CN101374584B - 陶瓷蜂窝过滤器 - Google Patents

Abstract

提供一种在具有由分隔壁分隔的多个流路的陶瓷蜂窝结构体的远离所述流路的端面的位置上形成密封部的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法，其中，具有如下工序：向所述流路的一方的端面侧填充基材，从另一方的端面侧向形成密封部的流路投入密封部形成材料，进行烧固。

Description

陶瓷蜂窝过滤器

技术领域

本发明涉及一种汽车发动机的排气气体净化装置，特别是适合用于除去来自柴油机的排气气体中的微粒子的净化装置中使用的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法。

背景技术

为保全环境，将来自柴油机的排气气体中以碳作为主要成分的微粒子除去的蜂窝过滤器被逐渐使用。蜂窝过滤器中，排气气体的流入侧及流出侧的两端面交替孔密封。如图4所示为具有这样结构的现有的陶瓷蜂窝过滤器的一例。该陶瓷蜂窝过滤器50由如下部分构成：由形成多个流路的多孔分隔壁3和包围多孔质分隔壁3的外周部1构成的多孔质陶瓷蜂窝结构体11；在多孔质陶瓷蜂窝结构体11的一方的端部密封流路2b的结果形成方格交错排列的孔密封部55；在多孔陶瓷蜂窝结构体11的另一方的端部，密封流路2a的结果为形成不与孔密封部55重合的方格交错排列的孔密封部56。含有微粒子的排气气体从流入侧开口端57流入流路2a，通过分隔壁3之后，经由邻接的流路2b，从流出侧端面58排出。此时，包含于排气气体中的微粒子被形成于分隔壁3的细孔(未图示)所捕捉到。当陶瓷蜂窝过滤器50持续捕捉微粒子时，则分隔壁3的细孔会产生筛眼堵塞，导致捕捉功能大幅降低，并且，压力损失变大从而降低发动机输出。堆积的微粒子(PM)可用电加热器、燃烧器、微波等燃烧，从而使陶瓷蜂窝过滤器50再生。另外，也可以利用担载于陶瓷蜂窝过滤器10的催化剂加速微粒子的氧化，进行陶瓷蜂窝过滤器50再生。

但是，在通常的柴油机运转状态中，由于不能获得PM燃烧程度的高排气气体温度，讨论过利用担载于蜂窝过滤器50的催化剂加速PM的氧化，使蜂窝过滤器50再生的技术。例如，将铂族金属和氧化铈等的稀土类氧化物一体地担载到作为高比表面积材料的氧化铝上的氧化剂担载型的蜂窝过滤器的实用化被促进。如果采用这样的催化剂担载型的蜂窝过滤器，利用催化剂加速燃烧反应，可除去堆积的PM。

但是，如图4所示，在现有结构的蜂窝过滤器50中，由于PM容易附着在催化剂活性度低的流入侧端面57、特别是流入侧密封部55的端面上，存在有过滤器的流入侧流路2a的流入口堵塞、压力损失上升的可能性。所以，提出了以容易进行蜂窝过滤器的再生、提高净化性能为目的，如图1所示，将密封部5设置于远离流路的流入侧端面的位置的蜂窝过滤器10。

作为将陶瓷蜂窝结构体的流入部及流出部的两端面以方格交错的方式密封的方法，在(日本)特开平3-232511号公开了用多孔片覆盖陶瓷蜂窝结构体的一方的端面，用屏蔽片覆盖另一方的端面，然后利用多孔片的小孔将陶瓷堵塞材料送入另一方的端面附近，使陶瓷堵塞材料固化并堵塞流路的端部的方法。但是，如图4所示，这种方法用于制作现有结构的蜂窝过滤器50，不能将密封部设置于比流路的端面更靠里面的位置。

在(日本)特表2004-536692号中公开了将陶瓷粉末浆液从流路的上端注入后在下端部收集，由此在流路的一端部形成密封部的方法。但是，该方法不仅不能将密封部形成于流路的一端部，还存在附着在流路的途中的陶瓷粉末堵塞分隔壁的细孔，导致压力损失变大的问题。

