封孔蜂窝结构体的制造方法

专利名称：封孔蜂窝结构体的制造方法
技术领域：
本发明涉及封孔蜂窝结构体的制造方法，所述封孔蜂窝结构体具有由多孔质体形成的基材以及设置于该基材的表面的用于捕集粒子状物质的捕集层。
背景技术：
在从柴油发动机等内燃机、各种燃烧装置等排出的气体中，大量地包含有以烟灰 (soot)为主体的粒子状物质(Particulate Matter (PM))。如果此PM直接地排放于大气中， 那么会引起环境污染，因此在废气的流路中搭载用于捕集PM的过滤器装置。作为成为这样的过滤器装置的中心的过滤器元件，可使用例如封孔后的蜂窝结构体(封孔蜂窝结构体)。该封孔蜂窝结构体具有通过隔壁(该隔壁由具有多个细孔的陶瓷的多孔质体形成)区划形成的、成为气体的流路的多个孔格(呈现蜂窝结构)，并将邻接的多个孔格的一侧的开口端和另一侧的开口端相互交错地进行封孔。将此封孔蜂窝结构体装罐(\ 二 > V )，如果使废气从一个孔格的开口端流入，那么废气通过隔壁而从邻接的孔格的另一侧的开口端流出，在此时PM被捕集于隔壁，废气被净化。但是，对于这样的封孔蜂窝结构体而言，由于PM侵入到多孔质体(基材)的内部而堵塞细孔，因而压力损耗(压降)容易急剧增加。因此，为了抑制压降，例如在专利文献 1、2公开了新结构的封孔蜂窝结构体或者用于该用途的过滤器元件。这些封孔蜂窝结构体 (过滤器元件)的共同特征为在多孔质体(基材)的表面，设置用于捕集PM的捕集层，在该捕集层的作用下，防止PM对基材内部的侵入，从而抑制压降的上升。而且，在专利文献1、 2也公开了该新的封孔蜂窝结构体的制造方法。专利文献1的课题在于制造一种过滤器元件其为在多孔质体的一个侧面上一体地具备有过滤层的由陶瓷材料形成的过滤器元件，在多孔质体和过滤层的接合部的边界不存在致密的中间层，压力损耗低，且堵塞少。为了解决此课题，在专利文献1中，借助于气流将陶瓷粒子搬运至多孔质体的一个侧面而附着，同时对所附着的陶瓷粒子赋予水分(水或蒸汽)而吸附于多孔质体的一个侧面，使粒子相互适度地凝集而以二次粒子的状态来附着，从而防止陶瓷粒子侵入到多孔质体的气孔内而形成致密的中间层。具体而言，使过滤层的细孔径小于多孔质体的平均细孔径，使(形成过滤层的)陶瓷粒子的平均粒径为多孔质体的平均细孔径的1/2 2/3。另外，通过用鼓风机将空气和陶瓷粒子吸引，从而制膜出过滤层，使陶瓷粒子通过多孔质体的上游侧与下游侧的压差而附着于多孔质体。专利文献2的课题在于提供用作过滤器时的压力损耗与捕集效率的平衡性优异的封孔蜂窝结构体及其制造方法。为了解决此课题，在专利文献2中规定有作为物体(封孔蜂窝结构体)，具有固着于其隔壁的表面的陶瓷粒子，该陶瓷粒子的平均粒径为隔壁平均细孔径的1. 5倍以上、200 μ m以下，并且在从中心轴到外周为止的长度的1/2的范围内的隔壁的表面分布陶瓷粒子，隔壁的气孔率为50% 80%、平均细孔径为15 μ m 40 μ m等。另外，作为制造方法，规定有通过流体(气体)将陶瓷粒子从至少一侧的端面送入到孔格内、 使用在对蜂窝结构体进行加工时生成的陶瓷粒子等。
专利文献1 日本特开平10-2491M号公报专利文献2 日本特开2006-685号公报

发明内容
然而，对于上述专利文献1、2中公开的制造方法而言，所投入的原料(陶瓷粒子) 不能高效地形成捕集层，浪费原料，需要长时间来形成所希望量的膜。另外，为了不浪费原料，便需要进行重新利用的设备、工序。进一步，在制膜之际，如果搬运陶瓷粒子的气体之中包含的该陶瓷粒子的量多，那么陶瓷粒子彼此容易凝集，会在陶瓷粒子不均勻地堆积、产生偏聚(偏積)的状态下来制膜。就本发明而言，鉴于这样的现有技术所存在的问题而开发，其课题在于提供如下手段所投入的原料(陶瓷粒子)高效地用于形成捕集层，不浪费原料，不需要原料的重新利用，且在成为捕集层的膜的制膜上不需要时间，并且，陶瓷粒子均勻地堆积，从而获得形成有均质的捕集层的蜂窝结构体。经过反复研究，结果发现通过以下的手段此课题得以解决，从而完成本发明。S卩，根据本发明提供封孔蜂窝结构体的制造方法，其具有如下过程在封孔蜂窝结构体的一侧的端面侧，将陶瓷粒子和气体混合，从封孔蜂窝结构体的另侧的端面侧吸引混合有陶瓷粒子的气体，从而将混合于该气体的陶瓷粒子送入封孔蜂窝结构体的孔格内，使该陶瓷粒子附着于封孔蜂窝结构体的孔格内的表面。在本说明书中，将混合了陶瓷粒子的气体称为悬浮微粒(aerosol)。另外，将单位体积的气体中的、混合于该气体的陶瓷粒子的质量，称为悬浮微粒密度。即，悬浮微粒密度 =陶瓷粒子的质量/气体的体积。上述过程是用于在封孔蜂窝结构体内设置表面捕集层的制膜过程。本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法的特征在于其制膜过程。封孔蜂窝结构体由外形是大致柱状的多孔质体形成，具有从一个端面延伸至另一端面的多个孔格，在本说明书中，亦称为基材。就孔格而言，由构成基材的隔壁区划形成，成为流体的流路。使陶瓷粒子附着的封孔蜂窝结构体的孔格内的表面，由作多孔质体的隔壁构成。因此，有时会将孔格内的封孔蜂窝结构体(基材)的表面称为孔格内表面或隔壁的表面。而且，就邻接的多个孔格而言，一侧的开口端和另一侧的开口端相互交错地被封孔，从封孔蜂窝结构体的端面来看，全都成为相间方格花纹的样子。在上述那样的封孔蜂窝结构体的一侧的端面侧事先混合陶瓷粒子和气体，如果从另侧的端面侧吸引混合了该陶瓷粒子的气体，那么陶瓷粒子在气体的作用下被搬运，被送入于孔格内，附着于孔格内的封孔蜂窝结构体(基材)的表面、即隔壁上，由此封孔蜂窝结构体被制膜。