DE10060659A1 - Keramischer Wabenstrukturkörper und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents
Keramischer Wabenstrukturkörper und Verfahren zur Herstellung desselbenInfo
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Abstract
Durch die Erfindung wird ein keramischer Wabenstrukturkörper, der zufriedenstellend einen Katalysator halten kann und der selbst bei Verwendung weitaus dünnerer Wände eine hervorragende mechanische Festigkeit zeigt, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben zur Verfügung gestellt. Der Strukturkörper umfasst Gitterwände (11), die eine große Anzahl als Fluidkanäle dienender Zellen (10) bilden und eine den Umfang der Gitterwände (11) bedeckende Außenwand (12). Der in der Nähe der Außenwand (12) gelegene Außenrandabschnitt (112) der Gitterwände (11) (Bereich B) enthält einen verdichteten Abschnitt, der eine geringere Porosität als ein innerhalb des Außenrandabschnitts (112) gelegener Innenrandabschnitt (111) der Gitterwände (11) (Bereich A) hat.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen keramischen Waben
strukturkörper, der beispielsweise als ein Katalysator
halter zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors
oder als ein Filter zur Reinigung von Wasser oder
dergleichen zu verwenden ist, und auf Verfahren zur
Herstellung desselben.
Mit dem Auftreten von strengeren Abgasvorschriften für
Kraftfahrzeugmotoren wurde es in den letzten Jahren
erforderlich, einen Katalysator zur Reinigung von Abgasen
möglichst früh zu aktivieren, sodass Kohlenwasserstoff
emissionen unmittelbar nach dem Start des Motors vermindert
werden. Die Wärmekapazität des Katalysatorkomponenten
aufweisenden keramischen Wabenstrukturkörpers zu senken,
ist eine der Maßnahmen, die zum Einsatz kommen, um eine
solche frühe Aktivierung des Katalysators zu ermöglichen.
Dabei muss die Dicke der Zellwände des keramischen Waben
strukturkörpers verringert werden. Allerdings nimmt die
mechanische Festigkeit des Strukturkörpers mit abnehmender
Dicke der Zellwände des Strukturkörpers ab.
Um die mechanische Festigkeit des Wabenstrukturkörpers zu
verbessern, wird in der japanischen Offenlegungsschrift
Nr. 62-6855 vorgeschlagen, die Poren der Außenwand und der
aus Kanalzellen bestehenden Gitterwände in der Nähe der
Außenwand mit Verstärkungsmaterialien geringerer Porosität
zu füllen.
Der durch das obige Verfahren verstärkte Wabenstruktur
körper hat jedoch das Problem, dass er eine geringere
Dauerhaftigkeit aufweist. Und zwar unterliegt der
keramische Wabenstrukturkörper, wenn er als Katalysator
halter für einen Katalysator zur Reinigung von Abgasen im
Abgasrohr eines Motors gelegen ist, wiederholt Temperatur
wechseln von einer niedrigen Temperatur bis zu einer hohen
Temperatur. Während der Verwendung kommt es daher manchmal
infolge der Temperaturvorbelastung zu einer Ablösung
zwischen den Gitterwänden und den Verstärkungsmaterialien
oder zu einem Temperaturwechselriss. Abgesehen davon kann
die Ablösung und der Riss auch nach dem Brennprozess zur
Herstellung des Körpers während des Abkühlvorgangs
auftreten. Es wird angenommen, dass diese Schwierigkeiten
durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Gitterwände und der Verstärkungsmaterialien und die
Diskontinuität zwischen den verstärkten und unverstärkten
Bereichen hervorgerufen werden.
