排气净化蜂窝状过滤器及其制造方法技术

提供了由于耐热性以及耐热震性优良、且具有高耐热分解性以及大机械强度因而即使在变动的高温下也可稳定使用的排气净化蜂窝状过滤器及其制造方法。该过滤器是用于除去排气中的以碳为主要成分的固体粒子的蜂窝状过滤器，该蜂窝状过滤器的材质是在１２５０～１７００℃烧结含有以前者／后者的摩尔比率为４０～６０／６０～４０含ＴｉＯ↓［２］和Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］的混合物（称为Ｘ成分）１００质量份以及式：（Ｎａ↓［ｙ］Ｋ↓［１－ｙ］）ＡｌＳｉ↓［３］Ｏ↓［８］（式中、０≤ｙ≤１）所示的碱性长石、含Ｍｇ的尖晶石型结构的氧化物、或者ＭｇＯ或经烧结转换成ＭｇＯ的含Ｍｇ化合物（称为Ｙ成分）１～１０质量份的原料混合物而形成的钛酸铝。

Exhaust purifying honeycomb filter and manufacturing method thereof

Provide due to heat resistance and excellent thermal shock resistance and high heat resistance and high mechanical strength and decomposition can also exhaust purification stability using honeycomb filter and manufacturing method thereof even in high temperature change. The filter is used to remove the honeycomb filter with carbon as the main component of the solid particles in the exhaust gas, the honeycomb filter material is in 1250 ~ 1700 degrees before the latter containing Sintering / molar ratio is 40 ~ 60 / 60 ~ 40 with TiO 2 and Al: 2: O: 3 the mixture (called X component) and 100 phr (Na: Y: K: 1 - y) AlSi: 3 O: 8 (in the formula, y = 0 ~ 1) spinel structure of alkali feldspar containing Mg, shown in the oxide, or MgO or by sintering into Mg compounds containing MgO (Y component) 1 to 10 parts by weight of raw material mixture and the formation of aluminum titanate.

