[发明专利]陶瓷蜂巢式结构件

说明书

本申请是分案申请，其母案申请的申请号：02152473.4，申请日：2002.12.3，发明名称：陶瓷蜂巢式过滤器及其结构件

技术领域

本发明涉及一种对汽车废气、尤其是对包含在从柴油发动机排出的废气中的微粒子进行收集的陶瓷蜂巢式过滤器以及用于它的陶瓷蜂巢式结构件。

背景技术

为了除去在从柴油发动机排出的废气中的以碳为主要成分的微粒子，使用有把多孔质陶瓷蜂巢式结构件的两端交替封住的陶瓷蜂巢式过滤器。

如图1所示，陶瓷蜂巢式结构件1为接近圆筒形(包括截面为椭圆形)，并在外周壁2的内侧具有隔壁3，而且还具有由隔壁围出的多个单元(流路)4。另外，如图2(b)所示，流路4的两端用封堵件5a、5b交替封住。

用蜂巢式过滤器10如图2(b)所示那样进行废气净化。废气20a流入到过滤器10的流路4，经过多孔质隔壁3的细孔从相邻接的流路4如20b所示那样排出。包含在废气中的微粒子在经过隔壁3的细孔时被收集。另外，在流出端一侧的各封堵件5的内面上，积蓄着微粒子30。由于当被收集在流路4上的微粒子超过允许水准时过滤器10就会发生堵塞，所以用燃烧炉或电加热器使其燃烧，对过滤器10进行再生。

对于这样的微粒子收集用过滤器，压力损失、微粒子收集效率、耐损坏性以及耐溶损性等的过滤器特性是很重要的。虽然压力损失能够通过加大隔壁的气孔率或气孔尺寸、减小废气阻力而降低，但是如果加大隔壁的气孔率，则会降低隔壁的强度，从而降低过滤器的耐损坏性。而且，在蜂巢式过滤器的两端设置封堵件，这样不仅会使压力损失上升，而且还会降低耐热冲击性。因此很难同时满足压力损失和耐损坏性的两个必要条件。

在特开平7-332064号中已公开了一种方法，即，为了防止因封堵件而使陶瓷蜂巢式过滤器的压力损失上升、将废气流出侧的封堵件的细孔以三维地链式连接，把其气孔率设定为是隔壁气孔率的110～140％。但是，在特开平7-332064号公开的陶瓷蜂巢式结构件，如其实施例所记述的，由于气孔率为45％、很小，而且封堵件的气孔率也在40～65％、很小，所以存在陶瓷蜂巢式过滤器的压力损失大的问题。另外，由于在流出侧的封堵件上有气孔，而在流入侧的封堵件上没有气孔，所以废气不能通过流入侧的封堵件，降低压力损失的效果也就不充分。

在特开平8-281034号中公开了在再生时的热冲击集中于蜂巢式过滤器的隔壁的未封堵区域和封堵区域的交界处，以及为了防止因热冲击而造成的蜂巢式过滤器的损坏，必须不将其交界(根据封堵的深度)连续成一直线状的内容。但是，蜂巢式过滤器的封堵深度如果不均匀，则在封堵深度大的地方过滤器的有效面积就变小、而压力损失就会变大。另外，封堵深度如果不均匀，则对于每个产品的过滤面积就有误差，存在蜂巢式过滤器质量不稳定的问题。而且，由于在封堵深度小的地方封堵件与隔壁的结合强度小，所以因由废气所产生的压力或热冲击会将封堵件剥落。

一般的陶瓷蜂巢式结构件，如图11(a)及(b)所示，具有正方形的单元(流路)，在陶瓷蜂巢式结构件内隔壁的厚度实质上是均匀的。具有这样结构的陶瓷蜂巢式结构件，在平行于隔壁的方向上具有高强度，但在相对于隔壁的倾斜方向上强度较低。因此，在使用催化剂转换器或微粒子收集用过滤器时，有如图6所示的因热冲击和热应力而在隔壁交叉部发生裂纹13、在单元的对角线方向发生破坏的情况。

为了解决这样的缺陷，在特开昭55-147154号中公开了通过把外周壁附近的隔壁形成得比内部的隔壁厚来提高陶瓷蜂巢式结构件整体的强度的技术。但是，在陶瓷蜂巢式结构件的中心部，由于隔壁不厚，所以隔壁交叉部的强度均匀，在隔壁交叉部产生的裂纹链式地向中心部内传播。

在特公昭51-20435号中公开了为了防止在应力集中的隔壁交叉部产生裂纹、或在废气流动差的流路的角部(面对隔壁交叉部的面)催化反应效率低，而把隔壁交叉部扩大为圆弧形或直线形的内容。但是，由于隔壁交叉部的强度陶瓷蜂巢式结构件内是均匀的，所以因热冲击和热应力而发生裂纹在隔壁交叉部链式地传播。

在特开昭61-129015号中公开了一种隔壁的细孔由孔径为5～40μm的小孔和孔径为40～100μm的大孔组成并且小孔数是大孔数的5～40倍的废气净化用过滤器。虽然没有记载气孔率，但累计细孔容积为0.3～0.7cm³/g，所以，如果把堇青石的真实比重设为2.5，则气孔率为43～64％。

在特公昭61-54750号中公开了通过对开口孔隙率和平均孔径的控制能够设计出从高收集率式到低收集率式的过滤器。被记载的最合适的气孔率范围为33～90％。