JP6953814B2 - Manufacturing method of porous filter - Google Patents
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Description
本発明は、シリカ、タルク、及びAl源を含む原料坏土を成形し、焼成する多孔質フィルタの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a porous filter for molding and firing a raw material soil containing silica, talc, and an Al source.
ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の内燃機関、ボイラー等の熱機関から排出される排気ガス中には、パティキュレートと呼ばれる微小粒子が含まれる。パティキュレートのことを以下適宜「PM」という。排ガス中のPMを捕集するために多孔質フィルタが用いられている。 Exhaust gas emitted from internal combustion engines such as diesel engines and gasoline engines, and heat engines such as boilers contains fine particles called particulates. Particulate is hereinafter appropriately referred to as "PM". A porous filter is used to collect PM in the exhaust gas.
多孔質フィルタとしては、熱的安定性に優れたコージェライト等のセラミックスからなる多孔質体が用いられる。多孔質フィルタは、例えば、シリカ、タルク、Al源等のコージェライト化原料を含む坏土を成形し、焼成することにより製造される。 As the porous filter, a porous body made of ceramics such as cordierite having excellent thermal stability is used. The porous filter is produced, for example, by molding and firing a clay containing a cordierite-forming raw material such as silica, talc, or an Al source.
多孔質フィルタには、壁透過係数を向上し、捕集率を高めつつ、圧力損失を低減することが求められている。そのためには、焼成時の造孔特性の変化を防止し、気孔径分布のばらつきを小さくすることが有効である。圧力損失のことを以下適宜「圧損」という。 Porous filters are required to improve the wall permeability coefficient, increase the collection rate, and reduce the pressure loss. For that purpose, it is effective to prevent the change in the pore-forming characteristics during firing and to reduce the variation in the pore size distribution. The pressure loss is hereinafter appropriately referred to as "pressure loss".
そこで、例えば特許文献1には、嵩密度を所定値以下にまで小さくした多孔質のシリカを用いて多孔質体を製造する方法が提案されている。これにより、原料坏土中の造孔材可燃分が原因となる焼成時間の増加や有害ガス等の発生を回避し、造孔特性の変化や成形体の変形を防止している。
Therefore, for example,
しかしながら、嵩密度を小さくするだけでは、必ずしも造孔特性の変化を十分に防止できるとはいえない。具体的には焼成時における高温での加熱中にシリカから生成する液相成分が拡散することにより、原料粒子の位置流動が大きくなり、原料粒子が再配列されてしまうおそれがある。この再配列により焼成前の生の粉末充填組織から造孔特性が変化し、大きな気孔が形成されるおそれがある。 However, it cannot always be said that the change in the pore-forming characteristics can be sufficiently prevented only by reducing the bulk density. Specifically, due to the diffusion of the liquid phase component generated from silica during heating at a high temperature during firing, the positional flow of the raw material particles becomes large, and the raw material particles may be rearranged. Due to this rearrangement, the pore-forming characteristics may change from the raw powder-filled structure before firing, and large pores may be formed.
また、焼成時における冷却により、過渡温度領域での安定結晶相の変化によって結晶相変位が起こるが、この相変位過程において結晶粒組織が破壊、微細化されるおそれがある。その結果、破壊界面が気孔となり、やはり造孔特性が変化するおそれがある。 Further, due to cooling during firing, crystal phase displacement occurs due to a change in the stable crystal phase in the transient temperature region, but the crystal grain structure may be destroyed or refined in this phase displacement process. As a result, the fracture interface becomes pores, and the pore-forming characteristics may change.
このように、液相成分の拡散や結晶粒組織の破壊等によって造孔特性が変化すると、気孔径分布にばらつきが起こるおそれがある。その結果、低圧損で高捕集率の多孔質フィルタの製造が困難になる。 As described above, if the pore-forming characteristics change due to the diffusion of the liquid phase component or the destruction of the crystal grain structure, the pore size distribution may vary. As a result, it becomes difficult to manufacture a porous filter having a high collection rate due to low pressure loss.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、焼成時における造孔特性の変化を防止し、気孔径分布のばらつきを小さくできる多孔質フィルタの製造方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a porous filter capable of preventing a change in pore-forming characteristics during firing and reducing variations in pore size distribution.
