DE10147662A1

DE10147662A1 - Keramikträger und Keramikkatalysatorkörper

Info

Publication number: DE10147662A1
Application number: DE10147662A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Koike; Tomohiko Nakanishi; Masakazu Tanaka; Tosiharu Kondo
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-10-02
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-02-27
Also published as: CN1365855A; JP2002177793A; US20020045541A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Keramikkatalysatorkörper, der erfindungsgemäß mit einem besseren Katalysatorleistungsvermögen ausgestattet sein soll, indem ein Keramikträger verwendet wird, der eine Katalysatorkomponente direkt zu tragen vermag. Der Keramikträger gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Vielzahl von Poren oder ein Element auf, die bzw. das in der Lage ist, den Katalysator auf der Oberfläche der Substratkeramik direkt zu tragen, und eine Vielzahl von Zellen, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei ihre Innenseite als Gasströmungsdurchlass dient und wobei die Zellenwand eine unregelmäßige Oberfläche aufweist. Auf Grund der unregelmäßigen Oberfläche der Zellenwand wird eine größere Oberfläche erzielt, was zu einer Verbesserung des Konversionsvermögens auf Grund einer erhöhten Menge an Katalysator führt, die getragen werden kann, wobei die Distanz zwischen den Katalysatorpartikeln größer gemacht werden kann, wodurch eine Leistungsminderung (des Katalysators) verhindert wird. Die unregelmäßige Oberfläche führt außerdem zu einer Verteilung des Gasstroms in der Nähe des Katalysators, derart, dass die Wahrscheinlichkeit zur Kontaktaufnahme mit dem Katalysator höher wird, was zu einem verbesserten Konversionsleistungsvermögen führt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Keramikkatalysator, der in einem Katalysator zum Konvertieren eines Abgases eines Kraftfahrzeugmotors o. dgl. zum Einsatz kommt.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Ein Katalysator, der für die Konversion von Abgas verwendet wurde, besteht aus einem Träger, der eine Kordierithonigwabenstruktur umfasst, die hohe Beständigkeit gegenüber Wärmeschock besitzt, und auf der Oberseite mit γ-Aluminiumoxyd beschichtet sowie mit einem Edelmetallkatalysator versehen ist, der hierauf getragen ist. Die Beschichtungsschicht bzw. Überzugsschicht ist deshalb ausgebildet, weil die spezifische Oberfläche von Kordierit zu klein ist, um eine erforderliche Menge einer Katalysatorkomponente zu tragen. Die spezifische Oberfläche des Trägers wird deshalb erhöht mittels eines Materials, das eine große spezifische Oberfläche aufweist, wie etwa γ-Aluminiumoxyd.
Wenn die Oberflächen der Trägerzellenwände mit γ-Aluminiumoxyd beschichtet sind, nimmt jedoch die Wärmekapazität des Trägers auf Grund der Massenerhöhung zu. Neueste Untersuchungen sind durchgeführt worden, um die Wärmekapazität zu verringern, indem die Zellwand dünner gemacht wird, um den Katalysator früher zu aktivieren. Der Effekt dieser Vorgehensweise ist jedoch reduziert durch die Bildung der Beschichtungsschicht, weshalb eine Verbesserung notwendig ist. Außerdem sind Probleme aufgetreten, demnach eine Verringerung des Öffnungsquerschnitts der Zelle den Druckverlust erhöht und der Wärmeausdehnungskoeffizient des Trägers größer wird als derjenige eines Trägers, der ausschließlich aus Kordierit hergestellt ist.

Obwohl Verfahren zur Erhöhung bzw. Vergrößerung der spezifischen Oberfläche des Kordierits selbst untersucht wurden (beispielsweise japanische, geprüfte Patentschrift Nr. 5- 503338), haben sich derartige Ansätze nicht als praktisch realisierbar herausgestellt, weil ein Beizprozess bzw. ein Dekapierungsprozess bzw. ein Gelbbrennprozess oder eine Wärmebehandlung die Zerstörung des Kristallgitters von Kordierit hervorruft, was zu einer geringeren mechanischen Festigkeit führt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Keramikträger zu verbessern, der dazu dient, die Katalysatorkomponente wie vorstehend erläutert direkt zu tragen, um einen Keramikträger mit verbessertem Katalysatorleistungsvermögen bereit zu stellen, wenn auf ihn der Katalysator getragen ist.

In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Keramikträger zum direkten Tragen des Katalysators auf der Oberfläche der Substratkeramik bereit gestellt, die eine Vielzahl von Zellen aufweist, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Innenseite derselben als Gasströmungsdurchlass dient, und wobei die Zellenwand eine unregelmäßige Oberfläche aufweist.

Wenn die Zellenwand eine unregelmäßige Oberfläche aufweist, nimmt die Oberfläche zu und es können Effekte erzielt werden, wie etwa ein verbessertes Konversionsleistungsvermögen auf Grund einer vergrößerten Menge des Katalysators, die getragen werden kann, und eine Verhinderung der Leistungsminderung bzw. Verschlechterung durch Vergrößerung des Raums zwischen Katalysatorpartikeln. Die Oberflächenunregelmäßigkeit hat außerdem den Effekt, dass die Gasströmung in der Nähe des Katalysators gestört wird und dass die Wahrscheinlichkeit zur Kontakterzeugung mit dem Katalysator zunimmt, wodurch das Konversionsleistungsvermögen verbessert wird.

Die Zellenwand mit der unregelmäßigen Oberfläche kann insbesondere die Zellenwand mit geriffelter oder aufgerauter Oberfläche sein. Die Teilung der geriffelten Oberfläche ist typischerweise nicht größer gewählt als die Trägerlänge. Bevorzugt beträgt die Teilung der geriffelten Oberfläche 20 mm oder weniger, besonders bevorzugt 5 mm oder weniger. Die Amplitude der Riffelung ist mit der halben Zellenteilung oder kleiner gewählt, bevorzugt in einem Bereich von 1/3 bis 1/2 der Zellenteilung.

Ein ähnlicher Effekt wie derjenige der Oberflächenunregelmäßigkeit kann auch erzielt werden, indem die Zellenwand mit mehreren Vorsprüngen versehen wird, die von der Oberfläche einwärts vorstehen. In diesem Fall ist die Querschnittsfläche des Vorsprungs typischerweise nicht größer als die Hälfte der Fläche bzw. Öffnungsweite der Zellenöffnung gewählt. Bevorzugt liegt die Querschnittsfläche des Vorsprungs im Bereich von 1/20 bis 1/3 der Fläche bzw. Querschnittsfläche der Zellenöffnung.

Ein Keramikträger gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Keramikträger zum direkten Tragen des Katalysators auf der Oberfläche der Substratkeramik, die eine Vielzahl von Zellen aufweist, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei ihre Innenseite als Gasströmungsdurchlass dient, während der Gasströmungsdurchlass nicht gerade verläuft.

Durch Bilden eines Durchlasses für die Gasströmung in der Zelle, der nicht gerade verläuft, wird der Effekt erzielt, dass die Gasströmung gestört wird, und dass die Möglichkeit zur Kontakterzeugung mit dem Katalysator erhöht ist, wodurch das Konversionsvermögen verbessert ist.

Der Durchlass für die Gasströmung kann insbesondere in einer Konfiguration vorliegen, die nicht gerade verläuft, indem die Vielzahl von Zellen relativ zur Strömungsrichtung schräg verlaufen. In diesem Fall kann der Krümmungsradius des Trägers mit 10 m oder größer gewählt sein. Bevorzugt ist der Krümmungsradius des Trägers mit 1 m oder größer gewählt, und besonders bevorzugt in einem Bereich von 200 bis 500 mm.

Alternativ kann bei dem Keramikträger gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung der Durchlass für die Gasströmung gekrümmt bzw. gebogen verlaufen, indem die mehreren Zellen entlang einer Spirale angeordnet sind. Die Spirale ist insbesondere so erstellt, dass sie sich entlang dem Strömungsdurchlass mit 0,1 Grad oder mehr pro 1 m dreht. Bevorzugt ist die Spirale so erstellt, dass sie eine volle Drehung oder mehr pro 1 m entlang dem Strömungsdurchlass zurücklegt, und insbesondere zwei bis vier Drehungen pro 1 m entlang dem Strömungsdurchlass.

Ein Keramikträger gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist ein Keramikträger zum Tragen des Katalysators direkt auf der Oberfläche der Substratkeramik, die eine Vielzahl von Zellen aufweist, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, wobei ihre Innenseite als Gasströmungsdurchlass dient, und wobei die Zellen polygonale, L-förmige, konvexe, kreuzförmige, S-förmige oder hantelförmige Konfiguration oder eine Form aufweisen, die einige der zuerst genannten Formen kombiniert.

Dieselbe Querschnittsfläche vorausgesetzt, nimmt die Oberfläche der Zellenwand zu, wenn die Zellenform vom Kreis abweicht. Die Oberfläche kann demnach vergrößert werden durch Ausbilden einer Zelle mit einem Querschnitt einer von einem Kreis abweichenden Form oder durch Kombinieren verschiedener Formen. Eine komplizierte Form für den Zellenquerschnitt führt ebenfalls zu einer stärkeren Störung der Gasströmung, wodurch das Konversionsleistungsvermögen verbessert wird.

Ein Keramikträger gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung ist ein Keramikträger zum direkten Tragen des Katalysators auf der Oberfläche der Substratkeramik, die eine Vielzahl von Zellen aufweist, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei ihre Innenseite als Gasströmungsdurchlass dient, wobei die mehreren Zellen mehrere Durchgangslöcher in der Zellenwand aufweisen.

Indem in der Zellenwand eine Vielzahl von Durchgangslöchern bereit gestellt wird, wird das Abgas veranlasst, von einer Zelle zur benachbarten Zelle zu strömen, wodurch eine stärkere Störung der Gasströmung hervorgerufen wird, was zu einer Verbesserung des Konversionsleistungsvermögens führt.

Die Länge des Durchgangslochs entlang dem Strömungsdurchlass ist typischerweise nicht größer als das Fünffache. Bevorzugt ist die Länge des Durchgangslochs entlang dem Strömungsdurchlass nicht größer als die Zellenteilung. Die Breite des Durchgangslochs in der Richtung senkrecht zum Strömungsdurchlass ist bevorzugt kleiner als die Zellenteilung.

Ein Keramikträger gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung ist ein Keramikträger zum direkten Tragen des Katalysators auf der Oberfläche der Substratkeramik, wobei die Substratkeramik eine Porosität von 5% oder höher aufweist.

