CN110317074B - 陶瓷多孔体及其制造方法、以及集尘用过滤器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种陶瓷多孔体及其制造方法、以及集尘用过滤器。一种陶瓷多孔体，其具备包含骨料以及粘结剂的骨架部、和形成于所述骨架部之间且能够流通流体的细孔部。在该陶瓷多孔体中，对于细孔部而言，细孔径为1～10μm的细孔的细孔容积率为45％以上，并且骨料和粘结剂的接触面积相对于粘结剂的表面积的比例为20～60％。

Description

陶瓷多孔体及其制造方法、以及集尘用过滤器
技术领域
本发明涉及陶瓷多孔体及其制造方法、以及集尘用过滤器。
背景技术
在由柴油发动机、汽油发动机等内燃机或各种燃烧装置等排出的尾气中包含大量烟尘等颗粒状物质(以下也称为“颗粒物质”或“PM”)。若该PM直接被释放到大气中，则会引起环境污染，因此在尾气的排气系统中搭载有用于捕集PM的集尘用过滤器(以下也称为“颗粒过滤器”)。例如，作为用于净化从柴油发动机或汽油发动机排出的尾气的集尘用过滤器，可以举出柴油颗粒过滤器(DPF)、汽油颗粒过滤器(GPF)等。这种DPF以及GPF使用了具有蜂窝结构的陶瓷多孔体，该蜂窝结构通过隔壁而区划形成了多个隔室，该多个隔室从第一端面贯通至第二端面而形成尾气的流路。
另外，上述的尾气中还包含NOx、CO以及HC等有害物质。在减少尾气中的有害物质的量、对尾气进行净化时，广泛使用了催化反应。在这种利用了催化反应的尾气净化中，作为用于负载催化剂的催化剂载体，也使用了上述具有蜂窝结构的陶瓷多孔体。
然而，集尘用过滤器中所使用的陶瓷多孔体会随着其使用而在表面或内部堆积烟尘等颗粒状物质。其结果，陶瓷多孔体的压力损失变大，作为集尘用过滤器的功能下降。因此，为了使作为集尘用过滤器的功能再生，以定期的间隔进行使堆积在陶瓷多孔体的表面或内部的颗粒状物质燃烧而将其除去的处理。
然而，以往的陶瓷多孔体的热传导率小，因此存在下述问题：使堆积在陶瓷多孔体的表面或内部的颗粒状物质燃烧时产生局部发热，无法充分除去颗粒状物质。
因此，申请人在专利文献1中提出了一种陶瓷多孔体，所述陶瓷多孔体为了提高陶瓷多孔体的热传导率而具备骨架部和细孔部，该骨架部包含碳化硅颗粒等骨料和金属硅等粘结剂，该细孔部形成在骨架部之间且能够流通流体。
然而，专利文献1的陶瓷多孔体有时粘结剂和骨料的浸润性并不好，粘结剂和骨料的接触面积变小，其结果，强度以及热传导率有时会下降。
因此，申请人在专利文献2中提出了一种陶瓷多孔体，其通过提高粘结剂和骨料的浸润性而提高了强度以及热传导率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-201082号公报
专利文献2：日本特开2002-356383号公报
发明内容
专利文献2的陶瓷多孔体具有大量骨料与一个粘结剂接触而形成的二次组织颗粒(畴)相互结合而得到的结构，通过畴彼此的间隙而使细孔的直径增大。然而，该陶瓷多孔体有时细孔的连结性不充分，在用作过滤器的情况下压力损失升高。因此，这种结构的陶瓷多孔体用作集尘用过滤器的情况下，在使用时压力损失有时会提前增大，必须频繁地进行再生处理。另外，一般而言，集尘用过滤器中使用的陶瓷多孔体大多在堆积了颗粒状物质的状态下使用，因此需要抑制在颗粒状物质堆积的状态下的压力损失增大。
本发明是为了解决如上所述的问题而完成的，其目的在于提供一种陶瓷多孔体及其制造方法、以及集尘用过滤器，所述陶瓷多孔体的强度以及热传导率高，能够抑制使用时的压力损失增大。
在具备包含骨料以及粘结剂的骨架部、和形成于所述骨架部之间且能够流通流体的细孔部的陶瓷多孔体中，细孔径为1～10μm的细孔的细孔容积率、以及骨料和粘结剂的接触面积相对于粘结剂的表面积的比例与陶瓷多孔体的强度、热传导率以及压力损失密切相关，本发明人基于这种见解，发现通过将该细孔容积率以及该接触面积的比例控制在规定的范围，可以解决上述问题，由此完成了本发明。