本発明の一態様は、シリカ(21)とタルク(22)とAl源(23)とを含む原料坏土(2)(ただし、Al源がベーマイトの場合を除く。)を成形し、焼成することにより、コージェライト(24)組成の多孔質フィルタ(1)を製造する方法において、
上記Al源として、上記シリカ及び上記タルクよりも平均粒子径が小さい水酸化アルミニウムを用い、
上記原料坏土における上記タルクの質量Wtに対する上記シリカの質量Wsの比Ws/Wt、上記タルクの比表面積Stに対する上記シリカの比表面積Ssの比Ss/St、及び上記タルクの嵩密度Dtに対する上記シリカの嵩密度Dsの比Ds/Dtが下記式(I)を満足するように上記原料坏土を調整する、多孔質フィルタの製造方法にある。
Ws/Wt>Ss/St×Ds/Dt ・・・(I)
One aspect of the present invention is to mold and bake a raw material clay (2) containing silica (21), talc (22) and an Al source (23) (except when the Al source is boehmite). Thereby, in the method for producing the porous filter (1) having the composition of talc (24),
As the Al source, silica and aluminum hydroxide having an average particle size smaller than that of talc are used.
The ratio Ws / Wt of the mass Ws of the silica to the mass Wt of the talc in the raw material clay, the ratio Ss / St of the specific surface area Ss of the silica to the specific surface area St of the talc, and the bulk density Dt of the talc. There is a method for producing a porous filter in which the raw material clay is adjusted so that the ratio Ds / Dt of the bulk density Ds of silica satisfies the following formula (I).
Ws / Wt> Ss / St × Ds / Dt ・ ・ ・ (I)
上記製造方法においては、上記式(I)を満足するように原料坏土を調整し、この原料坏土を成形し、焼成する。この焼成時には、コージェライト組成化に向けて各原料成分の一部が液相化し、固相成分に対する液相成分の拡散による原子拡散等により、原料成分が相互拡散することで目的結晶構造であるコージェライト結晶が形成される。 In the above manufacturing method, the raw material soil is adjusted so as to satisfy the above formula (I), and the raw material soil is formed and fired. At the time of this firing, a part of each raw material component becomes liquid phase toward the composition of cordierite, and the raw material components are mutually diffused by atomic diffusion due to diffusion of the liquid phase component with respect to the solid phase component to obtain the target crystal structure. Cordellite crystals are formed.
式(I)を満足するように原料坏土を調整することにより、混相形成時に隣接するタルクとシリカの粒子間で、コージェライト組成化のための必要原子数がシリカリッチになることを抑制できる。その結果、焼成時における高温での加熱中にシリカから生成する余剰な液相成分が長距離拡散することを防止できる。そのため、シリカ、タルク、Al源などの原料粒子が流動することを防止できる。つまり、焼成前の原料粒子の充填構造から原料粒子が再配列されしまうことを防止できる。これにより、出発原料粒子の分布に応じた気孔径分布が維持されやすくなり、多孔質フィルタの気孔径分布のばらつきを小さくすることができる。 By adjusting the raw material soil so as to satisfy the formula (I), it is possible to prevent the number of atoms required for the composition of cordierite from becoming silica-rich between the adjacent talc and silica particles during multiphase formation. .. As a result, it is possible to prevent the excess liquid phase component generated from silica from diffusing over a long distance during heating at a high temperature during firing. Therefore, it is possible to prevent the raw material particles such as silica, talc, and Al source from flowing. That is, it is possible to prevent the raw material particles from being rearranged from the packed structure of the raw material particles before firing. As a result, the pore size distribution according to the distribution of the starting material particles can be easily maintained, and the variation in the pore size distribution of the porous filter can be reduced.
また、式(I)を満足する原料坏土を調整することにより、焼成時の冷却による相変位において、結晶粒組織が破壊されることを防止できる。つまり、例えばMgSiO4からなる中間相であるSiリッチ相の生成が抑制され、焼結時の冷却過程における局所的な粒破壊が抑制される。その結果、気孔構造の拡大や、粒子の再配列による意図しない気孔特性の変化が起こることを防止できる。そのため、多孔質フィルタの気孔径分布のばらつきを小さくすることができる。 Further, by adjusting the raw material soil satisfying the formula (I), it is possible to prevent the crystal grain structure from being destroyed in the phase displacement due to cooling during firing. That is, for example, the formation of a Si-rich phase, which is an intermediate phase composed of MgSiO 4, is suppressed, and local grain fracture during the cooling process during sintering is suppressed. As a result, it is possible to prevent the expansion of the stomatal structure and the unintended change in the stomatal characteristics due to the rearrangement of the particles. Therefore, the variation in the pore size distribution of the porous filter can be reduced.
