專利名稱：蜂窩結(jié)構(gòu)體、蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法以及廢氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請要求享有作為在先申請的2004年4月5號提交的日本專利申請2004-111430號的優(yōu)先權(quán)。
本發(fā)明涉及蜂窩結(jié)構(gòu)體、蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法以及廢氣凈化裝置。
背景技術(shù)：
從汽車、公共汽車、卡車等車輛和施工機(jī)器等的內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣中含有的顆粒會對環(huán)境和人體造成危害，這已經(jīng)成為了近來的一個問題。
現(xiàn)已提出了多種蜂窩過濾器，這些蜂窩過濾器利用使所述廢氣通過多孔陶瓷而捕集廢氣中的顆粒，以凈化廢氣。
圖9(a)是這種蜂窩過濾器的一個實例的立體示意圖，圖9(b)是圖9(a)所示的蜂窩過濾器的截面圖。另外，圖10(a)是構(gòu)成圖9所示的蜂窩過濾器的多孔陶瓷部件的一個實例的立體示意圖，圖10(b)是沿圖10(a)的A-A線截取的截面圖。
如圖9(a)所示，現(xiàn)有的蜂窩過濾器90中，多孔陶瓷部件95由碳化硅等構(gòu)成，通過密封材料層91將多個多孔陶瓷部件95結(jié)合構(gòu)成陶瓷構(gòu)件93，并且在該陶瓷構(gòu)件93的外周形成密封材料層92。
另外，如圖10(a)以及圖10(b)所示，在該多孔陶瓷部件95中，大量貫通孔96在長度方向上平行設(shè)置，分隔貫通孔96的間隔壁98具有過濾器的功能。即，如圖10(b)所示，在多孔陶瓷部件95中形成的各個貫通孔96在其廢氣入口側(cè)或出口側(cè)中任意一側(cè)的端部由封孔材97封孔，這樣使得流入一個貫通孔96的廢氣必須穿過分隔貫通孔96的間隔壁98之后，才能從其他的貫通孔96流出。
廢氣凈化裝置中，將具有這種結(jié)構(gòu)的蜂窩過濾器90通過墊狀保持密封材料而設(shè)置在與內(nèi)燃機(jī)的排氣通路連接的殼體內(nèi)，從內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣中的顆粒穿過該蜂窩過濾器90時由間隔壁98捕集，從而使廢氣得以凈化。
不過，在具有上述結(jié)構(gòu)的廢氣凈化裝置中，蜂窩過濾器通過墊狀保持密封材料而設(shè)置在殼體內(nèi)，該蜂窩過濾器如圖9(b)所示，在陶瓷構(gòu)件93的外周面上形成密封材料層92，并且該陶瓷構(gòu)件93垂直于長度方向的截面的形狀大致近似于正圓形。因此，隨著廢氣中的顆粒被捕集的量增多，存在蜂窩過濾器的廢氣流入側(cè)的端面所承受的壓力變大的情況，另外，受熱而升至高溫時殼體的膨脹尺寸比蜂窩過濾器的膨脹尺寸大，此時存在上述殼體內(nèi)由墊狀保持密封材料產(chǎn)生的對蜂窩過濾器的夾持力下降的情況，上述情況會導(dǎo)致蜂窩過濾器在殼體內(nèi)發(fā)生位移。
如果蜂窩過濾器在殼體內(nèi)發(fā)生上述位移，蜂窩過濾器的長度方向會變得不再與廢氣流通方向平行，這會導(dǎo)致顆粒捕集效率下降，或者有時導(dǎo)致蜂窩過濾器和殼體接觸，從而在蜂窩過濾器中產(chǎn)生裂紋。此外，墊狀保持密封材料可能會下垂在蜂窩過濾器的廢氣流入側(cè)端面上而將該端面上露出的貫通孔堵住，這也會導(dǎo)致廢氣的凈化效率下降。
因此，為了防止蜂窩過濾器在殼體內(nèi)發(fā)生位移，在將蜂窩過濾器通過墊狀保持密封材料設(shè)置在殼體內(nèi)時考慮了如下的方法在對該蜂窩過濾器外周施加相當(dāng)高的壓力的情況下，將該蜂窩過濾器設(shè)置在上述殼體內(nèi)。不過，這樣的方法存在下述問題，上述墊狀保持密封材料產(chǎn)生的壓力會使上述蜂窩過濾器發(fā)生裂紋，或者使作業(yè)變得困難，促使生產(chǎn)性下降而導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上的不利。
針對這種情況，專利文獻(xiàn)1公開了一種蜂窩結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體通過將其截面形狀從正圓形改變?yōu)楸馄綘钜哉{(diào)整圓形度，以此提高對蜂窩結(jié)構(gòu)體的夾持力。另外，專利文獻(xiàn)2中，公開了一種蜂窩結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體通過在其外周形成凹凸，對圓形度進(jìn)行了調(diào)整。這些蜂窩結(jié)構(gòu)體作為廢氣凈化裝置通過墊狀保持密封材料而設(shè)置在殼體內(nèi)時，上述墊狀保持密封材料以填充的方式勒進(jìn)上述蜂窩結(jié)構(gòu)體外周部分上的凹陷部分，由此提高上述蜂窩結(jié)構(gòu)體在上述殼體內(nèi)的夾持力，該夾持力可以使上述蜂窩結(jié)構(gòu)體在該殼體內(nèi)幾乎不發(fā)生位移，由此提高蜂窩結(jié)構(gòu)體的保持穩(wěn)定性。
但是，對于在陶瓷構(gòu)件上形成有密封材料層(涂布層)的蜂窩結(jié)構(gòu)體，通過單純在外部形成凹凸層來調(diào)整外周部時，即使提高了夾持力，也會因該蜂窩結(jié)構(gòu)體使用時的熱應(yīng)力等而產(chǎn)生裂紋。
針對這種情況，專利文獻(xiàn)3公開了一種蜂窩結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體通過將在貫通孔的傾斜部分的粘合層設(shè)定得較厚來提高等壓強(qiáng)度。
不過，專利文獻(xiàn)3中，形成密封材料層(涂布層)之后的陶瓷結(jié)構(gòu)體的外表面上沒有凹凸。已發(fā)現(xiàn)，在沒有凹凸的情況下，裂紋的產(chǎn)生與陶瓷結(jié)構(gòu)體的位置沒有關(guān)系，而是取決于密封材料的厚度。
另外，以往制造具有由多個多孔陶瓷部件通過密封材料層結(jié)合在一起而形成的結(jié)構(gòu)的蜂窩結(jié)構(gòu)體的方法中，首先使用含有陶瓷材料的混合組合物進(jìn)行擠出成型，通過所述擠出成型制成棱柱狀陶瓷成型體，對該陶瓷成型體進(jìn)行干燥、脫脂和燒制，從而制成多孔陶瓷部件。
然后，在通過密封材料糊料將上述多孔陶瓷部件組裝成棱柱狀的陶瓷層積體之后，對該陶瓷層積體實施外周加工以對該陶瓷層積體的外周進(jìn)行切削，制成規(guī)定大小的陶瓷構(gòu)件，并且根據(jù)需要，在該陶瓷構(gòu)件的外周均勻地涂覆密封材料糊料，并干燥該密封材料糊料，從而形成密封材料層(涂布層)。
因此，現(xiàn)有的這種蜂窩結(jié)構(gòu)體制造方法中，在制作上述陶瓷構(gòu)件時要對本身是脆性材料的陶瓷實施切削加工，所以，上述陶瓷構(gòu)件的外周面容易出現(xiàn)缺損。
此外，因為通過外周加工來制作近似圓柱狀的陶瓷構(gòu)件，所以當(dāng)求出所獲得的陶瓷構(gòu)件上由垂直于其長度方向的多個截面的輪廓描繪出的各自截面曲線上的重心時，各截面曲線上的重心位于與上述陶瓷構(gòu)件的長度方向平行的直線上。因此，例如當(dāng)在上述蜂窩結(jié)構(gòu)體的規(guī)定的貫通孔設(shè)置封孔材以制成像圖9所示的蜂窩過濾器90那樣的廢氣凈化用蜂窩過濾器，并且將該蜂窩結(jié)構(gòu)體通過使用墊狀保持密封材料等安裝在殼體內(nèi)作為廢氣凈化裝置時，在廢氣等從該蜂窩結(jié)構(gòu)體的一個端面?zhèn)仁┘訅毫Φ那闆r下，上述蜂窩結(jié)構(gòu)體有時會發(fā)生偏移或脫落，因此上述蜂窩結(jié)構(gòu)體的沖壓強(qiáng)度(push-out strength)不是十分出色。
專利文獻(xiàn)1特開2003-262118號公報專利文獻(xiàn)2特開2001-329836號公報專利文獻(xiàn)3特開2003-260322號公報發(fā)明內(nèi)容發(fā)明解決的課題本發(fā)明是為解決這些問題而提出的，其目的在于，提供一種蜂窩結(jié)構(gòu)體及其制造方法、以及耐久性優(yōu)異的廢氣凈化裝置，所述蜂窩結(jié)構(gòu)體具有高機(jī)械強(qiáng)度，即使產(chǎn)生熱應(yīng)力也不會出現(xiàn)裂紋，同時，即使其外周面承受大的壓力的情況下，也不易產(chǎn)生裂紋或被破壞，耐久性優(yōu)異，并且沖壓強(qiáng)度優(yōu)異。
解決這個課題的方法本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，由隔著壁部在長度方向平行設(shè)置有大量貫通孔的多孔陶瓷組成柱狀陶瓷構(gòu)件，所述柱狀陶瓷構(gòu)件在外周部設(shè)有密封材料，而且上述蜂窩結(jié)構(gòu)體以及上述柱狀陶瓷構(gòu)件在它們各自的外周面上均形成有凹凸；該蜂窩結(jié)構(gòu)體的特征在于，基于構(gòu)成上述蜂窩結(jié)構(gòu)體垂直于長度方向的截面的輪廓的點，通過最小二乘法求出最小二乘曲線，將其重心定義為c1，將以c1為重心且與上述最小二乘曲線同心的最小外接曲線與重心c1的距離定義為D1，將以c1為重心且與上述最小二乘曲線同心的最大內(nèi)接曲線與重心c1的距離定義為D2，并定義M1＝D1-D2，此時0.3mm≤M1；并且，基于構(gòu)成上述陶瓷構(gòu)件垂直于長度方向的截面的輪廓的點，通過最小二乘法求出最小二乘曲線，將其重心定義為c2，將以c2為重心且與上述最小二乘曲線同心的最小外接曲線與重心c2的距離定義為D2，將以c2為重心且與上述最小二乘曲線同心的最大內(nèi)接曲線與重心c2的距離定義為D4，并定義M2＝D3-D4，此時0.5mm≤M2≤7.0mm。
上述蜂窩結(jié)構(gòu)體優(yōu)選上述M1小于等于3.0mm。
上述蜂窩結(jié)構(gòu)體優(yōu)選重心c1和重心c2不一致，此時，重心c1和重心c2的距離優(yōu)選是0.1mm～10.0mm。
上述蜂窩結(jié)構(gòu)體中，在上述陶瓷構(gòu)件的長度方向上至少3處分別求出最小二乘曲線的重心c2時，優(yōu)選這些重心c2不在平行于上述陶瓷構(gòu)件長度方向的直線上；在上述蜂窩結(jié)構(gòu)體的長度方向上至少3處分別求出作為最小二乘曲線的重心c1時，優(yōu)選這些重心c1不在平行于上述蜂窩結(jié)構(gòu)體的長度方向的直線上。
在上述蜂窩結(jié)構(gòu)體中，上述陶瓷構(gòu)件優(yōu)選是通過結(jié)合多個多孔陶瓷部件構(gòu)成的，上述多孔陶瓷部件均優(yōu)選由碳化硅類陶瓷組成。
上述蜂窩結(jié)構(gòu)體中，優(yōu)選負(fù)載有催化劑，上述貫通孔優(yōu)選有一端部被封閉。
第一方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體制造方法是下述結(jié)構(gòu)的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，所述蜂窩結(jié)構(gòu)體具有柱狀陶瓷構(gòu)件，該柱狀陶瓷構(gòu)件中，多個多孔陶瓷部件通過密封材料層結(jié)合在一起，所述多孔陶瓷部件包括隔著間隔壁在長度方向上平行設(shè)置的大量貫通孔；所述制造方法的特征在于，該方法包括以下工序?qū)⒑袠?gòu)成上述多孔陶瓷部件的陶瓷材料的陶瓷成型體干燥，對通過所述干燥得到的陶瓷干燥體進(jìn)行外周加工，從而制得形狀各異的多種陶瓷干燥體。
第二方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體制造方法是下述結(jié)構(gòu)的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，所述蜂窩結(jié)構(gòu)體具有柱狀陶瓷構(gòu)件，該柱狀陶瓷構(gòu)件中，多個多孔陶瓷部件通過密封材料層結(jié)合在一起，所述多孔陶瓷部件包括隔著間隔壁在長度方向上平行設(shè)置的大量貫通孔；所述制造方法的特征在于，該方法包括通過擠出成型法來制作具有不同截面形狀的多種陶瓷成型體的工序。
本發(fā)明的廢氣凈化裝置的特征在于，上述蜂窩結(jié)構(gòu)體通過墊狀保持密封材料設(shè)置在與內(nèi)燃機(jī)的排氣通路連接的殼體內(nèi)。
上述廢氣凈化裝置中，上述墊狀保持密封材料優(yōu)選是無膨脹陶瓷纖維墊片。
發(fā)明效果本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體耐熱沖擊的強(qiáng)度大(耐久性大)，即使其外周面受到高壓時，也不易產(chǎn)生裂紋或被破壞，耐久性優(yōu)異。
