DE102006000004A1

DE102006000004A1 - Keramischer Wabenstrukturkörper mit Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102006000004A1
Application number: DE102006000004A
Authority: DE
Inventors: Takashi Kariya Kondo; Masakazu Kariya Tanaka; Mikio Kariya Ishihara
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2006-01-05
Publication date: 2006-12-14
Also published as: JP2006225250A; FR2882940B1; FR2882940A1

Abstract

Ein keramischer Wabenstrukturkörper hat einen äußeren Randzonenteil und eine Vielzahl durch Integralformung zu einer Wabenstruktur ausgebildeter Zellwände. Der Körper weist ein Verhältnis A/B von 0,80 bis 1,25 auf, wobei die beiden Werte A und B jeweils dem Orientierungsgrad von Cordieritkeramikkristallen an der Zellwand und dem äußeren Randzonenteil entsprechen. Die Differenz zwischen den Maximal- und Minimalwerten des Außendurchmessers an jeweils drei Messbereichen auf dem Körper beträgt nicht mehr als 2,5% des Mittelwerts aller der in den drei Messbereichen auf dem Körper gemessenen Außendurchmesser. Beim Vorgang des Trocknens des Körpers ist die Bedingung T1 > T2 während 50% oder mehr eines Zeitraums erfüllt, der vom Anfangszeitpunkt eines Temperaturanstiegs bis zu dem Zeitpunkt gezählt wird, zu dem die Temperatur T1 95 DEG C erreicht, wobei T1 und T2 Temperaturen an einem Mittelteil und einem Außenumfangsteil des Körpers sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen keramischen Wabenstrukturkörper mit Herstellungsverfahren, der aus Cordieritkeramik besteht und als ein Katalysatorträger und ein in einer Abgasreinigungsvorrichtung für Fahrzeuge eingebauter Reinigungsfilter anwendbar ist.

Ein keramischer Wabenstrukturkörper wird landläufig als Katalysatorträger und für verschiedene Reinigungsfilter eingesetzt, die in einer Abgasreinigungsvorrichtung eingebaut sind, um Partikel zu reinigen, die in einem Abgas von einem Verbrennungsmotor wie etwa von einem Dieselmotor enthalten sind.

Der keramische Wabenstrukturkörper hat einen äußeren Randzonenteil und eine Vielzahl von Zellwänden. Die vielen Zellwände werden von dem äußeren Randzonenteil des Körpers gebildet und umgeben. Der äußere Randzonenteil ist um eine Mittelachse des Körpers herum an der Umfangsfläche des keramischen Wabenstrukturkörpers ausgebildet, so dass er eine Vielzahl von Zellen umgibt, die von den Zellwänden gebildet werden. Die Zellwände bilden die vielen Zellen als eine Wabenstruktur aus. Die JP 2002-283331 A offenbart den Aufbau eines solchen herkömmlichen keramischen Wabenstrukturkörpers.

Der keramische Wabenstrukturkörper wird hergestellt, indem mit keramischen Ausgangsmaterialien eine Strangpressung durchgeführt wird, der Formkörper in eine Vielzahl von keramischen Wabenformkörpern geschnitten wird, von denen jeder eine gewünschte Länge hat, der Formkörper getrocknet wird und der keramische Wabenformkörper schließlich gebrannt wird, um den keramischen Wabenstrukturkörper zu bilden. Allerdings ist das herkömmliche Herstellungsverfahren mit der Schwierigkeit verbunden, den keramischen Wabenstrukturkörper durch die Strangpressung mit einem genauen Außendurchmesser auszubilden.

Um dieses Problem auszuräumen und die Genauigkeit des Außendurchmessers des Körpers weiter zu steigern, wird bei dem herkömmlichen Herstellungsverfahren die Oberfläche des äußeren Randzonenteils des Keramikwabenformkörpers nach dem Strangpressen abgedreht und der äußere Randzonenteil des Körpers dann mit dem keramischen Ausgangsmaterial überzogen.

Die JP 2,613,729 B offenbart ein solches herkömmliches Herstellungsverfahren, bei dem der äußere Randzonenteil abgedreht und der abgedrehte Randzonenteil mit den Ausgangsmaterialien keramischen Cordierits überzogen wird.

Bei dem mit dem obigen herkömmlichen Verfahren hergestellten keramischen Wabenstrukturkörper hat der äußere Randzonenteil jedoch einen geringen keramischen Kristallorientierungsgrad. Dies hat den Nachteil, dass der äußere Randzonenbereich des Körpers verglichen mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der in dem Körper ausgebildeten Zellwände einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat.

Dadurch hat der keramische Wabenstrukturkörper eine geringe Thermoschockbeständigkeit, was Risse hervorruft oder erzeugt. Und zwar tritt zum Beispiel während der Verwendung in einer Abgasreinigungsvorrichtung, die in einem Abgasreinigungssystem für einen Dieselmotor eingebaut ist, durch das ein vom Dieselmotor abgegebenes Abgas hoher Temperatur hindurchgeht, in dem keramischen Wabenstrukturkörper eine rasche Temperaturänderung auf.

Da das oben beschriebene herkömmliche Herstellungsverfahren das Abdrehen des äußeren Randzonenteils des Körpers und das Überziehen des äußeren Randzonenteils des Körpers mit dem Cordieritkeramikausgangsmaterial beinhaltet, erhöhen sich auch die Gesamtkosten für die Herstellung und nimmt daher die Produktivität des keramischen Wabenstrukturkörpers ab.

KURZDARSTELLUG DER ERFINDUNG
Die Erfindung erfolgte in Anbetracht der oben beschriebenen Nachteile beim Stand der Technik.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen keramischen Wabenstrukturkörper und ein Herstellungsverfahren zur Verfügung zu stellen, die eine bessere Thermoschockbeständigkeit ergeben.

Eine erste Ausgestaltung der Erfindung betrifft einen keramischen Wabenstrukturkörper, der auf seiner Längsfläche und um seine Mittelachse herum einen äußeren Randzonenteil ausgebildet hat und im Inneren des äußeren Randzonenteils eine Vielzahl von Zellwänden zu einer Wabenstruktur ausgebildet hat. Der keramische Wabenstrukturkörper weist ein Verhältnis A/B im Bereich 0,80 bis 1,25 auf, wobei A der Orientierungsgrad von Cordieritkeramikkristallen an der Zellwand und B der Orientierungsgrad von Cordieritkeramikkristallen am äußeren Randzonenteil ist. Des Weiteren beträgt die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert des Außendurchmessers an jeweils drei Messbereichen auf dem keramischen Wabenstrukturkörper nicht mehr als 2,5 Prozent des Mittelwerts sämtlicher an den drei Messbereichen gemessenen Außendurchmesser, wobei die drei Messbereiche auf dem Körper der eine Endteil, der andere Endteil und ein mittlerer Teil des keramischen Wabenstrukturkörpers sind.

Mit dem erfindungsgemäßen keramischen Wabenstrukturkörper lässt sich die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Zellwände und des äußeren Randzonenteils verringern, da das Verhältnis A/B im Bereich 0,80 bis 1,25 liegt, wobei A der Orientierungsgrad des Cordieritkeramikkristalls an der Zellwand und B der Orientierungsgrad des Cordieritkeramikkristalls am äußeren Randzonenteil des Körpers ist. Durch dieses Merkmal ergibt sich ein keramischer Wabenstrukturkörper mit überragender Thermoschockbeständigkeit. Das heißt, dass durch den erfindungsgemäßen keramischen Wabenstrukturkörper in der Anwendung das Auftreten von Rissen auch dann verhindert werden kann, wenn rasche Temperaturänderungen auftreten.

