JPH0812462A - 導電性セラミックとその製造方法及び用途 - Google Patents

導電性セラミックとその製造方法及び用途

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JPH0812462A
JPH0812462A JP6140285A JP14028594A JPH0812462A JP H0812462 A JPH0812462 A JP H0812462A JP 6140285 A JP6140285 A JP 6140285A JP 14028594 A JP14028594 A JP 14028594A JP H0812462 A JPH0812462 A JP H0812462A
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JP
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ceramic
silicon carbide
nitrogen
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electroconductive
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JP6140285A
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Mitsushige Ogawa
充茂 小川
Koji Nishimura
浩二 西村
Toshikatsu Mitsunaga
敏勝 光永
Hiroshi Isozaki
啓 磯崎
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Denka Co Ltd
Original Assignee
Denki Kagaku Kogyo KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐熱性と耐酸化性を向上させ、セラミックフ
ィルタ材質として好適な導電性セラミックを提供するこ
と。 【構成】 窒素及び/又は窒化物の合計を窒素分として
1〜5重量%含み、室温比抵抗10Ωcm以下である多
孔質β型炭化珪素焼結体からなることを特徴とする導電
性セラミック、炭化珪素粉末、水、解膠剤、有機バイン
ダー及び有機系発泡剤を混合して発泡スラリーを調製
し、それを吸水性のある型で流し込み成形してから乾燥
・脱脂し、窒素ガス圧5kg/cm2 以上、温度200
0℃以上で焼成することを特徴とする導電性セラミック
の製造方法、及び気孔径5〜300μm、気孔率30〜
90%の上記導電性セラミックで構成されてなることを
特徴とするセラミックフィルタ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、導電性セラミック特に
ディーゼルエンジン等から排出される可燃性微粒子(パ
ティキュレート)を捕集し焼却を行うフィルタとして好
適な導電性セラミックとその製造方法及び用途に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、パティキュレートを補集するフィ
ルタとしては、一般にコーディエライト等の低熱膨張性
セラミックが使用されている。このようなフィルタは、
一定量の濾過を行うと圧力損失が増大し捕集効率が低下
するので補集したパティキュレートを定期的に焼却しフ
ィルタを再生している。
【0003】フィルタの再生方法としては、バーナの燃
焼ガスをフィルタに噴射しその燃焼熱でパティキュレー
トを焼却する方法、フィルタにニクロム線ヒータあるい
は発熱金属層を組み合わせて通電加熱しパティキュレー
トを焼却する方法がある。しかしながら、これらの方法
はいずれも外部からフィルタを直接加熱するものである
ため、捕集されたパティキュレートの燃焼に伴って局所
的な発熱と大きな温度勾配を生じ、フィルタが熱応力割
れや溶損割れを起こした。また、外部加熱装置等の特殊
な装置を取り付ける必要があったのでコンパクト化が困
難であった。
【0004】そこで、近年、コンパクトで現存の装置を
大きく変更することなく捕集されたパティキュレートを
効率的に焼却する方法として、フィルタそのものを発熱
体とする方法が検討されている。この方法で使用される
フィルタ材質は、炭化珪素、珪化モリブデン、炭化チタ
ニウムあるいはランタンクロマイトを主成分とした導電
性セラミックである(特開昭58−119317号公
報、特開平2−42112号公報等)。
【0005】しかしながら、これらの導電性セラミック
であってもその耐熱性が小さいので熱応力割れが発生す
る。しかも、非酸化物系のセラミックでは気孔率を高く
してパティキュレートの補集効率を高めようとすると耐
酸化性が低下し容易に導電性が失われる問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、以上
