ES2312794T3 - Filtro de tipo panal para purificar gases de escape. - Google Patents
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Abstract
Un filtro de tipo panal para purificar gases de escape (10), que tiene una estructura en la cual: una pluralidad de miembros cerámicos porosos (20) columnares están combinados unos con otros a través de una capa adhesiva (14), cada uno de dichos miembros cerámicos porosos (20) columnares comprende un cierto número de orificios transversales (21) que están colocados en paralelo unos con otros en la dirección longitudinal de la pared (23) de partición interpuesta entre ellos de forma que dicha pared (23) de partición que separa dichos orificios transversales (21) actúa como un filtro para recoger partículas y se forma una capa (13) de material sellante como una parte periférica de dicho filtro (10) de tipo panal, en el cual el módulo de Young de dicha capa adhesiva se ajusta a un 60% o menos del módulo de Young de dicho miembro cerámico poroso, y la relación entre el coeficiente de expansión térmica alfaL de dicha capa adhesiva y el coeficiente de expansión térmica alfaF de dicho miembro cerámico poroso es como sigue: 0,01 < |(alfa L-alfaF)|/alfaF < 1,0.
Description
Filtro de tipo panal para purificar gases de
escape.
\global\parskip0.950000\baselineskip
Esta solicitud reivindica el beneficio de
prioridad de la solicitud de patente japonesa nº
2002-28644, presentada el 5 de febrero de 2002.
La presente invención se refiere a un filtro de
tipo panal para purificar gases de escape, que es usado como un
filtro para separar partículas y similares contenidas en gases de
escape expulsados desde un motor de combustión interna como un
motor Diesel.
En los últimos años, las partículas contenidas
en gases de escape expulsados desde motores de combustión interna
de vehículos, como autobuses y camiones y máquinas de construcción,
han planteado graves problemas, ya que esas partículas son
perjudiciales para el medio ambiente y el cuerpo humano.
Por esta razón, se han propuesto diversos
filtros cerámicos que permiten que los gases de escape pasen a
través de materiales cerámicos porosos para recoger las partículas
en los gases de escape, con el fin de que los gases de escape
puedan ser purificados.
Normalmente, el filtro cerámico de este tipo
tiene una estructura en la que está dispuesto un cierto número de
orificios transversales a un lado y otro en una dirección y para
funcionar como filtros se dispone una pared de partición que separa
los orificios transversales unos de otros.
Dicho de otro modo, cada uno de los orificios
transversales formados en el filtro cerámico está sellado con un
taponamiento en cualquiera de los extremos de su lado de entrada y
lado de salida de los gases de escape, con el fin de que los gases
de escape que han entrado en un orificio transversal sean expulsados
desde otro orificio transversal siempre después de haber pasado a
través de cada parte de la pared de partición que separa los
orificios transversales; por tanto, cuando se hace que los gases de
escape pasen a través de la pared de partición, las partículas son
capturadas por la pared de partición de forma que los gases de
escape son purificados.
A medida que este procedimiento de purificación
para gases de escape progresa, las partículas se acumulan
gradualmente en la pared de partición que separa los orificios
transversales del filtro cerámico, para provocar el taponamiento y
posterior interrupción de la permeabilidad de gases. Por esta razón,
es necesario que el filtro cerámico anteriormente mencionado sea
sometido regularmente a un procedimiento de reciclado, sometiendo a
combustión y separando las partículas que provocan el taponamiento,
usando medios calentadores como un calentador.
Sin embargo, en este procedimiento de reciclado,
es difícil calentar uniformemente el filtro cerámico, por lo que se
genera localmente calor debido a la combustión de las partículas,
provocando una gran tensión térmica. Además de ello, incluso
durante operaciones normales, se produce una distribución no
uniforme de la temperatura en el interior del filtro cerámico
debido a un impacto térmico o similar, derivado de un cambio brusco
de temperatura en los gases de escape, que da lugar a una tensión
térmica.
Consecuentemente, en el caso de que el filtro
cerámico esté constituido por un único miembro cerámico, hay una
tendencia a formar grietas que provocan un grave problema en la
recogida de las partículas.
Además de ello, en un intento de producir un
filtro cerámico de tamaño grande, como la contracción por el
encendido resulta mayor tras el encendido, resulta difícil controlar
la forma.
Por esta razón, se ha propuesto un filtro de
tipo panal que tiene la siguiente estructura: un filtro cerámico se
divide en una pluralidad de miembros cerámicos porosos, con un
cierto número de orificios transversales formados en el mismo, y
los miembros cerámicos porosos son combinados con unos con otros a
través de capas adhesivas.
Con el filtro de tipo panal de esta clase,
resulta posible reducir una tensión térmica que es ejercida sobre
el filtro de tipo panal durante el procedimiento y las operaciones
de reciclado, y también ajustar libremente su tamaño aumentando o
reduciendo el número de los miembros cerámicos porosos.
En algunos casos, en un filtro de tipo panal
convencional que tiene esta estructura, se ha considerado que es
preferible ajustar el coeficiente de expansión térmica del miembro
cerámico poroso y el coeficiente de expansión térmica de la capa
adhesiva al mismo nivel.
La razón de esto se explica como sigue:
realmente, el filtro de tipo panal anteriormente mencionado es usado
en un amplio intervalo de temperaturas, por ejemplo, de 10 a 800ºC,
y cuando el coeficiente de expansión térmica del miembro cerámico
porosos es diferente del coeficiente de expansión térmica de la capa
adhesiva, hay una tendencia a la generación de grietas en el
miembro cerámico porosos y la capa adhesiva debido a la diferencia
en los coeficientes de estos miembros.
Sin embargo, en el caso de que el coeficiente de
expansión térmica del miembro cerámico poroso y el coeficiente de
expansión térmica de la capa adhesiva sean completamente iguales uno
a otro, este caso es igual que el caso que usa un único miembro
cerámico. Por lo tanto, cuando las partículas son localmente
sometidas a combustión en el filtro de tipo panal, es decir, cuando
se produce un cambio local de temperaturas en el mismo, debido a:
cantidades no uniforme de partículas acumuladas; cantidades no
uniformes de catalizador en el caso de que se permita que el filtro
de tipo panal actúe de soporte del catalizador; y falta de
uniformidad del calor aplicado proporcionado por un calentador, los
gases de escape y similares, se genera una gran tensión térmica
entre la parte que tiene este cambio local de temperatura y las
otras partes, con el resultado de que hay una tendencia a la
generación de grietas en el miembro cerámico poroso y la capa
adhesiva.
Por otra parte, en relación con este problema,
el documento JP Kokai 2001-190916 ha descrito un
filtro de tipo panal en el que el módulo de Young de la capa
adhesiva se ajusta a 20% o menos del módulo de Young del miembro
cerámico poroso y un filtro de tipo panal en el que la resistencia
del material de la capa adhesiva se hace inferior a la resistencia
del material del miembro cerámico poroso. En este caso, en el filtro
de tipo panal en el que el módulo de Young de la capa adhesiva se
hace inferior al módulo de Young del miembro cerámico poroso, la
capa adhesiva que tiene un módulo de Young comparativamente bajo
tiende ser extendida más fácilmente que el miembro cerámico poroso
tras la aplicación de la misma fuerza sobre la capa adhesiva y el
miembro cerámico poroso, haciendo posible así atenuar la tensión
térmica que debe ser impuesta sobre el miembro cerámico poroso.
Sin embargo, en el caso de que el filtro de tipo
panal en el que la capa adhesiva es ajustada a 20% o menos del
módulo de Young del miembro cerámico poroso y el filtro de tipo
panal en el que la resistencia del material de la capa adhesiva se
hace inferior a la resistencia del material del miembro cerámico
poroso, los tipos de los materiales de la capa adhesiva y el
miembro cerámico poroso que van a ser usados son limitados. Además
de ello, incluso en el caso de los filtros de tipo panal
anteriormente mencionados, cuando el coeficiente de la expansión
térmica del miembro cerámico poroso y el coeficiente de la expansión
térmica de la capa adhesiva eran equivalentes uno a otro, en el
caso de la aparición de un cambio local de la temperatura, no fue
posible atenuar suficientemente una gran tensión térmica, dando
lugar al problema de la generación de grietas en el miembro
cerámico poroso y la capa adhesiva.
El documento EP 8.816.065.A1 describe un segundo
filtro de partículas de tipo panal segmentado fabricado mediante la
cementación de elementos únicos de forma conjunta usando una capa de
material adhesivo elástico. En una realización diferente, el filtro
puede ser montado en el alojamiento usando una capa de material
sellante externa. No se reivindica ningún módulo de Young y no se
da explícitamente una relación entre los coeficientes de expansión
térmica de los segmentos y la capa adhesiva.
El documento EP 1.142.619.A1 describe un filtro
de partículas de tipo panal segmentado fabricado mediante la
segmentación de elementos únicos de forma conjunta, usando una capa
de material elástico adhesivo. En una realización diferente, el
filtro puede ser montado en el alojamiento usando una capa de
material sellante externa. No se reivindica ningún módulo de Young,
sino una diferencia entre los coeficientes de expansión térmica de
los segmentos y la capa adhesiva.
La presente invención está concebida con el fin
de resolver los problemas anteriormente mencionados y un objeto de
la misma es proporcionar un filtro de tipo panal para purificar
gases de escape, que haga posible atenuar una tensión térmica
generada debida a la aparición de un cambio local de la temperatura,
que sea menos propenso a generar grietas y que tenga una excelente
resistencia y durabilidad.
La presente invención se dirige al filtro de
tipo panal para purificar gases de escape que tiene una estructura
en la que una pluralidad de miembros cerámicos porosos columnares
están combinados unos con otros a través de capas adhesivas,
comprendiendo cada uno de los miembros cerámicos porosos columnares
anteriormente mencionados un cierto número de orificios
transversales que están colocados en paralelo unos con otros en la
dirección longitudinal, con una pared de partición interpuesta
entre ellos, de forma que la pared de partición anteriormente
mencionada, que separa los orificios transversales anteriormente
mencionados, actúa como un filtro para recoger las partículas, en
las que la relación entre un coeficiente de expansión térmica
\alpha_{L} de la capa adhesiva anteriormente mencionada y un
coeficiente de expansión térmica \alpha_{F} del miembro cerámico
poroso anteriormente mencionado es como sigue: 0,01 <
|\alpha_{L}-\alpha_{F}|/\alpha_{F}
<1,0.
En el filtro de tipo panal para purificar gases
de escape según la presente invención, el módulo de Young de la
capa adhesiva se ajusta a un 60% o menos del módulo de Young del
material cerámico poroso, y la relación entre un coeficiente de
expansión térmica \alpha_{L} de la capa adhesiva y un
coeficiente de expansión térmica \alpha_{F} del miembro
cerámico poroso es como sigue:
0,01 <
(\alpha_{L}-\alpha_{F})/\alpha_{F} <
1,0
\global\parskip1.000000\baselineskip
La Fig. 1 es una vista en perspectiva que
muestra esquemáticamente un ejemplo de un filtro de tipo panal para
purificar gases de escape de la presente invención.
La Fig. 2 (a) es una vista en perspectiva que
muestra esquemáticamente un miembro cerámico poroso usado en el
filtro de tipo panal de la presente invención mostrado en la Fig. 1
y la Fig. 2(b) es una vista en sección transversal tomada a
lo largo de la línea A-A de la Fig. 2A.
La Fig. 3 es una vista lateral que muestra
esquemáticamente procedimientos de fabricación del filtro de tipo
panal de la presente invención.
La Fig. 4 es un gráfico que muestra la
vinculación entre la relación de resistencia al empuje antes y
después de un ensayo de recogida de partículas y el coeficiente de
expansión térmica de cada uno de los filtros de tipo panal según
los ejemplos 1 a 9 y ejemplos comparativos 1 a 4.
