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JP7579646B2 - SiC powder and its manufacturing method, electrically heated honeycomb structure and its manufacturing method - Google Patents
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JP7579646B2 - SiC powder and its manufacturing method, electrically heated honeycomb structure and its manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明はSiC粉末及びその製造方法に関する。また、本発明は電圧を印加することによりヒーターとしても機能することができるハニカム構造体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to SiC powder and a manufacturing method thereof. The present invention also relates to a honeycomb structure that can also function as a heater by applying a voltage and a manufacturing method thereof.

従来、セラミックス製のハニカム構造体は、排ガス浄化用の電気加熱式触媒(EHC)及びセラミックヒータの基材等として用いられている。このような用途においては、ハニカム構造体が有する一対の電極部に対して金属端子を接続し、電圧を印加することで、ハニカム構造体を加熱する操作を伴う。例えば、EHCは、自動車等の排気経路中に設けられ、エンジンから排出される排ガスを浄化する排気浄化装置である。このEHCには、触媒が担持されており、EHCを加熱することにより、活性化に必要な温度まで触媒が加熱される。 Conventionally, ceramic honeycomb structures have been used as base materials for electrically heated catalysts (EHCs) and ceramic heaters for purifying exhaust gas. In such applications, the honeycomb structure is heated by connecting metal terminals to a pair of electrodes on the honeycomb structure and applying a voltage. For example, an EHC is an exhaust purification device that is installed in the exhaust path of an automobile or the like and purifies the exhaust gas emitted from the engine. This EHC supports a catalyst, and by heating the EHC, the catalyst is heated to a temperature required for activation.

従来、EHCに流れる電流の均一性を高めるために、電極部の電気抵抗率に着目した技術が知られている。特開2014-198320号公報(特許文献1)においては、電極部が、骨材としての炭化珪素からなる粒子が結合材により結合された多孔体からなり、前記電極部を構成する前記骨材としての炭化珪素が、積層欠陥が2%以下のβ-SiCを含み、且つ、前記電極部を構成する前記結合材が、珪素、及び金属珪化物を含むことを提案している。特許文献1には、当該構成によって、電極部の電気抵抗率を、従来のハニカム構造体の電極部に比して、低くすることができることが記載されている。そして、これにより、一対の電極部のうちの一方の電極部に供給された電流が、当該電極部全域に良好に伝達し、電極部からハニカム構造体全体に均一に電流が流れることになると記載されている。 Conventionally, a technology that focuses on the electrical resistivity of the electrode part in order to improve the uniformity of the current flowing through the EHC is known. JP 2014-198320 A (Patent Document 1) proposes that the electrode part is made of a porous body in which particles made of silicon carbide as an aggregate are bound by a binder, and that the silicon carbide as the aggregate constituting the electrode part contains β-SiC with stacking faults of 2% or less, and that the binder constituting the electrode part contains silicon and metal silicide. Patent Document 1 describes that this configuration makes it possible to lower the electrical resistivity of the electrode part compared to the electrode part of a conventional honeycomb structure. It also describes that this allows the current supplied to one of the pair of electrode parts to be transmitted well throughout the entire electrode part, and that the current flows uniformly from the electrode part to the entire honeycomb structure.

また、特許文献1の段落0047には、「骨材としての炭化珪素からなる粒子の平均粒子径が、10~70μmであることが好ましく、10~50μmであることが更に好ましく、15~40μmであることが特に好ましい。電極部に含まれる炭化珪素からなる粒子の平均粒子径が、10μm未満であると、電極部の電気抵抗率が高くなる傾向にある。また、電極部に含まれる炭化珪素からなる粒子の平均粒子径が、70μm超であると、電極部の強度が低下する傾向にある。」と記載されている。 Furthermore, paragraph 0047 of Patent Document 1 states, "The average particle diameter of the particles made of silicon carbide used as aggregate is preferably 10 to 70 μm, more preferably 10 to 50 μm, and particularly preferably 15 to 40 μm. If the average particle diameter of the particles made of silicon carbide contained in the electrode portion is less than 10 μm, the electrical resistivity of the electrode portion tends to be high. Furthermore, if the average particle diameter of the particles made of silicon carbide contained in the electrode portion is more than 70 μm, the strength of the electrode portion tends to be reduced."

特開2014-198320号公報JP 2014-198320 A

特許文献1には、ハニカム構造体全体へ均一に電流が流れるようにするために、電極部の電気抵抗率を低くするという技術思想が開示されている。そして、電極部の電気抵抗率を低くするために、電極部を構成する骨材として積層欠陥が2%以下のβ-SiCを使用することや、骨材粒子の平均粒子径を10~70μmに制御することが具体的に提案されている。 Patent Document 1 discloses the technical idea of lowering the electrical resistivity of the electrode parts in order to allow current to flow uniformly throughout the honeycomb structure. It also specifically proposes using β-SiC with stacking faults of 2% or less as the aggregate that constitutes the electrode parts, and controlling the average particle size of the aggregate particles to 10 to 70 μm, in order to lower the electrical resistivity of the electrode parts.

しかしながら、特許文献1には、電気抵抗率の経時変化に関する考察が不足しており、当初は低い電気抵抗率が得られたとしても、長期的に使用し続けると電気抵抗率が上昇する懸念があった。本発明者の検討結果によると、特許文献1において記載されるβ-SiCは、長期的な使用によって電気抵抗率が上昇しやすく、ハニカム構造体の加熱性能を低下させるおそれがあることが分かった。このため、長期的に使用しても電気抵抗率の上昇しにくい電気加熱式ハニカム構造体が提供されることが望ましい。 However, Patent Document 1 does not sufficiently consider the change in electrical resistivity over time, and there is a concern that even if a low electrical resistivity is obtained initially, the electrical resistivity may increase with continued long-term use. According to the results of the inventor's investigations, it has been found that the electrical resistivity of the β-SiC described in Patent Document 1 is prone to increase with long-term use, which may reduce the heating performance of the honeycomb structure. For this reason, it is desirable to provide an electrically heated honeycomb structure whose electrical resistivity is unlikely to increase even with long-term use.

上記事情に鑑みて、本発明は一実施形態において、電気抵抗率が経時的に上昇しにくいSiC粉末及びその製造方法を提供することを課題とする。本発明は別の一実施形態において、そのようなSiC粉末を用いて製造される電気加熱式ハニカム構造体及びその製造方法を提供することを課題とする。 In view of the above circumstances, in one embodiment, the present invention aims to provide a SiC powder whose electrical resistivity is less likely to increase over time, and a method for manufacturing the same. In another embodiment, the present invention aims to provide an electrically heated honeycomb structure manufactured using such SiC powder, and a method for manufacturing the same.

[1]
β-SiCを70質量%以上含有し、
レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布におけるD50が8~35μmであり、D10が5μm以上であるSiC粉末。
[2]
レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布における粒度5μm以下の粒子の積算体積が7%以下である[1]に記載のSiC粉末。
[3]
レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布におけるD50が15~35μmであり、D10が7~20μmである[1]又は[2]に記載のSiC粉末。
[4]
レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布におけるD90が100μm以下である[1]~[3]の何れか一項に記載のSiC粉末。
[5]
前記粉末中に含まれるβ-SiCの積層欠陥が5%以下である[1]~[4]の何れか一項に記載のSiC粉末。
[6]
前記粉末中に含まれるβ-SiCの積層欠陥が2%超である[1]~[5]の何れか一項に記載のSiC粉末。
[7]
金属珪素及びシリサイドの一方又は両方を更に含有する[1]~[6]の何れか一項に記載のSiC粉末。
[8]
Ni、Al、B、N、Ga、Ge、Ti、Cu、Co、P、Cr及びZrよりなる群から選択される1種又は2種以上の第三元素を含有する[1]~[7]の何れか一項に記載のSiC粉末。
[9]
前記粉末中の前記第三元素の合計濃度が6質量%以下である[8]に記載のSiC粉末。
[10]
SiC化原料粉末及び第三元素含有粉末を含む混合物を成形して成形体を作製する工程と、
前記成形体を不活性雰囲気下、1800℃以下の温度で焼成してβ-SiCを含有する焼成体を得る工程と、
前記焼成体を粉砕して粉砕された焼成体を得る工程と、
前記粉砕された焼成体を分級して、レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布におけるD50が8~35μmであり、D10が5μm以上である粉末を得る工程と、
を含むSiC粉末の製造方法。
[11]
前記粉末は、レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布における粒度5μm以下の粒子の積算体積が7%以下である[10]に記載のSiC粉末の製造方法。
[12]
前記粉末は、レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布におけるD50が15~35μmであり、D10が7~20μmである[10]又は[11]に記載のSiC粉末の製造方法。
[13]
前記粉末は、レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布におけるD90が100μm以下である[10]~[12]の何れか一項に記載のSiC粉末の製造方法。
[14]
前記第三元素含有粉末は、Ni、Al、B、N、Ga、Ge、Ti、Cu、Co、P、Cr及びZrよりなる群から選択される1種又は2種以上の第三元素を含有する[10]~[13]の何れか一項に記載のSiC粉末の製造方法。
[15]
前記焼成体の気孔率が35~80%である[10]~[14]の何れか一項に記載のSiC粉末の製造方法。
[16]
前記焼成体の平均気孔径が5~300μmである[10]~[15]の何れか一項に記載のSiC粉末の製造方法。
[17]
坏土を成形及び乾燥することにより、外周側壁と、当該外周側壁よりも内周側に配設され、第一底面から第二底面まで延び、流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有する柱状のハニカム成形体を得る工程と、
前記ハニカム成形体又は前記ハニカム成形体を焼成して得られたハニカム焼成体の側面の第一の領域及び第二の領域に、電極部形成ペーストをそれぞれ塗工し、塗工した前記電極部形成ペーストを乾燥及び焼成して、一対の電極部を形成する電極部形成工程を備え、
前記坏土及び前記電極部形成ペーストの一方又は両方が、[1]~[9]の何れか一項に記載のSiC粉末を含む、
電気加熱式ハニカム構造体の製造方法。
[18]
[17]に記載の製造方法によって得られた電気加熱式ハニカム構造体。
[19]
[1]~[9]の何れか一項に記載のSiC粉末を含む、電気加熱式ハニカム構造体。
[1]
Contains 70% by mass or more of β-SiC,
A SiC powder having a volume-based cumulative particle size distribution D50 of 8 to 35 μm and a D10 of 5 μm or more as measured by a laser diffraction method.
[2]
The SiC powder according to [1], wherein the cumulative volume of particles having a particle size of 5 μm or less in a volume-based cumulative particle size distribution measured by a laser diffraction method is 7% or less.
[3]
The SiC powder according to [1] or [2], wherein D50 is 15 to 35 μm and D10 is 7 to 20 μm in a volume-based cumulative particle size distribution measured by a laser diffraction method.
[4]
The SiC powder according to any one of [1] to [3], wherein D90 in a volume-based cumulative particle size distribution measured by a laser diffraction method is 100 μm or less.
[5]
The SiC powder according to any one of [1] to [4], wherein the stacking faults of β-SiC contained in the powder are 5% or less.
[6]
The SiC powder according to any one of [1] to [5], wherein the stacking faults of β-SiC contained in the powder exceed 2%.
[7]
The SiC powder according to any one of [1] to [6], further containing one or both of metallic silicon and silicide.
[8]
The SiC powder according to any one of [1] to [7], containing one or more third elements selected from the group consisting of Ni, Al, B, N, Ga, Ge, Ti, Cu, Co, P, Cr and Zr.
[9]
The SiC powder according to [8], wherein the total concentration of the third element in the powder is 6 mass% or less.
[10]
A step of forming a compact by molding a mixture containing a SiC raw material powder and a powder containing a third element;
sintering the compact at a temperature of 1800° C. or less in an inert atmosphere to obtain a sintered body containing β-SiC;
pulverizing the sintered body to obtain a pulverized sintered body;
A step of classifying the pulverized sintered body to obtain a powder having a D50 of 8 to 35 μm and a D10 of 5 μm or more in a cumulative particle size distribution on a volume basis measured by a laser diffraction method;
A method for producing a SiC powder comprising the steps of:
[11]
The method for producing a SiC powder according to [10], wherein the powder has a cumulative volume of particles with a particle size of 5 μm or less in a volume-based cumulative particle size distribution measured by a laser diffraction method of 7% or less.
[12]
The method for producing a SiC powder according to [10] or [11], wherein the powder has a D50 of 15 to 35 μm and a D10 of 7 to 20 μm in a volume-based cumulative particle size distribution measured by a laser diffraction method.
[13]
The method for producing a SiC powder according to any one of [10] to [12], wherein the powder has a D90 of 100 μm or less in a volume-based cumulative particle size distribution measured by a laser diffraction method.
[14]
The third element-containing powder contains one or more third elements selected from the group consisting of Ni, Al, B, N, Ga, Ge, Ti, Cu, Co, P, Cr and Zr. [10] - [13] The method for producing a SiC powder according to any one of claims 1 to 13.
[15]
The method for producing a SiC powder according to any one of [10] to [14], wherein the porosity of the sintered body is 35 to 80%.
[16]
The method for producing a SiC powder according to any one of [10] to [15], wherein the average pore diameter of the sintered body is 5 to 300 μm.
[17]
a step of forming and drying the clay to obtain a columnar honeycomb formed body having an outer peripheral side wall and partition walls disposed on the inner peripheral side of the outer peripheral side wall, extending from the first bottom surface to the second bottom surface, and defining a plurality of cells that serve as fluid flow paths;
an electrode portion forming step of applying an electrode portion forming paste to a first region and a second region of a side surface of the honeycomb molded body or a honeycomb fired body obtained by firing the honeycomb molded body, and drying and firing the applied electrode portion forming paste to form a pair of electrode portions;
One or both of the clay and the electrode part forming paste contain the SiC powder according to any one of [1] to [9];
A method for manufacturing an electrically heated honeycomb structure.
[18]
An electrically heated honeycomb structure obtained by the manufacturing method according to [17].
[19]
An electrically heated honeycomb structure comprising the SiC powder according to any one of [1] to [9].

