專(zhuān)利名稱(chēng)：蜂窩單元及蜂窩結(jié)構(gòu)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)以2005年10月12日申請(qǐng)的日本國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2005-297858號(hào)為基礎(chǔ)申請(qǐng)來(lái)主張優(yōu)先權(quán)。
本發(fā)明涉及過(guò)濾器中使用的蜂窩單元以及將該蜂窩單元作為構(gòu)成部件的蜂窩結(jié)構(gòu)體，所述過(guò)濾器用于捕獲并去除從柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣中的顆粒等。
背景技術(shù)：
從公共汽車(chē)、卡車(chē)等車(chē)輛、建筑設(shè)備等的內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣中含有的黑煙等顆粒會(huì)對(duì)環(huán)境和人體造成危害，這已成為近來(lái)的問(wèn)題。因此，作為捕獲廢氣中的顆粒以?xún)艋瘡U氣的過(guò)濾器，已提出有各種使用了由多孔質(zhì)陶瓷構(gòu)成的蜂窩結(jié)構(gòu)體的過(guò)濾器。
以往，作為這種蜂窩結(jié)構(gòu)體，例如已公開(kāi)有如下的廢氣凈化過(guò)濾器，所述廢氣凈化過(guò)濾器呈具有被隔壁包圍的多個(gè)孔的蜂窩狀，具有塞堵孔兩端的任意一個(gè)的端部的塞部，所述隔壁和塞部均由多孔質(zhì)體構(gòu)成，隔壁的氣孔率、塞部的氣孔率、隔壁的厚度的平均值以及塞部的長(zhǎng)度的平均值具有預(yù)定的關(guān)系(參照例如專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
而且，作為現(xiàn)有的蜂窩結(jié)構(gòu)體的材料，已知有碳化硅、堇青石等。
并且，專(zhuān)利文獻(xiàn)1中記載有如下內(nèi)容通過(guò)控制隔壁的氣孔率、塞部的氣孔率、隔壁的厚度以及塞部的長(zhǎng)度，能夠使黑煙進(jìn)入塞部，由此，能夠提高過(guò)濾面積。即，專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了能夠積極將塞部用作過(guò)濾器的廢氣凈化過(guò)濾器。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1特開(kāi)2003-3823號(hào)公報(bào)通常，在具有捕獲廢氣中的顆粒(下面簡(jiǎn)稱(chēng)為PM)的功能的過(guò)濾器中，需要利用后噴射(post injection)等，定期燃燒去除所捕獲的PM(將這種燃燒去除PM的處理稱(chēng)為過(guò)濾器的再生處理)。此時(shí)，PM的燃燒熱傳遞給過(guò)濾器的后方(廢氣流出側(cè))，越靠近過(guò)濾器的后方，溫度越高。
而且，由于該溫度上升引起的熱沖擊，有時(shí)在孔的塞堵部及其附近產(chǎn)生破損。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)的發(fā)明人為了解決上述課題進(jìn)行潛心研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，為了防止熱沖擊引起的孔的塞堵部以其附近的破損，只要抑制燃燒PM時(shí)產(chǎn)生的熱沖擊即可，為此，只要抑制孔的塞堵部的溫度上升即可，具體地說(shuō)，只要根據(jù)構(gòu)成蜂窩結(jié)構(gòu)體的蜂窩單元的形狀，將孔被塞堵的區(qū)域和未被塞堵的區(qū)域的重量比設(shè)定為預(yù)定的值即可，從而完成了本發(fā)明。
另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)的廢氣凈化過(guò)濾器中，未考慮過(guò)濾器的長(zhǎng)度，所以不能可靠地回避因上述的熱沖擊導(dǎo)致的在孔的塞堵部及其附近發(fā)生破損的問(wèn)題。
第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元是隔著壁部貫穿長(zhǎng)度方向的多個(gè)孔的任意一個(gè)端部被塞堵的蜂窩單元，其特征在于，將上述孔未被塞堵的區(qū)域的重量與上述孔被塞堵的區(qū)域的重量之比設(shè)為Y，將上述蜂窩單元的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度與上述蜂窩單元的垂直于長(zhǎng)度方向的截面的面積之比設(shè)為X時(shí)，上述X和Y滿(mǎn)足下述式(1)的關(guān)系，100/3·X+5≤Y≤100/3·X+40…(1)其中，0.1≤X≤0.26。
在上述蜂窩單元中，上述蜂窩單元的上述孔未被塞堵的區(qū)域的表觀密度為0.4g/cm3～0.7g/cm3。
并且，上述蜂窩單元優(yōu)選由碳化硅質(zhì)陶瓷構(gòu)成。
第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體是通過(guò)粘合劑層將多個(gè)蜂窩單元粘合而成的蜂窩結(jié)構(gòu)體，所述蜂窩單元的隔著壁部貫穿長(zhǎng)度方向的多個(gè)孔的任意一個(gè)端部被塞堵，所述蜂窩結(jié)構(gòu)體的特征在于，上述蜂窩單元的至少一個(gè)是第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元。
第三方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體是由一個(gè)蜂窩單元構(gòu)成的蜂窩結(jié)構(gòu)體，所述蜂窩單元的隔著壁部貫穿長(zhǎng)度方向的多個(gè)孔的任意一個(gè)端部被塞堵，所述蜂窩結(jié)構(gòu)體的特征在于，上述蜂窩單元是第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元。
根據(jù)第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元，上述X和上述Y滿(mǎn)足上述式(1)的關(guān)系，所以能夠緩和在上述孔被塞堵的區(qū)域和上述孔未被塞堵的區(qū)域產(chǎn)生的熱的分布不均，因此，在孔的塞堵部及其附近上，在再生處理等時(shí)難以產(chǎn)生裂紋等破損，耐久性?xún)?yōu)異。
并且，在第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，構(gòu)成蜂窩結(jié)構(gòu)體的蜂窩單元的至少一個(gè)是第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元，所以作為蜂窩結(jié)構(gòu)體整體能夠有效抑制在上述孔被塞堵的區(qū)域和上述孔未被塞堵的區(qū)域上產(chǎn)生熱的分布不均。因此，在第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，能夠防止孔的塞堵部及其附近在再生處理等時(shí)產(chǎn)生裂紋等破損，能夠改善耐久性。
并且，在第三方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，蜂窩結(jié)構(gòu)體由一個(gè)蜂窩單元構(gòu)成，該蜂窩單元是第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元，所以作為蜂窩結(jié)構(gòu)體整體能夠有效抑制在上述孔被塞堵的區(qū)域和上述孔未被塞堵的區(qū)域上產(chǎn)生熱的分布不均。因此，在第三方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，能夠防止孔的塞堵部及其附近在再生處理等時(shí)產(chǎn)生裂紋等破損，能夠改善耐久性。


