專利名稱：制造小室結構體的方法
技術領域：
本發明涉及用于制造適合于催化劑載體的小室結構體(cell structure)的方法。
背景技術：
目前，作為汽車尾氣凈化用的催化劑主體，有已經使用的催化劑主體，其通過將作為催化組分的貴金屬如鉑(Pt)、鈀(Pd)和銠(Rh)承載在蜂窩狀陶瓷催化劑載體上來制備，所述催化劑載體是一種多孔的小室結構(參見如JP-A-2003-205246和JP-A-2003-33664)。
為了生產這種催化劑主體，重要的是建立和調整承載條件，以使得所承載的催化劑組分的量達到適當。當所承載的催化劑組分的量太少時，不能獲得足夠的尾氣凈化性能或者耐久性。另一方面，當所承載的催化劑組分的量過多時，會浪費催化劑組分如昂貴和稀有的貴金屬Pt、Pd和Rh，增加生產成本。
催化劑組分一般通過浸涂法(wash-coat method)承載在多孔的小室結構體上。具體地，首先，將包含催化劑組分和水的催化劑漿料填入小室結構體；然后，催化劑漿料中的水被隔壁的孔吸收，催化劑組分(催化劑漿料中的固體組分)被吸水能量粘附在隔壁的表面上以及在隔壁表面上所開孔的內壁上。此時，催化劑載體所承載的量可以認為與小室結構的吸水量成比例。
為了在多個小室結構體上承載催化劑組分，從小室結構體中任意選擇一個小室結構體，在所選擇的小室結構體的隔壁厚度、孔性能等基礎上建立浸涂的條件。然后，根據以上建立的條件，統一進行多個小室結構體的浸涂，將催化劑組分承載在小室結構體上。
然而，許多小室結構體在其隔壁厚度、孔性能等方面有差別。因此，存在如下問題隔壁在基于任意選擇的小室結構體的隔壁厚度等之上建立的浸涂條件下，在所有的小室結構體上承載催化劑組分，這使得會在所承載的催化劑組分的量的方面產生差別。
一般認為，通過使隔壁所有小室結構體的隔壁厚度等都相同，可以避免所承載的催化劑組分量的不同。然而，用來將陶瓷原料形成蜂窩結構體的擠壓成形模具隨著擠壓成形的數量增加而逐漸磨損。因此，所得到的小室結構體的隔壁厚度傾向于隨著擠壓成形的數量增加而逐漸增加。由于不可能完全消除擠壓成形模具的磨損，事實上，不可能避免在所獲得的小室結構體的隔壁厚度方面的差別。
發明內容
本發明是針對現有技術的問題而產生的，其目標是提供一種用于制造小室結構體的方法，該方法能夠抑制催化劑組分的過量使用，降低生產成本，并使該結構體上所承載的催化劑組分量均勻化。
作為深入細致研究的結果，為了實現以上目標，他們發現，小室結構體的干燥質量與通過浸涂法所承載的催化劑組分量相關，通過以上述相關性為基礎來實施加工，可以實現以上目標，從而導致完成本發明。
即，根據本發明，提供如下制備小室結構體的方法。
.一種用于制造小室結構體的方法，該小室結構體具有由多孔的隔壁所隔開的多個小室(cell)，由一個端面延伸到另一個端面，以用作流體通道，其中，測量多個每個蜂窩形小室結構先驅體的每個的干燥質量，根據所測量的干燥質量，對每個小室結構先驅體的至少一個端面進行加工，獲得具有一致干燥質量的多個小室結構體。
.根據以上[1]所述的用于制造小室結構體的方法，其中，所述加工是切割、磨削、放電加工、超聲加工或者射線束加工(beam machining)。
.根據[1]和[2]所述的用于制造小室結構體的方法，其中，小室結構體用作催化劑載體。
.根據[1]-[3]中任一項所述的制造小室結構體的方法，其中，加工以后，在多個小室結構先驅體的每個的至少一個端面上，用封孔材料來堵塞小室中每個規定小室的一個端部，獲得具有一致干燥質量的小室結構體。
.根據[1]-[3]中任一項所述的制造小室結構體的方法，其中，在每個小室結構先驅體的至少一個端面上，用封孔材料來堵塞小室中每個規定小室的一個端部之后，測量每個小室結構先驅體的干燥質量。
根據用于制造本發明小室結構體的方法，可以制造小室結構體，所述的小室結構體具有一致量的承載的催化劑組分，并且通過抑制催化劑組分的過量使用來降低產品成本。
