[发明专利]蜂窝陶瓷结构体及蜂窝陶瓷结构体的制造方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及陶瓷结构体及其制造方法，该陶瓷结构体能够合适地 用作捕集、净化自柴油机排出的排放气体中的粒子状物质的蜂窝陶瓷过滤 器。

背景技术

在柴油机的排放气体中，包含有以碳(煤等)及高沸点碳氢化合物为 主要成分的微粒子(Particulate Matter)，该微粒子被排放到大气中时，有 可能会对人体或环境造成不良影响。因此，一直以来实行在柴油机的排气 管中，安装用于除去微粒子而净化排放气体的蜂窝陶瓷过滤器(下面也称 为蜂窝过滤器)。如图1(a)及图1(b)所示，蜂窝过滤器20由包括形 成许多流路3、4的多孔质隔壁2和外周壁1的陶瓷蜂窝结构体10(下面 也称为蜂窝结构体)和以黑白相间的方格花纹交替密封流路3、4的两端 面8、9的密封部6a、6b构成。如虚线箭头所示，排放气体从流出侧密封 流路3流入，通过隔壁2，经流入侧密封流路4排出。排放气体在通过设 置在隔壁表面及内部的细孔时，微粒子状物质被捕捉到隔壁表面及细孔 中。

在隔壁2上不断捕集微粒子，隔壁的细孔就会堵塞，从而使压力损失 增加。利用燃烧器或加热器等使堆积的微粒子燃烧，由此能够对蜂窝过滤 器进行翻新。或者，用逆向清洗空气吹落粒子状物质之后再使其燃烧，进 行蜂窝过滤器的翻新。近年一直采用通过在蜂窝过滤器20的隔壁2或形 成在隔壁2上的细孔(未图示)中负载由铂金属催化剂和活性氧化铝等高 比表面积材料等构成的催化剂物质，使捕集的粒子状物质连续燃烧的方 法，或者在蜂窝过滤器的上游侧向排放气体中喷射未燃燃料使之燃烧，从 而使捕集的粒子状物质燃烧的方法。

对所述蜂窝过滤器20要求粒子状物质的捕集效率高、捕集时间长、 压力损失小，其中，优选捕集时间(在一定压力损失以下能够捕集粒子状 物质的时间)尽可能长的一方。捕集时间短的话，就必须采用通过电加热 器或燃烧器的加热、或者喷射燃料等方法，繁杂地将捕集的粒子状物质燃 烧除去，从而过多地使用用于加热的能量，柴油机的燃费效率变差。

日本特开平7-163823号开示了单元壁具有45～60％气孔率、自其表面 向内部开口及贯通的所有细孔的比表面积M(m²/g)和该过滤器表面的表 面粗糙度N(μm)的关系为1000M+85N≥530的多孔质蜂窝陶瓷过滤器， 且记载有通过具有这样的形状，能够延长捕集时间从而减少翻新次数。日 本特开平7-163823号记载了通过组合使用粒度细小的滑石和粒度粗糙的 二氧化硅，使位于表面的粗的二氧化硅表面粗糙度(N)增加、细小的滑 石整体性地增加小孔，从而使细孔比表面积(M)增加。但是，对于捕集 时间缩短的问题，记载尚不充分，特别是近年，排放气体中的粒子状物质 由于柴油机的改良(高压燃料喷射)，正在小径化·均一化，因此，实际上 粒子状物质堆积时，往往产生压力损失上升的比例变大、捕集时间缩短。

日本特开平8-931号开示了具有40～55％的气孔率及5～50μm的平均 细孔径、表面的Valley Level(比通过表面粗糙度测定的平均面低的部分的 表面细孔面积率的数值)为20％以下的蜂窝过滤器，并记载有该过滤器捕 集到表面的微粒子的剥离性良好，因此通过逆向清洗空气的再生效率良 好，因长时间使用而产生的压力损失的上升也小。日本特开平8-931号中 记载的蜂窝过滤器，比测定优先捕集有微粒子的表面粗糙度的平均面还低 的部分减少，因此，虽然逆向清洗时捕集微粒子的剥离性变好，但是由于 原本捕集有微粒子的部分就很少，因此粒子状物质一堆积，往往招致压力 损失急剧上升的问题。特别是由于近年来，排放气体中的粒子状物质因柴 油机的改良(高压燃料喷射)，正在小径化·均一化，因此变得更容易引起 向蜂窝过滤器堆积的粒子状物质导致的压力损失上升，且捕集时间缩。

WO01/15877号记载了在由隔壁厚度为0.3mm及单元密度为200cpsi 的堇青石蜂窝结构体构成的微粒子除去过滤器中，通过增大气孔率将所述 Valley Level从15％提高到30％时，发现在通常的平面壁蜂窝结构体的情 况，捕集率约为5％；在波纹壁蜂窝结构体的情况，约捕集率为10％的捕 集率的提高。但是在30％左右的Valley Level中，对于延长捕集时间之类 的课题记载尚不充分，进一步增大气孔率时，会引起蜂窝结构体强度的降 低，因此难以得到既延长捕集时间又具有高强度、低压力损失的蜂窝过滤 器。

发明内容