另外，重心c1和重心c2不一致的蜂窩結(jié)構(gòu)體(以下稱作重心不一致型蜂窩結(jié)構(gòu)體)的沖壓強(qiáng)度大，即使它作為廢氣凈化裝置通過墊狀保持密封材料等安裝在殼體內(nèi)，在長時間作為催化轉(zhuǎn)化器或蜂窩過濾器使用的情況下(受到熱沖擊的情況下)，也不會出現(xiàn)晃動的情況，耐久性優(yōu)異。
此外，以下的蜂窩結(jié)構(gòu)體是沖壓強(qiáng)度和耐久性優(yōu)異的蜂窩結(jié)構(gòu)體在上述陶瓷構(gòu)件的長度方向上至少3處分別求出最小二乘曲線的重心c2時，這些重心c2不在平行于上述陶瓷構(gòu)件長度方向的直線上；或者蜂窩結(jié)構(gòu)體在上述蜂窩結(jié)構(gòu)體的長度方向上至少3處分別求出最小二乘曲線的重心c1時，這些重心c1不在平行于上述蜂窩結(jié)構(gòu)體的長度方向的直線上(以下稱微小彎曲型蜂窩結(jié)構(gòu)體)。
采用第一方案以及第二方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法時，由于沒有對本身是脆性材料的陶瓷進(jìn)行切削加工，所以制作蜂窩結(jié)構(gòu)體時，可以不在上述陶瓷構(gòu)件的外周產(chǎn)生缺損。另外，可以制作包含具有以下結(jié)構(gòu)的陶瓷構(gòu)件的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體外周面形成有凹凸，而且多個多孔陶瓷部件通過粘合劑層結(jié)合在一起。
本發(fā)明的廢氣凈化裝置中使用了本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體，所以等壓強(qiáng)度以及沖壓強(qiáng)度出色，同時即使長期使用，也不會出現(xiàn)導(dǎo)致蜂窩結(jié)構(gòu)體晃動的情況，耐熱沖擊的強(qiáng)度優(yōu)異。


圖1是表示本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的一個實例的立體示意圖。
圖2(a)～圖2(c)是表示構(gòu)成本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的多孔陶瓷部件的一個實例的立體示意圖。
圖3是表示本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的另一實例的立體示意圖。
圖4(a)是說明通過在二維座標(biāo)中標(biāo)示上述陶瓷構(gòu)件的截面的輪廓上的點的位置數(shù)據(jù)而描繪出的曲線的一個實例的圖；圖4(b)表示的是使用圖4(a)中所示的位置數(shù)據(jù)根據(jù)最小二乘法繪出的最小二乘曲線的實例以及基于JISB06210對該最小二乘曲線求取正圓度時用于生成最小區(qū)域的兩個圓的實例。
圖5(a)是示意性地表示作為本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的集合體型蜂窩結(jié)構(gòu)體的另一個實例的正視圖；圖5(b)是示意性地表示作為本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的一體型蜂窩結(jié)構(gòu)體的另一個實例的正視圖。
圖6(a)是表示本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的另一實例的立體示意圖；圖6(b)是表示根據(jù)在圖6(a)所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體的A、B以及C處截取的垂直于陶瓷構(gòu)件長度方向的截面輪廓而描繪出的截面曲線的立體示意圖。
圖7是表示本發(fā)明的廢氣凈化裝置的一個實例的截面示意圖。
圖8(a)是表示圖7所示的廢氣凈化裝置中卷有墊狀保持密封材料的蜂窩結(jié)構(gòu)體的實例的立體示意圖；圖8(b)是圖8(a)中所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體的局部放大截面圖。
圖9是表示現(xiàn)有蜂窩過濾器的實例的立體示意圖。
圖10(a)是表示構(gòu)成現(xiàn)有蜂窩過濾器的多孔陶瓷部件的實例的立體示意圖；圖10(b)是沿圖10(a)的A-A線截取的截面圖。
圖11是說明實施例12～19結(jié)果的圖表。
圖12是說明實施例20～27結(jié)果的圖表。
符號說明10、30、50、60、500陶瓷結(jié)構(gòu)體11、61密封材料(粘合劑)層20、200、210、65多孔陶瓷部件21、31、201、211貫通孔22、32、202、212壁部具體實施方式
下面參照附圖對本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體、蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法以及廢氣凈化裝置進(jìn)行說明。
首先，對本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體進(jìn)行說明。
本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，由隔著壁部在長度方向平行地設(shè)置有大量貫通孔的多孔陶瓷組成柱狀陶瓷構(gòu)件，所述柱狀陶瓷構(gòu)件在外周部設(shè)有密封材料，而且上述蜂窩結(jié)構(gòu)體以及上述陶瓷構(gòu)件在它們各自的外周面上均形成有凹凸；該蜂窩結(jié)構(gòu)體的特征在于，基于構(gòu)成上述蜂窩結(jié)構(gòu)體垂直于長度方向的截面的輪廓的點，通過最小二乘法求出最小二乘曲線，將其重心定義為c1，將以c1為重心且與上述最小二乘曲線同心的最小外接曲線與重心c1的距離定義為D1，將以c1為重心且與上述最小二乘曲線同心的最大內(nèi)接曲線與重心c1的距離定義為D2，并定義M1＝D1-D2，此時0.3mm≤M1；并且，基于構(gòu)成上述陶瓷構(gòu)件垂直于長度方向的截面的輪廓的點，通過最小二乘法求出最小二乘曲線，將其重心定義為c2，將以c2為重心且與上述最小二乘曲線同心的最小外接曲線與重心c2的距離定義為D2，將以c2為重心且與上述最小二乘曲線同心的最大內(nèi)接曲線與重心c2的距離定義為D4，并定義M2＝D3-D4，此時0.5mm≤M2≤7.0mm。
本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中具有柱狀的陶瓷構(gòu)件，該陶瓷構(gòu)件由隔著壁部在長度方向平行設(shè)置有大量貫通孔的多孔質(zhì)陶瓷組成，并且，上述陶瓷構(gòu)件可以是通過密封材料層將多個柱狀多孔陶瓷部件結(jié)合在一起而構(gòu)成的陶瓷構(gòu)件，所述多孔陶瓷部件均包含隔著間隔壁在長度方向平行設(shè)置的大量貫通孔(以下也將包含具有上述結(jié)構(gòu)的陶瓷構(gòu)件的蜂窩結(jié)構(gòu)體(構(gòu)件)稱作集合體型蜂窩結(jié)構(gòu)體(構(gòu)件))，也可以由以一體化燒結(jié)形成的陶瓷部件構(gòu)成(以下也將包含具有上述結(jié)構(gòu)的陶瓷構(gòu)件的蜂窩結(jié)構(gòu)體(構(gòu)件)稱作一體型蜂窩結(jié)構(gòu)體(構(gòu)件))。
本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，陶瓷構(gòu)件是上述集合體型陶瓷構(gòu)件時，壁部由隔開多孔陶瓷部件中的貫通孔的間隔壁、多孔陶瓷部件的外壁以及多孔陶瓷部件之間的密封材料層(優(yōu)選具有粘合劑功能)構(gòu)成，另一方面，上述陶瓷構(gòu)件是上述一體型陶瓷構(gòu)件時，壁部只由間隔壁一種構(gòu)成。
圖1是本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中使用的集合體型陶瓷構(gòu)件的一個實例的立體示意圖；圖2(a)～圖2(c)是多孔陶瓷部件的一個實例的立體示意圖，該多孔陶瓷部件構(gòu)成圖1所示的陶瓷構(gòu)件。
如圖1所示，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體10中，形狀各異的多個多孔陶瓷部件20、200、210分別通過密封材料層11結(jié)合在一起，構(gòu)成近似圓柱狀的陶瓷構(gòu)件，并且雖然圖1中沒有指出，但在上述陶瓷構(gòu)件的外周面形成有凹凸。
構(gòu)成這種蜂窩結(jié)構(gòu)體10的多孔陶瓷部件20如圖2(a)所示，其是截面近似于正方形的棱柱體，并且大量的貫通孔21隔著間隔壁22在長度方向上平行設(shè)置。
另外，多孔陶瓷部件200如圖2(b)所示，其是外周部分地被切除而截面近似于扇形的柱狀體，大量的貫通孔201隔著間隔壁202在長度方向上平行設(shè)置；并且上述外周被切除的部分處露出了貫通孔201的一部分。即，在多孔陶瓷部件200外周面的一部分上，由上述露出的貫通孔201形成溝狀的凹凸。
另外，多孔陶瓷部件210如圖2(c)所示，其是外周一個拐角部分附近被切除的柱狀體，大量的貫通孔211隔著間隔壁212在長度方向上平行設(shè)置，并且上述外周被切除的部分處露出了貫通孔211的一部分。即，在多孔陶瓷部件210外周面的一部分上，由上述露出的貫通孔211形成溝狀的凹凸。
另外，具有上述結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷部件20、200以及210通過密封材料層11組合在一起，由此構(gòu)成了蜂窩結(jié)構(gòu)體中的陶瓷構(gòu)件10，所述組合方式為外周面沒有形成凹凸的棱柱狀多孔陶瓷部件20位于上述陶瓷構(gòu)件的中心附近；外周面分別形成有溝狀凹凸的多孔陶瓷部件200以及多孔陶瓷部件210位于上述陶瓷構(gòu)件的外周附近。
即，蜂窩結(jié)構(gòu)體10中，上述陶瓷構(gòu)件的外周面上形成的溝狀凹凸是通過將構(gòu)成多孔陶瓷部件200以及多孔陶瓷部件210的貫通孔的一部分削除以使剩余部分在外周面露出而形成的。
圖3是本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體中所用的一體型陶瓷構(gòu)件的一個實例的立體示意圖。
該陶瓷構(gòu)件構(gòu)成由一個多孔陶瓷組成的近圓柱狀陶瓷構(gòu)件，該多孔陶瓷包含了隔著壁部32在長度方向上平行設(shè)置的大量貫通孔，該陶瓷構(gòu)件的外周面上形成有凹凸33。
在這種結(jié)構(gòu)的蜂窩結(jié)構(gòu)體30中，形成在上述陶瓷構(gòu)件的外周面的凹凸33與圖1以及圖2所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體10的情況相同，形成在上述陶瓷構(gòu)件的外周面的凹凸33是通過將構(gòu)成多孔陶瓷部件的貫通孔31的一部分削除以使剩下的部分在外周面露出而形成的。
這樣，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體無論是集合體型蜂窩結(jié)構(gòu)體或者是一體型蜂窩結(jié)構(gòu)體，在陶瓷構(gòu)件外周面均形成有凹凸。
據(jù)本發(fā)明人的研究，以往，對于這種蜂窩結(jié)構(gòu)體，通過設(shè)置密封材料層使整個外周均勻，消除圓柱側(cè)面上的溝狀凹凸，使其平坦，但是進(jìn)行蜂窩結(jié)構(gòu)體的熱沖擊試驗等時，在蜂窩結(jié)構(gòu)體的外周面殘留有凹凸(優(yōu)選能夠?qū)﹂L度方向上的全部截面有效果的溝狀凹凸)的情況下，如果陶瓷構(gòu)件上的凹凸?fàn)顟B(tài)的平衡變差，則蜂窩結(jié)構(gòu)體的耐熱沖擊性變差。其原因尚不明確，據(jù)推測如下。
即，蜂窩結(jié)構(gòu)體從中心向外周部均勻地釋放熱量，當(dāng)表面有凹凸時，由于表面的表面積變大而產(chǎn)生了冷卻效果，容易產(chǎn)生急劇的溫度沖擊。另外，從微觀上看，與凹部的谷底部分相比，凸部的頂點容易受到熱沖擊。
另外，此時，由于蜂窩部件和陶瓷部件之間的材料不同，密度等不同，因此認(rèn)為兩者不會有完全相同的物理性能值，所以在該部分也產(chǎn)生熱應(yīng)力。
由此考慮到，通過改變上述的兩處凹凸的狀況，有可能緩和各自因熱應(yīng)力產(chǎn)生的內(nèi)部變形。
下面，對在本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體或陶瓷構(gòu)件的外周面形成的凹凸進(jìn)行說明。
