JP2009011994A - Ceramic filter and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】繰り返し使用してもPMに対する捕集効率が低下することなく、しかもDPFの圧力損失が小さく、耐振動性、耐熱衝撃性のある多孔性セラミックフィルターを提供すること。
【解決手段】多孔質セラミック材からなるフィルターにおいて、焼結された多孔質セラミック材に、セラミックナノチューブを0.5重量%以上含有することを特徴とするハニカム状フィルター及びその製造方法。前記セラミックナノチューブが、炭素、窒素及びケイ素からなる群から選ばれた少なくとも1つの元素を含有する非金属無機化合物の焼結体であることが好ましい。
【選択図】図1The present invention provides a porous ceramic filter that does not decrease the collection efficiency for PM even after repeated use, and has a small pressure loss of DPF, and has vibration resistance and thermal shock resistance.
A honeycomb filter having a ceramic porous material containing 0.5% by weight or more in a sintered porous ceramic material and a method for manufacturing the same. The ceramic nanotube is preferably a sintered body of a nonmetallic inorganic compound containing at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen and silicon.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、自動車のエンジンで燃料ガスが燃焼された後の排気ガス中に含まれるカーボンや未反応燃料などの微粒子を捕集し、及び/又は、排気ガス中の窒素酸化物などの燃焼生成物を除去して、排気ガスを清浄化するための、セラミックフィルターに関するものである。 The present invention collects particulates such as carbon and unreacted fuel contained in exhaust gas after combustion of fuel gas in an automobile engine and / or combustion generation of nitrogen oxides and the like in exhaust gas The present invention relates to a ceramic filter for removing an object and purifying exhaust gas.
ガソリン車又はディーゼル車の排気ガスにおいて、カーボンや未反応燃料などの微粒子(Particulate Matter:PM)(以下、「PM」ともいう。)や窒素酸化物などの燃焼生成物は、発がん性や気管支喘息の原因の可能性を指摘され、最近は、環境保護も含めて、排気ガスの排出規制が厳しくなっている。 Combustion products such as particulate matter (PM) (hereinafter also referred to as “PM”) such as carbon and unreacted fuel and nitrogen oxides in the exhaust gas of gasoline or diesel vehicles are carcinogenic and bronchial asthma. In recent years, exhaust gas emission regulations, including environmental protection, have become stricter.
PMを有効に除去する方法として、ウォールフロー型のディーゼルパティキュレートフィルター(Diesel Particulate Filter:DPF)(以下、「DPF」ともいう。)を、エンジン機関後の排気ガスラインに取り付けることが一般的になっている。このウォールフロー型DPFは、格子型の気孔を有する多孔質セラミックハニカムのセル孔入口側と出口側を交互に閉じた構造になっている。DPFに流入した排気ガス中のPMは、多孔質セラミックスのセル壁を通過する際に、多孔質セラミックスに捕集される。又、場合により、ハニカム壁面に触媒をコーティングしたフィルターを用いて、排気ガス中のPMと窒素酸化物などの燃焼生成物の除去を同時に行うことも行われる。DPFの材料として、現在は、コーディライトと炭化ケイ素が一般的である(非特許文献1)。 As a method for effectively removing PM, generally, a wall flow type diesel particulate filter (DPF) (hereinafter also referred to as “DPF”) is attached to an exhaust gas line after an engine. It has become. This wall flow type DPF has a structure in which the cell hole inlet side and the outlet side of a porous ceramic honeycomb having lattice-type pores are alternately closed. The PM in the exhaust gas flowing into the DPF is collected by the porous ceramic when passing through the cell wall of the porous ceramic. In some cases, using a filter having a honeycomb wall surface coated with a catalyst, PM and exhaust products such as nitrogen oxides in the exhaust gas are simultaneously removed. Currently, cordierite and silicon carbide are generally used as materials for DPF (Non-Patent Document 1).
近年は、排気ガスの排出規制がより厳しくなり、DPFも更なる性能の向上が求められている。しかしDPFは、エンジン排気系の圧力損失の増加をもたらし、車の燃費を低下させてしまうため、最近では、エンジンの直下にDPFを配置して、より高温の排気ガスでPMを捕集することで、更なるPMの低減と、燃費の両立をはかろうとしている。そのため、より高温での耐熱性、およびエンジン直下に置くためにエンジンからの振動を受けやすくなり、これまで以上の耐振動性、耐熱衝撃性などの向上が求められている。また圧力損失を小さくしようとすると、DPFの多孔質セラミックスの気孔率、気孔径などを大きくすれば良いが、気孔率を大きくすると、セラミックスの強度低下につながり、気孔径を小さくすれば、捕集能力が低下するというトレードオフの関係がある(非特許文献2)。 In recent years, exhaust gas emission regulations have become stricter, and further improvements in performance of the DPF are required. However, DPF increases the pressure loss of the engine exhaust system and lowers the fuel consumption of the car. Recently, a DPF is placed directly under the engine to collect PM with higher-temperature exhaust gas. So, we are trying to achieve both PM reduction and fuel efficiency. For this reason, heat resistance at higher temperatures and vibrations from the engine are more likely to be placed directly under the engine, and improvements in vibration resistance, thermal shock resistance, and the like are required. In order to reduce the pressure loss, the porosity and pore diameter of the DPF porous ceramics may be increased. However, increasing the porosity leads to a decrease in the strength of the ceramics. There is a trade-off relationship that the ability is reduced (Non-Patent Document 2).
また、他の従来技術として、DPFとして用いる多孔質セラミックス材料で作ったハニカム構造体の空間に、セラミックス繊維、又はウィスカーを10vol%以上充填する方法がある(特許文献1)。この方法は、多孔質セラミックスを所定形状に焼結した後に、セラミックスウィスカーを多孔質セラミックスの気孔部分に充填する方法である。 As another conventional technique, there is a method of filling ceramic spaces or whiskers with 10 vol% or more in a space of a honeycomb structure made of a porous ceramic material used as a DPF (Patent Document 1). In this method, the porous ceramics are sintered into a predetermined shape, and then ceramic whiskers are filled in the pores of the porous ceramics.
したがって、今まで以上に耐振動性、耐熱衝撃性など向上させ、かつPMの捕集効率を上げるには、さらに焼結密度を上げて、かつ適度な気孔率を有する多孔質セラミックスが求められている。しかし、カーボンブラックなどを添加して、炭化ケイ素を焼結する従来の方法において、焼結密度を上げるために、焼結温度を上げたり、または原料粉末の粒度を細かくする条件では、焼結反応が進み、焼結後の結晶粒子が粗大化して、焼結後に生ずる気孔が小さく、もしくは少なくなってしまい、気孔率の低下につながって、十分な効果が得られないという問題があった。 Therefore, in order to improve vibration resistance, thermal shock resistance, etc. more than ever, and to increase PM collection efficiency, porous ceramics having a higher porosity and an appropriate porosity are required. Yes. However, in the conventional method of sintering silicon carbide by adding carbon black or the like, the sintering reaction is performed under the condition that the sintering temperature is increased or the particle size of the raw material powder is reduced in order to increase the sintering density. As a result, the crystal grains after sintering are coarsened, and pores generated after sintering are reduced or reduced, leading to a decrease in porosity and a sufficient effect cannot be obtained.
