碳化矽質多孔體、蜂窩結構體及電加熱式催化劑載體的製作方法
2023-08-10 15:47:01
碳化矽質多孔體、蜂窩結構體及電加熱式催化劑載體的製作方法
【專利摘要】本發明提供耐熱衝擊性高的碳化矽質多孔體。本發明的碳化矽質多孔體含有碳化矽粒子、金屬矽和氧化物相，碳化矽粒子彼此之間介由金屬矽和氧化物相中的至少一種來結合。此外，氧化物相具有母相和分散相，所述分散相分散在母相中，且所述分散相的熱膨脹率高於母相的熱膨脹率。這裡，氧化物相中的分散相的含有率的下限值優選為1質量％，氧化物相中的分散相的含有率的上限值優選為40質量％。此外，母相優選為堇青石，分散相優選為莫來石。
【專利說明】碳化矽質多孔體、蜂窩結構體及電加熱式催化劑載體
【技術領域】
[0001]本發明涉及碳化矽質多孔體、蜂窩結構體及電加熱式催化劑載體。
【背景技術】
[0002]由金屬矽及氧化物相與碳化矽粒子結合而成的碳化矽質多孔體，因耐熱衝擊性優秀而被用作催化劑載體、DPF用材料(例如，參照專利文獻1、2)。
[0003]現有技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本專利第4307781號公報
[0006]專利文獻2:日本專利第4398260號公報
【發明內容】
[0007]發明要解決的課題
[0008]近年來，隨著尺寸的大型化、孔格結構的複雜化或者使用環境變得更嚴酷，與以往的碳化矽質多孔體相比，要求更加提高耐熱衝擊性。這裡，作為耐熱衝擊性的指標的抗熱震係數R』，在將斷裂強度設為σ、泊松比設為V、熱傳導率設為Κ、楊氏模量設為Ε、熱膨脹係數設為α時,表示為:
[0009]R，= σ.(1-ν).K /E.α
[0010]因此，為了提高耐熱衝擊性，要求提高強度、降低泊松比、提高熱傳導率、降低楊氏模量、降低熱膨脹係數，需要提高這些中的任一項。
[0011]本發明是為了解決這樣的課題而做出的，其主要目的是提供耐熱衝擊性高的碳化娃質多孔體。
[0012]解決課題的方法
[0013]本發明人等對於含有碳化矽粒子、金屬矽、含有堇青石的氧化物相的碳化矽質多孔體進行了多種研究。在這樣的多種研究中發現，作為氧化物相，含有堇青石和莫來石且莫來石在堇青石中分散的結構的耐熱衝擊性優秀。進而發現，氧化物相併不限於在堇青石中分散有莫來石的結構，只要在母相中分散有與母相相比熱膨脹率高的分散相即可，從而完成了本發明。
[0014]即，本發明的第I發明是碳化矽質多孔體，其含有碳化矽粒子、金屬矽和氧化物相，前述碳化矽粒子彼此之間介由前述金屬矽和前述氧化物相中的至少一種來結合。進而，該碳化矽質多孔體的前述氧化物相具有母相和分散相，所述分散相分散在所述母相中，且所述分散相的熱膨脹率高於所述母相的熱膨脹率。
[0015]本發明的第2發明及第3發明分別是由本發明的第I發明的碳化矽質多孔體構成的蜂窩結構體和電加熱式催化劑載體。
[0016]發明效果
[0017]該碳化矽質多孔體與以往的碳化矽質多孔體相比，耐熱衝擊性優秀。這裡，耐熱衝擊性通過例如在規定的高溫維持後取出到室溫時是否有裂紋來判斷。本發明的第2發明的蜂窩結構體、本發明的第3發明的電加熱式催化劑載體，都使用了本發明的第I發明的碳化矽質多孔體，因此，耐熱衝擊性優秀。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是實施例1的碳化矽質多孔體的細微結構的照片。
[0019]圖2是比較例4的碳化矽質多孔體的細微結構的照片。
【具體實施方式】
