DE102009013568A1

DE102009013568A1 - Cordierit-Keramik und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102009013568A1
Application number: DE102009013568A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Nagoya Yamazaki; Yuji Nagoya Katsuda; Atsuhi Nagoya Watanabe; Yohei Nagoya Ono; Takehiko Nagoya Watanabe
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2029-03-18
Also published as: US8058198B2; JP5478025B2; DE102009013568B4; JP2009227502A; US20090239734A1

Abstract

Verfahren zur Erzeugung einer Cordieritkeramik, bei der der Grad an Stapelfehlern und der Teilchendurchmesser des Kaolinits, das als eine Komponente eines Cordierit-bildenden Rohmaterials verwendet wird, geeignet eingestellt werden, so dass Mikrorisse mit einer durchschnittlichen Breite von 0,3 µm oder mehr in die resultierende Cordieritkeramik eingebracht werden, um eine hochwertige Cordieritkeramik zu erzeugen, die einen Cordieritkristall, orientiert in eine spezielle Richtung, umfasst und eine Porosität von 25% oder mehr und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,30 x 10-6/°C oder weniger hat.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Cordieritkeramik, die als die Hauptkomponente eines wabenförmig strukturierten Katalysatorträgers, der einen Katalysator trägt, zur Reinigung von Abgas, das aus einem Verbrennungsmotor (z. B. Kraftfahrzeugmotor) freigesetzt wird, verwendet wird, und ein Verfahren zur Erzeugung derselben.
Beschreibung des Standes der Technik
Eine Cordieritkeramik weist schlechte Wärmeausdehnungseigenschaften, ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und ausgezeichnete thermische Stoßfestigkeit auf, und wurde weit verbreitet als Hochtemperaturgasfilter oder Katalysatorträger, der einen Katalysator trägt, zur Reinigung von Abgas, das aus einem Kraftfahrzeugmotor freigesetzt wird, verwendet. Eine Cordieritkeramik wurde als die Hauptkomponente eines wabenförmigen porösen Trägers, der bei Autoabgasreinigungsanwendungen verwendet wird, verwendet. Verschiedene Technologien, die auf eine Verbesserung der Wärmebeständigkeit und der thermischen Stoßfestigkeit einer Cordieritkeramik abzielen, wurden entwickelt. Speziell wird ein Vergleichsausdruck, basierend auf Festigkeit, Elastizitätsmodul, Wärmeleitfähigkeit, Wärmeausdehnungskoeffizient oder dergleichen, als ein Index der thermischen Stoßfestigkeit einer Cordieritkeramik verwendet. Beispielsweise ist, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient als ein Index verwendet wird, unter einer Cordieritkeramik mit einem kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten eine Cordieritkeramik mit einer hohen thermischen Stoßfestigkeit zu verstehen. Es gab verschiedene Ansätze zur Erzeugung einer Cordieritkeramik, die schlechte Wärmeausdehnungseigenschaften oder hohe Festigkeit aufweist.
Speziell wurden Technologien, die sich auf ein Cordierit-bildendes Rohmaterial (z. B. Talk, Kaolinit, Siliciumdioxid und Aluminiumoxid) konzentrieren, das auf die Erzeugung einer Cordieritkeramik gerichtet ist, die schlechte Wärmeausdehnungseigenschaften aufweist, entwickelt. Beispielsweise offenbaren JP-A-53-082822 und JP-A-64-003067 , dass eine Cordieritkeramik mit kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten erhalten werden kann, indem der Teilchendurchmesser des Cordierit-bildenden Rohmaterials und das Mischverhältnis der Komponenten des Rohmaterials optimiert werden. JP-A-05-085814 offenbart, dass der Gehalt an Verunreinigungen einer Cordieritkeramik durch Delaminierungsbehandlung des Kaolinits, der als das Rohmaterial verwendet wird, verringert werden kann. JP-A-05-085814 offenbart außerdem, dass eine Cordieritkeramik mit kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten erhalten werden kann, indem ein Rohmaterial, das einen kalzinierten delaminierten Kaolinit enthält, verwendet wird.
Es wurde eine Technologie, die sich auf den Grad der Stapelfehler von Kaolinit konzentriert, offenbart. Speziell offenbart JP-A-11-309380 das Auswählen von Kaolinit, das als das Rohmaterial verwendet wird, basierend auf dem Hinckley-Index (d. h., einem Index des Grades an Stapelfehlern). Spezieller offenbart JP-A-11-309380 , dass eine Cordieritkeramik, die unter Verwendung von Kaolinit mit einem Hinckley-Index von 0,5 oder mehr erzeugt wird, eine geringe Porosität (d. h., hohe Dichte) und hohe Festigkeit hat.
Feine Risse, genannt „Mikrorisse”, treten während des Abkühlens nach dem Brennen zur Bildung des Cordierits auf. Es wurde angenommen, dass Mikrorisse die Wärmeausdehnung einer Cordieritkeramik Puffern. In JP-A-08-198665 wird die Länge der Mikrorisse pro Flächeneinheit eines willkürlichen Querschnitts eines gebrannten Cordierit-Gegenstandes als eine Mikroriss-Dichte definiert, und wird eine Mikroriss-Dichte, die für die Erzeugung einer Cordieritkeramik mit einem kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten geeignet ist, untersucht.
Ein wabenförmig strukturierter Katalysatorträger wurde im Allgemeinen als Hochtemperaturgasfilter oder ein Katalysatorträger, der einen Katalysator trägt, zur Reinigung von Abgas, das aus einem Kraftfahrzeugmotor freigesetzt wird, verwendet. Um einen wabenförmig strukturierten Katalysatorträger mit hoher thermischer Stoßfestigkeit bereitzustellen, ist es wichtig, den Wärmeausdehnungskoeffizienten eher in Richtung parallel zu der Trennwand als in die Richtung entlang der Dicke der Trennwand zu verringern. Folglich wurden Versuche unternommen, die c-Achserrichtung eines Cordieritkristalls, in der der Wärmeausdehnungskoeffizient klein ist, nach der Richtung parallel zur Trennwand auszurichten (zu orientieren) (d. h., die a-Achserrichtung, welche senkrecht zu der c-Achserrichtung verläuft und in der der Wärmeausdehnungskoeffizient groß ist, nach der Richtung entlang der Dicke der Trennwand auszurichten). Zu beachten ist, dass der Orientierungsgrad eines Cordieritkristalls basierend auf einem Index bestimmt wird, der unter Verwendung der integralen Röntgenbeugungs-Peakintensität I_hkl berechnet wird. Verschiedene Ansätze wurden gemacht, um eine Cordieritkeramik zu erzeugen, bei der die c-Achsenrichtung des Cordieritkristalls in Richtung parallel zu der Trennwand der wabenförmigen Struktur orientiert ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß den obengenannten offenbarten Technologien werden die Indizes wie der Teilchendurchmesser des Cordierit-bildenden Rohmaterials, das Mischverhältnis der Komponenten der Rohmaterialien, der Grad an Stapelfehlern des als Rohmaterial verwendeten Kaolinits, die Mikrorissdichte in dem gesinterten Cordierit-Gegenstand und der Orientierungsgrad des Cordieritkristalls lediglich einzeln untersucht. Um stabil eine Cordieritkeramik zu erzeugen, die schlechtere Wärmeausdehnungseigenschaften und eine höhere Porosität hat, muss eine Technologie entwickelt werden, die sich umfassend mit einem Phänomen beschäftigt, das die obengenannten Indizes in einer komplexen Art und Weise umfasst. Da jedoch ein Phänomen, bei dem eine Cordieritkeramik gebildet wird, ein komplexes Phänomen ist, das eine Vielzahl von Reaktionswegen umfasst, wurde noch keine Technologie offenbart, die sich umfassend mit den obengenannten Indizes beschäftigt.
Wird der Grad an Stapelfehlern des Kaolinits basierend auf dem Hinckley-Index optimiert, wie in JP-A-11-309380 offenbart, kann der Hinckley-Index in Abhängigkeit des Teilchendurchmessers des Kaolinits variieren. JP-A-11-309380 offenbart, dass eine wabenförmige Struktur, gebildet von einer Cordieritkeramik, die eine Porosität von 23,9% oder weniger und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nur 0,04 bis 0,3 × 10^–6/°C hat, unter Verwendung von Kaolinit mit einem Hinckley-Index von 0,5 oder mehr als eine Komponente des Rohmaterials erzeugt werden kann. Gemäß JP-A-11-309380 hat, sogar wenn Kaolinit mit einem Hinckley-Index von 0,5 oder mehr als eine Komponente des Rohmaterials verwendet wird, die resultierende Cordieritkeramik einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von bis zu 0,42 bis 0,47 × 10^–6/°C, wenn die Porosität hoch (d. h., 35 bis 39%) ist. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben sich auf dieses Phänomen konzentriert. Speziell verschlechtert sich, wenn eine Cordieritkeramik, die als die Hauptkomponente eines Katalysatorträgers verwendet wird, der einen Abgasreinigungskatalysator trägt, eine niedrige Porosität hat, die Abgasreinigungsleistung aufgrund einer Verringerung in Bezug auf die Menge des Katalysators, der auf dem Katalysatorträger getragen wird, und einer Verringerung in Bezug auf die Oberfläche des Katalysatorträgers. Um eine nützliche wabenförmige Struktur unter Verwendung einer Cordieritkeramik zu erzeugen, muss die Cordieritkeramik schlechte Wärmeausdehnungseigenschaften und eine hohe Porosität besitzen. Speziell ist, wenn die Bedingung für den Grad an Stapelfehlern von Kaolinit basierend auf dem Hinckley-Index eingestellt wird, wie in JP-A-11-309380 offenbart, da die resultierende Cordieritkeramik eine Porosität von nur 23,9% oder weniger hat, wenn die Cordieritkeramik einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, eine weitere Verbesserung notwendig.
Unter Bezug auf die Technologie, die sich auf Mikrorisse, die in einen gebrannten Cordierit-Gegenstand eingebracht werden, bezieht, kann die Breite der Mikrorisse die Pufferfunktion der Wärmeausdehnung einer Cordieritkeramik im Vergleich zur Länge von Mikrorissen stark beeinflussen. Die Beziehung zwischen der Breite von Mikrorissen und den Wärmeausdehnungseigenschaften einer Cordieritkeramik wurde jedoch nicht offenbart.
Folglich ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung die umfassende Befassung mit einem Phänomen, das die obengenannten Indizes in einer komplexen Art und Weise umfasst, und die Bereitstellung einer Cordieritkeramik, die schlechtere Wärmeausdehnungseigenschaften und eine höhere Porosität aufweist, und ein Verfahren zur Erzeugung derselben.
Um den obigen Gegenstand zu erreichen, liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung einer Cordieritkeramik mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,30 × 10^–6/°C oder weniger und einer Porosität von 25% oder mehr, indem Kaolinit mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 bis 6 μm und einem Hinckley-Index von 0,7 oder weniger gleichzeitig als ein Teil eines Cordierit-bildenden Materials verwendet wird. Die vorliegende Erfindung liefert auch ein Verfahren zur Erzeugung einer Cordieritkeramik, die eine bessere durchschnittliche Breite von Mikrorissen und/oder eine c-Achsenrichtung eines Cordieritkristalls in eine spezielle Richtung aufweist, wodurch eine Cordieritkeramik mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten und einer hohen Porosität erhalten wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend eine Cordieritkeramik mit den obengenannten Merkmalen und ein Verfahren zur Erzeugung derselben bereitgestellt.