對于蜂窩結(jié)構(gòu)體，在陶瓷構(gòu)件上形成密封材料(涂布)層之后，可以進(jìn)行與對陶瓷構(gòu)件的測定同樣的測定，所以說明時僅就對陶瓷構(gòu)件的測定進(jìn)行說明。當(dāng)然，陶瓷構(gòu)件的測定可以在蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造工序中進(jìn)行測定，但如果是在制造后進(jìn)行測定，則可通過加工、研磨等除去密封材料(涂布)層，然后對除去密封材料(涂布)層后的陶瓷構(gòu)件部分進(jìn)行同樣的測定。
對于本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中使用的陶瓷構(gòu)件，為了求出在上述陶瓷構(gòu)件的外周面形成的凹凸的大小，首先在上述陶瓷構(gòu)件垂直于長度方向的截面(以下也簡單稱作陶瓷構(gòu)件的截面)的輪廓上測定10處或10處以上的點，將如此得到的上述輪廓上的點的位置數(shù)據(jù)標(biāo)示在二維座標(biāo)中。
圖4(a)表示的是通過將上述陶瓷構(gòu)件的截面的輪廓上的點的位置數(shù)據(jù)標(biāo)示在二維座標(biāo)中而描繪出的曲線的一個例子。
如圖4(a)所示，將有關(guān)上述輪廓上的點的測定位置數(shù)據(jù)標(biāo)示在二維座標(biāo)中后，繪出曲線40，曲線40具有與上述陶瓷構(gòu)件的截面形狀相近似的彎曲部。
此外，圖4(a)所示的曲線40是將有關(guān)圖1所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體10中陶瓷構(gòu)件的截面的輪廓上的點的位置數(shù)據(jù)標(biāo)示在二維座標(biāo)中而描繪出的圖，并且省略了二維座標(biāo)軸。
對于本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體，測定了有關(guān)上述輪廓上的點的10處或10處以上的位置數(shù)據(jù)。測定的位置數(shù)據(jù)的數(shù)量少于10處時，在上述二維座標(biāo)中描繪的曲線的形狀與上述陶瓷構(gòu)件的截面形狀相差甚遠(yuǎn)，使得不能精確地求出在上述陶瓷構(gòu)件的外周面形成的凹凸的偏差。
測定的位置數(shù)據(jù)的數(shù)量只要在10處或10處以上就沒有特別限制，優(yōu)選測定100處或100處以上。因為這樣在上述二維座標(biāo)中描繪的曲線的形狀與陶瓷構(gòu)件的實際截面形狀相近。
另外，測定的上述輪廓上的點優(yōu)選在上述輪廓上是等間隔的。因為這樣能更精確地測定陶瓷構(gòu)件外周面的凹凸的偏差。
將上述輪廓上的點的位置數(shù)據(jù)標(biāo)示在二維座標(biāo)中時，可以使用市售的三維測定機(jī)。
對于上述三維測定機(jī)沒有特別限制，例如可以舉出Mitsutoyo社生產(chǎn)的“LEGEX系列”、“FALCIO-APEX系列”、“Bright-Apex系列”、“MACH系列”、“CHN系列”、“BH-V系列”等。
接著，采用上述輪廓上的點的位置數(shù)據(jù)，根據(jù)最小二乘法在上述二維座標(biāo)中繪出最小二乘曲線，并求出該最小二乘曲線的重心c2。
接著，求出以c2為重心且與上述最小二乘曲線同心的最小外接曲線和以c2為重心且與上述最小二乘曲線同心的最大內(nèi)接曲線。
所述的同心最小外接曲線、同心最大內(nèi)接曲線不一定是圓，可以是橢圓形，也可以是其他曲線。另外，所述的同心最小外接曲線和同心最大內(nèi)接曲線是共有重心c2的相似形。
此外，如果是圓的話，可參照J(rèn)IS B0621中測定圓形度的方法進(jìn)行測定。
圖4(b)表示的是采用圖4(a)所示的位置數(shù)據(jù)并根據(jù)最小二乘法繪出的最小二乘曲線、同心最小外接曲線、同心最大內(nèi)接曲線和重心c2的實例，其中省略了二維座標(biāo)軸。
如圖4(b)所示，與圖4(a)所示的曲線40相比，最小二乘曲線41具有較圓滑的凹凸，并由距離重心c2較遠(yuǎn)的同心最小外接曲線42和距離重心c2較近的同心最大內(nèi)接曲線43構(gòu)成。
此處，同心最小外接曲線42和同心最大內(nèi)接曲線43如上所述是共有重心c2的同心曲線。具體地說，同心最小外接曲線42是最小二乘曲線41的凸部的至少一部分存在于其線上、最小二乘曲線41的其他部分存在于該同心最小外接曲線42之內(nèi)、且距離重心c2最近的曲線；同心最大內(nèi)接曲線43是最小二乘曲線41的凹部的至少一部分存在于其線上、最小二乘曲線41的其他部分存在于該同心最大內(nèi)接曲線43之外、且距離重心c2最遠(yuǎn)的曲線。
本發(fā)明中，測定上述最小二乘曲線的同心最小外接曲線與重心c2之間的距離D3、以及測定上述最小二乘曲線的同心最大內(nèi)接曲線與重心c2之間的距離D4，并計算D3-D4＝M2。
對于本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中的陶瓷構(gòu)件，M2可以表示在上述陶瓷構(gòu)件外表面上形成的凹凸的大小。
另外，本發(fā)明中，對于蜂窩結(jié)構(gòu)體也是完全同樣的，基于構(gòu)成上述蜂窩結(jié)構(gòu)體垂直于長度方向的截面的輪廓上的點，通過最小二乘法求出最小二乘曲線，并將其重心定義為c1。然后，求出以c1為重心的上述最小二乘曲線的同心最小外接曲線，將該同心最小外接曲線與重心c1之間的距離定義為D1。另外，求出以c1為重心的上述最小二乘曲線的同心最大內(nèi)接曲線，將該同心最大內(nèi)接曲線與重心c1的距離定為D2，同時計算D1-D2＝M1。
對于本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體，M1大于等于0.3mm。
M1小于0.3mm時，上述陶瓷結(jié)構(gòu)體外周面幾乎沒有形成凹凸，這樣的蜂窩結(jié)構(gòu)體中不會產(chǎn)生上述那樣的熱應(yīng)力問題。
優(yōu)選M1小于等于3.0mm。M1大于3.0mm時，上述結(jié)構(gòu)體外周面形成的凹凸較大，對于這樣的蜂窩結(jié)構(gòu)體，如上所述，上述陶瓷構(gòu)件外周面的凸部容易出現(xiàn)由熱應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋或缺損。
另外，對于本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體所用的陶瓷構(gòu)件，0.5mm≤M2≤7.0mm。
M2小于0.5mm時，上述陶瓷構(gòu)件外周面幾乎沒有形成凹凸。據(jù)認(rèn)為，這樣的陶瓷構(gòu)件和密封材料(涂布)層之間會產(chǎn)生熱應(yīng)力并由此產(chǎn)生裂紋。
另一方面，M2大于7.0mm時，上述陶瓷構(gòu)件外周面形成的凹凸較大。據(jù)認(rèn)為這樣的蜂窩結(jié)構(gòu)體中所述的陶瓷構(gòu)件和密封材料(涂布)層之間會產(chǎn)生熱應(yīng)力并由此產(chǎn)生裂紋。
這樣，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體在陶瓷構(gòu)件外周面形成有規(guī)定大小的凹凸。在上述陶瓷構(gòu)件外周面形成的凹凸可以如圖1～圖3所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體那樣，通過將構(gòu)成陶瓷構(gòu)件的貫通孔的一部分削除以使殘留的部分暴露在外周面而形成，也可以是例如圖5(a)以及圖5(b)所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體50以及蜂窩結(jié)構(gòu)體500那樣，在陶瓷構(gòu)件外周面上形成階梯狀凹凸。此外，圖5(a)是示意性地表示集合體型陶瓷構(gòu)件50的另一實例的正視圖，圖5(b)是示意性地表示一體型陶瓷構(gòu)件500的另一實例的正視圖。
圖5(a)以及圖5(b)所示的陶瓷構(gòu)件50以及陶瓷構(gòu)件500中，包括在陶瓷構(gòu)件外周面附近形成的貫通孔在內(nèi)的全部貫通孔的截面形狀均近似于正方形，并且沿上述陶瓷構(gòu)件外周面附近的貫通孔的截面形狀呈階梯狀形成上述陶瓷構(gòu)件外周面上的凹凸。
除在陶瓷構(gòu)件外周面形成的凹凸的形狀不同之外，這種陶瓷構(gòu)件50以及500的結(jié)構(gòu)與圖1所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體10以及圖3所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體30的結(jié)構(gòu)相近。
對于構(gòu)成本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的多孔陶瓷的材料沒有特別限定，例如可以舉出氮化鋁、氮化硅、氮化硼、氮化鈦等氮化物陶瓷；碳化硅、碳化鋯、碳化鈦、碳化鉭、碳化鎢等碳化物陶瓷；氧化鋁、氧化鋯、堇青石、莫來石等氧化物陶瓷以及碳化硅-硅復(fù)合物等。本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體是上述的集合體型蜂窩結(jié)構(gòu)體時，上述多孔陶瓷的材料優(yōu)選耐熱性高、機(jī)械特性出色并且熱傳導(dǎo)率也高的碳化硅質(zhì)陶瓷。值得注意的是，碳化硅質(zhì)陶瓷是指碳化硅大于等于60重量％的陶瓷。
另外，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體是上述的一體型蜂窩結(jié)構(gòu)體時，作為上述多孔陶瓷的材料優(yōu)選堇青石，這是因為其能夠廉價地制得，熱膨脹系數(shù)較小，同時使用期間不會被氧化。
對于構(gòu)成本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的陶瓷構(gòu)件的氣孔率沒有特別限定，優(yōu)選為約20％～80％，更優(yōu)選大于等于50％。如果氣孔率小于20％，將本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體作為廢氣凈化用蜂窩過濾器使用時，很快就發(fā)生堵塞，另一方面，當(dāng)氣孔率超過80％時，陶瓷構(gòu)件的強(qiáng)度下降，有時容易被破壞。
另外，氣孔率大于等于50％的高氣孔率蜂窩結(jié)構(gòu)體通常容易受到熱沖擊，但本發(fā)明的這種高氣孔率蜂窩結(jié)構(gòu)體耐熱沖擊性強(qiáng)，預(yù)計可以發(fā)揮更明顯的效果。
此外，上述氣孔率例如可以通過水銀壓入法、阿基米德法或掃描電子顯微鏡(SEM)測定法等以往公知的方法測定。
另外，上述陶瓷構(gòu)件的平均氣孔徑優(yōu)選為5μm～100μm。如果平均氣孔徑小于5μm，則將本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體作為廢氣凈化用蜂窩過濾器使用時，顆粒容易引起堵塞。
另一方面，如果平均氣孔徑超過100μm，則顆粒穿過氣孔，不能捕集到顆粒，因而不可能發(fā)揮過濾器的功能。
制造這種陶瓷構(gòu)件時，對于所用的陶瓷的粒徑?jīng)]有特別限定，優(yōu)選使用在后面的燒制工序中收縮少的陶瓷，例如100重量份具有約0.3μm～50μm的平均粒徑的粉末和5～65重量份具有約0.1μm～1.0μm的平均粒徑的粉末的組合。這是因為，以上述配比混合上述粒徑的陶瓷粉末時，能制得由多孔陶瓷制成的陶瓷構(gòu)件。
另外，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體是圖1所示的集合體型蜂窩結(jié)構(gòu)體時，多個多孔陶瓷部件通過具有粘合劑功能的密封材料層結(jié)合在一起，但對于構(gòu)成該密封材料(粘合劑)層的材料沒有特別限定，例如可以舉出含有無機(jī)粘合劑、有機(jī)粘合劑、無機(jī)纖維和/或無機(jī)粒子的物質(zhì)等。
此外，如上所述，構(gòu)成本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體中陶瓷構(gòu)件外周面的密封材料(涂布)層的材料可以是與上述密封材料(粘合劑)層相同的材料，也可以是不同的材料。此外，上述密封材料(粘合劑)層與密封材料(涂布)層是由相同材料組成時，這些材料各自的配比可以相同也可以不同。
作為上述無機(jī)粘合劑，例如可以舉出硅溶膠、氧化鋁溶膠等。這些可以單獨使用，也可2種或2種以上合用。上述無機(jī)粘合劑中，優(yōu)選硅溶膠。
作為上述有機(jī)粘合劑，例如可以舉出聚乙烯醇、甲基纖維素、乙基纖維素、羧甲基纖維素等。這些可以單獨使用，也可2種或2種以上合用。上述有機(jī)粘合劑中，優(yōu)選羧甲基纖維素。
