蜂窝陶瓷结构体及其制造方法技术

一种蜂窝陶瓷结构体，其特征在于，其具有利用多孔质隔壁形成的多个流路，所述多孔质隔壁包含堇青石晶体、莫来石晶体、刚玉晶体及/或尖晶石晶体，相对于这些晶体的X射线衍射强度的总和，堇青石晶体的X射线衍射强度的比例为72％以上且不足85％，莫来石晶体的X射线衍射强度的比例为15～25％，以及刚玉晶体及尖晶石晶体的各X射线衍射强度之和的比例为5％以下，所述多孔质隔壁的真密度为2.55～2.70g/cm3，平均细孔径为10～20μm，气孔率为50～65％，细孔径超过50μm的细孔容积为总细孔容积的8～25％，细孔径不足10μm的细孔容积为总细孔容积的16～25％，及细孔分布偏差σ为0.5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去除柴油机的排气中所含的微粒的蜂窝陶瓷过滤器中使用的蜂窝陶瓷结构体、及其制造方法。
技术介绍
在柴油发动机的排气中，包含以由碳质形成的煤烟和由高沸点烃成分形成的SOF 成分(Soluble Organic Fraction 可溶性有机成分)作为主要成分的PM(Particulate Matter 粒状物质)，该PM被大量放出到大气中时，可能对人体和环境产生不良影响。因此， 一直以来实行在柴油发动机的排气管的中途安装用于捕获PM的蜂窝陶瓷过滤器(以下将蜂窝陶瓷过滤器简称为“蜂窝过滤器”)。对排气中的PM进行捕获、净化的蜂窝过滤器的一个实例示于图1及图2。蜂窝过滤器10包含如下的蜂窝陶瓷结构体(以下有时也简记为蜂窝结构体)、和将流出侧密封流路3及流入侧密封流路4的废气流入侧端面8及废气流出侧端面9以纵横交错的形式进行密封的上游侧密封部6a和下游侧密封部6b，所述蜂窝陶瓷结构体包含形成多个流出侧密封流路3及流入侧密封流路4的多孔质隔壁2和外周壁1。该蜂窝过滤器要求在使用中高效地捕获排气所含的微粒、降低压力损失且减少对发动机的负荷，但在捕获的微粒增多时，隔壁的细孔堵塞，压力损失增高，因此需要燃烧除去所捕获的微粒，使蜂窝过滤器进行再生。这样，由于蜂窝过滤器反复曝于燃烧微粒时的高温中，所以要求具有高耐热性和高耐热冲击性。在微粒大量堆积的状态下进行燃烧时，蜂窝过滤器的温度变得极高，有时会隔壁发生部分熔损，因此需要考虑耐熔损性。作为构成多孔质隔壁的材料，通常使用堇青石，但在使用堇青石构成了隔壁时，热膨胀系数低，为IOX 10_7°C左右，所以难以发生由热冲击导致的龟裂，耐热冲击性优异，但在微粒过多堆积的状态下进行燃烧时，蜂窝过滤器的温度变得极高，隔壁有时会发生部分熔损。要想提高对该熔损的耐性，有效的是将多孔质隔壁低气孔率化并提高热容量、和使用例如碳化硅、钛酸铝等更具有耐热性的材料。然而，碳化硅具有所谓热膨胀系数大的难点， 并且非常昂贵。钛酸铝具有所谓在1000 1200°C的温度区域分解成TiO2和Al2O3的难点。作为不仅维持耐热冲击性还使耐热性得以提高的堇青石系蜂窝陶瓷，日本特公昭 60-2270号(专利文献1)公开了以堇青石作为主要成分且具有含有2 15%的从尖晶石、 莫来石及刚玉中选择的至少1种的晶相的堇青石系蜂窝陶瓷，且记载有该蜂窝陶瓷在25°C 至1000°C的温度范围内的热膨胀系数为22X10_7°C以下，而且1450°C的软化收缩率为 10%以下，平均细孔直径为3 30 μ m。作为制造该堇青石系蜂窝陶瓷的方法，日本特公昭 60-2270号公开了如下的方法制备包含以化学组成为氧化硅42 52%、氧化铝34 48% 及氧化镁10 18%的方式所选择的原料粉末、和从尖晶石、莫来石及氧化铝中选择的至少 1种的晶体的批料，进行增塑并成形为蜂窝形状、并干燥及烧成的方法。然而，日本特公昭60-2270号记载的蜂窝陶瓷，其目的是作为汽车废气净化用催化剂的载体使用，所以不是用例如使用造孔材料等获得高气孔率的方法来制造。因此，气孔率低，不具有蜂窝陶瓷过滤器所要求的充分的压力损失特性。日本特表2002-53(^62号(专利文献2)公开了如下的陶瓷制品具有包含65 95重量％的含有堇青石的第1晶相、和5 35重量％的从莫来石、铝酸镁尖晶石及假蓝宝石中选择的第2晶相的晶相，具有由32 51重量％的Si02、35 49重量％的Al2O3及7 16重量％的MgO构成的组成，具有约20%以上的气孔率及在25 1000°C的温度范围的约 15. OX IO-V0C以下的热膨胀系数。日本特表2002-530262号记载的蜂窝陶瓷，也是用于为了精制汽车的排气而作为催化剂载体使用的物质，其气孔率基本上为25 40%左右，不具有蜂窝陶瓷过滤器所要求的充分的压力损失特性。例如，通过使用造孔材料等，使日本特公昭60-2270号及日本特表2002-530262号记载的蜂窝陶瓷的气孔率提高，可以改善蜂窝过滤器的压力损失特性，但存在如下的问题 通过提高气孔率而使热容量降低，过滤器再生时反复曝于急剧的升温和高燃烧温度时的耐性(耐热冲击性及耐热性)变得不充分，产生熔损。