JP6006782B2 - 多孔質材料及びハニカム構造体 - Google Patents

Description

本発明は、多孔質材料及びハニカム構造体に関する。更に詳しくは、耐熱衝撃性が高い多孔質材料及びハニカム構造体に関する。

炭化珪素粒子を酸化物相、ガラス相等で結合した多孔質材料は、耐熱衝撃性に優れるため、触媒担体用材料、ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）用材料等として利用されている（例えば、特許文献１〜３を参照）。また、耐火物として、炭化珪素粒子を酸化物相で結合したものが用いられている（例えば、特許文献４を参照）。

特表２０１０−５０２５４６号公報 特許第４１１１４３９号公報 特許第４２２７３４７号公報 特開平７−３１５９３３号公報

近年、触媒担体やＤＰＦは、サイズが大型化し、更にセル構造が複雑化してきている。また、触媒担体やＤＰＦの使用環境が過酷になってきている。そのため、これらの用途に用いられる多孔質材料は、さらなる耐熱衝撃性の向上が求められている。尚、特許文献４に記載の耐火物は、気孔率が低いためＤＰＦ等には用いられていないと考えられる。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、耐熱衝撃性が高い多孔質材料及びハニカム構造体を提供することを主目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、以下の多孔質材料及びハニカム構造体を提供する。

［１］ 主骨材と副骨材とを骨材として含有し、前記主骨材が炭化珪素粒子であり、前記副骨材がムライト粒子及びアルミナ粒子の少なくとも一方であり、前記骨材同士が、結合相を介して、細孔を形成するように結合されており、前記結合相が非晶質相及びコージェライト相の少なくとも一方を含有し、気孔率が４０〜９０％である多孔質材料。

［２］ 前記主骨材、前記副骨材及び前記結合相の合計質量に対して、前記副骨材を８．０〜３５．０質量％含有する前記［１］に記載の多孔質材料。

［３］ 前記主骨材、前記副骨材及び前記結合相の合計質量に対して、前記結合相を、２．０〜１５．０質量％含有する前記［１］又は［２］に記載の多孔質材料。

［４］ 前記非晶質相が、マグネシウム、アルミニウム、珪素及び酸素を含有するものである前記［１］〜［３］のいずれかに記載の多孔質材料。

［５］ 平均細孔径が１０〜４０μｍである前記［１］〜［４］のいずれかに記載の多孔質材料。

［６］ 細孔径１０μｍ未満の細孔が細孔全体の２０％以下であり、細孔径４０μｍを超える細孔が細孔全体の１０％以下である前記［１］〜［５］のいずれかに記載の多孔質材料。

［７］ 前記主骨材である炭化珪素粒子の平均粒子径が５〜１００μｍであり、前記副骨材の平均粒子径が５〜１００μｍである前記［１］〜［６］のいずれかに記載の多孔質材料。

［８］ 曲げ強度が６．５ＭＰａ以上であり、曲げ強度／ヤング率比が１．４×１０^−３以上である前記［１］〜［７］のいずれかに記載の多孔質材料。

［９］ 前記［１］〜［８］のいずれかに記載の多孔質材料により構成され、一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを、区画形成する隔壁を備えたハニカム構造体。

本発明の多孔質材料は、従来の多孔質材料に比べて、耐熱衝撃性に優れる。

本発明の多孔質材料の一の実施形態の断面を拡大して示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、具体的に説明する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。

（１）多孔質材料：
本発明の多孔質材料は、主骨材と副骨材とを骨材として含有し、骨材同士が、結合相を介して、細孔を形成するように結合されているものである。そして、主骨材は炭化珪素粒子であり、副骨材はムライト粒子及びアルミナ粒子の少なくとも一方である。そして、結合相が、非晶質相及びコージェライト相の少なくとも一方を含有するものである。更に、本発明の多孔質材料は、気孔率が４０〜９０％である。図１は、本発明の多孔質材料の一の実施形態の断面を拡大して示す模式図である。図１に示される本実施形態の多孔質材料１は、骨材２同士が、結合相５を介して、細孔６を形成するように結合され、ムライト粒子４及びアルミナ粒子３が副骨材として含有されている例である。