在远离陶瓷蜂窝的流入侧端面的位置设置密封部的方法在(日本)特公平3-68210号、(日本)特开平6-33739号及2004-19498号中被公开。

在(日本)特公平3-68210号的方法中，如图5(a)所示，将多孔质陶瓷制蜂窝结构体61的流路中不需要密封部的端面用蜡66栓塞，然后将流入侧端面67作为下部，将蜂窝结构体61浸入密封部形成用浆液69，向没有用蜡栓塞的流路62中填充浆液69。由于蜂窝结构体61本身具有吸水性，对于进入流路62的浆液其上部的位置比下部更多被分隔壁夺去水分，从而形成固化部分65a。如图5(b)所示，当将蜂窝结构体61倒置时，从残留在固化部分65a上的浆液中夺去水分、固化并且缩减体积。其结果为，在蜂窝结构体的端面67之间形成有间隙的密封部65。流入侧密封部65的位置利用放入流路62的浆液的量决定。但是，补充试验的结果可知，由于在流路62填充的浆液69的下部也发生比较多的固化，将蜂窝结构体61倒置时在端面67和固化部分65a之间的分隔壁上残留不能忽视的量的固化的浆液，其结果是比流入侧密封部65靠上游侧的压力损失变大。

(日本)特公平3-68210号还公开了如下方法：其在用挤出成形制造的蜂窝结构体的流路上埋入陶瓷刀片(ceramic chip)，进行烧结，由此形成和分隔壁一体化的流入侧密封部。但是，可知由于难以确保用挤出成形制造的蜂窝结构体和陶瓷刀片的膨胀率完全一致，由于伴随烧固的膨胀和收缩，在陶瓷刀片和分隔壁之间产生间隙后，使得微粒子的捕捉效果变小，并且，与分隔壁的结合也不充分，导致密封部脱落，而且陶瓷刀片会破坏分隔壁。

(日本)特开平6-33739号公开了如下的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法其在蜂窝成形体的流路的上游侧端部上埋入含有堇青石(コ一デイエライト)粉末的第一糊料，从第一糊料的上游侧埋入堇青石粉末及可然性粉末的第二糊料，由此仅将第一糊料以规定的尺寸挤入，利用烧固使可燃性粉末消失，在远离流路的上游侧端面的位置形成密封部。但是，在该方法中可知，即使充满流入侧密封部的上游部的第一糊料中的可然性粉末消失后，分隔壁附近的堇青石粉末也会多少烧结到分隔壁，导致分隔壁的细孔局部堵塞，因此容易堆积微粒子状物质。

(日本)特开2004-19498号公开了如下方法：其将含有堇青石及有机粘结剂的水性糊料装入具有长针的注射器，在蜂窝结构体的流路内距离上游侧端面以规定的深度一个一个(一舛ずつ)交替注入，由此在距离上游侧端面只在进入规定的长度的位置形成孔密封部。但是，该方法中可知，由于注射器的针的接触会导致流路的分隔壁破损。另外，也会产生糊料在注射器的针内固化、筛眼堵塞的情况。再者，由于向各流路插入注射器的针，特别是流路存在10000个以上的，外径超过150mm的大型陶瓷蜂窝过滤器中，会产生形成密封部需要大量时间的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够在短时间内在具有利用分隔壁分隔的多个流路的陶瓷蜂窝结构体中远离流路的端面的位置上可靠地形成密封部的方法。

鉴于上述目的锐意研究的结果，本发明者发现通过向陶瓷蜂窝结构体的流路的一方的端面侧填充基材，从另一方的端面侧向形成密封部的流路投入密封部形成材料，然后烧固，从而能够在远离所述流路的端面的位置处使密封部在短时间内可靠地形成，实现了本发明。

即，制造在具有由分隔壁分隔的多个流路的陶瓷蜂窝结构体中的远离所述流路的端面的位置上形成密封部的陶瓷蜂窝过滤器的本发明的方法，其体征在于，向所述流路的一方的端面侧填充基材，从另一方的端面侧向形成密封部的流路投入密封部形成材料，进行烧固。

为促进所述流路内的所述密封部形成材料的填充，优选进行填充促进剂的添加和/或机械的振动或者超声波振动。

所述密封部形成材料优选陶瓷粉末或其造粒粉、或封入有陶瓷粉末的浆液的囊。

所述囊的外径优选为所述流路内径的90％以下。

所述基材优选具有5～100Pa·s的粘度。所述基材优选为水溶性纤维素化合物的水溶液。所述水溶性纤维素化合物优选为选自甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素及羟丙基甲基纤维素中的至少一种。

