陶瓷蜂窝结构体及其制造方法技术

一种陶瓷蜂窝结构体，其特征在于，具有由多孔质的隔壁分隔出的许多的流路，所述隔壁，(a)气孔率为55～65％，(b)在由压汞法测量的微孔分布中，(i)累积微孔容积达到总微孔容积的2％的微孔直径为100～180μm，达到5％的微孔直径d5为55～150μm，达到10％的微孔直径d10为20μm以上且低于50μm，达到50％的微孔直径d50为12～23μm，达到85％的微孔直径在6μm以上且低于10μm，达到90％的微孔直径d90为4～8μm，达到98％的微孔直径d98为3.5μm以下，(d10-d90)/d50为1.3～2，(d50-d90)/d50为0.45～0.7以及(d10-d50)/d50为0.75～1.4，(ii)累积微孔容积达到总微孔容积的20％的微孔直径的对数与达到80％的微孔直径的对数之差为0.39以下，(iii)高于100μm的微孔容积为0.05cm3/g以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于除去柴油机的废气中所含的微粒的陶瓷蜂窝过滤器，特别是涉及用于除去粒径50nm以下的微粒(所谓的纳米粒子)的陶瓷蜂窝过滤器所用的陶瓷蜂窝结构体。
技术介绍
在柴油机的废气中，含有由碳质构成的煤和由高沸点烃成分构成的SOF成分(SolubleOrganicFraction：可溶性有机成分)作为主成分的PM(ParticulateMatter：粒子状物质)，若其被排入到大气中，则有可能对人体和环境造成不利影响。因此历来进行的是，在柴油机的排气管的途中，装配用于捕集PM的陶瓷蜂窝过滤器。用于捕集废气中的PM并对于废气进行净化的陶瓷蜂窝过滤器的一例显示在图1和图2中。陶瓷蜂窝过滤器10包含如下：陶瓷蜂窝结构体，其由形成大量的流出侧密封流路3及流入侧密封流路4的多孔质隔壁2和外周壁1构成；上流侧密封部6a和下流侧密封部6c，其对于流出侧密封流路3和流入侧密封流路4的废气流入侧端面8以及废气流出侧端面9进行棋格状地交错密封。陶瓷蜂窝过滤器的所述外周壁1，被金属网或陶瓷制的垫子等所形成的夹持构件(未图示)夹持，以使之在使用中不发生移动，并配置在金属制收纳容器(未图示)内。在陶瓷蜂窝过滤器10中，废气的净化以如下方式进行。废气如图2中点线箭头所示，从开口于废气流入侧端面8的流出侧密封流路3流入。然后，通过隔壁2时，详细地说是通过由存在于隔壁2的表面及内部的彼此连通的微孔所形成的连通孔时，废气中的PM被捕集。得到净化后的废气，从开口于废气流出侧端面9的流入侧密封流路4流出，被放出到大气中。若PM持续被隔壁2捕集，则隔壁的表面和内部的连通孔会因PM堵塞，废气通过陶瓷蜂窝过滤器时的压力损失上升。因此，需要在压力损失达到规定值之前燃烧除去PM而使陶瓷蜂窝过滤器再生。陶瓷蜂窝过滤器，需要满足微粒的高捕集率和低压力损失，但两者处于相反的关系，因此，控制气孔率、微孔容积、存在于隔壁表面的微孔的大小等而使两者满足的技术一直以来都受到研究。此外，为了应对近年的废气限制进一步的强化，配置有净化NOx的SCR装置和净化微粒的蜂窝过滤器这两方的废气净化装置的研究进行，对于蜂窝过滤器要求高于以往的更优异的压力损失特性。在PM中，粒径50nm以下的所谓纳米粒子大量存在。这些纳米粒子吸入体内时，与吸入较之更大的同质量的粒子的情况相比，对呼吸器官的沉积率高。另外纳米粒子每单位体积的表面积相对大，因此粒子表面吸附具有毒性的化学物质时，有可能成为具有更强毒性的PM粒子。PM中所含的纳米粒子因为在质量上少，所以现行的PM质量标准的规定不充分，作为今后的废气规定，预测会设立用于抑制大大影响到所排放的粒子数量的纳米粒子的排放的标准(粒子数标准)。因此，对于蜂窝过滤器，除了要求优异的压力损失特性以外，还要求PM粒子数，特别是纳米粒子数标准下的捕集率提高，而并不是现行的PM质量标准下的捕集率。日本特表2005-530616号公开有一种捕捉柴油机排气微粒且使之燃烧的陶瓷过滤器，其由使端部闭塞的堇青石·蜂窝结构体构成，根据微孔直径分布求得的值d50/(d50+d90)低于0.70，由式[d50/(d50+d90)]/[％多孔率/100]定义的附着时渗透率因子Sf低于1.55，热膨胀系数(25～800℃)为17×10-7/℃以下，其记述，通过具有这样的微孔构造(微孔直径分布及微孔连接性)，即使在附着有PM的状态下，也能够维持低压力损失。日本特开2002-219319号公开有一种多孔质蜂窝过滤器，其由控制了微孔分布的堇青石为主结晶相的材料构成，所述微孔分布为，微孔直径低于10μm的微孔容积为总微孔容积的15％以下，微孔直径10～50μm的微孔容积为总微孔容积的75％以上，微孔直径高于50μm的微孔容积为总微孔容积的10％以下，其记述，该多孔质蜂窝过滤器因为具有所述这样的微孔分布，所以PM等的捕集效率，并且能够防止因微孔堵塞造成的压力损失的上升。日本特开2002-219319号记述，这样的微孔分布，能够通过控制堇青石化原料的硅石成分的粒径，并且使高岭土低浓度化而加以控制。日本特开2003-40687号公开有一种蜂窝陶瓷结构体，其以堇青石为主成分，气孔率为55～65％，平均微孔直径为15～30μm，开口于隔壁表面的微孔的总面积，为隔壁表面的总面积的35％以上，其记述，利用该蜂窝陶瓷结构体能够实现低压力损失和高捕集效率。