Wenn die Poren wie oben erwähnt mit Verstärkungsmaterialien
gefüllt werden, hat das Verschwinden von zu der Oberfläche
hin offenen Poren zudem einen kleineren Oberflächenbereich
des Körpers zur Folge. Daher nimmt die Menge ab, in der ein
Katalysator oder ein Träger mit großem Oberflächenbereich,
der ein Medium zur Aufbringung eines Katalysators auf den
Körper ist, gehalten wird, weswegen sich nur schwer eine
zufriedenstellende Katalysewirkung erzielen lässt. Wenn die
Poren mit Verstärkungsmaterialien gefüllt werden, werden
darüber hinaus Alkalimetalle oder Erdalkalimetalle wie etwa
K, Na, Ca usw. als Flusskomponente hinzugegeben, um die
Bindungsfähigkeit mit der Matrix zu verbessern. Diese
Materialien führen jedoch zu einer Erhöhung des Wärme
ausdehnungskoeffizienten, was bei Verwendung der
Verstärkungsmaterialien und sich wiederholenden Temperatur
wechseln leicht zu einem Temperaturwechselriss oder einer
Ablösung führt.
Angesichts der oben genannten Umstände ist es Aufgabe der
Erfindung, einen keramischer Wabenstrukturkörper, der
zufriedenstellend einen Katalysator halten kann und der
selbst bei Verwendung weitaus dünnerer Wande eine hervor
ragende mechanische Festigkeit zeigt, sowie Verfahren zur
Herstellung desselben zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird diese Aufgabe
durch einen keramischen Wabenstrukturkörper gelöst, der
Gitterwände, die eine große Anzahl als Fluidkanäle
dienender Zellen bilden, und eine den Umfang der Gitter
wände bedeckende Außenwand umfasst, wobei zumindest ein in
der Nahe der Außenwand gelegener Außenrandabschnitt der
Gitterwände, einen dichteren Abschnitt enthält, der eine
geringere Porosität als ein innerhalb des Außenrand
abschnitts gelegener Innenrandabschnitt der Gitterwände
hat.
Es ist zu beachten, dass bei der Erfindung der Außenrand
abschnitt der Gitterwände an sich dichter ausgeführt wird,
ohne die herkömmlichen Verstärkungsmaterialien zu
verwenden, sodass zumindest der Außenrandabschnitt der
Gitterwände eine geringere Porosität als der Innenrand
abschnitt hat. Daher wird der Außenrandabschnitt zu einem
Verstärkungsabschnitt, der eine höhere mechanische
Festigkeit als der Innenrandabschnitt mit höherer Porosität
hat. Wenn die Gitterwände und die Außenwand dünner
ausgeführt werden, um die Wärmekapazität des keramischen
Wabenstrukturkörpers zu senken, wird daher die für den
Gesamtkörper erforderliche mechanische Festigkeit aufgrund
des zumindest im Außenrandabschnitt vorhandenen
Verstärkungsabschnitts aufrechterhalten. Der Innenrand
abschnitt kann dagegen wie üblich eine hohe Porosität
haben.
Wie vorstehend erwähnt ist, wird die mechanische Festigkeit
des Außenrandabschnitts durch Verringerung der Porosität an
sich verbessert, ohne dass Verstärkungsmaterialien die
Poren füllen. Daher können Poren beibehalten werden, die zu
der Oberfläche des Außenrandabschnitts hin offen sind, und
kann eine unebene Oberfläche und ein großer Oberflächen
bereich sichergestellt werden. Wenn der keramische Waben
strukturkörper als Katalysatorhalter verwendet wird, kann
dadurch eine ausreichende Menge an gehaltenem Katalysator
oder Träger sichergestellt werden. Der erfindungsgemäße
keramische Wabenstrukturkörper kann somit zufriedenstellend
einen Katalysator halten und selbst bei Verwendung weitaus
dünnerer Wände eine hervorragende mechanische Festigkeit
zeigen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
sollte der sich aus der folgenden Gleichung ergebende Wert
ΔPr nicht weniger als 5% betragen:
ΔPr = -(Pout - Pin)/Pin,
wobei Pout die Porosität des dichteren Abschnitts im Außen
randabschnitt der Gitterwände und Pin die Porosität des
Innenrandabschnitts der Gitterwände ist. Wenn der Wert ΔPr
kleiner als 5% ist, besteht das Problem, dass der
verdichtete Abschnitt keine ausreichende mechanische
Festigkeit haben kann.
