DE102007021468A1 - Verfahren zur Herstellung eines Filters sowie Filter - Google Patents

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Thomas Hauber
Matthias Kruse
Jörg Jockel
Hermann Koch-Groeber
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Filters zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere zur Entfernung von Rußpartikeln aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine. Hierzu wird im ersten Schritt ein Filtersubstrat (18) aus einem keramischen Material mit einer Partikel (48, 50, 52) enthaltenden Dispersion benetzt, wobei die Partikel (48, 50, 52) eine maximale Ausdehnung von 100 nm aufweisen. In einem zweiten Schritt wird das Filtersubstrat (18) getrocknet. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Filter zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom, ein Filtersubstrat (18) aus einem keramischen Material umfassend, wobei das keramische Material Mikrorisse (46) aufweist. In den Mikrorissen (46) sind Partikel (48, 50, 52) aus einem temperaturstabilen Material enthalten.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Filters zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom, wobei der Filter aus einem keramischen Material gefertigt wird, in welchem Mikrorisse enthalten sind. Die Erfindung geht weiterhin von einem Filter zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 12 aus.
  • Derartige Filter werden zum Beispiel bei der Abgasnachbehandlung selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere in dieselbetriebenen Kraftfahrzeugen, eingesetzt. Üblicherweise sind solche Filter zur Entfernung von Partikeln, so genannte Partikelfilter aus den keramischen Materialien Siliziumcarbid, Aluminiumtitanat und/oder Cordierit gefertigt. Die Partikelfilter sind im Allgemeinen in Form einer wabenförmigen Keramik mit wechselseitig verschlossenen Kanälen ausgebildet. Derartige Partikelfilter besitzen einen Filtrationswirkungsgrad von mehr als 80% bis regelmäßig > 90%. Die Schwierigkeit besteht jedoch nicht alleine in der Filtration der Rußpartikel sondern auch in der Regeneration des Filters. Hierzu werden Kraftstoff oder seine Zersetzungsprodukte in einer Abgasnachbehandlung, die den Partikel umfasst, katalytisch oxidiert, um die zur Zündung des Rußes notwendigen Temperaturen zu erzeugen. Während der heißeren Regenerationsphasen werden höchste Anforderungen an die thermische Stabilität des Filters gestellt.
  • Thermochemische Reaktionen des Filtermaterials mit Abgaskomponenten und sich während des Betriebs über die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs auf dem Filter ansammelnde Aschen, zum Beispiel aus Öl, Kraftstoff, Kraftstoffadditiven oder Motorenabrieb, vermindern die mechanische und thermochemische Festigkeit keramischer Filter. Durch thermochemische Reaktion gealterte Filter, insbesondere wenn diese aus den Werkstoffen Cordierit und Aluminiumtitanat gefertigt sind, weisen eine höhere Ausfallwahrscheinlichkeit auf als nicht gealterte Filter. Mit hoher thermischer Belastung nimmt die Ausfallwahrscheinlichkeit zu.
  • Aufgrund des Herstellungsprozesses weisen insbesondere Cordierit und andere keramische Materialien eine Reihe von Mikrorissen im Gefüge auf. Diese Mikrorisse sind teilweise erwünscht, und leisten einen wesentlichen Beitrag beispielsweise zur Filterwirkung oder Katalysatorwirkung der Funktionselemente. Die Mikrorisse führen zwar zu einer geringeren Festigkeit des keramischen Materials, jedoch gleichzeitig auch zu einem niedrigeren Elastizitätsmodul und einem geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und tragen dazu bei, dass thermische Spannungen in der Keramik abgebaut werden und die thermische Belastbarkeit erhöht wird. Ein niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient und ein niedriges Elastizitätsmodul gewährleisten geringe induzierte Spannungen bei thermischer Belastung des Substrats. Dies ist insbesondere darauf zurück zu führen, dass die Mikrorisse im keramischen Trägermaterial sich nach und nach bei Temperaturerhöhung schließen und so einen Puffer für die thermische Ausdehnung bilden.