In dem vorstehend erläuterten Keramikträger, der den Katalysator direkt zu tragen vermag, ist es im Vergleich zu einem Keramikträger gemäß dem Stand der Technik, der eine Beschichtungsschicht auf der Oberfläche ausgebildet aufweist, weniger wahrscheinlich, dass das Abgas auf der Zellenwandoberfläche verweilt bzw. zurückbleibt. Die vorliegende Erfindung wählt deshalb die Porosität der Substratkeramik mit 5% oder höher. Dies führt dazu, dass die Gasströmung durch die Leerräume verteilt wird, die in die Zellenwandoberfläche münden, und hierdurch ist die Wahrscheinlichkeit zur Kontakterzeugung mit dem Katalysator erhöht, wodurch das Konversionsleistungsvermögen verbessert ist.

Bevorzugt ist die Porosität der Substratkeramik mit 10% oder höher gewählt. Die Porosität der Substratkeramik ist besonders bevorzugt mit 30% oder höher gewählt.

Ein Keramikträger gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung ist ein Keramikträger, der den Katalysator direkt auf der Oberfläche der Substratkeramik trägt, die eine Vielzahl von Zellen aufweist, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei ihre Innenseite als Gasströmungsdurchlass dient, wobei die Dichte der Zellen 50/in² oder höher ist.

Wenn die Dichte der Zellen auf 50/in² oder höher erhöht ist, nimmt die Oberfläche zu, was zu einer größeren Fläche führt, auf der der Katalysator getragen werden kann. Da die Katalysatormenge erhöht ist, während die Katalysatorpartikelgröße und die Distanz zwischen den Katalysatorpartikeln konstant bleibt, ist das Konversionsleistungsvermögen verbessert. In dem Fall, das die getragene Katalysatormenge konstant gehalten wird, kann die Distanz zwischen den Katalysatorpartikeln größer gemacht werden und eine Leistungsminderung auf Grund der Aggregation des Katalysators kann verhindert werden.

Bevorzugt ist die Dichte der Zellen mit 100/in² oder höher gewählt. Besonders bevorzugt ist die Dichte der Zellen mit 400/in² oder höher gewählt.

Ein Keramikträger gemäß einem achten Aspekt der Erfindung weist eine Vielzahl von Zellen, im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet, auf, wobei ihre Innenseite als Gasströmungsdurchlass dient, wobei eine Mehrzahl von Keramikträgern zum direkten Tragen des Katalysators auf der Oberfläche der Substratkeramik in Reihe in der Richtung der Gasströmung angeordnet ist, so dass die Zellenwände der mehreren Keramikträger an den Verbindungsstellen diskontinuierlich sind.

Da bei dem vorstehend erläuterten Aufbau die Wand des Strömungsdurchlasses an den Verbindungsstellen der mehreren Keramikträger diskontinuierlich wird, wird die Gasströmung gestört und das Konversionsleistungsvermögen wird verbessert.

In Übereinstimmung mit einem neunten Aspekt der Erfindung kann ein derartiger Träger als eines oder mehrere der Elemente verwendet werden, die das Keramiksubstrat bilden, wobei ein Element durch ein anderes als das Bestandteilelement ersetzt ist, und der Träger kann dazu in der Lage sein, die Katalysatorkomponente direkt auf dem Ersatzelement bzw. substituierendes Element zu tragen.

In diesem Fall ist die Katalysatorkomponente bevorzugt auf dem Ersatzelement durch chemische Bindung getragen. Die chemische Bindung der Katalysatorkomponente verbessert die Rückhaltung des Katalysators und unterbindet eine Leistungsminderung auf Grund einer langen Nutzungsperiode, wenn die Katalysatorkomponente über dem Träger mit einer geringen Aggregatbildungsneigung gleichmäßig verteilt ist.

Für das Ersatzelement kann bzw. können ein oder mehrere Elemente mit d- oder f-Orbits in ihren Elektronenorbits verwendet werden. Elemente, die in ihren Elektronenorbits d- oder f-Orbits aufweisen, besitzen eine höhere Neigung, mit der Katalysatorkomponente eine Verbindung einzugehen, weshalb sie bevorzugt sind.

Als vorstehend erläuterter Keramikträger kann ein Träger zum Einsatz kommen, der eine Vielzahl von Poren zum direkten Tragen des Katalysators auf der Oberfläche der Substratkeramik derart aufweist, dass die Katalysatorkomponente in den Poren direkt getragen werden kann.

Die vorstehend erläuterten Poren umfassen insbesondere zumindest eine Art, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, die aus Defekten bzw. Störungen in dem Keramikkristallgitter, mikroskopischen Rissen in der Keramikoberfläche und Fehlstellen der Elemente bestehen, die die Keramik bilden.

Die mikroskopischen Risse haben eine Breite bevorzugt von 100 nm oder kleiner, um die mechanische Festigkeit des Trägers sicherzustellen.

Um zu gewährleisten, dass die Katalysatorkomponente getragen wird, besitzen die Poren einen Durchmesser bzw. eine Breite, die bevorzugt dem 1000fachen des Durchmessers des Katalysatorions entspricht, das getragen werden soll, oder einen kleineren Durchmesser bzw. eine kleinere Breite. Eine Katalysatorkomponentenmenge vergleichbar zu derjenigen gemäß dem Stand der Technik kann dadurch getragen werden, wenn die Dichte der Poren 1 × 10¹¹/L oder eine höhere Dichte ist.

Für die vorstehend erläuterte Substratkeramik kommt eine Keramik zum Einsatz, die Kordierit als Hauptkomponente enthält, und die Poren können Defekte bzw. Fehlstellen sein, die gebildet sind durch Ersetzen eines Teils der Bestandteilelemente des Kordierits durch ein Metallelement mit unterschiedlichem Valenzwert. Kordierit besitzt eine hohe Beständigkeit gegenüber Wärmeschock und es ist deshalb dafür geeignet, dass der Katalysatorkörper Kraftstoffabgas konvertiert bzw. umsetzt.

Die vorstehend erläuterten Defekte bzw. Fehlstellen liegen zumindest entweder als Sauerstoffdefekt bzw. Sauerstofffehlstelle oder Gitterdefekt bzw. Gitterfehlstelle vor. Eine Katalysatorkomponentenmenge vergleichbar zu derjenigen gemäß dem Stand der Technik kann getragen werden, wenn die Dichte des Kordieritkristalls, der in einem Einheitskristallgitter zumindest einen Defekt bzw. eine Fehlstelle enthält, mit 4 × 10^-6% oder höher gewählt ist.

Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Keramikkatalysatorkörper bereit gestellt, der einen Katalysator direkt trägt, ohne dass auf dem Keramikträger eine Beschichtungsschicht gebildet ist, um das Katalysatorleistungsvermögen und ein hohes Konversionsleistungsvermögen wirksam aufzuzeigen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt die Beziehung zwischen einer Porosität und der 50%-Konversionstemperatur.

Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen der Dichte von Zellen und der 50%-Konversionstemperatur.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Zellenwandform mit einer Oberflächenunregelmäßigkeit, wobei die Zellenwand schematisch mit geriffelter Oberfläche gezeigt ist.

Fig. 4(a) und (b) zeigen Beispiele von Keramikträgern mit Gasströmungsdurchlässen, die so gebildet sind, dass sie nicht gerade verlaufen, Fig. 4(a) zeigt schematisch den Keramikträger, der insgesamt gekrümmt verläuft, und Fig. 4(b) zeigt schematisch den Keramikträger mit gekrümmten Zellen.

Fig. 5(a) bis 5(l) zeigen Schnittansichten von Zellen unter Darstellung von Beispielen von Schnittkonfigurationen der Zellen.

Fig. 6(a) bis 6(f) zeigen Schnittansichten von Zellen unter Darstellung von Beispielen, bei denen Vorsprünge auf der Zellenwand gebildet sind.

Fig. 7 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht des Keramikträgers, bei dem Durchgangslöcher in der Zellenwand gebildet sind.

Fig. 8 zeigt ein Beispiel einer Reihenanordnung von mehreren Zellkeramikträgern.

Fig. 9 zeigt die Anordnung zum Messen eines Druckverlustes.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Erfindung wird nunmehr näher erläutert. In Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein Keramikträger zum direkten Tragen der Katalysatorkomponente auf der Oberfläche der Substratkeramik verwendet und der Keramikkatalysatorkörper ist so ausgelegt, dass er einen Katalysator aufweist, der auf dem Keramikträger getragen ist. Der Keramikträger basiert auf der Substratkeramik, die bevorzugt hergestellt ist aus Kordierit, das die theoretische Zusammensetzung 2MgO × 2Al₂O₃ × 5SiO₂ als Hauptkomponente aufweist. Anstelle von Kordierit können auch andere Keramikmaterialien zum Einsatz gelangen, wie etwa Aluminiumoxyd, Mullit, Spinel, Aluminiumtitanat, Titanoxyd, Siliziumkarbid und Zirkonphosphat. Der Keramikträger weist eine Konfiguration auf, wie etwa eine Honigwabenstruktur, die eine Vielzahl von im Wesentlichen parallelen Zellen oder eine porös geschäumte Konfiguration aufweist, die es ermöglicht, die Eigenschaften der Substratkeramik maximal zu nutzen, die den Katalysator direkt zu tragen vermag, während die Oberfläche vergrößert ist.

Der Keramikträger weist eine Vielzahl von Poren oder Elementen auf, die in der Lage sind, die Katalysatorkomponente auf der Oberfläche der Substratkeramik direkt zu tragen, so dass die Katalysatorkomponente in den Poren oder auf den Elementen direkt getragen werden kann. Ein Element, das in der Lage ist, die Katalysatorkomponente direkt zu tragen, ist ein Element, das eingeführt wird durch Ersetzen von einem oder mehreren Elementen von den Bestandteilelementen der Substratkeramik durch ein anderes Element als das Bestandteilelement, wie im Folgenden näher erläutert.