Die Dicke des Außenrandabschnitts der Gitterwände beträgt
außerdem vorzugsweise nicht weniger als 1,2% des Abstands
zwischen der Mitte des Körpers und der Innenseite der
Außenwand. Wenn die Dicke kleiner als 1,2% ist, besteht das
Problem, dass der Strukturkörper keine ausreichende
mechanische Festigkeit haben kann. Darüber hinaus ist es
vorzuziehen, dass die Porosität des dichteren Abschnitts im
Außenrandabschnitt der Gitterwände allmählich von innen
nach außen abnimmt. Durch diesen Aufbau können plötzliche
Änderungen der mechanischen Festigkeit im Grenzbereich
zwischen dem Innen- und Außenrandabschnitt eingeschränkt
werden und kann die Spannungskonzentration auf den Grenz
bereich verringert werden.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung sollte die Dicke der Gitterwände des Außenrand
abschnitts 0 bis 400% größer als die des Innenrand
abschnitts sein. Dieses Ausführungsbeispiel kann zur
Verstärkung des Außenrandabschnitts zusammen mit der
Verdichtung Verwendung finden. Wenn die Dicke im Außenrand
abschnitt jedoch dünner als die des Innenrandabschnitts ist
(wenn die Zahl kleiner als 0% ist), besteht die Gefahr,
dass dadurch die Wirkung der infolge der erhöhten Dichte
verbesserten mechanischen Festigkeit abnehmen kann. Wenn
die Dicke im Außenrandabschnitt mehr als fünfmal so groß
wie die des Innenrandabschnitts ist (wenn die Zahl größer
als 400% ist), besteht dagegen die Gefahr, dass der Druck
abfall beim Durchgang eines Fluids zunimmt.
Ferner ist es auch vorzuziehen, dass die Dicke der
Gitterwände im Grenzbereich zwischen dem Innen- und Außen
randabschnitt allmählich von außen nach innen abnimmt.
Durch diesen Aufbau können plötzliche Formänderungen im
Grenzbereich zwischen dem Innen- und Außenrandabschnitt
eingeschränkt werden und kann die Spannungskonzentration im
Grenzbereich verringert werden.
Des weiteren liegt die Differenz des Wärmeausdehnungs
koeffizienten zwischen dem Innen- und dem Außenrand
abschnitt bei den Gitterwänden vorzugsweise innerhalb von
±0,5 × 10-6/°C. Wenn die Differenz nicht in diesem Bereich
liegt, besteht das Problem, dass der Strukturkörper bei
starken Temperaturwechseln gegenüber einem Temperatur
wechselriss infolge einer Temperaturvorbelastung anfällig
ist.
Darüber hinaus ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung zur Herstellung des keramischen Wabenstruktur
körpers, der Gitterwände, die eine große Anzahl als
Fluidkanäle dienender Zellen bilden, und eine den Umfang
der Gitterwände bedeckende Außenwand umfasst, wobei
zumindest der in der Nähe der Außenwand gelegene Außenrand
abschnitt der Gitterwände einen dichteren Abschnitt
enthält, der eine geringere Porosität als der innerhalb des
Außenrandabschnitts gelegene Innenrandabschnitt der
Gitterwände hat, ein Verfahren vorgesehen, das dadurch
gekennzeichnet ist, dass auf zumindest den Außenrand
abschnitt der Gitterwände des Körpers eine Schmelzpunkt
senkungskomponente aufgebracht wird, die den Schmelzpunkt
eines den keramischen Wabenstrukturkörper bildenden
Materials senkt, und der sich ergebende Körper dann wärme
behandelt wird, um den dichteren Abschnitt auszubilden.
Es ist zu beachten, dass die Schmelzpunktsenkungskomponente
bei diesem Verfahren auf den gewünschten Abschnitt
aufgebracht wird und der sich ergebende Körper wärme
behandelt wird, um die Trennwand an sich in den dichteren
Abschnitt umzuwandeln.
Die Schmelzpunktsenkungskomponente kann in Abhängigkeit von
den Materialien, die den Strukturkörper bilden, geeignet
ausgewählt werden. Wenn der Körper beispielsweise Cordierit
umfasst, ist eine Komponente geeignet, die durch Erhöhung
ihres Anteils den Schmelzpunkt des Cordierits senken kann.
