废气净化蜂窝状过滤器及其制造方法技术

本发明专利技术提供由于耐热性和耐热冲击性良好、而且具有高抗热分解性和高机械强度，因而在变化的高温条件下可稳定地使用的废气净化蜂窝状过滤器及其制造方法。本发明专利技术的蜂窝状过滤器是用于从废气除去以碳为主要成分的固体微粒的蜂窝状过滤器，该蜂窝状过滤器的材料为将混合物的成形体在１０００～１７００℃下烧结得到的钛酸铝镁烧结体，所述混合物是以与化学式：Ｍｇ↓［Ｘ］Ａｌ↓［２（１－Ｘ）］Ｔｉ↓［（１＋Ｘ）］Ｏ↓［５］（式中，０＜Ｘ＜１）所表示的钛酸铝镁中的Ｍｇ、Ａｌ和Ｔｉ的金属成分比同样的金属成分比例含有含镁化合物、含铝化合物和含钛化合物的混合物，或含有换算成氧化物的量为１００质量份的所述混合物和１～１０质量份化学式：（Ｎａ↓［ｙ］Ｋ↓［１－ｙ］）ＡｌＳｉ↓［３］Ｏ↓［８］（式中，０≤ｙ≤１）所表示的碱性长石的混合物。

【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获、除去柴油发动机等的废气中所含的以碳为主要成分的固体微粒(颗粒物)的。
技术介绍
汽车等的柴油发动机等的废气中含有较高浓度(150～250mg/Nm3)的以碳为主要成分的颗粒物，与氮氧化物等一起成为环境问题的原因之一，所以急需将其高效、经济地除去。以往，提出有被称作DPF(柴油发动机颗粒物过滤器)等的用于捕获、除去这样的废气中的固体微粒的各种过滤器。例如，在日本专利特开昭57-35918号公报和日本专利特开平5-214922号公报中，揭示了使蜂窝状过滤器的两端在多条流路的上游侧或下游侧端部交替闭塞的废气过滤器。这种蜂窝状过滤器所具有的结构为，将要净化的燃烧废气供给过滤器的上游侧的开口，使其通过过滤器的隔壁，通过隔壁捕获、除去废气中的颗粒物后，从过滤器的下游侧的开口排出净化后的废气。另一方面，由于上述蜂窝状过滤器的材质要求高耐热性，同时由于处于骤热和骤冷的环境下，所以要求热膨胀系数小且具有强耐热冲击性，因此提出并使用碳化硅或堇青石材料等。然而，这些材料不具有足以作为废气过滤器的特性。即，在废气过滤器中，捕获的未燃烧的碳质固体微粒异常堆积时，所堆积的碳起火燃烧，在局部引发达到1400～1500℃的急剧的温度上升。这样的情况下，碳化硅材料的过滤器中，因为过滤器的各个部分产生温度分布，热膨胀系数为4.2×10-6K-1，不足够小，所以由于材质受到热应力和热冲击，发生裂缝，引起局部破损。另一方面，堇青石材料的过滤器的情况下，由于热膨胀系数小，只有0.6～1.2×10-6K-1，所以相较由热冲击引起裂缝的问题而言，下述问题更为严重，即由于熔点仅为1400～1450℃，不足够高，所以因上述碳的异常燃烧引起部分熔损。如果由于如上所述的破损和熔损引起废气过滤器内部产生缺陷，则不仅过滤器中的碳的捕集效率下降，而且废气对过滤器的压力成为对缺陷部位过度的负荷，会进一步引发新的破损，最终废气过滤器整体失去作用。作为上述蜂窝状过滤器的材料，在WO 01/037971号公报中与碳化硅和堇青石一起提出了钛酸铝。钛酸铝具有超过1700℃的高温下的耐热性、较小的热膨胀系数和良好的耐热冲击性。但是，另一方面，由于钛酸铝通常在800～1280℃的温度范围内存在分解区域，所以存在无法在包括这样的温度范围的变化的温度区域中稳定地使用的巨大问题。另外，由于晶体结构的各向异性强，因而在晶界容易出现因热应力产生的位错，所以存在机械强度不够大的缺点，在壁厚薄且孔密度大的蜂窝体的制造和作为搭载在汽车等上且在高温下承受机械振动等负荷的废气过滤器的使用上留有疑问。本专利技术提供耐热性良好、热膨胀系数小、耐热冲击性良好的，而且即使在变化的高温条件下也不发生热分解等的，由于机械强度大而可以长期稳定地使用的，能够高效地捕获、除去柴油发动机等的废气中所含的微粒碳等颗粒物的。专利技术的揭示本专利技术是在为了解决上述课题而认真研究后，基于以下的新发现而完成的使用将以特定比例含有含镁化合物、含铝化合物和含钛化合物的混合物、或者较好是在该混合物中添加特定量特定的碱性长石所得的混合物烧结得到的钛酸铝镁烧结体的废气净化蜂窝状过滤器不仅具有以往的钛酸铝类陶瓷原有的良好的耐热性、较小的热膨胀系数和较强的耐热冲击性，而且抗热分解性提高，机械强度也改善。所述本专利技术主要具有以下的主要内容。