Der Keramikträger, der eine Vielzahl von Poren aufweist, die in der Lage sind, die Katalysatorkomponente direkt zu tragen, die auf der Oberfläche des Keramiksubstrats vorgesehen ist, wird nunmehr als erstes erläutert. Die Poren umfassen zumindest eine Art, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, die aus Defekten bzw. Fehlstellen in dem Keramikkristallgitter (Sauerstofffehlstelle oder Gitterdefekt), mikroskopischen Rissen in der Keramikoberfläche und Fehlstellen der Elemente besteht, die die Keramik bilden. Es reicht aus, dass zumindest eine Art dieser Poren in dem Keramikträger gebildet ist, während zwei oder mehr dieser Arten in Kombination ebenfalls gebildet sein können. Um es zu ermöglichen, die Katalysatorkomponente zu tragen, ohne eine Beschichtungsschicht aus einem Material zu bilden, das eine große spezifische Oberfläche aufweist, wie etwa γ-Aluminiumoxid, ist es erwünscht, dass der Durchmesser oder die Breite der Pore nicht größer als das 1000fache (100 nm) des Durchmessers der Ionen der Katalysatorkomponente ist, die dort getragen werden soll (typischerweise etwa 0,1 nm), bevorzugt in einem Bereich vom 1- bis 1000fachen (0,1 bis 100 nm). Die Tiefe der Pore beträgt bevorzugt die Hälfte des Durchmessers des Katalysatorions oder sie ist größer, typischerweise beträgt sie 0,05 nm oder sie ist größer. Um die Katalysatorkomponente mit einer Menge zu tragen, die derjenigen beim Stand der Technik entspricht (1,5 g/L) und zwar mit den Poren mit den vorstehend erläuterten Abmessungen, beträgt die Dichte der Poren 1 × 10¹¹/L oder sie ist höher, bevorzugt beträgt sie 1 × 10¹⁶/L oder sie ist höher, und besonders bevorzugt beträgt sie 1 × 10¹⁷/L oder sie ist höher.

Von den in der Keramikoberfläche gebildeten Poren sind die Defekte bzw. Fehlstellen in dem Kristallgitter klassifiziert in eine Sauerstofffehlstelle und eine Gitterfehlstelle bzw. Gitterstörung (Metallvakanz und Gitterverzerrung). Die Sauerstofffehlstelle wird hervorgerufen durch das Fehlen von Sauerstoffatomen, die das Kristallgitter der Keramik bilden, und hierdurch kann die Katalysatorkomponente in der Fehlstelle getragen werden, die durch den fehlenden Sauerstoff zurück bleibt. Die Gitterverzerrung wird hervorgerufen durch Einfangen von mehr Sauerstoffatomen als es erforderlich ist, um das Keramikkristallgitter zu bilden, und hierdurch ist es möglich, die Katalysatorkomponente in den Poren zu tragen, die durch die Spannungen bzw. Verzerrungen in dem Kristallgitter oder durch die Metallvakonzen gebildet sind.

Wie in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-104994 erläutert, können Sauerstofffehlstellen in dem Kristallgitter in einem Prozess gebildet werden nach dem Ausbilden und Entgasen des Sintern eines Materials für Kordierit, enthaltend eine Si-Quelle, eine Al-Quelle und eine Mg-Quelle, während entweder 1. Druck der Sinteratmosphäre verringert wird oder diese in eine reduzierende Atmosphäre überführt wird; 2. in einer Atmosphäre mit niedriger Sauerstoffkonzentration gesintert wird unter Verwendung einer Verbindung, die keinen Sauerstoff für zumindest einen Teil des Rohmaterials enthält, um eine Sauerstofffehlstelle in der Sinteratmosphäre oder in dem Startmaterial zu erzeugen; oder 3. zumindest eines der Bestandteilelemente der Keramik ersetzt wird, mit Ausnahme von Sauerstoff, durch ein Element mit einem Valenzwert, der niedriger ist als derjenige des ersetzten bzw. substituierten Elements. Da im Fall von Kordierit die Bestandteilelemente positive Valenz aufweisen, wie etwa Si (4+), Al (3+) und Mg (2+), führt das Ersetzen dieser Elemente durch ein Element mit niedrigerem Valenzwert zu einer Defizienz an positiver Ladung, was der Differenz von dem substituierten Element bezüglich des Valenzwerts zu dem Substitutionsausmaß entspricht. Dadurch wird 0 (2-) mit negativer Ladung freigegeben, um die elektrische Neutralität des Kristallgitters beizubehalten, wodurch eine Sauerstoffdefizienz bzw. -fehlstelle gebildet wird.

Gitterdefekte können gebildet werden durch 4. Ersetzen eines Teils der Bestandteilelemente der Keramik, mit Ausnahme von Sauerstoff, durch ein Element, das einen Valenzwert aufweist, der höher ist als derjenige des ersetzten bzw. substituierten Elements. Wenn zumindest ein Teil von Si, Al und Mg, bei dem es sich um Bestandteilelemente des Kordierits handelt, durch ein Element mit einem Valenzwert ersetzt werden, der höher ist als derjenige des ersetzten Elements, wird eine positive Ladung, die der Differenz von dem substituierten Element bezüglich des Valenzwerts zu dem Substitutionsausmaß bzw. der Substitutionsmenge redundant, so dass die erforderliche Menge an O (2-) mit negativer Ladung in das Gitter übernommen wird, um die elektrische Neutralität des Kristallgitters aufrecht zu erhalten. Die Sauerstoffatome, die in den Kristall übernommen wurden, bilden ein Hindernis für das Kordieriteinheitskristallgitter zur Bildung einer geordneten Struktur, was zu einer Gitterverzerrung führt. Alternativ wird ein Teil von Si, Al und Mg freigesetzt, um die elektrische Neutralität des Kristallgitters aufrecht zu erhalten, wodurch Vakonzen ausgebildet werden. In diesem Fall wird in Luftatmosphäre ein Sintervorgang ausgeführt, so dass eine ausreichende Menge von Sauerstoff zugeführt wird. Da angenommen wird, dass die Größe dieser Defekte bzw. Störungen oder Fehlstellen sich in der Größenordnung von mehreren Angstrom bewegen oder kleiner sind, tragen sie nicht bei zur spezifischen Oberfläche, die durch übliche Verfahren gemessen wird, wie etwa ein BET- Verfahren unter Verwendung von Stickstoffmolekülen.

Die Anzahl von Sauerstoffdefekten bzw. -fehlstellen und Gitterdefekten bzw. -verzerrungen bezieht sich auf die Sauerstoffmenge, die in der Kordierithonigwabenstruktur enthalten ist, und es ist möglich, dass die erforderliche Menge an Katalysatorkomponente getragen wird durch Steuern der Sauerstoffmenge auf weniger als 47 Gew.-% (Sauerstofffehlstellen) oder über 48 Gew.-% (Gitterfehlstellen). Wenn die Sauerstoffmenge unter 47 Gew.-% auf Grund der Ausbildung von Sauerstofffehlstellen verringert wird, wird die Anzahl von Sauerstoffatomen, die in dem Kordieriteinheitskristallgitter enthalten sind, kleiner als 17,2 und die Gitterkonstante für die b_o-Achse des Kordieritkristalls wird kleiner als 16,99. Wenn die Sauerstoffmenge auf einen Wert über 48 Gew.-% auf Grund der Bildung von Gitterdefekten erhöht wird, wird die Anzahl von Sauerstoffatomen, die in dem Kordieriteinheitskristallgitter enthalten ist, größer als 17,6 und die Gitterkonstante für die b_o-Achse des Kordieritkristalls wird größer oder kleiner als 16,99.

Eine vorbestimmte Anzahl von oder mehr Poren kann in dem Keramikträger gebildet werden, wenn die Dichte des Kordieritkristalls, enthaltend zumindest einen Defekt von zumindest einer Art, eine Sauerstofffehlstelle oder einen Gitterdefekt bzw. eine Gitterverzerrung in einem Kordieriteinheitskristallgitter mit 4 × 10^-6% oder höher gewählt ist, und bevorzugt mit 4 × 10^-5% oder höher oder alternativ mit 4 × 10^-6% oder mehr, sind bevorzugt 4 × 10^-7% oder mehr Defekte von zumindest einer Art, eine Sauerstofffehlstelle oder ein Gitterdefekt bzw. eine Gitterverzerrung in einem Einheitskristallgitter der Kordierithonigwabenstruktur enthalten.

Von den Poren, die den Katalysator zu tragen vermögen, sind mikroskopische Risse in der Keramikoberfläche in einer Vielzahl von zumindest entweder amorpher Phase oder Kristallphase gebildet durch Anlegen von Wärmeschock oder einer Schockwelle an die Kordierithonigwabenstruktur. Die Risse müssen klein sein, etwa 100 nm oder kleiner, und bevorzugt 10 nm oder kleiner bezüglich der Breite, um die mechanische Festigkeit der Honigwabenstruktur sicherzustellen.

Durch Abschrecken der Kordierithonigwabenstruktur, die erwärmt bzw. erhitzt wurde, kann an diese ein Wärmeschock angelegt werden. Der Zeitpunkt für das Anlegen des Wärmeschocks kann später sein als der Zeitpunkt, wenn die Kordieritkristallphase oder die amorphe Phase in der Kordierithonigwabenstruktur gebildet wurde. Der Wärmeschock kann angelegt werden entweder durch Bilden, Entfetten und Sintern eines Materials für Kordierit, das eine Si-Quelle, eine Al-Quelle und eine Mg-Quelle enthält, in einem gewöhnlichen Prozess, durch erneutes Heizen der derart gebildeten Kordierithonigwabenstruktur auf eine vorbestimmte Temperatur und durch Abschrecken derselben oder durch Abschrecken, ausgehend von einer Temperatur während des Übergangs vom Sintern zum Kühlen. Risse auf Grund des Wärmeschocks können erzeugt werden, wenn die Temperaturdifferenz (Wärmeschocktemperaturdifferenz) etwa 80°C beträgt oder größer ist zwischen dem Zeitpunkt des Heizens und nach dem Abschrecken, während die Rissgröße zunimmt, wenn die Wärmeschocktemperaturdifferenz größer wird. Die Wärmeschocktemperaturdifferenz sollte innerhalb etwa 900°C gehalten werden, weil große Risse es schwierig machen, die Form der Honigwabenstruktur aufrecht zu erhalten.