圖1(a)是示意性地示出第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元的一例的立體圖，圖1(b)是其A-A線(xiàn)剖面圖。
圖2(a)是示意性地示出圖1(b)所示的蜂窩單元的B區(qū)域的局部放大圖，圖2(b)是示出塞堵部的形狀不同的其它實(shí)施方式的蜂窩單元的局部放大圖。
圖3是示意性地示出第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的一例的立體圖。
圖4(a)是示意性地示出第三方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的一例的剖面圖，圖4(b)是其C-C線(xiàn)剖面圖。
圖5是示意性地示出設(shè)置了第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的車(chē)輛的廢氣凈化裝置的一例的剖面圖。
圖6是示出實(shí)施例和比較例的蜂窩單元的基材部的重量與塞堵部的重量之比Y和長(zhǎng)徑比X之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。
符號(hào)說(shuō)明10、30蜂窩結(jié)構(gòu)體；11密封材料層(粘合劑層)，12密封材料層(涂布層)，15陶瓷塊，20、35蜂窩單元，21、31孔，22、32塞堵材料，23、33孔壁，25、25’塞堵部。
具體實(shí)施例方式
第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元是隔著壁部貫穿長(zhǎng)度方向的多個(gè)孔的任意一個(gè)端部被塞堵的蜂窩單元，其特征在于，將上述孔未被塞堵的區(qū)域(下面稱(chēng)為基材部)的重量與上述孔被塞堵的區(qū)域(下面稱(chēng)為塞堵部)的重量之比設(shè)為Y，將上述蜂窩單元的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度與上述蜂窩單元的垂直于長(zhǎng)度方向的截面的面積之比(下面稱(chēng)為蜂窩單元的長(zhǎng)徑比(aspect))設(shè)為X時(shí)，上述X和Y滿(mǎn)足下述式(1)的關(guān)系，100/3·X+5≤Y≤100/3·X+40…(1)其中，0.1≤X≤0.26。
第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元滿(mǎn)足上述式(1)的關(guān)系。
上述基材部的重量與上述塞堵部的重量之比Y小于(100/3·X+5)時(shí)，熱量容易聚集在上述塞堵部，在上述塞堵部和上述基材部的界面(參照?qǐng)D2(a))產(chǎn)生溫度差，再生處理等時(shí)在該界面附近產(chǎn)生破損。
另一方面，當(dāng)上述Y大于(100/3·X+40)時(shí)，廢氣流出側(cè)的最高溫度過(guò)高，在塞堵部(尤其是塞堵材料)上產(chǎn)生破損。
另外，對(duì)于下面說(shuō)明的限定理由或限定條件，在滿(mǎn)足它們的情況或不滿(mǎn)足它們的情況下產(chǎn)生的效果/作用全部是在使用一個(gè)或多個(gè)上述蜂窩單元構(gòu)成的蜂窩結(jié)構(gòu)體上產(chǎn)生的。
并且，對(duì)于本說(shuō)明書(shū)中的、孔被塞堵的區(qū)域(塞堵部)和孔未被塞堵的區(qū)域(基材部)，將在后面參照附圖詳細(xì)敘述。
并且，上述蜂窩單元的長(zhǎng)徑比X小于0.1時(shí)，蜂窩單元的長(zhǎng)度相對(duì)于蜂窩單元的截面積過(guò)短，廢氣中的PM容易堆積在所得到的蜂窩單元的后方(廢氣流出側(cè))，由于該P(yáng)M的不均勻分布，在再生處理等時(shí)蜂窩單元產(chǎn)生破損。
另一方面，若上述X大于0.26，則蜂窩單元的長(zhǎng)度相對(duì)于蜂窩單元的截面積過(guò)長(zhǎng)，所以，廢氣中的PM容易堆積在所得到的蜂窩單元的前方(廢氣流入側(cè))，這種情況下，由于該P(yáng)M的不均勻分布，在再生處理等時(shí)蜂窩單元也會(huì)產(chǎn)生破損。
即，在上述蜂窩單元中，優(yōu)選在蜂窩單元內(nèi)(孔內(nèi))一定程度上均勻地捕獲廢氣中的PM。
另外，本發(fā)明中，蜂窩單元的截面積是指垂直于蜂窩單元的長(zhǎng)度方向的截面的外緣所形成的面積。
并且，上述蜂窩單元中，優(yōu)選上述蜂窩單元的上述孔未被塞堵的區(qū)域(基材部)的表觀密度的下限為0.4g/cm3，上限為0.7g/cm3。
上述孔未被塞堵的區(qū)域(基材部)的表觀密度小于0.4g/cm3時(shí)，蜂窩單元的強(qiáng)度不充分，所以有時(shí)產(chǎn)生破損。
另一方面，上述孔未被塞堵的區(qū)域(基材部)的表觀密度大于0.7g/cm3時(shí)，有時(shí)難以達(dá)到催化劑活性溫度。即，優(yōu)選在上述蜂窩單元上賦予有助于PM燃燒的催化劑，但這類(lèi)催化劑通常存在適合于催化劑發(fā)揮作用的溫度區(qū)域。此處，上述蜂窩單元的上述孔未被塞堵的區(qū)域(基材部)的表觀密度大于0.7g/cm3時(shí)，蜂窩單元的熱容量大，上述蜂窩單元的溫度有時(shí)難以上升到適合于上述催化劑發(fā)揮作用的溫度區(qū)域。
并且，上述孔被塞堵的區(qū)域(塞堵部)的表觀密度沒(méi)有特別限定，通常為0.4g/cm3～2.0g/cm3左右。
其理由是，上述塞堵部的表觀密度小于0.4g/cm3時(shí)，上述孔被塞堵的區(qū)域(塞堵部)的強(qiáng)度降低，有時(shí)破損，另一方面，上述塞堵部的表觀密度大于2.0g/cm3時(shí)，上述孔被塞堵的區(qū)域(塞堵部)和未被塞堵的區(qū)域的熱容量之差引起溫度差增大，由該溫度差產(chǎn)生熱應(yīng)力，有時(shí)產(chǎn)生裂紋等破損。
下面，參照附圖，說(shuō)明第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元。
圖1(a)是示意性地示出第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元的一例的立體圖，圖1(b)是圖1(a)所示的蜂窩單元的A-A線(xiàn)剖面圖。
如圖1(a)、圖1(b)所示，蜂窩單元20是有多個(gè)孔21隔著孔壁23(壁部)在長(zhǎng)度方向(圖1(a)中，箭頭a的方向)上平行設(shè)置的蜂窩單元，孔21的任意一個(gè)端部被塞堵材料22塞堵，隔開(kāi)孔21彼此的孔壁23(壁部)起到過(guò)濾器的作用。即，如圖1(b)所示，形成于蜂窩單元20的孔21的廢氣的入口側(cè)或出口側(cè)的端部的任意一個(gè)端部被塞堵材料22封孔，流入一個(gè)孔21的廢氣必定通過(guò)將孔21隔開(kāi)的孔壁23之后，從另一個(gè)孔21流出。
而且，蜂窩單元20中基材部的重量與塞堵部的重量之比Y和上述長(zhǎng)徑比X滿(mǎn)足上述式(1)的關(guān)系，因此，在再生處理等時(shí)不會(huì)發(fā)生裂紋等破損。
接著，參照?qǐng)D2，說(shuō)明第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元中的上述孔被塞堵的區(qū)域(塞堵部)和上述孔未被塞堵的區(qū)域(基材部)。
圖2(a)是示意性地示出圖1(b)所示的蜂窩單元的B區(qū)域的局部放大圖，圖2(b)是示出塞堵部的形狀不同的其它實(shí)施方式的蜂窩單元的局部放大圖。
在第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元中，上述塞堵部是指孔的圖2(a)、圖2(b)中斜線(xiàn)所示的區(qū)域，是指包括將孔的端部塞堵的塞堵材料22和與該塞堵材料相接的孔壁的區(qū)域25(斜線(xiàn)部)。
此外，孔未被塞堵的區(qū)域(基材部)是指端部被塞堵的蜂窩單元20(參照?qǐng)D2(a)、圖2(b))中塞堵部25以外的區(qū)域。
