JP5126681B2 - Ceramic honeycomb filter and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、セラミックハニカムフィルタ及びその製造方法に関する。中でも、ディーゼルエンジン等から排出されるPMを含む排気ガスを浄化するのに使用されるセラミックハニカムフィルタに使用されるに好適なセラミックハニカムフィルタ及びそのの製造方法に関する。 The present invention relates to a ceramic honeycomb filter and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to a ceramic honeycomb filter suitable for use in a ceramic honeycomb filter used for purifying exhaust gas containing PM discharged from a diesel engine or the like, and a method for manufacturing the same.
ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれる微粒子を除去するため、セラミックハニカム構造体1の隔壁3を多孔質セラミック体で構成し、隔壁で囲まれた流路2を、排気ガスの流入側7と流出側8で交互に目封止材で目封止部4、5を形成し、隔壁に排気ガスを通過させることで、排気ガス中の微粒子を隔壁に捕集する構造の微粒子捕集用セラミックハニカムフィルタ10(以下、ハニカムフィルタと略す)が実用化されている(図1)。このハニカムフィルタにおいて、捕集された微粒子が堆積すると、隔壁の細孔が目詰まりを生じることにより圧力損失が高くなるため、堆積した微粒子を燃焼して除去し、ハニカムフィルタを再生する必要がある。このため、ハニカムフィルタの機能としては、堆積した微粒子を燃焼する際の高温に繰返し晒される使用環境に耐えることが要求されている。従って、ハニカムフィルタには高い耐熱性と、高い耐熱衝撃性が必要であり、従来は隔壁を構成するセラミック体としてコーディエライトが主に用いられてきた。微粒子が燃焼する際には、微粒子の燃焼熱によりセラミックハニカムフィルタの温度がコーディエライトの融点である1450℃を超えることがあり、隔壁が溶損して、フィルタ機能が果たせなくなる場合もあった。そこで、融点が1860℃程度であるチタン酸アルミニウムを使用する検討が行われている。
In order to remove fine particles contained in the exhaust gas discharged from the diesel engine, the
特許文献1には、セラミックハニカム構造体の所定の流路の端部を目封止材で封入したセラミックハニカムフィルタで、セラミックハニカム構造体の40℃から800℃までの熱膨張係数αAが0から8.0×10-6/℃の範囲にあり、149μm以下のセラミック粉末からなる目封止部の40℃から800℃までの熱膨張係数αBとの関係を|αA−αB|≦3.5×10-6/℃とし、セラミックハニカム構造体と目封止部の接触部に実質的に反応相を介在させないことで、目封止部が脱落することがないと記載されている。また、その実施例には、ムライト−チタン酸アルミニウムのセラミックハニカム構造体を1400℃で焼成し、コージェライト−ムライト、もしくは、無配向コージェライトの目封止材で目封止した後、1400℃で焼成することが記載されている。
特許文献2には、目封止部の耐熱性を向上させることを目的に、隔壁によって区画された流体の流路となる複数の流路を有し、所定の流路の一方の端部が目封止部材により目封止されてなるハニカム構造体であって、目封止部材の材質が、チタン酸アルミニウムあるいはその複合材であり、且つ、隔壁の材質がコージェライトあるいはその複合材であるセラミックハニカム構造体が記載されている。 In Patent Document 2, for the purpose of improving the heat resistance of the plugged portion, it has a plurality of flow paths that serve as fluid flow paths partitioned by a partition wall, and one end portion of the predetermined flow path is A honeycomb structure plugged by a plugging member, wherein the material of the plugging member is aluminum titanate or a composite material thereof, and the material of the partition walls is cordierite or a composite material thereof. A ceramic honeycomb structure is described.
