CN116685386B - 碳化硅陶瓷蜂窝状结构体及其制造方法 - Google Patents

碳化硅陶瓷蜂窝状结构体及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种碳化硅陶瓷蜂窝状结构体具有由多孔碳化硅分隔壁隔开的多个轴向贯通流路，所述分隔壁的孔隙率为35‑50％并且中值孔径为8‑18μm，在垂直于轴向的分隔壁横截面中，当平行于所述分隔壁的表面画直线C以使其通过在所述分隔壁的厚度T的方向上的中心，并且平行于所述直线C画直线以使它们与所述直线C在所述分隔壁的厚度方向上间隔±T/5和±2T/5，以针对规定长度测量与每条直线相交的孔部分的长度(孔宽度)以及与每条直线相交的孔的数量时，通过将所有测得的孔部分的长度(孔宽度)求平均值而确定的平均孔宽度W为10‑25μm，并且通过将所测得的孔的总数除以用于测量的直线的总长度而确定的单位长度的孔数量N为20‑40个/mm。

Description

碳化硅陶瓷蜂窝状结构体及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于陶瓷蜂窝状过滤器的碳化硅陶瓷蜂窝状结构体以及一种用于制造该碳化硅陶瓷蜂窝状结构体的方法。
背景技术
因为柴油机的排气中含有的NOx和PM在排放到空气中时可能不利地影响人类和环境，所以已经常规地将携带NOx催化剂的蜂窝状结构体和用于捕获PM的陶瓷蜂窝状过滤器作为排放装置附接至柴油机的排放管。用于通过捕获排气中的PM来净化排气的陶瓷蜂窝状过滤器的一个实例在图1(a)和1(b)中示出。陶瓷蜂窝状过滤器100由以下各项构成：包括形成多个流出侧密封流路13和流入侧密封流路14的多孔分隔壁12及外周壁11的陶瓷蜂窝状结构体110，以及以棋盘图案交替地密封流路13、14的排气引入侧端面15a和排气排放端面15b的上游侧封堵塞16a和下游侧封堵塞16b。如图1(b)中的虚线箭头所示，排气流动到在排气引入侧端面15a上开口的流出侧密封流路13中，通过在分隔壁12之上(表面上)和之中(内部)的连通孔，并且从流入侧密封流路14排出。在排气通过在分隔壁12中的连通孔时，排气中的PM被捕获，使得排气被净化。当捕获的PM积累到预定量时，将其燃烧以再生陶瓷蜂窝状过滤器。重要的是这样的陶瓷蜂窝状结构体具有特别地捕获PM中的纳米尺寸粒子的改善性能。另外，为了从排气中除去有毒气体组分，在多孔分隔壁上负载催化剂。已知的是，为了形成这样的陶瓷蜂窝状结构体，使用具有出色的耐热冲击性的耐火粒子，如碳化硅(SiC)粒子。
作为能够捕获甚至纳米尺寸的细粒子的蜂窝状结构体，例如，JP 2009-196104 A(专利文献1)公开了一种多孔陶瓷蜂窝状结构体，其包含陶瓷粉末和粘结该陶瓷粉末粒子的粘结剂，该陶瓷粉末具有间隔为10μm以上的10-％粒径(D10)和90-％粒径(D90)、满足logD20/logD80＜0.85的20-％粒径(D20)和80-％粒径(D80)以及具有两个以上峰的粒径分布。JP 2009-196104 A描述了使用碳化硅和氮化硅中的至少一种作为陶瓷粉末，并且粘结剂为胶体二氧化硅等。
作为具有出色的捕获性能以及被抑制的压力损失偏差的封堵蜂窝状结构体，JP2018-149510 A(专利文献2)公开了一种封孔蜂窝状结构体，包括：柱状蜂窝状结构体，其具有构成多个隔室的多孔分隔壁，该隔室形成从流入端面延伸到流出端面的流体流路；以及封堵塞，其各自形成在流入端面或流出端面上的各个隔室的开口部中，
在通过水银孔隙率法(压汞法，mercury porosimetry)测得的分隔壁的累积孔容积中，
孔径D10为6μm以上，
孔径D90为58μm以下，并且
满足0.35≤(D70-D30)/D50≤1.5的关系(1)，其中D10是在累积孔容积为10％时的孔径，D30是在累积孔容积为30％时的孔径，D50是在累积孔容积为50％时的孔径，D70是在累积孔容积为70％时的孔径，并且D90是在累积孔容积为90％时的孔径。
作为一个实例，JP 2018-149510 A描述了一种通过使用碳化硅粉末和金属硅粉末制造的蜂窝状结构体。
作为即使在将催化剂负载在分隔壁上之后也能够抑制压力损失增加的蜂窝状结构体，JP 2019-150737 A(专利文献3)公开了一种蜂窝状结构体，其包括柱状蜂窝状结构主体，该柱状蜂窝状结构主体包括构成多个隔室的多孔分隔壁，该隔室形成从第一端面延伸到第二端面的流体流路，
