JPS63303878A - 多孔質セラミックス構造体 - 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〕 本発明は触媒担体なと、特に内燃機関排気ガス浄化用セ
ラミックス触媒担体に用いる多孔質セラミックス構造体
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、自動車等の排気ガス浄化用触媒担体として用いら
れる三次元網目状骨格を有するセラミックス構造体（以
下多孔質セラミックス構造体と称す）において、この多
孔質セラミックス構造体の断面中央部を見掛は密度が密
の多孔質体とし、また他の部分を見掛は密度が粗の多孔
質体として、例えば、自動車の排気管等に取り付けるこ
とによって、多孔質セラミックス構造体の中心を通る排
気ガスの流速を低下させることにより、流速分布を小さ
くさせて、浄化機能を向上させるという提案が特開昭５
７−５３２４２号公報によってなされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、多孔質セラミックス構造体の断面中央部を見掛
は密度が密の多孔質体とすることは同時に流体が流れる
際の圧力損失を上昇させるという問題が生じていたー。

本発明は以上の問題点に鑑みたもので、浄化性能を向上
させるとともに、圧力損失を低（した多孔質セラミック
ス構造体を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の多孔質セラミックス構造体のセル構造の一部を
第１図に、またその単一のセルの模式的断面図を第２図
に示す。本発明の多孔質セラミックス構造体は内部連通
空間を有する三次元網目状の骨格を備えたセル構造をな
している。また、このセル構造の単一のセル１０は第２
図に示すように長細く、楕円体に近い多面体（１２ない
し１４面体）であり、三次元綱目状の骨格１１は多面体
の稜線を構成している。なお、内部連通空間は符号１２
で示される。

まず、われわれは、体格形状直径１０７ｍｍ、長さ８０
ＩＩｌＩ１１であり、それぞれ平均長径すと平均短径ａ
との比ｂ　／　ａが異なる多孔質セラミックス構造体に
より、比ｂ　／　ａと圧力損失との関係を調べた。

また、圧力損失の測定は、上記セラミ・ノクス構造体の
円柱軸方向に空気を流して行った。空気は３ｎ（／ｍｉ
ｎ流し、また、空気が円柱側面から流れないようにして
測定した。測定した結果を第３図に示す。

第３図より、われわれは、セルがほぼ球形（ｂ／ａは１
〜１．４程度）である従来の多孔質セラミック構造体に
比べ、セラミックス構造体を構成するセルの長袖Ａ−Ａ
方向の平均長径すと短軸Ｂ−Ｂ方向の平均短径ａとの比
ｂ　／　ａを１．５より太き（していくと圧力損失が低
下していくことを見出した。

そこで、本発明では、以上の結果に鑑み、セラミックス
構造体の見掛は密度を変えるのではなく、多孔質セラミ
ックス構造体の多孔質部を形成する断面中央部の平均長
径すと平均短径ａとの比ｂ／ａを外周方向に従って、比
ｂ　／　ａを中心部より大きくするという技術的手段を
採用する。

〔作用〕

上記技術的手段を採用することにより、例えば、この多
孔質セラミックス構造体が自動車の排気管に取り付けら
れた際には、多孔質セラミックス構造体の中心を通る排
気ガスは、圧損が若干高いため流速が若干低下させられ
、外周部との流速分布が小さくなる。そのため、浄化性
能を向上させることができ、かつ、多孔質セラミックス
構造体を構成するセルが楕円形状であるので、従来と比
べて圧力損失を低下させることができる。

圧力損失を低下させることができるのは、円柱状のセラ
ミックス構造体の中をガスが直線的に進むと考えた場合
、セルが楕円形状であればあるほど、ガス粒子はガスの
流れに対して直角なセルの骨格によって乱される確率が
小さくなる。つまり、圧力損失がガスに働く慣性力と粘
性力とにより生じていることを考えれば、セルが楕円形
状であればあるほどガスがセルの骨格と衝突する回数が
城るので、ガスの乱れが少なくなることにより、慣性力
が減じ圧力損失が低下するのである。

