蜂窝构件及其制造方法
2019-11-22

蜂窝构件及其制造方法

一种蜂窝构件,其特征在于,在轴向方向上具有许多被隔离壁隔开的贯通孔,这种蜂窝构件包括耐火材料颗粒和玻璃成分,而且是多孔的。蜂窝构件包括碳化硅之类的耐火材料颗粒,并且在其制造过程中可在较低的温度下烧结,这不仅能导致其制造成本的降低,而且还能提高产率,因而能以便宜的价格提供蜂窝构件。

从上述结果可以清楚地看出,为了获得具有预定平均孔径的蜂窝构件,很容易选择用作蜂窝构件原料的SiC粉末的颗粒直径。此外,也能将用作原料的玻璃化材料量确定在适宜的水平。因此,可以以低成本生产预定的蜂窝构件。

在焙烧过程中,玻璃化材料具有熔融作用,覆盖在耐火材料颗粒的表面上,并将这些颗粒粘合起来。因此,采用的玻璃化材料的适宜量,与耐火材料颗粒的表面积具有密切的关系。这里,耐火材料颗粒表面积是有差别的,这与耐火材料颗粒的形状等有关;然而,由于玻璃化材料熔融并附着到耐火材料颗粒上,所以当把每个耐火材料颗粒看成是球体,而不是看成BET比表面积时,将耐火材料颗粒的表面积看成是几何表面积一般是适宜的。采用这种几何表面积,可以很容易地根据下式计算“每单位耐火材料颗粒表面积的玻璃化材料量W”:W=×(其中r为耐火材料颗粒的平均半径,ρ为耐火材料颗粒的比重)。

本发明涉及在净化汽车废气的过滤器中使用的蜂窝构件和作催化剂载体等的蜂窝构件。

同时,在日本专利-A-61-26550和A-6-182228中指出,采用玻璃质材料粘合碳化硅粉末(作为原料)的技术采用1000-1400℃的低焙烧温度;然而,在焙烧过程中,一旦粘合剂的熔融,就难以获得多孔材料。

当耐火材料颗粒是例如SiC颗粒时,和SiC通常在多孔蜂窝构件中采用的重结晶SiC时,从重结晶的反应机理看,作为重结晶SiC的原料的颗粒需要有与所制蜂窝构件所需孔径大致相同的颗粒直径。相反地,在采用玻璃化的成分粘合的SiC颗粒的情况下,例如在本发明的蜂窝构件中,它们的颗粒直径可为蜂窝构件孔径的2倍或更大;所以,为了获得所需相同的孔径,可以采用直径大于重结晶SiC原料的原料(SiC颗粒)(即成本较低),以获得大的成本优点。

在作为原料的耐火材料颗粒中所含的杂质,能引起玻璃化材料软化点的降低,对烧结的结果产生不利的影响。因此,杂质的含量优选控制在≤5%(重量)。特别是碱金属和碱土金属的含量,对软化点的降低影响较大,所以优选控制在≤1%(重量)。

蜂窝构件的挤压,一般可以采用二种或多种粒度不同的材料粉末的混合物顺利地进行。从这种观点看,玻璃化材料的平均颗粒直径,优选≤成团粒的耐火材料颗粒的平均颗粒直径的30%。

(实施例1)

对玻璃化材料的种类,没有具体的限制,只要能在≥1000℃下熔融并能形成玻璃质材料就行。玻璃化材料可以是,例如在与耐火材料颗粒等混合时不是玻璃质的材料,玻璃化材料由至少一种选自SiO2、Al2O3、B2O3、Na2O、Li2O、MgO、K2O和CaO之类玻璃化材料的氧化物等组成,并在焙烧步骤中互相熔融,形成玻璃质材料,或其本身就是玻璃质的玻璃料类型的材料。

煅烧和随后的焙烧,可以作为独立的步骤,在相同或不同的炉中进行,或作为连续的步骤在同一个炉中进行。当煅烧和焙烧在不同的气氛中进行时,优选前一种操作;从煅烧和焙烧的总时间以及炉子运行的成本等观点,优选后一种操作。

当上述的比例大于4倍时,所采用的耐火材料颗粒的直径与所需的孔径相比太大,即使在模塑过程中紧密装填耐火材料的颗粒,在耐火材料颗粒之间获得所需直径的孔也是困难的。而且,在采用所制的蜂窝构件作为过滤器时,还会引起孔隙率的降低。因此,不优选这样的比例。

在蜂窝构件中,隔开贯通通道(孔室)的隔离壁的厚度,优选≥4mil(≥102μm)。当隔离壁的厚度<4mil(102μm)时,蜂窝构件的强度不够。在蜂窝构件中,强度一般与孔隙率具有密切的关系。在本发明的蜂窝构件的情况下发现,在设定隔离壁的厚度与孔隙率具有下列关系时,能获得所需的强度:隔离壁的厚度(μm)≥孔隙率(%)×4在设定隔离壁的厚度与孔隙率具有下列关系时,能获得足够的强度:隔离壁的厚度(μm)≥孔隙率(%)×5同时,当采用本发明的蜂窝构件作为DPF等过滤器时,优选设定隔离壁的厚度≤50mil(≤1,270μm)。当隔离壁厚度>50mil(1,270μm)时,担心过滤速率不够和压力损失增加。这种过滤器的过滤速率和压力损失与孔隙率具有密切的关系,通过设定隔离壁的厚度与孔隙率具有下列关系,可以消除以上的担心:隔离壁的厚度(μm)≤孔隙率(%)×20