CN111744286A - 蜂窝结构体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蜂窝结构体的制造方法，其中，该蜂窝结构体是多个多孔质蜂窝单元借助接合材料层结合而构成的，用于微粒捕集过滤器，该蜂窝结构体的制造方法包括以下工序：以与磨削加工余量相对应地增厚的方式形成多孔质蜂窝单元的外周壁的工序，对以与磨削加工余量相对应地增厚的方式形成有外周壁的多孔质蜂窝单元进行干燥的工序，对干燥后的多孔质蜂窝单元进行烧成的工序，将烧成后的多孔质蜂窝单元的外周壁的磨削加工余量磨削除去的工序，以及针对磨削加工余量被磨削除去后的多个多孔质蜂窝单元，在各个多孔质蜂窝单元的被接合面间涂布接合材料而使接合材料层介于其间，从而将各个多孔质蜂窝单元接合的工序。

Description

蜂窝结构体的制造方法
技术领域
本发明涉及蜂窝结构体的制造方法。特别涉及能够以良好的生产效率制造耐热冲击性良好的蜂窝结构体的、蜂窝结构体的制造方法。
背景技术
以往，内燃机中，为了对来自柴油发动机的废气中包含的微粒进行捕集而安装有柴油颗粒过滤器(DPF)。另外，为了对来自汽油发动机的废气中包含的微粒进行捕集，也有时安装汽油颗粒过滤器(GPF)。该DPF及GPF有通过将多个碳化硅(SiC)等多孔质的蜂窝单元利用粘接材料进行接合而形成的产品，结构为：对将多个蜂窝单元接合得到的单元接合体的外周进行磨削，成型为圆形、椭圆形等适当形状的蜂窝结构体，然后，在外周面被覆涂覆材料。
专利文献1中公开一种蜂窝结构体的制造方法，其中，将多个多孔质的蜂窝单元利用粘接材料进行接合，制作单元接合体。对于专利文献1中记载的蜂窝结构体的制造方法，如图1所示，使多个多孔质的蜂窝单元10沿着L字型的托板30并隔着粘接剂层20进行堆叠，在成为所期望的层叠结构后，对整体进行加压。由此，制作多孔质的蜂窝单元10纵横层叠的单元接合体(蜂窝结构体40)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004－262670号公报
发明内容
在制作图1所示的蜂窝单元10的接合体时，如果多个蜂窝单元10在外形上具有偏差，则如图2所示，接合用的粘接剂层20的宽度有可能产生偏差。另外，如图3所示，相邻的蜂窝单元10的配置有可能错离。像这样的粘接剂层20的宽度偏差及蜂窝单元10的配置错离是导致热传递变化的原因之一，有可能产生如下问题，即，作为包含SiC材料的DPF或GPF的特征的耐热冲击性降低。
另外，蜂窝单元10的外形偏差主要是因为蜂窝单元10在烧成工序中收缩而产生的，因此，存在为了改善蜂窝单元10的外形偏差而必须以延长烧成时间等降低生产效率的方式来应对的问题。
本发明的课题在于，提供以良好的生产效率制造耐热冲击性良好的蜂窝结构体的方法。
本发明的发明人进行了潜心研究，结果发现，通过以与磨削加工余量相对应地增厚的方式形成各多孔质蜂窝单元的外周壁并在实施干燥及烧成后，将该磨削加工余量磨削除去，将此时的多孔质蜂窝单元层叠并接合，能够解决上述课题。即，本发明如下确定。
一种蜂窝结构体的制造方法，其中，该蜂窝结构体是多个多孔质蜂窝单元借助接合材料层结合而构成的，该多孔质蜂窝单元具有区划形成多个隔室的包含SiC材料的隔壁和位于最外周的外周壁，该多个隔室形成流体的流路，并从作为流体的流入侧的端面的流入端面延伸至作为流体的流出侧的端面的流出端面，且该蜂窝结构体用于微粒捕集过滤器，所述蜂窝结构体的制造方法包括以下工序：以与磨削加工余量相对应地增厚的方式形成所述多孔质蜂窝单元的外周壁的工序、对以与磨削加工余量相对应地增厚的方式形成有所述外周壁的多孔质蜂窝单元进行干燥的工序、对所述干燥后的多孔质蜂窝单元进行烧成的工序、将所述烧成后的多孔质蜂窝单元的外周壁的所述磨削加工余量磨削除去的工序、以及针对所述磨削加工余量被磨削除去后的多个多孔质蜂窝单元，在各个多孔质蜂窝单元的被接合面间涂布接合材料而使所述接合材料层介于其间，从而将各个多孔质蜂窝单元接合的工序。
