專利名稱：蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，其用于除去從諸如柴油機等內(nèi)燃機排出的廢氣中的顆粒等。
背景技術(shù)：
從諸如汽車、卡車等車輛以及建筑機械等的內(nèi)燃機排出的廢氣中含有諸如煤煙等顆粒已經(jīng)構(gòu)成了對環(huán)境及人體有害的問題。以前，為了捕集排氣中的顆粒并凈化排氣，提出了各種過濾器，并且也提出了具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的過濾器。
圖4是顯示一種具有這種蜂窩狀結(jié)構(gòu)的過濾器的立體圖。
該蜂窩狀過濾器60是由碳化硅等構(gòu)成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，蜂窩狀過濾器60中，通過作為粘結(jié)劑發(fā)揮作用的密封材料層64將多個四棱柱狀多孔陶瓷部件70結(jié)合在一起以構(gòu)成陶瓷構(gòu)件65，并且在該陶瓷構(gòu)件65的周圍也形成有密封材料層63。
圖5(a)是示意地顯示構(gòu)成圖4中所示的蜂窩狀過濾器的多孔陶瓷部件的立體圖，而圖5(b)是圖5(a)中所示的多孔陶瓷部件沿線B-B剖取的剖面圖。
多孔陶瓷部件70具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其中將長度方向平行設(shè)置的大量貫通孔71之間相互隔開的分隔壁73用作過濾器。
換言之，如圖5(b)所示，對于在多孔陶瓷部件70中形成的各個貫通孔71，排氣流入側(cè)或排氣流出側(cè)的任一個端部由密封材料72密封，從而使得進入一個貫通孔71的排氣必定在經(jīng)過隔開貫通孔71的分隔壁73后，從另一貫通孔71排出。
另外，設(shè)置在外周的密封材料層63是基于將蜂窩狀過濾器60安裝在內(nèi)燃機的排氣通路中時，防止排氣從陶瓷構(gòu)件65的周邊部分漏出而設(shè)置的。
當(dāng)將具有上述結(jié)構(gòu)的蜂窩狀過濾器60安裝在內(nèi)燃機的排氣通路中時，從內(nèi)燃機排出的排氣中的顆粒在經(jīng)過該蜂窩狀過濾器60時被分隔壁73捕集，從而凈化排氣。
對于具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的過濾器，除了將多個多孔陶瓷部件結(jié)合成束的結(jié)構(gòu)外，還已知如下過濾器(例如，參照專利文獻1、2、3)，即，整體上形成為由堇青石等制成的單個整體陶瓷體的過濾器；使用由氧化鋁、氧化硅、莫來石等構(gòu)成的無機纖維，通過擠出成型而形成的蜂窩狀過濾器；以及對由抄制的無機纖維制成的無機板或者金屬板進行波狀加工制成卷狀而形成的蜂窩狀過濾器。
具有上述結(jié)構(gòu)的蜂窩狀過濾器具有良好的耐熱性，并且在其上易于燃燒和除去顆粒(下面，稱作再生過程)等；因此被用于各種大型車輛、裝載有柴油機發(fā)動機的車輛等。
另外，還已知這樣的過濾器，其捕集排氣中的顆粒，并且還能夠凈化諸如CO、HC、NOx等有害排氣。在這些過濾器中，用于凈化排氣的催化劑附著在用作過濾器的部分(貫通孔等)上。
在其上附著催化劑的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，由于顆粒沉積在催化劑上，因此通過催化劑使顆粒燃燒所需的活化能降低，從而即使在低溫也可以使顆粒燃燒。因此，以往通過改善催化劑的分散度來增加反應(yīng)點，從而使顆粒在低溫燃燒，提高排氣的凈化性能。
在使用催化劑的上述過濾器中，通過使用下述兩種方法來進行再生和凈化過程。
在第一方法中，對排氣中有害氣體的凈化是連續(xù)的，但是在捕集的顆粒堆積達到一定附著量之前不進行再生過程。在達到一定附著量之后，進行再生過程以除去顆粒，并再次捕集顆粒。該方法就是多次重復(fù)這一過程。
在第二方法中，對排氣中有害氣體的凈化是連續(xù)的，對顆粒的燃燒除去也是連續(xù)的，從而使得顆粒在沒有沉積的情況下被持續(xù)地燃燒。
為了通過使用上述方法在較低壓力損失下可以進行有效的反應(yīng)，優(yōu)選增加在顆粒和催化劑的反應(yīng)點；因此，可以考慮增加蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的比表面積。
但是，當(dāng)采用通過增加每單位截面積的貫通孔數(shù)來擴大蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的比表面積的方法的情況下，因為蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的貫通孔的截面積較小，所以排氣難以流動，使得壓力損失增高，因而并不能提供實用的方法。
已經(jīng)提出另一種有效的方法，其中降低構(gòu)成過濾器的壁部的密度以增大氣孔率，從而存在大量開口孔；因此認(rèn)為，即使在過濾器壁部深層中的氣孔部分也捕集顆粒，并且可有效使顆粒與壁部內(nèi)的催化劑相接觸。
但是，當(dāng)上述方法用于上述過濾器中時，過濾器的強度變低。特別是在專利文獻1中所公開的過濾器的情況下，過濾器的強度變得非常低。為此，在燃燒除去所捕集的顆粒(以下稱作再生過程)時，這種類型的過濾器隨著顆粒的燃燒過程，而可能在過濾器的長度方向上經(jīng)受大的溫差，從而由于隨后的熱應(yīng)力而在過濾器中導(dǎo)致諸如裂縫的損傷。其結(jié)果是，上述過濾器失去了過濾功能。
另外，為了有效地利用發(fā)動機生成的排氣進行再生和凈化過程，期望將過濾器安裝在發(fā)動機的正下方；然而，該安裝空間非常有限。為此，需要將過濾器制成復(fù)雜的形狀；然而，將現(xiàn)有的過濾器難以制成復(fù)雜的形狀。
另外，還公開了疊層過濾器；然而，這些過濾器通過在陶瓷材料(杯土)中添加陶瓷纖維來增強韌性，并沒有實現(xiàn)高氣孔率(參照專利文獻4)。
專利文獻1JP-A 06-182228(1994)專利文獻2JP-A 04-2673(1992)專利文獻3JP-A 2001-252529專利文獻4JP-A 08-12460(1996)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于提供一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體可以承載大量的催化劑，并可抑制在捕集顆粒時壓力損失的增加，同時可有效地進行用于有害氣體的再生過程和/或凈化過程。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種柱形蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體主要由無機纖維構(gòu)成，大量貫通孔隔著分隔壁在長度方向平行設(shè)置，其特征在于，所述構(gòu)成該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的無機纖維中，與沿著與貫通孔的形成方向平行的面相比，沿著與貫通孔的形成方向垂直的面取向的無機纖維更多。
另外，在本發(fā)明的第一方面中，“與沿著與貫通孔的形成方向平行的面相比，沿著與貫通孔的形成方向垂直的面取向的無機纖維更多”的表達意思如下。即，如圖8所示，基于觀察蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的截面(隔開貫通孔的壁部)，假設(shè)將如貫通孔的形成方向與無機纖維101的方向所成的角度α為0～45℃那樣取向的無機纖維101定義為“沿著與貫通孔的形成方向平行的方向取向的無機纖維”，并且假設(shè)將貫通孔的形成方向與無機纖維102的方向所成的角α為45～90℃那樣取向的無機纖維102定義為“沿著與貫通孔的形成方向垂直的方向取向的無機纖維”，則沿著垂直方向取向的無機纖維比沿著平行方向取向的無機纖維多。另外，可以通過使用掃描電子顯微鏡(SEM)等來確定無機纖維在蜂窩狀結(jié)構(gòu)體截面(隔開貫通孔的壁部)上的取向。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種柱形蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體主要由無機纖維構(gòu)成，大量貫通孔隔著分隔壁在長度方向平行設(shè)置，其特征在于，按長度方向上貫通孔彼此疊置的方式疊層。