Da die Differenz zwischen den Maximal- und Minimalwerten der jeweils an dem einen Ende, dem anderen Ende und dem mittleren Teil des keramischen Wabenstrukturkörpers gemessenen Außendurchmessern einem Wert von nicht mehr als 2,5% des Mittelwerts der Außendurchmesser entspricht, ist es möglich, einen keramischen Wabenstrukturkörper anzufertigen und zur Verfügung zu stellen, dessen Außenumfangsdurchmesser eine hohe Präzision hat. Die Erfindung kann also einen keramischen Wabenstrukturkörper mit überragender Thermoschockbeständigkeit und mit einem Außendurchmesser überragender Genauigkeit zur Verfügung stellen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für einen keramischen Wabenstrukturkörper, der auf seiner Längsfläche und um seine Mittelachse herum einen äußeren Randzonenteil ausgebildet hat und im Inneren des äußeren Randzonenteils eine Vielzahl von Zellwänden zu einer Wabenstruktur ausgebildet hat. Das Herstellungsverfahren weist einen Strangpress- und Schneidvorgang, einen Trockenvorgang und einen Brennvorgang auf.

Beim Strangpressvorgang wird mit einem Cordieritkeramikausgangsmaterial eine Strangpressung vorgenommen. Beim Schneidvorgang wird ein Formkörper in eine Vielzahl von keramischen Wabenformkörpern geschnitten, die jeweils den äußeren Randzonenteil und die vielen Zellwände aufweisen. Der äußere Randzonenteil und die Zellwände werden durch Integralformen oder einteiliges Formen ausgebildet. Beim Trockenvorgang wird der keramische Wabenformkörper getrocknet, während in mehr als 50% eines Zeitraums, der vom Anfangszeitpunkt eines Temperaturanstiegs bis zu einem Zeitpunkt gezählt wird, bei dem eine Temperatur T1 95°C erreicht, der Zusammenhang T1 > T2 gehalten wird oder erfüllt ist, wobei T1 die Temperatur an einem Mittelteil nahe einer Mittelachse des keramischen Wabenformkörpers ist und T2 eine Temperatur an einem Außenumfangsteil des keramischen Wabenformkörpers ist. Beim Brennvorgang wird der keramische Wabenformkörper gebrannt, damit er einen keramischen Wabenstrukturkörper bildet.

Da der äußere Randzonenteil und die vielen Zellwände beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren durch Integralformen oder einteiliges Formen ausgebildet werden, ist es möglich, dass beide einen hohen keramischen Kristallorientierungsgrad aufweisen und dass der keramische Kristallorientierungsgrad im Randzonenteil und der keramische Kristallorientierungsgrad in den Zellwänden beinahe mit dem gleichen Wert gebildet werden. Dies kann für einen keramischen Wabenstrukturkörper mit überragender Thermoschockbeständigkeit sorgen.

Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren können auch die Herstellungskosten gesenkt werden, da der äußere Randzonenteil und die Zellwände durch Integralformen oder einteiliges Formen gebildet werden und somit die beiden Vorgänge Abdrehen des äußeren Randzonenteils des Wabenstrukturkörpers und Überziehen des äußeren Randzonenteils des Körpers mit den Keramikausgangsmaterialien entfallen können.

In dem Trockenvorgang des Herstellungsverfahrens ist während eines Zeitraums von mehr als 50% der Zeit t1, die vom Anfangszeitpunkt des Temperaturanstiegs bis zu dem Zeitpunkt gezählt wird, zu dem die Temperatur T1 95°C erreicht, der Zusammenhang T1 > T2 erfüllt, wobei T1 die Temperatur des Mittelteils des Körpers und T2 die Temperatur des Außenumfangsteils des Körpers ist. Das Trocknen schreitet allmählich vom inneren Teil zum äußeren Teil des Körpers voran. Auf diese Weise kann eine Verformung des keramischen Wabenstrukturkörpers verhindert werden.