  • Auf dem keramischen Träger wird üblicherweise eine katalytische Beschichtung aufgebracht. Diese Beschichtung wird häufig auch als „Washcoat" bezeichnet. Für diese Beschichtung werden im Allgemeinen keramische Materialien, zum Beispiel poröses Aluminiumoxid (Al2O3) auf eine gewünschte Partikelgröße gemahlen, anschließend eine Suspension mit einer gewissen Teilchengrößenverteilung erzeugt, und diese Suspension, die auch Slurry genannt wird, auf den keramischen Träger aufgebracht.
  • Das Problem dieses bekannten Verfahrens besteht jedoch darin, dass die Suspensionen auch kleinste Partikel enthalten, die in die Mikrorisse des keramischen Trägers eindringen können. Dies bewirkt, dass sich diese Mikrorisse bei einer Erwärmung des keramischen Trägers nicht in dem oben beschriebenen Maße schließen können. Hierdurch erhöht sich der Wärmeausdehnungskoeffizient des keramischen Trägers und es treten unerwünschte, erhöhte thermische Spannungen auf.
  • Neben den Partikeln des Washcoats können während des Betriebs des Filters auch die sich ansammelnden Aschen in die Mikrorisse eindringen, was den vorstehend beschriebenen Effekt weiter verstärkt.
  • Um zu vermeiden, dass bei dem Auftrag der katalytischen Beschichtung keine Partikel in die Mikrorisse eindringen können, ist es zum Beispiel aus US-A 2005/0037147 bekannt, die Mikrorisse zunächst durch organische Polymere zu verschließen. Hierzu wird das Filtersubstrat zunächst mit einer Lösung, die darin dispergierte oder gelöste organische Polymere enthält, getränkt. Die Lösung dringt in die Mikrorisse ein, in denen sich organische Polymere abscheiden und so die Mikrorisse verschließen. Anschließend wird der Washcoat aufgetragen. Bei einer anschließenden thermischen Behandlung verdampfen die organischen Polymere vollständig und geben so die Mikrorisse wieder frei.
  • Nachteil hierbei ist es jedoch, dass nach der Entfernung der organischen Polymere ein Ascheeintrag oder eine nachträgliche teilweise Füllung der Mikrorisse mit Washcoatpartikeln erfolgen kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Filters zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere zur Entfernung von Russpartikeln aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, umfasst folgende Schritte:
    • (a) Benetzen eines Filtersubstrates aus einem keramischen Material mit einer Partikel enthaltenden Dispersion, wobei die Partikel eine maximale Ausdehnung von 200 nm aufweisen,
    • (b) Trocknen und/oder Kalzinieren des Filtersubstrates.
  • Das keramische Material, aus welchem das Filtersubstrat gefertigt ist, wird vorzugsweise ausgewählt aus Cordierit, Aluminiumtitanat und Siliziumcarbid. Besonders bevorzugt ist das keramische Metall Cordierit, da dieses das preislich günstigste ist. Hierdurch wird es ermöglicht, günstige Filter herzustellen.
  • Aufgrund des Herstellungsprozesses weisen die keramischen Materialien eine Reihe von Mikrorissen im Gefüge auf. Diese Mikrorisse leisten einen wesentlichen Beitrag zur Filterwirkung oder Katalysatorwirkung der Funktionselemente. Zudem tragen die Mikrorisse dazu bei, dass thermische Spannungen in der Keramik abgebaut werden und hierdurch die thermische Belastbarkeit erhöht wird. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass die Mikrorisse im keramischen Trägermaterial sich nach und nach bei Temperaturerhöhung schließen und so einen Puffer für die thermische Ausdehnung bilden.