[1] Verfahren zur Erzeugung einer Cordieritkeramik, umfassend das Bilden eines Tons aus einem Cordierit-bildenden Rohmaterial, enthaltend Kaolinit als eine Komponente des Cordie rit-bildenden Rohmaterials, und Brennen des aus Cordierit-bildendem Rohmaterial gebildeten Tons zur Erzeugung einer Cordieritkeramik, wobei der Kaolinit einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 bis 6 μm und einen Hinckley-Index von 0,7 oder weniger hat; wobei der Hinckley-Index den Grad der Stapelfehler des Kaolinits angibt.
[2] Verfahren zur Erzeugung einer Cordieritkeramik nach [1], wobei die Cordieritkeramik eine Porosität von 25% oder mehr und einen durchschnittlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei 40 bis 800°C von 0,30 × 10^–6/°C oder weniger hat.
[3] Verfahren zur Erzeugung einer Cordieritkeramik nach [1] oder [2], wobei Mikrorisse, die in eine Oberfläche oder einen willkürlichen Querschnitt der Cordieritkeramik eingebracht werden, eine durchschnittliche Breite von 0,3 μm oder mehr haben.
[4] Verfahren zur Erzeugung einer Cordieritkeramik nach einem von [1] bis [3], wobei die Cordieritkeramik einen Orientierungsgrad von 0,90 oder mehr hat.
[5] Cordieritkeramik, umfassend Kaolinit als eine Komponente eines Cordierit-bildenden Rohmaterials, Mikrorisse, eingebracht in die Oberfläche oder einen willkürlichen Querschnitt der Cordieritkeramik, mit einer durchschnittlichen Breite von 0,3 μm oder mehr.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Cordieritkeramik, die Mikrorisse, die die Wärmeausdehnung der Cordieritkeramik Puffern und eine durchschnittliche Breite von 0,3 μm oder mehr haben, umfasst und eine Porosität von 25% oder mehr und einen durchschnittlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei 40 bis 800°C von 0,30 × 10^–6/°C oder weniger aufweist, bereitgestellt werden. Folglich ist die vorliegende Erfindung industriell sehr wertvoll. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung zur Erzeugung eines keramischen Katalysatorträgers, der für eine Kraftfahrzeugabgasreinigungsvorrichtung verwendet wird, für die hohe Wärmebeständigkeit und hohe thermische Stoßfestigkeit erforderlich sind, verwendbar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die die Definition des Hinckley-Index veranschaulicht.
2 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem durchschnittlichen Teilchendurchmesser des Rohmaterials Kaolinit und der Porosität der resultiereriden Cordieritkeramik zeigt.
3 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Hinckley-Index des Rohmaterials Kaolinit und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der resultierenden Cordieritkeramik entlang der Achse der Wabenextrusionsrichtung zeigt.
4 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Hinckley-Index des Rohmaterials Kaolinit und der durchschnittlichen Breite von Mikrorissen, die in die resultierende Cordieritkeramik eingebracht sind, zeigt.
5 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Breite von Mikrorissen, die in eine Cordieritkeramik eingebracht sind, und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Cordieritkeramik entlang der Achse der Wabenextrusionsrichtung zeigt.
6 zeigte eine elektronenmikroskopische Abbildung von Mikrorissen, die in eine Cordieritkeramik eingebracht wurden.
7 ist eine Seitenansicht, die eine Cordierit-Wabenstruktur zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf die Tabellen und Zeichnungen beschrieben. Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt ist. Verschiedene Modifikationen und Verbesserungen können vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Erzeugung einer wabenförmigen Struktur, die eine Cordieritkeramik umfasst, erzeugt durch Formen eines Cordierit-bildenden Rohmaterials, einschließlich Kaolinit, zu einer Wabenform und Brennen des resultierenden Produktes als die Hauptkomponente (z. B. eine Cordieritwabenstruktur 1, gezeigt in 7), wird nachstehend als ein Beispiel der Ausführungs formen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Anzumerken ist, dass die Anwendung der Cordieritkeramik gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die Cordieritwabenstruktur 1 beschränkt ist. Die Cordieritkeramik gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt auch dieselbe Leistung, sogar wenn die Cordieritkeramik die Form einer willkürlichen Anwendung hat.
Cordierit (2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂), das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfasst 47 bis 53 Masse-% SiO₂, 33 bis 38 Masse-% Al₂O₃ und 12 bis 15 Masse-% MgO. Es ist anzumerken, dass Cordierit, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, unvermeidbare Verunreinigungskomponenten (z. B. TiO₂, CaO, K₂O, Na₂O und Fe₂O₃) in einer Menge von insgesamt 3 Masse-% oder weniger umfassen kann.
In der vorliegenden Erfindung werden Talk, Kaolinit, kalzinierter Kaolinit und Aluminiumoxid, die als die Hauptkomponenten des Rohmaterials verwendet werden, unter Verwendung eines bekannten Verfahrens gemischt, so dass die obengenannte chemische Zusammensetzung erreicht wird. Es ist anzumerken, dass Aluminiumhydroxid, Siliciumdioxid, Methylcellulose (d. h., organisches Bindemittel), ein oberflächenaktives Mittel und dergleichen mit den obengenannten Hauptkomponenten des Rohmaterials entsprechend gemischt werden können, um eine Cordierit-bildende Rohmaterial-Vormischung zu erhalten.
Beispielsweise kann die Cordieritwabenstruktur 1 erzeugt werden, indem eine wie oben beschrieben erzeugte Cordierit-bildende Rohmaterial-Vormischung extrudiert wird. Es ist anzumerken, dass auch ein anderes Verfahren verwendet werden kann. Der resultierende wabenförmig geformte Gegenstand wird dann getrocknet und gebrannt. Beispielsweise wird, wenn eine wabenförmige Struktur erzeugt wird, die einen Durchmesser 11 von 70 mm und eine Länge 12 von 102 mm hat und worin eine Trennwand 3 eine Dicke von 150 μm hat und die Anzahl an Zellen 2 pro cm² etwa 62 beträgt, der extrudierte Gegenstand getrocknet und bei 1400 bis 1440°C für 1 bis 10 Stunde(n) gebrannt, wodurch eine Cordieritwabenstruktur 1 erhalten wird. Die Cordieritwabenstruktur 1 umfasst eine Trennwand, gebildet aus einem porösen Körper, und eine Vielzahl von Zellen, die durch die Cordieritwabenstruktur 1 von einer Endfläche zu der anderen Endfläche gebildet sind und als Fluidkanäle dienen, wobei die Vielzahl von Zellen von der Trennwand getrennt wird.
Das Verfahren zur Erzeugung einer Cordieritkeramik gemäß der vorliegenden Erfindung konzentriert sich auf die Eigenschaften von Kaolinit als ein Teil des Cordierit-bildenden Rohmaterials, und die betreffenden Erfinder haben herausgefunden, dass die Verwendung von Kaolinit, das den Anforderungen wie dem durchschnittlichen Teilchendurchmesser und einem Hinckley-Index von 0,7 oder weniger genügt, eine Cordieritkeramik mit hoher Porosität und gleichzeitig einem kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten erzeugen kann. In der folgenden Beschreibung werden Kaolinite mit unterschiedlichen Eigenschafen verwendet, das Mischverhältnis der entsprechenden Komponenten des Cordierit-bildenden Rohmaterials bleibt jedoch unverändert, sofern nicht anders angegeben.
