專利名稱：陶瓷蜂窩狀過濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于濾除柴油機(jī)廢氣中所含微粒的陶瓷蜂窩狀過濾器。
背景技術(shù)：
為濾除柴油機(jī)排放出的微粒，正在研究一種使用帶有多孔質(zhì)隔壁的陶瓷蜂窩狀過濾器，使含有微粒的廢氣通過其隔壁濾清。這種過濾器一般稱為微粒收集過濾器(柴油微粒過濾器)。圖2(a)為作為微粒收集過濾器用陶瓷蜂窩狀過濾器11的主視圖，圖2(b)為該部分剖面?zhèn)纫晥D，圖3為圖2所示陶瓷蜂窩狀過濾器11的模式剖面圖。如圖2及圖3所示，約呈圓筒狀的陶瓷蜂窩狀過濾器11具有外壁11a和裝在外壁11a內(nèi)側(cè)的多孔質(zhì)隔壁11b，在外壁11a及多孔質(zhì)隔壁11b或鄰接的多孔質(zhì)隔壁11b包圍的流道11c的流入側(cè)端部11d及流出側(cè)端部11e處由密封件12a、12b交叉密封。陶瓷蜂窩狀過濾器11的外壁11a在由固定件13a、13b固定的狀態(tài)下裝在金屬外殼14內(nèi)。
含有微粒的廢氣從陶瓷蜂窩狀過濾器11的流入側(cè)開放端11d進(jìn)入流道11c(由10a表示)，穿過多孔質(zhì)隔壁11b，再經(jīng)鄰接的流道11c，從流出側(cè)開放端11e排出(由10b表示)。在該過程中，廢氣內(nèi)所含的微粒被收集在多孔質(zhì)隔壁11b的細(xì)孔處。被收集的微粒在陶瓷蜂窩狀過濾器11內(nèi)一旦出現(xiàn)過量蓄積，則會(huì)導(dǎo)致過濾器11的壓降上升，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率下降。因此，一般采用外部電加熱器或燃燒器等外部燃燒裝置定期燃燒收集的微粒，使陶瓷蜂窩狀過濾器11進(jìn)行再生處理。將這種陶瓷蜂窩狀過濾器11用作微粒收集過濾器時(shí)，通常采用兩種方式(a)使用一對(duì)陶瓷蜂窩狀過濾器，在其中的一個(gè)過濾器再生時(shí)使用另一個(gè)過濾器交替再生方式，及(b)在收集微粒的同時(shí)，通過催化劑作用使微粒燃燒以再生過濾器的連續(xù)再生方式等。
對(duì)于這種微粒收集過濾器，壓降及微粒的收集效率以及可能收集時(shí)間(從微粒收集開始到壓降達(dá)到一定程度的時(shí)間)最為重要。收集效率和壓降為互反關(guān)系，收集效率越高壓降越大，在壓降降低時(shí)收集效率會(huì)隨之降低。為滿足這種有互反關(guān)系的過濾器的特性，以往在對(duì)如何控制陶瓷蜂窩狀過濾器的多孔質(zhì)隔壁氣孔率和平均孔徑進(jìn)行了研究。并對(duì)如何滿足能夠以高效率燃燒陶瓷蜂窩狀過濾器收集的微粒，以及不會(huì)因燃燒過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力而損壞等的必要條件進(jìn)行了研究。
基于這一現(xiàn)狀，特公平3-10365號(hào)公開了一種隔壁的細(xì)孔由孔徑為5-40μm的小孔和孔徑為40-100μm的大孔組成、小孔數(shù)為大孔數(shù)5-40倍的廢氣凈化過濾器，且其是一種在初期保持高收集率，同時(shí)壓降較低的廢氣凈化過濾器。這種過濾器隔壁上的細(xì)孔平均孔徑大于15μm，且累積細(xì)孔容積最好在0.3-0.7cm3/g范圍內(nèi)。雖然特公平3-10365號(hào)專利未記載隔壁的氣孔率P(體積％)，但若實(shí)施例中所使用的堇青石的密度ρ為2.5g/cm3，則可根據(jù)累積細(xì)孔容積V(cm3/g)導(dǎo)出的公式計(jì)算出隔壁的氣孔率P。
所述公式如下P(％)＝100Vρ/(1+Vρ)通過以上公式，將隔壁上存在細(xì)孔的累積細(xì)孔容積的最佳范圍(0.3-0.7cm3/g)換算成42.8-63.6體積％的氣孔率。
特公昭61-54750號(hào)公開了通過控制氣孔率和平均孔徑，可完成從高收集率到低收集率型過濾器的設(shè)計(jì)。作為特公昭61-54750號(hào)最佳具體實(shí)例，圖8給出了連接1、5、6及4各點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的氣孔率和平均孔徑。各點(diǎn)的氣孔率和平均孔徑如下。

特開平9-77573號(hào)公開了一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，其具有55-80％的氣孔率及25-40μm的平均孔徑，隔壁的細(xì)孔由孔徑為5-40μm的小孔和孔徑為40-100μm的大孔組成，小孔數(shù)量為大孔數(shù)量的5-40倍，且這種蜂窩狀結(jié)構(gòu)體具有高收集率、低壓降及低熱膨脹率。
然而，雖然通過陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的氣孔率、平均孔徑及隔壁孔徑的最佳化，在一定程度上能夠平衡過濾器的壓降及微粒的收集效率，但一旦加大氣孔率和平均孔徑，過濾器多孔質(zhì)隔壁的強(qiáng)度必然降低。這主要是因?yàn)槎嗫踪|(zhì)隔壁的強(qiáng)度與其氣孔率和平均孔徑呈互反關(guān)系。特別是為了獲得低壓降的過濾器，當(dāng)平均孔徑在60％以上或氣孔率在15μm以上時(shí)，其多孔質(zhì)隔壁的強(qiáng)度會(huì)顯著降低。因此，難以獲得耐久性強(qiáng)的陶瓷蜂窩狀過濾器，這種過濾器具有低壓降和高收集率，其不會(huì)因用作柴油機(jī)的收集微粒用過濾器時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力和熱沖擊以及由組裝時(shí)的緊固和振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力等而損壞。
在使對(duì)收集微粒后的以往蜂窩狀過濾器再生時(shí)，如圖3所示，由于廢氣穿過緊鄰?fù)獗?1a的流道，因此被收集微粒的燃燒熱會(huì)經(jīng)外壁11a及固定部件13a、13b發(fā)散給金屬外殼。因此，由于過濾器11的中心部與外部的溫差梯度過大，從而導(dǎo)致因熱應(yīng)力作用出現(xiàn)過濾器破裂，以及因外部溫度難以上升，所以會(huì)出現(xiàn)微粒燃燒不徹底等問題。
如圖2和圖3所示，在現(xiàn)有陶瓷蜂窩狀過濾器中，由于廢氣流入側(cè)的密封件的外端面為平面，因此微粒會(huì)堆積在流入側(cè)密封件的外端面。而且，由于微粒的凝集力非常強(qiáng)，因此微粒的堆積體會(huì)逐漸增大。若微粒的堆積體變大，則導(dǎo)致流入側(cè)流道會(huì)變小，過濾器的壓降上升。最終會(huì)縮短微粒收集時(shí)間，必須進(jìn)行煩瑣的過濾器再生。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)越機(jī)械強(qiáng)度及耐久性，同時(shí)能延長(zhǎng)微粒收集時(shí)間并降低壓降的陶瓷蜂窩狀過濾器。
鑒于所述目的，經(jīng)研究本發(fā)明人等通過合理限定陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的多孔質(zhì)隔壁的孔徑分布范圍，以及改良密封方法，發(fā)現(xiàn)了壓降低、收集率高及強(qiáng)度高優(yōu)化再生效率，從而獲得可以長(zhǎng)期收集微粒的陶瓷蜂窩狀過濾器。