ここで、非晶質相のみが骨材同士を結合させている場合には、当該非晶質相が「結合相」である。また、コージェライト相のみが骨材同士を結合させている場合には、当該コージェライト相が「結合相」である。また、「非晶質相とコージェライト相の両方」が骨材同士を結合させている場合には、当該「非晶質相とコージェライト相の両方」が「結合相」である。また、結合相は、「非晶質相及びコージェライト相」以外の、他の相を含有してもよい。また、「結合相」は、骨材間を完全に埋める（隙間なく埋める）状態ではなく、骨材間に隙間（細孔）が形成されるようにして、骨材同士を結合している。また、主骨材とは、骨材全体に対して、５０質量％を超える比率で含有されている骨材である。副骨材とは、骨材全体から主骨材を除いた残りの骨材である。なお、結合材中に、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）等に代表される希土類元素を含有してもよい。

本発明の多孔質材料は、上記のような構成であるため、曲げ強度が高く、「曲げ強度／ヤング率比」の値が高いものである。そのため、本発明の多孔質材料は、耐熱衝撃性に優れたものである。

本発明の多孔質材料は、上記のように、炭化珪素粒子を含有し、更に、ムライト粒子及びアルミナ粒子の少なくとも一方を含有する。そして、多孔質材料に含有される炭化珪素粒子を主骨材と称し、多孔質材料に含有される「ムライト粒子、アルミナ粒子、又は、ムライト粒子とアルミナ粒子の両方」を副骨材と称する。

本発明の多孔質材料は、気孔率が４０〜９０％であり、５０〜７０％であることが好ましい。気孔率が４０％未満であると、圧力損失が大きくなるため好ましくない。特に、気孔率が５０％以上であると、ＤＰＦ等に使用するのに好ましい、低い圧力損失となる。また、気孔率が９０％を超えると、機械的強度が低くなるため好ましくない。特に、気孔率が７０％以下であると、ＤＰＦ等に使用するのに好ましい、高い機械的強度となる。本明細書で、気孔率は、水銀圧入法（ＪＩＳ Ｒ １６５５準拠）による全細孔容積（単位：ｃｍ^３／ｇ）と水中アルキメデス法による見掛け密度（単位：ｇ／ｃｍ^３）から、算出した値である。気孔率を算出する際には、「気孔率［％］＝全細孔容積／｛（１／見掛け密度）＋全細孔容積｝×１００」という式を用いる。なお、気孔率は、例えば、多孔質材料を製造する際に用いる造孔材の量や、焼結助剤量、焼成雰囲気などにより調整することができる。また、気孔率は、骨材と、結合相との比率によっても調整することができる。

本発明の多孔質材料は、かさ密度が、０．２５〜２．３ｇ／ｃｍ^３であることが好ましく、０．８〜２．０ｇ／ｃｍ^３であることが更に好ましい。かさ密度が０．２５ｇ／ｃｍ^３より小さいと機械的強度が低くなるため好ましくない。また、かさ密度が２．３ｇ／ｃｍ^３を超えると質量が大きくなり車両に搭載するＤＰＦ等に使用するのに好ましくない。特に、かさ密度が０．８〜２．０ｇ／ｃｍ^３であると、ＤＰＦ等に使用するのに好ましい「高い機械的強度と軽量化」を、両立することができる。本明細書において、かさ密度は、水中アルキメデス法により測定した値である。

本発明の多孔質材料は、平均細孔径が１０〜４０μｍであることが好ましく、１５〜３０μｍであることが更に好ましい。平均細孔径が１０μｍ未満であると、圧力損失が大きくなるため好ましくない。平均細孔径が４０μｍを超えると、本発明の多孔質材料をＤＰＦ等として用いたときに、排ガス中の粒子状物質の一部が捕集されずにＤＰＦ等を透過するため好ましくない。本明細書で、平均細孔径は、水銀圧入法（ＪＩＳ Ｒ １６５５準拠）で測定した値である。

本発明の多孔質材料は、細孔径１０μｍ未満の細孔が細孔全体の２０％以下であり、細孔径４０μｍを超える細孔が細孔全体の１０％以下であることが好ましい。細孔径１０μｍ未満の細孔が細孔全体の２０％を超えると、細孔径１０μｍ未満の細孔は触媒を担持する際に詰まり易いため、圧力損失が増大し易くなることがある。細孔径４０μｍ未満の細孔が細孔全体の１０％を超えると、細孔径４０μｍ未満の細孔は粒子状物質が通過し易いため、ＤＰＦ等のフィルター機能を十分に発揮し難くなることがある。

本発明の多孔質材料は、骨材同士が、結合相（非晶質相及びコージェライト相の少なくとも一方を含有する相）を介して、細孔を形成するように結合されている。結合相は、非晶質相及びコージェライト相の少なくとも一方であることが好ましい。非晶質相は、マグネシウム、アルミニウム、珪素及び酸素を含有するものであることが好ましい。更に具体的には、マグネシウム、アルミニウム及び珪素を含む酸化物であることが好ましい。また、上述したように、結合相は、「非晶質相及びコージェライト相」以外の、他の相を含有してもよい。他の相としては、スピネル、ムライト、サフィリン、クォーツ、クリストバライト等を挙げることができる。