附圖簡要描述
圖1是小室結構體(小室結構先驅體)的示意性透視圖。
圖2是用于制造本發明小室結構體的方法的實施方式的流程圖。
圖3是用于制造另一小室結構體的方法的實施方式的流程圖。
圖4是實施例1中所制造的小室結構體在加工端面之前的質量與在加工端面之前總長度(mm)的關系圖。
圖5是實施例1中所制造的小室結構體在加工端面之后的質量與在加工端面之后總長度(mm)的關系圖。
圖6是實施例2中所制造的小室結構體在加工端面之前的質量與在加工端面之前總長度(mm)的關系圖。
圖7是實施例2中所制造的小室結構體在加工端面之后的質量與在加工端面之后總長度(mm)的關系圖。
圖8是在實施例3中所制造的小室結構體的質量與在二次燒成之后總長度(mm)的關系圖。
圖9是多個小室結構體的吸水量和吸水比率與總長度的關系圖。
符號說明1小室結構體；2隔壁；3小室；5a一個端面； 5b另一端面； 10小室結構先驅體具體實施方式
以下將描述實施本發明的最佳實施方式。但本發明并不限制于以下方式，并且應該了解到，基于本領域技術人員的常識所進行的變化、改進或者類似的合適地應用如下方式的情況也在本發明的范圍之內。
用于制造本發明小室結構體的方法的實施方式是用于制造如下小室結構體的方法，該小室結構體具有由多孔的隔壁所隔開的多個小室(cell)，由一個端面延伸到另一個端面，以用作流體通道，其中，測量每個蜂窩形的小室結構先驅體的干燥質量，根據所測量的干燥質量，對每個小室結構先驅體的至少一個端面進行加工，獲得具有一致干燥質量的多個小室結構體。以下將詳細描述其細節。
在用于制造本發明小室結構體的方法中，具有蜂窩結構的小室結構體的特征是，在縱向上具有相同的斷面形狀(類似于日本的金太郎糖(kintarocandy))。即，由于小室結構體的吸水量與小室結構體的長度直接成比例，通過調整其長度，可能自由地控制其吸水量。圖9是多個小室結構體的吸水量和吸水比率與總長度的關系圖。如圖9所示的小室結構體具有105mm的外徑和相同的小室結構，且由相同材料(堇青石)制成。另外，它們通過在短時間內用相同的原料批次以集中方式擠壓成形來獲得。由于這些小室結構體通過在短時間內以集中方式擠壓成形來獲得，可以認為它們實際上具有相同的隔壁厚度。如圖9所示，無論其總長度如何，小室結構體具有固定的吸水比率。另一方面，可以了解到，小室結構體的吸水量與小室結構體的總長度成比例。用于制造本發明小室結構體的方法利用了該特征，即小室結構體的吸水量與小室結構體的總長度成比例。
圖1是小室結構體(小室結構先驅體)的示意性透視圖。小室結構體1是所謂的蜂窩狀結構體，該結構體提供多個小室3，從一個端面5a延伸到另一端面5b。小室3由多孔的隔壁2分割而形成。
圖2是用于制造本發明小室結構體的方法的實施方式的流程圖。在用于制造本實施方式的小室結構體的方法中，測量每個小室結構先驅體的干燥質量。小室結構先驅體10是一種通過例如將擠壓成形的蜂窩狀體(未燒成體)進行燒成等而制造的燒成體(參見圖1)，所述蜂窩狀體通過擠壓成形包含陶瓷原料的坯土來獲得。
該坯土可以通過如下方式制備，即通過例如將水、粘合劑、表面活性劑等與包含作為骨料的滑石、高嶺土和氧化鋁的形成堇青石的原料混合來制備混合物，并且混合和捏和該混合物。在用捏和機將該坯土擠壓成圓柱形狀以后，由擠壓成形裝置進一步擠壓成形，以獲得擠壓成形的蜂窩形狀體(未燒成體)，所述蜂窩形狀體具有區劃用作流體通道的多個小室的隔壁以及由隔壁整體上形成的外壁。將以該方式所獲得的未燒成體進行干燥，然后切割成規定的長度，得到干燥體。燒成該干燥體，獲得蜂窩形小室結構先驅體10。
如果在干燥體的兩個端面上，用封孔材料選擇性地堵塞規定的小室的一個端部之后，進行燒成等操作，可以獲得具有封孔部分的蜂窩狀結構先驅體。此外，在外周壁和靠近最外周的約1-3個小室的隔壁被研磨去除之后，通過應用陶瓷涂層材料，可以形成外壁部分。