在本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法中，事先在封孔蜂窝结构体的一侧的端面侧混合陶瓷粒子和气体，从封孔蜂窝结构体的另侧的端面侧吸引混合有陶瓷粒子的气体; 但是就被吸引的对象而言，不仅限于在一侧的端面侧混合的陶瓷粒子和气体(悬浮微粒)， 存在有吸引没有混合陶瓷粒子的气体(空气)的情况。对于本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法而言，在混合有陶瓷粒子的气体中，优选陶瓷粒子的质量/气体的体积(悬浮微粒密度)为lg/m3以上、1600g/m3以下，孔格内的上述混合有陶瓷粒子的气体(悬浮微粒)的流速为0. 2m/sec以上、lOOm/sec以下。更优选悬浮微粒密度为20g/m3以上、1600g/m3以下。另外，更优选上述孔格内的悬浮微粒的流速为 2m/sec以上、lOOm/sec以下。孔格内的混合有陶瓷粒子的气体的流速(悬浮微粒的流速) 亦称为孔格内流速。在本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法中，优选在上述的使陶瓷粒子附着于孔格内的封孔蜂窝结构体的表面的过程之后，去除附着于封孔蜂窝结构体的端面的陶瓷粒子。 进行去除的端面为陶瓷粒子的供给侧的端面。根据本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法，由于具有使该陶瓷粒子附着于封孔蜂窝结构体的孔格内的表面的过程(其中，在封孔蜂窝结构体的一侧的端面侧将陶瓷粒子和气体混合，从封孔蜂窝结构体的另侧的端面侧吸引混合有陶瓷粒子的气体，从而将混合于该气体的陶瓷粒子送入封孔蜂窝结构体的孔格内)，因而可将陶瓷粒子良好地供给到孔格内，抑制陶瓷粒子在孔格的入口端、终端上的附着、堆积(“端”是指封孔蜂窝结构体的端面近旁部分，其中，入口端为陶瓷粒子的供给侧的端，终端为封孔的孔格内侧)。另外相比较于用气体加压输送陶瓷粒子的情况而言，粒子的飞散受抑制，浪费少，且制造环境得以改善。本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法通过在另侧的端面侧调节混合有陶瓷粒子的气体的吸引流量，便可控制制膜分布。如果吸引流量大，那么在进入的陶瓷粒子的惯性运动的作用下，存在如下可能陶瓷粒子主要地堆积于封孔蜂窝结构体的终端(吸引侧的孔格内侧)，从封孔蜂窝结构体的另侧的端面(陶瓷粒子进入侧的端面)到中央，成为陶瓷粒子不附着(不制膜)的状态，不能良好地形成捕集层。但是，如果减小吸引流量，进入的陶瓷粒子的惯性运动减弱，便会从封孔蜂窝结构体的另侧的端面到中央陶瓷粒子也附着，良好地形成捕集层。另外，通过调节吸引流量还可控制捕集层的致密度。如果流量大，那么容易地填充形成捕集层的粒子，能够形成致密的结构；如果流量小，那么难以填充形成捕集层的粒子， 能够形成疏松的结构。进一步，通过在一侧的端面侧调节混合陶瓷粒子的气体的流量，也可调整进入的陶瓷粒子的运动能量，可使其均勻地流入到通过吸引而形成的(气流的)流路。关于此点， 在后面叙述。如此地，本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法，由于可控制制膜分布，因而容易形成满足目标性能的捕集层。在本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法中，在封孔蜂窝结构体的一侧的端面侧混合陶瓷粒子和气体，这一侧的端面侧便成为陶瓷粒子的供给侧。然后，通过从封孔蜂窝结构体的另侧的端面侧吸引混合有陶瓷粒子的气体，从而在该气体作用下将陶瓷粒子送入孔格内。对于另侧的端面侧的混合了陶瓷粒子的气体的吸引流量的调节而言，可与一侧的端面侧(供给侧)的陶瓷粒子与气体的混合分别地进行控制，并且通过吸引法可容易调整混合有陶瓷粒子的气体的流量，因此容易制作所希望的制膜分布，形成所希望的捕集层。在本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法中，从另侧的端面侧吸引气体，因而封孔蜂窝结构体(基材)本身起整流板的功能，气体的流动稳定。因此，可形成陶瓷粒子均勻地堆积于隔壁的表面、陶瓷粒子的偏聚少的均质的膜。如果对该膜进行热处理就成为捕集层，因此根据本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法，可获得形成有均质的捕集层的蜂窝结构体。
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根据本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法，可通过使用多种陶瓷粒子连续或同时地制膜，可获得形成有多层结构的捕集层的蜂窝结构体。另外，可向陶瓷粒子添加造孔材料等，均勻地混合，将其制膜。本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法的优选实施方式中，在混合有陶瓷粒子的气体中，陶瓷粒子的质量/气体的体积(悬浮微粒密度)为lg/m3以上、1600g/m3以下，孔格内的气体的流速为0. 2m/sec以上、lOOm/sec以下，因而所投入的原料(陶瓷粒子)良好地附着于孔格内表面，高效地用于形成捕集层，原料收率高。原料的浪费少，不需要为防止浪费而进行的原料的重新利用，在制膜上不需要时间。通过将陶瓷粒子良好地供给到孔格内， 抑制孔格的入口端、终端上的陶瓷粒子的附着、堆积，结果是陶瓷粒子确实地均勻堆积于隔壁的表面，可形成均质的膜。如果陶瓷粒子的密度不足lg/m3，那么陶瓷粒子之间不会发生架桥(寸 > 〃 ”)现象而易于穿过基材的细孔，收率降低。另外，制膜所需要的时间也变长，增加附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体的制造成本。另一方面，如果陶瓷粒子的密度超过1600g/m3，那么陶瓷粒子便彼此凝集，在孔格的入口(封孔蜂窝结构体的端面)处产生陶瓷粒子的附着、堆积， 或在孔格内发生陶瓷粒子的偏聚，难以形成均质的膜。如果孔格内的气体的流速不足0. 2m/SeC，那么陶瓷粒子便易于堆积在孔格的入口端附近，没有到达孔格内的隔壁的表面的陶瓷粒子增多，或者，在所堆积的陶瓷粒子的作用下堵塞孔格的入口(开口)，会妨碍制膜(捕集层的形成)。另一方面，如果孔格内的气体的流速超过lOOm/sec，那么在惯性的作用下陶瓷粒子便易于堆积于孔格的终端，堆积到隔壁的表面的陶瓷粒子会减少。堆积于孔格的终端的陶瓷粒子，会降低作为过滤器而起作用的隔壁的表面积，其结果会增大压力损耗，作为过滤器的性能降低。在本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法的优选实施方式中，由于在使陶瓷粒子附着于孔格内的封孔蜂窝结构体的表面的过程之后，去除附着于封孔蜂窝结构体的端面的陶瓷粒子，因而可在维持附有PM的(PM付)压降降低率的状态下，抑制初期压降上升率。需要说明的是，关于附有PM的压降降低率、初期压降上升率，在后面叙述。


图1是表示本发明的封孔蜂窝结构体制造方法的一个实施方式的工序图。图2是表示本发明的封孔蜂窝结构体制造方法的其它实施方式的工序图。图3是表示本发明的封孔蜂窝结构体制造方法的实施中所使用的装置的一个实施方式的模式图。图4A是表示本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法的实施中所使用的装置的其它实施方式的模式图。图4B是将图4A所示的装置的一部分放大显示的模式图。图4C是将图4A所示的装置的一部分放大显示的模式图。图5是表示本发明的封孔蜂窝结构体制造方法的实施中所使用的装置的又一其它实施方式的模式图。图6是说明附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体的优点的图，即将未设置表面捕集层的封孔蜂窝结构体的1/4切下而表示内部的立体图。
图7是说明附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体的优点的图，即将未设置表面捕集层的封孔蜂窝结构体的一部分(隔壁和孔格)放大显示的剖视图。图8是说明附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体的优点的图，即表示所附着的PM量与压力损耗的关系的坐标图。附图标记说明1、30、40、50 (未设置表面捕集层的)封孔蜂窝结构体3a、!3b:孔格4:隔壁5 :PM(粒子状物质、颗粒物)6 废气30a、40a、50a (封孔蜂窝结构体的)一个端面30b、40b、50b (封孔蜂窝结构体的)另一端面31 悬浮微粒32、52 容器33、43、53 空气34、44、54 扇35、45、55:筒状体36、46、56 陶瓷粒子47:陶瓷粒子供给器48、58 喷射器
具体实施例方式以下，关于本发明的实施方式，适宜地参照附图进行说明，但是本发明的解释不应受限于它们，只要不脱离本发明的范围，基于本领域技术人员的知识，可进行各种变更、补正、改良。例如，附图表示优选的本发明的实施方式，但是本发明不受限于附图中表示的实施方式、附图所示的信息。在实施或验证本发明方面，虽然可适用与本说明书中记述的手段同样的手段或均等的手段，但是优选的手段为以下记述的手段。首先，参照图6 图8对附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体(即本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法的制造对象)的优点进行说明。将封孔蜂窝结构体用作PM去除用的过滤器的情况下，即使是未设置表面捕集层的封孔蜂窝结构体1，也将包含PM5的废气6导入到一个孔格3a内，通过封孔蜂窝结构体1的隔壁4，从邻接的孔格北的另一侧的开口端流出。在此时PM5被捕集于隔壁4，废气6被净化(参照图6、图7)。但是，此时，如果没有表面捕集层，那么PM5侵入到隔壁4 (基材)的细孔内，堵塞细孔，因而在初期压降便急剧上升(参照图8)。如果有表面捕集层(如果是附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体)，那么可防止PM侵入到隔壁4(基材)的细孔内，因而细孔不会由PM5 堵塞，因此，在初期压降也不会上升，实现了压降的降低(参照图8)。本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法就是制造这样的优异的附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体的方法。接着，参照图1来说明附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体的制造工序(包含作为本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法的特征的制膜过程)。图1表示了与后述的片段(力^ ^ >卜)型不同的、一体型的附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体的概略制造工序。需要说明的是，对于制膜过程以外的工序，可不依据以下的工序而基于公知的工序，来制造附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体。混炼工序混合骨料粒子(优选为包含堇青石化原料、碳化硅、硅-碳化硅复合材料、氧化铝、莫来石、钛酸铝以及氮化硅之中的任一种的骨料粒子)、水、有机粘合剂(羟基丙氧基甲基纤维素、甲基纤维素等)、造孔材料(石墨、淀粉、合成树脂等)、表面活性剂(乙二醇、脂肪酸皂类等)等，使用捏合机、真空捏土机等进行混炼，从而获得坯土。成型工序接着，通过使用具备有模具(其具有所希望的孔格形状、隔壁厚度、孔格密度)的挤出成型机将该坯土挤出成型，从而成型为所希望的形状，其后，通过用例如微波干燥机及热风干燥机来干燥，获得一体型的成型体。这就是外形为例如圆柱状，从一个端面延伸至另一端面的多个孔格由隔壁区划而成的蜂窝结构的成型体。对于成型体的孔格形状、隔壁厚度、孔格密度等而言，可通过考虑干燥、烧成中的收缩，按照想要制作的附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体的规格，适宜决定。封孔工序其后，按照从成型体的一个端面和另一端面来看、皆成为相间方格花纹那样的方式，针对该成型体的邻接的多个孔格，相互交错地对一侧的开口端和另一侧的开口端进行封孔。更详细而言，优选将包含与上述骨料粒子相同的材料的封孔用的浆料贮留在容器中，按照成为相间方格花纹那样的方式，在成型体的一侧的端面，对大致半数的孔格进行掩模，将该侧浸渍于容器中，将浆料填充于没有掩膜的孔格的开口，进行封孔。对于成型体的另侧的端面，对于在一侧的端面上被封孔的孔格实施掩膜(当然，被掩模的部分便成为相间方格花纹)，将该侧浸渍于容器中，浆料填充于没有掩模的孔格的开口，进行封孔。 这样，在一侧的端面上没有封孔的孔格在另侧的端面上被封孔，在另侧的端面上没有封孔的孔格在一侧的端面上被封孔，在两端面上形成如相间方格花纹那样孔格交替地堵塞的结构。烧成工序然后，对封孔了的成型体进行预烧而脱脂，其后，进行烧成(正式烧成)，可获得封孔蜂窝结构体。此封孔蜂窝结构体为基材。由于有机粘合剂的燃烧温度为 100 300°C左右，造孔材料的燃烧温度为200 800°C左右，因而预烧的温度设为200 1000°C左右即可。就烧成温度而言，因骨料粒子的原料而不同，因此根据原料选择适当的条件即可。一般为1400 1500°C左右。捕集层制膜工序接着，在基材的一侧的端面侧混合陶瓷粒子和气体，从另侧的端面侧将该气体吸引，从而将悬浮微粒送入基材的孔格内，使陶瓷粒子附着、堆积于基材的孔格内表面。此时，优选将悬浮微粒密度设为lg/m3以上、1600g/m3以下，悬浮微粒的孔格内的流速设为0. 2m/sec以上、lOOm/sec以下。就陶瓷粒子而言，虽然可针对于基材而适宜选择， 但是优选陶瓷粒子平均粒径/基材平均细孔径为大于0. 02、小于1. 5的范围。陶瓷粒子平均粒径/基材平均细孔径是指陶瓷粒子的平均粒径相对于基材的平均细孔径之比。基材的平均细孔径，更严密地讲是构成封孔蜂窝结构体的孔格内的表面的隔壁的平均细孔径。如果满足这样的条件，那么所投入的原料(陶瓷粒子)特别良好地附着于孔格内表面，高效地用于捕集层的形成，原料收率变高。这可认为是由于所吸引的气体中包含的陶瓷粒子附着于隔壁的细孔的入口，且形成覆盖细孔的入口的层。如果陶瓷粒子平均粒径/基材平均细孔径为0.02以下，那么存在陶瓷粒子穿过细孔而收率降低，陶瓷粒子在隔壁的表面上不形
8成层而附着于细孔内(的壁面)而减小细孔径的可能。另一方面，如果陶瓷粒子平均粒径 /基材平均细孔径为1.5以上，那么在用作过滤器时，PM会穿过捕集层并堵塞细孔，过滤器的压降易于上升。就陶瓷粒子的平均粒径而言，当然因基材的平均细孔径而变得不同，但是优选大致为1 15 μ m。作为陶瓷粒子的材料，优选使用碳化硅、氮化硅、堇青石化原料、氧化铝、氧化锆、二氧化硅等。特别优选的材料是与(基材的)上述骨料粒子相同的材料。就陶瓷粒子而言，更详细地，将该材料分粒之后，利用气流磨(干式)、球形磨(湿式)将粗粒子进一步粉碎，可获得微粒且具有狭窄的粒径分布的粉碎粒子。端面去除工序使陶瓷粒子附着并堆积于基材的孔格内表面后，使用空气喷嘴等， 去除残存于基材的悬浮微粒送入侧(陶瓷粒子的供给侧)的端面的陶瓷粒子。热处理工序然后，通过实施热处理，从而使堆积于孔格内表面的陶瓷粒子烧结并稳定。优选此时的热处理温度低于获得基材时的烧成温度。加热到使陶瓷粒子烧结固定而必需的温度即可。虽然因陶瓷粒子的材料而不同，但是一般优选烧成温度为1250 1350 O。加工工序其后，实施例如磨削加工，整理成所希望的形状。外周涂布工序最后，如果将涂覆材料涂布于基材的外周并干燥、配设外周部，那么可获得一体型的、附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体。如果配设外周部，那么附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体的外周的凹凸变少。作为涂覆材料，可使用混合了无机纤维、硅溶胶、粘土、SiC粒子、有机粘合剂、发泡树脂、分散剂、水等的材料等。就涂布涂覆材料的方法而言，没有特别限定，可列举出一边使基材在滑轮(3 < 3 )上旋转，一边用橡胶刮刀( b)等进行涂布的方法等。接着，参照图2，对片段型的附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体的制造工序进行说明。图2表示了片段型的附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体的概略制造工序。就封孔工序而言，优选在接合各片段之前针对各片段来进行。另外，捕集层制膜工序也优选在各片段上进行。但也可在接合了片段之后制膜。需要说明的是，在各片段进行捕集层制膜工序的情况下，各片段便相当于本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法中的(制膜对象的)封孔蜂窝结构体，因而在以下的说明中，虽然冗长，但是将各片段等记为封孔蜂窝结构体(片段)等。 可通过接合形成了捕集层制膜的封孔蜂窝结构体(片段)，获得附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体。混炼工序混合骨料粒子(优选为包含堇青石化原料、碳化硅、硅-碳化硅复合材料、氧化铝、莫来石、钛酸铝、以及氮化硅之中的任一个的骨料粒子)、水、有机粘合剂(羟基丙氧基甲基纤维素、甲基纤维素等)、造孔材料(石墨、淀粉、合成树脂等)、表面活性剂(乙二醇、脂肪酸皂类等)等，使用捏合机、真空捏土机等进行混炼，从而获得坯土。在片段型的附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体中，经常使用碳化硅、硅-碳化硅复合材料，作为骨料粒子。成型工序接着，通过使用具备有模具(其具有所希望的孔格形状、隔壁厚度、孔格密度)的挤出成型机将该坯土挤出成型，而成型为所希望的形状，其后，通过用例如微波干燥机及热风干燥机来干燥，从而获得一体型的成型体。这就是外形为例如棱柱状、从一个端面延伸至另一端面的多个孔格由隔壁区划形成的蜂窝结构的成型体(构成片段的成型体)。就成型体的孔格形状、隔壁厚度、孔格密度等而言，可通过考虑干燥、烧成中的收缩，按照想要制作的附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体的规格，适宜地决定。封孔工序其后，按照从成型体的一个端面和另一端面来看，皆成为相间方格花纹那样的方式，针对该成型体(构成片段的成型体)的邻接的多个孔格，相互交错地对一侧的开口端和另一侧的开口端进行封孔。更详细而言，优选将包含与上述骨料粒子相同的材料的封孔用的浆料贮留在容器中，按照成为相间方格花纹那样的方式，在成型体的一侧的端面，对大致半数的孔格进行掩模，将该侧浸渍于容器中，将浆料填充于没有掩模的孔格的开口，进行封孔。对于成型体的另侧的端面，对在一侧的端面上被封孔的孔格来实施掩膜(当然，被掩模的部分便成为相间方格花纹)，将该侧浸渍于容器中，将浆料填充于没有掩模的孔格的开口，进行封孔。这样，在一侧的端面上没有封孔的孔格在另侧的端面上被封孔，在另侧的端面上没有封孔的孔格在一侧的端面上被封孔，在两端面上形成如相间方格花纹那样孔格交替地堵塞的结构。烧成工序然后，对封孔的成型体(构成片段的成型体)进行预烧而脱脂，其后，进行烧成(正式烧成)，可获得作为片段的封孔蜂窝结构体。接着，如果进行制膜工序，则此封孔蜂窝结构体(片段)为基材。由于有机粘合剂的燃烧温度为100 300°C左右，造孔材料的燃烧温度为200 800°C左右，因而预烧的温度设为200 1000°C左右即可。就烧成温度而言，因骨料粒子的原料而不同，因此根据其而选择适当的条件即可。一般为1400 1500°C 左右。捕集层制膜工序接着，在基材(封孔蜂窝结构体(片段))的一侧的端面侧混合陶瓷粒子和气体，从另侧的端面侧吸引该气体，从而将悬浮微粒送入基材的孔格内，使陶瓷粒子附着、堆积于基材的孔格内表面。此时，与一体型的附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体的制造工序同样地，优选将悬浮微粒密度设为lg/m3以上、1600g/m3以下，将悬浮微粒的孔格内的流速设为0.2m/sec以上、lOOm/sec以下。另外，在陶瓷粒子方面，也与一体型的附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体的制造工序同样，可针对基材来适宜选择陶瓷粒子。优选陶瓷粒子平均粒径/基材平均细孔径为大于0. 02、小于1. 5的范围。陶瓷粒子平均粒径 /基材平均细孔径是指陶瓷粒子的平均粒径相对于基材的平均细孔径之比。基材的平均细孔径，更严密地讲是构成封孔蜂窝结构体的孔格内的表面的隔壁的平均细孔径。如果满足这样的条件，那么所投入的原料(陶瓷粒子)特别良好地附着于孔格内表面，高效地用于捕集层的形成，原料收率变高。这可认为是由于所吸引的气体中包含的陶瓷粒子附着于隔壁的细孔的入口，且形成覆盖细孔的入口的层。如果陶瓷粒子平均粒径/基材平均细孔径为 0. 02以下，那么存在陶瓷粒子穿过细孔而收率降低，或陶瓷粒子在隔壁的表面上不形成层而附着于细孔内(的壁面)而减小细孔径的可能。另一方面，如果陶瓷粒子平均粒径/基材平均细孔径为1.5以上，那么在用作过滤器时，PM穿过捕集层并堵塞细孔，过滤器的压降易于上升。就陶瓷粒子的平均粒径而言，当然因基材的平均细孔径而变得不同，但是优选大致为1 15 μ m。作为陶瓷粒子的材料，优选使用碳化硅、氮化硅、堇青石化原料、氧化铝、氧化锆、二氧化硅等。特别优选的材料为与(基材的)上述骨料粒子相同的材料。就陶瓷粒子而言，更详细地，将该材料分粒之后，通过气流磨(干式)、球形磨(湿式)，将粗粒子进一步粉碎，可获得微粒且具有狭窄的粒径分布的粉碎粒子。端面去除工序使陶瓷粒子附着并堆积于基材(封孔蜂窝结构体(片段))的孔格内表面后，使用空气喷嘴等，去除残存于基材的悬浮微粒送入侧(陶瓷粒子的供给侧)的端面的陶瓷粒子。热处理工序然后，通过实施热处理，从而使堆积于孔格内表面的陶瓷粒子烧结并稳定。优选此时的热处理温度低于获得基材时的烧成温度。加热到使陶瓷粒子烧结固定而必需的温度即可。虽然因陶瓷粒子的材料而不同，但是一般优选烧成温度为1250 1350 O。接合工序接着，用接合材料将所希望数量的封孔蜂窝结构体(片段)接合，干燥， 获得多个片段按照相互的侧面彼此对置的方式邻接配置并且该对置的侧面彼此通过接合部而接合的封孔蜂窝结构体。就接合部而言，优选配设于对置的侧面整体。就接合部而言， 在各片段热膨胀、热收缩时，发挥缓冲(吸收)体积变化量的作用，并且发挥接合片段的作用。接合材料配设于各片段的侧面的方法，可使用例如刷涂等涂布手段。作为接合材料，可列举出向无机纤维、硅溶胶、粘土、SiC粒子等无机原料中加入有机粘合剂、发泡树脂、分散剂等添加材料，再加入水而混炼出的浆料等。加工工序其后，针对(接合片段而获得的)封孔蜂窝结构体，实施例如磨削加工， 将外形制成例如圆柱状。外周涂布工序最后，将涂覆材料涂布于基材的外周并干燥、配设外周部，那么可获得片段型的附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体。如果配设外周部，那么附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体的外周的凹凸变少。作为涂覆材料，可使用混合了无机纤维、硅溶胶、粘土、SiC粒子、有机粘合剂、发泡树脂、分散剂、水等的材料等。涂布涂覆材料的方法，没有特别限定，可列举出一边使基材在滑轮上旋转，一边用橡胶刮刀等进行涂布的方法等。接着，一边例示本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法中使用的装置，一边对通过在封孔蜂窝结构体的一侧的端面侧混合陶瓷粒子和气体，从另侧的端面侧吸引该气体，从而由该气体将前述陶瓷粒子送入孔格内，使该陶瓷粒子附着于孔格内的封孔蜂窝结构体的表面的具体方法进行说明。第1制膜方法作为一种方式，如图3所示，在封孔蜂窝结构体30的一个端面30a 以及另一端面30b这两侧，由筒状体35来形成流路，在一个端面30a侧设置容器32。而且， 如果向容器32事先加入陶瓷粒子36，吹入空气33而使其流动，那么陶瓷粒子36与空气 33(气体)混合，变为流动状态，成为悬浮微粒31。在该状态下，如果从另一端面30b侧，用例如扇34(未图示)吸引，那么陶瓷粒子36由气流搬运，被送入于封孔蜂窝结构体30的孔格内，陶瓷粒子36附着于孔格内的封孔蜂窝结构体30的表面。第2制膜方法作为其它的方式，如图4A所示，在封孔蜂窝结构体40的一个端面 40a及另一端面40b这两侧，由筒状体45形成流路，在一个端面40a侧设置喷射器48及陶瓷粒子供给器47。而且，如果从陶瓷粒子供给器47供给定量的陶瓷粒子46，在喷射器48 处，以高速吹入空气43，那么产生负压，从而陶瓷粒子46被吸引，陶瓷粒子46与气体(空气)混合，陶瓷粒子46搭乘于气流，朝向一个端面40a而排出。在该状态下，如果从另一端面40b侧，用例如扇44(未图示)吸引，那么陶瓷粒子46由空气(气流)搬运，被送入封孔蜂窝结构体40的孔格内，陶瓷粒子46附着于孔格内的封孔蜂窝结构体40的表面。第3制膜方法作为又一其它方式，如图5所示，在封孔蜂窝结构体50的一个端面50a以及另一端面50b这两侧，由筒状体55形成流路，在一个端面50a侧设置喷射器58 及容器52。而且，事先向容器52加入陶瓷粒子56，通过对容器52进行扫描，从而供给陶瓷
11粒子56。同时，如果以高速将空气53吹入喷射器58，那么产生负压，从而陶瓷粒子56被吸引，陶瓷粒子56与气体(空气)混合，陶瓷粒子56搭乘于气流，朝向一个端面50a而排出。 在该状态下，如果从另一端面50b侧，用例如扇54 (未图示)吸引，那么陶瓷粒子56由空气 (气流)搬运，被送入封孔蜂窝结构体50的孔格内，陶瓷粒子56附着于孔格内的封孔蜂窝结构体50的表面。需要说明的是，例如，在上述的图4A所示的装置中(在图5所示的装置中也相同)，如果调节吹入于喷射器48的空气43的量，那么可调整从喷射器48喷射的悬浮微粒的喷射角、以及喷射的悬浮微粒乃至其中包含的陶瓷粒子的惯性能量。这如已经叙述那样，影响制膜分布的形成。例如，如果增多吹入于喷射器48的空气43的量，那么如图4B所示，从喷射器48喷射的陶瓷粒子46和气体(悬浮微粒)的喷射角变小，直接地进入到封孔蜂窝结构体40，便难以均勻地分布于扇44(未图示)吸引的流路。另外，同时，陶瓷粒子46便易于堆积在封孔蜂窝结构体40的出口侧一方。另一方面，如果减少吹入于喷射器48的空气43的流量，那么如图如所示，从喷射器48喷射的陶瓷粒子46和气体(悬浮微粒)的喷射角变大，便易于均勻地分布于扇44吸引的流路。另外，同时，陶瓷粒子46的运动能量变小，因此按照仅由扇44的吸引所形成的流路，进入到封孔蜂窝结构体40的孔格内，便易于制膜。需要说明的是，在扇44的吸引的作用下，虽然也吸引除了从喷射器48喷射的陶瓷粒子46和气体(悬浮微粒)以外的气体 (空气)，但是可认为，对于除了悬浮微粒以外的气体而言，与从喷射器48喷射的陶瓷粒子 46和气体(悬浮微粒)所具有的运动能量进行比较，对制膜造成的影响小。以下，通过实验例来具体说明本发明。实验例1 9 将碳化硅80份、金属硅20份、作为造孔材料的平均粒径10 μ m的焦炭13份，作为分散介质的水35份，作为有机粘合剂的羟丙基甲基纤维素6份，作为分散剂的乙二醇0.5份混合、混炼而制备了坯土。接着，通过使用孔格形状为四边形、具有规定狭缝宽度的模具，对坯土进行挤出成型，获得了孔格形状为四边形、整体形状为棱柱(方筒) 形的蜂窝状基材。用微波干燥机干燥所获得的蜂窝状基材，进一步用热风干燥机进行完全地干燥之后，在蜂窝状基材的端面的孔格开口部，相间方格花纹状地交替地实施掩模，将实施了掩模的侧的端部浸渍于前述含有碳化硅的封孔浆料，从而形成了交替排列为相间方格花纹状的封孔格。在两端形成了封孔格之后，干燥，在氩气氛围下在1430°C烧成10小时。 如此地，制作了四棱柱状的封孔蜂窝结构体。此封孔蜂窝结构体的(隔壁的)平均细孔径为 13 μ m。然后，使用由与上述基材相同的材料形成的、平均粒径为3μπι的陶瓷粒子，基于上述第2制膜方法，在该封孔蜂窝结构体实施了制膜。其后，对其中1个(通过制膜而设置有捕集层)封孔蜂窝结构体实施热处理，去除端面，将其作为附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体而进行了评价。结果示于表1。需要说明的是，四棱柱状的封孔蜂窝结构体的轴长为 152. 4mm，垂直于轴的截面的大小为36. 2mmX36. 2mm，孔格密度为46. 5孔格/cm2，隔壁的厚度为300 μ m。制膜的条件以及评价项目，如以下所述。表 1
实验例悬浮微粒密度 [g/m3]孔格内流速 [m/sec.]制膜量 [g]制膜时间 [sec.]附有PM 的压降降低率原料收率初期压降上升率10.921.2120033%20%-21.821.260031%70%-322.221.25032%88%8%41582.421.20.729%90%-52215.421.20.510%88%-660.00.13,0100028%5%一760.00.33.040030%50%-860.097.03.01.227%89%-960.0116.43.0 I 113%89%-10148.41214.8 I 225%85%-119.91214.8 I 3028%83%-120.61214.8 ！ 50029%30%一1322.221.2 5032%88%26%制膜时间计量从陶瓷粒子被吸引开始到全部被送入为止的时间，将其作为制膜时间。吸引流量在封孔蜂窝结构体中的吸引侧设置风量计，进行流量换算，而将其作为吸引流量(m3/min)。制膜量在进行了端面去除的情况下，将(在制膜之后实施了端面去除后的封孔蜂窝结构体的质量)_(制膜前的封孔蜂窝结构体的质量)作为制膜量(g)。在不进行端面去除的情况下，将(制膜后的封孔蜂窝结构体的质量)_(制膜前的封孔蜂窝结构体的质量) 作为制膜量(g)。悬浮微粒密度通过制膜量(g) + (吸引流量(m7min) X制膜时间(min))来求出。陶瓷粒子的平均粒径依照JIS R 1629，利用激光衍射/散射式粒径分布测定装置(株式会社堀场制作所制，LA-920(商品名))测定。孔格内流速通过吸引流量(m7min) + (封孔蜂窝结构体的截面积(m2) X孔格开口率(％ ))来求出，将其为孔格内流速(m/sec)。基材的平均细孔径从基材切出5mmX5mmX 15mm的试样，通过水银测孔计(株式会社岛津制作所制，水银测孔计MIC-9405(商品名))进行了测定。附有PM的压降降低率将制膜的封孔蜂窝结构体和未制膜的封孔蜂窝结构体搭载于共轨(二 > > - > )式2. OL柴油发动机的涡轮增压器(turbocharger)正下方，以稳定为引擎转数2000rpm、扭矩50Nm运转引擎，测定堆积4g/L的作为粒子状物质的烟灰(烟黑)的状态下的压力损耗(压降)，求出相对于未制膜的封孔蜂窝结构体的制膜的封孔蜂窝结构体的测定值的削减比例，将其作为附有PM的压降降低率(％)。需要说明的是，烟黑的堆积量为每IL封孔蜂窝结构体的烟黑的堆积量(g)。初期压降上升率在大型风洞装置中，测定在Im3Aiin时的(后述的实验例10 12中IOm3Aiin时的)压力损耗，求出相对于未制膜的封孔蜂窝结构体的制膜的封孔蜂窝结构体的测定值的上升比例，将其作为初期压降上升率(％ )。原料收率通过陶瓷粒子向封孔蜂窝结构体的附着量/供给量而求出。需要说明的是，附着量(g)是在制膜之后，根据(片段的质量-未制膜片段的质量)来求出，供给量 (g)通过基于电子天秤的称量值而求出。实验例10 12 将混合了氧化铝、氢氧化铝、高岭土、滑石、以及二氧化硅的堇青石化原料100份，作为造孔材料的平均粒径10 μ m的焦炭13份，作为分散介质的水35份， 作为有机粘合剂的羟丙基甲基纤维素6份，作为分散剂的乙二醇0. 5份混合、混炼而制备了坯土。接着，就孔格形状而言，使用交替形成八边形孔格和四边形孔格的规定狭缝宽度的模具对坯土进行挤出成型，获得了孔格形状为八边形孔格和四边形孔格的形状、整体形状为圆柱(圆筒)形的蜂窝状基材。用微波干燥机对所获得的蜂窝状基材进行干燥，进一步用热风干燥机进行完全干燥之后，在蜂窝状基材的端面的孔格开口部，相间方格花纹状地交替地实施掩模，将实施了掩模的侧的端部浸渍于前述含有堇青石化原料的封孔浆料从而形成了交替排列为相间方格花纹状的封孔格。在两端形成了封孔格之后，干燥，在大气气氛下在1430°C烧成10小时。如此地，制作了圆柱状的封孔蜂窝结构体。此封孔蜂窝结构体的 (隔壁的)平均细孔径为11 μ m。然后，使用由与上述基材相同的材料形成的、平均粒径为3μπι的陶瓷粒子，基于上述第3制膜方法，在该封孔蜂窝结构体实施了制膜。其后，对该(通过制膜而设置有捕集层)封孔蜂窝结构体实施热处理，去除端面，对其进行了评价。结果示于表1。需要说明的是，圆柱状的封孔蜂窝结构体的轴长为152. 4mm，垂直于轴的截面的直径为143. 8mm，孔格密度为46. 5孔格/cm2，隔壁的厚度为300 μ m。实验例13 使用碳化硅作为骨料粒子，制作四棱柱状的封孔蜂窝结构体，关于该封孔蜂窝结构体，基于上述第2制膜方法而实施制膜，其后，将其中1个(通过制膜而设置有捕集层)封孔蜂窝结构体保持原样，不去除端面，其后，热处理后，将其作为附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体，进行了评价。除了此之外的条件，设为与实验例3相同。结果示于表1。考察根据实验例1 5、10 12可知，如果悬浮微粒密度不足1. Og/m3，那么原料收率大幅降低；如果悬浮微粒密度超过1600g/m3，那么附有PM的压降降低率变小。另外，根据实验例1 4、6 11可知，在悬浮微粒密度为1.0 1600g/m3的范围内，如果孔格内流速不足0. 2m/sec，那么原料收率大幅降低，如果孔格内流速超过IOOm/ sec，那么附有PM的压降降低率变小。由此可知如果为悬浮微粒密度处于1. O 1600g/m3 的范围、且孔格内流速处于0. 2 lOOm/sec的范围的条件，那么可增大附有PM的压降降低率，又提高原料收率，从而高效地制膜。而且，根据实验例3、13可知，通过实施端面去除，可降低初期压降上升率。产业上的利用可能性本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法适宜用作制造可用作DPF的附带表面捕集层的封孔蜂窝结构体(蜂窝过滤器)的方法。DPF为用于捕集从以柴油发动机为代表的内燃机、各种燃烧装置排出的气体中包含的颗粒、净化气体的过滤器。
权利要求
1.一种封孔蜂窝结构体的制造方法，具有如下过程 在封孔蜂窝结构体的一侧的端面侧，将陶瓷粒子和气体混合，通过从所述封孔蜂窝结构体的另侧的端面侧吸引混合有所述陶瓷粒子的气体，从而将混合于该气体的陶瓷粒子送入所述封孔蜂窝结构体的孔格内，使该陶瓷粒子附着于所述封孔蜂窝结构体的孔格内的表面。
2.根据权利要求1所述的封孔蜂窝结构体的制造方法，在混合有所述陶瓷粒子的气体中，陶瓷粒子的质量/气体的体积为lg/m3以上、1600g/ m3以下。
3.根据权利要求1或2所述的封孔蜂窝结构体的制造方法，其中，所述孔格内的混合有所述陶瓷粒子的气体的流速为0. 2m/sec以上、lOOm/sec以下。
4.根据权利要求1或2所述的封孔蜂窝结构体的制造方法，其中，在另侧的端面侧对混合有陶瓷粒子的气体的吸引流量进行调节。
5.根据权利要求1或2所述的封孔蜂窝结构体的制造方法， 其中，在一侧的端面侧对混合陶瓷粒子的气体的流量进行调节。
6.根据权利要求1或2所述的封孔蜂窝结构体的制造方法，其中，通过使用多种陶瓷粒子连续或同时地制膜，在所述封孔蜂窝结构体内形成多层结构的捕集层。
7.根据权利要求1或2所述的封孔蜂窝结构体的制造方法， 其中，向陶瓷粒子中添加造孔材料。
8.根据权利要求1或2所述的封孔蜂窝结构体的制造方法，其中，在使陶瓷粒子附着于孔格内的封孔蜂窝结构体的表面的过程之后，去除附着于封孔蜂窝结构体的端面的陶瓷粒子。
全文摘要
本发明提供一种封孔蜂窝结构体的制造方法，其中，所投入的原料(陶瓷粒子)高效地用于捕集层形成，原料不浪费，不需要原料的重新利用，且在成为捕集层的膜的制膜上不需要时间，并且，陶瓷粒子均匀地堆积，从而获得形成有均质的捕集层的蜂窝结构体。本发明的封孔蜂窝结构体的制造方法具有如下过程在封孔蜂窝结构体的一侧的端面侧，将陶瓷粒子和气体混合，从封孔蜂窝结构体的另侧的端面侧吸引混合有陶瓷粒子的气体，从而将混合于该气体的陶瓷粒子送入封孔蜂窝结构体的孔格内，使该陶瓷粒子附着于封孔蜂窝结构体的孔格内的表面。
文档编号C04B38/00GK102249725SQ20111010348
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月21日 优先权日2010年4月22日
发明者佐藤史治, 板津研 申请人:日本碍子株式会社