本発明の多孔質材料は、主骨材、副骨材及び結合相の合計質量に対して、副骨材を８．０〜３５質量％含有することが好ましい。本発明の多孔質材料は、主骨材、副骨材及び結合相の合計質量に対して、副骨材を８．０〜２０．０質量％含有することが更に好ましく、副骨材を８．０〜１２質量％含有することが特に好ましい。副骨材の含有量（含有率）が８．０質量％未満であると、曲げ強度が低くなり、更に「強度／ヤング率比」が低くなり、耐熱衝撃性が低下することがある。副骨材の含有量が３５質量％を超えると、「強度／ヤング率比」が低くなり、耐熱衝撃性が低下することがある。

副骨材の含有率は、Ｘ線回折分析によって得られた値に基づき求めた値である。具体的には、「ＲＩＲ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｒａｔｉｏ）法を用いて、Ｘ線回折データを解析して各成分を定量する」、簡易定量分析により算出する。Ｘ線回折データの解析は、例えば、ＭＤＩ社製の「Ｘ線データ解析ソフトＪＡＤＥ７」を用いて行うことが好ましい。Ｘ線回折分析に用いるＸ線回折装置としては、回転対陰極型Ｘ線回折装置（理学電機社製、ＲＩＮＴ）を挙げることができる。

本発明の多孔質材料は、主骨材である炭化珪素粒子の平均粒子径が５〜１００μｍであることが好ましく、１０〜４０μｍであることが更に好ましい。５μｍより小さいと、焼成により多孔質材料を作製する際に、焼成収縮量が大きくなり、多孔質材料の気孔率が４０％未満となることがある。１００μｍより大きいと、多孔質材料中の４０μｍを超える細孔が細孔全体の１０％以上となることがある。

本発明の多孔質材料は、副骨材であるアルミナの平均粒子径が１〜１００μｍであることが好ましく、５〜２０μｍであることが更に好ましい。１μｍより小さいと、アルミナ粒子が結合材中に取り込まれ、結合材中に分散した形態となるため、結合材のヤング率が高くなる。そのため、多孔質材料のヤング率が高くなり、曲げ強度／ヤング率比が低下し耐熱衝撃性が劣ることがある。１００μｍより大きいと、多孔質材料中の４０μｍを超える細孔が細孔全体の１０％以上となることがある。

本発明の多孔質材料は、副骨材であるムライトの平均粒子径が１〜１００μｍであることが好ましく、５〜４０μｍであることが更に好ましい。１μｍより小さいと、ムライト粒子が結合材中に取り込まれ、結合材中にムライト粒子が分散した形態となるため、結合材のヤング率が高くなる。そのため、多孔質材料のヤング率が高くなり、曲げ強度／ヤング率比が低下し耐熱衝撃性が劣ることがある。１００μｍより大きいと、多孔質材料中の４０μｍを超える細孔が細孔全体の１０％以上となることがある。

炭化珪素粒子、アルミナ及びムライトの平均粒子径は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて測定した値である。具体的には樹脂にて包含した多孔質材料をダイヤモンドスラリーにて鏡面研磨したものを観察試料とし、この断面研磨面を１５００倍の倍率でＳＥＭにて観察して微構造写真を得る。そして、微構造写真中の全ての炭化珪素粒子、アルミナ及びムライト粒子の粒子径を測定し、微構造写真中の各粒子の個数で平均した値を各粒子の平均粒子径とする。

本発明の多孔質材料は、結合相が、主骨材、副骨材及び結合相の合計質量に対して、２．０〜１５．０質量％含有されていることが好ましい。そして、２．０〜１３．０質量％含有されていることが更に好ましく、５．０〜１２．０質量％含有されていることが特に好ましい。結合相の含有量が２．０質量％より少ないと、耐熱衝撃性が低下することがある。結合相の含有量が１５．０質量％より多い場合も、耐熱衝撃性が低下することがある。