另外，还存在不能充分确保作为与低压力损失相反的特性的捕获性能及强度的问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于，提供具有优异的耐热冲击性及耐热性且具有低压力损失、良好的捕获效率、及高强度的。用于解决问题的方法鉴于上述目的精心研究的结果，本专利技术人等发现使莫来石在堇青石中适度地析出，并进一步适当控制隔壁的细孔分布，由此能够解决上述问题，并想到了本专利技术。S卩，本专利技术的蜂窝陶瓷结构体，其特征在于，具有利用多孔质隔壁形成的多个流路，所述多孔质隔壁包含堇青石晶体、莫来石晶体、刚玉晶体及/或尖晶石晶体，相对于这些晶体各自的X射线衍射强度的总和，堇青石晶体的X射线衍射强度的比例为72%以上且不足85%，莫来石晶体的X射线衍射强度的比例为15 25%，以及刚玉晶体及尖晶石晶体的各X射线衍射强度之和的比例为5 %以下(其中，各晶体的X射线衍射强度为将堇青石的 (102)面、莫来石的(110)面、刚玉的(104)面及尖晶石(220)面的X射线衍射强度分别换算成主峰的强度的值。)，所述多孔质隔壁的真密度为2. 55 2. 70g/cm3,平均细孔径为10 20 μ m,气孔率为50 65%，细孔径超过50 μ m的细孔容积为总细孔容积的8 25%，细孔径不足10 μ m的细孔容积为总细孔容积的16 25%，及细孔分布偏差σ为0.5以下。所述蜂窝陶瓷结构体的20 800°C间的热膨胀系数优选为20X 10_7以下。所述蜂窝陶瓷结构体的热导率优选为0. 17ff/mK以上。所述蜂窝陶瓷结构体，在将沿着其隔壁切下的试样(60mmX40mmX隔壁厚)在1650°C保持30秒后，未熔损而残存的面积率优选为75%以上。本专利技术的制造蜂窝陶瓷结构体的方法，其特征在于，所述蜂窝陶瓷结构体具有利用多孔质隔壁形成的多个流路，所述多孔质隔壁包含堇青石晶体、莫来石晶体、刚玉晶体及 /或尖晶石晶体，相对于这些晶体各自的X射线衍射强度的总和，堇青石晶体的X射线衍射强度的比例为72%以上且不足85%，莫来石晶体的X射线衍射强度的比例为15 25%， 以及刚玉晶体及尖晶石晶体的各X射线衍射强度之和的比例为5%以下(其中，各晶体的X 射线衍射强度为将堇青石的(102)面、莫来石的(110)面、刚玉的(104)面及尖晶石(220) 面的X射线衍射强度分别换算成主峰的强度的值。)，所述多孔质隔壁的真密度为2. 55 2. 70g/cm3,平均细孔径为10 20 μ m,气孔率为50 65%，细孔径超过50 μ m的细孔容积为总细孔容积的8 25%，细孔径不足10 μ m的细孔容积为总细孔容积的16 25%，及细孔分布偏差σ为0. 5以下所述方法包括如下工序相对于氧化硅源原料、氧化铝源原料、氧化镁源原料及莫来石粉末的总和，混合 16 40质量％的氧化硅源原料、19 40质量％的氧化铝源原料、25 40质量％的氧化镁源原料、及0 40质量％的莫来石粉末、造孔材料并混炼，制作坯土的工序，对得到的坯土进行挤压成形制作成形体的工序本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种蜂窝陶瓷结构体，其特征在于，其为具有利用多孔质隔壁形成的多个流路的蜂窝陶瓷结构体，所述多孔质隔壁包含堇青石晶体、莫来石晶体、刚玉晶体及／或尖晶石晶体，相对于这些晶体各自的Ｘ射线衍射强度的总和，堇青石晶体的Ｘ射线衍射强度的比例为７２％以上且不足８５％，莫来石晶体的Ｘ射线衍射强度的比例为１５～２５％，以及刚玉晶体及尖晶石晶体的各Ｘ射线衍射强度之和的比例为５％以下，其中，各晶体的Ｘ射线衍射强度为将堇青石的（１０２）面、莫来石的（１１０）面、刚玉的（１０４）面及尖晶石（２２０）面的Ｘ射线衍射强度分别换算成主峰的强度得到的值，所述多孔质隔壁的真密度为２．５５～２．７０ｇ／ｃｍ３，平均细孔径为１０～２０μｍ，气孔率为５０～６５％，细孔径超过５０μｍ的细孔容积为总细孔容积的８～２５％，细孔径不足１０μｍ的细孔容积为总细孔容积的１６～２５％，及细孔分布偏差σ为０．５以下，其中，σ＝ｌｏｇ（Ｄ２０）－ｌｏｇ（Ｄ８０），在表示细孔径与累积细孔容积的关系的曲线中，Ｄ２０表示在相当于总细孔容积的２０％的细孔容积时的细孔径，Ｄ８０同样表示在相当于总细孔容积的８０％的细孔容积时的细孔径，Ｄ８０＜Ｄ２０，其中，所述累积细孔容积为对从最大的细孔径到特定的细孔径的细孔容积进行累积后的值，所述细孔径的单位是μｍ。...

【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：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：JP