专利名称：制造小室结构体的方法
技术领域：
本发明涉及用于制造适合于催化剂载体的小室结构体(cell structure)的方法。
背景技术：
目前，作为汽车尾气净化用的催化剂主体，有已经使用的催化剂主体，其通过将作为催化组分的贵金属如铂(Pt)、钯(Pd)和铑(Rh)承载在蜂窝状陶瓷催化剂载体上来制备，所述催化剂载体是一种多孔的小室结构(参见如JP-A-2003-205246和JP-A-2003-33664)。
为了生产这种催化剂主体，重要的是建立和调整承载条件，以使得所承载的催化剂组分的量达到适当。当所承载的催化剂组分的量太少时，不能获得足够的尾气净化性能或者耐久性。另一方面，当所承载的催化剂组分的量过多时，会浪费催化剂组分如昂贵和稀有的贵金属Pt、Pd和Rh，增加生产成本。
催化剂组分一般通过浸涂法(wash-coat method)承载在多孔的小室结构体上。具体地，首先，将包含催化剂组分和水的催化剂浆料填入小室结构体；然后，催化剂浆料中的水被隔壁的孔吸收，催化剂组分(催化剂浆料中的固体组分)被吸水能量粘附在隔壁的表面上以及在隔壁表面上所开孔的内壁上。此时，催化剂载体所承载的量可以认为与小室结构的吸水量成比例。
为了在多个小室结构体上承载催化剂组分，从小室结构体中任意选择一个小室结构体，在所选择的小室结构体的隔壁厚度、孔性能等基础上建立浸涂的条件。然后，根据以上建立的条件，统一进行多个小室结构体的浸涂，将催化剂组分承载在小室结构体上。
然而，许多小室结构体在其隔壁厚度、孔性能等方面有差别。因此，存在如下问题隔壁在基于任意选择的小室结构体的隔壁厚度等之上建立的浸涂条件下，在所有的小室结构体上承载催化剂组分，这使得会在所承载的催化剂组分的量的方面产生差别。
一般认为，通过使隔壁所有小室结构体的隔壁厚度等都相同，可以避免所承载的催化剂组分量的不同。然而，用来将陶瓷原料形成蜂窝结构体的挤压成形模具随着挤压成形的数量增加而逐渐磨损。因此，所得到的小室结构体的隔壁厚度倾向于随着挤压成形的数量增加而逐渐增加。由于不可能完全消除挤压成形模具的磨损，事实上，不可能避免在所获得的小室结构体的隔壁厚度方面的差别。
发明内容
本发明是针对现有技术的问题而产生的，其目标是提供一种用于制造小室结构体的方法，该方法能够抑制催化剂组分的过量使用，降低生产成本，并使该结构体上所承载的催化剂组分量均匀化。
作为深入细致研究的结果，为了实现以上目标，他们发现，小室结构体的干燥质量与通过浸涂法所承载的催化剂组分量相关，通过以上述相关性为基础来实施加工，可以实现以上目标，从而导致完成本发明。
即，根据本发明，提供如下制备小室结构体的方法。
.一种用于制造小室结构体的方法，该小室结构体具有由多孔的隔壁所隔开的多个小室(cell)，由一个端面延伸到另一个端面，以用作流体通道，其中，测量多个每个蜂窝形小室结构先驱体的每个的干燥质量，根据所测量的干燥质量，对每个小室结构先驱体的至少一个端面进行加工，获得具有一致干燥质量的多个小室结构体。
.根据以上[1]所述的用于制造小室结构体的方法，其中，所述加工是切割、磨削、放电加工、超声加工或者射线束加工(beam machining)。
.根据[1]和[2]所述的用于制造小室结构体的方法，其中，小室结构体用作催化剂载体。
.根据[1]-[3]中任一项所述的制造小室结构体的方法，其中，加工以后，在多个小室结构先驱体的每个的至少一个端面上，用封孔材料来堵塞小室中每个规定小室的一个端部，获得具有一致干燥质量的小室结构体。
.根据[1]-[3]中任一项所述的制造小室结构体的方法，其中，在每个小室结构先驱体的至少一个端面上，用封孔材料来堵塞小室中每个规定小室的一个端部之后，测量每个小室结构先驱体的干燥质量。
根据用于制造本发明小室结构体的方法，可以制造小室结构体，所述的小室结构体具有一致量的承载的催化剂组分，并且通过抑制催化剂组分的过量使用来降低产品成本。
