JP5612149B2

JP5612149B2 - 窒化ケイ素系多孔体、窒化ケイ素系多孔体の製造方法、ハニカム構造体およびハニカムフィルタ

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Publication number: JP5612149B2
Application number: JP2013070491A
Authority: JP
Inventors: 山口　宏; 宏山口; 宏昭岡野; 理沙片山
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: JP2014193783A; WO2014156866A1

Description

本発明は、排気ガスの処理に使用される窒化ケイ素系多孔体およびその製造方法、並びにそれを用いたハニカム構造体、ハニカムフィルタに関する。

セラミックスの多孔体は、内燃機関の排気ガス処理部材に使用されている。特に、排ガスに含まれる粒状物質を捕集浄化するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）用として利用されている。このような多孔体の材質としては、材料の耐熱性・耐熱衝撃性の観点から、コージェライトやチタン酸アルミニウム、炭化ケイ素などが既に実用化され、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）も実用化が検討されている。

このようなセラミックスの多孔体は、まず、無機原料に、バインダー物質（メチルセルロースや有機バインダー樹脂など）を添加して、押出成形が可能な杯土とする。杯土には、気孔量を調整する造孔材なども添加される。次に、形成した杯土を押出成形して所望の形状とし、これを乾燥後、脱脂、焼結する。脱脂は、バインダー物質などの有機分を除去する工程であり、焼結は、無機原料を焼き固める工程である。これらの工程を経ることで、所望の形状の多孔体を得ることができる。

ところで、脱脂工程においては、有機分を全て除去するのではなく、少し残した状態で脱脂を終了することが一般的に行われている。これは、完全に有機分を除去すると、無機原料同士を結び付けておく物質がなくなってしまって、焼結前に成型物が崩壊するためである。

また、従来、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む窒化ケイ素系多孔体も提案されている。例えば、特許文献１には、酸化ケイ素粒子、炭素粒子、金属ケイ素粒子からなる原料を窒素雰囲気下で熱処理して製造される窒化ケイ素系多孔体において、製造段階で炭化ケイ素（ＳｉＣ）が形成され、多孔体内に含まれることが記載されている。特許文献１によれば、窒化ケイ素系多孔体に炭化ケイ素が含まれることは好ましくないと記載されている。

特開２００１−２０６７７５号公報（２００１年７月３１日公開）

しかしながら、窒化ケイ素粒子を原料とし、窒化ケイ素粒子同士をガラスで接合する窒化ケイ素系多孔体の場合、脱脂工程で残存させた有機分によって、多孔体の機械的強度が低下するといった問題があることがわかった。

これについて詳しく説明する。窒化ケイ素系多孔体の場合、焼結工程は窒素雰囲気下で実施されるため、残存する有機分である炭素が酸素と反応してガス化消失することはなく、炭素は、窒化ケイ素粒子の表面の酸化膜（ＳｉＯ_２）と反応してガス化消失する（ＳｉＯ_２＋Ｃ→ＳｉＯ＋ＣＯ）。

窒化ケイ素粒子を原料とした窒化ケイ素系多孔体では、窒化ケイ素粒子の表面の酸化膜（ＳｉＯ_２）と助剤として原料に添加されるマグネシアスピネル等とが反応してガラスを形成し、このガラスが粘着剤となって窒化ケイ素粒子同士を接合している。そのため、残留した炭素と反応して、窒化ケイ素粒子の表面の酸化膜がＳｉＯ_２からＳｉＯとなると、助剤と反応しなくなり、形成されるガラスの量が不足してしまう。その結果、窒化ケイ素粒子同士の接合が脆くなってしまい、多孔体としての機械的強度が低下することとなる。なお、特許文献１は、窒化ケイ素粒子を原料として用いるものではなく、上記問題点については何ら記載されていない。

本発明は、上記課題に鑑み成されたもので、その目的は、窒化ケイ素粒子を原料とし、窒化ケイ素粒子同士がガラスによって接合された窒化ケイ素系多孔体であって、製造の容易性を阻害することなく、機械的強度に優れ、かつ高い熱伝導性を有する窒化ケイ素系多孔体およびその製造方法、ハニカム構造体およびハニカムフィルタを提供することにある。