分隔壁的孔隙率为45-65％并且平均孔径为15-25μm，并且
在通过水银孔隙率法测得的分隔壁的累积孔容积中，直径为10μm以下的孔的容积比率为分隔壁的总孔容积的10％以下，并且直径为40μm以上的孔的容积比率为10％以下。
JP 2019-150737 A描述了蜂窝状结构体的分隔壁由选自由以下各项组成的组中的至少一种材料制成：碳化硅、堇青石(cordierite)、硅与碳化硅的复合材料、堇青石与碳化硅的复合材料、氮化硅、莫来石(mullite)、氧化铝和钛酸铝。
作为具有改善的捕获性能的蜂窝状结构体，JP 2018-122261 A(专利文献4)公开了一种封堵蜂窝状结构体，包括：柱状蜂窝状结构体，其包括构成多个隔室的多孔分隔壁，该隔室形成从第一端面延伸到第二端面的流体流路；以及封堵塞，其各自形成在第一端面或第二端面上的各个隔室的开口部中，
分隔壁由包括碳化硅的材料制成，
通过水银孔隙率法测得的分隔壁的孔隙率为42-52％，
分隔壁的厚度为0.15-0.36mm，
在通过水银孔隙率法测得的分隔壁的累积孔容积中，直径为10μm以下的孔的容积比率为分隔壁的总孔容积的41％以下，并且直径为18-36μm的孔的容积比率为总孔容积的10％以下，并且
在分隔壁的孔径分布中，在最大log(微分孔容积)时的孔径在10-16μm的范围内，并且包含最大log(微分孔容积)的峰的半宽度为5μm以下，其中横坐标轴表示孔径，并且纵坐标轴表示log(微分孔容积)。
作为一个实例，JP 2018-122261 A描述了一种通过使用碳化硅粉末和金属硅粉末制造的蜂窝状结构体。
然而，通过专利文献1-4中描述的陶瓷蜂窝状结构体，可能不会有效地捕获主要影响排气中的粒子数量的纳米尺寸的PM，并且在捕获PM后的压力损失可能不是令人满意的。因此，进一步的改善是期望的。
发明内容
发明目的
因此，本发明的一个目的是提供一种碳化硅陶瓷蜂窝状结构体及其制造方法，该碳化硅陶瓷蜂窝状结构体具有能够有效地捕获主要影响PM粒子数量的纳米尺寸PM的PM捕获率，并且显示出令人满意的捕获PM后的压力损失，同时保持高耐热冲击性。
问题的解决方案
鉴于上述目的，关注到陶瓷蜂窝状结构体的分隔壁横截面中的孔的形状，本发明人进行了深入的研究，发现可以通过蜂窝状结构的分隔壁的特定孔结构来实现上述目的。已经基于这样的发现完成了本发明。
因此，本发明的碳化硅陶瓷蜂窝状结构体具有由多孔碳化硅分隔壁隔开的多个轴向贯通流路，
所述分隔壁的孔隙率为35-50％且中值孔径为8-18μm，并且
在垂直于轴向的分隔壁横截面中，当平行于所述分隔壁的表面画直线C以使其通过在所述分隔壁在厚度T方向上的中心，并且平行于所述直线C画直线以使它们(这些直线)与所述直线C在所述分隔壁的厚度方向上间隔±T/5和±2T/5，以针对规定长度测量与每条直线相交(横过，cross)的孔部分的长度(孔宽度)，和与每条直线相交的孔的数量时，
通过将所有测得的孔部分的长度(孔宽度)求平均值而确定的平均孔宽度W为10-25μm，并且
通过将所测得的孔的总数除以用于测量的直线的总长度而确定的单位长度的孔数N为20-40个/mm。
在本发明的碳化硅陶瓷蜂窝状结构体中，在通过水银孔隙率法测得的所述分隔壁的孔径与累积孔容积之间的关系中，在所述分隔壁中直径为20μm以上的孔的容积优选为总孔容积的10-20％。
在本发明的碳化硅陶瓷蜂窝状结构体中，在通过水银孔隙率法测得的所述分隔壁的孔径与累积孔容积之间的关系中，在所述分隔壁中直径为9μm以下的孔的容积优选为总孔容积的3-25％。
本发明的用于制造碳化硅陶瓷蜂窝状结构体的方法包括：将包含骨料和粘结剂(结合剂，binder)的陶瓷粒子与有机粘结剂(有机粘合剂，organic binder)配制、混合和混炼以形成可成型材料，将所述可成型材料挤出成型以获得蜂窝状的坯体，和将所述坯体干燥并且烧结，
所述骨料为碳化硅粒子，并且
所述陶瓷粒子的中值粒径D50为35-45μm，在显示粒径与累积粒子体积之间的关系的曲线中，粒径D10(在累积粒子体积对应于总粒子体积的10％时)为5-20μm，粒径D90(在累积粒子体积对应于总粒子体积的90％时)为50-65μm，并且粒度分布偏差SD为0.20-0.40的，其中SD＝log(D80)-log(D20)，D20是在累积粒子体积对应于总粒子体积的20％时的粒径，D80是在累积粒子体积对应于总粒子体积的80％时的粒径，并且D20＜D80。
