專利名稱：蜂窩結(jié)構(gòu)體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請以2004年5月6日申請的日本發(fā)明專利申請2004-137728號為在先申請要求優(yōu)先權(quán)。
本發(fā)明涉及一種蜂窩結(jié)構(gòu)體，其用作除去從柴油機(jī)等內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣中含有的顆粒等的過濾器或催化劑載體等。
背景技術(shù)：
近來，從公共汽車、卡車等車輛及建筑機(jī)械等的內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣中含有的煙灰等顆粒危及環(huán)境和人體的現(xiàn)象已成了嚴(yán)重的問題。
因此，為了解決這些問題，提出了多種由多孔陶瓷構(gòu)成的蜂窩結(jié)構(gòu)體，作為收集廢氣中的顆粒以凈化廢氣的過濾器。
以往，作為這類蜂窩結(jié)構(gòu)體，公開了具有如下結(jié)構(gòu)的蜂窩結(jié)構(gòu)體，即、在通過密封材料層粘接多個(gè)蜂窩狀單元的陶瓷構(gòu)件的外周部上，設(shè)有密封材料層，所述蜂窩狀單元主要由多孔陶瓷構(gòu)成并包括多個(gè)在長度方向上并列設(shè)置的貫通孔，在這些貫通孔之間具有隔壁。
作為這種蜂窩結(jié)構(gòu)體，在垂直于長度方向的截面形狀大部分為圓形，最近，也提出了垂直于長度方向上的截面形狀為長圓形(跑道形)、橢圓形、近似三角形、近似梯形等的蜂窩結(jié)構(gòu)體(例如，參照專利文獻(xiàn)1～4)。
圖7(a)是表示由這種蜂窩結(jié)構(gòu)體構(gòu)成的蜂窩過濾器的立體示意圖，圖7(b)是表示其一部分的局部放大立體圖。并且，圖8(a)是表示構(gòu)成圖7中所示出的蜂窩過濾器的蜂窩狀單元的一例的立體示意圖，圖8(b)是圖8(a)沿A-A線的截面圖。
如圖7(a)所示，蜂窩過濾器100的由碳化硅等形成的蜂窩狀單元110通過粘接劑層101被互相粘接而構(gòu)成陶瓷構(gòu)件105，在該陶瓷構(gòu)件105的周圍形成了涂層102。該蜂窩過濾器100的端面形成為長圓形，在垂直于長度方向上的截面上，蜂窩狀單元之間的密封材料層的圖形相對于構(gòu)成截面輪廓的形狀的長軸大致垂直。
如圖8(a)、圖8(b)所示，蜂窩狀單元110在長度方向上并列設(shè)置了多個(gè)貫通孔111，將貫通孔111彼此隔開的隔壁113發(fā)揮著過濾器的功能。即、如圖8(b)所示，形成于蜂窩狀單元110上的貫通孔111的廢氣入口側(cè)或出口側(cè)的端部的任意一端由封孔材料112封孔，流入一個(gè)貫通孔111中的廢氣，必須要通過隔開貫通孔111的隔壁113之后，從另外貫通孔111流出。
在制造這種垂直于長度方向上的截面為橢圓形的蜂窩結(jié)構(gòu)體的時(shí)候，首先，制造圖8所示的蜂窩狀單元，其由多孔陶瓷構(gòu)成，且端面呈交錯(cuò)狀被密封，然后通過密封材料來粘接這些多個(gè)蜂窩狀單元，并進(jìn)行干燥，由此制作出蜂窩單元集合體。
接著，對該蜂窩單元集合體的垂直于長度方向的截面進(jìn)行切削而使其呈長圓形，這時(shí)，通過切削使在上述截面上的蜂窩狀單元之間的密封材料層的圖形成為長圓形并垂直于構(gòu)成截面輪廓的形狀的長軸，最后在外周形成密封材料層，并進(jìn)行干燥，由此完成蜂窩過濾器的制造。
根據(jù)上述文獻(xiàn)，已經(jīng)有關(guān)于具有這種形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)體具有能夠抑制外殼密封(canning)耐性(外殼密封強(qiáng)度)的降低等效果的記載。
但是，如圖7所示的蜂窩過濾器，在垂直于長度方向的截面，形成了相對于構(gòu)成截面的輪廓的橢圓長軸大致呈直角的密封材料層，在該直角方向上形成的密封材料層的長度較短。
具有這種形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)體設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣管中的時(shí)候，升溫時(shí)，應(yīng)力容易集中在短軸方向上，特別是，應(yīng)力集中在該長度較短的密封材料層的部分上，因此形成在外周上的作為涂層(coat)的密封材料層與作為粘接層的密封材料層之間的接合點(diǎn)容易受到損壞，導(dǎo)致粘接強(qiáng)度降低的問題。
如圖7(b)所示，靠近短軸的部分存在隔壁113形成得較薄的部分，由于該部分的強(qiáng)度變得較低，因此抵抗物理沖擊力減弱，導(dǎo)致在輸送時(shí)有可能產(chǎn)生裂紋等情況。
進(jìn)而，在通過切削加工制作截面為橢圓形狀的物體的情況下，在切削加工靠近短軸部分的過程中，存在相對于切削方向呈直角的部分，由于該部分很可能在切削處理時(shí)受到很大的應(yīng)力，因此容易被破壞。因此，為了使應(yīng)該切削并去除的部分以外的部分不被破壞，需要延緩加工速度，從而導(dǎo)致加工時(shí)間延長，制造成本增加等問題。
專利文獻(xiàn)1特開2002-273130號公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開2003-260322號公報(bào)專利文獻(xiàn)3國際公開第03/078026A1號小冊子專利文獻(xiàn)4特開2003-181233號公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，其目的是提供一種扁平狀蜂窩結(jié)構(gòu)體，該這種蜂窩結(jié)構(gòu)體具有如下特征，即、在升溫時(shí)，密封材料層不易受到損壞，能夠維持粘接強(qiáng)度，而且對于物理沖擊的抵抗性能強(qiáng)。
另外，本發(fā)明的目的在于，提供一種蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，在制造扁平狀蜂窩結(jié)構(gòu)體的時(shí)候，能夠迅速地進(jìn)行切削加工等以快速有效地制造的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
即、本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體，在多個(gè)蜂窩狀單元通過密封材料層被相互粘接而構(gòu)成的扁平狀的陶瓷構(gòu)件的外周部上設(shè)有密封材料層，上述蜂窩狀單元以多孔陶瓷為主要成分，多個(gè)貫通孔隔著隔壁沿長度方向上平行設(shè)置；其特征在于，在垂直于長度方向的截面上的蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形相對于構(gòu)成截面輪廓的形狀的長軸是傾斜。
