DE102015003218B4

DE102015003218B4 - Wabenstruktur

Info

Publication number: DE102015003218B4
Application number: DE102015003218.6A
Authority: DE
Inventors: c/o NGK Insulators Ltd. Miyairi Yukio; c/o NGK Insulators Ltd. Kikuchi Yoshio; c/o NGK Insulators Ltd. Kimata Takafumi
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2016-09-29
Anticipated expiration: 2035-03-14
Also published as: US20150266779A1; US9487448B2; DE102015003218A1

Abstract

Wabenstruktur, umfassend einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper mit Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, die zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden und von einer ersten Endfläche zu einer zweiten Endfläche verlaufen,
wobei die Trennwände einen porösen Körper mit feuerfesten Aggregaten und einem Bindematerial, das die feuerfesten Aggregate aneinander bindet, umfassen,
das Bindematerial metallisches Si und ein Oxidmaterial umfasst,
die Porosität des porösen Körpers, der die Trennwände bildet, 25% oder mehr und 70% oder weniger beträgt,
das Verhältnis der Masse des Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers 30 Masse-% oder mehr und 50 Masse-% oder weniger beträgt,
das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials 30 Masse-% oder mehr und 80 Masse-% oder weniger beträgt,
die Wärmeleitfähigkeit der Wabenstruktur bei 800°C 5 W/(m·K) oder mehr und 28 W/(m·K) oder weniger beträgt, und wobei die Wärmekapazität der Wabenstruktur bei 800°C 2,5 J/(cm³·K) oder mehr beträgt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wabenstruktur, und genauer gesagt bezieht sie sich auf eine Wabenstruktur, die eine hohe Stabilität, eine große Wärmekapazität und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und daher nur schwer zu beschädigen ist, selbst bei der Verwendung bei hohen Temperaturen.
Hintergrundtechnik
Verbreitet wird eine Wabenstruktur als ein Filter, der Feststoffteilchen auffängt, die in einem Staub enthaltenden Fluid wie einem Abgas enthalten sind, das aus einem Dieselmotor ausgestoßen wird, und die Feststoffteilchen aus dem Abgas entfernt, oder ein Katalysatorträger, auf den ein Katalysator zur Reinigung schädlicher Substanzen (NOx und dergleichen) in dem Abgas zu laden ist, verwendet. Überdies ist bekannt, dass zum Zwecke der Verwendung einer solchen Wabenstruktur in einer Umgebung, die einem Hochtemperatur-Abgas ausgesetzt ist, feuerfeste Teilchen wie Siliciumcarbidteilchen als Aufbaumaterial der Wabenstruktur verwendet werden.
Beispielsweise ist in Patentdokument 1 ein Katalysatorträger offenbart, der unter Verwendung von Siliciumcarbidpulver (SiC-Pulver) als Ausgangsmaterial, Formen dieses Materials in eine gewünschte Form und Trocknen des Materials, gefolgt vom Brennen in einem Temperaturbereich von 1600 bis 2200°C erhalten wird. Für den in Patentdokument 1 beschriebenen Katalysatorträger ist jedoch eine sehr hohe Brenntemperatur erforderlich, und daher sind die Kosten hoch. Überdies wird Siliciumcarbid mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei der hohen Temperatur gebrannt, und daher tritt mitunter beispielsweise das Problem auf, dass die Brennausbeute gering ist. Überdies ist in Patentdokument 2 als eine Wabenstruktur, die kostengünstig bei einer vergleichsweise niedrigen Brenntemperatur hergestellt werden kann, eine Wabenstruktur offenbart, die Siliciumcarbidteilchen (SiC) und metallisches Silicium (Si) umfassen. Jedoch wird, was die in Patentdokument 2 beschriebene Wabenstruktur betrifft, nicht ausreichend Benetzbarkeit von Siliciumcarbid gegenüber metallischem Silicium erhalten, die Wabenstruktur kann nicht mit einer hohen Stabilität versehen werden und es wird keine ausreichende Wärmeleitfähigkeit der Wabenstruktur erhalten. Daher kommt es beispielsweise mitunter zu dem Problem, dass die Wabenstruktur aufgrund thermischer Beanspruchung beschädigt wird.
Ferner sind in den Patentdokumenten 3 und 4 Technologien für eine Verbesserung zur Lösung der oben erwähnten Probleme des Katalysatorträgers und der Wabenstruktur offenbart. Das heißt, in Patentdokument 3 ist ein poröser Siliciumcarbidkörper offenbart, der Siliciumcarbidteilchen (SiC) und metallisches Silicium (Si) umfasst und bei dem die Oberflächen oder Peripherien der Siliciumcarbidteilchen und/oder der metallischen Silicium-Teilchen ein Erdalkalimetall oder dergleichen umfassen. Überdies ist in Patentdokument 4 ein poröser Siliciumcarbidkörper offenbart, bei dem Siliciumcarbidteilchen (SiC) und metallisches Silicium (Si) gebunden sind, wenn die Poren gehalten werden und ein Teil von Mikroporen unter den Poren eine Strontiumoxidphase oder dergleichen aufweist. Ferner verbessert sich gemäß solchen Beschaffenheiten die Benetzbarkeit von Silicium gegenüber Siliciumcarbid, die Kontaktfläche zwischen einer Siliciumgrenzfläche und einer Siliciumcarbidgrenzfläche vergrößert sich, Stabilität und Wärmeleitfähigkeit des porösen Siliciumcarbidkörpers verbessern sich, und der poröse Siliciumcarbidkörper kann selbst bei der Verwendung bei hohen Temperaturen nur schwer beschädigt werden.