本発明の一実施形態によれば、電気抵抗率が経時的に上昇しにくいSiC粉末及びその製造方法が提供される。このSiC粉末を電気加熱式ハニカム構造体の原料として使用することにより、長期間使用しても電気抵抗が上昇しにくい、耐久性に優れた電気加熱式ハニカム構造体を得ることが可能となる。 According to one embodiment of the present invention, a SiC powder whose electrical resistivity does not increase over time and a method for producing the same are provided. By using this SiC powder as a raw material for an electrically heated honeycomb structure, it is possible to obtain an electrically heated honeycomb structure that is highly durable and whose electrical resistance does not increase even after long-term use.

本発明に係るハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。1 is a perspective view showing a honeycomb structure according to an embodiment of the present invention; 通電抵抗を測定する方法を説明する模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a method for measuring electrical resistance.

次に本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。 Next, the embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be understood that the present invention is not limited to the following embodiments, and that appropriate design changes, improvements, etc. may be made based on the ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention.

(1.SiC粉末)
本発明に係るSiC粉末は一実施形態において、
β-SiCを70質量%以上含有し、
レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布におけるD50が8~35μmであり、D10が5μm以上である。
(1. SiC Powder)
In one embodiment, the SiC powder according to the present invention is
Contains 70% by mass or more of β-SiC,
In the cumulative particle size distribution on a volume basis measured by a laser diffraction method, D50 is 8 to 35 μm, and D10 is 5 μm or more.

(1-1 SiC粉末の粒度分布)
本発明に係るSiC粉末は一実施形態において、レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布におけるD50が8~35μmであり、D10が5μm以上である。好ましくは、D50が15~35μmであり、D10が7~20μmである。より好ましくは、D50が20~30μmであり、D10が12~20μmである。D50とは、上記で測定された累積粒度分布における累積体積50%の粒度のことである。D10とは、上記で測定された累積粒度分布における累積体積10%の粒度のことである。SiC粉末のD50が8μm以上であり、且つ、D10が5μm以上であることで、SiCの酸化が抑制され、SiC粉末自体の電気抵抗率が経時的に上昇しにくくなり、これを原料粉として製造した焼成体の電気抵抗率の経時的な上昇が抑制されるという利点が得られる。また、D10が20μm以下であったり、D50が35μm以下であったりすることで、成形性を確保することができる。
(1-1 Particle size distribution of SiC powder)
In one embodiment of the SiC powder according to the present invention, D50 is 8 to 35 μm and D10 is 5 μm or more in the cumulative particle size distribution based on volume measured by a laser diffraction method. Preferably, D50 is 15 to 35 μm and D10 is 7 to 20 μm. More preferably, D50 is 20 to 30 μm and D10 is 12 to 20 μm. D50 refers to the particle size at 50% cumulative volume in the cumulative particle size distribution measured above. D10 refers to the particle size at 10% cumulative volume in the cumulative particle size distribution measured above. By having D50 of SiC powder of 8 μm or more and D10 of 5 μm or more, oxidation of SiC is suppressed, the electrical resistivity of the SiC powder itself is less likely to increase over time, and the increase over time of the electrical resistivity of a sintered body produced using this as a raw material powder is suppressed. Furthermore, by making D10 20 μm or less and D50 35 μm or less, moldability can be ensured.

本発明に係るSiC粉末は一実施形態において、レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布における粒度5μm以下の粒子の積算体積が7%以下である。D50及びD10に加えて、粒度5μm以下の粒子の積算体積が少ないことで、SiCの酸化が更に抑制され、SiC粉末自体の電気抵抗率が経時的に上昇しにくくなる効果が一層向上し、これを原料粉として製造した焼成体の電気抵抗率の経時的な上昇が更に抑制されるという利点が得られる。粒度5μm以下の粒子の積算体積は好ましくは5%以下であり、より好ましくは2%以下であり、更により好ましくは1%以下である。 In one embodiment of the SiC powder according to the present invention, the cumulative volume of particles with a particle size of 5 μm or less in the cumulative particle size distribution on a volume basis measured by a laser diffraction method is 7% or less. In addition to D50 and D10, the small cumulative volume of particles with a particle size of 5 μm or less further suppresses oxidation of SiC, further improving the effect of making it difficult for the electrical resistivity of the SiC powder itself to increase over time, and further suppressing the increase over time in the electrical resistivity of a sintered body produced using this as a raw material powder. The cumulative volume of particles with a particle size of 5 μm or less is preferably 5% or less, more preferably 2% or less, and even more preferably 1% or less.

本発明に係るSiC粉末は一実施形態において、レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布におけるD90が100μm以下である。SiC粉末のD90が100μm以下であることで、SiC粉末の成形性が向上する。SiC粉末のD90は好ましくは80μm以下であり、より好ましくは60μm以下であり、更により好ましくは50μm以下である。D90とは、上記で測定された累積粒度分布における累積体積90%の粒度のことである。 In one embodiment of the SiC powder according to the present invention, the D90 in the cumulative particle size distribution on a volume basis measured by a laser diffraction method is 100 μm or less. When the D90 of the SiC powder is 100 μm or less, the moldability of the SiC powder is improved. The D90 of the SiC powder is preferably 80 μm or less, more preferably 60 μm or less, and even more preferably 50 μm or less. D90 refers to the particle size at 90% of the cumulative volume in the cumulative particle size distribution measured above.

(1-2 SiC粉末の組成)
本発明に係るSiC粉末は一実施形態において、β-SiCを70質量%以上含有する。SiC粉末がβ-SiCを主成分とすることで、SiC粉末自体の初期の電気抵抗率を低く抑えることができ、これを原料粉として製造した焼成体の初期の電気抵抗率を低くすることができる。SiC粉末は好ましくはβ-SiCを75質量%以上含有し、より好ましくはβ-SiCを80質量%以上含有する。SiC粉末中のβ-SiCの含有濃度に上限はなく、実質的に100質量%とすることもできるが、積層欠陥を抑制するために後述する第三元素(典型的には金属元素)を添加することや、未反応原料の残留を考慮すると、SiC粉末中のβ-SiCの濃度は90質量%以下であるのが通常であり、85質量%以下であることが典型的である。
(1-2 Composition of SiC powder)
In one embodiment, the SiC powder according to the present invention contains 70% by mass or more of β-SiC. By making the SiC powder a main component of β-SiC, the initial electrical resistivity of the SiC powder itself can be kept low, and the initial electrical resistivity of a sintered body produced using this as a raw material powder can be reduced. The SiC powder preferably contains 75% by mass or more of β-SiC, and more preferably contains 80% by mass or more of β-SiC. There is no upper limit to the content of β-SiC in the SiC powder, and it can be made substantially 100% by mass, but considering the addition of a third element (typically a metal element) to suppress stacking faults and the remaining unreacted raw materials, the concentration of β-SiC in the SiC powder is usually 90% by mass or less, and typically 85% by mass or less.

本発明に係るSiC粉末は一実施形態において、金属珪素及びシリサイド(典型的には金属シリサイド)の一方又は両方を更に含有してもよい。金属珪素は特に必要ではないが、SiC粉末の原料として使用する金属珪素が残留し得る。また、シリサイドは、β-SiCの積層欠陥を抑制するために添加する後述の第三元素(典型的には金属元素)がSiC粉末の原料として使用する金属珪素と反応して形成され得る。 In one embodiment, the SiC powder according to the present invention may further contain one or both of metallic silicon and silicide (typically a metal silicide). Metallic silicon is not particularly necessary, but metallic silicon used as a raw material for the SiC powder may remain. Silicide may also be formed when a third element (typically a metal element) described below, which is added to suppress stacking faults in β-SiC, reacts with metallic silicon used as a raw material for the SiC powder.

本発明に係るSiC粉末は一実施形態において、Ni、Al、B、N、Ga、Ge、Ti、Cu、Co、P、Cr及びZrよりなる群から選択される1種又は2種以上の第三元素を含有する。これらの中でも、Ti、Cr、Co、Ni、Al及びCuよりなる群から選択される1種又は2種以上の第三元素を含有することがより好ましい。これらの第三元素はβ-SiCの積層欠陥を抑制することで、SiC粉末自体の初期の電気抵抗率を低く抑えるのに寄与し、そして、これを原料粉として製造した焼成体の初期の電気抵抗率を低く抑えるのに寄与することができる。上記に加え、SiC粉末はN、P、Al及びBよりなる群から選択される1種又は2種以上の元素がさらに共存することでも、焼成体の初期の電気抵抗率を低く抑える点で有利である。この場合、N、P、Al及びBよりなる群から選択される1種又は2種以上の元素の合計質量は、SiCの質量に対して、0.0001~1質量%であることが好ましく0.001~1質量%であることがより好ましい。 In one embodiment, the SiC powder according to the present invention contains one or more third elements selected from the group consisting of Ni, Al, B, N, Ga, Ge, Ti, Cu, Co, P, Cr and Zr. Among these, it is more preferable to contain one or more third elements selected from the group consisting of Ti, Cr, Co, Ni, Al and Cu. These third elements suppress stacking faults in β-SiC, thereby contributing to keeping the initial electrical resistivity of the SiC powder itself low, and can also contribute to keeping the initial electrical resistivity of the sintered body produced using this as raw material powder low. In addition to the above, the SiC powder is advantageous in that the additional coexistence of one or more elements selected from the group consisting of N, P, Al and B keeps the initial electrical resistivity of the sintered body low. In this case, the total mass of one or more elements selected from the group consisting of N, P, Al, and B is preferably 0.0001 to 1 mass%, and more preferably 0.001 to 1 mass%, relative to the mass of SiC.

β-SiCの積層欠陥を抑制する効果を高めるため、SiC粉末中の上記第三元素の合計濃度は、1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましい。一方で、SiC粉末中の上記第三元素の濃度が高くなりすぎると、SiC粉末を原料粉として製造した焼成体の熱膨張率が大きくなるおそれがある。そこで、SiC粉末中の上記第三元素の合計濃度は、15質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましく、6質量%以下であることが更により好ましい。 To enhance the effect of suppressing stacking faults in β-SiC, the total concentration of the above third elements in the SiC powder is preferably 1 mass% or more, and more preferably 3 mass% or more. On the other hand, if the concentration of the above third elements in the SiC powder becomes too high, the thermal expansion coefficient of the sintered body produced using the SiC powder as the raw material powder may become large. Therefore, the total concentration of the above third elements in the SiC powder is preferably 15 mass% or less, more preferably 10 mass% or less, and even more preferably 6 mass% or less.

(1-3 積層欠陥)
本発明に係るSiC粉末は一実施形態において、前記粉末中に含まれるβ-SiCの積層欠陥を5%以下とすることができ、3%以下とすることもでき、2%以下とすることもできる。一方で、本発明に係るSiC粉末は一実施形態において、前記粉末中に含まれるβ-SiCの積層欠陥を2%超とすることができ、3%以上とすることもでき、4%以上とすることもでき、例えば3~5%とすることができる。SiC粉末の粒度分布を上述した範囲に制御することで、β-SiCの積層欠陥が多くても、SiC粉末自体の電気抵抗率が経時的に上昇しにくくなる効果に悪影響を及ぼすことはほとんどない。
(1-3 Stacking faults)
In one embodiment of the SiC powder according to the present invention, the stacking faults of β-SiC contained in the powder can be 5% or less, 3% or less, or 2% or less. On the other hand, in one embodiment of the SiC powder according to the present invention, the stacking faults of β-SiC contained in the powder can be more than 2%, 3% or more, or 4% or more, for example, 3 to 5%. By controlling the particle size distribution of the SiC powder within the above-mentioned range, even if there are many stacking faults in β-SiC, there is almost no adverse effect on the effect of making the electrical resistivity of the SiC powder itself less likely to increase over time.

ここで、β-SiCの積層欠陥について説明する。まず、積層欠陥とは、面状の格子欠陥(面欠陥)の一種であり、完全結晶が原子面の周期的な積み重ねによって作られていると考えるとき、この積み重ねの規則性(順序)に乱れを生じていることをいう。本明細書において、β-SiCの積層欠陥(%)は、下記式(1)によって算出される値のことをいう。ここで、下記(1)におけるAは、下記式(2)によって算出される値である。 Here, we will explain stacking faults in β-SiC. First, stacking faults are a type of planar lattice defect (planar defect), and when we think of perfect crystals as being made up of periodic stacking of atomic planes, they refer to a disruption in the regularity (order) of this stacking. In this specification, stacking faults (%) in β-SiC refers to the value calculated by the following formula (1). Here, A in the following (1) is the value calculated by the following formula (2).

式(2)における「33.6°ピーク強度」は、X線回折(XRD)によるX線回折スペクトルにおいて、散乱角(2θ)が33.6°でのピーク強度のことである。また、「41.4°ピーク強度」は、X線回折(XRD)によるX線回折スペクトルにおいて、散乱角(2θ)が41.4°でのピーク強度のことである。上記のX線回折においては、黒鉛モノクロメーターを使用し、波長が1.54ÅのCuKα線によってX線回折分析を行う。管電圧は50kV、管電流は300mAとする。走査速度は、2θ=2°min-1とし、受光スリット(Recieving Slit)は0.3mmとする。このようにして、X線回折スペクトルにおける散乱角2θ=33.6°でのピーク強度と散乱角2θ=41.4°でのピーク強度を測定し、上記式(2)により「A」を算出し、上記式(1)に従い、β-SiCの積層欠陥を求めることができる。当該測定は、SiC粉末から複数回(例:5回以上)サンプリングして行い、その平均値を測定値とする。なお、β-SiCの積層欠陥について記載された参考文献として、例えば、下記の参考文献1及び2を挙げることができる。参考文献1:日本セラミックス協会学術論文誌 99[12],p1179-1184,(1991)。参考文献2:Journal of the Ceramic Society of Japan,106[5],p483-487,(1998)。 The "33.6° peak intensity" in formula (2) refers to the peak intensity at a scattering angle (2θ) of 33.6° in the X-ray diffraction spectrum by X-ray diffraction (XRD). The "41.4° peak intensity" refers to the peak intensity at a scattering angle (2θ) of 41.4° in the X-ray diffraction spectrum by X-ray diffraction (XRD). In the above X-ray diffraction, a graphite monochromator is used, and X-ray diffraction analysis is performed using CuKα rays with a wavelength of 1.54 Å. The tube voltage is 50 kV and the tube current is 300 mA. The scanning speed is 2θ=2°min −1 , and the receiving slit is 0.3 mm. In this way, the peak intensity at the scattering angle 2θ=33.6° and the peak intensity at the scattering angle 2θ=41.4° in the X-ray diffraction spectrum are measured, "A" is calculated by the above formula (2), and the stacking faults of β-SiC can be obtained according to the above formula (1). The measurement is performed by sampling the SiC powder multiple times (e.g., 5 times or more), and the average value is taken as the measured value. In addition, as references describing stacking faults of β-SiC, for example, the following references 1 and 2 can be mentioned. Reference 1: Journal of the Ceramic Society of Japan, 99[12], pp. 1179-1184, (1991). Reference 2: Journal of the Ceramic Society of Japan, 106[5], pp. 483-487, (1998).