Als Schmelzpunktsenkungskomponente lassen sich geeigneter
weise Talk, Aluminiumoxid, Kaolin, die Bestandteile des
Cordierits sind, oder eine Mischung von diesen einsetzen.
Als diese Komponente können aber auch Verunreinigungs
bestandteile des Cordierits verwendet werden, wie etwa
Eisen oder Titan. Der größere Verunreinigungsanteil senkt
den Schmelzpunkt des Cordierits.
Um die Schmelzpunktsenkungskomponente auf den Außenrand
abschnitt der Gitterwände aufzubringen, kann auf den
gewünschten Abschnitt beispielsweise eine Lösungsgemisch
der Schmelzpunktsenkungskomponente und eines Lösungsmittels
aufgebracht werden. Das Lösungsmittel schließt verschiedene
Lösungsmittel wie ein wasserhaltiges Lösungsmittel (Wasser
usw.) oder ein nicht wasserhaltiges organisches Lösungs
mittel ein.
Darüber hinaus können verschiedene Verfahren wie etwa
Eintauchen, Aufsprühen usw. Anwendung finden, um das
Lösungsgemisch auf den Strukturkörper aufzubringen. Der
Körper, auf den die Schmelzpunktsenkungskomponente
aufzubringen ist, kann ein nach Extrusion getrockneter oder
nach dem Trocknen gebrannter Körper sein.
Nachdem die Schmelzpunktsenkungskomponente bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren auf den Außenrandabschnitt der
Gitterwände des Körpers aufgebracht wurde, wird der sich
ergebende Körper wärmebehandelt. Auf diese Weise nimmt die
Porosität des Abschnitts ab, auf den die Schmelzpunkt
senkungskomponente aufgebracht wurde, und bildet sich ein
dichterer Abschnitt. Der Außenrandabschnitt der Gitterwände
wird daher zu einem Verstärkungsabschnitt, der eine höhere
mechanische Festigkeit als der Innenrandabschnitt hat.
Die dabei stattfindenden Mechanismen lassen sich wie folgt
beschreiben:
Während des Brennens wird der Schmelzpunkt eines
Abschnitts, der sich mit der Schmelzpunktsenkungskomponente
in Kontakt befindet, gesenkt und wird der Abschnitt
entsprechend der Brenntemperatur teilweise aufgeschmolzen.
Ein solcher aufgeschmolzener Abschnitt dringt dabei in das
Innere der Poren ein und füllt die Poren. Daher nimmt die
Porosität in einem Abschnitt, auf den die Schmelzpunkt
senkungskomponente aufgebracht wurde, ab und bildet sich
ein dichter Abschnitt mit höherer mechanischer Festigkeit.
Der erfindungsgemäße Strukturkörper mit dem dichteren
Abschnitt lässt sich daher ohne Schwierigkeiten herstellen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt der
Anteil an Alkalimetallen und Erdalkalimetallen, wie etwa K,
Ha und Ca, in der Schmelzpunktsenkungskomponente zudem
vorzugsweise weniger als 0,5%. Dadurch kann eine Erhöhung
des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Gitterwände
eingeschränkt werden. Wenn der Anteil an Alkalimetallen und
Erdalkalimetallen mehr als 0,5% beträgt, besteht das
Problem, dass der sich ergebende dichtere Abschnitt unter
einem Anstieg des Wärmeausdehnungskoeffizienten leidet,
sodass er gegenüber einem Temperaturwechselriss anfällig
wird.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird
die Schmelzpunktsenkungskomponente vorzugsweise auf den
Außenrandabschnitt der Gitterwände auf eine Weise
aufgebracht, bei der die Aufbringungsmenge allmählich von
innen nach außen zunimmt. In diesem Fall können die Gitter
wände eine sich ändernde Dichte aufweisen, d. h. der äußere
Abschnitt ist dichter als der innere Abschnitt. Dadurch
kann die Spannungskonzentration eingeschränkt und eine
deutlich verbesserte Haltbarkeit erzielt werden.
Darüber hinaus sieht die Erfindung einen keramischen Waben
strukturkatalysator vor, bei dem von dem keramischen Waben
strukturkörper eine Katalysatorkomponente gehalten wird.
