JPH01176285A - 多孔セラミック体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多孔セラミック体に係り、より詳しく述べると
、内燃機関に用いて排ガス浄化用触媒担体、ディーゼル
パティキュレート捕集用フィルタとして使用する三次元
網状構造多孔セラミック体に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関の排ガス浄化用触媒担体、ディーゼルパティキ
ュレート捕集用フィルターとして使用される三次元網状
構造多孔セラミック体はセラミック体のケーシング方法
と密接な関係にある。すなわち、多孔セラミック体の各
端面ば排気ガスの進入口、排出口となるため開放されて
いる。一方、排気ガスが構造体外を通り抜けるのを防ぐ
ために外周部に緻密なセラミックスキン層を形成してい
る。また、エンジン振動、排気ガス脈動の圧力変動等の
外力から構造体の破壊を防ぐため、セラミック体と金属
ケースの間にクツション材を充填して保持している。（
例えば、実開昭４９−１３０１３４号公報、特開昭５０
−２９９２０号公報、特公昭５８−４２４１８号公報）
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のような構成にするとスキン厚さ、
クツション材厚さのために触媒担体やフィルタとして機
能する有効体積を実質的に小さくせざ゛るを得ない。ま
た多孔セラミック体を保持するために構造体にはスキン
層を形成し、ケースへの保持の際に別にクツション材を
設けるためコスドアツブとなる、などの問題がある。

本発明は、上記の如き問題点に鑑み、内燃機関において
排ガス浄化用触媒担体、ディーゼルパティキュレート捕
集用フィルター等として使用する三次元網状構造多孔セ
ラミック体において、多孔セラミック体を金属ケースに
保持するために無効なスキン層やクツション材部を必要
とせず触媒担体やフィルターとしての有効体積を増大し
た三次元網状構造多孔セラミック体を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕上記目的を達
成するために、本発明は、三次元網状構造を有する多孔
セラミック体の所定の外周部にスキン層を有し、該スキ
ン層は内部連通空間を有する無機繊維質より成り、かつ
上記多孔セラミック体と一体に焼成されて成ることを特
徴とする多孔セラミック体を提供する。

本発明では、スキン層を従来の緻密なセラミック層から
ガス連通性のある無機繊維質の積層構造とし、三次元網
状構造の多孔セラミック体と同様な機能部たせることを
可能とした。これによりスキン層に対応する体積だけ実
質的に機能部を拡大することが可能となった。また、無
機不織布などの繊維質により構成されるスキン層のクツ
ション性により金属ケースへの直接保持が可能となるこ
とから、従来必要としたクツション材が不必要となり、
このクツション材に相当する体積だけさらに実質的に機
能部を拡大することが可能となった。

本発明の多孔質セラミックス構造体の形状例としては、
例えば第１図に示すごとき円筒形状のもの、第２図に示
すように多数の流体通路を有し、その互いに隣接した通
路の入口側、出口側が交互に閉鎖され、隔壁を経て一方
の通路から他方の通路へ流体を流すようにした形状など
種々の形状が適用できる。

本発明において、多孔質セラミックス構造体の材質とし
ては、コージェライト、アルミナ、ムライト、β−スポ
ジューメン、窒化珪素、炭化珪素等の慣用のもののいず
れをも用いることができる。

本発明において、スキン層を構成する無機繊維質として
は、アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、などを用いる
ことができるが、これらに限定されない。典型的には無
機繊維質の不織布を多孔セラミック体に後記手法により
焼成一体化するが、有機繊維質にセラミックスラリ−を
含浸したものを、（多孔セラミック体又は焼成して多孔
セラミック体になるべくプラスチックフオームにセラミ
ックスラリ−を含浸したものなどに付着させ）、焼成し
て有機質が飛散した後に無機質が繊維状に残るようにし
て得てもよい。