发明效果
根据本发明，能够提供以良好的生产效率制造耐热冲击性良好的蜂窝结构体的方法。
附图说明
图1是表示以往的蜂窝单元及将蜂窝单元接合而制造单元接合体的方案的示意图。
图2是表示以往的单元接合体中的粘接剂层的宽度偏差的外观观察照片。
图3是表示以往的单元接合体中的蜂窝单元的配置错离的外观观察照片。
图4是本发明的实施方式所涉及的蜂窝结构体的外观示意图。
图5是本发明的实施方式所涉及的、以与磨削加工余量相对应地增厚的方式形成有外周壁的多孔质蜂窝单元的外观示意图。
图6是本发明的实施方式所涉及的、磨削加工余量被磨削除去后的多孔质蜂窝单元的外观示意图。
图7是在旋转轴的前端设置有圆盘状的磨石的构成的磨削工具的外观示意图。
图8是表示实施例及比较例所涉及的多孔质蜂窝单元中的距离L的测定位置的示意图。
符号说明
10、50、60…多孔质蜂窝单元，20…粘接剂层，30…托板，40、100…蜂窝结构体，51…隔室，52…隔壁，53、55…外周壁，54…接合材料层，61…磨削加工余量，70…旋转轴，71…磨石。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的蜂窝结构体的制造方法的实施方式进行说明，但是，本发明并不限定于此进行解释，只要不脱离本发明的范围，就可以基于本领域技术人员的知识加以各种变更、修正、改良。
(蜂窝结构体的制造方法)
图4中示出利用本发明的实施方式所涉及的蜂窝结构体的制造方法制造的蜂窝结构体100的外观示意图。蜂窝结构体100是多个多孔质蜂窝单元50借助接合材料层54结合而构成的，该多孔质蜂窝单元50具有区划形成多个隔室51的包含SiC材料的隔壁52和位于最外周的外周壁53，该多个隔室51形成流体的流路，并从作为流体的流入侧的端面的流入端面延伸至作为流体的流出侧的端面的流出端面。此处，SiC材料是指以SiC(碳化硅)为主成分的材料，例如包括：像重结晶SiC那样仅包含SiC的材料、Si－SiC系复合材料、堇青石(Cordierite)－SiC系复合材料、金属硅含浸SiC等。
关于蜂窝结构体100，在对外周进行磨削而成型为圆形、椭圆形等适当形状后，在外周面被覆涂覆材料，作为柴油发动机颗粒过滤器(DPF)或汽油颗粒过滤器(GPF)等微粒捕集过滤器进行使用。通过在蜂窝结构体100的形成流体的流路的隔室51的流入端面或流出端面设置封孔部，能够对废气中的微粒(碳微粒等)进行捕集。封孔部可以在任意阶段设置，不过，通过在对多孔质蜂窝单元50进行烧成之前设置封孔部，使得烧成中封孔部和隔壁52烧结，所以更加理想。
关于蜂窝结构体100，可以进一步在区划形成多个隔室51的包含SiC材料的隔壁52的表面或内部设置催化剂。催化剂的种类没有特别限制，可以根据蜂窝结构体100的使用目的及用途而适当选择。例如，可以举出贵金属系催化剂或除此以外的催化剂。作为贵金属系催化剂，可例示：将铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)等贵金属负载于氧化铝细孔表面且包含二氧化铈、氧化锆等助催化剂的三元催化剂及氧化催化剂、或者包含碱土金属和铂作为氮氧化物(NOx)的吸储成分的NOx吸储还原催化剂(LNT催化剂)。作为不使用贵金属的催化剂，可例示：包含铜置换或铁置换沸石的NOx选择还原催化剂(SCR催化剂)等。另外，可以使用选自由这些催化剂构成的组中的2种以上催化剂。应予说明，催化剂的负载方法也没有特别限制，可以按照以往将催化剂负载于蜂窝结构体100的负载方法来进行。
关于本发明的实施方式所涉及的蜂窝结构体的制造方法，首先，制作图5所示的多孔质蜂窝单元60。多孔质蜂窝单元60以与磨削加工余量61相对应地增厚的方式形成有外周壁55。