Außerdem sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
des keramischen Wabenstrukturkatalysators vor, bei dem von
dem keramischen Wabenstrukturkörper eine Katalysator
komponente gehalten wird.
Da der erfindungsgemäße keramische Wabenstrukturkatalysator
den in Hinblick auf die Eigenschaften überlegenen Struktur
körper aufweist, kann der Katalysator früh aktiviert werden
und hat eine hervorragende Haltbarkeit.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der folgenden, auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungs
beispiels der Erfindung; und
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht mit Einzelheiten der Stelle
M in Fig. 1.
In Fig. 1 und Fig. 2 ist ein bevorzugtes Ausführungs
beispiel eines keramischen Wabenstrukturkörpers gezeigt,
der gemäß einem der erfindungsgemäßen Verfahren zur
Herstellung desselben hergestellt wurde.
Diese Beispiele zeigen einen keramischen Wabenstruktur
körper, der als ein Katalysatorhalter zur Reinigung von
Abgasen zu verwenden ist, wobei das Keramikmaterial
Cordierit ist.
Der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigte keramische Wabenstruktur
körper besteht aus Gitterwänden 11, die eine große Anzahl
Zellen 10 bilden, die Fluidkanäle darstellen, und einer
Außenwand 12, die den Umfang der Gitterwände 11 bedeckt.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, enthalten die Außenwand 12 wie
auch ein Außenrandabschnitt 112 der Gitterwände 11, der in
der Nähe der Außenwand 12 gelegen ist (Bereich B) einen
verdichteten Abschnitt, der eine geringere Porosität als
ein Innenrandabschnitt 111 der Gitterwände 11 hat, der
innerhalb des Außenrandabschnitts 112 gelegen ist
(Bereich A).
Das Cordierit, das den Strukturkörper bildet, hat eine
theoretische Zusammensetzung von 2MgO.2Al2O3.5SiO2. Die
Zusammensetzung umfasst üblicherweise 49,0 bis 53,0 Gew.-%
SiO2, 33,0 bis 37,0 Gew.-% Al2O3 und 11,5 bis 15,5 Gew.-%
MgO. Üblicherweise werden bei der Formung eines Cordierit
wabenstrukturkörpers als Ausgangsmaterialien für das
Cordierit Talk (Mg3Si4O10(OH)2), Kaolin (Al2Si2O5(OH)4),
Aluminiumoxid (Al2O3) und so weiter verwendet. Als Quellen
für Si, Al oder Mg lassen sich auch passend verschiedene
andere Verbindungen einsetzen. Solche Verbindungen
schließen beispielsweise Oxid, Nitrid, Carbid, Borid,
Hydroxid und Chlorid usw. ein, welche zumindest eines der
Elemente Si, Al und Mg enthalten.
Bei diesen Beispielen wurden als Ausgangsmaterialien zur
Herstellung des Cordierits Talk, Kaolin, Aluminiumoxid und
Aluminiumhydroxidpulver verwendet und in einem solchen
Verhältnis miteinander gemischt, dass die Zusammensetzung
nach dem Brennen in der Nähe der theoretischen Zusammen
setzung lag. Zu 100 Gew.-% der Ausgangsmaterialien wurden
2,8 Gew.-% Schmier- und Befeuchtungsmittel, 5,5 Gew.-%
Bindemittel und eine angemessene Menge Wasser hinzugegeben
und geknetet, um einen Körper zu erhalten. Das Schmier- und
Befeuchtungsmittel war eine 5% Lösung aus Polyalkylenglykol
und das Bindemittel Methylcellulose (wasserlöslich).
Anschließend wurde der Körper durch Extrusion geformt,
sodass eine Wabenform gebildet wurde, und dann getrocknet.
Der Formkörper hatte eine Zylinderform. Bezüglich der
Abmessungen betrug der Außendurchmesser der Außenwand 12
100 mm, die Länge 100 mm, die Dicke der Außenwand 12 0,3 mm
und die Dicke der Gitterwände 11 60 µm.