本願発明者らは、脱脂工程で残さざるを得ない有機物の有効利用に的を絞り、鋭意検討を行った。その結果、従来、窒化ケイ素系多孔体に含まれることは好ましくないとされていた炭化ケイ素の状態で、予め定められた量の範囲内での存在させることで、上記問題点を解決して、機械的強度に優れ、かつ、熱伝導性まで上げることができることを見出し、本願発明を行うに至った。

本発明の窒化ケイ素系多孔体は、窒化ケイ素粒子とケイ素粒子とを原料とし、窒化ケイ素粒子同士がガラスによって接合された窒化ケイ素系多孔体であって、ケイ素粒子が炭化された炭化ケイ素粒子を５〜２２ｗｔ％の範囲で含み、気孔率が４０〜７０％であることを特徴としている。

上記構成によれば、脱脂工程において残さざるを得ない有機物成分である炭素を、原料のケイ素粒子と反応させて炭化ケイ素として窒化ケイ素系多孔体に含めているので、残存した有機物成分が窒化ケイ素粒子の表面の酸化膜であるＳｉＯ_２と反応してガラスの生成量が不足する事態は生じず、多孔体の機械的強度を保持できる。

但し、ガラスの生成量は確保できても、炭化ケイ素粒子の含有量が２２ｗｔ％を超えると、多孔体の機械的強度が低下することが確認されている。また、炭化ケイ素粒子の含有量が５ｗｔ％未満となると、焼結前の成型物が崩壊し易くなり製造し難くなる。そのため、含める炭化ケイ素粒子は、５〜２２ｗｔ％の範囲としている。

また、炭化ケイ素は、窒化ケイ素よりも高い熱伝導性を有する物質である。そのため、炭化ケイ素粒子を含有させることで、窒化ケイ素を主体とした窒化ケイ素系多孔体の熱伝導性を高めることもできる。

これにより、窒化ケイ素粒子を原料とし、窒化ケイ素粒子同士がガラスによって接合された窒化ケイ素系多孔体であって、製造の容易性を確保しながら、機械的強度に優れ、かつ、高い熱伝導性を有する窒化ケイ素系多孔体を得ることができる。

本発明の窒化ケイ素系多孔体の製造方法は、上記課題を解決するために、原料の窒化ケイ素粒子と、ケイ素粒子と、前記窒化ケイ素粒子の表面のＳｉＯ_２と反応してガラスを生成する焼結助剤と、有機バインダー物質と、造孔材とを混合する混合工程と、前記混合工程で得た混合物を成型する成型工程と、前記成型工程で得た成型物を、雰囲気下に混合する酸素量を調整して、有機物成分を一部残して脱脂する脱脂工程と、前記脱脂工程で得た脱脂後の成型物を窒素雰囲気下で焼結する焼結工程とを有し、前記脱脂工程では、脱脂後に含まれる有機物成分と前記ケイ素粒子とが前記焼結工程で反応して生成される炭化ケイ素粒子が５〜２２ｗｔ％（重量％）となるように、雰囲気下に混合する酸素量を調整し、前記焼結工程では、前記ケイ素粒子を脱脂後に含まれる有機物成分にて炭化ケイ素粒子とする一方、前記ケイ素粒子を窒化して窒化ケイ素粒子とし、その後、原料の窒化ケイ素粒子および窒化した形成された窒化ケイ素粒子の各表面のＳｉＯ_２と焼結助剤とを反応させてガラスを生成して前記窒化ケイ素粒子同士をガラスで接合することを特徴としている。

上記方法によれば、脱脂工程において残さざるを得ない有機物成分である炭素と反応させるためのケイ素粒子を予め原料に混合しているので、焼結工程において、残存した有機物成分はケイ素粒子と反応して炭化ケイ素粒子を生成する。これにより、残存した有機物成分が窒化ケイ素粒子の表面の酸化膜であるＳｉＯ_２と反応してガラスの生成量が不足する事態は生じず、多孔体の機械的強度を保持できる。