利用本发明的制造方法，能够使在具有由分隔壁分隔的多个流路的陶瓷蜂窝结构体的远离所述流路的端面的位置上形成密封部的时间缩短，在应该密封的流路可靠地设置密封部。

附图说明

图1是示意地表示本发明的陶瓷蜂窝过滤器的剖视图。

图2(a)是示意地表示本发明的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法的基材的填充工序的剖视图。

图2(b)是示意地表示本发明的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法的密封部形成材料的投入工序的剖视图。

图2(c)是示意地表示本发明的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法的填充促进剂的投入工序的剖视图。

图2(d)是示意地表示本发明的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法的密封部形成材料的固化工序的剖视图。

图2(e)是示意地表示本发明的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法的密封部形成材料的烧固工序的剖视图。

图2(f)是示意地表示本发明的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法的另一端面侧的密封部形成材料的形成工序的剖视图。

图3(a)是详细表示图2(b)的工序的前一段的剖视图。

图3(b)是详细表示图2(b)的工序的后一段的剖视图。

图4是示意地表示现有的陶瓷蜂窝过滤器的剖视图。

图5(a)是示意地表示特公平3-68210号所述的形成孔密封部的一种方法的剖视图。

图5(b)是示意地表示特公平3-68210号所述的形成孔密封部的另一种方法的剖视图。

图6是示意地表示本发明的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法的另一剖视图。

具体实施方式

制造方法

在具有利用分隔壁隔开的多个流路的陶瓷蜂窝构造体中的远离流路的端面的位置上形成密封部的本发明的制造方法具有如下工序：将陶瓷蜂窝构造体11的一方的端面7侧浸渍到放入基材22的容器21中，并将基材22以规定的深度填充到流路的一方的侧面7侧的工序[图2(a)]；从另一方的端面8侧向形成密封部的流路2中投入密封部形成材料23，由此，将密封部形成材料23配置在距离一方的端面7侧有规定的距离D的位置处的工序。此时，如图2(c)所示，优选是进一步投入充填促进剂24。利用加热除去基材22的液体成分，并且，使密封部形成材料23一体化，在流路2的规定的位置(距离端面7侧仅隔离距离D)处形成密封部形成体5’[图2(d)]，然后将密封部形成体5’烧固，作为粘着于分隔壁4的密封部5[图2(e)]。利用具有这些工序的本发明的方法，能够缩短形成密封部的时间，并在远离端面的流路的规定位置上可靠地设置密封部5。

(1)密封部形成材料

作为密封部形成材料，可以使用具有耐热性的陶瓷粉末或其造粒粉、或者封入有陶瓷粉末的浆液的囊。这样的陶瓷粉末优选为堇青石、模来石、氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮化钛、硅铝氧氮陶瓷、锂铝硅酸盐、钛酸铝、或这些的混合物。从粘着性的观点出发，优选使用与陶瓷蜂窝结构体相同组成的陶瓷粉末。陶瓷蜂窝结构体是由例如高岭土、滑石粉、二氧化硅、氧化铝等构成的堇青石制，该组成中包含例如48～52质量％的SiO₂、33～37质量％的Al₂O₃、及12～15质量％的MgO。

(i)陶瓷粉末及陶瓷造粒粉

对陶瓷粉末及陶瓷造粒粉而言，为使投入流路时能均匀地填充，优选具有1～50μm的平均粒径。陶瓷造粒粉因为容易使均匀地填充而特别优选。特别是优选利用喷雾干燥器法形成的陶瓷造粒粉。

对陶瓷粉末或其造粒粉而言，优选含有粘结剂，以使密封部形成材料在基材22的加热干燥后到烧固为止的期间[图2(d)的工序和图2(e)的工序之间]能够保持形状。粘结剂优选为甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素等，密封部形成材料中的粘结剂的含有量优选为1～10质量％。

(ii)封入陶瓷粉末浆液的囊

作为密封材料封入有陶瓷粉末的浆液的囊的被膜优选由厚度50μm～200μm的明胶、琼脂、甘油等构成。优选在被膜的内面形成防止浆液的流出的保护层。囊的外径优选为流路内径的90％以下。当外径超过流路内径的90％时，投入时会塞满流路，不能将囊配置于规定的位置。更优选为流路内径的70％以下。囊内的浆液，优选含有与上述相同的陶瓷粉末。浆液浓度设定为在囊的被膜熔融后浆液可容易地流出的程度。

