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公開番号2024143855
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-11
出願番号2023056768
出願日2023-03-30
発明の名称ハニカム構造体及びその製造方法
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】結晶性のコージェライトの特徴である優れた耐熱衝撃性を生かしながら、パティキュレートに対する高い捕集効率と低い圧損性能をより高い次元で両立することのできる、ハニカム構造体を提供する。
【解決手段】ハニカム構造体であって、ハニカム構造体の内部を通過し、多孔質隔壁によって区画される複数のセルチャンネルを有し、主結晶相であるコージェライトを80.0～94.0質量%と、副結晶相に含まれるセリアとを含有し、多孔質隔壁は、水銀圧入法により測定される気孔率が60%以上であり、多孔質隔壁は、水銀圧入法により測定される体積基準の累積細孔径分布において、小細孔側からの累積10%細孔径(D10)、累積50%細孔径(D50)及び累積90%細孔径(D90)が、(D90-D10)/D50≦1.2の関係を満たす、ハニカム構造体。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ハニカム構造体であって、
ハニカム構造体の内部を通過し、多孔質隔壁によって区画される複数のセルチャンネルを有し、
主結晶相であるコージェライトを８０．０～９４．０質量％と、副結晶相に含まれるセリアとを含有し、
多孔質隔壁は、水銀圧入法により測定される気孔率が６０％以上であり、
多孔質隔壁は、水銀圧入法により測定される体積基準の累積細孔径分布において、小細孔側からの累積１０％細孔径（Ｄ１０）、累積５０％細孔径（Ｄ５０）及び累積９０％細孔径（Ｄ９０）が、（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０≦１．２の関係を満たす、
ハニカム構造体。
続きを表示（約 930 文字）【請求項２】
多孔質隔壁の累積５０％細孔径（Ｄ５０）が、１０～２０μｍである請求項１に記載のハニカム構造体。
【請求項３】
多孔質隔壁の累積１０％細孔径（Ｄ１０）が、８μｍ以上、且つ累積９０％細孔径（Ｄ９０）が、３４μｍ以下である請求項１に記載のハニカム構造体。
【請求項４】
副結晶相がムライト、スピネル、サフィリン及びクリストバライトより選択される一種又は二種以上の化合物を更に含有する請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
【請求項５】
セリアと、ムライト、スピネル、サフィリン及びクリストバライトより選択される一種又は二種以上の化合物との合計含有率が４．０～２０．０質量％である請求項４に記載のハニカム構造体。
【請求項６】
セリアの含有率が０．５～５．０質量％である請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
【請求項７】
セリアの含有率が０．５～５．０質量％である請求項５に記載のハニカム構造体。
【請求項８】
セルチャンネルの延びる方向における４０℃～８００℃の線膨張係数が０．６×１０
-6
／Ｋ～２．０×１０
-6
／Ｋである請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
【請求項９】
ハニカム構造体の製造方法であって、
コージェライト化原料、セリア、分散媒、造孔材及びバインダーを含有する原料組成物を混練して坏土を形成した後、当該坏土を押出成形することにより、ハニカム成形体であって、ハニカム成形体の内部を通過し、多孔質隔壁によって区画される複数のセルチャンネルを有するハニカム成形体を得る工程と、
前記ハニカム成形体を焼成する工程と、
を含み、
前記焼成する工程は、焼成時の最高温度をＸ（℃）とし、最高温度での保持時間をＹ（ｈｒ）とし、前記ハニカム成形体中のコージェライト化原料１００質量部に対するセリアの含有量をＺ（質量部）とすると、
１６０≦（Ｘ－１３４５）×Ｙ×（Ｚ＋０．５）
2
≦７６８０
が成立するように実施する製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明はハニカム構造体及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガスには、環境汚染の原因となる炭素を主成分とするパティキュレート（粒子状物質）が多量に含まれている。そのため、一般的にディーゼルエンジン等の排気系には、パティキュレートを捕集するためのフィルタ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ：ＤＰＦ）が搭載されている。また近年ではガソリンエンジンから排出されるパティキュレートも問題視されており、ガソリンエンジンにもフィルタ（ＧａｓｏｌｉｎｅＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ：ＧＰＦ）が搭載されるようになってきている。
【０００３】