(1-4 β-SiCの結晶子サイズ)
β-SiCの結晶子サイズは、900Å以上であることが好ましく、900~500000Åであることが更に好ましく、1000~500000Åであることが特に好ましい。β-SiCの結晶子サイズは、下記式(3)によって算出される値のことをいう。下記式(3)は、シェラーの式である。通常、1個の結晶粒は複数の単結晶と見なせるような微細結晶からなり、この微細結晶を結晶子と呼ぶ。この結晶子の大きさが、上記「結晶子サイズ」である。β-SiCの結晶子サイズが900Å以上であると、SiC粉末自体の初期の電気抵抗率を低く抑えるのに寄与し、これを原料粉として製造した焼成体の初期の電気抵抗率を良好に低下させることができる。
(1-4 Crystallite size of β-SiC)
The crystallite size of β-SiC is preferably 900 Å or more, more preferably 900 to 500,000 Å, and particularly preferably 1,000 to 500,000 Å. The crystallite size of β-SiC refers to a value calculated by the following formula (3). The following formula (3) is the Scherrer formula. Usually, one crystal grain is composed of fine crystals that can be regarded as multiple single crystals, and these fine crystals are called crystallites. The size of these crystallites is the above-mentioned "crystallite size." If the crystallite size of β-SiC is 900 Å or more, it contributes to keeping the initial electrical resistivity of the SiC powder itself low, and the initial electrical resistivity of the sintered body produced using this as a raw material powder can be effectively reduced.

式(3)における「t(Å)」は、結晶子サイズ(Å)を示す。「λ」は、X線波長(1.54Å)を示す。「B」は、散乱角(2θ)が35.6°のピークの半値幅を示す。「θB」は、散乱角(2θ)の1/2の値、即ち、θB=17.8°である。X線回折(XRD)によるX線回折スペクトルは、上述したβ-SiCの積層欠陥の算出方法にて説明した方法と同様の方法によって測定することができる。当該測定は、SiC粉末から複数回(例:5回以上)サンプリングして行い、その平均値を測定値とする。結晶子サイズについて記載された参考文献として、以下の参考文献3を挙げることができる。参考文献3:早稲田 嘉夫、及び松原 英一郎著,「X線構造解析 原子の配列を決める(材料学シリーズ)」,内田老鶴圃,1999年9月30日,第2版発行,p119-123。 In formula (3), "t (Å)" indicates the crystallite size (Å). "λ" indicates the X-ray wavelength (1.54 Å). "B" indicates the half-width of the peak at a scattering angle (2θ) of 35.6°. "θ B " is 1/2 the scattering angle (2θ), that is, θ B = 17.8°. The X-ray diffraction spectrum by X-ray diffraction (XRD) can be measured by the same method as described in the above-mentioned calculation method of stacking faults of β-SiC. The measurement is performed by sampling the SiC powder multiple times (e.g., 5 times or more), and the average value is taken as the measured value. The following reference 3 can be cited as a reference document that describes the crystallite size. Reference 3: Yoshio Waseda and Eiichiro Matsubara, "X-ray Structure Analysis: Determining Atomic Arrangement (Materials Science Series)", Uchida Rokakuho, September 30, 1999, 2nd edition, pp. 119-123.

(2.SiC粉末の製造方法)
上述した実施形態に係るSiC粉末は、例えば以下の製造方法によって製造することができる。
SiC化原料粉末及び第三元素含有粉末を含む混合物を成形して成形体を作製する工程と、
前記成形体を不活性雰囲気下、1800℃以下の温度で焼成してβ-SiCを含有する焼成体を得る工程と、
前記焼成体を粉砕して粉砕された焼成体を得る工程と、
前記粉砕された焼成体を分級して、レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布におけるD50が8~35μmであり、D10が5μm以上である粉末を得る工程と、
を含むSiC粉末の製造方法。
(2. Method for producing SiC powder)
The SiC powder according to the above-described embodiment can be manufactured, for example, by the following manufacturing method.
A step of forming a compact by molding a mixture containing a SiC raw material powder and a powder containing a third element;
sintering the compact at a temperature of 1800° C. or less in an inert atmosphere to obtain a sintered body containing β-SiC;
pulverizing the sintered body to obtain a pulverized sintered body;
A step of classifying the pulverized sintered body to obtain a powder having a D50 of 8 to 35 μm and a D10 of 5 μm or more in a cumulative particle size distribution on a volume basis measured by a laser diffraction method;
A method for producing a SiC powder comprising the steps of:

まず、SiC化原料粉末及び第三元素含有粉末を含む混合物を成形して成形体を作製する。混合物には適宜、造孔材を添加してもよい。SiC化原料粉末としては、焼成後にSiCを作製可能な原料粉末であれば特に制限はないが、典型的には金属珪素粉末及び炭素質粉末の組み合わせが挙げられる。金属珪素粉末のD50は、焼成体の気孔径を制御し、粉砕しやすくするという理由から5μm以上が好ましく、15μm以上がより好ましい。また、金属珪素粉末のD50は、成形体の作りやすさの理由から300μm以下が好ましく、100μm以下がより好ましい。従って、金属珪素粉末のD50は5~300μmとすることが好ましく、15~100μmとすることがより好ましい。金属珪素粉末のD50はレーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布における累積体積50%の粒度である。 First, a mixture containing SiC raw material powder and a powder containing a third element is molded to produce a molded body. A pore former may be added to the mixture as appropriate. The SiC raw material powder is not particularly limited as long as it is a raw material powder that can produce SiC after sintering, but a typical example is a combination of metal silicon powder and carbonaceous powder. The D50 of the metal silicon powder is preferably 5 μm or more, more preferably 15 μm or more, for the reason of controlling the pore size of the sintered body and making it easy to pulverize. In addition, the D50 of the metal silicon powder is preferably 300 μm or less, more preferably 100 μm or less, for the reason of ease of making a molded body. Therefore, the D50 of the metal silicon powder is preferably 5 to 300 μm, more preferably 15 to 100 μm. The D50 of the metal silicon powder is the particle size at 50% of the cumulative volume in the cumulative particle size distribution on a volume basis measured by a laser diffraction method.

金属珪素粉末の純度は好ましくは90質量%以上であり、より好ましくは95質量%以上である。金属珪素粉末中の酸素量は好ましくは3.0質量%以下であり、より好ましくは1質量%以下である。 The purity of the metallic silicon powder is preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more. The amount of oxygen in the metallic silicon powder is preferably 3.0% by mass or less, more preferably 1% by mass or less.

炭素質粉末としては、結晶質及び非晶質の何れでも構わないが、非晶質な炭素質粉末が好ましく、カーボンブラックが特に好ましい。炭素質粉末は1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよいが、SiC化しやすいという理由から、炭素質粉末としては、黒鉛(即ち、グラファイト)のような結晶質な炭素(別言すれば、結晶構造が発達している炭素)よりも、非晶質な炭素質粉末が好ましい。炭素質粉末の比表面積は、SiC化しやすいという理由から30m2/g以上が好ましく、50m2/g以上がより好ましい。また、炭素質粉末の比表面積は、上限は特に設定されないが、通常は2000m2/g以下であり、典型的には1000m2/g以下であり、より典型的には200m2/g以下である。炭素質粉末の比表面積は窒素吸着法により測定される。 The carbonaceous powder may be either crystalline or amorphous, but amorphous carbonaceous powder is preferred, and carbon black is particularly preferred. The carbonaceous powder may be used alone or in combination of two or more types, but amorphous carbonaceous powder is preferred over crystalline carbon (in other words, carbon with a developed crystal structure) such as graphite (i.e., graphite) because it is easy to convert to SiC. The specific surface area of the carbonaceous powder is preferably 30 m 2 /g or more, more preferably 50 m 2 /g or more, because it is easy to convert to SiC. The specific surface area of the carbonaceous powder is not particularly set as an upper limit, but is usually 2000 m 2 /g or less, typically 1000 m 2 /g or less, and more typically 200 m 2 /g or less. The specific surface area of the carbonaceous powder is measured by a nitrogen adsorption method.

更に第三元素含有粉末(典型的には金属珪素以外の金属粉末)を使用することで、生成するβ-SiCの積層欠陥を低下させることができる。第三元素含有粉末は、限定的ではないが、Ni、Al、B、N、Ga、Ge、Ti、Cu、Co、P、Cr及びZrよりなる群から選択される1種又は2種以上の第三元素を含有することが好ましい。これらの中でも、第三元素含有粉末は、Ti、Cr、Co、Ni、Al及びCuよりなる群から選択される1種又は2種以上の金属第三元素を含有することがより好ましい。 Furthermore, by using a powder containing a third element (typically a metal powder other than metallic silicon), stacking faults in the resulting β-SiC can be reduced. The powder containing a third element preferably contains one or more third elements selected from the group consisting of, but not limited to, Ni, Al, B, N, Ga, Ge, Ti, Cu, Co, P, Cr, and Zr. Of these, it is more preferable that the powder containing a third element contains one or more metallic third elements selected from the group consisting of Ti, Cr, Co, Ni, Al, and Cu.

炭素質粉末の純度は好ましくは95質量%以上であり、より好ましくは98質量%以上である。 The purity of the carbonaceous powder is preferably 95% by mass or more, and more preferably 98% by mass or more.

SiC化原料粉末及び第三元素含有粉末を含む混合物は、例えばこれらの粉末を水と共に混合することで得ることができる。例示的には、金属珪素粉末100質量部に対して、炭素質粉末が20~40質量部となるように混合することが好ましく、25~35質量部となるように混合することがより好ましく、30~35質量部となるように混合することが更により好ましい。また、金属珪素粉末100原子数に対して、第三元素含有粉末が合計で1~10原子数となるように混合することが好ましく、3~8原子数となるように混合することがより好ましく、3~5原子数となるように混合することが更により好ましい。また、金属珪素粉末、炭素質粉末、及び第三元素含有粉末の合計質量を100質量部としたときに、水を20~100質量部添加することが好ましい。 The mixture containing the SiC raw material powder and the third element-containing powder can be obtained, for example, by mixing these powders together with water. For example, it is preferable to mix the carbonaceous powder so that it is 20 to 40 parts by mass, more preferably 25 to 35 parts by mass, and even more preferably 30 to 35 parts by mass, per 100 parts by mass of the metal silicon powder. It is also preferable to mix the third element-containing powder so that it is 1 to 10 atomic numbers in total, more preferably 3 to 8 atomic numbers, and even more preferably 3 to 5 atomic numbers, per 100 atomic numbers of the metal silicon powder. It is also preferable to add 20 to 100 parts by mass of water when the total mass of the metal silicon powder, the carbonaceous powder, and the third element-containing powder is 100 parts by mass.

混合方法には特に制限はないが、例えば、縦型の撹拌機を用いることができる。得られた混合物をプレス成形、押出成形等により成形して成形体を作製する。成形体の形状には特に制限はないが、円柱、円盤、角盤等が挙げられる。成形体は乾燥することが好ましく、例えば、乾燥温度で50~100℃で乾燥することができる。 There are no particular limitations on the mixing method, but for example, a vertical mixer can be used. The resulting mixture is molded by press molding, extrusion molding, or the like to produce a molded body. There are no particular limitations on the shape of the molded body, but examples include cylinders, disks, and square disks. It is preferable to dry the molded body, and it can be dried, for example, at a drying temperature of 50 to 100°C.

次いで、前記成形体を不活性雰囲気下、1800℃以下の温度で焼成してβ-SiCを含有する焼成体を得る。成形体の焼成は、酸化防止のためにアルゴンなどの不活性雰囲気又は真空中で行うことが好ましい。焼成温度は、α-SiCの生成を抑制し、β-SiCを優先的に生成するという観点から、1800℃以下の温度とすることが好ましく、1300~1500℃がより好ましい。焼成時間は例えば1~20時間とすることができる。一般的に、当該方法で作製されたSiCは、反応焼結SiCと呼ばれている。反応焼結SiCは、原料間の反応を利用して生成させたSiCである。 The molded body is then fired in an inert atmosphere at a temperature of 1800°C or less to obtain a fired body containing β-SiC. The molded body is preferably fired in an inert atmosphere such as argon or in a vacuum to prevent oxidation. The firing temperature is preferably 1800°C or less, more preferably 1300 to 1500°C, from the viewpoint of suppressing the formation of α-SiC and preferentially forming β-SiC. The firing time can be, for example, 1 to 20 hours. Generally, SiC produced by this method is called reaction sintered SiC. Reaction sintered SiC is SiC produced by utilizing the reaction between raw materials.

