JPH08133857A - セラミックス多孔体及びその製造方法 - Google Patents
セラミックス多孔体及びその製造方法Info
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- JPH08133857A JPH08133857A JP6273796A JP27379694A JPH08133857A JP H08133857 A JPH08133857 A JP H08133857A JP 6273796 A JP6273796 A JP 6273796A JP 27379694 A JP27379694 A JP 27379694A JP H08133857 A JPH08133857 A JP H08133857A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高強度で、かつ、目詰まりし難い気体濾過用
フィルターや触媒担体として用いることができる窒化珪
素系セラミックス多孔体を提供すること。 【構成】 内部に直径１０μｍ以上５００μｍ以下の球
と同じ体積の空孔が形成され、これらの空孔がより小さ
い細孔で連結した構造を持ち、かつ空孔及び細孔の体積
分率が１５％以上６０％以下であり、かつ構成する素材
の７０体積％以上が窒化珪素で構成されるセラミックス
多孔体。
フィルターや触媒担体として用いることができる窒化珪
素系セラミックス多孔体を提供すること。 【構成】 内部に直径１０μｍ以上５００μｍ以下の球
と同じ体積の空孔が形成され、これらの空孔がより小さ
い細孔で連結した構造を持ち、かつ空孔及び細孔の体積
分率が１５％以上６０％以下であり、かつ構成する素材
の７０体積％以上が窒化珪素で構成されるセラミックス
多孔体。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は自動車用排ガスフィルタ
ーや火力発電所における排気フィルター等の高温気体濾
過用フィルターや火力発電所における触媒燃焼に使用す
る触媒担体として使用することを目的とする窒化珪素セ
ラミックス多孔体及びその製造方法に関するものであ
る。
ーや火力発電所における排気フィルター等の高温気体濾
過用フィルターや火力発電所における触媒燃焼に使用す
る触媒担体として使用することを目的とする窒化珪素セ
ラミックス多孔体及びその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】セラミックス多孔体としては特開平２−
１５３８７１に示すように従来からアルミナを中心にし
た酸化物系セラミックスが製造されている。例えば薬品
や食品関係では菌類などの除去にセラミックス多孔体製
の濾過フィルターを使用している。競合する有機物系の
濾過フィルターと比べて、高温蒸気による殺菌処理や高
圧を印加できるなどの利点がある。また半導体関連の洗
浄用超純水の製造や、クリーンルーム中の埃を除去する
フィルターなどの用途でもセラミックス多孔体が使用さ
れている。フィルターの他には自動車の排ガス浄化用触
媒担体として、耐熱衝撃性に優れているコーディエライ
トが使用され、表面に担持した白金等の触媒で排ガス中
の酸窒化物の処理を行っている。また化学プラント中で
も使用され、公害の原因となるような有害物質の処理に
使用する触媒の担体として使用されている。
１５３８７１に示すように従来からアルミナを中心にし
た酸化物系セラミックスが製造されている。例えば薬品
や食品関係では菌類などの除去にセラミックス多孔体製
の濾過フィルターを使用している。競合する有機物系の
濾過フィルターと比べて、高温蒸気による殺菌処理や高
圧を印加できるなどの利点がある。また半導体関連の洗
浄用超純水の製造や、クリーンルーム中の埃を除去する
フィルターなどの用途でもセラミックス多孔体が使用さ
れている。フィルターの他には自動車の排ガス浄化用触
媒担体として、耐熱衝撃性に優れているコーディエライ
トが使用され、表面に担持した白金等の触媒で排ガス中
の酸窒化物の処理を行っている。また化学プラント中で
も使用され、公害の原因となるような有害物質の処理に
使用する触媒の担体として使用されている。
【０００３】セラミックス多孔体は上記の用途での応用
展開が進められているが、一方で限界も明らかになって
きた。例えば３００℃以上の高温水の濾過では大きな熱
衝撃が発生し、熱膨張率の高いアルミナ製濾過フィルタ
ーにクラックが生じたり破損したりするので、その様な
高温で使用することができない。また気体の濾過では濾
材表面への衝突及び付着現象を利用しているので、従来
のフィルターの様に細孔が３次元網目状に連結している
だけでは、濾材内部に濾過対象物が詰まりやすい。最近
注目されているディーゼルエンジンから放出される黒鉛
微粒子の除去のためには、８００℃から１４００℃での
使用が考えられている。しかし現在排ガスフィルターと
して使用されているコーディエライトでは、その様な高
温で使用することができない。
展開が進められているが、一方で限界も明らかになって
きた。例えば３００℃以上の高温水の濾過では大きな熱
衝撃が発生し、熱膨張率の高いアルミナ製濾過フィルタ
ーにクラックが生じたり破損したりするので、その様な
高温で使用することができない。また気体の濾過では濾
材表面への衝突及び付着現象を利用しているので、従来
のフィルターの様に細孔が３次元網目状に連結している
だけでは、濾材内部に濾過対象物が詰まりやすい。最近
注目されているディーゼルエンジンから放出される黒鉛
微粒子の除去のためには、８００℃から１４００℃での
使用が考えられている。しかし現在排ガスフィルターと
して使用されているコーディエライトでは、その様な高
温で使用することができない。
【０００４】環境問題に関連しては火力発電所からのＮ
Ｏｘ低減のために、燃焼温度を低下させるための触媒が
考えられているが、その触媒を担持するには、１０００
〜１４００℃でも収縮しないセラミックス多孔体が必要
である。しかし現在、製品化されているコーディエライ
トやアルミナ等は、その様な高温で使用することができ
ない。特開平３−１５９９７０では耐熱性や耐熱衝撃性
に優れた窒化珪素多孔体について報告している。この方
法では骨材である窒化珪素や炭化珪素を、常圧焼結で形
成させた粒界層で結合させている。また特公昭５２−１
９２０７で報告されている窒化珪素多孔体のように、金
属シリコンの直接窒化で作製する方法も報告されてい
る。これらの方法で作製した窒化珪素多孔体は、耐熱
性、耐熱衝撃性に優れ、酸化物セラミックス多孔体では
使用不可能な条件での使用が可能である。しかし、これ
らの方法で作製された多孔体は窒化珪素結晶粒を結合剤
で結合したり、結晶粒のネッキングで多孔体を形成して
いるので強度が低く、液体や気体の濾過フィルターとし
て使用する場合、濾過時や逆洗時に破損する可能性があ
る。また、構造の制御がし難いので、触媒担体として最
適な構造にするのも困難である。また、結晶粒の隙間を
細孔として使用しているので、気孔率が低くなり、濾過
対象物の濃度が高い場合など、目詰まりし易い。また、
これらの多孔体の構造については、ほぼ原料粉末の粒径
によってきまってしまうので、様々な目的に合わせた構
造の制御が困難であった。
Ｏｘ低減のために、燃焼温度を低下させるための触媒が
考えられているが、その触媒を担持するには、１０００
〜１４００℃でも収縮しないセラミックス多孔体が必要
である。しかし現在、製品化されているコーディエライ
トやアルミナ等は、その様な高温で使用することができ
ない。特開平３−１５９９７０では耐熱性や耐熱衝撃性
に優れた窒化珪素多孔体について報告している。この方