在本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，構(gòu)成該蜂窩結(jié)構(gòu)體的蜂窩狀單元垂直于長度方向的截面面積優(yōu)選小于等于25cm2，在垂直于長度方向的截面上，蜂窩體單元之間的密封材料層圖形與構(gòu)成截面輪廓的形狀的長軸形成的角度優(yōu)選在5°～85°的范圍內(nèi)。
構(gòu)成本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的蜂窩狀單元優(yōu)選由碳化硅陶瓷構(gòu)成，并優(yōu)選擔(dān)載有催化劑，且上述貫通孔優(yōu)選有一個(gè)端部被封孔。
本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法是制造扁平狀蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，包括如下工序蜂窩狀單元粘接工序，將多個(gè)貫通孔隔著隔壁沿長度方向平行設(shè)置的以多孔質(zhì)陶瓷為主要成分的多個(gè)蜂窩狀單元通過密封材料相互粘接，并進(jìn)行干燥；陶瓷構(gòu)件制作工序，對通過密封材料層粘接多個(gè)上述蜂窩狀單元的蜂窩狀單元集合體進(jìn)行切削加工，以使在垂直于長度方向的截面上的蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形相對于構(gòu)成截面輪廓形狀的長軸是傾斜的，從而制成扁平狀的陶瓷構(gòu)件。
根據(jù)本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體，由于在垂直于長度方向的截面中蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形在相對于構(gòu)成截面輪廓形狀的長軸的傾斜方向形成，因此可以應(yīng)力不易集中在靠近短軸的內(nèi)部作為粘接劑的密封材料層與外周作為涂層的密封材料層之間，因此，在溫度上升時(shí)，密封材料層不易受到損壞，從而，密封材料層能夠正確維持粘接強(qiáng)度。
并且，由于隔壁上不易存在較薄的部分，因此蜂窩結(jié)構(gòu)體承受物理沖擊的抵抗性能強(qiáng)，而且耐久性高。
根據(jù)本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，由于將蜂窩狀單元集合體切削成垂直于長度方向上的截面上的蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形相對于構(gòu)成截面輪廓形狀的長軸是傾斜的，從而制成扁平狀陶瓷構(gòu)件，因此能夠迅速地進(jìn)行切削加工，從而能夠有效地制造蜂窩結(jié)構(gòu)體。
另外，在作為專利文獻(xiàn)的專利文獻(xiàn)1中，記載有如下蜂窩結(jié)構(gòu)體，即、如本發(fā)明一樣，在垂直于長度方向上的截面的蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形相對于構(gòu)成截面輪廓形狀的長軸是傾斜的。但是，上述蜂窩結(jié)構(gòu)體，并不是通過切削加工制作出來，而是采用了通過制造各種形狀的蜂窩狀單元，并將這些蜂窩狀單元進(jìn)行組合和粘接而制造具有規(guī)定形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)體的方法，但是這種方法存在制造工序復(fù)雜的問題。
并且，與本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體不同，該結(jié)構(gòu)沒有外周密封材料層，存在等壓(isostatic)強(qiáng)度低從而容易損壞的問題。
進(jìn)而，垂直于上述蜂窩狀單元的長度方向的截面面積為每側(cè)55mm的方，因?yàn)榻孛婷娣e過大，所以在升溫等過程中，難以確保溫度的均一性等，從而導(dǎo)致抗熱沖擊強(qiáng)度低、容易產(chǎn)生裂紋等問題。


圖1(a)是表示本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的一個(gè)例子的立體示意圖；圖1(b)是表示圖1(a)所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體的長軸和短軸的圖。
圖2(a)是表示構(gòu)成本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的蜂窩狀單元的一個(gè)例子的立體示意圖；圖2(b)是表示圖2(a)所示出的蜂窩狀單元沿A-A線的截面圖。
圖3是表示本發(fā)明的窩狀結(jié)構(gòu)體的另一例的垂直于長度方向的截面的截面示意圖。
圖4是表示本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的另一例的垂直于長度方向的截面的截面示意圖。
圖5是表示本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的另一例的垂直于長度方向的截面的截面示意圖。
圖6是設(shè)有本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的車輛的廢氣凈化裝置的一例的截面示意圖。
圖7(a)是表示公知的蜂窩結(jié)構(gòu)體的一例的立體示意圖；圖7(b)是將圖7(a)所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體的一部分放大的局部放大立體圖。
圖8(a)是表示構(gòu)成公知的蜂窩結(jié)構(gòu)體的蜂窩狀單元的一例的立體示意圖；圖8(b)是圖8(a)所示出的蜂窩狀單元沿A-A線的截面圖。
標(biāo)號說明10、20、30、40、50集合體型蜂窩結(jié)構(gòu)體11、31、41、51密封材料層(粘接劑層)12、32、42、52密封材料層(涂層)33、43、53蜂窩狀單元15陶瓷構(gòu)件20蜂窩狀單元21貫通孔22封孔材料23隔壁
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體，在蜂窩狀單元通過密封材料層被粘接多個(gè)構(gòu)成扁平狀陶瓷構(gòu)件的外周部上設(shè)有密封材料層，上述蜂窩狀單元以多個(gè)貫通孔隔著隔壁在長度方向上并列設(shè)置的多孔陶瓷為主要成分，其中，在垂直于長度方向上的截面上的蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形相對于構(gòu)成截面輪廓形狀的長軸是傾斜的。