焼成体は、粉砕しやすいという理由により、多孔質であることが好ましい。具体的には焼成体の気孔率は、粉砕しやすさの観点から、35%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましい。また、焼成体の気孔率に上限は特段設定されないが、成形体の作製容易性や形状保持の観点から、80%以下であることが好ましく、75%以下であることがより好ましい。従って、一実施形態において、焼成体の気孔率は35~80%とすることができ、40~75%とすることが好ましい。焼成体の気孔率は例えば成形圧を変化させる方法によって制御することができる。焼成体の気孔率を上げるには造孔材を添加したり、成形圧を低くしたりすればよく、逆に焼成体の気孔率を下げるには成形圧を高くすればよい。 The sintered body is preferably porous because it is easy to crush. Specifically, the porosity of the sintered body is preferably 35% or more, more preferably 40% or more, from the viewpoint of ease of crushing. In addition, there is no particular upper limit set for the porosity of the sintered body, but from the viewpoint of ease of production of the molded body and shape retention, it is preferably 80% or less, more preferably 75% or less. Therefore, in one embodiment, the porosity of the sintered body can be 35 to 80%, and preferably 40 to 75%. The porosity of the sintered body can be controlled, for example, by changing the molding pressure. To increase the porosity of the sintered body, a pore-forming material can be added or the molding pressure can be lowered, and conversely, to decrease the porosity of the sintered body, the molding pressure can be increased.

また、焼成体の平均気孔径は、粉砕しやすいという理由により5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましい。また、焼成体の平均気孔径は、成形時に流動しやすく、成形体が得やすいという理由により300μm以下であることが好ましく、150μm以下であることがより好ましい。従って、一実施形態において、焼成体の平均気孔径は5~300μmとすることができ、10~150μmとすることが好ましい。焼成体の平均気孔径は例えば、原料である金属珪素粉末及び/又は造孔材の粒径を変える方法によって制御することができる。焼成体の平均気孔径を大きくするには当該粒径を大きくすればよく、逆に焼成体の平均気孔径を小さくするには当該粒径を小さくすればよい。 The average pore diameter of the sintered body is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, because it is easy to crush. The average pore diameter of the sintered body is preferably 300 μm or less, more preferably 150 μm or less, because it is easy to flow during molding and a molded body is easily obtained. Therefore, in one embodiment, the average pore diameter of the sintered body can be 5 to 300 μm, and preferably 10 to 150 μm. The average pore diameter of the sintered body can be controlled, for example, by changing the particle size of the raw material metal silicon powder and/or pore-forming material. To increase the average pore diameter of the sintered body, the particle size should be increased, and conversely, to decrease the average pore diameter of the sintered body, the particle size should be decreased.

次いで、このようにして得られた焼成体を粉砕して、粉砕された焼成体を得る。粉砕方法には特に制限はないが、例えば衝撃式粉砕機、乳鉢によって粉砕することができる。粉砕しただけでは粒度分布の制御がなされていないため、粉砕された焼成体を、篩、空気分級機などによって分級し、所望の粒度分布をもつSiC粉末を得る。SiC粉末は、β-SiCの他、金属珪素、第三元素(典型的には金属珪素以外の金属)、及びシリサイド(典型的には金属シリサイド)を含有し得る。 The sintered body thus obtained is then pulverized to obtain a pulverized sintered body. There are no particular limitations on the pulverization method, but pulverization can be performed, for example, using an impact pulverizer or a mortar. Because pulverization alone does not control the particle size distribution, the pulverized sintered body is classified using a sieve, air classifier, or the like to obtain SiC powder with the desired particle size distribution. In addition to β-SiC, the SiC powder can contain metallic silicon, a third element (typically a metal other than metallic silicon), and a silicide (typically a metallic silicide).

(3.電気加熱式ハニカム構造体の製造方法)
本発明に係るSiC粉末を原料として用いることで、例えば電気加熱式ハニカム構造体を製造することができる。
従って、本発明は一実施形態において、
坏土を成形及び乾燥することにより、外周側壁と、当該外周側壁よりも内周側に配設され、第一底面から第二底面まで延び、流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有する柱状のハニカム成形体を得る工程と、
前記ハニカム成形体又は前記ハニカム成形体を焼成して得られたハニカム焼成体の側面の第一の領域及び第二の領域に、電極部形成ペーストをそれぞれ塗工し、塗工した前記電極部形成ペーストを乾燥及び焼成して、一対の電極部を形成する電極部形成工程を備え、
前記坏土及び前記電極部形成ペーストの一方又は両方が、上述した本発明に係るSiC粉末を含む、
電気加熱式ハニカム構造体の製造方法を提供する。
(3. Manufacturing method of electrically heated honeycomb structure)
By using the SiC powder according to the present invention as a raw material, for example, an electrically heated honeycomb structure can be manufactured.
Thus, in one embodiment, the present invention comprises:
a step of forming and drying the clay to obtain a columnar honeycomb formed body having an outer peripheral side wall and partition walls disposed on the inner peripheral side of the outer peripheral side wall, extending from the first bottom surface to the second bottom surface, and defining a plurality of cells that serve as fluid flow paths;
an electrode portion forming step of applying an electrode portion forming paste to a first region and a second region of a side surface of the honeycomb molded body or a honeycomb fired body obtained by firing the honeycomb molded body, and drying and firing the applied electrode portion forming paste to form a pair of electrode portions;
One or both of the clay and the electrode part forming paste contain the SiC powder according to the present invention described above.
A method for manufacturing an electrically heated honeycomb structure is provided.

(3-1 ハニカム成形体の作製工程)
本工程では、坏土を成形及び乾燥することにより、外周側壁と、当該外周側壁よりも内周側に配設され、第一底面から第二底面まで延び、流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有する柱状のハニカム成形体を得る。ハニカム成形体の作製は、公知のハニカム構造体の製造方法におけるハニカム成形体の作製方法に準じて行うことができる。例えば、まず、SiC粉末(炭化珪素粉末)及び金属珪素粉末等のセラミックス原料の他に、バインダ、界面活性剤、造孔材、水等を混合して成形原料を作製する。一実施形態においては、SiC粉末の少なくとも一部に、上述した本発明に係るSiC粉末を使用することができる。また、別の一実施形態においては、SiC粉末として上述した本発明に係るSiC粉末のみを使用することができる。なお、金属珪素粉末は、ハニカム構造部の材質を、珪素-炭化珪素複合材とする場合に添加する必要があるが、ハニカム構造部の材質を実質的に炭化珪素とする場合には、添加する必要はない。
(3-1 Manufacturing process of honeycomb formed body)
In this process, the clay is molded and dried to obtain a columnar honeycomb molded body having an outer peripheral side wall and partition walls disposed on the inner peripheral side of the outer peripheral side wall, extending from the first bottom surface to the second bottom surface, and partitioning a plurality of cells that serve as fluid flow paths. The honeycomb molded body can be manufactured in accordance with a method for manufacturing a honeycomb molded body in a known method for manufacturing a honeycomb structure. For example, a molding raw material is manufactured by mixing a binder, a surfactant, a pore former, water, and the like in addition to ceramic raw materials such as SiC powder (silicon carbide powder) and metal silicon powder. In one embodiment, the SiC powder according to the present invention described above can be used as at least a part of the SiC powder. In another embodiment, only the SiC powder according to the present invention described above can be used as the SiC powder. Note that metal silicon powder needs to be added when the material of the honeycomb structure part is a silicon-silicon carbide composite material, but does not need to be added when the material of the honeycomb structure part is substantially silicon carbide.

金属珪素粉末の含有量は、特に制限はないが、SiC粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、15~50質量部とすることができる。また、金属珪素粉末のD50は、特に制限はないが、3~50μmとすることができる。金属珪素粉末のD50はレーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布における累積体積50%の粒度である。なお、SiC粉末のD50は、先述した通り、8~35μmとするのが好ましい。 The amount of metallic silicon powder is not particularly limited, but can be 15 to 50 parts by mass when the total mass of the SiC powder and metallic silicon powder is 100 parts by mass. The D50 of the metallic silicon powder is not particularly limited, but can be 3 to 50 μm. The D50 of the metallic silicon powder is the particle size at 50% cumulative volume in the cumulative particle size distribution on a volume basis measured by a laser diffraction method. As mentioned above, the D50 of the SiC powder is preferably 8 to 35 μm.

バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。バインダの含有量は、SiC粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、2~15質量部であることが好ましい。 Examples of binders include methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxypropoxyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol, etc. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, it is preferable to use methyl cellulose and hydroxypropoxyl cellulose in combination. The content of the binder is preferably 2 to 15 parts by mass when the total mass of the SiC powder and the metallic silicon powder is 100 parts by mass.

水の含有量は、SiC粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、20~60質量部であることが好ましい。 The water content is preferably 20 to 60 parts by mass when the total mass of the SiC powder and the metallic silicon powder is 100 parts by mass.

界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の含有量は、SiC粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、0.1~2.0質量部であることが好ましい。 Surfactants that can be used include ethylene glycol, dextrin, fatty acid soap, polyalcohol, etc. These may be used alone or in combination of two or more. The content of the surfactant is preferably 0.1 to 2.0 parts by mass when the total mass of the SiC powder and the metallic silicon powder is 100 parts by mass.

造孔材としては、焼成後に気孔となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、グラファイト、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲル等を挙げることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。造孔材の含有量は、SiC粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、0.5~10.0質量部であることが好ましい。造孔材のD50は、10~30μmであることが好ましい。造孔材のD50は、レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布における累積体積50%の粒度を意味する。造孔材が吸水性樹脂の場合には、造孔材の平均粒子径は吸水後の平均粒子径のことである。 The pore-forming material is not particularly limited as long as it becomes pores after firing, and examples include graphite, starch, foamed resin, water-absorbent resin, silica gel, etc. These may be used alone or in combination of two or more. The content of the pore-forming material is preferably 0.5 to 10.0 parts by mass when the total mass of the SiC powder and the metal silicon powder is 100 parts by mass. The D50 of the pore-forming material is preferably 10 to 30 μm. The D50 of the pore-forming material means the particle size at 50% of the cumulative volume in the cumulative particle size distribution on a volume basis measured by the laser diffraction method. When the pore-forming material is a water-absorbent resin, the average particle size of the pore-forming material is the average particle size after absorbing water.

次いて、得られた成形原料を混練して坏土を形成する。ハニカム成形原料を混練して坏土を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、ニーダー、真空土練機等を用いる方法を挙げることができる。 Next, the obtained forming raw material is kneaded to form a clay. There are no particular limitations on the method for kneading the honeycomb forming raw material to form a clay, and examples include methods using a kneader, a vacuum clay kneader, etc.

次いで、坏土を押出成形してハニカム成形体を作製する。押出成形に際しては、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚み、セル密度等を有する口金を用いることができる。得られたハニカム成形体について、乾燥を行うことが好ましい。乾燥後のハニカム成形体を「ハニカム乾燥体」と称することがある。乾燥の方法は特に限定されず、例えば、マイクロ波加熱乾燥、高周波誘電加熱乾燥等の電磁波加熱方式と、熱風乾燥、過熱水蒸気乾燥等の外部加熱方式とを挙げることができる。これらの中でも、成形体全体を迅速かつ均一に、クラックが生じないように乾燥することができる点で、電磁波加熱方式で一定量の水分を乾燥させた後、残りの水分を外部加熱方式により乾燥させることが好ましい。乾燥の条件として、電磁波加熱方式にて、乾燥前の水分量に対して、30~99質量%の水分を除いた後、外部加熱方式にて、3質量%以下の水分にすることが好ましい。電磁波加熱方式としては、誘電加熱乾燥が好ましく、外部加熱方式としては、熱風乾燥が好ましい。以下、乾燥後のハニカム成形体を「ハニカム乾燥体」と称することがある。ハニカム成形体(ハニカム乾燥体)の中心軸方向長さが、所望の長さではない場合は、ハニカム成形体の両底部を切断して所望の長さとすることができる。 Next, the clay is extruded to produce a honeycomb molded body. In the extrusion molding, a die having a desired overall shape, cell shape, partition wall thickness, cell density, etc. can be used. It is preferable to dry the obtained honeycomb molded body. The honeycomb molded body after drying is sometimes called a "dried honeycomb body". The drying method is not particularly limited, and examples include electromagnetic heating methods such as microwave heating drying and high-frequency dielectric heating drying, and external heating methods such as hot air drying and superheated steam drying. Among these, it is preferable to dry a certain amount of moisture by the electromagnetic heating method and then dry the remaining moisture by the external heating method, in that the entire molded body can be dried quickly and uniformly without cracking. As a drying condition, it is preferable to remove 30 to 99% by mass of moisture from the moisture amount before drying by the electromagnetic heating method, and then reduce the moisture to 3% by mass or less by the external heating method. As the electromagnetic heating method, dielectric heating drying is preferable, and as the external heating method, hot air drying is preferable. Hereinafter, the honeycomb formed body after drying may be referred to as a "dried honeycomb body." If the length in the central axis direction of the honeycomb formed body (dried honeycomb body) is not the desired length, both bottom portions of the honeycomb formed body can be cut to the desired length.

(3-2 電極部形成工程)
電極部形成工程では、前記ハニカム成形体又は前記ハニカム成形体を焼成して得られたハニカム焼成体の側面の第一の領域及び第二の領域に、電極部形成ペーストをそれぞれ塗工し、塗工した前記電極部形成ペーストを乾燥及び焼成して、一対の電極部を形成する。電極部形成ペーストは、本発明に係るSiC粉末を含有することが好ましい。また、電極部形成ペースト中のSiC粉末としては、本発明に係るSiC粉末のみを含有することがより好ましい。
(3-2 Electrode part forming process)
In the electrode portion forming step, an electrode portion forming paste is applied to a first region and a second region of a side surface of the honeycomb molded body or a honeycomb fired body obtained by firing the honeycomb molded body, The electrode part forming paste thus prepared is dried and fired to form a pair of electrodes. The electrode part forming paste preferably contains the SiC powder according to the present invention. More preferably, the powder contains only the SiC powder according to the present invention.

