CN115138352A - 蜂窝结构体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供耐热冲击性优异的高气孔率的蜂窝结构体。蜂窝结构体具备柱状的蜂窝结构部，蜂窝结构部具有多孔质的隔壁和外周壁，隔壁和外周壁为由同一材料形成的一体成型品，隔壁的气孔率为45～70％，将构成隔壁的材料的材料强度设为F[MPa]、热传导率设为k[W/mK]、杨氏模量设为E[GPa]、热膨胀系数设为α[10－6/℃]，将蜂窝结构部的体积密度设为ρ[g/cc]，将蜂窝结构部的与隔室延伸的方向正交的截面中的外周壁厚度之差设为ΔT[mm]的情况下，利用下式(1)计算出的P为3.0以上。式(1)：P＝F×k×ρ/(E×α×ΔT)(式(1)中，外周壁厚度之差ΔT小于0.06mm的情况下，作为ΔT的值代入0.06。)。
Description
技术领域
本发明涉及蜂窝结构体。更详细而言，涉及耐热冲击性优异的高气孔率的蜂窝结构体。
背景技术
近年来，整个社会针对环境问题的意识提高，在将燃料燃烧而生成动力的技术领域中，正在开发从燃料燃烧时产生的废气中将氮氧化物等有害成分除去的各种各样的技术。例如，正在开发从由汽车的发动机排出的废气中将氮氧化物等有害成分除去的各种各样的技术。在上述的从废气中除去有害成分时，通常采用催化剂使有害成分发生化学反应而变为比较无害的其他成分。并且，作为供废气净化用的催化剂担载的催化剂载体，采用蜂窝结构体。
以往，作为像这样的蜂窝结构体，提出了如下蜂窝结构体，该蜂窝结构体具备蜂窝结构部，该蜂窝结构部具有区划形成多个隔室的多孔质的隔壁，该多个隔室形成从流入端面延伸至流出端面的流体的流路(例如参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019－93381号公报
发明内容
在如上所述的将蜂窝结构体作为催化剂载体而进行废气净化的技术中，逐年要求蜂窝结构体的低热容量化，以使催化剂提早活化，为了实现蜂窝结构体的低热容量化，研究了蜂窝结构体的高气孔率化。例如，通过使构成蜂窝结构体的多孔质的隔壁的气孔率提高，能够实现蜂窝结构体的高气孔率化。
然而，如果使隔壁的气孔率提高，则随着隔壁的实体部分的容积减少所伴随的结构强度降低或热传导率降低，引起蜂窝结构体的耐热冲击性降低。像这样，蜂窝结构体的高气孔率化和对蜂窝结构体的耐热冲击性降低的抑制存在二律背反的关系，存在两者同时实现极其困难的问题。另外，以往耐热冲击性有根据材料强度、材料杨氏模量、材料热传导率、材料热膨胀系数进行推定的方法，但是，也存在由于不适合实体而无法推定的情况。
本发明是鉴于如上所述的现有技术所存在的问题而实施的。本发明提供耐热冲击性优异的高气孔率的蜂窝结构体。
根据本发明，提供以下示出的蜂窝结构体。
[1]一种蜂窝结构体，其中，
具备柱状的蜂窝结构部，该蜂窝结构部具有：多孔质的隔壁，该隔壁配设成包围多个隔室，该多个隔室形成从第一端面延伸至第二端面的流体的流路；以及外周壁，该外周壁配设成围绕所述隔壁，
构成所述蜂窝结构部的所述隔壁和所述外周壁为由同一材料形成的一体成型品，
所述隔壁的气孔率为45～70％，
将构成所述隔壁的材料的材料强度设为F[MPa]，
将构成所述隔壁的材料的热传导率设为k[W/mK]，
将所述蜂窝结构部的体积密度设为ρ[g/cc]，
将构成所述隔壁的材料的杨氏模量设为E[GPa]，
将构成所述隔壁的材料的热膨胀系数设为α[10－6/℃]，
将所述蜂窝结构部的与所述隔室延伸的方向正交的截面中的、所述外周壁的最大厚度T1[mm]减去该外周壁的最小厚度T2[mm]得到的所述外周壁厚度之差设为ΔT[mm]，
这种情况下，利用下式(1)计算出的P为3.0以上。
式(1)：P＝F×k×ρ/(E×α×ΔT)
(其中，式(1)中，以ΔT表示的所述外周壁厚度之差小于0.06mm的情况下，作为ΔT的值，代入0.06。)
[2]根据上述[1]中记载的蜂窝结构体，其中，
所述材料强度F为4～10[MPa]。
[3]根据上述[1]或[2]中记载的蜂窝结构体，其中，
所述热传导率k为0.8～2.5[W/mK]。
[4]根据上述[1]～[3]中的任一项中记载的蜂窝结构体，其中，
所述体积密度ρ为0.15～0.50[g/cc]。
[5]根据上述[1]～[4]中的任一项中记载的蜂窝结构体，其中，
所述杨氏模量E为8～30[GPa]。
[6]根据上述[1]～[5]中的任一项中记载的蜂窝结构体，其中，
所述热膨胀系数α为0.10～0.75[10－6/℃]。
[7]根据上述[1]～[6]中的任一项中记载的蜂窝结构体，其中，
所述外周壁厚度之差ΔT为0.20[mm]以下。
[8]根据上述[1]～[7]中的任一项中记载的蜂窝结构体，其中，
利用所述式(1)计算出的所述P为3.0～30。
[9]根据上述[8]中记载的蜂窝结构体，其中，