また、特許文献1に開示された発明により捕集効率や圧力損失は向上するが、あくまでセラミックスウィスカーを充填したのみであるので、繰り返し使用した場合は、それらウィスカーがセラミックスから徐々に脱離して、排気ガス中に含まれる可能性がある。そのため、充填当初は、確かに捕集効率や圧力損失は向上するが、繰り返し使用するにしたがって、能力が低下してしまう。さらに、特許文献1には、ウィスカーの最適な直径として0.5〜10μmが開示されている。しかし、この直径のウィスカーは、人体の肺胞に取り込まれた場合は、中皮種として発がん性の疑いがあるといわれており、健康上、好ましいものではない。 In addition, although the collection efficiency and pressure loss are improved by the invention disclosed in Patent Document 1, since it is only filled with ceramic whiskers, when repeatedly used, these whiskers are gradually detached from the ceramics, It may be contained in the exhaust gas. Therefore, at the beginning of filling, the collection efficiency and the pressure loss are surely improved, but the ability is lowered with repeated use. Further, Patent Document 1 discloses 0.5 to 10 μm as the optimum diameter of the whisker. However, whiskers having this diameter are said to be suspected of being carcinogenic as mesothelial species when taken into the alveoli of the human body, which is not preferable for health.
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、繰り返し使用してもPMに対する捕集効率が低下することなく、しかもDPFの圧力損失が小さく、耐振動性、耐熱衝撃性のある多孔性セラミックフィルターを提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to reduce the DPF pressure loss and vibration resistance without reducing the PM collection efficiency even after repeated use. An object of the present invention is to provide a porous ceramic filter having thermal shock resistance.
上記の課題は以下の手段(1)及び(7)により達成された。好ましい実施態様(2)〜(6)と共に列記する。
(1)多孔質セラミック材からなるフィルターにおいて、焼結された多孔質セラミック材に、セラミックナノチューブを0.5重量%以上含有することを特徴とするフィルター、
(2)前記セラミックナノチューブが、炭素、窒素及びケイ素からなる群から選ばれた少なくとも1つの元素を含有する(1)に記載のフィルター、
(3)前記セラミックナノチューブが、カーボンナノチューブ、炭化ケイ素ナノチューブ、窒化ホウ素ナノチューブ及び窒化ケイ素ナノチューブからなる群から選ばれた少なくとも1つのナノチューブである(1)又は(2)に記載のフィルター、
(4)前記セラミックナノチューブの平均直径が、1μm以下である(1)〜(3)いずれか1つに記載のフィルター、
(5)前記セラミックナノチューブの長さが、100μm以下であり、かつ長さ方向に中空のパイプ形状である(1)〜(4)いずれか1つに記載のフィルター、
(6)前記フィルターがハニカム状フィルターである(1)〜(5)いずれか1つに記載のフィルター、
(7)セラミックナノチューブ、微粉末及びバインダーを含み、セラミックナノチューブを0.5重量%以上含有する配合物を調製する工程、前記配合物を成型装置を用いてハニカム状の成型体に成型する工程、前記成型体を加熱して前記バインダーを揮散させる加熱工程、及び、加熱後の成型体を焼結してハニカム状の焼結体を得る工程を含むことを特徴とするハニカム状フィルターの製造方法。
Said subject was achieved by the following means (1) and (7). They are listed together with preferred embodiments (2) to (6).
(1) A filter comprising a porous ceramic material, wherein the sintered porous ceramic material contains 0.5% by weight or more of ceramic nanotubes,
(2) The filter according to (1), wherein the ceramic nanotube contains at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, and silicon,
(3) The filter according to (1) or (2), wherein the ceramic nanotube is at least one nanotube selected from the group consisting of a carbon nanotube, a silicon carbide nanotube, a boron nitride nanotube, and a silicon nitride nanotube,
(4) The filter according to any one of (1) to (3), wherein an average diameter of the ceramic nanotube is 1 μm or less,
(5) The filter according to any one of (1) to (4), wherein the ceramic nanotube has a length of 100 μm or less and has a hollow pipe shape in the length direction,
(6) The filter according to any one of (1) to (5), wherein the filter is a honeycomb filter,
(7) A step of preparing a blend containing ceramic nanotubes, fine powder and a binder and containing 0.5% by weight or more of ceramic nanotubes, a step of molding the blend into a honeycomb-shaped molded body using a molding apparatus, A method for manufacturing a honeycomb filter, comprising: a heating step of heating the molded body to volatilize the binder; and a step of sintering the heated molded body to obtain a honeycomb-shaped sintered body.
本発明のフィルターによれば、繰り返し使用してもPMに対する捕集効率が低下することなく、しかもDPFの圧力損失が小さく、耐振動性、耐熱衝撃性のある多孔性セラミックフィルターを提供することができた。
また、本発明のフィルターの製造方法によれば、セラミックナノチューブを含有することで、フィルター製造時にナノチューブの表面を活性部位として焼結が進むことから、フィルターの焼結温度を高くする必要がない。つまり、フィルターの焼結温度を高くする必要がないことから、焼結密度を上げることができ、PMに対する捕集能力が低下することはない。また、セラミックナノチューブを含有することで、フィルター自体が補強される。この結果、耐振動性、耐熱衝撃性に優れたフィルターの製造方法を提供することができた。
According to the filter of the present invention, it is possible to provide a porous ceramic filter having a low DPF pressure loss, vibration resistance, and thermal shock resistance without reducing PM collection efficiency even after repeated use. did it.
Further, according to the filter manufacturing method of the present invention, since the ceramic nanotube is contained, sintering proceeds with the surface of the nanotube as an active site at the time of manufacturing the filter, so that it is not necessary to increase the sintering temperature of the filter. That is, since it is not necessary to increase the sintering temperature of the filter, the sintering density can be increased, and the collecting ability for PM does not decrease. Moreover, the filter itself is reinforced by containing ceramic nanotubes. As a result, a method for producing a filter excellent in vibration resistance and thermal shock resistance could be provided.
本発明のフィルターは、多孔質セラミック材からなるフィルターにおいて、焼結された多孔質セラミック材に、セラミックナノチューブを0.5重量%以上含有することを特徴とする。
以下本発明のフィルターを詳細に説明する。
The filter of the present invention is a filter made of a porous ceramic material, wherein the sintered porous ceramic material contains 0.5% by weight or more of ceramic nanotubes.
Hereinafter, the filter of the present invention will be described in detail.
<多孔質セラミック材>
本発明のフィルターは、多孔質セラミック材からなる。ここで、セラミック材とは、熱処理により製造された非金属無機物質の固体材料をいう。前記非金属無機物質としては、炭素、窒素及びケイ素からなる群から選ばれた少なくとも1つの元素を含有する無機化合物であることが好ましく、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、アルミナ、コージェライト、ムライト等の一般的な材料を使用できるが、炭化ケイ素又はコージェライトがより好ましく、炭化ケイ素は熱伝導性に優れることから、特に好ましい。
多孔質とは、気孔率が40容量%以上であることをいう。気孔率は、50容量%以上が好ましく、50〜80容量%であることがより好ましく、60〜80容量%であることが特に好ましい。また、多孔質セラミック材の細孔平均径は、20μm以上が好ましく、25〜150μmであることがより好ましい。
<Porous ceramic material>
The filter of the present invention is made of a porous ceramic material. Here, the ceramic material refers to a solid material of a nonmetallic inorganic substance manufactured by heat treatment. The non-metallic inorganic substance is preferably an inorganic compound containing at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, and silicon, and includes silicon carbide, silicon nitride, boron carbide, boron nitride, alumina, and cordier. Common materials such as light and mullite can be used, but silicon carbide or cordierite is more preferable, and silicon carbide is particularly preferable because of its excellent thermal conductivity.