電極部形成ペーストは、例えば、本発明に係るSiC粉末及び金属珪素粉末に加えて、バインダ、保湿剤、分散剤、水等の添加物を添加し、混練して調製することができる。典型的には、SiC粉末は骨材として機能し、金属珪素粉末は骨材同士の結合材として機能する。SiC粉末に含まれ得る金属(金属珪素、金属珪素以外の金属)及び/又は金属シリサイドも結合材として機能する。混練の方法は特に限定されず、例えば、縦型の撹拌機を用いることができる。 The electrode part forming paste can be prepared by adding additives such as binders, moisturizers, dispersants, water, etc. to the SiC powder and metal silicon powder according to the present invention, and kneading them. Typically, the SiC powder functions as an aggregate, and the metal silicon powder functions as a binder between the aggregates. Metals (metal silicon, metals other than metal silicon) and/or metal silicides that may be contained in the SiC powder also function as binders. The kneading method is not particularly limited, and for example, a vertical mixer can be used.

SiC粉末を金属珪素で効果的に結合するため、金属珪素粉末の含有量は、SiC粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、5~40質量部であることが好ましく、10~30質量部であることがより好ましい。また、金属珪素粉末のD50は、SiC粉末を金属珪素で結合しやすくするという理由から1~50μmとすることが好ましく、4~20μmとすることがより好ましい。金属珪素粉末のD50は、レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布における累積体積50%の粒度を意味する。なお、SiC粉末のD50は、先述した通り、8~35μmとするのが好ましい。 In order to effectively bond the SiC powder with metallic silicon, the content of metallic silicon powder is preferably 5 to 40 parts by mass, and more preferably 10 to 30 parts by mass, when the total mass of the SiC powder and metallic silicon powder is 100 parts by mass. The D50 of the metallic silicon powder is preferably 1 to 50 μm, and more preferably 4 to 20 μm, to facilitate bonding of the SiC powder with metallic silicon. The D50 of the metallic silicon powder refers to the particle size at 50% of the cumulative volume in the cumulative particle size distribution on a volume basis measured by a laser diffraction method. As mentioned above, the D50 of the SiC powder is preferably 8 to 35 μm.

バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。バインダの含有量は、SiC粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、0.1~5.0質量部であることが好ましい。 Examples of binders include methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxypropoxyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol, etc. These may be used alone or in combination of two or more. The content of the binder is preferably 0.1 to 5.0 parts by mass when the total mass of the SiC powder and the metallic silicon powder is 100 parts by mass.

保湿剤としては、グリセリンを挙げることができる。保湿剤の含有量は、SiC粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、0~10質量部であることが好ましい。 An example of a humectant is glycerin. The content of the humectant is preferably 0 to 10 parts by mass when the total mass of the SiC powder and the metallic silicon powder is 100 parts by mass.

分散剤としては、例えば、界面活性剤として、グリセリン、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール、ポリアクリル酸系分散剤等を用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の含有量は、SiC粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、0.1~2.0質量部であることが好ましい。 As dispersants, for example, surfactants such as glycerin, ethylene glycol, dextrin, fatty acid soap, polyalcohol, and polyacrylic acid-based dispersants can be used. These may be used alone or in combination of two or more. The content of the surfactant is preferably 0.1 to 2.0 parts by mass when the total mass of the SiC powder and the metallic silicon powder is 100 parts by mass.

水の含有量は、SiC粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、15~60質量部であることが好ましい。 The water content is preferably 15 to 60 parts by mass when the total mass of the SiC powder and the metallic silicon powder is 100 parts by mass.

また、電極部形成ペーストは、気孔率を低下させ、これによって電極部の電気抵抗率を低下させるという理由から、酸化物を含有することができる。酸化物としては、特に制限はないが、B、Mg、Al、Si、P、Ti、Zr、Pb、Li、Na、Ba、Ca、Fe及びSrよりなる群から選択される1種又は2種以上の元素の酸化物が挙げられ、好ましくはB、Mg、Al、Si、P、Ti及びZrよりなる群から選択される1種又は2種以上の元素の酸化物が挙げられる。酸化物の中では、Mg、Al及びSiよりなる群から選択される1種又は2種以上の元素の酸化物が、低熱膨張の観点からより好ましい。酸化物の具体例としては、MgO、SiO2、及びAl23等の1種の元素の酸化物の他、MgO、SiO2及びAl23の化合物である2MgO・2Al23・5SiO2(コージェライト)や、MgO-SiO-Al23-B23のようなコージェライトを主成分とする結晶化ガラス、Al23及びTiO2の化合物であるAlTiO5(チタン酸アルミニウム)等の2種以上の元素の酸化物(複合酸化物)が挙げられる。高温耐久性を高める観点からは、電極部内の酸化物の少なくとも一部が結晶質であることが好ましい。酸化物は1種を単独で使用しても良いし、2種以上を組み合わせて使用しても良い。SiC粉末及び金属珪素粉末の合計体積量を100体積部としたときに、上記の酸化物を合計で1~10体積部含むことが好ましく、1~5体積部含むことがより好ましい。 In addition, the electrode part forming paste can contain an oxide because it reduces the porosity and thereby reduces the electrical resistivity of the electrode part. The oxide is not particularly limited, but includes oxides of one or more elements selected from the group consisting of B, Mg, Al, Si, P, Ti, Zr, Pb, Li, Na, Ba, Ca, Fe and Sr, and preferably oxides of one or more elements selected from the group consisting of B, Mg, Al, Si, P, Ti and Zr. Among the oxides, oxides of one or more elements selected from the group consisting of Mg, Al and Si are more preferred from the viewpoint of low thermal expansion. Specific examples of oxides include oxides of one element such as MgO, SiO 2 , and Al 2 O 3 , as well as oxides of two or more elements (composite oxides) such as 2MgO·2Al 2 O 3 ·5SiO 2 (cordierite), which is a compound of MgO, SiO 2 and Al 2 O 3 , crystallized glass mainly composed of cordierite such as MgO-SiO-Al 2 O 3 -B 2 O 3 , and AlTiO 5 (aluminum titanate), which is a compound of Al 2 O 3 and TiO 2. From the viewpoint of improving high temperature durability, it is preferable that at least a part of the oxide in the electrode part is crystalline. One type of oxide may be used alone, or two or more types may be used in combination. When the total volume of the SiC powder and the metal silicon powder is 100 parts by volume, it is preferable that the oxides mentioned above are contained in a total of 1 to 10 parts by volume, and more preferably 1 to 5 parts by volume.

次に、得られた電極部形成ペーストを、前記ハニカム成形体又は前記ハニカム成形体を焼成して得られたハニカム焼成体の側面の第一の領域及び第二の領域に、それぞれ塗工する。電極部形成ペーストは、前記ハニカム成形体又は前記ハニカム焼成体の前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記第一の領域が、前記第二の領域に対して、前記ハニカム成形体又は前記ハニカム焼成体の中心を挟んで反対側に位置するように塗工することが好ましい。 Next, the obtained electrode portion forming paste is applied to the first and second regions of the side surface of the honeycomb formed body or the honeycomb fired body obtained by firing the honeycomb formed body. It is preferable that the electrode portion forming paste is applied so that the first region is located on the opposite side of the center of the honeycomb formed body or the honeycomb fired body to the second region in a cross section of the honeycomb formed body or the honeycomb fired body perpendicular to the extension direction of the cells.

電極部形成原料を前記ハニカム成形体又は前記ハニカム成形体を焼成して得られたハニカム焼成体の側面に塗工する方法は、特に限定されないが、例えば、スクリーン印刷等の印刷方法を用いることができる。塗布厚みは、限定的ではないが、25~500μmとすることができ、典型的には、75~350μmとすることができる。 The method for applying the electrode portion forming raw material to the side surface of the honeycomb molded body or the honeycomb fired body obtained by firing the honeycomb molded body is not particularly limited, but for example, a printing method such as screen printing can be used. The coating thickness is not limited, but can be 25 to 500 μm, and typically 75 to 350 μm.

焼成工程が1回で済むことから、乾燥後のハニカム成形体の側面に電極部形成ペーストを塗工することが好ましい。但し、乾燥させたハニカム成形体を焼成して、ハニカム焼成体を先に作製し、このハニカム焼成体の側面に電極部形成ペーストを塗工することもできる。なお、ハニカム成形体の焼成条件は、後述する電極部形成ペーストの焼成条件と同じ条件を採用することができる。 Since only one firing process is required, it is preferable to apply the electrode portion forming paste to the side surface of the dried honeycomb formed body. However, it is also possible to fire the dried honeycomb formed body to produce a honeycomb fired body first, and then apply the electrode portion forming paste to the side surface of this honeycomb fired body. The firing conditions for the honeycomb formed body can be the same as the firing conditions for the electrode portion forming paste described below.

次に、ハニカム成形体又はハニカム焼成体の側面に塗工した電極部形成ペーストを乾燥させることが好ましい。乾燥条件は、50~120℃で、1~24時間とすることが好ましい。その後、電極部形成ペースト付きのハニカム成形体又は電極部形成ペースト付きのハニカム焼成体を焼成することにより、一対の電極部を有するハニカム構造体を作製することができる。 Next, it is preferable to dry the electrode part forming paste applied to the side surface of the honeycomb formed body or the honeycomb fired body. The drying conditions are preferably 50 to 120°C and 1 to 24 hours. After that, the honeycomb formed body with the electrode part forming paste or the honeycomb fired body with the electrode part forming paste is fired to produce a honeycomb structure having a pair of electrodes.

乾燥後、焼成前に、バインダ等を除去するため、仮焼成を行うことが好ましい。例示的には、仮焼成は大気雰囲気において、400~500℃で、0.5~20時間行うことができる。その後の焼成条件としては、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気において、1350~1500℃で、1~20時間加熱することが好ましい。仮焼成及び焼成の方法は特に限定されず、電気炉、ガス炉等を用いて焼成することができる。また、焼成後、耐久性向上のために、1000~1350℃で、1~10時間、酸化処理を行うことが好ましい。当該酸化処理は主に金属珪素を酸化することが目的である。SiC粉末も酸化され得るが、先述したように、本発明に係るSiC粉末は酸化されにくいので、当該酸化処理によるSiC粉末の酸化は限定的である。 After drying, it is preferable to perform pre-firing before firing to remove binders and the like. For example, pre-firing can be performed in an air atmosphere at 400 to 500°C for 0.5 to 20 hours. As for the conditions for the subsequent firing, it is preferable to heat in an inert atmosphere such as nitrogen or argon at 1350 to 1500°C for 1 to 20 hours. There are no particular limitations on the method of pre-firing and firing, and firing can be performed using an electric furnace, gas furnace, or the like. In addition, after firing, it is preferable to perform oxidation treatment at 1000 to 1350°C for 1 to 10 hours in order to improve durability. The purpose of the oxidation treatment is mainly to oxidize metallic silicon. SiC powder can also be oxidized, but as mentioned above, the SiC powder according to the present invention is not easily oxidized, so the oxidation of the SiC powder by the oxidation treatment is limited.

(4.電気加熱式ハニカム構造体)
上述した製造方法によって製造可能な電気加熱式ハニカム構造体の構造について例示的に説明する。図1は、本発明に係る電気加熱式ハニカム構造体の一実施形態を概略的に示す斜視図である。図示の実施形態に係る電気加熱式ハニカム構造体100は、外周側壁112と、外周側壁112よりも内周側に配設され、第一底面114から第二底面116まで延び、流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁118とを有する柱状のハニカム構造部110、及び、前記柱状のハニカム構造部110の外周側壁112の外面に接合された少なくとも一つの電極部120を備える。
(4. Electrically heated honeycomb structure)
The structure of the electrically heated honeycomb structure that can be manufactured by the above-mentioned manufacturing method will be described by way of example. Fig. 1 is a perspective view that shows an embodiment of the electrically heated honeycomb structure according to the present invention. The electrically heated honeycomb structure 100 according to the illustrated embodiment includes a columnar honeycomb structure part 110 having an outer peripheral side wall 112, a porous partition wall 118 that is disposed on the inner peripheral side of the outer peripheral side wall 112, extends from a first bottom surface 114 to a second bottom surface 116, and defines a plurality of cells that form a fluid flow path, and at least one electrode part 120 that is joined to the outer surface of the outer peripheral side wall 112 of the columnar honeycomb structure part 110.

各セルは、第一底面114及び第二底面116が共に開口することで第一底面114から第二底面116まで貫通していてもよい(フロースルー型ハニカム構造)。しかしながら、電気加熱式ハニカム構造体をフィルタとして使用する場合の粒状物質(PM)の捕集性能を高めるという観点から、ハニカム構造部110は、第一底面114から第二底面116まで延び、第一底面114が開口して第二底面116が目封止された複数の第1セルと、第一底面114から第二底面116まで延び、第一底面114が目封止されて第二底面116が開口する複数の第2セルとを有することが好ましい(ウォールフロー型ハニカム構造)。この場合、ハニカム構造部110は、両底面が市松模様を呈するように、第1セル及び第2セルが隔壁118を挟んで交互に隣接配置することができる。 Each cell may penetrate from the first bottom surface 114 to the second bottom surface 116 by opening both the first bottom surface 114 and the second bottom surface 116 (flow-through type honeycomb structure). However, from the viewpoint of improving the particulate matter (PM) collection performance when the electrically heated honeycomb structure is used as a filter, it is preferable that the honeycomb structure part 110 has a plurality of first cells extending from the first bottom surface 114 to the second bottom surface 116, with the first bottom surface 114 open and the second bottom surface 116 plugged, and a plurality of second cells extending from the first bottom surface 114 to the second bottom surface 116, with the first bottom surface 114 plugged and the second bottom surface 116 open (wall-flow type honeycomb structure). In this case, the honeycomb structure part 110 can be arranged so that the first cells and the second cells are alternately adjacent to each other with the partition wall 118 between them so that both bottom surfaces have a checkered pattern.