特許文献3には、封止部の隔壁近傍の断面開口率が、目封止部の中心軸近傍の断面開口率よりも小さく、かつ、その差が10%以上であり、目封止部と隔壁とが部分的に接しておらず、両者間に空隙が存在するセラミックハニカム構造体が記載されている。
In
特許文献4には、少なくとも原料粉末と水とバインダとを混練してなるセラミック原料を押出成形することにより、外皮と、外皮内にハニカム状に配設された隔壁と、隔壁内に区画され軸方向に沿って形成された多数の流路とを有するセラミックハニカム成形体を成形する押出成形工程、乾燥させる乾燥工程、コーディエライト化するまで焼成を行う本焼成工程、栓詰め(目封止)を行う栓詰め(目封止)工程と、本焼成工程での焼成温度よりも低い焼成温度で焼成する栓焼成工程とを有するセラミックハニカム成形体の製造方法が記載されている。
特許文献1に記載されるセラミックハニカムフィルタは、セラミックハニカム構造体と目封止部が隔壁と緊密に接着していることから、その実施例に記載されている、ムライト−チタン酸アルミニウムのセラミックハニカム構造体に、コージェライト−ムライト、もしくは、無配向コージェライトの目封止材で目封止したセラミックハニカムフィルタでは、セラミックハニカムフィルタとして使用した際、セラミックハニカム構造体の隔壁の熱が目封止部に伝わり、目封止部の温度上昇を招き、目封止部が割れるという問題があった。
The ceramic honeycomb filter described in
また、特許文献2に記載されるセラミックハニカム構造体は、目封止部材の材質にチタン酸アルミニウムを用いることで、耐熱性の向上を図っているしかし、隔壁の材質がコージェライトであることから、チタン酸アルミニウムの目封止部を焼成するには、コージェライトの融点である1450℃を超える1500℃以上で焼成を行なう必要があり、隔壁が溶損するうえ、目封止部の焼成コストがかかるという問題があった。 In addition, the ceramic honeycomb structure described in Patent Document 2 improves heat resistance by using aluminum titanate as the material of the plugging member, but the partition wall material is cordierite. In order to fire the plugged portion of aluminum titanate, it is necessary to fire at 1500 ° C. or higher, which exceeds the melting point of cordierite of 1450 ° C., and the partition wall melts and the firing cost of the plugged portion is reduced. There was a problem that it took.
また、特許文献3に記載されるセラミックハニカム構造体は、隔壁部と目封止部とが同じ材質で形成されているため、隔壁部と目封止部にチタン酸アルミニウムを用いた場合、目封止部の焼成も隔壁部と同様に1500℃以上で行なう必要があり、目封止部の高コスト化が問題であった。
In the ceramic honeycomb structure described in
また、特許文献4に記載されるセラミックハニカム成形体の製造方法は、セラミックハニカム構造体を焼成する本焼成工程での焼成温度を1430℃±20℃の範囲、目封止材を焼成する栓焼成工程での焼成温度を1400±20℃の範囲としていることから、目封止材を焼成する温度が低いために、目封止部のコージェライト化が十分でない場合があり、目封止部の強度が確保されず、目封止部が脱落して、微粒子の捕集率が低下するという問題があった。
In addition, the method for manufacturing a ceramic honeycomb formed body described in
したがって、本発明の課題は、セラミックハニカムフィルタとしての耐熱性と、目封止部と隔壁との強度を確保しつつ、低い焼成コストで得ることができるセラミックハニカムフィルタ及びその製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a ceramic honeycomb filter that can be obtained at a low firing cost while ensuring the heat resistance as a ceramic honeycomb filter and the strength of the plugged portions and the partition walls, and a method for manufacturing the same. It is in.
すなわち、本発明のセラミックハニカムフィルタは、隔壁により区画された流路を有するセラミックハニカム構造体の所定の流路に目封止部が形成されたセラミックハニカムフィルタであって、前記セラミックハニカム構造体が少なくともチタン酸アルミニウムの主結晶相と、少なくともMgOとSiO2とを含むガラス相とからなり、前記目封止部がコーディエライトを主結晶相とし、前記セラミックハニカム構造体の隔壁と前記目封止部との境界部に融合部と非融合部が存在しており、前記融合部は、前記セラミックハニカム構造体の隔壁と目封止部との境界で一体化されている部位であることを特徴とする。
That is, the ceramic honeycomb filter of the present invention is a ceramic honeycomb filter in which plugging portions are formed in a predetermined flow path of a ceramic honeycomb structure having flow paths partitioned by partition walls, wherein the ceramic honeycomb structure is It comprises a main crystal phase of at least aluminum titanate and a glass phase containing at least MgO and SiO 2, and the plugging portion has cordierite as the main crystal phase, and the partition walls of the ceramic honeycomb structure and the plugging The fusion part and the non-fusion part exist at the boundary part with the stop part, and the fusion part is a part integrated at the boundary between the partition wall and the plugging part of the ceramic honeycomb structure. Features.
