JPH0710748B2 - 多孔セラミック体 - Google Patents

多孔セラミック体

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JPH0710748B2
JPH0710748B2 JP62330136A JP33013687A JPH0710748B2 JP H0710748 B2 JPH0710748 B2 JP H0710748B2 JP 62330136 A JP62330136 A JP 62330136A JP 33013687 A JP33013687 A JP 33013687A JP H0710748 B2 JPH0710748 B2 JP H0710748B2
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porous ceramic
ceramic body
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porous
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康直 三浦
均 吉田
和幸 伊藤
伸一 松本
昌隆 川端
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/4596Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with fibrous materials or whiskers

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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は排気ガス
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
ッ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58-42
418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、
クッ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ッション材を設
けるためコストアップとなる、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ッ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、多孔セラミック
体の所定の最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、多孔セラ
ミック体と同様な機能持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ッション性により金
属ケースへの直接保持が可能となることから、従来必要
としたクッション材が不必要となり、このクッション材
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。有機繊維質にセラミックスラリーを含
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ォームにセラミッ
クスラリー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、プラスチックフォームにセラミックスラリーを
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0.1〜4mm、より好ましくは0.5〜3mmの
範囲が好ましい。また、スキン層の空間密度は40〜90vo
l%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
キン層のクッ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の最外周部に無機質繊維からなるスキン層2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
フォームのバルクを用意し、このポリウレタンフォーム
にセラミックスラリーを含浸させ、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、50〜120℃
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ーを含浸し、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(Al2O3)、シリカ(SiO2)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50〜100wt%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107mm、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8cell/inchのセルで構成し、外周より厚さ2.5〜3mm
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140g/l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111mmの浄化性能評価
用ケース内にクッ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113mm、長さ78mm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2.5〜3mm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140g/l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111m
m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%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。
排気量2lのエンジンを用い、吸入空気量を1.1m3/minに
設定し、触媒担体入口ガス温度を200〜450℃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
ーを押し込み、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
するのでクッ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ッ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
き付け固定した後、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。
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
ォーム、ポリエチレンフォーム等種々の熱可塑性フォー
ム、熱硬化性フォ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、別途にクッション材を
必要とせず、かつスキン層自体も触媒担体又はフィルタ
ー部として利用できるので、触媒担体又はフィルターと
しての有効体積が大きく増大する。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ッション材
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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 和幸 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 松本 伸一 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 川端 昌隆 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】三次元網状構造を有する多孔セラミック体
    の所定の最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。
JP62330136A 1987-12-28 1987-12-28 多孔セラミック体 Expired - Lifetime JPH0710748B2 (ja)

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