Der Teilchendurchmesser des Rohmaterials Kaolinit, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird nachstehend besprochen. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser (d. h., ein mittlerer Teilchendurchmesser, bestimmt durch eine Teilchendurchmesserverteilungsmessung unter Verwendung eines Laserstreuungsverfahrens) des Rohmaterials Kaolinit, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, beträgt vorzugsweise 1 bis 6 μm. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Rohmaterials Kaolinit beträgt stärker bevorzugt 2 bis 4 μm, da eine Cordieritkeramik mit mindestens einem charakteristischen Merkmal, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie 0,30 × 10^–6/°C oder weniger, einer höheren Porosität, wie einer Porosität von 25% oder mehr, und einem höheren Orientierungsgrad, wie beispielsweise 0,90 oder mehr, stabil erzeugt werden kann (die Details des Wärmeausdehnungskoeffizienten werden später beschrieben). Als ein Ergebnis kann, da sich die Menge an zu tragendem Katalysator aufgrund einer Vergrößerung der Oberfläche ausreichend erhöht, eine Cordieritwabenstruktur, die eine Cordieritkeramik mit einer hohen Abgasreinigungsleistung (d. h., eine Cordieritkeramik mit einer Porosität von 25% oder mehr) als die Hauptkomponente umfasst, erzeugt werden.
Der Grad an Stapelfehlern der Rohmaterial-Kaolinitteilchen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wird nachstehend besprochen. Der Hinckley-Index ist ein Index des Grades an Stapelfehlern von Teilchen. Eine Erhöhung des Hinckley-Index gibt eine Erhöhung in Bezug auf das Ausmaß an amorpher Phase, die in dem Teilchen vorliegt, an. Der Hinckley-Index wird wie folgt definiert. 1 zeigt ein Röntgenbeugungsdiagramm von Kaolinit, erhalten durch ein Pulververfahren. Ein Wert, erhalten durch Teilen der Summe (A + B) einer Beugungsintensität A (1, –1, 0) und einer Beugungsintensität B (1, 1, –1) asymmetrischer Re flexion (diagonale Linie in dem in 1 gezeigten Muster) aufgrund von Stapelfehlern durch eine Beugungsintensität At (1, –1, 0) aus dem Hintergrund, wird als der Hinckley-Index definiert.
Der Grad an Stapelfehlern der Rohmaterial-Kaolinitteilchen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, basierend auf dem Hinckley-Index, wird nachstehend besprochen. Um eine Cordieritkeramik mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von nur 0,30 × 10^–6/°C oder weniger (d. h. schlechten Wärmeausdehnungseigenschaften) unter Verwendung des Rohmaterials Kaolinit mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 bis 6 μm zu erzeugen, wird der Hinckley-Index des Rohmaterials Kaolinit vorzugsweise auf 0,1 bis 0,7 eingestellt (siehe Probender Beispiele 1 bis 7 in 3). Wie in 3 gezeigt, verringert sich, wenn das Rohmaterial Kaolinit mit kleinem Hinckley-Index (d. h., einem Index des Grades an Stapelfehlern) verwendet wird, gewöhnlich der Wärmeausdehnungskoeffizient der resultierenden Cordieritkeramik. Der Hinckley-Index des Rohmaterials Kaolinit beträgt stärker bevorzugt 0,1 bis 0,4, da eine Cordieritkeramik, in der Mikrorisse, die die Wärmeausdehnung puffern, eine große Breite haben, stabil erzeugt werden kann (die Details der Mikrorisse werden später beschrieben).
Die in die Cordieritkeramik eingebrachten Mikrorisse werden nachstehend besprochen. Mikrorisse treten in dem gebrannten Gegenstand in erster Linie während des Abkühlens nach dem Brennen zur Bildung des Cordierits auf. Die Mikrorisse haben eine Breite von etwa 0,01 bis 2 μm und eine Länge von etwa 5 bis 200 μm. 6 zeigt eine Aufnahme von in die Cordieritwabenstruktur eingebrachten Mikrorissen, beobachtet unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops. 6 zeigt ein Beispiel einer Mikroriss-Breitenmessung. Die Pfeile in 6 geben einen Teil eines Mikrorisses an, der eine Breite von 0,55 μm hat.
Mikrorisse, eingebracht in eine Cordieritkeramik, die gemäß dem Verfahren zur Erzeugung einer Cordieritkeramik gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde, sind beschrieben. In dem Verfahren zur Erzeugung einer Cordieritkeramik gemäß der vorliegenden Erfindung, worin der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Rohmaterials Kaolinit 1 bis 6 μm beträgt und der Hinckley-Index des Rohmaterials Kaolinit 0,7 oder weniger beträgt, haben die in die Cordieritkeramik eingebrachten Mikrorisse eine durchschnittliche Breite von 0,3 μm oder mehr (die Details der durchschnittlichen Breite von Mikrorissen werden später beschrie ben). Wie Proben der Beispiele 1 bis 7 in Tabelle 2 und 4 zeigen, erhöht sich, wenn das Rohmaterial Kaolinit mit einem kleinen Hinckley-Index (d. h., einem Index des Grades an Stapelfehlern) verwendet wird, gewöhnlich die durchschnittliche Breite der in die resultierende Cordieritkeramik eingebrachten Mikrorisse.
Die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Breite der in die Cordieritkeramik eingebrachten Mikrorisse und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Cordieritkeramik wird nachstehend besprochen. Wie in 5 gezeigt, verringert sich der Wärmeausdehnungskoeffizient der Cordieritkeramik gewöhnlich, während sich die durchschnittliche Breite der in die Cordieritkeramik eingebrachten Mikrorisse erhöht. Wie in 5 gezeigt, stehen, wenn die durchschnittliche Breite der in die Cordieritkeramik eingebrachten Mikrorisse 0,1 bis 0,5 μm beträgt, die Breite der in die Cordieritkeramik eingebrachten Mikrorisse und der Wärmeausdehnungskoeffizient der Cordieritkeramik in genau umgekehrt proportionaler Beziehung. In dem Verfahren zur Erzeugung einer Cordieritkeramik gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die durchschnittliche Breite der in die Cordieritkeramik eingebrachten Mikrorisse vorzugsweise 0,3 μm oder mehr. Die durchschnittliche Breite der in die Cordieritkeramik eingebrachten Mikrorisse beträgt stärker bevorzugt 0,35 bis 0,45 μm, da sich der Wärmeausdehnungskoeffizient der Cordieritkeramik verringert.
Die durchschnittliche Breite der Mikrorisse gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit der in JP-A-08-198665 und JP-A-09-155189 offenbarten Mikrorissdichte verglichen. In JP-A-09-155189 wird die Gesamtlänge an Mikrorissen, die pro Flächeneinheit einer Cordieritkeramik eingebracht sind, als die Mikrorissdichte definiert. JP-A-09-155189 offenbart die Beziehung zwischen der Mikrorissdichte und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Cordieritkeramik gemäß einer in JP-A-09-155189 offenbarten graphischen Darstellung, in der die x-Achse die Mikrorissdichte (μm/μm²) angibt und die y-Achse den Wärmeausdehnungskoeffizienten (× 10^–6/°C) angibt, wobei sich der Wärmeausdehnungskoeffizient gewöhnlich verringert, während sich die Mikrorissdichte erhöht. Jede Probe in der graphischen Darstellung die in JP-A-09-155189 offenbart ist, ist jedoch eher entlang einer hyperbelförmigen Kurve als einer geraden Linie verteilt. Daher ist eine Verringerung in Bezug auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten aufgrund einer Erhöhung der Mikrorissdichte in einem Bereich, in dem die Mikrorissdichte gleich einem gegebenen Referenzwert oder höher ist (siehe der Bereich, in dem die Mikrorissdichte gleich oder höher als 0,004 μm/μm² ist, gezeigt in 5 von JP-A-09-155189 ), beschränkt. Folglich ist die Verwendung der Mikrorissdichte als ein Index, um eine Cordieritkeramik mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten zu erzeugen, nicht unbedingt geeignet, wenn eine Cordieritkeramik, die einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als ein gegebenes Niveau hat, erzeugt werden soll. In der vorliegenden Erfindung stehen die durchschnittliche Breite (μm) der Mikrorisse und der Wärmeausdehnungskoeffizient (× 10^–6/°C) in einer genau umgekehrt proportionalen Beziehung, wie in 5 gezeigt. Da die durchschnittliche Breite der Mikrorisse und der Wärmeausdehnungskoeffizient in einer linearen umgekehrt proportionalen Beziehung stehen, wird die Verwendung der durchschnittlichen Breite von Mikrorissen als ein Index, um eine Cordieritkeramik mit einem kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu erzeugen, im Vergleich zu dem Fall der Verwendung der Mikrorissdichte als Index als effektiv erachtet.