[0020]本發明的第I發明的碳化矽質多孔體含有碳化矽粒子、金屬矽和氧化物相，碳化矽粒子彼此之間介由金屬矽和氧化物相中的至少一種來結合。此外，本發明的第I發明的碳化娃質多孔體，作為燒結助劑還可以含有硼、碳、金屬氧化物，也可以含有B4C、稀土金屬的氧化物。作為碳化矽質多孔體的形狀，例如可以列舉板狀、管狀、蓮藕狀、蜂窩狀等。在蜂窩狀的情形下，例如隔壁厚度的最小值優選為30 μ m,更優選為50 μ m。此外，隔壁厚度的最大值優選為1000 μ m，更優選為500 μ m，特別優選為200 μ m。此外，孔格密度的最小值優選為10孔格/cm2，更優選為20孔格/cm2，特別優選為50孔格/cm2。此外，孔格密度的最大值優選為200孔格/cm2，更優選為150孔格/cm2。
[0021]本發明的第I發明的碳化矽質多孔體的氧化物相具有母相和在母相中分散存在的分散相。此外，分散相與母相相比熱膨脹率高。這裡，對於母相與分散相之間的熱膨脹率(線熱膨脹係數)的差沒有特別限定，例如優選為1X10_6/K以上1X10_5/K以下。需說明的是，氧化物相可以是結晶質，也可以是非晶質，還可以二者都含有。
[0022]母相優選為含有鹼土金屬、招和娃的氧化物。作為鹼土金屬，優選為Mg、Ca、Sr,更優選為Mg。具體而言，可以列舉堇青石(Mg2Al4Si5O18)、假藍寶石(Mg4AlltlSi2O23K鈣長石(CaAl2Si2O8)、鋁矽酸鍶(SrAl2Si2O8)等。其中，優選堇青石。這是因為堇青石的熱膨脹率小，能夠進一步提聞耐熱衝擊性。
[0023]分散相優選為含有鹼土金屬、鋁和矽中的I種以上的氧化物。作為鹼土金屬、鋁和矽全部含有的氧化物，可以列舉假藍寶石、鈣長石、鋁矽酸鍶等。作為含有鹼土金屬、鋁和矽中的2種的氧化物，可以列舉莫來石(Al6Si2O13)、尖晶石(MgAl2O4)、鎂橄欖石(Mg2S14)、原頑輝石(Protoenstatite)(MgS13)等。此外，作為含有鹼土金屬、招和娃中的I種的氧化物，可以列舉方石英(S12)、二氧化矽(S12)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)等。這些中，分散相優選為莫來石。這是因為其能夠提高耐熱衝擊性。特別是，母相為堇青石時，能夠進一步提高耐熱衝擊性。
[0024]作為參考，在表1中顯示了作為母相、分散相所例示的氧化物在室溫~800°C附近的線熱膨脹係數的概略值。
[0025]表1
[0026]
【權利要求】
1.一種碳化矽質多孔體，其含有碳化矽粒子、金屬矽和氧化物相，所述碳化矽粒子彼此之間介由所述金屬矽和所述氧化物相中的至少一種來結合， 所述氧化物相具有母相和分散相，所述分散相分散在所述母相中，且所述分散相的熱膨脹率高於所述母相的熱膨脹率。
2.如權利要求1所述的碳化矽質多孔體，所述氧化物相中的所述分散相的含有率的下限值為I質量％，上限值為40質量％。
3.如權利要求1或2所述的碳化矽質多孔體，所述分散相的平均粒徑的下限值為0.1 μ m，上限值為5 μ m。
4.如權利要求1~3任一項所述的碳化矽質多孔體，所述分散相為板狀、針狀、纖維狀。
5.如權利要求1~4任一項所述的碳化矽質多孔體，碳化矽粒子的含有率的下限值為50質量％，上限值為80質量％，金屬矽的含有率的下限值為15質量％，上限值為45質量％，氧化物的含有率的下限值為I質量％，上限值為25質量％。
6.如權利要求1~5任一項所述的碳化矽質多孔體，所述母相為含有鹼土金屬、鋁和矽的氧化物，所述分散相為含有鹼土金屬、鋁和矽中的I種以上的氧化物。
7.如權利要求1~6任一項所述的碳化矽質多孔體，所述母相為堇青石。
8.如權利要求1~7任一項所述的碳化矽質多孔體，所述分散相為莫來石。
9.一種蜂窩結構體,其由權利要求1~8任一項所述的碳化娃質多孔體構成。
10.一種電加熱式催化劑載體，其使用權利要求1~8任一項所述的碳化矽質多孔體而構成。
【文檔編號】B01J27/224GK104185615SQ201380014127
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年3月28日 優先權日:2012年3月28日
【發明者】富田崇弘, 松島潔, 井上勝弘, 小林義政 申請人:日本礙子株式會社