  • Aufgrund der geringen Größe mit der maximalen Ausdehnung von 100 nm dringen die Partikel, die in der Dispersion enthalten sind, in die Mikrorisse ein. Dies ist insbesondere auch darauf zurückzuführen, dass die Mikrorisse im Allgemeinen eine Spaltweite von 100 bis 1000 nm, überwiegend im Bereich von 200 bis 400 nm aufweisen. Durch das Benetzen des Filtersubstrates werden auf diese Weise die Mikrorisse gefüllt. Hierdurch wird vermieden, dass später Partikel in die Mikrorisse eindringen können. Da die Partikel in einer Dispersion enthalten sind, füllen sich die Mikrorisse nach dem Verdampfen des Lösungsmittels der Dispersion nicht vollständig, so dass weiterhin ein ausreichendes Schließen der Mikrorisse möglich ist, um eine hinreichende Temperaturstabilität zu erzielen. Durch die Füllung mit den Partikeln wird jedoch vermieden, dass zum Beispiel Aschen während des Betriebes in die Mikrorisse eindringen können.
  • Damit die Partikel während eines Kalzinierungsschrittes bei der Herstellung des Filters oder während der Regeneration des Filters im laufenden Betrieb, bei der hohe Temperaturen von bis zu 1000°C auftreten können, nicht beschädigt werden, ist es bevorzugt, temperaturstabile Materialien zu verwenden. Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Partikel nicht mit dem Filtersubstrat reagieren. Geeignete Materialien für die Partikel sind daher zum Beispiel Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder Mischungen daraus.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Partikel untereinander mit Hilfe anorganischer Binder auf Basis von Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder Alumosilikaten verklebt. Ein geeigneter anorganischer Binder ist zum Beispiel Böhmit. Der anorganische Binder scheidet sich auf den Partikeln ab und vernetzt dort. Hierdurch werden die einzelnen Partikel miteinander verbunden. Damit sich die Mikrorisse bei Aufbringen von thermischen Spannungen weiterhin schließen können, ist es jedoch erforderlich, dass der Verbund, der sich durch das Verkleben der Partikel bildet, flexibel ist. Aufgabe dieses Verbundes ist es, dass bei weiteren Verfahrensschritten der Herstellung des Filters und im späteren Betrieb des Filters keine Partikel in die Mikrorisse eindringen können.
  • Die Partikel weisen vorzugsweise ein Verhältnis von maximaler zu minimaler Ausdehnung, das sogenannte Aspektverhältnis, im Bereich von 1 bis 20, bevorzugt von ungefähr 10 auf. Die Partikel liegen dabei zum Beispiel in Form von Stäbchen, Plättchen, Scheiben oder Mischungen daraus vor. Bei einem derartigen Aspektverhältnis hat sich gezeigt, dass auch nach einem Verkleben der Partikel die für den Ausgleich thermischer Spannungen notwendige Flexibilität erhalten bleibt.
  • Zur Herstellung der Dispersion, mit der das Filtersubstrat aus dem keramischen Material benetzt wird, sind die Partikel vorzugsweise in wässrigen, sauren Medien dispergiert. Abhängig von dem Material der Partikel können diese jedoch auch in basischen oder neutralen wässrigen Medien oder in alkoholischen Medien dispergiert sein. Der Dispersion können weiterhin auch geeignete Additive zugegeben sein. Dies sind zum Beispiel Dispergiermit tel, damit die Dispersion stabil bleibt. Geeignete Dispergiermittel sind zum Beispiel Methyl- und Ethylcellulosen.
  • Das Benetzen des Filtersubstrates aus dem keramischen Material mit der Partikel enthaltenden Dispersion erfolgt zum Beispiel durch Besprühen, Tauchen, Tränken oder ähnliche Beschichtungsprozesse. Bevorzugt wird das Filtersubstrat aus keramischem Material in die Partikel enthaltende Dispersion eingetaucht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird auf das Filtersubstrat in einem weiteren Schritt nach dem Benetzen des Filtersubstrates mit der Partikel enthaltenden Dispersion und einem gegebenenfalls durchgeführten Trocknen des Filtersubstrates in einem weiteren Schritt eine Oberflächenbeschichtung aufgebracht. Die Oberflächenbeschichtung ist zum Beispiel eine katalytisch aktive Beschichtung, wie sie dem Fachmann bekannt ist.