上記式(I)について説明する。シリカの質量Ws、タルクの質量Wt、シリカの体積Vs、タルクの体積Vt、シリカの嵩密度Ds、及びタルクの嵩密度Dtには以下の式(i)の関係がある。
Vs/Vt=Ws/Wt÷Ds/Dt=Ws/Wt×Dt/Ds ・・・(i)
The above formula (I) will be described. The mass Ws of silica, the mass Wt of talc, the volume Vs of silica, the volume Vt of talc, the bulk density Ds of silica, and the bulk density Dt of talc have the relationship of the following formula (i).
Vs / Vt = Ws / Wt ÷ Ds / Dt = Ws / Wt × Dt / Ds ... (i)
シリカとタルクの粒子間の体積比率Vs/Vtがこれらの粒子の接触領域となる比表面積の比率に比べて大きくなる場合が理想条件となり、この場合にシリカの余剰液相の形成が抑制され、さらに中間相の生成が抑制される。つまり、シリカの比表面積をSs、タルクの比表面積をStとすると、以下の式(ii)を満たす場合が理想条件となる。
Vs/Vt>Ss/St ・・・(ii)
The ideal condition is that the volume ratio Vs / Vt between the silica and talc particles is larger than the ratio of the specific surface area that is the contact region of these particles. In this case, the formation of the excess liquid phase of silica is suppressed. Furthermore, the formation of the intermediate phase is suppressed. That is, assuming that the specific surface area of silica is Ss and the specific surface area of talc is St, the ideal condition is that the following equation (ii) is satisfied.
Vs / Vt> Ss / St ... (ii)
式(ii)に式(i)を代入すると以下の式(iii)が導出される。
Ws/Wt×Dt/Ds>Ss/St ・・・(iii)
Substituting equation (i) into equation (ii) derives the following equation (iii).
Ws / Wt × Dt / Ds> Ss / St ・ ・ ・ (iii)
式(iii)を変形することにより、上述の式(I)が導出される。つまり、この式(I)を満足するように原料坏土を調整することが上述の理想条件となる。 By modifying equation (iii), the above equation (I) is derived. That is, the above-mentioned ideal condition is to adjust the raw material soil so as to satisfy this formula (I).
以上のごとく、上記態様によれば、焼成時における造孔特性の変化を防止し、気孔径分布のばらつきを小さくできる多孔質フィルタの製造方法を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
As described above, according to the above aspect, it is possible to provide a method for producing a porous filter that can prevent changes in pore-forming characteristics during firing and reduce variations in pore size distribution.
The reference numerals in parentheses described in the scope of claims and the means for solving the problem indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described later, and limit the technical scope of the present invention. It's not a thing.
(実施形態1)
多孔質フィルタの製造方法に係る実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。
本形態においては、図1及び図2に例示される多孔質フィルタ1を製造する。多孔質フィルタ1はコージェライトからなる。つまり、多孔質フィルタ1はコージェライト組成を有する。
(Embodiment 1)
An embodiment relating to a method for producing a porous filter will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
In this embodiment, the
図1及び図2に例示されるように、多孔質フィルタ1は、外皮11と、セル壁12と、セル13を有する。外皮11は、例えば円筒状のような筒状である。この筒状の外皮の軸方向Xを多孔質フィルタ1の軸方向Xとして以下説明する。また、図2における矢印は、多孔質フィルタ1を排ガス管などの排ガスの通り道に配置した際の排ガスの流れを示す。
As illustrated in FIGS. 1 and 2, the
図1及び図2に例示されるように、セル壁12は、外皮11の内側を区画する。セル壁12は、例えば格子状に設けられる。多孔質フィルタ1は多孔質体であり、セル壁12には気孔が形成されている。
As illustrated in FIGS. 1 and 2, the
セル13は、セル壁12に囲まれガス流路を形成する。セル13の伸長方向は、通常軸方向Xと一致する。図1に例示されるように、軸方向Xと直交方向のフィルタ断面におけるセル形状は、例えば四角形であるが、これに限定されない。セル形状は、三角形、四角形、六角形などの多角形や円形であってもよい。また、2種以上の異なる形状の組み合わせであってもよい。
The
多孔質フィルタ1は、例えば円柱状等の柱状体であり、軸方向Xの両端に第1端面14と第2端面15とを有する。多孔質フィルタ1を排ガス管等の排ガス経路内に配置すると、第1端面14が例えば上流側端面となり、第2端面15が例えば下流側端面となる。
The