盡管小室結構先驅體10通常在剛剛干燥之后是干燥狀態，但是如果需要，可以進行干燥處理。制備干燥狀態的多個小室結構體，測量它們每個的質量。接著，根據所測量的干燥質量，加工每個小室結構先驅體10的至少一個端面，獲得加工的小室結構體1。更具體地，根據每個蜂窩結構先驅體10的干燥質量，對一個端面5a和/或另一端面5b進行加工，確定加工的量，使得所有的小室結構先驅體10可以具有相同的質量。此外，加工之后，在小室結構先驅體10的至少一個端面(5a，5b)上，通過用封孔材料堵塞小室3的一個端部，可以獲得具有封孔部分的小室結構體。
加工小室結構先驅體10的端面的例子包括，使用立銑刀、切割工具等切割；用磨石等磨削；放電加工；超聲加工以及使用激光束的射線束加工。例如，包括每個小室結構先驅體10的一個端面5a的部分通過這種加工被去除，使得所有的小室結構先驅體10可以具有相同的質量。此外，如果需要，可以對以該方式所獲得的小室結構體1進行如洗滌和干燥處理。
即使在根據相同條件所制造的小室結構先驅體中，通常在干燥質量方面仍有差別。這被認為是由于隨著擠壓成形數量的增加，用于擠壓成形的擠壓成形模具逐漸磨損，隔壁的厚度逐漸增加。
在用于制造本實施方式的小室結構體的方法中，通過使用如下結論，即小室結構體的干燥質量與由浸涂法所承載的催化劑組分量相關，從而進行規定的加工操作，使得多個小室結構先驅體具有相同的干燥質量。因此，根據用于制造本實施方式的小室結構體的方法，可以制造由例如浸涂法所承載的、具有一致量的催化劑組分的小室結構體。另外，由于通過應用以該方式制造的小室結構體，可以抑制催化劑組分的過量使用，因此，可以降低用于汽車尾氣等凈化的催化劑主體的成本。
以下，說明用于制備另一小室結構體的方法的實施方式。圖3是用于制造另一小室結構體的方法的實施方式的流程圖。在用于制造本實施方式的小室結構體的方法中，測量每個小室結構先驅體的吸水比率。小室結構體10是一種燒成體，所述燒成體是通過例如將擠壓成形的蜂窩狀體(未燒成體)以與用于制造本發明小室結構體的上述方法相同的方法進行燒成等來制造的(參見圖1)，其中，蜂窩狀體通過擠壓成形包含陶瓷原料的坯土來獲得。
制備多個小室結構先驅體10并根據需要進行干燥處理，測量它們每個的吸水量。接著，根據每個吸水比率，將每個小室結構先驅體10的至少一個端面進行加工，以獲得加工的小室結構體1。更具體地，根據每個蜂窩結構先驅體10的吸水量，對一個端面5a和/或另一端面5b進行加工，確定加工的量，使得所有的小室結構先驅體10可能具有相同的吸水量。
加工小室結構先驅體10的端面的例子包括，使用立銑刀、切割工具等切割；用磨石等磨削；放電加工；超聲加工以及使用激光束的射線束加工，就像用于制造本發明小室結構體的上述方法的情況一樣。例如，包括每個小室結構先驅體10的一個端面5a的部分通過這種加工被去除，使得所有的小室結構先驅體10可以具有相同的吸水量。此外，如果需要，可以對以該方式所獲得的小室結構體1進行如洗滌和干燥處理。
在用于制造本實施方式的小室結構體的方法中，通過使用如下結論，即小室結構體的吸水量與由浸涂法所承載的催化劑組分量相關，進行規定的加工操作，使得多個小室結構先驅體具有相同的吸水比率。因此，根據用于制造本實施方式的小室結構體的方法，可以制造由例如浸涂法承載的、具有一致量的催化劑組分的小室結構體。另外，由于通過應用以該方式制造的小室結構體可以抑制催化劑組分的過量使用，因此，汽車尾氣等凈化用的催化劑主體的成本可以減少。
根據例如如下程序，可以測量吸水量。首先，將液體預先填滿待測試吸水量的小室結構先驅體10的小室3(通道)和隔壁2中的孔。盡管對所使用的液體種類沒有特別的限制，但是通常使用水。為了用液體填滿小室3和隔壁2中的孔，小室結構先驅體10可以浸漬在液體中。然而，還優選的是，根據小室結構先驅體的孔性能等，通過抽氣或者在加壓條件下填充液體。