- 10
- filtro de tipo panal para purificar gases de escape
- 13
- capa de material sellante
- 14
- capa adhesiva
- 15
- bloque cerámico
- 20
- miembro cerámico poroso
- 21
- orificio transversal
- 22
- taponamiento
- 23
- pared de partición
La presente invención se dirige a un filtro de
tipo panal para purificar gases de escape que tiene una estructura
en la cual: una pluralidad de miembros cerámicos porosos columnares
está combinada con otra a través de una capa adhesiva,
comprendiendo cada uno de los miembros cerámicos porosos columnares
anteriormente mencionados un cierto número de orificios
transversales que están colocados en paralelo unos con otros en la
dirección longitudinal, con una pared de partición interpuesta
entre ellos de forma que la pared de partición anteriormente
mencionada, que separa los orificios transversales anteriormente
mencionados, actúa como un filtro para recoger partículas en las
que el módulo de Young de dicha capa adhesiva se ajusta a un 60% o
menos del módulo de Young de dicho miembro cerámico poroso y en el
que la relación entre un coeficiente de expansión térmica
\alpha_{L} de la capa adhesiva anteriormente mencionada y un
coeficiente de expansión térmica \alpha_{F} del miembro
cerámico poroso anteriormente mencionado es como sigue: 0,01 <
|(\alpha_{L}-\alpha_{F})|/\alpha_{F}
< 1,0.
En el filtro de tipo panal para purificar gases
de escape de la presente invención (en lo sucesivo denominado
simplemente el filtro de tipo panal de la presente invención), la
expresión de la relación
|(\alpha_{L}-\alpha_{F})|/\alpha_{F}
entre el coeficiente de expansión térmica \alpha_{L} de la capa
adhesiva y el coeficiente de expansión térmica \alpha_{F} del
miembro cerámico poroso tiene un límite inferior que sobrepasa 0,01
y un límite superior de menos de 1,0. En este caso, con respecto al
valor de la expresión de la relación anteriormente mencionada,
cuando se obtienen varios puntos medidos en un intervalo de
temperaturas de 300 a 900ºC, es deseable que cada uno de los
valores satisfaga la expresión de la relación; sin embargo, se puede
dar el caso de que los valores medios de estos satisfagan la
expresión de la relación anteriormente mencionada.
Cuando la expresión de la relación anteriormente
mencionada,
|(\alpha_{L}-\alpha_{F})|/\alpha_{F}
es de 0,01 o menos, el coeficiente de expansión térmica de la capa
adhesiva y el coeficiente de expansión térmica del miembro cerámico
poroso se hacen casi iguales, por lo que no es posible atenuar una
tensión térmica local que se ejerce cuando se produce una
combustión local en el filtro de tipo panal debido a una falta de
uniformidad en la cantidad de partículas acumuladas, falta de
uniformidad en la cantidad de catalizador en el caso de permitir
que el filtro de tipo panal sea el soporte del catalizador,
calentamiento no uniforme provocado por un calentador y los gases
de escape y similares. Consecuentemente, se generan grietas en el
miembro cerámico poroso y la capa de agente de unión, con el
resultado de que la resistencia del filtro de tipo panal es
rebajada para provocar una pérdida de los gases de escape. Cuando la
expresión de la relación anteriormente mencionada,
|(\alpha_{L}-\alpha_{F})|/\alpha_{F},
es 1,0 o más, la diferencia entre la expansión térmica de la capa
adhesiva y las expansión térmica del miembro cerámico poroso se hace
demasiado grande debido a una diferencia de temperaturas entre los
gases de escape durante las operaciones normales del filtro de tipo
panal, por lo que se generan grietas en el miembro cerámico poroso y
la capa adhesiva para provocar una disminución de la resistencia
del filtro de tipo panal y pérdidas de gases de escape.
La expresión de la relación anteriormente
mencionada,
|(\alpha_{L}-\alpha_{F})|/\alpha_{F},
tiene deseablemente un valor límite inferior que sobrepasa 0,02 y
un valor límite superior de menos de 0,5. Esto es porque este
intervalo hace posible evitar positivamente la aparición de grietas
en el miembro cerámico poroso y la capa adhesiva.
Aunque no está particularmente limitado, el
coeficiente de expansión térmica \alpha_{F} del miembro cerámico
poroso, que es apropiadamente determinado dependiendo del material
cerámico y similares que va a ser usado, se ajusta deseablemente en
un intervalo de 0,1 x 10^{-6} a 10,0 x 10^{-6} (1/K). En el caso
de que el coeficiente de expansión térmica \alpha_{F} del
miembro cerámico poroso anteriormente mencionado sea de menos de
0,1 x 10^{-6} (1/K), el coeficiente de expansión térmica resulta
demasiado pequeño y a veces da lugar a una dificultad para
seleccionar el material cerámico; por el contrario, en el caso de
que el coeficiente de expansión térmica \alpha_{F} del miembro
cerámico poroso sobrepase 1,0 x 10^{-6} (1/K), como durante los
procedimientos normales del procedimiento de tipo panal de la
presente invención el miembro cerámico poroso se expande o se
contrae grandemente, se tiende a una generación de grietas en el
miembro cerámico poroso y la capa adhesiva.
Aunque no está particularmente limitado, el
coeficiente de expansión térmica \alpha_{L} del miembro cerámico
poroso, que es determinado apropiadamente con el fin de satisfacer
las desigualdades anteriormente mencionadas, 0,01 <
|(\alpha_{L}-\alpha_{F})|/\alpha_{F} < 1,0, en asociación con el coeficiente de expansión térmica \alpha_{F} del miembro cerámico poroso, es ajustado deseablemente en un intervalo de 0,1 x 10^{-6} a 10,0 x 10^{-6} (1/K). En el caso de que el coeficiente de expansión térmica \alpha_{L} de la capa adhesiva sea menor que 0,1 x 10^{-6} (1/K) resulta a veces difícil seleccionar el material cerámico. Por el contrario, en el caso de que el coeficiente de expansión térmica \alpha_{L} de la capa adhesiva sobrepase 10,0 x 10^{-6} (1/K), ya que durante las operaciones normales del filtro de tipo panal de la presente invención la capa adhesiva se expande o contrae grandemente, se tiende a una generación de grietas en el miembro cerámico poroso y la capa adhesiva.
|(\alpha_{L}-\alpha_{F})|/\alpha_{F} < 1,0, en asociación con el coeficiente de expansión térmica \alpha_{F} del miembro cerámico poroso, es ajustado deseablemente en un intervalo de 0,1 x 10^{-6} a 10,0 x 10^{-6} (1/K). En el caso de que el coeficiente de expansión térmica \alpha_{L} de la capa adhesiva sea menor que 0,1 x 10^{-6} (1/K) resulta a veces difícil seleccionar el material cerámico. Por el contrario, en el caso de que el coeficiente de expansión térmica \alpha_{L} de la capa adhesiva sobrepase 10,0 x 10^{-6} (1/K), ya que durante las operaciones normales del filtro de tipo panal de la presente invención la capa adhesiva se expande o contrae grandemente, se tiende a una generación de grietas en el miembro cerámico poroso y la capa adhesiva.
En este caso, en la expresión de la relación
anteriormente mencionada, la parte del numerador que indica la
diferencia \alpha_{L}-\alpha_{F} entre el
coeficiente de expansión térmica \alpha_{L} de la capa adhesiva
y el coeficiente de expansión térmica \alpha_{F} del miembro
cerámico poroso está representada por el valor absoluto porque el
coeficiente de expansión térmica \alpha_{F} del miembro cerámico
ocasionalmente se hace mayor que el coeficiente de expansión
térmica \alpha_{L} de la capa adhesiva, dependiendo de los
materiales de la capa adhesiva y el material cerámico poroso que van
a ser usados y de las temperaturas.
En el filtro de tipo panal de la presente
invención, el módulo de Young de la capa adhesiva se ajusta a menos
de 60% del módulo de Young del miembro cerámico poroso. En este
caso, el módulo de Young sirve como una escala de la resistencia
del material y es obtenido a partir del gradiente inicial en la
curva de tensión-deformación. El módulo de Young de
la capa adhesiva anteriormente mencionada se ajusta a 60% o menos
del módulo de Young del miembro cerámico poroso anteriormente
mencionado, de forma que el miembro cerámico poroso es
comparativamente duro, mientras que la capa adhesiva es
comparativamente blanda; por tanto, el filtro de tipo panal de la
presente invención se permite que mantenga una resistencia
necesaria en su conjunto y la capa adhesiva hace posible atenuar
suficientemente la tensión térmica que se genera tras la aparición
de un cambio local de la temperatura. Por el contrario, en el caso
de que el módulo sobrepase un 60%, el miembro cerámico poroso se
hace demasiado blando o la capa adhesiva se hace demasiado dura.
Cuando el miembro cerámico poroso es demasiado blando, la
resistencia del filtro de tipo panal de la presente invención
resulta insuficiente en su conjunto, por tanto, disminuye la
estabilidad dimensional y se tiende a una generación de grietas
debido a la tensión térmica, impacto térmico y similares. Además de
ello, cuando la capa adhesiva es demasiado dura, la capa adhesiva no
consigue atenuar suficientemente la tensión térmica que se produce
tras la generación de un cambio local de la temperatura en el
filtro de tipo panal de la presente invención, dando lugar a la
aparición de grietas.
Además de ello, en el caso de que el módulo de
Young de la capa adhesiva anteriormente mencionada sea un 60% o
menos del correspondiente al miembro cerámico poroso anteriormente
mencionado, normalmente, como el coeficiente de expansión térmica
\alpha_{L} de la capa adhesiva es mayor que el coeficiente de
expansión térmica \alpha_{F} del miembro cerámico poroso,
(\alpha_{L}-\alpha_{F}) resulta un valor
positivo. Dicho de otro modo, el filtro de tipo panal de la
presente invención satisface la relación 0,01 <
(\alpha_{L}-\alpha_{F})/\alpha_{F} <
1,0. Esto es porque la capa adhesiva es comparativamente blande,
mientras que el miembro cerámico poroso es comparativamente duro.
Como se describió anteriormente, cuando la expresión de la relación
anteriormente mencionada
(\alpha_{L}-\alpha_{F})/\alpha_{F} es
0,01 o menos, el coeficiente de expansión térmica de la capa
adhesiva se hace casi igual que el coeficiente de expansión térmica
del miembro cerámico poroso, por lo que no es posible atenuar la
tensión térmica local que se ejerce cuando se produce una combustión
local en el filtro de tipo panal debida a: falta de uniformidad en
la cantidad acumulada de partículas; falta de uniformidad en la
cantidad de catalizador en el caso de que se permita que el filtro
de tipo panal sea un soporte del catalizador; calentamiento no
uniforme provocado por un calentador y gases de escape y similares.
Consecuentemente, se generan grietas en el miembro cerámico poroso y
la capa de agente de unión, que pueden dar lugar a que la
resistencia del filtro de tipo panal disminuya para provocar
pérdidas de los gases de escape. Cuando la expresión de la relación
anteriormente mencionada
(\alpha_{L}-\alpha_{F})/\alpha_{F} es
1,0 o más, la diferencia entre la expansión térmica de la capa
adhesiva y la expansión térmica del miembro cerámico poroso se hace
demasiado grande debido a una diferencia de temperaturas entre los
gases de escape durante las operaciones normales del filtro de tipo
canal, por lo que se generan grietas en el miembro cerámico poroso
y la capa adhesiva para provocar una disminución en la resistencia
del filtro de tipo panal y pérdidas de gases de escape.
Haciendo referencias seguidamente a los dibujos,
la siguiente descripción expondrá los respectivos miembros que
constituyen el filtro de tipo panal de la presente invención en
detalle.
