专利名称：堇青石质陶瓷蜂窝过滤器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于除去在柴油机内燃机的排出气体中含有的微粒的堇青石质陶瓷 蜂窝过滤器。
背景技术：
在柴油机发动机的排出气体中含有以包括碳质的煤和包括高沸点烃成分的 SOF成分(Soluble Organic Fraction 可溶性有机成分)为主成分的PM(Particulate Matter 粒子状物质)，若其向大气中排放，则可能对人体或环境产生坏影响。因此，从以往 开始在柴油发动机的排气管的中途装配用于捕集PM的陶瓷蜂窝过滤器(以下将陶瓷蜂窝 过滤器简称为“蜂窝过滤器”)。图1 (a)及图1 (b)中示出捕集、净化排出气体中的PM的蜂窝过滤器的一例。陶瓷 蜂窝过滤器10包括包括形成多个流出侧密封流路3及流入侧密封流路4的多孔质隔壁2、 和外周壁1的陶瓷蜂窝结构体；以及，将流出侧密封流路3及流入侧密封流路4的排气气体 流入侧端面8及排气气体流出侧端面9像方格花纹一样交替地密封的上游侧密封部6a和 下游侧密封部6c。该陶瓷蜂窝过滤器10如图2所示，经由支撑部件14压接把持于金属制收容容器 12内，经由支撑部件13a、13b在轴向上被夹持而收容。支撑部件14通过由金属网及/或陶 瓷制的垫形成。在将陶瓷蜂窝过滤器10装配于柴油机内燃机而使用时，来自发动机、路面 等的机械振动或冲击经由支撑部件13a、13b及14向陶瓷蜂窝过滤器10传递并赋予负荷。 尤其，对于在建设机械等中使用的产业用陶瓷过滤器或外径超过200mm之类的大型的陶瓷 蜂窝过滤器来说，由于振动或冲击引起的负荷进一步变大，因此，要求比高于以往程度地改 善强度。在陶瓷蜂窝过滤器的特性中，重要的是微粒的捕集效率、压损、微粒的捕集时间 (从捕集开始到达到一定压损为止的时间)这三个。尤其，捕集效率和压损处于相反的关 系，若欲提高捕集效率，则压损增大，捕集时间变短，另外，若压损降低，则能够加长捕集时 间，但捕集效率变差。为了满足所有的这些相反的过滤器的特性，从以往开始探讨了控制陶 瓷蜂窝结构体的气孔率、平均细孔径、在隔壁表面存在的细孔的大小的技术。在日本特开昭61-129015号中，公开有在隔壁表面具有包括孔径5 40 μ m的 小孔、和孔径40 100 μ m的大孔且以所述小孔的数量为所述大孔的数量的5 40倍的 方式构成的细孔，由此能够将捕集效率从初期维持为高的值的压损低的排出气体净化用 过滤器。进而，记载了在隔壁内部存在的细孔优选平均孔径大于15μπι，且累计细孔容积 为0. 3 0. 7cm7g。在此，隔壁的气孔率P(体积％ )可以由堇青石材料的真比重P (= 2. 5g/cm3)及累计细孔容积V(cm7g)，利用式P = 100XVX P/(1+VX P )算出，因此，在所 述隔壁内部存在的细孔的累计细孔容积的范围0. 3 0. 7cm3/g在换算为气孔率的情况下 为42. 8 63. 6体积％。从日本特开昭61-129015号的第四图中记载的细孔分布线图可 知，就实施例1、2、5及6中记载的蜂窝过滤器来说，累计细孔容积分别为0. 58cm7g(气孔率 59% )、0· 4cm3/g(气孔率 50% )、0· 7cm7g(气孔率 64% )及 0. 3cm7g (气孔率 43 % )， 平均细孔径为40 μ m、35 μ m、44 μ m及15 μ m。然而，尤其作为在建设机械等使用的产业用陶瓷过滤器、或超过外径200mm之类 的大型的陶瓷蜂窝过滤器使用的情况下，实施例1、2及5中记载的蜂窝过滤器由于平均细 孔径或气孔率过大，因此，强度不充分，实施例6中记载的蜂窝过滤器由于气孔率过小，因 此，低压损特性不充分。即，实施例1、2、5及6中记载的蜂窝过滤器不能同时实现低压损和
高强度。
