[发明专利]陶瓷结构体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是关于通过担载催化剂能成为用来净化由汽车发动机等排出的废气中所含的一氧化碳(CO)等被净化成分的陶瓷催化剂体的陶瓷结构体，及其制造方法。

背景技术

为了净化各种发动机等排出的废气，例如一直利用在具有蜂窝状结构的陶瓷结构体(蜂窝状结构体)上担载催化剂的催化剂体(本说明书中称为陶瓷催化剂体)。图4～图6是表示这种陶瓷催化剂体的一个例子的图。具有蜂窝结构的陶瓷催化剂体如图6所示，具有在形成小室3的隔壁4表面上担载催化剂层15的结构。如图4、5所示，通过使废气从陶瓷催化剂体60(陶瓷结构体11)的一个端面2a侧流入小室3内，使其与隔壁4表面的催化剂层(未图示)接触，从另一端面2b侧流出至外部，可使废气得到净化(例如参照专利文献1)。

使用陶瓷催化剂体净化废气时，为了提高净化效率，最好减小小室的水力直径，增大隔壁的表面积，尽可能促进废气中所含被净化成分从废气向隔壁表面的催化剂层传递。这样，为了实现这一目的，可采用增加每单位面积的小室数(小室密度)的方法。被净化成分从废气向隔壁表面的催化剂层的传递率，可知与小室的水力直径平方成反比例地增加，越使小室密度增加，越能提高被净化成分的传递率。然而，与小室的水力直径平方成反比例，压力损失也趋于增加，所以产生的问题是伴随着被净化成分传递率的提高，压力损失也在增加。另外，对于防止压力损失增加的策略，作为在先文献，例如有专利文献2和专利文献3。

另外，当催化剂层内被净化成分扩散的速度不充分时，可知陶瓷催化剂体的净化效率趋于降低。由此，为了提高废气的净化效率，优选不仅增加催化剂层的表面积，通常还减小身为数十μm左右的隔壁表面催化剂层厚度，以提高被净化成分在催化剂层内的扩散速度。然而，当如此作时，虽然很容易地增加了小室密度和催化剂层的表面积，提高了被净化成分的传递率，但是，压力损失增加的问题仍没有解决。

进而，通过增大陶瓷催化剂体的流入径，降低废气的流通速度，既能维持或提高废气的净化效率，又能减小压力损失。然而，将陶瓷催化剂体大型化时，因为搭载空间受到限制，所以难以向汽车搭载仍是个问题。

专利文献：日本特开2003-33664号公报

专利文献：日本特开2002-219319号公报

专利文献：日本特开2002-301323号公报

发明内容

本发明就是鉴于上述现有技术中存在的问题而进行的，作为其课题就是提供一种能实现净化效率优良、压力损失又小、即使在有限的空间内也能搭载陶瓷催化剂体的最佳陶瓷结构体，及其制造方法。经过深入研究的结果，想到通过将催化剂层担载在陶瓷结构体的气孔的内表面上，就能得到净化效率优良、即使在有限的空间内也能搭载的陶瓷催化剂体。并且，发现为了满足压力损失小的要求，并得到用于实现较高净化效率所必要的表面积，最重要的就是增大作为催化剂担载对象的陶瓷结构体的气孔径，以达到废气能通过隔壁的程度，并减小气孔径的偏差，从而完成本发明。具体讲，根据本发明可提供以下解决课题的方法。

首先，根据本发明提供一种控制气孔分布的、以堇青石为主晶相的材料所形成的陶瓷结构体，该陶瓷结构体的气孔分布是气孔径小于20μm的气孔容积占总气孔容积的15％以下，气孔径20～100μm的气孔容积占总气孔容积的70％以上。

本发明的陶瓷结构体，虽然是以堇青石为主晶相，但也可以含有莫来石、锆石、钛酸铝、粘土结合碳化硅、氧化锆、尖晶石、印度石、假蓝宝石、刚玉、二氧化钛等其他结晶相。并且，这些结晶相，可只含有1种或同时含有2种以上。

本发明的陶瓷结构体中，气孔分布优选气孔径超过100μm的气孔容积占总气孔容积的25％以下。其中，气孔径小于20μm的气孔容积和气孔径20～100μm的气孔容积和气孔径超过100μm的气孔容积的总和等于总气孔容积。

本发明的陶瓷结构体中，气孔率优选为50～70％，本说明书中所说的气孔率是使用水银压入式孔率计测定的。

本发明的陶瓷结构体中，40～800℃下的热膨胀系数优选为1.0×10^-6/℃以下。

本发明的陶瓷结构体优选具有由隔壁形成连通二个端面间的多个小室的蜂窝状结构，即，最好是蜂窝状结构体。