  • Als Beschichtungsmaterial für die Oberflächenbeschichtung eignen sich zum Beispiel Aluminiumoxid, Aluminiumoxidhydrate, Zirkondioxid, Siliziumdioxid oder Titandioxid. Diese Substanzen sind im Allgemeinen mit einem Oxid eines Metalls der dritten bis fünften Nebengruppe, einem Oxid eines Lanthanoiden, einschl. des Lanthan oder einer Mischung eines oder mehrerer dieser Oxide dotiert. Besonders bevorzugt ist ein Oxid des Cer, Praseodym oder Neodym.
  • Die Oberflächenbeschichtung wird zum Beispiel in Form von Partikeln als Schlicker oder als Sol durch Besprühen, Tauchen, Tränken oder ähnliche Beschichtungsprozesse auf das keramische Filtersubstrat aufgebracht. Weiterhin sind auch auf Vakuum basierende Beschichtungsprozesse geeignet.
  • Geeignete Deckschichten werden zum Beispiel durch Kombination von Nanopartikeln, das heißt Partikel mit einem mittleren Durchmesser < 1 μm, und Mikropartikeln, das heißt Partikel mit einem mittleren Durchmesser > 1 μm, mitunter mit bi- oder polymodaler Partikelgrößenverteilung, erzielt.
  • Durch die in den Mikrorissen enthaltenen Partikel können während des Beschichtungsprozesses zur Herstellung der Oberflächenbeschichtung keine Partikel in die Mikrorisse eindringen.
  • Zur Fixierung der Oberflächenbeschichtung wird das Filtersubstrat nach dem Auftragen des partikelhaltigen Schlickers oder des Sols vorzugsweise in einem weiteren Schritt getrocknet und/oder kalziniert. Das Trocknen erfolgt dabei vorzugsweise bei Temperaturen im Bereich von 100 bis 250°C, das Kalzinieren bei Temperaturen im Bereich von 400 bis 800°C.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin einen Filter zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere von Russpartikeln aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird. Ein erfindungsgemäßer Filter umfasst ein Filtersubstrat aus einem keramischen Material, wobei das keramische Material Mikrorisse aufweist. In den Mikrorissen sind Partikel aus einem temperaturstabilen Material enthalten. Die Partikel enthalten vorzugsweise Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder Mischungen daraus. Das keramische Material für das Filtersubstrat ist vorzugsweise Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Cordierit oder Sintermetall.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung,
  • 2 ein erfindungsgemäßes Filtersubstrat im Längsschnitt,
  • 3 eine schematische Darstellung des beschichteten Filtersubstrates,
  • 4 einen Ausschnitt aus einem keramischen Partikel mit Mikroriss, der mit stäbchenförmigen Partikeln gefüllt ist,
  • 5 einen Ausschnitt aus einem keramischen Partikel mit Mikroriss, der mit scheibenförmigen Partikeln gefüllt ist,
  • 6 einen Ausschnitt aus einem keramischen Partikel mit Mikroriss, der mit plättchenförmigen Partikeln gefüllt ist.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung ist ein Filter, in welchem Rußpartikel aus dem Abgasstrom entfernt werden.
  • Ein Verbrennungskraftmaschine 10 ist über ein Abgasrohr 12 verbunden, in dem eine Filtereinrichtung 14 angeordnet ist. Mit der Filtereinrichtung 14 werden Rußpartikel aus dem im Abgasrohr 12 strömenden Abgas herausgefiltert. Dies ist insbesondere bei Dieselkraftmaschinen erforderlich, um gesetzliche Bestimmungen einzuhalten.
  • Die Filtereinrichtung 14 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 16, in dem ein im vorliegenden Ausführungsbeispiel rotationssymmetrisches, insgesamt ebenfalls zylindrisches Filtersubstrat 18 angeordnet ist.
  • 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Filtersubstrat im Längsschnitt.
  • Das Filtersubstrat 18 ist zum Beispiel als extrudierter Formkörper aus einem keramischen Material, z. B. Magnesium-Aluminium-Silikat, bevorzugt Cordierit, hergestellt. Das Filtersubstrat 18 wird in Richtung der Pfeile 20 von Abgas durchströmt. Das Abgas tritt über eine Eintrittsfläche 22 in das Filtersubstrat 18 ein und verlässt dieses über eine Austrittsfläche 24.