在本发明的用于制造碳化硅陶瓷蜂窝状结构体的方法中，所述粘结剂优选为选自由以下各项组成的组中的至少一种：氧化铝粒子、氢氧化铝粒子、氧化镁粒子和氢氧化镁粒子。
发明效果
本发明可以提供一种能够有效地捕获主要影响排气中的粒子数量的纳米尺寸PM且具有令人满意的捕获PM后的压力损失的陶瓷蜂窝状结构体。
附图说明
图1(a)是示意性示出了陶瓷蜂窝状过滤器的一个实例的正视图。
图1(b)是示意性示出了陶瓷蜂窝状过滤器的一个实例的与轴向平行的部分横截面图。
图2是示意性示出了一种陶瓷蜂窝状段(部分，segment)的透视图。
图3是示意性示出通过一体化接合形成的陶瓷蜂窝状过滤器的一个实例的透视图。
图4是实施例2的碳化硅陶瓷蜂窝状结构体中的分隔壁的横截面的二值化(二进制或二元，binary)处理的SEM照片。
图5是用于解释在分隔壁的横截面中测量平均孔宽度和单位长度的孔数量的位置的示意图。
图6是示出了本发明的实施例中使用的陶瓷粒子的粒度分布的图。
具体实施方式
以下将参照附图解释本发明的实施方案。应注意，本发明不限于以下实施方案，并且可以在本发明的范围内进行调整和改进。
[1]碳化硅陶瓷蜂窝状结构体
本发明的碳化硅陶瓷蜂窝状结构体包括由多孔碳化硅分隔壁隔开的多个轴向贯通流路，该分隔壁的孔隙率为35-50％且中值孔径为8-18μm，
在垂直于轴向的分隔壁横截面中，当平行于分隔壁的表面画直线C以使其通过在分隔壁的厚度T方向上的中心，并且平行于直线C画直线以使它们与该直线C在分隔壁的厚度方向上间隔±T/5和±2T/5，以针对规定长度测量与每条直线相交的孔部分的长度(孔宽度)，和与每条直线相交的孔的数量时，
通过将所有测得的孔部分的长度(孔宽度)求平均值而确定的平均孔宽度W为10-25μm，并且
通过将所测得的孔的总数除以用于测量的直线的总长度而确定的单位长度的孔数N为20-40个/mm。
利用这样的结构，陶瓷蜂窝状结构体可以有效地捕获纳米尺寸PM且具有良好的捕获PM后的压力损失，同时保持高耐热冲击性。
通过将在分隔壁横截面中测得的孔宽度求平均值而确定的平均孔宽度W为10-25μm。当平均孔宽度W小于10μm时，难以保持捕获PM后的低压力损失。另一方面，当平均孔宽度W大于25μm时，纳米尺寸PM的捕获率低。平均孔宽度W的下限优选为12μm，并且上限优选为23μm，并且更优选为19μm。
在分隔壁横截面中测得的单位长度的孔数N为20-40个/mm。当单位长度的孔数N小于20个/mm时，难以保持捕获PM后的低压力损失。另一方面，当单位长度的孔数N大于40个/mm时，纳米尺寸PM的捕获率低。单位长度的孔数N的下限优选为22个/mm，并且上限优选为37个/mm。
平均孔宽度W和单位长度的孔数N通过以下方式来确定：用扫描电子显微镜(SEM)拍摄垂直于陶瓷蜂窝状结构体的轴向的分隔壁横截面，并且用图像分析仪(可得自MediaCybernetics的Image-Pro Plus ver.7.0)如下处理所得的SEM照片。首先，将SEM照片处理为二值化图像。图4示出了二值化图像的一个实例。如图5所示，在所拍摄的分隔壁12的横截面中，平行于分隔壁表面画直线C以使其通过在分隔壁的厚度T方向上的中心，并且平行于直线C画直线以使它们与直线C在分隔壁的厚度方向上间隔±T/5和±2T/5。相对于每条直线的预定长度，测量孔宽度(与每条直线相交的孔部分的长度)和与每条直线相交的孔的数量。将所测得的所有孔的宽度的总和除以所测得的孔的总数来确定平均孔宽度W，并且将所测得的孔的总数除以用于测量的直线的总长度来确定单位长度的孔数N。
孔隙率为35-50％。当孔隙率小于35％时，难以保持捕获PM后的低压力损失。另一方面，当孔隙率大于50％时，纳米尺寸PM的捕获率低。孔隙率的下限优选为38％，并且更优选为40％。另一方面，孔隙率的上限优选为49％，更优选为48％，并且最优选为46％。分隔壁的孔隙率通过以下描述的水银孔隙率法测量。
中值孔径为8-18μm。当中值孔径小于8μm时，难以保持捕获PM后的低压力损失。另一方面，当中值孔径大于18μm时，纳米尺寸PM的捕获率低。中值孔径优选为10-15μm。中值孔径是在通过以下描述的水银孔隙率法测得的分隔壁的孔大小分布中在累积孔容积为总孔容积的50％时的孔径。