此處，在第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元中，對(duì)于將蜂窩單元的端部塞堵的塞堵材料，其內(nèi)側(cè)的形狀無(wú)需一定如圖2(a)所示構(gòu)成為平面，例如也可以如圖2(b)所示構(gòu)成為內(nèi)側(cè)為凸曲面等的形狀，也可以是相反的凹曲面等形狀。而且，該情況下，第一方面的本發(fā)明中所說(shuō)的塞堵部是指，塞堵材料22’和與該塞堵材料22’相接的孔壁所占的區(qū)域25’(圖中斜線(xiàn)部)。并且，該情況下，基材部是指蜂窩單元中塞堵部25’之外的區(qū)域。
上述蜂窩單元主要由多孔質(zhì)陶瓷構(gòu)成，作為多孔質(zhì)陶瓷的材料，可以舉出例如氮化鋁、氮化硅、氮化硼、氮化鈦等氮化物陶瓷，碳化硅、碳化鋯、碳化鈦、碳化鉭、碳化鎢等碳化物陶瓷，氧化鋁、氧化鋯、堇青石、莫來(lái)石、氧化硅、鈦酸鋁等氧化物陶瓷等。并且，蜂窩單元可以由硅和碳化硅的復(fù)合體形成。使用硅和碳化硅的復(fù)合體時(shí)，優(yōu)選硅的添加量為全體的0重量％～45重量％。
作為上述蜂窩單元的材料，優(yōu)選耐熱性高、機(jī)械特性?xún)?yōu)異、且熱傳導(dǎo)率高的碳化硅質(zhì)陶瓷。另外，碳化硅質(zhì)陶瓷是指碳化硅為60重量％以上的陶瓷。
上述蜂窩單元的平均氣孔徑?jīng)]有特別限定，優(yōu)選的下限為1μm，優(yōu)選的上限為50μm。更優(yōu)選的下限為5μm，更優(yōu)選的上限為30μm。平均氣孔徑小于1μm時(shí)，壓力損失增高，另一方面，若平均氣孔徑大于50μm，則PM易于通過(guò)氣孔，有時(shí)不能夠充分捕獲該P(yáng)M，PM的捕獲效率降低。
上述蜂窩單元的氣孔率沒(méi)有特別限定，優(yōu)選的下限為20％，優(yōu)選的上限為80％。更優(yōu)選的下限為30％，更優(yōu)選的上限為60％。若氣孔率小于20％，則蜂窩結(jié)構(gòu)體的氣孔馬上發(fā)生堵塞，另一方面，若氣孔率大于80％，則蜂窩結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度降低，容易破損。
另外，上述氣孔率利用例如水銀壓入法、阿基米德法以及基于掃描型電子顯微鏡(SEM)的測(cè)定等現(xiàn)有公知的方法測(cè)定。
上述蜂窩單元的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度只要是滿(mǎn)足上述長(zhǎng)徑比X的長(zhǎng)度即可，沒(méi)有特別限定，通常為100mm～300mm。
這是因?yàn)?，長(zhǎng)度小于100mm時(shí)，廢氣中的PM具有易在廢氣流出側(cè)堆積的趨勢(shì)，另一方面，長(zhǎng)度大于300mm時(shí)，廢氣中的PM具有容易在蜂窩結(jié)構(gòu)體的廢氣流入側(cè)堆積的趨勢(shì)。
上述蜂窩單元的垂直于長(zhǎng)度方向的截面的面積只要是在用于后述的第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體時(shí)滿(mǎn)足上述長(zhǎng)徑比X的面積即可，沒(méi)有特別限定，通常優(yōu)選為5cm2～50cm2。
這是因?yàn)?，上述截面的面積小于5cm2時(shí)，作為過(guò)濾器的過(guò)濾面積減小，另一方面，上述截面的面積大于50cm2時(shí)，有時(shí)因過(guò)濾器內(nèi)部的熱應(yīng)力而破損。
并且，上述蜂窩單元中，優(yōu)選孔壁的厚度的下限為0.1mm，其上限為0.4mm。
這是因?yàn)?，孔壁的厚度小?.1mm時(shí)，蜂窩單元的強(qiáng)度過(guò)低，另一方面，孔壁的厚度大于0.4mm時(shí)，壓力損失過(guò)大。
并且，塞堵上述蜂窩單元的端部的塞堵材料22和孔壁23優(yōu)選用相同的多孔質(zhì)陶瓷構(gòu)成。由此，能夠提高兩者的密合強(qiáng)度，并且，將塞堵材料22的氣孔率調(diào)整為與孔壁23相同，從而能夠?qū)崿F(xiàn)孔壁23的熱膨脹率和塞堵材料22的熱膨脹率的一致，能夠防止因制造時(shí)或使用時(shí)的熱應(yīng)力而在塞堵材料22和孔壁23之間產(chǎn)生縫隙，或在塞堵材料22、與塞堵材料22接觸部分的孔壁23上產(chǎn)生裂紋。另外，孔壁是指將孔21彼此隔開(kāi)的孔壁和外周部分這兩方面。
塞堵材料22的長(zhǎng)度沒(méi)有特別限定，例如，塞堵材料22由多孔質(zhì)碳化硅構(gòu)成時(shí)，優(yōu)選的下限為1mm，優(yōu)選的上限為10mm。
這是因?yàn)椋虏牧系拈L(zhǎng)度小于1mm時(shí)，有時(shí)不能可靠地塞堵孔的端部，另一方面，若塞堵材料的長(zhǎng)度大于10mm，則蜂窩結(jié)構(gòu)體中的有效過(guò)濾面積下降，而且，若要滿(mǎn)足上述式(1)，塞堵材料的氣孔率過(guò)高。
上述塞堵材料的長(zhǎng)度的更優(yōu)選的下限為2mm，優(yōu)選的上限為9mm。
對(duì)于這種蜂窩單元的制造方法，在說(shuō)明后述的第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法時(shí)，一并說(shuō)明。
接著，說(shuō)明第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體是通過(guò)粘合劑層將多個(gè)蜂窩單元粘合而成的蜂窩結(jié)構(gòu)體，所述蜂窩單元的隔著壁部貫穿長(zhǎng)度方向的多個(gè)孔的任意一個(gè)端部被塞堵，所述蜂窩結(jié)構(gòu)體的特征在于，上述蜂窩單元的至少一個(gè)是第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元(下面，將這種蜂窩結(jié)構(gòu)體稱(chēng)為分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體)。
下面，參照附圖，說(shuō)明第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
圖3是示意性地示出第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的一例的立體圖。
如圖3所示，蜂窩結(jié)構(gòu)體(分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體)10結(jié)構(gòu)如下隔著密封材料層(粘合劑層)11將多個(gè)由碳化硅質(zhì)陶瓷等構(gòu)成的蜂窩單元20組合，構(gòu)成圓柱狀的陶瓷塊15，在該陶瓷塊15的周?chē)纬擅芊獠牧蠈?涂布層)12。
在圖3所示的分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體10中，陶瓷塊的形狀為圓柱狀，但第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，陶瓷塊只要是柱狀即可，不限于圓柱狀，也可以是例如橢圓柱狀或棱柱狀等任意形狀。
而且，在至少一個(gè)的蜂窩單元20中，基材部的重量與塞堵部的重量之比Y和上述長(zhǎng)徑比X滿(mǎn)足上述式(1)的關(guān)系，因此，分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體10在再生處理等時(shí)不會(huì)發(fā)生裂紋等破損。
即，作為分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體的第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，無(wú)需全部的蜂窩單元都是滿(mǎn)足上述式(1)的關(guān)系的第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元，只要至少一個(gè)蜂窩單元是滿(mǎn)足上述式(1)的關(guān)系的第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元即可。
