内部に比し乾燥し易いた
め、乾燥収縮が生じ、成形体の表面から内部に向かって
亀裂を生じてしまい、上記したような排ガス浄化装置と
して用いても、排ガス中に含まれる微粒炭素を捕集除去
するための過機能が著しく劣ってしまうという問題が
ある。
このような問題を解決する手段として、コージェライ
トを主成分とするハニカム構造体にあっては、一般に、
上記乾燥処理を行う際にマイクロ波によって加熱するこ
とにより、ハニカム状の生成形体の内部も表面と均一に
加熱乾燥を行って亀裂を防止するという方法が用いられ
ている。
これに対し、炭化ケイ素を主成分とするハニカム構造
体は、コージェライトを主成分とするハニカム構造体よ
りも耐熱性等の点において優れた特性を示すが、炭化ケ
イ素を主成分とするハニカム構造体にあっては、マイク
ロ波を加熱源として乾燥処理を行っても、炭化ケイ素自
体が半導体特性を有するためマイクロ波を吸収して自己
発熱を起こし、マイクロ波が生成形体の内部まで届か
ず、その結果、成形体の表面から乾燥が進行して収縮を
生じ成形体に亀裂が発生してしまうという問題があっ
た。
したがって、炭化ケイ素を主成分とするハニカム構造
体を製造する際における媒液の乾燥除去方法としては、
生成形体を恒温恒湿下におき除々に乾燥するという方法
が用いられているが、該方法は乾燥に極めて長い時間を
要するため生産性の点で問題があった。
また、生成形体を減圧下におき加熱乾燥する方法もあ
るが、この場合であっても、熱が成形体の内部まで伝導
せず、依然として成形体の表面より乾燥収縮が生じると
いう問題があった。
さらに、上記減圧下における乾燥方法において、加熱
せず乾燥することも行われていたがこの場合にも徐々に
乾燥しなければならないため、極めて長い乾燥時間を必
要とするという問題があった。
本発明は、かかる問題点を解消し、生成形体から媒液
を除去するための乾燥処理を短時間で、しかも、生成形
体に亀裂を状しさせることなく、かつ、高精度の過機
能を有する炭化ケイ素質ハニカム構造体を得ることがで
きる製造方法の提供を目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明の炭化ケイ素質ハニカム構造体の製造方法は、
主として炭化ケイ素粉末を出発原料とし必要に応じて結
晶成長用助剤を添加し、次に成形用結合材および媒液、
並びに必要に応じて分散剤を添加してなる可塑性混合物
を、ハニカム状の生成形体と成し、次いで、該生成形体
の貫通孔の開口部を有する端面を除く外側面に気密性を
有する膜を密着被覆させた後該生成形体を乾燥させて該
生成形体に含まれる媒液を乾燥除去し、さらに該生成形
体を焼成することを特徴とする。
出発原料として用いる炭化ケイ素の結晶系には、α
型,β型及び非晶質のものがあるが、本発明の出発原料
としてはそのいずれか、またはそれらのいずれか2成分
以上の混合物を使用してもよい。
また、必要に応じて添加される結晶成長用助剤として
は、アルミニウム,ホウ素,鉄,炭素等を挙げることが
できる。
さらに、成形用結合剤としては、メチルセルロース,
ポリビニルアルコール,水ガラス等を、媒液としては、
シクロヘキサン,ベンゼン,メタノール,エタノール,
トルエン,水等を、必要に応じて添加される分散剤とし
ては、エチレングリコール,デキストリン,各種海面活
性剤等を、それぞれ挙げることができるが特に特定され
るものではない。
なお、媒液は、上記可塑性混合物中の空間を除いた容
積に占める割合が5〜30容量%であることが好ましい。
その理由は、30容量%を超えると、混合物が流動性を有
するため成形ができなくなるためである。また、媒液が
除去されることによる生成形体の寸法変化が大きくな
り、生成形体に亀裂が生じることがあるからである。一
方、5容量%未満の場合には、混合物の可塑性が不十分
となり成形性が著しく劣るからである。なかでも、10〜
25容量%であることが好適である。
可塑性混合物をハニカム状に成形する方法としては、
押出し成形法、シート成形法、プレス成形法等のいずれ
の方法を採用してもよい。
ハニカム状に成形した生成形体の貫通孔の開口部を有
する端面を除く外側面に気密性を有する膜を密着させて
乾燥するのは、この膜により、外側面から、媒液が気
化,移動することを防ぐことができ、したがって、生成
形体の内部から貫通孔の開口部を通過して気化,移動が
行われることになり、短時間で乾燥させても成形体の表
面すなわち外側面が速く乾燥することを防ぐことができ
るからである。
また、乾燥は、どのような圧力条件下においても行う
ことができる。すなわち、減圧下の場合には、乾燥速度
が速くなり、また成形形体の外側面とその内部とのあい
だで生じる乾燥速度の差が小さくなり、加圧下の場合に
は、乾燥速度は減圧下に比べ劣ることになるが、熱伝導
性は高まるため、加熱しても生成形体の部分による温度
差が小さく、成形体全体が均一に乾燥される。
気密性を有する膜としては、例えば、ポリエチレン,
サラン,ポリプロピレン,テフロン,ナイロン等の合成