即，本发明为一种陶瓷多孔体，其具备包含骨料以及粘结剂的骨架部、和形成于所述骨架部之间且能够流通流体的细孔部，
对于所述细孔部而言，细孔径为1～10μm的细孔的细孔容积率为45％以上，并且所述骨料和所述粘结剂的接触面积相对于所述粘结剂的表面积的比例为20～60％。
另外，本发明为陶瓷多孔体的制造方法，其包含下述工序：
对坯土进行成型而得到成型体的工序，该坯土包含骨料、粘结剂、含有2种以上成分的烧成助剂、以及粘合剂，所述骨料和所述粘结剂的质量比例为65：35～85：15；和
在所述粘结剂的熔点以上且所述粘结剂的熔点+50℃以下的温度将所述成型体烧成1～4小时的工序，
所述烧成助剂在所述烧成时生成氧化物，在所述氧化物中熔点最低的二元氧化物的比例为25～50质量％，并且二元氧化物具有所述烧成温度以下的熔点。
进一步，本发明为具有上述陶瓷多孔体的集尘用过滤器。
根据本发明，可以提供强度以及热传导率高、能够抑制使用时的压力损失增大的陶瓷多孔体及其制造方法、以及集尘用过滤器。
附图说明
图1是从第一端面侧观察实施方式2的陶瓷多孔体而得到的俯视图。
图2是表示图1的A-A’截面的截面图。
图3是从第一端面侧观察实施方式3的陶瓷多孔体而得到的俯视图。
图4是表示图3的B-B’截面的截面图。
符号说明
1a 第一端面
1b 第二端面
2 隔室
3 隔壁
4 外周壁
5 封孔部
10 陶瓷多孔体
具体实施方式
以下，对本发明的陶瓷多孔体及其制造方法、以及集尘用过滤器的优选的实施方式进行具体说明，但并不应该解释为本发明限定于此，只要不脱离本发明的要点，就可以基于本领域技术人员的知识而进行各种变更、改良等。各实施方式中公开的多个构成要素可以通过适当组合而形成各种发明。例如，可以从实施方式所示的全部构成要素中删除几个构成要素，也可将不同实施方式的构成要素适当地组合。
(实施方式1)
本实施方式的陶瓷多孔体具备包含骨料以及粘结剂的骨架部、和形成于骨架部之间且能够流通流体的细孔部。
此处，细孔部的细孔径以及细孔容积率与陶瓷多孔体的压力损失以及强度相关联，通过提高细孔径大的细孔的细孔容积率，能够抑制压力损失增大，但是也存在强度下降的倾向。因此，要求按能够取得陶瓷多孔体的压力损失和强度的平衡来控制细孔部的细孔径以及细孔容积率。
因此，在本实施方式的陶瓷多孔体中，将细孔径为1～10μm的细孔的细孔容积率(以下有时简称为“细孔容积率”)控制为45％以上。
此处，将细孔径设定为1～10μm的理由是因为对陶瓷多孔体的压力损失以及强度的影响大。
通过使细孔容积率为45％以上，能够同时实现：抑制压力损失增大和提高强度。尤其是，对于压力损失而言，不仅能够抑制初期(使用前)的压力损失增大，还能够抑制使用时的压力损失(烟尘堆积时的压力损失)增大。另外，从稳定地得到上述效果的观点出发，该细孔容积率优选为50％以上，进一步优选为55％以上。另一方面，该细孔容积率的上限没有特别限定，一般为90％，优选为85％，更优选为80％。
需要说明的是，在本说明书中，“细孔径”意味着基于JIS R1655：2003并通过水银压入法而求出的细孔分布中的细孔径。
另外，骨架部中的骨料和粘结剂的接触面积与陶瓷多孔体的强度、热传导率以及压力损失相关联。例如，若该接触面积小，则强度下降，并且热传导的通路变细，因此热传导性也会下降。另一方面，若接触面积大，则细孔的连结性下降，压力损失变大。
