专利名称：蜂窝过滤器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种蜂窝过滤器及其制造方法。更详细地，涉及一种能够抑制压力损失的增加，同时使最大烟灰堆积量变多，而且能够实现高耐久性的蜂窝过滤器及该蜂窝过滤器的制造方法。
背景技术：
从柴油机排出的废气中有时含有烟灰等粒子状物质。如果将该粒子状物质直接排出在大气中，可能会引起环境污染。为去除废气中的粒子状物质，使用废气净化用过滤器。例如，作为用于去除柴油机排出的废气中粒子状物质的过滤器，能够举出柴油机颗粒物过滤器。本说明书中，有时称粒子状物质为“PM”。PM是“Particulate Matter”的缩写。另夕卜，有时称柴油机颗粒物过滤器为“DPF”。作为这样的DPF例如能够例举出具有蜂窝结构体的过滤器，该蜂窝结构体具有用于划分形成多个室单元的多孔质隔壁。形成在蜂窝结构体的室单元成为流体(例如废气、净化气体)的流道。作为这种蜂窝结构体的制造方法能够举出专利文献I和2。将蜂窝结构体作为DPF等过滤器来使用时，于形成在蜂窝结构体的室单元中的任一室单元端部设置有用于密封室单元开口部分的孔密封部。从这种过滤器一侧端部导入废气，废气中的粒子状物质被隔壁所捕捉。先行技术文献专利文献专利文献1:特开2010 - 260787号公报专利文献2:国际公开第2006/030811号
发明内容
发明所要解决的课题目前，与现有过滤器相比，要求这种DPF进一步提高耐久性。具体地，与现有DPF相比，要求“最大烟灰堆积量”更高的DPF。最大烟灰堆积量还被称为“烟灰质量限值”或“SML”。最大烟灰堆积量成为蜂窝过滤器的耐久性指标。将蜂窝过滤器作为上述DPF使用时，在蜂窝过滤器的隔壁会堆积废气中的烟灰。一旦烟灰堆积在蜂窝过滤器的隔壁，蜂窝过滤器的压力损失就会增大。为此，进行如下操作:燃烧堆积在蜂窝过滤器隔壁的烟灰，从而翻新蜂窝过滤器。例如，从蜂窝过滤器的翻新效率的观点出发，优选地，在隔壁上堆积有更多烟灰的阶段进行上述翻新。一方面，如果堆积在隔壁的烟灰量变多，则大量烟灰会一起燃烧，使翻新时的蜂窝过滤器的温度上升变大。当翻新时的蜂窝过滤器的温度上升变大，则有时在蜂窝过滤器产生裂纹等破损。所谓最大烟灰堆积量是指当进行上述翻新时，不会使蜂窝过滤器产生裂纹等破损的烟灰最大的堆积量。即，在蜂窝过滤器中，最大烟灰堆积量高是指热冲击性等耐久性优异的意思。
蜂窝过滤器的最大烟灰堆积量与蜂窝过滤器的热容量相关。另外，蜂窝过滤器的热容量与蜂窝过滤器的气孔率相关。例如，蜂窝过滤器的气孔率越低，则蜂窝过滤器的质量越增加，蜂窝过滤器的热容量也越增加。但是，如果降低蜂窝过滤器的气孔率，蜂窝过滤器的压力损失就会变高。特别地，如果蜂窝过滤器的气孔率在46%以下，则压力损失的增加显著。若蜂窝过滤器的压力损失变高，则过滤器性能就会下降。一直以来，压力损失增加的抑制与耐久性的提高是二律背反的关系，所以同时解决两者是极其困难的。因此，以牺牲压力损失和耐久性中的任意一方来制作适合使用的蜂窝过滤器。例如，在上述专利文献I中，对堇青石原料中的滑石和二氧化硅的粒度分布进行控制。根据专利文献I制造的多孔质蜂窝结构体虽然其捕集效率高且能够防止压力损失的增大，但实际上，对原料的粒度控制是极其困难的。特别地，由于微小粒径原料的降低存在困难，因此对低气孔率的蜂窝过滤器而言，在压力损失方面构成问题。另外，在上述专利文献2中公开了细孔径15 μ m以下的细孔容积在0.07cc/cc以下且细孔径40 μ m以上的细孔容积在0.07cc/cc以下的多孔质材料。该多孔质材料的气孔率为40— 75%，渗透率在1.5 μ m2以上。