Die genau umgekehrt proportionale Beziehung zwischen der durchschnittlichen Breite der in die Cordieritkeramik eingebrachten Mikrorisse und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Cordieritkeramik lässt darauf schließen, dass die Breite der Mikrorisse wichtiger als die Mikrorissdichte ist, um sicherzustellen, dass Mikrorisse die Wärmeausdehnung Puffern. Basierend auf der in 5 gezeigten Beziehung wird angenommen, dass die durchschnittliche Breite der Mikrorisse vorzugsweise auch 0,3 μm oder mehr und stärker bevorzugt 0,35 bis 0,45 μm beträgt, wenn eine Cordieritkeramik unter Verwendung des Rohmaterials Kaolinit erzeugt wird, dessen durchschnittlicher Teilchendurchmesser und Hinckley-Index außerhalb der obengenannten Bereiche liegen, so dass eine noch bessere Wärmeausdehnungsbeständigkeit realisiert werden kann.
Zusammenfassend kann, wenn das Rohmaterial Kaolinit einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 bis 6 μm und einen Hinckley-Index von 0,1 bis 0,7 hat, eine Cordieritkeramik mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,30 × 10^–6/°C oder weniger (d. h., schlechten Wärmeausdehnungseigenschaften) erzeugt werden. Speziell wird, wenn Kaolinit mit einem kleinen Hinckley-Index (d. h., enthaltend ein großes Ausmaß amorpher Phase) als eine Komponente des Rohmaterials verwendet wird, angenommen, dass die amorphe Phase aufgrund des Erhitzen für das Brennen geschmolzen wird, so dass sich die Reaktivität mit anderen Komponenten erhöht. Es wird angenommen, dass eine Erhöhung der Reaktivität das Ausmaß an flüssiger Phase, das erzeugt werden soll, erhöht. Es wird angenommen, dass die Flüssigphasenkomponente das Wachstum einer Cordieritkristalldomäne, das in dieselbe Rich tung wie das eines erzeugten Cordieritkristalls orientiert ist, fördert. Wenn der Cordieritkristall und die Domäne auf ein großes Ausmaß gewachsen sind, tritt in dem gebrannten Gegenstand während eines Temperatursenkungsverfahrens aufgrund der Anisotropie der Wärmeausdehnung des Cordieritkristalls starke Formänderung auf. Als ein Ergebnis wird angenommen, dass Mikrorisse mit großer Breite, die die Wärmeausdehnung Puffern, in die Cordieritkeramik eingebracht werden, so dass eine Cordieritkeramik mit ausgezeichneter thermischer Stoßfestigkeit erhalten wird.
Der Orientierungsgrad des Cordieritkristalls in der Cordieritkerqqqamik wird nachstehend besprochen. Beispielsweise weist eine Cordieritwabenstruktur, die als ein wabenförmig strukturierter Katalysatorträger, der einen Katalysator trägt, für die Reinigung von Abgas, das aus einem Verbrennungsmotor (z. B. Kraftfahrzeugmotor) freigesetzt wird, verwendet wird, hohe thermische Stoßfestigkeit auf, indem die Cordieritwabenstruktur mit schlechten Wärmeausdehnungseigenschaften versehen wird. In diesem Fall ist die c-Achse des Cordieritkristalls in die Richtung parallel zu der Trennwand der Wabenstruktur orientiert. Beispielsweise wird der Orientierungsgrad des Cordieritkristalls an der Trennwand der wabenförmigen Struktur berechnet, indem die integrale Röntgenbeugungs-Peakintensität I_hkl, gemessen unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers, auf den Ausdruck „(I₁₀₀ + I₁₁₀)/(I₁₀₀ + I₁₁₀ + I₀₀₂ + I₀₀₄)” angewandt wird. Der Orientierungsgrad, berechnet unter Verwendung dieses Ausdrucks, gibt die Orientierung der c-Achse des Cordieritkristalls in die Richtung parallel zu der Trennwand an. Der Orientierungsgrad der c-Achse des Cordieritkristalls in die Richtung parallel zu der Trennwand erhöht sich, wenn sich der Orientierungsgrad, der unter Verwendung des obigen Ausdrucks berechnet wurde, erhöht. Eine Cordieritwabenstruktur, erzeugt durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Kaolinit, das einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 bis 6 μm und einen Hinckley-Index von 0,1 bis 0,7 hat, hat einen Cordieritkristall-Orientierungsgrad wie oben definiert von 0,90 oder mehr. Speziell kann eine Cordieritwabenstruktur, in der die c-Achse des Cordieritkristalls in die Richtung parallel zu der Trennwand der wabenförmigen Struktur orientiert ist, erhalten werden.
Ein Verfahren, bei dem eine große Menge Siliciumdioxid als das Cordierit-bildende Rohmaterial zugegeben wird, kann verwendet werden. Wird jedoch eine große Menge Siliciumdioxid als das Cordierit-bildende Rohmaterial zugegeben, kann sich der Orientierungsgrad der c-Achsenrichtung des Cordieritkristalls in die Richtung parallel zu der Trennwand der waben förmigen Struktur verschlechtern. Folglich beträgt die Menge an Siliciumdioxid, das als das Cordierit-bildende Rohmaterial zugegeben wird, vorzugsweise 5 Masse-% oder weniger.
Wie oben beschrieben, weist eine Cordieritkeramik, erhalten unter Verwendung von Kaolinit, das einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 bis 6 μm und einen Hinckley-Index von 0,7 oder weniger hat, als das Rohmaterial, aufgrund schlechter Wärmeausdehnungseigenschaften ausgezeichnete thermische Stoßfestigkeit auf. Folglich weist die Cordieritwabenstruktur 1, wie in 7 gezeigt, die unter Verwendung der Cordieritkeramik erzeugt wurde, hohe Wärmebeständigkeit und hohe Wärmeausdehnungsbeständigkeit auf.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend mittels Beispielen weiter beschrieben. Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt ist.
(Erzeugung von Cordierit-bildendem Rohmaterial)
Kaolinit mit einem Teilchendurchmesser und einem Hinckley-Index, wie in Tabelle 2 gezeigt, wurde als eine Komponente eines Cordierit-bildenden Rohmaterials verwendet und wurde mit anderen Komponenten (Talk und dergleichen) in einem in Tabelle 1 gezeigten Mischverhältnis gemischt, um Cordierit-bildende Rohmaterial-Vormischungen der Beispiele 1 bis 7 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5 zu erhalten. Das Rohmaterial Kaolinit von Beispiel 7 wurde durch Mahlen des Rohmaterials Kaolinit von Beispiel 6 erzeugt. Methylcellulose (organisches Bindemittel) und ein grenzflächenaktives Mittel wurden zu dem Cordierit-bildenden Rohmaterial in Mengen von 5,0 Masse-% bzw. 0,5 Masse-% zugegeben. Tabelle 1 zeigt die Rohmaterialzusammensetzung (Masse-%) der Beispiele 1 bis 7 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5. TABELLE 1