作为多孔质蜂窝单元60的制造工序，首先，在包含SiC材料的陶瓷原料中添加粘合剂、分散剂(表面活性剂)、造孔材料、水等，将它们混合并混炼，制备坯土。接下来，将制备的坯土利用挤出成型法成型为蜂窝形状，得到生的(未烧成的)柱状蜂窝成型体。将从挤出成型机中挤出的柱状蜂窝成型体切断为适当的长度。挤出成型法可以使用柱塞式挤出成型机、双螺杆式连续挤出成型机等装置来进行。蜂窝形状的成型优选使用具有所期望的隔室形状、隔壁厚度、隔室密度的口模的方法。由此，制作以与磨削加工余量61相对应地增厚的方式形成有外周壁55的未烧成的蜂窝成型体、即多孔质蜂窝单元60。
以与磨削加工余量61相对应地增厚的方式形成有外周壁55的未烧成的蜂窝成型体、即多孔质蜂窝单元60可以如上所述通过挤出成型来制作，也可以在利用挤出成型制作柱状蜂窝成型体之后，以与磨削加工余量61相对应地增厚的方式形成外周壁55来制作。
作为多孔质蜂窝单元60的外形，没有特别限定，可以像本实施方式这样采用端面为四边形的柱状，也可以采用端面为圆形的柱状(圆柱形状)、端面为椭圆形状的柱状、端面为四边形以外的多边形(三角形、五边形、六边形、七边形、八边形等)的柱状等形状。
接下来，对以与磨削加工余量61相对应地增厚的方式形成有外周壁55的多孔质蜂窝单元60进行干燥。该干燥可以通过利用使电流流通于多孔质蜂窝单元60而产生的高频能量的介电干燥来进行，也可以通过向多孔质蜂窝单元60中导入热风的热风干燥来进行。另外，也可以进行在室温条件下放置的自然干燥、利用了微波的微波干燥、冷冻干燥等，还可以将多个干燥方法组合进行。接下来，对多孔质蜂窝单元60进行烧成。
接下来，对于烧成后的多孔质蜂窝单元60，如图5所示，沿着例如虚线a－b所示的直线，将在外周壁55的四个侧面分别形成的磨削加工余量61磨削除去。由此，将磨削加工余量61除去，制作图6所示的多孔质蜂窝单元50。
磨削加工余量61的磨削除去可以使用磨削工具来进行。例如，可以使用图7所示的在旋转轴70的前端设置有圆盘状的磨石71的构成的磨削工具等。利用该磨削工具，能够通过来自旋转轴70的旋转驱动使磨石71以高速旋转，与此同时使磨石71与在烧成后的多孔质蜂窝单元60的外周壁55的四个侧面分别形成的磨削加工余量61抵接，将其逐渐地磨削除去。
作为磨石71的种类，优选粒度号在#80～#120的范围内的磨石。通过使用粒度号在#80～#120的范围内的磨石71来进行外周壁55的磨削加工，使得磨削加工余量61被磨削除去后的外周壁53的表面粗糙度变小，并且，容易均匀地进行加工。因此，在后述的多个多孔质蜂窝单元的接合工序中，能够将外形偏差更小的多个多孔质蜂窝单元进行接合。
在将多孔质蜂窝单元60的外周壁55的磨削加工余量61磨削除去时，优选还具备如下工序，即，将多孔质蜂窝单元60的一部分的外周壁55的磨削加工余量61磨削除去后，以与将流入端面和流出端面连结的方向平行的方向为旋转轴的方向，使多孔质蜂窝单元60进行旋转，将多孔质蜂窝单元60的其他部分的外周壁55的磨削加工余量磨削除去。更具体而言，优选按与将流入端面和流出端面连结的方向平行的单元侧面与旋转的磨石的平面部平行的方式固定多孔质蜂窝单元60，与磨削加工余量61相对应地推压磨石71而将磨削加工余量61磨削除去。另外，优选使多孔质蜂窝单元60的姿势旋转指定的角度并进行磨削。例如，如果多孔质蜂窝单元60为长方体的单元，则为了对其四个侧面进行磨削，可以使用加工中心，对多孔质蜂窝单元60的上表面进行磨削，完成后，使其旋转90度，配置成未加工面处于上表面，进行磨削。根据该构成，在多孔质蜂窝单元60的隔室延伸的方向上的长度较长等情况下，磨削工具的移动效率变得良好，磨削加工效率提高。
烧成后的多孔质蜂窝单元60的磨削加工余量61的厚度优选为将磨削加工余量61磨削除去之前的外周壁55的厚度的20～80％。如果磨削加工余量61的厚度小于将磨削加工余量61磨削除去之前的外周壁55的厚度的20％，则有时产生无法吸收烧成时产生的单元外形的变形量、使得单元彼此的外形变得不均匀的问题。另外，磨削加工余量61的厚度超过将磨削加工余量61磨削除去之前的外周壁55的厚度的80％，进而磨削了外周壁55的厚度以上的情况下，有时产生过滤器的捕集部分被磨削、隔室内部彼此连结而导致产品功能(过滤器性能)降低的问题。烧成后的多孔质蜂窝单元60的磨削加工余量61的厚度更优选为将磨削加工余量61磨削除去之前的外周壁55的厚度的30～70％，进一步优选为40～60％。应予说明，磨削加工余量61的厚度的最佳值因多孔质蜂窝单元50的结构而不同，在隔室延伸的方向上的长度越长，烧成时的形状变形越容易变大，因此，优选使磨削加工余量61的厚度变大。