在20μm以上的孔径范围内的孔容积优选为总孔容积的10-20％。当处于20μm以上的孔容积小于总孔容积的10％时，可能难以保持捕获PM后的低压力损失。另一方面，当处于20μm以上的孔容积大于20％时，纳米尺寸PM的捕获率可能低。处于20μm以上的孔容积优选为12-18％。
在9μm以下的孔径范围内的孔容积优选为总孔容积的3-25％。当处于孔径为9μm以下的孔容积小于总孔容积的3％时，可能难以保持捕获PM后的低压力损失。另一方面，当处于孔径为9μm以下的孔容积大于25％时，纳米尺寸PM的捕获率可能低。其下限优选为4％，并且其上限优选为23％。
通过水银孔隙率法的累积孔容积的测量使用例如可得自Micromeritics的Autopore III 9410进行。在通过水银孔隙率法的累积孔容积的测量中，将从各个陶瓷蜂窝状结构体中切出的试样(10mm×10mm×10mm)设定在测量室中，将该室排空，然后在压力下将水银引入到该室中以测量侵入(浸入，intrude)到试样的孔中的水银的体积。因为在较高的压力下水银被引入到较细的孔中，所以可以由压力与侵入到孔中的水银的体积来确定孔径与累积孔容积(在从最大孔径到特定孔径范围内的孔的累积容积)之间的关系。因为水银依次被引入到从较大孔径到较小孔径的孔中，所以压力被换算为孔径，并且相对于孔径对通过从较大孔径到较小孔径累积孔容积测定的累积孔容积(其对应于水银的体积)作图。侵入水银的起始压力在本文中为0.5psi(0.35×10-3kg/mm2，对应于约362μm的孔径)，并且当水银压力达到1800psi(1.26kg/mm2，对应于约0.1μm的孔径)时的累积孔容积被定义为总孔容积。
本发明的碳化硅陶瓷蜂窝状结构体可以作为如图2所示的蜂窝状段211使用，并且可以利用粘结剂层29将多个蜂窝状段211一体化接合来形成如图3所示的复合碳化硅陶瓷蜂窝状结构体210。在通过粘结剂层29将多个蜂窝状部分211一体化接合后，将所得的复合结构体机器加工成在垂直于其流路的横截面中具有圆形、椭圆形、三角形、矩形或任何其他所需形状的外周，并且将机器加工的外周用涂层材料涂覆以形成外周壁21。
本发明的碳化硅陶瓷蜂窝状结构体110、210在排气引入侧25a或排气排出侧25b的流路可以通过已知的方法以棋盘图案交替地封堵，以提供陶瓷蜂窝状过滤器100、200。在通过一体化接合形成的陶瓷蜂窝状过滤器200的情况下，可以在一体化接合之前或之后在蜂窝状段211中形成封堵塞26a、26b。这些封堵塞可以在流路的排气引入侧或排气排出侧的端面上形成，或在流入侧或流出侧端面25a、26b内侧的流路的内部中形成。
[2]碳化硅陶瓷蜂窝状结构体的制造方法
将解释本发明的用于制造碳化硅陶瓷蜂窝状结构体的方法的一个实例。
将包含骨料和粘结剂的陶瓷粒子与有机粘结剂混合和混炼以形成可成型材料，将该可成型材料挤出为蜂窝状以获得坯体。将坯体干燥，然后烧结。上述骨料由碳化硅粒子组成，并且上述陶瓷粒子的中值粒径D50为35-45μm。在显示粒径与累积粒子体积之间的关系的曲线中，在累积粒子体积对应于总粒子体积的10％时的粒径D10为5-20μm，在累积粒子体积对应于总粒子体积的90％时的粒径D90为50-65μm，并且粒度分布偏差SD为0.20-0.40的，其中SD＝log(D80)-log(D20)，D20是在累积粒子体积对应于总粒子体积的20％时的粒径，D80是在累积粒子体积对应于总粒子体积的80％时的粒径，并且D20＜D80。
这样的方法可以制造出具有如下分隔壁的碳化硅陶瓷蜂窝状结构体，所述分隔壁的孔隙率为35-50％且中值孔径为8-18μm，以及在垂直于轴向的分隔壁横截面中平均孔宽度W为10-25μm且单位长度的孔数N为20-40个/mm。
陶瓷粒子的粒径可以通过例如粒径分布测定装置(Microtrack MT3000，可得自Nikkiso Co.，Ltd.)来测量。图6示出了在所测得的粒径与累积粒子体积(通过累积粒径直至特定粒径的粒子的体积而测定)之间的关系的一个实例。在图6所示的曲线中，D10(μm)是在累积粒子体积对应于总粒子体积的10％时的粒径，中值粒径(D50)(μm)是在累积粒子体积对应于总粒子体积的50％时的粒径，并且D90(μm)是在累积粒子体积对应于总粒子体积的90％时的粒径。粒度分布偏差SD通过SD＝log(D80)-log(D20)表示，其中D20是在累积粒子体积对应于总粒子体积的20％时的粒径(μm)，并且D80类似地是在累积粒子体积对应于总粒子体积的80％时的粒径(μm)。另外，D20＜D80。