但是，在構(gòu)成上述蜂窩結(jié)構(gòu)體的多個(gè)蜂窩單元中，滿(mǎn)足上述式(1)的關(guān)系的第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元所占的比例越高越好。
這是因?yàn)椋诙矫娴谋景l(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體對(duì)熱沖擊的耐久性將進(jìn)一步提高。
在分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體10中，密封材料層(粘合劑層)11形成于蜂窩單元20之間，具有防止廢氣泄漏的功能，并起到捆綁多個(gè)蜂窩單元20彼此的粘合劑的作用，另一方面，密封材料層(涂布層)12形成于陶瓷塊15的外周面，在將蜂窩結(jié)構(gòu)體10設(shè)置于內(nèi)燃機(jī)的排氣通道時(shí)，其具有防止從陶瓷塊15的外周面通過(guò)孔的廢氣泄漏的塞堵材料的功能，以及調(diào)整形狀，起到加固陶瓷塊15的外周部的加固材料的作用。
另外，在分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體10中，粘合劑層11和涂布層12可以使用相同的材料形成，也可以使用不同的材料形成。而且，粘合劑層11和涂布層12由相同的材料形成時(shí)，其材料的混合比可以相同，也可以不同。并且，可以是密質(zhì)，也可以是多孔質(zhì)。
作為構(gòu)成粘合劑層11和涂布層12的材料，沒(méi)有特別限定，可以舉出例如由無(wú)機(jī)粘合劑、有機(jī)粘合劑、無(wú)機(jī)纖維和/或無(wú)機(jī)顆粒構(gòu)成的材料等。
作為上述無(wú)機(jī)粘合劑，可以舉出例如氧化硅溶膠、氧化鋁溶膠等。這些可以單獨(dú)使用，也可以2種以上并用。在上述無(wú)機(jī)粘合劑中，優(yōu)選氧化硅溶膠。
作為上述有機(jī)粘合劑，可以舉出例如聚乙烯醇、甲基纖維素、乙基纖維素、羧甲基纖維素等。這些可以單獨(dú)使用，也可以2種以上并用。在上述有機(jī)粘合劑中，優(yōu)選羧甲基纖維素。
作為上述無(wú)機(jī)纖維，可以舉出例如由氧化鋁、氧化硅、氧化硅一氧化鋁、玻璃、鈦酸鉀、硼酸鋁等構(gòu)成的陶瓷纖維，例如由氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、氧化鈦、氧化鈰、莫來(lái)石、碳化硅等構(gòu)成的晶須。這些可以單獨(dú)使用，也可以2種以上并用。在上述無(wú)機(jī)纖維中，優(yōu)選氧化鋁纖維。
作為上述無(wú)機(jī)顆粒，可以舉出例如碳化物、氮化物等，具體講，可以舉出由碳化硅、氮化硅、氮化硼等構(gòu)成的無(wú)機(jī)粉末等。這些可以單獨(dú)使用，也可以2種以上并用。在上述無(wú)機(jī)顆粒中，優(yōu)選熱傳導(dǎo)性?xún)?yōu)異的碳化硅。
而且，為了形成密封材料層而使用的糊中，可根據(jù)需要，添加成分為氧化物類(lèi)陶瓷的微小中空球體即中空球、球狀丙烯酸樹(shù)脂顆粒、石墨等成孔劑。
作為上述中空球，沒(méi)有特別限定，可以舉出例如氧化鋁中空球、玻璃中空球、火山灰中空球、飛灰中空球(FA中空球)、莫來(lái)石中空球等。其中，優(yōu)選氧化鋁中空球等。
并且，第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中優(yōu)選擔(dān)載有催化劑。在第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，通過(guò)擔(dān)載能夠凈化CO、烴(HC)以及NOx等廢氣中的有害氣體成分的催化劑，可以通過(guò)催化反應(yīng)將廢氣中的有害氣體成分凈化。并且，通過(guò)擔(dān)載有助于PM燃燒的催化劑，能夠更容易地燃燒去除PM。其結(jié)果，第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體能夠提高廢氣中的氣體成分的凈化性能，而且，還可以降低用于燃燒PM的能量。
作為上述催化劑，沒(méi)有特別限定，可以舉出含有例如鉑、鈀、銠等貴金屬的催化劑。并且，除了這些貴金屬之外，還可以擔(dān)載堿金屬(元素周期表1族)、堿土類(lèi)金屬(元素周期表2族)、稀土類(lèi)元素(元素周期表3族)、過(guò)渡金屬元素等。
并且，在上述蜂窩結(jié)構(gòu)體上附著上述催化劑時(shí)，可以預(yù)先用氧化鋁等催化劑擔(dān)載層覆蓋其表面之后，附著上述催化劑。由此，比表面積增大，催化劑的分散度提高，能夠增加催化劑的反應(yīng)部位。并且，能夠利用催化劑擔(dān)載層防止催化劑金屬的燒結(jié)。
作為上述催化劑擔(dān)載層，可以舉出例如氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化硅等氧化物陶瓷。
擔(dān)載有上述催化劑的分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體發(fā)揮與現(xiàn)有公知的帶有催化劑的DPF(柴油顆粒過(guò)濾器)相同的廢氣凈化裝置的作用。因此，此處，省略分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體發(fā)揮催化劑載體作用時(shí)的詳細(xì)說(shuō)明。
接著，說(shuō)明第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體(分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體)的制造方法。
首先，使用主成分為上述的陶瓷原料的原料糊，進(jìn)行擠出成型，制作四棱柱形狀的陶瓷成型體。
作為上述原料糊，沒(méi)有特別限定，優(yōu)選使制造后的蜂窩單元的氣孔率為20％～80％，可以舉出例如在由上述陶瓷構(gòu)成的粉末(陶瓷粉末)中添加粘合劑、分散劑溶液等形成的糊。
上述陶瓷粉末的粒徑?jīng)]有特別限定，但優(yōu)選在后面的燒制工序中收縮小的陶瓷粉末，優(yōu)選例如將100重量份的平均粒徑為3μm～70μm左右的粉末和5重量份～65重量份的平均粒徑為0.1μm～1.0μm左右的粉末組合而得到的材料。
并且，上述陶瓷粉末可以是實(shí)施了氧化處理的陶瓷粉末。
作為上述粘合劑，沒(méi)有特別限定，可以舉出例如甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、聚乙二醇等。
相對(duì)于100重量份的陶瓷粉末，通常上述粘合劑的添加量?jī)?yōu)選為1重量份～15重量份左右。
作為上述分散劑溶液，沒(méi)有特別限定，可以舉出例如苯等有機(jī)溶劑、甲醇等烷醇、水等。
適量混合上述分散劑溶液，使上述原料糊的粘度在一定范圍內(nèi)。
利用粉碎機(jī)等將這些陶瓷粉末、粘合劑以及分散劑溶液混合，使用捏和機(jī)等充分捏和之后，進(jìn)行擠出成型。
并且，可以根據(jù)需要，在上述原料糊中添加成型助劑。
作為上述成型助劑，沒(méi)有特別限定，可以舉出例如乙二醇、糊精、脂肪酸、脂肪酸皂、聚乙烯醇等。
而且，根據(jù)需要，可以在上述原料糊中添加成分為氧化物類(lèi)陶瓷的微小中空球體即中空球(balloon)、球狀丙烯酸樹(shù)脂顆粒、石墨等成孔劑。
作為上述中空球，沒(méi)有特別限定，可以舉出例如氧化鋁中空球、玻璃中空球、火山灰中空球、飛灰中空球(FA balloons)、莫來(lái)石中空球等。其中，優(yōu)選氧化鋁中空球。