本発明の多孔質材料は、曲げ強度が６．５ＭＰａ以上であり、「曲げ強度（Ｐａ）／ヤング率（Ｐａ）比」が１．４×１０^−３以上であることが好ましい。なお、曲げ強度は高いほどよいが、本発明の構成上、５０ＭＰａ程度が上限となる。そして、曲げ強度が６．５〜２０ＭＰａであり、「曲げ強度（Ｐａ）／ヤング率（Ｐａ）比」が１．４×１０^−３〜５．０×１０^−３であることが更に好ましい。曲げ強度、ヤング率及び「曲げ強度（Ｐａ）／ヤング率（Ｐａ）比」を上記範囲とすることにより、多孔質材料の耐熱衝撃性を向上させることができる。曲げ強度が６．５ＭＰａより小さいと、耐熱衝撃性が低下することがある。本明細書において、曲げ強度は、ＪＩＳ Ｒ１６０１に準拠した曲げ試験により測定した値である。また、本明細書において、ヤング率は、上述の「ＪＩＳ Ｒ１６０１に準拠した曲げ試験」で得られる応力−歪み曲線より算出した値である。

本発明の多孔質材料は、４０〜８００℃の線熱膨張係数が２．０×１０^−６／Ｋ以上６．０×１０^−６／Ｋ以下であることが好ましく、３．５×１０^−６／Ｋ以上５．２×１０^−６／Ｋ以下であることが更に好ましい。線熱膨張係数は小さいに越したことはないが、本発明の構成上、２．０×１０^−６／Ｋが下限となる。また６．０×１０^−６／Ｋより大きいと、耐熱衝撃性が低下することがある。本明細書において、熱膨張係数は、ＪＩＳ Ｒ１６１８に準拠する方法で測定した値である。具体的には、ハニカム構造体から縦３セル×横３セル×長さ２０ｍｍの試験片を切り出し、４０〜８００℃のＡ軸方向（ハニカム構造体の流路に対して平行方向）の熱膨張係数を測定した値である。

（２）ハニカム構造体：
本発明のハニカム構造体は、上述した本発明の多孔質材料により構成され、「一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセル」を区画形成する隔壁、を備えたものである。上記セルは、流体の流路となるものである。また、ハニカム構造体は、最外周に位置する外周壁を有する構造であることが好ましい。隔壁の厚さは、３０〜１０００μｍが好ましく、５０〜５００μｍが更に好ましく、５０〜２００μｍが特に好ましい。セル密度は、１０〜２００セル／ｃｍ^２が好ましく、２０〜２００セル／ｃｍ^２が更に好ましく、５０〜１５０セル／ｃｍ^２が特に好ましい。

ハニカム構造体の形状としては、特に限定されず、円筒状、底面が多角形（三角形、四角形、五角形、六角形等）の筒状等を挙げることができる。

ハニカム構造体のセルの形状は、特に限定されない。例えば、セルの延びる方向に直交する断面におけるセル形状としては、多角形（三角形、四角形、五角形、六角形、七角形、八角形等）、円形、またはこれ等の組み合わせ等を挙げることができる。

ハニカム構造体の大きさは、用途に合わせて適宜決定することができる。

本発明のハニカム構造体は、ＤＰＦや触媒担体として用いることができる。また、ＤＰＦに触媒を担持することも好ましい態様である。

（３）多孔質材料（ハニカム構造体）の製造方法：
本発明の多孔質材料の製造方法について、以下に説明する。以下に説明する多孔質材料の製造方法は、多孔質材料によって構成されるハニカム構造体を、製造する方法でもある。

まず、主骨材となる炭化珪素粉末と、副骨材となる粉末と、結合相となる粉末（結合材粉末）とを混合し、必要に応じて、バインダ、界面活性剤、造孔材、水等を添加して、成形原料を作製する。副骨材としてムライトを用いる場合には、ムライト粉末を混合するか、ムライト化原料を混合する。ここでムライト化原料とは焼成によりムライト結晶が生成する原料を意味する。また、副骨材としてアルミナを用いる場合には、アルミナ粉末を混合する。また、結合相となる粉末（結合材粉末）としては、コージェライト化原料を挙げることができる。ここで、コージェライト化原料とは、焼成によりコージェライト結晶（コージェライト相）が生成する原料を意味する。結合相がコージェライト相である場合、結合材粉末がコージェライト化原料であることが好ましい。また、結合相が非晶質相である場合、結合材粉末がシリカリッチな配合組成であることが好ましい。ここで、「結合材粉末がシリカリッチな配合組成である」とは、結合材粉末中のシリカの含有量が、５１．４質量％以上であることを意味する。