在日本特开2002-219319号中公开有细孔径小于10 μ m的细孔容积为总细孔容 积的15 %以下，细孔径为10 50 μ m的细孔容积为总细孔容积的75 %以上，细孔径超 过50 μ m的细孔容积为总细孔容积的10%以下的多孔质蜂窝过滤器，并记载了该多孔质 蜂窝过滤器的微粒的捕集效率高，且防止细孔的堵塞引起的压损的增大。然而，日本特开 2002-219319号中记载的多孔质蜂窝过滤器尤其在建设机械等中使用的产业用或外径超过 200mm之类的大型的用途的情况下，不能充分地满足低压损特性。在日本特开2004-322082号中公开有总细孔容积为0. 55 0. 80cm7g(使用上述 式换算的情况下为气孔率59 67% )，100 μ m以上的细孔容积为0. 02 0. IOcmVg的陶瓷 蜂窝过滤器，并记载了该过滤器为低压损，且具有高的强度。然而，在日本特开2004-322082 号中记载之类的具有高的气孔率的陶瓷蜂窝过滤器尤其在建设机械等中使用的产业用或 外径超过200mm之类的大型的用途的情况下，从同时实现低压损和可经得住使用时的机械 振动或冲击的强度的方面来说，还有改善的余地。在日本特开2004-250324中公开可一种陶瓷蜂窝结构体的制造方法，其使用以 10 20质量％的比例含有粒径75 250 μ m的粒子的比例超过1质量％且为10质量％ 以下的二氧化硅粒子的堇青石化原料，并记载了得到具有低压损特性，强度高的陶瓷蜂窝 过滤器。然而，若使用日本特开2004-250324的表2中记载的石英及二氧化硅粒子，则得 到的陶瓷蜂窝过滤器的微小细孔的比例变得过多，因此，压损性能降低。另外，在日本特开 2004-250324中记载的陶瓷蜂窝过滤器的气孔率均高，因此，尤其在建设机械等中使用的产 业用或外径超过200mm之类的大型的用途的情况下，从同时实现低压损和可经得住使用时 的机械振动或冲击的强度的方面来说，还有改善的余地。在日本特开2003-193820中公开有包括具有60%以上的气孔率、15 μ m以上的平 均细孔径，对细孔径的累计细孔容积分布曲线的斜率的最大值为0. 7以上的隔壁的陶瓷蜂 窝过滤器，并记载了具有低压损特性、高的强度及耐久性。然而，日本特开2003-193820中 记载的陶瓷蜂窝过滤器的气孔率均高，因此，尤其在建设机械等中使用的产业用或外径超 过200mm之类的大型的用途的情况下，从同时实现低压损和可经得住使用时的机械振动或 冲击的强度的方面来说，还有改善的余地。
发明内容
从而，本发明的目的在于在建设机械等中使用的产业用陶瓷过滤器或外径超过 200mm之类的大型的陶瓷蜂窝过滤器的情况下，也为低压损，且比以往改善强度，可经得住 使用时的机械振动或冲击的陶瓷蜂窝过滤器。鉴于上述目的，经过专心致志的研究的结果，本发明人等发现通过使有效于低压损的细孔、和有效于高强度的细孔均衡存在，即使为比较低的气孔率，也不使压损变差，并 想到了本发明。S卩，本发明的堇青石质陶瓷蜂窝过滤器，其具有存在以多孔质的隔壁分隔的多个 流路的蜂窝体结构体，以及在所述流路的排气气体流入侧或排气气体流出侧交替设置的密 封部，是使排出气体通过所述多孔质隔壁而除去排出气体中含有的微粒的堇青石质陶瓷蜂 窝过滤器，其中，所述多孔质隔壁的气孔率为45 58%，平均细孔径为15 30 μ m,细孔径 超过50 μ m的细孔容积超过总细孔容积的10%且为25%以下，细孔径100 μ m以上的细孔 容积为总细孔容积的1 8%，细孔径小于10 μ m的细孔容积为总细孔容积的3 10%，且 细孔分布偏差σ [其中，σ = lOg(D20)-lOg(D80)，D20表示在显示细孔径和累计细孔容积 (将从最大的细孔径到特定的细孔径的细孔容积累计的值)的关系的曲线中，相当于总细 孔容积的20%的细孔容积的细孔径(μπι)，D80表示相当于总细孔容积的80%的细孔容积 的细孔径(μ m)，D80 < D20]为0. 6以下。优选所述累计细孔容积是通过水银压入法来测定的值。优选所述陶瓷蜂窝结构体的A轴强度为4MPa以上。制造堇青石质陶瓷蜂窝过滤器的本发明的方法，其是将包含二氧化硅的堇青石 化原料及包含造孔材料的坯料挤出成形为规定的成形体，将规定的流路填塞，制造陶瓷蜂 窝过滤器的方法，其中，所述堇青石化原料中以10 20质量％的含量含有所述二氧化硅， 所述二氧化硅粒子中最大频度径30 70 μ m、粒径200 μ m以上的粒子为1 %以下，粒径 100 μπι以上的粒子为2 10%，粒径20 μπι以下的粒子为2 10%，粒度分布偏差SD [其 中，SD = Iog(d80)-log(d20)，d20表示在显示粒径和累计体积(表示特定的粒径以下的粒 子体积为整体的百分之几)的关系的曲线中，相当于20%的累计体积的粒径(ym)，d80表 示相当于80%的累计体积的粒径(μ m)，还有d20 < d80]为0. 