圖1(a)是表示本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的一個(gè)示例的立體示意圖；圖1(b)表示在圖1(a)所示的上述蜂窩結(jié)構(gòu)體的長軸和短軸。圖2(a)是表示構(gòu)成本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的蜂窩狀單元的一個(gè)例子的立體示意圖；圖2(b)是表示沿圖2(a)所示出的蜂窩狀單元的A-A線剖取的截面圖。
如圖1(a)所示，在蜂窩結(jié)構(gòu)體10中，由碳化硅等構(gòu)成的蜂窩狀單元20通過密封材料層(粘接劑層)11被粘接多個(gè)而構(gòu)成陶瓷構(gòu)件15，在該陶瓷構(gòu)件15的周圍形成密封材料層(涂層)12。該蜂窩過濾器10的端面呈長圓形(跑道形)，在垂直于長度方向的截面中，蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形形成相對于構(gòu)成截面輪廓形狀的長軸是傾斜的。
如圖2(a)、圖2(b)所示，蜂窩狀單元20在長度方向上并列設(shè)置有多個(gè)貫通孔21，隔開貫通孔21之間的隔壁23發(fā)揮著過濾器的功能。即、如圖2(b)所示，形成在蜂窩狀單元20中的貫通孔21的廢氣入口側(cè)或出口側(cè)的端部被封孔材料22密封，從而流入一個(gè)貫通孔21中的廢氣必須通過用來隔開相應(yīng)貫通孔21的隔壁23之后，才從另一個(gè)貫通孔21流出。
本發(fā)明中，垂直于長度方向上的截面上，蜂窩狀單元20之間的密封材料層(粘接劑層)11的圖形相對于構(gòu)成截面輪廓形狀(長圓形)的長軸是傾斜的，因此在垂直于長度方向上的截面上的蜂窩狀單元20之間的密封材料層(粘接劑層)11與密封材料層(涂層)12形成的角大多是傾斜角。
如以往那樣，如果垂直于長度方向上的截面上的蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形，相對于構(gòu)成截面輪廓形狀的長軸垂直，則密封材料層(粘接劑層)101和密封材料層(涂層)102形成的角大多是直角，兩者接觸的面積也小。
由于密封材料(粘接材料、涂敷材料)和蜂窩狀單元的熱膨脹系數(shù)等不同，因此在升溫等情況下，這些熱膨脹系數(shù)的差異導(dǎo)致在密封材料層(粘接劑層)101與密封材料層(涂層)102之間產(chǎn)生應(yīng)力，但是，該應(yīng)力對密封材料層(涂層)102垂直作用，并且由于兩者的接觸面積也小，所以該應(yīng)力進(jìn)一步增大，密封材料層(涂層)102容易被損壞(參照圖7)。
然而，在本發(fā)明中，垂直于長度方向上的截面上，蜂窩狀單元20之間的密封材料層(粘接劑層)11的圖形，相對于密封材料層(涂層)12傾斜的部分較多，并且密封材料層(粘接劑層)11與密封材料層(涂層)12的接觸面積也大，因此對密封材料層(涂層)12的垂直作用力變小，密封材料層(涂層)12不易被損壞。
并且，由于垂直于長度方向的截面上，蜂窩狀單元20之間的密封材料層(粘接劑層)11的圖形相對于構(gòu)成截面輪廓形狀(長圓形)的長軸是傾斜的，因此由所述圖形與形成蜂窩狀單元20的隔壁23構(gòu)成傾斜角，從而即使隔壁23被切削，蜂窩結(jié)構(gòu)體中隔壁23也不會(huì)被切削得過薄，隔壁23對物理沖擊的抵抗性能強(qiáng)并且蜂窩結(jié)構(gòu)體的耐久性強(qiáng)。
在本發(fā)明中，垂直于長度方向的截面上，蜂窩狀單元之間的密封材料層11的圖形，與外周圖形的長軸所構(gòu)成的最小角度優(yōu)選為5°，更優(yōu)選是15°，最優(yōu)選是30°。并且，與外周圖形的長軸所構(gòu)成的最大角度優(yōu)選為85°，更優(yōu)選是75°，最優(yōu)選是60°。
如果在垂直于長度方向的截面上的蜂窩狀單元之間的密封材料層11的圖形，與外周圖形的長軸所構(gòu)成的角度小于5°或者超過85°，則與外周圖形的長軸垂直的情況幾乎沒有差別，密封材料層因熱沖擊等而容易受到損壞，存在隔壁變薄的部分，并且該部分的強(qiáng)度降低。
在本發(fā)明中，構(gòu)成蜂窩結(jié)構(gòu)體的蜂窩狀單元垂直于長度方向的截面面積優(yōu)選為小于等于25cm2，并且，上述截面積優(yōu)選為大于等于1cm2。在上述構(gòu)成蜂窩結(jié)構(gòu)體的蜂窩狀單元垂直于長度方向的截面面積小于等于25cm2的情況下，由于上述截面積較小，所以即使在升溫等情況下，中心部和周邊部之間的溫度差也不會(huì)很大，熱應(yīng)力也不會(huì)很大，因此蜂窩單元抵抗熱沖擊力強(qiáng)。
本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體主要是由多孔陶瓷材料構(gòu)成，作為其材料可以列舉氮化鋁、氮化硅、氮化硼、氮化鈦等氮化物陶瓷；碳化硅、碳化鋯、碳化鈦、碳化鉭、碳化鎢等碳化物陶瓷；氧化鋁、氧化鋯、堇青石、莫來石、硅石等氧化物陶瓷等。另外，蜂窩結(jié)構(gòu)體10由兩種或兩種以上的材料形成，例如硅和碳化硅的復(fù)合物、鈦酸鋁。
作為上述多孔陶瓷的材料，優(yōu)選是耐熱性強(qiáng)、機(jī)械特性優(yōu)秀、并且熱傳導(dǎo)率也大的碳化硅陶瓷。另外，所謂碳化硅陶瓷是指含有碳化硅60重量％或更多的材料。
對制作蜂窩結(jié)構(gòu)體10時(shí)所使用的陶瓷材料的粒徑?jīng)]有特別限定，優(yōu)選在后續(xù)的燒制工序中收縮小的材料，例如，優(yōu)選由100重量份的平均粒徑為0.3μm～50μm的粉末，和5重量份～65重量份的平均粒徑為0.1μm～1.0μm的粉末混合制成的材料。通過以上述配比混合上述粒徑的陶瓷粉末，可以制作由多孔陶瓷形成的一體型蜂窩結(jié)構(gòu)體。
另外，構(gòu)成蜂窩狀單元20的封孔材料22和隔壁23優(yōu)選由相同的多孔陶瓷制成。這樣，可提高兩者的粘結(jié)強(qiáng)度，同時(shí)，通過把封孔材料22的氣孔率調(diào)整成與上述隔壁23的氣孔率相同，可以使隔壁23的熱膨脹率和封孔材料22的熱膨脹率相匹配，從而，可以防止在制造和使用時(shí)因熱應(yīng)力而在封孔材料22和隔壁23之間產(chǎn)生間隙，也可以防止在封孔材料22或在隔壁23與密封材料22接觸的部分上產(chǎn)生裂紋。
對于封孔材料22，為了調(diào)整其熱容量，除了上述陶瓷以外，還可以包含金屬等。
對于上述金屬?zèng)]有特別的限制，例如可以列舉鐵、鋁、金屬硅(Si)等。這些可以單獨(dú)使用，也可以兩種或兩種以上混合使用。