Porous means that the porosity is 40% by volume or more. The porosity is preferably 50% by volume or more, more preferably 50 to 80% by volume, and particularly preferably 60 to 80% by volume. Further, the average pore diameter of the porous ceramic material is preferably 20 μm or more, and more preferably 25 to 150 μm.
<セラミックナノチューブ>
本発明のフィルターは、セラミックナノチューブを含有する。セラミックナノチューブとは、その直径が数ナノメートルと非常に細い中空状で真っ直ぐなセラミック物質をいう。ここで、セラミック物質としては、炭素、窒素及びケイ素からなる群から選ばれた少なくとも1つの元素を含有する無機化合物の成形体であることが好ましく、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、アルミナ等の成形体であることがより好ましい。本発明に使用することのできるセラミックナノチューブは、構成元素として、炭素、窒素及びケイ素の主要成分元素以外に、微量成分として、ホウ素、アルミニウム、チタンといった元素を含有することができる。
上記セラミックナノチューブの製造方法は後述する。
<Ceramic nanotube>
The filter of the present invention contains ceramic nanotubes. Ceramic nanotubes are hollow, straight ceramic materials with a very thin diameter of several nanometers. Here, the ceramic material is preferably a molded body of an inorganic compound containing at least one element selected from the group consisting of carbon, nitrogen and silicon, and includes silicon carbide, silicon nitride, boron carbide, boron nitride, More preferably, it is a molded body such as alumina. Ceramic nanotubes that can be used in the present invention can contain elements such as boron, aluminum, and titanium as trace components in addition to the main component elements of carbon, nitrogen, and silicon as constituent elements.
The method for producing the ceramic nanotube will be described later.
(セラミックナノチューブの配合比)
セラミックナノチューブは、焼結された多孔質セラミック材中に、0.5重量%以上含有される。また、0.5重量%〜20重量%含有されることが好ましく、1重量%〜20重量%含有されることがより好ましい。セラミックナノチューブの含有率が0.5重量%より少ない場合は、押出方向に関係なく、セラミックナノチューブがばらばらに配列してしまい、また、反応触媒としての効果が薄くなる。含有率が20重量%以下であると、セラミックナノチューブの配合によって生じる気孔が適度の大きさであり、フィルターの耐衝撃性が低下しないので好ましい。
(Compounding ratio of ceramic nanotube)
The ceramic nanotube is contained in the sintered porous ceramic material by 0.5% by weight or more. Moreover, it is preferable to contain 0.5 to 20 weight%, and it is more preferable to contain 1 to 20 weight%. When the content of the ceramic nanotubes is less than 0.5% by weight, the ceramic nanotubes are arrayed apart regardless of the extrusion direction, and the effect as a reaction catalyst is reduced. When the content is 20% by weight or less, the pores produced by the blending of the ceramic nanotubes are suitable in size, and the impact resistance of the filter is not lowered, which is preferable.
<ハニカム状フィルターの製造方法>
以下、本発明のハニカム状フィルターの製造方法を説明する。
本発明のハニカム状フィルターは、セラミックナノチューブ、微粉末及びバインダーを含み、セラミックナノチューブを0.5重量%以上含有する配合物を調製する工程、前記配合物を成型装置を用いてハニカム状の成型体に成型する工程、前記成型体を加熱して前記バインダーを揮散させる加熱工程、及び、加熱後の成型体を焼結してハニカム状の焼結体を得る工程を含むことを特徴とする。
<Method for manufacturing honeycomb filter>
Hereinafter, a method for manufacturing the honeycomb filter of the present invention will be described.
The honeycomb filter of the present invention includes a step of preparing a blend containing ceramic nanotubes, fine powder, and a binder and containing 0.5% by weight or more of ceramic nanotubes, and a honeycomb shaped molded body using the blend with a molding apparatus. And a step of heating the molded body to volatilize the binder, and a step of sintering the molded body after heating to obtain a honeycomb-shaped sintered body.
以下に本発明のフィルターの好ましい実施態様について説明を続ける。
本発明のフィルターに含有させるセラミックナノチューブは、カーボンナノチューブ、炭化ケイ素(SiC)ナノチューブ、窒化ホウ素(BN)ナノチューブ及び窒化ケイ素(Si3N4)ナノチューブからなる群から選ばれた少なくとも1つのナノチューブであることが好ましい。これらの中でも、炭化ケイ素を含有するナノチューブがより好ましい。
上記ナノチューブの他、シリカ(SiO2)、クロムカーバイト(Cr3CZ)、リチウムアルミノシリケート(LiAlSiOX)、アルミニウムシリケート(AlSiOX)、アルミニウムチタネート(AlTiOX)、αアルミナ(Al2O3)、コージェライト等のセラミック材料を使用したナノチューブも使用することもでき、これらのナノチューブのうちから単独で、あるいは2種以上を複合して使用することもできる。
The description of preferred embodiments of the filter of the present invention will be continued below.
The ceramic nanotube contained in the filter of the present invention is at least one nanotube selected from the group consisting of carbon nanotubes, silicon carbide (SiC) nanotubes, boron nitride (BN) nanotubes, and silicon nitride (Si 3 N 4 ) nanotubes. It is preferable. Among these, nanotubes containing silicon carbide are more preferable.
In addition to the above nanotubes, silica (SiO 2 ), chromium carbide (Cr 3 C Z ), lithium aluminosilicate (LiAlSiO x ), aluminum silicate (AlSiO x ), aluminum titanate (AlTiO x ), α-alumina (Al 2 O 3) ), Nanotubes using a ceramic material such as cordierite can also be used, and these nanotubes can be used alone or in combination of two or more.
(セラミックナノチューブの直径)
セラミックナノチューブの平均直径は、1,000nm(1μm)以下であることが好ましい。また、10nm以上であることが好ましく、10nm〜500nmであることがより好ましい。平均直径が上記の範囲内にあると、セラミックナノチューブの中空パイプが狭くならず、成型時の押出方向にセラミックナノチューブを配列することができる。また、中空パイプの平均直径が適切な範囲内にあるため、PMに対する捕集能力を維持することができ、フィルターの耐衝撃性を低下させることがない。
(Diameter of ceramic nanotube)
The average diameter of the ceramic nanotubes is preferably 1,000 nm (1 μm) or less. Moreover, it is preferable that it is 10 nm or more, and it is more preferable that it is 10 nm-500 nm. When the average diameter is within the above range, the hollow pipe of the ceramic nanotube is not narrowed, and the ceramic nanotube can be arranged in the extrusion direction at the time of molding. Moreover, since the average diameter of a hollow pipe exists in an appropriate range, the collection capability with respect to PM can be maintained, and the impact resistance of a filter is not reduced.
また、セラミックナノチューブは、多孔質セラミック材からなるフィルター中に一体に焼結されている。したがって、フィルターからセラミックナノチューブが遊離していないために、排気ガス中にナノチューブが排出されることはない。しかし、仮に、遊離したセラミックナノチューブが大気中に排出されても、平均直径が上記の範囲内であれば、ウィスカーよりも細く、人体への影響は少ない。 The ceramic nanotubes are integrally sintered in a filter made of a porous ceramic material. Therefore, since the ceramic nanotubes are not released from the filter, the nanotubes are not discharged into the exhaust gas. However, even if the released ceramic nanotubes are discharged into the atmosphere, if the average diameter is within the above range, it is thinner than the whisker and has little influence on the human body.