5以下。优选相对于所述堇青石化原料以1 6%的比例含有所述造孔材料，所述造孔材 料粒子的最大频度径为30 70 μ m,粒度分布偏差SD为0. 5以下。优选所述二氧化硅粒子的最大频度径M50和所述造孔材料粒子的最大频度径m50 之差的绝对值|M50-m50|为15 μ m以下。优选在将所述二氧化硅粒子的粒度分布偏差设为SD1，将造孔材料粒子的粒度分 布偏差设为SD2时，SD1-SD2为0. 3以下。优选所述二氧化硅的球度为0. 6以上。本发明的堇青石质陶瓷蜂窝过滤器具有低的压损特性，并且，比以往以上改善了 强度，能够经得住机械振动或冲击，因此，适合建设机械等产业用陶瓷蜂窝过滤器或超过外 径200mm之类的大型的陶瓷蜂窝过滤器。通过本发明的制造方法，能够效率良好地制造本发明的堇青石质陶瓷蜂窝过滤器。
图1 (a)是与流路垂直地表示蜂窝过滤器的一例的示意剖面图。图1 (b)是与流路平行地表示蜂窝过滤器的一例的示意剖面图。图2是表示将陶瓷蜂窝过滤器收容于金属制容器的样子的一例的示意剖面图。
图3是表示本发明的实施例11的细孔径和细孔容积的关系的图。图4是表示在本发明的实施例11中使用的二氧化硅的粒度分布的图。图5是表示二氧化硅粒子及造孔材料粒子的粒度分布的图。图6是表示球状二氧化硅的一例的电子显微镜照片。
具体实施例方式[1]陶瓷蜂窝过滤器本发明的陶瓷蜂窝过滤器，其具有存在以多孔质的隔壁分隔的多个流路的蜂窝体 结构体，以及在所述流路的排气气体流入侧或排气气体流出侧交替设置的密封部，是使排 出气体通过所述多孔质隔壁而除去排出气体中含有的微粒的堇青石质陶瓷蜂窝过滤器，其 中，所述多孔质隔壁的气孔率为45 58%，平均细孔径为15 30 μ m，细孔径超过50 μ m 的细孔容积超过总细孔容积的10%且为25%以下，细孔径100 μ m以上的细孔容积为总细 孔容积的1 8%，细孔径小于IOym的细孔容积为总细孔容积的3 10%，且细孔分布 偏差ο [其中，σ = lOg(D20)-lOg(D80)，D20表示在显示细孔径和累计细孔容积(将从最 大的细孔径到特定的细孔径的细孔容积累计的值)的关系的曲线中，相当于总细孔容积的 20%的细孔容积的细孔径(μ m)，D80表示相当于总细孔容积的80%的细孔容积的细孔径 (μπι), D80 < D20]为0. 6以下。即，通过具有对低压损的特性起到贡献的细孔多，且对压 损产生坏影响的微小细孔及对高强度产生坏影响的粗大细孔少的多孔质隔壁，能够得到同 时实现了低压损和高强度的陶瓷蜂窝过滤器。在气孔率小于45%的情况下，压损变大，多孔质隔壁的气孔率超过58%的情况 下，得不到充分的强度。所述气孔率优选48 57%，进而优选50 56%。在平均细孔径小于15 μ m的情况下，压损变大，平均细孔径超过30 μ m的情况下， 得不到充分的强度。所述平均细孔径优选19 28 μ m,进而优选20 27 μ m。在细孔径超过50 μ m的细孔容积为总细孔容积的10%的情况下，压损变大，超过 25%的情况下，强度显著降低。所述细孔径超过50 μπι的细孔容积优选总细孔容积的12 23 % ο在细孔径为100 μ m以上的细孔容积小于总细孔容积的1 %的情况下，压损变大， 超过8%的情况下，强度显著降低。所述细孔径为100 μπι以上的细孔容积优选总细孔容积 的2 7%。细孔径小于10 μπι的细孔确保细孔径为10 μπι以上的细孔的连通性，提高压损特 性。在细孔径小于10 μ m的细孔容积小于总细孔容积的3%的情况下，不能充分地确保细孔 的连通性，因此，压损变大，超过10%的情况下，确保连通性，但细孔径超过10 μ m的细孔的 比例相对地变少，因此，对压损特性产生坏影响。所述细孔径小于ΙΟμπι的细孔容积优选总 细孔容积的4 8%。在隔壁具有所述气孔率、平均细孔径、细孔径分布时，细孔分布偏差σ为0.6以下 的情况下，以平均细孔径15 30 μπι为中心的细孔的比例变多，即细孔分布变得尖锐，因 此，对低压损起到贡献，且对强度不产生坏影响的细孔的比例变多。若细孔分布偏差超过 0.6，则对低压损及强度产生坏影响的细孔的比例变多，因此，得不到低压损且高强度的陶 瓷蜂窝过滤器。所述细孔分布偏差σ优选0.5以下，进而优选0.45以下。
