JPH04187578A

JPH04187578A - 多孔質炭化珪素焼結体の製造方法

Info

Publication number: JPH04187578A
Application number: JP2319219A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Ohashi; 大橋　義美; Takeshi Ninomiya; 健二宮
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1992-07-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、多孔質炭化珪素焼結体の製造方法に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］例えば
、デイ−セルエンジン等の内燃機関における排気ガス浄
化装置において、排気ガス中のカーボン環等を濾過する
と共に、これらを酸化分解する触媒を担持するために、
ハニカム状に形成されたフィルターが提案されており、
昨今ではこのフィルターの構成材料として、耐熱性及び
熱伝導性に優れた多孔質炭化珪素焼結体の適用が検討さ
れている。

従来、多孔質炭化珪素焼結体は、β型炭化珪素粉末に有
機樹脂バインダー及び可塑剤等を配合してなる原料を成
形し、この成形体を焼成することにより、炭化珪素微粒
子を粒成長させて板状結晶を生成させると共に、これら
を互いに焼結させることにより製造されていた。このよ
うな板状の結晶組織を有する焼結体は、気孔率か大きく
、しかも気孔径か比較的均一で、排カスフィルターとし
て使用した場合の圧力損失（又は排気抵抗）か低いとい
う特性を有していた。

しかしながら、β型炭化珪素粉末は、焼結時に異常粒成
長し易く、所望の気孔径を有する焼結体を得るためには
、極めて狭い温度領域に温度制御をすることが必要であ
り、また、同様の理由から気孔径を均一にすることも困
難であった。

更に、この方法では多孔質−炭化珪素結晶体は主として
板状結晶から構成されるため、結晶間の結合点が少なく
、多孔質体の機械的強度が低いという問題があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
り、その目的は、焼結体製造時の気孔径制御を容易にで
きて、所望の気孔径の焼結体を確実に製造することがで
きると共に、気孔の大きさか比較的均一で、機械的強度
に優れた焼結体を得ることにある。

［課題を解決するための手段及び作用］上記課題を解決
するために本発明では、β型炭化珪素粉末にα型炭化珪
素粉末を配合した原料炭化珪素粉末から成形体を成形し
、その成形体を焼成することとしている。

こうすることにより、焼成温度と焼成によって得られる
焼結体の気孔径との相関関係を、リニヤ−でかつゆる゛
やかな関係にでき、気孔径を所望の大きさにするための
焼成温度の制御が容易になる。

この場合、配合されるα型炭化珪素は高温安定型の結晶
であるため粒成長はしないものの、α型炭化珪素粒子を
特定量混入し存在させることによって、β型炭化珪素の
異常粒成長を抑制することができる。その結果、気孔径
制御に際して焼成温度の影響が鈍化され、気孔径制御を
容易にできると共に、気孔の大きさを比較的均一にする
ことが可能になる。

また、粒状の結晶が焼結に関与することで結晶間の接触
面積が増加して、結晶間の結合力が増強され、多孔質体
全体としての機械的強度が向上する。

これに対し、従来のようなβ型炭化珪素粉末を出発の原
料とした場合の粒界においては、ある温度領域において
急激な異常粒成長が生じ易いため、比較的粗大な板状結
晶が生成される。それ故、この多孔質焼結体の結晶組織
は、粗大な板状結晶が焼結体の主骨格を形成して、それ
らの間隙に比較的大きな気孔が形成される。従って、結
晶間の結合力が小さくなって多孔質体全体としての機械
的強度が低くなる。

このような多孔質炭化珪素焼結体をハニカム構造体に応
用することは好ましい。即ち、気孔径の大きさに対する
焼成温度の影響は比較的小さいため、気孔径を均一にす
ることができ、捕集する物質の選択性に優れたハニカム
構造体を製造することができる。しかも、流体の濾過抵
抗が少なく、機械的強度に優れたフィルターとして使用
することができ、特に内燃機関における排気ガス浄化装
置の多孔性フィルターとして極めて好適である。

前記原料炭化珪素粉末としては、平均粒径が０゜１〜１
．０μｍのβ型炭化珪素粉末１００重量部に対し、平均
粒径が０．３〜５０μｍのα型炭化珪素粉末を５〜５０
重量部配合することが好ましい。尚、α型−炭化珪素粉
末は、β型炭化珪素粉末よりも大きな平均粒径を有する
ものであることが有利である。