陶瓷粒子的中值粒径D50为35-45μm。当中值粒径D50小于35μm时，分隔壁中形成的孔具有小直径，从而使得难以保持在捕获PM时的低压力损失。在另一方面，当中值粒径D50大于45μm时，分隔壁中形成的孔具有过大的直径，从而降低了纳米尺寸PM的捕获率。中值粒径D50的下限优选为37μm，并且上限优选为43μm。
陶瓷粒子的D10为5-20μm。当D10小于5μm时，在分隔壁中形成的孔之中，使压力损失特性变差的细孔的百分比不期望地高。在另一方面，当D10大于20μm时，可能不会有效地捕获纳米尺寸PM。D10的下限优选为7μm，并且上限优选为18μm。
陶瓷粒子的D90为50-65μm。当D90小于50μm时，难以保持在捕获PM时的低压力损失。在另一方面，当D90大于65时，纳米尺寸PM的捕获率低。D90的下限优选为52μm，并且上限为63μm。
陶瓷粒子的粒度分布偏差SD为0.20-0.40，其中SD＝log(D80)-log(D20)，D20是在累积粒子体积对应于总粒子体积的20％时的粒径，D80是在累积粒子体积对应于总粒子体积的80％时的粒径，并且D20＜D80。当SD小于0.20时，在分隔壁中形成的孔之中，细孔的百分比高，从而使得难以保持在捕获PM时的低压力损失。在另一方面，当SD大于0.40时，降低纳米尺寸PM的捕获率的大孔的百分比不期望地高。SD的下限优选为0.22，并且上限优选为0.38。
粘结剂优选是选自由以下各项组成的组中的至少一种：氧化铝粒子、氢氧化铝粒子、氧化镁粒子和氢氧化镁粒子。
有机粘结剂可以是甲基纤维素、乙基纤维素、乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基乙基纤维素等。它们之中，羟丙基甲基纤维素和/或甲基纤维素是优选的。相对于100质量％的起始材料(碳化硅粒子+粘结剂)，有机粘结剂优选为5-15质量％。
将包含骨料和粘结剂的陶瓷粒子与有机粘结剂混合，然后与水共混以形成增塑的可成型材料。添加的水的量(被控制以提供具有适合于成型的稠度的可成型材料)优选为起始材料的20-50质量％。
通过已知的方法经由已知的蜂窝状结构成型模具将所形成的可成型材料挤出成型，以形成蜂窝状结构的坯体。将该坯体干燥，然后如果需要，在其端面、外周表面等上进行机器加工。然后将其在氧化性气氛中在1200-1350℃的温度范围内烧结，以制造碳化硅陶瓷蜂窝状结构体。
虽然不是限制性的，但是干燥方法可以例如是热风干燥、微波加热干燥、高频加热干燥等。
通过在1200-1350℃的温度范围内进行烧结，粘结剂粒子(选自由以下各项组成的组中的至少一种：氧化铝粒子、氢氧化铝粒子、氧化镁粒子和氢氧化镁粒子)被烧结而形成粘结碳化硅粒子的粘结剂层。因为在这样相对较低的温度下进行烧结，所以可以使用于形成粘结剂层的烧结成本比先前更低。低于1200℃的烧结温度不充分地粘结碳化硅粒子，从而无法获得足够的强度。在另一方面，当烧结温度高于1350℃时，耐热冲击性低。因为在氧化性气氛中进行烧结，所以可以避免烧结过程的成本增加。
实施例
以下将参照实施例更详细地解释本发明，同时不意图将本发明局限于此。
实施例1-5
以表1所示的量将具有表1所示粒径的碳化硅粒子和其他粒子与作为有机粘结剂的羟丙基甲基纤维素混合。将各个所得的起始材料混合物与水共混以形成增塑的可成型材料，将其在螺杆成型机中通过蜂窝状结构成型模具挤出成型，以形成具有每条边为34mm的四边形外周形状和304mm的长度的蜂窝状结构坯体。将该坯体通过热风干燥机在120℃干燥2小时，然后在氧化性气氛中在1300℃的最高温度下烧结，以获得实施例1-5中的各个碳化硅陶瓷蜂窝状结构体(其分隔壁厚度为8密耳(mil)(0.20mm)且孔道密度为300cpsi(46.5个孔道/cm2)。
比较例1和7
除了如表1中所示的改变碳化硅粒子和粘结剂粒子的类型和量、在通过热风干燥坯体之后增加在550℃进行3小时的脱脂步骤以及烧结在氩气气氛中在1450℃的最高温度下进行2小时外，以与实施例1中相同的方式制造比较例1和7的碳化硅陶瓷蜂窝状结构体。
比较例2-6