La Fig. 1 es una vista en perspectiva que
muestra esquemáticamente un ejemplo del filtro de tipo panal de la
presente invención y la Fig. 2(a) es una vista en perspectiva
que muestra esquemáticamente un ejemplo de un miembro cerámico
poroso que constituye el filtro de tipo panal de la presente
invención y la Fig. 2 (b) es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de la línea A-A de la Fig. 2
(a).
Como se muestra en la Fig. 1, en el filtro 10 de
tipo panal de la presente invención, una pluralidad de miembros
cerámicos porosos 20 están combinados unos con otros a través de
capas adhesivas 14 para formar un bloque cerámico 15 y se forma una
capa 13 de material sellante en el perímetro del bloque cerámico 15.
En este caso, como se muestra en la Fig. 2, el miembro cerámico
poroso 20 tiene una estructura en la que se coloca un cierto número
de orificios transversales 21 a un lado y otro en la dirección
longitudinal, de forma que cada parte de la pared 23 de partición
que separa los orificios transversales 21 unos de otros se permite
que funcione como un filtro.
Dicho de otro modo, como se muestra en la Fig. 2
(b), cada uno de los orificios transversales 21 formados en el
miembro cerámico poroso 20 tiene cualquiera de sus extremos en el
lado de la entrada o el lado de la salida de los gases de escape
sellados con un taponamiento 22; por tanto, los gases de escape que
han entrado por uno de los orificios transversales 21 se permite
que fluyan fuera del orificio transversal 21 después de haber
pasado siempre a través de la pared 23 de partición que separa los
correspondientes orificios transversales 21.
Además de ello, la capa 13 de material sellante
se coloca con el fin de evitar que los gases de escape se pierdan a
través de la parte perimetral de cada bloque cerámico 15 cuando el
filtro 10 de tipo panal se coloca en un tubo de escape de un motor
de combustión interna.
El filtro 10 de tipo panal que tiene la
estructura anteriormente mencionada se coloca en el tupo de escape
en el motor de combustión interna de forma que las partículas en los
gases de escape expulsados desde el motor de combustión internan
sean capturadas por la pared 23 de partición cuando pasan a través
del filtro 10 de tipo panal; por tanto, los gases de escape son
purificados.
Como el filtro 10 de tipo panal de este tipo
tiene una resistencia al calor superior y proporciona procedimientos
de reciclado fáciles y similares, ha sido aplicado a diversos
vehículos de tamaño grande y vehículos con motores
diesel.
diesel.
Con respecto al material para el miembro
cerámico poroso 20, no está particularmente limitado y ejemplos del
mismo incluyen: materiales cerámicos de nitruros como nitruro de
aluminio, nitruro de silicio, nitruro de boro, nitruro de titanio y
similares, materiales cerámicos de carburos como carburo de silicio,
carburo de circonio, carburo de titanio, carburo de tántalo,
carburo de wolframio y similares y materiales cerámicos de óxidos
como alúmina, circonia, cordierita, mullita, y similares. En
particular, el carburo de silicio, que tiene una gran resistencia
al calor, propiedades mecánicas superiores y una gran conductividad
térmica, es deseablemente usado. En este caso, pueden ser usados
materiales cerámicos que contienen silicio en los que el silicio
metálico se combina con los materiales cerámicos anteriormente
mencionados y materiales cerámicos que están combinados con
compuestos de silicio y
silicatos.
silicatos.
Aunque no está particularmente limitada, la
porosidad del miembro cerámico poroso 20 se ajusta deseablemente a
aproximadamente 40 a 80%. Cuando la porosidad es de menos de 40%, el
filtro 10 de tipo panal de la presente invención es probable que
genere un taponamiento, mientras que si la porosidad sobrepasa un
80% provoca la degradación de la resistencia de los miembros
cerámicos porosos 20, dando lugar a una fácil rotura.
En este caso, la porosidad anteriormente
mencionada puede ser medida a través de métodos conocidos como el
método de la presión de mercurio, el método de Arquímedes y un
método de medición que usa un microscopio electrónico de
exploración (SEM).
El diámetro medio de poros de los miembros
cerámicos porosos 20 se ajusta deseablemente en un intervalo de 5 a
100 \mum. El diámetro medio de poros de menos de 5 \mum tiende a
provocar el taponamiento de partículas fácilmente. Por el
contrario, el diámetro de poros que sobrepasa los 100 \mum tiende
a provocar que las partículas pasen a través de los poros, con el
resultado de que las partículas no pueden ser recogidas, haciendo
que los miembros sean incapaces de funcionar como un filtro.
Con respecto al tamaño de partículas de las
partículas cerámicas que van a ser usadas tras la fabricación de
los miembros cerámicos porosos 20, aunque no están particularmente
limitadas, se usan deseablemente las que son menos susceptibles a
una contracción en el posterior procedimiento de sinterización y,
por ejemplo, se usan deseablemente las partículas preparadas
combinando 100 partes en peso de partículas cerámicas que tienen un
tamaño medio de partículas de 0,3 a 50 \mum con 5 a 65 partes en
peso de partículas cerámicas que tienen un tamaño medio de
partículas de 0,1 a 1,0 \mum. Esto es porque al mezclar polvos
cerámicos que tienen los respectivos tamaños de partículas
anteriormente mencionados a las relaciones de combinación
anteriormente mencionadas, es posible proporcionar un miembro
cerámico poroso 20.
Con respecto al material que forma la capa
adhesiva 14, no está particularmente limitado y ejemplos del mismo
incluyen un aglutinante inorgánico, un aglutinante orgánico y un
material hecho de fibras inorgánicas y/o partículas
inorgánicas.
Con respecto al aglutinante inorgánico, por
ejemplo, se pueden usar sol de sílice, sol de alúmina y similares.
Cada uno de estos puede ser usado solo o se pueden usar dos o más
tipos de estos en combinación. Entre los aglutinantes inorgánicos,
el sol de sílice es más deseablemente usado.
Con respecto al aglutinante orgánico, ejemplos
del mismo incluyen poli(alcohol vinílico),
metil-celulosa, etil-celulosa,
carboximetil-celulosa y similares. Cada uno de estos
se puede usar solo o se pueden usar dos o más tipos de estos en
combinación. Entre los aglutinantes orgánicos, la
carboximetil-celulosa es más deseablemente
usada.
Con respecto a las fibras inorgánicas, ejemplos
de las mismas incluyen fibras cerámicas como
sílice-alúmina, mullita, alúmina, sílice y
similares. Cada una de estas se puede usar sola o se pueden usar dos
o más tipos de estos en combinación. Entre las fibras inorgánicas,
las fibras de sílice-alúmina son más deseablemente
usadas.
Con respecto a las partículas inorgánicas,
ejemplos de las mismas incluyen carburos y nitruros y ejemplos
específicos incluyen polvos o filamentos inorgánicos hechos de
carburo de silicio, nitruro de silicio y nitruro de boro. Cada uno
de estos se puede usar solo o se pueden usar dos o más tipos de
estos en combinación. Entre las partículas inorgánicas finas, se
usa deseablemente carburo de silicio que tiene una conductividad
térmica superior.
Además de ello, la capa adhesiva 14 puede
contener un material espumante. Así, el material espumante es capaz
de cambiar la porosidad de la capa adhesiva 14 y, consecuentemente,
ajusta el coeficiente de expansión térmica \alpha_{L} y el
módulo de Young de la capa adhesiva 14.
Con respecto al material espumante, que no está
particularmente limitado en la medida en que se descomponga tras un
calentamiento en el tiempo de uso, ejemplos del mismo incluyen
materiales espumantes conocidos como hidrogenocarbonato de amonio,
carbonato de amonio, acetato de amilo, acetato de butilo,
diazo-amino-benceno y
similares.
Además de ello, la capa adhesiva 14 puede
contener una resina como una resina termoplástica y una resina
termoestable, balones hechos de una sustancia inorgánica y una
sustancia orgánica y similares. Estos materiales hacen posible
controlar la porosidad de la capa adhesiva 14 y, consecuentemente,
ajustar el coeficiente de expansión térmica \alpha_{L} y el
módulo de Young de la capa adhesiva 14.
Con respecto a la resina termoestable, no está
particularmente limitada y ejemplos de la misma incluyen: resina
acrílica, resina fenoxi, poliéter-sulfona,
polisulfona y similares y, con respecto a la resina termoestable
anteriormente mencionada, no está particularmente limitada y
ejemplos de la misma incluyen: resina epoxi, resina fenólica,
resina de poliimida, resina de poliéster, resina de bismaleimida,
resina basada en poliolefina, resina de polifenileno-éter y
similares.
Con respecto a la forma de estas resinas, no
está particularmente limitada, y ejemplos de las mismas incluyen
cualesquiera formas como una forma esférica, una forma elíptica, una
forma cúbica, una forma de nódulo no fija, una forma de columna,
una forma de placa y similares.
En el caso de la resina de forma esférica, el
tamaño medio de partículas se ajusta deseablemente en un intervalo
de 30 a 300 \mum.
En la presente invención, el balón significa un
concepto que incluye la burbuja y la forma de esfera hueca y, con
respecto al balón orgánico anteriormente mencionado, no está
particularmente limitado y ejemplos del mismo incluyen balones
acrílicos y balones de poliéster; y con respecto al balón inorgánico
anteriormente mencionado, no está particularmente limitado y
ejemplos del mismo incluyen balones de alúmina,
micro-balones de vidrio, balones Shirasu y balones
de cenizas volantes (balones FA), balones de mullita y
similares.
La forma y el tamaño medio de partículas de
estos balones se ajustan deseablemente de la misma manera que las
resinas anteriormente mencionadas.
En la presente invención, la inclusión del
agente espumante, la resina como una resina termoplástica y una
resina termoestable y los balones orgánicos en la capa adhesiva 14
hace posible ajustar el coeficiente de expansión térmica
\alpha_{L} y el módulo de Young de la capa adhesiva 14 debido a
las siguientes razones. En el momento de la formación del filtro de
tipo panal de la presente invención, los materiales anteriormente
mencionados son dispersados en la capa de agente aglutinante en un
estado casi uniforme; sin embargo, cuando se usa realmente el
filtro de tipo panal, y por tanto son calentados a una temperatura
elevada, los componentes orgánicos como el material espumante y
similares se descomponen para ser sometidos a combustión, por lo que
se forman poros en la capa adhesiva. Se supone que en este momento,
ajustando la porosidad, el diámetro de poros y similares de los
poros formados en la capa adhesiva, el coeficiente de expansión
térmica \alpha_{L} de la capa adhesiva y el módulo de Young de
la capa adhesiva se pueden ajustar a valores apropiados. Como
consecuencia, la expresión de la relación
|(\alpha_{L}-\alpha_{F})|/\alpha_{F}
entre el coeficiente de expansión térmica \alpha_{L} de la capa
adhesiva y el coeficiente de expansión térmica \alpha_{F} del
miembro cerámico poroso se ajusta en el intervalo anteriormente
mencionado. En la presente invención, en el caso de que los balones
inorgánicos estén contenidos en la misma, ajustan la porosidad y
similares, mientras permanecen en la capa adhesiva.
En la presente invención, la capa adhesiva 14
anteriormente mencionada se define como el estado anterior a la
aplicación real del filtro de tipo panal de la presente invención,
es decir, el estado en el que la capa adhesiva no ha sido nunca
calentada por los gases de escape y similares, por lo tanto, cuando
el filtro de tipo panal de la presente invención se usa de forma
que la capa adhesiva 14 es calentada a una temperatura elevada por
los gases de escape y similares, los componentes orgánicos como el
aglutinante orgánico, el material espumante, la resina y los
balones orgánicos se descomponen y se someten a combustión para ser
eliminados.