因此，在本实施方式的陶瓷多孔体中，将骨料和粘结剂的接触面积相对于粘结剂的表面积的比例(以下有时称为“接触面积率”)控制为60％以下。通过将该接触面积率控制在上述范围，可以通过细孔的连通性提高来抑制压力损失增大。另一方面，在本实施方式的陶瓷多孔体中，从防止强度下降的观点出发，将接触面积率控制为20％以上。从防止热传导率下降的观点出发，接触面积率优选为30％以上。另外，从强度、热传导率和烟尘堆积压力损失的平衡的观点出发，接触面积率的下限更优选为35～45％的范围。
需要说明的是，在本说明书中，“骨料和粘结剂的接触面积相对于粘结剂的表面积的比例”可以通过以下的方法算出。首先，从陶瓷多孔体切割出具有与流体流通方向平行的方向的切断面的试验片。接着，将试验片的切断面埋设在树脂中后，对该切断面进行研磨，使用SEM(扫描型电子显微镜)进行观察，进行该观察照片的图像分析。图像分析中，以所得到的分析照片为基准，分别测定骨料和粘结剂的接触部的曲线、以及粘结剂的外缘部的曲线的长度，将骨料和粘结剂的接触部的曲线推定为“骨料和粘结剂的接触面积”，将粘结剂的外缘部的曲线的长度推定为“粘结剂的表面积”。然后，通过“骨料和粘结剂的接触部的曲线的长度(骨料和粘结剂的接触面积)/粘结剂的外缘部的曲线的长度(粘结剂的表面积)×100”算出接触面积的比例。
作为骨架部中使用的骨料，没有特别限定，可以使用在该技术领域中公知的材料。其中，骨料优选为碳化硅、氮化硅、氮化铝、多铝红柱石、二氧化钛或包含它们的复合氧化物(例如钛酸铝)。通过使用这种材料作为骨料，可以得到强度以及耐热冲击性优异的陶瓷多孔体。
骨料的平均粒径优选为40μm以下，更优选为30μm以下。通过使用具有这种范围的平均粒径的骨料，难以形成粗大的骨架部，在骨架部之间容易形成连通性良好的细孔部。另外，骨料的平均粒径的下限没有特别限定，优选为10μm，更优选为15μm。
此处，在本说明书中，“平均粒径”意味着通过激光衍射散射法求出的粒度分布中的累积值50％处的粒径。
作为骨架部中使用的粘结剂，没有特别限定，可以使用在该技术领域中公知的材料。其中，粘结剂优选为选自由金属硅、碳化硅、氧化铝以及包含它们的复合氧化物(例如堇青石)组成的组中的至少一种。通过适当选择相对于骨料的比率来使用这种粘结剂，可以得到热传导性优异的陶瓷多孔体。
需要说明的是，碳化硅也被用作骨料，但根据一并使用的骨料的种类或烧成温度也作为粘结剂发挥功能。例如，与作为骨料的碳化硅一同使用包含Si以及C的有机物作为原料的情况下，该有机物在约1800℃反应烧结，所生成的碳化硅作为粘结剂而发挥功能。
骨架部可以进一步包含来源于烧成助剂的氧化物，该烧成助剂含有2种以上的成分。此处，来源于烧成助剂的氧化物的种类可以由所使用的烧成助剂的种类以及烧成温度来确定。
在该氧化物中，熔点最低的二元氧化物的比例优选为25～50质量％。若熔点最低的二元氧化物的比例超过50质量％，则有时容易形成粗大的骨架部，无法充分确保细孔的连通性。另一方面，若熔点最低的二元氧化物的比例小于25质量％，则有时因接触面积率下降而无法充分确保强度以及热传导率。
此处，来源于烧成助剂的氧化物的熔点可以由烧成助剂中含有的金属元素的氧化物的平衡状态图来确定。另外，熔点最低的二元氧化物的比例可以通过对烧成助剂中包含的成分的种类及其比例进行调整来控制。进一步，熔点最低的二元氧化物的比例可以如下算出：利用X射线荧光光谱分析(XRF)进行原料的组成分析，由原料的投料量求出来源于烧成助剂的各氧化物的质量比例后，算出熔点最低的二元氧化物占这些氧化物的质量比例。
作为烧成助剂中含有的成分，没有特别限定，可以使用在该技术领域中公知的成分。烧成助剂一般含有包含碱土金属元素的化合物。作为包含碱土金属的化合物的示例，可以举出钙、镁或锶的氟化物、碳化物、氯化物、硅化物、碳酸盐、氢氧化物、氧化物、无机酸盐、有机酸盐等。这些化合物可以单独使用，也可以组合2种以上来使用。另外，从控制烧成助剂的熔点的观点出发，烧成助剂可以进一步含有包含碱土金属元素以外的元素的化合物。