Die Erfindung ermöglicht es, einen keramischen Wabenstrukturkörper mit überragender Thermoschockbeständigkeit und einem gewünschten Außendurchmesser hoher Genauigkeit sowie mit überragender und verbesserter Produktivität zur Verfügung zu stellen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese umgesetzt werden kann, werden nun beispielhaft bestimmte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele und Verfahren beschrieben.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung des keramischen Wabenstrukturkörpers gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
2 zeigt eine Schnittdarstellung des keramischen Wabenstrukturkörpers des ersten Ausführungsbeispiels entlang der Linie A-A von 1;
3 zeigt ein Ablaufdiagramm mit einem Herstellungsverfahren für den keramischen Wabenstrukturkörper des ersten Ausführungsbeispiels;
4 zeigt einen Vertikalschnitt eines keramischen Wabenformkörpers mit Temperaturmesspunkten, an denen die Temperatur T1 eines Mittelteils von ihm und die Temperatur T2 eines äußeren Randzonenteils von ihm gemessen werden;
5 zeigt eine Darstellung mit Änderungen der Temperatur T1, die am Mittelteil des keramischen Wabenformkörpers gemessen wurden, und Änderungen der Temperatur T2, die am äußeren Randzonenteil des keramischen Wabenformkörpers gemessen wurden;
6 zeigt eine Seitendarstellung mit Messpunkten für den Außendurchmesser des keramischen Wabenstrukturkörpers des ersten Ausführungsbeispiels;
7 zeigt eine Schnittdarstellung mit Messpunkten für den Außendurchmesser des keramischen Wabenstrukturkörpers des ersten Ausführungsbeispiels;
8 zeigt eine Darstellung mit den Änderungen der Temperatur T1, die am Mittelteil des keramischen Formkörpers gemessen wurde, und den Änderungen der Temperatur T2, die am äußeren Randzonenteil des keramischen Wabenstrukturkörpers gemessen wurden, bei einem Herstellungsverfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
9 zeigt eine Darstellung des Zusammenhangs zwischen einem Verformungsmaß des keramischen Wabenstrukturkörpers und der Differenz (V1 – V2) der Temperaturanstiegsgeschwindigkeiten im keramischen Wabenformkörper;
10 zeigt eine Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Thermoschockbeständigkeit des keramischen Wabenstrukturkörpers und dem Verhältnis A/B des Orientierungsgrads von Cordieritkeramikkristall an sowohl der Zellwand als auch dem äußeren Randzonenteil; und
11 zeigt schematisch ein Ein-Katalysator-Abgasreinigungssystem, das mit einem keramischen Wabenstrukturkörper als Abgasreinigungsfilter ausgestattet ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder -ziffern in sämtlichen Ansichten gleiche oder vergleichbare Bauteile.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt eine Perspektivdarstellung des keramischen Wabenstrukturkörpers des ersten Ausführungsbeispiels und 2 eine Schnittdarstellung des keramischen Wabenstrukturkörpers entlang der Linie A-A von 1. Der erfindungsgemäße keramische Wabenstrukturkörper 1 hat einen äußeren Randzonenteil 2 und eine Vielzahl von als Wabenstruktur vorliegender Zellwände 3. Der äußere Randzonenteil 2 ist auf einer Längsfläche des Körpers und um dessen Mittelachse herum ausgebildet. Die vielen Zellwände 3 bilden eine Vielzahl von Zellen 11, d. h. die vielen Zellwände sind Trennwände einer porösen Struktur, die Einlasswege und Auslasswege (in den Darstellungen weggelassen) bilden. Durch die Einlasswege und die Auslasswege wird ein von einem Verbrennungsmotor wie etwa von einem Dieselmotor (siehe 11) abgegebenes Abgas eingeleitet und zur Außenseite des keramischen Wabenstrukturkörpers 1 abgegeben. Der erfindungsgemäße keramische Wabenstrukturkörper 1 wird durch das folgende Herstellungsverfahren aus einem keramischen Wabenformkörper 10 hergestellt.
Es wird nun das Herstellungsverfahren für den keramischen Wabenstrukturkörper des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
3 ist ein Ablaufdiagramm für den Herstellungsprozess des keramischen Wabenstrukturkörpers gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
Mit keramischen Cordieritausgangsmaterialien wird zunächst eine Strangpressung vorgenommen, um einen zylinderförmigen Formkörper mit einem äußeren Randzonenteil 2 und einer Vielzahl von durch Integralformung oder einteilige Formung ausgebildeten Zellwänden 3 zu bilden (S100).
Das keramische Cordieritausgangsmaterial beinhaltet auch Talk und organisches Schäummaterial.
Das keramische Cordierit enthält als das keramische Ausgangsmaterial MgO·SiO₂·Al₂O₃. Talk ist ein Tonmaterial, das als Hauptbestandteile MgO und SiO₂ enthält. Wird Talk als Reaktionsförderungsmittel verwendet, wird der Al₂O₃-Gehalt bei gleichzeitig gesenktem Schmelzpunkt in dem Abschnitt der Keramik verringert, der sich mit dem Reaktionsförderungsmittel im Kontakt befindet. Weil der Talk schuppenförmig ist, wird der im keramischen Cordieritausgangsmaterial enthaltene Talk während des Strangpressens, bei dem eine feine Schlitzform verwendet wird, durch die feine Schlitzform in nur einer Richtung angeordnet. Der keramische Kristallorientierungsgrad wird dadurch vollständig auf einen Bereich von 0,80 bis 1,25 eingestellt.
Das herkömmliche Herstellungsverfahren, bei dem die Oberfläche des Außenumfangsteils des Formkörpers abgedreht und der abgedrehte Außenumfangsteil mit einer Schlämme überzogen wird, ohne irgendeine feine Schlitzform zu verwenden, führt dagegen zu einem keramischen Kristallorientierungsgrad von nicht weniger als 1,25, da der Talk nicht in derselben Richtung angeordnet wird.
Der erzielte Formkörper wird als nächstes in eine Vielzahl von keramischen Wabenformkörpern 10 geschnitten, wobei jeder Formkörper 10 eine gewünschte Länge in einem Bereich von 50 mm bis 400 mm hat und jeder Formkörper 10 den äußeren Randzonenteil 2 und die vielen als Wabenstruktur vorliegenden Zellwände 3 aufweist (S100). Im Schritt S100 werden der äußere Randzonenteil 2 und die vielen Zellwände 3 insbesondere durch einteiliges Formen geformt. Der keramische Wabenstrukturkörper 1 besteht aus Cordieritkeramik.
Die vielen Zellwände 3 in jedem keramischen Wabenformkörper 10 sind Trennwände einer porösen Struktur, die Einlasswege und Auslasswege (in den Darstellungen weggelassen) bilden. Durch die Einlasswege und die Auslasswege wird ein von einem Verbrennungsmotor wie etwa von einem Dieselmotor (wird später beschrieben, siehe 11) abgegebenes Abgas eingeleitet und zur Außenseite des keramischen Wabenstrukturkörpers 1 abgegeben, der unter Verwendung des keramischen Wabenformkörpers 10 hergestellt wurde.
An einer Endfläche des keramischen Wabenformkörpers 10 werden dann Stopfenelemente ausgebildet (S110). In die Endfläche des Formkörpers 10 wird eine aluminiumoxid haltige Aluminiumoxidschlämme eingeschüttet, um die Oberfläche der als die Trennwände der porösen Struktur dienenden Zellwände 3 mit der Aluminiumoxidschlämme zu überziehen (S110). Der keramische Wabenformkörper 10 wird dann in eine Schlämme eingetaucht, um ihn mit einem Katalysator zu überziehen. Der von der Aluminiumoxidschicht getragene Katalysator überzieht in dem keramischen Wabenformkörper 10 die Oberfläche der als Trennwände dienenden Zellwände 3 (S110). Es werden dann an der anderen Oberfläche des keramischen Wabenformkörpers Stopfenelemente ausgebildet (S110).
Als nächstes wird mit Hilfe von Mikrowellen oder Hochfrequenzwellen ein Trockenvorgang zum Trocknen des keramischen Wabenformkörpers 10 durchgeführt (S120), während die Temperaturbedingung gehalten wird. Die Temperaturbedingung ist eines der erfindungsgemäßen Merkmale und wird später ausführlich beschrieben.
Schließlich wird in einem Elektroofen ein Brennvorgang zum Brennen des keramischen Wabenformkörpers 10 durchgeführt, um den keramischen Wabenstrukturkörper 1 zu bilden (S130).
4 zeigt eine Vertikalschnittdarstellung des keramischen Wabenformkörpers 10 des ersten Ausführungsbeispiels mit Temperaturmessbereichen, an denen die Temperatur T1 am Mittelteil 101 des Körpers 10 und die Temperatur T2 am Außenumfangsteil 102 des Körpers 10 gemessen werden. 5 zeigt eine Darstellung mit den Änderungen der Temperatur T1, die am Mittelteil 101 des Körpers 10 gemessen wurden, und den Änderungen der Temperatur T2, die am Außenumfangsteil 102 des Körpers 10 gemessen wurden.