また、本発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記融合部と非融合部の長さ比が5/95〜70/30であることが好ましい。 In the ceramic honeycomb filter of the present invention, it is preferable that a length ratio of the fused portion and the non-fused portion is 5/95 to 70/30.
また、本発明のセラミックハニカムフィルタの製造方法は、少なくともチタニア源、アルミナ源、シリカ源、マグネシア源とを含むセラミック原料粉末を混合、混練し、ハニカム形状に押出し成形、乾燥、焼成してセラミックハニカム焼成体とし、前記セラミックハニカム焼成体の所定の流路を目封止材で目封止し、前記目封止材を焼成して、セラミックハニカムフィルタとする工程を有するセラミックハニカムフィルタの製造方法であって、前記目封止材がコーディエライトもしくはコーディエライト化可能な組成を有し、前記目封止材を焼成する温度が、前記セラミックハニカム焼成体とする焼成温度よりも100℃以上低く、前記目封止材を焼成する過程における800℃〜最高温度までの昇温速度が、70〜500℃/hrであることを特徴とする。 The method for manufacturing a ceramic honeycomb filter according to the present invention includes mixing and kneading ceramic raw material powder containing at least a titania source, an alumina source, a silica source, and a magnesia source, and extruding, drying, and firing into a honeycomb shape. A method for manufacturing a ceramic honeycomb filter, comprising: a fired body, plugging predetermined flow paths of the ceramic honeycomb fired body with a plugging material, firing the plugging material to obtain a ceramic honeycomb filter. The plugging material has cordierite or a composition that can be converted into cordierite, and the temperature at which the plugging material is fired is 100 ° C. or more lower than the firing temperature of the ceramic honeycomb fired body. The temperature raising rate from 800 ° C. to the maximum temperature in the process of firing the plugging material is 70 to 500 ° C./hr.
本発明のセラミックハニカムフィルタの製造方法において、前記目封止材を焼成する時の保持時間が3hr以上であることが好ましい。 In the method for manufacturing a ceramic honeycomb filter of the present invention, it is preferable that a holding time when firing the plugging material is 3 hours or more.
次に、本発明の作用効果について説明する。
本発明のセラミックハニカムフィルタは、隔壁により区画された流路を有するセラミックハニカム構造体の所定の流路に目封止部が形成されたセラミックハニカムフィルタであって、前記セラミックハニカム構造体が少なくともチタン酸アルミニウムの主結晶相と、少なくともMgOとSiO2とを含むガラス相とからなり、前記目封止部がコーディエライトを主結晶相とし、前記セラミックハニカム構造体の隔壁と前記目封止部との境界部に融合部と非融合部が存在していることで次の作用効果を有する。すなわち、セラミックハニカム構造体の隔壁と前記目封止部との境界部に融合部と非融合部が存在していることで、セラミックハニカムフィルタとして使用した際、セラミックハニカム構造体の隔壁の熱が目封止部に伝わることを防止し、目封止部の温度上昇を防ぎ、目封止部が割れるのを防ぐことができる。さらに、焼成済みであるセラミックハニカム焼成体の隔壁と目封止部とが強固に固着され、目封止部が脱落して、微粒子の捕集率が低下することのないセラミックハニカムフィルタを得るのである。本発明において融合部とは、セラミックハニカム構造体の隔壁のガラス相を含むチタン酸アルミニウムと、目封止部のコーディエライトとの境界で一体化されている部位を言う。
Next, the function and effect of the present invention will be described.
The ceramic honeycomb filter of the present invention is a ceramic honeycomb filter in which plugging portions are formed in a predetermined flow path of a ceramic honeycomb structure having flow paths partitioned by partition walls, wherein the ceramic honeycomb structure is at least titanium. The main crystal phase of aluminum oxide and a glass phase containing at least MgO and SiO 2 , wherein the plugging portion has cordierite as the main crystal phase, and the partition walls of the ceramic honeycomb structure and the plugging portion The presence of the fused portion and the non-fused portion at the boundary between and has the following effects. That is, the presence of the fused portion and the non-fused portion at the boundary portion between the partition walls of the ceramic honeycomb structure and the plugged portions, the heat of the partition walls of the ceramic honeycomb structure when used as a ceramic honeycomb filter. Propagation to the plugged portion can be prevented, temperature rise of the plugged portion can be prevented, and cracking of the plugged portion can be prevented. Furthermore, since the partition walls and the plugging portions of the fired ceramic honeycomb fired body are firmly fixed, the plugging portions are removed, and a ceramic honeycomb filter is obtained in which the collection rate of fine particles does not decrease. is there. In the present invention, the fusion part refers to a part integrated at the boundary between the aluminum titanate containing the glass phase of the partition walls of the ceramic honeycomb structure and the cordierite of the plugged part.