法では骨材である窒化珪素や炭化珪素を、常圧焼結で形
成させた粒界層で結合させている。また特公昭５２−１
９２０７で報告されている窒化珪素多孔体のように、金
属シリコンの直接窒化で作製する方法も報告されてい
る。これらの方法で作製した窒化珪素多孔体は、耐熱
性、耐熱衝撃性に優れ、酸化物セラミックス多孔体では
使用不可能な条件での使用が可能である。しかし、これ
らの方法で作製された多孔体は窒化珪素結晶粒を結合剤
で結合したり、結晶粒のネッキングで多孔体を形成して
いるので強度が低く、液体や気体の濾過フィルターとし
て使用する場合、濾過時や逆洗時に破損する可能性があ
る。また、構造の制御がし難いので、触媒担体として最
適な構造にするのも困難である。また、結晶粒の隙間を
細孔として使用しているので、気孔率が低くなり、濾過
対象物の濃度が高い場合など、目詰まりし易い。また、
これらの多孔体の構造については、ほぼ原料粉末の粒径
によってきまってしまうので、様々な目的に合わせた構
造の制御が困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明では高強度であ
り、かつ目詰まりし難い気体濾過用フィルター及び触媒
担体として使用することができる窒化珪素を用いたセラ
ミックス多孔体を提供するものである。
り、かつ目詰まりし難い気体濾過用フィルター及び触媒
担体として使用することができる窒化珪素を用いたセラ
ミックス多孔体を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
しうる窒化珪素製セラミックス多孔体に関するものであ
り、その構成は特許請求の範囲に記載されたとおりの多
孔体及びその製造方法である。本発明で得られる多孔体
では選択する粉末の種類や量を最適化させることで、気
体用フィルターにも触媒担体にも使用できる窒化珪素多
孔体を得ることができる。本発明では窒化珪素粉末の種
類による各種添加剤との反応温度の差を利用している。
例えば酸化イットリウムを５体積％と、酸化アルミニウ
ムを２体積％添加したプレス体について、窒化珪素原料
粉末との反応性を調べたところ、収縮挙動を開始する温
度域が、β＞α＞アモルファスの順になっている。この
現象を用いると粉末が充填された状態から、収縮現象が
成形体内部で不均一に起これば、部分的な収縮が他の部
分との距離を拡大させることになる。つまり粉末どうし
の焼結現象と共に、空孔どうしが合体して、より大きな
空孔になることを鋭意実験の結果見出した。この不均一
反応は粉末のサイズと種類（β，α，アモルファス）に
よって制御でき、その結果、窒化珪素結晶粒が連結した
多孔体の構造を形成する。さらに空孔が大きくなること
から、細孔を形成する連結空孔の他に、それよりも大き
な体積をもつ空孔を多孔体内部に発生させることができ
る。この空孔が存在すると、濾過した不純物をそこでト
ラップすることができ、目詰まりのしにくいフィルター
を形成させることができる。また、微粒でかつ添加剤と
反応しにくい粉末を添加することで、細孔分布のピーク
数を増やし、接触担体に最適な構造にすることもでき
る。上記多孔体の製造方法について次に述べる。
しうる窒化珪素製セラミックス多孔体に関するものであ
り、その構成は特許請求の範囲に記載されたとおりの多
孔体及びその製造方法である。本発明で得られる多孔体
では選択する粉末の種類や量を最適化させることで、気
体用フィルターにも触媒担体にも使用できる窒化珪素多
孔体を得ることができる。本発明では窒化珪素粉末の種
類による各種添加剤との反応温度の差を利用している。
例えば酸化イットリウムを５体積％と、酸化アルミニウ
ムを２体積％添加したプレス体について、窒化珪素原料
粉末との反応性を調べたところ、収縮挙動を開始する温
度域が、β＞α＞アモルファスの順になっている。この
現象を用いると粉末が充填された状態から、収縮現象が
成形体内部で不均一に起これば、部分的な収縮が他の部
分との距離を拡大させることになる。つまり粉末どうし
の焼結現象と共に、空孔どうしが合体して、より大きな
空孔になることを鋭意実験の結果見出した。この不均一
反応は粉末のサイズと種類（β，α，アモルファス）に
よって制御でき、その結果、窒化珪素結晶粒が連結した
多孔体の構造を形成する。さらに空孔が大きくなること
から、細孔を形成する連結空孔の他に、それよりも大き
な体積をもつ空孔を多孔体内部に発生させることができ
る。この空孔が存在すると、濾過した不純物をそこでト
ラップすることができ、目詰まりのしにくいフィルター
を形成させることができる。また、微粒でかつ添加剤と
反応しにくい粉末を添加することで、細孔分布のピーク
数を増やし、接触担体に最適な構造にすることもでき
る。上記多孔体の製造方法について次に述べる。
【０００７】最初に様々な平均粒径をもつα型、β型も
しくはアモルファス窒化珪素原料粉末の中から２種類以
上の粉末を選択し、構成粉末の比率を調整する。この
時、作製した多孔体の細孔分布において、原料粉末の種
類（α，β，アモルファス）や粒径の組み合わせによっ
て、ピーク径及びピーク数を制御することができる。つ
まり各種の窒化珪素では、細孔形成剤との反応温度が異
なるので、焼結現象による収縮が成形体の内部で不均一
に起こり、希望する形状の多孔体を形成させることがで
きる。組み合わせのパターンとしては、以下のとおりで
ある。
しくはアモルファス窒化珪素原料粉末の中から２種類以
上の粉末を選択し、構成粉末の比率を調整する。この
時、作製した多孔体の細孔分布において、原料粉末の種
類（α，β，アモルファス）や粒径の組み合わせによっ
て、ピーク径及びピーク数を制御することができる。つ
まり各種の窒化珪素では、細孔形成剤との反応温度が異
なるので、焼結現象による収縮が成形体の内部で不均一
に起こり、希望する形状の多孔体を形成させることがで
きる。組み合わせのパターンとしては、以下のとおりで
ある。
【０００８】 粗粒粉末 微粒粉末 （１）β窒化珪素粉末＋アモルファス窒化珪素粉末 （２）β窒化珪素粉末＋α窒化珪素粉末 （３）α窒化珪素粉末＋アモルファス窒化珪素粉末 （１）及び（２）の場合、β窒化珪素粉末よりも添加剤
との反応温度が低い、アモルファス窒化珪素粉末もしく
はα窒化珪素粉末を１／９９以上１／２以下の範囲で混
合する。（３）の場合も同様にα窒化珪素粉末よりも添
加剤との反応温度の低いアモルファス窒化珪素粉末を、
１／９９以上１／２以下の範囲で混合する。混合量が１
／９９よりも小さい場合、物質移動が起こり難くなり、
希望する構造を得ることができない。また、１／２より
も多い場合、加熱温度が高いと、空孔の形成よりも全体
の収縮が進行し、希望する構造が得られず、さらに気孔
率も１５体積％よりも小さくなってしまう。また加熱温
度が低い場合には、粉末の嵩高さによって気孔率が高く
なりすぎる。触媒担体として使用する場合、最小の細孔
分布のピークを形成させるために、粒径の大きな粉末と
比較して、添加剤との反応温度が同程度の微粒粉を混合
する。その組み合わせとしては、以下のとおりである。
との反応温度が低い、アモルファス窒化珪素粉末もしく
はα窒化珪素粉末を１／９９以上１／２以下の範囲で混
合する。（３）の場合も同様にα窒化珪素粉末よりも添
加剤との反応温度の低いアモルファス窒化珪素粉末を、
１／９９以上１／２以下の範囲で混合する。混合量が１
／９９よりも小さい場合、物質移動が起こり難くなり、
希望する構造を得ることができない。また、１／２より
も多い場合、加熱温度が高いと、空孔の形成よりも全体
の収縮が進行し、希望する構造が得られず、さらに気孔
率も１５体積％よりも小さくなってしまう。また加熱温