Beim Herstellungsverfahren des ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels erfolgt der Trockenvorgang (S120), während die Temperaturbedingung T1 > T2 gehalten wird oder erfüllt ist, wobei T1 die Temperatur am Mittelteil 101 nahe der Mittelachse des keramischen Wabenformkörpers 10 und T2 die Temperatur am Außenumfangsteil 102 des keramischen Wabenformkörpers 10 ist.
Bei der Erfindung muss die zur Temperatursteuerung dienende Temperaturbedingung T1 > T2 während mindestens 50% des Zeitraums t1 erfüllt sein, der vom Anfangszeitpunkt des Temperaturanstiegs bis zu dem Zeitpunkt gezählt wird, zu dem die Temperatur T1 während des Trockenvorgangs 95°C erreicht.
Wie in 5 gezeigt ist, beträgt die Zeit t1, die vom Anfangszeitpunkt des Temperaturanstiegs bis zu dem Zeitpunkt gezählt wird, zu dem die Temperatur T1 95°C erreicht, ungefähr 88 Sekunden beim ersten Ausführungsbeispiel und beträgt der Zeitraum t0, der vom Anfangszeitpunkt des Temperaturanstiegs bis zu dem Zeitpunkt gezählt wird, zu dem die Temperaturbedingung T1 > T2 erfüllt ist, ungefähr 34 Sekunden. Demnach ist der Zeitraum, in dem die Temperaturbedingung T1 > T2 auf jeden Fall erfüllt ist, gleich der Zeitdifferenz (t1 – t0), also ungefähr 54 Sekunden beim ersten Ausführungsbeispiel.
Das heißt also, dass das erste Ausführungsbeispiel während ungefähr 61% des Zeitraums t1 sicher die Temperaturbedingung T1 > T2 erfüllt.
Wie in 5 gezeigt ist, wird die Temperatur T1 an einem Mittelteil 101 nahe der Mittelachse des zylinderförmigen keramischen Wabenformkörpers 10 gemessen. Darüber hinaus wir die Temperatur T2 am Außenumfangsteil 102 mit 10 mm Abstand zur Außenumfangsfläche 13 gemessen, wobei sich der Außenumfangsteil 102 auf einer Oberfläche befindet, die den Mittelpunkt 101 beinhaltet und die Mittelachse des zylinderförmigen keramischen Wabenformkörpers 10 im rechten Winkel schneidet.
Darüber hinaus erfüllt das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren während eines Bereichs von 40°C ~ 80°C der Ofentemperatur den Zusammenhang V1 ≥ V2 und den Zusammenhang V1 – V2 ≥ 0,25°C/s, wobei V1 die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit am Mittelteil 101 auf der Mittelachse des Formkörpers 10 und V2 die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit am Außenumfangsteil 102 des Formkörpers 10 ist.
Wie in 5 gezeigt ist, beträgt der Wert (V1 – V2) beim ersten Ausführungsbeispiel ungefähr 0,32°C/s, wobei die Temperaturanstiegsgeschwindigkeiten V1 und V2 jeweils einem Mittelwert von 40°C bis 80°C entsprechen, und fällt die Temperatur des Außenumfangsteils 102 des Körpers nicht unter 60°C, wenn die Temperatur T1 des Mittelteils 101 des Formkörpers 10 95°C erreicht.
Das erste Ausführungsbeispiel erfüllt den Wertezusammenhang (t2 – t1) ≤ 5 Minuten und vorzugsweise den Wertezusammenhang (t2 – t1) ≤ 2 Minuten, wobei t1 der Zeit punkt ist, zu dem die Temperatur T1 des Mittelteils 101 95°C erreicht, und t2 der Zeitpunkt ist, zu dem die Temperatur T2 des Außenumfangsteils 102 95°C erreicht. Wie in 5 gezeigt ist, beträgt t1 ungefähr 88 Sekunden und t2 ungefähr 138 Sekunden, sodass der Wert (t2 – t1) ungefähr 50 Sekunden beträgt.
In den Ausgangsmaterialien der Cordieritkeramik ist schon im Voraus das organische Schäummaterial mit enthalten, Der keramische Formkörper 10 dehnt sich durch das organische Schäummaterial im Volumen aus. Das organische Schäummaterial verschwindet während des Brennvorgangs, und es entstehen Gashohlräume als Poren in dem Körper. Zwar nimmt während des Brennvorgangs das Volumen der Gashohlräume oder Poren in dem Formkörper 10 durch die Schrumpfung des Keramikmaterials ab, doch kann aufgrund der Verwendung des organischen Schäummaterials ein gewünschtes Volumen an Lufthohlräumen oder Poren im Körper gehalten werden.
Der keramische Wabenstrukturkörper 1, der durch das obige Herstellungsverfahren des ersten Ausführungsbeispiels erzielt wird, hat die folgenden Merkmale.
Der Wert A/B des erfindungsgemäßen keramischen Wabenstrukturkörpers 1 ist auf einen Bereich von 0,80 bis 1,25 eingestellt, wobei A der Cordieritkeramikkristallorientierungsgrad an der Zellwand 3 und B der Cordieritkeramikkristallorientierungsgrad am äußeren Randzonenteil 2 ist.
Es wird vorgezogen, für den Cordieritkeramikkristallorientierungsgrad an der Zellwand 3 und dem äußeren Randzonenteil 2 einen Wert von mehr als 75% zu nehmen.
Es ist möglich, die Zellwände 3 in dem Körper 1 jeweils mit einer Dicke von 0,1 bis 0,4 mm auszubilden. Des Weiteren hat der keramische Wabenstrukturkörper 1 eine Zylinderform und liegt sein Außendurchmesser innerhalb eines Bereichs von 50 mm bis 400 mm und die Länge entlang der Achse des Körpers 1 in einem Bereich von 50 mm bis 400 mm.
Die Zellwände 3 und der äußere Randzonenteil 2 in dem keramischen Wabenstrukturkörper 1 werden durch Integralformung oder einteilige Formung ausgebildet.
6 zeigt eine Seitendarstellung mit Messbereichen zum Messen der Außendurchmesser des keramischen Wabenstrukturkörpers 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert jedes (in 6 gezeigten) gemessenen Außendurchmessers „a", „b" und „c" entspricht einem Wert von nicht mehr als 2,5% des Mittelwerts der Außendurchmesser „a", „b" und „c".
Wie in 6 gezeigt ist, werden die beiden Außendurchmesser „a" und „c" des Körpers 1 an Stellen gemessen, die von den beiden Endflächen des Körpers 1 entlang der Achse des Körpers 1 zum Mittelpunkt hin um 5 mm entfernt liegen. Der Außendurchmesser „b" des Körpers 1 wird am mittleren Teil des Körpers 1 entlang der Mittelachse des Körpers 1 gemessen.
7 zeigt eine Schnittdarstellung mit Messbereichen für die Außendurchmesser des keramischen Wabenstrukturkörpers 1 des ersten Ausführungsbeispiels. Die Außendurchmesser „a", „b" und „c" wurden ermittelt, indem die Mittelwerte der vier in 7 gezeigten Durchmessermengen berechnet wurden, die durch die Bezugszeichen a1 (b1, c1), a2 (b2, c2), a3 (b3, c3) und a4 (b4, c4) angegeben sind.
Die beiden mit a1 (b1, c1) und a2 (b2, c2) bezeichneten Durchmessermengen liegen entlang der Richtung, in der die vielen Zellwände 3 ausgebildet und angeordnet sind. Die beiden mit a3 (b3, c3) und a4 (b4, c4) bezeichneten Durchmessermengen sind gegenüber den mit a1 (b1, c1) und a2 (b2, c2) bezeichneten Durchmessern um 45° im Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn geneigt.
Im ersten Ausführungsbeispiel werden also die folgenden Gleichungen erfüllt: Durchmesser „a" _ (a1 + a2 + a3 + a4)/4; Durchmesser „b" _ (b1 + b2 + b3 + b4)/4; Durchmesser „c" _ (c1 + c2 + c4 + c4)/4; und Durchmesser „d" _ (d1 + d2 + d3 + d4)/4.
Die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Durchmesser „a", „b", „c" und „d" entspricht beim ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel einem Wert von nicht mehr als 2,5% des Mittelwerts („a" + „b" + „c^„)/3.
Der erfindungsgemäße keramische Wabenstrukturkörper 1 kann als ein Partikelfilter zum Reinigen eines Partikel (Feinpartikel) enthaltenden Abgases verwendet werden, das von einem Verbrennungsmotor wie etwa einem Dieselmotor abgegeben wird. An den beiden Endflächen 12 des erfindungsgemäßen keramischen Wabenstrukturkörpers 1 sind in einem Schachbrettmuster Stopfenelemente 4 ausgebildet.
11 zeigt schematisch ein Beispiel der Anwendung bei einem Ein-Katalysator-Abgasreinigungssystem, das mit dem keramischen Wabenstrukturkörper als Abgasreinigungsfilter ausgestattet ist.
Wie in 11 gezeigt ist, kann der erfindungsgemäße keramische Wabenstrukturkörper 1 als ein Abgasreinigungsfilter verwendet werden, der z.B. in Fahrzeuge eingebaut wird. Der erfindungsgemäße keramische Wabenstrukturkörper kann also als ein Dieselpartikelfilter (DPF), ein Abgasreinigungsfilter für Benzinmotoren oder ein anderer Filter für Verbrennungsmotoren verwendet werden.
Der keramische Wabenstrukturkörper 1 kann als ein Abgasreinigungsfilter angewandt werden, der in einem Ein-Katalysator-System eingebaut ist und sich in einem Abgassystem 7 an einer an einen Dieselmotor 5 angrenzenden Stelle befindet. In dem konkreten Beispiel von 11 befindet sich der als Abgasreinigungsfilter dienende keramische Wabenstrukturkörper 1 in dem Abgassystem 7 für den Dieselmotor 5 an einer Stelle neben einem Turbolader (T/C) 6.