即，本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器由具有劃分多條流道的多孔質(zhì)隔壁的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體構(gòu)成，廢氣穿過所述多孔質(zhì)隔壁濾除廢氣中的微粒，其特征在于，密封所述流道中所規(guī)定流道的端部，在通過水銀壓入法測(cè)定所述多孔質(zhì)隔壁的情況下，其氣孔率為60-75％及平均孔徑為15-25μm，關(guān)于所述多孔質(zhì)隔壁的累積細(xì)孔容積分布曲線由下式(1)Sn＝-(Vn-Vn-1)/[logDn-log(Dn-1)](1)(式中Dn為第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑(μm)，Dn-1為第n-1個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑(μm)，
Vn為第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)的累積細(xì)孔容積(cm3/g)，Vn-1為第n-1個(gè)測(cè)定點(diǎn)的累積細(xì)孔容積(cm3/g)，Sn為相對(duì)于第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑的累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度。)得出Sn的最大值在0.7以上。
Sn的最大值最好大于0.9，氣孔率最好為65-70％，平均孔徑最好為18-22μm。
最好是，構(gòu)成陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的多孔質(zhì)陶瓷的主要成份實(shí)質(zhì)上由42-56質(zhì)量％的SiO2、30-45質(zhì)量％的Al2O3以及12-16質(zhì)量％的MgO組成，結(jié)晶相的主成份最好使用堇青石。
最好是，用密封件密封外周壁的流道的兩端部，從所述密封件過濾器端面開始的長(zhǎng)度在過濾器總長(zhǎng)的8.2％以內(nèi)，且密封兩端的所述流道的距離從外周到中心，應(yīng)在最大5x隔壁間距的半徑方向長(zhǎng)度范圍內(nèi)。采用密封件密封流道的端部時(shí)，最好先用樹脂掩模覆蓋蜂窩狀構(gòu)造體端側(cè)的規(guī)定開口部，然后按規(guī)定深度浸入密封材料泥漿中，泥漿干燥后除去樹脂掩模，燒結(jié)密封件。
最好是，多孔質(zhì)隔壁的間隔在2.45mm以下，密封外周部附件以外的流道的密封件至少要有幾個(gè)沿流道方向突出隔壁端面0.01-5mm。
本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器由具有劃分多條流道的多孔質(zhì)隔壁的陶瓷蜂窩狀構(gòu)造體構(gòu)成，廢氣通過所述多孔質(zhì)隔壁濾除廢氣中的微粒，其特征在于，密封所述流道中規(guī)定流道的端部，所述多孔質(zhì)隔壁起催化劑載體的作用，對(duì)在通過水銀壓入法測(cè)定所述多孔質(zhì)隔壁的情況下，氣孔率為60-75％，平均孔徑為15-25μm，由關(guān)于所述多孔質(zhì)隔壁的累積細(xì)孔容積分布曲線的以下公式(1)Sn＝-(Vn-Vn-1)/[logDn-log(Dn-1)](1)(式中Dn為第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑(μm)，Dn-1為第n-1個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑(μm)，Vn為第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)的累積細(xì)孔容積(cm3/g)，Vn-1為第n-1個(gè)測(cè)定點(diǎn)的累積細(xì)孔容積(cm3/g))，Sn為相對(duì)第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)細(xì)孔徑的累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度。)表示的Sn的最大值大于0.7。
具有上述結(jié)構(gòu)的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的隔壁具有高氣孔率和明晰的孔徑分布，接近平均孔徑的細(xì)孔所占比例較多。因此，本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器具有低壓降和高強(qiáng)度。


圖1(a)為表示蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的一個(gè)實(shí)施例的主視圖；圖1(b)為圖1(a)中蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的局部剖面?zhèn)纫晥D；圖2(a)為表示使用蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的過濾器中一個(gè)實(shí)施例的主視圖；圖2(b)為圖2(a)中過濾器的局部剖面?zhèn)纫晥D；圖3表示廢氣流入陶瓷蜂窩狀過濾器的剖面略圖；圖4為表示由水銀壓入法求得的細(xì)孔徑與累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度Sn的關(guān)系的曲線圖；圖5為表示累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度Sn最大值與A軸壓縮強(qiáng)度的關(guān)系的曲線圖；圖6為表示實(shí)施例1和2及參考例1中蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的細(xì)孔徑與累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度Sn的關(guān)系的曲線圖；圖7(a)為表示現(xiàn)有陶瓷蜂窩狀過濾器的密封部中一個(gè)例子的放大剖面圖；圖7(b)為表示現(xiàn)有陶瓷蜂窩狀過濾器的密封部中另一例子的放大剖面圖；圖7(c)為表示現(xiàn)有陶瓷蜂窩狀過濾器的密封部中另一個(gè)例子的放大剖面圖；圖8(a)為表示本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器的密封部中一個(gè)例子的放大剖面圖；圖8(b)為表示本發(fā)明陶瓷蜂窩狀過濾器的密封部中另一個(gè)例子的放大剖面圖；圖9為表示本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器的密封部中各種例子的放大剖面圖；圖10(a)表示為了密封陶瓷蜂窩狀過濾器而設(shè)置樹脂掩膜的剖面略圖；