下面將對根據(jù)本發(fā)明第一和第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體進行說明。
本發(fā)明第一和第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體具有如下的結(jié)構(gòu)，其中長度方向上平行設(shè)置大量(或多個)貫通孔。這些貫通孔可以由兩端都沒有密封的通常的貫通孔形成，或者也可以包括任何一端密封的貫通孔(下面稱作有底孔)。
在上述貫通孔為兩端沒有密封的通常的貫通孔的情況下，該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體不發(fā)揮作為捕集顆粒的過濾器的功能；但是，通過在含有貫通孔的部分上附著催化劑，該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體發(fā)揮作為有害氣體的凈化裝置的功能。
相反，在上述大量貫通孔是任意一端被密封的有底孔的情況下，該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體發(fā)揮作為捕集顆粒的過濾器的功能，并且當(dāng)在其上進一步附著催化劑時，可以發(fā)揮作為捕集顆粒的過濾器以及有害氣體的凈化裝置的功能。
下面主要對發(fā)揮作為捕集顆粒的過濾器和有害氣體的凈化裝置的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體進行說明；然而，如上所述，第一和第二蜂窩狀結(jié)構(gòu)體可以簡單地作為過濾器發(fā)揮功能，或者可以作為有害氣體的凈化裝置發(fā)揮功能。
由于本發(fā)明第一和第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體使用無機纖維作為主要的構(gòu)成材料，因此可以實現(xiàn)具有足夠強度的高氣孔率的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
其中，所謂“使用無機纖維作為主要的構(gòu)成材料”，是指其構(gòu)成材料的一半以上由保留有無機纖維形狀的材料構(gòu)成，而構(gòu)成材料的另一半由無機粘結(jié)劑、有機粘結(jié)劑等構(gòu)成。
另外，在構(gòu)成本發(fā)明第一方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的無機纖維中，與沿著與貫通孔的形成方向平行的面相比，沿著與貫通孔的形成方向垂直的面取向的無機纖維更多。因而，由于允許排氣容易地經(jīng)過壁部，所以可以降低初期的壓力損失，同時壁內(nèi)部對顆粒的深層過濾變得容易；因此，可抑制在壁部表面上形成濾渣層，并抑制在捕集顆粒時壓力損失的增加。另外，由于在形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)體之前，可以將催化劑附著在用作構(gòu)成材料的無機纖維上，因此可以這種方式將催化劑附著在蜂窩狀結(jié)構(gòu)體上，以使其更加均勻地分散。結(jié)果，本發(fā)明第一方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體可增大對有害氣體的凈化功能。
在將催化劑附著在無機纖維上的情況下，與沿著與貫通孔形成方向近平行方向相比，沿與貫通孔形成方向垂直的面取向的纖維的比例大，因此與無機纖維的取向方向平行流動的排氣比例增加；因此，顆粒與附著在無機纖維上的催化劑接觸的機會(概率)增加，從而可容易地燃燒顆粒。
而且，因為高氣孔率而可實現(xiàn)較小的熱容量，因此可通過使用從內(nèi)燃機散發(fā)的排氣熱在早期階段將催化劑加熱至其活性溫度(用于再生和凈化過程)。特別是，在將過濾器放置在發(fā)動機正下方從而有效地利用來自此處的排氣熱時該結(jié)構(gòu)尤為有利。
而且，在根據(jù)本發(fā)明第一和第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，由于在其成型前可以將催化劑施加在用作構(gòu)成材料的無機纖維上，因此可以使催化劑以更加均勻地分散狀態(tài)附著在其上。由于這些結(jié)構(gòu)體在長度方向上具有層疊結(jié)構(gòu)，因此形成該層疊結(jié)構(gòu)時，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)體的用途自由組合相對于長度方向的催化劑分散度和催化劑種類。因此，根據(jù)本發(fā)明第一和第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體可以有效地改善再生過程和有害氣體的凈化功能。
在將催化劑放置在發(fā)動機正下方的情況下，過濾器空間非常有限，并且需要復(fù)雜的過濾器形狀；然而，由于本發(fā)明第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體具有在長度方向?qū)盈B的結(jié)構(gòu)，因此可以容易地解決這些問題，而不浪費材料。
另外，在進行再生過程時，隨著顆粒的燃燒過程，在過濾器的長度方向上產(chǎn)生較大的溫差，并且隨后在過濾器上產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力；然而，本發(fā)明第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體由于具有沿長度方向的層疊結(jié)構(gòu)，因此即使將這種溫差施加在整個過濾器上，施加在整個過濾器上的溫差也較小，并且隨后的熱應(yīng)力也變得較小。因此，該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體變得不易受到損害。特別是，盡管上述具有復(fù)雜形狀的過濾器在形狀上相對于熱應(yīng)力變得較弱，但是本發(fā)明第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體因為上述原因即使在具有復(fù)雜形狀時也不易產(chǎn)生諸如裂縫的損害。
另外，在本發(fā)明第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，可以通過將不同單元交替或隨機地層疊，而可容易地在蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的壁部的表面上形成凹凸。這樣，通過形成在壁部的表面上的凹凸可以增加過濾面積，并因此降低在捕集顆粒時的壓力損失。另外，據(jù)認(rèn)為這些凹凸能使排氣流形成紊流，從而可以減小在過濾器內(nèi)的溫差，以防止由于熱應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫等損害。另外，對于本發(fā)明的第一方面，當(dāng)貫通孔具有層疊結(jié)構(gòu)時，也可以獲得與本發(fā)明第二方面相同的功能和效果。