  • Parallel zu einer Längsachse 26 des Filtersubstrats 18 verlaufen mehrere Eintrittskanäle 28 im Wechsel mit Austrittskanälen 30. Die Eintrittskanäle 28 sind an der Austrittsfläche 24 verschlossen. In der hier dargestellten Ausführungsform sind hierzu Verschlussstopfen 36 vorgesehen. Anstelle der Verschlussstopfen 36 ist es jedoch auch möglich, dass Eintrittskanäle 28 sich zur Austrittsflache 24 hin verjüngen, bis sich die Wandungen des Eintrittskanals 28 berühren und der Eintrittskanal 28 so verschlossen wird. In diesem Fall weist der Eintrittskanal 28 in Richtung parallel zur Längsachse 26 einen dreieckförmigen Querschnitt auf.
  • Entsprechend sind die Austrittskanäle 30 an der Austrittsfläche 24 offen und im Bereich der Eintrittsfläche 22 verschlossen.
  • Der Strömungsweg des ungereinigten Abgases führt somit in einen der Eintrittskanäle 28 und von dort durch eine Filterwand 38 in einen der Austrittskanäle 30. Exemplarisch ist dies durch die Pfeile 32 dargestellt.
  • In 3 ist eine schematische Darstellung des beschichteten Filtersubstrats dargestellt. Eine Filterwand 38 ist aus einem keramischen Filtersubstrat gefertigt. Das keramische Filtersubstrat besteht aus einzelnen Kristalliten 40, die im Allgemeinen durch Sintern miteinander verbunden sind. Das keramische Filtersubstrat ist vorzugsweise Siliziumcarbid, Aluminiumtitanat oder Cordierit. Auch sind Mischungen dieser Materialien möglich. Zwischen den einzelnen Kristalliten 40 des keramischen Filtersubstrats befinden sich Poren 42, welche von dem zu reinigenden Gasstrom durchströmt werden. Die Partikel, die im Gasstrom enthalten sind, werden vom keramischen Filtersubstrat der Filterwand 38 zurückgehalten. Die Partikel, die aus dem Gasstrom entfernt werden, setzen sich auch in den Poren 42 ab. Hierdurch verringert sich der freie Querschnitt in der Filterwand 38 und der Druckverlust über die Filterwand 38 steigt an. Aus diesem Grund ist es erforderlich, in regelmäßigen Abstanden die Partikel aus den Poren zu entfernen. Dies geschieht im Allgemeinen durch thermische Regeneration, indem der Filter auf eine Temperatur von mehr als 600°C aufgeheizt wird. Bei dieser Temperatur verbrennen die in der Regel organischen Partikel zu Kohlendioxid und Wasser und werden gasförmig aus dem Partikelfilter ausgetragen. Da jedoch auch anorganische Bestandteile enthalten sind, sogenannte Aschen, erfolgt die Verbrennung im Allgemeinen nicht rückstandsfrei.
  • Die Kristallite 40 des keramischen Filtersubstrates sind im Allgemeinen mit einer Oberflächenbeschichtung 44 beschichtet. Die Oberflächenbeschichtung ist üblicherweise katalytisch aktiv, um zum Beispiel im Abgas enthaltenes CO zu CO2 und im Abgas enthaltene Kohlenwasserstoffe zu CO2 und H2O zu oxidieren sowie Stickstoffoxide zu Stickstoffund Sauerstoff zu reduzieren. Üblicherweise enthält die Oberflächenbeschichtung 44 Partikel, die ein katalytisch aktives Material enthalten. Die Partikel werden üblicherweise zu einer keramischen Beschichtung gesintert. Die Herstellung derartiger Oberflächenbeschichtungen 44 ist dem Fachmann bekannt.