在1个实施方式中，烧成助剂为含锶的化合物、含铝的化合物和含硅的化合物的混合物。此处，各化合物可以含有2种以上的金属元素。例如，含硅的化合物可以含铝。其中，优选的烧成助剂为氧化锶、二氧化硅以及氧化铝的混合物，或在烧成时形成该混合物的原料。作为在烧成时形成氧化锶的原料，可以举出碳酸锶。作为在烧成时形成二氧化硅的原料，可以举出石英以及胶体二氧化硅。作为在烧成时形成氧化铝的原料，可以举出氢氧化铝。作为同时形成二氧化硅以及氧化铝的原料，可以举出硅酸盐化合物，例如膨润土、蒙脱石、高岭土、海泡石等粘土矿物。使用由这种混合物或形成该混合物的原料构成的烧成助剂的情况下，在烧成时生成锶和硅的二元氧化物(Si-Sr系氧化物)以及Al2O3，Si-Sr系氧化物成为熔点最低的二元氧化物。
陶瓷多孔体的气孔率没有特别限定，优选为30％以上，更优选为35％以上，进一步优选为39％以上。通过为这种范围的气孔率，在将陶瓷多孔体用作过滤器的情况下可以确保流体的流动容易度(过滤速度)。另外，陶瓷多孔体的气孔率优选为50％以下，更优选为45％以下。通过为这种范围的气孔率，在将陶瓷多孔体用作过滤器的情况下可以抑制压力损失增大。
此处，在本说明书中，“气孔率”意味着基于JIS R1655：2003并通过水银压入法而测定的气孔率。
具有上述特征的陶瓷多孔体可以通过包含下述工序的方法制造：对坯土进行成型而得到成型体的工序，该坯土包含骨料、粘结剂、含有2种以上成分的烧成助剂、以及粘合剂，骨料和粘结剂的质量比例为65：35～85：15；和在粘结剂的熔点以上且粘结剂的熔点+50℃以下的温度将成型体烧成1～4小时的工序。尤其是，可以通过混配烧成助剂，并以规定的烧成温度以及烧成时间进行烧成，从而在烧成时烧成助剂发生反应，通过所生成的氧化物(例如硅酸盐化合物)的玻璃相以及结晶相的发生比例，将接触面积率控制为规定的范围。为了得到这种烧成助剂的功能，对于在烧成时所生成的烧成助剂的氧化物而言，需要熔点最低的二元氧化物具有烧成温度以下的熔点，并且该二元氧化物的比例为25～50质量％。该二元氧化物的熔点以及比例可以通过控制烧成助剂中使用的成分的种类以及混配比例来进行调整。例如，使用包含三成分的烧成助剂的情况下，相对于形成熔点最低的二元氧化物的二成分，使剩余成分的混配比例增大，从而可以提高氧化物的结晶相的比例。因此，通过在如上所述的条件下进行烧成，能够将接触面积率控制为规定的范围，可以提高细孔的连通性。
作为上述的二元氧化物的熔点，没有特别限定，优选为1300℃以上。若该熔点小于1300℃，则即使在烧成时的升温过程中生成氧化物的玻璃相，也倾向于难以以所期望的形态保留在骨架部中。其结果，有时难以将细孔容积率以及接触面积率控制在上述范围。另一方面，若该熔点超过1450℃，则在烧成时难以生成氧化物的玻璃相，难以使其以所期望的形态存在于骨架部中。其结果，有时难以将细孔容积率以及接触面积率控制在上述范围。
烧成助剂的混配量没有特别限定，相对于骨料以及粘结剂的总量，一般为5质量％以下。
作为粘合剂，没有特别限定，可以使用在该技术领域中公知的粘合剂。作为粘合剂的示例，可以举出甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素等有机粘合剂。这些粘合剂可以单独使用，也可以组合2种以上来使用。
粘合剂的混配量没有特别限定，相对于骨料以及粘结剂的总量，一般为5～8质量％。
另外，为了调整陶瓷多孔体的气孔率，可以在坯土的原料中混配造孔剂。作为造孔剂，没有特别限定，可以使用在该技术领域中公知的造孔剂。作为造孔剂的示例，可以举出石墨、小麦粉、淀粉、酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。这些造孔剂可以单独使用，也可以组合2种以上来使用。
造孔剂的混配量只要根据其种类以及气孔率的程度适宜调整即可，没有特别限定。