このようなフィルタにはハニカム構造体が利用されていることが多い。また、ハニカム構造体を構成する材料としては、耐熱衝撃性の高さからコージェライトが多用されている。コージェライトを主成分とする多孔質ハニカム構造体は、コージェライト化原料、分散媒、造孔材、バインダー及び各種添加剤を適宜加えて得られた原料組成物を混練し、坏土とした後、所定の口金を介して押出成形することで、ハニカム形状の成形体（ハニカム成形体）を作製し、このハニカム成形体を乾燥した後に焼成することで製造することが出来る。
【０００４】
従来、コージェライトを主成分とするハニカム構造体においては、低熱膨張による耐熱衝撃性確保や高強度化という点において、高いコージェライト結晶量（相）を有することが求められており、原料組成や焼成条件が種々検討されてきた（特許文献１～３）。
【０００５】
また、ハニカム構造体の性能を左右するパラメータの一つとして、気孔率及び細孔径分布が知られている。そして、気孔率及び細孔径分布を制御することで、機械的強度、熱膨張係数等の向上や排ガスを流した時の圧力損失を低下させる技術が開発されてきた（特許文献４～８）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００８－２０７９７８号公報
特開平６－２６３５２８号公報
特表２００２－５３０２６２号公報
特表２００９－５４２５７０号公報
特表２０１９－５０６２８９号公報
国際公開第２０１６／１５２２３６号
国際公開第２０１３／０４７９０８号
特開２０１８－０３０１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、高いコージェライト結晶量（相）を有するハニカム構造体においては、パティキュレートに対する高い捕集効率と低い圧損性能の両立という観点で未だ改善の余地があり、更なる性能向上が求められる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、一実施形態において、結晶性のコージェライトの特徴である優れた耐熱衝撃性を生かしながら、パティキュレートに対する高い捕集効率と低い圧損性能をより高い次元で両立することのできる、ハニカム構造体を提供することを課題とする。また、本発明は別の一実施形態において、そのようなハニカム構造体の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、マグネシア源、シリカ源及びアルミナ源の複数原料から合成(焼成)されるコージェライト結晶は、細孔径分布がブロードとなりやすく、このことが原因でパティキュレートに対する高い捕集効率と低い圧損性能の両立を妨げていることを見出した。本発明は当該知見に基づいて完成したものであり、以下に例示される。
【００１０】
［態様１］
ハニカム構造体であって、
ハニカム構造体の内部を通過し、多孔質隔壁によって区画される複数のセルチャンネルを有し、
主結晶相であるコージェライトを８０．０～９４．０質量％と、副結晶相に含まれるセリアとを含有し、
多孔質隔壁は、水銀圧入法により測定される気孔率が６０％以上であり、
多孔質隔壁は、水銀圧入法により測定される体積基準の累積細孔径分布において、小細孔側からの累積１０％細孔径（Ｄ１０）、累積５０％細孔径（Ｄ５０）及び累積９０％細孔径（Ｄ９０）が、（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０≦１．２の関係を満たす、
ハニカム構造体。
［態様２］
多孔質隔壁の累積５０％細孔径（Ｄ５０）が、１０～２０μｍである態様１に記載のハニカム構造体。
［態様３］
多孔質隔壁の累積１０％細孔径（Ｄ１０）が、８μｍ以上、且つ累積９０％細孔径（Ｄ９０）が、３４μｍ以下である態様１又は２に記載のハニカム構造体。
［態様４］
副結晶相がムライト、スピネル、サフィリン及びクリストバライトより選択される一種又は二種以上の化合物を更に含有する態様１～３の何れかに記載のハニカム構造体。
［態様５］
セリアと、ムライト、スピネル、サフィリン及びクリストバライトより選択される一種又は二種以上の化合物との合計含有率が４．０～２０．０質量％である態様４に記載のハニカム構造体。
［態様６］
セリアの含有率が０．５～５．０質量％である態様１～５の何れかに記載のハニカム構造体。
［態様７］
セルチャンネルの延びる方向における４０℃～８００℃の線膨張係数が０．６×１０
-6
／Ｋ～２．０×１０
-6
／Ｋである態様１～６の何れかに記載のハニカム構造体。
［態様８］
ハニカム構造体の製造方法であって、
コージェライト化原料、セリア、分散媒、造孔材及びバインダーを含有する原料組成物を混練して坏土を形成した後、当該坏土を押出成形することにより、ハニカム成形体であって、ハニカム成形体の内部を通過し、多孔質隔壁によって区画される複数のセルチャンネルを有するハニカム成形体を得る工程と、
前記ハニカム成形体を焼成する工程と、
を含み、
前記焼成する工程は、焼成時の最高温度をＸ（℃）とし、最高温度での保持時間をＹ（ｈｒ）とし、前記ハニカム成形体中のコージェライト化原料１００質量部に対するセリアの含有量をＺ（質量部）とすると、
１６０≦（Ｘ－１３４５）×Ｙ×（Ｚ＋０．５）
2
≦７６８０
が成立するように実施する製造方法。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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