利用所述式(1)计算出的所述P为5.5～30。
发明效果
本发明的蜂窝结构体发挥出如下效果，即，实现隔壁的高气孔率化，并且，耐热冲击性优异。即，本发明的蜂窝结构体具有气孔率为45～70％的高气孔率的隔壁。因此，实现蜂窝结构体的低热容量化，在作为供废气净化用的催化剂担载的催化剂载体加以利用时，能够促进催化剂提早活化。另外，本发明的蜂窝结构体中，利用上式(1)计算出的P为3.0以上，耐热冲击性优异。特别是，通过利用上式(1)计算出的P为3.0以上，能够将暴露于从汽车的发动机等中排出的高温废气时产生的热应力抑制在容许范围内，极其有效地抑制因热应力而发生开裂。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的蜂窝结构体的一个实施方式的从第一端面侧观察的立体图。
图2是示意性地表示图1所示的蜂窝结构体的第一端面的平面图。
图3是示意性地表示图2的A－A’截面的截面图。
图4是示意性地表示从蜂窝结构体切出的测定用的试验片的立体图。
图5是用于说明材料强度F[MPa]的测定方法的示意图。
图6是表示杨氏模量E[GPa]测定用的试验装置的构成的示意图。
图7是用于说明外周壁厚度之差ΔT[mm]的测定方法的示意图。
符号说明
1：隔壁，2：隔室，3：外周壁，4：蜂窝结构部，11：第一端面，12：第二端面，30：试验片，40：支撑夹具，41：加载夹具，51A、51B：吊线，52：弹性模量测定装置，53：检测器，54：放大器，55：示波器，56：驱动器，57：放大器，58：振荡器，59：频率计数器，A：支撑跨度，B：加载跨度，L：试验片的长度，n1：虚拟直线，O：重心，P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8：测定点，t：试验片的厚度，w：试验片的宽度，100：蜂窝结构体。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。不过，本发明并不限定于以下的实施方式。因此，应当理解：可以在不脱离本发明的主旨的范围内，基于本领域技术人员的通常知识，对以下的实施方式加以适当变更、改良等。
(1)蜂窝结构体：
如图1～图3所示，本发明的蜂窝结构体的一个实施方式为蜂窝结构体100，该蜂窝结构体100具备柱状的蜂窝结构部4，该蜂窝结构部4具有：多孔质的隔壁1，其配设成包围多个隔室2；以及外周壁3，其配设成围绕隔壁1。此处，图1是示意性地表示本发明的蜂窝结构体的一个实施方式的从第一端面侧观察的立体图。图2是示意性地表示图1所示的蜂窝结构体的第一端面的平面图。图3是示意性地表示图2的A－A’截面的截面图。
构成蜂窝结构部4的多孔质的隔壁1配设成包围从第一端面11延伸至第二端面12的多个隔室2。本发明中，隔室2是指：由隔壁1区划形成的空间。多个隔室2形成流体的流路。外周壁3配设成围绕以包围多个隔室2的方式呈格状配设的隔壁1。蜂窝结构部4的外周壁3优选与隔壁1一体地构成。蜂窝结构体100可以优选用作供废气净化用的催化剂担载的催化剂载体。催化剂载体是：对催化剂的微粒进行支撑的多孔性的结构物。构成蜂窝结构部4的隔壁1和外周壁3为由同一材料形成的一体成型品。
蜂窝结构体100中，隔壁1的气孔率为45～70％。像这样，蜂窝结构体100具有高气孔率的隔壁1，能够实现蜂窝结构体100的低热容量化，在作为供废气净化用的催化剂担载的催化剂载体加以利用时，能够促进催化剂的提早活化。
隔壁1的气孔率为利用水银压入法测定得到的值，例如可以采用Micromeritics公司制的AutoporeIV(商品名)进行测定。在气孔率测定时，可以从蜂窝结构体100切出隔壁1的一部分，制成试验片，采用得到的试验片，进行气孔率测定。隔壁1的气孔率优选为例如45～70％，更优选为45～55％。
另外，蜂窝结构体100中，利用下式(1)计算出的P为3.0以上。此处，下式(1)中的各符号如下。将构成隔壁1的材料的材料强度设为F[MPa]。将构成隔壁1的材料的热传导率设为k[W/mK]。将蜂窝结构部4的体积密度设为ρ[g/cc]。将构成隔壁1的材料的杨氏模量设为E[GPa]。将构成隔壁1的材料的热膨胀系数设为α[10－6/℃]。进而，在蜂窝结构部4的与隔室2延伸的方向正交的截面中，将外周壁3的最大厚度设为最大厚度T1[mm]，将外周壁3的最小厚度设为最小厚度T2[mm]，将外周壁3的最大厚度T1[mm]减去该外周壁3的最小厚度T2[mm]得到的外周壁3厚度之差设为ΔT[mm]。
式(1)：P＝F×k×ρ/(E×α×ΔT)
(其中，式(1)中，以ΔT表示的外周壁3厚度之差ΔT小于0.06mm的情况下，作为ΔT的值，代入0.06。)
通过利用上式(1)计算出的P为3.0以上，使得蜂窝结构体100发挥出如下效果，即，实现隔壁1的高气孔率化，并且，耐热冲击性优异。特别是，通过利用上式(1)计算出的P为3.0以上，能够将暴露于从汽车的发动机等中排出的高温废气时产生的热应力控制在容许范围内，极其有效地抑制因热应力而发生开裂。