圖10(b)為表示密封陶瓷蜂窩狀過濾器后除去樹脂掩膜的剖面略圖；圖11(a)為表示參考例10陶瓷蜂窩狀過濾器的密封部位的放大剖面圖；圖11(b)為表示參考例11陶瓷蜂窩狀過濾器的密封部位的放大剖面圖；圖12為表示本發(fā)明陶瓷蜂窩狀過濾器中另一個(gè)例子的側(cè)視圖；圖13為圖12的A-A剖面圖；圖14(a)為表示本發(fā)明陶瓷蜂窩狀過濾器的另一實(shí)施例的局部剖面?zhèn)纫晥D；圖14(b)為表示本發(fā)明陶瓷蜂窩狀過濾器中另一實(shí)施例的局部剖面?zhèn)纫晥D；圖14(c)為表示本發(fā)明陶瓷蜂窩狀過濾器中另一實(shí)施例的局部剖面?zhèn)纫晥D；圖14(d)為表示本發(fā)明陶瓷蜂窩狀過濾器中另一實(shí)施例的局部端面?zhèn)纫晥D；圖15表示實(shí)施例1和2及參考例1得到的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的累積細(xì)孔容積與水銀壓入法設(shè)定值之間關(guān)系的曲線圖；圖16為造孔劑的粒徑分布圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明中，通過關(guān)于蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的隔壁的累積細(xì)孔容積曲線(以橫軸為孔徑，以縱軸為累積細(xì)孔容積的曲線圖表示的曲線)的以下公式(1)Sn＝-(Vn-Vn-1)/[logDn-log(Dn-1)](1)(式中Dn為第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑(μm)，Dn-1為第(n-1)個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑(μm)，Vn為第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)的累積細(xì)孔容積(cm3/g)，Vn-1為第(n-1)個(gè)測(cè)定點(diǎn)的累積細(xì)孔容積(cm3/g)，Sn為第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)相對(duì)細(xì)孔徑的累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度。)表示的Sn最大值大于0.7。其原因如下，陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度不僅取決于氣孔率及平均孔徑，還取決于孔徑分布。特別是即使由于孔徑分布急劇變化(通過提高細(xì)孔尺寸的均勻性)，氣孔率在60％以上且平均孔徑在15μm以上，仍可獲得高強(qiáng)度的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的氣孔率、平均孔徑及累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度Sn采用Micromeritics制自動(dòng)開塞機(jī)(オ-トポア)III9410，由水銀壓入法測(cè)定。采用水銀壓入法時(shí)，先將樣品裝入測(cè)定槽內(nèi)，在槽內(nèi)減壓后，導(dǎo)入水銀并加壓，從壓力和壓入樣品細(xì)孔中的水銀體積求得細(xì)孔徑與累積細(xì)孔容積的關(guān)系。若壓力加大，水銀則會(huì)浸入更加微細(xì)的細(xì)孔中，測(cè)定與加壓相當(dāng)?shù)奈⒓?xì)細(xì)孔的容積。因此，可按從大細(xì)徑孔到小細(xì)孔徑的順序得出測(cè)定數(shù)據(jù)。
從測(cè)定開始的第(n-1)個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑Dn-1和累積細(xì)孔容積Vn-1和第(n)個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑Dn及累積細(xì)孔容積Vn，利用上式(1)求得第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)的梯度Sn。在圖4為中表示了Sn的測(cè)定結(jié)果的一個(gè)例子。在圖4中，點(diǎn)a是由第1和第2個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑D1、D2和累積細(xì)孔容積V1、V2求得的梯度S1[(V1-V2)/(logD1-logD2)]，點(diǎn)b是由第2和第3個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑D2、D3和累積細(xì)孔容積V2、V3求得的梯度S2[(V2-V3)/(logD2-logD3)]。如圖4所示的累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度Sn的分布可知，如果Sn的最大值不足0.7，則孔徑分布范圍較廣，如果Sn的最大值大于0.7，則孔徑分布范圍非常窄。
若孔徑分布范圍較廣，粗大細(xì)孔增多會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度降低，另外，微粒堵塞細(xì)孔成為壓降增大原因的微細(xì)細(xì)孔的比例增多。因此，難以使低壓降和高強(qiáng)度同時(shí)并存。對(duì)此，若Sn的最大值大于0.7，由于孔徑分布非常狹小，故可降低粗大細(xì)孔與微細(xì)細(xì)孔的比例，使低壓降和高強(qiáng)度同時(shí)并存。這一點(diǎn)可從表示累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度Sn的最大值與A軸壓縮強(qiáng)度相對(duì)值的關(guān)系的圖5中得知。由圖5可知，當(dāng)Sn的最大值大于0.7時(shí)，A軸壓縮強(qiáng)度值為現(xiàn)有產(chǎn)品強(qiáng)度值(如Sn的最大值在0.6以下時(shí))的1.5倍以上。即，當(dāng)可知Sn的最大值大于0.7時(shí)，陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的機(jī)械強(qiáng)度顯著提高。為同時(shí)獲得低壓降和高強(qiáng)度，Sn的最大值最好大于0.9。
陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的氣孔率為60-75％內(nèi)。氣孔率低于60％時(shí)，過濾器的壓降會(huì)過高，超過75％時(shí)，不僅過濾器的強(qiáng)度會(huì)降低，同時(shí)微粒的收集效率也將隨之降低。氣孔率65％以上時(shí)過濾器的壓降更低。另外，當(dāng)氣孔率在70％以下時(shí)，會(huì)進(jìn)一步降低過濾器的強(qiáng)度和微粒收集效率。因此，氣孔率的最佳范圍應(yīng)為60-75％。
在陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體存在的細(xì)孔平均孔徑為15-25μm。平均孔徑不足15μm時(shí)，過濾器會(huì)出現(xiàn)壓降過高，而超過25μm時(shí)，不僅過濾器的強(qiáng)度會(huì)降低，同時(shí)由于收集不到極微小的顆粒，故微粒收集效率也降低。為同時(shí)獲得低壓降和高強(qiáng)度這一互反特性，平均孔徑的最佳范圍應(yīng)為18-22μm。
構(gòu)成陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的多孔質(zhì)陶瓷的主要化學(xué)成份實(shí)質(zhì)上由42-56質(zhì)量％的SiO2、30-45質(zhì)量％的Al2O3以及12-16質(zhì)量％的MgO等組成，結(jié)晶相的主要成份最好采用堇青石。本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器利用堇青石自身?yè)碛械牡蜔崤蛎浱匦?，即使施加熱沖擊也難以產(chǎn)生破裂。但本發(fā)明并不局限于使用堇青石，也可使用其它具有耐熱性的陶瓷，如莫來石、礬土、氮化硅、碳化硅、氮化鋁、鋰硅酸鋁、鈦酸鋁、氧化鋯等材料。