除了利用如表1所示改变的碳化硅粒子和粘结剂粒子的类型和量通过与实施例1相同的方法成型各个蜂窝状结构坯体、以及在氧化性气氛中在1300℃的最高温度(比较例2和4-6中)下和在1400℃的最高温度下(比较例3中)进行烧结外，以与实施例1中相同的方式制造比较例2-6的碳化硅陶瓷蜂窝状结构体。
测量在实施例1-5和比较例1-7的每一个中形成的碳化硅陶瓷蜂窝状结构体中的一个的平均孔宽度、每单位长度的孔数、孔隙率、中值孔径和热膨胀系数。
(a)平均孔宽度和单位长度的孔数
如下测量平均孔宽度和每单位长度的孔数。用扫描电子显微镜(SEM)以200倍的放大率来拍摄各个陶瓷蜂窝状结构体的垂直于轴向的分隔壁横截面。通过图像分析仪(可得自Media Cybernetics的Image-Pro Plus ver.7.0)来测量所得的SEM照片。具体地，通过图像分析仪将SEM照片处理成图4中所示的黑白二值化图像。如图5所示，在所拍摄的分隔壁12的横截面中，平行于分隔壁表面画直线C，以使该直线C通过在分隔壁的厚度T方向上的中心，并且平行于直线C画直线，以使这些直线与直线C在分隔壁的厚度方向上间隔±T/5和±2T/5。在每条直线的预定长度中测量孔宽度(与每条直线相交的孔部分的长度)和与每条直线相交的孔的数量。将所测得的孔宽度的总和除以所测得的孔的总数来确定平均孔宽度W，并且将所测得的孔的总数除以所测量直线的总长度来确定单位长度的孔数N。
(b)孔隙率和中值孔径的测量
通过水银孔隙率法来测量孔隙率和中值孔径。将从各个陶瓷蜂窝状结构体中切出的试样(10mm×10mm×10mm)设定在可得自Micromeritics的Autopore III的测量室中，并且将该室排空。之后，在压力下将水银引入到该室中以测定压力与压入到试样中的孔中的水银的体积之间的关系。将压力换算为孔径，并且从较大孔径侧到较小孔径侧累积以测定累积孔容积(对应于水银的体积)，将其相对于孔径作图，从而得到显示孔径与累积孔容积之间的关系的图。水银侵入压力为0.5psi(0.35×10-3 kg/mm2)，并且用于由压力计算孔径的常数为130°的接触角和484达因/cm的表面张力。在水银的压力为1800psi(1.26kg/mm2，对应于约0.1μm的孔径)时的累积孔容积被视为总孔容积。
根据水银孔隙率法测量结果，确定总孔容积和在累积孔容积为总孔体积的50％时的中值孔径。这些结果在表2中示出。
(c)热膨胀系数的测量
从陶瓷蜂窝状结构体中切出横截面形状为4.5mm×4.5mm且长度为50mm的试样，其纵向方向与流路方向基本上一致，并且以10℃/分钟的升温速率将试样从室温加热到800℃，以通过压缩负荷和差示膨胀型热机械分析仪TMA(可得自Rigaku Corp.的ThermoPlus)来测量在20g的恒定负荷下的纵向长度增加，从而测定在40℃至800℃的平均热膨胀系数。结果在表2中示出。
将在实施例1-5和比较例1-7的各个碳化硅陶瓷蜂窝状结构体中的流路的端部交替地用包含碳化硅粒子的封堵材料密封，并且将封堵材料浆料干燥以形成封堵塞。将具有封堵塞的碳化硅陶瓷蜂窝状结构体作为蜂窝状段使用，该蜂窝状段外周表面涂覆有包含碳化硅粒子和胶体二氧化硅的粘结剂。将6×6个蜂窝状段一体化接合，然后将所得的外周表面部分机器加工成垂直于轴向的横截面为圆形。将机器加工的外周表面涂覆有包含非晶二氧化硅和胶体二氧化硅的壁材料，并且干燥以形成外周壁。在实施例1-5和比较例1-7的每一个中，获得两个复合碳化硅陶瓷蜂窝状过滤器，其各自具有266.7mm的外径、304.8mm的长度、8密耳(0.20mm)的分隔壁厚度和300cpsi的孔道密度(46.5个孔道/cm2)。
通过以下方法，测量实施例1-5和比较例1-7的每一个中的陶瓷蜂窝状过滤器中的一个的在早期PM捕获阶段的压力损失和在开始捕获PM后的基于数量的PM捕获率。
(d)捕获PM后的压力损失
在固定至压力损失测试台的各个陶瓷蜂窝状过滤器上，通过以下方式测量捕获PM后的压力损失：以1.3g/h的速率供应平均粒径为0.11μm的燃烧烟灰连同流量为10Nm3/min的空气，并且在积累的烟灰的量达到2g/1L过滤器体积时测量在流入侧与流出侧之间的压力差(压力损失)。通过以下标准来评价捕获PM后的压力损失。
差：压力损失大于2.8kPa。
一般：压力损失大于2.5kPa且为2.8kPa以下。
良好：压力损失大于2.3kPa且为2.5kPa以下。
优秀：压力损失为2.3kPa以下。
