[發(fā)明專利]鈦酸鋁質(zhì)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體、其制造方法及用于制造其的原料粉末

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200880116297.0
• 申請(qǐng)日: 2008-11-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101861288A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 諏訪部博久;吉田優(yōu);熊谷友正;山根英也
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 日立金屬株式會(huì)社
• 主分類號(hào): C04B35/46
• 分類號(hào): C04B35/46;B01D39/00;B01D39/20;B01D46/00;F01N3/02;C04B38/06
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 朱丹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈦酸鋁質(zhì)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體、其制造方法及用于制造其的原料粉末。其中涉及優(yōu)選用于凈化由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等排出的包含PM的廢氣中所使用的陶瓷蜂窩狀過(guò)濾器的鈦酸鋁質(zhì)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體、其制造方法及用于制造其的原料粉末。

背景技術(shù)

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中包含有以由碳質(zhì)組成的煤和由高沸點(diǎn)烴成分組成的SOF成分(Soluble?Organic?Fraction：可溶性有機(jī)成分)為主成分的PM(Particulate?Matter：粒狀物質(zhì))，當(dāng)其被排放到大氣中時(shí)，有給人體和環(huán)境帶來(lái)不良影響的危險(xiǎn)。因此，以往，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管的中間安裝用于捕集PM的陶瓷蜂窩狀過(guò)濾器(以下將陶瓷蜂窩狀過(guò)濾器簡(jiǎn)稱為“蜂窩狀過(guò)濾器”)。將捕集、凈化廢氣中的PM的蜂窩狀過(guò)濾器的一例示于圖1(a)及圖1(b)。蜂窩狀過(guò)濾器10由陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體(以下有時(shí)也簡(jiǎn)稱為蜂窩狀結(jié)構(gòu)體)和上游側(cè)密封部6a、下游側(cè)密封部6c組成，所述陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)體由形成多個(gè)流出側(cè)密封通路3及流入側(cè)密封通路4的多孔間壁2和外周壁1組成，所述上游側(cè)密封部6a和下游側(cè)密封部6c將流出側(cè)密封通路3及流入側(cè)密封通路4的廢氣流入側(cè)端面8及廢氣流出側(cè)端面9交替地密封成方格花紋。

對(duì)于該蜂窩狀過(guò)濾器而言，要求其在使用中以高效率捕集廢氣所含的微粒，降低壓力損失而減少對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)施加的負(fù)荷，但當(dāng)所捕集的微粒變多時(shí)，由于間壁的細(xì)孔堵塞從而壓力損失增大，因此需要燃燒除去所捕集的微粒來(lái)使蜂窩狀過(guò)濾器再生。這樣，由于蜂窩狀過(guò)濾器被反復(fù)暴露在燃燒微粒時(shí)的高溫中，因此要求高耐熱性和高耐熱沖擊性，作為以往的構(gòu)成多孔間壁的材料，一般使用堇青石(5SiO₂·2AlO₂·2MgO)或碳化硅(SiC)。

在使用堇青石構(gòu)成間壁的情況下，由于熱膨脹系數(shù)低，為10×10^-7/℃左右，因此難以產(chǎn)生因熱沖擊引起的龜裂，耐熱沖擊性能優(yōu)異，但在堆積有大量微粒的狀態(tài)下燃燒時(shí)，有時(shí)蜂窩狀過(guò)濾器的溫度升得過(guò)高從而間壁會(huì)部分溶損。因此，為了不使燃燒溫度過(guò)度上升，需要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，存在廢氣凈化裝置的制造成本或運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用增大這樣的問(wèn)題。

在使用碳化硅構(gòu)成間壁的情況下，雖然耐熱性優(yōu)異，但由于熱膨脹系數(shù)大，為40×10^-7/℃，因此有時(shí)因熱沖擊應(yīng)力蜂窩狀結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生龜裂而破損。為了緩和熱應(yīng)力，有將分割成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體粘貼在一起作為一個(gè)整體使用的方法，但具有其效果不夠充分、因分割及粘貼而成本升高這樣的問(wèn)題。

為了解決上述問(wèn)題，最近提案有使用鈦酸鋁(Al₂TiO₅)作為構(gòu)成蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的材料。鈦酸鋁具有超過(guò)1700℃的耐熱性和熱膨脹系數(shù)小而優(yōu)異的耐熱性沖擊性。但是，存在這樣的問(wèn)題：鈦酸鋁的小熱膨脹系數(shù)是由于存在因鈦酸鋁結(jié)晶的熱膨脹系數(shù)各向異性而在燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的微細(xì)裂縫引起的，另一方面，由于該微細(xì)裂縫的存在，存在蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的機(jī)械強(qiáng)度下降這樣的問(wèn)題。即，現(xiàn)有的鈦酸鋁存在小膨脹系數(shù)和高強(qiáng)度相反這樣的問(wèn)題。另外，由于現(xiàn)有的鈦酸鋁通常在800～1280℃的溫度范圍具有分解區(qū)域，因此還存在如下的問(wèn)題：不能長(zhǎng)期穩(wěn)定地在這樣的溫度范圍下使用。為了解決這樣的現(xiàn)有的鈦酸鋁的課題，公開(kāi)有以下的技術(shù)。

WO05/105704中公開(kāi)有一種鈦酸鋁鎂結(jié)晶結(jié)構(gòu)物及其制造方法，所述鈦酸鋁鎂結(jié)晶結(jié)構(gòu)物由在組成式Mg_xAl_2(1-x)Ti_(1+x)O₅(式中，0.1≤x＜1)表示的鈦酸鋁鎂結(jié)晶的至少表面層的Al原子的一部分被Si原子取代的固溶體組成，具有-6×10^-6～6×10^-6(1/K)的熱膨脹系數(shù)，且在1100℃的大氣中保持300小時(shí)時(shí)的鈦酸鋁鎂的剩余率為50％以上，其中，記載：所述結(jié)構(gòu)物具有鈦酸鋁固有的耐熱性和極小的熱膨脹系數(shù)，耐熱沖擊性優(yōu)異，同時(shí)具有高熱分解性及大機(jī)械強(qiáng)度。然而，近年來(lái)已開(kāi)始要求更高性能的蜂窩狀過(guò)濾器，WO05/105704號(hào)中記載的蜂窩狀過(guò)濾器從兼顧低熱膨脹系數(shù)和高強(qiáng)度這樣的觀點(diǎn)考慮是不充分的，特別是就其壓力損失特性而言，并未達(dá)到令人滿意的程度。因而，WO05/105704號(hào)中記載的方法中，難以得到將耐熱沖擊性、強(qiáng)度、在高溫下的穩(wěn)定性、壓力損失性能同時(shí)提高到實(shí)用上沒(méi)有問(wèn)題的水平的蜂窩狀過(guò)濾器。