(セラミックナノチューブの長さ、形状)
セラミックナノチューブの長さは、100μm以下であることが好ましい。また、1μm以上であることが好ましく、1μm〜50μmであることがより好ましい。上記の範囲内の長さであると、フィルター中において、セラミックナノチューブ由来の気孔が適切となり、フィルターの耐振動性が低下しない。また、セラミックナノチューブ由来の気孔が小さくならず、押出成型時に、好ましい配向が得られ、効率的にPMを捕集することができる。
(Length and shape of ceramic nanotube)
The length of the ceramic nanotube is preferably 100 μm or less. Moreover, it is preferable that it is 1 micrometer or more, and it is more preferable that they are 1 micrometer-50 micrometers. When the length is within the above range, pores derived from ceramic nanotubes are appropriate in the filter, and the vibration resistance of the filter does not deteriorate. Further, the pores derived from the ceramic nanotubes are not reduced, and a preferable orientation can be obtained at the time of extrusion molding, so that PM can be efficiently collected.
セラミックナノチューブの形状は、長さ方向に中空のパイプ形状であることが好ましい。セラミックナノチューブは本発明のフィルターの原料として微粉末中に添加され、一体に焼結されるが、焼結された多孔質セラミック中に、セラミックナノチューブの中空パイプは気孔として残る。したがって、フィルターは適度な気孔率を有することから、圧力損失が少ない。また、押出成型をする工程において、押出方向に沿って、添加したセラミックナノチューブの中空パイプが揃う傾向になるので、焼結後に、気孔の向きがほぼ一定の向きになって、隣接した気孔が融合して大きくなることもなく、気孔径の制御も容易になる。 The shape of the ceramic nanotube is preferably a hollow pipe shape in the length direction. The ceramic nanotubes are added to the fine powder as a raw material of the filter of the present invention and sintered together. However, the hollow pipes of the ceramic nanotubes remain as pores in the sintered porous ceramic. Therefore, since the filter has an appropriate porosity, there is little pressure loss. In addition, since the hollow pipes of the added ceramic nanotubes tend to be aligned along the extrusion direction in the extrusion process, the orientation of the pores becomes almost constant after sintering, and adjacent pores are fused. Therefore, the pore diameter can be easily controlled without increasing.
セラミックナノチューブとして、シングルウォール型、ダブルウォール型、マルチウォール型が知られている。本発明のフィルターに含有されるセラミックナノチューブは、いずれの型を用いても良いが、耐振動性、耐熱衝撃性の観点からマルチウォール型を用いることが好ましい。また、上記したこれらの二種以上を組み合わせてもよい。 As the ceramic nanotube, a single wall type, a double wall type, and a multi wall type are known. The ceramic nanotubes contained in the filter of the present invention may be any type, but it is preferable to use a multi-wall type from the viewpoint of vibration resistance and thermal shock resistance. Moreover, you may combine these 2 or more types mentioned above.
(セラミックナノチューブの製造方法)
セラミックナノチューブは、カーボンナノファイバーにセラミック材料の原料となる酸化ケイ素、酸化ホウ素等を反応させて作製することができる。窒素高圧下でのレーザー加熱法によって窒化ホウ素ナノチューブが作製される。
カーボンナノチューブは、種々の公知の手法を用いて製造することができる。例えば、シングルウォールナノチューブは、金属触媒を添加したグラファイトを用い、アーク放電やレーザー蒸発法を用いて製造することができる。ダブルウォールナノチューブは、アーク放電、レーザー蒸発法、炭化水素の熱分解法などを用いて製造することができる。生成物中には、製造方法に応じて、アモルファスカーボン、グラファイト、ナノカプセルの微粒子、および金属触媒などの不純物が含まれる。不純物は、精製して除去することが好ましい。閉じているナノチューブの先端を、燃焼酸化などの精製法を利用して開端させることが好ましい。
炭化ケイ素ナノチューブは、マルチウォールカーボンナノファイバーにSiOを反応させて作製することができる。
窒化ケイ素ナノチューブは、マルチウォール酸化ケイ素ナノファイバーを窒素高温中で反応させて作製することができる。
窒化ホウ素ナノチューブは、マルチウォールカーボンナノファイバーに酸化ホウ素を窒素中で反応させて作製することができる。
(Manufacturing method of ceramic nanotube)
Ceramic nanotubes can be produced by reacting carbon nanofibers with silicon oxide, boron oxide or the like, which is a raw material for ceramic materials. Boron nitride nanotubes are produced by a laser heating method under high pressure of nitrogen.
Carbon nanotubes can be produced using various known methods. For example, single-wall nanotubes can be manufactured using graphite with a metal catalyst added and using arc discharge or laser evaporation. Double wall nanotubes can be produced using arc discharge, laser evaporation, hydrocarbon pyrolysis, and the like. The product contains impurities such as amorphous carbon, graphite, nanocapsule fine particles, and metal catalyst, depending on the production method. Impurities are preferably purified and removed. It is preferable to open the end of the closed nanotube using a purification method such as combustion oxidation.
Silicon carbide nanotubes can be produced by reacting multiwall carbon nanofibers with SiO.
Silicon nitride nanotubes can be produced by reacting multi-walled silicon oxide nanofibers at a high temperature in nitrogen.
Boron nitride nanotubes can be produced by reacting multiwall carbon nanofibers with boron oxide in nitrogen.
日本では地方自治体の厳しいディーゼル排ガス規制を満たすために、PM減少装置を搭載したディーゼル車であることが事実上義務づけられる状況になっている。このPM減少装置としては、DOC(Diesel Oxidation Catalyst)、DPF又は連続再生DPFシステム(米国特許第4,902,487号明細書参照)が含まれる。この連続再生DPFシステムは、DOCで生成したNO2の強い酸化能力を利用して、DPFに捕集されたPMを低温で燃焼除去させようとするシステムである。NO2の燃焼速度を上げるために白金等が担持されたセラミックフィルターを再生DPFシステムに使用することが報告されている。このシステムでは、白金触媒によるNOのNO2への再酸化作用により低いNOX/PM比の排気ガス条件においても連続再生DPFシステムとすることが期待されている(今田安紀及び角屋聡、社団法人 自動車技術会 学術講演会前刷集No. 52-07、2007年5月24日自動車技術会春期学術講演会発表)。 In Japan, in order to meet the strict diesel emission regulations of local governments, it is virtually required to be a diesel vehicle equipped with a PM reduction device. The PM reduction device includes a DOC (Diesel Oxidation Catalyst), a DPF, or a continuous regeneration DPF system (see US Pat. No. 4,902,487). This continuous regeneration DPF system is a system that uses the strong oxidizing ability of NO 2 generated by DOC to burn and remove PM trapped in the DPF at a low temperature. It has been reported that a ceramic filter carrying platinum or the like is used in a regenerated DPF system in order to increase the NO 2 combustion rate. This system is expected to be a continuously regenerating DPF system even under exhaust gas conditions with a low NO x / PM ratio due to the reoxidation of NO to NO 2 by a platinum catalyst (Imana Yuki and Kakuya Satoshi, incorporated association) Automobile Engineering Society Academic Lecture Preprints No. 52-07, May 24, 2007 Automotive Engineering Society Spring Academic Lecture Presentation).