En el filtro 10 de tipo panal mostrado en la
Fig. 1, la forma del bloque cerámico 15 es una forma de columna,
sin embargo, en el filtro de tipo panal de la presente invención, la
forma del bloque cerámico no está limitada a la forma de columna y
puede ser conformado en cualquier forma deseada como una forma de
columna elíptica o una forma de columna rectangular.
Además de ello, con respecto a la capa 13 de
material sellante formada en el perímetro del bloque cerámico 15,
no está particularmente limitada, por ejemplo, se puede usar el
mismo material que para la capa adhesiva 14.
Además de ello, el filtro de tipo panal de la
presente invención puede ser el soporte de un catalizador capaz de
purificar CO, HC, NO_{x} y similares en los gases de escape.
Cuando este catalizador está soportado en el
mismo, el filtro de tipo panal de la presente invención se permite
que funcione como un filtro capaz de recoger partículas en gases de
escape y también de actuar como un convertidor de catalizadores
para purificar CO, HC NO_{x} y similares contenidos en los gases
de escape.
Con respecto al catalizador que va a estar
soportado en el filtro de tipo panal de la presente invención, no
está particularmente limitado en la medida en que pueda purificar
CO, HC, NO_{x} y similares, y ejemplos del mismo incluyen metales
nobles como platino, paladio y rodio. Además de los metales nobles,
se puede añadir también un elemento como un metal alcalino (grupo 1
en la Tabla Periódica de los Elementos), un metal alcalinotérreo
(grupo 2 en la Tabla Periódica de los Elementos), un elemento de las
tierras raras (grupo 3 en la Tabla Periódica de los Elementos) y un
elemento de metales de transición.
El filtro de tipo panal de la presente invención
en el que está soportado el catalizador anteriormente mencionado se
permite que funcione como un dispositivo purificador de gases de la
misma manera que los DPF conocidos con catalizador
(diesel-partículas-filtro). Por lo
tanto, en la descripción que sigue, se omite la explicación
detallada del caso en el que el filtro de tipo panal de la presente
invención sirve también como un miembro de soporte de
catalizadores.
Como se describió anteriormente, en el filtro de
tipo panal de la presente invención, el coeficiente de expansión
térmica \alpha_{L} de la capa adhesiva y el coeficiente de
expansión térmica \alpha_{F} del miembro cerámico poroso están
diseñados para tener la siguiente relación: 0,01 <
|(\alpha_{L}-\alpha_{F})|/\alpha_{F}
< 1,0. Dicho de otro modo, en los componentes constituyentes del
filtro de tipo panal de la presente invención, el coeficiente de
expansión térmica de la capa adhesiva y el coeficiente de expansión
térmica del miembro cerámico poroso no son iguales, sino
ligeramente diferentes uno de otro. Por esta razón, incluso en el
caso de que se produzca una combustión local, es decir, un cambio
local de temperatura debido a una falta de uniformidad en la
cantidad acumulada de partículas; falta de uniformidad en la
cantidad de catalizador en el caso de permitir que el filtro sea
soporte del catalizador; calentamiento no uniforme provocado por un
calentador y gases de escape y similares, en el filtro de tipo
panal de la presente invención hace posible atenuar que se ejerza
una tensión térmica local entre la parte que tiene el cambio local
de temperatura y partes distintas de esta parte, evitando así la
aparición de grietas en el miembro cerámico poroso y la capa de
agente de unión.
Por lo tanto, el filtro de tipo panal de la
presente invención tiene una resistencia y durabilidad
superiores.
Seguidamente, haciendo referencia a las Figs. 1
y 2, la siguiente descripción expone un ejemplo de un método de
fabricación para el filtro de tipo panal de la presente
invención.
Con el fin de fabricar el filtro de tipo panal
de la presente invención, en primer lugar se produce una estructura
cerámica estratificada que forma un bloque cerámico 15.
Esta estructura cerámica estratificada tiene una
estructura rectangular en forma de columna en la que una pluralidad
de miembros cerámicos porosos 20 en forma de columnas rectangulares,
que tienen cada uno una estructura en la que se dispone un cierto
número de orificios transversales 21 a un lado y otro en la
dirección longitudinal con una pared 23 de partición interpuesta
entre ellos, se combinan unos con otros a través de capas adhesivas
14.
Tras la fabricación del miembro cerámico poroso
20, se añaden en primer lugar un aglutinante y una solución
dispersantes al polvo de materiales cerámicos anteriormente
mencionado para preparar una composición mixta.
Con respecto al aglutinante anteriormente
mencionado, no está particularmente limitado y ejemplos del mismo
incluyen: metil-celulosa,
carboximetil-celulosa,
hidroxietil-celulosa, polietilenglicol, resina
fenólica, resina epoxi y similares.
La cantidad combinada del aglutinante
anteriormente mencionado se ajusta deseablemente de 1 a 10 partes en
peso con respecto a 100 partes en peso de polvo cerámico.
Con respecto a la solución dispersante, no está
particularmente limitada y ejemplos de la misma incluyen un
disolvente orgánico como benceno; un alcohol como metanol y
agua.
Una cantidad apropiada de la solución
dispersante anteriormente mencionada se mezcla en la misma de forma
que la viscosidad de la composición mixta se ajuste en un intervalo
fijado.
El polvo cerámico, aglutinante y solución
dispersante se mezclan por medio de un molino o similar y se amasan
por medio de un dispositivo amasador o similar y seguidamente se
conforman por extrusión de forma que se produzca una estructura
formada en bruto en forma de columna que tiene casi la misma forma
que el miembro cerámico poroso mostrado en la Fig. 2.
Después de que la estructura formada en bruto
anteriormente mencionada se haya secado usando un secador de
microondas o similar, un procedimiento de secado por boquillas que
inyecta un material sellante (taponador) a orificios transversales
predeterminados y esto es sometido nuevamente a un procedimiento de
secado usando un secador de microondas o similar.
Con respecto al material sellante (taponamiento)
anteriormente mencionado, no está particularmente limitado y, por
ejemplo, se puede usar el mismo material que la composición mixta
anteriormente mencionada.
Seguidamente, la estructura formada en bruto que
ha sido sometida al procedimiento de sellado con boquillas es
calentada a aproximadamente 400 a 650ºC en una atmósfera que
contiene oxígeno con el fin de que se desengrase de manera que el
aglutinante y similares se descompongan y se eliminen para permitir
que solamente permanezca en el mismo el polvo cerámico.
Seguidamente, la estructura formada en bruto que
ha sido desengrasada es sinterizada calentando de 1.400 a 2.200ºC
en una atmósfera de gas inerte como argón, de forma que el polvo
cerámico se sinterice para producir un miembro cerámico poroso
20.
En la presente invención, el coeficiente de
expansión 30 \alpha_{F} del miembro cerámico poroso 20 así
formado se determina por medio del material cerámico que va a ser
usado.
Seguidamente, como se muestra en la Fig. 3, se
fabrica la estructura cerámica estratificada.
Dicho de otro modo, en primer lugar, lo miembros
cerámicos porosos 20 se colocan sobre una base 20, cuya parte
superior está diseñada para que tenga un forma de V en su sección
transversal con el fin de permitir que los miembros cerámicos
porosos 20 se apile en la misma de una manera inclinada, y
seguidamente se aplica una pasta adhesiva para formar una capa
adhesiva 14 sobre las dos caras laterales 20a y 20b orientadas hacia
arriba con un grosor uniforme para formar una capa de pasta
adhesiva; posteriormente, se repite sucesivamente un procedimiento
de estratificación para formar otro miembro cerámico poroso 20 sobre
esta capa de pasta adhesiva de forma que se fabrica una estructura
cerámica rectangular en forma de columna que tiene un tamaño
predeterminado. En este momento, con respecto a los miembros
cerámicos porosos 20, correspondientes a cuatro esquinas de la
estructura estratificada cerámica, un miembro cerámico poroso 20c en
forma de columna triangular, que se forma cortando un miembro
cerámico poroso en forma de columna cuadrangular en dos, se une a un
miembro 41 de resina que tiene la misma forma que el miembro
cerámico poroso 20c en forma de columna triangular, usando una cinta
con dos lados adhesivos con una fácil capacidad de desprendimiento
para preparar un miembro de esquina y los miembros de esquinas
unidos se usan para las cuatro esquinas de la estructura cerámica
estratificada y después de los procedimientos de estratificación de
los miembros cerámicos porosos 20, se retiran todos los miembros 41
de resinas que forman las cuatro esquinas de la estructura cerámica
estratificada; por tanto, se puede formar una estructura cerámica
estratificada que tiene una forma de columna poligonal en su sección
transversal. Por tanto, es posible reducir la cantidad de un
residuo correspondiente a miembros cerámicos porosos que se
depositan después de la formación del bloque cerámico 15 cortando la
parte periférica de la estructura cerámica estratificada.
Con respecto a un método para fabricar la
estructura cerámica estratificada que tiene una forma de columna
poligonal en su sección transversal, excepto para el método mostrado
en la Fig. 3, por ejemplo, un método en el que se omiten los
miembros cerámicos porosos que van a ser colocados en cuatro
esquinas y un método en el que los miembros cerámicos porosos que
tienen una forma triangular se combinan uno con otro para ser
usados de acuerdo con la forma del filtro de tipo panal que va a ser
fabricado. En la presente invención, se puede fabricar naturalmente
una estructura cerámica estratificada en forma de columna
cuadrangular.
Adicionalmente, esta estructura cerámica
estratificada se calienta a un intervalo de temperaturas de 50 a
100ºC durante aproximadamente 1 hora, de forma que la capa de pasta
adhesiva se seque y solidifique para formar la capa adhesiva 14;
posteriormente, se forma así un bloque cerámico 15 cortando su parte
periférica mediante el uso de un dispositivo cortador de diamante o
similar en un forma como se muestra en la Fig. 1.
\newpage
Con respecto al material para formar la capa
adhesiva 14, no está particularmente limitado, por ejemplo, se
pueden usar los materiales que contienen pastas adhesivas
anteriormente mencionadas como un aglutinante inorgánico, un
aglutinante orgánico, fibras inorgánicas y partículas
inorgánicas.
Además de ello, la pasta adhesivas anteriormente
mencionada puede contener pequeñas cantidades de humedad,
disolventes y similares y, la mayoría de esta humedad y disolventes
son normalmente dispersados calentando o similar después de la
aplicación de la pasta adhesiva.
En la presente invención es necesario ajustar el
coeficiente de expansión térmica \alpha_{L} de la capa adhesiva
14 con el fin de permitir que el coeficiente de expansión térmica
\alpha_{L} de la capa adhesiva 14 y el coeficiente de expansión
térmica \alpha_{F} del miembro cerámico poroso 20 satisfagan la
siguiente relación: 0,01 <
|(\alpha_{L}-\alpha_{F})|/\alpha_{F}
< 1,0.
Con el fin de ajustar el coeficiente de
expansión térmica \alpha_{L} de la capa adhesiva 14, es
necesario cambiar la combinación de materiales, la porosidad y los
materiales. El método para esto no está particularmente limitado, y
ejemplos del mismo incluyen: un método en el que el material
espumante y las resinas anteriormente mencionados, como una resina
termoplástico y una resina termoestable, así como balones orgánicos,
son añadidos a la pasta adhesiva anteriormente mencionada; y un
método en el que se cambia el tiempo de agitación de la pasta
adhesiva que va a ser preparada; y similares.
Además de ello, el límite inferior del contenido
del aglutinante inorgánico se ajusta deseablemente a 1% en peso,
más deseablemente a 5% en peso sobre la base de componentes sólidos.
El límite superior del contenido del aglutinante inorgánico se
ajusta deseablemente a 30% en peso, más deseablemente 15% en peso,
lo más deseablemente 9% en peso sobre la base de componentes
sólidos. El contenido del aglutinante inorgánico de menos de 1% en
peso tiende a provocar la degradación de la resistencia de la unión;
por el contrario, un contenido que sobrepase un 30% en peso tiende
a provocar la degradación de la conductividad térmica.