Mit dem keramischen Wabenstrukturkörper 1 des ersten Ausführungsbeispiels lässt sich die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Zellwände 3 und des äußeren Randzonenteils 2 verringern, da das Verhältnis A/B einem Bereich von 0,80 bis 1,25 entspricht, wobei A der Cordieritkeramikkristallorientierungsgrad an der Zellwand 3 und B der Cordieritkeramikkristallorientierungsgrad am äußeren Randzonenteil 2 ist. Dieses Merkmal ermöglicht einen keramischen Wabenstrukturkörper mit überragender Thermoschockbeständigkeit. Die Verwendung des erfindungsgemäßen keramischen Wabenstrukturkörpers 1 als ein in einem Dieselmotorsystem eingebauter DPF kann also auch dann das Auftreten von Rissen verhindern, wenn das Abgas mit hoher Temperatur durch den DPF hindurchgeht.
Wenn das Verhältnis A/B kleiner als 0,80 ist, ist der Wärmeausdehnungskoeffizient der Zellwände 3 größer als der des äußeren Randzonenteils 2, so dass die Möglichkeit besteht, dass sich die Thermoschockbeständigkeit des keramischen Wabenstrukturkörpers verringert. Wenn das Verhältnis A/B mehr als 1,25 beträgt, ist der Wärmeausdehnungskoeffizient des äußeren Randzonenteils 2 größer als der der Zellwände 3, so dass ebenfalls die Möglichkeit besteht, dass sich die Thermoschockbeständigkeit des keramischen Wabenstrukturkörpers verringert.
Der keramische Wabenstrukturkörper des ersten Ausführungsbeispiels hat nicht nur eine überragende Thermoschockbeständigkeit, sondern sorgt auch für eine überragende Genauigkeit seines Außenumfangdurchmessers, da sein Außendurchmesser in einem Bereich von 50 mm bis 400 mm liegt. Außerdem ist es dadurch möglich, die Herstellung des keramischen Wabenstrukturkörpers leichter durchzuführen.
Wenn der Außendurchmesser des Körpers weniger als 50 mm beträgt, ist es unmöglich, den keramischen Wabenstrukturkörper einer praktischen Verwendung zuzuführen, da der keramische Wabenstrukturkörper einen hohen Druckverlust hat. Wenn der Außendurchmesser des Körpers mehr als 400 mm beträgt, ist es aufgrund des größeren Unterschieds der Wärmeausdehnung zwischen dem äußeren Randzonenteil 2 und den Zellwänden 3 des keramischen Wabenstrukturköpers dagegen unmöglich, die Thermoschockbeständigkeit auf einem angemessenen Niveau zu halten sowie für einen keramischen Wabenstrukturkörper mit einem Außendurchmesser gewünschter Genauigkeit zu sorgen. Des Weiteren bestehen während der Herstellung Schwierigkeiten bei der Handhabung.
Da die Differenz des Maximalwerts und des Minimalwerts der Außendurchmesser „a", „b" und „c", die jeweils an dem einen Ende, dem anderen Ende und dem Mittelteil des keramischen Wabenstrukturköpers 1 des ersten Ausführungsbeispiels gemessenen werden, einem Wert von nicht mehr als 2,5% des Mittelwerts der Außendurchmesser „a", „b" und „c" entspricht, ist es möglich, einen keramischen Wabenstrukturkörper herzustellen und zur Verfügung zu stellen, dessen Außenumfangsdurchmesser eine hohe Präzision hat.
Wenn die Differenz des Maximalwerts und des Minimalwerts mehr als 2,5% des obigen Mittelwerts beträgt, ist es unmöglich, einen keramischen Wabenstrukturkörper mit einem Außendurchmesser gewünschter Genauigkeit zu bilden. Dies führt zu Schwierigkeiten, den keramischen Wabenstrukturkörper problemfrei in einem Stahlgehäuse aufzunehmen, das bei einem Abgasreinigungsfilter zu verwenden ist.
Da der äußere Randzonenteil 2 und die vielen Zellwände 3 bei der Erfindung durch Integralformen oder durch einteiliges Formen ausgebildet werden, ist es möglich, dass beide einen hohen keramischen Kristallorientierungsgrad haben und auch dass der keramische Kristallorientierungsgrad im Randzonenteil 2 und der keramische Kristallorientierungsgrad in den Zellwänden 3 beinahe den gleichen Wert haben. Dadurch kann ein keramischer Wabenstrukturkörper mit überragender Thermoschockbeständigkeit zur Verfügung gestellt werden.
Der erfindungsgemäße keramische Wabenstrukturkörper kann also als ein Dieselpartikelfilter (DPF, siehe 11) verwendet werden, um ein partikelhaltiges Abgas zu reinigen, das von einem Dieselmotor abgegeben wird. Die Verwendung des Körpers als DPF ergibt eine hervorragende Thermoschockbeständigkeit. Und zwar müssen normalerweise die Dicke der Zellwände und auch der Außendurchmesser des Körpers erhöht werden, um die gewünschte Funktionalität des DPF zu halten, was zu einer Zunahme der thermischen Spannungen im Körper führt. Da der erfindungsgemäße keramische Wabenstrukturkörper jedoch das Verhältnis A/B von 0,8 bis 1,25 aufweist, ist es möglich, die hohe Thermoschockbeständigkeit zu halten, wobei A der Cordieritkeramikkristallorientierungsgrad an der Zellwand 3 und B der Cordieritkeramikkristallorientierungsgrad am äußeren Randzonenteil 2 ist. Der erfindungsgemäße keramische Wabenstrukturkörper kann also seine hervorragenden Eigenschaften bei der Verwendung als DPF und in anderen Anwendungen zeigen.
Es ist außerdem möglich, die Herstellungskosten zu senken, da der äußere Randzonenteil 2 und die Zellwände 3 durch Integralformung oder einteilige Formung gebildet werden und somit bei der Herstellung die beiden Vorgänge Abdrehen des äußeren Randzonenteils des Wabenstrukturkörpers 1 und Überziehen des äußeren Randzonenteils des Körpers mit den Keramikausgangsmaterialien entfallen können.
Beim Trockenvorgang des keramischen Wabenformkörpers 10 ist der Zusammenhang T1 > T2 während eines Zeitraums von mehr als 50% der Zeit t1 erfüllt, die vom Anfangszeitpunkt des Temperaturanstiegs bis zu dem Zeitpunkt gezählt wird, zu dem die Temperatur T1 95°C erreicht, wobei T1 die Temperatur des Mittelteils 101 des Körpers 10 und T2 die Temperatur am Außenumfangsteil 102 des Körpers 10 ist. Das Trocknen schreitet allmählich vom inneren Teil zum äußeren Teil des Körpers 10 voran. Auf diese Weise kann eine Verformung des keramischen Formkörpers 10 verhindert werden.
Wenn der Zusammenhang T1 > T2 für weniger als 50% des Zeitraums erfüllt ist, der vom Anfangszeitpunkt des Temperaturanstiegs zu dem Zeitpunkt gezählt wird, zu dem die Temperatur T1 95°C erreicht, lässt sich während des Trockenvorgangs nur schwer das Auftreten einer Verformung im keramischen Wabenstrukturkörper verhindern.
Es ist besser, wenn der Zusammenhang T1 > T2 während des Trockenvorgangs in einem Zeitraum von mehr als 90% des Zeitraums erfüllt ist, der vom Anfangszeitpunkt des Temperaturanstiegs bis zu dem Zeitpunkt gezählt wird, zu dem die Temperatur T1 95°C erreicht. In diesem Fall ist es sogar möglich, während des Trockenvorgangs das Auftreten jedweder Verformung im keramischen Wabenstrukturkörper zu verhindern sowie einen keramischen Wabenstrukturkörper mit einem Außendurchmesser hoher Genauigkeit zur Verfügung zu stellen.
Falls der Trockenvorgang vom Außenumfangsteil 102 zum Innenteil des keramischen Wabenformkörpers 10 voranschreitet, trocknet zunächst der Außenumfangsteil 102, bis er halb hart oder halb ausgehärtet ist, und schrumpft dann der Innenteil des Körpers oder dehnt sich aus. Da der halb harte oder halb ausgehärtete Zustand am Außenumfangsteil 102 des Formkörpers 10 Schwankungen bedeutet, werden im Innenteil des Formkörpers 10 Teile mit unterdrückter Verformung und nicht unterdrückter Verformung erzeugt. In Folge dessen wird der gesamte Wabenstrukturformkörper 10 verformt.
Da allerdings der erfindungsgemäße Zusammenhang T1 > T2 erfüllt ist, ist es möglich, den obigen herkömmlichen Nachteil des sich verformenden Formkörpers 10 während des Trockenvorgangs zu unterdrücken und auszuräumen.
Da das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren während des Bereichs 40°C bis 80°C des Trockenvorgangs des keramischen Wabenformkörpers 10 den Zusammenhang V1 ≥ V2 bzw. V1 – V2 ≥ 0,25/s erfüllt (siehe 5), ist es außerdem möglich, den Verformungsgrad im keramischen Wabenformkörper 1 während des Trockenvorgangs weiter zu unterdrücken und einen keramischen Wabenstrukturkörper mit einem Außendurchmesser überragend hoher Genauigkeit herzustellen.