接著，使用微波干燥機(jī)、熱風(fēng)干燥機(jī)、電介質(zhì)干燥機(jī)、減壓干燥機(jī)、真空干燥機(jī)、冷凍干燥機(jī)等對(duì)上述陶瓷成型體進(jìn)行干燥，得到陶瓷干燥體。然后，在入口側(cè)孔組的出口側(cè)的端部以及出口側(cè)孔組的入口側(cè)的端部填充預(yù)定量作為塞堵材料的塞堵材料糊，將孔封堵。
作為上述塞堵材料糊，沒(méi)有特別限定，優(yōu)選經(jīng)過(guò)后工序制造出的塞堵材料的氣孔率達(dá)到30％～75％，例如可以使用與上述原料糊相同的材料。
并且，在該工序中，可以根據(jù)需要調(diào)整填充的糊量，以使得通過(guò)調(diào)整經(jīng)由后工序形成的塞堵材料的長(zhǎng)度滿(mǎn)足上述式(1)。
接著，在預(yù)定條件下對(duì)填充了上述塞堵材料糊的陶瓷干燥體進(jìn)行脫脂(例如200℃～500℃)、燒制(例如1400℃～2300℃)，從而能夠制造蜂窩單元20，所述蜂窩單元20的整體由一個(gè)燒結(jié)體構(gòu)成，多個(gè)孔隔著孔壁平行設(shè)置在長(zhǎng)度方向上，且上述孔的任意一個(gè)的端部被塞堵。
上述陶瓷干燥體的脫脂和燒制的條件可以應(yīng)用以往在制造由多孔質(zhì)陶瓷構(gòu)成的過(guò)濾器時(shí)使用的條件。
另外，通過(guò)到此步驟的一系列工序，能夠制造上述的第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元。
然后，在蜂窩單元20的側(cè)面以均勻的厚度涂布成為粘合劑層11的粘合劑糊，形成粘合劑糊層，在該粘合劑糊層之上，依次層疊其它蜂窩單元20，重復(fù)上述工序，制作預(yù)定大小的蜂窩單元集合體。
另外，作為構(gòu)成上述粘合劑糊的材料，已有說(shuō)明，所以在此省略說(shuō)明。
接著，對(duì)該蜂窩單元集合體進(jìn)行加熱，使粘合劑糊層干燥、固化，形成粘合劑層11。
接著，使用金剛石切刀等對(duì)借助粘合劑層11結(jié)合多個(gè)蜂窩單元20而成的蜂窩單元集合體進(jìn)行切削加工，制作圓柱形狀的陶瓷塊15。
而且，使用上述密封材料糊在陶瓷塊15的外周形成密封材料層12，從而能夠制造出如下的蜂窩結(jié)構(gòu)體10在借助粘合劑層11結(jié)合多個(gè)蜂窩單元20而成的圓柱形狀的陶瓷塊15的外周部設(shè)置有密封材料層12。
然后，根據(jù)需要，在上述蜂窩結(jié)構(gòu)體上擔(dān)載催化劑。也可以在制作集合體之前的上述蜂窩單元上擔(dān)載上述催化劑。
擔(dān)載催化劑的情況下，優(yōu)選在蜂窩結(jié)構(gòu)體的表面上形成高比表面積的氧化鋁膜，在該氧化鋁膜的表面擔(dān)載催化助劑和鉑等催化劑。
作為在上述蜂窩結(jié)構(gòu)體的表面上形成氧化鋁膜的方法，可以舉出例如，使Al(NO3)3等含有鋁的金屬化合物的溶液浸入蜂窩結(jié)構(gòu)體中，并進(jìn)行加熱的方法；使含有氧化鋁粉末的溶液浸入蜂窩結(jié)構(gòu)體中，并進(jìn)行加熱的方法等。
作為在上述氧化鋁膜上擔(dān)載催化助劑等的方法，可以舉出例如，使Ce(NO3)3等含有稀土類(lèi)元素等的金屬化合物溶液浸入蜂窩結(jié)構(gòu)體中，并進(jìn)行加熱的方法等。
作為在上述氧化鋁膜上擔(dān)載催化劑的方法，可以舉出例如，使硝酸二硝基·二氨合鉑溶液([Pt(NH3)2(NO2)2]HNO3，鉑濃度為4.53重量％)等浸入蜂窩結(jié)構(gòu)體中，并進(jìn)行加熱的方法等。
并且，也可以預(yù)先對(duì)氧化鋁顆粒賦予催化劑，使含有被賦予了催化劑的氧化鋁粉末的溶液浸入蜂窩結(jié)構(gòu)體中，并進(jìn)行加熱的方法等。
另外，既可以如上述那樣，利用粘合劑將多個(gè)棱柱狀蜂窩單元粘合之后，用金剛石切刀進(jìn)行切割，從而加工成圓柱狀來(lái)制作蜂窩單元集合體，也可以在組合多個(gè)蜂窩單元時(shí)，先制作任意形狀的蜂窩單元(例如，截面為中心角90度的扇形(四分之一圓)的柱狀或截面為大致四方形且其一邊為圓弧的一部分的柱狀等)以使其能成為圓柱形狀(或橢圓柱形狀、棱柱形狀等任意柱狀)，利用粘合劑糊將它們粘合，從而制作蜂窩單元集合體。
接著，說(shuō)明第三方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
第三方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體是由一個(gè)蜂窩單元構(gòu)成的蜂窩結(jié)構(gòu)體，所述蜂窩單元的隔著壁部貫穿長(zhǎng)度方向的多個(gè)孔的任意一個(gè)端部被塞堵，該蜂窩結(jié)構(gòu)體的特征在于，上述蜂窩單元是第一方面的本發(fā)明的蜂窩單元(下面，將這種蜂窩結(jié)構(gòu)體稱(chēng)為一體型蜂窩結(jié)構(gòu)體)。
下面，參照?qǐng)D4，說(shuō)明第三方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
圖4(a)是示意性地示出第三方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的一例的立體圖，圖4(b)是其C-C線(xiàn)剖面圖。
如圖4(a)所示，蜂窩結(jié)構(gòu)體(一體型蜂窩結(jié)構(gòu)體)30由一個(gè)圓柱狀的蜂窩單元35構(gòu)成，所述蜂窩單元35由有多個(gè)孔31隔著孔壁(壁部)33在長(zhǎng)度方向上平行設(shè)置的蜂窩單元構(gòu)成。另外，孔壁是指隔開(kāi)孔31的孔壁和外周部分的這兩個(gè)方面。
在一體型蜂窩結(jié)構(gòu)體30中，如圖4(b)所示，蜂窩單元35的孔31的任意一個(gè)端部被塞堵材料32塞堵。
該情況下，流入一個(gè)孔31的廢氣必定通過(guò)將孔31隔開(kāi)的孔壁33之后從其它的孔31流出，將這些孔31彼此隔開(kāi)的孔壁33起到顆粒捕獲用過(guò)濾器的作用。
并且，雖未在圖4中示出，但在蜂窩單元35的周?chē)?，可以與圖3所示的分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體10相同地形成有密封材料層(涂布層)。
在圖4所示的一體型蜂窩結(jié)構(gòu)體30中，蜂窩單元35的形狀為圓柱狀，但構(gòu)成一體型蜂窩結(jié)構(gòu)體的一個(gè)蜂窩單元只要是柱狀即可，不限于圓柱狀，也可以是例如橢圓柱狀或棱柱狀等任意形狀。
這種一體型蜂窩結(jié)構(gòu)體30由一個(gè)蜂窩單元構(gòu)構(gòu)成，所述蜂窩單元是整體作為一體燒結(jié)形成的蜂窩單元，有多個(gè)孔隔著孔壁(壁部)在長(zhǎng)度方向上平行設(shè)置，且上述孔的任意一個(gè)的端部被塞堵，該一個(gè)蜂窩單元中，基材部的重量與塞堵部的重量之比Y和上述長(zhǎng)徑比X滿(mǎn)足上述式(1)的關(guān)系。所以，這種一體型蜂窩結(jié)構(gòu)體30在再生處理等時(shí)不會(huì)發(fā)生裂紋等破損。
作為構(gòu)成第三方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的多孔質(zhì)陶瓷，可以舉出例如與構(gòu)成上述第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的多孔質(zhì)陶瓷相同的陶瓷。
而且，其中，優(yōu)選堇青石、鈦酸鋁等氧化物陶瓷。這是因?yàn)?，能夠低成本地進(jìn)行制造，并且，熱膨脹系數(shù)較小，不會(huì)在使用途中被破壞。
并且，在第三方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，對(duì)于氣孔率、氣孔徑、塞堵材料的材料、孔壁的厚度、密封材料層的材料、孔的大小、種類(lèi)等，與上述的第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體相同，因此，這里省略詳細(xì)說(shuō)明。