炭化珪素粉末、副骨材となる粉末及び結合材粉末の合計質量に対して、副骨材となる粉末が８．０〜３５質量％であることが好ましい。炭化珪素粉末の平均粒子径は、５〜１００μｍが好ましく、１０〜４０μｍが更に好ましい。副骨材となる粉末としてアルミナ粉末を用いる場合には、アルミナ粉末の平均粒子径は、１〜１００μｍが好ましく、５〜２０μｍが更に好ましい。副骨材となる粉末としてムライト粉末を用いる場合には、ムライト粉末の平均粒子径は、１〜１００μｍが好ましく、５〜４０μｍが更に好ましい。平均粒子径はレーザー回折法で測定した値である。副骨材となる粉末として、アルミナ粉末及びムライト粉末を両方用いる場合、副骨材となる粉末全体に対するアルミナ粉末の質量比率は、２５〜９０質量％が好ましい。

炭化珪素粉末、副骨材となる粉末及び結合材粉末の合計質量に対して、結合材粉末が５．０〜１５．０質量％であることが好ましい。

バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等の有機バインダを挙げることができる。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。バインダの含有量は、成形原料全体に対して２〜１０質量％であることが好ましい。

界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の含有量は、成形原料全体に対して２質量％以下であることが好ましい。

造孔材としては、焼成後に気孔となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、グラファイト、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲル等を挙げることができる。造孔材の含有量は、成形原料全体に対して１０質量％以下であることが好ましい。造孔材の平均粒子径は、１０〜３０μｍであることが好ましい。１０μｍより小さいと、気孔を十分形成できないことがある。３０μｍより大きいと、成形時に口金に詰まることがある。造孔材の平均粒子径はレーザー回折方法で測定した値である。尚、造孔材が吸水性樹脂の場合、平均粒子径は、吸水後の値である。

水の含有量は、成形しやすい坏土硬度となるように適宜調整されるが、成形原料全体に対して２０〜６０質量％であることが好ましい。

次に、成形原料を混練して坏土を形成する。成形原料を混練して坏土を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、ニーダー、真空土練機等を用いる方法を挙げることができる。

次に、坏土を押出成形してハニカム成形体を形成する。押出成形には、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚さ、セル密度等を有する口金を用いることが好ましい。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。ハニカム成形体は、流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と最外周に位置する外周壁とを有する構造である。ハニカム成形体の隔壁厚さ、セル密度、外周壁の厚さ等は、乾燥、焼成における収縮を考慮し、作製しようとするハニカム構造体の構造に合わせて適宜決定することができる。

こうして得られたハニカム成形体について、焼成前に乾燥を行うことが好ましい。乾燥の方法は特に限定されず、例えば、マイクロ波加熱乾燥、高周波誘電加熱乾燥等の電磁波加熱方式と、熱風乾燥、過熱水蒸気乾燥等の外部加熱方式とを挙げることができる。これらの中でも、成形体全体を迅速かつ均一に、クラックが生じないように乾燥することができる点で、電磁波加熱方式で一定量の水分を乾燥させた後、残りの水分を外部加熱方式により乾燥させることが好ましい。乾燥の条件として、電磁波加熱方式にて、乾燥前の水分量に対して、３０〜９９質量％の水分を除いた後、外部加熱方式にて、３質量％以下の水分にすることが好ましい。電磁波加熱方式としては、誘電加熱乾燥が好ましく、外部加熱方式としては、熱風乾燥が好ましい。

次に、ハニカム成形体の中心軸方向長さが、所望の長さではない場合は、両端面（両端部）を切断して所望の長さとすることが好ましい。切断方法は特に限定されないが、丸鋸切断機等を用いる方法を挙げることができる。

次に、ハニカム成形体を焼成して、ハニカム構造体を作製する。焼成の前に、バインダ等を除去するため、仮焼を行うことが好ましい。仮焼は、大気雰囲気において、２００〜６００℃で、０．５〜２０時間行うことが好ましい。焼成は、窒素、アルゴン等の非酸化雰囲気下（酸素分圧は１０^−４気圧以下）、１３００〜１６００℃、常圧で１〜２０時間加熱することが好ましい。また、焼成後、耐久性向上のために、大気中（水蒸気を含んでいてもよい）、１１００〜１４００℃、１〜２０時間の条件で、酸化処理を行っても良い。なお、仮焼及び焼成は、例えば、電気炉、ガス炉等を用いて行うことができる。

以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１）
炭化珪素（ＳｉＣ）粉末、アルミナ粉末及び結合材粉末を、１００：１７：１９（質量比）の比率で混合した。得られた混合物に、バインダ及び造孔材を添加すると共に、水を添加して成形原料とした。バインダとしては、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを用いた。造孔材としては、デンプン、吸水性樹脂を用いた。結合材粉末としては、タルク粉末、水酸化アルミニウム粉末及びシリカ粉末の混合物を用いた。結合材粉末は、結合相となる粉末である。尚、焼成により、アルミナ粉末と結合材粉末中のシリカ成分が反応して、副骨材であるムライトが生成される。