β型炭化珪素粉末の平均粒径が０．　１μｍ未満では粒
成長を制御し難いばかりでなく、得難く高価であるため
実用的でない。また、１，０μｍより大きいと粉末の活
性が低いため、好適に多孔質体を得ることが困難になる
。

α型炭化珪素粉末の平均粒径が０．　３μｍ未満の場合
、β型炭化珪素の異常粒成長を抑制する効果が低い。ま
た、５０μｍより大きいと成型性が劣悪になるばかりで
なく、得られる多孔質体の強度が劣化する。

配合するα型炭化珪素粉末が５重量部未満では、急激な
異常粒成長が効果的に緩和されず、比較的粗大なβ型炭
化珪素の板状結晶が生成されるため、強度に優れた焼結
体が得られない。また、５０重量部以上では、所望の気
孔径を得るには焼結温度を極めて高くする必要が生じ、
コスト面で不利である。

上記の条件に従い、β型炭化珪素粉末にα型炭化珪素粉
末を配合する割合を適宜設定すれば、焼結体の気孔径の
大きさを１〜数ＩＯμｍの範囲で容易かつ確実にに制御
することかできる。

本発明の原料粉末には成形用バインダー及び必要に応じ
て分散溶媒が配合されてスラリー状の成形材料が得られ
、これを所望形状の成形体に成形した後、焼成すること
により多孔質炭化珪素焼結体が製造されるものである。

前記成形用バインダーとしては、メチルセルロース、カ
ルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロー
ス、ポリエチレンクリコール、フェノール樹脂、エポキ
シ樹脂等があげられる。

この成形用バインダーの配合割合は一般に、炭化珪素粉
末の合計１００重量部に対し、１〜１０重量部の範囲が
好適である。この配合割合か１重量部未満では、成形体
の強度が不十分となり、１０重量部を超えると、バイン
ダーを除去する際に成形体にクラックか発生し易くなる
。

前記原料粉末に配合される分散溶媒としては、ベンセン
等の有機溶剤、メタノール等のアルコール、水等が使用
でき、その配合量は原料スラリーの粘度に応じて調整さ
れる。

前記原料スラリーは、アトライター等で混合された後、
ニーダ−等で充分に混練して調製され、押し出し成形又
は射出成形によって所望形状の成形体に成形される。

乾燥を完了した成形体を焼成する場合、焼成温度は１５
００〜２３００℃であることが好ましい。

また、この場合、非酸化性雰囲気下にて焼成するのが望
ましい。それは、焼成時の熱によって炭素質物質が燃焼
し消失するのを防止するためである。

この焼成温度が１５００℃未満では、炭化珪素微粒子の
粒成長速度が極めて遅く、粒子間の接触部位における焼
結が不十分となって強度に優れた焼結体が得られない。

一方、焼成温度が２３００℃を超える場合、燃料消費量
が増大して、コスト面で不利になるばかりでなく、炭化
珪素の昇華が著しくなり、焼結体の機械的強度か低くな
る。

［実施例１〜４並ひに比較例］以下に、本発明を内燃機関の排気ガス浄化装置に使用す
るフィルターの形状に具体化した実施例を比較例と対比
させて説明する。尚、このフィルターは円柱形状でその
軸方向に多数の孔が形成されたハニカム状の多孔質炭化
珪素焼結体であり、その直径は１４０　ｍｍ、長さは１
４０ｍｍ、番孔を形成する隔壁の厚みは０．４５ｍｍ、
孔数は１７０個／平方インチである。。

（実施例１）平均粒径が約０．２８μｍのβ型炭化珪素粉末９０重量
部に対し、平均粒径が約３０μｍのα型炭化珪素粉末を
１０重量部配合し、更にここへメチルセルロース５重量
部、分散剤４重量部、及び水２０重量部を配合して均一
に混合し、原料組成物を調製した。そして、この原料組
成物を押し出し成形機に充填し、押し出し速度２ｃｍ／
ｍｉｎ、にて上記形状のハニカム成形体を成形し、熱風
乾燥を施した。