また、本発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、前記融合部と非融合部の長さ比が5/95〜70/30であることで次の作用効果を有する。すなわち、融合部と非融合部の長さ比が5/95〜70/30であることで、セラミックハニカム構造体の隔壁と目封止部との境界部に融合部と非融合部とが混在し、セラミックハニカムフィルタとして使用した際、セラミックハニカム構造体の隔壁の熱が目封止部に伝わることを防止し、目封止部の温度上昇を防ぎ、目封止部が割れるのを防ぐことができる。さらに、隔壁と目封止部とが強固に固着されたセラミックハニカムフィルタが得られ、目封止部が脱落して、微粒子の捕集率が低下することのないセラミックハニカムフィルタが得られる。融合部と非融合部の長さ比が5/95未満である場合、隔壁と目封止部との固着強度が弱く、目封止部が脱落して、微粒子の捕集率が低下することがあるので好ましくない。一方、融合部と非融合部の長さ比が70/30を超える場合、セラミックハニカムフィルタとして使用した際、セラミックハニカム構造体の隔壁の熱が目封止部に伝わり、目封止部の温度上昇を招き、目封止部が割れることがあり好ましくない。好ましくは、10〜60%である。尚、融合部の長さは、目封止部を流路方向に平行に切断した面を電子顕微鏡で観察して、空隙部を除く融合部の長さを直線測定した値を目封止部の全長で除した百分率で表したものである。本発明において融合部は、隔壁と目封止部との境界部において、連続して形成されている必要はなく、隔壁と目封止部との境界部において隙間を不連続に有していても良い。 Further, in the ceramic honeycomb filter of the present invention, the length ratio of the fused portion and the non-fused portion is 5/95 to 70/30, and the following effects are obtained. That is, when the length ratio of the fused portion and the non-fused portion is 5/95 to 70/30, the fused portion and the non-fused portion are mixed at the boundary between the partition wall and the plugged portion of the ceramic honeycomb structure. When used as a ceramic honeycomb filter, the heat of the partition walls of the ceramic honeycomb structure is prevented from being transmitted to the plugging portion, the temperature rise of the plugging portion is prevented, and the plugging portion is prevented from cracking. Can do. Furthermore, a ceramic honeycomb filter in which partition walls and plugging portions are firmly fixed is obtained, and a ceramic honeycomb filter in which the plugging portions are not dropped and the collection rate of fine particles is not reduced is obtained. When the length ratio of the fused part and the non-fused part is less than 5/95, the fixing strength between the partition wall and the plugged part is weak, the plugged part falls off, and the particulate collection rate decreases. This is not preferable. On the other hand, when the length ratio of the fused part and the non-fused part exceeds 70/30, when used as a ceramic honeycomb filter, the heat of the partition walls of the ceramic honeycomb structure is transferred to the plugged part, and the temperature of the plugged part An increase is caused, and the plugged portion may be broken, which is not preferable. Preferably, it is 10 to 60%. Note that the length of the fusion part is the value obtained by observing the surface of the plugged part parallel to the flow path direction with an electron microscope and measuring the length of the fusion part excluding the voids linearly. It is expressed as a percentage divided by the total length. In the present invention, the fusion part does not need to be formed continuously at the boundary between the partition wall and the plugging part, and has a gap discontinuously at the boundary part between the partition wall and the plugging part. Also good.