在对多孔质蜂窝单元60的磨削加工余量61进行磨削时，优选按磨削后的多个多孔质蜂窝单元50的外形变得均匀的方式进行磨削。如果磨削后的多个多孔质蜂窝单元50的外形变得均匀，则将多孔质蜂窝单元50接合时的接合材料层的厚度变得均匀。
接下来，针对磨削加工余量61被磨削除去后的多个多孔质蜂窝单元50，在各个多孔质蜂窝单元50的被接合面间涂布接合材料，由此使接合材料层54介于其间，从而将各个多孔质蜂窝单元50接合。该接合工序中，可以使用图1所示的方法，使多个多孔质蜂窝单元50沿着L字型的托板并隔着接合材料层54而进行堆叠，使其成为所期望的层叠结构后，对整体进行加压，由此进行接合。由此，制作图4所示的蜂窝结构体100。
该接合工序中，如上所述，各多孔质蜂窝单元50为磨削加工余量61被磨削除去后的多孔质蜂窝单元，因此，各多孔质蜂窝单元50的外周壁53的表面性状变得均匀，可抑制多孔质蜂窝单元50彼此的外形偏差。因此，在将多个多孔质蜂窝单元50接合而成的蜂窝结构体100中，可抑制接合用的接合材料层54的宽度偏差，另外，可抑制相邻的多孔质蜂窝单元50的配置错离。因此，蜂窝结构体100的热传递恒定，可抑制作为包含SiC材料的DPF或GPF等微粒捕集过滤器的特征的耐热冲击性降低的问题。另外，不存在像以往那样为了改善蜂窝单元的外形偏差而必须以降低生产效率的方式来应对的问题，蜂窝结构体100的生产效率变得良好。
构成接合材料层54的接合材料是能够利用良好的粘接力将包含SiC材料的外周壁53的表面彼此接合的材料即可，没有特别限定。作为构成接合材料层54的接合材料，例如可以为包含无机粒子、且作为其他成分包含无机纤维、胶体状氧化物的材料。另外，在接合多孔质蜂窝单元50时，可以使用如下得到的接合材料，即，除了这些成分以外，根据需要加入甲基纤维素、羧甲基纤维素等有机粘合剂、分散剂、水等，将它们使用混合器等混炼机进行混合、混炼，制成糊料状，得到接合材料。
作为构成接合材料层54的接合材料中包含的无机粒子的构成材料，例如优选使用选自由碳化硅、氮化硅、堇青石、氧化铝、多铝红柱石、氧化锆、磷酸锆、钛酸铝、二氧化钛及它们的组合构成的组中的陶瓷、Fe－Cr－Al系金属、镍系金属、硅－碳化硅系复合材料等。
作为构成接合材料层54的接合材料中包含的无机纤维，可以优选使用硅铝酸盐、碳化硅等陶瓷纤维；铜、铁等金属纤维等。作为胶体状氧化物，可以举出二氧化硅溶胶、氧化铝溶胶等作为优选的例子。胶体状氧化物对接合材料赋予适度的粘接力，故优选，另外，通过进行干燥、脱脂而与无机纤维及无机粒子粘合，可以使干燥后的接合材料为耐热性等优异的牢固的接合材料。
实施例
以下，提供用于更好地理解本发明及其优点的实施例，不过，本发明并不限定于这些实施例。
(实施例1)
作为实施例1，将包含SiC材料的坯土挤出成型，由此制作图5所示的具有与磨削加工余量相对应地增厚的外周壁的生的(未烧成的)多孔质蜂窝单元。
接下来，对具有与磨削加工余量相对应地增厚的外周壁的生的(未烧成的)多孔质蜂窝单元进行干燥后，设置封孔部，进行烧成。该烧成后的多孔质蜂窝单元为长方体，其外周壁的厚度为1.8mm，其中，磨削加工余量的厚度为1.3mm。对于外周壁的厚度，使用显微镜(ANMO Electronics Corporation制Dino－Lite Premie)，在1根单元的一个端面，针对外周壁的每1个侧面测定20处(实施例1的多孔质蜂窝单元为长方体，因此，20处×4个侧面共80处)外周壁的厚度，求出其平均值。另外，该烧成后的多孔质蜂窝单元在隔室延伸方向上的长度为203.7mm。