度が低い場合には、粉末の嵩高さによって気孔率が高く
なりすぎる。触媒担体として使用する場合、最小の細孔
分布のピークを形成させるために、粒径の大きな粉末と
比較して、添加剤との反応温度が同程度の微粒粉を混合
する。その組み合わせとしては、以下のとおりである。
【０００９】 粗粒粉末 微粒粉末 （１）β窒化珪素粉末＋（アモルファス窒化珪素粉末＋β窒化珪素粉末） （２）β窒化珪素粉末＋（α窒化珪素粉末＋β窒化珪素粉末） （３）α窒化珪素粉末＋（アモルファス窒化珪素粉末＋β窒化珪素粉末） （４）α窒化珪素粉末＋（アモルファス窒化珪素粉末＋α窒化珪素粉末） ここで微粒粉末どうし（粒径が０．１μｍ以上１．０μ
ｍ以下）では、混合比率が１：９〜９：１の範囲で混合
する。この範囲を越えると、微粒粉末を添加した効果が
なくなり、水銀ポロシメーターで測定した細孔分布がピ
ークを１つしかもたなくなる。また粗粒粉末と微粒粉末
の混合比においては、上記と同様の理由で粗粒粉末に微
粒粉末を体積比率にして１／９９以上１／２以下の範囲
で混合する必要がある。微粒のβ窒化珪素の他に添加剤
と反応しにくいものであれば、他の種類の粉末でも構わ
ない。例えば平均粒径が０．０１μｍ以上１．０μｍ以
下のＢＮやＢ4Ｃ，ＴｉＮ，ＴｉＣ等の高融点物質が挙
げられる。
ｍ以下）では、混合比率が１：９〜９：１の範囲で混合
する。この範囲を越えると、微粒粉末を添加した効果が
なくなり、水銀ポロシメーターで測定した細孔分布がピ
ークを１つしかもたなくなる。また粗粒粉末と微粒粉末
の混合比においては、上記と同様の理由で粗粒粉末に微
粒粉末を体積比率にして１／９９以上１／２以下の範囲
で混合する必要がある。微粒のβ窒化珪素の他に添加剤
と反応しにくいものであれば、他の種類の粉末でも構わ
ない。例えば平均粒径が０．０１μｍ以上１．０μｍ以
下のＢＮやＢ4Ｃ，ＴｉＮ，ＴｉＣ等の高融点物質が挙
げられる。
【００１０】この混合粉末に添加剤を添加する。なおこ
れらの粗粒粉末の平均粒径は０．１μｍ以上１００μｍ
以下が望ましい。０．１μｍ以下では粉末の嵩高さによ
って気孔率が高くなりすぎ、また１００μｍよりも大き
いと焼結性が低下して必要とされる強度が得られない場
合がある。そして成形後に０．９気圧以上の非酸化雰囲
気中で加熱して作製する。ここで０．９気圧未満では加
熱中に窒化珪素の蒸発が生じ、強度が低下してしまう。
また圧力の上限はない。例えば多孔体を１０００気圧中
で加熱したとしても、細孔内部にも同じ圧力が加えられ
るので、細孔の形成には影響を与えない。もちろん高圧
にする場合、製造においてコストが上昇する恐れがある
ので、１０気圧以下の非酸化雰囲気中で加熱するのが好
ましい。加熱温度は１１００℃以上２０００℃以下の温
度範囲で焼結する。この加熱温度は使用する原料粉末の
種類によって上限と下限は変化している。それぞれの温
度範囲において下限以下では細孔形成反応が起こりにく
くなり、必要とされる細孔の形態や、気孔率及び強度な
どが充分得られない。また上限以上では物質移動を促進
し焼結の進行によって必要とされる空孔の体積分率が得
られない。
れらの粗粒粉末の平均粒径は０．１μｍ以上１００μｍ
以下が望ましい。０．１μｍ以下では粉末の嵩高さによ
って気孔率が高くなりすぎ、また１００μｍよりも大き
いと焼結性が低下して必要とされる強度が得られない場
合がある。そして成形後に０．９気圧以上の非酸化雰囲
気中で加熱して作製する。ここで０．９気圧未満では加
熱中に窒化珪素の蒸発が生じ、強度が低下してしまう。
また圧力の上限はない。例えば多孔体を１０００気圧中
で加熱したとしても、細孔内部にも同じ圧力が加えられ
るので、細孔の形成には影響を与えない。もちろん高圧
にする場合、製造においてコストが上昇する恐れがある
ので、１０気圧以下の非酸化雰囲気中で加熱するのが好
ましい。加熱温度は１１００℃以上２０００℃以下の温
度範囲で焼結する。この加熱温度は使用する原料粉末の
種類によって上限と下限は変化している。それぞれの温
度範囲において下限以下では細孔形成反応が起こりにく
くなり、必要とされる細孔の形態や、気孔率及び強度な
どが充分得られない。また上限以上では物質移動を促進
し焼結の進行によって必要とされる空孔の体積分率が得
られない。
【００１１】このとき添加する一種類以上の細孔形成剤
としては、IIａ族、IIIａ族、遷移金属、Ａｌ及びＳｉ
の化合物が挙げられる。これらの添加剤を酸化物換算で
１体積％以上３０体積％以下の範囲で添加する必要があ
る。１体積％よりも少ないと、希望する空孔を形成する
ような物質移動が生じない。また３０体積％よりも多い
場合は、多孔体内部に溶融ガラス相が残留し、耐熱性や
耐熱衝撃性が低下してしまう。さらには多量の酸窒化物
の生成によって強度が低下することも避けられない。ま
た、α型窒化珪素原料粉末を主成分とする場合、加熱温
度は１７００℃以下である必要がある。１７００℃より
も高い温度（特に１８００℃以上）では、αからβへの
相変態によってβ柱状粒が生成する。この柱状粒は生成
過程において障害物のない方向へ伸びる傾向にあり、目
的とする空孔の形状を得ることができなくなるからであ
る。上記の工程とすることで、耐熱性、耐熱衝撃性に優
れ、かつ気体用濾過フィルター及び触媒担体に適したセ
ラミックス多孔体を得ることができる。
としては、IIａ族、IIIａ族、遷移金属、Ａｌ及びＳｉ
の化合物が挙げられる。これらの添加剤を酸化物換算で
１体積％以上３０体積％以下の範囲で添加する必要があ
る。１体積％よりも少ないと、希望する空孔を形成する
ような物質移動が生じない。また３０体積％よりも多い
場合は、多孔体内部に溶融ガラス相が残留し、耐熱性や
耐熱衝撃性が低下してしまう。さらには多量の酸窒化物
の生成によって強度が低下することも避けられない。ま
た、α型窒化珪素原料粉末を主成分とする場合、加熱温
度は１７００℃以下である必要がある。１７００℃より
も高い温度（特に１８００℃以上）では、αからβへの
相変態によってβ柱状粒が生成する。この柱状粒は生成
過程において障害物のない方向へ伸びる傾向にあり、目
的とする空孔の形状を得ることができなくなるからであ
る。上記の工程とすることで、耐熱性、耐熱衝撃性に優
れ、かつ気体用濾過フィルター及び触媒担体に適したセ
ラミックス多孔体を得ることができる。
【００１２】
【作用】以上の製法で作製した窒化珪素セラミックス多
孔体は、７０体積％以上が窒化珪素結晶粒から構成され
る。これの細孔を水銀圧入法で測定したときに、その細
孔分布のピークが１つ、もしくは２つ以上から構成され
る多孔体である。その構造はピークが１つの場合、内部
に直径１０μｍ以上５００μｍ以下の球と同じ体積の空
孔が形成され、これらの空孔をより小さい連続した空孔
で連結している。ピークが２つ以上ある場合には、ピー
クが１つの場合の空孔構造の他に、微小結晶粒に起因し
た微細細孔が形成される。この空孔の大きさや個数は混
合する窒化珪素粉末の平均粒径や混合比で制御すること
ができる。空孔の個数は任意の断面において、直径が１
０μｍ以上５００μｍ以下の空孔の断面が単位面積（１
ｃｍ2）当り５０個以上（好ましくは１００個以上）存
在する必要がある。この様な空孔は気体の濾過に使用す
ると、その内壁に衝突した濾過対象物（埃など）をトラ
ップする効果がある。この個数が５０個を下回ると期待
した効果が得られない。
孔体は、７０体積％以上が窒化珪素結晶粒から構成され
る。これの細孔を水銀圧入法で測定したときに、その細
孔分布のピークが１つ、もしくは２つ以上から構成され
る多孔体である。その構造はピークが１つの場合、内部