Komponente Zusammensetzung (Masse-%)

Talk 40,4

Kaolinit 14,9

kalziniertes Kaolinit 27,8

Aluminiumoxid 11,7

Aluminiumhydroxid 4,8

Siliciumdioxid 0,4
(Erzeugung der Wabenstruktur)
Eine Wabenstruktur (Durchmesser 11: 70 mm, Länge 12: 102 mm, Dicke der Trennwand 3: 150 μm, Anzahl an Zellen 2 pro cm²: etwa 62) wurde durch ein bekanntes Extrusionsverfahren unter Verwendung einer jeden der Cordierit-bildenden Rohmaterial-Vormischungen der Beispiele 1 bis 7 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5 extrudiert (siehe 7). Der resultierende extrudierte Gegenstand wurde getrocknet und bei 1430°C für fünf Stunden gebrannt, um eine Cordieritwabenstruktur 1 zu erhalten.
(Bewertung)

Die Breite der Mikrorisse, der Orientierungsgrad der c-Achsenrichtung des Cordieritkristalls in die Richtung parallel zu der Trennwand der wabenförmigen Struktur (Cd-Orientierung), die Porosität und der Wärmeausdehnungskoeffizient wurden als Indizes für die Bewertung der Cordieritwabenstrukturen 1 der Beispiele 1 bis 7 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5 verwendet. Tabelle 2 und 2 bis 5 (graphische Darstellungen) zeigen die Bewertungsergebnisse für die Beispiele 1 bis 7 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5. Die Bewertungsergebnisse für jeden Index werden nachstehend besprochen. TABELLE 2

		Hinckley-Index von Kaolinit	durchschn. Teilchendurchmesser von Kaolinit (μm)	Breite der Mikrorisse (μm)	Cd-Orientierung	Porosität (%)	Wärmeausdehnungskoeffizient (× 10^–6/°C)
Bsp.	1	0,17	2,5	0,45	0,93	30,7	0,08
	2	0,39	2,8	0,38	0,93	31,7	0,18
	3	0,68	3,1	0,31	0,93	32,1	0,27
	4	0,22	4,4	0,39	0,91	33,2	0,22
	5	0,26	1,2	0,35	0,94	27,8	0,21
	6	0,38	5,0	0,33	0,91	34,2	0,25
	7	0,32	3,5	0,35	0,92	33,0	0,18
Vgl.-Bsp.	1	0,45	0,5	0,29	0,94	24,1	0,31
	2	0,89	6,8	0,24	0,90	35,8	0,35
	3	0,96	2,5	0,18	0,92	21,8	0,46
	4	1,28	6,1	0,16	0,89	34,6	0,48
	5	1,59	2,1	0,13	0,93	31,2	0,51