El límite inferior del contenido del aglutinante
orgánico anteriormente mencionado se ajusta deseablemente a 0,1% en
peso, más deseablemente 0,2% en peso, lo más deseablemente 0,4% en
peso sobre la base de componentes sólidos. El límite superior del
contenido del aglutinante orgánico se ajusta deseablemente a 5,0% en
peso, más deseablemente 1,0% en peso, lo más deseablemente 0,6% en
peso sobre la base de componentes sólidos. El contenido de
aglutinante orgánico de menos de 0,1% en peso tiende a provocar una
dificultad para prevenir el desplazamiento de la capa adhesiva 14,
mientras que un contenido que sobrepase 5,0% en peso tiende a
provocar el problema de que el aglutinante orgánico se someta a
combustión y se pierda para provocar la degradación de la
resistencia a la unión, cuando la capa adhesiva 14 es expuesta a una
temperatura elevada.
El límite inferior del contenido de las fibras
inorgánicas anteriormente mencionadas se ajusta deseablemente a 10%
en peso, más deseablemente 20% en peso, sobre la base de componentes
sólidos. El límite superior del contenido de las fibras inorgánicas
se ajusta deseablemente a 70% en peso, más deseablemente 40% en
peso, lo más deseablemente 30% en peso sobre la base de componentes
sólidos. Un contenido de las fibras inorgánicas de menos de 10% en
peso tiende a provocar la degradación de la elasticidad y la
resistencia, mientras que un contenido que sobrepase 70% en peso
tiende a provocar la degradación de la conductividad térmica y una
disminución de sus efectos como un miembro elástico.
El límite inferior del contenido de las
partículas inorgánicas anteriormente mencionadas se ajusta
deseablemente a 3% en peso, más deseablemente 10% en peso, lo más
deseablemente 20% en peso sobre la base de componentes sólidos. El
límite superior del contenido de las partículas inorgánicas se
ajusta deseablemente a 80% en peso, más deseablemente 60% en peso,
lo más deseablemente 40% en peso, sobre la base de componentes
sólidos. Un contenido de las partículas inorgánicas de menos de 3%
en peso tiende a provocar una disminución de la conductividad
térmica, mientras que un contenido que sobrepase un 80% en peso
tiende a provocar una degradación de la resistencia de unión,
cuando la capa adhesiva 14 es expuesta a una temperatura
elevada.
El límite inferior del contenido por pasada de
la fibras inorgánicas anteriormente mencionadas se ajusta
deseablemente a 1% en peso, mientras que su límite superior se
ajusta deseablemente a 10% en peso, más deseablemente 5% en peso,
lo más deseablemente 3% en peso. Además de ello, el límite inferior
de la longitud de las fibras se ajusta deseablemente a 1 mm,
mientras que su límite superior se ajusta deseablemente a 100 mm,
más deseablemente 50 mm, lo más deseablemente 20 mm.
Es difícil ajustar el contenido por pasada a
menos de 1% en peso en la fabricación, y un contenido por pasada
que sobrepase un 10% en peso tiende a deteriorar las caras de las
paredes de los miembros cerámicos porosos 20. Además de ello, una
longitud de las fibras de menos 1 mm hace difícil formar un filtro
10 de tipo panal con una elasticidad apropiada, mientras que una
longitud de las fibras que sobrepase los 100 mm tiende a formar una
conformación como una píldora para provocar una dispersión
insuficiente de las partículas inorgánicas, no consiguiendo hacer
que el grosor de la capa adhesiva 14 sea más fino.
El límite inferior del tamaño de partículas del
polvo inorgánico se ajusta deseablemente a 0,01 \mum, más
deseablemente 0,1 \mum. El límite superior del tamaño de
partículas de las partículas inorgánicas se ajusta deseablemente a
100 \mum, más deseablemente 15 \mum, lo más deseablemente 10
\mum. El tamaño de partículas de las partículas inorgánicas de
menos de 0,01 \mum tiende a provocar costes elevados, mientras que
el tamaño de partículas de las partículas inorgánicas que
sobrepasan 100 \mum tiende a provocar una disminución en la
velocidad de rellenado y la posterior degradación de la resistencia
de unión y la conductividad térmica.
Además de la fibras inorgánicas anteriormente
mencionadas, el aglutinante inorgánico, aglutinante orgánico y
partículas inorgánicas, la pasta adhesiva puede contener también
humedad y otros disolventes como acetona y alcohol a un peso total
de 35 a 65% en peso con el fin de hacer la pasta adhesiva más
blanda, para conferirle fluidez con el fin de que sea fácilmente
aplicada y la viscosidad de la pasta de agente de unión se ajusta
deseablemente en un intervalo de 15 a 25 Pa\cdots (10.000 a 20.000
cps (cP)).
Seguidamente, se lleva a cabo un procedimiento
de formación de un material sellante con el fin de formar una capa
13 de material sellante sobre el perímetro del bloque cerámico 15
así formado.
En este procedimiento de formación de un
material sellante, en primer lugar se hace rotar el bloque cerámico
15 alrededor de un eje que está apoyado en la dirección
longitudinal.
La velocidad de rotación del bloque cerámico 15
no está limitada, sin embargo se ajusta deseablemente en un
intervalo de 2 a 10 min^{-1}.
A continuación se adhiere la pasta de material
sellante a la parte del perímetro del bloque cerámico 15 en
rotación. Con respecto a la pasta de material sellante, no está
particularmente limitada, y se puede usar la misma pasta adhesiva
anteriormente descrita.
Seguidamente, la pasta de material sellante así
formada se seca a una temperatura de aproximadamente 120ºC para
evaporar la humedad y formar una capa 13 de material sellante, y se
completa sí el procedimiento de fabricación del filtro 10 de tipo
panal de la presente invención, en el que se forma la capa 13 de
material sellante sobre la parte del perímetro del bloque cerámico
15, como se muestra en la Fig. 1.
La siguiente descripción expondrá en detalle la
presente invención por medio de ejemplo; sin embargo, la presente
invención no está previsto que esté limitada por estos ejemplo.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
1
(1) Se mezclaron en húmedo polvo de carburo de
silicio de tipo \alpha que tiene un tamaño medio de partículas
\mum (60% en peso) y polvo de carburo de silicio de tipo \beta
que tiene un tamaño medio de partículas de 0,5 \mum (40% en peso)
y se añadieron 100 partes en peso de la mezcla resultante y se
amasaron 5 partes en peso de un aglutinante orgánico
(metil-celulosa) y 100 partes en peso de agua para
obtener una materia amasada. A continuación, después de que se
añadió una ligera cantidad de plastificante y un lubricante a la
materia amasada y esta fue adicionalmente amasada, la materia
amasada resultante fue moldeada por extrusión, de forma que se
fabricó un producto formado en bruto.
A continuación, el producto formado en bruto
anteriormente mencionado se secó usando un secador de microondas y
seguidamente se rellenaron orificios transversales predeterminados
con una pasta que tenía la misma composición que el producto
formado en bruto y posteriormente esta se seco nuevamente usando un
secador, esta se desengrasó a 400ºC y se sinterizó a 2200ºC en una
atmósfera de argón a presión normal durante 3 horas para fabricar un
miembro cerámico poroso como se muestra en la Fig. 2, que estaba
hecho de una estructura sinterizada de carburo de silicio y tenía
un tamaño de 33 mm x 33 mm x 300 mm, un número de orificios
transversales de 31 pcs/cm^{2} y un grosor de la pared de
partición de 0,3 mm.
(2) Se combinó un cierto número de miembros
cerámicos porosos unos con otros usando una pasta adhesiva
resistente al calor, que se preparó añadiendo 20 partes en peso de
agua a 100 partes en peso de una mezcla compuesta por 17,6% en peso
de fibras de alúmina que tenían una longitud de las fibras de 0,2
mm, 61,0% en peso de partículas de carburo de silicio que tenían un
tamaño medio de partículas de 0,6 \mum, 9,1% en peso de sol de
sílice, 2,3% en peso de carboximetil-celulosa y 10%
en peso de hidrogenocarbonato de amonio que servía como material
espumante, llevando a cabo los procedimientos explicados mediante
referencias a la Fig. 3. Seguidamente, se cortó usando un
dispositivo cortador de diamante; de esta forma se obtuvo un bloque
cerámico en forma de cilindro que tenía un diámetro de 165 mm, como
se muestra en la Fig. 1.
A continuación se mezclaron y amasaron 23,3% en
peso de fibras cerámicas preparadas a partir de silicato de alúmina
(contenido por pasada: 3%, longitud de la fibras: 0,1 a 100 mm) que
servían como fibras inorgánicas, 30,2% en peso de polvo de carburo
de silicio que tenía un tamaño medio de partículas de 0,3 \mum,
que servía como partículas inorgánicas, 7% en peso de sol de sílice
(contenido de SiO_{2} en el sol: 30% en peso), que servía como un
aglutinante inorgánico, 0,5% en peso de
carboximetil-celulosa, que servía como un
aglutinante orgánico y 39% en peso de agua, para preparar una pasta
de material sellante.
A continuación, se formó una capa de pasta de
material sellante que tenía un grosor de 1,0 mm sobre la parte del
perímetro del bloque cerámico usando la pasta de material sellante
anteriormente mencionada. Además de ello, esta capa de pasta de
material sellante se secó a 120ºC de forma de que se fabricó un
filtro de tipo panal en forma de cilindro, como se muestra en la
Fig. 1.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
2
(1) Se llevó a cabo los mismos
procedimientos.
(2) Se llevaron a cabo los mismo procedimientos
del ejemplo 1 para fabricar un filtro de tipo panal con la
excepción de que como pasta adhesiva resistente al calor, se usó la
siguiente pasta: se usó esta pasta se preparó añadiendo 25 partes
en peso de agua a 100 partes en peso de una mezcla compuesta por
15,7% en peso de fibras de alúmina que tenían una longitud de las
fibras de 0,2 mm, 54,2% en peso de partículas de carburo de silicio
que tenían un tamaño medio de partículas de 0,6 \mum, 8,1% en peso
de sol de sílice, 2,0% en peso de
carboximetil-celulosa y 20% en peso de
hidrogenocarbonato de amonio que servía como agente espumante, para
fabricar un filtro de tipo panal.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
3
(1) Se llevó a cabo los mismos procedimientos
del apartado (1) del ejemplo 1 para obtener un miembro cerámico
poroso.
(2) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del Ejemplo 1 para fabricar un filtro de tipo panal, con la
excepción de que como pasta adhesiva resistente al calor, se usó la
siguiente pasta: una pasta preparada añadiendo 35 partes en peso de
agua a 100 partes en peso de una mezcla compuesta por 13,7% en peso
de fibras de alúmina que tenían una longitud de las fibras de 0,2
mm, 47,4% en peso de partículas de carburo de silicio que tenían un
tamaño medio de partículas de 0,6 \mum, 7,1% en peso de sol de
sílice, 1,8% en peso de carboximetil-celulosa y 30%
en peso de hidrogenocarbonato de amonio que servía como agente
espumante.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
4
(1) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
que en el apartado (1) del Ejemplo 1 para obtener un miembro
cerámico poroso.
(2) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
que en el Ejemplo 1 para fabricar un filtro de tipo panal, con la
excepción de que como pasta adhesiva resistente al calor, se usó la
siguiente pasta: una pasta preparada añadiendo 40 partes en peso de
agua a 100 partes en peso de una mezcla compuesta por 6,7% en peso
de fibras de alúmina que tenían una longitud de las fibras de 0,2
mm, 30,8% en peso de partículas de carburo de silicio que tenían un
tamaño medio de partículas de 0,6 \mum, 20,6% en peso de sol de
sílice, 1,7% en peso de carboximetil-celulosa y
40,2% en peso de balones de cenizas volantes.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
5
(1) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del apartado (1) del Ejemplo 1 para obtener un miembro cerámico
poroso.