液體填入小室3和隔壁2中的孔，在規定的時間以后，粘附在小室3(通道)內壁上的過量液體釋放出來。除了從液體中取出小室結構先驅體10以后放置規定的時間外，過量液體可以通過允許空氣浴吹淋該液體或者使在小室3中循環的空氣強制循環來釋放。釋放出過量液體以后，測量在吸附液體狀態的小室結構先驅體10的質量(吸水后的質量)。根據以下等式(1)和(2)，可以由吸水后以上測試的質量和吸水前在干燥狀態的小室結構先驅體的質量(干燥質量)來計算吸水量和吸水比率。
吸水量(g)＝吸水后的質量(g)-干燥質量(g)……(1)吸水比例(％)＝[吸水量(g)/干燥質量(g)]×100……(2)用于制造本實施方式的小室結構體的方法可以用于各種載體構成材料，以顯示出效果。因此，盡管對小室結構體(和小室結構先驅體)的材料沒有特別地限制，但是可以具體地使用陶瓷、金屬等。更具體地，組成小室結構體(和小室結構先驅體)的材料的優選例子包括氧化物陶瓷材料，如堇青石、富鋁紅柱石、氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈦、尖晶石、磷酸鋯、鈦酸鋁和Ge-堇青石；非氧化物陶瓷材料如SiC和SiN；以及金屬材料如Fe-Cr-Al合金。其中，優選使用氧化物陶瓷，其易于受到來自堿金屬或者堿土金屬的腐蝕；特別優選使用堇青石，其廣泛應用于凈化汽車尾氣的催化劑領域。還優選使用多種材料的混合型或者復合型材料。這種材料的合適例子包括富鋁紅柱石顆粒或者SiC顆粒與堇青石結合的材料(特別是包含10％質量或者更多堇青石的材料)。
小室結構體可以具有任意的小室形狀如圓形、多邊形和皺褶形。此外，作為用于NOx吸附催化劑載體的小室結構體，為了使催化劑層的涂層厚度一致化，現在傾向于使用六邊形的小室，而非傳統的三角形或者矩形的小室。在用于制造本實施方式的小室結構體的方法中，可以優選采用三角形、矩形、六邊形等作小室結構體的小室形狀。小室結構體的外部形狀可以形成為預定的形狀(如圓柱形)，以適合于小室結構體所安置的尾氣系統的內部形狀。此外，還優選八邊形與矩形結合的混合小室結構體。這種混合的小室結構體特別適合于將小室結構體用作過濾器的情況。
盡管沒有特別限制小室結構體的孔密度，作為催化劑載體，孔的密度優選在6-1500孔/平方英寸(0.9-233孔/平方厘米)的范圍內。另外，小室結構體優選具有20-2000μm的隔壁厚度。
根據用于制造本發明小室結構體的方法，在小室結構體中易于產生長度的變化。因此，當小室結構體罐裝在催化劑轉換器殼(converter container)中時，在罐裝隨機長度的每個小室結構體時候，有時需要調整催化劑轉換器殼的尺寸等。還可能給每個小室結構體標記其長度信息(假設有這種情況)，該信息在罐裝調節長度之前被閱讀。
根據用于制備本發明小室結構體的方法，可以容易制備具有一致量的承載催化劑組分的小室結構體。因此，由制造本發明小室結構體的方法制造的小室結構體適合于用來主要制造汽車尾氣等凈化用的催化劑主體的催化劑載體。
實施例基于實施例，以下將具體地說明本發明。然而，本發明決不是限制于這些實施例。
實施例1從任意批次小室結構體(外徑11.0mm×總長度117.61mm(兩者都是平均值)，孔密度900cpsi)中隨機取287個小室結構體樣品，所述小室結構體由堇青石組成，具有如圖1所示的形狀。準確地測量每個取樣的小室結構體的總長度和干燥質量。所測量的小室結構體的總長度的最大值和最小值以及干燥質量的最大、平均值和最小值如表1所示。計算每個小室結構體的單位長度質量(小室結構體干燥質量(g)/總長度(mm))，并計算用于加工每個小室結構體的端面的長度，使得該小室結構體具有262g的重量，這比這一批小室結構體中的最小干燥質量(263.9g)稍輕。通過沿小室通道的方向磨去以上計算的加工長度，去除每個小室結構體的一個端面，以得到287個小室結構體。此外，在加工端面之前的質量與加工端面之前的總長度之間的關系圖如圖4所示。另外，在加工端面之后的質量與加工端面之后的總長度之間的關系圖如圖5所示。