  • In den einzelnen Kristalliten 40 sind im Allgemeinen Mikrorisse 46 enthalten. Bei hohen Temperaturen kann sich das Material ausdehnen, indem die Mikrorisse 46 geschlossen werden. Hierdurch werden Spannungen im Gefüge aus den Kristalliten 40 abgebaut. Sind die Mikrorisse 46 durch Komponenten, die aus dem Beschichtungsprozess stammen, oder durch Asche vollständig oder teilweise verstopft, kann das Filtersubstrat sich nicht in genügendem Maße ausdehnen. Hierdurch können sich lokal sehr hohe Spannungen aufbauen, die insbesondere bei hohen Temperaturen unter hydrothermalen Bedingungen zur reversiblen Rissbildung führen können. Das Filtersubstrat 18 reißt auf.
  • Um ein Verschließen der Mikroporen 46 mit Partikeln des Beschichtungsmaterials zu verhindern und ein Eindringen von Asche beim laufenden Betrieb zu vermeiden, werden die Mikrorisse 46 erfindungsgemäß mit Partikeln gefüllt.
  • In den 4, 5 und 6 ist exemplarisch ein Mikroriss 46 in einem Kristalliten 40 dargestellt, der jeweils mit Partikeln unterschiedlicher Form gefüllt ist. In 4 ist der Mikroriss 46 mit stäbchenförmigen Partikeln 48 gefüllt, in 5 ist ein Mikroriss 46 dargestellt, der mit scheibenförmigen Partikeln 50 gefüllt ist und in 6 ein Mikroriss 46, der mit plättchenförmigen Partikeln 52 gefüllt ist.
  • Zum Füllen der Mikrorisse 46 mit den Partikeln 48, 50, 52 wird das Filtersubstrat 18 mit einer Dispersion benetzt, die die Partikel 48, 50, 52 enthält. Dabei kann die Dispersion entweder die stäbchenförmigen Partikel 48, die scheibenförmigen Partikel 50 oder die plättchenförmigen Partikel 52 enthalten. Alternativ ist es auch möglich, dass die Dispersion Mischungen aus unterschiedlichen Partikelformen enthält. Neben den hier dargestellten stäbchenförmigen 48, scheibenförmigen 50 und plättchenförmigen 52 Partikeln können die Partikel auch jede beliebige weitere Form annehmen, die ein Aspektverhältnis von 2 bis 20, insbesondere von ungefähr 10 aufweist.
  • Das Einfüllen der Partikel in die Mikrorisse erfolgt durch das Benetzen des Filtersubstrats 18. Dies erfolgt zum Beispiel durch Besprühen, Tauchen, Tränken oder ähnliche Beschichtungsprozesse. Bevorzugt wird das Filtersubstrat 18 in die Dispersion, die die Partikel 48, 50, 52 enthält, eingetaucht. Aufgrund der an den Mikrorissen 46 auftretenden Kapillarkräfte dringt die die Partikel 48, 50, 52 enthaltende Dispersion in diese ein. Die Abscheidung kann weiterhin durch eine Variation der Konzentration der Partikel 48, 50, 52 in der Dispersion eingestellt werden. Die Konzentration wird üblicherweise so gewählt, dass eine bestmögliche Füllung der Mikrorisse 46 erhalten wird. Bei einer zu geringen Konzentration ist die Füllung der Mikrorisse 46 nicht ausreichend. Bevorzugt liegt die Konzentration der Partikel 48, 50, 52 in der Dispersion im Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 2 bis 5 Gew.-%. Bei der Benetzung des Filtersubstrates 18 mit der Dispersion, die die Partikel 48, 50, 52 enthält, ist es gewünscht, dass der Großteil der Partikel 48, 50, 52 in den Mikrorissen 46 abgeschieden wird. Es ist jedoch möglich, dass ein Teil der Partikel 48, 50, 52 an den Kanalwänden oder in den Poren 42 abgeschieden wird. Der Anteil der hier abgeschiedenen Partikel sollte jedoch so gering sein, dass die Partikel 48, 50, 52, die an den Kanalwänden oder in den Poren 42 abgeschieden wurden, nicht zu einer signifikanten Erhöhung des Gegendrucks führen. Eine Abscheidung von Partikeln 48, 50, 52 an den Kanalwänden oder in den Poren 42 wird sich im Allgemeinen nicht vollständig vermeiden lassen. Durch Variation der Konzentration, der Viskosität oder durch Aufbringen eines Druckstoßes oder eines Vakuums lässt sich die Abscheidung von Partikeln 48, 50, 52 auf Kanalwänden oder in Poren 42 reduzieren.