に直径１０μｍ以上５００μｍ以下の球と同じ体積の空
孔が形成され、これらの空孔をより小さい連続した空孔
で連結している。ピークが２つ以上ある場合には、ピー
クが１つの場合の空孔構造の他に、微小結晶粒に起因し
た微細細孔が形成される。この空孔の大きさや個数は混
合する窒化珪素粉末の平均粒径や混合比で制御すること
ができる。空孔の個数は任意の断面において、直径が１
０μｍ以上５００μｍ以下の空孔の断面が単位面積（１
ｃｍ2）当り５０個以上（好ましくは１００個以上）存
在する必要がある。この様な空孔は気体の濾過に使用す
ると、その内壁に衝突した濾過対象物（埃など）をトラ
ップする効果がある。この個数が５０個を下回ると期待
した効果が得られない。
【００１３】なお細孔径のピークが２つ以上ある場合、
フィルターとして使用する時に濾過対象物よりも小さな
細孔で分離除去を行うが、それよりも小さい細孔径のピ
ークが存在すると、その部分で抵抗が生じ、濾過効率が
低下してしまうのでピーク数は１つの方が好ましい。し
かし触媒担体として使用する場合、ピークは２つ以上あ
る方が好ましい。細かい細孔径の部分には触媒の濃度も
高くなり、大きな細孔径を通ってきた気体や液体を、細
かい細孔径の部分にある触媒で処理することが可能だか
らである。この場合最小ピークの細孔径は１．０μｍ以
下の細孔径の場合触媒担体としてより好ましい。なお本
特許におけるピークとは水銀圧入法を用いて測定した細
孔分布（ｄＶ／ｄｒ・・Ｖは細孔容積、ｒは細孔径）か
ら明確に判断できるピークであり、波形分離等の数学的
操作を用いて導出しうるすべてのピークを意味するもの
ではない。なお水銀圧入法については、カンタ クロム
（ＱＵＡＮＴＡ ＣＨＲＯＭＥ社製オートスキャン（Ａ
ＵＴＯＳＣＡＮ）−６０ポロシメーター（ＰＯＲＯＳＩ
ＭＥＴＥＲ）による測定結果を標準とする。
フィルターとして使用する時に濾過対象物よりも小さな
細孔で分離除去を行うが、それよりも小さい細孔径のピ
ークが存在すると、その部分で抵抗が生じ、濾過効率が
低下してしまうのでピーク数は１つの方が好ましい。し
かし触媒担体として使用する場合、ピークは２つ以上あ
る方が好ましい。細かい細孔径の部分には触媒の濃度も
高くなり、大きな細孔径を通ってきた気体や液体を、細
かい細孔径の部分にある触媒で処理することが可能だか
らである。この場合最小ピークの細孔径は１．０μｍ以
下の細孔径の場合触媒担体としてより好ましい。なお本
特許におけるピークとは水銀圧入法を用いて測定した細
孔分布（ｄＶ／ｄｒ・・Ｖは細孔容積、ｒは細孔径）か
ら明確に判断できるピークであり、波形分離等の数学的
操作を用いて導出しうるすべてのピークを意味するもの
ではない。なお水銀圧入法については、カンタ クロム
（ＱＵＡＮＴＡ ＣＨＲＯＭＥ社製オートスキャン（Ａ
ＵＴＯＳＣＡＮ）−６０ポロシメーター（ＰＯＲＯＳＩ
ＭＥＴＥＲ）による測定結果を標準とする。
【００１４】強度については三点曲げ強度で２０ＭＰａ
以上を示す。２０ＭＰａよりも低い強度では濾過フィル
ターや触媒担体として使用する時に、その水圧やガス圧
等に耐えることができない。この強度は細孔分布の幅に
よっても変化する。この幅は使用する原料粉末の種類や
量及び細孔形成剤の種類や量で変化し、本特許で示す構
造が得られても、幅が広い場合に強度が２０ＭＰａを下
回る場合がある。また上記２種類の窒化珪素セラミック
ス多孔体において、空孔がしめる体積分率（気孔率）は
１５％以上６０％以下である。１５％よりも低い気孔率
では処理物質を濾過するときに圧力損失が大きくなり、
充分な処理速度が得られない。また気孔率が６０％より
も高いと、必要とされる強度を得ることができない。ま
た濾過フィルターや触媒担体として使用する場合、３０
％以上５０％以下であることが好ましい。この範囲では
特に多孔体内部での空孔の分散状態がよく、濾過フィル
ターや触媒担体として高性能が期待できるからである。
さらに素材の７０体積％以上が窒化珪素で構成されてい
ることから、高温条件下での使用が可能である。また急
激な熱サイクルに晒される様な条件でも、耐熱衝撃性に
優れることから使用することが可能である。上記のよう
な構造を得るに当って使用する原料粉末の種類（α，β
及びアモルファス窒化珪素及びＢ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，
Ｗ，Ｈｆの炭化物もしくは窒化物）や粒径及びその組み
合わせ方、そして添加剤の量と、これらの組み合わせに
合った加熱条件によって、希望の構造を任意に作製する
ことができる。以上のような特性を持つことから、この
窒化珪素セラミックス多孔体は上記課題を充分に解決で
きる素材である。
以上を示す。２０ＭＰａよりも低い強度では濾過フィル
ターや触媒担体として使用する時に、その水圧やガス圧
等に耐えることができない。この強度は細孔分布の幅に
よっても変化する。この幅は使用する原料粉末の種類や
量及び細孔形成剤の種類や量で変化し、本特許で示す構
造が得られても、幅が広い場合に強度が２０ＭＰａを下
回る場合がある。また上記２種類の窒化珪素セラミック
ス多孔体において、空孔がしめる体積分率（気孔率）は
１５％以上６０％以下である。１５％よりも低い気孔率
では処理物質を濾過するときに圧力損失が大きくなり、
充分な処理速度が得られない。また気孔率が６０％より
も高いと、必要とされる強度を得ることができない。ま
た濾過フィルターや触媒担体として使用する場合、３０
％以上５０％以下であることが好ましい。この範囲では
特に多孔体内部での空孔の分散状態がよく、濾過フィル
ターや触媒担体として高性能が期待できるからである。
さらに素材の７０体積％以上が窒化珪素で構成されてい
ることから、高温条件下での使用が可能である。また急
激な熱サイクルに晒される様な条件でも、耐熱衝撃性に
優れることから使用することが可能である。上記のよう
な構造を得るに当って使用する原料粉末の種類（α，β
及びアモルファス窒化珪素及びＢ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，
Ｗ，Ｈｆの炭化物もしくは窒化物）や粒径及びその組み
合わせ方、そして添加剤の量と、これらの組み合わせに
合った加熱条件によって、希望の構造を任意に作製する
ことができる。以上のような特性を持つことから、この
窒化珪素セラミックス多孔体は上記課題を充分に解決で
きる素材である。
【００１５】
【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
する。 「濾過フィルター用窒化珪素多孔体に関する実施例」 実施例１ 平均粒径が４．０μｍ及び４０μｍのβ窒化珪素粉末
と、平均粒径が０．１μｍ及び１．０μｍのアモルファ
ス窒化珪素粉末を組み合わせて混合し、さらに細孔形成
促進剤として、Ｙ2Ｏ3を６体積％、Ａｌ2Ｏ3を２体積％
添加し、成形後に４気圧の窒素雰囲気中で、１８００℃
２時間の焼結を行った。その焼結体の特性を表１に示
す。また代表的な焼結体の断面の模式図を図１に示す。
図１において１０μｍ以上の大きさの空孔が分散し、連
続した細孔でつながっていることが分かる。またこの試
料の細孔径分布を水銀ポロシメーターを用いて測定した
結果を図２に示す。また比較例として平均粒径が０．０
８μｍ及び１００μｍのβ窒化珪素粉末と、平均粒径が
０．０６μｍ及び１０６μｍのアモルファス窒化珪素粉
末を用いて、同じ条件で作製した試料について表１に示
す。それぞれの試料について断面における直径が１０μ
ｍ以上５００μｍ以下の空孔の断面の個数を測定した結
果を示す。
する。 「濾過フィルター用窒化珪素多孔体に関する実施例」 実施例１ 平均粒径が４．０μｍ及び４０μｍのβ窒化珪素粉末