實施例2在兩端面上，用封孔材料選擇性地堵塞在規定小室的一個端部以后，燒成小室結構體，獲得燒成體。所得到的燒成體的外圍部分通過磨損去除，陶瓷涂層材料應用于外圍，形成外墻部分，以獲得堇青石圓柱小室結構體(小室的截面形狀矩形；隔壁厚度0.3mm；孔密度200cpsi(31孔/平方厘米)；外徑304mm×總長度305mm(兩者都是平均值))。從任一批次的多個小室結構體中隨機地取出20個小室結構體，準確地測量每個取樣的小室結構體的總長度和干燥質量。通過沿小室通道長度的方向磨去規定的長度，去除每個小室結構體的一個端面，得到20個小室結構體。在加工端面之前的質量與加工端面之前的總長度之間的關系圖如圖6所示。另外，在加工端面之后的質量與加工端面之后的總長度之間的關系圖如圖7所示。
實施例3通過燒成(一次燒成)制造由堇青石組成的且具有如圖1所示形狀的小室結構體(小室的截面形狀矩形；隔壁厚度0.3mm；孔密度200cpsi(31孔/平方厘米)；外徑304mm×總長度305mm(兩者都是平均值))。從任一批次的以上制造的多個小室結構體中，隨機取出30個小室結構體樣品，準確地測量每個取樣的小室結構體的總長度和干燥質量。通過沿小室通道長度的方向磨去規定的長度，去除每個小室結構體的一個端面，得到30個小室結構體。在每個小室結構體的兩端面上，用封孔材料選擇性地堵塞在規定小室的一個端部以后，燒成(二次燒成)小室結構體，以獲得燒成體。每個所得到燒成體的外圍部分通過磨損去除以后，陶瓷涂層材料應用于外圍，形成外墻部分，獲得30個堇青石圓柱小室結構體(二燒成體)。所制造的二次燒成體的質量(g)與其總長度之間的關系圖如圖8所示。
表1
根據用于制造本發明小室結構體的方法，可以以低成本簡便地制造出適合于催化劑載體的小室結構體，所述催化劑載體用于制造汽車尾氣等凈化用的催化劑主體。
權利要求
1.一種用于制造小室結構體的方法，該小室結構體具有由多孔的隔壁所分割的多個小室，由一個端面延伸到另一端面，以用作流體通道，其中，測量多個蜂窩形小室結構先驅體的每個的干燥質量，以及根據所測量的干燥質量，將每個小室結構先驅體的至少一個端面進行加工，獲得具有一致干燥質量的多個小室結構體。
2.根據權利要求1所述的制造小室結構體的方法，其中，所述加工是切割、磨削、放電加工、超聲加工或者射線束加工。
3.根據權利要求1或者2所述的制造小室結構體的方法，其中，所述小室結構體用作催化劑載體。
4.根據權利要求1所述的制造小室結構體的方法，其中，加工以后，在多個小室結構先驅體的每個的至少一個端面上，用封孔材料來堵塞小室中每個規定小室的一個端部，獲得具有一致干燥質量的小室結構體。
5.根據權利要求1所述的制造小室結構體的方法，其中，在每個小室結構先驅體的至少一個端面上，用封孔材料來堵塞小室中每個規定小室的一個端部以后，測量每個小室結構先驅體的干燥質量。
全文摘要
提供一種用于制造小室結構體的方法，所述小室結構體具有由多孔的隔壁所分割的多個小室，由一個端面延伸到其它端面，以用作流體通道。測量每個蜂窩形小室結構先驅體的干燥質量，根據所測量的干燥質量，對每個小室結構先驅體的至少一個端面進行加工，獲得具有一致干燥質量的多個小室結構體。該方法可以抑制催化劑組分的過量使用，降低生產成本，使承載在小室結構體上的催化劑組分量一致化。
文檔編號B01J35/00GK101036895SQ200710088368
公開日2007年9月19日 申請日期2007年3月16日 優先權日2006年3月17日
發明者市川結輝人 申請人:日本礙子株式會社