また、本発明のセラミックハニカムフィルタの製造方法において、少なくともチタニア源、アルミナ源、シリカ源、マグネシア源とを含むセラミック原料粉末を混合、混練し、ハニカム形状に押出し成形、乾燥、焼成してセラミックハニカム焼成体とし、前記セラミックハニカム焼成体の所定の流路を目封止材で目封止し、前記目封止材を焼成して、セラミックハニカムフィルタとする工程を有するセラミックハニカムフィルタの製造方法であって、前記目封止材がコーディエライトもしくはコーディエライト化可能な組成を有し、前記目封止材を焼成する温度が、前記セラミックハニカム焼成体とする焼成温度よりも100℃以上低く、前記目封止材を焼成する過程における800℃〜最高温度までの昇温速度が、70〜500℃/hrであることで次の作用効果を有する。すなわち、少なくともチタニア源、アルミナ源、シリカ源、マグネシア源とを含むセラミック原料粉末を混合、混練し、ハニカム形状に押出し成形、乾燥、焼成してセラミックハニカム焼成体とする場合、その焼成温度は、チタン酸アルミニウムが合成されるために1500℃以上で行う必要がある。そして、焼成されたセラミックハニカム構造体は、チタン酸アルミニウムの主結晶相と、少なくともMgOとSiO2とを含むガラス相とからなり、コーディエライトもしくはコーディエライト化可能な組成を有する目封止材を、セラミックハニカム焼成体とする焼成温度よりも100℃以上低い温度で焼成することで、焼成済みであるセラミックハニカム焼成体の隔壁のガラス相を含むチタン酸アルミニウムと、目封止部のコーディエライトの境界部で融合部が形成される。さらに、目封止材を焼成する過程における800℃〜最高温度までの昇温速度が70〜500℃/hrであることで、目封止材がコージェライト化合成温度域まで速やかに加熱されるために、目封止材の熱収縮が小さく抑えられ、目封止材の一部と隔壁とが接触する。そして、薄壁の隔壁に対して目封止材は容量が大きいため、両者の熱容量の差により、隔壁から離れた目封止材内部よりも隔壁近傍にある目封止材の方が早く加熱され、隔壁近傍にある目封止材の一部と隔壁との融合が起こり、隔壁と目封止部との境界部において融合部と非融合部が形成されるのである。これにより、セラミックハニカム構造体の隔壁と目封止部との境界部に融合部と非融合部が混在し、セラミックハニカムフィルタとして使用した際、セラミックハニカム構造体の隔壁の熱が目封止部に伝わることを防止し、目封止部の温度上昇を防ぎ、目封止部が割れるのを防ぐことができる。さらに、セラミックハニカム焼成体の隔壁と目封止部とが強固に固着されるのである。それ故、目封止部が脱落せず、微粒子の捕集率が低下することのないセラミックハニカムフィルタの製造方法を提供することができるのである。尚、目封止部を焼成する温度は、セラミックハニカム焼成体とする焼成温度よりも150℃以上低いことが好ましい。そのため、セラミックハニカム焼成体とする焼成温度は、チタン酸アルミニウムの合成が十分になされるには、1550℃以上であることが好ましく、そして、目封止部のコーディエライト化が十分になされるには、1400℃以上であることが好ましい。
ここで、昇温速度が70℃/hr未満と遅すぎる場合、目封止材がコージェライト化合成温度域まで速やかに加熱されないために、目封止部全体が一様に熱収縮し易くなって、目封止部と隔壁との境界部に非融合部の割合が多くなり、目封止部が脱落して、微粒子の捕集率が低下するので好ましくない。一方、昇温速度が500℃/hrを超えて早すぎる場合、ハニカム構造体内の温度分布が大きくなりすぎて、熱応力でハニカム構造体内部にワレが生じるので好ましくない。好ましくは、80〜400℃/hrである。
尚、必要に応じて、セラミック原料に造孔材、バインダー等を含ませても良い。
Further, in the method for producing a ceramic honeycomb filter of the present invention, a ceramic raw material powder containing at least a titania source, an alumina source, a silica source, and a magnesia source is mixed, kneaded, extruded into a honeycomb shape, dried, and fired to obtain a ceramic honeycomb. A method for manufacturing a ceramic honeycomb filter, comprising: a fired body, plugging predetermined flow paths of the ceramic honeycomb fired body with a plugging material, firing the plugging material to obtain a ceramic honeycomb filter. The plugging material has cordierite or a composition that can be converted into cordierite, and the temperature at which the plugging material is fired is 100 ° C. or more lower than the firing temperature of the ceramic honeycomb fired body. In the process of firing the plugging material, the heating rate from 800 ° C. to the maximum temperature is 70 to 500 ° C./hr. With the results. That is, when a ceramic raw material powder containing at least a titania source, an alumina source, a silica source, and a magnesia source is mixed, kneaded, extruded into a honeycomb shape, dried, and fired to obtain a ceramic honeycomb fired body, the firing temperature is In order to synthesize aluminum titanate, it must be performed at 1500 ° C. or higher. The fired ceramic honeycomb structure includes a main crystal phase of aluminum titanate and a glass phase containing at least MgO and SiO2, and has a composition that can be converted into cordierite or cordierite. Is fired at a temperature 100 ° C. or more lower than the firing temperature of the ceramic honeycomb fired body, so that the alumina titanate containing the glass phase of the partition walls of the fired ceramic honeycomb fired body and the cordier of the plugging portion are obtained. A fusion part is formed at the boundary of the light. Furthermore, the temperature increase rate from 800 ° C. to the maximum temperature in the process of firing the plugging material is 70 to 500 ° C./hr, so that the plugging material is quickly heated to the cordierite synthesis