另外，本發(fā)明第三方面涉及蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，將主要由無機纖維構(gòu)成并在其中形成有貫通孔的板層疊，使上述貫通孔重疊。
通過使用上述本發(fā)明第三方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，可以很好地制造本發(fā)明第一和第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
本發(fā)明第一方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，沿著與貫通孔的形成方向垂直的面取向的無機纖維比沿著與貫通孔的形成方向平行的面取向的無機纖維多，所以如果提高氣孔率，可以使更多的催化劑附著在蜂窩狀結(jié)構(gòu)體上(包括蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部)，從而可以改善用于排氣的凈化功能；因此，可減少最初壓力損失，同時可以通過壁內(nèi)部容易地深層過濾顆粒，防止在壁部的表面上形成濾渣層并防止在捕集顆粒時壓力損失的增加。另外，本發(fā)明第一方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體由于使用無機纖維作為其構(gòu)成材料，因此即使在氣孔率增加時也可以維持足夠的強度。
當(dāng)沿著與貫通孔形成方向接近垂直方向取向的無機纖維的比例比沿著與貫通孔形成方向平行的面取向的纖維的比例大時，與無機纖維的排列方向平行地流動的排氣比率增加，從而使得顆粒與附著在無機纖維上的催化劑接觸的機會增加，由此可容易地燃燒顆粒。
此外，通過使氣孔率較高，熱容量變小，從而可以通過利用發(fā)動機散發(fā)的排氣熱容易地使蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的溫度提高至催化劑的活性溫度。因此，可以有效地利用排氣熱用于再生和凈化過程。
另外，本發(fā)明第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，由于使用無機纖維作為主要構(gòu)成材料，因此可以實現(xiàn)具有足夠強度的高氣孔率的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。因此，可以降低壓力損失，同時顆粒與附著在無機纖維上的催化劑接觸的機會增加，可以容易地燃燒顆粒。進而，由于熱容量小，因此通過利用從內(nèi)燃機散發(fā)的排氣熱，可以在早期階段將催化劑加熱至其活性溫度(用于再生和凈化過程)。特別是，當(dāng)將過濾器設(shè)置在發(fā)動機的正下方以有效地利用來自此處的排氣熱時該結(jié)構(gòu)尤為有用。
在將催化劑放置在發(fā)動機的正下方時，過濾器空間非常有限，并且有時需要復(fù)雜的過濾器形狀；然而，由于本發(fā)明第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體具有在長度方向的層疊結(jié)構(gòu)，因此可以容易地解決該問題，而且不浪費材料。
另外，在進行再生過程時，隨著顆粒的燃燒過程，在過濾器的長度方向上產(chǎn)生較大的溫差，并且隨后在過濾器上產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力；但是，本發(fā)明第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體由于具有沿長度方向的層疊結(jié)構(gòu)，因此即使在整個過濾器上產(chǎn)生較大溫差，在各個相應(yīng)單元上產(chǎn)生的溫差也變小，并且使隨后的熱應(yīng)力也變小。因此，該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體不易受到損害。特別是，盡管上述具有復(fù)雜形狀的過濾器相對于熱應(yīng)力變得較弱，但是本發(fā)明第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體因為上述原因即使在具有復(fù)雜形狀時也不易受到諸如裂縫的損害。
而且，對于本發(fā)明第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，由于可以在成型前將催化劑附著在用作構(gòu)成材料的無機纖維上，因此可以將催化劑以更加均勻地分散狀態(tài)附著在其上。由于該結(jié)構(gòu)體具有在長度方向上層疊結(jié)構(gòu)，因此形成該層疊結(jié)構(gòu)時，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)體的用途自由組合相對于長度方向的催化劑分散度和催化劑種類。因此認(rèn)為，本發(fā)明第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體可以有效地改善再生過程和用于有害氣體的凈化功能。
本發(fā)明第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，通過將不同單元交替或隨機地層疊，可以在蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的壁部的表面上容易地形成凹凸。這樣，通過形成在壁部的表面上的凹凸可以增加過濾面積，并可降低在捕集顆粒時的壓力損失。另外，這些凹凸能使排氣流形成紊流，從而可以減小在過濾器內(nèi)的溫差，進而防止由于熱應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫等損害。
另外，本發(fā)明第三方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造方法可很好地制造本發(fā)明第一和第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。


圖1(a)是示意性表示本發(fā)明第一方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的立體圖；圖1(b)是圖1(a)中所示的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體沿線A-A剖取的剖面圖。
圖2(a)是示意性表示構(gòu)成本發(fā)明第一方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的抄制板的立體圖；圖2(b)是表示將圖2(a)中所示的抄制板層疊以制作蜂窩狀結(jié)構(gòu)體狀態(tài)的立體圖。
圖3是示意性表示使用了本發(fā)明第一方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的排氣凈化裝置的一個示例的剖面圖。
圖4是示意性表示傳統(tǒng)的蜂窩狀過濾器的立體圖。
圖5(a)是示意性表示構(gòu)成圖4中所示的蜂窩狀過濾器的多孔陶瓷部件的立體圖；圖5(b)是圖5(a)中所示的多孔陶瓷部件沿著線B-B剖取的剖面圖。
圖6是顯示實施例1的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體距貫通孔1.5mm的內(nèi)部狀態(tài)的SEM照片。
圖7是顯示比較例1的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體距貫通孔1.5mm的內(nèi)部狀態(tài)的SEM照片。