此外，第三方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體也可以擔(dān)載有催化劑，上述催化劑的具體例與上述的第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中的例子相同，此處，省略說(shuō)明。
接著，說(shuō)明第三方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體(一體型蜂窩結(jié)構(gòu)體)的制造方法的一例。
首先，使用主成分為上述陶瓷原料的原料糊，進(jìn)行擠出成型，制作成圓柱形狀的陶瓷成型體。此時(shí)，成型體的形狀為圓柱，除了尺寸比分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體大之外，使用與制造分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體時(shí)相同的粘合劑、分散介質(zhì)等，利用相同的方法制造成型體，因此，這里省略詳細(xì)說(shuō)明。
接著，與制造分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體時(shí)相同地，使用微波干燥機(jī)、熱風(fēng)干燥機(jī)、電介質(zhì)干燥機(jī)、減壓干燥機(jī)、真空干燥機(jī)、冷凍干燥機(jī)等對(duì)上述陶瓷成型體進(jìn)行干燥，得到陶瓷干燥體。然后，在入口側(cè)孔組的出口側(cè)的端部以及出口側(cè)孔組的入口側(cè)的端部填充預(yù)定量作為塞堵材料的塞堵材料糊，以滿(mǎn)足上述式(1)的關(guān)系，將孔封堵。
然后，與制造分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體時(shí)同樣地進(jìn)行脫脂、燒制，從而制造陶瓷塊，根據(jù)需要，進(jìn)行切削加工、形成密封材料層，從而可以制造第三方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體(一體型蜂窩結(jié)構(gòu)體)。并且，也可以采用上述的方法在上述一體型蜂窩結(jié)構(gòu)體上擔(dān)載催化劑。
第二和第三方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的用途沒(méi)有特別限定，優(yōu)選用于車(chē)輛的廢氣凈化裝置。
圖5是示意性地示出設(shè)置有第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的車(chē)輛的廢氣凈化裝置的一例的剖面圖。此處，雖示出了設(shè)置有第二方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的廢氣凈化裝置，但設(shè)置第三方面的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體時(shí)其構(gòu)成也相同。
如圖5所示，廢氣凈化裝置70主要由蜂窩結(jié)構(gòu)體10、套管71和保持密封材料72構(gòu)成，該套管71覆蓋蜂窩結(jié)構(gòu)體10的外方，該保持密封材料72配置在蜂窩結(jié)構(gòu)體10和套管71之間，在套管71的廢氣導(dǎo)入側(cè)的端部連接有導(dǎo)入管74，該導(dǎo)入管74與發(fā)動(dòng)機(jī)等內(nèi)燃機(jī)連接，在套管71的另一端部連接有排出管75，該排出管75與外部連接。另外，在圖5中，箭頭表示廢氣的流向。
在這樣構(gòu)成的廢氣凈化裝置70中，從發(fā)動(dòng)機(jī)等內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣通過(guò)導(dǎo)入管74導(dǎo)入到套管71內(nèi)，從入口側(cè)孔流入蜂窩結(jié)構(gòu)體內(nèi)，通過(guò)孔壁，在該孔壁捕獲PM并凈化之后，從出口側(cè)孔排出到蜂窩結(jié)構(gòu)體外，通過(guò)排出管75排出到外部。并且，在蜂窩結(jié)構(gòu)體上擔(dān)載了能夠凈化廢氣的催化劑時(shí)，能夠凈化CO、烴(HC)以及NOx等廢氣中的有害氣體成分。
并且，廢氣凈化裝置70中，在孔壁上堆積大量的PM，壓力損失增高時(shí)，進(jìn)行蜂窩結(jié)構(gòu)體的再生處理。
上述再生處理中，可以使用后噴射方式燃燒去除PM，也可以利用凈化上述的有害氣體成分時(shí)的反應(yīng)熱。并且，也可以通過(guò)向蜂窩結(jié)構(gòu)體的孔內(nèi)部流入利用未圖示的加熱單元加熱的氣體，加熱蜂窩結(jié)構(gòu)體，燃燒去除堆積在孔壁上的PM。
實(shí)施例下面，舉出實(shí)施例，更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不僅限于這些實(shí)施例。
(實(shí)施例1)將52.2重量％的平均粒徑為22μm的α型碳化硅粗粉末和22.4重量％的平均粒徑為0.5μm的α型碳化硅細(xì)粉末濕式混合，相對(duì)于所得到的混合物，加入4.8重量％的丙烯酸樹(shù)脂、2.6重量％的有機(jī)粘合劑(甲基纖維素)、2.9重量％的潤(rùn)滑劑(日本油脂社制UNILUBE)、1.3重量％的甘油以及13.8重量％的水，進(jìn)行捏和，得到混合組合物，進(jìn)行擠出成型，制作除了孔的端部未被塞堵之外與圖1所示的蜂窩單元20相同形狀的粗成型體。
接著，使用微波干燥機(jī)等對(duì)上述粗成型體進(jìn)行干燥，形成陶瓷干燥體之后，在預(yù)定孔中填充下述組成的塞堵材料糊。另外，在本工序中，填充塞堵材料糊時(shí)，填充塞堵材料糊，使燒制后的塞堵部的長(zhǎng)度為1.7mm。
作為上述塞堵材料糊，使用由如下方式得到的混合組合物將59.8重量％的平均粒徑為11μm的α型碳化硅粗粉末和14.9重量％的平均粒徑為0.5μm的α型碳化硅細(xì)粉末濕式混合，相對(duì)于所得到的混合物，加入7.0重量％的粘合劑(粘合劑D)、4.5重量％的潤(rùn)滑劑(UNILUBE)、1.9重量％的分散劑(PLYSURF)以及12.0重量％的溶劑(二乙二醇單-2-乙基己醚，協(xié)和發(fā)酵化學(xué)社制，KYOWANOL OX20)，進(jìn)行捏和，得到混合組合物。
然后，再次使用干燥機(jī)進(jìn)行干燥之后，在400℃下進(jìn)行脫脂，在常壓的氬氣氛下，于2200℃燒制3小時(shí)，制造由碳化硅燒結(jié)體構(gòu)成的蜂窩單元20，其中蜂窩單元的氣孔率為47.5％、平均氣孔徑為12.5μm、其大小為34.3mm×34.3mm×150mm、孔21的數(shù)量(孔密度)為46.5個(gè)/cm2、孔壁23的厚度為0.25mm、開(kāi)口率為68.8％、基材部的表觀密度為0.52g/cm3、塞堵材料的氣孔率為47.5％、塞堵部的表觀密度為1.10g/cm3。
使用含有30重量％的平均纖維長(zhǎng)為20μm的氧化鋁纖維、21重量％的平均粒徑為0.6μm的碳化硅顆粒、15重量％的氧化硅溶膠、5.6重量％的羧甲基纖維素以及28.4重量％的水的耐熱性的粘合劑糊，將多個(gè)蜂窩單元20接合，進(jìn)一步于120℃進(jìn)行干燥，然后，使用金剛石切刀進(jìn)行切割，從而制作粘合劑層的厚度為1mm的圓柱狀的陶瓷塊15。
接著，將23.3重量％的作為無(wú)機(jī)纖維的由氧化鋁硅酸鹽構(gòu)成的陶瓷纖維(渣球含量為3％，平均纖維長(zhǎng)100μm)、30.2重量％的作為無(wú)機(jī)顆粒的平均粒徑為0.3μm的碳化硅粉末、7重量％的作為無(wú)機(jī)粘合劑的氧化硅溶膠(溶膠中SiO2的含量為30重量％)、0.5重量％的作為有機(jī)粘合劑的羧甲基纖維素以及39重量％的水混合并進(jìn)行捏和，調(diào)制塞堵材料糊。