temperature range. For this reason, the thermal shrinkage of the plugging material is suppressed to be small, and a part of the plugging material and the partition wall come into contact with each other. And since the plugging material has a larger capacity than the thin wall partition wall, the plugging material in the vicinity of the partition wall heats faster than the inside of the plugging material away from the partition wall due to the difference in heat capacity between them. Then, a part of the plugging material in the vicinity of the partition wall and the partition wall are fused, and a fusion part and a non-fusion part are formed at the boundary part between the partition wall and the plugging part. As a result, when the fused portion and the non-fused portion are mixed at the boundary portion between the partition wall and the plugging portion of the ceramic honeycomb structure, and the ceramic honeycomb filter is used as a ceramic honeycomb filter, the heat of the partition wall of the ceramic honeycomb structure is It is possible to prevent the temperature of the plugged portion from rising and prevent the plugged portion from cracking. Furthermore, the partition walls and the plugging portions of the ceramic honeycomb fired body are firmly fixed. Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing a ceramic honeycomb filter in which the plugged portion does not fall off and the collection rate of the fine particles does not decrease. The temperature at which the plugged portion is fired is preferably 150 ° C. or more lower than the firing temperature at which the ceramic honeycomb fired body is obtained. Therefore, the firing temperature of the ceramic honeycomb fired body is preferably 1550 ° C. or higher for sufficient synthesis of aluminum titanate, and the plugged portions are sufficiently cordierite. Is preferably 1400 ° C. or higher.
Here, if the rate of temperature increase is too slow, less than 70 ° C./hr, the plugging material is not quickly heated to the cordierite synthesis temperature range, so that the entire plugged portion tends to heat shrink uniformly. Thus, the ratio of the non-fused portion is increased at the boundary portion between the plugged portion and the partition wall, and the plugged portion falls off, so that the collection rate of the fine particles is not preferable. On the other hand, if the rate of temperature rise exceeds 500 ° C./hr, it is not preferable because the temperature distribution in the honeycomb structure becomes too large and cracks are generated in the honeycomb structure due to thermal stress. Preferably, it is 80-400 degreeC / hr.
If necessary, the ceramic raw material may contain a pore former, a binder or the like.
また、本発明のセラミックハニカムフィルタの製造方法において、前記目封止材を焼成する時の保持時間が3hr以上であることで次の作用効果を有する。すなわち、前記目封止材を焼成する時の保持時間が3hr以上であることで、焼成済みであるセラミックハニカム焼成体の隔壁と目封止部との境界部において融合部の形成が進み、焼成済みであるセラミックハニカム焼成体の隔壁と目封止部とがより強固に固着されるのである。保持時間を長くしても、焼成に要するエネルギーが増大し、生産コストが増加するので、好ましくは、4〜10hrである。 Further, in the method for manufacturing a ceramic honeycomb filter of the present invention, when the plugging material is fired for a holding time of 3 hours or more, the following effects are obtained. That is, when the plugging material is fired for a holding time of 3 hours or more, formation of a fusion portion proceeds at the boundary between the partition walls and the plugging portion of the fired ceramic honeycomb fired body, and firing is performed. The partition walls and plugging portions of the fired ceramic honeycomb fired body are more firmly fixed. Even if the holding time is lengthened, the energy required for firing increases and the production cost increases. Therefore, the time is preferably 4 to 10 hours.