Dann wurde auf die Außenwand und den Außenrandabschnitt der
Gitterwände des Strukturkörpers eine den Schmelzpunkt des
den keramischer Wabenstrukturkörper bildenden Materials
senkende Schmelzpunktsenkungskomponente aufgebracht und der
sich ergebende Körper wärmebehandelt. Bei diesem Beispiel
wurde als Schmelzpunktsenkungskomponente Talk verwendet,
das eine Quelle für Si und Mg ist. Die Aufbringung auf den
Strukturkörper erfolgte unter Verwendung einer nicht
wässrigen Lösung, in der der Talk dispergiert war.
Der Strukturkörper wurde im Einzelnen in diese Lösung
eingetaucht, wobei die Längsrichtung der Zellen horizontal
gehalten wurde. Der eingetauchte Strukturkörper wurde
gedreht. Dadurch wurde die Lösung auf den gesamten Bereich
B in Fig. 1 aufgebracht, d. h. auf die Außenwand und den
Außenrandabschnitt der Gitterwände.
Danach wurde überschüssige Lösung, die die Fluidkanäle
blockierte, durch ein Luftgebläse entfernt und der Körper
getrocknet und dann wärmebehandelt. Die Wärmebehandlung
erfolgte bei einer Temperatur, die nicht niedriger als der
Schmelzpunkt des Aufbringungsabschnitts und niedriger als
der der Cordieritzusammensetzung war. Das Brennen erfolgte
bei 1430°C für vier Stunden in Luft. Auf diese Weise ergab
sich der sowohl die Außenwand 12 als auch einen Außenrand
abschnitt 112 der Gitterwände 11 umfassende Bereich B, der
einen dichteren Abschnitt mit geringerer Porosität als der
einen Innenrandabschnitt 111 umfassende Bereich A aufwies.
Anschließend wurden die Eigenschaften des sich ergebenden
Wabenstrukturkörpers 1 für den Bereich A und den Bereich B
sowie für den Gesamtkörper gemessen. Außerdem wurde mit
Ausnahme der Aufbringung der Schmelzpunktsenkungskomponente
mittels des gleichen Verfahrens wie bei diesem Beispiel ein
Vergleichskörper hergestellt und seine Eigenschaften
bestimmt.
Die ermittelten Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Die
Porosität in Tabelle 1 wurde unter Verwendung eines Luft
durchlässigkeitsprüfgeräts bestimmt. Der Wärmeausdehnungs
koeffizient wurde unter Verwendung eines Wärmeausdehnungs
koeffizientenmessgeräts durch eine Messung in einem Bereich
von Zimmertemperatur bis 800°C gemessen. Die Druck
festigkeit der A-Achse wurde unter Verwendung eines
Autographengeräts bestimmt. Des weiteren wurde die
isostatische Festigkeit durch ein Messgerät für die
isostatische Festigkeit bestimmt.
Es ist zu erkennen, dass zwischen dem Bereich A und dem
Bereich B keine Differenz beim Wärmeausdehnungs
koeffizienten vorliegt, dass der Bereich B aber dichter ist
und eine um 5% geringere Porosität als der Bereich A
aufweist. Die Druckfestigkeit in Richtung der A-Achse des
Bereichs B ist daher etwa zweimal größer als die des
Bereichs A, und die isostatische Festigkeit, die die
Gesamtfestigkeit angibt, ist 50% größer als die des
Vergleichskörpers.
Bei diesen Beispielen sind die Außenwand 12 und der Außen
randabschnitt 112 somit dichter ausgeführt, sodass sie eine
geringere Porosität aufweisen. Daher stellt der Bereich B,
der die Außenwand 12 wie auch den Außenrandabschnitt 112
umfasst, einen Verstärkungsabschnitt dar, der eine höhere
mechanische Festigkeit als der Innenrandabschnitt höherer
Porosität aufweist. Selbst wenn wie oben erwähnt die Dicke
der Gitterwände 11 auf 60 µm verringert wird, bleibt daher
aufgrund des Vorhandenseins des Verstärkungsabschnitts in
der Außenwand 12 und dem Außenrandabschnitt 11 die für den
Gesamtkörper erforderliche mechanische Festigkeit erhalten.