接下来，利用具有粒度号#120的磨石的磨削工具，将烧成后的多孔质蜂窝单元的磨削加工余量磨削除去。此时，将烧成后的多孔质蜂窝单元的一个侧面磨削除去后，使多孔质蜂窝单元旋转90度，按未加工面面向磨石侧的方式进行配置，同样地进行磨削。像这样，使多孔质蜂窝单元旋转，对四个侧面均进行磨削。
(比较例1)
作为比较例1，使用与实施例1同样的包含SiC材料的坯土，将其挤出成型，由此制作生的(未烧成的)多孔质蜂窝单元。比较例1中，没有像实施例1那样在外周壁设置磨削加工余量，制成了以往形状的生的多孔质蜂窝单元。接下来，将生的多孔质蜂窝单元以与实施例1同样的条件进行干燥后，设置封孔部，进行烧成。该烧成后的多孔质蜂窝单元为长方体，其外周壁的厚度为0.5mm。另外，该烧成后的多孔质蜂窝单元在隔室延伸方向上的长度为203.7mm。
(评价)
接下来，如图8(a)所示，针对实施例1及比较例1所涉及的长方体的多孔质蜂窝单元，分别测定隔室延伸方向上的中央位置相对于将自隔室延伸方向上的两端起算10mm内侧的位置彼此连结得到的直线(虚拟线)的距离L。另外，如图8(b)所示，自隔室的端面侧观察的该距离L的测定位置为构成与隔室延伸的方向垂直的面的一边的中央位置。
针对实施例1及比较例1所涉及的长方体的多孔质蜂窝单元，分别对每一根单元，在四个侧面进行该测定，将其中最大的测定值(绝对值)作为距离Lmax。
结果，比较例1所涉及的多孔质蜂窝单元中，该距离Lmax为－0.8mm，不过，实施例1所涉及的多孔质蜂窝单元中，该距离Lmax为－0.05mm，形状不良得到抑制。

Claims (5)

1.一种蜂窝结构体的制造方法，其中，该蜂窝结构体是多个多孔质蜂窝单元借助接合材料层结合而构成的，该多孔质蜂窝单元具有区划形成多个隔室的包含SiC材料的隔壁和位于最外周的外周壁，该多个隔室形成流体的流路，并从作为流体的流入侧的端面的流入端面延伸至作为流体的流出侧的端面的流出端面，且该蜂窝结构体用于微粒捕集过滤器，
所述蜂窝结构体的制造方法的特征在于，包括以下工序：
以与磨削加工余量相对应地增厚的方式形成所述多孔质蜂窝单元的外周壁的工序、
对以与磨削加工余量相对应地增厚的方式形成有所述外周壁的多孔质蜂窝单元进行干燥的工序、
对所述干燥后的多孔质蜂窝单元进行烧成的工序、
将所述烧成后的多孔质蜂窝单元的外周壁的所述磨削加工余量磨削除去的工序、以及
针对所述磨削加工余量被磨削除去后的多个多孔质蜂窝单元，在各个多孔质蜂窝单元的被接合面间涂布接合材料而使所述接合材料层介于其间，从而将各个多孔质蜂窝单元接合的工序。
2.根据权利要求1所述的蜂窝结构体的制造方法，其特征在于，
所述磨削加工余量的厚度为将所述磨削加工余量磨削除去之前的外周壁的厚度的20～80％。
3.根据权利要求1或2所述的蜂窝结构体的制造方法，其特征在于，
在以与磨削加工余量相对应地增厚的方式形成所述多孔质蜂窝单元的外周壁的工序中，通过将包含SiC材料的坯土挤出成型来制作与所述磨削加工余量相对应地增厚的外周壁，然后进行烧成。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的蜂窝结构体的制造方法，其特征在于，
在将所述多孔质蜂窝单元的外周壁的所述磨削加工余量磨削除去的工序中，还具备如下工序，即，将所述多孔质蜂窝单元的一部分的外周壁的所述磨削加工余量磨削除去之后，以与将所述流入端面和所述流出端面连结的方向平行的方向为旋转轴的方向，使所述多孔质蜂窝单元进行旋转，将所述多孔质蜂窝单元的其他部分的外周壁的所述磨削加工余量磨削除去。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的蜂窝结构体的制造方法，其特征在于，
在将所述多孔质蜂窝单元的外周壁的所述磨削加工余量磨削除去的工序中，使用粒度号#80～#120的范围内的磨石，将所述磨削加工余量磨削除去。
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