In der Kordierithonigwabenstruktur existiert die amorphe Phase in Form von Schichten, die im Bereich der Kristallphase gebildet sind. Wenn durch Erwärmen, gefolgt von Abschrecken der Kordierithonigwabenstruktur, Wärmeschock ausgeübt wird, liegt eine Differenz bezüglich des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der amorphen Phase und der Kristallphase vor, auf Grund von Wärmespannung, entsprechend der Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten, und entsprechend der Wärmeschocktemperaturdifferenz, die im Bereich der Grenzfläche zwischen der amorphen Phase und der Kristallphase erzeugt wird. Wenn die amorphe Phase oder die Kristallphase der Wärmespannung bzw. -belastung nicht zu widerstehen vermag, werden mikroskopische Risse erzeugt. Die Anzahl der erzeugten mikroskopischen Risse kann gesteuert werden durch die Größe der amorphen Phase. Wenn eine Spurkomponente (Alkalimetallelement, Alkalierdmetallelement u. dgl.), die in dem Rohmaterial enthalten ist, und von der angenommen wird, dass sie zur Bildung der amorphen Phase beiträgt, in einer größeren Menge als normal zugesetzt wird, wird die Anzahl der erzeugten Risse erhöht. Schock- bzw. Stoßwellen auf Grund von Ultraschall und Vibration können ebenfalls anstelle von Wärmeschock verwendet werden. Wenn ein geringer Teil der Honigwabenstruktur nicht in der Lage ist, der Schockwelle zu widerstehen bzw. diese zu überleben, werden mikroskopische Risse erzeugt. Die Anzahl der erzeugten Risse kann durch die Energie der Schockwelle gesteuert werden.

In den Poren, die den Katalysator zu tragen vermögen, werden Fehlstellen derjenigen Elemente, die die Keramik bilden, durch Eluieren des Bestandteilelements des Kordierits oder eine Verunreinigung durch ein Flüssigphasenverfahren gebildet und beispielsweise werden Defekte bzw. Fehlstellen gebildet, wenn Metallelemente, wie etwa Mg und Al, die in dem Kordieritkristall enthalten sind, Alkalimetall oder Alkalierdmetall, das in der amorphen Phase enthalten ist, oder die amorphe Phase sich selbst in Wasser bei hoher Temperatur oder unter hohem Druck auflöst, in ein superkritisches Fluid oder in eine Lösung, wie etwa eine Alkalilösung. Fehlstellen dieser Elemente bilden Poren, die den Katalysator tragen. Die Defekte bzw. Fehlstellen können auch chemisch oder physikalisch durch ein Gasphasenverfahren gebildet werden. Ein chemisches Verfahren umfasst das Trockenätzen und ein physikalisches Verfahren umfasst Zerstäubungsätzen, in welchem Fall die Anzahl der Poren gesteuert werden kann durch Regeln der Ätzdauer oder der zugeführten Energiemenge.

Ein Träger mit einer Vielzahl von Partikeln von Elementen, die geeignet sind, die Katalysatorkomponente direkt auf der Oberfläche der Substratkeramik zu tragen, die mit dem Ersatz von Elementen bzw. Ersatzelementen versehen ist, wird nunmehr erläutert. In diesem Fall werden Bestandteilelemente der Keramik (beispielsweise Si, Al und Mg im Fall von Kordierit) durch ein Element ersetzt, das eine größere Bindungskraft mit dem Katalysator aufweist als das Bestandteilelement, das ersetzt werden soll, und das in der Lage ist, die Katalysatorkomponente durch chemische Bindung zu tragen. Insbesondere können die Ersatzelemente solche sein, die sich von den Bestandteilelementen unterscheiden und die in ihren Elektronenorbits bzw. -bahnen d- oder f-Orbits aufweisen und die bevorzugt ein leeres Orbit in den d- oder f-Orbits aufweisen oder zwei oder mehr Oxidationszustände. Ein Element, das ein leeres Orbit in dem d- oder f-Orbit aufweist, besitzt ein Energieniveau in der Nähe von demjenigen des zu tragenden Katalysators, was eine höhere Neigung zum Austauschen von Elektronen und für eine Bindung mit der Katalysatorkomponente bedeutet. Ein Element, das zwei oder mehr Oxidationszustände besitzt, zeigt außerdem die Neigung, Elektronen auszutauschen und denselben Effekt bereit zu stellen.

Elemente, die ein leeres Orbit in dem d- oder f-Orbit aufweisen, umfassen W, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, N1, Zr, Mo, Ru, Rh, Ce, Ir, Pt usw., und von diesen kann eines oder es können mehrere verwendet werden. Von diesen sind W, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Mo, Ru, Rh, Ce, Ir und Pt Elemente, die zwei oder mehr Oxidationszustände besitzen. Außerdem umfassen Elemente, die zwei oder mehr Oxidationszustände aufweisen, Cu, Ga, Ge, Se, Pd, Ag, Au usw.

Wenn das Bestandteilelement der Keramik durch diese substituierenden Elemente ersetzt wird, kann ein Verfahren eingesetzt werden, bei dem das substituierende Element bzw. Ersatzelement dem Keramikmaterial zugesetzt wird, wobei gemischt wird, wie vorstehend erläutert. Es kann jedoch auch ein Verfahren eingesetzt werden, bei dem das das zu ersetzende Bestandteilelement enthaltende Material reduziert wird um die Menge entsprechend der Substitutions- bzw. Ersetzungsmenge, gefolgt von Mischen, Formgeben und Trocknen, bevor ein Eintauchen in eine Lösung erfolgt, die das substituierende Element enthält, wodurch ein Imprägnieren mit diesem erfolgt. Das Material wird der Lösung entnommen, getrocknet und daraufhin Entfetten und Sintern in Luftatmosphäre ausgesetzt. Dieses Verfahren zum Imprägnieren der Vorform wird bevorzugt eingesetzt, weil das substituierende Element in ausreichender Weise auf der Oberfläche der Vorform abgeschieden werden kann, infolge hiervon das Element auf der Oberfläche während des Sinterns substituiert bzw. ersetzt wird, wodurch eine Feststofflösung problemloser gebildet werden kann.

Die Menge des substituierenden Elements wird innerhalb eines Bereichs von 0,01% bis 50% und bevorzugt in einem Bereich von 5% bis 20% des substituierten Bestandteilelements im Hinblick auf die Anzahl von Atomen gewählt. Im Fall, dass das substituierende Element einen Valenzwert aufweist, der sich von demjenigen des Bestandteilelements der Substratkeramik unterscheidet, werden Gitterdefekte oder Sauerstoffdefekte bzw. -fehlstellen gleichzeitig, abhängig von der Valenzdifferenz, erzeugt, wie vorstehend erläutert. Es kann jedoch verhindert werden, dass die Defekte auftreten unter Verwendung von mehreren substituierenden Elementen und durch Wählen der Summe der Oxidationsnummern bzw. -zahlen der substituierenden Elemente gleich zur Summe der Oxidationsnummern bzw. -zahlen der substituierten Bestandteilelemente. Die Katalysatorkomponente kann dadurch getragen werden, indem sie ausschließlich mit den substituierenden Elementen verbunden werden, während der Valenzwert insgesamt konstant gehalten wird.

Der Keramikkatalysatorkörper, der einen Keramikträger umfasst, der eine Vielzahl von Poren auf seiner Oberfläche aufweist, wobei die Katalysatorkomponente direkt auf dem Keramikträger getragen ist, wird bevorzugt in dem Katalysator eingesetzt, um Motorabgas o. dgl. zu konvertieren. Ein Edelmetallkatalysator, wie etwa Pt, Pd, Ir oder Rh wird üblicherweise als Katalysatormetall verwendet. CeO₂ o. dgl. kann selbstverständlich als Aktivator verwendet werden.

Der Keramikträger kann in eine Lösung eingetaucht werden, die eine Katalysatormetallverbindung gelöst enthält, um die Katalysatorkomponente zu tragen. Obwohl das Lösungsmittel Wasser sein kann, wird ein Lösungsmittel mit kleinerer Oberflächenspannung, beispielsweise ein alkoholisches Lösungsmittel, wie etwa Ethanol, bevorzugt verwendet, weil die Defekte bzw. Fehlstellen oder Risse, die die Poren bilden, die in dem Keramikträger ausgebildet sind, mikroskopische Größe besitzen. Während ein Lösungsmittel mit großer Oberflächenspannung, wie etwa Wasser, nicht so ohne weiteres in die Poren infiltrieren kann und ungeeignet ist, die Poren vollständig zu nutzen, ermöglicht die Verwendung des Lösungsmittels mit kleinerer Oberflächenspannung, das in die mikroskopischen Poren infiltrieren kann, 0,5 g/L oder mehr an Katalysatorkomponente zu tragen, indem die Poren vollständig genutzt werden.

Der in die Katalysatorlösung eingetauchte Keramikträger wird daraufhin bei einer Temperatur von 500 bis 900°C getrocknet und gesintert. Dies führt zu einem Keramikkatalysatorkörper, bei dem die Katalysatorkomponente in den Poren getragen ist, die in der Zellenwandoberfläche des Trägers gebildet sind, oder auf einem Element, das mit dem Abgas in Kontakt steht. Im Fall der Keramikkatalysatoren gemäß dem Stand der Technik, die eine Beschichtungsschicht aus γ-Aluminiumoxyd o. dgl. verwenden, kann ein Teil der Katalysatorkomponente an solchen Abschnitten vorliegen, die durch das Abgas nicht erreichbar sind. Im Fall von Keramikkatalysatoren gemäß der Erfindung ist hingegen die Katalysatorkomponente auf der Zellenwandoberfläche konzentriert und getragen, die eine hohe Wahrscheinlichkeit besitzt, mit dem Abgas in Kontakt zu gelangen, wodurch es möglich ist, den Katalysator zum Umsetzen des Abgases vollständig zu nutzen. Da der Katalysator außerdem unter Verwendung einer Lösung abgeschieden wird, kann der Katalysator in feinen Partikeln ausgebildet sein. Da das Gas problemlos in die Poren eindringen kann, die durch die Lösung infiltrierbar sind, kann die Katalysatorkomponente nur in solchen Abschnitten wirksam getragen werden, die mit dem Abgas in Kontakt gelangen.

In dem Keramikträger, der den Katalysator direkt zu tragen vermag, bleibt das Abgas jedoch mit geringerer Wahrscheinlichkeit auf der Zellenwandoberfläche zurück als im Fall des Keramikträgers gemäß dem Stand der Technik, der eine Beschichtungsschicht aufweist, die auf der Oberfläche gebildet ist. Um diesen Nachteil zu überwinden, ist es erwünscht, die Porosität der Substratkeramik mit 5% oder höher, bevorzugt 10% oder höher, besonders bevorzugt 30% oder höher, und ganz besonders bevorzugt 40% oder höher zu wählen. Da die Porosität ermittelt wird durch Messen der Poren, die in die Zellenwandoberfläche münden, bedeutet ein größerer Wert dieser Größe, dass in der Zellenwandoberfläche mehr Poren vorliegen, die mit dem Abgas in Kontakt gelangen und die Strömung des Abgases stören, wodurch entlang der Zellenwandoberfläche eine turbulentere Strömung erzeugt wird. Infolge hiervon ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Katalysator, der auf der Zellenwandoberfläche getragen ist, mit dem Katalysator Kontakt aufnimmt, erhöht, was das Konversions- bzw. Umsetzleistungsvermögen verbessert. Um eine gewünschte Porosität zu erzielen, können Verfahren eingesetzt werden, wie etwa das Kontrollieren bzw. Steuern der Zusammensetzungen des Trägermaterials und des Zusatzstoffs und die Bildungs- bzw. Formgebungs- und Sinterbedingungen, das Zusetzen einer geeigneten Menge von Kohlenstoffpartikeln o. dgl., die in der Sintertemperatur verdampfen, oder das Anwenden einer Nachverarbeitung, um in der Oberfläche nach dem Sintern Leerstellen zu vermeiden.