当填充囊之后加热基材时，囊的被膜熔融，密封材料浆液流出在流路内的基材22上，并且蒸发水分，固化浆液。使用封入密封材料的囊，因此浆液不会附着在由多孔质陶瓷构成流路的途中的分隔壁上，所以能够防止细孔的堵塞(压力损失的增大)。

(2)基材

基材优选由如下所述的材料构成：容易向陶瓷蜂窝结构体的流路填充，且难以被陶瓷蜂窝结构体吸收，在上面堆积的密封部形成材料不沉，燃烧后不残留灰分的材料。优选保水性高的有机化合物的水溶液，特别是优选甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙甲基纤维素等的水溶性纤维素化合物的水溶液。为使其难以被陶瓷蜂窝结构体的分隔壁吸收，基材的粘度优选为5～100Pa·s，更优选为5～20Pa·s。为获得这样的粘度，水溶性纤维素化合物的水溶液的浓度根据水溶性纤维素化合物的种类而不同，但优选1～10质量％程度，例如，作为2质量％程度。由于使用这样高粘度的基材，则堆积在基材上的密封部形成材料不会在基材内沉下。

(3)填充的促进

优选利用填充促进剂的添加、机械的振动或超声波振动等，促进投入流路内的密封部形成材料的填充。利用填充的促进，密封部形成材料在流路内被均匀化，从而提高烧固后的密封部的强度。作为填充促进剂可以使用水、乙醇、甘油、表面活性剂、或这些的混合物。更优选在填充促进剂的添加时或添加后，进行机械的振动或超声波振动。作为填充促进剂放入的水和/或乙醇由于将密封部形成材料均匀化后在比较短的时间内被分隔壁吸收，不会引起由于基材的软化导致的密封部形成材料的下沉。

陶瓷蜂窝过滤器

如图1所示，将以钛酸铝作为主结晶的陶瓷蜂窝结构体的由分隔壁分隔的多个流路利用本发明的方法进行孔密封而获得的陶瓷蜂窝过滤器10由如下部分构成：由形成多个流路2、3的多孔质分隔壁4和外周部1构成的多孔质陶瓷蜂窝结构体11；将各流路2、3的端部互相以方格交错的方式密封的孔密封部5、6。含有微粒子的排气气体从流入侧开口端7流入流路3、通过分隔壁4后，经由邻接的流路2，从流出侧端面8排出。此时，包含在排气气体中的微粒子被捕捉到在分隔壁3形成的细孔(未图示)。

以下，根据实施例对本发明的具体的实施方式进行说明，但是本发明并没有限定于这些实施例。

实施例1

如图1所示，在外周壁1的内侧具有由分隔壁3分隔的多个四边形的流路2、3，流路2、3的端部7、8由密封部5、6以方格交错的方式密封，将密封部5配置于远离流入侧端面7的流路内的蜂窝过滤器10利用以下工序进行制造。

将高岭土粉末、滑石粉粉末、二氧化硅粉末及氧化铝粉末以50质量％的SiO₂、35质量％的Al₂O₃、及15质量％的MgO的组成的方式进行调制，制作堇青石生成原料粉末。在该堇青石生成原料粉末中，混合作为粘结剂的甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素，及作为润滑材料且造孔剂的石墨粒子后，添加水，充分混匀后制作可塑化的陶瓷坯土(坏土)。将该陶瓷坯挤出成形并切断后，获得具有蜂窝结构的成形体。将该成形体干燥、烧固获得分隔壁的厚度为0.3mm、气孔率65％、平均细孔径20μm、分隔壁间距1.5mm、外径为280mm以及总长为310mm的堇青石质蜂窝结构体11。