[Patentdokument 1] JP-A-H06-182228
[Patentdokument 2] JP-A-2002-201082
[Patentdokument 3] JP-B-4307781
[Patentdokument 4] JP-B-4426459

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei den in den Patentdokumenten 3 und 4 beschriebenen Erfindungen, bei denen metallisches Silicium als ein Bindematerial zwischen einem Siliciumcarbidteilchen und einem anderen Siliciumcarbidteilchen verwendet wird, kommt es jedoch mitunter noch immer zu dem Problem, dass die Benetzbarkeit des metallischen Siliciums unzureichend ist. Ferner wird beispielsweise auch das Problem, dass die Wabenstruktur nicht über eine hohe Stabilität verengen kann, nicht gelöst, weil die Benetzbarkeit des metallischen Siliciums unzureichend ist, und auch das Problem, dass die Wabenstruktur aufgrund thermischer Beanspruchung beschädigt wird, wird nicht gelöst, weil die Wärmeleitfähigkeit der Wabenstruktur unzureichend ist. Überdies ist die Wärmekapazität von metallischem Silicium nur etwa halb so groß wie die von Siliciumcarbid, und daher erhöht sich mitunter die Temperatur eines Filters übermäßig, wenn Feststoffteilchen, die sich in dem Filter (der Wabenstruktur) absetzen, zur Aufbereitung des Filters verbrannt werden. Ferner ist der Wärmeausdehnungskoeffizient groß, und daher wird der Filter aufgrund einer hohen thermischen Beanspruchung, die in dem Filter erzeugt wird, beschädigt, wenn sich die Temperatur des Filters während der Aufbereitung des Filters erhöht, und die Feststoffteilchen treten mitunter aus dem beschädigten Abschnitt aus.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf derartige Probleme entwickelt worden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Wabenstruktur vorgesehen, die eine hohe Stabilität, eine große Wärmekapazität und einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist und daher selbst bei der Verwendung bei hohen Temperaturen nur schwer zu beschädigen ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine wie nachstehend beschriebene Wabenstruktur vorgesehen.

[1] Eine Wabenstruktur, umfassend einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper mit Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, die zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden und von einer ersten Endfläche zu einer zweiten Endfläche verlaufen, wobei die Trennwände einen porösen Körper mit feuerfesten Aggregaten und einem Bindematerial, das die feuerfesten Aggregate aneinander bindet, umfassen, das Bindematerial metallisches Si und ein Oxidmaterial umfasst, die Porosität des porösen Körpers, der die Trennwände bildet, 25% oder mehr und 70% oder weniger beträgt, das Verhältnis der Masse des Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers 30 Masse-% oder mehr und 50 Masse-% oder weniger beträgt und das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials 30 Masse-% oder mehr und 80 Masse-% oder weniger beträgt, die Wärmeleitfähigkeit der Wabenstruktur bei 800°C 5 W/(m·K) oder mehr und 28 W/(m·K) oder weniger beträgt, und wobei die Wärmekapazität der Wabenstruktur bei 800°C 2,5 J/(cm³·K) oder mehr beträgt.
[2] Die Wabenstruktur gemäß [1] oben, wobei die Porosität des porösen Körpers 25% oder mehr und 55% oder weniger beträgt, das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des gesamten porösen Körpers 26 Masse-% oder mehr und 40 Masse-% oder weniger beträgt.
[3] Die Wabenstruktur gemäß [1] oder [2] oben, wobei die Porosität des porösen Körpers 25% oder mehr und 32% oder weniger beträgt.
[4] Die Wabenstruktur gemäß einem von [1] bis [3] oben, wobei das Oxidmaterial als Hauptkomponente ein Oxid, das mindestens ein metallisches Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al, Si und Mg, umfasst, oder ein Gemisch, umfassend zwei oder mehr Arten der Oxide, umfasst.

Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung ist aufgrund thermischer Beanspruchung während der Aufarbeitung eines Filters, wenn die Wabenstruktur als der Filter zum Auffangen von Feststoffteilchen (nachstehend einfach als „PM” bezeichnet) verwendet wird, nur schwer zu beschädigen. Überdies ist bei der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung, im Vergleich zu einer herkömmlichen Wabenstruktur, die Stabilität eines Bindeansatzabschnitts, der ein Abschnitt ist, der feuerfeste Aggregate aneinander bindet, besser, und daher ist die Stabilität der Wabenstruktur hoch. Ferner weist die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung zum Zwecke der Verbesserung der Stabilität des Bindeansatzabschnitts, welcher der Abschnitt ist, der die feuerfesten Aggregate aneinander bindet, eine geringere Porosität als die herkömmliche Wabenstruktur auf, die Wabenstruktur weist aber weniger Poren auf, die kein Abgas durchquert, und weist daher einen geringen Druckabfall auf. Nachstehend wird „die Wabenstruktur zur Verwendung als der PM-Auffangfilter” einfach als „Wabenfilter” bezeichnet.
Im Speziellen umfasst die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung einen Wabenstrukturkörper mit Trennwänden, und die Trennwände umfassen einen porösen Körper mit feuerfesten Aggregaten und einem Bindematerial, welches die feuerfesten Aggregate aneinander bindet. Ferner beträgt die Porosität des porösen Körpers, der die Trennwände bildet, 25% oder mehr und 70% oder weniger. Überdies umfasst das Bindematerial metallisches Si und ein Oxidmaterial, das Verhältnis der Masse des Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers beträgt 30 Masse-% oder mehr und 50 Masse-% oder weniger und das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials beträgt 30 Masse-% oder mehr und 80 Masse-% oder weniger. Ferner kann gemäß einer solchen Beschaffenheit die Höchsttemperatur T_max des Wabenfilters während der Aufbereitung des Wabenfilters niedriger sein als die eines herkömmlichen Wabenfilters. Das heißt, das Bindematerial des porösen Körpers weist die obige Beschaffenheit auf, die Trennwände haben die obige Porosität und sowohl die Wärmekapazität als auch die Wärmeleitfähigkeit der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung sind daher groß. Im Allgemeinen besteht bei einer solchen Beschaffenheit zur Erweiterung der Wärmekapazität die Möglichkeit, dass die Wärmeleitfähigkeit gering ist, bei der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung hält jedoch die obige Beschaffenheit die Wärmeleitfähigkeit hoch, während die Wärmekapazität erweitert wird. Werden die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung und der herkömmliche Wabenfilter während der Aufbereitung des Wabenfilters derselben hohen Temperatur ausgesetzt, ist die Höchsttemperatur der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung, bei der die Wärmekapazität groß ist, niedriger als die des herkömmlichen Wabenfilters. Daher ist bei der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung die in der gesamten Wabenstruktur erzeugte thermische Beanspruchung gering, und die Wabenstruktur ist nur schwer zu beschädigen. Überdies ist bei der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung auch die Wärmeleitfähigkeit groß, und daher kann effektiv verhindert werden, dass in einem Teil der Wabenstruktur aufgrund eines lokalen Temperaturanstiegs Risse erzeugt werden. Ferner hat bei der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung die Porosität des porösen Körpers den oben genannten Wert und hat das Verhältnis des Bindematerials den oben genannten Wert. Daher ist der Bindeansatzabschnitt dicker als der des herkömmlichen Wabenfilters, und daher ist die Stabilität der Wabenstruktur hoch. „Bindeansatzabschnitt” bedeutet „einen Bindungsabschnitt zwischen feuerfesten Aggregatteilchen”. Ferner hat die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung eine geringere Porosität als eine herkömmliche Wabenstruktur mit hoher Porosität. Im Allgemeinen besteht die Möglichkeit, dass, wenn die Porosität gering ist, sich der Druckabfall erhöht. Bei der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung gibt es weniger nicht nutzbare Poren, die kein Abgas durchquert, und fast alle Poren werden nutzbare Poren, die das Abgas durchquert, so dass der anfängliche Druckabfall und der Druckabfall während der PM-Abscheidung gering sind. Die nutzbaren Poren sind Poren, von denen zumindest ein Teil in den Oberflächen der Trennwände geöffnet ist, und sind offene Poren, die von Quecksilber durchdrungen werden, wenn die Porosität mit einem Quecksilber-Porosimeter gemessen wird. Die nicht nutzbaren Poren sind Poren, die in den Oberflächen der Trennwände nicht geöffnet sind, und sind geschlossene Poren, die nicht von Quecksilber durchdrungen werden, wenn die Porosität mit dem Quecksilber-Porosimeter gemessen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Ausführungsform einer Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung, betrachtet von der Seite der Einlassendfläche, zeigt;