【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捕捉、除去柴油发动机等的排气中含有的以碳为主要成分的固体微粒(微粒)的。
技术介绍
在汽车等的柴油发动机等的排气中含有相当浓度的以碳为主要成分的微粒(150～250mg/Nm3)，这与氮氧化物等一样成为构成环境问题的一个原因，因此将其高效、经济地除去是当务之急。目前，已提出了被称为DPF(柴油微粒过滤器)等的用于捕捉、除去这种排气中的固体微粒的各种过滤器。例如，日本专利特开昭57-35918号公报、日本专利特开平5-214922号公报中公开了，在蜂窝状体中于上流侧与下流侧端部交替闭塞多条流路而成的排气过滤器。在这种蜂窝状过滤器中具有以下结构，向过滤器的上流侧的开口供给要净化的燃烧排气；通过过滤器的间壁；由间壁捕捉、除去排气中的微粒后；从过滤器的下流侧的开口排出净化后的排气。另一方面，作为上述蜂窝状过滤器的材质，在要求其具备高耐热性的同时，由于会被置于骤热、骤冷的环境下，因此还要求其热膨胀系数小，并且耐热震性强，因而提出、使用了碳化硅、堇青石的材料。但是，这些材料不是充分具有作为排气过滤器的特性的材料。即，在排气过滤器中，被捕捉的未燃烧的碳的固体微粒异常堆积时，该碳起火燃烧，温度快速上升在局部可达到1400～1500℃。这种情况时，由于在过滤器的各部分产生温度分布、其热膨胀系数不足够低、为4.2×10-6K-1，因此由于材质所受的热应力、热震引起碳化硅材料的过滤器产生裂纹引起部分破损。另一方面，当为堇青石材料的过滤器时，由于热膨胀系数较小、为0.6～1.2×10-6K-1而由热震引起的裂纹的问题，如下问题才是大问题，即由于熔点不高、为1400～1450℃，因此由上述碳的异常燃烧引起部分熔损的问题。一旦由于上述的过滤器的破损或熔损而在排气过滤器内部产生缺陷，则过滤器的碳捕集效率降低的同时，过滤器所受排气的压力在缺陷部形成过剩的负荷，诱发更新的破损，结果排气过滤器整体丧失功能。作为上述蜂窝状过滤器的材料，在WO01/037971号公报中，提出了碳化硅或堇青石的同时，也提出了钛酸铝。钛酸铝具有在超过1700℃的高温下的耐热性、小的热膨胀系数和优良的耐热震性。但是，另一方面，钛酸铝通常在800～1280℃的温度范围内具有分解范围，因此具有不能在包括该温度范围的变化温度范围内稳定使用的大问题。再者，由于结晶结构的各向异性较大，在晶界易由于热应力而产生位错从而造成机械强度不大，因此在壁厚薄的孔(cell)密度较大的蜂窝状的制造；以及作为安装在汽车等上在高温下承受机械振动等负荷的，排气过滤器使用中还存在问题。专利技术的揭示本专利技术提供了，耐热性优良、热膨胀系数较小且耐热震性也优良的，并且在变动的高温下也不发生热分解等的，由于机械强度大可长期稳定使用的，可高效捕捉、除去柴油发动机等的排气中所含的微粒碳等微粒的。本专利技术为解决上述课题进行了认真的研究，着眼于钛酸铝，获得了新的发现，即，使用在规定温度范围烧结按照规定比例在含有规定比例的形成钛酸铝的TiO2和Al2O3的混合物中，添加特定的碱性长石、含有Mg的尖晶石型结构的氧化物、或者MgO或经烧结转换成MgO的含Mg化合物所得的混合物而得的钛酸铝烧结体的排气净化蜂窝状过滤器，既维持了目前钛酸铝烧结体原来的高耐热性和以低热膨胀性为基础的耐热震性，又与目前的钛酸铝烧结体不同，具有较大的机械强度和耐热分解性，并以此为基础完成了本专利技术。所述本专利技术主要包括以下要旨。(1)排气净化蜂窝状过滤器，所述过滤器是用于除去排气中的以碳为主要成分的固体粒子的蜂窝状过滤器，其特征在于，该蜂窝状过滤器的材质是在1250～1700℃烧结含有以前者/后者的摩尔比率为40～60/60～40含TiO2和Al2O3的混合物(称为X成分)100质量份以及， 式(NayK1-y)AlSi3O8(式中，0≤y≤1)所示的碱性长石、含Mg的尖晶石型结构的氧化物、或者MgO或经烧结转换成MgO的含Mg化合物(称为Y成分)1～10质量份的原料混合物而成的钛酸铝烧结体。(2)如上述(1)所述的排气净化蜂窝状过滤器，其特征还在于，Y成分是(NayK1-y)AlSi3O8(式中、0≤y≤1)所示的碱性长石、含Mg的尖晶石型结构的氧化物和/或MgO或者经烧结转换成MgO的含Mg化合物的混合物。(3)如上述(1)或(2)中所述的排气净化蜂窝状过滤器，其特征还在于，蜂窝状过滤器壁厚为0.1～0.6mm、孔密度15～93孔/cm2，并且间壁的气孔率为30～70％、热膨胀系数在3.0×10-6K-1以下。(4)排气净化蜂窝状过滤器的制造方法，其特征在于，调制含有以前者/后者的摩尔比率为40～60/60～40含TiO2和Al2O3的混合物(称为X成分)100质量份以及，式(NayK1-y)AlSi3O8(式中，0≤y≤1)所示的碱性长石、含Mg的尖晶石型结构的氧化物、或者MgO或经烧结转换成MgO的含Mg化合物(称为Y成分)1～10质量份的混合物，向该混合物中添加成形助剂混炼再可塑化使之可挤出成形，挤压成形为蜂窝状体后，在1250～1700℃烧结。(5)上述(4)所述的排气净化蜂窝状过滤器的制造方法，其特征还在于，Y成分为(NayK1-y)AlSi3O8(式中，0≤y≤1)所示的碱性长石、含Mg的尖晶石型结构的氧化物和/或MgO或经烧结转换成MgO的含Mg化合物的混合物。(6)排气净化装置，其特征在于，在罐体内安装上述(1)～(3)中任一项所述的排气净化蜂窝状过滤器。(7)上述(6)所述的排气净化装置，其特征还在于，用于安装有柴油发动机的汽车的排气净化。对于本专利技术的钛酸铝烧结体的蜂窝状过滤器如上所述具有原来的高耐热性和小的热膨胀系数，并且耐热震性优良的同时，为何还具有较高的耐热分解性以及较大的机械强度，还不甚清楚，推测是由以下理由引起的。即，由于在形成钛酸铝的混合物中添加了碱性长石，因而从钛酸铝生成温度附近存在成为液相的碱性长石，所以钛酸铝的生成反应在液相下发生，形成致密的结晶机械强度上升。而且，碱性长石中所含的Si成分在钛酸铝的晶格中固溶取代Al。由于Si与Al相比离子半径较小，因此与周围氧原子的结合距离变短，与单纯的钛酸铝相比晶格常数较小。结果，所得的烧结体是结晶结构稳定且显示非常高的热稳定性的物质，是耐热分解性大大提高的物质。另外，在形成钛酸铝的混合物中，添加含Mg尖晶石型结构的氧化物或者MgO或经烧结而转换成MgO的含Mg化合物时，可得到致密的烧结体，与单纯的钛酸铝相比，可形成具有非常高的机械强度的烧结体。再者，在形成钛酸铝的混合物中同时添加碱性长石和尖晶石型结构的氧化物和/或MgO或经烧结转换成MgO的含Mg化合物时，碱性长石中所含Si以及尖晶石型结构的氧化物和/或MgO或者经烧结转换成MgO的含Mg化合物中所含的Mg，在钛酸铝中主要取代Al的位置。单独添加这些元素时，在本来3价的维持电荷平衡的Al的位置上，取代成2价(Mg)或者4价(Si)元素。因此，烧结体为了维持电荷的平衡，添加Mg时，向体系外释放氧，造成氧缺陷来维持电荷的平衡，添加Si时，由于Si为4价，因此通过使原本4价的Ti还原成3价来维持电荷的平衡。另一方面，由于Mg与Al相比电荷小1，Si与Al相比电荷大1，因此通过同时添加碱性长石本文档来自技高网...

【技术保护点】
排气净化蜂窝状过滤器，所述过滤器是用于除去排气中的以碳为主要成分的固体粒子的蜂窝状过滤器，其特征在于，该蜂窝状过滤器的材质是在１２５０～１７００℃烧结含有Ｘ成分１００质量份以及Ｙ成分１～１０质量份的原料混合物而形成的钛酸铝烧结体，所述Ｘ成分是以前者／后者的摩尔比率为４０～６０／６０～４０含ＴｉＯ↓［２］和Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］的混合物，所述Ｙ成分是式：（Ｎａ↓［ｙ］Ｋ↓［１－ｙ］）ＡｌＳｉ↓［３］Ｏ↓［８］所示的碱性长石、含Ｍｇ的尖晶石型结构的氧化物、或者ＭｇＯ或经烧结转换成ＭｇＯ的含Ｍｇ化合物，式中，０≤ｙ≤１。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：福田勉，福田匡洋，福田匡晃，横尾俊信，高桥雅英，
申请(专利权)人：王世来股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]