圖8(a)是示意性表示蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的前視圖；圖8(b)是圖8(a)中所示的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體沿線B-B剖取的剖面圖。
圖9(a)是示意性表示本發(fā)明第一方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的另一實施例的立體圖；圖9(b)是示意性表示本發(fā)明第一方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的另一實施例的立體圖。
符號說明10蜂窩狀結(jié)構(gòu)體10a、10b抄制板11有底孔(貫通孔)13分隔壁20蜂窩狀結(jié)構(gòu)體23殼體200排氣凈化裝置具體實施方式
首先，將對本發(fā)明的第一方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的實施方式進行說明。
實施方式涉及的本發(fā)明第一方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體是柱形蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，主要由纖維組成，任意一端被密封的大量貫通孔(以下稱有底孔)隔著分隔壁在長度方向上平行設(shè)置，其特征在于，構(gòu)成上述蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的無機纖維中，與沿著與有底孔的形成方向平行的面相比，沿著與有底孔的形成方向垂直的面取向的無機纖維更多。
本發(fā)明第一方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體主要由無機纖維構(gòu)成。
對于無機纖維，其舉出例如氧化物陶瓷，例如，二氧化硅-氧化鋁、莫來石、氧化鋁和二氧化硅；氮化物陶瓷，例如，氮化鋁、氮化硅、氮化硼和氮化鈦；以及碳化物陶瓷，例如，碳化硅、碳化鋯、碳化鈦、碳化鉭和碳化鎢。
這些無機纖維可以單獨使用，或者可以組合使用兩種或兩種以上。
對于無機纖維的纖維長度，優(yōu)選的下限值為0.1mm，優(yōu)選的上限值為100mm，更優(yōu)選的下限值為0.5mm，更優(yōu)選的上限值為50mm。無機纖維的纖維徑優(yōu)選的下限值為1μm，優(yōu)選的上限值為30μm，更優(yōu)選的下限值為2μm，更優(yōu)選的上限值為20μm。
除了上述無機纖維之外，該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體可包含粘合劑，用于將無機纖維彼此結(jié)合從而維持預(yù)定的形狀。
對于上述粘合劑沒有具體限制，可以使用無機玻璃，例如，硅酸玻璃、硅酸堿玻璃和硼硅酸玻璃；三氧化二鋁溶膠；二氧化硅溶膠；二氧化鈦溶膠等。
對于上述粘接劑的含量，優(yōu)選的下限值為5重量％，優(yōu)選的上限值為50重量％；更優(yōu)選的下限值為10重量％，更優(yōu)選的上限值為40重量％；最優(yōu)選的上限值為20重量％。
對于上述蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的表觀密度，優(yōu)選的下限值為0.05g/cm3，優(yōu)選的上限值為1.00g/cm3；更優(yōu)選的下限值為0.10g/cm3，更優(yōu)選的上限值為0.50g/cm3。
對于上述蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的氣孔率，優(yōu)選的下限值為60體積％，優(yōu)選的上限值為98體積％；更優(yōu)選的下限值為80體積％，更優(yōu)選的上限值為95體積％。
氣孔率超過60體積％時，顆粒可深深地浸透蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，容易被過濾掉，從而易于使顆粒與承載在壁內(nèi)部的催化劑相接觸；因此，可提高反應(yīng)性。但是，超過98體積％的氣孔率趨于使其強度不足。
另外，可以通過已知的方法來測量表觀密度和氣孔率，例如重量法、阿基米德法和使用掃描電子顯微鏡(SEM)的測量方法。
在構(gòu)成蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的無機纖維上，可以承載由貴金屬制成的催化劑，例如鉑、鈀和銠。除了貴金屬之外，可以添加諸如堿金屬(元素周期表第1族)、堿土金屬(元素周期表第2族)、稀土類元素(元素周期表第3族)和過渡金屬元素。
當(dāng)其上承載這種催化劑時，使用了本發(fā)明的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的過濾器在發(fā)揮作為捕集排氣中顆粒并可通過催化劑進行再生的過濾器的功能的同時，可以發(fā)揮作為用于凈化排氣中含有的CO、HC、及NOx等的催化轉(zhuǎn)換器。
承載上述含有貴金屬的催化劑的本發(fā)明第一方面的蜂窩狀過濾器作為與現(xiàn)有已知的帶催化劑的DPF(柴油顆粒過濾器)同樣的氣體凈化裝置發(fā)揮功能。因此，此處省略了對本發(fā)明第一方面的蜂窩狀過濾器用作催化轉(zhuǎn)換器情況的詳細(xì)說明。
下面將參照附圖對本發(fā)明第一方面的實施方式進行說明。
上述蜂窩狀結(jié)構(gòu)體可以含有少量無機粒子和金屬粒子。對于無機粒子，可以舉出例如碳化物、氮化物和氧化物等。具體可以舉出由碳化硅、氮化硅、氮化硼、氧化鋁、二氧化硅、二氧化鋯、二氧化鈦等制成的無機粉末。對于金屬粒子，可以舉出金屬硅、鋁、鐵、鈦等。這些可以單獨使用，或者可以組合兩種或兩種以上使用。
圖1(a)是本發(fā)明第一方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的具體示例的示意性立體圖，而圖1(b)是沿圖1(a)的線A-A剖取的剖面圖。
如圖1(a)所示，蜂窩狀結(jié)構(gòu)體10是發(fā)揮過濾器的圓柱形結(jié)構(gòu)，其中大量任意一端被密封的有底孔11隔著分隔壁在長度方向平行設(shè)置。
換言之，如圖1(b)所示，有底孔11在排氣流入側(cè)或流出側(cè)的端部的任一個處被密封，從而使得進入一個有底孔11的排氣在一定通過隔開有底孔11的分隔壁13之后，才從另一有底孔11排出；因此，蜂窩狀結(jié)構(gòu)體可用作過濾器。
對于上述壁部的厚度，優(yōu)選的下限值為0.2mm，優(yōu)選的上限值為10.0mm；更優(yōu)選的下限值為0.3mm，更優(yōu)選的上限值為6mm。
對于在與該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的長度方向垂直的剖面上的貫通孔的密度，優(yōu)選的下限值為0.16個/cm2(1.0個/英寸2)，優(yōu)選的上限值為62個/cm2(400個/英寸2)；更優(yōu)選的下限值為0.62個/cm2(4.0個/英寸2)，更優(yōu)選的上限值為31個/cm2(200個/英寸2)。
另外，貫通孔的大小優(yōu)選設(shè)置在1.4mm×1.4mm至16mm×16mm的范圍內(nèi)。
本發(fā)明第一方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體可以具有上述一體結(jié)構(gòu)；或者，如圖1所示，優(yōu)選通過將厚度在0.1mm至20mm范圍內(nèi)的板狀構(gòu)件10a在長度方向上層疊形成的層疊體。
在這種情況下，優(yōu)選將板狀構(gòu)件10a層疊，并使貫通孔11沿長度相互疊置。
此處，所謂“貫通孔11相互疊置”是指將板狀構(gòu)件10a層疊時，形成于相鄰板狀構(gòu)件中的相應(yīng)貫通孔可彼此連通。