セル13としては、第1セル131と第2セル132とを有することができる。図2に例示されるように、第1セル131は、第1端面14に開口し、第2端面15においては栓部16により閉塞されている。第2セル132は、第2端面15に開口し、第1端面14においては栓部16により閉塞されている。栓部16は、例えばコージェライト等のセラミックスにより形成される。
The
第1セル131と第2セル132とは、軸方向Xに直交する横方向においても、軸方向X及び横方向の双方に直交する縦方向においても、例えば互いに隣り合うよう、交互に並んで形成される。つまり、軸方向Xから多孔質フィルタ1の第1端面14又は第2端面を見たとき、第1セル131と第2セル132とが例えばチェック模様状に配される。
The
次に、多孔質フィルタ1の製造方法の実施形態について説明する。まず、シリカ、タルク、及びAl源を混合し、原料坏土を製造する。混合には、混練機を用いることができる。
Next, an embodiment of a method for producing the
シリカ、タルク、Al源としては、例えば粒状のものを用いることができる。シリカとしては、例えば多孔質シリカを用いることができる。Al源としては、Alを含む化合物を用いることができる。このような化合物としては、例えば水酸化アルミニウムがある。原料坏土には、必要に応じてバインダ、潤滑油、水等を添加することができる。 As the silica, talc, and Al sources, for example, granular ones can be used. As the silica, for example, porous silica can be used. As the Al source, a compound containing Al can be used. Examples of such a compound include aluminum hydroxide. Binder, lubricating oil, water and the like can be added to the raw material clay as needed.
原料坏土の調整について、質量比Ws/Wt、比表面積比Ss/St、及び嵩密度比Ds/Dtを用いて説明する。質量比Ws/Wtは、原料坏土におけるタルクの質量Wtに対するシリカの質量Wsの比である。比表面積比Ss/Stは、タルクの比表面積Stに対するシリカの比表面積Ssの比である。なお、ここでいう比表面積は、内部の気孔を含まないみかけ比表面積である。嵩密度比Ds/Dtは、タルクの嵩密度Dtに対するシリカの嵩密度Dsの比である。 The adjustment of the raw material soil will be described using the mass ratio Ws / Wt, the specific surface area ratio Ss / St, and the bulk density ratio Ds / Dt. The mass ratio Ws / Wt is the ratio of the mass Ws of silica to the mass Wt of talc in the raw material clay. The specific surface area ratio Ss / St is the ratio of the specific surface area Ss of silica to the specific surface area St of talc. The specific surface area referred to here is an apparent specific surface area that does not include internal pores. The bulk density ratio Ds / Dt is the ratio of the bulk density Ds of silica to the bulk density Dt of talc.
比表面積は、0.1gの原料粉末をBrunauer−Emmett−Teller法(すなわち、BET法)により測定することができる。測定にはたとえば(株)島津製作所製の「トライスターII3020」を用いることができる。 The specific surface area can be measured by the Brunauer-Emmett-Teller method (that is, the BET method) of 0.1 g of the raw material powder. For the measurement, for example, "Tristar II 3020" manufactured by Shimadzu Corporation can be used.
嵩密度は、例えばタップ密度法流動性付着力測定器(タップデンサー、(株)セイシン企業製)によって計測することができる。具体的には、タップ密度法流動性付着力測定器のシリンダに測定対象粉末を充填し、この測定対象粉末をタッピングにより圧縮させ、圧縮させた状態の測定対象粉末の質量とシリンダの体積とから嵩密度を算出することができる。 The bulk density can be measured by, for example, a tap density method fluidity adhesive force measuring device (Tap Densor, manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.). Specifically, the cylinder of the tap density method fluidity adhesive force measuring device is filled with the powder to be measured, and the powder to be measured is compressed by tapping, and the mass of the powder to be measured and the volume of the cylinder in the compressed state are used. The bulk density can be calculated.
原料坏土の調整にあたっては、シリカ及びタルクについて、比表面積Ss/Stと嵩密度比Ds/Dtとの積が質量比Ws/Wtよりも大きくなるように調整する。つまり、下記の式(I)を満足するように調整する。
Ws/Wt>Ss/St×Ds/Dt ・・・(I)
In adjusting the raw material clay, the product of the specific surface area Ss / St and the bulk density ratio Ds / Dt is adjusted to be larger than the mass ratio Ws / Wt for silica and talc. That is, the adjustment is made so as to satisfy the following formula (I).