Wenn die Temperatur T1 des Mittelteils 101 des keramischen Wabenformkörpers 10 95°C erreicht, fällt bei der Erfindung die Temperatur T2 des Außenumfangsteils 102 des Körpers 1 nicht unter 60°C. Des Weiteren erfüllt die Erfindung den Zusammenhang (t2 – t1) ≤ 5 Minuten und besser noch (t2 – t1) ≤ 2 Minuten, wobei t1 dem Zeitpunkt entspricht, zu dem die Temperatur T1 des Mittelteils 101 des Formkörpers 10 95°C erreicht, und t2 dem Zeitpunkt entspricht, zu dem die Temperatur T2 des Außenumfangsteils 102 des Formkörpers 10 95°C erreicht (siehe 5). Dies verhindert beim Trockenvorgang die Entstehung eines Unterschieds zwischen dem Mittelteil 101 und dem Außenumfangsteil 102 des Formkörpers 10 und verhindert dadurch sicher jedwedes Auftreten einer Verformung im keramischen Wabenformkörper 10.
Falls der Zusammenhang (t2 – t1) > 5 Minuten auftritt, falls also die Temperatur T1 95°C um mehr als 5 Minuten eher als die Temperatur T2 erreicht, kommt es zu einem größeren Unterschied zwischen dem Mittelteil und dem Außenumfangsteil des Formkörpers als gewünscht und kommt es auch zu einer höheren Differenz der Trockengeschwindigkeit in dem Mittelteil und dem Außenumfangsteil des Formkörpers, weswegen es schwierig wird, eine Verformung des keramischen Wabenformkörpers zu verhindern.
Da die Erfindung jedoch beim Trockenvorgang zum Trocken des Wabenformkörpers 10 Mikrowellen verwendet, lässt sich der Formkörper 10 leicht trocknen, während die Temperatur T1 des Mittelteils 101 höher als die Temperatur T2 des Außenumfangsteils 102 des Formkörpers 10 gehalten wird.
Darüber hinaus beinhalten die Cordieritkeramikausgangsmaterialien bei der Erfindung ein organisches Schäummaterial. Das Volumen des keramischen Wabenformkörpers 10 dehnt sich durch das organische Schäummaterial während des Trockenvorgangs aus. Es ist daher möglich, die Zellwände 3 leicht mit großen Lufthohlräumen oder Poren im Körper zu bilden.
Da ein Dieselpartikelfilter (DPF) Zellwände 3 mit darin befindlichen Lufthohlräumen oder Poren benötigt, verwenden die herkömmlichen Herstellungsverfahren Cordieritkeramikausgangsmaterialien mit einem organischen Material. Das organische Material verschwindet und formt dadurch während des Brennens des Formkörpers 10 Lufthohlräume oder Poren. Allerdings nimmt nach dem Verschwinden des organischen Materials das Volumen der Lufthohlräume oder Poren durch eine während des Brennens verursachte Schrumpfung der Lufthohlräume oder Poren ab.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren verwendet dagegen ein organisches Schäummaterial, das in den Cordieritkeramikausgangsmaterialien schon im Voraus mit enthalten ist. Während des Trockenvorgangs dehnt das Schäummaterial sein Volumen aus, um in den Zellwänden 3 des Formkörpers 10 Lufthohlräume oder Poren zu bilden. Der Brennvorgang erfolgt bei der Erfindung also unter dieser Bedingung. Demnach kann der keramische Wabenstrukturkörper 1 auch dann mit einem gewünschten Volumen an Lufthohlräumen oder Poren ausgebildet werden, wenn das Volumen der Lufthohlräume oder Poren während des Brennvorgangs abnimmt.
Der erfindungsgemäße keramische Wabenstrukturkörper 1 kann als ein Dieselpartikelfilter (DPF) verwendet werden. In diesem Fall kann für die hervorragenden Eigenschaften der Erfindung wie die Thermoschockbeständigkeit, den Außendurchmesser mit hoher Genauigkeit, die Zunahme der Produktivität und die Abnahme der Herstellungskosten gesorgt werden.
Ein DPF erfordert im Allgemeinen dickere Zellwände 3 und einen größeren Außendurchmesser, damit er sein Leistungsvermögen hält. So wird zum Beispiel die Dicke jeder Zellwand 3 auf einen Bereich von 0,25 mm bis 0,35 mm und der Außendurchmesser auf einen Bereich von 129 mm bis 400 mm eingestellt. Diese Bedingungen führen leicht zu großen Wärmespannungen.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren löst das obige Problem, da der keramische Wabenstrukturkörper mit den Zellwänden 3 und dem äußeren Randzonenteil 2 durch Integralformung oder einteilige Formung ausgebildet wird, was es ermöglicht, den Cordieritkeramikkristallorientierungsgrad an den Zellwänden 3 und dem äußeren Randzonenteil 2 zu erhöhen oder einander anzunähern, damit sich der Differenz zwischen der Wärmeausdehnung der Zellwände 3 und des äußeren Randzonenteils 2 verringert. Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren kann also ein keramischer Wabenstrukturkörper 1 mit überragender Thermoschockbeständigkeit zur Verfügung gestellt werden.
Darüber hinaus muss beim Trockenvorgang mehr Energie zugeführt werden, da der keramische Wabenstrukturkörper eine dickere Zellwand und einen größeren Körperdurch messer hat. Dies führt zu Schwierigkeiten bei der Durchführung der gewünschten Temperatursteuerung und führt leicht zu einer Verformung des keramischen Wabenstrukturkörpers.
Da dickere Zellwände 3 und ein großer Außendurchmesser eine große Ausdehnung und eine große Verkleinerung des Körpers bedeuten, ist es unmöglich, die gewünschte Abmessung des keramischen Wabenstrukturkörpers mit hoher Genauigkeit zu halten.
Des Weiteren besteht die Tendenz, dass sich der Körper leicht unter seinem eigenen Gewicht verformt.
Um dem obigen Nachteil begegnen, sieht die Erfindung die oben beschriebene und in 5 gezeigte Temperatursteuerung nebst verschiedenen Herstellungsbedingungen vor, wobei es möglich ist, die Abmessungsgenauigkeit des keramischen Wabenstrukturkörpers zu erhöhen.
Darüber hinaus können durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren sowohl der Vorgang zum Bilden eines äußeren Randzonenteils als auch der Vorgang zum Überziehen des Formkörpers mit den keramischen Cordieritausgangsmaterialien entfallen. Dies erhöht und verbessert die Produktivität des keramischen Wabenstrukturkörpers.
Wie oben ausführlich beschrieben wurde, ist es gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung möglich, einen keramischen Wabenstrukturkörper mit überragender Thermoschockbeständigkeit und einem gewünschten Außendurchmesser hoher Genauigkeit zur Verfügung zu stellen und auch für ein entsprechendes Herstellungsverfahren mit überragender und verbesserter Produktivität zu sorgen.
Zweites Ausführungsbeispiel
8 zeigt eine Darstellung der Änderungen der Temperatur T1, die an einem Mittelteil des Formkörpers 10 gemessen wurden, und der Änderungen der Temperatur T2, die an einem Umfangsteil des Formkörpers 10 gemessen wurden.
8 zeigt die Temperatursteuerung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, die während des Trockenvorgangs vorgenommen wird, um den keramischen Wabenformkörper 10 zu trocknen. Bei der Temperatursteuerung des zweiten Ausführungsbeispiels ist der Zusammenhang T1 > T2 während 90% oder mehr des Zeitraums t1 erfüllt, der vom Anfangszeitpunkt des Temperaturanstiegs bis zu dem Zeitpunkt gezählt wird, zu dem die Temperatur T1 im Trockenvorgang 95°C erreicht, wobei T1 die Temperatur am Mittelteil 101 nahe der Mittelachse des Wabenformkörpers 10 und T2 die Temperatur am Außenumfangsteil 102 des Keramikformkörpers 10 ist.
Wie in 8 gezeigt ist, beträgt die Zeit t0, die vom Anfangszeitpunkt des Temperaturanstiegs bis zu dem Zeitpunkt gezählt wird, zu dem der Zusammenhang T1 > T2 erfüllt ist, 0 Sekunden (t0 = 0). Das heißt, dass der Zusammenhang T1 > T2 bereits zum Anfangszeitpunkt des Temperaturanstiegs erfüllt ist. Die beiden Temperaturen T1 und T2 erfüllen den Zusammenhang T1 > T2 also während des gesamten (100%) Zeitraums t1 vom Anfangszeitpunkt des Temperaturanstiegs zu dem Zeitpunkt, zu dem die Temperatur T1 95°C erreicht.
Die anderen Bedingungen sind beim Herstellungsverfahren des zweiten Ausführungsbeispiels die gleichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist es verglichen mit dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels möglich, das Auftreten von Verformungen im Keramikformkörper während des Trockenvorgangs weiter zu unterdrücken sowie einen keramischen Wabenstrukturkörper mit höherer Genauigkeit zur Verfügung zu stellen.
Die Eigenschaften und Wirkungen des keramischen Wabenstrukturkörpers des zweiten Ausführungsbeispiels sind ansonsten die gleichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Erster Versuch
9 zeigt eine Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Differenz (V1 – V2) der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit und dem Verformungsmaß des keramischen Wabenformkörpers 10.
Der folgende Zusammenhang zwischen (a) und (b) wurde im ersten Ausführungsbeispiel gemessen:

(a) Differenz (V1 – V2) zwischen der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit am Mittelteil 101 des Formkörpers 10 und der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit am Außenumfangsteil 102 des Formkörpers 10 während des Vorgangs der Trocknung des keramischen Wabenformkörpers 10; und
(b) Ausmaß der Verformung, die in dem aus dem keramischen Wabenformkörper 10 hergestellten keramischen Wabenstrukturkörper 1 erzeugt wird.

Beim ersten Versuch wurde das Ausmaß der Differenz (V1 – V2) der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit auf verschiedene Werte eingestellt und wurde unter diesen verschiedenen Werten für die Differenz (V1 – V2) das in dem keramischen Wabenstrukturkörper 1 verursachte Ausmaß der Verformung gemessen. Für jeden Wert der Differenz (V1 – V2) wurden im ersten Versuch dreißig Formkörper angefertigt.
Das Ausmaß der Verformung im keramischen Wabenstrukturkörper 1 wurde anhand der Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert für jeden der drei an den drei Messpunkten gemessenen Außendurchmesser gemessen, wobei die im ersten Ausführungsbeispiel vorgeschriebene Herangehensweise verwendet wurde. Und zwar sind die drei Messpunkte der eine Endteil, der andere Endteil und der mittlere Abschnitt des Keramikwabenstrukturkörpers 1 entlang seiner Achsenrichtung. Es wurde die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Außenumfangswerte „a", „b" und „c" ermittelt. Im konkreten Beispiel entsprachen die Mengen der Außenumfangswerte jeweils (a1, b1, c1), (a2, b2, c2), (a3, b3, c3) und (a4, b4, c4) (siehe 6). Die Messmethode für die Außenumfangswerte war die gleiche wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Das Ausmaß der Verformung im keramischen Wabenstrukturkörper wurde ermittelt, indem pro Bedingung der Mittelwert der dreißig Körper berechnet wurde (die Anzahl N der Körper betrug für jede Bedingung dreißig, N = 30).
9 zeigt das Versuchsergebnis, in dem das Ausmaß der Verformung als Mittelwert für jede der Bedingungen (V1 – V2) aufgetragen ist.
Beim ersten Versuch wurden keramische Wabenstrukturkörper 1 mit einem Außendurchmesser von 160 mm verwendet.
Wie aus 9 hervorgeht, kann durch das Erfüllen der Bedingung V1 ≥ V2 (V1 – V2 > 0) das Ausmaß der Verformung des Körpers 1 innerhalb eines Bereichs von nicht mehr als 2,0 mm gehalten werden. Darüber hinaus kann durch das Erfüllen der Bedingung V1 – V2 ≥ 0,25°C/s das Ausmaß der Verformung des Körpers 1 innerhalb eines Bereichs von nicht mehr als 1,5 mm gehalten werden. Falls das Ausmaß der Verformung im Körper 1 innerhalb eines Bereichs von 1,5 mm liegt, kann dies dazu führen, dass der Prozessfähigkeitsindex (Cp) unter der Bedingung eines Körpers 1 mit einem Außendurchmesser von 160 ± 2,0 mm bei 1,33 gehalten wird.
Zweiter Versuch
10 zeigt eine Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Verhältnis A/B des Cordieritkeramikkristallorientierungsgrads an den Zellwänden 3 und dem äußeren Randzonenteil 2 und der Thermoschockbeständigkeit des keramischen Wabenstrukturkörpers 1.
Der zweite Versuch untersuchte den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis A/B und der Thermoschockbeständigkeit des keramischen Wabenstrukturkörpers 1, wobei A der Cordieritkeramikkristallorientierungsgrad an den Zellwänden 3 des Körpers 1 und B der Cordieritkeramikkristallorientierungsgrad am äußeren Randzonenteil 2 des Körpers 1 ist.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel wurde eine Vielzahl der keramischen Wabenstrukturkörper 1 mit verschiedenen Werten A/B angefertigt und wurde für jeden Körper 1 die Thermoschockbeständigkeit gemessen.
Die Thermoschockbeständigkeit des Körpers 1 wurde zu dem Zeitpunkt ermittelt, als nach einem Aufheizen des Körpers 1 in dem Körper 1 ein Riss entstand.
10 zeigt das Versuchsergebnis. Wie deutlich aus 10 hervorgeht, ist es möglich, eine hohe Thermoschockbeständigkeit zu erreichen, wenn der Körper 1 ein Verhältnis A/B des Kristallorientierungsgrads von nicht weniger als 0,80 hat. Wenn das Verhältnis A/B weniger als 0,80 beträgt, nimmt die Thermoschockbeständigkeit des Körpers 1 ab.
Des Weiteren wird davon ausgegangen, dass sich der gleiche Effekt wie in 10 beim Ersetzen des Verhältnisses A/B durch das umgekehrte Verhältnis B/A ergibt, wenn der Kristallorientierungsgrad A an den Zellwänden 3 größer als der Kristallorientierungsgrad B am äußeren Rand von Teil 2 des Körpers 1 ist. Daher kann davon ausgegangen werden, dass der Körper 1 eine hohe Thermoschockbeständigkeit hat, wenn das Verhältnis B/A nicht weniger als 0,80 beträgt, d. h. wenn das Verhältnis A/B nicht weniger als 1,25 beträgt.
Aufgrund der obigen Überlegungen ergibt sich, dass es möglich ist, einen keramischen Wabenstrukturkörper mit hoher Thermoschockbeständigkeit zur Verfügung zu stellen, wenn der Zusammenhang 0,80 ≤ A/B ≤ 1,25 erfüllt ist.
Das erste und zweite Ausführungsbeispiel und der erste und zweite Versuch verwenden Mikrowellen, um den Vorgang des Trocknens des keramischen Wabenformkörpers 10 durchzuführen. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Vorgehensweise beschränkt und ist es zum Beispiel auch möglich, anstelle der Mikrowellen Hochfrequenzwellen zu verwenden.
Darüber hinaus ist es möglich, den erfindungsgemäßen keramischen Wabenstrukturkörper zum Beispiel in verschiedenen Verbrennungsmotoren wie etwa Benzinmotoren als einen Abgrasreinigungsfilter anzuwenden.
Es wurden zwar ausführlich bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, doch erkennt der Fachmann, dass im Lichte der Gesamtlehre dieser Offenbarung verschiedene Abwandlungen und Alternativen zu diesen Einzelheiten entwickelt werden können. Demnach sollen die hier offenbarten besonderen Anordnungen nur der Darstellung dienen und nicht den Schutzumfang der Erfindung einschränken, der durch die volle Breite der folgenden Ansprüche und aller ihrer Äquivalente gegeben ist.
Ein keramischer Wabenstrukturkörper hat einen äußeren Randzonenteil und eine Vielzahl durch Integralformung zu einer Wabenstruktur ausgebildeter Zellwände. Der Körper weist ein Verhältnis A/B von 0,80 bis 1,25 auf, wobei die beiden Werte A und B jeweils dem Orientierungsgrad von Cordieritkeramikkristallen an der Zellwand und dem äußeren Randzonenteil entsprechen. Die Differenz zwischen den Maximal- und Minimalwerten des Außendurchmessers an jeweils drei Messbereichen auf dem Körper beträgt nicht mehr als 2,5% des Mittelwerts aller der in den drei Messbereichen auf dem Körper gemessenen Außendurchmesser. Beim Vorgang des Trocknens des Körpers ist die Bedingung T1 > T2 während 50% oder mehr eines Zeitraums erfüllt, der vom Anfangszeitpunkt eines Temperaturanstiegs bis zu dem Zeitpunkt gezählt wird, zu dem die Temperatur T1 95°C erreicht, wobei T1 und T2 Temperaturen an einem Mittelteil und einem Außenumfangsteil des Körpers sind.