Fig. 1 zeigt das Ergebnis der Messung des Konversionsleistungsvermögens des Keramikkatalysatorkörpers, der durch Abscheiden der Katalysatorkomponente unter denselben Bedingungen auf dem Keramikträger mit unterschiedlicher Porosität hergestellt wurde, die von etwa 5 bis 50% reicht. Die Keramikträger wurden aus Kordieritmaterialien hergestellt, umfassend Talg, Kaolin, Aluminiumoxid u. dgl., bei denen 10 Gew.-% der Al-Quelle ersetzt waren durch Wolframoxid mit unterschiedlichen Valenzwerten, wobei das Material mit einem Bindemittel gemischt und in eine Honigwabenstruktur geformt wurde, das daraufhin getrocknet wurde (90°C, 6 Stunden), bevor es bei 1300°C oder einer höheren Temperatur für zwei bis fünf Stunden gesintert wurde, wodurch die Defekte bzw. Fehlstellen gebildet werden, die die Poren bilden. Pt und Rh wurden als Katalysator auf den Trägern derart abgeschieden, dass die vorbestimmte Katalysatormenge (1,5 g/L) getragen war. Eine Ethanollösung von Chlorplatinat und Rhodiumchlorid wurde als Katalysatorlösung verwendet. Die Keramikträger wurden in die Lösung eingetaucht und einer Wärmebehandlung bei 800°C für zwei Stunden in Luftatmosphäre ausgesetzt, wodurch der Katalysator fertiggestellt ist.

Die in Fig. 1 auf der Ordinate aufgetragene 50% -Konversionstemperatur kann als Index bzw. Hinweis zum Evaluieren des Konversionsleistungsvermögens genutzt werden, und sie wurde wie folgt ermittelt. Ein Modellgas, das KW (Kohlenwasserstoff) enthält, wurde in Proben (mit dem Maß ∅ 15 × L 10 mm) des Keramikkatalysators eingeleitet, um für das Konversionsleistungsvermögen evaluiert zu werden. Während die Probentemperatur allmählich erhöht wurde, wurde die Temperatur, bei der das KW-Konversionsverhältnis, berechnet durch die folgende Formel, gleich 50% war, ermittelt und als 50% -Konversionstemperatur herangezogen.

KW-Konversionsverhältnis = [Konzentration des zuströmenden KW - Konzentration des ausströmenden KW]/[Konzentration des zuströmenden KW] × 100

Die Porosität wurde durch die Quecksilberporosometrie gemessen.

Wie in Fig. 1 gezeigt, beträgt die 50%-Konversionstemperatur 300°C oder weniger, wenn die Porosität 10% oder mehr beträgt, 180°C oder weniger, wenn die Porosität 30% oder mehr beträgt, und 160°C oder weniger, wenn die Porosität 40% oder mehr beträgt. Wie vorstehend erläutert, kann ein höheres Katalysatorleistungsvermögen erzielt werden, wenn die Porosität höher ist, was dazu führt, dass die 50%-Konversionstemperatur fällt.

Abgesehen vom Steuern des Leerraumverhältnisses kann das Konversionsleistungsvermögen auch verbessert werden durch Erhöhen der Dichte der Zellen zur Erzielung einer größeren Oberfläche. Insbesondere ist es erwünscht, die Dichte der Zellen mit 50/in² oder höher, bevorzugt 100/in² oder höher, stärker bevorzugt 400/in² oder höher und besonders bevorzugt 900/in² oder höher zu wählen. Eine höhere Dichte der Zellen führt dazu, dass die Oberfläche größer wird, was zu einem größeren Bereich führt, auf dem der Katalysator getragen werden kann. Da die Menge des auf dem Träger getragenen Katalysators vergrößert werden kann, während die Katalysatorpartikelgröße größert werden kann, während die Katalysatorpartikelgröße und die Distanz zwischen den Katalysatorpartikeln konstant bleibt, wird das Konversionsleistungsvermögen verbessert. Im Fall, dass die Katalysatormenge konstant gehalten wird, kann die Distanz zwischen den Katalysatorpartikeln größer gemacht werden und eine Leistungsminderung auf Grund einer Koagulation des Katalysators kann verhindert werden.

Fig. 2 zeigt das Ergebnis der Messung der Dichte der Zellen, die in dem Keramikträger gebildet sind, und des Konversionsleistungsvermögens (50%-Konversionstemperatur) nach dem Leistungsminderungstest. Die Keramikträger wurden in ähnlicher Weise hergestellt wie in dem in Fig. 1 gezeigten Fall und die gewünschte Dichte der Zellen wurde erhalten durch Ändern der beim Extrudieren verwendeten Form. Der Katalysator wurde ebenfalls in ähnlicher Weise abgeschieden unter Verwendung der Ethanollösung von Chlorplatinat und Rhodiumchlorid, um die vorbestimmte Katalysatormenge (1,5 g/L) zu tragen. Die Keramikträger wurden einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 800°C für zwei Stunden in Luftatmosphäre unterworfen, wodurch der Katalysator fertiggestellt war. Wenn die Dichte der Zellen, wie inTig. 2 gezeigt, 100/in² oder höher war, beträgt die 50%-Konversionstemperatur 400°C oder weniger, was nahezu gleich oder niedriger ist als die spontane Entzündungstemperatur von C₃H₆, wodurch das Konversionsleistungsvermögen demonstriert ist. Die 50%-Konversionstemperatur beträgt 300°C oder weniger, wenn die Dichte der Zellen 400/in² oder höher war, und sie beträgt 220°C oder weniger, wenn die Dichte der Zellen 900/in² beträgt oder höher ist. Es wird bemerkt, dass die 50%-Konversionstemperatur niedriger wird, wenn die Dichte der Zellen zunimmt, wodurch das Konversionsleistungsvermögen verbessert ist.

Wenn die Dichte der Zellen dieselbe bleibt und beispielsweise in dem Fall, dass die gesamte Oberfläche der Zellenwand in einer Richtung senkrecht zur Ausdehnungsrichtung geriffelt gebildet ist, wie in Fig. 3 gezeigt, wird eine größere Oberfläche erhalten. Außerdem besteht der Vorteil, dass die Wahrscheinlichkeit zur Herstellung eines Kontaktes mit dem Katalysator zunimmt, weil der Abgasstrom durch die Oberflächenunregelmäßigkeit verteilt wird. Die Teilung der geriffelten Oberfläche wird typischerweise so gewählt, dass sie nicht größer ist als die Trägerlänge. Bevorzugt beträgt die Teilung der geriffelten Oberfläche 20 mm oder weniger, und besonders bevorzugt 5 mm oder weniger. Die Amplitude der Riffelung ist mit 1/2 der Zellenteilung oder kleiner gewählt, und sie liegt bevorzugt in einem Bereich von 1/3 bis 1/2 der Zellenteilung. Die geriffelte Oberfläche kann beispielsweise gebildet werden durch Steuern der Ausbildungsgeschwindigkeit oder eines anderen Faktors beim Honigwabenbildungs- bzw. Formgebungsprozess. Ein ähnlicher Effekt kann durch ein anderes Verfahren als dasjenige zur Herstellung der regelmäßigen Konfiguration der geriffelten Oberfläche erzielt werden, wie etwa durch Aufrauen der Oberfläche durch Oberflächenbehandlung, solange die Zellenwand 1 Oberflächenunregelmäßigkeiten aufweist.

Der Abgasstrom kann auch durch Bilden eines nicht gerade verlaufenden Gasströmungsdurchlasses in den Zellen verteilt werden. Insbesondere dann, wenn der Keramikträger 2 insgesamt gebogen ist, so dass die Ausbreitungsrichtung in Bogenform gekrümmt verläuft, wie in Fig. 4(a) gezeigt, verläuft der Gasströmungsdurchlass gekrümmt, wodurch der zuströmende Abgasstrom mit größerer Wahrscheinlichkeit turbulent wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der Krümmungsradius des Trägers 2 mit 100 m oder kleiner gewählt. Bevorzugt ist der Krümmungsradius des Trägers mit 10 m oder kleiner und besonders bevorzugt in einem Bereich von 200 bis 500 mm gewählt.

Alternativ kann der Träger 2, bei dem das normale Zylinderprofil mit einer Vielzahl von Zellen gebildet ist, in der Strömungsrichtung verzerrt bzw. verworfen verlaufen. Beispielsweise kann ein gekrümmter Gasströmungsdurchlass ähnlich wie vorstehend angeführt hergestellt werden, wenn die Zellen 3 so gebildet sind, dass sie in die Ausdehnungsrichtung spiralförmig gekrümmt bzw. gedreht verlaufen, wie in Fig. 4(b) gezeigt. Dies erhöht auch die Wahrscheinlichkeit für einen Kontakt mit dem Katalysator, wodurch das Konversionsleistungsvermögen verbessert ist. Die Spirale ist insbesondere so ausgelegt, dass sie mit 0,1 Grad oder mehr pro 1 m entlang der Strömungsrichtung sich dreht. Bevorzugt ist die Spirale so ausgelegt, dass sie eine vollständige Drehung oder mehr pro 1 m entlang des Strömungsdurchlasses zeigt, und insbesondere zwei oder vier Drehungen pro 1 m entlang dem Strömungsdurchlass.