バインダの含有量は炭化珪素粉末、アルミナ粉末の合計を１００質量部としたときに、７質量部であった。造孔材の含有量は炭化珪素粉末、アルミナ粉末及び「結合材粉末中のムライトになる成分（シリカ）」の合計を１００質量部としたときに、１２質量部であった。水の含有量は炭化珪素粉末、アルミナ粉末及び「結合材粉末中のムライトになる成分（シリカ）」の合計を１００質量部としたときに、６０質量部であった。炭化珪素粉末の平均粒子径は２５μｍであった。アルミナ粉末の平均粒子径は１２μｍであった。また、造孔材の平均粒子径は、２５μｍであった。なお、炭化珪素粉末、アルミナ粉末及び造孔材の平均粒子径は、レーザー回折法で測定した値である。

次に、成形原料を混練し、土練して円柱状の坏土を作製した。そして、得られた円柱状の坏土を押出成形機を用いてハニカム形状に成形し、ハニカム成形体を得た。得られたハニカム成形体を誘電加熱乾燥した後、熱風乾燥機を用いて１２０℃で２時間乾燥し、ハニカム乾燥体を得た。

得られたハニカム乾燥体を、大気雰囲気にて５５０℃で３時間かけて脱脂し、その後、Ａｒ不活性雰囲気にて約１４５０℃で２時間焼成しハニカム構造の多孔質材料（ハニカム構造体）を得た。

このときのハニカム構造体の、隔壁の厚さは３００μｍであり、セル密度は４６．５（セル／ｃｍ^２）であった。また、ハニカム構造体の形状は、底面の一辺が３５ｍｍの四角柱形であり、ハニカム構造体のセルの延びる方向における長さは４０ｍｍであった。また、結合相は、非晶質相であった。

炭化珪素、アルミナ、ムライト、コーディエライト相及び非晶質相の同定は、粉末ＸＲＤによる構成相（構成成分）の同定・定量分析とともに、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）による定性分析及び元素マッピングの結果に基づいて行った。これにより、実施例１のハニカム構造体は、炭化珪素粒子、アルミナ、ムライト及び非晶質相を含むことが確認された。全体に対する結合相の含有率は８．０質量％であった。非晶質相の構成元素は、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）、及び酸素（Ｏ）であった。非晶質相の構成元素は、以下の方法で同定した。

得られたハニカム構造の多孔質材料（ハニカム構造体）の気孔率は６４．８％であり、かさ（嵩）密度は、１．１３ｇ／ｃｍ^３であり、平均細孔径は１４．０μｍであった。また、ハニカム構造の多孔質材料（ハニカム構造体）の全細孔容積は、０．５６７ｃｍ^３／ｇであった。また、ハニカム構造の多孔質材料（ハニカム構造体）の「１０μｍ以下の細孔容積率」は、１７．５％であり、「４０μｍ以上の細孔容積率」は、４．３％であった。また、ハニカム構造体の曲げ強度は７．０ＭＰａであり、ヤング率は２．８ＧＰａであり、「強度／ヤング率比」は、２．５×１０^−３であった。尚、「強度／ヤング率比」の「強度」は、「曲げ強度」である。また、ハニカム構造体の熱膨張係数（４０−８００℃）は５．１×１０^−６Ｋ^−１であった。得られた結果を表１に示す。なお、各測定値は、以下に示す方法によって求めた値である。

表１において、「ＳｉＣ」、「アルミナ」、「ムライト」及び「結合相」の欄は、炭化珪素粒子、アルミナ粒子、ムライト粒子及び結合相の合計質量に対する、炭化珪素粒子、アルミナ粒子、ムライト粒子及び結合相のそれぞれの質量比率を示す。また、「気孔率」、「かさ密度」及び「平均細孔径」の欄は、多孔質材料の気孔率、かさ密度及び平均細孔径を示す。また、「曲げ強度」、「ヤング率」及び「熱膨張係数」の欄は、多孔質材料の曲げ強度、ヤング率及び熱膨張係数を示す。また、「強度／ヤング率比」の欄は、曲げ強度（Ｐａ）をヤング率（Ｐａ）で除した値を示す。