以下，对以式(1)表示的P的计算中采用的各参数的测定方法进行说明。
(材料强度F[MPa])
首先，材料强度F[MPa]测定中，从图1～图3所示的蜂窝结构体100中切出图4所示的测定用的试验片30。图4是示意性地表示从蜂窝结构体100(参照图1)切出的测定用的试验片30的立体图。材料强度F[MPa]测定中，使试验片30的大小如下。将试验片30的宽度w设为约20mm，将试验片30的厚度t设为约10mm，将试验片30的长度L设为约70mm。对于试验片30的长度L，在图1～图3所示的蜂窝结构体100中，设为隔室2延伸的方向、换言之、从第一端面11趋向第二端面12的方向。另外，对于试验片30的大小，在从蜂窝结构体100(参照图1)切出时，优选以在其外周面存在隔壁1(参照图1)且更接近上述的宽度w、厚度t及长度L的方式适当确定其大小。应予说明，蜂窝结构体100(图1)的大小不满足上述的宽度w、厚度t及长度L的情况下，设为在试验片30的外周面存在隔壁1(参照图1)的尺寸。
接下来，材料强度F[MPa]测定中，将图4所示的试验片30在150℃的温度环境下干燥2小时。接下来，如图5所示，将试验片30载放于支撑夹具(Supporting Fixture)40之上。然后，相对于载放在支撑夹具40之上的试验片30，从竖直上方推动加载夹具(LoadFixture)41，对试验片30施加载荷。此处，图5是用于说明材料强度F[MPa]的测定方法的示意图。图5所示的试验片30中，纸面的左右方向设为试验片30的长度L方向。支撑夹具40具有对试验片30进行支撑的2个支撑部，将该2个支撑部的相互间距离(支撑跨度A)设为60mm。加载夹具41具有用于对试验片30施加载荷的2个按压部，将该2个按压部的相互间距离(加载跨度B)设为20mm。在利用加载夹具41对试验片30施加载荷时，将载荷速度设定为0.5mm/min。然后，使向试验片30施加的载荷增加，读取试验片30破坏时的载荷(P[N])，利用下式(2)计算出试验片30的4点弯曲强度F0[Pa]。其中，试验片30在加载夹具41的外侧发生了破坏的情况下，其测定值不包含在用于进行下式(2)的计算的数据中。
【数学式1】
式(2):4点弯曲强度
(上式(2)中，强度F0[Pa]表示试验片30的A轴的4点弯曲强度[Pa]。P表示试验片30破坏时的载荷P[N]。A表示支撑跨度A[mm]。B表示加载跨度B[mm]。w表示试验片30的宽度w[mm]。t表示试验片30的厚度t[mm]。)
另外，有别于上式(2)的计算，根据试验片30中包含的隔壁1的厚度及试验片30中的隔室2的隔室间距的尺寸信息，建立试验片30的包括隔室2的开口部的有限要素法(FEM)模型。然后，采用利用上式(2)计算出的强度F0[MPa]，以有限要素法(FEM)求出试验片30中的隔室2的空隙部分以外的构成隔壁1的实体部分的材料的材料强度F[MPa]。有限要素法(FEM)模型的建立例如可以如下进行。作为利用该有限要素法进行解析的具体顺序，首先，针对试验片30，利用能够利用有限要素法进行解析的结构解析软件，进行建模。作为能够利用有限要素法进行解析的结构解析软件，例如可以举出：ANSYS，Inc.公司制的ANSYS(商品名)、达索系统公司制的Abaqus(商品名)等。另外，在结构解析软件上进行建模时，要素分割数可以参照例如日本特开2005－242679号公报的第0030段等的记载，要素尺寸可以参照例如该公报的第0050段等的记载。接下来，在进行解析时，设定蜂窝结构体100的泊松比、杨氏模量。然后，模拟弯曲试验方法，约束支撑销(例如、支撑夹具40的2个支撑部)的位置，对载荷销(例如、加载夹具41的2个按压部)的位置施加弯曲试验方法中得到的破坏载荷，实施解析。然后，根据解析结果，将针对1块隔壁所产生的最大应力设为材料强度F。
(热传导率k[W/mK])
热传导率k[W/mK]测定中，也从蜂窝结构体100(参照图1)切出图4所示的测定用的试验片30。不过，热传导率k[W/mK]测定中，使试验片30的大小如下。将试验片30的宽度w设为约35mm，将试验片30的厚度t设为约5mm，将试验片30的长度L设为约35mm。
接下来，热传导率k[W/mK]测定中，将图4所示的试验片30在150℃的温度环境下干燥2小时。接下来，采用稳态法热传导率测定装置，对试验片30的热传导率k0[W/mK]进行测定。热传导率k0[W/mK]的测定条件如下。将测定温度设为50℃。将测定时的温度差设为24℃。将稳定性判断时间设为3分钟。将稳定性判断温度宽度设为±0.3℃。作为稳态法热传导率测定装置，例如可以采用advance-riko公司制的“GH－1系列(商品名)”。