(4-1 ハニカム構造部)
ハニカム構造部は、電気加熱に有利であるため、Si(金属珪素)及びSiC(炭化珪素)の一方又は両方を含有するセラミックスで形成することができる。Si及びSiCの一方又は両方を含有するセラミックスとしては、例えば、珪素-炭化珪素複合材、珪素-酸化物複合材、炭化珪素-酸化物複合材、及び珪素-炭化珪素-窒化珪素複合材が挙げられる。一実施形態において、ハニカム構造部を構成するSiCは本発明に係るSiC粉末に由来し、より好ましい実施形態において、ハニカム構造部を構成するSiCは実質的に本発明に係るSiC粉末のみに由来する。なお、本発明においては、Siのみで柱状のハニカム構造部が形成される場合も、焼結体である限りセラミックスと呼ぶことにする。
(4-1 Honeycomb structure)
The honeycomb structure part can be formed of ceramics containing one or both of Si (metallic silicon) and SiC (silicon carbide) because it is advantageous for electrical heating. Examples of ceramics containing one or both of Si and SiC include silicon-silicon carbide composites, silicon-oxide composites, silicon carbide-oxide composites, and silicon-silicon carbide-silicon nitride composites. In one embodiment, the SiC constituting the honeycomb structure part is derived from the SiC powder according to the present invention, and in a more preferred embodiment, the SiC constituting the honeycomb structure part is derived substantially only from the SiC powder according to the present invention. In the present invention, even when a columnar honeycomb structure part is formed only from Si, it is called a ceramic as long as it is a sintered body.

柱状のハニカム構造部は、電気加熱に有利であるため、Si及びSiCの合計体積割合が、60%以上であることがより好ましく、80%以上であることが更により好ましく、95%以上であることが更により好ましい。 Since the columnar honeycomb structure is advantageous for electrical heating, it is more preferable that the total volume ratio of Si and SiC is 60% or more, even more preferable that it is 80% or more, and even more preferable that it is 95% or more.

ハニカム構造部に含有させることのできる他のセラミックスとしては、限定的ではないが、コージェライト、ムライト、ジルコン、チタン酸アルミニウム、窒化珪素、ジルコニア、スピネル、インディアライト、サフィリン、コランダム、チタニア等のセラミックスが挙げられる。これらの他のセラミックスは、1種のみを使用してもよいが、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Other ceramics that can be contained in the honeycomb structure include, but are not limited to, ceramics such as cordierite, mullite, zircon, aluminum titanate, silicon nitride, zirconia, spinel, indialite, sapphirine, corundum, and titania. These other ceramics may be used alone or in combination of two or more.

ハニカム構造部110の熱膨張率は、耐熱衝撃性の観点から、3.5~6.0ppm/Kが好ましく、3.5~4.5ppm/Kが更に好ましい。本明細書において、熱膨張率は、特に断りのない限り、JIS R1618:2002に準拠した方法により測定される25~800℃の線熱膨張係数を指す。熱膨張計としては、BrukerAXS社製の「TD5000S(商品名)」を用いることができる。 From the viewpoint of thermal shock resistance, the thermal expansion coefficient of the honeycomb structure section 110 is preferably 3.5 to 6.0 ppm/K, and more preferably 3.5 to 4.5 ppm/K. In this specification, unless otherwise specified, the thermal expansion coefficient refers to the linear thermal expansion coefficient at 25 to 800°C measured by a method conforming to JIS R1618:2002. As a thermal dilatometer, a "TD5000S (product name)" manufactured by Bruker AXS can be used.

ハニカム構造部は、一対の電極部間に電圧を印加すると通電してジュール熱により発熱することが可能である。よって、本発明に係る電気加熱式ハニカム構造体はヒーターとして好適に用いることができる。印加する電圧は12~900Vが好ましいが、印加する電圧は適宜変更可能である。 When a voltage is applied between the pair of electrodes, the honeycomb structure is electrically conductive and can generate heat through Joule heat. Therefore, the electrically heated honeycomb structure of the present invention can be suitably used as a heater. The voltage to be applied is preferably 12 to 900 V, but the voltage to be applied can be changed as appropriate.

ハニカム構造部は、ジュール熱により発熱することができれば、その体積抵抗率については特に制限はない。ハニカム構造部の体積抵抗率は、電気加熱式ハニカム構造体を使用する用途に合わせて適宜選択すればよい。例示的には、ハニカム構造部の体積抵抗率は、0.01~200Ωcmとすることができ、0.05~50Ωcmであることが好ましく、0.1~5Ωcmであることが更に好ましい。ここでのハニカム構造部の体積抵抗率は、4端子法により室温(25℃)で測定した値である。 There are no particular restrictions on the volume resistivity of the honeycomb structure portion, so long as it can generate heat through Joule heat. The volume resistivity of the honeycomb structure portion may be appropriately selected according to the application for which the electrically heated honeycomb structure is used. For example, the volume resistivity of the honeycomb structure portion may be 0.01 to 200 Ωcm, preferably 0.05 to 50 Ωcm, and more preferably 0.1 to 5 Ωcm. The volume resistivity of the honeycomb structure portion here is a value measured at room temperature (25°C) using a four-terminal method.

隔壁は多孔質とすることができる。この場合、ハニカム構造部の隔壁の気孔率は特に制限はないが、例えば35~60%とすることができ、35~45%であることが好ましい。気孔率は、水銀ポロシメータにより測定した値である。 The partition walls can be porous. In this case, the porosity of the partition walls of the honeycomb structure is not particularly limited, but can be, for example, 35 to 60%, and is preferably 35 to 45%. The porosity is a value measured using a mercury porosimeter.

ハニカム構造部の隔壁の平均細孔径は特に制限はないが、例えば2~15μmとすることができ、3~8μmであることが好ましい。平均細孔径は、水銀ポロシメータにより測定した値である。 There are no particular restrictions on the average pore diameter of the partition walls of the honeycomb structure, but it can be, for example, 2 to 15 μm, and preferably 3 to 8 μm. The average pore diameter is a value measured using a mercury porosimeter.

ハニカム構造部における隔壁の厚みは、例えば0.1~0.3mmとすることができ、0.1~0.15mmであることが好ましい。 The thickness of the partition walls in the honeycomb structure can be, for example, 0.1 to 0.3 mm, and is preferably 0.1 to 0.15 mm.

セル密度は、セルの流路方向に直交する断面において、例えば40~150セル/cm2とすることができ、60~100セル/cm2であることが好ましい。 The cell density in a cross section perpendicular to the flow path direction of the cells can be, for example, 40 to 150 cells/cm 2 , and is preferably 60 to 100 cells/cm 2 .

セルの流路方向に直交する断面におけるセルの形状に制限はないが、四角形、六角形、八角形、又はこれらの組み合わせ、であることが好ましい。これ等のなかでも、正方形及び六角形が好ましい。セル形状をこのようにすることにより、ハニカム構造部に排ガスを流したときの圧力損失が小さくなり、触媒による浄化性能が優れたものとなる。 There are no limitations on the shape of the cells in a cross section perpendicular to the flow direction of the cells, but a rectangle, hexagon, octagon, or a combination of these is preferable. Of these, a square and a hexagon are preferable. By using such a cell shape, the pressure loss when exhaust gas flows through the honeycomb structure is reduced, and the purification performance of the catalyst is excellent.

ハニカム構造部の外形は柱状である限り特に限定されず、例えば、底面が円形の柱状(円柱形状)、底面がオーバル形状の柱状、底面が多角形(四角形、五角形、六角形、七角形、八角形等)の柱状等の形状とすることができる。また、ハニカム構造部の大きさは、耐熱衝撃性の観点から、底面の面積が2000~20000mm2であることが好ましく、4000~15000mm2であることが更に好ましい。また、ハニカム構造部の中心軸方向の長さは、耐熱衝撃性の観点から、30~200mmであることが好ましく、30~120mmであることが更に好ましい。 The outer shape of the honeycomb structure part is not particularly limited as long as it is columnar, and may be, for example, a columnar shape with a circular bottom surface (cylindrical shape), a columnar shape with an oval bottom surface, or a columnar shape with a polygonal bottom surface (quadragonal, pentagonal, hexagonal, heptagonal, octagonal, etc.). From the viewpoint of thermal shock resistance, the size of the honeycomb structure part is preferably a bottom area of 2000 to 20000 mm2 , and more preferably 4000 to 15000 mm2 . From the viewpoint of thermal shock resistance, the length in the central axis direction of the honeycomb structure part is preferably 30 to 200 mm, and more preferably 30 to 120 mm.

(4-2 電極部)
本実施形態に係る電気加熱式ハニカム構造体100は、柱状のハニカム構造部110の外周側壁112の外面に接合された一対の電極部120を備える。好ましい実施形態においては、一対の電極部120が、ハニカム構造部110の中心軸を挟んで、ハニカム構造部110の外周側壁112の外面にセルの流路方向に帯状に延設される。これにより、電気加熱式ハニカム構造体100は、一対の電極部120間に電圧を印加した時に、ハニカム構造部110内を流れる電流の偏りを抑制することができ、ハニカム構造部110内の温度分布の偏りを抑制することができる。電極部120には、端子の接続を容易にするための端子接続部122を設けてもよい。
(4-2 Electrode part)
The electrically heated honeycomb structure 100 according to this embodiment includes a pair of electrode parts 120 joined to the outer surface of the outer peripheral side wall 112 of the columnar honeycomb structure part 110. In a preferred embodiment, the pair of electrode parts 120 are provided in a band shape extending in the flow path direction of the cells on the outer surface of the outer peripheral side wall 112 of the honeycomb structure part 110, sandwiching the central axis of the honeycomb structure part 110. Thereby, when a voltage is applied between the pair of electrode parts 120, the electrically heated honeycomb structure 100 can suppress bias in the current flowing in the honeycomb structure part 110, and can suppress bias in the temperature distribution in the honeycomb structure part 110. The electrode parts 120 may be provided with terminal connection parts 122 for facilitating connection of terminals.

一実施形態において、電極部は、骨材としてのSiC粒子が結合材により結合された多孔質構造を有する。好ましい実施形態において、電極部を構成するSiC粒子は本発明に係るSiC粉末に由来し、より好ましい実施形態において、電極部を構成するSiCは実質的に本発明に係るSiC粉末のみに由来する。また、好ましい実施形態において、電極部を構成する結合材は、金属珪素、金属珪素以外の金属、及び金属シリサイドよりなる群から選択される結合材の1種、2種又は3種を含有する。 In one embodiment, the electrode portion has a porous structure in which SiC particles as aggregates are bound by a binder. In a preferred embodiment, the SiC particles constituting the electrode portion are derived from the SiC powder of the present invention, and in a more preferred embodiment, the SiC constituting the electrode portion is substantially derived only from the SiC powder of the present invention. In a preferred embodiment, the binder constituting the electrode portion contains one, two or three types of binders selected from the group consisting of metallic silicon, metals other than metallic silicon, and metallic silicides.

電極部の平均厚みは、均一発熱性を高めるという観点から、25μm以上であることが好ましく、50μm以上であることがより好ましく、75μm以上であることが更により好ましい。また、電極部の平均厚みは、焼成によるクラック及び剥離を防止するという観点から、500μm以下であることが好ましく、350μm以下であることがより好ましく、250μm以下であることが更により好ましい。電極部の平均厚みは、電気加熱式ハニカム構造体のセルの延びる方向に垂直な断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)によって撮像して得られる画像から電極部の厚みを複数個所測定し、算出することができる。 From the viewpoint of improving uniform heat generation, the average thickness of the electrode portion is preferably 25 μm or more, more preferably 50 μm or more, and even more preferably 75 μm or more. From the viewpoint of preventing cracks and peeling due to firing, the average thickness of the electrode portion is preferably 500 μm or less, more preferably 350 μm or less, and even more preferably 250 μm or less. The average thickness of the electrode portion can be calculated by measuring the thickness of the electrode portion at multiple points from an image obtained by imaging a cross section perpendicular to the extension direction of the cells of the electrically heated honeycomb structure using a scanning electron microscope (SEM).

電極部の体積抵抗率は、均一発熱性を高めるという観点から0.01~0.8Ωcmであることが好ましく、0.01~0.4Ωcmであることがより好ましい。電極部の体積抵抗率は4端子法にて求めることができる。 From the viewpoint of improving uniform heat generation, the volume resistivity of the electrode portion is preferably 0.01 to 0.8 Ωcm, and more preferably 0.01 to 0.4 Ωcm. The volume resistivity of the electrode portion can be determined by the four-terminal method.

図1に示されるように、本実施形態の電気加熱式ハニカム構造体100においては、一対の電極部120のそれぞれが、ハニカム構造部110のセルの流路方向に一方の底面から他方の底面まで延びる帯状に形成されている。このように、一対の電極部120が、ハニカム構造部110の両底面間に亘って配設されていることにより、一対の電極部120間に電圧を印加した時に、ハニカム構造部110内を流れる電流の偏りをより効果的に抑制することができる。そして、ハニカム構造部110内を流れる電流の偏りを抑制することにより、ハニカム構造部110内の温度分布の偏りをより効果的に抑制することができる。「一対の電極部120のそれぞれが、ハニカム構造部110のセルの流路方向に一方の底面から他方の底面まで延びる帯状に形成されている」とは、各電極部120の一方のセル流路方向端部がハニカム構造部110の一方の底面114の周縁に接し、且つ、電極部120の他方のセル流路方向端部がハニカム構造部110の他方の底面116の周縁に接していることを意味する。 As shown in FIG. 1, in the electrically heated honeycomb structure 100 of this embodiment, each of the pair of electrode parts 120 is formed in a band shape extending from one bottom surface to the other bottom surface in the flow path direction of the cells of the honeycomb structure part 110. In this way, since the pair of electrode parts 120 are arranged across both bottom surfaces of the honeycomb structure part 110, when a voltage is applied between the pair of electrode parts 120, it is possible to more effectively suppress the bias of the current flowing within the honeycomb structure part 110. And, by suppressing the bias of the current flowing within the honeycomb structure part 110, it is possible to more effectively suppress the bias of the temperature distribution within the honeycomb structure part 110. "Each of the pair of electrode parts 120 is formed in a band shape extending from one bottom surface to the other bottom surface in the cell flow direction of the honeycomb structure part 110" means that one cell flow direction end of each electrode part 120 contacts the peripheral edge of one bottom surface 114 of the honeycomb structure part 110, and the other cell flow direction end of the electrode part 120 contacts the peripheral edge of the other bottom surface 116 of the honeycomb structure part 110.