但是，日本特表2005-530616号、日本特开2002-219319号和日本特开2003-40687号所述的废气净化过滤器的PM的捕集性能，虽然由于PM堆积一定程度而变高，但是在刚使用开始初期的PM堆积之前的状态(陶瓷蜂窝过滤器从未使用的状态至使用时，或再生处理之后再使用时)下却未必充分。特别是伴随废气限制的强化而被视为问题的纳米尺寸的PM的捕集效率不充分，存在有害的纳米尺寸的PM未被捕集而被排出这样的问题。日本特开2004-360654号公开有一种陶瓷蜂窝过滤器，其隔壁的气孔率为55～75％，平均微孔直径为15～40μm，开口于隔壁表面的微孔的总面积为隔壁表面的总面积的10～30％，开口于隔壁表面的微孔之中，当量圆直径为5～20μm的微孔存在300个/mm2以上。但是，日本特开2004-360654号所述的陶瓷蜂窝过滤器，虽然PM质量标准下的捕集率改善在一定程度上被实现，但在使用开始初期的PM堆积之前的状态下，还难以有效地捕集纳米粒子。总是，PM粒子数标准下的捕集效率低，能够按粒子数标准下的规定进行清除的可能性低。国际公开第2011/102487号，公开有一种具有如下隔壁的陶瓷蜂窝结构体：(a)气孔率为55～80％；(b)由压汞法测量的中值微孔直径d50为5～27μm；(c)开口于表面的微孔的开口面积率为20％以上；(d)以当量圆直径表示开口于表面的微孔时的面积标准下的中值口径d50为10～45μm；(e)开口于表面的微孔的当量圆直径在10μm以上且低于40μm的微孔密度为350个/mm2以上；(f)由压汞法测量微孔分布时的表示累积微孔容积对于微孔直径的曲线的倾斜度的最大值为1.6以上；以及(g)所述中值微孔直径d50与中值口径d50之比D50/d50为0.65以下，其记述，由该陶瓷蜂窝结构体构成的陶瓷蜂窝过滤器中，即使在使用开始初期的PM堆积之前的状态下，仍会有效地捕集大幅影响到所排出的粒子数量的纳米粒子，并改善PM粒子数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷蜂窝结构体，其特征在于，是具有由多孔质的隔壁分隔出的多个流路的陶瓷蜂窝结构体，所述隔壁是，(a)气孔率为55～65％，(b)在由压汞法测量的微孔分布中，(i)累积微孔容积达到总微孔容积的2％的微孔直径d2为100～180μm，达到5％的微孔直径d5为55～150μm，达到10％的微孔直径d10为20μm以上且低于50μm，达到50％的微孔直径即中值微孔直径d50为12～23μm，达到85％的微孔直径d85为6μm以上且低于10μm，达到90％的微孔直径d90为4～8μm，达到98％的微孔直径d98为3.5μm以下，(d10‑d90)/d50为1.3～2，(d50‑d90)/d50为0.45～0.7，及(d10‑d50)/d50为0.75～1.4，(ii)累积微孔容积达到总微孔容积的20％的微孔直径d20的对数与达到80％的微孔直径d80的对数之差σ＝log(d20)‑log(d80)为0.39以下，(iii)高于100μm的微孔容积为0.05cm3/g以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.24 JP 2013-1973831.一种陶瓷蜂窝结构体，其特征在于，是具有由多孔质的隔壁分隔
出的多个流路的陶瓷蜂窝结构体，
所述隔壁是，
(a)气孔率为55～65％，
(b)在由压汞法测量的微孔分布中，
(i)累积微孔容积达到总微孔容积的2％的微孔直径d2为100～180μm，
达到5％的微孔直径d5为55～150μm，
达到10％的微孔直径d10为20μm以上且低于50μm，
达到50％的微孔直径即中值微孔直径d50为12～23μm，
达到85％的微孔直径d85为6μm以上且低于10μm，
达到90％的微孔直径d90为4～8μm，
达到98％的微孔直径d98为3.5μm以下，
(d10-d90)/d50为1.3～2，
(d50-d90)/d50为0.45～0.7，及
(d10-d50)/d50为0.75～1.4，
(ii)累积微孔容积达到总微孔容积的20％的微孔直径d20的对数与达到
80％的微孔直径d80的对数之差σ＝log(d20)-log(d80)为0.39以下，
(iii)高于100μm的微孔容积为0.05cm3/g以下。
2.根据权利要求1所述的陶瓷蜂窝结构体，其特征在于，所述气孔
率为56～64％。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷蜂窝结构体，其特征在于，所述
中值微孔直径d50为12～22μm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的陶瓷蜂窝结构体，其特征在于，
所述σ为0.3以下。
5.一种陶瓷蜂窝结构体的制造方法，其特征在于，所述制造方法具
有将含有陶瓷原料和由中空的树脂粒子构成的造孔材的坯土挤压成形为
规定的成形体，...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈崎俊二，
申请(专利权)人：日立金属株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP