陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2007年3月7日、申請?zhí)枮?00780007893. 0、發(fā)明名稱為"陶 瓷結(jié)構(gòu)體及其制造方法"的中國專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明是關(guān)于通過擔(dān)載催化劑能成為用來凈化由汽車發(fā)動機等排出的廢氣中所 含的一氧化碳（CO)等被凈化成分的陶瓷催化劑體的陶瓷結(jié)構(gòu)體，及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 為了凈化各種發(fā)動機等排出的廢氣，例如一直利用在具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的陶瓷結(jié)構(gòu) 體（蜂窩狀結(jié)構(gòu)體）上擔(dān)載催化劑的催化劑體（本說明書中稱為陶瓷催化劑體）。圖4? 圖6是表示這種陶瓷催化劑體的一個例子的圖。具有蜂窩結(jié)構(gòu)的陶瓷催化劑體如圖6所示， 具有在形成小室3的隔壁4表面上擔(dān)載催化劑層15的結(jié)構(gòu)。如圖4、5所示，通過使廢氣從 陶瓷催化劑體60 (陶瓷結(jié)構(gòu)體11)的一個端面2a側(cè)流入小室3內(nèi)，使其與隔壁4表面的催 化劑層（未圖示）接觸，從另一端面2b側(cè)流出至外部，可使廢氣得到凈化（例如參照專利 文獻(xiàn)1)。
[0004] 使用陶瓷催化劑體凈化廢氣時，為了提高凈化效率，最好減小小室的水力直徑，增 大隔壁的表面積，盡可能促進(jìn)廢氣中所含被凈化成分從廢氣向隔壁表面的催化劑層傳遞。 這樣，為了實現(xiàn)這一目的，可采用增加每單位面積的小室數(shù)（小室密度）的方法。被凈化成 分從廢氣向隔壁表面的催化劑層的傳遞率，可知與小室的水力直徑平方成反比例地增加， 越使小室密度增加，越能提高被凈化成分的傳遞率。然而，與小室的水力直徑平方成反比 例，壓力損失也趨于增加，所以產(chǎn)生的問題是伴隨著被凈化成分傳遞率的提高，壓力損失也 在增加。另外，對于防止壓力損失增加的策略，作為在先文獻(xiàn)，例如有專利文獻(xiàn)2和專利文 獻(xiàn)3。
[0005] 另外，當(dāng)催化劑層內(nèi)被凈化成分?jǐn)U散的速度不充分時，可知陶瓷催化劑體的凈化 效率趨于降低。由此，為了提高廢氣的凈化效率，優(yōu)選不僅增加催化劑層的表面積，通常還 減小身為數(shù)十μπι左右的隔壁表面催化劑層厚度，以提高被凈化成分在催化劑層內(nèi)的擴(kuò)散 速度。然而，當(dāng)如此作時，雖然很容易地增加了小室密度和催化劑層的表面積，提高了被凈 化成分的傳遞率，但是，壓力損失增加的問題仍沒有解決。
[0006] 進(jìn)而，通過增大陶瓷催化劑體的流入徑，降低廢氣的流通速度，既能維持或提高廢 氣的凈化效率，又能減小壓力損失。然而，將陶瓷催化劑體大型化時，因為搭載空間受到限 制，所以難以向汽車搭載仍是個問題。
[0007] 專利文獻(xiàn)：日本特開2003 - 33664號公報
[0008] 專利文獻(xiàn)：日本特開2002 - 219319號公報
[0009] 專利文獻(xiàn)：日本特開2002 - 301323號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明就是鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題而進(jìn)行的，作為其課題就是提供一種 能實現(xiàn)凈化效率優(yōu)良、壓力損失又小、即使在有限的空間內(nèi)也能搭載陶瓷催化劑體的最佳 陶瓷結(jié)構(gòu)體，及其制造方法。經(jīng)過深入研宄的結(jié)果，想到通過將催化劑層擔(dān)載在陶瓷結(jié)構(gòu)體 的氣孔的內(nèi)表面上，就能得到凈化效率優(yōu)良、即使在有限的空間內(nèi)也能搭載的陶瓷催化劑 體。并且，發(fā)現(xiàn)為了滿足壓力損失小的要求，并得到用于實現(xiàn)較高凈化效率所必要的表面 積，最重要的就是增大作為催化劑擔(dān)載對象的陶瓷結(jié)構(gòu)體的氣孔徑，以達(dá)到廢氣能通過隔 壁的程度，并減小氣孔徑的偏差，從而完成本發(fā)明。具體講，根據(jù)本發(fā)明可提供以下解決課 題的方法。
[0011] 首先，根據(jù)本發(fā)明提供一種由控制氣孔分布的、以堇青石為主晶相的材料所形成 的陶瓷結(jié)構(gòu)體，該陶瓷結(jié)構(gòu)體的氣孔分布是氣孔徑小于20 μ m的氣孔容積占總氣孔容積的 15%以下，氣孔徑20?100 μ m的氣孔容積占總氣孔容積的70%以上。
[0012] 本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體，雖然是以堇青石為主晶相，但也可以含有莫來石、鋯石、鈦 酸鋁、粘土結(jié)合碳化硅、氧化鋯、尖晶石、印度石、假藍(lán)寶石、剛玉、二氧化鈦等其他結(jié)晶相。 并且，這些結(jié)晶相，可只含有1種或同時含有2種以上。
[0013] 本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體中，氣孔分布優(yōu)選氣孔徑超過100 ym的氣孔容積占總氣孔 容積的25%以下。其中，氣孔徑小于20 μπι的氣孔容積和氣孔徑20?100 μπι的氣孔容積 和氣孔徑超過100 μm的氣孔容積的總和等于總氣孔容積。
[0014] 本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體中，氣孔率優(yōu)選為50?70%，本說明書中所說的氣孔率是使 用水銀壓入式孔率計測定的。
[0015] 本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體中，40?800°C下的熱膨脹系數(shù)優(yōu)選為I. 0X1(T6/°C以下。
[0016] 本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體優(yōu)選具有由隔壁形成連通二個端面間的多個小室的蜂窩狀 結(jié)構(gòu)，即，最好是蜂窩狀結(jié)構(gòu)體。
[0017] 以下，根據(jù)本發(fā)明，提供一種陶瓷結(jié)構(gòu)體的制造方法，其為使用以堇青石化原料為 主原料的陶瓷原料制造陶瓷結(jié)構(gòu)體的方法，堇青石化原料含有5?35質(zhì)量％的平均粒徑在 13 μπι以上的氧化鋁。本說明書中所說的平均粒徑是用激光式粒度分布測定機測定的。氧 化錯的平均粒徑優(yōu)選為13?30 μ m，更優(yōu)選為15?20 μ m。
[0018] 作為主原料的堇青石化原料，是按照堇青石結(jié)晶的理論組成（作為化學(xué)組成，是 氧化硅（SiO 2) 42?56質(zhì)量份、氧化鋁（Al2O3) 30?45質(zhì)量份、氧化鎂（MgO) 12?16質(zhì)量 份的范圍）將各成分配合而成，所以含有二氧化硅源成分、氧化鎂（MgO)源成分和氧化鋁源 成分等。其中作為規(guī)定了平均粒徑和含量的氧化鋁源成分，優(yōu)選采用氫氧化鋁或氧化鋁。
[0019] 本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體制造方法，陶瓷原料中除了主原料外優(yōu)選含有造孔劑。作為 這種造孔劑，可采用像石墨、發(fā)泡樹脂、吸水性聚合物、小麥粉、淀粉、酚醛樹脂、聚甲基丙烯 酸甲酯、聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、Shiras氣球、飛灰氣球等中空或?qū)嵭牡臉渲?。?好采用石墨、發(fā)泡樹脂、吸水性聚合物。另外，這些造孔劑的形狀，除了球狀外，例如，就控制 氣孔形狀來說，優(yōu)選是卷菱形狀、糖果狀等。
[0020] 本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體制造方法，在獲得氣孔率為50?70 %的結(jié)構(gòu)體來作為陶瓷 結(jié)構(gòu)體的情況中可以合適地使用。
[0021] 本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體制造方法，在獲得40?800°C下的熱膨脹系數(shù)在 LOX 1(T6/°C以下的結(jié)構(gòu)體來作為陶瓷結(jié)構(gòu)體的情況中，可以合適地使用。
[0022] 本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體制造方法，可以合適地用于獲得如下結(jié)構(gòu)體來作為陶瓷結(jié)構(gòu) 體的情況，即，具有由隔壁形成將二個端面之間進(jìn)行連通的多個小室的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，隔壁的 厚度為150?700 μm。作為制造對象的陶瓷結(jié)構(gòu)體，用于催化劑體時，隔壁的厚度優(yōu)選為 200?600 μ m，更優(yōu)選為300?500 μ m，特別優(yōu)選為大致480 μ m (大致19mil)。隔壁厚度 小于150 μ m時，有時強度不夠，抗熱震性降低，另一方面，當(dāng)隔壁的厚度超過700 μ m時，壓 力損失趨于增大。另外，Imil為千分之一英寸，約0. 025mm。
[0023] 本發(fā)明的陶瓷結(jié)構(gòu)體制造方法，可以合適地用于獲得如下的結(jié)構(gòu)體來作為陶瓷結(jié) 構(gòu)體的情況，即