Ws / Wt> Ss / St × Ds / Dt ・ ・ ・ (I)
Ws/Wt≦Ss/St×Ds/Dtの場合には、後述の焼成の加熱中に、余剰シリカ液相が生成して液相の長距離移動に伴う粒子再配列が起こり、粉末充填組織が焼結前の状態から変化しやすくなる。そのため、焼成後に粒子の再配列により結晶粒で隔絶されていた気孔同士が結合することにより粗大気孔が形成されやすくなり、気孔径分布のばらつきが大きくなるおそれがある。また、この場合には、焼成時の冷却中に、シリカリッチな中間結晶相が生成し、冷却工程における相変位の過程において粒結晶に破壊がおこるおそれがある。これによっても、結晶粒の破損によって結晶粒で隔絶されていた気孔が一体化することにより粗大気孔が生成したり、狙いの気孔径に対して微小な気孔が増加したりするおそれがある。その結果、気孔径分布のバラツキが大きくなるおそれがある。なお、上述の粒子再配列や結晶粒の破壊については、後述の比較形態1において説明する。上記式(I)を満足することにより、粒子再配列や結晶粒の破壊が十分に抑制され、気孔径分布のばらつきを十分に抑制することができる。
In the case of Ws / Wt ≦ Ss / St × Ds / Dt, a surplus silica liquid phase is generated during the heating of the firing described later, and particle rearrangement occurs due to the long-distance movement of the liquid phase, resulting in a powder-filled structure. It is easy to change from the state before sintering. Therefore, after firing, the pores separated by the crystal grains due to the rearrangement of the particles are bonded to each other, so that coarse air pores are likely to be formed, and there is a possibility that the variation in the pore size distribution becomes large. Further, in this case, a silica-rich intermediate crystal phase is generated during cooling during firing, and the grain crystals may be destroyed in the process of phase displacement in the cooling step. This may also lead to the formation of coarse air pores due to the integration of the pores isolated by the crystal grains due to the breakage of the crystal grains, or the increase of minute pores with respect to the target pore diameter. As a result, the variation in the pore size distribution may increase. The above-mentioned particle rearrangement and crystal grain destruction will be described in
原料坏土は、例えば押出成形によりハニカム構造に成形される。成形体は、原料坏土からなり、例えば乾燥後に切断される。次いで、成形体を焼成する。これにより、ハニカム構造の焼結体が得られる。図示を省略するが、ハニカム構造の焼結体は、栓部が形成されていない点を除いて、図1及び図2に例示される多孔質フィルタ1と同様の構成となる。
The raw material soil is formed into a honeycomb structure by, for example, extrusion molding. The molded product is made of raw material soil and is cut after drying, for example. Then, the molded product is fired. As a result, a sintered body having a honeycomb structure can be obtained. Although not shown, the honeycomb-structured sintered body has the same configuration as the
焼成は、昇温及び冷却の速度を適宜調整しながら行われる。コージェライト結晶相を十分に生成させるために、焼成時の最高温度は例えば1350〜1450℃にすることができる。最高温度での保持時間は例えば1〜50時間の範囲で調整できる。最高温度で保持した後は、室温まで冷却される。つまり、焼成は、昇温、コージェライト結晶相の生成温度での保持、及び冷却により行われる。 Firing is performed while appropriately adjusting the rate of temperature rise and cooling. In order to sufficiently generate the cordierite crystal phase, the maximum temperature at the time of firing can be set to, for example, 1350 to 1450 ° C. The holding time at the maximum temperature can be adjusted, for example, in the range of 1 to 50 hours. After holding at the maximum temperature, it is cooled to room temperature. That is, the calcination is performed by raising the temperature, holding the cordierite crystal phase at the formation temperature, and cooling.