Bei selber Querschnittsfläche nimmt die Oberfläche der Zellenwandung zu, wenn die Querschnittsform der Zelle von einem Kreis abweicht. Die Oberfläche kann dadurch vergrößert werden durch Bilden der Zelle mit einem anderen Querschnitt als einem Kreis oder durch Kombinieren verschiedener Formen. Bei diesen Formen handelt es sich insbesondere um mehrseitige Formen, wie etwa um ein Quadrat, ein gleichseitiges Dreieck, ein gleichseitiges Sechseck, ein Rechteck oder ein gleichschenkliges Dreieck, wie in Fig. 5(a) bis (e) gezeigt, um die Form eines gleichseitigen Sechsecks, enthaltend eine weitere Form, die in ihm gebildet ist, wie in Fig. 5(f) gezeigt, um die L-förmige Form (Fig. 5(g)), um eine konvexe Form (Fig. 5(h)), um ein Kreuz (Fig. 5(i)), um eine S-förmige Form (Fig.5(j)) oder um eine Hantelform (Fig. 5(k), (l)). Eine komplizierte Form des Zellenquerschnitts führt auch zu einer stärkeren Störung des Gasstroms, wodurch das Konversionsleistungsvermögen verbessert ist.

Für die vorstehend erläuterten Zellenformen können mehrere Vorsprünge zusätzlich so gebildet sein, dass sie, ausgehend von der Oberfläche, einwärts vorstehen. Beispielsweise zeigen Fig. 6(a) bis (c) Zellen 3 mit quadratischer Form, der Form eines gleichseitigen Dreiecks und der Form eines gleichseitigen Sechsecks, und es sind Rippen 4 vorgesehen, die von den Oberflächen der Zellen 3 in die Strömung hinein vorstehen, wodurch der Gasstrom gestört wird. Das Katalysatorleistungsvermögen kann verbessert werden, indem der Katalysator auf den Oberflächen der Rippen 4 vorgesehen bzw. getragen ist, wodurch die Katalysatortragfläche vergrößert ist. Wie in Fig. 6(d) und (e) gezeigt, können auch Konfigurationen zum Einsatz kommen, wie etwa mit zwei oder mehr Rippen 4, die in jeder Zelle vorgesehen sind, oder mit einer kreuzförmigen Rippe 4. Wie in Fig. 6(f) gezeigt, kann die Zellenwand 1 auch in Zickzackform gebildet sein. Die Querschnittsfläche des Vorsprungs ist in diesem Fall typischerweise so gewählt, dass sie nicht größer ist als die Hälfte des Zellenöffnungsquerschnitts. Bevorzugt liegt die Querschnittsfläche des Vorsprungs in einem Bereich von 1/20 bis 1/3 der Fläche der Zellenöffnung.

Eine Vielzahl von Durchgangslöchern 5 kann, die Zellenwand 1 durchsetzend, gebildet sein, wie in Fig. 7 gezeigt. Durch das Bereitstellen der Vielzahl von Durchgangslöchern 5 in der Zellenwand 1 wird das Abgas veranlasst, von einer Zelle 3 zur benachbarten Zelle zu strömen, wodurch eine stärkere Störung des Gasstroms hervorgerufen wird. Dies führt auch dazu, dass das Abgas länger in dem Träger bleibt, so dass eine größere Wahrscheinlichkeit einer Kontaktaufnahme mit dem Katalysator besteht, wodurch das Konversionsleistungsvermögen verbessert ist. Die Größe des Durchgangslochs 5 in der Strömungsrichtung ist typischerweise nicht größer als das Fünffache der Zellenteilung. Die Länge des Durchgangslochs 5 entlang dem Strömungsdurchlass ist bevorzugt nicht größer als die Zellenteilung. Die Breite des Durchgangslochs 5 in der Richtung senkrecht zum Strömungsdurchlass ist bevorzugt kleiner als die Zellenteilung.

Außerdem kann ein Aufbau verwendet werden, bei dem mehrere Keramikträger 21, 22, 23 in Strömungsrichtung in Reihe zu liegen kommen, wie in Fig. 8 gezeigt. In diesem Fall ist der Keramikträger 22, der stromabwärts zu liegen kommt, beispielsweise um 45° um die Ausdehnungsrichtung relativ zu dem Keramikträger 21 gedreht, der stromaufwärts zu liegen kommt, so dass die Zellenwand 1 keine kontinuierliche Ebene in der Verbindungsstelle bildet. Der Keramikträger 22 und der Keramikträger 23 sind außerdem mit ähnlicher Beziehung angeordnet. Da bei einem derartigen, vorstehend erläuterten Aufbau die Wandoberfläche des Strömungsdurchlasses, der in der Zelle 3 gebildet ist, diskontinuierlich wird, wird das Abgas, das den Keramikträger 21 durchsetzt hat, gestört, wenn es in den Keramikträger 22 strömt, der stromabwärts zu liegen kommt. Da mehrere unterschiedliche Strömungsdurchlässe miteinander kommunizieren, besteht für das dort hindurchströmende Abgas eine größere Wahrscheinlichkeit zur Kontaktaufnahme mit dem Katalysator, wodurch das Konversionsleistungsvermögen verbessert wird. Da der Keramikträger, der auf seiner Oberseite den Katalysator direkt trägt, keine Beschichtungsschicht erfordert, und einen niedrigeren Druckverlust hervorruft, tritt selbst dann nicht das Problem einer Erhöhung des Druckverlustes auf, wenn die mehreren Keramikträger 21, 22, 23 in Reihe miteinander verbunden sind.

BEISPIELE

Beispiele und Vergleichsbeispiele werden nunmehr erläutert, um die mit der Erfindung erzielbaren Wirkungen zu verifizieren.

(1) Zellenwand mit geriffelter Oberfläche (Beispiele 1 bis 4, Vergleichsbeispiele 1, 2)

Kordieritmaterialien, aufweisend Talg, Kaolin, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, WO₃ mit einer Menge entsprechend 5% der Si-Quelle und CoO mit einer Menge entsprechend 5% der Si- Quelle wurden in Form eines Pulvers gemischt in Proportionen im Bereich der theoretischen Zusammensetzung von Kordierit. Geeignete Mengen eines Bindemittels, eines Schmiermittels, eines Feuchtevermittlers und von Wasser wurden dem Gemisch zugesetzt und zur Erzeugung einer Paste wurde erneut gemischt. Die Paste wurde in eine Honigwabenstruktur mit einer Zellenwanddicke von 100 µm, einer Zellendichte von 400 cpsi (Anzahl von Zellen pro 1 Quadratinch), einem Durchmesser von 103 mm und einer Länge von 130 mm durch Extrudieren (die Zellenwand besitzt eine flache Oberfläche) gebildet bzw. geformt. Die Honigwabenstruktur wurde in einer Luftatmosphäre bei 1390°C gesintert (Vergleichsbeispiel 1).
Unter Verwendung einer Paste, die ähnlich zubereitet wurde wie im Fall des Vergleichsbeispiels 1, wurden Honigwabenvorformen mit Zellenwänden mit geriffelten Oberflächen hergestellt durch Einführen einer Platte auf der Materialzufuhrseite der Form zum Regeln der Zufuhrgeschwindigkeit bei der Bildung bzw. Formung der Honigwabe durch Spritzgießen. Durch Steuern der Zuführgeschwindigkeit wurden verschiedene Honigwabenvorformen mit unterschiedlichen Werten hinsichtlich der Teilung der geriffelten Oberfläche (Distanz zwischen benachbarten Eintiefungen) und der Amplitude (Höhe eines Scheitels) gebildet, wie in der Tabelle 1 gezeigt. Diese Honigwabenvorformen wurden durch ein ähnliches Verfahren getrocknet und gesintert (Beispiele 1 bis 4, Vergleichsbeispiel 2).
Die Kordierithonigwabenstrukturen der Beispiele 1 bis 4 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurden in eine Ethanollösung getaucht, die 0,035 mol/L Chlorplatinat und 0,025 mol/L Rhodiumchlorid enthält, und zwar für fünf Minuten. Nach dem Entfernen überschüssiger Lösung wurden die Honigwaben daraufhin getrocknet und bei 600°C in Luftatmosphäre gesintert, um zu metallisieren. Die Kordierithonigwabenstrukturen, auf denen die Katalysatorkomponente getragen ist, wie vorstehend erläutert (Keramikkatalysatoren), wurden hinsichtlich ihres Konversionsleistungsvermögens evaluiert. Die Evaluation wurde durchgeführt durch Messen der 50%-Konversionstemperatur von C₃H₆ unter den Bedingungen einer Reaktionsgaszusammensetzung [C₃H₆: 500 ppm, O₂: 5% O₂, N₂ als Rest] und mit einer Strömungsgeschwindigkeit SV = 10000 h^-1.
Tabelle 1 zeigt die Teilung und die Amplitude der geriffelten Oberfläche der Zellenwand der Kordierithonigwabenstrukturen, die 50%-Konversionstemperatur und den Druckverlust. Der Druckverlust wurde gemessen durch Einführen der Kordierithonigwabenstrukturen (Durchmesser 103 mm, Länge 130 mm) gemäß den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 in Messbehälter und Erfassen der Druckdifferenz stromabwärts von der Honigwabenstruktur, relativ zur Atmosphäre, wenn ein Luftstrom von 2000 L/min hervorgerufen war. Tabelle 1 Eigenschaften der geriffelten Zellenwand
Wie in Tabelle 1 gezeigt, war die 50%-Konversionstemperatur in den Beispielen 1 bis 4 niedriger, bei denen die Zellenwände mit geriffelten Oberflächen gebildet waren, als beim Vergleichsbeispiel 1, bei dem die Zellenwände nicht mit geriffelten Oberflächen gebildet waren. Außerdem geht (aus der Tabelle) hervor, dass ein größerer Effekt bezüglich der Verringerung der 50%-Konversionstemperatur erzielt werden kann, wenn die Teilung der geriffelten Oberfläche verkleinert wurde. Dies ist deshalb der Fall, weil die geriffelte Oberfläche der Zellenwand den Gasstrom derart stört, dass die Wahrscheinlichkeit zur Kontaktaufnahme mit dem Katalysator erhöht ist, wodurch das Konversionsleistungsvermögen verbessert ist. Die 50%-Konversionstemperatur kann außerdem verringert werden durch Vergrößern der Amplitude der geriffelten Oberfläche. Wenn jedoch die Amplitude der geriffelten Oberfläche größer als die Hälfte der Zellenteilung (1,27 mm) wird, wird der Druckverlust größer als derjenige im Fall des Standes der Technik, bei dem die Oberfläche mit 200 g/L γ-Aluminiumoxid (0,55 kPa) beschichtet war, wodurch der Vorteil durch einen niedrigen Druckverlust hinfällig war (Vergleichsbeispiel 2).