但し、ガラスの生成量は確保できても、炭化ケイ素粒子の含有量が２２ｗｔ％を超えると、多孔体の機械的強度が低下することが確認されている。また、炭化ケイ素粒子の含有量が５ｗｔ％未満となると、焼結前の成型物が崩壊し易くなり製造し難くなる。そのため、脱脂工程においては、雰囲気下に混合する酸素量を調整して、脱脂後に残る有機物成分の量を、焼結工程でケイ素と反応して５〜２２ｗｔ％の炭化ケイ素粒子が生成されるように調整している。炭素と反応しなかったケイ素粒子は焼結工程で窒化して窒化ケイ素粒子となり、もとからある窒化ケイ素粒子と混ざり合って、ガラスにて接合される。

これにより、製造の容易性を確保しながら、機械的強度に優れ、かつ、高い熱伝導性を有する窒化ケイ素系多孔体を得ることができる。

本発明の窒化ケイ素系多孔体の製造方法は、さらに、前記脱脂工程は、２００〜３５０℃の温度範囲で、酸素１０％以下にて実施する構成としてもよい。これによれば、脱脂工程における有機物成分の残存量の調整を容易に行える。

本発明の窒化ケイ素系多孔体は、本発明の窒化ケイ素系多孔体の製造方法で作製され、気孔率が４０〜７０％であることを特徴としている。

上述したように、本発明の製造方法で作製された窒化ケイ素系多孔体は、機械的強度に優れ、かつ、高い熱伝導性を有する。本発明の窒化ケイ素系多孔体は、これらの特徴に加えて、さらに上記気孔率を有しているので、ＤＰＦとして安定して機能させることができる。気孔率を上記範囲とするのは、気孔率が４０％を下回ると、粒状物質を捕集する性能を保証できず、圧力損失も大きくなる。逆に、気孔率が７０％を超えると、使用に耐えうる強度を得ることができないためである。

また、本発明は、本発明の窒化ケイ素系多孔体よりなり、セル壁によって区画されることで形成された一方向に延伸する複数のセルを有するハニカム構造体、および該ハニカム構造体を備え、該ハニカム構造体における前記複数のセルにおける延伸方向の一方側の端部が隣接するセル同士交互に封止部にて封止されてなるハニカムフィルタもその範疇としている。

本発明により、製造の容易性を阻害することなく、機械的強度に優れ、かつ高い熱伝導性を有する窒化ケイ素系多孔体およびその製造方法、ハニカム構造体およびハニカムフィルタを提供できるという効果を奏する。

本発明の実施の一形態に係るハニカムフィルタの概観を示す斜視図である。上記ハニカムフィルタの軸方向に平行な面の模式断面図である。

[実施の形態１]
以下、本発明を実施の形態により説明する。本実施の形態に係る窒化ケイ素系多孔体は、例えば、内燃機関の排気ガス処理部材に使用することができる。ガソリンエンジン用の排ガス触媒担持用としてや、ディーゼルエンジン用の排ガス処理の酸化触媒担持用として、あるいは排ガスに含まれる粒状物質を捕集浄化するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）用として使用することができる。

本実施の形態に係る窒化ケイ素系多孔体は、窒化ケイ素粒子（Ｓｉ_３Ｎ_４）を主成分とし、窒化ケイ素粒子同士は間に存在するガラスによって接合されている。また、窒化ケイ素粒子間には、炭化ケイ素粒子（ＳｉＣ）が５〜２２ｗｔ％で含まれ、窒化ケイ素粒子の表面のＳｉＯ_２と反応してガラスを生成する焼結助剤としてのＡｌ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｚｒ，または希土類からなる群のうちの少なくとも一種を含んでいてもよい。また、窒化ケイ素系多孔体には、窒化ケイ素のケイ素と窒素の一部をそれぞれアルミニウムと酸素で置換したサイアロンも窒化ケイ素系多孔体に含まれる。