また、表１において、「総合評価」の欄は、Ａ〜Ｃが合格、Ｄが不合格であることを示す。また、Ａ〜Ｃの中では、「Ａ」が最も耐熱衝撃性に優れていることを示す。また、「Ｂ」が「Ａ」の次に耐熱衝撃性に優れていることを示し、「Ｃ」が「Ｂ」の次に耐熱衝撃性に優れていることを示す。尚、「Ｄ」は、耐熱衝撃性に劣ることを示す。

総合評価Ａの条件は、曲げ強度６．５以上、及び「強度／ヤング率比」１．９以上の全ての条件を満たしていることである。また、総合評価Ｂの条件は、曲げ強度６．５以上、及び「強度／ヤング率比」１．５超、１．９未満の全ての条件を満たしていることである。また、総合評価Ｃの条件は、曲げ強度６．５以上、及び「強度／ヤング率比」１．４〜１．５の全ての条件を満たしていることである。また、総合評価Ｄの条件は、曲げ強度６．５未満、及び「強度／ヤング率比」１．４未満の中の、いずれか一つの要件を満たしていることである。

（炭化珪素粒子の質量比率）
炭化珪素粒子の質量比率は、Ｘ線回折分析により行った。具体的には、Ｘ線回折装置を用いて多孔質材料のＸ線回折パターンを得る。Ｘ線回折装置としては、回転対陰極型Ｘ線回折装置（理学電機社製、ＲＩＮＴ）を用いる。Ｘ線回折測定の条件は、ＣｕＫα線源、５０ｋＶ、３００ｍＡ、２θ＝１０〜６０°とする。また、得られたＸ線回折データの解析方法としては、「ＲＩＲ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｒａｔｉｏ）法を用いて、Ｘ線回折データを解析して各成分を定量する」簡易定量分析を用いる。また、Ｘ線回折データの解析は、ＭＤＩ社製「Ｘ線データ解析ソフトＪＡＤＥ７」を用いて行う。

（ムライト粒子の質量比率）
ムライト粒子の質量比率は、上記「炭化珪素粒子の質量比率」と同様の方法で求める。

（アルミナ粒子の質量比率）
アルミナ粒子の質量比率は、上記「炭化珪素粒子の質量比率」と同様の方法で求める。

（結合相の質量比率）
結合相が、コージェライト相である場合、結合相の質量比率は、上記「炭化珪素粒子の質量比率」と同様の方法で求める。結合相が、非晶質相の場合、非晶質の量が既知であるサンプルと、当該サンプルの２θ＝２５°付近のＸ線回折強度の比率から、結合相の質量比率を求める。

（非晶質相の構成元素）
非晶質相の構成元素の同定は、粉末ＸＲＤ（Ｘ線回折）による構成相（構成成分）の同定・定量分析とともに、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）による定性分析及び元素マッピングの結果に基づいて行う。粉末ＸＲＤとしては、理学電機社製、商品名：ＲＩＮＴを使用した。Ｘ線回折測定の条件は、ＣｕＫα線源、５０ｋＶ、３００ｍＡ、２θ＝１０〜６０°とした。ＥＰＭＡとしては、日本電子社製、商品名：ＪＸＡ８８００を使用した。ＥＰＭＡの条件は、加速電圧１５ｋＶ、ビーム径５０ｎｍ、照射電流１００ｎＡとし、３０００倍の倍率で観察した視野を分析した。

（気孔率）
気孔率は、水銀圧入法（ＪＩＳ Ｒ １６５５準拠）による全細孔容積［ｃｍ^３／ｇ］とアルキメデス法による見掛密度［ｇ／ｃｍ^３］から算出する。気孔率の算出に際しては、「開気孔率（％）＝１００×全細孔容積／｛（１／見掛密度）＋全細孔容積｝」の式を用いる。

（かさ密度）
水中アルキメデス法（ＪＩＳ Ｒ １６２６準拠）により測定する。

（平均細孔径）
水銀圧入法（ＪＩＳ Ｒ １６５５準拠）により測定する。

（細孔容積、細孔容積率）
水銀圧入法（ＪＩＳ Ｒ １６５５準拠）により測定する。

（曲げ強度（強度））
ハニカム構造体をセルが貫通する方向を長手方向とした試験片（縦５セル×横１０セル×長さ４０ｍｍ）に加工し、ＪＩＳ Ｒ１６０１に準拠した曲げ試験によりハニカム構造体の曲げ強度を算出する。