2A ist eine schematische Ansicht, die die Mikrostruktur der Trennwände in der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung erläutert;
2B ist eine schematische Ansicht, die die Mikrostruktur der Trennwände in einer herkömmlichen Wabenstruktur erläutert;
3 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine andere Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung, betrachtet von der Seite der Einlassendfläche, zeigt; und
4 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine weitere Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung, betrachtet von der Seite der Einlassendfläche, zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
(1) Wabenstruktur
Eine Ausführungsform einer Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung ist eine Wabenstruktur 100, wie in 1 gezeigt. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung, betrachtet von der Seite der Einlassendfläche, zeigt.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper 9 mit Trennwänden 7, die mehrere Zellen 5 definieren, die zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden und von einer ersten Endfläche 1 zu einer zweiten Endfläche 3 verlaufen. Ferner umfassen die Trennwände 7 einen porösen Körper mit feuerfesten Aggregaten und einem Bindematerial, welches die feuerfesten Aggregate aneinander bindet. Überdies beträgt die Porosität des porösen Körpers, der die Trennwände 7 des Wabenstrukturkörpers 9 bildet, 25% oder mehr und 70% oder weniger. Überdies umfasst das Bindematerial metallisches Si und ein Oxidmaterial, beträgt das Verhältnis der Masse des Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers 30 Masse-% oder mehr und 50 Masse-% oder weniger, und beträgt das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials 30 Masse-% oder mehr und 80 Masse-% oder weniger. Das Verhältnis der Masse des Bindematerials, das in der Masse des gesamten porösen Körpers enthalten ist, kann mit dem folgenden Verfahren gemessen werden. Zunächst wird die Gesamtmasse eines Materialteststückes, das aus den Trennwänden der Wabenstruktur geschnitten wurde, gemessen. Als nächstes wird das ausgeschnittene Materialteststück einer fluoreszierenden Röntgenstrahlanalyse unterzogen, und Kristallkomponenten werden qualitativ erfasst. Dann wird das Materialteststück mit einem Rasterelektronenmikroskop bildlich dargestellt, und aus dem erhaltenen SEM-Bild wird ein Bereichs-Fläche-Verhältnis der feuerfesten Aggregate in dem SEM-Bild erhalten. Ferner wird das Verhältnis der Masse der feuerfesten Aggregate zur Gesamtmasse des Materialteststückes aus dem erhaltenen Bereichs-Fläche-Verhältnis der feuerfesten Aggregate und die Dichte der feuerfesten Aggregatteilchen, die bereits aus dem Ergebnis der fluoreszierenden Röntgenstrahlanalyse bekannt ist, erhalten. Der verbleibende Teil in dem Materialteststück, der nicht die feuerfesten Aggregate ist, ist das Bindematerial, und das Verhältnis der Masse des Bindematerials wird aus der Gesamtmasse des Materialteststückes und dem Verhältnis der Masse der feuerfesten Aggregate erhalten. Überdies kann das Verhältnis der Masse eines Oxids zur Masse des Bindematerials mit dem folgenden Verfahren gemessen werden. Zunächst wird ein Materialteststück, das aus den Trennwänden der Wabenstruktur geschnitten wurde, der fluoreszierenden Röntgenstrahlanalyse unterzogen, und Kristallkomponenten werden qualitativ erfasst. Als nächstes werden auf der Basis einer Eichkurve die jeweiligen Komponenten aus der Anzahl von Zählungen der jeweiligen Kristallkomponenten der fluoreszierenden Röntgenstrahlanalyse quantitativ erfasst. Überdies ist Bezugsziffer 10 in 1 eine Umfangswand.