(2) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del Ejemplo 1 para fabricar un filtro de tipo panal, con la
excepción de que, como pasta adhesiva resistente al calor, se usó la
siguiente pasta: una pasta preparada añadiendo 40 partes en peso de
agua a 100 partes en peso de una mezcla compuesta por 6,7% en peso
de fibras de alúmina que tenían una longitud de las fibras de 0,2
mm, 30,8% en peso de partículas de carburo de silicio que tenían un
tamaño medio de partículas de 0,6 \mum, 20,6% en peso de sol de
sílice, 1,7% en peso de carboximetil-celulosa y
40,2% en peso de balones de alúmina.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
6
(1) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del apartado (1) del Ejemplo 1 para obtener un miembro cerámico
poroso.
(2) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del Ejemplo 1 para fabricar un filtro de tipo panal, con la
excepción de que, como pasta adhesiva resistente al calor, se usó la
siguiente pasta: se preparó una pasta añadiendo 35 partes en peso
de agua a 100 partes en peso de una mezcla compuesta por 13,7% en
peso de fibras de alúmina que tenían una longitud de las fibras de
0,2 mm, 47,4% en peso de partículas de carburo de silicio que
tenían un tamaño medio de partículas de 0,6 \mum, 7,1% en peso de
sol de sílice, 1,8% en peso de carboximetil-celulosa
y 30% en peso de resina acrílica esférica (tamaño medio de
partículas: 10 \mum).
\vskip1.000000\baselineskip
\global\parskip0.900000\baselineskip
Ejemplo
7
(1) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del apartado (1) del Ejemplo 1 para obtener un miembro cerámico
poroso.
(2) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del Ejemplo 1 para fabricar un filtro de tipo panal, con la
excepción de que, como pasta adhesiva resistente al calor, se usó la
siguiente pasta: se preparó una pasta añadiendo 35 parte en peso a
100 partes en peso de una mezcla compuesta por 13,7% en peso de
fibras de alúmina que tenían una longitud de las fibras de 0,2 mm,
47,4% en peso de partículas de carburo de silicio que tenían un
tamaño medio de partículas de 0,6 \mum, 7,1% en peso de sol de
sílice, 1,8% en peso de carboximetil-celulosa y 30%
en peso de balones orgánicos que comprenden un compuesto acrílico
(tamaño medio de partículas: 10 \mum).
Ejemplo
8
(1) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del apartado (1) del Ejemplo 1 para obtener un miembro cerámico
poroso.
(2) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del Ejemplo 1 para fabricar un filtro de tipo panal, con la
excepción de que, como pasta adhesiva resistente al calor se usó la
siguiente pasta: una pasta preparada añadiendo 40 partes en peso de
agua a 100 en peso de una mezcla compuesta por 6,7% de fibras de
alúmina que tienen una longitud de las fibras de 0,2 mm, 30,8% en
peso de partículas de carburo de silicio que tienen un tamaño medio
de partículas de 0,6 \mum, 20,6% en peso de sol de sílice, 1,7% en
peso de carboximetil-celulosa, 10% en peso de
hidrogenocarbonato de amonio y 30,2% en peso de balones de
alúmina.
Ejemplo
9
(1) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del apartado (1) del Ejemplo 1 para obtener un miembro cerámico
poroso.
(2) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del Ejemplo 1 para fabricar un filtro de tipo panal, con la
excepción de que, como pasta adhesiva resistente al calor se usó la
siguiente pasta: una pasta preparada añadiendo 40 partes en peso de
agua a 100 partes en peso de una mezcla compuesta por 6,7% en peso
de fibras de alúmina que tienen una longitud de las fibras de 0,2
mm, 30,8% en peso de partículas de carburo de silicio que tienen un
tamaño medio de partículas de 0,6 \mum, 20,6% en peso de sol de
sílice, 1,7% en peso de carboximetil-celulosa, 20%
en peso de hidrogenocarbonato de amonio y 20,2% en peso de balones
de alúmina.
Ejemplo comparativo
1
(1) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del apartado (1) del Ejemplo 1 para obtener un miembro cerámico
poroso.
(2) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del Ejemplo 1 para fabricar un filtro de tipo panal, con la
excepción de que, como una pasta adhesiva, se usó la siguiente
pasta: una pasta adhesiva, preparada añadiendo 43 partes en peso de
agua a 100 partes en peso de una mezcla compuesta por 37% en peso de
fibras de alúmina que tienen una longitud de las fibras de 0,2 mm,
49,7% en peso de partículas de carburo de silicio que tienen un
tamaño medio de partículas de 0,6 \mum, 12,3% en peso de sol de
sílice y 1,0% en peso de carboximetil-celulosa.
Ejemplo comparativo
2
(1) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del apartado (1) del Ejemplo 1 para obtener un miembro cerámico
poroso.
(2) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del Ejemplo 1 para fabricar un filtro de tipo panal, con la
excepción de que, como una pasta adhesiva, se usó la siguiente
pasta: una pasta adhesiva, preparada mezclando 34 partes en peso de
agua con 100 partes en peso de una mezcla compuesta por 15,1% en
peso de fibras de alúmina que tienen una longitud de las fibras de
0,2 mm, 17,5% en peso de partículas de carburo de silicio que tienen
un tamaño medio de partículas de 0,6 \mum, 61,5% en peso de sol
de sílice y 5,9% en peso de
carboximetil-celulosa.
Ejemplo comparativo
3
(1) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del apartado (1) del Ejemplo 1 para obtener un miembro cerámico
poroso.
(2) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del Ejemplo 1 para fabricar un filtro de tipo panal, con la
excepción de que, como una pasta adhesiva, se usó la siguiente
pasta: una pasta preparada mezclando 35 parte en peso de agua con
100 partes en peso de una mezcla compuesta por 13,7% en peso de
fibras de alúmina que tienen una longitud de las fibras de 0,2 mm,
27,4% en peso de partículas de carburo de silicio que tienen un
tamaño medio de partículas de 0,6 \mum, 7,1% en peso de sol de
sílice 1,8% en peso de carboximetil-celulosa y 50%
en peso de hidrogenocarbonato de amonio.
Ejemplo comparativo
4
(1) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del apartado (1) del Ejemplo 1 para obtener un miembro cerámico
poroso.
(2) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del Ejemplo 1 para fabricar un filtro de tipo panal, con la
excepción de que, como una pasta adhesiva, se usó la siguiente
pasta: una pasta adhesiva, preparada añadiendo 50 partes en peso de
agua a 100 partes en peso de una mezcla compuesta por 27% en peso de
fibras de alúmina que tienen una longitud de las fibras de 0,2 mm,
39,7% en peso de partículas de carburo de silicio que tienen un
tamaño medio de partículas de 0,6 \mum, 12,3% en peso de sol de
sílice, 1,0% en peso de carboximetil-celulosa y 20%
en peso de hidrogenocarbonato de amonio.
El coeficiente de expansión térmica
\alpha_{F} de cada uno de los miembros cerámicos porosos y el
coeficiente de expansión térmica \alpha_{L} de la capa adhesiva
de cada uno de los filtros de tipo panal así fabricados según los
Ejemplo 1 a 9 y ejemplos comparativos 1 a 4 se midieron a las
temperaturas respectivas de 300ºC, 400ºC, 600ºC, 750ºC y 900ºC
(Tabla 1) y, basándose en estos valores, se calculó el valor de
|(\alpha_{L}-\alpha_{F})|/\alpha_{F}
(Tabla 2).
Además de ello, cada uno de los filtros de tipo
panal según los ejemplos 1 a 9 y ejemplos comparativos 1 a 4 se
colocaron en una base que tenía una forma hueca redonda y el filtro
de tipo panal se apoyó en la parte de los miembros cerámicos
porosos que estaba próxima a su perímetro de forma que, en este
estado se aplica una fuerza sobre uno de los miembros cerámicos
porosos cerca del centro en dirección descendente de manera que lo
empuje fuera; de esta manera, se midió un ensayo de empuje para
medir la fuerza necesaria para romper el filtro de tipo panal.
Además de ello, cada uno de los filtros de tipo
panal según los ejemplos 1 a 9 y ejemplos comparativos 1 a 4 se
colocó en un tubo de escape de un motor, y este se sometió a ensayos
repetidos de recogida de partículas de 100 veces y se sometió al
mismo ensayo de empuje; de esta manera, se calculó el grado de
disminución de la resistencia al empuje después de los ensayos de
recogida de partículas.
Los resultados se muestran en la Tabla 3.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Como se muestra en la Tabla 2, todos los valores
|(\alpha_{L}-\alpha_{F})|/\alpha_{F}
de los filtros de tipo panal según los Ejemplos 1 a 9 se ajustan en
un intervalo de 0,01 a 1,0; Sin embargo, todos los valores de
|(\alpha_{L}-\alpha_{F})|/\alpha_{F}
de los filtros de tipo panal según los Ejemplos comparativos 1, 3 y
4 son mayores que 1,0 en su conjunto y los valores de
|(\alpha_{L}-\alpha_{F})|/\alpha_{F}
del filtro de tipo panal según el ejemplo comparativo 2 son más
pequeños 0,01 en su conjunto.
En la presente invención, los valores de
|(\alpha_{L}-\alpha_{F})|/\alpha_{F}
del filtro de tipo panal según el Ejemplo 9, obtenidos a 600ºC y
750ºC, son de 1,0 o más; sin embargo el valor medio es 0,98, que es
menor que 1,0.
Además de ello, como se muestra en la Tabla 3,
los resultados de los ensayos de empuje indican que cada una de las
resistencias al empuje antes del ensayo de recogida de partículas de
acuerdo con los filtros de tipo panal de los Ejemplos 1 a 9
sobrepasan 14700 N (1500 kgf) y que cada una de las resistencias al
empuje después del ensayo de recogida de las partículas sobrepasa
los 9.800 N (1.000 kgf).
Por el contrario, cada una de las resistencias
al empuje antes del ensayo de recogida de acuerdo con los filtros
de tipo panal de los Ejemplos comparativos 1 a 4 se ajustan en un
intervalo de 17.345 N (1770 kgf) a 19411 N (1981 kgf) y cada una de
las resistencias al empuje después del ensayo de recogida de
partículas se ajusta en un intervalo de 5364 N (547 kgf) a 9265 N
(945 kgf) y en cualquier caso antes de el ensayo de partículas, las
resistencias al empuje tienen el mismo nivel que las de los filtros
de tipo panal según los ejemplos 1 a 9; sin embargo, después del
ensayo de recogida de partículas, las resistencias al empuje son
inferiores a las de los filtros de tipo panal según los
ejemplos
1 a 9.
1 a 9.
Dicho de otro modo, como se muestra en la Tabla
3, cada una de las resistencias relativas (resistencia después del
ensayo de recogida/resistencia antes del ensayo de recogida x 100)
después del ensayo de recogida de partículas del filtro de tipo
panal según los ejemplos 1 a 9 es de 60% o más, de forma que no es
tan grande la disminución de la resistencia; sin embargo, cada una
de las resistencias relativas (resistencia después del ensayo de
recogida/resistencia antes del ensayo de recogida x 100) después del
ensayo de recogida de partículas de los filtros de tipo panal según
los Ejemplos comparativos 1 a 4 es de menos de 60%, dando lugar a
una gran disminución de la resistencia.