本発明に係る電気加熱式ハニカム構造体の一実施形態においては、通電抵抗を100Ω以下とすることができる。通電抵抗は以下の測定条件で求める。各電極部のセルの延びる方向中央部であって、ハニカム構造部の外周方向中央部にそれぞれ端子130を接続する(図2参照)。次いで、両端子間に30Vの電圧を印加してから、30秒経過時の電流値に基づき抵抗値を求める。通電抵抗は好ましくは100Ω以下であり、より好ましくは50Ω以下であり、例えば2~40Ωとすることができる。 In one embodiment of the electrically heated honeycomb structure according to the present invention, the electrical resistance can be 100Ω or less. The electrical resistance is measured under the following measurement conditions. Terminals 130 are connected to the center of each electrode section in the cell extension direction and to the center of the honeycomb structure section in the circumferential direction (see FIG. 2). Next, a voltage of 30 V is applied between both terminals, and the resistance value is measured based on the current value 30 seconds later. The electrical resistance is preferably 100Ω or less, more preferably 50Ω or less, and can be, for example, 2 to 40Ω.

(4-3 用途)
本発明に係る電気加熱式ハニカム構造体は、例えば、セラミックヒータとして使用することができ、また、触媒担体として使用することもできる。本発明に係る電気加熱式ハニカム構造体は、触媒を担持することでEHCとして使用することができる。更に、本発明に係る電気加熱式ハニカム構造体は、ウォールフロー型の排ガスフィルタ(DPF、GPF等)として使用することもできる。この場合、フィルタ再生のための加熱時に電気加熱式ハニカム構造体を通電発熱する使用方法が考えられる。
(4-3 Use)
The electrically heated honeycomb structure according to the present invention can be used, for example, as a ceramic heater or as a catalyst carrier. The electrically heated honeycomb structure according to the present invention can be used as an EHC by supporting a catalyst. Furthermore, the electrically heated honeycomb structure according to the present invention can also be used as a wall-flow type exhaust gas filter (DPF, GPF, etc.). In this case, a method of using the electrically heated honeycomb structure by passing electricity through it to generate heat during heating for filter regeneration is considered.

以下、本発明及びその利点をより良く理解するための実施例を例示するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 The following examples are provided to better understand the present invention and its advantages, but the present invention is not limited to these examples.

<1.SiC焼成体の製造>
(SiC焼成体1)
D50が79μmの金属珪素粉末(密度2.33g/cm3)を74.5g、比表面積が110m2/gのカーボンブラック粉末を25.5g、D50が35μmのNi粉末を7.8g、及び水を50g用意した。これらを自転公転撹拌機で混合して得られた混合粉末を、プレス成形して、φ25mm×H15mmの円柱状の成形体を作製した。次に、得られた成形体を100℃で乾燥した後、1450℃、アルゴン雰囲気にて、2時間焼成して焼成体を得た。
<1. Production of SiC sintered body>
(SiC sintered body 1)
74.5g of metal silicon powder (density 2.33g/ cm3 ) with D50 of 79μm, 25.5g of carbon black powder with specific surface area of 110m2 /g, 7.8g of Ni powder with D50 of 35μm, and 50g of water were prepared. These were mixed with a rotating and revolving stirrer to obtain a mixed powder, which was press-molded to produce a cylindrical molded body with a diameter of 25mm and a height of 15mm. Next, the obtained molded body was dried at 100°C, and then fired at 1450°C in an argon atmosphere for 2 hours to obtain a fired body.

(SiC焼成体2)
D50が79μmの金属珪素粉末(密度2.33g/cm3)を73.7g、比表面積が110m2/gのカーボンブラック粉末を26.3g、D50が35μmのNi粉末を7.7g、及び水を50g用意した。これらを自転公転撹拌機で混合して得られた混合粉末を、プレス成形して、φ25mm×H15mmの円柱状の成形体を作製した。次に、得られた成形体を100℃で乾燥した後、1450℃、アルゴン雰囲気にて、2時間焼成して焼成体を得た。
(SiC sintered body 2)
73.7g of metal silicon powder (density 2.33g/ cm3 ) with D50 of 79μm, 26.3g of carbon black powder with specific surface area of 110m2 /g, 7.7g of Ni powder with D50 of 35μm, and 50g of water were prepared. These were mixed with a rotating and revolving stirrer to obtain a mixed powder, which was press molded to produce a cylindrical molded body with φ25mm×H15mm. Next, the obtained molded body was dried at 100°C, and then fired at 1450°C in an argon atmosphere for 2 hours to obtain a fired body.

(SiC焼成体3)
D50が79μmの金属珪素粉末(密度2.33g/cm3)を74.5g、比表面積が110m2/gのカーボンブラック粉末を25.5g、D50が35μmのNi粉末を4.7g、メチルセルロースを4g及び水を50g用意した。これらを自転公転撹拌機で混合して得られた混合粉末を、押し出し成形して、25mm×5mm×50mmの角柱状の成形体を作製した。次に、得られた成形体を100℃で乾燥した後、300℃大気雰囲気にて5時間で脱脂した後、1450℃、アルゴン雰囲気にて、2時間焼成して焼成体を得た。
(SiC sintered body 3)
74.5g of metal silicon powder (density 2.33g/ cm3 ) with D50 of 79μm, 25.5g of carbon black powder with specific surface area of 110m2 /g, 4.7g of Ni powder with D50 of 35μm, 4g of methylcellulose, and 50g of water were prepared. These were mixed with a rotating and revolving stirrer to obtain a mixed powder, which was extrusion molded to produce a prism-shaped molded body of 25mm x 5mm x 50mm. Next, the obtained molded body was dried at 100°C, degreased in an air atmosphere at 300°C for 5 hours, and then fired at 1450°C in an argon atmosphere for 2 hours to obtain a fired body.

(SiC焼成体4)
D50が79μmの金属珪素粉末(密度2.33g/cm3)を73.7g、比表面積が110m2/gのカーボンブラック粉末を26.3g、D50が13μmのAl粉末を3.5g、メチルセルロースを4g及び水を50g用意した。これらを自転公転撹拌機で混合して得られた混合粉末を、押し出し成形して、25mm×5mm×50mmの角柱状の成形体を作製した。次に、得られた成形体を100℃で乾燥した後、300℃大気雰囲気にて5時間で脱脂した後、1450℃、アルゴン雰囲気にて、2時間焼成して焼成体を得た。
(SiC sintered body 4)
73.7g of metal silicon powder (density 2.33g/ cm3 ) with D50 of 79μm, 26.3g of carbon black powder with specific surface area of 110m2 /g, 3.5g of Al powder with D50 of 13μm, 4g of methylcellulose, and 50g of water were prepared. These were mixed with a rotating and revolving stirrer to obtain a mixed powder, which was extrusion molded to produce a prism-shaped molded body of 25mm x 5mm x 50mm. Next, the obtained molded body was dried at 100°C, degreased in an air atmosphere at 300°C for 5 hours, and then fired at 1450°C in an argon atmosphere for 2 hours to obtain a fired body.

(SiC焼成体5)
D50が79μmの金属珪素粉末(密度2.33g/cm3)を73.7g、比表面積が110m2/gのカーボンブラック粉末を26.3g、D50が11μmのZr粉末を12.0g、及び水を50g用意した。これらを自転公転撹拌機で混合して得られた混合粉末を、プレス成形して、φ25mm×H15mmの円柱状の成形体を作製した。次に、得られた成形体を100℃で乾燥した後、1450℃、アルゴン雰囲気にて、2時間焼成して焼成体を得た。
(SiC sintered body 5)
73.7 g of metallic silicon powder (density 2.33 g/cm 3 ) with D50 of 79 μm, 26.3 g of carbon black powder with specific surface area of 110 m 2 /g, 12.0 g of Zr powder with D50 of 11 μm, and 50 g of water were prepared. These were mixed in a planetary stirrer, and the resulting mixed powder was press-molded to produce a cylindrical molded body with a diameter of 25 mm and a height of 15 mm. The resulting molded body was then dried at 100° C., and then fired at 1450° C. in an argon atmosphere for 2 hours to obtain a fired body.

(SiC焼成体6)
D50が79μmの金属珪素粉末(密度2.33g/cm3)を73.7g、比表面積が110m2/gのカーボンブラック粉末を26.3g、D50が28μmのCu粉末を8.3g、及び水を50g用意した。これらを自転公転撹拌機で混合して得られた混合粉末を、プレス成形して、φ25mm×H15mmの円柱状の成形体を作製した。次に、得られた成形体を100℃で乾燥した後、1450℃、アルゴン雰囲気にて、2時間焼成して焼成体を得た。
(SiC sintered body 6)
73.7g of metal silicon powder (density 2.33g/ cm3 ) with D50 of 79μm, 26.3g of carbon black powder with specific surface area of 110m2 /g, 8.3g of Cu powder with D50 of 28μm, and 50g of water were prepared. These were mixed with a rotating and revolving stirrer to obtain a mixed powder, which was press-molded to produce a cylindrical molded body with φ25mm×H15mm. Next, the obtained molded body was dried at 100°C, and then fired at 1450°C in an argon atmosphere for 2 hours to obtain a fired body.

(SiC焼成体7)
D50が79μmの金属珪素粉末(密度2.33g/cm3)を73.7g、比表面積が110m2/gのカーボンブラック粉末を26.3g、D50が5μmのCo粉末を7.7g、及び水を50g用意した。これらを自転公転撹拌機で混合して得られた混合粉末を、プレス成形して、φ25mm×H15mmの円柱状の成形体を作製した。次に、得られた成形体を100℃で乾燥した後、1450℃、アルゴン雰囲気にて、2時間焼成して焼成体を得た。
(SiC sintered body 7)
73.7g of metal silicon powder (density 2.33g/ cm3 ) with D50 of 79μm, 26.3g of carbon black powder with specific surface area of 110m2 /g, 7.7g of Co powder with D50 of 5μm, and 50g of water were prepared. These were mixed with a rotating and revolving stirrer to obtain a mixed powder, which was press-molded to produce a cylindrical molded body with a diameter of 25mm and a height of 15mm. Next, the obtained molded body was dried at 100°C, and then fired at 1450°C in an argon atmosphere for 2 hours to obtain a fired body.

(SiC焼成体8)
D50が79μmの金属珪素粉末(密度2.33g/cm3)を73.7g、比表面積が110m2/gのカーボンブラック粉末を26.3g、D50が20μmのTi粉末を6.3g、及び水を50g用意した。これらを自転公転撹拌機で混合して得られた混合粉末を、プレス成形して、φ25mm×H15mmの円柱状の成形体を作製した。次に、得られた成形体を100℃で乾燥した後、1450℃、アルゴン雰囲気にて、2時間焼成して焼成体を得た。
(SiC sintered body 8)
73.7g of metal silicon powder (density 2.33g/ cm3 ) with D50 of 79μm, 26.3g of carbon black powder with specific surface area of 110m2 /g, 6.3g of Ti powder with D50 of 20μm, and 50g of water were prepared. These were mixed with a rotating and revolving stirrer to obtain a mixed powder, which was press molded to produce a cylindrical molded body with φ25mm×H15mm. Next, the obtained molded body was dried at 100°C, and then fired at 1450°C in an argon atmosphere for 2 hours to obtain a fired body.

得られたSiC焼成体1~8のそれぞれのサンプルを用いて、気孔率及び平均気孔径をポロシメータ(マイクロメリテックス社製のオートポアIV9520)を用いて測定した。結果を表1に示す。 The porosity and average pore diameter of each of the obtained samples of sintered SiC bodies 1 to 8 were measured using a porosimeter (Autopore IV9520 manufactured by Micromeritics). The results are shown in Table 1.

<2.SiC粉末の製造>
得られたSiC焼成体1~8を表2に記載の試験番号に応じて選択して粉砕し、その後、空気分級機で分級することで、表2に記載の粒度分布をもつ実施例及び比較例のSiC粉末を得た。表2に記載の粒度分布は、HORIBA社製LA-950V2のレーザー回折式粒度分布測定装置により測定される体積基準の累積粒度分布に基づき求めた。
<2. Production of SiC powder>
The obtained SiC sintered bodies 1 to 8 were selected according to the test number shown in Table 2, pulverized, and then classified by an air classifier to obtain SiC powders of Examples and Comparative Examples having the particle size distribution shown in Table 2. The particle size distribution shown in Table 2 was determined based on the cumulative particle size distribution on a volume basis measured by a laser diffraction particle size distribution measuring device LA-950V2 manufactured by HORIBA.

実施例及び比較例のそれぞれのSiC粉末について、X線回折(XRD)により、SiC結晶相の種別を分析したところ、何れもβ-SiCのみが検出された。また、実施例及び比較例のそれぞれのSiC粉末について、β-SiCの積層欠陥(%)を先述した方法に従って求めた。結果を表2に示す。また、実施例及び比較例のそれぞれのSiC粉末について、結晶子サイズを先述した方法に従って求めたところ、すべて1000Å以上であった。 When the type of SiC crystal phase was analyzed by X-ray diffraction (XRD) for each of the SiC powders in the examples and comparative examples, only β-SiC was detected in all cases. In addition, the stacking faults (%) of β-SiC were determined for each of the SiC powders in the examples and comparative examples according to the method described above. The results are shown in Table 2. In addition, when the crystallite size of each of the SiC powders in the examples and comparative examples was determined according to the method described above, all were 1000 Å or more.