Die in den Beispielen 1 bis 7 erhaltenen Cordieritwabenstrukturen 1 hatten eine Porosität von 25% oder mehr, eine durchschnittliche Mikrorissbreite von 0,3 μm oder mehr und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,27 × 10^–6/°C oder weniger. Andererseits hatte die in Vergleichsbeispiel 1 erhaltene Cordieritwabenstruktur 1 eine Porosität von weniger als 25%, eine durchschnittliche Mikrorissbreite von weniger als 0,3 μm und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,31 × 10^–6/°C oder mehr. Die in den Vergleichsbeispielen 2 bis 5 erhaltenen Cordieritwabenstrukturen 1 hatten eine Porosität von beinah der der Beispiele 1 bis 7, hatten jedoch eine durchschnittliche Mikrorissbreite von weniger als 0,3 μm und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,31 × 10^–6/°C oder mehr. Folglich waren die in den Vergleichsbeispielen 1 bis 5 erhaltenen Cordieritwabenstrukturen 1 schlechter als die in den Beispielen 1 bis 7 erhaltenen Cordieritwabenstrukturen 1.
Die Beziehung zwischen dem Teilchendurchmesser des Rohmaterials Kaolinit und der Porosität der resultierenden Cordieritwabenstruktur 1 wird nachstehend besprochen. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Rohmaterials Kaolinit bezieht sich auf einen mittleren Teilchendurchmesser, bestimmt durch eine Messung der Teilchendurchmesserverteilung unter Verwendung eines Laserstreuungsverfahrens. Die Porosität wurde durch Quecksilber-Porosimetrie gemessen. Wie in Tabelle 2 und 2 gezeigt, erhöhte sich die Porosität der resultierenden Cordieritwabenstruktur 1 mit der Erhöhung des durchschnittlichen Teilchendurchmessers des Rohmaterials Kaolinit. In den Beispielen 1 bis 7, in denen der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Rohmaterials Kaolinit 1 bis 6 μm betrug, hatten die Cordieritwabenstrukturen 1 eine Porosität von 25% oder mehr.
Die Beziehung zwischen dem Grad an Stapelfehlern des Rohmaterials Kaolinit und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der resultierenden Cordieritwabenstruktur 1 wird nachstehend besprochen. Der Hinckley-Index des Rohmaterials Kaolinit wurde, wie oben beschrieben, aus einem Röntgenbeugungsdiagramm, erhalten durch ein Pulververfahren, berechnet. Der Wärmeausdehnungskoeffizient entlang der Achse der Wabenextrusionsrichtung wurde durch Schubstangendilatometrie mit der Probe von 50 mm Länge gemessen.
Wie in Tabelle 2 und 3 gezeigt, verringert sich, wenn das Rohmaterial Kaolinit mit einem kleinen Hinckley-Index (d. h., einem Index des Grades an Stapelfehlern) verwendet wird, der Wärmeausdehnungskoeffizient der resultierenden Cordieritwabenstruktur 1. In den Beispielen 1 bis 7, in denen der Hinckley-Index des Rohmaterials Kaolinit 0,1 bis 0,7 betrug, hatten die Cordieritwabenstrukturen 1 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,30 × 10^–6/°C oder weniger. In den Vergleichsbeispielen 2 bis 4, in denen der Hinckley-Index des Rohmaterials Kaolinit 0,89 bis 1,59 (> 0,7) betrug, hatten die Cordieritwabenstrukturen 1 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,35 bis 0,51 × 10^–6/°C (d. h., die Wärmeausdehnungsbeständigkeit war schlechter als die der Beispiele 1 bis 7).
Die Wirkungen des Teilchendurchmessers und des Hinckley-Index des Rohmaterials Kaolinit auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten der resultierenden Cordieritwabenstruktur 1 werden nachstehend besprochen. Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 3, in denen der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Rohmaterials Kaolinit 2,5 μm betrug, werden nachstehend verglichen. In Beispiel 1 betrug der Hinckley-Index des Rohmaterials Kaolinit 0,17 (d. h., lag innerhalb des Bereiches von 0,1 bis 0,7), und die Cordieritwabenstruktur 1 hatte einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nur 0,08 × 10^–6/°C. In Vergleichsbeispiel 3 betrug der Hinckley-Index des Rohmaterials Kaolinit 0,96 (> 0,7), und die Cordieritwabenstruktur 1 hatte einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,46 × 10^–6/°C (d. h., lag außerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung).
In Vergleichsbeispiel 1 hatte das Rohmaterial Kaolinit einen Hinckley-Index von 0,45 (d. h., lag innerhalb des Bereiches von 0,1 bis 0,7), hatte jedoch einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,5 μm (d. h., außerhalb des Bereiches von 1 bis 6 μm). Die in Vergleichsbeispiel 1 erhaltene Cordieritwabenstruktur 1 hatte einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,31 × 10^–6/°C, womit das Zielniveau des Wärmeausdehnungskoeffizienten nicht erreicht ist. Folglich muss, um eine Cordieritwabenstruktur 1 mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,30 × 10^–6/°C oder weniger, was Wärmeausdehnungseigenschaften unterhalb des Zielniveaus sind, zu erzeugen, das Rohmaterial Kaolinit einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 bis 6 μm und einen Hinckley-Index von 0,7 oder weniger haben.