(2) Zellenwandoberfläche mit Vorsprung (Beispiele 5 bis 7 und Vergleichsbeispiel 3)

Kordieritmaterialien, aufweisend Talg, Kaolin, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, WO₃ mit einer Menge entsprechend 5% der Si-Quelle und CoO mit einer Menge entsprechend 5% der Si- Quelle wurden in Form eines Pulvers gemischt in Proportionen im Bereich der theoretischen Zusammensetzung von Kordierit. Geeignete Mengen eines Bindemittels, eines Schmiermittels, eines Feuchtevermittlers und von Wasser wurden dem Gemisch zugesetzt und zur Erzeugung einer Paste wurde erneut gemischt. Die Paste wurde in eine Honigwabenstruktur mit einer Zellenwanddicke von 100 µm, einer Zellendichte von 400 cpsi, einem Durchmesser von 103 mm und einer Länge von 130 mm mit Vorsprüngen auf den Zellenwänden durch Extrudieren geformt. Die Honigwabenstruktur wurde getrocknet und daraufhin in einer Luftatmosphäre bei 1390°C gesintert.
In jeder Zelle war im Zentrum der Zellenwand in Richtung zur Zellenmitte ein Vorsprung gebildet. Die Querschnittsfläche des Vorsprungs wurde so gesteuert, wie in Tabelle 2 gezeigt, unter Verwendung von Formen unterschiedlicher Größen, wenn die Honigwabe durch Spritzgießen gebildet bzw. geformt wurde (Beispiele 5 bis 7 und Vergleichsbeispiel 3). Eine Katalysatorkomponente wurde auf den Kordierithonigwabenstrukturen der Beispiele 5 bis 7 und des Vergleichsbeispiels 3 durch ein ähnliches Verfahren wie beim Beispiel 1 abgeschieden. Das Konversionsleistungsvermögen und der Druckverlust wurden bezüglich dieser Katalysatoren gemessen, wie in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2 Eigenschaften bei auf der Zellenwand gebildetem Vorsprung
Wie in Tabelle 2 gezeigt, führt die Bildung des Vorsprungs zu einer 50%-Konversionstemperatur, die niedriger ist als diejenige des Vergleichsbeispiels 1, das keinen Vorsprung aufweist. Die 50%-Konversionstemperatur wird niedriger, wenn die Querschnittsfläche des Vorsprungs größer gemacht wird. Die 50%-Konversionstemperatur wird insbesondere am niedrigsten, wenn die Querschnittsfläche des Vorsprungs in einem Bereich von 1/20 bis 1/3 der Fläche der Zellenöffnung (1,37 mm²) beträgt, und sie wird geringfügig höher, wenn die Querschnittsfläche zusätzlich vergrößert wird. Wenn die Querschnittsfläche des Vorsprungs größer als die halbe Querschnittsfläche der Zellenöffnung ist, wird der Druckverlust größer als derjenige im Fall des Standes der Technik, bei dem die Oberfläche mit 200 g/L γ-Aluminiumoxid (0,55 kPa) beschichtet war, wodurch der Vorteil eines niedrigen Druckverlusts aufgehoben ist (Vergleichsbeispiel 3).

(3) Verzerrter Gasströmungsdurchlass (Beispiele 8 bis 10 und Vergleichsbeispiel 4)

Kordieritmaterialien, aufweisend Talg, Kaolin, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, WO₃ mit einer Menge entsprechend 5% der Si-Quelle und CoO mit einer Menge entsprechend 5% der Si- Quelle wurden in Form eines Pulvers gemischt in Proportionen im Bereich der theoretischen Zusammensetzung von Kordierit. Geeignete Mengen eines Bindemittels, eines Schmiermittels, eines Feuchtevermittlers und von Wasser wurden dem Gemisch zugesetzt und zur Erzeugung einer Paste wurde erneut gemischt. Die Paste wurde in eine Honigwabenstruktur mit einer Zellenwanddicke von 100 µm, einer Zellendichte von 400 cpsi, einem Durchmesser von 103 mm und einer Länge von 130 mm geformt bzw. gebildet mit einem verzerrten Gasströmungsdurchlass, der in den Zellen gebildet ist, und zwar durch Extrudieren. Honigwabenvorformen wurden hergestellt durch Einführen einer Platte auf der Materialzuführseite der Form zum Regeln der Zuführgeschwindigkeit, wenn die Honigwabe gebildet bzw. geformt wird, wodurch der Krümmungsradius der Honigwabenvorform gesteuert wird (Beispiele 8 bis 10 und Vergleichsbeispiel 4). Die vorstehend erläuterten Honigwabenstrukturen wurden getrocknet und daraufhin in Luftatmosphäre bei 1390°C gesintert.
Eine Katalysatorkomponente wurde auf den Kordierithonigwabenstrukturen gemäß den Beispielen 8 bis 10 und dem Vergleichsbeispiel 4 durch ein ähnliches Verfahren wie beim Beispiel 1 abgeschieden. Das Konversionsleistungsvermögen und der Druckverlust wurden für diese Katalysatoren gemessen und sind in Tabelle 3 aufgeführt. Tabelle 3 Eigenschaften bei verzerrtem Strömungsdurchlass
Wie in Tabelle 3 gezeigt, führt das Bilden bzw. Formen des verzerrten Gasströmungsdurchlasses dazu, dass die 50%- Konversionstemperatur niedriger ist als beim Vergleichsbeispiel 1, das einen gerade verlaufenden Gasströmungsdurchlass aufweist, wodurch das Konversionsleistungsvermögen verbessert ist. Die 50%-Konversionstemperatur wird niedriger, wenn der Krümmungsradius der Kordierithonigwabenstruktur kleiner wird, obwohl der Druckverlust dazu neigt, in diesem Fall größer zu werden. Wenn der Krümmungsradius kleiner als 200 mm wird, wird der Druckverlust größer als im Fall des Standes der Technik, bei dem die Oberfläche mit 200 g/L γ-Aluminiumoxid (0,55 kPa) beschichtet ist, was den Vorteil eines niedrigen Druckverlusts aufhebt (Vergleichsbeispiel 4).

(4) Gasströmungsdurchlass in Form einer Spirale (Beispiele 11 bis 13 und Vergleichsbeispiel 5)

Kordieritmaterialien, aufweisend Talg, Kaolin, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, WO₃ mit einer Menge entsprechend 5% der Si-Quelle und CoO mit einer Menge entsprechend 5% der Si- Quelle wurden in Form eines Pulvers gemischt in Proportionen im Bereich der theoretischen Zusammensetzung von Kordierit. Geeignete Mengen eines Bindemittels, eines Schmiermittels, eines Feuchtevermittlers und von Wasser wurden dem Gemisch zugesetzt und zur Erzeugung einer Paste wurde erneut gemischt. Die Paste wurde in eine Honigwabenstruktur mit einer Zellenwanddicke von 100 µm, einer Zellendichte von 400 cpsi, einem Durchmesser von 103 mm und einer Länge von 130 mm geformt bzw. gebildet mit einem Gasströmungsdurchlass, der in Spiralform gebildet ist, und zwar durch Extrudieren. Honigwabenvorformen wurden hergestellt durch Drehen einer Basis, auf der die Honigwabenvorform angeordnet war, wodurch die Drehung des Gasströmungsdurchlasses gesteuert wurde (Beispiele 11 bis 13 und Vergleichsbeispiel 5). Die Honigwabenstrukturen, die wie vorstehend erläutert hergestellt worden waren, wurden getrocknet und daraufhin in Luftatmosphäre bei 1390°C gesintert.
Eine Katalysatorkomponente wurde auf den Kordierithonigwabenstrukturen gemäß den Beispielen 11 bis 13 und dem Vergleichsbeispiel 5 durch ein ähnliches Verfahren wie beim Beispiel 1 abgeschieden. Das Konversionsleistungsvermögen und der Druckverlust wurden für diese Katalysatoren gemessen, wie in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4 Eigenschaften, wenn der Strömungsdurchlass in Spiralform gebildet ist
Wie in Tabelle 4 gezeigt, führt die Bildung des Gasströmungsdurchlasses in spiralförmiger Konfiguration zu einer niedrigeren 50%-Konversionstemperatur als im Fall des Vergleichsbeispiels 1 mit geradem Gasströmungsdurchlass, wodurch das Konversionsleistungsvermögen verbessert ist. Die 50%- Konversionstemperatur wird niedriger, wenn der Ablenk- bzw. Auslenkwinkel (das Drehausmaß) pro 1 m der Kordierithonigwabenstrukturen entlang der Gasströmungsrichtung größer gemacht wird, obwohl der Druckverlust dazu neigt, gleichzeitig höher zu werden. Wenn das Drehausmaß vier Drehungen pro 1 m übersteigt, wird der Druckverlust größer als im Fall des Standes der Technik, bei dem die Oberfläche mit 200 g/L γ-Aluminiumoxid (0,55 kPa) beschichtet ist, was dazu führt, dass der Vorteil eines niedrigen Druckverlusts aufgehoben ist (Vergleichsbeispiel 5).

(5) Zellenwände mit darin gebildeten Durchgangslöchern (Beispiele 14 bis 16 und Vergleichsbeispiel 6)