〔実施例〕

本発明の多孔質セラミックス構造体２０として、体格断
面形状、長径１４６Ｍ、短径７５ｍｍ、および長さ１４
３鵬の楕円柱状のものを用意し、第４図にその斜視図を
示した。ここで、多孔質部２５においてのセラミックス
の見掛は密度は０．２〜０゜３ｇ／ａａである。また、
セラミックス構造体２０の最外周には補強層２８として
緻密なセラミックス層が厚さ２−で設けられている。多
孔質部２５は第２図に示すような長細いセル構造をもっ
た多孔質セラミックスで構成され、平均長径すと平均短
径ａとの比ｂ　／　ａは、第５図の如く、多孔質部２５
の中心部から外周方向に従い、約２．７より連続的に太
き（なり、多孔質部２５の最外周では約４となっている
。

次に本発明の多孔質セラミックス構造体の製造方法につ
いて第６図を用いて説明する。

即ち、従来の方法によってポリウレタンフォームを発泡
させた後、気泡膜を除去して連通化したセル構造を有す
る樹脂発泡体であるポリウレタンフォーム３０を用意す
る。その後、第６図（ａ）の如く、一方に凸状部３５ａ
、３６ａが形成された引張り治具３５と３６の中間に、
ポリウレタンフォームを設ける。そして、引張り治具３
５，３６の凸状部３５ａ、３６ａに、ウレタンフオーム
と十分強固に接着可能であり、かつ１００°Ｃ以下でも
固着可能な接着剤３８を塗布し、第６図（ｂ）の如く、
引張り治具３５，３６の凸状部３５ａ、３６ａをポリウ
レタンフォーム３０の両端に押し付け、その状態におい
て凸状部３５ａ、３６ａに付着させた接着剤を硬化させ
る。その後、第６図（Ｃ）の如く、引張り治具３５．３
６を両方向に引き伸ばすことによって、ポリウレタンフ
ォーム３０の中央部の伸び率を小さく、外周部の伸び率
を大きくすることができる。そして、この状態のままで
約１００〜１５０°Ｃの温度を有する炉の中で約３０〜
９０分間保持することにより、引き伸ばされたセル構造
をもつポリウレタンフォームを得ることができる。また
、引張り治具３５．３６からのポリウレタンフォームの
取り出しは、ポリウレタンフォームの両端をナイフ等に
より切断することにより行う。

こうして得られたポリウレタンフォームを断面形状が短
径７５ｍｍ、長径１４６田の断面形状で、長さ約１４３
ｍｍの楕円柱状に加工した。なお、セルの長袖の方向は
円柱軸と一致させた。

次にこのポリウレタンフォームにセラミックススラリー
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、５０〜８０°Ｃで乾燥させ、さら
に、上記のセラミックススラリーよりも高粘度のセラミ
ックススラリーをポリウレタンフォームの最外周に塗布
し、乾燥させた。

そして、１０００〜１３００°Ｃで約７時間焼成するこ
とによって三次元綱目状構造を有する多孔質セラミック
ス構造体を得た。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（Ａ　ｊ！　Ｚ　Ｏ’ｓ　）　、
シリカ（ＳｉＯｔ）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スとし、
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％を加え撹拌混合したものである
。

更に、上記の製造方法によって得られた多孔質セラミッ
クス構造体の骨格表面に比表面積が１０ｒｒｆ／ｇ以上
の例えばｒ−ＡｌｚＯ８をフオーム状セラミックス１２
当り１００〜２００ｇ付着させ、その後、白金、ロジウ
ム、ルテニウム等の貴金属を付着させることにより、最
外周に補強層が設けられた多孔質セラミックス構造体で
ある触媒浄化担体とした。

ここで、比較例１として平均短径ａが約５−１平均長径
すと平均短径ａとの比ｂ　／　ａが約１．３であるセル
構造（はぼ球形な従来セル）で、多孔質郡全体をセラミ
ックス密度０．２ｇ／ｃｃとしたものを、また比較例２
としては、セル径が約１．３躯である従来のモノリス担
体を用意した。