樹脂膜、あるいはアルミニウム,銅等の金属薄膜を用い
ることができる。
なお、ここで気密性を有する膜とは、媒液が気化した
分子の透過を防ぐことができる程度の気密性を有する膜
をいう。また、この膜は、ハニカム状の生成形体に良好
に密着するような薄膜であり、厚さは0.1mm以下のもの
が好ましい。さらに、密着する面積としてはハニカム状
生成形体の外側面の面積の90%以上を被覆するように密
着させることが好ましい。
本発明の製造方法によれば、所望する炭化ケイ素質ハ
ニカム構造体は、かくして媒液を乾燥除去したハニカム
状の生成形体を、通常は、貫通孔の両端の所望する箇所
に栓材を充填してから焼成して得られることになるが、
焼成条件としては、耐熱性容器に上記生成形体を入れ
て、非酸化性雰囲気中で焼成することが好ましい。
その理由は、炭化ケイ素粒子間における炭化ケイ素原
子の蒸発−再凝縮および/または表面拡散による移動を
促進させることができ、ハニカム状構造体が有する貫通
孔の隔壁を炭化ケイ素の板状結晶が複雑な状態で絡み合
った構造とし、過機能を向上させることができるから
である。
生成形体を焼成するための耐熱性容器としては、黒
鉛,炭化ケイ素,酸化ジルコニウム,炭化タングステ
ン,炭化チタン,酸化マグネシウム,炭化モリブデン,
モリブデン,炭化タンタル,タンタル,炭化ジルコニウ
ム,黒鉛−炭化ケイ素複合体の中から選ばれるいずれか
1種からなる容器を使用することができる。これらの容
器は後述する焼成温度範囲内で溶融することがないから
である。
焼成温度は1800〜2500℃とすることが好ましい。その
理由は、1800℃未満の場合には、炭化ケイ素粒子の成長
が不十分で焼成が不完全となり、高強度の焼結体を得る
ことが困難になるためである。また、表面積が大きくな
り酸化量が多くなるためである。一方、2500℃を超える
と、炭化ケイ素の結晶昇華分解が盛んになり、発達した
結晶が逆にやせ細ってしまい、高強度の焼結体を得るこ
とが困難であるからである。
[実施例] 平均粒子径0.27μmの炭化ケイ素粉末100重量部に、
ホウ素0.1重量部,アルミニウム0.1重量部を添加し、さ
らに、メチルセルロース粉末を5重量部、縮合ナフテン
酸アンモニウムを0.1重量部、水を25重量部添加して、
加圧ニーダーにて5時間混合した後、密封式の容器に入
れて1日保管した。次いで、この混合物を真空脱気を行
い、炭化ケイ素が均一に分解された可塑性混合物を得
た。
次いで、押出し成形により、直径200mm、長さ150mm、
1平方インチ当りの貫通孔数200のハニカム状の生成形
体を得た。得られた生成形体の外側面を、即座に厚さ50
μmのポリプロピレン製の薄膜で密着するように被覆し
て外側面からの乾燥を抑えた。なお、このとき、薄膜の
被覆面積は、生成形体の外側面の98%であった。
この状態の生成形体の35torrの真空乾燥器内に挿入し
て乾燥を行ったところ、約5時間で乾燥が終了し、外観
上亀裂も生じていなかった。そしてこの生成形体をタン
マン炉に挿入して、2000℃で焼成した。
得られた炭化ケイ素質ハニカム構造体の貫通孔の両端
面を縦横一つおきに生ゴムによって封止して、水中に没
し、一方の端面より空気圧を加えた。
その結果、空気圧0.55kg/cm2以上で構造体全体から気
泡が発生し、構造体全体に亘り均一な気孔が形成されて
いることが確認された。
[比較例] 上記実施例と同様であるが、ハニカム状の生成形体の
外側面をポリプロピレン製の薄膜で被覆することなく乾
燥を行ったところ、乾燥には、10時間を要し、しかも生
成形体の外側面に0.1mm×5mm程度の亀裂が確認された。
この亀裂にパラフィンを充填して上記実施例と同様の
条件で通気試験を行ったところ、空気圧0.01kg/cm2で構
造体の内部から気泡が発生し、構造体の内部にまで亀裂
が生じていることが確認された。
[発明の効果] 以上説明したことから明らかなように、本発明の炭化
ケイ素質ハニカム構造体の製造方法によれば、媒液の乾
燥除去処理によりハニカム状の生成形体に亀裂が生じる
ことがなく、構造体全体に亘り均一な気孔径を有し、
過機能の優れた炭化ケイ素質ハニカム構造体を製造する
ことができる。
また、媒液の乾燥除去に要する処理時間も短くて済む
ためハニカム構造体の生産性を向上させることもでき
る。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主として炭化ケイ素粉末を出発原料とし、
    次に成形用結合剤および媒液を添加してなる可塑性混合
    物を、ハニカム状の生成形体と成し、次いで、該生成形
    体の貫通孔の開口部を有する端面を除く外側面に気密性
    を有する膜を密着被覆させた後該生成形体を乾燥させて
    該生成形体に含まれる媒液を乾燥除去し、さらに該生成
    形体を焼成することを特徴とする炭化ケイ素質ハニカム
    構造体の製造方法。
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