在此，σ = log(D20)-log(D80)，D20如图3所示，在表示细孔径和累计细孔容积 (将从最大的细孔径到特定的细孔径的细孔容积累计的值)的关系的曲线中，表示相当于 总细孔容积的20%的细孔容积的细孔径(μπι)，D80同样表示相当于总细孔容积的80%的 细孔容积的细孔径(ym)。D80<D20。可以通过水银压入法来测定所述细孔径和累计细孔 容积的关系。尤其优选通过水银孔隙测量仪来测定。为了得到具有高的强度的陶瓷蜂窝过滤器，多孔质隔壁的细孔的剖面形状优选大 致圆形。在本发明的陶瓷蜂窝过滤器中，A轴强度优选4MPa以上。若所述A轴强度小于 4MPa，则在作为建设机械等产业用、或外径超过200mm之类的大型的陶瓷蜂窝过滤器使用 的情况下，有时得不到可经得住机械振动或冲击的充分的强度。所述A轴强度优选5MPa以 上，进而优选6MPa以上。为了防止使用时的骤热或骤冷引起的热冲击破裂的发生，隔壁的热膨胀系数 (40 800°C之间的平均热膨胀系数)优选1. 2X 10-6/oC以下。为了同时实现低压损和高强度，优选隔壁的厚度为0. 1 0. 5mm，单元间距为1 3mm ο[2]陶瓷蜂窝过滤器的制造方法本发明的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法，其是将包含二氧化硅粒子的堇青石化原料 及包含造孔材料的坯料挤出成形为规定的成形体，将规定的流路填塞而制造的方法，其特 征在于，所述堇青石化原料中以10 20质量％的含量含有所述二氧化硅粒子，所述二氧化 硅粒子的最大频度径为30 70 μ m,粒径200 μ m以上的粒子为1 %以下，粒径100 μ m以上 的粒子为2 10%，粒径20 μ m以下的粒子为2 10%，粒度分布偏差SD为0. 5以下。在 此，最大频度径是指如图5所示，在表示粒子的粒径区间的体积％的粒度分布图中体积最 大的粒径。在此，SD = Iog(d80)-log(d20)，d20如图4所示，在表示粒径和累计体积(表示 特定的粒径以下的粒子体积为整体的百分之几)的关系的曲线(累计粒度分布曲线)中， 相当于20%的累计体积的粒径(μ m)，d80同样表示相当于80%的累计体积的粒径(μ m)。 d20 < d80。还有，优选堇青石化原料中含有的滑石粒子的粒度分布偏差SD也为0. 5以下。 可以使用微轨道粒度分布测定装置(MT3000)，测定二氧化硅粒子、滑石粒子等的粒度。在堇青石质陶瓷中形成的细孔取决于烧成过程中的、主要通过二氧化硅粒子的熔 融来产生的构架。二氧化硅粒子与其他原料相比，稳定地存在至高温，在1300°C以上熔融扩 散，形成细孔。通过在堇青石化原料中以10 20%含有二氧化硅，得到期望的量的细孔。 在以超过20%的含量使用二氧化硅的情况下，为了将主结晶维持为堇青石，需要减小作为 其他二氧化硅源成分的高岭土及滑石，其结果，挤出成形时的取向方向上的低热膨胀化不 充分，耐热冲击性降低。另一方面，二氧化硅含量小于10%的情况下，细孔的量变小，因此， 得不到具有低的压损特性的陶瓷蜂窝过滤器。二氧化硅含量优选13 18%。通过利用本发明的制造方法，将二氧化硅粒子的最大频度径或粒度分布调节为最 佳，能够控制烧成堇青石质陶瓷时产生的细孔。其结果，能够形成具有所述气孔结构的多孔 质隔壁，能够得到同时实现了低压损和高强度的陶瓷蜂窝过滤器。在二氧化硅粒子的最大频度径小于30 μπι的情况下，对低压损特性起到贡献的细孔变少，得不到低压损的陶瓷蜂窝过滤器。若最大频度径超过70 μ m，则得不到充分的强度。 所述最大频度径优选40 60 μ m。