作為上述無機(jī)纖維，例如可以舉出硅石-氧化鋁、莫來石、氧化鋁、硅石等陶瓷纖維等。這些可以單獨使用，也可2種或2種以上合用。上述無機(jī)纖維中，優(yōu)選氧化鋁纖維、硅石-氧化鋁纖維。上述無機(jī)纖維的纖維長度的下限值優(yōu)選為5μm。另外，上述無機(jī)纖維的纖維長度的上限值優(yōu)選為100mm，更優(yōu)選為100μm。如果小于5μm，則有時不能提高密封材料層的彈性，另一方面，如果超過100mm，則無機(jī)纖維容易形成毛球，所以與無機(jī)粒子的分散變差。另外，超過100μm，則有時難以減薄密封材料層的厚度。
作為上述無機(jī)粒子，例如可以舉出碳化物、氮化物等，具體可以舉出含有碳化硅、氮化硅、氮化硼等的無機(jī)粉末或者須晶。這些可以單獨使用，也可2種或2種以上合用。上述無機(jī)粒子中，優(yōu)選熱傳導(dǎo)性出色的碳化硅。
對于本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體，在陶瓷構(gòu)件的一側(cè)將形成于陶瓷構(gòu)件的貫通孔之中預(yù)定的貫通孔由封孔材料封閉，另一方面，在上述陶瓷構(gòu)件的另一側(cè)的端部，將在上述一側(cè)沒有被封閉的貫通孔用封孔材料封閉，這樣，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體具有廢氣凈化用蜂窩過濾器的功能。
即，從本發(fā)明蜂窩過濾器的一個貫通孔流入的廢氣，穿過隔開該貫通孔的壁部從其他貫通孔排到外部。此時，廢氣中包含的顆粒在上述壁部內(nèi)被捕集，廢氣得以凈化。
對于本發(fā)明的蜂窩過濾器，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體是上述的集合體型蜂窩結(jié)構(gòu)體時，在多孔陶瓷部件中隔開貫通孔的間隔壁具有捕集粒子的過濾器的功能。即，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中的壁部的一部分作為捕集粒子的過濾器而發(fā)揮作用。另一方面，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體是上述的一體型蜂窩結(jié)構(gòu)體時，該蜂窩結(jié)構(gòu)體中整個壁部作為捕集粒子的過濾器而發(fā)揮作用。
此外，具有上述廢氣凈化用蜂窩過濾器的功能的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體采用與現(xiàn)有公知的廢氣凈化用蜂窩過濾器同樣的方式發(fā)揮作用，所以省略了對其的詳細(xì)說明。
本發(fā)明的蜂窩過濾器中，對于構(gòu)成上述封孔材料的材料沒有特別限定，例如可以舉出與構(gòu)成本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的上述多孔陶瓷相同的材料。
另外，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的氣孔中可以負(fù)載能夠凈化廢氣中的CO、HC(烴)以及NOx等的催化劑。
通過所負(fù)載的這樣的催化劑，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體具有上述凈化廢氣中含有的CO、HC以及NOx等的催化轉(zhuǎn)化器的功能。對于上述催化劑沒有特別限定，例如可以舉出鉑、鈀、銠等貴金屬。由該貴金屬制成的催化劑就是所謂的三元催化劑，負(fù)載有這樣的三元催化劑的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體與現(xiàn)有公知的催化轉(zhuǎn)化器的功能相同。因此，此處省略了本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體作為催化轉(zhuǎn)化器發(fā)揮作用時的詳細(xì)說明。
但是，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體可負(fù)載的催化劑不限定為上述貴金屬，只要是能凈化廢氣中的CO、HC以及NOx等的催化劑，可以負(fù)載任意的催化劑。
此外，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，上述的封孔材料封閉了預(yù)定的貫通孔，同時，其氣孔中可以負(fù)載上述催化劑。此時，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體具有上述的廢氣凈化用蜂窩過濾器的功能的同時，還具有凈化廢氣中的CO、HC以及NOx等的催化轉(zhuǎn)化器的功能。
如上述說明的那樣，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體因在陶瓷構(gòu)件外周面形成被控制成規(guī)定大小的凹凸，所以耐熱沖擊性強(qiáng)。即使在其外周面受到高壓時，也不易產(chǎn)生裂紋或被破壞，因此耐久性優(yōu)異。
這種本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體能很好地用于廢氣凈化用蜂窩過濾器或催化轉(zhuǎn)化器等。
本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，優(yōu)選重心c1和重心c2不一致。如上述那樣，這種蜂窩結(jié)構(gòu)體被稱作重心不一致型蜂窩結(jié)構(gòu)體。
采用該重心不一致型蜂窩結(jié)構(gòu)體時，較容易制得微小彎曲型蜂窩結(jié)構(gòu)體，即如下的蜂窩結(jié)構(gòu)體其中，在上述陶瓷構(gòu)件的長度方向求出陶瓷構(gòu)件的最小二乘曲線的重心c2的至少3點時，這些重心c2不在平行于上述陶瓷構(gòu)件的長度方向的直線上；或者，在上述蜂窩結(jié)構(gòu)體的長度方向求出蜂窩結(jié)構(gòu)體的最小二乘曲線的重心c1的至少3點時，這些重心c1不在平行于上述蜂窩結(jié)構(gòu)體的長度方向的直線上。
另外，該重心不一致型蜂窩結(jié)構(gòu)體作為廢氣凈化裝置使用時，其保持耐久性增加。其機(jī)理尚不清楚，但是據(jù)認(rèn)為，重心不一致型蜂窩結(jié)構(gòu)體從過濾器的中央部分向周邊部分傳熱時，局部上存在傳熱好的位置和傳熱差的位置。因此，傳熱好的位置的保持墊片因熱而導(dǎo)致疲勞、腐蝕、結(jié)晶等，保持力變差，而與之相反的方向上則相對保持了保持力。所以認(rèn)為壓縮力施加在承受熱疲勞之處，由此防止了沖壓(push-out)負(fù)荷的減少。
此外，c1-c2的距離優(yōu)選0.1mm～10.0mm。小于0.1mm時，因為曲線是同心狀，所以沖壓強(qiáng)度不大。另一方面，c1-c2的距離大于10.0mm時，溫度分布被逆向，所以保持力發(fā)生逆轉(zhuǎn)。
圖6(a)是微小彎曲型蜂窩結(jié)構(gòu)體中所用的陶瓷構(gòu)件的一個實例的立體示意圖，圖6(b)是截面曲線的立體示意圖，該截面曲線是根據(jù)從圖6(a)所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體的A、B和C處截取的垂直于陶瓷構(gòu)件長度方向的截面的輪廓而繪出的。
如圖6(a)所示，微小彎曲型蜂窩結(jié)構(gòu)體60包括通過密封劑(粘合劑)層61將多個多孔陶瓷部件65結(jié)合在一起而形成的柱狀陶瓷構(gòu)件，所述多孔陶瓷部件65中，隔著間隔壁在長度方向平行設(shè)置有大量貫通孔。即，微小彎曲型蜂窩結(jié)構(gòu)體60是集合體型蜂窩結(jié)構(gòu)體，其結(jié)構(gòu)與圖1所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體10大致相同。
對于微小彎曲型蜂窩結(jié)構(gòu)體，在陶瓷構(gòu)件外周面形成有凹凸。
本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，正如以上使用圖2(a)～圖2(c)和圖5(a)、圖5(b)說明的那樣，在上述陶瓷構(gòu)件外周面形成的凹凸可以通過將構(gòu)成上述陶瓷構(gòu)件的貫通孔的一部分削除以使殘留的部分暴露在外周面而形成，也可以以階梯狀形成。
另外，對于上述陶瓷構(gòu)件外周面形成的凹凸的大小，優(yōu)選控制成與本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體相同。這是因為，這樣的蜂窩結(jié)構(gòu)體等壓強(qiáng)度優(yōu)異。
對于微小彎曲型蜂窩結(jié)構(gòu)體，如上所述，在上述陶瓷構(gòu)件的長度方向上至少3處分別求出作為陶瓷構(gòu)件的最小二乘曲線(以下也稱截面曲線)的重心c2時，這些重心c2不在平行于上述陶瓷構(gòu)件的長度方向的直線上，或者在上述蜂窩結(jié)構(gòu)體的長度方向至少3處分別求出作為蜂窩結(jié)構(gòu)體的最小二乘曲線的重心c1時，這些重心c1不在平行于上述蜂窩結(jié)構(gòu)體的長度方向的直線上。
即，如圖6(b)所示，基于蜂窩結(jié)構(gòu)體60中構(gòu)成陶瓷構(gòu)件垂直于長度方向的截面的輪廓上的點，根據(jù)最小二乘法求出的最小二乘曲線A、B以及C的重心c2-1、c2-2以及c2-3不在平行于上述陶瓷構(gòu)件的長度方向的直線L上。
據(jù)本發(fā)明人的研究，蜂窩結(jié)構(gòu)體的沖壓強(qiáng)度與蜂窩結(jié)構(gòu)體中根據(jù)陶瓷構(gòu)件垂直于長度方向的截面輪廓而描繪出的截面曲線的重心位置有很大關(guān)系，并且已知上述陶瓷構(gòu)件中的一個截面曲線的重心c2和另一個的截面曲線的重心c2相對平行于上述陶瓷構(gòu)件的長度方向的直線的偏差在規(guī)定范圍內(nèi)時，上述蜂窩結(jié)構(gòu)體的沖壓強(qiáng)度優(yōu)異。
此處，所謂“蜂窩結(jié)構(gòu)體的沖壓強(qiáng)度”是指，用規(guī)定部件夾持陶瓷結(jié)構(gòu)體的整個外周面以使該蜂窩結(jié)構(gòu)體處于被夾持固定的狀態(tài)時，該狀態(tài)下的蜂窩結(jié)構(gòu)體得以抵抗從其一側(cè)的端面施加的壓力等外力而不移動的極限強(qiáng)度。
其原因尚不明確，可以如下認(rèn)為。
即，利用規(guī)定部件夾持蜂窩結(jié)構(gòu)體的整個外周面，以此使該蜂窩結(jié)構(gòu)體處于被夾持固定的狀態(tài)，再對其一側(cè)的端面施加壓力等外力時，該蜂窩結(jié)構(gòu)體內(nèi)自上述陶瓷構(gòu)件的一側(cè)的端面向另一側(cè)的端面產(chǎn)生由上述外力引起的應(yīng)力。
此時，如果上述陶瓷構(gòu)件的一個截面曲線的重心和其他截面曲線的重心處于平行于上述陶瓷構(gòu)件的長度方向的直線上時，在上述陶瓷構(gòu)件中產(chǎn)生的應(yīng)力徑直從上述陶瓷構(gòu)件的一側(cè)的端面向另一側(cè)的端面?zhèn)鬟f，所以使得作用在蜂窩結(jié)構(gòu)體和夾持該蜂窩結(jié)構(gòu)體的部件之間的力變大，結(jié)果使蜂窩結(jié)構(gòu)體的沖壓強(qiáng)度變低。
另一方面，如果上述陶瓷構(gòu)件中一個截面曲線的重心c2和另一截面曲線的重心c2不在平行于上述陶瓷構(gòu)件的長度方向的直線上時，在上述陶瓷構(gòu)件中產(chǎn)生的應(yīng)力在從陶瓷構(gòu)件的一側(cè)的端面向另一側(cè)的端面?zhèn)鬟f時被分散，由此使得作用在蜂窩結(jié)構(gòu)體和夾持該蜂窩結(jié)構(gòu)體的部件之間的力變小，結(jié)果蜂窩結(jié)構(gòu)體沖壓強(qiáng)度變大。
為了像上述那樣增大微小彎曲型蜂窩結(jié)構(gòu)體的沖壓強(qiáng)度，必須將上述陶瓷構(gòu)件垂直于長度方向的截面曲線的重心的偏差控制在規(guī)定的范圍。
下面，使用圖6(a)以及圖6(b)所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體60等詳細(xì)說明上述截面曲線的重心的偏差。
即，為了求出微小彎曲型蜂窩結(jié)構(gòu)體中陶瓷構(gòu)件垂直于長度方向的截面曲線的重心c2的偏差，首先分別求出微小彎曲型蜂窩結(jié)構(gòu)體60的截面曲線A中的重心c2-1的位置數(shù)據(jù)、截面曲線B中的重心c2-2的位置數(shù)據(jù)和截面曲線C中的重心c2-3的位置數(shù)據(jù)，繪出根據(jù)這些重心c2-1、c2-2以及c2-3的位置數(shù)據(jù)求出的最小二乘直線，圖中沒有給出該最小二乘直線。