坯土可以通过将上述的原料混合以及混炼而得到。作为原料的混合以及混炼方法，没有特别限定，可以利用在该技术领域公知的方法来进行。例如，原料的混合以及混炼可以使用捏合机、真空炼泥机等来进行。
坯土的成型方法也同样没有特别限定，可以使用在该技术领域中公知的方法来进行。
对于成型体而言，为了将成型体中所包含的粘合剂除去(脱脂)，可以在烧成前进行预烧。预烧优选在比金属硅熔融的温度低的温度下进行。具体而言，可以在150～700℃程度的规定温度暂时保持来进行预烧，另外，也可以在规定温度区域使升温速度变慢至50℃/小时以下来进行预烧。
关于在规定温度暂时保持的手段，根据所使用的粘合剂的种类以及量，可以仅在一个温度水准进行保持，也可以在多个温度水准进行保持，进一步，在多个温度水准进行保持的情况下，可以使保持时间彼此相同也可以彼此不同。另外，关于使升温速度变慢的手段，同样地可以仅在某一个温度区域间变慢，也可以在多个区间变慢，进一步，在多个区间的情况下，可以使速度彼此相同也可以彼此不同。
关于预烧的气氛，可以为氧化气氛，但在成型体中包含大量粘合剂的情况下，在预烧中粘合剂有时会因氧而激烈地燃烧，成型体温度急剧升高，因此可以通过在N2、Ar等不活泼气氛下进行来抑制成型体的异常升温。在使用热膨胀系数大(不耐热冲击)的原料的情况下，该异常升温的抑制是重要的控制。在例如相对于主原料(骨料以及粘结剂)的总量混配20质量％以上的粘合剂的情况下，优选在不活泼气氛进行预烧。另外，除骨料为碳化硅颗粒的情况之外，在高温时有可能会氧化的骨料的情况下，也优选通过至少在氧化开始的温度以上、于如上所述的不活泼气氛中进行预烧来抑制成型体的氧化。
预烧以及随后的烧成可以作为独立工序在相同或不同的炉中进行，或者也可以作为连续工序在相同的炉中进行。在不同的气氛中实施预烧以及烧成的情况下，前者是优选的手段，但从总烧成时间、炉的运转成本等方面考虑，后者的手段也是优选的。
关于烧成气氛，根据骨料的种类决定即可。例如，使用在高温时有可能会氧化的骨料的情况下，优选至少在氧化开始的温度以上的温度区域中为N2、Ar等非氧化气氛。
对于如上所述地制造的本实施方式的陶瓷多孔体而言，细孔容积率以及接触面积率被控制在适当的范围内，因此强度以及热传导率高，可以抑制使用时的压力损失增大。
(实施方式2)
本实施方式的陶瓷多孔体具有通过隔壁而区划形成了多个隔室的蜂窝结构，该多个隔室从第一端面贯通至第二端面而形成流体的流路。在这种具有蜂窝结构的陶瓷多孔体中，隔壁相当于陶瓷多孔体。另外，在具有蜂窝结构的陶瓷多孔体中，“与流体的流通方向平行的方向”意味着与隔室延伸的方向正交的方向，“流体的流通方向”意味着隔壁的厚度方向。
本实施方式的陶瓷多孔体具有规定的蜂窝结构，除此之外，与实施方式1的陶瓷多孔体相同。因此，此处，关于与实施方式1共通的构成省略说明，仅对与实施方式1不同的部分进行说明。
图1是从第一端面侧观察本实施方式的陶瓷多孔体而得到的俯视图。另外，图2是表示图1的A-A’截面的截面图。
如图1以及2所示，陶瓷多孔体10具备隔壁3，该隔壁3区划形成了从第一端面1a贯通至第二端面1b而形成流体的流路的多个隔室2。另外，在陶瓷多孔体10的外周面形成有外周壁4。
作为隔壁3的厚度，没有特别限定，优选为100～500μm，更优选为150～400μm，进一步优选为150～350μm。通过为这种厚度的隔壁，可以确保隔壁3的强度，并且抑制压力损失的上升。
作为陶瓷多孔体10中的隔室密度，没有特别限定，优选为15～100隔室/cm2，更优选为30～65隔室/cm2，进一步优选为30～50隔室/cm2。通过为这种隔室密度，在将陶瓷多孔体用作集尘用过滤器的情况下，可以抑制压力损失的上升，并且提高颗粒状物质的捕集效率。