在過濾器再生時(shí)，為高效率燃燒微粒，(a)用密封件密封過濾器外壁附近流道的兩端、(b)從密封件過濾器端面開始的長(zhǎng)度小于過濾器總長(zhǎng)度的8.2％，且(c)使兩端密封的流道的長(zhǎng)度設(shè)定在從外壁到中心，最大5x隔壁間距的半徑方向長(zhǎng)度范圍內(nèi)為宜。其原因是，由于廢氣不會(huì)流入兩端密封的流道，因此能使密封的流道起到隔熱空氣層的作用，抑制從過濾器外壁向金屬外殼的熱輻射，從而能高效燃燒所收集的微粒。另外，通過設(shè)置兩端密封的流道，可最大限度地抑制過濾器的壓降，防止發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降。
通過從密封流道兩端密封件的過濾器端面開始的長(zhǎng)度在過濾器全長(zhǎng)的8.2％以內(nèi)，可以以能夠忽略的程度抑制微粒的燃燒熱通過密封件向金屬外殼的發(fā)散。當(dāng)密封件從過濾器端面開始的長(zhǎng)度超過過濾器全長(zhǎng)的8.2％時(shí)，不可忽略微粒燃燒熱向金屬外殼的發(fā)散，收集的微粒燃燒不徹底，將導(dǎo)致過濾器再生率的降低。
由于兩端部密封的流道長(zhǎng)度從外壁到中心設(shè)定在最大5x隔壁間距的半徑方向長(zhǎng)度范圍內(nèi)，故可最大限度將過濾器的壓降抑制在最小程度。但是如果兩端部密封的流道長(zhǎng)度從外壁到中心超過最大5x隔壁間距的半徑方向長(zhǎng)度范圍，將會(huì)相對(duì)減少具有過濾器功能的隔壁的比例，從而導(dǎo)致過濾器的壓降上升。
從密封過濾器外壁附近的流道兩端部密封件的過濾器端面開始的長(zhǎng)度最好小于過濾器總長(zhǎng)的3.3％。由此，過濾器外壁附近的流道起隔熱空氣層的效果會(huì)更大，從過濾器外壁發(fā)散到金屬外殼的熱量會(huì)進(jìn)一步減少，可更高效地燃燒所收集的微粒，過濾器的再生率將進(jìn)一步提高。
將兩端密封的外壁附近流道長(zhǎng)度從外壁到中心控制在最大3x隔壁間距的半徑方向長(zhǎng)度范圍內(nèi)，由此可進(jìn)一步降低過濾器的壓降。結(jié)果，會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的背壓，從而進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
在本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器中，隔壁間距(間隔)最好在小于2.54mm以下，除外壁附近流道，密封流道的密封件最好至少有幾個(gè)要伸出隔壁端面0.01-5mm。與此相比，如圖7(a)-(c)所示，現(xiàn)有的密封件12具有與隔壁外端面16在同一水平面內(nèi)的外端面15。
如圖8(a)及(b)所示，由于通過密封件12的突出部，流道11c的廢氣流入側(cè)端部部11d的實(shí)際開口率增大，故相對(duì)減少了對(duì)廢氣流的阻力，使廢氣沿流道方向順暢流動(dòng)。因此，由于微粒不易堆積在密封件12的外端面上，故可防止因流道流入側(cè)狹窄而造成壓降上升，從而獲得收集可能時(shí)間較長(zhǎng)的陶瓷蜂窩狀過濾器。另外，外壁附近流道的兩端密封后，由于固定件13a、13b的位置能起到阻塞流道的作用，故無需密封件12突出隔壁端面。
密封件12突出部具有圖8所示的形狀。密封件12的突出長(zhǎng)度Lp最好為0.01-5mm。密封件12的伸出長(zhǎng)度Lp不足0.01mm時(shí)，則增大流道11c的廢氣流入側(cè)端部11d的開口率的效果不明顯，微粒堆積在密封件12的外端面上且因流道流入側(cè)狹窄易于導(dǎo)致壓降上升。另一方面，如果突出部長(zhǎng)度Lp超過5mm，則在機(jī)械荷載作用于密封件12時(shí)，密封件12作用于隔壁端部的彎曲力矩將加大。因此，在使過濾器11插入金屬外殼14時(shí)等情況下，會(huì)擔(dān)心損壞密封件12的突出部。
當(dāng)將密封件12的突出部長(zhǎng)度Lp設(shè)定為大于0.1mm時(shí)，密封件12對(duì)廢氣流的阻力更小。另外，當(dāng)將密封件12的突出部長(zhǎng)度Lp設(shè)定為小于2mm時(shí)，密封件12的突出部就更加不易破損。因此，密封件12突出部的最佳長(zhǎng)度Lp應(yīng)在0.1-2mm范圍內(nèi)。
如圖8(b)所示，密封件12的徑向剖面積從隔壁端面伸出量越小越好。這樣，通過將密封件12的突出部設(shè)計(jì)為錐狀，可進(jìn)一步減小密封件12對(duì)廢氣流的阻力。
密封件12的外端面最好不要凹進(jìn)隔壁端面。如圖7(c)所示，即使密封件12伸出隔壁端面，一旦出現(xiàn)間隙17，由于微粒易于堆積在間隙17處，故易于引起由流道流入側(cè)狹窄引起的壓降上升。
密封件12的最佳長(zhǎng)度L為3-20mm。密封件12的長(zhǎng)度L不足3mm時(shí)，密封件12與隔壁11d的粘接面積過小，不能充分確保兩者間的粘接強(qiáng)度。而當(dāng)L超過20mm時(shí)，會(huì)減小過濾器11的有效剖面積。
密封件12外表面的表面粗糙度最好(最大高度Ry)在200μm以下。當(dāng)最大高度Ry超過200μm時(shí)，微粒會(huì)附著在密封件12的外面上，從而易于造成微粒堆積，因此易于因流道流入側(cè)變窄而產(chǎn)生的壓降上升。
在用水銀壓入法測(cè)定作為催化劑載體的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的隔壁11b的情況下，其氣孔率為60-75％及平均孔徑為15-25μm，以下是關(guān)于隔壁11b的累積細(xì)孔容積分布曲線的公式(1)Sn＝-(Vn-Vn-1)/[logDn-log(Dn-1)](1)(式中Dn為第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑(μm)，Dn-1為第n-1個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑(μm)，Vn為第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)的累積細(xì)孔容積(cm3/g)，Vn-1為第n-1個(gè)測(cè)定點(diǎn)的累積細(xì)孔容積(cm3/g)，Sn為第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)相對(duì)細(xì)孔徑累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度。)通過以上式子得出的Sn最大值在0.7以上。若滿足這一條件，則可達(dá)到低壓降、高收集率及高強(qiáng)度。