上述したように、脱脂工程においては、成型体の崩壊を防止するために、有機バインダー等の有機分（有機物成分）を全て除去するのではなく、少し残した状態で脱脂を終了する。そのため、その後の焼結工程に残存した有機分である炭素（Ｃ）が持ち込まれ、これが、焼結工程で、窒化ケイ素粒子の表面の酸化膜（ＳｉＯ_２）と反応してガス化消失すると、窒化ケイ素粒子同士を結合するガラスの生成量が少なくなり、窒化ケイ素系多孔体としての機械的強度が低下する。

そこで、本実施の形態に係る窒化ケイ素系多孔体では、窒化ケイ素粒子と共に、原料にケイ素（Ｓｉ）粒子を含めておき、焼結工程において、脱脂工程後に残存する有機分とケイ素粒子と反応させて炭化ケイ素粒子を生成させている。

これにより、窒化ケイ素粒子の表面の酸化膜（ＳｉＯ_２）と反応してガス化消失する炭素量が少なくなり、窒化ケイ素粒子の表面の酸化膜（ＳｉＯ_２）は、焼結助剤と反応して十分な量のガラスを生成し、窒化ケイ素粒子同士を堅固に結合することができる。

但し、ガラスの生成量は確保できても、炭化ケイ素粒子の含有量が２２ｗｔ％を超えると、多孔体の機械的強度が低下することが確認されている。また、炭化ケイ素粒子の含有量が５ｗｔ％未満となると、焼結前の成型物が崩壊し易くなり製造し難くなる。そのため、脱脂工程においては、雰囲気下に混合する酸素量を調整して、脱脂後に残る有機物成分の量を、焼結工程でケイ素粒子と反応して５〜２２ｗｔ％の炭化ケイ素粒子が生成されるように調整する。

また、炭化ケイ素は、窒化ケイ素よりも高い熱伝導性を有する物質である。そのため、脱脂工程で残さざるを得ない有機分を積極的に炭化ケイ素の状態で残して含有させることで、窒化ケイ素を主体とした窒化ケイ素系多孔体の熱伝導性を高めることもできる。

本実施の形態の窒化ケイ素系多孔体を、ＤＰＦ用のフィルタとして使用する場合は、気孔率を４０〜７０％とすることが好ましい。このような気孔率とすることで、ＤＰＦとして安定して機能させることができる。気孔率を上記範囲とするのは、気孔率が４０％を下回ると、粒状物質を捕集する性能を保証できず、圧力損失も大きくなり、逆に、気孔率が７０％を超えると、使用に耐えうる強度を得ることができないためである。

原料の窒化ケイ素粒子としては、粒子径６０〜９０μｍのものを用いる。粒子径をこのような範囲とするのは、粒子径が６０μｍを下回ると圧力損失が大きくなり、逆に９０μｍよりも大きくなると捕集性能が落ちるためである。

原料のケイ素粒子としては、窒化ケイ素粒子と同じ粒子径のものを用いる。ケイ素粒子は、炭素と反応して炭化ケイ素粒子を生成するが、窒素雰囲気下での焼結工程において、窒素とも反応して窒化ケイ素粒子を生成する。そのため、ケイ素粒子の粒子径は、窒化ケイ素粒子と同等とすることが好ましい。ケイ素粒子の量は、窒化ケイ素粒子＋ケイ素粒子の合計重量に対して、１０〜５０ｗｔ％とする。ケイ素の量をこのような範囲とするのは、１０ｗｔ％を下回ると、残存する有機分である炭素と反応する量が足りず、窒化ケイ素粒子の表面の酸化膜（ＳｉＯ_２）と反応するためであり、逆に５０ｗｔ％よりも大きくなると、焼結工程で窒化される際の異常発熱を避けるために、低速な焼結が必要となり、製造性が低下するためである。

無機原料を押出成型が可能な杯土とするためのバインダー物質（有機バインダー物質）としては、例えば、メチルセルロースと水との組み合わせが使用できる。メチルセルロースを用いた場合、その添加量は、窒化ケイ素粒子とケイ素粒子と造孔材との合計重量に対して、１０〜２０ｗｔ％とする。添加量をこのような範囲とするのは、添加量が１０ｗｔ％を下回ると押出成型ができなくなるためであり、逆に２０ｗｔ％よりも大きくなると、次工程の脱脂が難しくなるためである。