(ハニカム状フィルター)
本発明のフィルターは、ハニカム状のフィルターであることが好ましい。また、ウォールフロー型のハニカム状のフィルターであることがより好ましい。ウォールフロー型のハニカム状フィルターはDPFとして好ましく用いられる。以下、図面に基づき詳細に説明する。
図1は、ウォールフロー型ハニカム状フィルターの一実施態様の端面を示す模式図である。
図1に示すように、四角いセル穴を有する多孔質セラミックハニカムのセル孔入口側と出口側が交互に閉じられた構造である。なお、四角いセル孔の構成面は、六角とすることもできる。
図2は、図1に示すウォールフロー型ハニカム状フィルターの一実施態様の横断面を示す模式図である。
ウォールフロー型ハニカム状フィルターは、多孔質の薄い隔壁2を介して、ハチの巣状に連なる多数の貫通孔を設け、その孔所定部分の貫通孔1の一端を多孔質セラミックス3で封止し、その封止した貫通孔以外の貫通孔4の他端を封止材5によって封止し、排気ガスが隔壁2を通過する構造になっている。排気ガスが隔壁2を通過する際に、排気ガス中に含まれるPMは、隔壁2の表面で捕集される。また、PMは、押出方向に沿って配向したセラミックナノチューブの気孔でも捕集される。
図3は、ウォールフロー型ハニカム状フィルターの一実施態様における、排気ガスの流路を示す模式図である。
(Honeycomb filter)
The filter of the present invention is preferably a honeycomb filter. A wall flow type honeycomb filter is more preferable. A wall flow type honeycomb filter is preferably used as the DPF. Hereinafter, it demonstrates in detail based on drawing.
FIG. 1 is a schematic view showing an end face of one embodiment of a wall flow type honeycomb filter.
As shown in FIG. 1, the cell hole inlet side and the outlet side of a porous ceramic honeycomb having square cell holes are alternately closed. The constituent surface of the square cell hole may be a hexagon.
FIG. 2 is a schematic view showing a cross section of one embodiment of the wall flow type honeycomb filter shown in FIG.
The wall flow type honeycomb filter is provided with a large number of through-holes connected in a honeycomb shape through a porous
FIG. 3 is a schematic view showing an exhaust gas flow path in an embodiment of the wall flow type honeycomb filter.
本発明の製造方法を、カーボンナノチューブを含有するハニカム状フィルターを例として、以下に説明する。
出発原料として、98.7重量%のβ型炭化ケイ素と、1.0重量%のカーボンナノチューブ、0.2重量%の酸素、0.05重量%の鉄、0.02重量%のホウ素を含んだ平均粒子径が0.5μmの炭化ケイ素微粉末を秤量する。
前記炭化ケイ素微粉末100重量部に対し、メチルセルロース10重量部、グリコール系の潤滑剤3重量部および水300重量部を配合した配合物を調製して、湿式ボールミルで3時間混合する。
前記炭化ケイ素微粉末を、金属製真空押出成型装置を用いて、1,000Pa以下の真空度で、押出圧力60kg/cm2、押出速度400mm/minにて、外径50mm×長さ200mmの円柱状で、セル壁厚みが、0.3mmで、セル数が300個のハニカム状炭化ケイ素質成型体を作製する。
前記成型体を、200℃で乾燥し、乾燥後の成型体を、炭化ケイ素そのものを酸化されない温度である、400〜500℃の電気炉で大気中にて加熱し、有機バインダー及び潤滑剤を揮散させる。
前記加熱処理後の成型体を、高純度黒鉛るつぼにセットして、タンマン型焼成炉内で、真空引きしてから、1気圧のアルゴンガスでガス置換した後、アルゴン雰囲気中で、2200℃で8時間保持して焼結し、ハニカム状フィルターが得られる。
The production method of the present invention will be described below using a honeycomb filter containing carbon nanotubes as an example.
As starting materials, contains 98.7 wt% β-type silicon carbide, 1.0 wt% carbon nanotubes, 0.2 wt% oxygen, 0.05 wt% iron, 0.02 wt% boron. The silicon carbide fine powder having an average particle diameter of 0.5 μm is weighed.
A blend in which 10 parts by weight of methyl cellulose, 3 parts by weight of a glycol lubricant and 300 parts by weight of water are blended with 100 parts by weight of the silicon carbide fine powder is prepared and mixed for 3 hours in a wet ball mill.
Using a metal vacuum extrusion molding apparatus, the silicon carbide fine powder is a circle having an outer diameter of 50 mm and a length of 200 mm at a degree of vacuum of 1,000 Pa or less, an extrusion pressure of 60 kg / cm 2 and an extrusion speed of 400 mm / min. A honeycomb-like silicon carbide molded body having a columnar shape, a cell wall thickness of 0.3 mm, and 300 cells is manufactured.
The molded body is dried at 200 ° C., and the dried molded body is heated in the atmosphere in an electric furnace at 400 to 500 ° C., which is a temperature at which silicon carbide itself is not oxidized, and the organic binder and lubricant are volatilized. Let
The molded body after the heat treatment is set in a high-purity graphite crucible, evacuated in a Tamman-type firing furnace, and then replaced with argon gas at 1 atm, and then at 2200 ° C. in an argon atmosphere. A honeycomb filter is obtained by sintering for 8 hours.
(実施例1)
出発原料として、98.7重量%のβ型炭化ケイ素と、1.0重量%のカーボンナノチューブ(シンセンナノテクポート社製:直径80nm長さ10μmのマルチウォールナノチューブ)、0.2重量%の酸素、0.05重量%の鉄、0.02重量%のホウ素を含んだ、平均粒子径が0.5μmの炭化ケイ素微粉末を秤量した。
この炭化ケイ素微粉末100重量部に対し、メチルセルロース15重量部、グリコール系潤滑剤3重量部および水300重量部を配合した配合物を調製して、湿式ボールミルで3時間混合した。
押出成型装置を用いて、前記配合物を、押出し圧力100kg/cm2にて、10mm角×長さ50mmの直方体状炭化ケイ素質成型体テストピースを作製した。この得られた成型体テストピースを、大気中200℃で乾燥した。
前記成型体テストピースを、炭化ケイ素が酸化されない温度である、500℃の電気炉で窒素中にて加熱し、有機バインダー及び潤滑剤を揮散させた。
前記加熱処理後の成型体テストピースを、高純度黒鉛るつぼにセットして、タンマン型焼成炉内で真空引きしてから、1気圧のアルゴンガスでガス置換してから、アルゴン雰囲気中で、2,200℃で8時間保持して焼結させ、焼結体テストピースを作製した。
Example 1
As starting materials, 98.7% by weight of β-type silicon carbide, 1.0% by weight of carbon nanotubes (manufactured by Shenzhen Nanotechport Co., Ltd .: multiwall nanotubes having a diameter of 80 nm and a length of 10 μm), 0.2% by weight of oxygen, Silicon carbide fine powder containing 0.05 wt% iron and 0.02 wt% boron and having an average particle size of 0.5 μm was weighed.
A blend in which 15 parts by weight of methylcellulose, 3 parts by weight of a glycol lubricant and 300 parts by weight of water were blended with 100 parts by weight of the silicon carbide fine powder was prepared and mixed for 3 hours by a wet ball mill.
Using an extrusion molding apparatus, a rectangular parallelepiped silicon carbide molded body test piece having a size of 10 mm square and a length of 50 mm was produced from the compound at an extrusion pressure of 100 kg / cm 2 . The obtained molded body test piece was dried at 200 ° C. in the atmosphere.