但是，多孔质材料是一种非氧化物类陶瓷，因此存在热膨胀系数高的问题。即，在热膨胀系数低的原料中，无法在抑制压力损失增加的同时实现高的耐久性。另外，现有技术中，作为隔壁的低气孔率化方法，增加堇青石化原料中作为二氧化硅源的高岭土的量，相对减少二氧化硅的量。由此，能够降低所得的蜂窝结构体隔壁的气孔率。但是，在该方法中具有如下问题:随着二氧化硅量的减少，隔壁的连接一侧表面至另一侧表面的细孔减少，蜂窝结构体的压力损失增大。本发明是鉴于上述问题而做出的。本发明提供一种能够抑制压力损失的增加，同时使最大烟灰堆积量变多，而且能够实现高耐久性的蜂窝过滤器及该蜂窝过滤器的制造方法。解决课题的方法根据本发明提供以下所示的蜂窝过滤器及其制造方法。[I] 一种蜂窝过滤器，其包括:筒状蜂窝结构体，其具有用于划分形成多个室单元的多孔质隔壁，所述室单元将成为流体流道并且从一侧端面延伸至另一侧端面；孔密封部，其设置在指定的所述室单元的一侧开口端部和剩余的所述室单元的另一侧开口端部；其中，所述隔壁的气孔率在46%以下，且细孔径在40 μ m以上的细孔的细孔容积率在7.5%以下，而且细孔径在10 μ m以下的细孔的细孔容积率在25%以下，且所述蜂窝结构体的渗透率在0.8 μ m2以上，所述蜂窝结构体的40°C至800°C的热膨胀系数在1.0X 10_6/°C以下。[2]根据[I]所述的蜂窝过滤器，其中，所述隔壁由主成分为堇青石的多孔质体构成，所述隔壁在所述隔壁中含有0.40质量％以下用Li2O换算的锂。[3]根据[I]或[2]所述的蜂窝过滤器，其中，所述隔壁在所述隔壁中含有选自氧化铈、氧化锆、和氧化钇中的 至少一种，并且所述氧化铈的含有率在3.0质量％以下，所述氧化锆的含有率在2.5质量％以下，所述氧化钇的含有率在2.0质量％以下。[4]根据[I]一 [3]中任一项所述的蜂窝过滤器，其是采用以如下方式获得的粘土来制得:相对于100质量部堇青石化原料，添加1.0质量部以下的碳酸锂而制得的粘土。
[5]根据[I]一 [4]中任一项所述的蜂窝过滤器，其是采用以如下方式获得的粘土来制得:在堇青石化原料中添加选自氧化铈、氧化锆、和氧化钇中的至少一种，相对于100质量部所述堇青石化原料，所述氧化铈的添加量为3.0质量部以下，相对于100质量部所述堇青石化原料，所述氧化锆的添加量在2.5质量部以下，相对于100质量部所述堇青石化原料，所述氧化钇的添加量在2.0质量部以下。[6]根据[I]一 [5]中任一项所述的蜂窝过滤器，其是采用以如下方式获得的粘土来制得:作为堇青石化原料的氧化铝源使用了 2质量％以上且8质量％以下的勃姆石而制得。
[7] 一种蜂窝过滤器的制造方法，包括:粘土调制工序，调制含有堇青石化原料的粘土 ；蜂窝成形体制作工序，使所述粘土成形得到蜂窝成形体；蜂窝结构体制作工序，烧成所述蜂窝成形体获得蜂窝结构体；孔密封工序，在所述蜂窝结构体的指定室单元的一侧开口端部和剩余室单元的另一侧开口端部设置孔密封部；其中，所述粘土调制工序包含选自:相对于100质量部所述堇青石化原料添加0.2质量部以上且1.0质量部以下碳酸锂的操作，相对于100质量部所述堇青石化原料添加3.0质量部以下氧化铈的操作，相对于100质量部所述堇青石化原料添加2.5质量部以下氧化锆的操作，相对于100质量部所述堇青石化原料添加2.0质量部以下氧化钇的操作，和作为所述堇青石化原料的氧化铝源使用2质量％以上且8质量％以下勃姆石的操作中的至少一种操作。