と、平均粒径が０．１μｍ及び１．０μｍのアモルファ
ス窒化珪素粉末を組み合わせて混合し、さらに細孔形成
促進剤として、Ｙ2Ｏ3を６体積％、Ａｌ2Ｏ3を２体積％
添加し、成形後に４気圧の窒素雰囲気中で、１８００℃
２時間の焼結を行った。その焼結体の特性を表１に示
す。また代表的な焼結体の断面の模式図を図１に示す。
図１において１０μｍ以上の大きさの空孔が分散し、連
続した細孔でつながっていることが分かる。またこの試
料の細孔径分布を水銀ポロシメーターを用いて測定した
結果を図２に示す。また比較例として平均粒径が０．０
８μｍ及び１００μｍのβ窒化珪素粉末と、平均粒径が
０．０６μｍ及び１０６μｍのアモルファス窒化珪素粉
末を用いて、同じ条件で作製した試料について表１に示
す。それぞれの試料について断面における直径が１０μ
ｍ以上５００μｍ以下の空孔の断面の個数を測定した結
果を示す。
【００１６】なお実施例２以降では構造欄に空孔の個数
が５０個未満のものは、（×）の印で示す。また５０個
以上の空孔を持っている場合は（○）で示す。ピークに
関しても個数のみで表わす。試料１及び２は粗粒粉末に
それよりも粒径の大きな粉末を混合した場合の比較例で
ある。この場合、細孔分布のピークは１つであるが、断
面における細孔径の数が５０個に満たない。また気孔率
や強度において必要とされる範囲を満足していない。ま
た試料２３では粗粒粉末の粒径が１．０μｍ以下であ
り、気孔率が６０％を超えてしまう。また細孔径が小さ
くなり、断面における１０μｍ以上５００μｍ以下の細
孔の数が５０個を下回っている。また、比較例３や７の
様に混合比率が範囲外の場合、ピークが２つになった
り、断面における細孔の数が５０個に満たない。
が５０個未満のものは、（×）の印で示す。また５０個
以上の空孔を持っている場合は（○）で示す。ピークに
関しても個数のみで表わす。試料１及び２は粗粒粉末に
それよりも粒径の大きな粉末を混合した場合の比較例で
ある。この場合、細孔分布のピークは１つであるが、断
面における細孔径の数が５０個に満たない。また気孔率
や強度において必要とされる範囲を満足していない。ま
た試料２３では粗粒粉末の粒径が１．０μｍ以下であ
り、気孔率が６０％を超えてしまう。また細孔径が小さ
くなり、断面における１０μｍ以上５００μｍ以下の細
孔の数が５０個を下回っている。また、比較例３や７の
様に混合比率が範囲外の場合、ピークが２つになった
り、断面における細孔の数が５０個に満たない。
【００１７】
【表１】
【００１８】実施例２ 平均粒径が４０μｍのβ窒化珪素粉末と平均粒径が１．
０μｍのアモルファス窒化珪素粉末を１５：８の割合で
混合し、さらに添加剤としてＹ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、Ｍｇ
Ｏ、ＴｉＯ2及びＳｉＯ2を１種以上添加しその添加量を
変化させた。この混合粉末を成形後、４気圧の窒素雰囲
気中で１８００℃、２時間の条件で焼結を行った。その
焼結体の特性を表２に示す。ここで添加量が１．０体積
％よりも少ない例では、焼結過程において物質移動が起
こらず、粉末同士がネッキングのみで焼結し、強度が２
０ＭＰａに達していない。また添加量が３０体積％より
も多い場合、物質移動とともに焼結現象が起こり、気孔
率が１５％よりも小さくなる。また多孔体内部に溶融ガ
ラス相が残留し、さらには多量の酸窒化物の生成によっ
て、強度が低下することも避けられない。
０μｍのアモルファス窒化珪素粉末を１５：８の割合で
混合し、さらに添加剤としてＹ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、Ｍｇ
Ｏ、ＴｉＯ2及びＳｉＯ2を１種以上添加しその添加量を
変化させた。この混合粉末を成形後、４気圧の窒素雰囲
気中で１８００℃、２時間の条件で焼結を行った。その
焼結体の特性を表２に示す。ここで添加量が１．０体積
％よりも少ない例では、焼結過程において物質移動が起
こらず、粉末同士がネッキングのみで焼結し、強度が２
０ＭＰａに達していない。また添加量が３０体積％より
も多い場合、物質移動とともに焼結現象が起こり、気孔
率が１５％よりも小さくなる。また多孔体内部に溶融ガ
ラス相が残留し、さらには多量の酸窒化物の生成によっ
て、強度が低下することも避けられない。
【００１９】
【表２】
【００２０】実施例３ 平均粒径が４０μｍのβ窒化珪素粉末を６０体積％と、
平均粒径が１．０μｍのアモルファス窒化珪素粉末を３
２体積％混合し、さらに添加剤としてＹ2Ｏ3を６体積％
とＡｌ2Ｏ3を２体積％添加して混合した。この粉末を焼
結するときの条件である、窒素圧、温度及び焼結温度を
変化させて作製した多孔体の特性を表３に示す。
平均粒径が１．０μｍのアモルファス窒化珪素粉末を３
２体積％混合し、さらに添加剤としてＹ2Ｏ3を６体積％
とＡｌ2Ｏ3を２体積％添加して混合した。この粉末を焼
結するときの条件である、窒素圧、温度及び焼結温度を
変化させて作製した多孔体の特性を表３に示す。
【００２１】
【表３】
【００２２】窒素圧が０．９気圧よりも低い場合、窒化
珪素の蒸発や、蒸発凝集過程が働き、気孔率が６０％よ
りも大きくなる。焼結温度が１４００℃よりも低い場
合、窒化珪素粉末はネッキングのみで接触するので、強
度が２０ＭＰａよりも低くなる。焼結温度が２０００℃
よりも高い場合、焼結現象が進行し、気孔率は１５％よ
りも小さくなる。
珪素の蒸発や、蒸発凝集過程が働き、気孔率が６０％よ
りも大きくなる。焼結温度が１４００℃よりも低い場
合、窒化珪素粉末はネッキングのみで接触するので、強
度が２０ＭＰａよりも低くなる。焼結温度が２０００℃
よりも高い場合、焼結現象が進行し、気孔率は１５％よ
りも小さくなる。
【００２３】実施例４ 平均粒径が４．０μｍ及び４０μｍのβ窒化珪素粉末
と、平均粒径が０．１μｍ及び１．０μｍのα窒化珪素
粉末を組み合わせて混合し、さらに添加剤として、Ｙ2
Ｏ3を６体積％とＡｌ2Ｏ3を２体積％を混合した。この
粉末を成形後に４気圧の窒素雰囲気中で、１７５０℃、
２時間の条件で焼結を行った。その焼結体の特性を表４
に示す。
と、平均粒径が０．１μｍ及び１．０μｍのα窒化珪素
粉末を組み合わせて混合し、さらに添加剤として、Ｙ2
Ｏ3を６体積％とＡｌ2Ｏ3を２体積％を混合した。この
粉末を成形後に４気圧の窒素雰囲気中で、１７５０℃、
２時間の条件で焼結を行った。その焼結体の特性を表４
に示す。
【００２４】
【表４】
【００２５】混合比率が範囲外の場合、ピークが２つ以
上になったり、断面の個数が５０個以下になる。また、
強度や気孔率についても、必要特性を満たすことができ
ない。
上になったり、断面の個数が５０個以下になる。また、
強度や気孔率についても、必要特性を満たすことができ
ない。
【００２６】実施例５ 平均粒径が４０μｍのβ窒化珪素粉末を６０体積％と、
平均粒径が１．０μｍのα窒化珪素粉末を３２体積％混
合し、さらに細孔形成剤としてＹ2Ｏ3を６体積％とＡｌ
2Ｏ3を２体積％を混合した。この粉末を成形後、焼結す
るときの条件である、窒素圧、温度及び焼結時間を変化
させて作製した多孔体の特性を表５に示す。
平均粒径が１．０μｍのα窒化珪素粉末を３２体積％混
合し、さらに細孔形成剤としてＹ2Ｏ3を６体積％とＡｌ
2Ｏ3を２体積％を混合した。この粉末を成形後、焼結す
るときの条件である、窒素圧、温度及び焼結時間を変化
させて作製した多孔体の特性を表５に示す。
【００２７】
【表５】
【００２８】窒素圧が０．９気圧よりも低い場合、窒化
珪素が蒸発し、気孔率が６０％よりも大きくなる。焼結