作为隔室2的形状，没有特别限定，可以为在该技术领域中公知的形状。此处，在本说明书中，“隔室2的形状”意味着与隔室2延伸的方向正交的方向的截面中的隔室2的形状。作为隔室2的形状的示例，可以举出四边形、六边形、八边形等。
作为陶瓷多孔体10的形状，没有特别限定，可以为端面(第一端面1a以及第二端面1b)为圆形的柱状(圆柱状)、端面为椭圆形的柱状、端面为多边形(例如四边形、五边形、六边形、七边形、八边形等)的柱状等。
陶瓷多孔体10的从第一端面1a至第二端面1b为止的长度、以及与隔室2延伸的方向正交的截面的尺寸只要根据陶瓷多孔体的使用状况以及使用用途等而适当设定即可，没有特别限定。
本实施方式的陶瓷多孔体可以在隔壁3的表面以及隔壁3的细孔中的至少一者中负载尾气净化用催化剂。作为催化剂，可以使用在该技术领域中公知的催化剂。作为催化剂的示例，可以举出铂、钯、铑、铱、银等贵金属；氧化铝、氧化锆、二氧化钛、二氧化铈、氧化铁等氧化物；等等。这些催化剂可以单独使用，也可以组合2种以上来使用。
具有上述特征的陶瓷多孔体10通过挤出成型来制造成型体，除此之外，可以与实施方式1同样地进行。挤出成型可以使用具有所期望的隔室形状、隔壁厚度、隔室密度的口模来进行。如此得到的具有蜂窝结构的成型体可以在烧成前进行干燥。作为干燥方法，没有特别限定，可以使用热风干燥、微波干燥、高频干燥、减压干燥、真空干燥、冷冻干燥等。这些之中，优选单独或组合进行高频干燥、微波干燥或热风干燥。另外，作为干燥条件，没有特别限定，优选干燥温度为30～150℃、干燥时间为1分钟～2小时。在本说明书中，“干燥温度”意味着进行干燥的气氛的温度。
(实施方式3)
本实施方式的陶瓷多孔体的蜂窝结构进一步包含封孔部，该封孔部设置于第一端面中的规定隔室的开口部、以及第二端面中的剩余隔室的开口部，在这一方面与实施方式2的陶瓷多孔质体不同。因此，此处，关于与实施方式2共通的构成省略说明，仅对与实施方式2不同的部分进行说明。
图3是从第一端面侧观察本实施方式的陶瓷多孔体而得到的俯视图。另外，图4是表示图3的B-B’截面的截面图。
如图3以及图4所示，本实施方式的陶瓷多孔体10具有封孔部5，该封孔部5设置于第一端面1a中的规定的隔室2的开口部、以及第二端面1b中的剩余的隔室2的开口部。如此构成的陶瓷多孔体可以用作对由内燃机或各种燃烧装置排出的尾气进行净化的颗粒过滤器。
在制造具备封孔部5的陶瓷多孔体10的情况下，利用封孔材料对具有蜂窝结构的成型体或将该成型体干燥而得的干燥体的隔室2的开口部进行封孔。作为对隔室2的开口部进行封孔的方法，使用将封孔材料填充至隔室的开口部的方法即可。作为填充封孔材料的方法，可以基于以往公知的具备封孔部5的蜂窝结构体的制造方法来进行。用于形成封孔部5的封孔部形成原料可以使用在以往公知的蜂窝结构体的制造方法中所使用的封孔部形成原料。
实施例
以下，利用实施例对本发明进行更具体地说明，但本发明不受这些实施例的任何限定。
(实施例1)
在平均粒径为25μm的碳化硅(骨料)和金属硅(粘结剂)的质量比例为75：25的陶瓷原料100质量份中加入氧化锶、二氧化硅以及氧化铝的混合物(烧成助剂)1.62质量份、甲基纤维素(粘合剂)7.0质量份以及水，利用捏合机进行混炼，接着利用真空炼泥机进行炼泥，得到坯土。需要说明的是，氧化锶、二氧化硅和氧化铝的质量比例为0.49：0.19：0.95。利用挤出成型机将所得到的坯土成型为端面的一边长度为38mm、隔壁的厚度为300μm、隔室密度为45隔室/cm2的四棱柱状的蜂窝形状。接着，对所得到的成型体进行微波干燥后，在80℃进行热风干燥，得到干燥体。接着，在大气中将所得到的干燥体于450℃脱脂5小时后，在Ar气氛中将脱脂后的干燥体于1430℃烧成2小时，得到陶瓷多孔体。
(实施例2)
将骨料的平均粒径变更为33μm，除此之外，与实施例1同样地得到陶瓷多孔体。