如图2(a)所示，将蜂窝结构体11的一方的端面7侧的部分浸渍于在容器21内的由2质量％的甲基纤维素水溶液(粘度10Pa·s)构成的基材22。如图3(a)所示，在形成另一方的端面(上端面)8的密封部5的流路2上设置计量器31，将密封部形成材料23以规定量向计量器31中放入。密封部形成材料23是将平均粒径为5μm的高岭土粉末、平均粒径为15μm的滑石粉粉末、平均粒径为25μm的二氧化硅粉末及平均粒径为7μm的氧化铝粉末以50质量％的SiO₂、35质量％的Al₂O₃、及15质量％的MgO的组成的方式调制而成的堇青石生成原料的造粒粉。如图3(a)所示，操作设置于计量器31的下部的开闭器32，将计量器31内的陶瓷造粒粉从开闭器32的开口部向流路2内投入。拆下计量器31后，将作为填充促进剂24的市售的聚羧酸型表面活性剂的水溶液投入流路2内[图2(c)]。对载置于容器21的蜂窝结构体11在加热到150℃，除去基材22剂填充促进剂24的水分[图2(d)及图2(e)]，在流路的一方的端面侧，远离端面的位置处形成密封部形成体5’。

如图6所示，向蜂窝结构体11的另一方的端面8粘贴密封用薄膜72，在应该形成密封部的规定的流路3的部分利用激光以方格交错的方式开设孔，将另一方的端面8作为下部，并将蜂窝结构体11的一部分浸渍于密封材料浆液70，在与另一方端面8相接的流路3的部分形成密封部6[图2(f)]。将获得的陶瓷蜂窝结构体11用最高温度1400℃烧固，从而得到堇青石质陶瓷蜂窝过滤器10。

利用上述工序，以短时间在陶瓷蜂窝结构体11的远离流路的端面的位置处可靠地形成密封部5。还有，在本实施例中，在形成密封部5之后形成密封部6，但是，也可以在形成密封部6之后形成密封部5。

实施例2

将表面活性剂水溶液投入流路2内后，使陶瓷结构体11以100Hz振动20秒，将陶瓷造粒粉均匀地填充，除此之外和实施例1同样进行，获得堇青石质陶瓷蜂窝过滤器10。利用该方法，能够在短时间内在陶瓷蜂窝结构体的远离流路的端面的位置可靠地形成密封部5。

实施例3

作为密封部形成材料，使用封入有堇青石质陶瓷粉末的水性浆液且在被膜内面具有油性保护层的囊(外径：1.0mm，被膜厚度：100μm)，不使用填充促进剂将陶瓷结构体11加热到150℃后，使囊熔融并使浆液流向流路内，除此之外，实施例1同样进行，获得堇青石质陶瓷蜂窝过滤器10。利用该方法，能够在短时间内在陶瓷蜂窝结构体的远离流路的端面的位置处可靠地形成密封部。

比较例1

利用特开2004-19498号所述的方法，与实施例1使用的相同，将堇青石粉末的水性浆液在从堇青石质陶瓷蜂窝过滤器11的上游侧端面7进入内部的位置上用注射针一个一个交替注入，从而形成密封部。该方法形成密封部需要很长时间。另外，在获得的陶瓷蜂窝过滤器中的几个的流路中未形成密封部。

Claims (8)

1.一种陶瓷蜂窝过滤器的制造方法，所述陶瓷蜂窝过滤器在具有由分隔壁分隔的多个流路的陶瓷蜂窝结构体中的远离所述流路端面的位置上形成有密封部，其特征在于，

向所述流路的一方的端面侧填充基材，从另一方的端面侧向形成密封部的流路投入密封部形成材料，进行烧固，

所述基材具有5～100Pa·s的粘度。

2.根据权利要求1所述的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法，其特征在于，

促进所述密封部形成材料的填充。

3.根据权利要求2所述的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法，其特征在于，

所述密封部形成材料的填充促进，利用填充促进剂的添加、机械的振动或者超声波振动而进行。

4.根据权利要求2所述的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法，其特征在于，

所述密封部形成材料的填充促进，通过在填充促进剂的添加时或添加后，进行机械的振动或者超声波振动而进行。

5.根据权利要求1所述的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法，其特征在于，

所述密封部形成材料是陶瓷粉末或封入有陶瓷粉末的浆液的囊。

6.根据权利要求5所述的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法，其特征在于，

所述囊的外径为所述流路内径的90％以下。

7.根据权利要求1所述的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法，其特征在于，

所述基材是水溶性纤维素化合物的水溶液。

8.根据权利要求7所述的陶瓷蜂窝过滤器的制造方法，其特征在于，

所述水溶性纤维素化合物是选自甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素及羟丙基甲基纤维素中的至少一种。 

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