蜂窝结构体及其制造方法
2019-11-22

蜂窝结构体及其制造方法

提供一种为连续的小孔结构,且可兼具低压力损失和高净化性能双方的蜂窝结构体以及器制造方法。提供一种蜂窝结构体(1),是具有多个分别分隔出多个在轴方向上延伸的小孔(3)的分隔壁(2)的蜂窝结构体(1),在垂直于上述轴方向的截面中,至少一部分的连续的分隔壁(2)为从截面中心(4)朝向外侧凸状地弯曲的形状或者从外侧朝向截面中心凸状地弯曲的形状。

40〜800°C下的轴方向的平均热膨胀系数:大约0.5X10_7°C

专利文献3:实开昭59-47310号公报

根据由JASO规格M505-87规定的方法进行耐热冲击性试验。首先,将室温的蜂窝结构体放入保持为高于室温的既定温度的电炉中而保持60分钟,之后将蜂窝结构体取出到耐火砖上。接着观察外观并用金属棒轻击蜂窝结构体的外周部,确认有无裂纹。若没有观察到裂纹且打击声音为金属音而没有钝音则合格。接着,每50°C为一级而顺次提高炉内温度,每次都反复进行同样的检查直到变为不合格。这样,在例如室温+550°C温度下变为不合格的情况下,耐热冲击性为500°C差。实施例1的蜂窝结构体具有与比较例1的蜂窝结构体相同的耐热冲击性。

在具有为正弯曲的分隔壁的蜂窝结构体(第1实施方式)中,如图4所示,位于从截面中心向与分隔壁的长度方向成45度方向延伸的线6上的外周部7附近的小孔变为在与该线6成90度的方向上变尖的形状,即变形为在线6方向上压扁的菱形的形状。在这样的蜂窝结构体承受各向同性的过重的力时,由于外周部7附近的菱形小孔压扁,所以均衡强度不太好。但是,小孔在蜂窝结构体整体中平缓地变形,分隔壁没有极端的弯曲,可抑制显著的均衡强度降低。在设想承受各向同性的过重的力时的向任意的45度方向(线6的方向)压扁的压曲一次变形模式时,在另一个45度方向上,外周部的菱形小孔与一次模式变形相反,所以可避免均衡强度大幅降低。此外,通过令外周部小孔的分隔壁厚度大于内部小孔的分隔壁厚度,可提高均衡强度。

由于分隔壁为正弯曲,中央部的小孔密度小于外周部的小孔密度。因此,中央部比外周部开口率大。在小孔密度比较大的蜂窝结构体中,催化剂净化性能高但压力损失大。在这样的蜂窝结构体中,通过具有为正弯曲的分隔壁,排气在中央部易于流动,所以压力损失降低。此外,比较而言,在小孔密度小的小孔构造为主流的过滤器中,存在由于在小孔开口部堆积PM而产生的入口堵塞问题。在这样的蜂窝结构体中,借助具有为正弯曲的分隔壁,蜂窝构造体的中央部处小孔开口面积变大,即便在排气中的PM量多的情况下也可避免由于PM导致的堵塞。

在得到的比较例4以及实施例4的蜂窝结构体上涂层有Y-氧化铝成分并在该涂层上载持白金、钯、铑等的贵金属成分而制作催化剂体,并使用陶瓷纤维垫将该催化剂体把持在金属容器内,由此制作催化剂转换器。令催化剂(贵金属成分)载持量为蜂窝结构体的每单位容积的载持质量相同,此外由于各蜂窝结构体为相同尺寸,所以载持量也相同。将制作后的催化剂转换器搭载在搭载有四缸2.3升的汽油发动机的车辆的排气歧管的正下方位置而进行基于美国的代表性的排气限制模式FTP-75的净化性能试验。另外,催化剂转换器在该模式试验前实施基于其他发动机的900°CX50小时的老化处理。在实施例4的催化剂体中,与比较例4的现有的催化剂相比确认碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)的排出量大幅降低。

在小孔截面的基本形状为三角形或四边形等的情况下,如图6所示,在蜂窝结构体的截面中,分隔壁2为从外周壁的一点5a连接到外周壁的另外的点5b的平滑的线状,即没有弯折点的线状。在上述弯曲度的定义下,将形成从外周壁的一点5a连接到外周壁的另外的点5b的没有弯折点的一条线的分隔壁作为一个连续的分隔壁n,可从连结该5a和5b的直线和形成一个连续的分隔壁η的线的偏离宽度决定弯曲度。此外,在小孔截面的基本形状为六边形的情况等蜂窝结构体的截面中,分隔壁有时不是从外周壁的一点连接到外周壁的另外一点的平滑的线状。此时,如图7所示,以形成从外周壁的一点5a连接到外周壁的另外的点5b的没有弯折点的一个虚线的分隔壁作为一个连续的分隔壁2,可从连接5a和5d的直线和形成一个连续的分隔壁2的虚线之间的偏离宽度决定弯曲度。此外,在截面为圆形的小孔的情况下,可画出在从外周壁上的一点连接到外周壁上的其他的点的分隔壁上没有弯折点的一根的线。以形成该线的分隔壁为一个连续的分隔壁,可从从该外周壁上的一点连接到外周壁上的其他点的直线和形成一个连续的分隔壁的线的偏离宽度决定弯曲度。在其他的多边形小孔或椭圆形小孔、或者这些的小孔的组合中也相同。从其他的观点看本发明,在截面中将现有的直列状地排列的小孔图案形成为以弯曲的列状排列的小孔图案。即,在现有的蜂窝结构体中,将连接排列为一列的各小孔的截面中心而形成的直线形成为弯曲的线状。通过至少一部分上具有连接排列为一列的各小孔的截面中心的线弯曲地配列的小孔图案,可形成具有上述效果的蜂窝结构体。