通過抄制法等可以容易地獲得上述板狀構(gòu)件，并且通過使它們層疊，可以得到由層疊體制成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。層疊體可以通過使用無機結(jié)合劑等粘接所述構(gòu)件而形成，或者可以通過簡單地物理層疊而形成。在制造層疊體時，可以通過在安裝在排氣管上時使用的殼體(金屬制筒狀構(gòu)件)中直接層疊薄板狀構(gòu)件，并對其施加壓力，從而形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。在這種情況下，由于最初形成了具有多層的層疊體，所以可以防止裂縫等出現(xiàn)。稍后將描述板狀構(gòu)件的形成方法和層疊方法。
在圖1所示的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體10中，其形狀是圓柱狀，但是，本發(fā)明第一方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體并不具體限于圓柱狀，可具有任何期望的柱形狀，例如，可以是橢圓柱狀和棱柱狀和任何大小。
另外，在將過濾器安裝在發(fā)動機正下方時，過濾器的空間非常有限，且需要復(fù)雜的過濾器形狀；然而，在本發(fā)明第一方面的情況下，即使是復(fù)雜形狀，例如如圖9(a)所示的在一側(cè)具有凹部的過濾器30以及如圖9(b)所示的在兩側(cè)具有凹部的過濾器40，也可以通過使抄制薄板30b或40b在長度方向疊置而容易地形成。另外，由于抄制薄板30b或40b在長度方向疊置，因此即使是在長度方向彎曲的形狀以及在長度方向逐漸變化的變形形狀，也可容易形成。
這里，使用蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的過濾器再生意味著使顆粒燃燒，并且對于本發(fā)明第一方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的再生方法，可以采用其中由安裝在排氣流入側(cè)的加熱裝置來加熱蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的方法，或者可以采用下述的方法，其中使氧化催化劑承載在蜂窩狀結(jié)構(gòu)體上，從而利用由排氣中的烴等在該氧化催化劑作用下氧化而產(chǎn)生的熱，在進行用于排氣的凈化過程同時進行再生過程。進而，可以將直接氧化顆粒的固態(tài)催化劑放置在過濾器上，或者利用放置在過濾器上游側(cè)的氧化催化劑來氧化NOx以生成NO2，從而通過生成的NO2使顆粒氧化。
下面，將對本發(fā)明第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的實施方式進行簡單地說明。
本發(fā)明第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的實施方式除下述方面之外，與本發(fā)明第一方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的實施方式基本相同。換言之，本發(fā)明第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體除了使板狀構(gòu)件層疊時使貫通孔一定沿長度彼此疊置，以及無機纖維不必沿預(yù)定方向取向這兩點與本發(fā)明第一方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的實施方式不同之外，其結(jié)構(gòu)上基本相同。因此，此處省略了對各構(gòu)成特征的詳細(xì)說明。
對于本發(fā)明第一和第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的用途，盡管沒有具體限制，但是優(yōu)選用于車輛的排氣凈化裝置中。
圖3是示意性地顯示設(shè)置有本發(fā)明第一及第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體車輛的排氣凈化裝置的一個示例的剖面圖。
如圖3所示，排氣凈化裝置200中，殼體23覆蓋本發(fā)明第一和第二方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體20的外部；殼體23的排氣導(dǎo)入側(cè)的端部與連接發(fā)動機等內(nèi)燃系統(tǒng)的引入管24連接，殼體23的另一端與連接外部的排氣管25連接。此處，圖3中箭頭顯示排氣流。
在具有上述結(jié)構(gòu)的排氣凈化裝置200中，從諸如發(fā)動機的內(nèi)燃系統(tǒng)排出的排氣通過引入管24而引入殼體23內(nèi)，從蜂窩狀結(jié)構(gòu)體20的貫通孔經(jīng)過壁部(分隔壁)，從而在該壁部(分隔壁)中捕集顆粒而使其凈化，之后通過排氣管25排到外部。
這樣，大量顆粒堆積在蜂窩狀結(jié)構(gòu)體20的壁部(分隔壁)上，壓力損失增加，然后通過使用上述方法使蜂窩狀結(jié)構(gòu)體20經(jīng)受再生過程。
下面將對本發(fā)明第三方面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造方法進行說明。
本發(fā)明的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造方法的特征在于，將主要由無機纖維制成并且設(shè)置有貫通孔的板層疊時，使貫通孔彼此疊置。
通過使用本發(fā)明的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，可以很好地形成本發(fā)明第一或第二實施例的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
下面，參照圖2，將按照過程順序，對本發(fā)明的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造方法的一個示例進行說明。
(1)向無機纖維施加催化劑的過程使諸如氧化鋁纖維等無機纖維浸入在承載有由諸如Pt等貴金屬制成的催化劑的氧化物漿液中，然后從漿液中取出并加熱，以制備附著有催化劑的無機纖維。可以使無機纖維浸入在包含催化劑的漿液中，然后取出并加熱，從而可以使催化劑直接附著在無機纖維上。催化劑的總載負(fù)量優(yōu)選在0.01g/10g至1g/10g無機纖維的范圍內(nèi)。在制造沒有催化劑載負(fù)在其上的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體時，該過程可省略。
這樣，在本發(fā)明第一和第二方面的第一和第二蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，由于可以在形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)體之前將催化劑附著在作為構(gòu)成材料的無機纖維上，因此可以使催化劑以更加均勻設(shè)置的方式附著在蜂窩狀結(jié)構(gòu)體上。因此，所獲得的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體可以增強對顆粒的燃燒功能和用于有害氣體凈化的功能。另外，可以在通過抄制形成板后進行施加催化劑的過程。
(2)抄制用漿液的制備過程接下來，將從過程(1)獲得的承載有催化劑的無機纖維以1升水5g至100g的比例分散，除此之外，相對100重量份無機纖維，添加10重量至40重量份諸如二氧化硅溶膠等無機粘合劑以及1重量份至10重量份諸如丙烯酸乳液等有機粘合劑，并且根據(jù)需要再添加少量諸如硫酸鋁等凝固劑以及諸如聚丙烯酰胺等凝集劑，并充分?jǐn)嚢枰灾苽涑朴脻{液。