比較実験を第７図を用いて述べる。まず、各々の多孔質
セラミックス構造体を体積約１３００　ｃｃ、断面形状
が短径７５ｍｍ、長径１４６ｍｍの楕円形状、長さを１
４３＋＋＋ｍに成形する。この各多孔質セラミックス構
造体を排気管６０中にセラミックス構造体の保持用ネッ
ト６５を介して設置する。

その後、２０００　ｃｃの内燃機関による２８００ｒｐ
ｍ＋　−３６０ｒＩｍ）Ｉｇの条件下において、排気ガ
スを冷却させることにより、排気ガス温度と窒素酸化物
（ＮＯｘ）の浄化率との関係を調べた。その結果を第８
図に示した。第８図より明らかなように、本発明のもの
が、比較例１、比較例２と比べて低温の排気ガス温度に
おいても、窒素酸化物の浄化率を維持することができた
。また比較例１と比較すると、浄化率は大幅に向上した
。

これは、本発明よりなる多孔質セラミックス構造体にお
いては、触媒担体全体が有効に利用されていることを示
している。

また、常温の空気を３ｒ［／ｍｉｎ流して圧力損失を測
定した結果、比較例１が２２ｍｍＨｇであるのに対し、
本発明例は１３ｍｍＨｇと圧力損失は大幅に低減するこ
とができた。

前記実施例では、断面形状が楕円形状のものについて行
ったが、もちろん他の形状でも同様の結果が得られ、例
えば円柱状、四角形状、六角形状でもよい。

前記実施例では、多孔質セラミックス構造体の材質とし
てコージェライトを用いたが、本発明ではこれに限られ
るものではなく、他にアルミナ、ムライト、β−スポジ
ューメン、窒化珪素、炭化珪素等を用いることができる
。

前記実施例では、多孔質部のセル構造の平均短径ａと平
均長径すとの比ｂ　／　ａを多孔質部の中心部で最も小
とし、外周方向に従い連続的に大としたが、第９図に示
す如く、比ｂ　／　ａを段階状に変化させても同様の効
果が得られる。

前記実施例では、多孔質セラミックス構造体を内燃機関
の排気ガス浄化用触媒担体として用いたが、ディーゼル
エンジンから排出されるディーゼルパティキュレートの
捕集体としても同様の効果を得ることができる。

（発明の効果〕 本発明である多孔質セラミックス構造体の多孔質を構成
するセル構造を、セルの平均短径ａと平均長径すとの比
ｂ　／　ａを１．５以上とし、かつ多孔質部の中心部で
はセルの平均短径ａと平均長径すとの比ｂ　／　ａを小
とし、外周部に従い、中心部より比ｂ　／　ａを大とす
ることにより、多孔質セラミックス構造体を流れるガス
の圧力損失を停止させ、浄化率を高めることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の多孔質セラミックス構造体のセル構造
組織を示す模式図、第２図は第１図のセル構造の一部を
拡大して示す模式図、第３図は平均長径すと平均短径ａ
との比ｂ　／　ａと圧力損失との関係を示す特性図、第
４図は本発明の多孔質セラミックス構造体の一例を示す
模式図、第５図は第４図の多孔質セラミックス構造体に
おける比ｂ／ａの分布を示す特性図、第６図は本発明の
多孔質セラミックス構造体の製造方法の一例を示す模式
図、第７図は多孔質セラミックス構造体の実験方法を示
す模式図、第８図は多孔質セラミックス構造体の特性を
示す特性図、第９図は他の実施例を示す特性図である。 １０・・・セル、１１・・・骨格、１２・・・内部連通
空間。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部連通空間を有する三次元網目状の骨格を備え
   セル構造をなした多孔質セラミックス構造体において、 前記セル構造の個々のセルが長細い形状を有しており、
   前記セルの平均長径ｂと平均短径ａとの比ｂ／ａが、前
   記構造体の断面中央部よりも外周部の方が大であるよう
   に構成されていることを特徴とする多孔質セラミックス
   構造体。
2. （２）前記セルの平均長径ｂと平均短径ａとの比ｂ／ａ
   が、少なくとも１．５以上であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の多孔質セラミックス構造体。