Ejemplo
10
(1) Se mezclaron en seco polvo de carburo de
silicio de tipo \alpha que tenía un tamaño medio de partículas de
10 \mum (70% en peso) y polvo de carburo de silicio de tipo
\beta que tenía un tamaño medio de partículas de 5 \mum (30% en
peso) y se añadieron y amasaron 100 partes en peso de la mezcla
resultante 15 partes en peso de un aglutinante orgánico
(metil-celulosa), 10 partes en peso de agua y 5
partes en peso de una resina acrílica, para obtener una materia
amasada. Seguidamente, después de que se añadiera una ligera
cantidad de un plastificante y un lubricante a la materia amasada y
esto se hubiera amasado adicionalmente, la materia amasada
resultante se conformó por extrusión de forma de que se fabricara un
producto formado en bruto.
A continuación, el producto formado en bruto
anteriormente mencionado se secó usando un secador de microondas y
seguidamente se rellenaron orificios transversales predeterminados
con una pasta que tenía la misma composición que el producto
formado en bruto y, después de esto se secó nuevamente usando un
secador, se desengrasó a 400ºC y se sinterizó a 2.200ºC en una
atmósfera de argón a presión normal durante 3 horas para fabricar un
miembro cerámico poroso como se muestra en la Fig. 2, que estaba
constituido por una estructura sinterizada de carburo de silicio y
tenía un tamaño de 33 mm x 33 mm x 300 mm, el número de orificios
transversales era de 31 pcs/cm^{2}, el grosor de la pared de
partición era de 0,3 mm, la porosidad de 50% en volumen y el
diámetro medio de poros de 20 \mum.
(2) Se llevaron a cabo los mismo procedimientos
que en el Ejemplo 2, con la excepción de que se usó el miembro
cerámico poroso fabricado en los procedimientos del apartado (1)
anteriormente mencionado para fabricar un filtro de tipo panal para
purificar gases de escape.
Ejemplo
11
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo 3, con la excepción de que se usó el miembro cerámico
poroso fabricado en los procedimientos del apartado (1) del Ejemplo
10 para fabricar un filtro de tipo panal para purificar gases de
escape.
Ejemplo
12
Se repitieron los mismos procedimientos que en
el Ejemplo 4, con la excepción de que se usó el miembro cerámico
poroso fabricado en el procedimiento del apartado (1) del Ejemplo 10
para fabricar un filtro de tipo panal para purificar gases de
escape.
Ejemplo
13
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo 7, con la excepción de que se usó el miembro cerámico
poroso fabricado en los procedimientos del apartado (1) del Ejemplo
10 para fabricar un filtro de tipo panal para purificar gases de
escape.
Ejemplo
14
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo 8, con la excepción de que se usó el miembro cerámico
poroso fabricado en los procedimientos del apartado (1) del Ejemplo
10 para fabricar un filtro de tipo panal para purificar gases de
escape.
Ejemplo
15
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo 9, con la excepción de que se usó el miembro cerámico
poroso fabricado en los procedimientos del apartado (1) del Ejemplo
10 para fabricar un filtro de tipo panal para purificar gases de
escape.
Ejemplo de referencia
1
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo 1, con la excepción de que se usó el miembro cerámico
poroso fabricado en los procedimientos del apartado (1) del Ejemplo
10 para fabricar un filtro de tipo panal para purificar gases de
escape.
Ejemplo de referencia
2
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo 5, con la excepción de que se usó el miembro cerámico
poroso fabricado en los procedimientos del apartado (1) del Ejemplo
10 para fabricar un filtro de tipo panal para purificar gases de
escape.
Ejemplo de referencia
3
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo 6, con la excepción de que se usó el miembro cerámico
poroso fabricado en los procedimientos del apartado (1) del Ejemplo
10 para fabricar un filtro de tipo panal para purificar gases de
escape.
Ejemplo de comparativo
5
Se usaron los mismos procedimientos que en el
Ejemplo comparativo 1, con la excepción de que se usó el miembro
cerámico poroso fabricado en los procedimientos del apartado (1) del
Ejemplo 10 para fabricar un filtro de tipo panal para purificar
gases de escape.
Ejemplo de comparativo
6
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo comparativo 2 con la excepción de que se usó el
miembro cerámico poroso fabricado en los procedimientos del apartado
(1) del Ejemplo 10 para fabricar un filtro de tipo panal para
purificar gases de escape.
Ejemplo de comparativo
7
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo comparativo 3 con la excepción de que se usó el
miembro cerámico poroso fabricado en los procedimientos del apartado
(1) del Ejemplo 10 para fabricar un filtro de tipo panal para
purificar gases de escape.
Ejemplo de comparativo
8
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo comparativo 4 con la excepción de que se usó el
miembro cerámico poroso fabricado en los procedimientos del apartado
(1) del Ejemplo 10 para fabricar un filtro de tipo panal para
purificar gases de escape.
Ejemplo de comparativo
9
(1) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
que en el apartado (1) del Ejemplo 10 para fabricar un miembro
cerámico poroso.
(2) Se llevaron a cabo los mismos procedimientos
que en el Ejemplo 10 con la excepción de que se usó una pasta
adhesiva preparada añadiendo 1 parte en peso de cemento y 34 partes
en peso de agua a 100 partes en peso de una mezcla compuesta por
15,1% en peso de fibras de alúmina que tenían una longitud de las
fibras de 0,2 mm, 17,5% en peso de partículas de carburo de silicio
que tenían un tamaño medio de partículas de 0,6 \mum, 61,5% en
peso de sol de sílice y 5,9% en peso de
carboximetil-celulosa, para fabricar un filtro de
tipo panal para purificar gases de
escape.
escape.
El coeficiente de expansión térmica
\alpha_{F} de cada uno de los miembros cerámicos porosos así
fabricados y el coeficiente de expansión térmica \alpha_{L} de
la capa adhesiva de cada uno de los filtros de tipo panal según los
Ejemplos 10 a 15, Ejemplos de referencia 1 a 3 y Ejemplos
comparativos 5 a 9 se midieron a las temperaturas respectivas de
300ºC, 400ºC, 600ºC, 750ºC y 900ºC (Tabla 4) y, basados en estos
valores, se calculó el valor de
(\alpha_{L}-\alpha_{F})/\alpha_{F}
(Tabla 5).
Además de ello, se colocó cada uno de los
filtros de tipo panal según los Ejemplos 10 a 15, Ejemplos de
referencia 1 a 3 y Ejemplos comparativos 5 a 9 en una base que
tenía una forma redonda hueca y el filtro de tipo panal se apoyó en
la parte de los miembros cerámicos porosos que estaba próxima a su
perímetro de forma que, en este estado se aplica una fuerza sobre
uno de los miembros cerámicos porosos cercanos al centro en
dirección descendente de manera que se aplicara un empuje sobre
este; de esta manera, se midió un ensayo de empuje para medir una
fuerza para romper el filtro de tipo panal.
Además de ello, cada uno de los filtros de tipo
panal según los Ejemplos 10 a 15, Ejemplos de referencia 1 a 3 y
Ejemplos comparativos 5 a 9 se colocó en un tubo de escape de un
motor y este se sometió a ensayos repetidos de recogida de
partículas y después de realizar los ensayos 100 veces así como 300
veces, los filtros de tipo panal resultantes se sometieron
seguidamente al mismo ensayo de empuje; de esta manera, se calculó
el grado de disminución de la resistencia al empuje antes y después
de los ensayos de recogida de partículas.
Los resultados se muestran en la Tabla 6.
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\vskip1.000000\baselineskip
Como se muestren la Tabla 5, todos los valores
de (\alpha_{L}-\alpha_{F})/\alpha_{F} de
los filtros de tipo panal según los Ejemplos 10 a 15 se ajustan en
un intervalo de 0,01 a 1,0 y todas las relaciones de módulos de
Young (módulo de Young de capa adhesiva/módulo de Young de miembro
cerámico poroso x 100) son de 60% o menos. En la presente
invención, los valores de
(\alpha_{L}-\alpha_{F})/\alpha_{F} del
filtro de tipo panal según el Ejemplo 15, obtenidos a 600ºC y 750ºC,
son 1,0 o más; sin embargo el valor medio es 0,99, que es menos que
1,0.
Por el contrario, todos los valores de
(\alpha_{L}-\alpha_{F})/\alpha_{F} de
los filtros de tipo panal según los Ejemplos de referencia 1 a 3
están en un intervalo de 0,01 a 1,0; sin embargo, todas las
relaciones de módulos de Young sobrepasan un 60%.
Todos los valores de
(\alpha_{L}-\alpha_{F})/\alpha_{F} de
los filtros de tipo panal según los Ejemplos comparativos 5,7 y 8
son mayores que 1,0 y todos los valores de
(\alpha_{L}-\alpha_{F})/\alpha_{F} de
los filtros de tipo panal según los Ejemplos comparativos 6 y 9 son
más pequeños que 0,01. Además de ello, todas las relaciones de
módulos de Young de los filtros de tipo panal según los Ejemplos
comparativos 5 a 7 son de 60% o menos y todas las relaciones de
módulos de Young de los filtros de tipo panal según los Ejemplos
comparativos 8 y 9 sobrepasan un 60%.
Como se muestra en la Tabla 6, en el caso de los
filtros de tipo panal según los ejemplos 10 a 15 y Ejemplos de
referencia 1 a 3 en los que los valores de
(\alpha_{L}-\alpha_{F})/\alpha_{F} de
los filtros de tipo panal se ajustan en un intervalo de 0,01 a 1,0,
todas las resistencias relativas después de los ensayos de recogida
de 100 veces para los anteriores a los ensayos (ensayos de
resistencia después de la recogida de 100/ensayos de resistencia
antes de la recogida x 100) son de 61% o más, que no es un valor tan
bajo en la disminución de la resistencia. Sin embargo, en el caso
de los filtros de tipo panal de los Ejemplos 10 a 15, en los que
las relaciones de los módulos de Young son de 60% o menos, todas las
resistencias relativas después de los ensayos de recogida de 300
veces respecto a los ensayos de las resistencias después de la
recogida de 100 veces: (resistencia después de los ensayos de
recogida de 300 veces/resistencia antes de los ensayos recogida de
100 veces x 100) son de 83% o más, mientras que en el caso de los
filtros de tipo panal según lo Ejemplos de referencia 1 a 3, en los
que las relaciones de los módulos de Young sobrepasaron un 60%, las
resistencias relativas después de los ensayos de recogida de 300
veces respecto a las resistencias después de los ensayos de 100
veces están en un intervalo de 64 a 68%, que es un nivel bajo.
Con respecto a los filtros de tipo panal según
los Ejemplos comparativos 5 a 9, todos los ensayos de las
resistencias al empuje antes de la recogida son iguales que las
resistencias al empuje de los filtros de tipo panal según los
Ejemplos 10 a 15 y Ejemplos de referencia 1 a 3; sin embargo, todas
las resistencias relativas después de los ensayos de recogida de
100 veces respecto a las de las anteriores a los ensayos son de 50%
o menos y todas las resistencias relativas después de los ensayos
de recogida de 300 veces respecto a las anteriores a los ensayos
son de 38% o menos, lo cual es un valor grande de disminución de la
resistencia.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
16
(1) se mezclaron en húmedo polvo de carburo de
silicio de tipo \alpha que tiene un tamaño medio de partículas de
20 \mum (60% en peso) y polvo de silicio metálico que tiene un
tamaño medio de partículas de 1,0 \mum (40% en peso) y a 100
partes en peso de la mezcla resultante se añadieron y se amasaron 5
partes en peso de un aglutinante orgánico
(metil-celulosa) 10 partes en peso de agua y 5
partes en peso de resina acrílica, para obtener una materia
amasada. A continuación, después de que se hubiera añadido una
ligera cantidad de un plastificante y un lubricante a la materia
amasada y esta hubiera sido nuevamente amasada, la materia amasada
resultante se conformó por extrusión de forma que se fabricó un
producto formado en bruto.