Darüber hinaus wird die mechanische Festigkeit der Außen
wand und des Außenrandabschnitts durch die Ausbildung des
dichteren Abschnitts verbessert, ohne dass Verstärkungs
materialien die Poren füllen. Daher können die zu der
Oberfläche des Außenrandabschnitts hin offenen Poren
beibehalten werden und kann eine unebene Oberfläche und ein
großer Oberflächenbereich sichergestellt werden. Dadurch
lässt sich eine ausreichende Menge gehaltenen Katalysators
oder Trägers sicherstellen. Dank des zufriedenstellenden
Halts und der frühen Aktivierung lässt sich daher die
Katalysatorwirkung deutlich verbessern.
Bei diesen Beispielen wurde als Schmelzpunktsenkungs
komponente Talk verwendet. Jedoch lässt sich der Dichtegrad
auch durch passende Auswahl von Parametern wie etwa die Art
und Teilchengröße der Ausgangsmaterialien, das Lösungs
mittel, die Lösungskonzentration und die Brenntemperatur
usw. ändern. Wie sich aus dem (nicht gezeigten) Phasen
diagramm ergibt, können für die Schmelzpunktsenkungs
komponente auch andere Verbindungen als Talk verwendet
werden, die die gleiche Wirkung wie der Talk haben.
Die Verbindungen schließen beispielsweise eine Si.Mg-Quelle
wie etwa Serpentinit (Mg3Si2O5(OH)4), Chlorit und Forsterit
(Mg2SiO4), eine Si-Quelle wie etwa Kaolin, Pyrophyllit
(Al2Si4O10(OH)2), Quarzstein (SiO2) und Siliziumdioxid wie
auch eine Mg-Quelle wie etwa Brucit (Mg(OH)2), Magnesium
hydroxid und Magnesiumoxid ein.
Wenn die Keramik darüber hinaus wie in den Beispielen
Cordierit ist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient sich aus
seiner Kristallorientierung ergibt, ist es eher
vorzuziehen, statt isotroper Teilchen anisotrope Teilchen,
wie etwa lamellare, nadelförmige oder säulenförmige
Teilchen aus Talk, Kaolin usw., zu verwenden, um einen
geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten beizubehalten.
Abgesehen davon kann die Schmelzpunktsenkungskomponente
auch durch verschiedene andere Verfahren als das vorstehend
genannte Verfahren aufgetragen werden. Zum Beispiel kann an
dem Ende des Strukturkörpers, nachdem der dem Innenrand
abschnitt 111 der Gitterwände entsprechende Bereich mit
einer Blende abgedeckt wurde, längs der Kanäle eine die
Schmelzpunktsenkungskomponente enthaltende Lösung
aufgesprüht werden. Darüber hinaus kann die Lösung auch
entlang einer ringförmigen Führung oder eines Diffuseurs
gesprüht werden, der genau dem Bereich B entspricht.
Obwohl die Beispiele einen Cordieritwabenstrukturkörper
beschreiben, der für einen Katalysatorhalter zur Reinigung
von Abgasen eines Verbrennungsmotors zu verwenden ist, kann
der erfindungsgemäße keramische Wabenstrukturkörper auch
für andere Anwendungen, wie etwa als Filter zur Reinigung
von Wasser usw. verwendet werden.
Die Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf bevorzugte
Ausführungsbeispiele beschrieben, doch sind darüber hinaus
im Rahmen des Schutzumfangs der Erfindung weitere
Abwandlungen in Form und Detail möglich.
Claims (12)
1. Keramischer Wabenstrukturkörper (1), mit:
Gitterwänden (11), die eine große Anzahl als Fluid kanäle dienender Zellen (10) bilden; und
einer den Umfang der Gitterwände (11) bedeckenden Außenwand (12), wobei zumindest ein in der Nähe der Außen wand gelegener Außenrandabschnitt (112) der Gitterwände einen dichteren Abschnitt enthält, der eine geringere Porosität als ein innerhalb des Außenrandabschnitts gelegener Innenrandabschnitt (111) der Gitterwände hat.