另外，有别于上述的试验片30的热传导率k0[W/mK]的测定，取得试验片30中包含的隔壁1的厚度及试验片30中的隔室2的隔室间距的尺寸信息。然后，根据试验片30的尺寸信息、以及上述的试验片30的热传导率k0[W/mK]的测定结果，利用有限要素法(FEM)求出试验片30中的隔室2的空隙部分以外的构成隔壁1的实体部分的材料的热传导率k[W/mK]。应予说明，关于热传导率k[W/mK]，例如利用校准试样，求出下式(3)中的比例系数N，利用下式(3)计算出试验片30的热阻Rs[K/W]。然后，利用下式(4)，可以求出试验片30中的隔室2的空隙部分以外的构成隔壁1的实体部分的材料(即、构成隔壁1的材料)的热传导率k[W/mK]。
【数学式2】
式(3)
(上式(3)中，Rs表示试验片30的热阻[K/W]。N表示比例系数。TL表示试验片30的下表面温度[K]。Tu表示试验片30的上表面温度[K]。Q表示热流计输出[W]。Ro表示试验片30的上下界面的接触热阻[K/W]。)
【数学式3】
式(4):
(上式(4)中，d表示试验片30的实体部分的厚度[m]。k表示试验片30中的隔室2的空隙部分以外的构成隔壁1的实体部分的材料的热传导率[W/mK]。)
(体积密度ρ[g/cc])
对构成图1～图3所示的蜂窝结构体100的蜂窝结构部4的外径及全长进行测定，求出蜂窝结构部4的体积。蜂窝结构部4的外径及全长的测定方法没有特别限制，例如可以采用接触型仪表，也可以采用激光等非接触型的测定手段。另外，采用质量筛选机，对蜂窝结构部4的质量进行测定。然后，通过所测定的蜂窝结构部4的质量除以蜂窝结构部4的体积，能够求出蜂窝结构部4的体积密度ρ[g/cc]。
(杨氏模量E[GPa])
杨氏模量E[GPa]测定中，也从蜂窝结构体100(参照图1)中切出图4所示的测定用的试验片30。不过，杨氏模量E[GPa]测定中，使试验片30的大小如下。将试验片30的宽度w设为约20mm，将试验片30的厚度t设为约10mm，将试验片30的长度L设为约120mm。应予说明，图1所示的成为测定对象的蜂窝结构体100的第一端面11至第二端面12的隔室2延伸的方向上的长度不足120mm的情况下，可以将图4所示的试验片30的长度L在70mm以上的范围进行适当变更。
接下来，杨氏模量E[GPa]测定中，采用图6所示的试验装置，对试验片30的横向共振法的一次共振频率f[s－1]进行测定。此处，图6是表示杨氏模量E[GPa]测定用的试验装置的构成的示意图。图6所示的试验装置具备：弹性模量测定装置52，在其内部配置试验片30；2条吊线51A、51B，它们用于将试验片30悬于空中；以及符号53～59所示的各种测定设备。试验片30以由2条吊线51A、51B悬于空中的状态配置于弹性模量测定装置52内。1条吊线51A与驱动器56连接，将来自该驱动器56的振动经吊线51A而向试验片30传递。另1条吊线51B与检测器53连接，对试验片30的有关一次共振频率f[s－1]的测定信号进行检测。由检测器53检测到的电信号通过放大器54进行放大，利用示波器55进行电信号的解析。驱动器56与对由振荡器58产生的振动进行放大的放大器57连接。对振动进行放大的放大器57还另行与示波器55连接。另外，振荡器58与频率计数器59连接。采用该试验装置，对试验片30施加改变了频率的振动，对横向共振法的一次共振频率f[s－1]进行测定。关于由2条吊线51A、51B悬挂的试验片30的悬挂位置，将自试验片30的各端部起算的长度L2、L3分别设为0.224×L1mm。然后，利用下式(5)，计算出试验片30的动态杨氏模量E0[GPa]。
【数学式4】
式(5)
(上式(5)中，E0表示试验片30的动态杨氏模量E0[GPa]。L1表示试验片30的长度[m]。t1表示试验片30的厚度[m]。w1表示试验片30的宽度[m]。m表示试验片30的质量[kg]。f表示试验片30的横向共振法的一次共振频率[s－1]。)
另外，有别于上式(5)的计算，根据试验片30中包含的隔壁1的厚度及试验片30中的隔室2的隔室间距等尺寸信息，建立试验片30的包括隔室2的开口部的有限要素法(FEM)模型。有限要素法模型可以采用与材料强度F[MPa]测定中建立的模型同样的模型。然后，采用利用上式(5)计算出的动态杨氏模量E0[GPa]，利用有限要素法(FEM)求出试验片30中的隔室2的空隙部分以外的构成隔壁1的实体部分的材料的杨氏模量E[GPa]。
(热膨胀系数α[10－6/℃])
热膨胀系数α[10－6/℃]测定中，也从蜂窝结构体100(参照图1)中切出图4所示的测定用的试验片30。不过，热膨胀系数α[10－6/℃]测定中，使试验片30的大小如下。将试验片30的宽度w设为约3.5mm，将试验片30的厚度t设为约3.5mm，将试验片30的长度L设为约50mm。