在粒径200 μ m以上的二氧化硅粒子超过1 %的情况下及/或粒径100 μ m以上 的二氧化硅粒子超过10%的情况下，粗大细孔变多，陶瓷蜂窝过滤器的强度降低。粒径 200 μ m以上的二氧化硅粒子优选0. 8%以下，粒径100 μ m以上的二氧化硅粒子优选5%以 下，粒径20 μ m以下的粒径超过10%的情况下，细孔径小于10 μ m的细孔增加，粒径超过 IOym的细孔的比例相对地变少，因此，对陶瓷蜂窝过滤器的压损特性产生坏影响。在粒径 20 μ m以下的粒子小于2%的情况下，细孔径小于10 μ m的细孔容积小于总细孔容积的3%， 不能充分地确保细孔的连通性，对压损产生坏影响。二氧化硅粒子的最大频度径为30 70 μ m，粒径200 μ m以上的粒子为以下， 粒径100 μ m以上的粒子为2 10%，粒径20 μ m以下的粒子为2 10%的情况下，若粒度 分布偏差SD超过0. 5，则粒度分布变宽，形成的细孔分布也变宽。因此，对压损特性及强度 产生坏影响的细孔的比例变多，得不到同时实现低压损和高强度的陶瓷蜂窝过滤器。粒度 分布偏差SD优选0.4以下，进而优选0.3以下。具有如上所述的期望的粒径分布的二氧 化硅粒子可以通过利用分级装置分级，或调节分级为若干个粒径的多个二氧化硅粒子的比 例，或最佳化粉碎条件而得到。所述二氧化硅粒子可以使用结晶质的二氧化硅粒子或非晶质的二氧化硅粒子，但 从调节粒度分布的观点来说，优选非晶质。非晶质二氧化硅可以通过粉碎将高纯度的天然 二氧化硅高温熔融而制造的块来得到。在二氧化硅粒子中，作为杂质，含有Na20、K20、Ca0也 可，但为了防止热膨胀系数变大，所述杂质的含量优选按总计为0. 以下。优选在所述堇青石化原料中以1 10%的比例含有造孔材料。造孔材料在堇青石 质陶瓷的烧成过程中，在合成堇青石前的比较低温(例如1000°c以下)下燃烧消失，形成细 孔。因此，在造孔材料小于的情况下，通过造孔材料形成的细孔的量变少，因此，得不到 具有低的压损特性的陶瓷蜂窝过滤器。若造孔材料超过10%，则细孔的量变得过多，不能确 保充分的强度。优选2 6%。作为造孔材料，可以举出公知的小麦粉、石墨、淀粉粉、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二 醇酯、丙烯酸系微囊等发泡树脂等，其中，优选利用甲基甲基丙烯酸酯·丙烯腈共聚物形成 的发泡树脂。所述发泡树脂可以使用未发泡、已发泡任一个，但优选已发泡发泡树脂。造孔材料粒子的最大频度径优选30 70 μ m。在最大频度径小于30 μ m的情况 下，对低压损的特性贡献的细孔变少，不能得到低压损的陶瓷蜂窝过滤器。若最大频度径超 过70 μ m，则形成的细孔变得粗大，因此，得不到充分的强度。造孔材料粒子的最大频度径优 选 40 60 μ m0所述造孔材料的粒度分布偏差SD优选0. 5以下。通过将所述造孔材料的粒度分 布偏差SD设为0. 5以下，形成的细孔分布变得尖锐，因此，对低压损起到贡献，且对强度不 产生坏影响的细孔的比例变多。其结果，形成具有本发明中记载的气孔结构的多孔质隔壁， 能够得到同时实现了低压损和高强度的陶瓷蜂窝过滤器。在造孔材料的最大频度径为30 70 μ m的情况下，粒度分布变宽，形成的细孔分 布也变宽。因此，对压损特性及强度产生坏影响的细孔的比例变多，得不到同时实现了低压 损和高强度的陶瓷蜂窝过滤器。所述造孔材料的粒度分布偏差SD优选0. 4以下。
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所述二氧化硅的最大频度径M50和所述造孔材料的最大频度径m50之差的绝对值 M50-m50优选15μπι以下。通过将|M50_m50|设为15 μ m以下，二氧化硅及造孔材料的粒