對于密封材料22的厚度沒有特別的限定。但是在密封材料22由多孔碳化硅制成的情況下，其厚度優(yōu)選設(shè)在1mm到40mm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選是3mm到20mm。
對于隔壁23的厚度沒有特別限定，理想的厚度的下限為0.1mm，理想的上限為1.2mm。如果厚度小于0.1mm，蜂窩結(jié)構(gòu)體10的強(qiáng)度就有可能不充分。如果厚度大于1.2mm，則難以加熱隔壁23與密封入口側(cè)貫通孔組21a的封孔材料22接觸的部分，在封孔材料22與隔壁23之間的界面附近因熱應(yīng)力有可能產(chǎn)生裂紋。
在本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體10中，密封材料層11形成于蜂窩狀單元20之間，并且發(fā)揮著將多個(gè)蜂窩狀單元20之間粘合的粘接劑的功能。另一方面，密封材料層12形成于陶瓷構(gòu)件15的外周面，在內(nèi)燃機(jī)的排氣通道上設(shè)置蜂窩結(jié)構(gòu)體10時(shí)，其作為密封材料發(fā)揮作用，即、防止廢氣從陶瓷部件15的外周面通過貫通孔的泄漏。
此外，在蜂窩結(jié)構(gòu)體10中，密封材料層11與密封材料層12可以由相同的材料構(gòu)成，也可以由不同的材料構(gòu)成。此外，在密封材料層11以及密封材料層12由相同的材料制成的情況下，其材料的混合比例可以相同，也可以不相同。
此處，密封材料層11可以由致密的材料制成，也可以由多孔材料制成，以使廢氣可以進(jìn)入其內(nèi)部。而密封材料層12優(yōu)選由致密的材料制成。這是因?yàn)椋O(shè)置密封材料12的目的在于，蜂窩結(jié)構(gòu)體10設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通道上時(shí)，防止廢氣從陶瓷構(gòu)件15的外周面漏出。
密封材料層11的厚度的最小值優(yōu)選為0.1mm，更優(yōu)選為0.2mm。密封材料層11的厚度的最大值優(yōu)選為10mm，更優(yōu)選為3mm。
密封材料層12的厚度的最小值優(yōu)選為0.1mm。密封材料層11的厚度的最大值優(yōu)選為10mm，更優(yōu)選為4mm。
對于構(gòu)成密封材料層11以及密封材料層12的材料沒有特別限定，可舉出例如無機(jī)粘合劑、有機(jī)粘合劑、及由無機(jī)纖維和/或無機(jī)顆粒構(gòu)成的材料等。
作為上述無機(jī)粘合劑，可舉出例如硅溶膠、氧化鋁溶膠等。這些物質(zhì)可以單獨(dú)使用，也可以兩種或兩種以上混合使用。在上述無機(jī)粘合劑中，優(yōu)選硅溶膠。
作為上述有機(jī)粘合劑，可舉出例如聚乙烯醇、甲基纖維素、乙基纖維素、羧甲基纖維素等。這些物質(zhì)可以單獨(dú)使用，也可以兩種或兩種以上混合使用。在上述有機(jī)粘合劑中，優(yōu)選羧甲基纖維素。
作為上述無機(jī)纖維，可舉出例如硅石-氧化鋁、莫來石、氧化鋁、硅石等的陶瓷纖維等。這些物質(zhì)可以單獨(dú)使用，也可以兩種或兩種以上混和使用。在上述無機(jī)纖維中，優(yōu)選硅石-氧化鋁纖維。上述無機(jī)纖維的纖維長度的下限值優(yōu)選為5μm。上述無機(jī)纖維的纖維長度的上限值優(yōu)選為100mm，更優(yōu)選為100μm。如果上述纖維長度小于5μm，有可能不能提高密封材料層的彈性，另一方面，如果上述纖維長度超過100mm，無機(jī)纖維容易形成為如毛球一樣，因此與無機(jī)顆粒不易分散。并且如上述纖維長度超過100μm，密封材料層的厚度就會(huì)很難變薄。
作為上述無機(jī)顆粒，可舉出例如碳化物、氮化物等，具體可舉出含有碳化硅、氮化硅、氮化硼等的無機(jī)粉末或者須晶等。這些物質(zhì)可以單獨(dú)使用，也可以兩種或兩種以上混合使用。在上述無機(jī)細(xì)顆粒中，優(yōu)選熱傳導(dǎo)性優(yōu)秀的碳化硅。
此外，根據(jù)需要，可以向上述密封材料漿料中加入以氧化物陶瓷構(gòu)成的微小中空球體的中空球狀物、球型丙烯酸顆粒和石墨等成孔劑。
對上述中空球狀物沒有特定的限制，例如可以使用氧化鋁中空球狀物、玻璃微中空球狀物、火山土(shirasu)中空球狀物、飛灰中空球狀物(FAballoon)、莫來石中空球狀物等。其中，更優(yōu)選氧化鋁中空球狀物。
對于蜂窩結(jié)構(gòu)體10的氣孔率沒有特別限定，優(yōu)選的下限是20％，優(yōu)選的上限是80％。如果氣孔率小于20％，則蜂窩結(jié)構(gòu)體10很容易就發(fā)生堵塞，另一方面，如果氣孔率大于80％，則蜂窩結(jié)構(gòu)體10的強(qiáng)度有可能下降而容易損壞。
此外，上述氣孔率可以根據(jù)現(xiàn)有公知的方法進(jìn)行測定，例如汞注射法、阿基米德法以及利用掃描電子顯微鏡(SEM)測定法等。
蜂窩結(jié)構(gòu)體10的平均氣孔徑優(yōu)選的下限是1μm，優(yōu)選的上限是100μm。平均氣孔徑小于1μm時(shí)，顆粒容易引起堵塞。另一方面，平均氣孔徑大于100μm時(shí)，顆粒能穿過氣孔，從而不能捕集該顆粒，使得該蜂窩結(jié)構(gòu)體不能發(fā)揮過濾器的功能。
如圖1所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體10呈長圓形(跑道形)，但是只要本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體是扁平狀，則對于其形狀沒有特別限定，例如，可以例舉出圖3所示的垂直于長度方向的截面形狀為橢圓形等，進(jìn)而，也可以例舉出圖4和圖5所示的形狀。另外，在圖3～圖5中，31、41、51是內(nèi)部的密封材料層，而32、42、52是外周的密封材料層，33、43、53是蜂窩狀單元。
在本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，貫通孔在蜂窩結(jié)構(gòu)體的整個(gè)端面也可以由入口側(cè)貫通孔組和出口側(cè)貫通孔組這兩種貫通孔構(gòu)成，入口側(cè)貫通孔組的出口側(cè)端部由密封材料密封，并使垂直于長度方向的截面面積的總和相對變大；出口側(cè)貫通孔組的入口側(cè)端部由上述密封材料密封，并使上述截面面積的總和相對變小。
另外，針對上述入口側(cè)貫通孔組與上述出口側(cè)貫通孔組的組合，包括以下幾種情況(1)構(gòu)成入口側(cè)貫通孔組的各貫通孔、和構(gòu)成出口側(cè)貫通孔的各貫通孔的垂直于長度方向的截面面積相同，并且構(gòu)成入口側(cè)貫通孔組的貫通孔的數(shù)量多；(2)構(gòu)成入口側(cè)貫通孔組的各貫通孔、和構(gòu)成出口側(cè)貫通孔的各貫通孔的截面面積不同，并且兩者的貫通孔的數(shù)量也不同；(3)在構(gòu)成入口側(cè)貫通孔組的各貫通孔、和構(gòu)成出口側(cè)貫通孔的各貫通孔中，構(gòu)成入口側(cè)貫通孔組的貫通孔的上述截面面積大，并且兩者的貫通孔的數(shù)量相同。