接著，使用上述密封材料糊，在陶瓷塊15的外周部形成厚度為0.2mm的密封材料糊層。然后，在120℃下對(duì)該密封材料糊層進(jìn)行干燥，制作直徑143.8mm×長(zhǎng)150mm的圓柱狀的分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體10。
(實(shí)施例2～12)將蜂窩單元的長(zhǎng)度和塞堵部的長(zhǎng)度改變?yōu)楸?所示的值，除此之外，采用與實(shí)施例1相同的方式制造分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體。
(實(shí)施例13)將蜂窩單元的大小設(shè)定為40mm×40mm×250mm，將塞堵部的長(zhǎng)度改變?yōu)?.0mm，除此之外，采用與實(shí)施例1相同的方式制造分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體。
(實(shí)施例14)將蜂窩單元的大小設(shè)定為25mm×25mm×150mm，將塞堵部的長(zhǎng)度改變?yōu)?.0mm，除此之外，采用與實(shí)施例1相同的方式制造分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體。
(實(shí)施例15)將54.6重量％的平均粒徑為22μm的α型碳化硅粗粉末和23.4重量％的平均粒徑為0.5μm的α型碳化硅細(xì)粉末濕式混合，相對(duì)于所得到的混合物，加入4.3重量％的有機(jī)粘合劑(甲基纖維素)、2.6重量％的潤(rùn)滑劑(日本油脂社制UNILUBE)、1.2重量％的甘油以及13.9重量％的水，進(jìn)行捏和，得到混合組合物，進(jìn)行擠出成型，制作除了孔的端部未被塞堵之外與圖1所示的蜂窩單元20相同形狀的粗成型體。
接著，使用微波干燥機(jī)等對(duì)上述粗成型體進(jìn)行干燥，形成陶瓷干燥體之后，在預(yù)定孔中填充下述組成的塞堵材料糊。另外，在本工序中，填充塞堵材料糊時(shí)，填充塞堵材料糊，使燒制后的塞堵部的長(zhǎng)度為2.0mm。
作為上述塞堵材料糊，使用由如下方式得到的混合組合物將61.2重量％的平均粒徑為11μm的α型碳化硅粗粉末和15.3重量％的平均粒徑為0.5μm的α型碳化硅細(xì)粉末濕式混合，相對(duì)于所得到的混合物，加入6.4重量％的粘合劑(粘合劑D)、3.8重量％的潤(rùn)滑劑(UNILUBE)、1.8重量％的分散劑(PLYSURF)以及11.5重量％的溶劑(協(xié)和發(fā)酵化學(xué)社制，KYOWANOL OX20)，進(jìn)行捏和，得到混合組合物。
然后，再次使用干燥機(jī)進(jìn)行干燥之后，在400℃下進(jìn)行脫脂，在常壓的氬氣氛下，于2200℃燒制3小時(shí)，制造由碳化硅燒結(jié)體構(gòu)成的蜂窩單元20，其中蜂窩單元的氣孔率為42.0％、平均氣孔徑為12.5μm、其大小為34.3mm×34.3mm×150mm、孔21的數(shù)量(孔密度)為46.5個(gè)/cm2、孔壁23的厚度為0.2mm、開(kāi)口率為74.6％、基材部的表觀密度為0.47g/cm3、塞堵材料的氣孔率為45.0％、塞堵部的表觀密度為1.13g/cm3。
然后，采用與實(shí)施例1相同的方法，粘合蜂窩單元，進(jìn)行切削加工，形成密封材料層，進(jìn)行干燥等，制造分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體。
(實(shí)施例16～18)將蜂窩單元的長(zhǎng)度和塞堵部的長(zhǎng)度改變?yōu)楸?所示的值，除此之外，采用與實(shí)施例15相同的方式制造分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體。
(實(shí)施例19)將52.8重量％的平均粒徑為22μm的α型碳化硅粗粉末和22.6重量％的平均粒徑為0.5μm的α型碳化硅細(xì)粉末濕式混合，相對(duì)于所得到的混合物，加入4.6重量％的有機(jī)粘合劑(甲基纖維素)、2.1重量％的潤(rùn)滑劑(日本油脂社制UNILUBE)、1.3重量％的甘油以及13.9重量％的水，進(jìn)行捏和，得到混合組合物，進(jìn)行擠出成型，制作除了孔的端部未被塞堵之外與圖1所示的蜂窩單元20相同形狀的粗成型體。
接著，使用微波干燥機(jī)等對(duì)上述粗成型體進(jìn)行干燥，形成陶瓷干燥體之后，在預(yù)定孔中填充下述組成的塞堵材料糊。另外，在本工序中，填充塞堵材料糊時(shí)，填充塞堵材料糊，使燒制后的塞堵部的長(zhǎng)度為1.5mm。
作為上述塞堵材料糊，使用由如下方式得到的混合組合物將61.2重量％的平均粒徑為11μm的α型碳化硅粗粉末和15.3重量％的平均粒徑為0.5μm的α型碳化硅細(xì)粉末濕式混合，相對(duì)于所得到的混合物，加入6.4重量％的粘合劑(粘合劑D)、3.8重量％的潤(rùn)滑劑(UNILUBE)、1.8重量％的分散劑(PLYSURF)以及11.5重量％的溶劑(協(xié)和發(fā)酵化學(xué)社制，KYOWANOL OX20)，進(jìn)行捏和，得到混合組合物。
然后，再次使用干燥機(jī)進(jìn)行干燥之后，在400℃下進(jìn)行脫脂，在常壓的氬氣氛下，于2200℃燒制3小時(shí)，制造由碳化硅燒結(jié)體構(gòu)成的蜂窩單元20，其中蜂窩單元的氣孔率為45.0％、平均氣孔徑為12.5μm、其大小為34.3mm×34.3mm×150mm、孔21的數(shù)量(孔密度)為54.3個(gè)/cm2、孔壁23的厚度為0.175mm、開(kāi)口率為75.9％、基材部的表觀密度為0.42g/cm3、塞堵材料的氣孔率為45.0％、塞堵部的表觀密度為1.09g/cm3。
然后，采用與實(shí)施例1相同的方法，粘合蜂窩單元，進(jìn)行切削加工，形成密封材料層，進(jìn)行干燥等，制造分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體。
(實(shí)施例20)將塞堵部的長(zhǎng)度改變?yōu)楸?所示的值，除此之外，采用與實(shí)施例19相同的方式制造分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體。
(實(shí)施例21)將52.8重量％的平均粒徑為22μm的α型碳化硅粗粉末和22.6重量％的平均粒徑為0.5μm的α型碳化硅細(xì)粉末濕式混合，相對(duì)于所得到的混合物，加入4.6重量％的有機(jī)粘合劑(甲基纖維素)、2.1重量％的潤(rùn)滑劑(日本油脂社制UNILUBE)、1.3重量％的甘油以及13.9重量％的水，進(jìn)行捏和，得到混合組合物，進(jìn)行擠出成型，制作除了孔的端部未被塞堵之外與圖1所示的蜂窩單元20相同形狀的粗成型體。
接著，使用微波干燥機(jī)等對(duì)上述粗成型體進(jìn)行干燥，形成陶瓷干燥體之后，在預(yù)定孔中填充下述組成的塞堵材料糊。另外，在本工序中，填充塞堵材料糊時(shí)，填充塞堵材料糊，使燒制后的塞堵部的長(zhǎng)度為3.0mm。
作為上述塞堵材料糊，使用由如下方式得到的混合組合物將61.2重量％的平均粒徑為11μm的α型碳化硅粗粉末和15.3重量％的平均粒徑為0.5μm的α型碳化硅細(xì)粉末濕式混合，相對(duì)于所得到的混合物，加入6.4重量％的粘合劑(粘合劑D)、3.8重量％的潤(rùn)滑劑(UNILUBE)、1.8重量％的分散劑(PLYSURF)以及11.5重量％的溶劑(協(xié)和發(fā)酵化學(xué)社制，KYOWANOL OX20)，進(jìn)行捏和，得到混合組合物。
然后，再次使用干燥機(jī)進(jìn)行干燥之后，在400℃下進(jìn)行脫脂，在常壓的氬氣氛下，于2200℃燒制3小時(shí)，制造由碳化硅燒結(jié)體構(gòu)成的蜂窩單元20，其中蜂窩單元的氣孔率為45.0％、平均氣孔徑為12.5μm、其大小為34.3mm×34.3mm×150mm、孔21的數(shù)量(孔密度)為31.0個(gè)/cm2、孔壁23的厚度為0.4mm、開(kāi)口率為60.4％、基材部的表觀密度為0.70g/cm3、塞堵材料的氣孔率為45.0％、塞堵部的表觀密度為1.23g/cm3。