本発明の無機繊維質スキン層を有する多孔セラミック体
の製造は、慣用の方法で多孔セラミック体を作製した後
、無機繊維層又は有機繊維層にセラミックスラリ−を含
浸したものを多孔セラミック体に付着し、焼成すること
によって、無機繊維層又は有機繊維層が消失してセラミ
ックスラリ−が繊維化した層を多孔セラミック体に一体
化することができる。あるいは、上記のセラミックを含
浸した無機又は有機繊維質層を付着するときに、多孔セ
ラミック体ではなく焼成して多孔セラミック体になる状
態のもの、例えば、プラスチックフオームにセラミック
スラリ−を含浸し乾燥した段階のものに付着し、その後
の焼成によって多孔セラミック体の作製と、無機繊維質
層の焼成及び多孔セラミック体への付着を一度の焼成で
行なってもよい。

スキン層の厚みは０．１〜４Ｍ＠、より好ましくは０．
５〜３ｆｌの範囲が好ましい。また、スキン層の空間密
度は４０〜９０ｖｏｌχの範囲が好ましい。

本発明の多孔セラミック体を触媒担体として使用する場
合には、慣用の方法で触媒を多孔セラミック体全体に担
持すればよい。

本発明の多孔セラミック体の金属ケースへの取付けはス
キン層のクツション性を利用して、金属ケース内に直接
圧着して保持する。よってケース保持された状態で、多
孔セラミック体のスキン層の外周近傍部は他の部分に比
べて繊維密度が高くなる。金属ケースは二分割タイプで
セラミック体を保持した後、外周部より圧力を加えるこ
とが可能な構造のものが適する。これによって排ガスが
多孔セラミック体外へ逃れることはない。というのは多
孔セラミック体の保持が直接ケースに行なわれることか
ら排ガスが逃げる空間が存在しないからである。

〔実施例〕

第１図は本発明の多孔セラミック体の実施例を示し、第
１図（ア）は斜視図、第１図（イ）は第１図（ア）の多
孔セラミック体の外周部付近の一部拡大断面図である。

この多孔セラミック体は円筒状であり、多孔セラミック
体本体１の外周部に無機繊維質からなるスキンＮ２が一
体に焼成して形成されている。

この多孔セラミック体は次のようにして作製する。

先ず、気泡膜を除去した連通気孔を有するポリウレタン
フォームのバルブを用意し、このポリウレタンフォーム
にセラミックスラリ−を含浸させ、エアガンや遠心分離
装置を用いて余分なスラリーを除去した後、５０〜１２
０℃で乾燥する。

一方、スキン層２は、無機質より成る例えばアルミナの
不織布にセラミックスラリ−を含浸し、これを前述の多
孔セラミック体の元となる乾燥品に巻き付けた後、５０
〜１２０℃で乾燥する。

その後、１３００〜１４５０℃で約７時間焼成すること
によって三次元網目状構造を有する多孔質セラミックス
構造体を得る。

なお、ここで、スラリーの原料は、焼成によりコーディ
エライト組織となる酸化マグネシウム（Ｍｇｏ）　、ア
ルミナ（八ｌ　ｔ’ｓ）、シリカ（Ｓｉｆｔ）を含む混
合粉末、あるいは上記混合粉末を加熱してコーディエラ
イト系セラミックとし、これを粉末化した合成コーディ
エライト粉末に対して、メチルセルロース、ポリビニル
アルコール等のバインダ５／１０ｗｔ％、界面活性剤、
分散剤等を２〜３ｗｔ％、水５０〜１００　ｗｔ％を加
え攪拌混合したものである。

次に、このようにして作製した本発明の多孔セラミック
体を触媒担体として用いた場合の効果について説明する
。

従来品としては、体格形状直径１０７鶴、長さ７８ｍｍ
の円柱形状セラミック体で、多孔セラミック部は三次元
網状構造の８　ｃｅｌｌ／　１ｎｃｈのセルで樽成し、
外周より厚さ２．５〜３ｆｌに渡って緻密なセラミック
層を形成したものである。多孔セラミック部には１４０
　ｇ　／　１の活性アルミナと１．２ｇ／ｊ！の貴金属
触媒を担持した。これを内径ＩＩＩ　ｎの浄化性能評価
用ケース内にクツション材を介して固定した。

一方、本発明品は、体格形状直径１１３ｎ、長さ７８ｍ
の円柱形状セラミック体で、内部は従来品と同様な構成
とし、外周より厚さ２．５〜３ｆｌに渡って内部連通性
を有する無機繊維層で構成した。