(e)基于数量的PM捕获率
在固定至压力损失测试台的各个陶瓷蜂窝状过滤器上，通过以下方式测量基于数量的PM捕获率：以1.3g/h的速率供应平均粒径为0.11μm的燃烧烟灰连同流量为10Nm3/min的空气，并且通过扫描迁移率粒度仪SMPS(可得自TIS的型号3936)来测量每1分钟流入到蜂窝状过滤器中和从蜂窝状过滤器流出的燃烧烟灰粒子的数量。在开始供应之后的40分钟与41分钟之间的1分钟内，通过式(N入-N出)/N入来计算基于数量的PM捕获率，其中N入表示流入到蜂窝状过滤器中的燃烧烟灰粒子的数量，并且N出表示从蜂窝状过滤器流出的燃烧烟灰粒子的数量。通过以下标准来评价基于数量的PM捕获率。
优秀：PM捕获率为98％以上。
良好：PM捕获率为96％以上且低于98％。一般：PM捕获率为95％以上且低于96％。差：PM捕获率低于95％。
表1
表1(续)
表1(续)
表2
表2(续)
注释：(1)CTE表示“热膨胀系数”。
根据表1和2清楚的是，各自具有在本发明范围内的孔隙率、中值孔径以及在分隔壁横截面中的平均孔宽度和孔数的实施例1-5的陶瓷蜂窝状过滤器，与这些要求方面在本发明范围之外的比较例1-7的陶瓷蜂窝状过滤器相比，表现出更好的PM捕获率与更小的捕获PM后的压力损失，以及相同水平的热膨胀系数及因此相同水平的耐热冲击性。

Claims (6)

1.一种碳化硅陶瓷蜂窝状结构体，所述碳化硅陶瓷蜂窝状结构体具有由多孔碳化硅分隔壁隔开的多个轴向贯通流路，
所述碳化硅陶瓷蜂窝状结构体由包含骨料和粘结剂的陶瓷粒子的烧结体构成，
所述粘结剂由选自由氧化铝粒子、氢氧化铝粒子、氧化镁粒子和氢氧化镁粒子组成的组中的至少一种组成，
所述分隔壁的孔隙率为40-50％并且中值孔径为8-18μm，并且
在垂直于所述轴向的分隔壁横截面中，当平行于所述分隔壁的表面画直线C以使其通过在所述分隔壁的厚度T方向上的中心，并且平行于所述直线C画直线以使它们与所述直线C在所述分隔壁的厚度方向上间隔±T/5和±2T/5，以针对规定长度测量与每条直线相交的孔部分的长度(孔宽度)，和与每条直线相交的孔的数量时，
通过将所有测得的孔部分的长度(孔宽度)求平均值而确定的平均孔宽度W为10-25μm，并且
通过将所测得的孔的总数除以用于测量的直线的总长度而确定的单位长度的孔数N为20-40个/mm，
在通过水银孔隙率法测得的所述分隔壁的孔径与累积孔容积之间的关系中，所述分隔壁中的孔径为20μm以上的孔的容积为总孔容积的10-20％，所述分隔壁中的孔径为9μm以下的孔的容积为总孔容积的3-25％。
2.一种用于制造根据权利要求1所述的碳化硅陶瓷蜂窝状结构体的方法，所述方法包括：将包含骨料和粘结剂的陶瓷粒子与有机粘结剂配制、混合和混炼以形成可成型材料，将所述可成型材料挤出成型为蜂窝状，并且将所得的坯体干燥，然后烧结，
所述骨料为碳化硅粒子，
所述粘结剂由选自由氧化铝粒子、氢氧化铝粒子、氧化镁粒子和氢氧化镁粒子组成的组中的至少一种组成，
包含所述骨料和所述粘结剂的所述陶瓷粒子的中值粒径D50为37-45μm，并且
在显示粒径与累积粒子体积之间的关系的曲线中，
在累积粒子体积对应于总粒子体积的10％时的粒径D10为5-20μm，
在累积粒子体积对应于总粒子体积的90％时的粒径D90为52-65μm，并且
粒度分布偏差SD为0.20-0.40，其中SD＝log(D80)-log(D20)，D20是在累积粒子体积对应于总粒子体积的20％时的粒径，D80是在累积粒子体积对应于总粒子体积的80％时的粒径，并且D20＜D80。
3.一种碳化硅陶瓷蜂窝状结构体，所述碳化硅陶瓷蜂窝状结构体具有由多孔碳化硅分隔壁隔开的多个轴向贯通流路，
在所述碳化硅陶瓷蜂窝状结构体中，多个蜂窝状段通过粘结剂层一体化接合，垂直于所述轴向的截面的外周形状为圆形，在外周具有外周壁，
所述蜂窝状段由包含骨料和粘结剂的陶瓷粒子的烧结体构成，
所述粘结剂由选自由氧化铝粒子、氢氧化铝粒子、氧化镁粒子和氢氧化镁粒子组成的组中的至少一种组成，
所述分隔壁的孔隙率为40-50％并且中值孔径为8-18μm，并且
在垂直于所述轴向的分隔壁横截面中，当平行于所述分隔壁的表面画直线C以使其通过在所述分隔壁的厚度T方向上的中心，并且平行于所述直线C画直线以使它们与所述直线C在所述分隔壁的厚度方向上间隔±T/5和±2T/5，以针对规定长度测量与每条直线相交的孔部分的长度(孔宽度)，和与每条直线相交的孔的数量时，