(实施例3)
将骨料的平均粒径变更为23μm，除此之外，与实施例1同样地得到陶瓷多孔体。
(实施例4)
将烧成助剂的混配比例变更为1.35质量％、并且将氧化锶、二氧化硅和氧化铝的质量比例变更为0.21：0.19：0.95，除此之外，与实施例1同样地得到陶瓷多孔体。
(实施例5)
将骨料的平均粒径变更为33μm，除此之外，与实施例4同样地得到陶瓷多孔体。
(实施例6)
将骨料的平均粒径变更为23μm，除此之外，与实施例4同样地得到陶瓷多孔体。
(实施例7)
将烧成温度变更为1410℃，除此之外，与实施例1同样地得到陶瓷多孔体。
(实施例8)
将烧成温度变更为1450℃，除此之外，与实施例1同样地得到陶瓷多孔体。
(实施例9)
将烧成时间变更为1小时，除此之外，与实施例1同样地得到陶瓷多孔体。
(实施例10)
将烧成时间变更为4小时，除此之外，与实施例1同样地得到陶瓷多孔体。
(比较例1)
在碳化硅(骨料)和金属硅(粘结剂)的质量比例为80：20的陶瓷原料100质量份中加入氧化锶、二氧化硅以及氧化铝的混合物(烧成助剂)2.07质量份、甲基纤维素(粘合剂)7.0质量份以及水，利用捏合机进行混炼，接着利用真空炼泥机进行炼泥，得到坯土。使用该坯土，与实施例1同样地得到陶瓷多孔体。需要说明的是，氧化锶、二氧化硅和氧化铝的质量比例为0.98：0.62：0.47。
(比较例2)
将骨料的平均粒径变更为23μm，除此之外，与比较例1同样地得到陶瓷多孔体。
(比较例3)
将骨料的平均粒径变更为15μm、将烧成助剂的混配比例变更为1.21质量％、并且将氧化锶、二氧化硅和氧化铝的质量比例变更为0.07：0.19：0.95，除此之外，与实施例1同样地得到陶瓷多孔体。
关于上述实施例以及比较例中得到的陶瓷多孔体，进行了下述评价。
(熔点最低的二元氧化物的比例)
若基于上述实施例以及比较例中使用的烧成助剂以及烧成温度，则作为来源于烧成助剂的氧化物，生成锶和硅的二元氧化物(Si-Sr系氧化物：熔点1350℃)以及Al2O3(熔点2072℃)。因此，进行原料的X射线荧光光谱分析(XRF)，由原料的进料量求出烧成后生成的氧化物中所包含的Si-Sr系氧化物以及Al2O3的质量比例。之后，算出Si-Sr系氧化物在这些氧化物中所占的比例。
(接触面积率)
在与隔室延伸的方向正交的方向将陶瓷多孔体切断，得到试验片。接着，将试验片的切断面埋设在树脂中后，对该切断面进行研磨，从而得到内部截面。接着，利用扫描型电子显微镜(SEM)对其进行观察，进行该观察照片的图像分析。SEM观察中，利用500倍的倍率进行了拍摄。在所得到的分析照片中，分别测定骨料和粘结剂的接触部的曲线、以及粘结剂的外缘部的曲线的长度，将骨料和粘结剂的接触部的曲线的长度相对于粘结剂的外缘部的曲线的长度的比例作为接触面积率。
(细孔容积率)
使用水银孔度计(Micromeritics社制AutoporeIV9500)测定了细孔径为1～10μm的细孔的细孔容积率。
(气孔率)
使用水银孔度计(Micromeritics社制AutoporeIV9500)测定了气孔率。
(烟尘堆积压力损失上升差)
烟尘堆积压力损失上升差意味着，烟尘未堆积时的压力损失(P1)和烟尘堆积后的压力损失(P2)之差(P2-P1)的值。
烟尘堆积压力损失上升差如下测定。首先，在未捕集烟尘的状态下流入0.15mm3/分钟的空气，对陶瓷多孔体前后的压力差(压力损失P1)进行测定。接着，在陶瓷多孔体上堆积0.1g/L的由烟灰发生器(TOKYO DYLEC株式会社制、“CAST2”)产生的烟尘。之后，在堆积了烟尘的状态的陶瓷多孔体中流入0.15mm3/分钟的空气，对此时的压力差(压力损失P2)进行测定。之后，通过式：P2-P1算出了烟尘堆积压力损失上升差。需要说明的是，在流入空气时，预先对陶瓷多孔体实施封孔以使空气与隔壁的厚度方向平行地流动。