本発明によれば、セラミックハニカムフィルタとしての耐熱性と、目封止部と隔壁との強度を確保しつつ、低い焼成コストで得ることができるセラミックハニカムフィルタ及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a ceramic honeycomb filter that can be obtained at a low firing cost while ensuring the heat resistance as a ceramic honeycomb filter and the strength of the plugged portions and the partition walls, and a method for manufacturing the ceramic honeycomb filter. .
次に、本発明を実施の形態に基づき説明する。
チタン酸アルミニウム組成となるように、セラミックス原料粉末として、チタニア粉末44質量%、アルミナ粉末56質量%と、これらの合計100質量%に対して、シリカ粉末3質量%、マグネシア粉末1.0質量%、14質量%の発泡樹脂及び6質量%のメチルセルロースを混合、混練、押出成形、乾燥して、外径50mm、長さ90mm、隔壁厚さ0.25mm、隔壁ピッチ1.4mmの生素地のハニカム構造体を得た。この生素地のハニカム構造体を1300℃から1350℃までの温度範囲を50℃/hrの平均速度で昇温し、表1に示す最高保持温度で焼成してチタン酸アルミニウム質のハニカム焼成体とした。得られたハニカム焼成体の一方の端面に目封止用フィルムを貼り付け、この目封止用フィルムの目封止部を形成すべき所定の流路部分にレーザーで孔を開けた。そして、カオリン、タルク、シリカ、アルミナの粉末を調整して50質量%のSiO2、35質量%のAl2O3及び15質量%のMgOを含むコーディエライト生成原料粉末に、メチルセルロース、潤滑材、水を添加して、目封止部形成用スラリーを作製し、ハニカム焼成体の一方の端面部にスラリーをディッピングして長さが10mmとなるように目封止部を形成した。他方の端面部においても同様に形成した。そして、目封止部の焼成を800℃〜最高温度までの昇温速度、最高保持温度、保持時間を表1に示す条件で行ない、実施例1〜12、比較例1〜2のセラミックハニカムフィルタを得た。また、比較例3のセラミックハニカムフィルタは、目封止部を、セラミックハニカム構造体と同じく、チタン酸アルミニウム質で作製した。
焼成後、目封止部を切断して隔壁と、目封止部の融合部の状態を確認した。融合部と非融合部の長さ比は、次のようにして測定した。目封止部を流路方向に平行に切断した面で、目封止部と隔壁との境界部を電子顕微鏡で目封止部全長にわたって観察し、各視野でのミクロ写真から融合部の長さを流路方向に直線測定した値を合計し、その値を目封止部の全長から引いた非融合部の長さで除した比とし、任意の目封止部5箇所で同様に測定してその平均で現した。
Next, the present invention will be described based on embodiments.
As a ceramic raw material powder so as to have an aluminum titanate composition, titania powder 44% by mass, alumina powder 56% by mass, and a total of 100% by mass of these,
After firing, the plugged portion was cut to confirm the state of the partition wall and the fused portion of the plugged portion. The length ratio of the fusion part and the non-fusion part was measured as follows. The surface of the plugged portion cut in parallel to the flow path direction, the boundary between the plugged portion and the partition wall was observed with the electron microscope over the entire length of the plugged portion, and the length of the fused portion was determined from the microphotographs in each field of view. The values obtained by linearly measuring the thickness in the flow path direction are summed, and the value is divided by the length of the non-fused portion subtracted from the total length of the plugged portion, and measured in the same manner at five arbitrary plugged portions. And that was the average.
また、目封止部の強度を、次のように評価した。目封止部が形成されている流路に、直径1mmのステンレス製の丸棒を装入し、丸棒に荷重を加えて目封止部が破損した時の荷重を計測し、10箇所の平均値を算出して求めた。そして、比較例1の目封止部強度を1とした相対値が、1を超え1.5以下あったものを(△)、1.5を超え2.0以下であったものを(○)、2.0を超えるものを(◎)、1.0以下であったものを(×)で示した。 Further, the strength of the plugged portion was evaluated as follows. A stainless steel round bar with a diameter of 1 mm is inserted into the flow path in which the plugged portion is formed, and the load when the plugged portion is damaged by applying a load to the round bar is measured. The average value was calculated. And the relative value which set the plugging part intensity | strength of the comparative example 1 to 1 exceeded 1.5, and (triangle | delta), and what exceeded 1.5 and 2.0 or less ((circle)). ), Those exceeding 2.0 were indicated by (◎), and those below 1.0 were indicated by (×).