對于求出上述截面曲線的重心c2的位置數(shù)據(jù)的方法沒有特別限定，例如可以通過上述的三維測定機(jī)測定。
另外，作為求得的截面曲線的重心c2的位置數(shù)據(jù)的數(shù)量，大于等于3即可，沒有特別限定。這是因為，如果測定的截面曲線的重心c2的數(shù)據(jù)少于3處，繪出的最小二乘直線不能表現(xiàn)出上述陶瓷構(gòu)件垂直于長度方向的截面曲線的近似中心。
此外，測定的截面曲線的近似中心的位置數(shù)據(jù)的數(shù)量在3處或3處以上就沒有特別限定，優(yōu)選大于等于5處，并且優(yōu)選在上述陶瓷構(gòu)件的長度方向上等間隔地求出這些相似中心的位置數(shù)據(jù)。因為這樣能更準(zhǔn)確地求得陶瓷構(gòu)件垂直于長度方向的截面曲線的重心的偏差。
接著，分別求出截面曲線A中的重心c2-1與上述最小二乘直線之間的距離r1、截面曲線B1中的重心c2-2與上述最小二乘直線之間的距離r2以及截面曲線C中的重心c2-3與上述最小二乘直線之間的距離r3。這些r1～r3是根據(jù)從各重心c2-1～c2-3向上述最小二乘直線引出的垂線的長度確定的。
接著，分別求出從截面曲線A中的重心c2-1到截面曲線A的最遠(yuǎn)點的距離D3-1、從截面曲線B中的重心c2-2到截面曲線B的最遠(yuǎn)點的距離D3-2、以及從截面曲線C中的重心c2-3到截面曲線C的最遠(yuǎn)點的距離D3-3。
對于第二方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體，基于上述重心的位置數(shù)據(jù)通過最小二乘法繪出的最小二乘直線距上述重心的距離，與各個重心距上述截面曲線的最遠(yuǎn)點的距離之間的比優(yōu)選為0.1％～3％。
即，蜂窩結(jié)構(gòu)體60中，優(yōu)選r1比D3-1、r2比D3-2以及r3比D3-3均為0.1％～0.3％。如果小于0.1％，陶瓷構(gòu)件上垂直于長度方向的截面曲線的重心幾乎沒有偏差，蜂窩結(jié)構(gòu)體沖壓強(qiáng)度低；另一方面，如果大于3％，陶瓷構(gòu)件的表面厚度的不均勻性增大，例如為了將第二方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體作為廢氣凈化裝置使用而通過墊狀保持密封材料將其安裝在殼體內(nèi)時，它在使用過程中產(chǎn)生晃動，沖壓強(qiáng)度反而降低，耐久性差。此外，將其安裝在殼體內(nèi)本身也是困難的。
上述微小彎曲型蜂窩結(jié)構(gòu)體的其他構(gòu)成和構(gòu)成該蜂窩結(jié)構(gòu)體的材料等可以舉出與上述的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體中以集合體型蜂窩結(jié)構(gòu)體為例說明的情況相同，此處省略了對其的說明。
此外，與上述的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體相同，重心不一致型蜂窩結(jié)構(gòu)體和微小彎曲型蜂窩結(jié)構(gòu)體也可以具有作為廢氣凈化用蜂窩過濾器和催化轉(zhuǎn)化器的功能。
如上所述，微小彎曲型蜂窩結(jié)構(gòu)體在陶瓷構(gòu)件外周面形成有凹凸，該陶瓷構(gòu)件垂直于長度方向的截面輪廓的截面曲線的重心和上述陶瓷構(gòu)件其他垂直于長度方向的截面輪廓的截面曲線的重心不在平行于上述陶瓷構(gòu)件長度方向的直線上，其偏差也被控制在規(guī)定的范圍，所以沖壓強(qiáng)度和耐久性優(yōu)異。
所以，例如將微小彎曲型蜂窩結(jié)構(gòu)體作為廢氣凈化裝置通過墊狀保持密封材料等設(shè)置在殼體內(nèi)，即使蜂窩結(jié)構(gòu)體的一側(cè)的端面受到廢氣等所施加的壓力時，上述蜂窩結(jié)構(gòu)體也幾乎不在上述殼體內(nèi)移動。
這種微小彎曲型蜂窩結(jié)構(gòu)體也可很好地用作廢氣凈化用蜂窩過濾器和催化轉(zhuǎn)化器。
接著，對第一方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法進(jìn)行說明。
第一方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法是下述結(jié)構(gòu)的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，所述蜂窩結(jié)構(gòu)體具有柱狀陶瓷構(gòu)件，該柱狀陶瓷構(gòu)件中多個多孔陶瓷部件通過密封材料層結(jié)合在一起，所述多孔陶瓷部件包括隔著間隔壁在長度方向上平行設(shè)置的大量貫通孔；所述制造方法的特征在于，該方法包括以下工序?qū)⒑袠?gòu)成上述多孔陶瓷部件的陶瓷材料的陶瓷成型體干燥，對通過所述干燥得到的陶瓷干燥體進(jìn)行外周加工，從而制得形狀各異的多種陶瓷干燥體。
第一方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法是下述結(jié)構(gòu)的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，所述蜂窩結(jié)構(gòu)體具有柱狀陶瓷構(gòu)件，該柱狀陶瓷構(gòu)件中，多個多孔陶瓷部件通過密封材料(粘合劑)層結(jié)合在一起，所述多孔陶瓷部件包括隔著間隔壁在長度方向上平行設(shè)置的大量貫通孔。即，第一方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法制造的蜂窩結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)是上述的集合體型蜂窩結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)。
第一方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法中，首先進(jìn)行陶瓷成型體的制作工序，其中，調(diào)制含有構(gòu)成上述多孔陶瓷部件的陶瓷材料的混合組合物，使用該混合組合物進(jìn)行擠出成型，從而制作棱柱狀的陶瓷成型體。
對于上述混合組合物沒有特別限定，優(yōu)選其能使制成的蜂窩結(jié)構(gòu)體的氣孔率為20％～80％，例如，能舉出陶瓷粉末、粘合劑和液體分散介質(zhì)的混合物。
對于上述陶瓷粉末沒有特別限定，例如可以舉出堇青石、氧化鋁、硅石、莫來石等氧化物陶瓷；碳化硅、碳化鋯、碳化鈦、碳化鉭、碳化鎢等碳化物陶瓷；以及氮化鋁、氮化硅、氮化硼、氮化鈦等氮化物陶瓷；碳化硅-硅復(fù)合物等的粉末，其中優(yōu)選耐熱性高、機(jī)械特性優(yōu)異、且熱傳導(dǎo)率也高的碳化硅。
對于上述陶瓷粉末的粒徑?jīng)]有特別限定，優(yōu)選在后面的燒制工序中收縮少的陶瓷，例如100重量份具有0.3μm～50μm的平均粒徑的粉末和5～65重量份具有0.1μm～1.0μm平均粒徑的粉末的組合。
對于上述粘合劑沒有特別限定，例如可以舉出甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、聚乙二醇、酚樹脂、環(huán)氧樹脂等。
對于上述粘合劑的配合量沒有特別限定，通常相對100重量份上述陶瓷粉末，優(yōu)選為約1～10重量份。
對于上述液體分散介質(zhì)沒有特別限定，例如能舉出苯等有機(jī)溶劑、甲醇等醇、水等。混合適量的上述液體分散介質(zhì)，使上述混合組合物的粘度達(dá)到一定范圍內(nèi)。
另外，含有上述陶瓷粉末、粘合劑以及液體分散介質(zhì)的同時，還可以含有分散劑。對于上述分散劑沒有特別限定，例如可以舉出磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、磷酸三(2-氯乙基)酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸甲苯-二苯酯等磷酸酯類化合物等。另外，相對100重量份陶瓷粉末，優(yōu)選添加0.1重量份～5重量份的該分散劑。
這些陶瓷粉末、粘合劑以及液體分散介質(zhì)等用磨碎機(jī)等混合，并用捏合機(jī)充分捏合，這樣可以調(diào)制成上述混合組合物。
使用上述混合組合物進(jìn)行擠出成型，制成柱狀成型體，每個柱狀成型體中均包括隔著間隔壁在長度方向上平行設(shè)置的多個棱柱狀的貫通孔，將各成型體切割成規(guī)定的長度，由此制成了形狀與圖2(a)所示的多孔陶瓷部件20的形狀相近的棱柱狀陶瓷成型體。
第一方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法中，接著使用微波干燥機(jī)、熱風(fēng)干燥機(jī)、介電干燥機(jī)、減壓干燥機(jī)、真空干燥機(jī)或凍結(jié)干燥機(jī)等來干燥上述陶瓷成型體，制成陶瓷干燥體。
接著，進(jìn)行外周加工工序，其中進(jìn)行上述陶瓷干燥體的外周加工，制作形狀各異的多種陶瓷干燥體。具體地說，制作形狀與圖2(b)以及圖2(c)所示的多孔陶瓷部件200或210中任一部件的形狀相近的陶瓷干燥體，其中將形成貫通孔部分的一部分削除，以使殘留的部分暴露在外周面上而形成凹凸。
經(jīng)后述的燒制工序制作形狀各異的多種多孔陶瓷部件，接著進(jìn)行構(gòu)件制作工序，該工序中將這些形狀各異的多種多孔陶瓷部件組合粘接，制成其外周面有凹凸的近似圓柱狀的陶瓷構(gòu)件。
上述陶瓷干燥體的外周加工方法中，對于制作形狀各異的多種陶瓷干燥體的方法沒有特別限定，例如可以舉出特開2000-001718號公報公開的方法，其中，使用圓筒形狀的切削部件，其一端部形成有磨石、內(nèi)徑與陶瓷構(gòu)件的外徑大致相同，以圓筒的中心作為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時，從棱柱狀的陶瓷干燥體一側(cè)的端面起在長度方向上移動，削除其外周的一部分；特開2000-001719號公報公開的方法，其中，使用在包括圓板狀基體金屬部的外周部在內(nèi)的部分設(shè)有磨石的切削部件，使該部件以賤金屬(base metal)部的中心為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時，接觸棱柱狀陶瓷干燥體的外周，并在陶瓷干燥體的長度方向上移動該切削部件，以此切削所述外周的一部分。
在上述外周加工工序中，在上述陶瓷干燥體外周面的一部分形成的凹凸的大小根據(jù)目標(biāo)蜂窩結(jié)構(gòu)體的大小適當(dāng)決定，在經(jīng)后述的陶瓷構(gòu)件制作工序制作的陶瓷構(gòu)件外周面上形成的凹凸的大小，優(yōu)選調(diào)整成與上述的第一方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體中的陶瓷構(gòu)件外周面上形成的凹凸的大小相同的大小。這是因為，根據(jù)第一方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，可以制得抵抗熱沖擊的強(qiáng)度(耐久性)優(yōu)異的第一方案的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
此外，進(jìn)行后述的涂層形成工序時，對于在通過陶瓷構(gòu)件制作工序制作的陶瓷構(gòu)件外周面上形成的凹凸的大小，在上述陶瓷干燥體的外周面形成的凹凸可以比在第一方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體中的陶瓷構(gòu)件外周面上形成的凹凸更大，然后在上述的涂層形成工序中，可以通過在上述陶瓷構(gòu)件外周面形成涂層來調(diào)整上述外周面上形成的凹凸的大小。
接著，將上述形狀各異的多種陶瓷干燥體在150℃～170℃加熱，除去上述陶瓷干燥體中含有的粘合劑，實施脫脂處理，以形成陶瓷脫脂體。
通常，將陶瓷干燥體裝載在脫脂用夾具上后，移入脫脂爐，在含氧的氛圍下，于300℃～650℃進(jìn)行加熱，以此進(jìn)行上述陶瓷干燥體的脫脂工序。由此上述粘合劑等中的大部分在揮散的同時，分解消失。
然后，在氮、氬等惰性氣體的氛圍下，將上述陶瓷脫脂體在2000℃～2200℃加熱，以進(jìn)行燒制，將陶瓷粉末燒結(jié)制成多孔陶瓷部件，以此進(jìn)行燒制工序。
此外，從脫脂工序到燒制工序的一系列工序中，優(yōu)選在燒制用夾具上放置上述陶瓷干燥體直接進(jìn)行脫脂工序以及燒制工序。因為這樣能高效地進(jìn)行脫脂工序以及燒制工序，并且，能防止陶瓷干燥體在裝載更換等過程中被損傷。
