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公開番号2024143854
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-11
出願番号2023056767
出願日2023-03-30
発明の名称ハニカム構造体の製造方法
出願人日本碍子株式会社
代理人アクシス国際弁理士法人
主分類C04B 38/00 20060101AFI20241003BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】ドーパントの分布の均一性が高いハニカム構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】炭化珪素粉末と、金属珪素粉末と、ドーパント源の水溶液とを含む成形原料を混錬し、坏土を作製する工程と、前記坏土を成形し、外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、第一端面から第二端面まで流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有するハニカム成形体を作製する工程と、前記ハニカム成形体を焼成し、ハニカム焼成体を作製する工程とを含み、前記ドーパント源が周期表の第13族元素及び第15族元素から選択される1種又は2種以上のドーパントを含有しており、前記ドーパント源の水溶液中の少なくとも1種の前記ドーパントの原子数が前記金属珪素の体積に対する前記ドーパントの原子数で表して1×10¹⁶～5×10²⁰個/cm³である、ハニカム構造体の製造方法。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
炭化珪素粉末と、金属珪素粉末と、ドーパント源の水溶液とを含む成形原料を混錬し、坏土を作製する工程と、
前記坏土を成形し、外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、第一端面から第二端面まで流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁とを有するハニカム成形体を作製する工程と、
前記ハニカム成形体を焼成し、ハニカム焼成体を作製する工程と、
を含み、
前記ドーパント源が周期表の第１３族元素及び第１５族元素から選択される１種又は２種以上のドーパントを含有しており、前記ドーパント源の水溶液中の少なくとも１種の前記ドーパントの原子数が前記金属珪素の体積に対する前記ドーパントの原子数で表して１×１０
16
～５×１０
20
個／ｃｍ
3
である、
ハニカム構造体の製造方法。
続きを表示（約 730 文字）【請求項２】
前記ドーパント源が、前記ドーパントを含有する無機塩及び前記ドーパントを含有する有機化合物から選択される１種又は２種以上を含む請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記ドーパント源がＰを含有する請求項１又は２に記載のハニカム構造体の製造方法。
【請求項４】
前記ドーパント源が、Ｐを含有する無機塩及びＰを含有する有機化合物から選択される１種又は２種以上を含む請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項５】
前記ドーパント源が、有機燐酸塩を含む請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項６】
前記ドーパント源が前記ドーパントを含有する化合物を含み、当該化合物の２０℃における水への溶解度が、１ｇ／１００ｇＨ
2
Ｏ以上である、請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項７】
前記ハニカム構造体の前記隔壁における金属珪素の含有率が２０質量％以上である請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項８】
前記ハニカム構造体の前記隔壁における金属珪素中の少なくとも１種の前記ドーパントの平均濃度が１×１０
16
～５×１０
20
個／ｃｍ
3
である請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項９】