The molded body test piece was heated in nitrogen in an electric furnace at 500 ° C., which is a temperature at which silicon carbide was not oxidized, to volatilize the organic binder and lubricant.
The molded test piece after the heat treatment is set in a high-purity graphite crucible, evacuated in a Tamman-type baking furnace, gas-replaced with 1 atm of argon gas, and then in an argon atmosphere. And sintered at 200 ° C. for 8 hours to produce a sintered body test piece.
この焼結体テストピースの炭化ケイ素結晶のかさ密度は、2.50g/cm3の多孔質セラミックスであるが、室温での曲げ強度は、80kg/mm2、1000℃での曲げ強度は、75kg/mm2であった。 The bulk density of the silicon carbide crystal of this sintered body test piece is 2.50 g / cm 3 of porous ceramics. The bending strength at room temperature is 80 kg / mm 2 and the bending strength at 1000 ° C. is 75 kg. / Mm 2 .
次に、ハニカム状フィルターを製造した。
出発原料として、98.7重量%のβ型炭化ケイ素と、1.0重量%のカーボンナノチューブ(シンセンナノテクポート社製:直径80nm長さ10μmのマルチウォールナノチューブ)、0.2重量%の酸素、0.05重量%の鉄、0.02重量%のホウ素を含んだ、平均粒子径が0.5μmの炭化ケイ素微粉末を秤量した。
この炭化ケイ素微粉末100重量部に対し、メチルセルロース15重量部、グリコール系潤滑剤3重量部および水300重量部を配合した配合物を調製して、湿式ボールミルで3時間混合した。
前記配合物を、金属製真空押出成型装置を用いて、1,000Pa以下の真空度で、押出圧力60kg/cm2、押出速度400mm/minにて、外径50mm×長さ200mmの円柱状で、セル壁厚みが、0.3mmで、セル数が45個/cm2のハニカム状多孔質炭化ケイ素質成型体を作製した。
前記成型体を、200℃で乾燥し、乾燥後の成型体を、炭化ケイ素が酸化されない温度である、400〜500℃の電気炉で窒素中にて加熱し、有機バインダー及び潤滑剤を揮散させた。
前記加熱処理後の成型体を、高純度黒鉛るつぼにセットして、タンマン型焼成炉内で、真空引きしてから、1気圧のアルゴンガスでガス置換した後、アルゴン雰囲気中で、2200℃で8時間保持して焼結させ、ハニカム状フィルターを得た。
Next, a honeycomb filter was manufactured.
As starting materials, 98.7% by weight of β-type silicon carbide, 1.0% by weight of carbon nanotubes (manufactured by Shenzhen Nanotechport Co., Ltd .: multiwall nanotubes having a diameter of 80 nm and a length of 10 μm), 0.2% by weight of oxygen, Silicon carbide fine powder containing 0.05 wt% iron and 0.02 wt% boron and having an average particle size of 0.5 μm was weighed.
A blend in which 15 parts by weight of methylcellulose, 3 parts by weight of a glycol lubricant and 300 parts by weight of water were blended with 100 parts by weight of the silicon carbide fine powder was prepared and mixed for 3 hours by a wet ball mill.
Using a metal vacuum extrusion molding apparatus, the blend was formed into a cylindrical shape having an outer diameter of 50 mm and a length of 200 mm at a vacuum degree of 1,000 Pa or less, an extrusion pressure of 60 kg / cm 2 , and an extrusion speed of 400 mm / min. A honeycomb-like porous silicon carbide molded body having a cell wall thickness of 0.3 mm and a cell number of 45 / cm 2 was produced.
The molded body is dried at 200 ° C., and the dried molded body is heated in nitrogen in an electric furnace at 400 to 500 ° C., which is a temperature at which silicon carbide is not oxidized, to volatilize the organic binder and lubricant. It was.
The molded body after the heat treatment is set in a high-purity graphite crucible, evacuated in a Tamman-type firing furnace, and then replaced with argon gas at 1 atm, and then at 2200 ° C. in an argon atmosphere. The honeycomb filter was obtained by holding for 8 hours and sintering.
(熱衝撃テスト)
熱衝撃テストは、窒素バルブ及びエアーバルブを有する電気炉内にハニカム状フィルターを設置して行った。窒素バルブを開放し、炉内を窒素雰囲気下としてから温度を500℃まで上昇させた後、室温のエアーバルブへと切り替えて耐熱衝撃性能を試験した。この熱衝撃テストを繰り返した結果を表1に示す。熱衝撃テストについては、「井戸貴彦、国枝雅文及び大野一茂、社団法人 自動車技術会 学術講演会前刷集No. 52-07、2007年5月24日自動車技術会春期学術講演会発表」に記載の方法を参照できる。
(Thermal shock test)
The thermal shock test was performed by installing a honeycomb filter in an electric furnace having a nitrogen valve and an air valve. The nitrogen valve was opened, and the temperature in the furnace was raised to 500 ° C. after the inside of the furnace was under a nitrogen atmosphere. The results of repeating this thermal shock test are shown in Table 1. The thermal shock test is described in “Takahiko Ido, Masafumi Kunieda and Kazumo Ono, Automotive Engineering Society Academic Lecture Preprint No. 52-07, May 24, 2007 Automotive Engineering Society Spring Academic Lecture Presentation”. Can be referred to.
(水中急冷試験)
水中急冷試験は、ハニカム状フィルターを大気中500℃まで加温保持してから、水中に投入することでクラックが入るかどうか試験を試みた。クラックが入らなかった場合は○とし、クラックが入った場合は×とした。結果を表1に示す。
(Underwater quenching test)
In the underwater quenching test, the honeycomb filter was heated to 500 ° C. in the atmosphere and then tested for whether or not cracks would occur by throwing it into water. When there was no crack, it was rated as “◯”, and when it was cracked, it was marked as “X”. The results are shown in Table 1.
(実施例2)
出発原料として、95.7重量%のβ型炭化ケイ素と2.0重量%のα型炭化ケイ素と、2.0重量%の炭化ケイ素ナノチューブ、0.2重量%の酸素、0.05重量%の鉄、0.1重量%のアルミニウムを含んだ、平均粒子径が0.5μmの炭化ケイ素微粉末を秤量した。
炭化ケイ素ナノチューブは、直径70nm長さ20μmのマルチウォールカーボンナノファイバーにSiOを反応させて作製した。
この炭化ケイ素微粉末100重量部に対し、メチルセルロース15重量部、グリコール系潤滑剤3重量部および水300重量部を配合し、湿式ボールミルで3時間混合した。
押出成型装置を用いて、前記混合物を、押出し圧力100kg/cm2にて、10mm角×長さ50mmの直方体状炭化ケイ素質成型体テストピースを作製した。この得られた成型体を、大気中200℃で乾燥した。
前記成型体テストピースを、炭化ケイ素が酸化されない温度である、500℃の電気炉で大気中にて加熱し、有機バインダー及び潤滑剤を揮散させた。
前記加熱処理後の成型体テストピースを、高純度黒鉛るつぼにセットして、タンマン型焼成炉内で、真空引きしてから、1気圧のアルゴンガスでガス置換してから、アルゴン雰囲気中で、2200℃で8時間保持して焼結させ、焼結体テストピースを作製した。
(Example 2)
As starting materials, 95.7 wt% β-type silicon carbide, 2.0 wt% α-type silicon carbide, 2.0 wt% silicon carbide nanotubes, 0.2 wt% oxygen, 0.05 wt% A silicon carbide fine powder containing 0.1 wt% aluminum and 0.1 wt% aluminum and having an average particle diameter of 0.5 μm was weighed.