温度が１３００℃よりも低い場合、窒化珪素粉末はネッ
キングのみで接触するので、強度が２０ＭＰａよりも低
い。焼結温度が１９００℃よりも高い場合、焼結が進む
ので気孔率が１５％よりも小さくなる。 実施例６ 平均粒径が５．０μｍ及び３５μｍのα窒化珪素粉末
と、平均粒径が０．１μｍ及び１．０μｍのアモルファ
ス窒化珪素粉末を組み合わせて混合し、さらに添加剤と
して、Ｙ2Ｏ3を６体積％とＡｌ2Ｏ3を２体積％を混合し
た。この粉末を成形後に４気圧の窒素雰囲気中で、１６
００℃、２時間の条件で焼結を行った。その焼結体の特
性を表６に示す。
珪素が蒸発し、気孔率が６０％よりも大きくなる。焼結
温度が１３００℃よりも低い場合、窒化珪素粉末はネッ
キングのみで接触するので、強度が２０ＭＰａよりも低
い。焼結温度が１９００℃よりも高い場合、焼結が進む
ので気孔率が１５％よりも小さくなる。 実施例６ 平均粒径が５．０μｍ及び３５μｍのα窒化珪素粉末
と、平均粒径が０．１μｍ及び１．０μｍのアモルファ
ス窒化珪素粉末を組み合わせて混合し、さらに添加剤と
して、Ｙ2Ｏ3を６体積％とＡｌ2Ｏ3を２体積％を混合し
た。この粉末を成形後に４気圧の窒素雰囲気中で、１６
００℃、２時間の条件で焼結を行った。その焼結体の特
性を表６に示す。
【００２９】
【表６】
【００３０】混合比率が範囲外の場合、ピークが２つ以
上になったり、断面の個数が５０個以下になる。また、
強度や気孔率についても、必要特性を満たすことができ
ない。
上になったり、断面の個数が５０個以下になる。また、
強度や気孔率についても、必要特性を満たすことができ
ない。
【００３１】実施例７ 平均粒径が３５μｍのα窒化珪素粉末と、平均粒径が
１．０μｍのアモルファス窒化珪素粉末を組み合わせて
混合し、さらに添加剤としてＹ2Ｏ3を６体積％とＡｌ2
Ｏ3を２体積％を混合した。この粉末を成形後、窒素
圧、温度及び焼結時間を変化させて作製した多孔体の特
性を表７に示す。
１．０μｍのアモルファス窒化珪素粉末を組み合わせて
混合し、さらに添加剤としてＹ2Ｏ3を６体積％とＡｌ2
Ｏ3を２体積％を混合した。この粉末を成形後、窒素
圧、温度及び焼結時間を変化させて作製した多孔体の特
性を表７に示す。
【００３２】
【表７】
【００３３】窒素圧が０．９気圧よりも低い場合、窒化
珪素の蒸発や蒸発凝集過程が働き、気孔率が６０％を超
えている。焼結温度が１１００℃よりも低い場合、窒化
珪素粉末はネッキングのみで接触するので、強度が２０
ＭＰａよりも小さい。焼結温度が１７００℃よりも高い
場合、焼結が進むので気孔率が１５％より小さくなって
いる。また相変態によってβ柱状粒が生成すると、空孔
中で成長し、空孔を分断してしまい、気体濾過における
ダストトラップの効果が期待できなくなる。
珪素の蒸発や蒸発凝集過程が働き、気孔率が６０％を超
えている。焼結温度が１１００℃よりも低い場合、窒化
珪素粉末はネッキングのみで接触するので、強度が２０
ＭＰａよりも小さい。焼結温度が１７００℃よりも高い
場合、焼結が進むので気孔率が１５％より小さくなって
いる。また相変態によってβ柱状粒が生成すると、空孔
中で成長し、空孔を分断してしまい、気体濾過における
ダストトラップの効果が期待できなくなる。
【００３４】実施例８ 実施例１で作製した試料４について、以下の温度範囲に
おける三点曲げ強度を測定したところ以下のような結果
になった。 室温 ４１．０ＭＰａ １００℃ ４０．５ＭＰａ ４００℃ ３７．７ＭＰａ ８００℃ ２５．５ＭＰａ １１００℃ ２１．３ＭＰａ この結果から１１００℃以下の温度範囲において、２０
ＭＰａ以上の強度をもつことが判った。
おける三点曲げ強度を測定したところ以下のような結果
になった。 室温 ４１．０ＭＰａ １００℃ ４０．５ＭＰａ ４００℃ ３７．７ＭＰａ ８００℃ ２５．５ＭＰａ １１００℃ ２１．３ＭＰａ この結果から１１００℃以下の温度範囲において、２０
ＭＰａ以上の強度をもつことが判った。
【００３５】実施例９ 実施例１で作製した試料４について、１１００℃以下の
温度範囲で加熱した試料を、水中に投入してクエンチし
たところ、１１００℃で加熱した試料においても、試験
後にクラック等の発生や破壊等は起こらなかった。また
比較例としてアルミナ多孔体（気孔率３５％）を用いて
同様の実験を行ったところ、３００℃以上に加熱した試
料では多数のクラックが生じ、破壊される場合もあっ
た。
温度範囲で加熱した試料を、水中に投入してクエンチし
たところ、１１００℃で加熱した試料においても、試験
後にクラック等の発生や破壊等は起こらなかった。また
比較例としてアルミナ多孔体（気孔率３５％）を用いて
同様の実験を行ったところ、３００℃以上に加熱した試
料では多数のクラックが生じ、破壊される場合もあっ
た。
【００３６】「触媒担体用窒化珪素多孔体に関する実施
例」 実施例１０ 平均粒径が０．６ｍのアモルファス窒化珪素粉末２０体
積％、平均粒径が０．６μｍのβ型窒化珪素粉末を２０
体積％、平均粒径が４５μｍのβ型窒化珪素粉末を５３
体積％の割合で混合した窒化珪素粉末に、酸化イットリ
ウムを５体積％と酸化アルミニウムを２体積％を添加し
た。この混合粉末を成形し、各温度及び窒素圧力下で加
熱した試料の特性を表８に示す。
例」 実施例１０ 平均粒径が０．６ｍのアモルファス窒化珪素粉末２０体
積％、平均粒径が０．６μｍのβ型窒化珪素粉末を２０
体積％、平均粒径が４５μｍのβ型窒化珪素粉末を５３
体積％の割合で混合した窒化珪素粉末に、酸化イットリ
ウムを５体積％と酸化アルミニウムを２体積％を添加し
た。この混合粉末を成形し、各温度及び窒素圧力下で加
熱した試料の特性を表８に示す。
【００３７】
【表８】
【００３８】また平均粒径が０．６μｍのβ型窒化珪素
粉末を２０体積％添加する代わりに、平均粒径が０．６
μｍのＢＮ，Ｂ4Ｃ，ＴｉＣ及びＴｉＮを添加した場合
についてもその多孔体の特性を表８に示す。これらの粉
末を添加した場合でも、同様の構造を持った多孔体を得
ることができる。なお表８における試料３及び８のピー
ク径は以下のとおりである。 試料３ １２．９μｍ，０．０２μｍ 試料８ ２４．３μｍ，１．５μｍ，０．０１５μｍ 実施例１１ 平均粒径が０．６μｍのアモルファス窒化珪素粉末２０
体積％、平均粒径が０．６μｍのβ型窒化珪素粉末を２
０体積％、平均粒径が２１μｍのα型窒化珪素粉末を５
３体積％の割合で混合した窒化珪素粉末に、酸化イット
リウムを５体積％と酸化アルミニウムを２体積％を添加
した。この混合粉末を成形し、各温度及び窒素圧力下で
加熱した試料の特性を表９に示す。
粉末を２０体積％添加する代わりに、平均粒径が０．６
μｍのＢＮ，Ｂ4Ｃ，ＴｉＣ及びＴｉＮを添加した場合
についてもその多孔体の特性を表８に示す。これらの粉
末を添加した場合でも、同様の構造を持った多孔体を得
ることができる。なお表８における試料３及び８のピー
ク径は以下のとおりである。 試料３ １２．９μｍ，０．０２μｍ 試料８ ２４．３μｍ，１．５μｍ，０．０１５μｍ 実施例１１ 平均粒径が０．６μｍのアモルファス窒化珪素粉末２０
体積％、平均粒径が０．６μｍのβ型窒化珪素粉末を２
０体積％、平均粒径が２１μｍのα型窒化珪素粉末を５
３体積％の割合で混合した窒化珪素粉末に、酸化イット
リウムを５体積％と酸化アルミニウムを２体積％を添加
した。この混合粉末を成形し、各温度及び窒素圧力下で
加熱した試料の特性を表９に示す。
【００３９】
【表９】
【００４０】加圧が０．９気圧よりも低い場合、窒化珪
素の蒸発や蒸発凝集過程が働き、気孔率が６０％を超え
ている。また焼結温度が１１００℃よりも低い場合、窒