度分布一致，在堇青石质陶瓷中形成的二氧化硅等烧成而产生的细孔、和造孔材料烧成而 产生的细孔的分布一致。其结果，对低压损贡献，且对强度不产生坏影响的细孔的比例变得 更多，能够得到同时实现了低压损和高强度的陶瓷蜂窝过滤器。|M50-m50|优选IOymW 下，进而优选8 μ m以下，进而更优选6 μ m以下。还有，堇青石化原料中的滑石的最大频度 径M50和所述造孔材料的最大频度径m50之差的绝对值|M50-m50 |设为15 μ m以下也可。在将所述二氧化硅的粒度分布偏差设为SD1,将造孔材料的粒度分布偏差设为SD2 时，SD1-SD2优选0. 3以下。若SD1-SD2为0. 3以下，则二氧化硅及造孔材料的粒度分布偏差 大致一致，烧成二氧化硅等而产生的细孔、和燃烧造孔材料而产生的细孔分布偏差大致一 致。由此，对低压损起到贡献，且对强度不产生坏影响的细孔的比例变得更多，得到同时实 现了低压损和高强度的陶瓷蜂窝过滤器。SD1-SD2优选0. 2以下，进而优选0. 1以下。还有， 将堇青石化原料中的滑石的粒度分布偏差设为SD1，将造孔材料的粒度分布偏差设为SD2时 的SD1-SD2设为0. 3以下也可。所述二氧化硅的球度优选0. 6以上。若所述二氧化硅的球度为0. 6以上，则烧成二 氧化硅而产生的细孔形成为应力难以集中的大致球状，因此，能够提高多孔质隔壁的强度。 在二氧化硅的球度小于0. 6的情况下，就烧成二氧化硅而产生的细孔来说，应力容易集中， 多孔质隔壁的强度降低。二氧化硅的球度优选0.7以上。还有，就二氧化硅粒子的球度来 说，通过由电子显微镜照片的像进行图像解析，以相对于二氧化硅粒子的投影面积、和通过 二氧化硅粒子的重心，连结粒子外周的两点的最大径的圆的面积的比例来表示。球度高的二氧化硅粒子通过微粉碎高纯度的天然二氧化硅，在高温火焰中喷镀而 得到。通过这样的工序，同时进行二氧化硅粒子的熔融和球状化，能够得到如图6所示的球 状的非晶质二氧化硅。该球状二氧化硅粒子优选通过分级等方法来进行粒度的调节。在本发明的制造方法中，重要的是，如上所述地调节二氧化硅的粒度分布。从而， 在本发明中，优选向包括二氧化硅粒子、滑石粒子、高岭土粒子、氧化铝粒子等的堇青石化 原料中添加造孔材料或粘合剂后，利用亨舍尔搅拌器等不具有粉碎介质的混合方法来进行 混合，然后，添加水，进行混炼，制作挤出成形用增塑化的坯料。通过利用不具有粉碎介质的 混合方法来进行混合，防止二氧化硅粒子尤其非晶质二氧化硅粒子在混合过程中被粉碎的 情况，能够使具有期望的粒度分布及粒子形状的二氧化硅粒子在挤出成形后的成形体中以 原来状态存在。因此，能够得到同时实现了低压损和高强度的陶瓷蜂窝过滤器。尤其使用 球状二氧化硅的情况下，采用所述混合方法的效果大。在混合工序中，采用球磨机等具有粉 碎介质的混合方法的情况下，在混合过程中，二氧化硅离子尤其球状二氧化硅粒子被粉碎， 其形状或粒径变化，因此，不优选。通过以下的实施例，更详细地说明本发明，但本发明不限定于此。实施例1将破碎的非晶质二氧化硅(粒度分布偏差SD1 :0.45、最大频度径M50 30. 5ym, 200μπι以上的粒子的比例0. 9%、100μπι以上的粒子的比例4. 0 %、20 μ m以下的粒子 的比例:8.5%、球度:0. 4，作为杂质，含有0.005质量％的Ca(HNa2CHK2O)、高岭土 (平均 粒径3. 0 μ m，作为杂质，含有0. 32质量％的Ca0+Na20+K20)、滑石(平均粒径1. 2 μ m，作为杂质，含有0. 5质量％的Ca(HNa2CHK2O)、氧化铝(平均粒径4. 2 μ m，作为杂质，含有 0. 3质量％的Ca(HNa2CHK2O)、氢氧化铝(平均粒径1. 8 μ m，作为杂质，含有0. 05质量％的 Ca(HNa2CHK2O)等原料粉末以表1所示的添加量调节，得到了堇青石化原料粉末。对该堇 青石化原料粉末添加具有表1所示的粒度分布偏差SD2及最大频度径m50的发泡树脂的造 孔材料、及甲基纤维素，利用亨舍尔型搅拌器干式混合，加入水，湿式混合后，利用混炼机进 行混炼，制作了具有增塑性的陶瓷坯料。挤出成形该坯料，干燥后，在烧成炉中以最高温度 1400°C烧成，制作了 2个外径267mm、全长304mm、隔壁间距1. 57mm及隔壁厚度0. 3mm的陶 瓷蜂窝结构体。使用微轨道粒度分布测定装置(MT3000)，测定了二氧化硅粉末等的粒子特性。