附图简要描述
图1是小室结构体(小室结构先驱体)的示意性透视图。
图2是用于制造本发明小室结构体的方法的实施方式的流程图。
图3是用于制造另一小室结构体的方法的实施方式的流程图。
图4是实施例1中所制造的小室结构体在加工端面之前的质量与在加工端面之前总长度(mm)的关系图。
图5是实施例1中所制造的小室结构体在加工端面之后的质量与在加工端面之后总长度(mm)的关系图。
图6是实施例2中所制造的小室结构体在加工端面之前的质量与在加工端面之前总长度(mm)的关系图。
图7是实施例2中所制造的小室结构体在加工端面之后的质量与在加工端面之后总长度(mm)的关系图。
图8是在实施例3中所制造的小室结构体的质量与在二次烧成之后总长度(mm)的关系图。
图9是多个小室结构体的吸水量和吸水比率与总长度的关系图。
符号说明1小室结构体；2隔壁；3小室；5a一个端面； 5b另一端面； 10小室结构先驱体具体实施方式
以下将描述实施本发明的最佳实施方式。但本发明并不限制于以下方式，并且应该了解到，基于本领域技术人员的常识所进行的变化、改进或者类似的合适地应用如下方式的情况也在本发明的范围之内。
用于制造本发明小室结构体的方法的实施方式是用于制造如下小室结构体的方法，该小室结构体具有由多孔的隔壁所隔开的多个小室(cell)，由一个端面延伸到另一个端面，以用作流体通道，其中，测量每个蜂窝形的小室结构先驱体的干燥质量，根据所测量的干燥质量，对每个小室结构先驱体的至少一个端面进行加工，获得具有一致干燥质量的多个小室结构体。以下将详细描述其细节。
在用于制造本发明小室结构体的方法中，具有蜂窝结构的小室结构体的特征是，在纵向上具有相同的断面形状(类似于日本的金太郎糖(kintarocandy))。即，由于小室结构体的吸水量与小室结构体的长度直接成比例，通过调整其长度，可能自由地控制其吸水量。图9是多个小室结构体的吸水量和吸水比率与总长度的关系图。如图9所示的小室结构体具有105mm的外径和相同的小室结构，且由相同材料(堇青石)制成。另外，它们通过在短时间内用相同的原料批次以集中方式挤压成形来获得。由于这些小室结构体通过在短时间内以集中方式挤压成形来获得，可以认为它们实际上具有相同的隔壁厚度。如图9所示，无论其总长度如何，小室结构体具有固定的吸水比率。另一方面，可以了解到，小室结构体的吸水量与小室结构体的总长度成比例。用于制造本发明小室结构体的方法利用了该特征，即小室结构体的吸水量与小室结构体的总长度成比例。
图1是小室结构体(小室结构先驱体)的示意性透视图。小室结构体1是所谓的蜂窝状结构体，该结构体提供多个小室3，从一个端面5a延伸到另一端面5b。小室3由多孔的隔壁2分割而形成。
图2是用于制造本发明小室结构体的方法的实施方式的流程图。在用于制造本实施方式的小室结构体的方法中，测量每个小室结构先驱体的干燥质量。小室结构先驱体10是一种通过例如将挤压成形的蜂窝状体(未烧成体)进行烧成等而制造的烧成体(参见图1)，所述蜂窝状体通过挤压成形包含陶瓷原料的坯土来获得。
该坯土可以通过如下方式制备，即通过例如将水、粘合剂、表面活性剂等与包含作为骨料的滑石、高岭土和氧化铝的形成堇青石的原料混合来制备混合物，并且混合和捏和该混合物。在用捏和机将该坯土挤压成圆柱形状以后，由挤压成形装置进一步挤压成形，以获得挤压成形的蜂窝形状体(未烧成体)，所述蜂窝形状体具有区划用作流体通道的多个小室的隔壁以及由隔壁整体上形成的外壁。将以该方式所获得的未烧成体进行干燥，然后切割成规定的长度，得到干燥体。烧成该干燥体，获得蜂窝形小室结构先驱体10。
如果在干燥体的两个端面上，用封孔材料选择性地堵塞规定的小室的一个端部之后，进行烧成等操作，可以获得具有封孔部分的蜂窝状结构先驱体。此外，在外周壁和靠近最外周的约1-3个小室的隔壁被研磨去除之后，通过应用陶瓷涂层材料，可以形成外壁部分。