(1)废气净化蜂窝状过滤器，它是用于从燃烧废气除去以碳为主要成分的固体微粒的蜂窝状过滤器，其特征在于，该蜂窝状过滤器为将混合物在1000～1700℃下烧结得到的钛酸铝镁烧结体，所述混合物以与化学式MgXAl2(1-X)Ti(1+X)O5(式中，0＜X＜1)所表示的钛酸铝镁中的Mg、Al和Ti的金属成分比同样的金属成分比例含有含镁化合物、含铝化合物和含钛化合物。(2)废气净化蜂窝状过滤器，其特征在于，该蜂窝状过滤器的材料为将混合物在1000～1700℃下烧结得到的钛酸铝镁烧结体，所述混合物含有换算成氧化物的量为100质量份的以与化学式MgXAl2(1-X)Ti(1+X)O5(式中，0＜X＜1)所表示的钛酸铝镁中的Mg、Al和Ti的金属成分比同样的金属成分比例含有含镁化合物、含铝化合物和含钛化合物的混合物，以及1～10质量份化学式(NayK1-y)AlSi3O8(式中，0≤y≤1)所表示的碱性长石。(3)上述(1)或(2)所述的废气净化蜂窝状过滤器，蜂窝状过滤器具有0.2～0.6mm的壁厚、15～47孔/cm2的孔密度，而且隔壁的气孔率为40～60％，热膨胀系数在3.0×10-6K-1以下。(4)废气净化蜂窝状过滤器的制造方法，其特征在于，制备混合物，在该混合物中加入助成形剂混炼，进行可塑化使其可以挤出成形，挤出成形为蜂窝体后，在1000～1700℃下烧结，所述混合物是以与化学式MgXAl2(1-X)Ti(1+X)O5(式中，0＜X＜1)所表示的钛酸铝镁中的Mg、Al和Ti的金属成分比同样的金属成分比例含有含镁化合物、含铝化合物和含钛化合物的混合物，或含有换算成氧化物的量为100质量份的所述混合物和1～10质量份化学式(NayK1-y)AlSi3O8(0≤y≤1)所表示的碱性长石的混合物。(5)上述(4)所述的废气净化蜂窝状过滤器的制造方法，所述混合物所含的各成分的平均粒径在30μm以下。(6)废气净化装置，其特征在于，在缸体内装备上述(1)～(3)中的任一项所述的废气净化蜂窝状过滤器。(7)上述(6)所述的废气净化装置，用于净化来自搭载柴油发动机的汽车的废气。对于如上所述，本专利技术的钛酸铝镁烧结体的蜂窝状过滤器在具备原有的耐热性和较小的热膨胀系数，且耐热冲击性良好的同时，还具有高抗热分解性、以及较高的机械强度的原因并不清楚，但是大致推测是因为下述的原因。即，钛酸铝镁具有其生成温度比钛酸铝更低的特性，由于其生成温度低，钛酸铝镁的热分解反应速度变小，抗热分解性提高。事实上，热分解反应速度与分解相的核的生成速度和生长速度的乘积成正比，而分解相的核的生成速度随过冷却度(与平衡状态的温度的差)增大而增加，另一方面，由于核的生长速度依赖于阳离子的扩散系数，所以随温度上升(过冷却度变小)而增加。因为它们互为相反的因子，所以意味着热分解反应速度在某一个过冷却度下达到极大值。这时，如果假定构成钛酸铝镁和钛酸铝的阳离子的同一温度下的扩散系数大致相同，则平衡分解温度越高，或过冷却度越大，热分解反应速度的极大值越大。钛酸铝镁的生成温度比钛酸铝低约100℃，所以达到热分解反应速度的极大值的过冷却度与钛酸铝的相比小很多。结果，钛酸铝镁的热分解反应被抑制，表现出良好的抗热分解性。此外，在形成钛酸铝镁的混合物中添加碱性长石时，由于在生成钛酸铝镁的温度附近碱性长石呈液相存在，所以钛酸铝镁的生成反应在液相中进行，形成致密的结晶，机械强度提高。而且，碱性长石所含的Si成分固溶到钛酸铝镁的晶格中，但相比钛酸镁晶系更优先地固溶到钛酸铝晶系中。这是因为由于在假板钛矿型晶体结构中，钛酸铝构成晶体结构的八面体的畸变大，结晶学的各向异性显著，所以晶体结构不如钛酸镁稳定。即，Si优先地固溶到钛酸铝的晶格中，主要占据Al的位置。这时，相比4价的Si单独置换本来3价的保持电荷平衡的Al的位置，更多地是与位于晶系内的2价的Mg形成一对，本文档来自技高网...

【技术保护点】
废气净化蜂窝状过滤器，它是用于从废气除去以碳为主要成分的固体微粒的蜂窝状过滤器，其特征在于，该蜂窝状过滤器的材料为将混合物在１０００～１７００℃下烧结得到的钛酸铝镁烧结体，所述混合物以与化学式：Ｍｇ↓［Ｘ］Ａｌ↓［２（１－Ｘ）］Ｔｉ↓［（１＋Ｘ）］Ｏ↓［５］所表示的钛酸铝镁中的Ｍｇ、Ａｌ和Ｔｉ的金属成分比同样的金属成分比例含有含镁化合物、含铝化合物和含钛化合物，式中，０＜Ｘ＜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]