  • Nach dem Benetzen des Filtersubstrates 18 mit der Dispersion wird diese im Allgemeinen getrocknet. Hierdurch werden die flüssigen Bestandteile der Dispersion verdampft. Im Mikroriss 46 bleiben die Partikel 48, 50, 52 zurück und füllen diesen. Der Anteil der Partikel 48, 50, 52 in den Poren wird vorzugsweise so gewählt, dass sich die Poren beim Auftreten von thermischen Spannungen noch schließen können, um diese ausgleichen zu können.
  • In einer Ausführungsform ist es möglich, dass die Partikel 48, 50, 52 in den Mikrorissen 46 miteinander verklebt werden. Dies erfolgt im Allgemeinen mit Hilfe anorganischer Binder auf Basis von Aluniniumoxid, Siliziumoxid oder Alumosilikaten. Der Binder ist im Allgemeinen in der Dispersion enthalten und härtet während des Trockungsvorgangs aus.
  • Der derart durch Verkleben der Partikel 48, 50, 52 hergestellte Verbund ist flexibel, so dass ein Schließen der Mikrorisse 46 weiterhin möglich ist.
  • Durch die in den Mikrorissen 46 enthaltenen Partikel 48, 50, 52 sind diese derart befüllt, dass keine weiteren Partikel in die Mikrorisse 46 eindringen können. Die weiteren Partikel werden zum Beispiel während des Beschichtungsprozesses zur Herstellung der Oberflächenbeschichtung mit dem Filtersubstrat 18 in Kontakt gebracht. Weiterhin können Aschepartikel, die während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine mit Hilfe des Filters aus dem Abgas ausgefiltert werden sollen, aufgrund der Füllung der Mikrorisse 46 mit den Partikeln 48, 50, 52, nicht mehr in die Mikrorisse eindringen. Somit werden die Mikrorisse 46 nicht mehr durch Aschen während des Betriebes verstopft, so dass ein Verschließen der Mikrorisse 46 zum Ausgleich von thermischen Spannungen weiterhin möglich ist. Die Lebensdauer des Filters wird erhöht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 2005/0037147 A [0008]

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Filters zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere zur Entfernung von Rußpartikeln aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, folgende Schritte umfassend: (a) Benetzen eines Filtersubstrates (18) aus einem keramischen Material mit einer Partikel (48, 50, 52) enthaltenden Dispersion, wobei die Partikel (48, 50, 52) eine maximale Ausdehnung von 200 nm aufweisen, (b) Trocknen und/oder Kalzinieren des Filtersubstrates (18).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (48, 50, 52) in Form von Stäbchen, Plättchen, Scheiben oder Mischungen daraus vorliegen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (48, 50, 52) im Wesentlichen Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder Mischungen daraus enthalten.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (48, 50, 52) ein Verhältnis von maximaler zu minimaler Ausdehnung aufweisen, das im Bereich von 1 bis 20 liegt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (48, 50, 52) untereinander verklebt werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Filtersubstrat (18) nach dem Benetzen in Schritt (a) eine katalytisch aktive Oberflächenbeschichtung (44) aufgebracht wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen in Schritt (b) nach dem Aufbringen der katalytisch aktiven Oberflächenbeschichtung (44) durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtersubstrat nach dem Aufbringen der katalytisch aktiven Oberflächenbeschichtung (44) erneut getrocknet und/oder kalziniert wird.
  9. Filter zur Entfernung von Partikeln aus einem Gastrom, insbesondere von Rußpartikeln aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, ein Filtersubstrat (18) aus einem keramischen Material umfassend, wobei das keramische Material Mikrorisse (46) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Mikrorissen (46) Partikel (48, 50, 52) aus einem temperaturstabilen Material enthalten sind.
  10. Filter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (48, 50, 52) Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder Mischungen daraus enthalten.
  11. Filter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Material Cordierit, Aluminiumtitanat oder Siliziumcarbid ist.
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