上述多孔陶瓷部件優(yōu)選由平均粒徑的下限為2μm、上限為150μm的陶瓷晶體形成，更優(yōu)選陶瓷晶體平均粒徑的下限為10μm、上限為70μm。如果上述陶瓷晶體的平均粒徑小于2μm，則多孔陶瓷部件內(nèi)部存在的氣孔的氣孔徑過小，很快就發(fā)生了堵塞，所以很難發(fā)揮過濾器的功能。另一方面，上述陶瓷結(jié)晶的平均粒徑大于150μm時，其內(nèi)部存在的氣孔的氣孔徑過大，并且由此使多孔陶瓷部件的強(qiáng)度下降。另外，制作有規(guī)定比例的開放氣孔并且有平均粒徑大于150μm的陶瓷晶體的多孔陶瓷部件本身就不太容易。
另外，這種多孔陶瓷部件的平均氣孔徑優(yōu)選為1μm～40μm，接著，進(jìn)行陶瓷構(gòu)件制作工序，其中，將上述制造的形狀各異的多種多孔陶瓷部件通過密封材料(粘合劑)糊料組合在一起，制成近似圓柱狀的陶瓷構(gòu)件。
在該陶瓷構(gòu)件制作工序中，例如使用刷子、橡皮刮板或輥等，在多孔陶瓷部件的2個側(cè)面基本上全面地涂布密封材料(粘合劑)糊料，形成規(guī)定厚度的密封材料(粘合劑)糊料層。然后，在形成該密封材料(粘合劑)糊料層后，依次重復(fù)粘合其他多孔陶瓷部件的工序，制成具有規(guī)定大小且像圖1所示蜂窩構(gòu)造體10那樣的圓柱狀陶瓷層積體。
此處，通過上述密封材料(粘合劑)糊料層粘合的多孔陶瓷部件的數(shù)量根據(jù)目標(biāo)陶瓷構(gòu)件的形狀、大小等適當(dāng)決定。
此外，優(yōu)選在上述陶瓷層積體的外周附近，使用具有如圖2(b)以及圖2(c)所示形狀的多孔陶瓷部件；在除了上述陶瓷層積體外周附近以外的部分，使用具有如圖2(a)所示形狀的多孔陶瓷部件。這樣，可制得圓柱狀陶瓷構(gòu)件。這種陶瓷層積體的外周面上的貫通孔的一部分被切除，殘留的部分暴露在外周面上而形成凹凸。
接著，將這樣制作得到的陶瓷層積體在例如50℃～150℃、1小時的加熱時間的條件下，使密封材料(粘合劑)糊料層干燥、固化，形成密封材料(粘合劑)層，通過密封材料(粘合劑)層將多個多孔陶瓷部件結(jié)合在一起來制成陶瓷構(gòu)件，從而制得集合體型蜂窩結(jié)構(gòu)體。
作為構(gòu)成上述密封材料(粘合劑)糊料的材料，可以舉出與構(gòu)成第一方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體中說明的密封材料(粘合劑)層的材料相同的材料。
另外，上述密封材料(粘合劑)糊料形成的密封材料(粘合劑)層中，還可含有少量的水分或溶劑等。這樣的水分和溶劑等通常在涂布密封材料(粘合劑)糊料后的加熱等時幾乎全部飛散。
第一方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法中，制作上述陶瓷構(gòu)件之后，可以進(jìn)行密封材料(涂布)層形成工序，其中，在該陶瓷構(gòu)件外周面上形成密封材料(涂布)層。另外，形成密封材料(涂布)層之后，對外周部分進(jìn)行加工，以控制在蜂窩結(jié)構(gòu)體外周面上形成的凹凸的大小。
對于構(gòu)成上述密封材料(涂布)層的材料沒有特別限定，優(yōu)選使用含有無機(jī)纖維、無機(jī)粘合劑等耐熱性材料的材料。上述密封材料(涂布)層可以由與上述的密封材料(粘合劑)層相同的材料構(gòu)成。
對于形成上述密封材料(涂布)層的方法沒有特別限定，例如如下所述的方法使用具有轉(zhuǎn)動單元的支持部件，在其旋轉(zhuǎn)軸方向上樞軸支撐上述陶瓷構(gòu)件，并使上述陶瓷構(gòu)件繞該軸旋轉(zhuǎn)，將有待成為上述密封材料(涂布)層的密封材料(涂布)糊料塊附著在旋轉(zhuǎn)中的陶瓷構(gòu)件的外周部。然后，使用板狀部件等，鋪展密封材料(涂布材料)糊料，形成密封材料(涂布材料)糊料層，其后，在例如大于等于120℃的溫度進(jìn)行干燥，使水分蒸發(fā)，以此在陶瓷構(gòu)件外周部上形成密封材料(涂布)層。
如上述說明，根據(jù)第一方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，沒有對本身是脆性材料的陶瓷實施切削加工，所以可以制得包括具有以下結(jié)構(gòu)的陶瓷構(gòu)件的蜂窩結(jié)構(gòu)體該陶瓷構(gòu)件在其外周面形成有凹凸且該外周面沒有出現(xiàn)缺損，而且該陶瓷構(gòu)件中，多個多孔陶瓷部件通過密封材料(粘合劑)層結(jié)合在一起。
另外，根據(jù)第一方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，在外周加工工序中，調(diào)整在陶瓷干燥體外周面的一部分上形成的凹凸的大?。换蛘咴诿芊獠牧?涂布)層形成工序中，調(diào)整在陶瓷構(gòu)件外周面上形成的密封材料(涂布)層的厚度，由此可以將所制造的第一方案的本發(fā)明陶瓷結(jié)構(gòu)體在陶瓷構(gòu)件外周面上形成的凹凸的大小控制在規(guī)定范圍。
此外，第一方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法中，利用上述外周加工工序，預(yù)先制作形狀各異的多種陶瓷干燥體，然后，使用這樣的陶瓷干燥體進(jìn)行脫脂工序以及燒制工序時，所制造的多孔陶瓷部件中多少會產(chǎn)生一些彎曲。所以，在通過密封材料(粘合劑)層的厚度等對上述多孔陶瓷部件的彎曲方向和大小進(jìn)行控制下制造的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，由陶瓷構(gòu)件垂直于長度方向的截面輪廓形成的截面曲線的重心、和由上述陶瓷構(gòu)件其他垂直于長度方向的截面輪廓形成的截面曲線的重心不在平行于上述陶瓷構(gòu)件的長度方向的同一直線上。即，根據(jù)第一方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，可以制造重心不一致型蜂窩結(jié)構(gòu)體。
接著，對第二方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法進(jìn)行說明。
第二方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法是下述結(jié)構(gòu)的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，所述蜂窩結(jié)構(gòu)體具有柱狀陶瓷構(gòu)件，該柱狀陶瓷構(gòu)件中，多個多孔陶瓷部件通過密封材料層(涂布層)結(jié)合在一起，所述多孔陶瓷部件包括隔著間隔壁在長度方向上平行設(shè)置的大量貫通孔；所述制造方法的特征在于，該方法包括通過擠出成型法來制作多種具有不同截面形狀的陶瓷成型體的工序。
第二方案的本發(fā)明蜂窩過濾器的制造方法是下述結(jié)構(gòu)的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，所述蜂窩結(jié)構(gòu)體具有柱狀陶瓷構(gòu)件，該柱狀陶瓷構(gòu)件中，多個多孔陶瓷部件通過密封材料層(涂布層)結(jié)合在一起，所述多孔陶瓷部件包括隔著間隔壁在長度方向上平行設(shè)置的大量貫通孔。即，與第一方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法一樣，根據(jù)第二方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法制造的蜂窩結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)是集合體型蜂窩結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)。
第二方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法中，首先，進(jìn)行陶瓷成型體制作工序，其中，調(diào)制含有構(gòu)成上述多孔陶瓷部件的陶瓷材料的混合組合物，使用該混合組合物制作具有多種截面形狀的陶瓷成型體。
即，第二方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法中，通過將上述混合組合物擠出成型而制成棱柱狀陶瓷成型體以及在其外周面的一部分上形成有凹凸的陶瓷成型體。
在此，對于外周面的一部分上形成有凹凸的陶瓷成型體的所述凹凸，如圖2(a)～圖2(c)所示的多孔陶瓷部件20、200、210那樣，其可通過將通孔的一部分切除而使殘留部分暴露在外周面上而形成；或者，如同構(gòu)成圖5(a)所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體50的外周附近的多孔陶瓷部件那樣，所述凹凸也可以以階梯狀形成。
根據(jù)目標(biāo)蜂窩結(jié)構(gòu)體的大小適當(dāng)決定在上述陶瓷成型體外周面的一部分上形成的凹凸的大小，在本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法中，優(yōu)選將所述凹凸的大小控制成與在陶瓷干燥體外周面的一部分上形成的凹凸的大小相同。這是因為，這樣通過第二方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，可以制造等壓強(qiáng)度優(yōu)異的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
其后，使用制成的上述具有多種截面形狀的陶瓷成型體，進(jìn)行與本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法相同的干燥工序、脫脂工序、燒制工序以及陶瓷構(gòu)件制作工序，根據(jù)需要，進(jìn)行密封材料(涂布)層形成工序，據(jù)此能夠制造在其中的陶瓷構(gòu)件的外周面上形成有凹凸的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
如上述說明那樣，根據(jù)第二方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，沒有對本身是脆性材料的陶瓷進(jìn)行切削加工，所以可以制得包括具有以下結(jié)構(gòu)的陶瓷構(gòu)件的蜂窩結(jié)構(gòu)體該陶瓷構(gòu)件在其外周面形成有凹凸且該外周面沒有出現(xiàn)缺損，而且該陶瓷構(gòu)件中，多個多孔陶瓷部件通過密封材料(粘合劑)層結(jié)合在一起。
另外，根據(jù)第二方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，在陶瓷成型體制作工序中，通過調(diào)整在陶瓷成型體外周面的一部分上形成的凹凸的大小，或者在密封材料(涂布)層形成工序中，通過調(diào)整在陶瓷構(gòu)件外周面上形成的密封材料(涂布)層的厚度，可以將所制造的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體在陶瓷構(gòu)件外周面上形成的凹凸的大小控制在規(guī)定范圍。
此外，第二方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法中，利用上述陶瓷成型體制作工序，預(yù)先制作形狀各異的多種陶瓷成型體，使用這樣的陶瓷成型體進(jìn)行干燥工序、脫脂工序以及燒制工序時，所制造的多孔陶瓷部件中多少會產(chǎn)生一些彎曲。所以，在通過密封材料(粘合劑)層的厚度等對上述多孔陶瓷部件的彎曲方向和大小進(jìn)行控制下制造的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，由陶瓷構(gòu)件垂直于長度方向的截面輪廓形成的截面曲線的重心、和由上述陶瓷構(gòu)件其他垂直于垂直長度方向的截面輪廓形成的截面曲線的重心不在平行于上述陶瓷構(gòu)件的長度方向的直線上。即，通過第二方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，可以制造微小彎曲型蜂窩結(jié)構(gòu)體。
接著，對本發(fā)明的廢氣凈化裝置進(jìn)行說明。
本發(fā)明的廢氣凈化裝置是本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體通過墊狀保持密封材料設(shè)置在與內(nèi)燃機(jī)的排氣通路連接的殼體內(nèi)的廢氣凈化裝置，其特征在于，上述墊狀保持密封材料以填充上述蜂窩結(jié)構(gòu)體中的陶瓷構(gòu)件的外周面的凹部的狀態(tài)安裝。
圖7是表示本發(fā)明的廢氣凈化裝置的一個實例的截面示意圖，圖8(a)是表示圖7所示的廢氣凈化裝置中包有墊狀保持密封材料的蜂窩結(jié)構(gòu)體的一個實例的立體示意圖，圖8(b)是圖8(a)中所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體的局部放大截面圖。