の問題を解消し、耐熱性と耐酸化性を向上させ、セラミ
ックフィルタ材質として好適な導電性セラミックとその
製造方法及びその導電性セラミックで構成されたセラミ
ックフィルタを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、窒
素及び/又は窒化物の合計を窒素分として1〜5重量%
含み、室温比抵抗10Ωcm以下である多孔質β型炭化
珪素焼結体からなることを特徴とする導電性セラミッ
ク、炭化珪素粉末、水、解膠剤、有機バインダー及び有
機系発泡剤を混合して発泡スラリーを調製し、それを吸
水性のある型で流し込み成形してから乾燥・脱脂し、窒
素ガス圧5kg/cm2 以上、温度2000℃以上で焼
成することを特徴とする導電性セラミックの製造方法、
及び気孔径5〜300μm、気孔率30〜90%である
上記導電性セラミックで構成されてなることを特徴とす
るセラミックフィルタである。
【0008】以下、更に詳しく本発明について説明す
る。
【0009】炭化珪素焼結体は、一般にα型又はβ型の
炭化珪素粉末をB−C系焼結助剤を用い常圧焼結又はホ
ットプレス焼結によって製造されている。この場合、β
型炭化珪素粉末を2000℃以上の高温で焼成して炭化
珪素焼結体を製造すると高温安定型のα型炭化珪素とな
るので、従来より研削材、耐火材、セラミックフイルタ
等の用途に供されているのは主としてα型炭化珪素焼結
体であり、β型炭化珪素焼結体については殆どこれらの
用途に供されることはなかった。
【0010】しかしながら、β型炭化珪素焼結体にはα
型炭化珪素焼結体にはみられない導電性に優れるという
特性がある。この特性は、特にセラミックフイルタにと
って好都合なものであるが、添加された焼結助剤の影響
を強く受けてその導電性が打ち消されてしまい室温比抵
抗10Ωcm以下の導電性を示さなくなる。
【0011】このような現象をなくするには、B−C系
焼結助剤等の導電性を低下させる物質を添加しないで炭
化珪素粉末を焼成すればよいが、炭化珪素粉末は非常に
難焼結物質であるので得られた焼結体は著しく多孔質と
なる。この多孔質もセラミックフイルタにとって好都合
な条件であるが耐酸化性が著しく低下し、セラミックフ
イルタ等の用途には不適当となる。
【0012】本発明の導電性セラミックは、多孔質β型
炭化珪素焼結体が有する導電性を著しく損なわせること
なく室温比抵抗10Ωcm以下を維持し、窒素及び/又
は窒化物の合計を窒素分として1〜5重量%含ませるこ
とによって耐酸化性を改善させたものである。
【0013】本発明において、β型炭化珪素焼結体のβ
型結晶相の割合は100%である必要はなく60%もあ
れば十分である。残りはα型結晶相の多形2H、4H、
6H等である。
【0014】本発明において、窒素及び/又は窒化物の
合計を窒素分として1〜5重量%の範囲に限定したの
は、1重量%未満では耐酸化性の改善効果が十分でなく
なり、また5重量%をこえると窒化珪素等の絶縁相とな
る化合物が多くなって導電性が低下することによる。こ
のような窒素及び/又は窒化物は、粒界相又は粒内に固
溶あるいは単独、更には窒化珪素、炭窒化珪素化物等の
化合物として存在する。
【0015】本発明の導電性セラミックの導電性の程度
としては、室温比抵抗10Ωcm以下であり、これをこ
えると例えばセラミックフイルタ等の発熱体としての機
能が低下する。また、多孔質の程度については、気孔率
30〜90%程度であることが望ましい。
【0016】本発明の導電性セラミックの用途として
は、セラミックフィルタ、ダクトヒータ、大型ドライヤ
ーの熱源に使用される熱風発生機用ヒータ等種々ある。
これらの用途の中で、多孔質の程度をセラミックフィル
タ機能として最適な気孔径5〜300μm、気孔率30
〜90%にしたのが請求項3の発明である。
【0017】すなわち、セラミックフィルタの気孔径が
5μm未満では目詰まりが顕著になり短時間で圧力損失
が大きくなる。一方、気孔径が300μmをこえるとパ
ティキュレートの捕集効率が低下しフィルター機能を果
たさなくなる。また、気孔率が30%よりも小さいと圧
力損失が大きくなり、90%をこえると機械的強度が低
下する。
【0018】次に、本発明の導電性セラミックの製造方
法について説明すると、炭化珪素粉末原料としては、α
型、β型のいずれをも使用することができ、純度90%
以上、比表面積5m2 /g以上であることが好ましい。
【0019】スラリー調合の一例を示せば、炭化珪素粉
末100部(部は重量部。以下同じ)に対し、水15〜
30部、解膠剤0.1〜5部、有機バインダー1〜5部
及び有機系発泡剤0.1〜3部である。
【0020】解膠剤としては、ポリカルボン酸アンモニ
ウム、ポリアクリル酸アンモニウム、アクリル酸エステ
ル共重合体、トリメチルアミン等、有機バインダーとし
ては、アクリル系ポリマー、メチルセルロース、ポリビ
ニルアルコール、ポリオレフィン等のポリマー又はオリ
ゴマー等、また有機系発泡剤としては、ラウリル酸塩、
ステアリン酸塩、カプリン酸塩、パルミチン酸塩等のア
ルキル酸塩系発泡剤が使用される。