接下来，热膨胀系数α[10－6/℃]测定中，将所制作的试验片30与作为标准试样的高纯度石英玻璃一同放入容器中，将该容器安装于热膨胀仪。作为热膨胀仪，例如可以采用理学公司的“自动热膨胀仪2S－TMA”。将安装于热膨胀仪的容器按容器内的温度上升速度为10℃/分钟以下的方式从40℃加热至800℃。然后，记录加热时的、试验片30与标准试样的热膨胀之差[mm]。之后，利用下式(6)，计算出40℃至800℃的试验片30的热膨胀系数CTE40－800℃。然后，将计算出的试验片30的热膨胀系数CTE40－800℃设为构成隔壁的材料的热膨胀系数α[10－6/℃]。
【数学式5】
式(6)：
(上式(6)中，CTE40－800℃表示40℃至800℃的试验片30的热膨胀系数[10－6/℃]。Δl表示试验片30与标准试样的热膨胀之差[mm]。Δt表示测定开始时与结束时的温度差[℃]。因此，上述测定中，Δt为：800℃－40℃＝760℃。L表示试验片30的长度[mm]。Cs表示标准试样的热膨胀系数[10－6/℃]。)
(外周壁厚度之差ΔT[mm])
如图7所示，蜂窝结构体100的端面中，以8点对外周壁3的厚度[mm]进行测定。图7是用于说明外周壁厚度之差ΔT[mm]的测定方法的示意图。外周壁3的厚度[mm]测定中，首先，在蜂窝结构体100的端面中，将第1个测定点确定为测定点P1。此处，关于第1个测定点P1，如下确定其位置。首先，找到蜂窝结构体100的端面的重心O。然后，从蜂窝结构体100的端面的重心O朝向外周壁3侧，将与四边形的隔室2的一个边平行的虚拟直线n1延长，将包括虚拟直线n1与外周壁3的交点的范围设为第1个测定点P1。此处，“与四边形的隔室2的一个边平行的虚拟直线n1”是指：例如，蜂窝结构体100的端面中，与由隔壁1构成的四角格子的一个边方向平行地描绘的直线。然后，从如上所述确定的第1个测定点P1开始，将包括相对于蜂窝结构体100的端面的重心O而顺时针旋转45°的各点的7个范围设为测定点P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8。然后，在共8点的测定点P1～P8，对外周壁3的厚度[mm]进行测定。像这样，测定点P1～P8设为沿着蜂窝结构体100的外周壁3的表面以等间隔设置的8个测定点。在测定点P1～P8对外周壁3的厚度[mm]进行测定时，避开隔壁1与外周壁3接触的部位，在蜂窝结构体100的端面的外周部分的外周壁3单独存在的部位，对其厚度[mm]进行测定。在测定点P1～P8所测定的8个测定值中，将最大的外周壁3的厚度设为外周壁3的最大厚度T1[mm]，将最小的外周壁3的厚度设为外周壁3的最小厚度T2[mm]。然后，计算出外周壁的最大厚度T1[mm]减去外周壁的最小厚度T2[mm]得到的外周壁厚度之差ΔT[mm]。例如，可以采用轮廓投影仪(Profile projector)等，进行外周壁3的厚度[mm]的测定。作为轮廓投影仪，例如可以采用三丰公司的“QuickVision(商品名)”。
本实施方式的蜂窝结构体100中，利用上式(1)计算出的P为3.0以上即可，其上限值没有特别限制。不过，利用上式(1)计算出的P优选为3.0～30，更优选为5.5～30。通过像这样构成，能够极其有效地抑制因热应力而发生开裂。
上式(1)中的、材料强度F、热传导率k、体积密度ρ、杨氏模量E、热膨胀系数α、及外周壁厚度之差ΔT的各参数的值没有特别限制。其中，各参数的优选数值范围如下。
材料强度F优选为4～10[MPa]，更优选为5～10[MPa]，特别优选为6～10[MPa]。例如，如果材料强度F小于4.0[MPa]，则有可能因低强度而在车辆搭载时的装罐中发生破坏，就这一点而言，不理想。
热传导率k优选为0.8～2.5[W/mK]，更优选为1.0～2.5[W/mK]，特别优选为1.2～2.5[W/mK]。如果热传导率k小于0.8[W/mK]，则外周部与中央部的温度差变大，产生的应力变大，就这一点而言，不理想。
体积密度ρ优选为0.16～0.50[g/cc]，更优选为0.16～0.36[g/cc]，特别优选为0.16～0.22[g/cc]。应予说明，如果体积密度ρ超过0.50[g/cc]，则至催化剂活化所需要的时间变长，就这一点而言，不理想。
杨氏模量E优选为8～30[GPa]，更优选为8～20[GPa]，特别优选为8～14[GPa]。另一方面，如果杨氏模量E超过30[GPa]，则热膨胀时产生的应力变大，就这一点而言，不理想。
热膨胀系数α优选为0.15～0.75[10－6/℃]，更优选为0.15～0.55[10－6/℃]，特别优选为0.15～0.35[10－6/℃]。如果热膨胀系数α超过0.75[10－6/℃]，则热膨胀时产生的应力变大，就这一点而言，不理想。