本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體可按以下工藝制造。首先，向陶瓷原料粉末中添加燒結(jié)后的氣孔率在60-75％范圍內(nèi)的造孔材料，所述造孔材料的平均粒徑在20μm以上、特別是在40-80μm范圍內(nèi)且粒徑20-100μm占50％以上。根據(jù)需要，將粘結(jié)劑、潤(rùn)滑劑等成形輔助劑混合在該混合物中，加水制成可塑化定量混合物。將所述定量混合物擠出成形，形成蜂窩狀構(gòu)造的成形體，烘干后，燃燒除去造孔材料。其次，燒結(jié)成型體，以獲得在隔壁中具有陶瓷固有的微細(xì)孔和通過去除造孔材料形成的細(xì)孔的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。這樣，陶瓷制品通過原有微細(xì)孔和由使粒徑一致的造孔材料(平均粒徑在20μm以上，粒徑20-100μm占50％以上。)所形成的細(xì)孔的組合，隔壁的平均細(xì)孔徑可控制在15-25μm范圍內(nèi)，同時(shí)，可將表示孔徑分布傾斜程度的Sn的最大值控制在0.7以上。特別是對(duì)于堇青石質(zhì)陶瓷，由于其本身就具有1-20μm的細(xì)孔徑，所以與平均粒徑為20μm以上且粒徑20-100μm占50％以上的造孔材料相組合，其效果最好。
造孔材料為石墨、小麥粉、樹脂粉末等，最好進(jìn)行分級(jí)以形成平均粒徑在20μm以上、粒徑20-100μm占50％以上的粒度分布。另外，在使用樹脂粉末時(shí)，通過調(diào)整其制造條件，最好也達(dá)到平均粒徑在20μm以上、粒徑20-100μm占50％以上的粒度分布。
由于如果造孔材料為近似球狀，則在隔壁中所形成的細(xì)孔也將呈大致圓形，所以可減少對(duì)細(xì)孔的應(yīng)力集中，并制造出具有優(yōu)良機(jī)械強(qiáng)度的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。另外，如果造孔材料為空心體，則易于燃燒去除造孔材料。因此，在燃燒去除造孔材料時(shí)，隔壁不會(huì)出現(xiàn)龜裂的問題，并能提高生產(chǎn)成品率。
本文將通過下述具體實(shí)施例詳細(xì)介紹本發(fā)明，但本發(fā)明不應(yīng)局限于此。
實(shí)施例1及2，參考例1為制造具有由質(zhì)量49-51％的SiO2、質(zhì)量35-37％的Al2O3以及質(zhì)量13-15％的MgO構(gòu)成主要成份的堇青石，需要在高嶺土粉末、假燒高嶺土粉末、氧化鋁粉末、氫氧化鋁粉末、硅石粉末及滑石粉末中分別定量混合加入粘結(jié)劑、潤(rùn)滑劑及用作造孔劑的球狀樹脂粉末。向所得的混合物中加水，制成可塑化定量混合物。將此定量混合物壓制圓筒形蜂窩狀并烘干。
在圖16中表示了用作造孔劑的球狀樹脂粉末的粒徑分布。另外，球狀樹脂粉末的平均粒徑及20-100μm的粒徑比例見下表。

以1350-1440℃的溫度燒結(jié)所得成形體，如圖1所示，生產(chǎn)由多孔質(zhì)陶瓷隔壁3和貫通孔2構(gòu)成的各種堇青石材料蜂窩狀結(jié)構(gòu)體10。所得的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體10的直徑為143mm，長(zhǎng)度為152mm，隔壁的壁厚為0.3mm，每1cm2流道的數(shù)量為46個(gè)。
通過調(diào)整陶瓷原料粉末的粒徑和配比、造孔材料的粒徑及添加量、成形條件、燒結(jié)條件等，制造了實(shí)施例1和2及參考例1的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。采用Micromeritics制自動(dòng)開塞機(jī)III9410，由水銀壓入法測(cè)定各種陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的細(xì)孔徑。所得的累積細(xì)孔容積與水銀壓力設(shè)定值之間的關(guān)系如圖15所示。細(xì)孔徑與設(shè)定壓力的關(guān)系如下細(xì)孔徑＝-4αcosθ/P(式中α為水銀的表面張力；θ為水銀與固體的接觸角，P為設(shè)定壓力。)。由于4αcosθ為常數(shù)，故細(xì)孔徑與設(shè)定壓力為反比關(guān)系。另外，累積細(xì)孔容積為壓入水銀的體積/樣品的重量。由圖15可知，在約10μm-約100μm之間，實(shí)施例1樣品中的累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度非常傾斜，實(shí)施例2樣品的累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度也非常傾斜，但參考例1中樣品的累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度則較平緩。
與所述相同，求出各樣品的氣孔率、平均孔徑及累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度Sn的最大值。另外，本可根據(jù)測(cè)定數(shù)據(jù)的圖表求得平滑曲線，并可理應(yīng)根據(jù)其曲線上與細(xì)孔徑相同的微小間隔處累積細(xì)孔容積的差求出累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度Sn。但從如圖15可知，由于曲線十分平滑，且測(cè)定點(diǎn)涉及的細(xì)孔徑的對(duì)數(shù)實(shí)際上具有等間隔，因此，即便利用第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)與第(n-1)個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑數(shù)據(jù)求取梯度Sn，也幾乎沒有誤差。其所得結(jié)果參見表1。另外，各蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中隔壁的細(xì)孔徑與累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度Sn之間的關(guān)系如圖6所示。
如圖2(a)，(b)所示，通過采用密封件12a、12b密封各蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的兩端流道開口部，可獲得多孔堇青石蜂窩狀過濾器11。在表1中表示各種各過濾器11的壓降及耐破損性的評(píng)定結(jié)果。
在壓降試驗(yàn)臺(tái)上，通過使氣體定量流入蜂窩狀過濾器來測(cè)定壓降，并用如下標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)定。
○壓降在實(shí)用的容許值以下(合格)。
×壓降超過實(shí)用的容許值(不合格)。
關(guān)于耐破損性，根據(jù)社團(tuán)法人汽車技術(shù)會(huì)擬定的規(guī)格M505-87“汽車廢氣凈化催化劑用陶瓷整體(セラミツクモノリス)載體的試驗(yàn)方法”測(cè)定各過濾器的A軸壓縮強(qiáng)度，按如下標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定A軸壓縮強(qiáng)度的相對(duì)值(以現(xiàn)有產(chǎn)品水平指標(biāo)作為1.0)。
◎A軸壓縮強(qiáng)度為2.0以上(合格)。
○A軸壓縮強(qiáng)度不足2.0，在1.5以上(合格)。
×A軸壓縮強(qiáng)度不足1.5(不合格)。
基于壓降及耐破損性，按下述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
◎壓降為○，耐破損性為◎時(shí)。
○壓降及耐破損性均為○時(shí)。