[8]根据[7]所述的蜂窝过滤器的制造方法，其中，获得的所述蜂窝结构体隔壁的气孔率在46%以下，且细孔径在40 μ m以上的细孔的细孔容积率在7.5%以下，并且细孔径在10 μ m以下的细孔的细孔容积率在25%以下，所述蜂窝结构体的渗透率在0.8 μ m2以上，所述蜂窝结构体的40°C至800°C的热膨胀系数在1.0X 10_6/°C以下。发明的效果本发明的蜂窝过滤器具备蜂窝结构体与孔密封部。蜂窝结构体是一种具有用于划分形成多个室单元的多孔质隔壁的筒状构件，所述室单元将成为流体流道并且从一侧端面延伸至另一侧端面。另外，在该蜂窝结构体的指定室单元的一侧开口端部和剩余室单元的另一侧开口端部设有上述孔密封部。在本发明蜂窝过滤器中，隔壁气孔率在46%以下。另夕卜，在本发明的蜂窝过滤器中，蜂窝结构体的渗透率在0.8 μ HI2以上。另外，在本发明的蜂窝过滤器中，细孔径在40 μ m以上的细孔的细孔容积率在7.5%以下，并且细孔径在10 μ m以下的细孔的细孔容积率在25%以下。进一步，在本发明的蜂窝过滤器中，蜂窝结构体的40°C至800°C的热膨胀系数在1.0X10 — 7°C以下。本发明的蜂窝过滤器能够抑制压力损失的增加，同时能够实现高耐久性。即，在本发明的蜂窝过滤器中，通过将隔壁气孔率设置在46%以下能够实现高耐久性。而且，在本发明的蜂窝过滤器中，将渗透率设在0.8 μ m2以上且将细孔径在40 μ m以上的细孔的细孔容积率和细孔径在IOym以下的细孔的细孔容积率设置为上述值，由此能够具有与现有蜂窝过滤器相同程度的压力损失。更具体地，在本发明的蜂窝过滤器中，选择性地堵塞形成在隔壁的细孔中、与气体透过性无关的细孔，由此使对压力损失的上升的影响降低至最小。进一步，选择性地堵塞与气体透过性无关的细孔，由此降低用于蜂窝过滤器的蜂窝结构体的气孔率，并增大蜂窝过滤器的热容量。由此，蜂窝过滤器的耐久性变高，从而能够提高最大烟灰堆积量。
在本发明的蜂窝过滤器的制造方法中，能够简便地制造上述本发明的蜂窝过滤器。在本发明蜂窝过滤器的制造方法的、为制作蜂窝结构体的粘土调制工序中，进行下述五个操作中的至少一个操作。由此，能够选择性地堵塞形成在隔壁的细孔中的、与气体透过性无关的细孔。第一种操作:相对于100质量部堇青石化原料，添加0.2质量部以上且1.0质量部以下的碳酸锂。第二种操作:相对于100质量部堇青石化原料，添加3.0质量部以下的氧化铈。第三种操作:相对于100质量部堇青石化原料，添加2.5质量部以下的氧化锆。第四种操作:相对于100质量部堇青石化原料，添加2.0质量部以下的氧化钇。第五种操作:作为堇青石化原料的氧化铝源使用2质量％以上且8质量％以下的勃姆石。
图1是模式化表示本发明蜂窝过滤器的一实施方案的立体图。图2是模式化表示本发明蜂窝过滤器的一实施方案的、与室单元延伸方向平行的剖面的剖面图。图3是表示实施例1一4、6—13、15—17及比较例1、4、7、8的蜂窝过滤器中、平均细孔径(μπι)与气孔率(％)之间关系的图表。图4是表示蜂窝过滤器中使用的蜂窝结构体隔壁的细孔径分布的图表。图5是对以垂直于室单元延伸方向的方式切断蜂窝过滤器而得到的剖面进行放大了的显微镜照片。图6是对以垂直于室单元延伸方向的方式切断蜂窝过滤器而得到的剖面进行放大了的显微镜照片。图7是对以垂直于室单元延伸方向的方式切断蜂窝过滤器而得到的剖面进行放大了的显微镜照片。