就 二氧化硅粉末的球度来说，从利用电子显微镜拍摄的照片提取20个粒子，利用图像解析装 置(Media Cybernetics公司制Image-ProPlus ver. 3. 0)求出二氧化硅粒子的投影面积及 通过重心、连结二氧化硅粒子外周的两点的最大径的圆的面积，由各粒子的球度[=(二氧 化硅粒子的投影面积)/(通过二氧化硅粒子的重心，连结粒子外周的两点的最大径的圆的 面积)X 100% ]的平均值表示。实施例2 7及比较例5 7除了将二氧化硅粉末的粒子特性及添加量、滑石粉末、高岭土粉末、氧化铝粉末及 氢氧化铝粉末的添加量、造孔剂的粒子特性及添加如表1所示地变更以外，与实施例1相同 地，制作了各两个外径267mm、全长304mm、隔壁间距1. 57mm及隔壁厚度0. 3mm的实施例2 7及比较例5 7的陶瓷蜂窝结构体。实施例8 17、比较例1 4及8除了以表1所示的添加量，使用微粉碎高纯度的天然二氧化硅，在高温火焰中喷 镀得到的球状的非晶质二氧化硅粉末(表1中示出粒子特性)，将滑石粉末、二氧化硅粉末、 高岭土粉末、氧化铝粉末及氢氧化铝粉末的添加量、造孔剂的粒子特性及添加如表1所示 地变更以外，与实施例1相同地，制作了各两个外径267mm、全长304mm、隔壁间距1. 57mm及 隔壁厚度0. 3mm的实施例8 17及比较例1 4及8的陶瓷蜂窝结构体。还有，在实施例 11中使用的二氧化硅的粒度分布示出在图4中。将这些陶瓷蜂窝结构体的流路端部以交替地填塞的方式填充了包括堇青石化原 料的填塞材料浆料后，进行干燥及烧成，制作了各两个实施例1 17及比较例1 8的堇 青石质陶瓷蜂窝过滤器。将流路的填塞材料浆料的长度调整为7 10mm。使用一个得到的陶瓷蜂窝过滤器，进行了煤捕集压损的评价。就煤捕集压损来说， 向在压损测试用台固定的陶瓷蜂窝过滤器中以空气流量IONm3/分钟，将粒径0. 042 μ m的 碳粉以3g/小时的速度投入，测定过滤器体积每1升的煤附着量成为2g时的流入侧和流出 侧的压差(压损)，按下述基准进行了评价。结果示出在表2中。压损为1. 2Pa以下的情况……◎压损超过1. 2且为1. 4kPa以下的情况……〇压损超过1. 4且为1. 5kPa以下的情况……Δ压损超过1. 5kPa的情况……X从其他一个陶瓷蜂窝过滤器切出试片，进行了气孔率、平均细孔径、细孔分布偏差 σ = log (D20)-log (D80)、热膨胀系数及A轴压缩强度的测定。
通过水银压入法来进行了气孔率、平均细孔径、细孔分布偏差ο = log(D20)-Iog(DSO)的测定。将从陶瓷蜂窝过滤器切出的试片(IOmmX IOmmX IOmm)设置 于Micromeritics公司制自动细孔III的测定单元内，将单元内减压后，导入水银，进行了 加压。由加压时的压力、和在试片内存在的细孔中压入的水银的体积的关系，求出了细孔径 和累计细孔容积的关系。导入水银的压力设为0. 5psi (0. 35X 10_3kgf/mm2)，由压力算出细 孔径时的常数设为接触角=130°、表面张力484dyne/cm。此时，通过由总细孔容积的测定 值，将堇青石的真比重设为2. 52g/cm3，利用计算来求出气孔率。结果示出在表2中。另外， 图4中示出实施例11的细孔径和细孔容积的关系。就热膨胀系数来说，将剖面形状4.5mmX4.5mmX全长50mm的尺寸的试片以 全长方向与流路方向大致一致的方式地切出，使用热机械分析装置(TMA、黎加克公司制 ThermoPlus、压缩荷重方式/差示膨胀方式)，测定施加一定荷重20g的同时，以升温速度 10°C/分钟，从室温加热至800°C后的全长方向的长度的增加量，作为40 800°C之间的平 均热膨胀系数来求出。就A轴压缩强度来说，按照社团法人汽车技术会规定的规格M505-87[汽车排气气 体净化催化剂用陶瓷单岩隙(* 7 U 7 )载体的试验方法]进行测定，按以下记载的基准 来进行了评价。结果示出在表2中。A轴强度为6. OMPa以上......◎A轴强度为5. OMPa以上且小于6. OMPa......〇A轴强度为4. OMPa以上且小于5. OMPa......ΔA轴强度小于4. OMPa......X[表 1]