通过将所有测得的孔部分的长度(孔宽度)求平均值而确定的平均孔宽度W为10-25μm，并且
通过将所测得的孔的总数除以用于测量的直线的总长度而确定的单位长度的孔数N为20-40个/mm，
在通过水银孔隙率法测得的所述分隔壁的孔径与累积孔容积之间的关系中，所述分隔壁中的孔径为20μm以上的孔的容积为总孔容积的10-20％，所述分隔壁中的孔径为9μm以下的孔的容积为总孔容积的3-25％。
4.根据权利要求3所述的碳化硅陶瓷蜂窝状结构体，其中所述蜂窝状段的流路由在流入侧端面具有封堵塞的流入侧密封流路与在流出侧端面具有封堵塞的流出侧密封流路相邻且交替地形成。
5.一种用于制造根据权利要求3所述的碳化硅陶瓷蜂窝状结构体的方法，所述方法包括：
将包含骨料和粘结剂的陶瓷粒子与有机粘结剂配制、混合和混炼以形成可成型材料，将所述可成型材料挤出成型为蜂窝状，并且将所得的坯体干燥，然后烧结，从而得到多个蜂窝状段，将所述多个蜂窝状段接合，将所述接合的蜂窝状段的外周加工为圆形状，在所述加工的外周涂覆壁材料以形成外周壁，
所述骨料为碳化硅粒子，
所述粘结剂由选自由氧化铝粒子、氢氧化铝粒子、氧化镁粒子和氢氧化镁粒子组成的组中的至少一种组成，
包含所述骨料和所述粘结剂的所述陶瓷粒子的中值粒径D50为37-45μm，并且
在显示粒径与累积粒子体积之间的关系的曲线中，
在累积粒子体积对应于总粒子体积的10％时的粒径D10为5-20μm，
在累积粒子体积对应于总粒子体积的90％时的粒径D90为52-65μm，并且
粒度分布偏差SD为0.20-0.40，其中SD＝log(D80)-log(D20)，D20是在累积粒子体积对应于总粒子体积的20％时的粒径，D80是在累积粒子体积对应于总粒子体积的80％时的粒径，并且D20＜D80。
6.根据权利要求5所述的用于制造碳化硅陶瓷蜂窝状结构体的方法，其中所述烧结在氧化性气氛中在1200-1350℃的温度范围内进行。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009196104A (ja) * 2008-02-19 2009-09-03 Tokyo Yogyo Co Ltd ハニカム構造体

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7569201B2 (en) 2003-05-29 2009-08-04 Ngk Insulators, Ltd. Method of manufacturing honeycomb structure and silicon carbide particle for manufacturing the same
JP4805676B2 (ja) 2003-07-25 2011-11-02 日本碍子株式会社 セラミックス多孔質体及びその透過性能評価方法
JP4863904B2 (ja) 2006-03-31 2012-01-25 イビデン株式会社 ハニカム構造体およびその製造方法
JP5066400B2 (ja) * 2007-07-13 2012-11-07 日野自動車株式会社 排気浄化装置
JP6006782B2 (ja) * 2012-03-28 2016-10-12 日本碍子株式会社 多孔質材料及びハニカム構造体
JP6702305B2 (ja) 2015-03-24 2020-06-03 日立金属株式会社 セラミックハニカム構造体
JP6788515B2 (ja) 2017-02-02 2020-11-25 日本碍子株式会社 目封止ハニカム構造体
JP6802096B2 (ja) 2017-03-14 2020-12-16 日本碍子株式会社 目封止ハニカム構造体
JP2019150737A (ja) 2018-02-28 2019-09-12 日本碍子株式会社 ハニカム構造体

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009196104A (ja) * 2008-02-19 2009-09-03 Tokyo Yogyo Co Ltd ハニカム構造体

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