具体实施例方式以下，在本发明的实施方案中参照附图进行具体说明。本发明不限于以下实施方案，应理解为在不脱离本发明主旨范围内，本领域技术人员基于常识对以下实施方案进行的适当变更、改良等也落入本发明范围内。(I)蜂窝过滤器:对本发明蜂窝过滤器的一实施方案进行说明。如图1和图2所示，本实施方案的蜂窝过滤器100具备蜂窝结构体4、孔密封部5。蜂窝结构体4是一种具有划分形成多个室单元2的多孔质隔壁I的筒状构件，该室单元2将成为流体流道并且从一侧端面11延伸至另一侧端面12。另外，在该蜂窝结构体4的指定室单兀2的一侧开口端部和剩余室单兀2的另一侧开口端部设有上述孔密封部5。当从本实施方案蜂窝过滤器100的一侧端部导入废气时，废气中的粒子状物质就被蜂窝结构体4的隔壁I捕捉。此处，图1是模式化表示本发明蜂窝过滤器的一实施方案的立体图。图2是模式化表示本发明蜂窝过滤器的一实施方案的、与室单元延伸方向平行的剖面的剖面图。在本实施方案的蜂窝过滤器100中，隔壁I的气孔率在46%以下。另外，在本实施方案蜂窝过滤器100中，细孔径在40 μ m以上的细孔的细孔容积率在7.5%以下，而且，细孔径在IOym以下的细孔的细孔容积率在25%以下。另外，在本实施方案蜂窝过滤器100中，蜂窝结构体4的渗透率在0.8μ 2以上。进一步，在本实施方案蜂窝过滤器100中，蜂窝结构体4的40°C至800°C的热膨胀系数在1.0X 10_6/°C以下。通过成为满足上述结构的蜂窝过滤器100，从而能够作为抑制压力损失的增加、同时使最大烟灰堆积量变多且能够实现高耐久性的蜂窝过滤器。更具体地，在本实施方案蜂窝过滤器100中，选择地堵塞形成在隔壁I的细孔中、与气体透过性无关的细孔，使对压力损失上升的影响降低至最小。进一步，选择地堵塞与气体透过性无关的细孔，由此降低蜂窝结构体4的气孔率，并增大蜂窝过滤器100的热容量。由此，蜂窝过滤器100的耐久性变高，从而能够提高最大烟灰堆积量。在现有蜂窝过滤器中，也进行了通过降低蜂窝结构体的气孔率来提高耐久性的尝试。但是，如果单纯降低蜂窝结构体的气孔率，则会使蜂窝过滤器的压力损失增大。另外，在现有技术中，当降低蜂窝结构体的气孔率时，还进行对形成在隔壁的细孔的细孔径增大。通过增大细孔径，虽然能够抑制压力损失的增大，但蜂窝过滤器的捕集效率显著降低。在蜂窝结构体的隔壁形成有多个细孔。在用于现有的蜂窝过滤器的蜂窝结构体中，在隔壁上也形成有多个细孔。这样的细孔有以下两种细孔。第一种细孔是从隔壁的一侧表面连接至另一侧表面且能够使废气通过的细孔。第二种细孔是未从隔壁的一侧表面连接至另一侧表面而在隔壁途中连续性间断的细孔。可以说上述第一种细孔的多少决定蜂窝过滤器的压力损失。另一方面，上述第二种细孔对蜂窝过滤器的压力损失不产生影响。该第二种细孔与第一种细孔相比，为细孔径小的细孔的情况较多。为提高蜂窝过滤器的耐久性，降低蜂窝结构体的气孔率并增大蜂窝结构体重量较为有效。即，只要能够选择性堵塞上述第二种细孔，就能够抑制压力损失的增力口、同时能够实现高的耐久性。在本实施方案的蜂窝过滤器中，上述第二种细孔被选择性地堵塞的结构是根据气孔率、渗透率、细孔径在40 μπι以上的细孔的细孔容积率以及细孔径在10 μπι以下的细孔的细孔容积率来规定。以下，对上述第二种细孔的选择性堵塞进行进一步详细的说明。在本实施方案的蜂窝过滤器中，气孔率在46%以下且渗透率在0.8 μ m2以上。此外，“气孔率”是通过压汞仪来测定的值。另外，“渗透率”意味着通过下式(I)算出的物理参数。该渗透率就是成为表示指定气体穿透隔壁等时的穿透阻力的指标的值。数I
权利要求
1.一种蜂窝过滤器， 其包括: 筒状蜂窝结构体，其具有用于划分形成多个室单元的多孔质隔壁，所述室单元将成为流体流道并且从一侧端面延伸至另一侧端面； 孔密封部，其设置在指定的所述室单元的一侧开口端部和剩余的所述室单元的另一侧开口端部， 其中， 所述隔壁的气孔率在46%以下，且细孔径在40 μ m以上的细孔的细孔容积率在7.5%以下，而且细孔径在10 μ m以下的细孔的细孔容积率在25%以下， 所述蜂窝结构体的渗透率在0.8 μ m2以上， 所述蜂窝结构体的40°C至800°C的热膨胀系数在1.0X 10_6/°C以下。