化珪素粉末はネッキングのみで接触するので、強度が２
０ＭＰａよりも小さい。焼結温度が１７００℃よりも高
い場合、焼結が進むので気孔率が１５％よりも小さくな
っている。また相変態によってβ柱状粒が生成すると、
空孔中で成長し、空孔を分断してしまい気孔率が低下
し、ピーク数も１つになる。
素の蒸発や蒸発凝集過程が働き、気孔率が６０％を超え
ている。また焼結温度が１１００℃よりも低い場合、窒
化珪素粉末はネッキングのみで接触するので、強度が２
０ＭＰａよりも小さい。焼結温度が１７００℃よりも高
い場合、焼結が進むので気孔率が１５％よりも小さくな
っている。また相変態によってβ柱状粒が生成すると、
空孔中で成長し、空孔を分断してしまい気孔率が低下
し、ピーク数も１つになる。
【００４１】実施例１２ β窒化珪素粉末（平均粒径４０μｍ，０．６μｍ）、α
窒化珪素粉末（平均粒径３５μｍ，０．６μｍ）及びア
モルファス窒化珪素粉末（平均粒径０．６μｍ）を組み
合わせ、さらに酸化イットリウム（５体積％）と酸化ア
ルミニウム（２体積％）を添加して混合し、それぞれの
温度で加熱した。その結果を表１０〜１３に示す。それ
ぞれの加熱条件は表に併記した。混合比率が範囲外の場
合、ピークが１つになったり、断面の個数が５０個以下
になる。また、強度や気孔率についても、必要特性を満
たすことができない場合がある。
窒化珪素粉末（平均粒径３５μｍ，０．６μｍ）及びア
モルファス窒化珪素粉末（平均粒径０．６μｍ）を組み
合わせ、さらに酸化イットリウム（５体積％）と酸化ア
ルミニウム（２体積％）を添加して混合し、それぞれの
温度で加熱した。その結果を表１０〜１３に示す。それ
ぞれの加熱条件は表に併記した。混合比率が範囲外の場
合、ピークが１つになったり、断面の個数が５０個以下
になる。また、強度や気孔率についても、必要特性を満
たすことができない場合がある。
【００４２】
【表１０】
【００４３】
【表１１】
【００４４】
【表１２】
【００４５】
【表１３】
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように本発明で示した窒化
珪素セラミックス多孔体は、原料粉末の種類や粒径を制
御することにより、その細孔分布や構造を変化させるこ
とができる。その結果、濾過用フィルターや触媒担体と
して使用できる形態を、任意に作製することができる。
さらに素材として窒化珪素を使用していることから、耐
熱衝撃性や耐熱性に優れ、従来のセラミックス多孔体よ
りも高温領域で使用することが可能であり、かつ高強度
を維持しうる。
珪素セラミックス多孔体は、原料粉末の種類や粒径を制
御することにより、その細孔分布や構造を変化させるこ
とができる。その結果、濾過用フィルターや触媒担体と
して使用できる形態を、任意に作製することができる。
さらに素材として窒化珪素を使用していることから、耐
熱衝撃性や耐熱性に優れ、従来のセラミックス多孔体よ
りも高温領域で使用することが可能であり、かつ高強度
を維持しうる。
【図１】濾過フィルター用の窒化珪素セラミックス多孔
体の断面の模式図である。
体の断面の模式図である。
【図２】濾過フィルター様の窒化珪素セラミックス多孔
体の細孔分布を、水銀圧入法で測定した結果を示すグラ
フである。
体の細孔分布を、水銀圧入法で測定した結果を示すグラ
フである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/02 ３０１ Ｂ
Claims (11)
- 【請求項１】 内部に直径１０μｍ以上５００μｍ以下
の球と同じ体積の空孔が形成され、これらの空孔がより
小さい細孔で連結した構造を持ち、かつ空孔及び細孔の
体積分率が１５％以上６０％以下であり、かつ構成する
素材の７０体積％以上が窒化珪素で構成されることを特
徴とするセラミックス多孔体。 - 【請求項２】 請求項１の範囲内において、三点曲げ強
度が、２０ＭＰａ以上の強度を持つことを特徴とするセ
ラミックス多孔体。 - 【請求項３】 任意の断面において、球に体積換算した
ときの直径が１０μｍ以上５００μｍ以下の空孔の断面
が、単位面積（１ｃｍ2）当り、５０個以上あることを
特徴とする請求項１または２記載のセラミックス多孔
体。 - 【請求項４】 請求項１，２及び３の範囲内において、
カンタクロム（ＱＵＡＮＴＡ ＣＨＲＯＭＥ）社製オー
トスキャン（ＡＵＴＯＳＣＡＮ）−６０ポロシメータ
（ＰＯＲＯＳＩＭＥＴＥＲ）による水銀圧入法で測定し
た細孔分布（ｄＶ／ｄｒ・・Ｖは細孔容積、ｒは細孔
径）のピークが１つより構成されることを特徴とするセ
ラミックス多孔体。 - 【請求項５】 請求項１，２及び３の範囲内において、
カンタクロム（ＱＵＡＮＴＡ ＣＨＲＯＭＥ）社製オー
トスキャン（ＡＵＴＯＳＣＡＮ）−６０ポロシメータ
（ＰＯＲＯＳＩＭＥＴＥＲ）による水銀圧入法で測定し
た細孔分布（ｄＶ／ｄｒ…Ｖは細孔容積、ｒは細孔径）
のピークが２つ以上より構成されることを特徴とするセ
ラミックス多孔体。 - 【請求項６】 β型窒化珪素粉末に、それよりも平均粒
径が小さいアモルファス窒化珪素粉末を、体積比率にし
て１／９９以上１／２以下の範囲で混合し、さらに添加
剤として１種類以上のIIａ族、IIIａ族、遷移金属、Ａ
ｌ及びＳｉの化合物を、酸化物換算で１体積％以上３０
体積％以下の範囲で添加し、成形後に窒素等の０．９気
圧以上の非酸化雰囲気で、１１００℃以上２０００℃以
下の温度範囲において焼結することを特徴とする請求項
１，２，３及び４の何れかに記載のセラミックス多孔体
の製造方法。 - 【請求項７】 β型窒化珪素粉末にそれよりも平均粒径
が小さいα型窒化珪素粉末を、体積比率にして１／９９
以上１／２以下の範囲で混合し、さらに添加剤として１
種類以上のIIａ族、IIIａ族、遷移金属、Ａｌ及びＳｉ
の化合物を酸化物換算で、１体積％以上３０体積％以下
の範囲で添加し、成形後に窒素等の０．９気圧以上の非
酸化雰囲気で、１３００℃以上１９００℃以下の温度範
囲において焼結することを特徴とする請求項１，２，３
及び４の何れかに記載のセラミックス多孔体の製造方
法。 - 【請求項８】 α型窒化珪素粉末にそれよりも平均粒径
が小さいアモルファス窒化珪素粉末を、体積比率にして
１／９９以上１／２以下の範囲で混合し、さらに添加剤
として１種類以上のIIａ族、IIIａ族、遷移金属、Ａｌ
及びＳｉの化合物を酸化物換算で、１体積％以上３０体
積％以下の範囲で添加し、成形後に窒素等の０．９気圧
以上の非酸化雰囲気で、１１００℃以上１７００℃以下
の温度範囲において焼結することを特徴とする請求項
１，２，３及び４の何れかに記載のセラミックス多孔体
の製造方法。 - 【請求項９】 平均粒径が０．０１μｍ以上１μｍ以下
の範囲にあるβ型窒化珪素粉末と、同じ範囲の平均粒径
を持つアモルファス窒化珪素粉末もしくはα型窒化珪素
粉末が、１０体積％以上９０体積％以下の範囲で混合し
ている粉末を平均粒径が１μｍ以上１００μｍ以下のβ
窒化珪素粉末に体積比率にして１／９９以上１／２以下
の範囲で混合し、さらに添加剤として１種類以上のIIａ
族、IIIａ族、遷移金属、Ａｌ及びＳｉの化合物を酸化
物換算で１体積％以上３０体積％以下の範囲で添加する
工程を行い、さらに成形した後に窒素等の０．９気圧以
上１０気圧以下の非酸化雰囲気で、１１００℃以上２０
００℃以下の温度範囲において焼結することを特徴とす
る請求項１，２，３及び５の範囲内のセラミックス多孔
体の製造方法。 - 【請求項１０】 平均粒径が０．０１μｍ以上１μｍ以
下の範囲にあるβ型窒化珪素粉末、α型窒化珪素粉末及
びアモルファス窒化珪素粉末の中の２種類の粉末が１０