実施例及び比較例のそれぞれのSiC粉末について、X線回折(XRD)により、組成分析した。組成分析はWPPD(whole-powder-pattern-decomposition)法を用いてパターンフィッティングすることにより行った。結果を表2に示す。SiC焼成体1~3を使用した例ではニッケルシリサイド、SiC焼成体4を使用した例ではアルミニウム、SiC焼成体5を使用した例ではジルコニウムシリサイド、SiC焼成体6を使用した例では銅シリサイド、SiC焼成体7を使用した例ではコバルトシリサイド、SiC焼成体8を使用した例ではチタンシリサイドがそれぞれ検出された。 The composition of each of the SiC powders in the examples and comparative examples was analyzed by X-ray diffraction (XRD). The composition analysis was performed by pattern fitting using the WPPD (whole-powder-pattern-decomposition) method. The results are shown in Table 2. Nickel silicide was detected in the examples using SiC sintered bodies 1 to 3, aluminum in the example using SiC sintered body 4, zirconium silicide in the example using SiC sintered body 5, copper silicide in the example using SiC sintered body 6, cobalt silicide in the example using SiC sintered body 7, and titanium silicide in the example using SiC sintered body 8.

<3.電気加熱式ハニカム構造体の製造>
(1)電極部形成ペーストの調製
上記で製造した実施例及び比較例の各SiC粉末を72g、金属珪素粉末を28g、酸化物粒子としてのコージェライト粉末を1g、メチルセルロースを1g、グリセリンを5g、ポリアクリル酸系分散剤を0.5g、及び水を30g、自転公転撹拌機で混合して、電極部形成ペーストを調製した。
<3. Manufacturing of Electrically Heated Honeycomb Structure>
(1) Preparation of Electrode Part-Forming Paste 72 g of each of the SiC powders of the Examples and Comparative Examples produced above, 28 g of metallic silicon powder, 1 g of cordierite powder as oxide particles, 1 g of methyl cellulose, 5 g of glycerin, 0.5 g of a polyacrylic acid-based dispersant, and 30 g of water were mixed in a centrifugal mixer to prepare an electrode part-forming paste.

(2)ハニカム乾燥体の作製
金属珪素粉末を6kg、SiC粉末を14kg、コージェライト粉末を1kg、メチルセルロースを1.6kg、水を8kg、混合し、ニーダー混練してハニカム成形原料を調製した。次に、得られたハニカム成形原料を真空土練して坏土を得、得られた坏土を押出成形して、円柱状のハニカム成形体を得た。得られたハニカム成形体は120℃で乾燥させ、ハニカム乾燥体を得た。
(2) Preparation of honeycomb dried body 6 kg of metal silicon powder, 14 kg of SiC powder, 1 kg of cordierite powder, 1.6 kg of methyl cellulose, and 8 kg of water were mixed and kneaded in a kneader to prepare a honeycomb forming raw material. Next, the obtained honeycomb forming raw material was vacuum kneaded to obtain a clay, and the obtained clay was extrusion molded to obtain a cylindrical honeycomb formed body. The obtained honeycomb formed body was dried at 120°C to obtain a honeycomb dried body.

(3)ハニカム構造体の作製
得られたハニカム乾燥体の側面に、予め調製した電極部形成ペーストを厚み200μmで塗工し、80℃で乾燥して、電極形成用スラリー付きハニカム乾燥体を得た。具体的な塗工条件は以下である。電極部形成ペーストは、ハニカム乾燥体をセルの流路方向に直交する断面で観察したときの、各スラリーの両端とハニカム乾燥体の中心軸とを結ぶ二本の線分によって画定される中心角が50°になるように、ハニカム乾燥体の両底面間の全長に亘って帯状に2箇所スクリーン印刷した。また、2箇所の電極部形成ペーストは、ハニカム乾燥体の中心軸を挟んで互いに反対側の位置関係となるように配置した。
(3) Preparation of honeycomb structure The electrode part forming paste prepared in advance was applied to the side of the obtained honeycomb dried body with a thickness of 200 μm, and dried at 80° C. to obtain a honeycomb dried body with an electrode forming slurry. The specific coating conditions are as follows. The electrode part forming paste was screen-printed in two places in a band shape over the entire length between both bottom surfaces of the honeycomb dried body so that the central angle defined by two lines connecting both ends of each slurry and the central axis of the honeycomb dried body when the honeycomb dried body is observed at a cross section perpendicular to the flow direction of the cells is 50°. In addition, the electrode part forming pastes at two places were arranged so as to be on opposite sides of the central axis of the honeycomb dried body.

次いで、電極部形成ペースト付きハニカム乾燥体を脱脂し、焼成し、酸化処理して、電気加熱式ハニカム構造体を作製した。脱脂は、450℃の大気中で、5時間行った。焼成は、1450℃のアルゴン雰囲気中で、2時間行った。酸化処理は、1000℃の大気中で、5時間行った。 Then, the dried honeycomb body with the electrode part forming paste was degreased, fired, and oxidized to produce an electrically heated honeycomb structure. Degreasing was performed in air at 450°C for 5 hours. Firing was performed in an argon atmosphere at 1450°C for 2 hours. Oxidation was performed in air at 1000°C for 5 hours.

得られた電気加熱式ハニカム構造体のハニカム構造部は、隔壁の厚さが101.6μmで、セル密度が93個/cm2であった。また、ハニカム構造部の両底面の直径は100mmで、セルの延びる方向の長さは100mmであった。 The honeycomb structure part of the obtained electrically heated honeycomb structure had a partition wall thickness of 101.6 μm and a cell density of 93 cells/cm 2. The diameter of both bottom surfaces of the honeycomb structure part was 100 mm, and the length in the cell extension direction was 100 mm.

(4)電極部の体積抵抗率
得られた電気加熱式ハニカム構造体から5mm(周方向)×40mm(軸方向)×75μm(厚み)の形状の電極部試験片を採取した。そして、試験片の厚み方向に直角な方向の室温における電気抵抗を4端子法にて測定し、試験片の形状から体積抵抗率を算出した。
また、電極部の体積抵抗率は、得られたハニカム構造体に対して大気雰囲気下、1300℃、50時間のエージングを行った後にも測定した。エージング前後での体積抵抗率の変化率(エージング後体積抵抗率/エージング前体積抵抗率)を表2に示す。想定使用環境下での体積抵抗率の変化率が2.5倍以上であるのは問題である。
(4) Volume resistivity of electrode part A test piece of electrode part having a shape of 5 mm (circumferential direction) × 40 mm (axial direction) × 75 μm (thickness) was taken from the obtained electrically heated honeycomb structure. Then, the electrical resistance at room temperature in a direction perpendicular to the thickness direction of the test piece was measured by a four-terminal method, and the volume resistivity was calculated from the shape of the test piece.
The volume resistivity of the electrode portion was also measured after the honeycomb structure was aged in air at 1300° C. for 50 hours. The rate of change in volume resistivity before and after aging (volume resistivity after aging/volume resistivity before aging) is shown in Table 2. It is problematic that the rate of change in volume resistivity under the assumed usage environment is 2.5 times or more.

100 電気加熱式ハニカム構造体
110 ハニカム構造部
112 外周側壁
114 第一底面
116 第二底面
118 隔壁
120 電極部
122 端子接続部
Reference Signs List 100 Electrically heated honeycomb structure 110 Honeycomb structure portion 112 Outer peripheral side wall 114 First bottom surface 116 Second bottom surface 118 Partition wall 120 Electrode portion 122 Terminal connection portion

Claims (17)

β-SiCを70質量%以上含有し、
レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布におけるD50が8~35μmであり、D10が5μm以上である、電気加熱式ハニカム構造体製造用のSiC粉末。
Contains 70% by mass or more of β-SiC,
A SiC powder for manufacturing an electrically heated honeycomb structure, having a D50 of 8 to 35 μm and a D10 of 5 μm or more in a cumulative particle size distribution on a volume basis measured by a laser diffraction method.
レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布における粒度5μm以下の粒子の積算体積が7%以下である請求項1に記載のSiC粉末。 The SiC powder according to claim 1, in which the cumulative volume of particles with a particle size of 5 μm or less in the volume-based cumulative particle size distribution measured by a laser diffraction method is 7% or less. レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布におけるD50が15~35μmであり、D10が7~20μmである請求項1又は2に記載のSiC粉末。 The SiC powder according to claim 1 or 2, in which D50 is 15 to 35 μm and D10 is 7 to 20 μm in the cumulative particle size distribution on a volume basis measured by a laser diffraction method. レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布におけるD90が100μm以下である請求項1~3の何れか一項に記載のSiC粉末。 The SiC powder according to any one of claims 1 to 3, in which D90 in the volume-based cumulative particle size distribution measured by a laser diffraction method is 100 μm or less. 前記粉末中に含まれるβ-SiCの積層欠陥が5%以下である請求項1~4の何れか一項に記載のSiC粉末。 The SiC powder according to any one of claims 1 to 4, wherein the stacking faults of the β-SiC contained in the powder are 5% or less. 前記粉末中に含まれるβ-SiCの積層欠陥が2%超である請求項1~5の何れか一項に記載のSiC粉末。 The SiC powder according to any one of claims 1 to 5, wherein the stacking faults of the β-SiC contained in the powder are more than 2%. 金属珪素及びシリサイドの一方又は両方を更に含有する請求項1~6の何れか一項に記載のSiC粉末。 The SiC powder according to any one of claims 1 to 6, further containing one or both of metallic silicon and silicide. Ni、Al、B、N、Ga、Ge、Ti、Cu、Co、P、Cr及びZrよりなる群から選択される1種又は2種以上の第三元素を含有する請求項1~7の何れか一項に記載のSiC粉末。 The SiC powder according to any one of claims 1 to 7, containing one or more third elements selected from the group consisting of Ni, Al, B, N, Ga, Ge, Ti, Cu, Co, P, Cr and Zr. 前記粉末中の前記第三元素の合計濃度が6質量%以下である請求項8に記載のSiC粉末。 The SiC powder according to claim 8, wherein the total concentration of the third element in the powder is 6 mass% or less. SiC化原料粉末、及びNi、Al、B、N、Ga、Ge、Ti、Cu、Co、P、Cr及びZrよりなる群から選択される1種又は2種以上の第三元素を含有する粉末を含む混合物を成形して成形体を作製する工程と、
前記成形体を不活性雰囲気下、1800℃以下の温度で焼成してβ-SiCを含有する焼成体を得る工程と、
前記焼成体を粉砕して粉砕された焼成体を得る工程と、
前記粉砕された焼成体を分級して、レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布におけるD50が8~35μmであり、D10が5μm以上である粉末を得る工程と、
を含むSiC粉末の製造方法。
A step of forming a compact by molding a mixture containing a SiC raw material powder and a powder containing one or more third elements selected from the group consisting of Ni, Al, B, N, Ga, Ge, Ti, Cu, Co, P, Cr, and Zr;
sintering the compact at a temperature of 1800° C. or less in an inert atmosphere to obtain a sintered body containing β-SiC;
pulverizing the sintered body to obtain a pulverized sintered body;
A step of classifying the pulverized sintered body to obtain a powder having a D50 of 8 to 35 μm and a D10 of 5 μm or more in a cumulative particle size distribution on a volume basis measured by a laser diffraction method;
A method for producing a SiC powder comprising the steps of:
前記粉末は、レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布における粒度5μm以下の粒子の積算体積が7%以下である請求項10に記載のSiC粉末の製造方法。 The method for producing SiC powder according to claim 10, wherein the powder has a cumulative volume of particles with a particle size of 5 μm or less in a volume-based cumulative particle size distribution measured by a laser diffraction method of 7% or less. 前記粉末は、レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布におけるD50が15~35μmであり、D10が7~20μmである請求項10又は11に記載のSiC粉末の製造方法。 The method for producing SiC powder according to claim 10 or 11, wherein the powder has a cumulative particle size distribution on a volume basis, measured by a laser diffraction method, of D50 of 15 to 35 μm and D10 of 7 to 20 μm. 前記粉末は、レーザー回折法により測定される体積基準の累積粒度分布におけるD90が100μm以下である請求項10~12の何れか一項に記載のSiC粉末の製造方法。 The method for producing SiC powder according to any one of claims 10 to 12, wherein the powder has a D90 of 100 μm or less in a cumulative particle size distribution based on volume as measured by a laser diffraction method. 前記焼成体の気孔率が35~80%である請求項10~13の何れか一項に記載のSiC粉末の製造方法。 The method for producing SiC powder according to any one of claims 10 to 13, wherein the porosity of the sintered body is 35 to 80%. 前記焼成体の平均気孔径が5~300μmである請求項10~14の何れか一項に記載のSiC粉末の製造方法。 The method for producing SiC powder according to any one of claims 10 to 14, wherein the average pore diameter of the sintered body is 5 to 300 μm. 坏土を成形及び乾燥することにより、外周側壁と、当該外周側壁よりも内周側に配設され、第一底面から第二底面まで延び、流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有する柱状のハニカム成形体を得る工程と、
前記ハニカム成形体又は前記ハニカム成形体を焼成して得られたハニカム焼成体の側面の第一の領域及び第二の領域に、電極部形成ペーストをそれぞれ塗工し、塗工した前記電極部形成ペーストを乾燥及び焼成して、一対の電極部を形成する電極部形成工程を備え、
前記坏土及び前記電極部形成ペーストの一方又は両方が、請求項1~9の何れか一項に記載のSiC粉末を含む、
電気加熱式ハニカム構造体の製造方法。
a step of forming and drying the clay to obtain a columnar honeycomb formed body having an outer peripheral side wall and partition walls disposed on the inner peripheral side of the outer peripheral side wall, extending from the first bottom surface to the second bottom surface, and defining a plurality of cells that serve as fluid flow paths;
an electrode portion forming step of applying an electrode portion forming paste to a first region and a second region of a side surface of the honeycomb molded body or a honeycomb fired body obtained by firing the honeycomb molded body, and drying and firing the applied electrode portion forming paste to form a pair of electrode portions;
One or both of the clay and the electrode part forming paste contain the SiC powder according to any one of claims 1 to 9.
A method for manufacturing an electrically heated honeycomb structure.
請求項1~9の何れか一項に記載のSiC粉末を含む、電気加熱式ハニカム構造体。 An electrically heated honeycomb structure containing the SiC powder according to any one of claims 1 to 9.
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