并且，構(gòu)成入口側(cè)貫通孔組的各貫通孔和/或構(gòu)成出口側(cè)貫通孔的各貫通孔，可以分別由其形狀和垂直于長度方向的截面面積相同的一種貫通孔構(gòu)成，也可以分別由其形狀和垂直于長度方向的截面面積不同的兩種或兩種以上的貫通孔構(gòu)成。
此外，在蜂窩結(jié)構(gòu)體10上也可以擔(dān)載能夠凈化廢氣中的CO、HC(烴)、NOx等的催化劑。
當(dāng)擔(dān)載有這種催化劑時(shí)，蜂窩結(jié)構(gòu)體10不僅具有捕集廢氣中顆粒的過濾器的功能，也具有凈化廢氣中的CO、HC、NOx等的催化凈化器的功能。
作為擔(dān)載在蜂窩過濾器10上的催化劑沒有特殊的限制，只要其能夠凈化廢氣中的CO、HC、NOx等即可，例如可以例舉出如鉑、鈀、銣等貴金屬等。其中，優(yōu)選由鉑、鈀、銣制成的所謂三元催化劑。除了貴金屬以外，還可以擔(dān)載作為催化助劑的如堿金屬(元素周期表第1列)、堿土金屬(元素周期表第2列)、稀土金屬(元素周期表第3列)、過渡金屬等元素。
上述催化劑可以被擔(dān)載在蜂窩結(jié)構(gòu)體10的各氣孔的表面上，也可以被擔(dān)載在隔壁23的表面上并具有一定厚度。此外，上述催化劑可以被均勻地?fù)?dān)載在隔壁23的表面和/或各氣孔的表面上，也可以被集中擔(dān)載在某一特定的部分。其中，催化劑優(yōu)選被擔(dān)載在構(gòu)成入口側(cè)貫通孔組的貫通孔21內(nèi)的隔壁23的表面或表面附近的各氣孔表面上，更優(yōu)選催化劑被擔(dān)載在這兩個(gè)部位上。因?yàn)樯鲜龃呋瘎┖苋菀着c顆粒接觸，所以可以有效地進(jìn)行顆粒的燃燒。
并且，在把上述催化劑施加到蜂窩結(jié)構(gòu)體10的時(shí)候，優(yōu)選事先利用鋁等載體材料覆蓋其表面，然后施加上述催化劑。由此，比表面積增大，催化劑的分散度提高，而且能夠使催化劑的反應(yīng)部位增加。另外，由于通過載體材料能夠防止催化劑金屬燒結(jié)，因此催化劑的耐熱性提高。進(jìn)而，可以減少壓力損失。
上述擔(dān)載有催化劑的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體發(fā)揮與作為與現(xiàn)有的公知帶催化劑的PDF(柴油機(jī)顆粒過濾器)的廢氣凈化裝置相同的作用。從而，在這里將省略對本發(fā)明的一體型蜂窩結(jié)構(gòu)體作為催化劑載體而發(fā)揮作用的情況進(jìn)行的說明。
下面，說明上述本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法的一個(gè)例子。
首先，利用以如上述那樣的陶瓷為主要成分的原料漿料進(jìn)行擠出成型，制作四棱柱形陶瓷成型體。
對上述原料漿料沒有特定的限制，優(yōu)選能使制造后的蜂窩結(jié)構(gòu)體的氣孔率為20％～80％的任何材料漿料。例如，可以向由上述陶瓷構(gòu)成的粉末中加入粘合劑以及分散劑而制得漿料。
對上述陶瓷粉末沒有特別的限定，例如可以例舉堇青石、氧化鋁、硅石、莫來石等氧化物陶瓷；碳化硅、碳化鋯、碳化鈦、碳化鉭、碳化鎢等碳化物陶瓷；以及氮化鋁、氮化硅、氮化硼、氮化鈦等氮化物陶瓷；硅和碳化硅的混合物等粉末，但是，其中優(yōu)選是耐熱性強(qiáng)，機(jī)械特性優(yōu)秀，且熱傳導(dǎo)率大的碳化硅。
對陶瓷粉末粒徑的沒有特別限定，然而優(yōu)選在后面的燒制工序中收縮小的材料，例如，優(yōu)選由100重量份的平均粒徑為0.3μm～50μm的粉末，和5重量份～65重量份的平均粒徑為0.1μm～1.0μm的粉末的組合。
對上述粘合劑沒有特定的限制，例如可以舉出甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、聚乙烯醇、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等。
通常，相對于100重量份的陶瓷粉末，上述粘合劑的混合量優(yōu)選設(shè)定為1重量份～10重量份。
對上述液體分散劑沒有特定的限制，例如可以使用苯等有機(jī)溶劑、甲醇等醇類和水等。
適量混合上述液體分散劑，以使原料漿料的粘度達(dá)到一定范圍。
這些陶瓷粉末、粘合劑和液體分散劑由研磨機(jī)等進(jìn)行混合，并由捏合機(jī)等進(jìn)行充分的捏合后，擠壓成型。
此外，如果必要，可以向上述原料漿料中加入成型助劑。
對成型助劑沒有特定的限制，例如可以舉出乙二醇、糊精、脂肪酸皂、多元醇等。
此外，根據(jù)需要，可以向上述密封材料漿料中加入以氧化物類陶瓷構(gòu)成的微小中空球體的中空球狀物、球型丙烯酸顆粒和石墨等成孔劑。
對上述中空球狀物沒有特定的限制，例如可以使用氧化鋁中空球狀物、玻璃微中空球狀物、火山土(shirasu)中空球狀物、飛灰中空球狀物(FAballoon)、莫來石中空球狀物等。其中，更優(yōu)選是氧化鋁中空球狀物。
然后，使用如微波干燥機(jī)、熱風(fēng)干燥機(jī)、介電干燥機(jī)、減壓干燥機(jī)、真空干燥機(jī)和冷凍干燥機(jī)等干燥機(jī)，對上述陶瓷成型體進(jìn)行干燥。之后，向入口側(cè)貫通孔組的出口側(cè)端部，以及出口側(cè)貫通孔組的入口側(cè)端部，充填規(guī)定量作為封孔材料的封孔材料漿料，以密封貫通孔。
對于上述封孔材料漿料，沒有特定的限制，優(yōu)選其能使經(jīng)過后述工序制成的封孔材料具有20％～80％的氣孔率。例如，可以使用與上述原料漿料同樣的材料，優(yōu)選使用通過向用于上述材料漿料的陶瓷粉末中加入陶瓷纖維、由上述金屬構(gòu)成的粉末、潤滑劑、溶劑、粘合劑和分散劑等制成的漿料。通過這種組成，可以調(diào)整通過后述工序制造出來的封孔材料的熱容量，并且可以防止密封材料漿料中的陶瓷顆粒等在進(jìn)行封孔處理過程中沉積。
作為上述陶瓷纖維沒有特殊的限制，可舉出例如硅石-氧化鋁、莫來石、氧化鋁、硅石等構(gòu)成的陶瓷纖維。這些物質(zhì)可以單獨(dú)使用，也可以兩種或兩種以上混和使用。
接著，在預(yù)定條件下，對已被封孔材料漿料填充的陶瓷干燥體進(jìn)行脫脂和燒制，從而可以制造由多孔質(zhì)陶瓷體構(gòu)成并且其整體上由單個(gè)燒結(jié)體構(gòu)成的本發(fā)明的蜂窩狀單元20。
值得注意的是，上述陶瓷干燥體的脫脂和燒制條件等，可以應(yīng)用現(xiàn)有的由多孔陶瓷制作過濾器時(shí)采用的條件。