次に、栓部16を形成する。栓部16は、ディスペンサや印刷等を用いて、例えばハニカム構造の焼結体と同種のセラミックス原料を含むスラリーによりセル13の第1端面14又は第2端面15を埋めて焼成することにより形成される。栓部16の形成方法は特に限定されず、他の方法を用いることができる。
Next, the
以上のようにして、多孔質フィルタ1を製造することができる。本形態の製造方法においては、シリカ及びタルクが上述の式(I)の関係を満足するように原料坏土の調整が行われている。例えば原料粒子の粒子径や嵩密度などを調整することにより、原料坏土の調整を行うことができる。本明細書において「粒子径」は、レーザ回折・散乱法によって求められた粒度分布における体積積算値50%での粒径である。つまり、平均粒子径のことである。
As described above, the
次に、本実施形態の効果について説明する。図3の矢印によって示されるように、焼成中の原料坏土2においては、シリカ21から液相が生成し、タルク22、Al源23等のその他の固相成分に取り込まれる。本形態のように式(I)を満足するように原料坏土2を調整すると、シリカ21が体積比率としては他の成分と同程度以上の粒子数で存在することになる。その結果、焼成加熱中の混相形成時に隣接するシリカ21とタルク22との粒子間で、コージェライト24化のための必要原子数がシリカリッチになることを抑制できる。そのため、後述の比較形態1にて示すように焼成時における高温での加熱中に余剰液相成分が生成、拡散することを防止し、原料粒子が流動して再配列されることを防止できる。
Next, the effect of this embodiment will be described. As shown by the arrows in FIG. 3, in the
そのため、焼成前の原料坏土2内における原料粒子21、22、23の分布に応じた気孔径分布が維持されやすくなり、粗大気孔の形成が抑制される。その結果、多孔質フィルタ1の気孔径分布のばらつきを小さくすることができる。また、シリカ21が全体に均一に分散されるため、原料坏土2の全領域で安定なコージェライト24の結晶相が迅速に形成される。なお、原料粒子21、22、23は、シリカ21、タルク22、及びAl源23の粒子をまとめて表現したものである。
Therefore, the pore size distribution according to the distribution of the
また、タルク22に対するシリカ21の上述の各比が式(I)を満足するように原料坏土2を調整しているため、焼成時における冷却によって起こる相変位で結晶粒組織が破壊されることを防止できる。これは、例えばMgSiO4からなる中間相であるSiリッチ相の生成が抑制されるためである。式(I)を満足させることにより、MgSiO4からなる中間相の生成を防止できる。換言すれば、焼結反応中にSiリッチ相であるMgSiO3を生じないように原料の調整を行うことが好ましい。その結果、気孔構造の拡大や、原料粒子の再配列による意図しない気孔特性の変化が起こったりすることを防止できる。
Further, since the
したがって、式(I)を満足することにより、図3に例示されるように、焼結後において原料坏土2内で均一に分散していたシリカ21が存在していた部分に気孔25が形成される。コージェライト24からなる結晶相の析出後には、新たな液相生成による粒子流動が起こらず、焼成前のシリカ21の初期位置に空間欠損251が残存し、この空間欠損251が気孔25になるからである。したがって、出発原料であるシリカ21の粒径に応じた気孔25が形成される。そのため、多孔質フィルタ1の気孔径分布のばらつきを小さくすることができ、よりシャープな気孔径分布を有する多孔質フィルタ1が得られる。
Therefore, by satisfying the formula (I), as illustrated in FIG. 3, pores 25 are formed in the portion where the
式(I)を満足する原料坏土2の調整は、シリカ21及びタルク22の粒子径及び嵩密度の調整によって行うことが好ましい。この場合には、式(I)を満足する原料坏土2が容易に得られる。
The
タルクの嵩密度Dtに対するシリカの嵩密度Dsの比Ds/Dtは0.65未満であることが好ましい。この場合にも、式(I)を満足する坏土が容易に得られる。また、気孔径分布のばらつきをより小さくすることができ、よりシャープな気孔径分布を有する多孔質フィルタ1が得られる。その結果、高捕集性能の向上と低圧損とをより高いレベルで兼ね備えた多孔質フィルタ1の実現が可能になる。これは、コージェライト組成化に向けた混相形成時に、隣接する粒子間での必要原子数がシリカリッチになることを抑制し、余剰シリカ液相の生成が抑制されるためである。この効果をさらに高めるという観点から、嵩密度比Ds/Dtは0.5未満であることがより好ましい。
The ratio Ds / Dt of the bulk density Ds of silica to the bulk density Dt of talc is preferably less than 0.65. In this case as well, a soil satisfying the formula (I) can be easily obtained. Further, the variation in the pore size distribution can be made smaller, and the
Al源23としては、シリカ21及びタルク22よりも平均粒子径が小さい水酸化アルミニウムを用いることが好ましい。この場合には、よりシャープな気孔径分布を有する多孔質フィルタ1が得られる。これは、粒径が小さい水酸化アルミニウムを用いることにより、気孔形成におけるAl源23の影響が小さくなるからである。つまり、原料坏土2において、粒径の小さな水酸化アルミニウムからなるAl源23の粒子がシリカ21及びタルク22の粒子間に配置され、気孔形成過程に大きく影響を与えなくなるからである。そのため、式(I)を満足することにより得られる上述の効果がより顕著になる。
As the
以上のように、本実施形態によれば、焼成時における造孔特性の変化を防止し、気孔径分布のばらつきを小さくできる多孔質フィルタ1の製造が可能になる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to manufacture the
(比較形態1)