2.权利要求1所述的蜂窝过滤器，其中，所述隔壁由主成分为堇青石的多孔质体构成，所述隔壁在所述隔壁中含有0.40质量％以下用Li2O换算的锂。
3.权利要求1或2所述的蜂窝过滤器，其中，所述隔壁在所述隔壁中含有选自氧化铈、氧化锆、和氧化钇中的至少一种，并且所述氧化铈的含有率在3.0质量％以下，所述氧化锆的含有率在2.5质量％以下，所述氧化钇的含有率在2.0质量％以下。
4.权利要求1一3中任一项所述的蜂窝过滤器，其是采用以如下方式获得的粘土来制得:相对于100质量部堇青石化原料，添加1.0质量部以下的碳酸锂而制得的粘土。
5.权利要求1一4中任一项所述的蜂窝过滤器，其是采用以如下方式获得的粘土来制得:在堇青石化原料添加选自氧化铈、氧化锆、和氧化钇中的至少一种，相对于100质量部所述堇青石化原料，所述氧化铈的添加量为3.0质量部以下，相对于100质量部所述堇青石化原料，所述氧化锆的添加量在2.5质量部以下，相对于100质量部所述堇青石化原料，所述氧化钇的添加量在2.0质量部以下。
6.权利要求1一5中任一项所述的蜂窝过滤器，其是采用以如下方式获得的粘土来制得:作为堇青石化原料的氧化铝源使用了 2质量％以上且8质量％以下的勃姆石而制得。
7.一种蜂窝过滤器的制造方法，包括: 粘土调制工序，调制含有堇青石化原料的粘土， 蜂窝成形体制作工序，成形所述粘土得到蜂窝成形体， 蜂窝结构体制作工序，烧成所述蜂窝成形体获得蜂窝结构体， 孔密封工序，在所述蜂窝结构体的指定室单元的一侧开口端部和剩余室单元的另一侧开口端部设置孔密封部， 其中，所述粘土调制工序包含选自:相对于100质量部所述堇青石化原料添加0.2质量部以上且1.0质量部以下碳酸锂的操作，相对于100质量部所述堇青石化原料添加3.0质量部以下氧化铈的操作，相对于100质量部所述堇青石化原料添加2.5质量部以下氧化锆的操作，相对于100质量部所述堇青石化原料添加2.0质量部以下氧化钇的操作，和作为所述堇青石化原料的氧化铝源使用2质量％以上且8质量％以下勃姆石的操作中的至少一种操作。
8.权利要求7所述的蜂窝过滤器的制造方法，其中，获得的所述蜂窝结构体隔壁的气孔率在46%以下，且细孔径在40 μ m以上的细孔的细孔容积率在7.5%以下，并且细孔径在.10 μ m以下的细孔的细孔容积率在25%以下，所述蜂窝结构体的渗透率在0.8 μ HI2以上，所述蜂窝结构体的40° C至800°C的热膨胀系数在1.0X10_6/°C以下。
全文摘要
本发明提供一种能够抑制压力损失的增加，同时使最大烟灰堆积量变多，而且能够实现高耐久性的蜂窝过滤器。包括筒状蜂窝结构体(4)，其具有划分形成多个室单元(2)的多孔质隔壁(1)，该室单元(2)将成为流体流道并且从一侧端面延伸至另一侧端面；孔密封部(5)，其设置在指定室单元(2a)的一侧开口端部和剩余室单元的另一侧开口端部，在所述蜂窝过滤器(100)中，隔壁(1)的气孔率在46%以下，蜂窝结构体(4)的渗透率在0.8μm2以上，细孔径在40μm以上的细孔的细孔容积率在7.5%以下，而且细孔径在10μm以下的细孔的细孔容积率在25%以下，蜂窝结构体(4)的40℃至800℃的热膨胀系数在1.0×10-6/℃以下。
文档编号F01N3/022GK103140269SQ201280002137
公开日2013年6月5日 申请日期2012年9月28日 优先权日2011年9月29日
发明者元木浩二, 末信宏之, 小玉绘梨子 申请人:日本碍子株式会社