（ヤング率）
上記「曲げ強度」の測定方法により「応力−歪曲線」を作成し、当該「応力−歪曲線」の傾きを算出する。得られた「応力−歪曲線の傾き」をヤング率とする。

（熱膨張係数）
ＪＩＳ Ｒ１６１８に準拠して、測定する。具体的には、ハニカム構造体から縦３セル×横３セル×長さ２０ｍｍの試験片を切り出し、４０〜８００℃のＡ軸方向（ハニカム構造体の流路に対して平行方向）の平均線熱膨張係数（熱膨張係数）を測定する。

（実施例３〜９）
各条件を表１に示す条件とした以外は実施例１と同様にして多孔質材料（ハニカム構造体）を作製した。実施例１の場合と同様にして、各評価を行った。結果を表１に示す。

（実施例２）
焼成条件を以下のようにし、その他の条件を表１に示す条件とした以外は、実施例１と同様にして多孔質材料（ハニカム構造体）を作製した。実施例１の場合と同様にして、各評価を行った。結果を表１に示す。

（焼成）
得られたハニカム乾燥体を、大気雰囲気にて５５０℃で３時間かけて脱脂し、その後、Ａｒ不活性雰囲気にて、約１４８０℃で２時間焼成し、ハニカム構造の多孔質材料（ハニカム構造体）を得た。

（比較例１）
成形原料を以下のようにして作製し、焼成条件を以下のようにし、その他の条件を表１に示す条件とした以外は、実施例１と同様にして多孔質材料（ハニカム構造体）を作製した。実施例１の場合と同様にして、各評価を行った。結果を表１に示す。

（成形原料の作製）
炭化珪素（ＳｉＣ）粉末、及び結合材粉末を、１００：２０（質量比）の比率で混合した。得られた混合物に、バインダ及び造孔材を添加すると共に、水を添加して成形原料とした。バインダとしては、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを用いた。造孔材としては、デンプン、吸水性樹脂を用いた。結合材粉末としては、タルク粉末、水酸化アルミニウム粉末及びシリカ粉末の混合物を用いた。結合材粉末は、結合相となる粉末である。

（焼成）
得られたハニカム乾燥体を、大気雰囲気にて５５０℃で３時間かけて脱脂し、その後、Ａｒ不活性雰囲気にて、約１４５０℃で２時間焼成し、ハニカム構造の多孔質材料（ハニカム構造体）を得た。

表１より、実施例１〜９の多孔質材料は、耐熱衝撃性に優れていることが分かる。また、比較例１の多孔質材料は、耐熱衝撃性に劣ることが分かる。

本発明の多孔質材料は、触媒担体用材料、ＤＰＦ用材料等として利用することができる。そして、本発明のハニカム構造体は、触媒担体、ＤＰＦ等として利用することができる。

１：多孔質材料、２：炭化珪素（ＳｉＣ）粒子、３：アルミナ粒子、４：ムライト粒子、５：結合相、６：気孔（細孔）。

Claims (9)

1. 主骨材と副骨材とを骨材として含有し、
   前記主骨材が炭化珪素粒子であり、前記副骨材がムライト粒子及びアルミナ粒子の少なくとも一方であり、
   前記骨材同士が、結合相を介して、細孔を形成するように結合されており、
   前記結合相が非晶質相及びコージェライト相の少なくとも一方を含有し、
   気孔率が４０〜９０％である多孔質材料。
2. 前記主骨材、前記副骨材及び前記結合相の合計質量に対して、前記副骨材を８．０〜３５．０質量％含有する請求項１に記載の多孔質材料。
3. 前記主骨材、前記副骨材及び前記結合相の合計質量に対して、前記結合相を、２．０〜１５．０質量％含有する請求項１又は２に記載の多孔質材料。
4. 前記非晶質相が、マグネシウム、アルミニウム、珪素及び酸素を含有するものである請求項１〜３のいずれかに記載の多孔質材料。
5. 平均細孔径が１０〜４０μｍである請求項１〜４のいずれかに記載の多孔質材料。
6. 細孔径１０μｍ未満の細孔が細孔全体の２０％以下であり、細孔径４０μｍを超える細孔が細孔全体の１０％以下である請求項１〜５のいずれかに記載の多孔質材料。
7. 前記主骨材である炭化珪素粒子の平均粒子径が５〜１００μｍであり、前記副骨材の平均粒子径が５〜１００μｍである請求項１〜６のいずれかに記載の多孔質材料。
8. 曲げ強度が６．５ＭＰａ以上であり、曲げ強度／ヤング率比が１．４×１０^−３以上である請求項１〜７のいずれかに記載の多孔質材料。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の多孔質材料により構成され、一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを、区画形成する隔壁を備えたハニカム構造体。