×壓降及耐破損性中有一個(gè)即為不合格時(shí)。
表1


注(1)累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度由表1可知，在實(shí)施例1和2中，因Sn的最大值在0.7以上，所以，即使氣孔率超過60％，平均孔徑為15-25μm，過濾器的壓降也較小，耐破損也屬合格，綜合評(píng)價(jià)分別為◎及○。
另外，由于參考例1的陶瓷蜂窩狀過濾器，Sn的最大值不足0.7，所以壓降雖然合格，但耐破損性不合格(×)，綜合評(píng)價(jià)為×。
實(shí)施例3-7制作與實(shí)施例1相同的可塑化定量混合物，并按擠出成形法，由定量混合物制成圓筒形蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。為獲得各種隔壁厚度及每1cm2的流道數(shù)量，調(diào)整了成形模具的尺寸。用1350-1440℃溫度燒結(jié)各成型體，制成具有各種多孔質(zhì)隔壁及通孔的實(shí)施例3-7的堇青石質(zhì)蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。各蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的直徑為143mm、長(zhǎng)度為152mm、及隔壁厚度為0.15-0.33mm，每1cm2的流道數(shù)量為39-62個(gè)。另外，各蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的氣孔率為65％，平均孔徑為20.8％，累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度Sn的最大值為1.12。
采用與實(shí)施例1相同的方法密封過濾器的兩端，制作堇青石蜂窩狀過濾器。與實(shí)施例1同樣，測(cè)定了各過濾器的壓降及耐破損性。結(jié)果見表2。由表2可知，實(shí)施例3-7的堇青石蜂窩狀過濾器的綜合評(píng)價(jià)均為◎及○。
表2

實(shí)施例8及實(shí)施例9、參考例2作為高比例表面積的陶瓷材料，將中心粒徑為5μm的活性氧化鋁粉末和氧化鋁膠混入水中，得到活化鋁粉漿。與實(shí)施例1和2及參考例1相同，將該粉漿涂覆在陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體上。去除多余粉漿后，反復(fù)涂敷，最終將60g/L的活化鋁涂敷到蜂窩狀結(jié)構(gòu)體上。以120℃烘干蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，然后以800℃燒結(jié)。另外，再將蜂窩狀結(jié)構(gòu)體浸漬在氯化鉑氫氧溶液中，以120℃進(jìn)行干燥后，以800℃燒結(jié)。由此制成帶有約2g/L鉑催化劑的陶瓷蜂窩狀過濾器。
采用與實(shí)施例1相同的方法測(cè)定帶有鉑催化劑的陶瓷蜂窩狀過濾器的壓降。按照實(shí)施例1相同的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定帶有鉑催化劑的陶瓷蜂窩狀過濾器的壓降。另外，在壓降試驗(yàn)臺(tái)上使含碳粉的定量氣體流過蜂窩狀過濾器，使過濾器收集碳粉。測(cè)定碳粉收集前后的壓降，求取壓降差ΔP(碳粉收集后的壓降—碳粉收集前的壓降)，并采用以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定。其結(jié)果見表3所示。
○壓降在實(shí)用的容許值以下(合格)。
×壓降超過實(shí)用的容許值(不合格)。
表3

實(shí)施例8及實(shí)施例9的陶瓷蜂窩狀過濾器壓降并未因帶有催化劑而有所上升，帶有催化劑壓降的評(píng)價(jià)均為合格(○)。另一方面，參考例2的陶瓷蜂窩狀過濾器壓降因帶有催化劑而大幅上升，故壓降的評(píng)價(jià)均為不合格(×)。
實(shí)施例8和實(shí)施例9的陶瓷蜂窩狀過濾器，其碳粉收集前后的壓降差ΔP在實(shí)用的允許范圍內(nèi)屬合格(○)。而參考例2的碳粉收集前后的壓降差ΔP超出實(shí)用的允許范圍屬不合格(×)。
由所述可知，累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度Sn最大值在0.7以上的陶瓷蜂窩狀過濾器(實(shí)施例8和實(shí)施例9)，即使帶有催化劑后，壓降上升幅度也較小，且由于通過碳粉收集時(shí)壓降上升幅度也較小，因此過濾器性能優(yōu)良。
實(shí)施10-14、參考例3-7將具有與實(shí)施例1相同成份的堇青石的原料粉末混合，采用擠出成形法制成蜂窩狀成形體后，以1400℃溫度燒結(jié)，制成外徑為267mm、長(zhǎng)度為305mm、隔壁厚度為0.3mm、隔壁間距為1.47mm、外周壁厚為1.5mm的堇青石制造的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
為在交替密封堇青石蜂窩狀結(jié)構(gòu)體流道端部的同時(shí)，為了密封外壁附近流道的兩端，應(yīng)將由堇青石原料制成的密封灰漿填充到堇青石蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的流道端部之后，進(jìn)行烘干和燒結(jié)，制成全長(zhǎng)305mm的堇青石質(zhì)蜂窩狀過濾器。為調(diào)節(jié)從密封外周壁附近流道兩端密封件的過濾器端面開始的長(zhǎng)度以及密封兩端流道存在的范圍(以在端面處從外周壁向中心的半徑方向長(zhǎng)度來表示)，而調(diào)整了密封灰漿的充填條件。
使含有微粒的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣通過所得的堇青石蜂窩狀過濾器，收集微粒后，燃燒微粒，使過濾器再生。再生率及壓降的測(cè)定結(jié)果見表4所示。表4中，兩端密封流道的相對(duì)長(zhǎng)度為[(從密封外周壁附近流道兩端密封件的過濾器端面開始的長(zhǎng)度)/(過濾器全長(zhǎng))]×100。另外，所謂端面上兩端密封流道的范圍以從外壁向中心的半徑方向的長(zhǎng)度來表示密封兩端流道存在范圍。
再生率為[(收集的微粒量—再生后殘留的微粒量)/(所收集的微粒量)]×100(％)。采用以下標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定再生率。
◎再生率為90％以上時(shí)(合格)。
○再生率為80％以上時(shí)(合格)。
×再生率不足80％時(shí)(不合格)。
用7.5Nm3/min的流量氣體測(cè)定壓降，并按以下標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其評(píng)定。
◎壓降在200mmAq以下時(shí)(合格)。
○壓降為200mmAq-250mmAq時(shí)(合格)。
×壓降超出250mmAq時(shí)(不合格)。
綜合評(píng)價(jià)按下述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
◎再生率及壓降均為◎時(shí)。
○再生率及壓降均為合格時(shí)。
×再生率及壓降中即使有一個(gè)便為不合格時(shí)。