Die durchschnittliche Breite von in die Cordieritwabenstruktur 1 eingebrachten Mikrorissen wurde durch das folgende Verfahren bestimmt. Die Oberfläche der Trennwand der Cordieritwabenstruktur 1 wurde unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops („JSM-6300”, hergestellt von JEOL Ltd.) beobachtet. Drei rechteckige Bereiche (Länge: 100 μm, Breite: 130 μm) wurden auf der Oberfläche der Trennwand jeder Cordieritwabenstruktur 1 definiert. Die offene Breite der Mikrorisse in jedem Bereich wurde bei Intervallen von 20 μm gemessen. Die offene Gesamtbreite wurde durch die Anzahl an Messpunkten geteilt, wodurch die durchschnittliche Breite der Mikrorisse in jedem Bereich berechnet wurde. Die durchschnittlichen Breiten der Mikrorisse in den drei Bereichen wurden zusammengefasst und gemittelt, wodurch die durchschnittliche Breite der in die Cordieritwabenstruktur 1 eingebrachten Mikrorisse berechnet wurde.
Die Beziehung zwischen dem Grad an Stapelfehlern des Rohmaterials Kaolinit und der durchschnittlichen Breite der in die Cordieritwabenstruktur 1 eingebrachten Mikrorisse wird nachstehend besprochen. Wie in Tabelle 2 und 4 gezeigt, erhöht sich, wenn das Rohmaterial Kaolinit mit einem kleinen Hinckley-Index verwendet wird, die durchschnittliche Breite der in die Cordieritwabenstruktur 1 eingebrachten Mikrorisse. In den Beispielen 1 bis 7, in denen das Rohmaterial Kaolinit einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 bis 6 μm und einen Hinckley-Index von 0,1 bis 0,7 hatte, betrug die durchschnittliche Breite der in die Cordieritwabenstruktur 1 eingebrachten Mikrorisse 0,3 μm oder mehr. Andererseits betrug die durchschnittliche Breite der Mikrorisse, die in die in den Vergleichsbeispielen 2 bis 4 erhaltenen Cordieritwabenstrukturen 1 eingebracht wurden, in denen das Rohmaterial Kaolinit einen Hinckley-Index von mehr als 0,7 hatte, nur 0,13 bis 0,24 μm.
Die durchschnittliche Breite der Mikrorisse, die in die in Vergleichsbeispiel 1 erhaltene Cordieritwabenstruktur 1 eingebracht wurden, betrug 0,29 μm. Dieser Wert erfüllte das Zielniveau der durchschnittlichen Breite von 0,3 μm oder mehr der Mikrorisse, die in die in den Beispielen 1 bis 7 erhaltenen Cordieritkeramiken eingebracht wurden, nicht. Aus dem Vergleich zwischen den Beispielen 1 bis 7 und Vergleichsbeispiel 1 wird deutlich, dass das Rohmaterial Kaolinit einen Hinckley-Index von 0,1 bis 0,7 und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 bis 6 μm haben muss, um eine Cordieritkeramik zu erzeugen, in der die durchschnittliche Breite der Mirkorisse 0,3 μm oder mehr beträgt.
Die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Breite der in die Cordieritwabenstruktur 1 eingebrachten Mikrorisse und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Cordieritwabenstruktur 1 wird nachstehend besprochen. Wie in 5 gezeigt, war, wenn die durchschnittliche Breite der in die Cordieritwabenstruktur 1 eingebrachten Mikrorisse 0,13 bis 0,45 μm betrug, eine genau umgekehrt proportionale Beziehung, bei der sich der Wärmeausdehnungskoeffizient der Cordieritwabenstruktur 1 verringerte, während sich die durchschnittliche Breite der in die Cordieritwabenstruktur 1 eingebrachten Mikrorisse erhöhte, zu beobachten.
Der Orientierungsgrad der in den Beispielen 1 bis 7 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 5 erhaltenden Cordieritwabenstrukturen 1 wird durch den Ausdruck „(I₁₀₀ + I₁₁₀)/(I₁₀₀ + I₁₁₀ + I₀₀₂ + I₀₀₄)” definiert. Die integrale Röntgenbeugungs-Peakintensität I_hkl der hkl-Ebene des Cordieritkristalls wurde unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers („RINT 2500”, hergestellt von der Rigaku Corporation, (50 kV, 300 mA)) gemessen. Der Orientierungsgrad, berechnet unter Verwendung des obigen Ausdrucks, gibt die Orientierung der c-Achse des Cordieritkristalls in die Richtung parallel zu der Trennwand an. Der Orientierungsgrad der c-Achse von Cordierit in die Richtung parallel zu der Trennwand erhöht sich, wenn sich der Orientierungsgrad, der unter Verwendung des obigen Ausdrucks berechnet wird, erhöht.
In den in den Beispielen 1 bis 7 erhaltenen Cordieritwabenstrukturen 1 betrug der Orientierungsgrad des Cordieritkristalls, wie oben definiert, 0,90 oder mehr. In den Beispielen 1 bis 3 und 5 betrug der Orientierungsgrad der Cordieritwabenstruktur 1 0,93 oder mehr. In den Vergleichsbeispielen 1 bis 5 variierte der Orientierungsgrad der Cordieritwabenstrukturen 1 in dem Bereich von 0,89 bis 0,94 (siehe Tabelle 2). Folglich ist klar, dass die in den Beispielen 1 bis 7 erhaltenen Cordieritwabenstrukturen 1 einen Orientierungsgrad von 0,90 oder mehr haben, und der Cordieritkristall im Vergleich zu den in den Vergleichsbeispielen 1 bis 5 erhaltenen Cordieritwabenstrukturen 1 stabil in eine spezielle Richtung orientiert ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Cordieritkeramik, die als die Hauptkomponente eines wabenförmig strukturierten Katalysatorträgers, der einen Katalysator trägt, für die Reinigung von Abgas, das aus einem Verbrennungsmotor (z. B. einem Kraftfahrzeugmotor) freigesetzt wird, verwendet wird, und das Verfahren zur Erzeugung derselben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 53-082822 A [0003]
- JP 64-003067 A [0003]
- JP 05-085814 A [0003, 0003]
- JP 11-309380 A [0004, 0004, 0008, 0008, 0008, 0008]
- JP 08-198665 A [0005, 0032]
- JP 09-155189 A [0032, 0032, 0032, 0032, 0032, 0032]