A continuación, el producto formado en bruto
anteriormente mencionado se secó usando un secador de microondas y
seguidamente se rellenaron orificios transversales predeterminados
con una pasta que tenía la misma composición que el producto
formado en bruto y posteriormente esto se secó nuevamente usando un
secador, se desengrasó a 400ºC y se sinterizó a 1.600ºC en una
atmósfera de argón a presión normal durante 2 horas para fabricar
un miembro cerámico poroso como se muestra en la Fig. 2, que estaba
constituido por una estructura sinterizada de carburo de
silicio/silicio metálico y tenía un tamaño de 33 mm x 33 mm x 300
mm, el número de orificio transversales era de 31 pcs/cm^{2}, un
grosor de la pared de partición de 0,3 mm, una porosidad de 50% en
volumen y un diámetro medio de poros de 20 \mum.
(2) se llevaron a cabo los mismos procedimientos
del Ejemplo 7, con la excepción de que se usó el miembro cerámico
poroso fabricado en los procedimientos anteriormente mencionados del
apartado (1) para fabricar un filtro de tipo panal para purificar
gases de escape.
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Ejemplo
17
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo 8, con la excepción de que se usó el miembro cerámico
poroso fabricado en los procedimientos del apartado (1) del Ejemplo
16 para fabricar un filtro de tipo panal para purificar gases de
escape.
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Ejemplo
18
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo 9 con la excepción de que se usó el miembro cerámico
poroso fabricado en los procedimientos del apartado (1) del Ejemplo
16 para fabricar un filtro de tipo panal para purificar gases de
escape.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo de referencia
4
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo 2 con la excepción de que se usó el miembro cerámico
poroso fabricado en los procedimientos del apartado (1) del Ejemplo
16 para fabricar un filtro de tipo panal para purificar gases de
escape.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo de referencia
5
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo 3 con la excepción de que se usó el miembro cerámico
poroso fabricado en los procedimientos del apartado (1) del Ejemplo
16 para fabricar un filtro de tipo panal para purificar gases de
escape.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo de referencia
6
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo 4 con la excepción de que se usó el miembro cerámico
poroso fabricado en los procedimientos del apartado (1) del Ejemplo
16 para fabricar un filtro de tipo panal para purificar gases de
escape.
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Ejemplo comparativo
10
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo comparativo 1 con la excepción de que se usó el
miembro cerámico poroso fabricado en los procedimientos del apartado
(1) del Ejemplo 16 para fabricar un filtro de tipo panal para
purificar gases de escape.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo comparativo
11
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo comparativo 2 con la excepción de que se usó el
miembro cerámico poroso fabricado en los procedimientos del apartado
(1) del Ejemplo 16 para fabricar un filtro de tipo panal para
purificar gases de escape.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo comparativo
12
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo comparativo 3 con la excepción de que se usó el
miembro cerámico poroso fabricado en los procedimientos del apartado
(1) del Ejemplo 16 para fabricar un filtro de tipo panal para
purificar gases de escape.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo comparativo
13
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo comparativo 4, con la excepción de que con la
excepción de que se usó el miembro cerámico poroso fabricado en los
procedimientos del apartado (1) del Ejemplo 16 para fabricar un
filtro de tipo panal para purificar gases de escape.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo comparativo
14
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que
en el Ejemplo comparativo 9 con la excepción de que se usó el
miembro cerámico poroso fabricado en los procedimientos del apartado
(1) del Ejemplo 16 para fabricar un filtro de tipo panal para
purificar gases de escape.
El coeficiente de expansión térmica
\alpha_{F} de cada uno de los miembros cerámicos porosos así
fabricados y el coeficiente de expansión térmica \alpha_{L} de
la capa adhesiva de cada uno de los filtros de tipo panal según los
Ejemplos 16 a 18, Ejemplos de referencia 4 a 6 y Ejemplos
comparativos 10 a 14 se midieron a temperaturas respectivas de
300ºC, 400ºC, 600ºC, 750ºC y 900ºC (Tabla 7) y, basado en estos
valores, se calculó el valor de
(\alpha_{L}-\alpha_{F})/\alpha_{F}
(Tabla 8).
Además de ello, cada uno de los filtros de tipo
panal según los Ejemplos 16 a 18, Ejemplos de referencia 4 a 6 y
Ejemplos comparativos 10 a 14 se colocó en una base que tenía una
forma redonda hueca y el filtro de tipo panal se apoyó en la parte
de los miembros cerámicos poroso que estaba próxima a su perímetro
de forma que, en este estado, se aplica una fuerza sobre uno de los
miembros cerámicos porosos cercano al centro en dirección
descendente de manera que se aplique un empuje sobre los mismos; de
esta forma, se midió un ensayo de empuje para medir la fuerza para
romper el filtro de tipo panal.
Además de ello, cada uno de los filtros de tipo
panal según los Ejemplos 16 a 18, Ejemplos de referencia 4 a 6 y
Ejemplos comparativos 10 a 14 se colocó en un tubo de escape de un
motor y este se sometió a ensayos repetidos de recogida de
partículas de 100 veces así como ensayos de 300 veces y seguidamente
se sometió al mismo ensayo de empuje. De esta manera, basado en los
resultados de las mediciones de los ensayos de empuje, se calculó
el grado de disminución en la resistencia al empuje antes y después
de los ensayos de recogida de partículas.
Los resultados se muestran en la Tabla 9.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se muestra en la Tabla 8, todos los valores
de (\alpha_{L}-\alpha_{F})/\alpha_{F} de
los filtros de tipo panal según los Ejemplos 16 a 18 están
ajustados en un intervalo de 0,01 a 1,0 y todas las relaciones de
módulos de Young (módulo de Young de capa adhesiva/módulo de Young
de miembro cerámico poroso x 100) son de 60% o menos. En la
presente invención, los valores de
(\alpha_{L}-\alpha_{F})/\alpha_{F} del
filtro de tipo panal según el Ejemplo 18 obtenidos a 600ºC y 750ºC
son de 1,0 o más; sin embargo, el valor medio es 0,98, que es menor
que 1,0.
Por el contrario, todos los valores de
(\alpha_{L}-\alpha_{F})/\alpha_{F} de
los filtros de tipo panal según los Ejemplos de referencia 4 a 6
están ajustados en un intervalo de 0,01 a 1,0; sin embargo, todas
las relaciones de módulos de Young sobrepasan un 60%.
Todos los valores de
(\alpha_{L}-\alpha_{F})/\alpha_{F} de
los filtros de tipo panal según los Ejemplos comparativos 10, 12 y
13 son mayores que 1,0 y todos los valores de
(\alpha_{L}-\alpha_{F})/\alpha_{F} de
los filtros de tipo panal según los ejemplos comparativos 11 y 14
son más pequeños 0,01. Además de ello, todas las relaciones de
módulos de Young de los filtros de tipo panal según los Ejemplos
comparativos 10 y 11 son de 60% o menos y todas las relaciones de
módulos de Young de los filtros de tipo panal según los Ejemplos
comparativos 12 a 14 sobrepasan un 60%.
Como se muestra en la Tabla 9, en el caso de los
filtros de tipo panal según los Ejemplos 16 a 18 y Ejemplos de
referencia 4 a 6 en los que los valores de
(\alpha_{L}-\alpha_{F})/\alpha_{F} están
ajustados en un intervalo de 0,01 a 1,0, como los resultados de los
ensayos de empuje, todas las resistencias relativas después de los
ensayos de recogida de 100 veces son los de antes de los ensayos:
(resistencia después de los ensayos de recogida de 100
veces/resistencia antes de los ensayos de recogida x 100) son de 58%
o más, que no es un valor tan bajo de disminución de la
resistencia. Sin embargo, en el caso de los filtros de tipo panal
según los Ejemplos 10 a 15 en los que las relaciones de módulo de
Young son de 60% o menos, todas las resistencias relativas después
de los ensayos de recogida de 300 veces respecto a las resistencias
después de los ensayos de recogidas de 100 veces: (resistencia
después de ensayos de recogida de 300 veces/resistencia después de
ensayos de recogida de 100 veces x 100) son de 85% o más, mientras
que en el caso de los filtros de tipo panal según los Ejemplos de
referencia 4 a 6, en los que las relaciones de módulos de Young
sobrepasan un 60%, las resistencias relativas después de los
ensayos de recogidas de 300 veces respecto a las resistencias
después de los ensayos de recogida de 100 veces están ajustadas de
62 a 69%, que es un nivel bajo.
Con respecto a los filtros de tipo panal según
los Ejemplos comparativos 10 a 14, todas las resistencias de Empuje
antes de los ensayos de recogida son casi iguales a las resistencias
al empuje de los filtros de tipo panal según los Ejemplos 16 a 18 y
Ejemplos de referencia 4 a 6; sin embargo, todas las resistencias
relativas después de los ensayos de recogida de 100 veces respecto
a los de antes de los ensayos de recogida son de 48% o menos, y
todas las resistencias relativas después de los ensayos de recogida
de 300 veces respecto a las de antes de los ensayos de recogida son
de 35% o menos, que es un valor grande de disminución de la
resistencia.
El filtro de tipo panal para purificar gases de
escape de la presente invención tiene la estructura anteriormente
mencionada; por tanto incluso en el caso de que se produzca un
cambio local de temperatura en el filtro de tipo panal debido a una
combustión local o similares, el filtro de tipo panal puede atenuar
la tensión térmica resultante, es menos probable que genere grietas
y tiene una excelente resistencia y durabilidad.
Claims (7)
1. Un filtro de tipo panal para purificar gases
de escape (10), que tiene una estructura en la cual:
una pluralidad de miembros cerámicos porosos
(20) columnares están combinados unos con otros a través de una
capa adhesiva (14),
cada uno de dichos miembros cerámicos porosos
(20) columnares comprende un cierto número de orificios
transversales (21) que están colocados en paralelo unos con otros
en la dirección longitudinal de la pared (23) de partición
interpuesta entre ellos de forma que dicha pared (23) de partición
que separa dichos orificios transversales (21) actúa como un filtro
para recoger partículas y se forma una capa (13) de material
sellante como una parte periférica de dicho filtro (10) de tipo
panal, en el cual
el módulo de Young de dicha capa adhesiva se
ajusta a un 60% o menos del módulo de Young de dicho miembro
cerámico poroso, y
la relación entre el coeficiente de expansión
térmica \alpha_{L} de dicha capa adhesiva y el coeficiente de
expansión térmica \alpha_{F} de dicho miembro cerámico poroso es
como sigue:
0,01 <
|(\alpha_{L}-\alpha_{F})|/\alpha_{F}
<
1,0.
2. El filtro de tipo panal para purificar gases
de escape según la reivindicación 1, que comprende adicionalmente
un catalizador soportado en el mismo.
3. El filtro de tipo panal para purificar gases
de escape según la reivindicación 1 ó 2, en el que \alpha_{L}
está en el intervalo de 0,1 x 10^{-6} a 10,0 x 10^{-6} 1/k.
4. El filtro de tipo panal para purificar gases
de escape según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que
|(\alpha_{L}-\alpha_{F})|\alpha_{F}
tiene un valor límite inferior que sobrepasa 0,02 y un valor límite
superior de menos de 0,5.
5. El filtro de tipo panal para purificar gases
de escape según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que
dicha capa adhesiva comprende al menos un componente seleccionado
entre el grupo que consiste en un material espumante, una resina
termoplástica, una resina termoestable y balones hechos de una
sustancia inorgánica y una sustancia orgánica.
6. El filtro de tipo panal para purificar gases
de escape según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que
dicha capa 13 de material sellante comprende al menos un tipo de
partícula inorgánica incluida en dicha capa adhesiva (14).
7. El filtro de tipo panal para purificar gases
de escape según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que
dicha capa (13) de material sellante comprende al menos una
partícula inorgánica de carburo o nitruro.
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