如圖7所示，本發(fā)明的廢氣凈化裝置70主要由蜂窩結(jié)構(gòu)體80、覆蓋蜂窩結(jié)構(gòu)體80的外表面的殼體71以及布置在蜂窩結(jié)構(gòu)體80和殼體71之間的墊狀保持密封材料72構(gòu)成，殼體71的廢氣導(dǎo)入側(cè)的端部連接了與發(fā)動機(jī)等內(nèi)燃機(jī)連在一起的導(dǎo)入管74，殼體71的另一端部連接了與外部連通的排出管75。此外，圖7中，箭頭表示廢氣流動方向。
此外，在本發(fā)明的廢氣凈化裝置70中，蜂窩結(jié)構(gòu)體80可以是如圖1、圖3以及圖5所示的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體，也可以是如圖6所示的第二方案的本發(fā)明蜂窩結(jié)構(gòu)體。
另外，在本發(fā)明的廢氣凈化裝置70中，蜂窩結(jié)構(gòu)體80具有所謂蜂窩過濾器功能而通過壁部來捕集廢氣中的顆粒以凈化廢氣時，這種情況下，在構(gòu)成蜂窩結(jié)構(gòu)體80的陶瓷構(gòu)件的一側(cè)的端部，用封孔材料對在該陶瓷構(gòu)件內(nèi)形成的貫通孔之中預(yù)定的貫通孔進(jìn)行封閉，另一方面，在上述陶瓷構(gòu)件的另一側(cè)的端部，用封孔材料對在上述一側(cè)的端部沒有用封孔材料封閉的貫通孔進(jìn)行封閉。
即，這種情況下，廢氣凈化裝置70中，從發(fā)動機(jī)等內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣經(jīng)過導(dǎo)入管74導(dǎo)入殼體71內(nèi)，并被引入蜂窩結(jié)構(gòu)體80(蜂窩過濾器)的貫通孔而穿過壁部(間隔壁)，在該壁部(間隔壁)捕集顆粒、凈化廢氣之后，經(jīng)排出管75排出到外部。
另一方面，在本發(fā)明的廢氣凈化裝置70中，蜂窩結(jié)構(gòu)體80具有所謂催化轉(zhuǎn)化器功能而通過其壁部來凈化廢氣中的CO、烴(HC)以及NOx等時，蜂窩結(jié)構(gòu)體80的壁部的表面和氣孔中負(fù)載有能夠凈化上述廢氣中的CO、HC以及NOx等的催化劑，例如，鉑、鈀、銠等貴金屬等。
即，這種情況下，廢氣凈化裝置70中，從發(fā)動機(jī)等內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣經(jīng)過導(dǎo)入管74導(dǎo)入殼體71內(nèi)，通過蜂窩結(jié)構(gòu)體80(催化凈化器)的貫通孔時，上述廢氣中的CO、HC以及NOx等與催化劑接觸，廢氣被凈化后，經(jīng)排出管75排出到外部。
在本發(fā)明的廢氣凈化裝置70中，如圖8(b)所示，在蜂窩結(jié)構(gòu)體80(陶瓷構(gòu)件)的外周面上形成的凹凸部中形成有密封材料(涂布材料)701，該密封材料(涂布材料)701的外周面也設(shè)有凹凸，蜂窩結(jié)構(gòu)體80(陶瓷構(gòu)件)通過墊狀保持密封材料72安裝在殼體71內(nèi)。
蜂窩結(jié)構(gòu)體80由墊狀保持密封材料72保持在上述狀態(tài)，由此在蜂窩結(jié)構(gòu)體80和墊狀保持密封材料72之間能獲得所謂錨定效果，從而使得使用期間蜂窩結(jié)構(gòu)體和墊狀保持密封材料之間難以發(fā)生位移，由此提高本發(fā)明的廢氣凈化裝置的耐久性，同時也能防止廢氣從蜂窩結(jié)構(gòu)體80的外周部泄漏。
特別是，在本發(fā)明的廢氣凈化裝置中的蜂窩結(jié)構(gòu)體是重心不一致型蜂窩結(jié)構(gòu)體或微小彎曲型蜂窩結(jié)構(gòu)體的情況下，如上所述，重心不一致型蜂窩結(jié)構(gòu)體和微小攣曲型蜂窩結(jié)構(gòu)體的沖壓強(qiáng)度非常優(yōu)異，所以即使從導(dǎo)入管流入殼體內(nèi)的廢氣對蜂窩結(jié)構(gòu)體的一側(cè)的端面施加了很大的壓力，該蜂窩結(jié)構(gòu)體也不會在廢氣流通方向上發(fā)生移動，本發(fā)明的廢氣凈化裝置具有非常優(yōu)秀的耐久性。
此外，盡管在圖8(b)中，蜂窩結(jié)構(gòu)體80的陶瓷構(gòu)件外周面上形成的凹凸是像圖5(a)所示的蜂窩結(jié)構(gòu)體50那樣的階梯狀，但上述陶瓷構(gòu)件外周面上形成的凹凸當(dāng)然也可以像圖2或者圖3所示那樣，是構(gòu)成陶瓷構(gòu)件的貫通孔的一部分被削除而使殘留部分暴露在外周面上的形式。
墊狀保持密封材料72將蜂窩結(jié)構(gòu)體80保持并固定在殼體71內(nèi)，同時也具有可在使用中對蜂窩結(jié)構(gòu)體80進(jìn)行保溫的隔熱材料的功能。
對于構(gòu)成這種墊狀保持密封材料72的材料沒有特別限定，例如可以舉出結(jié)晶質(zhì)氧化鋁纖維、氧化鋁-氧化硅纖維、莫來石、氧化硅纖維等無機(jī)纖維或含有不少于一種這些無機(jī)纖維的纖維等。另外，還可舉出實質(zhì)上不包括蛭石的無膨脹性墊片、包括少量蛭石的低膨脹性墊片，優(yōu)選實質(zhì)上不含蛭石的無膨脹性墊片。
另外，墊狀保持密封材料72中，優(yōu)選含有氧化鋁和/或氧化硅。因為這樣墊狀保持密封材料72的耐熱性和耐久性優(yōu)異。特別優(yōu)選墊狀保持密封材料72含有大于等于50重量％的氧化鋁。因為這樣即使在900℃～950℃的高溫，其彈性力也高，并能提高保持蜂窩結(jié)構(gòu)體80的能力。
另外，優(yōu)選對墊狀保持密封材料72進(jìn)行穿孔處理。因為這樣構(gòu)成保持密封材料72的纖維之間交纏，彈性力變高，提高了保持蜂窩結(jié)構(gòu)體80的能力。
如圖8(a)所示，由這樣的材料組成的墊狀保持密封材料72優(yōu)選以覆蓋蜂窩結(jié)構(gòu)體80的幾乎整個外周面的方式包纏蜂窩結(jié)構(gòu)體80。因為這樣能均勻地夾持蜂窩結(jié)構(gòu)體80，對蜂窩結(jié)構(gòu)體80的保持穩(wěn)定性優(yōu)異。
另外，本發(fā)明的墊狀保持密封材料可以由無膨脹性墊片組成。
如上所述，本發(fā)明的廢氣凈化裝置中，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體被組裝在殼體內(nèi)，處于墊狀保持密封材料填充在本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體的陶瓷構(gòu)件外周面的凹部的狀態(tài)，所以上述陶瓷構(gòu)件和墊狀保持密封材料之間產(chǎn)生所謂錨定效果，對上述蜂窩結(jié)構(gòu)體的保持穩(wěn)定性優(yōu)異。
所以，本發(fā)明的廢氣凈化裝置的耐久性優(yōu)異，使用期間不會出現(xiàn)由于流入殼體內(nèi)的廢氣的壓力或蜂窩結(jié)構(gòu)體的溫度上升等而使墊狀保持密封材料對蜂窩結(jié)構(gòu)體的夾持力降低的情況，或者出現(xiàn)蜂窩結(jié)構(gòu)體的位置發(fā)生移動的情況。
實施例以下舉出實施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明，但本發(fā)明不僅限于這些實施例。
(實施例1)混合70重量份平均粒徑30μm的α型碳化硅粉末、30重量份平均粒徑0.28μm的α型碳化硅粉末、5重量份甲基纖維素、4重量份分散劑、20重量份水之后，用球磨機(jī)混合5小時，調(diào)制成均勻的混合組合物。
將該混合組合物填充到擠出成型機(jī)中，以2cm/分鐘的擠出速度制成由蜂窩形狀的碳化硅構(gòu)成的棱柱狀陶瓷成型體，其大致與圖2(a)所示的多孔陶瓷部件20一樣。該陶瓷成型體的大小是35mm×35mm×300mm，貫通孔的數(shù)量是31個/cm2，間隔壁的厚度是0.35mm。
使用利用微波或熱風(fēng)的干燥機(jī)，對這些陶瓷成型體進(jìn)行干燥，制成由碳化硅構(gòu)成的陶瓷干燥體后，使用在包括圓板狀賤金屬部的外周部在內(nèi)的部分設(shè)有磨石的切削部件對陶瓷干燥體進(jìn)行外周加工，以切削其外周的一部分，制成如圖2(b)及圖2(c)所示的干燥體，其中棱柱的一部分被切除，貫通孔的一部分暴露在被切部位上。
在450℃對這些陶瓷干燥體進(jìn)行脫脂，并進(jìn)一步在2200℃通過加熱對其進(jìn)行燒制，從而制成由碳化硅構(gòu)成的形狀各異的多種多孔陶瓷部件。
此時，用固定用夾具保持并固定陶瓷干燥體的外周部分，該固定用夾具具有與陶瓷干燥體的外形相近的保持部，以使制得的多孔陶瓷部件中不產(chǎn)生彎曲。然后慢慢升溫。
接著用耐熱性密封材料(粘合劑)糊料將上述多種多孔陶瓷部件多個結(jié)合在一起，其后通過使上述密封材料(粘合劑)糊料干燥，制成圓柱狀的陶瓷構(gòu)件。其中，耐熱性密封材料(粘合劑)糊料含有30重量％的纖維長度為0.2mm的氧化鋁纖維、21重量％平均粒徑為0.6μm的碳化硅顆粒、15重量％的硅溶膠、5.6重量％的羧甲基纖維素以及28.4重量％的水。
對于如此制成的陶瓷構(gòu)件，使用三維測定機(jī)(Mitsutoyo公司生產(chǎn)的BH-V507)，通過在上述實施方式中描述本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體時所述的方法，求出M2，結(jié)果為0.0mm。
因此，對所述陶瓷構(gòu)件的外周面進(jìn)行磨削加工，使M2＝0.5mm。
然后，在上述陶瓷構(gòu)件的外周面上形成密封材料(涂布)層，該密封材料(涂布)層的形狀是沿著在該陶瓷構(gòu)件外周面上形成的凹凸的形狀，且該密封材料(涂布)層的組成與上述密封材料(粘合劑)糊料的組成相同，由此制成蜂窩結(jié)構(gòu)體，其中含有陶瓷構(gòu)件，陶瓷構(gòu)件中通過所述密封材料(粘合劑)將由碳化硅制成的多個多孔陶瓷部件結(jié)合在一起，并且該陶瓷構(gòu)件外周面上形成有凹凸。
對于如此制成的蜂窩結(jié)構(gòu)體，同樣使用三維測定機(jī)，按與上述陶瓷構(gòu)件中相同的方法，求出M1，結(jié)果發(fā)現(xiàn)沒有凹凸，M1＝0.0mm。
然后，對密封材料(涂布)層進(jìn)行加工，以便在蜂窩結(jié)構(gòu)體上設(shè)置凹凸，使M1＝0.3mm。
(實施例2～11，參考例1～4以及比較例1～12)
與實施例1同樣，對獲得的陶瓷構(gòu)件和蜂窩結(jié)構(gòu)體進(jìn)行加工，通過調(diào)整表面的凹凸，分別制成具有表1中記載的M1、M2的值的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
此外，實施例10～11中，作為密封材料(粘合劑)糊料，使用的是含有30重量％的纖維長度為20μm的氧化鋁纖維、21重量％的平均粒徑為0.6μm的碳化硅顆粒、15重量％的硅溶膠、5.6重量％的羧甲基纖維素以及28.4重量％的水的耐熱性密封材料(粘合劑)糊料，除此以外，與實施例1同樣地制作陶瓷構(gòu)件并進(jìn)行加工，然后制造蜂窩結(jié)構(gòu)體并進(jìn)行加工。另外，比較例1中，不對獲得的陶瓷構(gòu)件、蜂窩結(jié)構(gòu)體進(jìn)行加工，除此以外與實施例1同樣地制成蜂窩結(jié)構(gòu)體。
將實施例1～11、參考例1～4以及比較例1～12的各蜂窩結(jié)構(gòu)體放進(jìn)電爐中，以20℃/分鐘的速度升溫至目標(biāo)溫度，在600℃或者800℃保持1小時之后，空氣冷卻到常溫。以肉眼確認(rèn)此時有無裂紋。其結(jié)果見表1。
在實施例1～11、參考例1～4以及比較例1～12的各蜂窩結(jié)構(gòu)體的周圍，卷上厚7mm的無膨脹性氧化鋁纖維墊片(三菱化學(xué)生產(chǎn)的MAFTECH)，然后插入金屬制的圓筒中后，用英斯特朗(Instron)試驗機(jī)施加沖壓負(fù)荷，測定蜂窩結(jié)構(gòu)體被推動時的強(qiáng)度。其結(jié)果見表1。
表1

由表1所示結(jié)果可知，實施例1～11涉及的蜂窩結(jié)構(gòu)體的沖壓負(fù)荷大，均大于10kg，即使施加熱沖擊時，實施例1～11涉及的蜂窩結(jié)構(gòu)體也沒有在蜂窩結(jié)構(gòu)體外周面附近產(chǎn)生一點裂紋等。
另一方面，比較例1～12涉及的蜂窩結(jié)構(gòu)體有的沖壓負(fù)荷小，有的沖壓負(fù)荷大，但均承受不了熱沖擊。
(實施例12)接著制造陶瓷構(gòu)件的重心c2和蜂窩結(jié)構(gòu)體的重心c1的位置有偏差的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
具體與實施例1同樣，制造M2＝0.5mm的蜂窩結(jié)構(gòu)體，然后改變密封材料(涂布)層的厚度平衡，制成M2＝0.5mm的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