對于有機粘合劑，可以舉出例如甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、聚乙二醇、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚乙烯醇以及苯乙烯丁二烯橡膠等。
(3)抄制過程通過使用穿孔篩對過程(2)中獲得的漿液進行抄制，在該穿孔篩中以相互之間預(yù)定的間隔形成具有預(yù)定形狀的孔，并在100℃至200℃范圍內(nèi)的溫度使獲得的材料干燥，從而獲得如圖2(a)中所示的具有貫通孔和預(yù)定厚度的抄制板10a。抄制板10a的厚度優(yōu)選在0.1mm至20mm的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的第一和第二方面中，例如通過使用其中以交錯圖案形成有預(yù)定形狀孔的篩，可以獲得兩端用的抄制板10b。換言之，通過在兩端處使用該抄制板，在形成貫通孔之后，不必在兩端處密封預(yù)定貫通孔，即可獲得用作過濾器的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
(4)層疊過程如圖2(b)所示，通過使用在一側(cè)具有按壓構(gòu)件的圓筒狀殼體23，首先在殼體23內(nèi)層疊多片兩端用的抄制板10b，之后將多張內(nèi)部抄制板10a層疊。接著，最后層疊多片兩端用的抄制板10b，并且在按壓后，將另一按壓構(gòu)件也放置在另一側(cè)并固定在其上，從而制備完成到封裝的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
在該過程中，使抄制板10a、10b層疊時，使貫通孔彼此疊置。
在以這種方式簡單地將抄制薄板物理層疊以形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的情況下，當(dāng)將該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體安裝在排氣通路上時，即使該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中出現(xiàn)一定程度的溫度設(shè)置，而每張板的溫度設(shè)置也較小，因此不易產(chǎn)生裂縫等。
另外，通過抄制，上述無機纖維的取向與抄制板的主要表面幾乎平行，制作層疊體時，上述無機纖維中，與沿著與貫通孔的形成方向平行的面相比，沿著與貫通孔的形成方向垂直的面取向的無機纖維更多。因此，排氣更容易穿過蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的壁部；因此，可以減少初期的壓力損失，并且可在壁內(nèi)部的更深層地過濾顆粒。因此，可防止在分隔壁的表面上形成濾渣層，并因此抑制在顆粒捕集時壓力損失的增大。
另外，由于排氣在與無機纖維的取向方向平行地流動的比例增加，因此顆粒與附著在無機纖維上的催化劑接觸的機會增加，從而可使顆粒容易燃燒。
另外，在形成具有不同尺寸孔的抄制板并將其層疊的情況下，允許有底孔形成凹凸，從而可形成具有較大表面積的有底孔。因此，使過濾面積變大，從而可降低捕集顆粒時的壓力損失。因此，可以捕集更多的顆粒。對于孔的形狀，并不特別限于四邊形(正方形)，可以采用諸如三角形、六邊形、八邊形、十二邊形、圓形和橢圓形的任意形狀。
實施例下面，將以實施例的方式詳細(xì)地說明本發(fā)明；然而，本發(fā)明并不僅限于這些實施例。
(1)向無機纖維施加催化劑的過程使氧化鋁纖維(平均纖維直徑5μm，平均纖維長度0.3mm)浸在載負(fù)有Pt等的氧化鋁漿液(Pt濃度5重量％)中2分鐘，然后在500℃加熱，以制備附著催化劑的氧化鋁纖維。Pt的附著量為0.24g/10g氧化鋁。
(2)抄制用漿液的制備過程接下來，將從過程(1)獲得的無機纖維以1升水10g的比例分散，除此之外，作為無機粘合劑，添加相對纖維5重量％的二氧化硅溶膠；作為有機粘合劑，添加3重量％的丙烯酸乳液。此外，還向其中添加少量用作凝固劑的硫酸鋁以及用作凝集劑的聚丙烯酰胺，并且充分?jǐn)嚢柙摶旌衔镆灾苽涑朴脻{液。
(3)抄制過程通過使用直徑為143.8mm的穿孔篩對在過程(2)中獲得的漿液進行抄制，該穿孔篩上幾乎全面形成有相互間隔為2mm的孔，孔的尺寸為4.5mm×4.5mm，并在150℃的溫度使獲得的物質(zhì)干燥，從而獲得1mm厚的抄制板A1，抄制板A1整個表面上形成有相互間隔為2mm且尺寸為4.5mm×4.5mm的孔。
另外，為了獲得兩端用的薄板，通過使用其中以交錯圖案形成尺寸為4.5mm×4.5mm的孔的篩，并進行同樣的抄制和干燥過程，以制備抄制板B。
(4)層疊過程將在一側(cè)具有按壓構(gòu)件的殼體(圓筒狀金屬容器)布置成使得按壓構(gòu)件所安裝的一側(cè)朝下。在將三張抄制板B層疊之后，層疊150張抄制板A1，最后層疊三張抄制板，進一步進行擠壓，其后將另一按壓構(gòu)件放置在另一側(cè)并固定在其上，從而制備由層疊體構(gòu)成的長度為150mm的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的Pt附著量為5g/l。
在該過程中，將板層疊時，使貫通孔彼此疊置。
除將Pt催化劑的附著量變?yōu)?.1g/10g氧化鋁(實施例2)和0.15g/10g氧化鋁(實施例3)之外，進行與實施例1相同的過程以獲得蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。實施例2的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的Pt附著量為2g/l，而實施例3的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的Pt附著量為3g/l。
除將氧化鋁纖維的纖維長度變?yōu)?0mm(實施例4)和50mm(實施例5)之外，進行與實施例1相同的過程以獲得蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
除了分別使用二氧化硅-氧化鋁纖維(實施例6平均纖維直徑3μm，平均纖維長度1mm)和二氧化硅-氧化鋁纖維(實施例7平均纖維直徑3μm，平均纖維長度20mm)取代氧化鋁纖維，進行與實施例1相同的過程以獲得蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
除了使用具有與抄制板A1相同的形狀且厚度為2mm的抄制薄板A2，并且將層疊的抄制板A2設(shè)定為75張之外，進行與實施例1相同的過程以獲得蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。

除了使用具有與抄制板A1相同的形狀且厚度為15mm的抄制薄板A3，并且將層疊的抄制板A3設(shè)定為10張之外，進行與實施例1相同的過程以獲得蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
制作75張與實施例1相同的抄制板A1，并且將孔的大小變?yōu)?.0mm×4.0mm，除此之外，通過進行與抄制板A1相同的過程制作75張抄制板A4；并且，除了將這些板交替地層疊之外，進行與實施例1相同的過程以獲得蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
制作75張與實施例1相同的抄制板A1，并且將孔的大小變?yōu)?.5mm×3.5mm，除此之外，通過進行與抄制板A1相同的過程制作75張抄制板A5，并且，除了將這些薄板交替地層疊之外，進行與實施例1相同的過程以獲得蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