【0021】得られたスラリーは石膏型等の吸水性のあ
る型材に流し込み成形した後それを乾燥・脱脂し焼成す
ることによって本発明の導電性セラミックを製造するこ
とができる。
【0022】乾燥は、温度100℃以下の温風乾燥、遠
赤外線乾燥等で行われ、また脱脂は空気等の雰囲気下、
温度400〜500℃程度で30分以上で行われる。
【0023】焼成は、成形体を5kg/cm2 以上の窒
素加圧下、温度2000℃以上で行われる。窒素加圧が
5kg/cm2 未満ではβ型炭化珪素の安定化と窒素分
を1%以上含ませることが困難となる。窒素加圧の上限
については特に制限はないが耐圧容器等の設備の面から
30kg/cm2 が望ましい。また、焼成温度が200
0℃未満では炭化珪素粉末原料がα型炭化珪素である場
合、β型炭化珪素に転移させることが難しくなり室温比
抵抗10Ωcm以下の焼結体を製造することが困難とな
る。焼成温度の上限については特に制限はないが耐熱容
器等の設備の面から2300℃が望ましい。
【0024】
【実施例】次に実施例と比較例を挙げてさらに具体的に
本発明を説明する。
【0025】実施例1〜5 比較例1〜4 出発原料として平均粒径0.8μm、純度96%のα型
又はβ型炭化珪素粉末100部、水20部、解膠剤とし
てトリメチルアミン2部、有機バインダーとしてメチル
セルロースを2部を配合し、ボールミルで3時間の湿式
混合を行った。得られたスラリーに有機系発泡剤として
ラウリル硫酸アンモニウム1部を添加し、発泡機で撹拌
して泥漿の体積を3倍に泡立てた。この発泡スラリーを
吸水性石膏型に流し込み、温度100℃の温風乾燥機で
乾燥後、大気中、温度450℃×3時間の脱脂を行って
連通気孔を有する多孔質成形体を成形し、表1に示す窒
素加圧下と温度条件で焼成した。
【0026】得られたセラミックについて、以下の特性
を測定し表1〜2に示した。 (1)気孔率:アルキメデス法。 (2)連通気孔径:走査型電子顕微鏡観察により計測し
た。 (3)β型炭化珪素の割合(β化率):X線回折を行い
以下により算出した。 β化率(%)=100/(1+a+b) 但し、a=4.57Ia/(100−2.72Ia−
0.665Ib) b=2.53Ib/(100−2.72Ia−0.66
5Ib) ここで、IaはCuKα2θが34.3°におけるピー
ク強度、Ibは34.9°におけるピーク強度であり、
CuKα2θ=36.5°におけるピーク強度を100
とした場合の相対値である。
【0027】(4)窒素含有量:LECO社製O/N同
時分析計で測定した。 (5)室温比抵抗:4端子法。 (6)耐酸化性:大気中、温度1000℃×100時間
処理後の比抵抗を測定した。 (7)発熱特性:50mm×50mm×厚み30mmの
試験片の両端に銀ペーストで電極を形成し、試料中央部
の温度が室温から600℃までに昇温するのに必要な印
加電圧とその時の昇温時間を測定した。
【0028】
【表1】
【0029】
【表2】
【0030】表1〜2から明らかなように、本発明の範
囲内にある導電性セラミックは、室温比抵抗10Ωcm
以下でしかも気孔率の高い状態で優れた耐酸化性を示
し、短時間、低電圧で昇温することが可能であり、セラ
ミックフィルタとして優れた特性を有する。
【0031】
【発明の効果】本発明の導電性セラミックとその製造方
法によれば、室温比抵抗10Ωcm以下でしかも耐酸化
性に優れた多孔質β型炭化珪素焼結体が提供される。本
発明の導電性セラミックは、暖房機器、乾燥機、焼成炉
等のセラミックヒータとして使用することができる。
【0032】また、本発明のセラミックフイルタによれ
ば、捕集されたパティキュレートの燃焼に伴う破損が少
なくなり、外部加熱装置等の特殊な装置を取り付ける必
要もないのでコンパクト化が可能となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 磯崎 啓 福岡県大牟田市新開町1 電気化学工業株 式会社大牟田工場内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒素及び/又は窒化物の合計を窒素分と
    して1〜5重量%含み、室温比抵抗10Ωcm以下であ
    る多孔質β型炭化珪素焼結体からなることを特徴とする
    導電性セラミック。
  2. 【請求項2】 炭化珪素粉末、水、解膠剤、有機バイン
    ダー及び有機系発泡剤を混合して発泡スラリーを調製
    し、それを吸水性のある型で流し込み成形してから乾燥
    ・脱脂し、窒素ガス圧5kg/cm2 以上、温度200
    0℃以上で焼成することを特徴とする導電性セラミック
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 気孔径5〜300μm、気孔率30〜9
    0%である請求項1記載の導電性セラミックで構成され
    てなることを特徴とするセラミックフィルタ。
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