权利要求
一种堇青石质陶瓷蜂窝过滤器，其具有存在以多孔质的隔壁分隔的多个流路的蜂窝体结构体，以及在所述流路的排气气体流入侧或排气气体流出侧交替设置的密封部，是使排气气体通过所述多孔质隔壁而除去排气气体中含有的微粒的堇青石质陶瓷蜂窝过滤器，其中，所述多孔质隔壁的气孔率为45～58％，平均细孔径为15～30μm，细孔径超过50μm的细孔容积超过总细孔容积的10％且为25％以下，细孔径100μm以上的细孔容积为总细孔容积的1～8％，细孔径小于10μm的细孔容积为总细孔容积的3～10％，且细孔分布偏差σ为0.6以下，σ＝log(D20) log(D80)，D20表示在显示细孔径与累计细孔容积的关系的曲线中，相当于总细孔容积的20％的细孔容积的细孔径，单位为μm，D80表示相当于总细孔容积的80％的细孔容积的细孔径，单位为μm，D80＜D20，所述累计细孔容积为将从最大的细孔径到特定的细孔径的细孔容积累计的值。
2.根据权利要求1所述的堇青石质陶瓷蜂窝过滤器，其特征在于， 所述累计细孔容积是通过水银压入法来测定的值。
3.根据权利要求1或2所述的堇青石质陶瓷蜂窝过滤器，其特征在于， 所述陶瓷蜂窝结构体的A轴强度为4MPa以上。
4.一种堇青石质陶瓷蜂窝过滤器的制造方法，其是将包含二氧化硅的堇青石化原料及 包含造孔材料的坯料挤出成形为规定的成形体，将规定的流路填塞，制造陶瓷蜂窝过滤器 的方法，其中，所述堇青石化原料中以10 20质量％的含量含有所述二氧化硅，所述二氧化硅粒 子中最大频度径30 70 μπι、粒径200 μπι以上的粒子为以下，粒径IOOym以上的粒 子为2 10%，粒径20 μπι以下的粒子为2 10%，粒度分布偏差SD为0. 5以下，SD = Iog(d80)-log(d20), d20表示在显示粒径与累计体积的关系的曲线中，相当于20%的累计 体积的粒径，单位为μ m, d80表示相当于80%的累计体积的粒径，单位为μ m, d20 < d80， 所述累计体积表示特定的粒径以下的粒子体积为整体的百分之几。
5.根据权利要求4所述的堇青石质陶瓷蜂窝过滤器的制造方法，其特征在于， 相对于所述堇青石化原料以1 10%的比例含有所述造孔材料，所述造孔材料粒子的最大频度径为30 70 μ m，粒度分布偏差SD为0. 5以下。
6.根据权利要求4或5所述的堇青石质陶瓷蜂窝过滤器的制造方法，其特征在于， 所述二氧化硅粒子的最大频度径M50和所述造孔材料粒子的最大频度径m50之差的绝对值|M50-m50|为15μπι以下。
7.根据权利要求4 6中任一项所述的堇青石质陶瓷蜂窝过滤器的制造方法，其特征 在于，在将所述二氧化硅粒子的粒度分布偏差设为SD1,将造孔材料粒子的粒度分布偏差设 为SD2时，SD1-SD2为0. 3以下。
8.根据权利要求4 7中任一项所述的堇青石质陶瓷蜂窝过滤器的制造方法，其特征 在于，所述二氧化硅的球度为0. 6以上。
全文摘要
一种堇青石质陶瓷蜂窝过滤器，其具有存在以多孔质的隔壁分隔的多个流路的蜂窝体结构体，以及在所述流路的排气气体流入侧或排气气体流出侧交替设置的密封部，是使排出气体通过所述多孔质隔壁而除去排出气体中含有的微粒的堇青石质陶瓷蜂窝过滤器，其中，所述多孔质隔壁的气孔率为45～58％，平均细孔径为15～30μm，细孔径超过50μm的细孔容积超过总细孔容积的10％且为25％以下，细孔径100μm以上的细孔容积为总细孔容积的1～8％，细孔径小于10μm的细孔容积为总细孔容积的3～10％，且细孔分布偏差σ[其中，σ＝log(D20)-log(D80)，D20表示在表示细孔径和累计细孔容积(将从最大的细孔径到特定的细孔径的细孔容积累计的值)的关系的曲线中，相当于总细孔容积的20％的细孔容积的细孔径(μm)，D80表示相当于总细孔容积的80％的细孔容积的细孔径(μm)，D80＜D20]为0.6以下。
文档编号C04B38/06GK101959571SQ20088011133
公开日2011年1月26日 申请日期2008年10月14日 优先权日2007年10月12日
发明者冈崎俊二, 石泽俊崇 申请人:日立金属株式会社