前記ハニカム成形体を焼成する前に、前記外周壁の外表面に、前記ハニカム成形体の中心軸を挟んでセルの延びる方向に帯状に延びるように一対の電極層形成ペーストを塗布し、電極層形成ペースト付きハニカム成形体を作製する工程を更に含む請求項１又は２に記載のハニカム構造体の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体の製造方法に関する。とりわけ、本発明は電気加熱型担体として好適に利用可能なハニカム構造体の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、コージェライトや炭化珪素を材料とするハニカム構造体に触媒を担持したものが、自動車エンジンから排出された排ガス中の有害物質の処理に用いられている。ハニカム構造体に担持した触媒によって排ガスを処理する場合、触媒を所定の温度まで昇温する必要があるが、エンジン始動時には、触媒温度が低いため、排ガスが十分に浄化されないという問題が従来生じていた。そこで、導電性セラミックス製のハニカム構造体に電極を配設し、通電によりハニカム構造体自体を発熱させることで、ハニカム構造体に担持された触媒をエンジン始動前又はエンジン始動時に活性温度まで昇温する電気加熱触媒（ＥＨＣ）と呼ばれるシステムが開発されてきた。
【０００３】
ＥＨＣは一般に、外周壁、及び、外周壁の内側に配設され、第一端面から第二端面まで流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁を有する導電性のハニカム構造部と、ハニカム構造部の外周壁に配設された一対の電極層とを備える。ＥＨＣを、例えば、自動車等に搭載して使用する場合、自動車等の電気系統に使用される電源が共通で使用される。このため、ＥＨＣに過剰の電流が流れると、電源回路が損傷するおそれがある。ＥＨＣ用の電源には様々な電圧が使用されるため、使用される電圧ごとにＥＨＣ用ハニカム構造体の抵抗を調整して、過剰の電流が流れないように制御することが重要となる。
【０００４】
特許文献１には、隔壁及び外周壁が、骨材としての炭化珪素粒子、及び炭化珪素粒子を結合させる結合材としての珪素を含有し、４００℃における体積電気抵抗が１～４０Ωｃｍであるハニカム構造体が記載されている。特許文献１には、炭化珪素粒子の平均粒子径を３～４０μｍとすることにより、ハニカム構造体の４００℃における体積電気抵抗を１～４０Ωｃｍにすることができると記載されている。当該ハニカム構造体は、４００℃における体積電気抵抗が１～４０Ωｃｍであるため、電圧の高い電源を用いて電流を流しても、過剰に電流が流れず、ヒーターとして好適に用いることができるとも記載されている。
【０００５】
しかしながら、例えば、搭載する自動車の種類等によって、ＥＨＣ用の電源には非常に広範囲の電圧が使用される。特に、ＥＨＣ用の電源に、６０Ｖ以下、例えば４８Ｖといった低い電圧が使用される場合、過剰電流の発生を抑制するのに適切な体積抵抗率は、０．１Ωｃｍ付近である。このように、広範囲の電圧が使用される近年のＥＨＣにおいて、低電圧下で使用された場合であっても過剰電流の発生を良好に抑制する技術の研究・開発が望まれている。
【０００６】
そこで、特許文献２、３では、ＥＨＣを構成する珪素中に含まれるドーパント量の範囲について規定している。特許文献２、３では、ハニカム構造体の隔壁及び外周壁を構成するセラミックス中の珪素中のドーパントの濃度が、１×１０
16
～５×１０
20
個／ｃｍ
3
であることが記載されている。
【０００７】
特許文献２には、ドーパントを添加した珪素粉末、又は、当該ドーパントを添加したケイ素粉末に他のセラミックス材料を混合させた粉末に、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工程と、得られた成形原料を混練して坏土を形成する工程と、坏土を押出成形して未焼成の柱状ハニカム構造体を作製する工程と、未焼成の柱状ハニカム構造体を焼成する工程とを実施することを含むハニカム構造体の製造方法が記載されている。
【０００８】
特許文献３には、炭化珪素粉末を含むセラミックス粉末に、バインダ、界面活性剤、水等を添加して成形原料を作製する工程と、得られた成形原料を混練して坏土を形成する工程と、坏土を押出成形して未焼成のハニカム成形体を作製する工程と、得られたハニカム成形体を乾燥し、脱脂することでハニカム脱脂体を作製する工程と、ハニカム脱脂体に珪素（金属珪素）を含浸焼成する工程であって、ドーパントによりドープされている珪素、又はハニカム脱脂体中のドーパント源と共に含浸焼成する工程とを含むハニカム構造体の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特許第５７３５４２８号公報
特開２０２０－２０４３００号公報
特開２０２２－１４２５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献２、３で提案されているように、ハニカム構造体の隔壁及び外周壁を構成するセラミックス中の珪素中のドーパントの濃度を制御することは、ハニカム構造体の体積抵抗率を調節する上で有用である。しかしながら、従来のハニカム構造体の製造方法ではハニカム構造体におけるドーパントの均一分布性という観点では改善余地が残されている。ドーパントをハニカム構造体中で均一に分布させることは、ハニカム構造体の品質安定性の観点から望ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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