また、セラミックハニカムフィルタの耐熱性の評価として、次のように評価した。ハニカムフィルタの高温時の割れ発生状態を、排気ガス流入側端面側より微粒子発生器により空気流量2Nm3/minで、粒径0.042μmのカーボン粉を3g/hで1時間投入し、ハニカムフィルタの隔壁にカーボン粉を堆積させる。次にハニカムフィルタの排気ガス流入側端面側より800℃の空気を0.1Nm3/minで5分間流し、カーボン粉を燃焼させる。次にハニカムフィルタの排気ガス流入側端面側より50℃の空気を0.1nm3/minで5分間流しハニカムフィルタを冷却する。上記カーボン粉の投入、燃焼、冷却をさらに20回同様に繰り返した後、ハニカムフィルタの目封止部の割れの有無を確認する。結果を表1に示す。なお、表1において評価は、割れを確認できないものを◎、実使用に影響がない程度の割れを確認したものを○、実使用に影響のある割れを確認したものを×として示す。 Further, as an evaluation of the heat resistance of the ceramic honeycomb filter, the following evaluation was made. The cracking state of the honeycomb filter at high temperature was introduced from the exhaust gas inflow side end face side with an air flow rate of 2Nm 3 / min and carbon powder with a particle size of 0.042μm at 3g / h for 1 hour. Carbon powder is deposited on the partition walls. Next, air at 800 ° C. is allowed to flow at 0.1 Nm 3 / min for 5 minutes from the exhaust gas inflow side end face of the honeycomb filter to burn carbon powder. Next, air at 50 ° C. is flowed from the exhaust gas inflow side end face of the honeycomb filter at 0.1 nm 3 / min for 5 minutes to cool the honeycomb filter. After the above carbon powder is charged, burned, and cooled in the same manner 20 times, the presence or absence of cracks in the plugged portion of the honeycomb filter is confirmed. The results are shown in Table 1. In Table 1, the evaluation is indicated by ◎ for those in which cracks cannot be confirmed, ◯ for those in which cracks that do not affect actual use are confirmed, and × in which cracks that have an effect on actual use are confirmed.
表1に示すように、表1に示すように、実施例1〜12のセラミックハニカムフィルタは、目封止部の強度が優れ、セラミックハニカムフィルタとして使用した際、目封止部が割れるのを防ぐことができることがわかる。一方、比較例1、2のセラミックハニカムフィルタは、目封止材を焼成する温度が、セラミックハニカム焼成体とする焼成温度と同じ、もしくは、100℃未満で、目封止材を焼成する過程における800℃〜最高温度までの昇温速度が、70℃/hr未満であるため、目封止部全体が一様に熱収縮して、目封止部と隔壁との境界部に融合部が形成されず、目封止部が脱落して、隔壁と目封止部とが強固に固着されなかったことがわかる。
As shown in Table 1, as shown in Table 1, the ceramic honeycomb filters of Examples 1 to 12 are excellent in the strength of the plugged portions, and when used as ceramic honeycomb filters, the plugged portions are cracked. It can be seen that it can be prevented. On the other hand, in the ceramic honeycomb filters of Comparative Examples 1 and 2, the temperature at which the plugging material is fired is the same as the firing temperature of the ceramic honeycomb fired body, or less than 100 ° C., in the process of firing the plugging material. Since the rate of temperature increase from 800 ° C to the maximum temperature is less than 70 ° C / hr, the entire plugged portion thermally shrinks uniformly, forming a fusion zone at the boundary between the plugged portion and the partition wall It can be seen that the plugged portion was not removed and the partition wall and the plugged portion were not firmly fixed.
1:セラミックハニカム構造体
2:流路
3:隔壁
4、5:目封止部
7:排気ガスの流入側
8:排気ガスの流出側
10:セラミックハニカムフィルタ
1: Ceramic honeycomb structure 2: Flow path 3:
Claims (4)
4. The method for manufacturing a ceramic honeycomb filter according to claim 3, wherein a holding time when firing the plugging material is 3 hours or more.
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