尽管小室结构先驱体10通常在刚刚干燥之后是干燥状态，但是如果需要，可以进行干燥处理。制备干燥状态的多个小室结构体，测量它们每个的质量。接着，根据所测量的干燥质量，加工每个小室结构先驱体10的至少一个端面，获得加工的小室结构体1。更具体地，根据每个蜂窝结构先驱体10的干燥质量，对一个端面5a和/或另一端面5b进行加工，确定加工的量，使得所有的小室结构先驱体10可以具有相同的质量。此外，加工之后，在小室结构先驱体10的至少一个端面(5a，5b)上，通过用封孔材料堵塞小室3的一个端部，可以获得具有封孔部分的小室结构体。
加工小室结构先驱体10的端面的例子包括，使用立铣刀、切割工具等切割；用磨石等磨削；放电加工；超声加工以及使用激光束的射线束加工。例如，包括每个小室结构先驱体10的一个端面5a的部分通过这种加工被去除，使得所有的小室结构先驱体10可以具有相同的质量。此外，如果需要，可以对以该方式所获得的小室结构体1进行如洗涤和干燥处理。
即使在根据相同条件所制造的小室结构先驱体中，通常在干燥质量方面仍有差别。这被认为是由于随着挤压成形数量的增加，用于挤压成形的挤压成形模具逐渐磨损，隔壁的厚度逐渐增加。
在用于制造本实施方式的小室结构体的方法中，通过使用如下结论，即小室结构体的干燥质量与由浸涂法所承载的催化剂组分量相关，从而进行规定的加工操作，使得多个小室结构先驱体具有相同的干燥质量。因此，根据用于制造本实施方式的小室结构体的方法，可以制造由例如浸涂法所承载的、具有一致量的催化剂组分的小室结构体。另外，由于通过应用以该方式制造的小室结构体，可以抑制催化剂组分的过量使用，因此，可以降低用于汽车尾气等净化的催化剂主体的成本。
以下，说明用于制备另一小室结构体的方法的实施方式。图3是用于制造另一小室结构体的方法的实施方式的流程图。在用于制造本实施方式的小室结构体的方法中，测量每个小室结构先驱体的吸水比率。小室结构体10是一种烧成体，所述烧成体是通过例如将挤压成形的蜂窝状体(未烧成体)以与用于制造本发明小室结构体的上述方法相同的方法进行烧成等来制造的(参见图1)，其中，蜂窝状体通过挤压成形包含陶瓷原料的坯土来获得。
制备多个小室结构先驱体10并根据需要进行干燥处理，测量它们每个的吸水量。接着，根据每个吸水比率，将每个小室结构先驱体10的至少一个端面进行加工，以获得加工的小室结构体1。更具体地，根据每个蜂窝结构先驱体10的吸水量，对一个端面5a和/或另一端面5b进行加工，确定加工的量，使得所有的小室结构先驱体10可能具有相同的吸水量。
加工小室结构先驱体10的端面的例子包括，使用立铣刀、切割工具等切割；用磨石等磨削；放电加工；超声加工以及使用激光束的射线束加工，就像用于制造本发明小室结构体的上述方法的情况一样。例如，包括每个小室结构先驱体10的一个端面5a的部分通过这种加工被去除，使得所有的小室结构先驱体10可以具有相同的吸水量。此外，如果需要，可以对以该方式所获得的小室结构体1进行如洗涤和干燥处理。
在用于制造本实施方式的小室结构体的方法中，通过使用如下结论，即小室结构体的吸水量与由浸涂法所承载的催化剂组分量相关，进行规定的加工操作，使得多个小室结构先驱体具有相同的吸水比率。因此，根据用于制造本实施方式的小室结构体的方法，可以制造由例如浸涂法承载的、具有一致量的催化剂组分的小室结构体。另外，由于通过应用以该方式制造的小室结构体可以抑制催化剂组分的过量使用，因此，汽车尾气等净化用的催化剂主体的成本可以减少。
根据例如如下程序，可以测量吸水量。首先，将液体预先填满待测试吸水量的小室结构先驱体10的小室3(通道)和隔壁2中的孔。尽管对所使用的液体种类没有特别的限制，但是通常使用水。为了用液体填满小室3和隔壁2中的孔，小室结构先驱体10可以浸渍在液体中。然而，还优选的是，根据小室结构先驱体的孔性能等，通过抽气或者在加压条件下填充液体。