Silicon carbide nanotubes were produced by reacting SiO with multiwall carbon nanofibers having a diameter of 70 nm and a length of 20 μm.
To 100 parts by weight of this silicon carbide fine powder, 15 parts by weight of methyl cellulose, 3 parts by weight of a glycol lubricant and 300 parts by weight of water were blended and mixed for 3 hours by a wet ball mill.
Using the extrusion molding apparatus, a 10 mm square × 50 mm long rectangular parallelepiped silicon carbide molded body test piece was produced from the mixture at an extrusion pressure of 100 kg / cm 2 . The obtained molded body was dried at 200 ° C. in the atmosphere.
The molded body test piece was heated in the air in an electric furnace at 500 ° C., which is a temperature at which silicon carbide is not oxidized, and the organic binder and lubricant were volatilized.
The molded body test piece after the heat treatment is set in a high-purity graphite crucible, evacuated in a Tamman-type firing furnace, and then replaced with argon gas at 1 atm. In an argon atmosphere, Sintered by holding at 2200 ° C. for 8 hours to produce a sintered test piece.
この焼結体テストピースのかさ密度は、2.50g/cm3の多孔質セラミックスであるが、室温での曲げ強度は、95kg/mm2、1000℃での曲げ強度は、85kg/mm2であった。 The bulk density of this sintered body test piece is 2.50 g / cm 3 of porous ceramics. The bending strength at room temperature is 95 kg / mm 2 , and the bending strength at 1000 ° C. is 85 kg / mm 2 . there were.
次に、ハニカム状フィルターを、実施例1と同じように、製造した。得られたハニカム状フィルターについて、実施例1同様に熱衝撃テスト及び水中急冷試験を行った。結果を表1に示す。 Next, a honeycomb filter was manufactured in the same manner as in Example 1. The resulting honeycomb filter was subjected to a thermal shock test and an underwater quenching test in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
(実施例3)
出発原料として、95.7重量%のβ型炭化ケイ素と3.0重量%のα型炭化ケイ素と、1.0重量%の窒化ホウ素ナノチューブ、0.2重量%の酸素、0.05重量%の鉄、0.1重量%のアルミニウム、を含んだ、平均粒子径が0.5μmの炭化ケイ素微粉末を秤量した。
窒化ホウ素ナノチューブは、直径70nm長さ20μmのマルチウォールカーボンナノファイバーに酸化ホウ素を窒素中で反応させて作製した。
この炭化ケイ素微粉末100重量部に対し、メチルセルロース15重量部、グリコール系潤滑剤3重量部および水300重量部を配合し、湿式ボールミルで3時間混合した。
押出成型装置を用いて、前記混合物を、押出し圧力100kg/cm2にて、10mm角×長さ50mmの直方体状炭化ケイ素質成型体テストピースを作製した。この得られた成型体テストピースを、大気中200℃で乾燥した。
前記成型体テストピースを、炭化ケイ素が酸化されない温度である、500℃の電気炉で大気中にて加熱し、有機バインダーを揮散させた。
前記加熱処理後の成型体テストピースを、高純度黒鉛るつぼにセットして、タンマン型焼成炉内で、真空引きしてから、1気圧のアルゴンガスでガス置換してから、アルゴン雰囲気中で、2200℃で8時間保持して焼結させ、焼結体テストピースを作製した。
(Example 3)
As starting materials, 95.7 wt% β-type silicon carbide, 3.0 wt% α-type silicon carbide, 1.0 wt% boron nitride nanotubes, 0.2 wt% oxygen, 0.05 wt% Silicon carbide fine powder having an average particle diameter of 0.5 μm and containing 0.1 wt% of aluminum and 0.1 wt% of aluminum was weighed.
Boron nitride nanotubes were prepared by reacting boron oxide with nitrogen in multiwall carbon nanofibers having a diameter of 70 nm and a length of 20 μm in nitrogen.
To 100 parts by weight of this silicon carbide fine powder, 15 parts by weight of methyl cellulose, 3 parts by weight of a glycol lubricant and 300 parts by weight of water were blended and mixed for 3 hours by a wet ball mill.
Using the extrusion molding apparatus, a 10 mm square × 50 mm long rectangular parallelepiped silicon carbide molded body test piece was produced from the mixture at an extrusion pressure of 100 kg / cm 2 . The obtained molded body test piece was dried at 200 ° C. in the atmosphere.
The molded body test piece was heated in the atmosphere in an electric furnace at 500 ° C., which is a temperature at which silicon carbide is not oxidized, to volatilize the organic binder.
The molded body test piece after the heat treatment is set in a high-purity graphite crucible, evacuated in a Tamman-type firing furnace, and then replaced with argon gas at 1 atm. In an argon atmosphere, Sintered by holding at 2200 ° C. for 8 hours to produce a sintered test piece.
この焼結体テストピースのかさ密度は、2.60g/cm3の多孔質セラミックスであるが、室温での曲げ強度は、75kg/mm2、1000℃での曲げ強度は、70kg/mm2であった。 The bulk density of this sintered body test piece is 2.60 g / cm 3 of porous ceramics. The bending strength at room temperature is 75 kg / mm 2 and the bending strength at 1000 ° C. is 70 kg / mm 2 . there were.
次に、ハニカム状フィルターを、実施例1と同じように、製造した。得られたハニカム状フィルターについて、実施例1同様に熱衝撃テスト及び水中急冷試験を行った。結果を表1に示す。 Next, a honeycomb filter was manufactured in the same manner as in Example 1. The resulting honeycomb filter was subjected to a thermal shock test and an underwater quenching test in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
(実施例4)
出発原料として、95.7重量%のβ型炭化ケイ素と3.0重量%のα型炭化ケイ素と、1.0重量%の窒化ケイ素ナノチューブ、0.2重量%の酸素、0.05重量%の鉄、0.1重量%のアルミニウム、を含んだ、平均粒子径が0.5μmの炭化ケイ素微粉末を秤量した。
窒化ケイ素ナノチューブは、直径70nm長さ20μmのマルチウォール酸化ケイ素ナノファイバーを窒素高温中で反応させて作製した。
この炭化ケイ素微粉末100重量部に対し、メチルセルロース15重量部、グリコール系潤滑剤3重量部および水300重量部を配合し、湿式ボールミルで3時間混合した。
押出成型装置を用いて、前記混合物を、押出し圧力100kg/cm2にて、10mm角×長さ50mmの直方体状炭化ケイ素質成型体テストピースを作製した。この得られた成型体を、大気中200℃で乾燥した。
前記成型体テストピースを、炭化ケイ素が酸化されない温度である、500℃の電気炉で大気中にて加熱し、有機バインダー及び潤滑剤を揮散させた。
前記加熱処理後の成型体テストピースを、高純度黒鉛るつぼにセットして、焼成炉で、真空引きしてから、1気圧のアルゴンガスでガス置換してから、アルゴン雰囲気中で、2200℃で8時間保持して焼結させ、焼結体テストピースを作製した。
Example 4
As starting materials, 95.7 wt% β-type silicon carbide, 3.0 wt% α-type silicon carbide, 1.0 wt% silicon nitride nanotubes, 0.2 wt% oxygen, 0.05 wt% Silicon carbide fine powder having an average particle diameter of 0.5 μm and containing 0.1 wt% of aluminum and 0.1 wt% of aluminum was weighed.