蜂窩狀單元20優(yōu)選由平均粒徑為2μm～150μm的陶瓷晶體構(gòu)成，更理想的粒徑為10μm～70μm。如果上述陶瓷晶體的平均粒徑小于2μm，存在于蜂窩狀單元內(nèi)部的氣孔的孔徑變得過小，就會(huì)很快被堵塞，所以很難發(fā)揮過濾器的功能。另一方面，如果上述陶瓷晶體的平均粒徑大于150μm，存在于其內(nèi)部的氣孔的孔徑變得過大，導(dǎo)致蜂窩狀單元的強(qiáng)度降低。另外，制造具有規(guī)定比例的開放氣孔、且具有平均粒徑大于150μm的陶瓷晶體的蜂窩狀單元并不容易。
這種蜂窩狀單元的平均氣孔直徑優(yōu)選為1μm～40μm。
另外，在蜂窩狀單元擔(dān)載催化劑的情況下，優(yōu)選在通過燒結(jié)而獲得的陶瓷燒結(jié)體的表面形成較高比表面積的氧化鋁膜，而且在該氧化鋁膜的表面施加催化助劑以及鉑等催化劑。
作為在上述陶瓷燒結(jié)體的表面形成氧化鋁膜的方法，例如可以例舉如下幾種方法使Al(NO3)3等含鋁的金屬化合物溶液滲透到陶瓷燒結(jié)體上并加熱的方法；使含有氧化鋁粉末的溶液滲透到陶瓷燒結(jié)體上并加熱的方法等。
作為向上述氧化鋁膜施加催化助劑的方法，可以例舉使含有例如Ce(NO3)3等稀土元素的金屬化合物溶液滲透到陶瓷燒結(jié)體上并加熱的方法等。
作為向上述氧化鋁膜施加催化劑的方法，可以使含有例如二硝基氨鉑硝酸鹽溶液([Pt(NH3)2(NO2)2]HNO3、鉑濃度4.53重量％)等滲透到陶瓷燒結(jié)體上并加熱的方法。
并且在本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，在蜂窩狀單元20的側(cè)面上以均勻厚度涂布形成密封材料層11的密封材料漿料，而形成密封材料漿料層。在這個(gè)密封材料漿料層上，依次重復(fù)進(jìn)行層疊另一個(gè)蜂窩結(jié)構(gòu)體20的工序，以制作具有規(guī)定尺寸的蜂窩狀單元集合體。
另外，作為形成上述密封材料漿料的材料，已經(jīng)對其說明，所以在這里省略了其詳細(xì)說明。
接著，加熱該蜂窩單元集合體，從而干燥并固化密封材料漿料層以形成密封材料層11。
接著，使用金剛石切刀等對蜂窩狀單元集合體進(jìn)行切削加工，以使垂直于長度方向的截面上，蜂窩狀單元20之間的密封材料層11的圖形，相對于構(gòu)成截面輪廓形狀的長軸在傾斜的方向上排列，制成具有扁平形狀的陶瓷構(gòu)件15。其中，由多個(gè)蜂窩狀單元20通過密封材料層11被粘接而構(gòu)成上述蜂窩狀單元集合體。
然后，在陶瓷構(gòu)件15的外周使用上述密封材料漿料形成密封材料層12，這樣，可以制造在扁平狀的陶瓷構(gòu)件15的外周上設(shè)置了密封材料層12的蜂窩結(jié)構(gòu)體10，上述陶瓷構(gòu)件的多個(gè)蜂窩狀單元20通過密封材料層11被粘接。
對本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的應(yīng)用沒有特定的限制，但優(yōu)選用于車輛上使用的廢氣凈化裝置。
圖6是表示設(shè)置了本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的車輛的廢氣凈化裝置的一個(gè)例子的示意截面圖。
如圖6中所示，廢氣凈化裝置70主要由以下部分構(gòu)成，其包括蜂窩結(jié)構(gòu)體80、覆蓋蜂窩結(jié)構(gòu)體80外部的外殼71、配置在蜂窩結(jié)構(gòu)體80和外殼71之間的密封材料72；在外殼71的廢氣導(dǎo)入一側(cè)的端部，連接有導(dǎo)入管74，該導(dǎo)入管74連接在發(fā)動(dòng)機(jī)等內(nèi)燃機(jī)上，在外殼71的另一端部連接有通向外部的排氣管75。另外，圖6中，箭頭表示廢氣的流向。
此外，在圖6中，蜂窩結(jié)構(gòu)體80也可以是在圖1中所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體10，或者也可以是圖3～5所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體30、40、50。只是，外殼需要作成與各蜂窩結(jié)構(gòu)體相對應(yīng)的形狀。
具有這種結(jié)構(gòu)的廢氣凈化裝置70中，由發(fā)動(dòng)機(jī)等內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣，通過導(dǎo)入管74直接進(jìn)入外殼71，使得廢氣從入口側(cè)貫通孔流入蜂窩結(jié)構(gòu)體，并通過隔壁，在廢氣得到凈化后(其顆粒被收集到該隔壁中)，從出口側(cè)貫通孔向蜂窩結(jié)構(gòu)體外部排出，通過排氣管75排到外部。
在廢氣凈化裝置70中，大量的顆粒堆積在蜂窩結(jié)構(gòu)體的隔壁上，將造成壓力損失的增加，這時(shí)蜂窩結(jié)構(gòu)體需要進(jìn)行再生處理。
在上述再生處理中，通過未圖示的加熱裝置加熱的氣體流入蜂窩結(jié)構(gòu)體的貫通孔的內(nèi)部，由此加熱蜂窩結(jié)構(gòu)體，并燃燒消除沉積在隔壁上的顆粒。此外，也可以采用后噴射系統(tǒng)燃燒并消除顆粒。
實(shí)施例下面給出實(shí)施例，更詳細(xì)地說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不僅限定于這些實(shí)施例。
(實(shí)施例1)將60重量％平均粒徑為10μm的α-型碳化硅粉末和40重量％平均粒徑為0.5μm的α型碳化硅粉末進(jìn)行濕混合，將100重量份的上述混合物與5重量份的有機(jī)粘合劑(甲基纖維素)和10重量份的水進(jìn)行混合，得到混合組合物。接著，在上述混合組合物中加入少量的增塑劑和潤滑劑并進(jìn)行捏合后，進(jìn)行擠出成型，制作其端面形狀與圖2(a)所示的截面形狀大致相同的粗成型體。
接著，用微波干燥機(jī)等干燥上述粗成型體以制成陶瓷干燥體后，向規(guī)定的貫通孔中填充與上述粗成型體相同成分的封孔材料漿料，使干燥后的封孔材料漿料的厚度成為1.0mm。
再次，利用干燥機(jī)進(jìn)行干燥之后，在400℃下對生成的產(chǎn)品進(jìn)行脫脂，在2200℃、且在常壓氬氣氛圍中燒制3小時(shí)，制成蜂窩結(jié)構(gòu)體20，該結(jié)構(gòu)體是碳化硅燒結(jié)體，其氣孔率為42％，平均孔徑為9μm，其尺寸為34.3mm×34.3mm×150mm，貫通孔21的數(shù)量為28個(gè)/cm2，隔壁23的厚度為0.40mm。
上述蜂窩狀單元的截面積見表1。如表1所示，上述蜂窩狀單元的截面積為11.8cm2。
然后，如圖2(a)所示，在蜂窩狀單元20中，貫通孔被封孔材料密封以形成交錯(cuò)圖案。即、利用封孔材料密封其一端而使其成為如圖2(a)所示的圖形的時(shí)候，利用封孔材料將另一端面密封成與之相反的圖形。