然后，采用與實(shí)施例1相同的方法，粘合蜂窩單元，進(jìn)行切削加工，形成密封材料層，進(jìn)行干燥等，制造分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體。
(實(shí)施例22)將塞堵部的長(zhǎng)度改變?yōu)楸?所示的值，除此之外，采用與實(shí)施例21相同的方式制造分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體。
(比較例1～8)將蜂窩結(jié)構(gòu)體的長(zhǎng)度和塞堵部的長(zhǎng)度改變?yōu)楸?所示的值，除此之外，采用與實(shí)施例1相同的方式制造分割型蜂窩結(jié)構(gòu)體。
另外，各實(shí)施例和比較例的基材部的表觀密度和塞堵部的表觀密度使用氣孔率和開(kāi)口率通過(guò)計(jì)算求得。
并且，各實(shí)施例和比較例中，蜂窩單元、基材部、塞堵部的各特性通過(guò)下述方法測(cè)定。
(1)蜂窩單元和塞堵部的氣孔率的測(cè)定使用基于水銀壓入法的孔隙率計(jì)(porosimeter)(島津制作所社制，Autopore III 9420)，利用水銀壓入法，在細(xì)孔直徑0.1μm～360μm的范圍內(nèi)測(cè)定細(xì)孔分布。
(2)塞堵部的長(zhǎng)度的測(cè)定切割蜂窩單元，并通過(guò)塞堵孔的塞堵部，利用測(cè)長(zhǎng)顯微鏡測(cè)定塞堵部的長(zhǎng)度。
(3)基材部和塞堵部的重量測(cè)定將蜂窩單元切割成基材部和塞堵部，測(cè)定各自的重量。
并且，對(duì)于實(shí)施例和比較例中制造的蜂窩結(jié)構(gòu)體，判斷有無(wú)裂紋產(chǎn)生。
具體地說(shuō)，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上連接所制造的蜂窩結(jié)構(gòu)體，通過(guò)使該發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，用蜂窩結(jié)構(gòu)體捕獲8g/l的PM。然后，利用后噴射方式，進(jìn)行蜂窩結(jié)構(gòu)體的再生處理。
然后，再生處理結(jié)束后，通過(guò)目視觀察在蜂窩結(jié)構(gòu)體上是否有產(chǎn)生裂紋。
表1示出該結(jié)果。另外，表1中，將沒(méi)有產(chǎn)生裂紋的蜂窩結(jié)構(gòu)體評(píng)價(jià)為“○”，將產(chǎn)生了裂紋的蜂窩結(jié)構(gòu)體評(píng)價(jià)為“×”。


(注)對(duì)于表中的破損部位塞堵部在塞堵材料和/或與塞堵材料相接的孔壁上觀察到破損。
界面附近在塞堵部和基材部的界面和/或其附近觀察到破損。
如表1和圖6所示，在基材部的重量與塞堵部的重量之比Y和長(zhǎng)徑比X滿(mǎn)足上述式(1)的關(guān)系的實(shí)施例的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，沒(méi)有產(chǎn)生裂紋，相對(duì)于此，在比較例的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，在塞堵部和基材部的界面附近或塞堵部自身上產(chǎn)生了裂紋。
另外，圖6是示出實(shí)施例和比較例的蜂窩單元的基材部的重量與塞堵部的重量之比Y和長(zhǎng)徑比X之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。而且，在該圖中，實(shí)施例1～22的蜂窩單元的值用●描繪，比較例1～8的蜂窩單元的值用○描繪。
具體地說(shuō)，如圖6所示，在使用了滿(mǎn)足上述式(1)的關(guān)系的蜂窩單元(曲線(xiàn)圖中，描繪在斜線(xiàn)部的蜂窩單元)的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，沒(méi)有產(chǎn)生裂紋，相對(duì)于此，使用了上述Y的值大于(100/3·X+40)的值的蜂窩單元的蜂窩結(jié)構(gòu)體(比較例1、3、5、7)中，在塞堵部自身上產(chǎn)生了裂紋，使用了上述Y的值小于(100/3·X+5)的蜂窩單元的蜂窩結(jié)構(gòu)體(比較例2、4、6、8)中，在塞堵部和基材部的界面附近產(chǎn)生了裂紋。
由此，由實(shí)施例和比較例可知，在使用了滿(mǎn)足上述式(1)的關(guān)系的蜂窩單元的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，能夠防止在孔的塞堵部及其附近產(chǎn)生再生處理等時(shí)的裂紋等的破損，能夠改善耐久性。
權(quán)利要求
1.一種蜂窩單元，所述蜂窩單元是隔著壁部貫穿長(zhǎng)度方向的多個(gè)孔的任意一個(gè)端部被塞堵的蜂窩單元，其特征在于，將上述孔未被塞堵的區(qū)域的重量與上述孔被塞堵的區(qū)域的重量之比設(shè)為Y，將上述蜂窩單元的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度與上述蜂窩單元的垂直于長(zhǎng)度方向的截面的面積之比設(shè)為X時(shí)，上述X和Y滿(mǎn)足下述式(1)的關(guān)系，100/3·X+5≤Y≤100/3·X+40…(1)其中，0.1≤X≤0.26。
2.如權(quán)利要求1所述的蜂窩單元，其中，所述蜂窩單元的所述孔未被塞堵的區(qū)域的表觀密度為0.4g/cm3～0.7g/cm3。
3.如權(quán)利要求1或2所述的蜂窩單元，其中，所述蜂窩單元由碳化硅質(zhì)陶瓷構(gòu)成。
4.一種蜂窩結(jié)構(gòu)體，所述蜂窩結(jié)構(gòu)體是通過(guò)粘合劑層將多個(gè)蜂窩單元粘合而成的蜂窩結(jié)構(gòu)體，所述蜂窩單元的隔著壁部貫穿長(zhǎng)度方向的多個(gè)孔的任意一個(gè)端部被塞堵，所述蜂窩結(jié)構(gòu)體的特征在于，上述蜂窩單元的至少一個(gè)是權(quán)利要求1～3的任意一項(xiàng)所述的蜂窩單元。
5.一種蜂窩結(jié)構(gòu)體，所述蜂窩結(jié)構(gòu)體是由一個(gè)蜂窩單元構(gòu)成的蜂窩結(jié)構(gòu)體，所述蜂窩單元的隔著壁部貫穿長(zhǎng)度方向的多個(gè)孔的任意一個(gè)端部被塞堵，所述蜂窩結(jié)構(gòu)體的特征在于，上述蜂窩單元是權(quán)利要求1～3的任意一項(xiàng)所述的蜂窩單元。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種蜂窩單元和蜂窩結(jié)構(gòu)體，所述蜂窩單元在孔的塞堵部及其附近的耐熱沖擊性高，再生處理等時(shí)難以產(chǎn)生裂紋等破損，耐久性?xún)?yōu)異。本發(fā)明的蜂窩單元是隔著壁部貫穿長(zhǎng)度方向的多個(gè)孔的任意一個(gè)端部被塞堵的蜂窩單元，其特征在于，將上述孔未被塞堵的區(qū)域的重量與上述孔被塞堵的區(qū)域的重量之比設(shè)為Y，將上述蜂窩單元的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度與上述蜂窩單元的垂直于長(zhǎng)度方向的截面的面積之比設(shè)為X時(shí)，上述X和Y滿(mǎn)足下述式(1)的關(guān)系，其中，0.1≤X≤0.26。100/3·X+5≤Y≤100/3·X+40…(1)。
文檔編號(hào)B01D46/00GK101044299SQ200680000360
公開(kāi)日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2006年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月12日
發(fā)明者國(guó)枝雅文, 藤田祐基 申請(qǐng)人:揖斐電株式會(huì)社