Silicon nitride nanotubes were prepared by reacting multi-wall silicon oxide nanofibers having a diameter of 70 nm and a length of 20 μm in a high temperature of nitrogen.
To 100 parts by weight of this silicon carbide fine powder, 15 parts by weight of methyl cellulose, 3 parts by weight of a glycol lubricant and 300 parts by weight of water were blended and mixed for 3 hours by a wet ball mill.
Using the extrusion molding apparatus, a 10 mm square × 50 mm long rectangular parallelepiped silicon carbide molded body test piece was produced from the mixture at an extrusion pressure of 100 kg / cm 2 . The obtained molded body was dried at 200 ° C. in the atmosphere.
The molded body test piece was heated in the air in an electric furnace at 500 ° C., which is a temperature at which silicon carbide is not oxidized, and the organic binder and lubricant were volatilized.
The heat-treated molded body test piece is set in a high-purity graphite crucible, evacuated in a firing furnace, gas-replaced with 1 atm of argon gas, and then at 2200 ° C. in an argon atmosphere. It was held for 8 hours and sintered to produce a sintered body test piece.
この焼結体テストピースのかさ密度は、2.40g/cm3の多孔質セラミックスであるが、室温での曲げ強度は、70kg/mm2、1000℃での曲げ強度は、60kg/mm2であった。 The sintered body test piece has a bulk density of 2.40 g / cm 3 of porous ceramics. The bending strength at room temperature is 70 kg / mm 2 , and the bending strength at 1000 ° C. is 60 kg / mm 2 . there were.
次に、ハニカム状フィルターを、実施例1と同じように、製造した。得られたハニカム状フィルターについて、実施例1同様に熱衝撃テスト及び水中急冷試験を行った。結果を表1に示す。 Next, a honeycomb filter was manufactured in the same manner as in Example 1. The resulting honeycomb filter was subjected to a thermal shock test and an underwater quenching test in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
(比較例1)
出発原料として、98.7重量%のβ型炭化ケイ素と、1.0重量%のカーボンブラック、0.2重量%の酸素、0.05重量%の鉄、0.1重量%のアルミニウム、0.02重量%のホウ素を含んだ、平均粒子径が0.5μmの炭化ケイ素微粉末を秤量した。
この炭化ケイ素微粉末100重量部に対し、メチルセルロース15重量部、グリコール系潤滑剤3重量部および水300重量部を配合し、湿式ボールミルで3時間混合した。
押出成型装置を用いて、前記混合物を、押出し圧力100kg/cm2にて、10mm角×長さ50mmの直方体状炭化ケイ素質成型体テストピースを作製した。この得られた成型体テストピースを、大気中200℃で乾燥した。
前記成型体テストピースを、炭化ケイ素が酸化されない温度である、500℃の電気炉で窒素中にて加熱し、有機バインダー及び潤滑剤を揮散させた。
前記加熱処理後の成型体テストピースを、高純度黒鉛るつぼにセットして、焼成炉で、真空引きしてから、1気圧のアルゴンガスでガス置換してから、アルゴン雰囲気中で、2200℃で8時間保持して焼結させ、焼結体テストピースを作製した。
(Comparative Example 1)
As starting materials, 98.7% by weight β-type silicon carbide, 1.0% by weight carbon black, 0.2% by weight oxygen, 0.05% by weight iron, 0.1% by weight aluminum, 0% Silicon carbide fine powder containing 0.02% by weight of boron and having an average particle size of 0.5 μm was weighed.
To 100 parts by weight of this silicon carbide fine powder, 15 parts by weight of methyl cellulose, 3 parts by weight of a glycol lubricant and 300 parts by weight of water were blended and mixed for 3 hours by a wet ball mill.
Using the extrusion molding apparatus, a 10 mm square × 50 mm long rectangular parallelepiped silicon carbide molded body test piece was produced from the mixture at an extrusion pressure of 100 kg / cm 2 . The obtained molded body test piece was dried at 200 ° C. in the atmosphere.
The molded body test piece was heated in nitrogen in an electric furnace at 500 ° C., which is a temperature at which silicon carbide was not oxidized, to volatilize the organic binder and lubricant.
The heat-treated molded body test piece is set in a high-purity graphite crucible, evacuated in a firing furnace, gas-replaced with 1 atm of argon gas, and then at 2200 ° C. in an argon atmosphere. It was held for 8 hours and sintered to produce a sintered body test piece.
この焼結体テストピースのかさ密度は、2.80g/cm3の多孔質セラミックスであるが、室温での曲げ強度は、50kg/mm2、1000℃での曲げ強度は、30kg/mm2であった。 The bulk density of this sintered body test piece is 2.80 g / cm 3 of porous ceramics. The bending strength at room temperature is 50 kg / mm 2 , and the bending strength at 1000 ° C. is 30 kg / mm 2 . there were.
次に、ハニカム状フィルターを、実施例1と同じように、製造した。得られたハニカム状フィルターについて、実施例1同様に熱衝撃テスト及び水中急冷試験を行った。結果を表1に示す。 Next, a honeycomb filter was manufactured in the same manner as in Example 1. The resulting honeycomb filter was subjected to a thermal shock test and an underwater quenching test in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
本実施例の結果と比較例の結果から、多孔質セラミック材よりなるフィルターにおいて、焼結された多孔質セラミック材に、セラミックナノチューブを少なくとも0.5重量%以上含有することで、セラミックナノチューブを含まないフィルターに比べてかさ密度が低く、曲げ強度に優れ、300回以上の熱衝撃に耐えることが示された。特に、本発明の要件を充足しない比較例1では、熱衝撃を120回繰り返すとクラックが入った。また、1回の水中急冷でクラックが入った。 From the result of this example and the result of the comparative example, in the filter made of a porous ceramic material, the sintered porous ceramic material contains ceramic nanotubes by containing at least 0.5% by weight or more. It was shown that the bulk density was lower than that of the filter without the filter, the bending strength was excellent, and it was able to withstand over 300 thermal shocks. In particular, in Comparative Example 1 that does not satisfy the requirements of the present invention, cracks occurred when the thermal shock was repeated 120 times. In addition, cracking occurred in one rapid quenching in water.
以上の結果から、従来のフィルターの優れた点を参考にしながらも、従来の製造方法に存在した圧力損失、耐振動性及び耐熱衝撃性という問題点を解決した、全く新しいハニカム状フィルターを製造することができた。 Based on the above results, a completely new honeycomb filter is manufactured that solves the problems of pressure loss, vibration resistance and thermal shock resistance existing in the conventional manufacturing method while referring to the superior points of the conventional filter. I was able to.
1、4 貫通孔
2 隔壁
3、5 多孔質セラミックス封止材
1, 4 Through
Claims (7)
前記配合物を成型装置を用いてハニカム状の成型体に成型する工程、
前記成型体を加熱して前記バインダーを揮散させる加熱工程、及び、
加熱後の成型体を焼結してハニカム状の焼結体を得る工程を含むことを特徴とする
ハニカム状フィルターの製造方法。 Preparing a blend comprising ceramic nanotubes, fine powder and a binder and containing 0.5% by weight or more of ceramic nanotubes;
Molding the compound into a honeycomb-shaped molded body using a molding apparatus;
A heating step of heating the molded body to volatilize the binder, and
A method for producing a honeycomb filter, comprising a step of sintering a molded body after heating to obtain a honeycomb-shaped sintered body.
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2007
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