体積％以上９０体積％以下の範囲で混合している粉末を
平均粒径が１μｍ以上１００μｍ以下のα窒化珪素粉末
に、体積比率にして１／９９以上１／２以下の範囲で混
合し、さらに添加剤として１種類以上のIIａ族、IIIａ
族、遷移金属、Ａｌ及びＳｉの化合物を酸化物換算で１
体積％以上３０体積％以下の範囲で添加する工程を行
い、さらに成形した後に窒素等の０．９気圧以上１０気
圧以下の非酸化雰囲気で、１１００℃以上１７００℃以
下の温度範囲において焼結することを特徴とする請求項
１，２，３及び５の範囲内のセラミックス多孔体の製造
方法。 - 【請求項１１】 平均粒径が０．０１μｍ以上１μｍ以
下の範囲にあるβ型窒化珪素の代わりに、同じ粒径の範
囲のＢ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｗ，Ｈｆの炭化物もしくは
窒化物の粉末を使用し、それと添加剤との合計量が３０
体積％よりも小さくなるようにして作製することを特徴
とする請求項９または１０記載のセラミックス多孔体の
製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6273796A JPH08133857A (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | セラミックス多孔体及びその製造方法 |
| US08/531,668 US5696042A (en) | 1994-11-08 | 1995-09-21 | Ceramic porous body and method for preparing the same |
| EP95117611A EP0712820B1 (en) | 1994-11-08 | 1995-11-08 | Ceramic porous body and method for preparing the same |
| DE69507929T DE69507929T2 (de) | 1994-11-08 | 1995-11-08 | Poröser Keramikkörper und Verfahren zu seiner Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6273796A JPH08133857A (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | セラミックス多孔体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08133857A true JPH08133857A (ja) | 1996-05-28 |
Family
ID=17532708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6273796A Pending JPH08133857A (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | セラミックス多孔体及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5696042A (ja) |
| EP (1) | EP0712820B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08133857A (ja) |
| DE (1) | DE69507929T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002121073A (ja) * | 2000-10-13 | 2002-04-23 | Asahi Glass Co Ltd | 窒化ケイ素フィルタの製造法 |
| JP2002121074A (ja) * | 2000-10-13 | 2002-04-23 | Asahi Glass Co Ltd | 窒化ケイ素フィルタの製造法 |
| JP2002284585A (ja) * | 2001-03-26 | 2002-10-03 | Ngk Insulators Ltd | 窒化珪素多孔体及びその製造方法 |
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| JP2753577B2 (ja) * | 1996-04-30 | 1998-05-20 | 工業技術院長 | 配向した柱状粒子からなる窒化ケイ素多孔体とその製造方法 |
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| DE10025198A1 (de) * | 2000-05-20 | 2001-11-29 | Drache Umwelttechnik Gmbh & Co | Verfahren zur Herstellung von porösen Formkörper aus polykristallinem Siliciumnitrid |
| ES2266067T3 (es) | 2000-10-13 | 2007-03-01 | Asahi Glass Company Ltd. | Un metodo para producir un filtro de nitruro de silicio. |
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| JP4473463B2 (ja) * | 2001-03-26 | 2010-06-02 | 日本碍子株式会社 | 窒化珪素多孔体及びその製造方法 |
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| DE102006059402B4 (de) * | 2006-12-11 | 2011-11-17 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Werkstoff auf Siliciumnitrid-Basis, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung |
| FR2916366B1 (fr) * | 2007-05-23 | 2009-11-27 | Saint Gobain Ct Recherches | Filtre a particules texture pour applications catalytiques |
| CN110423122B (zh) * | 2019-08-06 | 2021-08-06 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种低损耗、高导热氮化硅陶瓷的制备方法 |
| EP4101812A4 (en) * | 2020-03-31 | 2023-08-16 | Denka Company Limited | Boron nitride sintered body, method for manufacturing same, laminate, and method for manufacturing same |
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|---|---|---|---|---|
| JPS5219207B2 (ja) | 1973-06-23 | 1977-05-26 | ||
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