液体填入小室3和隔壁2中的孔，在规定的时间以后，粘附在小室3(通道)内壁上的过量液体释放出来。除了从液体中取出小室结构先驱体10以后放置规定的时间外，过量液体可以通过允许空气浴吹淋该液体或者使在小室3中循环的空气强制循环来释放。释放出过量液体以后，测量在吸附液体状态的小室结构先驱体10的质量(吸水后的质量)。根据以下等式(1)和(2)，可以由吸水后以上测试的质量和吸水前在干燥状态的小室结构先驱体的质量(干燥质量)来计算吸水量和吸水比率。
吸水量(g)＝吸水后的质量(g)-干燥质量(g)……(1)吸水比例(％)＝[吸水量(g)/干燥质量(g)]×100……(2)用于制造本实施方式的小室结构体的方法可以用于各种载体构成材料，以显示出效果。因此，尽管对小室结构体(和小室结构先驱体)的材料没有特别地限制，但是可以具体地使用陶瓷、金属等。更具体地，组成小室结构体(和小室结构先驱体)的材料的优选例子包括氧化物陶瓷材料，如堇青石、富铝红柱石、氧化铝、氧化锆、二氧化钛、尖晶石、磷酸锆、钛酸铝和Ge-堇青石；非氧化物陶瓷材料如SiC和SiN；以及金属材料如Fe-Cr-Al合金。其中，优选使用氧化物陶瓷，其易于受到来自碱金属或者碱土金属的腐蚀；特别优选使用堇青石，其广泛应用于净化汽车尾气的催化剂领域。还优选使用多种材料的混合型或者复合型材料。这种材料的合适例子包括富铝红柱石颗粒或者SiC颗粒与堇青石结合的材料(特别是包含10％质量或者更多堇青石的材料)。
小室结构体可以具有任意的小室形状如圆形、多边形和皱褶形。此外，作为用于NOx吸附催化剂载体的小室结构体，为了使催化剂层的涂层厚度一致化，现在倾向于使用六边形的小室，而非传统的三角形或者矩形的小室。在用于制造本实施方式的小室结构体的方法中，可以优选采用三角形、矩形、六边形等作小室结构体的小室形状。小室结构体的外部形状可以形成为预定的形状(如圆柱形)，以适合于小室结构体所安置的尾气系统的内部形状。此外，还优选八边形与矩形结合的混合小室结构体。这种混合的小室结构体特别适合于将小室结构体用作过滤器的情况。
尽管没有特别限制小室结构体的孔密度，作为催化剂载体，孔的密度优选在6-1500孔/平方英寸(0.9-233孔/平方厘米)的范围内。另外，小室结构体优选具有20-2000μm的隔壁厚度。
根据用于制造本发明小室结构体的方法，在小室结构体中易于产生长度的变化。因此，当小室结构体罐装在催化剂转换器壳(converter container)中时，在罐装随机长度的每个小室结构体时候，有时需要调整催化剂转换器壳的尺寸等。还可能给每个小室结构体标记其长度信息(假设有这种情况)，该信息在罐装调节长度之前被阅读。
根据用于制备本发明小室结构体的方法，可以容易制备具有一致量的承载催化剂组分的小室结构体。因此，由制造本发明小室结构体的方法制造的小室结构体适合于用来主要制造汽车尾气等净化用的催化剂主体的催化剂载体。
实施例基于实施例，以下将具体地说明本发明。然而，本发明决不是限制于这些实施例。
实施例1从任意批次小室结构体(外径11.0mm×总长度117.61mm(两者都是平均值)，孔密度900cpsi)中随机取287个小室结构体样品，所述小室结构体由堇青石组成，具有如图1所示的形状。准确地测量每个取样的小室结构体的总长度和干燥质量。所测量的小室结构体的总长度的最大值和最小值以及干燥质量的最大、平均值和最小值如表1所示。计算每个小室结构体的单位长度质量(小室结构体干燥质量(g)/总长度(mm))，并计算用于加工每个小室结构体的端面的长度，使得该小室结构体具有262g的重量，这比这一批小室结构体中的最小干燥质量(263.9g)稍轻。通过沿小室通道的方向磨去以上计算的加工长度，去除每个小室结构体的一个端面，以得到287个小室结构体。此外，在加工端面之前的质量与加工端面之前的总长度之间的关系图如图4所示。另外，在加工端面之后的质量与加工端面之后的总长度之间的关系图如图5所示。