次に、上述の式(I)を満足しない原料坏土を用いた場合について図4及び図5を参照して説明する。本形態においては、原料粒子として、シリカ91、タルク92、水酸化アルミニウムからなるAl源93を用いた点は実施形態1と同じであるが、原料坏土9においてシリカ91とタルク92とが式(I)を満足しない。その他の製造方法は、実施形態1と同様である。
(Comparison form 1)
Next, a case where a raw material soil that does not satisfy the above formula (I) is used will be described with reference to FIGS. 4 and 5. In this embodiment, the
式(I)を満足しない場合において、原料粒子91、92、93の粒子数の比率は体積比率によって決定される。図4に例示されるように、焼成過程においてシリカ91がタルク92やAl源93に取り込まれると、安定なコージェライト94が形成されるが、式(I)を満足しないことから局所的にSiリッチとなる。これにより、シリカ91から余剰液相911が生成し、この余剰液相911が残存してしまう。また、一部領域でコージェライト94の結晶が析出するものの、反応開始温度が低いシリカ91が近くに存在しない粒子間においては別反応が進む。
When the formula (I) is not satisfied, the ratio of the number of
その結果、焼成過程において、初期の原料粒子91、92、93の配列が変化し、再配列される。そのため、粒子同士の凝集等の影響で粗大孔951が形成され、気孔径のばらつきの大きな気孔95が形成される。これにより、焼結後に得られる多孔質フィルタにおいては気孔径分布幅が広がってしまう。
As a result, in the firing process, the arrangement of the initial
また、焼成過程においては、シリカから液相が形成され、この液相がタルク92、Al源93に取り込まれて組成に応じた結晶相を形成する。式(I)を満足しない場合には、図5に例示されるように、焼成工程における例えば高温での保持過程において、シリカ91と隣接する領域の一部においてSiリッチ相であるプロトエンスタタイト(Protoenstatite)からなる中間相941が形成される。中間相941は、例えばMgSiO3からなる。
Further, in the firing process, a liquid phase is formed from silica, and this liquid phase is incorporated into
中間相941は、焼成の冷却過程において、高温安定相であるプロトエンスタタイトから低温安定相であるクリノエンスタタイト(Clinoenstatite)へ相変位する。この相変位の過程において、図5に例示されるように、結晶構造の破壊によって結晶粒組織が破損される。その結果、粗大孔951が形成され、気孔径ばらつきが大きい気孔95が形成される。
The
このように、式(I)を満足しない場合には、焼成前の原料粒子91、92、93の粉末充填組織が焼成中に変化し、造孔特性が変化してしまう。その結果、上述のように、焼結後の多孔質フィルタの気孔径分布のばらつきが広がってしまう。
As described above, when the formula (I) is not satisfied, the powder-filled structure of the
(実験例)
本例においては、式(I)を満足する原料坏土と式(I)を満足しない原料坏土を実際に用いて複数の多孔質フィルタ1を作製し、これらの気孔径分布を比較する。つまり、実施例1、実施例2、比較例1、比較例4の4種類の多孔質フィルタを作製し、これらを比較評価する。なお、実験例以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
(Experimental example)
In this example, a plurality of
まず、コージェライトの理論組成式Mg2Al3(AlSi5O18)となるように、出発原料として、タルクMg3Si4O20(OH)8、シリカSiO2、水酸化アルミニウムAl(OH)3を混合する。具体的には、質量比でシリカ:タルク:水酸化アルミニウム=17.85:46.46:35.70である。 First, talc Mg 3 Si 4 O 20 (OH) 8 , silica SiO 2 , and aluminum hydroxide Al (OH) are used as starting materials so that the theoretical composition formula of corderite is Mg 2 Al 3 (AlSi 5 O 18). Mix 3 Specifically, the mass ratio is silica: talc: aluminum hydroxide = 17.85: 46.46: 35.70.
各実施例、比較例の製造において使用したシリカの嵩密度Ds、タルクの嵩密度Dt、シリカの粒径、タルクの粒径、シリカの比表面積Ss、タルクの比表面積St、シリカの質量比Ws、タルクの質量比Wtを表1に示す。また、これらの関係から、上述の式(I)の適合性を調べ、その結果を表1に示す。なお、水酸化アルミニウムとしては、粒径がシリカ及びタルクよりも小さいものを採用した。 Bulk density Ds of silica, bulk density Dt of talc, particle size of silica, particle size of talc, specific surface area Ss of silica, specific surface area St of talc, mass ratio Ws of silica used in the production of each Example and Comparative Example. The mass ratio Wt of talc is shown in Table 1. In addition, from these relationships, the suitability of the above formula (I) was investigated, and the results are shown in Table 1. As the aluminum hydroxide, those having a particle size smaller than that of silica and talc were adopted.