Kordieritmaterialien, aufweisend Talg, Kaolin, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, WO₃ mit einer Menge entsprechend 5% der Si-Quelle und CoO mit einer Menge entsprechend 5% der Si- Quelle wurden in Form eines Pulvers gemischt in Proportionen im Bereich der theoretischen Zusammensetzung von Kordierit. Geeignete Mengen eines Bindemittels, eines Schmiermittels, eines Feuchtevermittlers und von Wasser wurden dem Gemisch zugesetzt und zur Erzeugung einer Paste wurde erneut gemischt. Die Paste wurde in eine Honigwabenstruktur mit einer Zellenwanddicke von 100 µm, einer Zellendichte von 400 cpsi, einem Durchmesser von 103 mm und einer Länge von 130 mm geformt bzw. gebildet mit einem Gasströmungsdurchlass, der in Spiralform gebildet ist, und zwar durch Extrudieren. Honigwabenvorformen wurden hergestellt durch Drehen einer Basis, auf der die Honigwabenvorform angeordnet war, wodurch die Drehung des Gasströmungsdurchlasses gesteuert wurde (Beispiele 14 bis 16 und Vergleichsbeispiel 6). Die Honigwabenstrukturen, die wie vorstehend erläutert hergestellt worden waren, wurden getrocknet und daraufhin in Luftatmosphäre bei 1390°C gesintert.
Eine Katalysatorkomponente wurde auf den Kordierithonigwabenstrukturen gemäß den Beispielen 14 bis 16 und dem Vergleichsbeispiel 6 durch ein ähnliches Verfahren wie beim Beispiel 1 abgeschieden. Das Konversionsleistungsvermögen, der Druckverlust und die A-Achsenfestigkeit wurden für diese Katalysatoren gemessen, wie in Tabelle 5 gezeigt. Die A- Achsenfestigkeit wurde ermittelt durch Messen der Bruchfestigkeit von Testproben mit einem Durchmesser von 1 Inch und einer Länge von 1 Inch, hergestellt durch Schneiden der Kordierithonigwabenstrukturen entlang der Strömungsdurchlassrichtung und Anlegen einer Druckkraft an die Probe in Richtung des Strömungsdurchlasses. Tabelle 5 Eigenschaften bei in der Zellenwand gebildeten Durchgangslöchern
Wie in Tabelle 5 gezeigt, führt das Ausbilden von Durchgangslöchern in der Zellenwand dazu, dass die 50% -Konversionstemperatur niedriger ist als beim Vergleichsbeispiel 1, das kein gerades Loch bzw. Durchgangsloch aufweist. Wenn die Durchgangslöcher zu lang gemacht werden, wird die 50%- Konversionstemperatur niedriger, obwohl des Konversionsleistungsvermögen verringert ist. Aus Tabelle 5 geht hervor, dass das beste Konversionsleistungsvermögen erzielbar ist, wenn die Länge der Durchgangslöcher von 0,1- bis dem 1fachen der Zellenteilung (1,27 mm) entspricht. Wenn die Länge der Durchgangslöcher größer als das 5fache der Zellenteilung (1,27 mm) ist, wird die A-Achsenfestigkeit niedriger als die Festigkeit (10 MPa), die erforderlich ist zum Montieren der Honigwabenstruktur in dem Katalysator (Vergleichsbeispiel 6).

Claims

1. Keramikträger zum direkten Tragen einer Katalysatorkomponente auf der Oberfläche einer Substratkeramik, die mit einer Vielzahl von Zellen versehen ist, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, wobei ihre Innenseite als Gasströmungsdurchlass dient, wobei die Zellenwand eine unregelmäßige Oberfläche aufweist.

2. Keramikträger nach Anspruch 1, wobei die Zellenwandoberfläche geriffelt oder aufgeraut ist.

3. Keramikträger nach Anspruch 2, wobei die geriffelte Oberfläche eine Teilung aufweist, die nicht größer ist als die Länge des Trägers.

4. Keramikträger nach Anspruch 2, wobei die Teilung der geriffelten Oberfläche 20 mm oder weniger beträgt.

5. Keramikträger nach Anspruch 2, wobei die Teilung der geriffelten Oberfläche 5 mm oder weniger beträgt.

6. Keramikträger nach Anspruch 2, wobei die Amplitude der geriffelten Oberfläche 1/2 der Zellenteilung beträgt oder kleiner ist.

7. Keramikträger nach Anspruch 2, wobei die Amplitude der geriffelten Oberfläche in einem Bereich von 1/3 bis 1/2 der Zellenteilung liegt.

8. Keramikträger nach Anspruch 1, wobei mehrere Vorsprünge vorgesehen sind, die von der Zellenwandoberfläche einwärts vorstehen.

9. Keramikträger nach Anspruch 8, wobei die Querschnittsfläche des Vorsprungs 1/2 des Öffnungsquerschnitts der Zelle oder weniger beträgt.

10. Keramikträger nach Anspruch 8, wobei die Querschnittsfläche des Vorsprungs in einem Bereich von 1/20 bis 1/3 des Öffnungsquerschnitts der Zelle liegt.

11. Keramikträger zum direkten Tragen einer Katalysatorkomponente auf der Oberfläche einer Substratkeramik, die mit einer Vielzahl von Zellen versehen ist, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, wobei ihre Innenseite als Gasströmungsdurchlass dient, wobei der Gasströmungsdurchlass nicht gerade verläuft.

12. Keramikträger nach Anspruch 11, wobei die Vielzahl von Zellen in Strömungsrichtung verzerrt bzw. verworfen sind.

13. Keramikträger nach Anspruch 11, wobei der Träger einen Krümmungsradius aufweist, der nicht größer als 100 mm ist.

14. Keramikträger nach Anspruch 11, wobei der Träger einen Krümmungsradius aufweist, der nicht größer als 10 m ist.

15. Keramikträger nach Anspruch 11, wobei der Träger einen Krümmungsradius aufweist, der im Bereich von 200 bis 500 mm liegt.

16. Keramikträger nach Anspruch 11, wobei die Vielzahl von Zellen in Strömungsrichtung spiralförmig gekrümmt sind.

17. Keramikträger nach Anspruch 11, wobei der Gasströmungsdurchlass sich mit 0,1 Grad oder mehr pro 1 m des Trägers dreht.

18. Keramikträger nach Anspruch 11, wobei der Gasströmungsdurchlass sich um eine Umdrehung oder mehr pro 1 m des Trägers dreht.

19. Keramikträger nach Anspruch 11, wobei der Gasströmungsdurchlass sich mit zwei bis vier Umdrehungen pro 1 m des Trägers dreht.

20. Keramikträger zum direkten Tragen einer Katalysatorkomponente auf der Oberfläche einer Substratkeramik, die mit einer Vielzahl von Zellen versehen ist, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, wobei ihre Innenseite als Gasströmungsdurchlass dient, wobei die Zellen einen Querschnitt in Form eines Vielecks, L-Form, konvexe Form, Kreuzform, S-Form, Hantelform oder eine kombinierte Form hieraus aufweisen.

21. Keramikträger zum direkten Tragen einer Katalysatorkomponente auf der Oberfläche einer Substratkeramik, die mit einer Vielzahl von Zellen versehen ist, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, wobei ihre Innenseite als Gasströmungsdurchlass dient, wobei die Vielzahl von Zellen eine Vielzahl von Durchgangslöchern aufweisen, die in der Zellenwand gebildet sind.

22. Keramikträger nach Anspruch 21, wobei die Länge des Durchgangslochs in Strömungsrichtung das fünffache der Zellenteilung oder weniger beträgt.

23. Keramikträger nach Anspruch 21, wobei die Länge des Durchgangslochs in Strömungsrichtung nicht größer als die Zellenteilung ist.

24. Keramikträger nach Anspruch 21, wobei die Breite des Durchgangslochs in der Richtung senkrecht zum Strömungsdurchlass kleiner als die Zellenteilung ist.

25. Keramikträger zum direkten Tragen einer Katalysatorkomponente auf der Oberfläche einer Substratkeramik, wobei eine Porosität der Substratkeramik 5% oder mehr beträgt.

26. Keramikträger nach Anspruch 25, wobei die Porosität der Substratkeramik 10% oder mehr beträgt.

27. Keramikträger nach Anspruch 25, wobei die Porosität der Substratkeramik 30% oder mehr beträgt.

28. Keramikträger zum direkten Tragen einer Katalysatorkomponente auf der Oberfläche einer Substratkeramik, die mit einer Vielzahl von Zellen versehen ist, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, wobei ihre Innenseite als Gasströmungsdurchlass dient, wobei die Dichte der Zellen 50/in² beträgt oder höher ist.

29. Keramikträger nach Anspruch 28, wobei die Dichte der Zellen 100/in² beträgt oder höher ist.

30. Keramikträger nach Anspruch 28, wobei die Dichte der Zellen 400/in² beträgt oder höher ist.

31. Keramikträger mit einer Vielzahl von Zellen, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei ihre Innenseite als Gasströmungsdurchlass dient, wobei mehrere Keramikträger zum direkten Tragen einer Katalysatorkomponente auf der Oberfläche einer Substratkeramik in Gasströmungsrichtung in Reihe angeordnet sind, und wobei die Zellenwände der mehreren Keramikträger so angeordnet sind, dass sie an der Verbindungsstelle diskontinuierlich sind.

32. Keramikträger nach Anspruch 1, wobei ein Bestandteilelement oder mehrere Bestandteilelemente der Substratkeramik durch ein sich vom Bestandteilelement unterscheidendes Element ersetzt sind, und wobei der Träger dazu ausgelegt ist, die Katalysatorkomponente auf dem substituierenden Element direkt zu tragen.

33. Keramikträger nach Anspruch 32, wobei die Katalysatorkomponente auf dem substituierenden Element durch chemische Bindung getragen ist.

34. Keramikträger nach Anspruch 32, wobei das substituierende Element aus einem Element oder mehreren Elementen besteht, deren Elektronenorbits bzw. -bahnen d- oder f- Orbits aufweisen.

35. Keramikträger nach Anspruch 1, aufweisend eine Vielzahl von Poren zum direkten Tragen der Katalysatorkomponente auf der Oberfläche der Substratkeramik, wobei die Katalysatorkomponente in den Poren direkt getragen sein kann.

36. Keramikträger nach Anspruch 35, wobei die Poren zumindest eine Art umfassen, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Defekten im Keramikkristallgitter, mikroskopischen Rissen in der Keramikoberfläche und Fehlstellen der Elemente, die die Keramik bilden.

37. Keramikträger nach Anspruch 36, wobei die Breite der mikroskopischen Risse 100 nm oder weniger beträgt.

38. Keramikträger nach Anspruch 36, wobei die Poren einen Durchmesser oder eine Breite des 1000fachen des Durchmessers des Katalysatorions aufweisen, das getragen ist, oder einen kleineren Durchmesser oder eine kleinere Breite, und wobei die Dichte der Poren 1 × 10¹¹/L beträgt oder höher ist.

39. Keramikträger nach Anspruch 36, wobei die Substratkeramik Kordierit als Hauptbestandteil enthält, und wobei die Poren Defekte bzw. Fehlstellen aufweisen, die gebildet sind durch Substituieren bzw. Ersetzen eines Teils der Bestandteilelemente des Kordierits durch ein Metallelement mit unterschiedlichem Valenzwert.

40. Keramikkatalysatorkörper nach Anspruch 39, wobei die Defekte zumindest eine Art umfassen, nämlich eine Sauerstofffehlstelle oder einen Gitterdefekt, und wobei die Dichte des Kordieritkristalls, der zumindest einen Defekt in einem Einheitskristallgitter des Kordierits aufweist, mit 4 × 10^-6% oder höher gewählt ist.

41. Keramikkatalysatorkörper, der aus einem Keramikträger nach Anspruch 1 gebildet ist, und eine Katalysatorkomponente aufweist, die auf ihm direkt getragen ist, ohne Bildung einer Beschichtungsschicht.