除了这些材料外,由于只要是可挤压成形的材料,可通过成形管头的结构而得到蜂窝结构体,所以在挤压成形后将对不同于上述材料的材料粒子或纤维分散复合化的材料或树脂等的高分子材料包覆在分隔壁表面的材料也具有相同的效果。

借助基于以轻油为燃料的燃烧炉的PM发生装置产生含有PM的大约200°C的排气并将排气分别导入实施例ι和比较例1的蜂窝结构体,比较压力损失和基于PM的小孔入口部的堵塞状况。实施例1的蜂窝结构体与比较例1的蜂窝结构体相比减少大约50%的压力损失。此外,由PM堆积导致的小孔入口部的堵塞状态也得到改善。

图8是示意地表示分隔壁的弯曲的其他方式的剖视图。

技术领域

图10是说明本发明的蜂窝结构体的制造方法的一例的示意图。

蜂窝结构体及其制造方法

一种由形成多个分别邻接的单元(3)的复合体的多孔质的单元隔壁(2)与围绕并保持位于该单元复合体的最外周的最外周单元的多孔质的蜂窝外壁(4)构成的蜂窝结构体(1)。此时,气孔率为5%以上且小于30%、蜂窝结构体(1)的外周畸变度为0.030以下。根据该蜂窝结构体及其制造方法,在具有种种的单元构造的各个蜂窝结构体中,能够得到良好且实用的耐侵蚀性及均衡强度。

Description

(耐侵蚀性的评价)将握持并收容蜂窝结构体的金属罐连接在直列4气缸、排量1.8升的汽油发动机的排气口。即,将样品配置在发动机的邻近。接着在图5所示的条件下运转发动机,在转速达到6000rpm时投入0.1g磨料(碳化硅、GC320、平均粒径50μm)。进而在图5所示的条件下持续运转发动机并以130秒为1循环,每2个循环投入一次磨料并连续地反复进行。改变合计的磨料投入量直到约2g~16g为止,进行数次试验,从其结果算出磨料投入量为10g时的蜂窝结构体的侵蚀量(侵蚀体积)。

气孔率%=总微孔容积(每1g)×100/(总微孔容积(每1g)+1/2.52)(蜂窝结构体的外周畸变度的测定)用于本实施例的蜂窝结构体的形状为直径约110mm、高度约97mm的圆柱形,其肋板厚度约为70μm。通过图像取入装置将该蜂窝结构体的端面的图像取入,按照本发明的外周畸变度的测定方法,来测定并算出外周畸变度。

此外,在本发明中,最外周单元的单元隔壁厚度(Tr1)与基本壁厚(Tc)之间具有1.10≤Tr1/Tc≤3.00的关系,并且最外周单元作为第1个的第3起点单元,使从那里向内侧连续的第5个~第20个范围内的任一的第3终点单元的各自的单元隔壁厚度(Tr1~Tr5~20)与基本壁厚(Tc)之间具有1.10≤(Tr1~Tr5~20)/Tc≤3.00的关系,以各自的单元隔壁的剖面为如前述的倒梯形状、绕线管状、或矩形状,且朝向内侧逐渐变薄的方式变化、其最薄部的厚度优选地与基本壁厚(Tc)一致。通过这样地构成,能够谋求压力损失或耐热冲击性比的提高。

虽然本发明对于致密质地的陶瓷蜂窝结构体举例进行了论述,但对于其它的材料系、结构体,在也由于烧结时的收缩变形而导致均衡强度降低的结构体中,若是本领域的技术人员,则能够利用本发明的创意,容易地得到抑制外周畸变度并具有良好强度的制品。

作为用于本发明的单元隔壁及蜂窝外壁,能够列举从由例如堇青石、氧化铝、莫来石、氮化硅、钛酸铝、氧化锆及碳化硅构成的组群中选择的至少一种材料形成的物质。

此外,作为本发明的蜂窝结构体的剖面形状,能够列举例如圆、椭圆、长圆、梯形、三角形、四边形、六边形或左右非对称的异形形状。在其中,优选地为圆、椭圆、长圆。

此外,由激光衍射方式求得的平均粒径是指崛场制作所制LA-910测定粒度分布而得到的重量平均粒径,此外用沉降法求得的平均粒径是指マイクロメリテイクス社制セデイグラフ测定粒度分布而得到的重量平均粒径。