各実施例、比較例の多孔質フィルタは、表1に示す原料を用いた点を除いて、実施形態1と同様にして作製した。各実施例、比較例の多孔質フィルタについて、水銀圧入法の原理を利用した水銀ポロシメータを用いて気孔径分布を測定した。その結果を図6に示す。水銀ポロシメータには、島津製作所製のオートポアIV9500を用いた。 The porous filters of each Example and Comparative Example were produced in the same manner as in the first embodiment except that the raw materials shown in Table 1 were used. For the porous filters of each example and comparative example, the pore size distribution was measured using a mercury porosimeter using the principle of the mercury intrusion method. The result is shown in FIG. As the mercury porosimeter, Autopore IV9500 manufactured by Shimadzu Corporation was used.
図6より知られるように、式(I)を満足するように原料坏土を調整した実施例1及び2は、気孔径分布がシャープになっている。これに対し、式(I)を満足しない比較例1及び2は、気孔径分布がブロードになっている。これらの比較例においては、気孔径が大きな領域の存在比率が大きくなっている。 As is known from FIG. 6, in Examples 1 and 2 in which the raw material soil was adjusted so as to satisfy the formula (I), the pore size distribution was sharp. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 which do not satisfy the formula (I), the pore size distribution is broad. In these comparative examples, the abundance ratio of the region having a large pore diameter is large.
実施例の多孔質フィルタ1が上記のごとく、シャープな気孔径分布を示す理由は、実施形態1に示した通り、焼成時における粒子再配列及び結晶粒破壊が抑制されているためである。その結果、焼成前の成形体中の原料坏土2内における原料粒子21、22、23の粒子充填組織が焼結後の多孔質フィルタ1に転写されて、シリカ21の粒子の存在位置に気孔25が形成されていると考えられる(図3参照)。つまり、焼成時における造孔特性の変化を防止できるため、実施例のように気孔径分布のばらつきの小さい多孔質フィルタ1を製造することができる。
The reason why the
また、実施例1及び実施例2を比較するとわかるように、タルクの嵩密度Dtに対する上記シリカの嵩密度Dsの比Ds/Dtをより小さくすることにより、気孔径分布のばらつきがより小さくなっている。Ds/Dtは0.65以下であることが好ましいが、実施例2のようにDs/Dtは0.5以下であることがより好ましい。 Further, as can be seen by comparing Example 1 and Example 2, by making the ratio Ds / Dt of the bulk density Ds of the silica to the bulk density Dt of talc smaller, the variation in the pore size distribution becomes smaller. There is. Ds / Dt is preferably 0.65 or less, but more preferably Ds / Dt is 0.5 or less as in Example 2.
本発明は上記各実施形態、実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。 The present invention is not limited to each of the above embodiments and examples, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.
1 多孔質体フィルタ
2 原料坏土
21 シリカ
22 タルク
23 Al源
1 Porous
Claims (3)
上記Al源として、上記シリカ及び上記タルクよりも平均粒子径が小さい水酸化アルミニウムを用い、
上記原料坏土における上記タルクの質量Wtに対する上記シリカの質量Wsの比Ws/Wt、上記タルクの比表面積Stに対する上記シリカの比表面積Ssの比Ss/St、及び上記タルクの嵩密度Dtに対する上記シリカの嵩密度Dsの比Ds/Dtが下記式(I)を満足するように上記原料坏土を調整する、多孔質フィルタの製造方法。
Ws/Wt>Ss/St×Ds/Dt ・・・(I) Corgerite (24) is formed by molding and firing a raw material clay (2) containing silica (21), talc (22) and an Al source (23) (except when the Al source is boehmite). ) In the method for producing a porous filter (1) having a composition.
As the Al source, silica and aluminum hydroxide having an average particle size smaller than that of talc are used.
The ratio Ws / Wt of the mass Ws of the silica to the mass Wt of the talc in the raw material clay, the ratio Ss / St of the specific surface area Ss of the silica to the specific surface area St of the talc, and the bulk density Dt of the talc. A method for producing a porous filter, wherein the raw material clay is adjusted so that the ratio Ds / Dt of the bulk density Ds of silica satisfies the following formula (I).
Ws / Wt> Ss / St × Ds / Dt ・ ・ ・ (I)
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