Gitterwänden (11), die eine große Anzahl als Fluid kanäle dienender Zellen (10) bilden; und
einer den Umfang der Gitterwände (11) bedeckenden Außenwand (12), wobei zumindest ein in der Nähe der Außen wand gelegener Außenrandabschnitt (112) der Gitterwände einen dichteren Abschnitt enthält, der eine geringere Porosität als ein innerhalb des Außenrandabschnitts gelegener Innenrandabschnitt (111) der Gitterwände hat.
2. Keramischer Wabenstrukturkörper nach Anspruch 1, wobei
der sich aus der folgenden Gleichung ergebende Wert ΔPr
nicht weniger als 5% beträgt:
ΔPr = -(Pout - Pin)/Pin,
wobei Pout die Porosität des dichteren Abschnitts im Außen randabschnitt (112) der Gitterwände und Pin die Porosität des Innenrandabschnitts (111) der Gitterwände ist.
ΔPr = -(Pout - Pin)/Pin,
wobei Pout die Porosität des dichteren Abschnitts im Außen randabschnitt (112) der Gitterwände und Pin die Porosität des Innenrandabschnitts (111) der Gitterwände ist.
3. Keramischer Wabenstrukturkörper nach Anspruch 1 oder
2, wobei die Dicke des Außenrandabschnitts (112) der
Gitterwände nicht weniger als 1,2% des Abstands zwischen
der Mitte des Körpers und der Innenseite der Außenwand (12)
beträgt.
4. Keramischer Wabenstrukturkörper nach Anspruch 1, 2
oder 3, wobei die Porosität des dichteren Abschnitts im
Außenrandabschnitt (112) der Gitterwände allmählich von
innen nach außen abnimmt.
5. Keramischer Wabenstrukturkörper nach einem der
Ansprüche 1 bis 4, wobei die Dicke der Gitterwände (11) des
Außenrandabschnitts (112) 0 bis 400% größer als die des
Innenrandabschnitts (111) ist.
6. Keramischer Wabenstrukturkörper nach einem der
Ansprüche 1 bis 5, wobei die Dicke der Gitterwände (11) in
einem Grenzbereich zwischen dem Innen- und Außenrand
abschnitt (111, 112) allmählich von außen nach innen
abnimmt.
7. Keramischer Wabenstrukturkörper nach einem der
Ansprüche 1 bis 6, wobei die Differenz des Wärme
ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Innen- und dem Außen
randabschnitt (111, 112) bei den Gitterwänden innerhalb von
±0,5 × 10-6/°C liegt.
8. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Waben
strukturkörpers (1), mit: Gitterwänden (11), die eine große
Anzahl als Fluidkanäle dienender Zellen (10) bilden; und
einer den Umfang der Gitterwände (11) bedeckenden Außenwand
(12), wobei zumindest ein in der Nähe der Außenwand
gelegener Außenrandabschnitt (112) der Gitterwände einen
dichteren Abschnitt enthält, der eine geringere Porosität
als ein innerhalb des Außenrandabschnitts gelegener Innen
randabschnitt (111) der Gitterwände hat, dadurch
gekennzeichnet, dass auf zumindest den Außenrandabschnitt
(112) der Gitterwände (11) des Körpers eine Schmelzpunkt
senkungskomponente aufgebracht wird, die den Schmelzpunkt
eines den keramischen Wabenstrukturkörper bildenden
Materials senkt, und der sich ergebende Körper dann wärme
behandelt wird, um den dichteren Abschnitt auszubilden.
9. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Waben
strukturkörpers nach Anspruch 8, wobei der Gehalt an
Alkalimetallen und Erdalkalimetallen in der Schmelzpunkt
senkungskomponente weniger als 0,5% beträgt.
10. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Waben
strukturkörpers nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Schmelz
punktsenkungskomponente auf den Außenrandabschnitt (112)
der Gitterwände (11) auf eine Weise aufgebracht wird, bei
der die Aufbringungsmenge allmählich von innen nach außen
zunimmt.
11. Keramischer Wabenstrukturkatalysator, wobei auf einem
keramischen Wabenstrukturkörper (1) gemäß einem der
Ansprüche 1 bis 7 eine Katalysatorkomponente gehalten wird.
12. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Waben
strukturkatalysators, wobei auf einem keramischen Waben
strukturkörper (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 eine
Katalysatorkomponente zum Halten gebracht wird.
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