外周壁3厚度之差ΔT优选为0.20[mm]以下，更优选为0.15[mm]以下，特别优选为0.10[mm]以下。外周壁3厚度之差ΔT的实质上的下限值为0[mm]。不过，如之前所说明，式(1)中，外周壁3厚度之差ΔT小于0.06mm的情况下，作为ΔT的值，代入0.06。如果外周壁3厚度之差ΔT超过0.20[mm]，则热膨胀时产生的应力变大，就这一点而言，不理想。
隔壁1的厚度优选为50～160μm，更优选为50～110μm，特别优选为50～70μm。如果隔壁1的厚度小于50μm，则蜂窝结构体100的等静压强度有时降低。如果隔壁1的厚度超过160μm，则压力损失增大，有时引起发动机的输出降低或燃油经济性恶化。隔壁1的厚度是：以利用光学显微镜观察蜂窝结构体100的与轴向正交的截面的方法测定得到的值。
蜂窝结构部4的隔室密度优选为例如40～190个/cm2，更优选为90～190个/cm2。
在蜂窝结构部4所形成的隔室2的形状没有特别限制。例如，作为蜂窝结构部4的与隔室2延伸的方向正交的截面中的隔室2的形状，可以举出四边形。应予说明，隔室2的形状优选为正方形。
蜂窝结构体100的整体形状没有特别限制。例如，图1～图3所示的蜂窝结构体100的整体形状为第一端面11及第二端面12呈圆形的圆柱状。此外，例如，作为蜂窝结构体100的整体形状，可以为第一端面11及第二端面12呈椭圆形、跑道(Racetrack)形或长圆形等大致圆形的柱状。
构成隔壁1的材料没有特别限制，从强度、耐热性、耐久性等观点出发，作为构成隔壁1的材料，可以举出堇青石。本实施方式的蜂窝结构体100中，隔壁1优选由包含堇青石作为主成分的材料构成。
本实施方式的蜂窝结构体100可以在蜂窝结构部4的隔壁1的表面及隔壁1的细孔中的至少一者担载有废气净化用的催化剂。通过像这样构成，能够使废气中的CO、NOx、HC等通过催化反应而成为无害的物质。
在本实施方式的蜂窝结构体100担载催化剂的情况下，催化剂优选包含选自由三元催化剂、SCR催化剂、NOX吸储催化剂、氧化催化剂构成的组中的1种以上。三元催化剂是指：主要对烃(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOX)进行净化的催化剂。作为三元催化剂，例如可以举出包含铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)的催化剂。SCR催化剂为对被净化成分进行选择性还原的催化剂。特别是，关于上述的SCR催化剂，优选为对废气中的NOX进行选择性还原的NOX选择性还原用SCR催化剂。作为NOX选择性还原用SCR催化剂，可以举出对废气中的NOX进行选择性还原而净化的催化剂作为优选例。另外，作为SCR催化剂，可以举出经金属置换的沸石。作为对沸石进行金属置换的金属，可以举出铁(Fe)、铜(Cu)。作为沸石，可以举出β沸石作为优选例。另外，SCR催化剂可以为含有选自由钒及二氧化钛构成的组中的至少1种作为主要成分的催化剂。作为NOX吸储催化剂，可以举出碱金属或碱土金属等。作为碱金属，可以举出：钾、钠、锂等。作为碱土金属，可以举出钙等。作为氧化催化剂，可以举出含有贵金属的催化剂。作为氧化催化剂，具体而言，优选为含有选自由铂、钯及铑构成的组中的至少一种的催化剂。
(2)蜂窝结构体的制造方法：
接下来，对制造本发明的蜂窝结构体的方法进行说明。作为本发明的蜂窝结构体的制造方法，可以举出如下方法，该方法具备：制作蜂窝成型体的工序、以及将得到的蜂窝成型体干燥及烧成的工序。
(2－1)成型工序：
成型工序是：将成型原料混炼，得到坯土，将得到的坯土挤出成型为蜂窝形状，得到蜂窝成型体的工序。蜂窝成型体具有：隔壁，其区划形成从第一端面延伸至第二端面的隔室；以及外周壁，其形成为围绕该隔壁的最外周。成型工序中，首先，将成型原料混炼制成坯土。接下来，将得到的坯土挤出成型，得到隔壁和外周壁一体地成型的蜂窝成型体。
成型原料优选为在陶瓷原料中加入分散介质及添加剂得到的物质。作为添加剂，可以举出：有机粘合剂、造孔材料、表面活性剂等。作为分散介质，可以举出水等。作为成型原料，可以采用与以往公知的蜂窝结构体的制造方法中使用的成型原料同样的成型原料。例如，作为造孔材料，可例示：聚丙烯酸系的聚合物、淀粉、发泡树脂等高分子化合物、聚甲基丙烯酸甲酯树脂(Polymethyl methacrylate：PMMA)、焦炭(Cokes)。
作为将成型原料混炼而形成坯土的方法，例如可以举出采用捏合机、真空练泥机等的方法。
可以采用形成有与蜂窝成型体的截面形状相对应的狭缝的挤出成型用的口模来进行挤出成型。例如，作为挤出成型用的口模，优选采用形成有与之前说明的蜂窝结构体中的隔室的形状相对应的狭缝的口模。
此处，成型工序中，制备坯土时，可以如下调节得到的蜂窝结构体的材料强度F、热传导率k、体积密度ρ、杨氏模量E、及热膨胀系数α的值。
关于材料强度F的值的调节，例如优选调整平均细孔径及细孔径。通过像这样构成，能够使材料强度F的值增大。