接著，使用耐熱性密封材料漿料，將多個(gè)蜂窩狀單元20結(jié)合在一起，然后用金剛石切刀將其切割成為如圖1所示的圖形，制成各端面輪廓為長圓形的陶瓷構(gòu)件15。所述耐熱性密封材料漿料含有30重量％的纖維長度為0.2mm的氧化鋁纖維、21重量％的平均粒徑為0.6μm的碳化硅顆粒、15重量％的硅溶膠、5.6重量％的羧甲基纖維素和28.4重量％的水。
此時(shí)，調(diào)整與上述蜂窩結(jié)構(gòu)體10粘接的密封材料層11，以使其厚度成為1.0mm。
接著，混合23.3重量％的無機(jī)纖維、30.2重量％的無機(jī)顆粒、7重量％的無機(jī)粘合劑、0.5重量％的有機(jī)粘合劑以及39重量％的水，并進(jìn)行混合和調(diào)制密封材料漿料。其中，無機(jī)纖維是由硅酸鋁構(gòu)成的陶瓷纖維(渣球含量3％，纖維長0.1mm～100mm)，無機(jī)顆粒是平均粒徑為0.3μm的碳化硅粉末，無機(jī)粘合劑是硅溶膠(溶膠中的SiO2的含量30重量％)，有機(jī)粘合劑是羧甲基纖維素。
然后，使用上述密封材料漿料，在上述陶瓷構(gòu)件15的外周面形成密封材料漿料層。接著，在120℃的溫度干燥該密封材料漿料層以形成密封材料層12，制作出密封材料層的厚度為0.2mm、長軸為200mm、短軸為100mm的端面為長圓形輪廓的蜂窩結(jié)構(gòu)體10。另外，蜂窩結(jié)構(gòu)體垂直于長度方向的截面面積為179cm2，該截面上的蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形與構(gòu)成截面輪廓形狀的長軸構(gòu)成的角度為5°。
另外，該蜂窩狀單元的截面積最大值為11.8cm2。
(實(shí)施例2～7，比較例1～3)在垂直于長度方向的截面上的蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形與構(gòu)成截面輪廓的形狀的長軸所構(gòu)成的角度，以及垂直于蜂窩狀單元的長度方向的最大截面積的值如表1所示，除此之外，執(zhí)行與實(shí)施例1的相同的工藝制造出蜂窩結(jié)構(gòu)體10。
(實(shí)施例8)在垂直于長度方向的截面上的蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形與構(gòu)成截面輪廓的形狀的長軸所構(gòu)成的角度，以及垂直于蜂窩狀單元的長度方向的最大截面積的值如表1所示，作為粘接蜂窩狀單元20的密封材料(粘接劑)漿料，使用耐熱性密封材料(粘接劑)漿料制作陶瓷構(gòu)件，所述耐熱性密封材料漿料含有30重量％的纖維長度為0.2μm的氧化鋁纖維、21重量％的平均粒徑為0.6μm的碳化硅顆粒、15重量％的硅溶膠、5.6重量％的羧甲基纖維素和28.4重量％的水；并且利用外周部密封材料漿料，在陶瓷構(gòu)件15的外周部形成密封材料層，上述外周部密封材料漿料包括由硅酸鋁構(gòu)成的23.3重量％的陶瓷纖維(渣球含量3％，纖維長5μm～100μm)，30.2重量％的平均粒徑為0.3μm的碳化硅粉末，7重量％的硅溶膠(溶膠中的SiO2的含量30重量％)，0.5重量％的羧甲基纖維素以及39重量％的水。除此之外，與實(shí)施例1的內(nèi)容相同，并制造出蜂窩結(jié)構(gòu)體10。
(實(shí)施例9～15、比較例4～6)端面輪廓形成為圖3所示的橢圓形，并且在垂直于長度方向的截面上的蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形與構(gòu)成截面輪廓的形狀的長軸所構(gòu)成的角度，以及垂直于蜂窩狀單元的長度方向的最大截面積的值如表1所示，除此之外，執(zhí)行與實(shí)施例1相同的工藝制造出蜂窩結(jié)構(gòu)體30。
(實(shí)施例16)在垂直于長度方向的截面上的蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形與構(gòu)成截面輪廓的形狀的長軸所構(gòu)成的角度，以及垂直于蜂窩狀單元的長度方向的最大截面積的值如表1所示，作為粘接蜂窩狀單元20的密封材料(粘接劑)漿料，使用耐熱性密封材料(粘接劑)漿料制作陶瓷構(gòu)件，所述耐熱性密封材料漿料含有30重量％的纖維長度為20μm的氧化鋁纖維、21重量％的平均粒徑為0.6μm的碳化硅顆粒、15重量％的硅溶膠、5.6重量％的羧甲基纖維素和28.4重量％的水；并且，利用外周部密封材料漿料，在陶瓷構(gòu)件15的外周部形成密封材料層，上述外周部密封材料漿料包括由硅酸鋁構(gòu)成的23.3重量％的陶瓷纖維(渣球含量3％，纖維長5μm～100μm)，30.2重量％的平均粒徑為0.3μm的碳化硅粉末，7重量％的硅溶膠(溶膠中的SiO2的含量30重量％)，0.5重量％的羧甲基纖維素以及39重量％的水。除此之外，與實(shí)施例9的內(nèi)容相同，并制造出蜂窩結(jié)構(gòu)體10。
(實(shí)施例17～23、比較例7～9)端面輪廓形成為圖5所示大致梯形，并且在垂直于長度方向的截面上的蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形與構(gòu)成截面輪廓的形狀的長軸所構(gòu)成的角度，以及垂直于蜂窩狀單元的長度方向的最大截面積的值如表1所示，除此之外，與實(shí)施例1的內(nèi)容相同，并制造出蜂窩結(jié)構(gòu)體50。
(實(shí)施例24)在垂直于長度方向的截面上的蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形與構(gòu)成截面輪廓的形狀的長軸所構(gòu)成的角度，以及垂直于蜂窩狀單元的長度方向的最大截面積的值如表1所示，作為粘接蜂窩狀單元20的密封材料(粘接劑)漿料，使用耐熱性密封材料(粘接劑)漿料制作陶瓷構(gòu)件，所述耐熱性密封材料漿料含有30重量％的纖維長度為20μm的氧化鋁纖維、21重量％的平均粒徑為0.6μm的碳化硅顆粒、15重量％的硅溶膠、5.6重量％的羧甲基纖維素和28.4重量％的水；并且，利用外周部密封材料漿料，在陶瓷構(gòu)件15的外周部形成密封材料層，上述外周部密封材料漿料包括由硅酸鋁構(gòu)成的23.3重量％的陶瓷纖維(渣球含量3％，纖維長5μm～100μm)，30.2重量％的平均粒徑為0.3μm的碳化硅粉末，7重量％的硅溶膠(溶膠中的SiO2的含量30重量％)，0.5重量％的羧甲基纖維素以及39重量％的水。除此之外，與實(shí)施例17的內(nèi)容相同，并制造出蜂窩結(jié)構(gòu)體10。
(參考例1～2)
將垂直于蜂窩狀單元的長度方向的最大截面積變更為圖1所示的值，除此之外，與實(shí)施例1中的內(nèi)容相同，并制造蜂窩結(jié)構(gòu)體10。順便提出，在參考例1中，所使用的蜂窩狀單元垂直于長度方向的截面尺寸為5.2cm×5.2cm，在參考例2中，其尺寸為6.3cm×6.3cm。