(热传导率)
通过稳态法(利用热流计的热流计法)测定了热传导率。
(等静压强度)
等静压强度的测定基于由日本汽车工业协会颁布的日本汽车标准(JASO标准)的M505-87所规定的等静压破坏强度试验来进行。等静压破坏强度试验为下述试验：将陶瓷多孔体放入筒状橡胶容器中，然后利用铝制板盖住，在水中进行等静压压缩。即，等静压破坏强度试验是模拟在缸体中把持陶瓷多孔体的外周面时的压缩负荷加载的试验。由该等静压破坏强度试验测定得到的等静压强度由陶瓷多孔体破坏时的加压压力值(MPa)来表示。需要说明的是，在该评价中，等静压强度(MPa)超过1.5MPa的情况表示为〇、等静压强度(MPa)为1.5MPa以下的情况表示为×。
将上述各评价结果示于表1以及表2。
[表1]
Figure BDA0001991908160000151
[表2]
Figure BDA0001991908160000152
如表1以及表2所示，细孔容积率为45％以上且接触面积率为20～60％的实施例1～10的陶瓷多孔体的烟尘堆积压力损失上升差小，并且热传导率以及等静压强度高。与此相对，细孔容积率和/或接触面积率不满足该范围的比较例1～3的陶瓷多孔体的烟尘堆积压力损失上升差大、或者热传导率以及等静压强度低。
由以上结果可知，根据本发明，可以提供一种强度以及热传导率高、能够抑制使用时的压力损失增大的陶瓷多孔体及其制造方法、以及集尘用过滤器。

Claims (9)

1.一种陶瓷多孔体，其中，
所述陶瓷多孔体具备包含骨料以及粘结剂的骨架部、和形成于所述骨架部之间且能够流通流体的细孔部，
对于所述细孔部而言，细孔径为1～10μm的细孔的细孔容积率为45%以上，并且所述骨料和所述粘结剂的接触面积相对于所述粘结剂的表面积的比例为20%～60%，
所述骨架部进一步包含来源于含有2种以上成分的烧成助剂的氧化物，所述氧化物中的熔点最低的二元氧化物的比例为25质量%～50质量%。
2.根据权利要求1所述的陶瓷多孔体，其中，所述骨料为碳化硅、二氧化钛或它们的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷多孔体，其中，所述粘结剂为选自由金属硅、氧化铝以及堇青石组成的组中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的陶瓷多孔体，其中，气孔率为30%～55%。
5.根据权利要求1或2所述的陶瓷多孔体，其中，所述陶瓷多孔体具有通过隔壁而区划形成了多个隔室的蜂窝结构，所述多个隔室从第一端面贯通至第二端面而形成所述流体的流路。
6.根据权利要求5所述的陶瓷多孔体，其中，所述蜂窝结构包含封孔部，该封孔部设置于所述第一端面中的规定的所述隔室的开口部、以及所述第二端面中的剩余的所述隔室的开口部。
7.一种陶瓷多孔体的制造方法，其是权利要求1~6中任意一项所述的陶瓷多孔体的制造方法，包含下述工序：
对坯土进行成型而得到成型体的工序，所述坯土包含骨料、粘结剂、含有2种以上成分的烧成助剂、以及粘合剂，所述骨料和所述粘结剂的质量比例为65：35～85：15；和
在所述粘结剂的熔点以上且所述粘结剂的熔点+50℃以下的温度将所述成型体烧成1小时～4小时的工序，
所述烧成助剂在所述烧成时生成氧化物，在所述氧化物中熔点最低的二元氧化物的比例为25质量%～50质量%，并且二元氧化物具有所述烧成温度以下的熔点。
8.根据权利要求7所述的陶瓷多孔体的制造方法，其中，所述二元氧化物的熔点为1300℃～1450℃。
9.一种集尘用过滤器，其具有权利要求1～6中任意一项所述的陶瓷多孔体。
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