乾燥か完了した成形体を焼成炉内に移すと共に、１気圧
のアルゴンガス雰囲気下、昇温速度５℃／ｍｉｎ、にて
加熱を開始し、所定の温度までそれぞれ昇温しく２０５
０℃、２１００℃、２２３０℃、２２６０℃）、これら
の温度にて１時間焼成を施して、ハニカム状の多孔質炭
化珪素焼結体を作製した。

これらの焼結体の一部を切り出し、水銀圧入法による平
均気孔径の測定をそれぞれ行った。その結果を第１図の
グラフに示す。

（実施例２）前記実施例における炭化珪素粉末の配合に代え、出発原
料として平均粒径が約０．２８μｍのβ型炭化珪素粉末
８０重量部に対し、平均粒径が約３０μｍのα型炭化珪
素粉末を２０重量部配合したものを使用し、前記実施例
と同様にしてハニカム状の多孔質炭化珪素焼結体を作製
した。

これらの焼結体における平均気孔径を前記実施例と同様
に測定を行った。その結果を第１図のグラフに示す。

（実施例３）前記実施例における炭化珪素粉末の配合に代え、出発原
料として平均粒径が約０．　３μｍのβ型炭化珪素粉末
９０重量部に対し、平均粒径が約１５μｍのα型炭化珪
素粉末をＩＯ重量部配合したものを使用し、前記実施例
と同様にしてハニカム状の多孔質炭化珪素焼結体を作製
した。

（実施例４）前記実施例における炭化珪素粉末の配合に代え、出発原
料として平均粒径が約０．２８μｍのβ型炭化珪素粉末
８０重量部に対し、平均粒径が約１５μｍのα型炭化珪
素粉末を２０重量部配合したものを使用し、前記実施例
と同様にしてハニカム状の多孔質炭化珪素焼結体を作製
した。

（比較例）前記実施例における炭化珪素の配合に換え、出発原料と
して平均粒径が約０．２８μｍのβ型炭化珪素粉末をα
型炭化珪素粉末を混入することなく使用し、前記実施例
と同様にしてハニカム状の多孔質炭化珪素焼結体を作製
した。

第１図から明らかなように、比較例のβ型単独の焼結体
では、焼成温度と焼成によって得られる焼結体の気孔径
との相関関係は、２１００〜２２００℃近傍の狭い温度
領域で急激に変化する。それゆえ、温度制御によって所
望の気孔径を得ることが困難である。

それに対し、配合するα型多孔質炭化珪素の量や粒径を
変更すると同時に焼結温度を変化させて焼結体を形成し
た場合、同一焼成温度において得られる気孔径の大きさ
は、量及び粒径に依存して変化した。そして、いずれの
実施例においても、気孔径は焼成温度にほぼ比例してリ
ニヤ−でかつゆるやかに増加した。

これらの結果から、焼成温度、または配合するα型多孔
質炭化珪素の量もしくは粒径を適宜設定することにより
、焼結体製造時の気孔径を容易かつ確実に制御できるこ
とがわかる。

［発明の効果１以上詳述したように本発明によれば、焼結体製造時の気
孔径制御を容易かつ確実に行うことができると共に、気
孔の大きさが比較的均一で、機械的強度に優れた焼結体
を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、焼成温度と気孔径との相関関係を示すグラフ
である。特許出願人　　イビデン　株式会社代　理　人　　弁理士　恩田博宣（ほか１名）焼　　成
　　温　　度　　　　４℃） △　実施例１、口、実施例２、ム　実施例３＝　実施例
４、○　比戦例

Claims

【特許請求の範囲】１　β型炭化珪素粉末にα型炭化珪素粉末を配合した原
料炭化珪素粉末から成形体を成形し、その成形体を焼成
することを特徴とする多孔質炭化珪素焼結体の製造方法
。２　前記原料炭化珪素粉末は、平均粒径が０．１〜１．
０μｍのβ型炭化珪素粉末１００重量部に対し、平均粒
径が０．３〜５０μｍのα型炭化珪素粉末を５〜５０重
量部配合したものであることを特徴とする請求項１に記
載の多孔質炭化珪素焼結体の製造方法。３　焼成温度は１５００〜２３００℃であることを特徴
とする請求項１又は２に記載の多孔質炭化珪素焼結体の
製造方法。