構造体全体に１４０　ｇ　／　１の活性アルミナと１．
２ｇ／ｌの貴金属触媒を担持した。これを内径１口重の
評価用ケース内に無機繊維層を圧着する形で直接固定し
た。

本発明品と従来品の触媒担体として機能する部分の体積
を比較すると、本発明品の方がおよそ２０％の増加であ
る。

上記担体の浄化性能について実際のエンジンを用いて評
価した。

排気１２ｆｆｉのエンジンを用い、吸入空気量を１、ｌ
ｒｄ／ｌ１ｉｎに設定し、触媒担体入口ガス温度を２０
０〜４５０℃まで変化させて、排気ガス成分の浄化率を
測定した。一般に、排気ガス中の有害成分としてＨＣ（
炭化水素）、ＣＯ，ＮＯｘの三種類があるが、その浄化
率の挙動変化、担体間の相対的な序列に差は生じない。

そこで、第３図に排気ガス温度とＮＯｘ浄化率の関係を
例として示す。第２図より、本発明品は浄化性能、特に
低温活性において従来品より優れていることが明確に示
されている。

これは、本発明品の体積増大効果による実質的な空間速
度の低下が大きな役割を果していると考えられる。

本発明品の効果は性能面のみならず、コスト面において
も見られる。従来の多孔セラミック体の外周部に緻密な
セラミック層を形成するために高粘度セラミックスラリ
−を押し込み、塗り込みする工程が、本発明では、母材
となる層状繊維質の巻き付けと低粘度スラリーの含浸の
工程に代わる結果、一体成形も可能となり、コスト的に
有利になる。さらに、ケーシング時に直接ケースに保持
するのでクツション材が不用となること、ケーシング自
体が簡略化されることなどによってもコスト的に有利と
なる。

また、多孔セラミック体とスキン層を一体として焼成す
るので両者間の結合が強固となり、ケース内に構造体を
保持した場合に構造体がクツション材から離脱するとい
う従来品の問題点も解決され、この点でも有利である。

上記実施例のほか、構造体の製法として、三次元網状構
造の母材となる有機発泡体の外周に無機質の不織布を巻
き付は固定した後、本体とスキン層の含浸を行ない、上
記実施例と同様の構造体を得ることもできる。

また、スキン層の母材として上記実施例ではアルミナを
用いたが、基本的にはスキン層を本体と同時に焼成して
もスキン層の溶解、変形を招かない材料を用いれば良い
。例えば、本体を構成するセラミック材より融点の高い
もの、逆に融解しても繊維の表面に付着したセラミック
材に吸収され構成素材の一部となり得るものを用いるこ
とができる。

さらにスキン層の母材として焼成時に熱変形のない様な
有機質の不織布、例えばレーヨン等を用いても良い。

本発明において、上記樹脂発泡体は好ましい実施例では
ポリウレタンフォームが使われるが、ポリ塩化ビニルフ
オーム、ポリエチレンフオーム等種々の熱可塑性フオー
ム、熱硬化性フオームを用いることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、多孔セラミック体のスキン層自体を無
機繊維層で形成することにより、別途にクツション材を
必要とせず、かつスキン層自体も触媒担体又はフィルタ
一部として利用できるので、触媒担体又はフィルターと
しての有効体積が太きく増大する。しかも、製造コスト
も従来品より低減でき、また多孔セラミック部と無機繊
維層との結合も従来の多孔セラミック部とクツション材
との接合より強固になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の円柱形多孔セラミック体の斜
視図と一部拡大断面図、第２図は本発明の別の実施例の
多孔セラミック体の模式断面図、第３図は本発明品と従
来品を排ガス浄化触媒担体として用いた場合の性能比較
グラフである。 １・・・多孔セラミック本体、　２・・・スキン層。 実施例（１） 第１図 １・・・多孔セラミック部 ２１９．無機繊維質スキン層 フ 実施例（２） 俸２ＷＪ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、三次元網状構造を有する多孔セラミック体の所定の
   外周部にスキン層を有し、該スキン層は内部連通空間を
   有する無機繊維質より成り、かつ上記多孔セラミック体
   と一体に焼成されて成ることを特徴とする多孔セラミッ
   ク体。