由表4可知，在實(shí)施例10-14中，從密封外周壁附近流道兩端密封件的過濾器端面開始的長(zhǎng)度在過濾器全長(zhǎng)的8.2％以下，由于密封兩端的外壁附近流道從外周壁到中心，在最大5x隔壁間距的范圍內(nèi)，所以再生率及壓降均為○或◎合格，綜合評(píng)定也均合格。特別是實(shí)施例13中，因?yàn)閺拿芊馔庵鼙诟浇鞯纼啥嗣芊饧倪^濾器端面開始的長(zhǎng)度在過濾器全長(zhǎng)3.3％以下的條件，以及密封兩端的外壁附近流道從外壁到中心的最大3x隔壁間距的范圍必要條件均得到滿足，所以再生率、壓降及綜合評(píng)定均為◎。
在參考例3-7中，從密封外周壁附近流道兩端密封件的過濾器端面開始的長(zhǎng)度超過過濾器全長(zhǎng)的8.2％，故微粒燃燒時(shí)，通過密封件燃燒熱發(fā)散較多，再生率不合格(×)，綜合評(píng)價(jià)也是×。
特別是在參考例6中，密封兩端的外周壁附近流道從外壁向中心最大5x隔壁間距的范圍之外。因此，雖然密封外壁附近兩端的流道隔熱效果較大，再生率為◎，但實(shí)質(zhì)上減少了起著過濾功能的流道數(shù)量，故壓降不合格(×)，綜合評(píng)定也不合格(×)。
在參考例7的過濾器中，由于在外壁附近沒有密封兩端的流道，通過外周壁未起到隔熱效果，故再生率不合格(×)，綜合評(píng)定也不合格(×)。
實(shí)施例15、16采用與實(shí)施例10相同的方法，混合堇青石的原料粉末，用擠出成形法制成蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。密封蜂窩狀結(jié)構(gòu)體兩端部規(guī)定流道后，以1400℃溫度燒結(jié)，制成堇青石質(zhì)蜂窩狀燒結(jié)體。在通過機(jī)械加工除去邊緣的燒結(jié)體的外周面，涂覆有100質(zhì)量部的堇青石聚集體(平均粒徑15μm)及在10質(zhì)量部的膠態(tài)硅石中加入粘結(jié)劑和水所得的灰漿，形成外周壁。其后，對(duì)外周壁進(jìn)行烘干及燒結(jié)，制成下述尺寸的堇青石質(zhì)蜂窩狀過濾器。
外徑267mm；全長(zhǎng)305mm；隔壁厚度0.3mm；隔壁間距1.47mm；及外周壁厚1.5mm。
按照與實(shí)施例4相同的方法，評(píng)定各蜂窩狀過濾器的再生率及壓降。結(jié)果見表4所示。在實(shí)施例15及16的任一個(gè)實(shí)施例中，從密封外周壁附近流道兩端密封件的過濾器端面開始的長(zhǎng)度在過濾器全長(zhǎng)8.2％以下的條件，以及密封兩端的外周壁附近的流道從外壁到中心的最大5x隔壁間距的范圍條件均得到滿足。結(jié)果，實(shí)施例15及16的過濾器的再生率、壓降都是○或◎合格，綜合評(píng)價(jià)也都合格。
表4

注Pp為隔壁間距。
實(shí)施例17-24、參考例8-11混合具有與實(shí)施例1相同成份的堇青石原料粉末，用擠出成形法制成蜂窩狀成形體。以在1425℃的溫度燒結(jié)各成形體，制成堇青石質(zhì)蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。這種蜂窩狀結(jié)構(gòu)體為圓柱形，其直徑為143.8mm，長(zhǎng)度為152.4mm，隔壁厚度為0.3mm、隔壁間距為1.8mm、氣孔率為65％。
如圖10(a)所示，用樹脂掩模18密封在蜂窩狀結(jié)構(gòu)體一端所限定的開口，與實(shí)施例10相同，從密封件過濾器端面開始的長(zhǎng)度為10mm的深度將蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的封閉側(cè)浸漬在密封件灰漿中。待灰漿干燥后，除去樹脂掩模18，如圖10(b)所示，制得密封件從端面伸出的陶瓷蜂窩狀過濾器。通過調(diào)整樹脂掩模18的厚度及形狀、密封材料灰漿等，將具有圖8(a)、(b)所示形狀的密封件12制成各種突出長(zhǎng)度。在另一端面上同樣設(shè)有長(zhǎng)度為10mm的密封件12。各密封件的表面粗糙度Ry為76μm。
蜂窩狀過濾器廢氣流入側(cè)端面的密封件12的突出長(zhǎng)度Lp為任意5個(gè)密封件的突出長(zhǎng)度的平均值。密封件12縮進(jìn)過濾器端面時(shí)，用負(fù)數(shù)表示密封件的突出長(zhǎng)度Lp。
另外，制造這樣的陶瓷蜂窩狀過濾器，其具有圖7(a)，(c)，圖11(a)，(b)所示的各種端面形狀的長(zhǎng)度為10mm的密封件。各密封件12的表面粗糙度Ry為76μm。
以3g/h將粒徑0.42μm的碳粉投入各蜂窩狀過濾器內(nèi)2個(gè)小時(shí)，然后，在壓降試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)定各蜂窩狀過濾器的壓降，并按如下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定。結(jié)果見表5所示。
◎優(yōu)(壓降不足360mmAq)。
○良(壓降在360mmAq以上，不足400mmAq)。
△中(壓降在400mmAq以上，不足450mmAq)。
×NG(壓降為450mmAq以上)。
表5

如表5所示，在實(shí)施例17-24的蜂窩狀過濾器中，由于密封件12從過濾器端面突出，所以，壓降為○或◎，壓降上升小。另外，在參考例8-11的蜂窩狀過濾器中，密封件12未突出過濾器端面，因此，易造成微粒堆積，故壓降評(píng)定結(jié)果為×，壓降上升幅度大。
圖12表示本發(fā)明陶瓷蜂窩狀過濾器的其它例子。圖13為圖12的A-A剖面圖。虛線30表示從外壁11a向中心方向2x隔壁間距的半徑方向長(zhǎng)度范圍，存在于虛線30與外周壁11a之間范圍內(nèi)的流道的兩端被密封。作為在外壁11a附近，具有密封兩端流道的過濾器11的例子，除圖12及13所示例子外，圖14(a)-(d)例舉了其它的例子。
雖然參照附圖對(duì)本發(fā)明作了說明，但本發(fā)明并不局限于圖8(a)、(b)及圖9所示的密封件的形態(tài)。陶瓷蜂窩狀構(gòu)造體的剖面形狀不限于圓形，也可采用橢圓形等其它形狀。
在本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀結(jié)造體中，由于隔壁細(xì)孔累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度Sn最大值為0.7以上，因此即使采用60-75％的大氣孔率，并且15-25μm的大平均孔徑比，在作為柴油機(jī)微粒過濾器使用時(shí)，也能滿足所謂低壓降和高收集效率的互反特性。而且，使用時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力和熱沖擊應(yīng)力、組裝時(shí)的機(jī)械緊固力和因振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力不會(huì)損壞本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器，并具有良好的耐久性。另外，本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器收集微粒的可能時(shí)間較長(zhǎng)，過濾器再生時(shí)能夠高效率去除微粒。