また、気孔率４０〜７０％の多孔質焼結体を安定して得るために、原料に造孔材を添加するが、造孔材としては、例えば、デンプンが使用できる。造孔材の添加量は、窒化ケイ素粒子とケイ素粒子と造孔材との合計重量に対して、２０〜４０ｗｔ％とする。添加量をこのような範囲とすることで、上記気孔率に安定して制御できる。造孔材の粒子径は、ケイ素の粒子径とほぼ同じ、７０〜１００μｍとすることが好ましい。

焼結助剤としては、窒化ケイ素粒子の表面のＳｉＯ_２と反応してガラスを生成するものであればよく、例えば、Ａｌ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｚｒ，または希土類を用いることができる。このとき、窒化ケイ素粒子の一部はガラスに溶け込んでいる場合もある。

次いで、本実施の形態に係る窒化ケイ素系多孔体の製造方法について説明する。まずは、窒化ケイ素粒子、ケイ素粒子、造孔材および焼結助剤を、バインダー物質に混合して混合物を得る（混合工程）。次に、押出用金型を用いて押出し、ハニカム構造体などの所望の形状に成型し（成型工程）、その後、成型物を乾燥させる。

次に、乾燥させた成型物を、窒素雰囲気下で混合する酸素量を調整して、脱脂工程で残存されたバインダー物質および造孔材等の有機分が焼結工程でケイ素粒子と反応して、炭化ケイ素が５〜２２ｗｔ％生成されるように脱脂する（脱脂工程）。焼結工程で残存した有機物である炭素とケイ素粒子とが反応して５〜２２ｗｔ％の炭化ケイ素粒子が生成されるべく、脱脂工程で残存させる炭素量の目安としては１．５〜６．６ｗｔ％である。

具体的には、窒素雰囲気に酸素を添加した状態で脱脂を行い、その際に、窒素（Ｎ_２）に添加する酸素（Ｏ_２）の量を調整することで、残存させる有機分である炭素の量を調整する。酸素の添加量を多くすると、酸素と反応してガス化消失する炭素量が増えて、残存する炭素量は少なくなる。逆に、酸素の添加量を少なくすると、酸素と反応してガス化消失する炭素量が減り、残存する炭素量は増える。より具体的には、２００〜３５０℃、酸素１０％以下で行うことが好ましい。

次に、脱脂した形成物を、窒素雰囲気下で、ポスト反応焼結する。具体的には、１２００〜１４００℃でケイ素粒子を窒化し、最終的には１７００〜１８００℃で焼成して焼結させる。最終の焼結工程で、窒化ケイ素粒子の表面の酸化膜（ＳｉＯ_２）が助剤と反応してガラスを生成し、窒化ケイ素粒子同士がガラスにて接合される。

[実施の形態２]
以下、本発明を実施の形態により説明する。図１は、本発明の実施の一形態であるハニカムフィルタの概観を示す斜視図である。図２は、ハニカムフィルタの軸方向に平行な面の模式断面図である。

図１、図２に示すように、ハニカムフィルタ１は、本発明に係る窒化ケイ素系多孔体よりなる円柱状のハニカム構造体１０を有する。ハニカム構造体１０における円柱状の本体の内部には、一方向に延伸する複数のセル１１が形成されている。各セル１１は、軸方向（セルの延伸方向）に垂直な方向の断面形状が略正方形をなし、多孔性のセル壁１２に区画されることによって形成されている。多孔性のセル壁１２が粒子状物質（以下、ＰＭ）の捕集部材となる。

ハニカム構造体１０に設けられている各セル１１は、軸方向（延伸方向）の一方側の端部に充填材が封入されることで封止（目封じ）され、封止部２１が形成されている。封止部２１は、ハニカム構造体１０の軸方向の両端部で、複数のセル１１が交互に設けられている。