Claims

Keramischer Wabenstrukturkörper mit: einem äußeren Randzonenteil, der auf einer Längsfläche des keramischen Wabenstrukturkörpers und um dessen Mittelachse herum ausgebildet ist; und einer Vielzahl von Zellwänden, die im Inneren des äußeren Randzonenteils zu einer Wabenstruktur ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Wabenstrukturkörper ein Verhältnis A/B in einem Bereich von 0,80 bis 1,25 aufweist, wobei A ein Orientierungsgrad von Cordieritkeramikkristallen an der Zellwand und B ein Orientierungsgrad von Cordieritkeramikkristallen am äußeren Randzonenteil ist, und die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert eines Außendurchmessers an drei Messbereichen auf dem keramischen Wabenstrukturkörper nicht mehr als 2,5 Prozent des Mittelwerts sämtlicher an den drei Messbereichen gemessenen Außendurchmesser beträgt, wobei die drei Messbereiche auf dem Körper der eine Endteil, der andere Endteil und ein mittlerer Teil des keramischen Wabenstrukturkörpers sind.
Keramischer Wabenstrukturkörper nach Anspruch 1, der eine Zylinderform hat und dessen Außendurchmesser auf einen Bereich von 50 mm bis 400 mm eingestellt ist.
Keramischer Wabenstrukturkörper nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Vielzahl der Zellwände und der äußere Randzonenteil durch Integralformung oder einteilige Formung ausgebildet sind.
Keramischer Wabenstrukturkörper nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3, der ein Dieselpartikelfilter zur Verwendung in einem Abgasreinigungssystem zur Reinigung von Partikeln ist, die in einem von einem Dieselmotor abgegebenen Abgas mit enthalten sind.
Keramischer Wabenstrukturkörper nach Anspruch 2, wobei die Größe in Längsrichtung des keramischen Wabenstrukturkörpers auf einen Bereich von 50 mm bis 400 mm eingestellt ist.
Herstellungsverfahren für einen keramischen Wabenstrukturkörper, mit den Schritten: Durchführen einer Strangpressung mit einem Cordieritkeramikausgangsmaterial und Schneiden des Formkörpers in eine Vielzahl von keramischen Wabenformkörpern, die einen auf ihrer Längsfläche und um ihre Mittelachse herum ausgebildeten äußeren Randzonenteil und eine Vielzahl in dem äußeren Randzonenteil ausgebildeter Zellwände umfassen, wobei der äußere Randzonenteil und die Zellwände zu einem Einzelkörper ausgebildet sind; Trocknen des keramischen Wabenformkörpers, während in mehr als 50% eines Zeitraums, der von einem Anfangszeitpunkt eines Temperaturanstiegs bis zu einem Zeitpunkt gezählt wird, zu dem T1 95°C erreicht, der Zusammenhang T1 > T2 erfüllt ist, wobei T1 die Temperatur an einem Mittelteil nahe einer Mittelachse des keramischen Wabenformkörpers ist und T2 eine Temperatur an einem Außenumfangsteil des keramischen Wabenformkörpers ist; und Brennen des keramischen Wabenformkörpers, damit er einen keramischen Wabenstrukturkörper bildet.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, bei dem der Zusammenhang T1 > T2 in mehr als 90% eines Zeitraums erfüllt ist, der vom Anfangszeitpunkt des Temperaturanstiegs bis zu dem Zeitpunkt gezählt wird, zu dem die Temperatur T1 95°C erreicht.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem im Trockenvorgang während des Temperaturbereichs von 40°C bis 80°C der Zusammenhang V1 ≥ V2 erfüllt ist, wobei V1 die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit am Mittelteil des keramischen Wabenformkörpers ist und V2 die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit am Außenumfangsteil des keramischen Wabenformkörpers ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, bei dem während des Trockenvorgangs der Zusammenhang V1 – V2 ≥ 0,25°C/s erfüllt ist.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei denen die Temperatur T2 am Außenumfangsteil des keramischen Wabenformkörpers nicht weniger als 60°C beträgt, wenn die Temperatur T1 am Mittelteil des keramischen Wabenformkörpers 95°C erreicht.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem der Vorgang des Trocknens des keramischen Wabenformkörpers durch entweder Mikrowellen oder Hochfrequenzwellen erfolgt.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei dem das Cordieritkeramikausgangsmaterial ein organisches Schäummaterial enthält und sich das Volumen des organischen Schäummaterials während des Trockenvorgangs des keramischen Wabenformkörpers ausdehnt.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, bei dem der Zusammenhang (t2 – t1) ≤ 5 Minuten erfüllt ist, wobei t1 der Zeitpunkt ist, zu dem die Temperatur T1 am Mittelteil des keramischen Wabenformkörpers 95°C erreicht, und t2 der Zeitpunkt ist, zu dem die Temperatur T2 am Außenumfangsteil des keramischen Wabenformkörpers 95°C erreicht.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 13, bei dem der Zeitpunkt t1 und der Zeitpunkt t2 anstelle der Bedingung (t2 – t1) ≤ 5 Minuten den Zusammenhang (t2 – t1) ≤ 2 Minuten erfüllen.
Verfahren für den durch das in einem der Ansprüche 6 bis 14 beanspruchte Verfahren hergestellten keramischen Wabenstrukturkörper, das Folgendes umfasst: Anwenden des keramischen Wabenstrukturkörpers auf einen Dieselpartikelfilter zur Verwendung in einem Abgasreinigungssystem zum Reinigen von Partikeln, die in einem von einem Dieselmotor abgegebenen Abgas mit enthalten sind.