(比較例1)與實施例1同樣，進行向無機纖維施加催化劑的過程(1)和抄制用漿液的制備過程(2)，并且通過使用沒有孔的144mm×150mm的篩將得到的漿液進行抄制過程，進而在150℃將得到的物質(zhì)干燥，以制備尺寸為144mm×150mm×2mm的抄制板C。另外，將抄制板C切成尺寸為144mm×4.5mm×2mm，從而制成抄制板D。
(4)層疊過程通過使用無機粘合劑將抄制板D的144mm×2mm面以4.5mm的間隔粘結(jié)并粘貼在抄制板C的表面上，從而制備尺寸為144mm×150mm×6.5mm的層疊板。此外，通過使用無機粘合劑使這些層疊板粘結(jié)并層疊，以形成尺寸為144mm×150mm×145mm的四棱柱狀的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
之后，對其周邊部分進行切削過程，最終形成直徑為143.8mm的圓柱形狀，并通過使用無機粘合劑，在其周邊施加密封材料，從而獲得具有尺寸為4.5mm×4.5mm貫通孔的圓柱形狀的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
然后，在將三張抄制板B層疊在一端安裝了按壓構(gòu)件的殼體(圓筒狀金屬容器)內(nèi)后，將所得到的圓柱形蜂窩狀結(jié)構(gòu)體推動并插入其中，再層疊三張抄制板B；最后，將另一按壓構(gòu)件放置在殼體的另一側(cè)并固定，從而制備直徑為143.8mm且長度為150mm的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
(比較例2)(1)將80重量％平均粒徑為10μm的α型碳化硅粉末和20重量％平均粒徑為0.5μm的β型碳化硅粉末進行濕式混合，向100重量份得到的混合物添加并捏合5重量份的有機粘合劑(甲基纖維素)、10重量份的水，以得到捏合物。然后，在上述捏合物中進一步添加并捏合少量增塑劑和潤滑劑后，將得到的混合物擠壓成型，從而形成生成型體。
然后，通過使用微波干燥器使上述生成型體干燥，在使用與上述生成型體相同組成的糊狀密封物質(zhì)填充預(yù)定貫通孔之后，通過使用干燥器再次進行干燥，然后在400℃脫脂，并且在常壓下氬氣氣氛中，于2200℃燒結(jié)3小時，從而制造作為碳化硅燒結(jié)體的多孔陶瓷部件，且其大小為33mm×33mm×150mm、貫通孔數(shù)為3.1個/cm2，分隔壁的厚度為2mm。
(2)使用耐熱性膠粘劑糊，將大量多孔陶瓷部件結(jié)合成束，然后通過使用金剛石刀具將其切斷，以形成直徑為141.8mm的圓柱狀的陶瓷構(gòu)件。所述耐熱性膠粘劑糊含有19.6重量％纖維長度為0.2mm的氧化鋁纖維、67.8重量％平均粒徑為0.6μm的碳化硅粒子、10.1重量％氧化硅溶膠和2.5重量％羧基甲基纖維素。
然后，將23.3重量％的無機纖維、30.2重量％的無機顆粒、7重量％的無機粘合劑、0.5重量％的有機粘合劑和39重量％的水混合并捏合，制成糊狀密封材料。其中，無機纖維是由氧化鋁硅酸鹽制成的陶瓷纖維(渣球含量3％，纖維長度0.1mm至100mm)；無機顆粒是平均粒徑為0.3μm的碳化硅粉末；無機粘合劑是二氧化硅溶膠(溶膠中的SiO2的含量30重量％)；有機粘合劑是羧基甲基纖維素。
然后，使用上述糊狀密封材料在上述陶瓷構(gòu)件的外周部分上形成厚度為1.0mm的糊狀密封材料層。另外，在120℃干燥該糊狀密封材料層，從而制造圓柱形蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。之后，利用傳統(tǒng)的方法以5g/l的比例將Pt附著在該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體上。
(比較例3)
(1)將65重量％氧化鋁纖維(平均纖維尺寸5μm，纖維長度0.3mm)、30重量％二氧化硅溶膠、3重量％有機粘合劑(甲基纖維素)和分別為1重量％的增塑劑以及潤滑劑混合并捏合，之后將獲得的混合物擠壓成型，以形成生成型體。
然后，通過使用微波干燥器使上述生成型體干燥，在使用與上述生成型體相同組成的糊狀密封材料填充預(yù)定貫通孔之后，通過使用干燥器將所得產(chǎn)物再次干燥，然后在400℃脫脂，并且在常壓下氬氣氣氛中，于1200℃燒結(jié)3小時，從而制成直徑143.8mm×長度150mm、貫通孔數(shù)為3.1個/cm2且分隔壁厚度為2mm的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
(2)然后，利用傳統(tǒng)的方法(其中將蜂窩狀結(jié)構(gòu)浸入在載負(fù)有Pt的氧化鋁漿液中)以5g/l的比例將Pt附著在該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體上。
(評價方法)(1)觀察顆粒向內(nèi)部的浸透度除了沒有催化劑附著在其上之外，制造與實施例和比較例相同的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，并且將各實施例和比較例的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體放置在發(fā)動機的排氣通路中，以用作過濾器，于是，形成排氣凈化裝置。然后，驅(qū)動上述發(fā)動機以轉(zhuǎn)數(shù)3000轉(zhuǎn)/分鐘和扭距50Nm運轉(zhuǎn)10分鐘，并且以與長度方向垂直的面進行切斷，進而通過使用掃描電子顯微鏡(SEM)來觀察橫截面，以確認(rèn)顆粒達到的深度，并確定顆粒達到的深度。表2顯示了向內(nèi)部浸透的程度。
(2)觀察再生過程除不在其上附著催化劑之外，制造與實施例和比較例相同的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，并且將各蜂窩狀結(jié)構(gòu)體放置在發(fā)動機排氣通路上以作為過濾器，于是，形成了排氣凈化裝置。然后，驅(qū)動上述發(fā)動機以轉(zhuǎn)數(shù)3000轉(zhuǎn)/分鐘和扭距50Nm運轉(zhuǎn)至過濾器中捕集8g/l的顆粒為止，然后對過濾器進行再生過程以使顆粒燃燒。
這里，對于實施例1至11的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，在再生過程中在板距離排氣流入側(cè)20mm位置的前后和板距離排氣流出側(cè)20mm位置的前后，測量過濾器內(nèi)的溫度。然后，計算出相對于各個位置的每張板在長度方向上產(chǎn)生的溫度差。另外，對于比較例1至3的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，測量距離排氣流入側(cè)20mm的位置和距離排氣流出側(cè)20mm的位置處的溫度。然后，計算出在各個蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的長度方向產(chǎn)生的溫度差。
另外，將上述捕集8g/l的顆粒的過程和再生過程反復(fù)進行100次，并且以與長度方向垂直的面切割各個蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，使用掃描電子顯微鏡(SEM)來觀察其中是否出現(xiàn)裂縫。
(3)觀察壓力損失的增加將各實施例和比較例的過濾器放置在發(fā)動機排氣通路中，以形成排氣凈化裝置。然后，驅(qū)動上述發(fā)動機以轉(zhuǎn)數(shù)1200轉(zhuǎn)/分鐘和扭距10Nm運轉(zhuǎn)100分鐘，并且測量所捕集顆粒量和壓力損失。
(4)蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的氣孔率通過使用重量氣孔率測量法來測量蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的氣孔率。制造條件和評價結(jié)果示于表1和2中。