ハニカム構造体１０の外周部は、外周被覆層１５にて被覆されている。外周被覆層１５はセラミック層からなり、ハニカム構造体１０の外周部に塗布された外周被覆材が焼成されることで形成されている。外周被覆層１５は必ずしも必要なものではない。なお、図２においては、外周被覆層１５の記載を省略している。

このような構成を有するハニカムフィルタ１は、図２に示すように、セル１１の延伸方向でもある軸方向が排気ガスの流れと平行となるように配置される。排気ガスは、流れの上流側に位置する、セル端部が封止されていないセル（流入側セル）１１より流入する。セル１１内に流入した排気ガスは、多孔性のセル壁１２の微細孔を通過して、流れの下流側に位置する、セル端部が封止されていない隣接セル（流出側セル）１１へと移動し、そこから流出する。

排気ガスがセル壁１２の微細孔を通過することにより、排気ガスに含まれるＰＭがセル壁１２に捕集される。捕集されたＰＭは、ハニカムフィルタ１を再生加熱処理することでセル壁１２より除去され、これにより、ハニカムフィルタ１が再生される。

なお、図１においては、ハニカム構造体１０として、ハニカムフィルタ１の軸方向に垂直な面の断面形状が円形をなす円柱状のものを例示したが、該断面形状は特に限定されるものではなく、例えば、楕円形、正方形、長方形、多角形であってもよい。このようなハニカム構造体１０の成型は、押出機を用いることで、所望する形状に予め成型することができる。また、ハニカムフィルタ１の軸方向に垂直な面の断面の大きさは、エンジンの排気量によって最適値が決定されるものである。

一方、セル１１の断面形状は、略正方形であることが好ましい。しかしながら、必ずしもこれに限定されるものではなく、他の形状であってもよい。セル壁１２の厚さも特に限定されるものではなく、例えば、０．２〜０．４ｍｍとすればよい。また、単位面積中のセル数も特に限定されるものではなく、例えば、２００〜３００ｃｐｓｉとすればよい。外周被覆層１５の厚さも特には限定されないが、概して０．３ｍｍ〜１．０ｍｍに設定される。

ハニカムフィルタ１における各部の材料は、本発明に係る窒化ケイ素系多孔体を用いるハニカム構造体１０を除き、従来からある既存の材料を用いることができる。

例えば、セル端部を封止する充填材としては、酸化アルミニウム（アルミナ）、チタン酸アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、コーディエライト、ムライト、アパタイトなどのセラミック坏土、またはセメント材料を使用することができる。これらは単独で使用してもよいし、複数種類を併用してもよい。中でもセメント材料としての汎用性の観点から、酸化アルミニウムを材料とすることが特に好ましい。

外周被覆層１５はセラミック層よりなり、上記したハニカム構造体１０の材料に、無機バルーン、コロイダルシリカ、ベントナイト等の無機粒子や無機バインダー等を配合した材料が用いられる。

なお、ハニカムフィルタ１は、ハニカム構造体１０が１つの多孔質セラミック焼成体よりなる、いわゆる一体型を例示した。しかしながら、角柱状に形成された複数の多孔質セラミック焼成体であるハニカムセグメント体を、接合部を介して貼り合わせてハニカム構造体とした分割型であってもよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明を、実施例を挙げてより詳細に説明する。

♯２００アンダーのケイ素の粉末３７重量部に対して、マグネシアスピネル３重量部、♯２００アンダーのβ窒化ケイ素粒子３４重量部、造孔材であるデンプンを２６重量部、バインダー物質となるメチルセルロース１５重量部、および水を３０重量部加えて混合し、押出杯土（混合物）を調整した。押出杯土を、押出用金型を用いて押出して、成型物である３５ｍｍ×３５ｍｍ×１００ｍｍのハニカム構造体を形成した。

このように形成したハニカム構造体を乾燥後、Ｎ_２+５％Ｏ_２の気流中で３００℃まで加熱して脱脂を行い、メチルセルロースを一部残して除去した。次に、焼結炉に脱脂した成型物（脱脂成型物）を入れ、窒素雰囲気中で１２００〜１４００℃の温度で焼成してケイ素を窒化し、最終的には１７００℃で６時間焼成して、実施例１のサンプルを得た。