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷蜂窩狀過濾器，其由具有劃分多條流道的多孔質(zhì)隔壁的陶瓷蜂窩狀構(gòu)造體構(gòu)成，利用廢氣通過所述多孔質(zhì)隔壁濾除廢氣中的微粒，其特征在于，密封所述流道中規(guī)定流道的端部，在通過水銀壓入法測(cè)定所述多孔質(zhì)隔壁的情況下，具有氣孔率為60-75％及平均孔徑為15-25μm，相對(duì)于第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑所述隔壁的累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度Sn的最大值大于0.7，所述累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度Sn如下式(1)Sn＝-(Vn-Vn-1)/[logDn-log(Dn-1)](1)(式中Dn為第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑(μm)，Dn-1為第n-1個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑(μm)，Vn為第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)的累積細(xì)孔容積(cm3/g)，Vn-1為第n-1個(gè)測(cè)定點(diǎn)的累積細(xì)孔容積(cm3/g)，)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷蜂窩狀過濾器，其特征在于，所述多孔質(zhì)隔壁的累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度Sn的最大值大于0.9。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陶瓷蜂窩狀過濾器，其特征在于，所述多孔質(zhì)隔壁的氣孔率為60-75％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的陶瓷蜂窩狀過濾器，其特征在于，所述多孔質(zhì)隔壁的平均孔徑為18-22μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的陶瓷蜂窩狀過濾器，其特征在于，主要成份實(shí)質(zhì)上由質(zhì)量42-56％的SiO2、質(zhì)量30-45％的Al2O3以及質(zhì)量12-16％的MgO構(gòu)成的化學(xué)組成，結(jié)晶相的主要成份是由堇青石的多孔質(zhì)陶瓷構(gòu)成。
6.一種陶瓷蜂窩狀過濾器，其由具有劃分多條流道的多孔質(zhì)隔壁的陶瓷蜂窩狀構(gòu)造體構(gòu)成，利用廢氣通過所述多孔質(zhì)隔壁濾除廢氣中的微粒，其特征在于，密封所述流道中規(guī)定流道的端部，且用密封件密封外周壁附近流道的兩端，從所述密封件過濾器端面開始的長(zhǎng)度在過濾器全長(zhǎng)的8.2％以內(nèi)，且密封兩端的所述流道存在于從外周壁到中心最大5x隔壁間距的半徑方向長(zhǎng)度范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的陶瓷蜂窩狀過濾器，其特征在于，用密封件密封外周壁附近流道的兩端，從所述密封件過濾器端面開始的長(zhǎng)度在過濾器全長(zhǎng)的8.2％以內(nèi)，且密封兩端的所述流道從外周到中心在最大5x隔壁間距的半徑方向長(zhǎng)度范圍內(nèi)。
8.一種陶瓷蜂窩狀過濾器，其由具有劃分多條流道的多孔質(zhì)隔壁的陶瓷蜂窩狀構(gòu)造體構(gòu)成，廢氣通過所述多孔質(zhì)隔壁濾除廢氣中的微粒，其特征在于，密封所述流道中規(guī)定流道的端部，所述多孔質(zhì)隔壁的間隔在2.54mm以下，密封外周部附近以外的流道的密封件至少要有幾個(gè)沿流道方向突出隔壁端面只有0.01-5mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的陶瓷蜂窩狀過濾器，其特征在于，所述多孔質(zhì)隔壁的間隔在2.54mm以下，密封外周壁附近以外流道的密封件至少要有幾個(gè)沿流道方向突出隔壁端面0.01-5mm。
10.一種陶瓷蜂窩狀過濾器，其由具有劃分多條流道的多孔質(zhì)隔壁的陶瓷蜂窩狀構(gòu)造體構(gòu)成，利用廢氣通過所述多孔質(zhì)隔壁濾除廢氣中的微粒，其特征在于，密封所述流道中規(guī)定流道的端部，所述多孔質(zhì)隔壁帶有催化劑，在通過水銀壓入法測(cè)定所述多孔質(zhì)隔壁的情況下，具有氣孔率為60-75％及平均孔徑為15-25μm，相對(duì)于第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)細(xì)孔徑的所述隔壁的累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度Sn最大值在0.7以上，所述累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度Sn如下式(1)表示Sn＝-(Vn-Vn-1)/[logDn-log(Dn-1)](1)(式中Dn為第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑(μm)，Dn-1為第n-1個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑(μm)，Vn為第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)的累積細(xì)孔容積(cm3/g)，Vn-1為第n-1個(gè)測(cè)定點(diǎn)的累積細(xì)孔容積(cm3/g))。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的陶瓷蜂窩狀過濾器，其特征在于，用密封件密封外周壁附近流道的兩端，從所述密封件過濾器端面開始的長(zhǎng)度在過濾器全長(zhǎng)的8.2％以內(nèi)，且密封兩端的所述流道存在于從外周到中心在最大5x隔壁間距的半徑方向長(zhǎng)度范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的陶瓷蜂窩狀過濾器，其特征在于，多孔質(zhì)隔壁的間隔在2.54mm以下，密封外周部附近以外的流道的密封件至少要有幾個(gè)沿流道方向突出隔壁端面只有0.01-5mm。
全文摘要
一種陶瓷蜂窩狀過濾器，其由具有劃分多條流道的多孔質(zhì)隔壁的陶瓷蜂窩狀構(gòu)造體構(gòu)成，利用廢氣通過所述多孔質(zhì)隔壁濾除廢氣中的微粒，其中，密封規(guī)定流道的端部，所述多孔質(zhì)隔壁帶有催化劑，對(duì)在通過水銀壓入法測(cè)定所述多孔質(zhì)隔壁的情況下，氣孔率為60－75％及平均孔徑為15－25μm，相對(duì)于第n個(gè)測(cè)定點(diǎn)的細(xì)孔徑的累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度Sn最大值在0.7以上，所述累積細(xì)孔容積分布曲線的梯度Sn如下式(1)表示Sn＝－(V
文檔編號(hào)F01N3/022GK1417455SQ0215455
公開日2003年5月14日 申請(qǐng)日期2002年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月13日
發(fā)明者諏訪部博久, 大坪靖彥, 德丸慎彌, 舟橋博, 中込惠一, 辻田誠(chéng), 通阪久貴 申請(qǐng)人:日立金屬株式會(huì)社, 日野自動(dòng)車株式會(huì)社