关于热传导率k的值的调节，例如优选调整造孔材料的种类和量。通过像这样构成，能够使热传导率k的值增大。
关于体积密度ρ的值的调节，例如优选调整造孔材料的种类和量。通过像这样构成，能够使体积密度ρ的值减小。
关于杨氏模量E的值的调节，例如优选调整平均细孔径。通过像这样构成，能够使杨氏模量E的值减小。
关于热膨胀系数α的值的调节，例如优选调整堇青石以外的杂质的量。通过像这样构成，能够使热膨胀系数α的值减小。
(2－2)烧成工序：
烧成工序是：将通过成型工序得到的蜂窝成型体烧成而得到蜂窝结构体的工序。将蜂窝成型体烧成之前，可以利用例如微波及热风对得到的蜂窝成型体进行干燥。
将蜂窝成型体烧成时的烧成温度可以根据蜂窝成型体的材质来适当确定。
实施例
以下，通过实施例对本发明进一步具体地进行说明，不过，本发明并不受这些实施例的任何限定。
(实施例1)
在堇青石化原料100质量份中分别添加有机造孔材料2.5质量份、分散介质50质量份、粘合剂8质量份，进行混合、混炼，制备坯土。作为堇青石化原料，使用滑石、高岭土、氧化铝、氢氧化铝、二氧化硅。作为有机造孔材料，使用聚丙烯酸系的聚合物，作为粘合剂，使用羟丙氧基纤维素。作为表面活性剂，使用脂肪酸皂，作为分散介质，使用水。
接下来，采用规定模具，将坯土挤出成型，得到隔室形状为四边形、整体形状为圆柱状的蜂窝成型体。接下来，利用热风干燥机使蜂窝成型体干燥。
接下来，将干燥后的蜂窝成型体在大气气氛下于约200℃进行约8小时加热脱脂，进而，在大气气氛下于约1430℃使其烧成4小时，制作实施例1的蜂窝结构体。
实施例1的蜂窝结构体中，隔壁的厚度为64μm，隔室密度为140个/cm2。另外，隔壁的气孔率为46％。采用Micromeritics公司制的AutoporeIV(商品名)来测定隔壁的气孔率。将各结果示于表1。蜂窝结构体的与隔室延伸的方向正交的截面中的隔室形状为四边形。
实施例1的蜂窝结构体中，与轴向正交的截面的形状为直径86mm的圆形，隔室延伸的方向上的长度(全长)为123mm。
表1
另外，针对实施例1的蜂窝结构体，求出材料强度F[MPa]、热传导率k[W/mK]、体积密度ρ[g/cc]、杨氏模量E[GPa]、热膨胀系数α[10－6/℃]、及外周壁厚度之差ΔT[mm]，以便求出利用上式(1)计算出的P。将结果示于表1。应予说明，材料强度F[MPa]、热传导率k[W/mK]、体积密度ρ[g/cc]、杨氏模量E[GPa]、热膨胀系数α[10－6/℃]、及外周壁厚度之差ΔT[mm]的测定方法如之前说明的各测定方法。然后，按照上式(1)，计算出实施例1的蜂窝结构体的P的值。实施例1的蜂窝结构体的P的值为4.5。将结果示于表1。
针对实施例1的蜂窝结构体，利用以下的方法，进行耐热冲击性试验。将结果示于表1。
[耐热冲击性试验(安全温度)]
首先，利用以下的方法，对各实施例及比较例中制造的蜂窝结构体的耐热冲击性的“安全温度”进行测定。应予说明，耐热冲击性的“安全温度”为表示耐热冲击性的指标。耐热冲击性试验的试验顺序如下。首先，将蜂窝结构体放入炉内温度保持在预先设定的试验温度的电炉内，并将蜂窝结构体加热20分钟。电炉内的试验温度设为作为室温的25℃加上规定的设定温度得到的温度。在电炉中将蜂窝结构体加热20分钟后，将蜂窝结构体从电炉中取出，在取出后3分钟以内，确认蜂窝结构体有无开裂。通过肉眼观察来检查有无开裂。在蜂窝结构体没有确认到开裂存在的情况下，使电炉的试验温度升温+50℃。然后，与上述同样地将蜂窝结构体放入电炉内，加热20分钟后，从电炉中取出，与上述同样地确认蜂窝结构体有无开裂。然后，将电炉的试验温度阶段性地提高，反复试验直至发生开裂。将发生开裂的前1次的试验中的电炉的试验温度(换言之，没有发生开裂的最高温度)设为耐热冲击性的“安全温度”。耐热冲击性试验中，将安全温度为650℃以上的情形设为合格。
(实施例2～6)
实施例2～6中，如下制作蜂窝结构体。
实施例2相对于实施例1而言，变更高岭土的量、二氧化硅的量，制作蜂窝结构体。
实施例3相对于实施例1而言，变更氧化铝的量、氢氧化铝的量来制作蜂窝结构体。
实施例4相对于实施例1而言，变更造孔材料的量来制作蜂窝结构体。
实施例5相对于实施例1而言，变更高岭土的量、二氧化硅的种类、造孔材料的种类及量来制作蜂窝结构体。
实施例6相对于实施例1而言，变更高岭土的量、二氧化硅的种类及量、氧化铝的量、氢氧化铝的量、造孔材料的种类及量来制作蜂窝结构体。
将实施例2～6的蜂窝结构体的隔壁的厚度、隔室密度、气孔率示于表1。另外，对材料强度F[MPa]、热传导率k[W/mK]、体积密度ρ[g/cc]、杨氏模量E[GPa]、热膨胀系数α[10－6/℃]、及外周壁厚度之差ΔT[mm]进行测定，求出利用上式(1)计算出的P。将各结果示于表1。
(比较例1～27)
比较例1～27中，如下制作蜂窝结构体。
比较例1相对于实施例1而言，变更高岭土的量、氢氧化铝的种类、造孔材料的量来制作蜂窝结构体。