实施例2在两端面上，用封孔材料选择性地堵塞在规定小室的一个端部以后，烧成小室结构体，获得烧成体。所得到的烧成体的外围部分通过磨损去除，陶瓷涂层材料应用于外围，形成外墙部分，以获得堇青石圆柱小室结构体(小室的截面形状矩形；隔壁厚度0.3mm；孔密度200cpsi(31孔/平方厘米)；外径304mm×总长度305mm(两者都是平均值))。从任一批次的多个小室结构体中随机地取出20个小室结构体，准确地测量每个取样的小室结构体的总长度和干燥质量。通过沿小室通道长度的方向磨去规定的长度，去除每个小室结构体的一个端面，得到20个小室结构体。在加工端面之前的质量与加工端面之前的总长度之间的关系图如图6所示。另外，在加工端面之后的质量与加工端面之后的总长度之间的关系图如图7所示。
实施例3通过烧成(一次烧成)制造由堇青石组成的且具有如图1所示形状的小室结构体(小室的截面形状矩形；隔壁厚度0.3mm；孔密度200cpsi(31孔/平方厘米)；外径304mm×总长度305mm(两者都是平均值))。从任一批次的以上制造的多个小室结构体中，随机取出30个小室结构体样品，准确地测量每个取样的小室结构体的总长度和干燥质量。通过沿小室通道长度的方向磨去规定的长度，去除每个小室结构体的一个端面，得到30个小室结构体。在每个小室结构体的两端面上，用封孔材料选择性地堵塞在规定小室的一个端部以后，烧成(二次烧成)小室结构体，以获得烧成体。每个所得到烧成体的外围部分通过磨损去除以后，陶瓷涂层材料应用于外围，形成外墙部分，获得30个堇青石圆柱小室结构体(二烧成体)。所制造的二次烧成体的质量(g)与其总长度之间的关系图如图8所示。
表1
根据用于制造本发明小室结构体的方法，可以以低成本简便地制造出适合于催化剂载体的小室结构体，所述催化剂载体用于制造汽车尾气等净化用的催化剂主体。
权利要求
1.一种用于制造小室结构体的方法，该小室结构体具有由多孔的隔壁所分割的多个小室，由一个端面延伸到另一端面，以用作流体通道，其中，测量多个蜂窝形小室结构先驱体的每个的干燥质量，以及根据所测量的干燥质量，将每个小室结构先驱体的至少一个端面进行加工，获得具有一致干燥质量的多个小室结构体。
2.根据权利要求1所述的制造小室结构体的方法，其中，所述加工是切割、磨削、放电加工、超声加工或者射线束加工。
3.根据权利要求1或者2所述的制造小室结构体的方法，其中，所述小室结构体用作催化剂载体。
4.根据权利要求1所述的制造小室结构体的方法，其中，加工以后，在多个小室结构先驱体的每个的至少一个端面上，用封孔材料来堵塞小室中每个规定小室的一个端部，获得具有一致干燥质量的小室结构体。
5.根据权利要求1所述的制造小室结构体的方法，其中，在每个小室结构先驱体的至少一个端面上，用封孔材料来堵塞小室中每个规定小室的一个端部以后，测量每个小室结构先驱体的干燥质量。
全文摘要
提供一种用于制造小室结构体的方法，所述小室结构体具有由多孔的隔壁所分割的多个小室，由一个端面延伸到其它端面，以用作流体通道。测量每个蜂窝形小室结构先驱体的干燥质量，根据所测量的干燥质量，对每个小室结构先驱体的至少一个端面进行加工，获得具有一致干燥质量的多个小室结构体。该方法可以抑制催化剂组分的过量使用，降低生产成本，使承载在小室结构体上的催化剂组分量一致化。
文档编号B01J35/00GK101036895SQ200710088368
公开日2007年9月19日 申请日期2007年3月16日 优先权日2006年3月17日
发明者市川结辉人 申请人:日本碍子株式会社