蜂窝结构体及其制造方法

本发明提供一种蜂窝结构体及其制造方法,该蜂窝结构体具有包含隔壁(2)的蜂窝结构部和配置在蜂窝结构部的外周面上的外壁部(5),所述隔壁(2)形成被隔成蜂窝形状的多个单元(3)、且在外周面上形成凹部(6),在凹部(6)中,在外壁部(5)与蜂窝结构部之间形成有空隙。利用该蜂窝结构体及其制造方法,可抑制机械强度的降低,同时可抑制升温速度的降低,进而可抑制裂纹的发生。

接着,通过对该粘土进行成形,得到包含隔壁的成形体,所述隔壁形成隔成蜂窝形状的多个单元。成形方法没有特别限制,但一般,挤出成形比较理想,采用柱塞式挤出机或双螺杆式连续挤出机等比较理想。若采用双螺杆式连续挤出机,则可以连续地进行粘土化工序和成形工序。这时,也可以成形为不包含外周壁的成形体,但从抑制隔壁变形的观点出发,成形为包含与隔壁一体的外周壁的成形体也比较理想。

这时,成形体或烧结体设成在其外周面上具有凹部的形态,对浆料的粘性进行调整,以如图4(b)所示那样在凹部6内形成空隙,即使得作为涂敷材料的浆料不与凹部的整个底部6a接触,特别是使得浆料不与角部9接触,这样,可以合适地形成空隙7。

制作表1所示的调配比例和粘度的5种涂敷材料,将涂敷材料涂敷在蜂窝结构部的外周面上,在表2所示的条件下进行热处理,得到实施例1~实施例4及比较例1的蜂窝结构体(直径267mm×长度178mm,外壁厚度0.8mm)。

接着,通过对该粘土进行成形,得到包含隔壁的成形体,所述隔壁形成隔成蜂窝形状的多个单元。成形方法没有特别限制,但一般,挤出成形比较理想,采用柱塞式挤出机或双螺杆式连续挤出机等比较理想。若采用双螺杆式连续挤出机,则可以连续地进行粘土化工序和成形工序。这时,也可以成形为不包含外周壁的成形体,但从抑制隔壁变形的观点出发,成形为包含与隔壁一体的外周壁的成形体也比较理想。

与此相对,图1(a)、图1(b)所示的蜂窝结构体1,由于在凹部6中形成有空隙7,因此,外壁部5的体积减小,热容量减小,并且外壁部5与蜂窝结构部4的接触面积减小,空隙7成为隔热层,蜂窝结构部4的热量难以传到外壁部5上。因而,即使蜂窝结构体具有外壁部4,也可抑制升温速度的降低,并且,中心部与外周部的温度差减小。因此,外壁部5与蜂窝结构部4的热膨胀量之差也减小,可以抑制因上述的热膨胀差而造成的外壁部5的裂纹的产生。另外,即使在外壁部5上产生图3(a)所示的裂纹8,因空隙7的存在,如图3(b)所示,也可以抑制裂纹8从外壁部5向蜂窝结构部的隔壁2的传播。

作为蜂窝结构部的主要成分,可以优选地使用陶瓷材料或金属材料,作为外壁部的主要成分,可以优选地使用陶瓷材料。作为陶瓷材料,可列举出由堇青石、氧化铝、莫来石、锂·铝·硅酸盐、钛酸铝、二氧化钛、氧化锆、氮化硅、氮化铝及碳化硅构成的组中选择的至少1种或它们的复合物。另外,蜂窝结构部也可以包含活性碳、硅胶、沸石等具有吸附功能和/或催化剂功能的材料。另外,因为金属材料的导热性高,向外壁传递的热量多,因此,使用金属材料作为蜂窝结构部的主要成分,从显著显现出本实施方式的效果、即不传递热量而在短时间内提高蜂窝结构部的内周单元的温度这一点上来看,也是比较理想的。优选地,外壁部除了上述的陶瓷材料粒子、例如堇青石以外,包含陶瓷纤维和存在于它们之间的非晶质氧化物基体(例如由胶态氧化硅或胶态氧化铝形成的基体)。另外,为了进一步赋予耐热性,也可以包含SiC粒子等耐热性高的材料。也可以包含活性碳、硅胶、沸石等具有吸附功能和/或催化剂功能的材料。可以利用这样将各种材料组合起来的水泥材料。在这里,所谓主要成分意味着构成各部分的80质量%以上的材料。

实施例以下,根据实施例对本发明更加详细地进行说明,但本发明不限定于这些实施例。

背景技术

近年来,为适应逐年加强的汽车废气限制,为了去除汽车废气中所含的氮氧化物、硫氧化物、氯化氢、烃及一氧化碳等,使用载持有催化剂的蜂窝结构体。另外,作为捕捉从柴油机排出的微粒子的过滤器也使用蜂窝结构体。

图8(b)是示意性地表示现有的蜂窝结构体发生裂纹时的状态的截面局部放大图。