(實施例13～19以及參考例5～6)與實施例12的情況同樣，通過改變密封材料(涂布)層的厚度，制造具有表2記載的M1、M2、c1-c2的陶瓷構(gòu)件、蜂窩結(jié)構(gòu)體。
此外，實施例18～19中，使用與實施例10～11中同樣的密封材料(粘合劑)糊料，制造具有表2記載的M1、M2、c1-c2的陶瓷構(gòu)件、蜂窩結(jié)構(gòu)體。
將實施例12～19以及參考例5～6涉及的蜂窩結(jié)構(gòu)體與實施例1～11等情況同樣地用氧化鋁墊片卷起并插入金屬殼后，對其施加沖壓負(fù)荷。
另外，將得到的蜂窩結(jié)構(gòu)體用電爐在600℃熱處理30小時，然后同樣測定沖壓強(qiáng)度。值得注意的是，表2中的熱處理后強(qiáng)度減少率是以百分率表示熱處理后的沖壓強(qiáng)度相對熱處理前的沖壓強(qiáng)度的比例。另外，圖11是說明實施例12～19結(jié)果的圖表。
表2

如表2以及圖11所示，對于實施例12～19，強(qiáng)度減少率大于等于70％，即熱處理后也有大于等于70％的沖壓強(qiáng)度，對于參考例5～6，強(qiáng)度減少率不超過60％。
此外，制造實施例1～19、參考例1～6以及比較例1～12的蜂窩結(jié)構(gòu)體時，在陶瓷構(gòu)件外周面沒有出現(xiàn)缺損和裂紋等。
(實施例20)混合70重量份的平均粒徑30μm的α型碳化硅粉末、30重量份的平均粒徑0.28μm的α型碳化硅粉末、5重量份的甲基纖維素、4重量份的分散劑和20重量份的水20之后，用球磨機(jī)混合5小時，調(diào)制成均勻的混合組合物。
將該混合組合物填充到擠出成型機(jī)中，以2cm/分鐘的擠出速度制成由蜂窩形狀的碳化硅構(gòu)成的多種陶瓷成型體，該陶瓷成型體中的一個是與圖2(a)所示的多孔陶瓷部件20基本相同的棱柱，其大小是35mm×35mm×300mm，貫通孔的數(shù)量是31個/cm2，間隔壁的厚度是0.35mm。
另外還使用上述混合組合物制成與圖2(b)及圖2(c)所示的多孔陶瓷部件200、210的形狀大致相同的陶瓷成型體，其中棱柱的一部分被切除，貫通孔的一部分暴露在被切部位上。
將這些陶瓷成型體用利用微波或熱風(fēng)的干燥機(jī)干燥，制成由碳化硅構(gòu)成的陶瓷干燥體，使用與上述混合組合物相同成分的填充材料糊料，將該填充材料填充到上述陶瓷干燥體的貫通孔的規(guī)定區(qū)域內(nèi)，填充至距端面10mm的深度后，在450℃進(jìn)行脫脂，并進(jìn)一步在2200℃通過加熱對其進(jìn)行燒制，從而制成由碳化硅構(gòu)成的形狀各異的多種多孔陶瓷部件。
在由上述陶瓷干燥體制造多孔陶瓷部件的工序中，特別用呈彎曲狀態(tài)的固定用夾具保持并固定該陶瓷成型體，從而使所得的多孔陶瓷中產(chǎn)生彎曲。
接著，用耐熱性密封材料(粘合劑)糊料將上述多種多孔陶瓷部件多個結(jié)合在一起，其后通過使上述密封材料(粘合劑)糊料干燥，制成圓柱形狀的陶瓷構(gòu)件。其中，該耐熱性密封材料(粘合劑)糊料含有30重量％的纖維長度為0.2mm的氧化鋁纖維、21重量％的平均粒徑為0.6μm的碳化硅顆粒、15重量％的硅溶膠、5.6重量％的羧甲基纖維素以及28.4重量％的水。
然后，在上述陶瓷構(gòu)件的外周面形成密封材料(涂布)層，該密封材料(涂布)層的形狀是沿著在該陶瓷構(gòu)件外周面上形成的凹凸的形狀，且該密封材料(涂布)層的組成與上述密封材料(粘合劑)糊料的組成相同，由此制成蜂窩結(jié)構(gòu)體，該蜂窩結(jié)構(gòu)體含有陶瓷構(gòu)件，陶瓷構(gòu)件中通過密封材料(粘合劑)將多個由碳化硅構(gòu)成的多孔陶瓷部件結(jié)合在一起，并且該陶瓷構(gòu)件外周面上形成有凹凸。
(實施例21～27以及參考例7～8)與實施例20的情況同樣地在多孔陶瓷部件中產(chǎn)生彎曲，由此制成離最小二乘直線的偏差如表3所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體。此外，實施例26～27中，作為密封材料(粘合劑)糊料，使用的是含有30重量％的纖維長度為20μm的氧化鋁纖維、21重量％的平均粒徑為0.6μm的碳化硅顆粒、15重量％的硅溶膠、5.6重量％的羧甲基纖維素以及28.4重量％的水的耐熱性密封材料(粘合劑)糊料，除此以外，與實施例20同樣地制作得到離最小二乘直線的偏差如表3所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
對于如此制成的實施例20～27以及參考例7、8涉及的蜂窩結(jié)構(gòu)體，使用三維測定機(jī)(Mitsutoyo公司生產(chǎn)的BH-V507)，通過在上述實施方式中描述本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體時所述的方法，在平行于上述陶瓷構(gòu)件的長度方向上等間隔的5個位置，求出垂直于陶瓷構(gòu)件長度方向的截面曲線的重心距最小二乘曲線的距離與上述重心距該截面曲線的最遠(yuǎn)點的距離之間的比，結(jié)果為0.1％。
同樣將實施例20～27以及參考例7～8涉及的蜂窩結(jié)構(gòu)體用氧化鋁墊片卷起并插入金屬殼后，對其施加沖壓負(fù)荷。
然后，將其裝入電爐在600℃熱處理30小時后，同樣測定沖壓強(qiáng)度。圖12是說明實施例20～27結(jié)果的圖表。
表3

如表3以及圖12所示，對于實施例20～27，強(qiáng)度減少率大于等于69％，對于參考例7～8，強(qiáng)度減少率不超過60％。
權(quán)利要求
1.蜂窩結(jié)構(gòu)體，其結(jié)構(gòu)中，由隔著壁部在長度方向平行設(shè)置有大量貫通孔的多孔陶瓷組成柱狀陶瓷構(gòu)件，所述柱狀陶瓷構(gòu)件在外周部設(shè)有密封材料，而且上述蜂窩結(jié)構(gòu)體以及上述陶瓷構(gòu)件在它們各自的外周面上均形成有凹凸；所述蜂窩結(jié)構(gòu)體的特征在于，基于構(gòu)成上述蜂窩結(jié)構(gòu)體垂直于長度方向的截面的輪廓的點，通過最小二乘法求出最小二乘曲線，將該最小二乘曲線的重心定義為c1，將以c1為重心且與上述最小二乘曲線同心的最小外接曲線與重心c1的距離定義為D1，將以c1為重心且與上述最小二乘曲線同心的最大內(nèi)接曲線與重心c1的距離定義為D2，并定義M1＝D1-D2，此時0.3mm≤M1；并且，基于構(gòu)成上述陶瓷構(gòu)件垂直于長度方向的截面的輪廓的點，通過最小二乘法求出最小二乘曲線，將該最小二乘曲線的重心定義為c2，將以c2為重心且與上述最小二乘曲線同心的最小外接曲線與重心c2的距離定義為D3，將以c2為重心且與上述最小二乘曲線同心的最大內(nèi)接曲線與重心c2的距離定義為D4，并定義M2＝D3-D4，此時0.5mm≤M2≤7.0mm。
2.如權(quán)利要求1所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體，其中，所述M1小于或等于3.0mm。
3.如權(quán)利要求1或2所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體，其中，重心c1和重心c2不一致。
4.如權(quán)利要求3所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體，其中，重心c1和重心c2之間的距離為0.1mm～10.0mm。
5.如權(quán)利要求1～4任一項所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體，其中，在所述陶瓷構(gòu)件的長度方向上至少3處分別求出最小二乘曲線的重心c2時，這些重心c2不存在于平行所述陶瓷構(gòu)件的長度方向的直線上。
6.如權(quán)利要求1～5任一項所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體，其中，在所述蜂窩結(jié)構(gòu)體的長度方向上至少3處分別求出最小二乘曲線的重心c1時，這些重心c1不存在于平行所述蜂窩結(jié)構(gòu)體的長度方向的直線上。
7.如權(quán)利要求1～6任一項所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體，其中，所述陶瓷構(gòu)件是通過結(jié)合多個多孔陶瓷部件構(gòu)成的。
8.如權(quán)利要求7所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體，其中，所述多孔陶瓷部件由碳化硅質(zhì)陶瓷構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1～8任一項所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體，其中，所述蜂窩結(jié)構(gòu)體負(fù)載有催化劑。
10.如權(quán)利要求1～9任一項所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體，其中，所述的各貫通孔在任意的一側(cè)端部被封孔。
11.蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，其是下述結(jié)構(gòu)的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，所述蜂窩結(jié)構(gòu)體具有柱狀陶瓷構(gòu)件，該柱狀陶瓷構(gòu)件中，多個多孔陶瓷部件通過密封材料層結(jié)合在一起，所述多孔陶瓷部件包括隔著間隔壁在長度方向上平行設(shè)置的大量貫通孔；所述制造方法的特征在于，該方法包括以下工序?qū)⒑袠?gòu)成上述多孔陶瓷部件的陶瓷材料的陶瓷成型體干燥，對通過所述干燥得到的陶瓷干燥體進(jìn)行外周加工，從而制得形狀各異的多種陶瓷干燥體。
12.蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，其是下述結(jié)構(gòu)的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，所述蜂窩結(jié)構(gòu)體具有柱狀陶瓷構(gòu)件，該柱狀陶瓷構(gòu)件中，多個多孔陶瓷部件通過密封材料層結(jié)合在一起，所述多孔陶瓷部件包括隔著間隔壁在長度方向上平行設(shè)置的大量貫通孔；所述制造方法的特征在于，該方法包括通過擠出成型法來制作多種具有不同截面形狀的陶瓷成型體的工序。
13.廢氣凈化裝置，其特征在于，在與內(nèi)燃機(jī)的排氣通路連接的殼體內(nèi)通過墊狀保持密封材料設(shè)置了權(quán)利要求1～10任一項所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
14.如權(quán)利要求13所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述墊狀保持密封材料是無膨脹陶瓷纖維墊片。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種蜂窩結(jié)構(gòu)體，所述蜂窩結(jié)構(gòu)體的機(jī)械強(qiáng)度大，即使產(chǎn)生熱應(yīng)力也不會有裂紋，同時，即使在其外周面受到高壓的情況下，也不易產(chǎn)生裂紋或被破壞，耐久性優(yōu)異，并且沖壓強(qiáng)度優(yōu)異。本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體在上述蜂窩結(jié)構(gòu)體以及上述陶瓷構(gòu)件各自的外周面上形成有凹凸；其特征在于，基于構(gòu)成上述蜂窩結(jié)構(gòu)體垂直于長度方向的截面的輪廓的點，通過最小二乘法求出最小二乘曲線，將該最小二乘曲線的重心定義為c1，將以c1為重心且與上述最小二乘曲線同心的最小外接曲線與重心c1的距離定義為D1，將以c1為重心且與上述最小二乘曲線同心的最大內(nèi)接曲線與重心c1的距離定義為D2，并定義M1＝D1－D2，此時0.3mm≤M1；并且，基于構(gòu)成上述陶瓷構(gòu)件垂直于長度方向的截面的輪廓的點，通過最小二乘法求出最小二乘曲線，將該最小二乘曲線的重心定義為c2，將以c2為重心且與上述最小二乘曲線同心的最小外接曲線與重心c2的距離定義為D3，將以c2為重心且與上述最小二乘曲線同心的最大內(nèi)接曲線與重心c2的距離定義為D4，并定義M2＝D3－D4，此時0.5mm≤M2≤7.0mm。
文檔編號C04B38/00GK1735743SQ20048000212
公開日2006年2月15日 申請日期2004年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月5日
發(fā)明者吉田豐 申請人:揖斐電株式會社