表1

表2

注)在比較例1至3中，分別測量距離排氣流入側(cè)20mm的位置處和距離排氣流出側(cè)20mm的位置處的溫度，并計算兩位置之間的溫度差，從而將該值作為再生時蜂窩狀結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生的溫度差。
從表1和2所示的結(jié)果清楚可知，在各個實施例的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，對于構(gòu)成蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的無機纖維，與沿著與貫通孔(有底孔)的形成方向平行的面相比，沿著與貫通孔的形成方向垂直的面取向的纖維更多；因此，與比較例1的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體(其中，更多的纖維沿著與貫通孔的形成方向平行的表面取向)以及通過燒結(jié)陶瓷顆粒形成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體(比較例2)相比較，顆?？傻竭_蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的更深處。
圖6和7是SEM照片，該照片顯示出實施例1和比較例1的各個蜂窩狀結(jié)構(gòu)體距離流入排氣的貫通孔1.5mm位置處的壁內(nèi)的狀態(tài)。這些照片清楚地顯示出，在實施例的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，顆?？傻竭_該部分后被捕集，而在比較例1的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，顆粒未能到達該部分。對于比較例2的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，省略了附圖。
另外，與通過燒結(jié)陶瓷粒子制造的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體(比較例2)相比，在實施例的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，可以提高氣孔率，因此減少了初期壓力損失和捕集6g/l時的壓力損失。
從表2所示的結(jié)果清楚可知，在實施例的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，再生時在一張板狀物產(chǎn)生的溫度差在1℃至25℃的范圍內(nèi)。
相反，在比較例的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，再生時在蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中產(chǎn)生的溫度差在170℃至195℃的范圍內(nèi)。
因此，如表2所示，再生過程后可以在比較例的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中觀察到裂縫；相反，即使再生過程后在實施例的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中也未能觀察到裂縫。
另外，與通過燒結(jié)陶瓷粒子制造的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體(比較例2)相比，實施例的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中提高了氣孔率，因此減少了初期壓力損失及顆粒捕集時的壓力損失。
另外，實施例10和11的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中，在壁部的表面上形成凹凸，從而這種類型的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體可減少顆粒捕集后的壓力損失。
權(quán)利要求
1.一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，該蜂窩狀結(jié)構(gòu)體主要由無機纖維構(gòu)成，并具有將多個貫通孔隔著分隔壁在長度方向平行設(shè)置的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述蜂窩狀結(jié)構(gòu)體是通過將多個具有貫通孔的單元以使所述貫通孔沿長度方向彼此疊置的方式層疊而得到的。
2.如權(quán)利要求1所述的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，其中，所述具有貫通孔的單元是板狀物。
3.如權(quán)利要求2所述的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，其中，所述多個具有貫通孔的單元不同，并且以交替或隨機的方式層疊，從而在所述蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的壁部的表面上形成凹凸。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，其中，所述蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的貫通孔的端部的任何一端被密封。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，其中，所述蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的氣孔率為60體積％至98體積％。
6.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，其中，在所述無機纖維上載負(fù)有催化劑。
7.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，其用于排氣凈化裝置。
8.一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的制造方法，其特征在于，以使貫通孔彼此疊置 的方式，將主要由無機纖維構(gòu)成并具有所述貫通孔的單元層疊。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種用于過濾器的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體可以負(fù)載大量的催化劑，而且可以抑制在捕集顆粒時壓力損失的增加，同時具有較高的顆粒捕集能力，并且可以有效地進行再生過程和有害氣體凈化過程。本發(fā)明的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體為柱形蜂窩狀結(jié)構(gòu)體，其主要由無機纖維構(gòu)成，其中長度方向平行設(shè)置有多個由分隔壁分隔的貫通孔，其特征在于，所述蜂窩狀結(jié)構(gòu)體是通過將多個具有貫通孔的單元以使所述貫通孔沿長度方向彼此疊置的方式層疊而得到的。
文檔編號F01N3/022GK101053844SQ20071013590
公開日2007年10月17日 申請日期2004年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月10日
發(fā)明者大野一茂, 國枝雅文 申請人:揖斐電株式會社