その他、実施例１と同じ原料を用いて、脱脂工程における窒素雰囲気に追加する酸素量のみ調整して、実施例２〜５、比較例１〜３のサンプルを得た。

このように作製した実施例のハニカム構造体の圧縮強度、熱伝導率、気孔率を測定した。

気孔率はアルキメデス法の密度計を用いて測定した。圧縮強度は、３５ｍｍ角のハニカム成形体を貫通穴に平行な方向に圧縮して多孔体の強度を測定した。熱伝導率は、京都電子工業（株）製ホットディスク法熱伝導率測定装置を用いて測定を実施した。試料サイズ３５ｍｍ×３５ｍｍ×１０ｍｍｔとした。

表１に測定した結果を示す。

表１より分るように、ＳｉＣ含有量が５ｗｔ％以上の炭素（Ｃ）含有量となるように脱脂すると崩壊せず、使用強度レベル５ＭＰａを超える材料が作製できたが（実施例１〜５）、ＳｉＣ含有量が５ｗｔ％未満のカーボン含有量となると（比較例１、３）、脱脂時に成形物が崩壊した。また、ＳｉＣ含有量が増加する材料の熱伝導率が向上するメリットがあるが、ＳｉＣ含有量が２２ｗｔ％を超えると（比較例２）、圧縮強度が５Ｍｐａを切ってしまった。

本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するための排気ガス浄化用フィルタとして好適に利用することができる。

１ハニカムフィルタ
１０ハニカム構造体
１１セル
１２セル壁
１５外周被覆層
２１封止部

Claims

窒化ケイ素粒子とケイ素粒子とを原料とし、窒化ケイ素粒子同士がガラスによって接合された窒化ケイ素系多孔体であって、ケイ素粒子が炭化された炭化ケイ素粒子を５〜２２ｗｔ％の範囲で含み、気孔率が４０〜７０％であることを特徴とする窒化ケイ素系多孔体。
請求項１に記載の窒化ケイ素系多孔体よりなり、セル壁によって区画されることで形成された一方向に延伸する複数のセルを有することを特徴とするハニカム構造体。
請求項２に記載のハニカム構造体を備え、該ハニカム構造体における前記複数のセルにおける延伸方向の一方側の端部が隣接するセル同士交互に封止部にて封止されてなるハニカムフィルタ。
主たる原料の窒化ケイ素粒子と、ケイ素粒子と、前記窒化ケイ素粒子の表面のＳｉＯ_２と反応してガラスを生成する焼結助剤と、有機バインダー物質と、造孔材とを混合する混合工程と、
前記混合工程で得た混合物を成型する成型工程と、
前記成型工程で得た成型物を、雰囲気下に混合する酸素量を調整して、有機物成分を一部残して脱脂する脱脂工程と、
前記脱脂工程で得た脱脂後の成型物を窒素雰囲気下で焼結する焼結工程とを有し、
前記脱脂工程では、脱脂後に含まれる有機物成分と前記ケイ素粒子とが前記焼結工程で反応して生成される炭化ケイ素粒子が５〜２２ｗｔ％となるように、雰囲気下に混合する酸素量を調整し、
前記焼結工程では、前記ケイ素粒子を脱脂後に含まれる有機物成分にて炭化して炭化ケイ素粒子とする一方、前記ケイ素粒子を窒化して窒化ケイ素粒子とし、その後、原料の窒化ケイ素粒子および窒化した形成された窒化ケイ素粒子の各表面のＳｉＯ_２と焼結助剤とを反応させてガラスを生成して前記窒化ケイ素粒子同士をガラスで接合することを特徴とする窒化ケイ素系多孔体の製造方法。
前記脱脂工程は、２００〜３５０℃の温度範囲で、酸素１０％以下にて実施することを特徴とする請求項４に記載の窒化ケイ素系多孔体の製造方法。