Claims

Verfahren zur Erzeugung einer Cordieritkeramik, umfassend das Bilden eines Tons aus einem Cordierit-bildenden Rohmaterial, enthaltend Kaolinit als eine Komponente des Cordierit-bildenden Rohmaterials, und Brennen des aus Cordierit-bildendem Rohmaterial gebildeten Tons zur Erzeugung einer Cordieritkeramik, wobei der Kaolinit einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 bis 6 μm und einen Hinckley-Index von 0,7 oder weniger hat; wobei der Hinckley-Index den Grad der Stapelfehler des Kaolinits angibt.
Verfahren zur Erzeugung einer Cordieritkeramik nach Anspruch 1, wobei die Cordieritkeramik eine Porosität von 25% oder mehr und einen durchschnittlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei 40 bis 800°C von 0,30 × 10^–6/°C oder weniger hat.
Verfahren zur Erzeugung einer Cordieritkeramik nach Anspruch 1 oder 2, wobei Mikrorisse, die in eine Oberfläche oder einen willkürlichen Querschnitt der Cordieritkeramik eingebracht werden, eine durchschnittliche Breite von 0,3 μm oder mehr haben.
Verfahren zur Erzeugung einer Cordieritkeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Cordieritkeramik einen Orientierungsgrad von 0,90 oder mehr hat.
Cordieritkeramik, umfassend Kaolinit als eine Komponente eines Cordierit-bildenden Rohmaterials, Mikrorisse, eingebracht in die Oberfläche oder einen willkürlichen Querschnitt der Cordieritkeramik, mit einer durchschnittlichen Breite von 0,3 μm oder mehr.