(評價(jià))(1)熱沖擊試驗(yàn)(密封材料層外周部)進(jìn)行了熱沖擊試驗(yàn)，即、將各實(shí)施例和比較例所涉及的蜂窩結(jié)構(gòu)體分別放入電爐中，變更升溫速度，在700℃下保持30分鐘后，慢慢冷卻到室溫(20℃)。
上述熱沖擊試驗(yàn)，改變升溫溫度，得到了在蜂窩結(jié)構(gòu)體的密封材料層(外周部)上產(chǎn)生裂紋的試驗(yàn)條件，并且將該條件下的升溫速度作為蜂窩結(jié)構(gòu)體的耐熱沖擊臨界升溫速度。實(shí)施例和比較例所涉及的蜂窩結(jié)構(gòu)體的結(jié)果在表1中表示。
(2)熱沖擊試驗(yàn)(密封材料層接合部)進(jìn)行了熱沖擊試驗(yàn)，即、將各實(shí)施例和比較例所涉及的蜂窩結(jié)構(gòu)體分別放入電爐中，變更升溫速度(10℃/min、20℃/min)，在700℃保持30分鐘后，慢慢冷卻到室溫(20℃)。
在進(jìn)行上述熱沖擊試驗(yàn)之后，分別將蜂窩結(jié)構(gòu)體設(shè)在中空狀的圓筒夾具中。其后，選擇一設(shè)在蜂窩結(jié)構(gòu)體的大致中央部分的蜂窩過濾器，測定使蜂窩過濾器受到直徑為31mm的不銹鋼制圓筒夾具施加的沖壓方向上的壓力而破壞的荷重(粘接強(qiáng)度)，根據(jù)其結(jié)果，把該荷重作為受到熱沖擊后的密封材料層粘接部的沖壓荷重(破壞荷重)。
這時(shí)的實(shí)施例及比較例所涉及的蜂窩結(jié)構(gòu)體的試驗(yàn)結(jié)果在表1中示出。
(3)針對切削加工的耐加工性作為切削裝置，采用的是Okuma公司制造的凸輪研磨機(jī)(N34)。磨石SD20N75MF04、磨石旋轉(zhuǎn)的圓周速度固定在60m/sec，而使蜂窩結(jié)構(gòu)體的轉(zhuǎn)速為20rpm，一邊使兩者相互旋轉(zhuǎn)，一邊在長度方向上進(jìn)行切削加工時(shí)變更長度方向上的速度(橫向加工速度)，同時(shí)觀察裂紋等是否產(chǎn)生，并測定最高加工速度。
實(shí)施例和比較例所涉及的蜂窩結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生裂紋的速度的測量結(jié)果在表1中示出。
表1

如表1所示，實(shí)施例所涉及的蜂窩結(jié)構(gòu)體，在垂直于長度方向上的截面的蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形相對于構(gòu)成截面輪廓形狀的長軸是傾斜的，其外周的密封材料、作為粘接材料的密封材料的耐熱沖擊性和耐加工性優(yōu)秀，而比較例所涉及的蜂窩結(jié)構(gòu)體，在垂直于長度方向上的截面的蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形，形成在相對于構(gòu)成截面輪廓形狀的長軸大致垂直的方向上，與實(shí)施例所涉及的蜂窩結(jié)構(gòu)體相比，外周的密封材料、作為粘接材料的密封材料的耐熱沖擊性和耐加工性差。并且蜂窩狀單元的截面積大于等于25cm2的參考例所涉及的蜂窩結(jié)構(gòu)體與實(shí)施例的相比，耐熱沖擊性稍差。
權(quán)利要求
1.一種蜂窩結(jié)構(gòu)體，其在扁平狀陶瓷構(gòu)件的外周部上設(shè)有密封材料層，扁平狀陶瓷構(gòu)件由多個(gè)蜂窩狀單元通過密封材料層粘接而構(gòu)成，所述蜂窩狀單元以多孔質(zhì)陶瓷為主要成分，并且多個(gè)貫通孔隔著隔壁沿長度方向平行設(shè)置，其特征在于，在垂直于長度方向的截面上，蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形相對于構(gòu)成截面輪廓的形狀的長軸是傾斜的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述蜂窩狀單元垂直于長度方向的截面面積小于等于25cm2。
3.如權(quán)利要求1或2所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體，其特征在于，在垂直于長度方向的截面上，蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形，與構(gòu)成截面輪廓的形狀的長軸所構(gòu)成的角度在5°～85°范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述蜂窩狀單元由碳化硅陶瓷構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體，其特征在于，其擔(dān)載有催化劑。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述貫通孔在任意的一個(gè)端部被封孔。
7.一種制造扁平狀蜂窩結(jié)構(gòu)體的方法，其特征在于，包括如下工序蜂窩狀單元粘接工序，將多個(gè)貫通孔隔著隔壁沿長度方向平行設(shè)置并以多孔質(zhì)陶瓷為主要成分的多個(gè)蜂窩狀單元通過密封材料相互粘接，并進(jìn)行干燥；陶瓷構(gòu)件制作工序，對通過所述密封材料層而將多個(gè)上述蜂窩狀單元粘接的蜂窩狀單元集合體進(jìn)行切削加工，以使在垂直于長度方向的截面上，蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形相對于構(gòu)成截面輪廓形狀的長軸是傾斜的，獲得扁平狀的陶瓷構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種扁平狀的蜂窩結(jié)構(gòu)體，其在升溫時(shí)，密封材料層不易受到損壞，能夠維持粘接強(qiáng)度，而且對于物理沖擊的抵抗性能強(qiáng)。本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，多個(gè)蜂窩狀單元通過密封材料層被粘接構(gòu)成扁平狀陶瓷構(gòu)件，扁平狀陶瓷構(gòu)件的外周部上設(shè)有密封材料層，上述蜂窩狀單元以多孔陶瓷為主要成分，并且多個(gè)貫通孔隔著隔壁沿長度方向并列設(shè)置；并且在垂直于長度方向的截面上的蜂窩狀單元之間的密封材料層圖形相對于構(gòu)成截面輪廓的形狀的長軸是傾斜的。
文檔編號B01D39/20GK1784370SQ20048000211
公開日2006年6月7日 申請日期2004年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月6日
發(fā)明者高橋知久 申請人:揖斐電株式會(huì)社