比较例2相对于实施例1而言，变更高岭土的量、二氧化硅的量、氧化铝的量、氢氧化铝的量、造孔材料的量来制作蜂窝结构体。
比较例3～4相对于实施例1而言，变更二氧化硅的量来制作蜂窝结构体。
比较例5相对于实施例1而言，变更造孔材料的种类来制作蜂窝结构体。
比较例6相对于实施例1而言，变更高岭土的量、二氧化硅的种类来制作蜂窝结构体。
比较例7相对于实施例1而言，变更二氧化硅的种类及量来制作蜂窝结构体。
比较例8相对于实施例1而言，变更二氧化硅的种类及量来制作蜂窝结构体。
比较例9相对于实施例1而言，变更二氧化硅的种类及量来制作蜂窝结构体。
比较例10相对于实施例1而言，变更二氧化硅的种类、造孔材料的种类及量来制作蜂窝结构体。
比较例12～15相对于实施例1而言，变更滑石的种类、高岭土的量、二氧化硅的量、造孔材料的量来制作蜂窝结构体。
比较例16～25相对于实施例1而言，变更滑石的种类、高岭土的量、造孔材料的量来制作蜂窝结构体。
比较例26～27相对于实施例1而言，变更二氧化硅的量、造孔材料的量来制作蜂窝结构体。
将比较例1～27的蜂窝结构体的隔壁的厚度、隔室密度、气孔率示于表1及表2。另外，对材料强度F[MPa]、热传导率k[W/mK]、体积密度ρ[g/cc]、杨氏模量E[GPa]、热膨胀系数α[10－6/℃]、及外周壁厚度之差ΔT[mm]进行测定，求出利用上式(1)计算出的P。将各结果示于表1及表2。
表2
针对实施例2～6及比较例1～27的蜂窝结构体，利用与实施例1同样的方法进行耐热冲击性试验。将结果示于表1及表2。
(结果)
实施例1～6的蜂窝结构体中，耐热冲击性试验中的安全温度满足合格基准650℃以上。另一方面，比较例1～10的蜂窝结构体中，P的值小于3.0，不过，比较例7～8中，安全温度为650℃。试验方法的升温以50℃为单位，推定因各因子的偏差而超过了650℃。虽然具有偏差，不过，P的值为3.0以上的情况下，出现成为650℃以上的结果，能够显示出计算式的有效性。仅根据材料强度、杨氏模量、热膨胀系数进行计算的现有技术(例如、以往的耐热冲击性系数)中，无法推定出这次的试验结果。
产业上的可利用性
本发明的蜂窝结构体能够作为供废气净化用的催化剂担载的催化剂载体加以利用。
Claims (9)
1.一种蜂窝结构体，其中，
具备柱状的蜂窝结构部，该蜂窝结构部具有：多孔质的隔壁，该隔壁配设成包围多个隔室，该多个隔室形成从第一端面延伸至第二端面的流体的流路；以及外周壁，该外周壁配设成围绕所述隔壁，
构成所述蜂窝结构部的所述隔壁和所述外周壁为由同一材料形成的一体成型品，
所述隔壁的气孔率为45～70％，
将构成所述隔壁的材料的材料强度设为F，单位为MPa，
将构成所述隔壁的材料的热传导率设为k，单位为W/mK，
将所述蜂窝结构部的体积密度设为ρ，单位为g/cc，
将构成所述隔壁的材料的杨氏模量设为E，单位为GPa，
将构成所述隔壁的材料的热膨胀系数设为α，单位为10－6/℃，
将所述蜂窝结构部的与所述隔室延伸的方向正交的截面中的、所述外周壁的最大厚度T1减去该外周壁的最小厚度T2得到的所述外周壁厚度之差设为ΔT，T1、T2及ΔT的单位为mm，
这种情况下，利用下式(1)计算出的P为3.0以上，
式(1)：P＝F×k×ρ/(E×α×ΔT)
其中，式(1)中，以ΔT表示的所述外周壁厚度之差小于0.06mm的情况下，作为ΔT的值，代入0.06。
2.根据权利要求1所述的蜂窝结构体，其中，
所述材料强度F为4～10MPa。
3.根据权利要求1或2所述的蜂窝结构体，其中，
所述热传导率k为0.8～2.5W/mK。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的蜂窝结构体，其中，
所述体积密度ρ为0.16～0.50g/cc。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的蜂窝结构体，其中，
所述杨氏模量E为8～30GPa。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的蜂窝结构体，其中，
所述热膨胀系数α为0.10×10－6～0.75×10－6/℃。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的蜂窝结构体，其中，
所述外周壁厚度之差ΔT为0.20mm以下。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的蜂窝结构体，其中，
利用所述式(1)计算出的所述P为3.0～30。
9.根据权利要求8所述的蜂窝结构体，其中，
利用所述式(1)计算出的所述P为5.5～30。
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