Wie oben beschrieben, sind bei der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform die Porosität des porösen Körpers, der die Trennwände bildet, das Verhältnis des Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers und das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials vorbestimmte Verhältnisse. So hat die Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform eine große Wärmekapazität und eine hohe Wärmeleitfähigkeit, und daher wird ein PM-Austritt aufgrund von Rissen in der Wabenstruktur durch thermische Beanspruchung während der Aufbereitung eines Wabenfilters nur schwer erzeugt. Überdies ist auch die Wärmeleitfähigkeit hoch, und daher kann, selbst wenn es in der Wabenstruktur zu einem lokalen Temperaturanstieg kommt, effektiv verhindert werden, dass in einem Teil der Wabenstruktur Risse erzeugt werden. Ferner ist der Bindeansatzabschnitt, der ein Bindungsabschnitt zwischen einem feuerfesten Aggregatteilchen und einem anderen feuerfesten Aggregatteilchen ist, dicker als der eines herkömmlichen Wabenfilters, und daher ist die Stabilität der Wabenstruktur hoch.
Die feuerfesten Aggregate in der Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform sind mit dem Bindematerial aneinander gebunden. 2A zeigt eine Mikrostruktur der Trennwände in der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung, und 2B zeigt eine Mikrostruktur der Trennwände in einer herkömmlichen Wabenstruktur. Wie in 2A gezeigt, sind die feuerfesten Aggregate 11 der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform mit dem Bindematerial 13 aneinander gebunden und sind Poren 12 zwischen den feuerfesten Aggregaten 11, zwischen dem feuerfesten Aggregat 11 und dem Bindematerial 13 und zwischen den Bindematerialien 13 ausgebildet. Ferner sind, wie in 2B gezeigt, die feuerfesten Aggregate 11' der herkömmlichen Wabenstruktur mit einem Bindematerial 13' aneinander gebunden und sind Poren 12' zwischen den feuerfesten Aggregaten 11', zwischen dem feuerfesten Aggregat 11' und dem Bindematerial 13' und zwischen den Bindematerialien 13' ausgebildet. Vergleicht man den Bindeansatzabschnitt 14 der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform mit dem Bindeansatzabschnitt 14' der herkömmlichen Wabenstruktur, ist der Bindeansatzabschnitt der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform dicker als der Bindeansatzabschnitt der herkömmlichen Wabenstruktur. In der Folge hat die Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform eine höhere Stabilität als die herkömmliche Wabenstruktur.
Die Trennwände, die den porösen Körper in der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform umfassen, weisen die feuerfesten Aggregate und das Bindematerial, welches die feuerfesten Aggregate aneinander bindet, auf. Das Verhältnis der Masse der feuerfesten Aggregate und des Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers beträgt bevorzugt 80 Masse-% oder mehr und 99 Masse-% oder weniger, stärker bevorzugt 90 Masse-% oder mehr und 99 Masse-% oder weniger, und besonders bevorzugt 95 Masse-% oder mehr und 99 Masse-% oder weniger. Ist das Verhältnis der Masse der feuerfesten Aggregate und des Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers kleiner als 80 Masse-%, verringert sich mitunter die Stabilität der Wabenstruktur. Das Verhältnis der Masse der feuerfesten Aggregate und des Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers ist ein Wert, der durch eine fluoreszierende quantitative Röntgenstrahlanalyse gemessen wird.
Das Bindematerial in der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform umfasst metallisches Si und ein Oxidmaterial. Das Verhältnis der Masse von metallischem Si und dem Oxidmaterial zur Masse des Bindematerials beträgt bevorzugt 80 Masse-% oder mehr und 99 Masse-% oder weniger, stärker bevorzugt 90 Masse-% oder mehr und 99 Masse-% oder weniger, und besonders bevorzugt 95 Masse-% oder mehr und 99 Masse-% oder weniger. Gemäß einer solchen Beschaffenheit verbessert sich die Benetzbarkeit des Bindematerials gegenüber den feuerfesten Aggregaten, und fast alle oder alle Poren werden nutzbare Poren (d. h. geöffnete Poren). Überdies ist die Zusammensetzung des Bindematerials bevorzugt einheitlich, es kann aber auch ein Abschnitt vorhanden sein, in dem die feuerfesten Aggregate lokal nur mit metallischem Si gebunden sind, oder es kann auch ein Abschnitt vorhanden sein, in dem die feuerfesten Aggregate lokal nur mit dem Oxidmaterial gebunden sind. Das Verhältnis der Masse von metallischem Si und dem Oxidmaterial zur Masse des Bindematerials, das metallisches Si und das Oxidmaterial umfasst, ist ein Wert, der durch die fluoreszierende quantitative Röntgenstrahlanalyse gemessen wird.
Das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials beträgt 30 Masse-% oder mehr und 80 Masse-% oder weniger, bevorzugt 30 Masse-% oder mehr und 60 Masse-% oder weniger, stärker bevorzugt 30 Masse-% oder mehr und 50 Masse-% oder weniger, und besonders bevorzugt 30 Masse-% oder mehr und 40 Masse-% oder weniger. Gemäß einer solchen Beschaffenheit kann die Wärmekapazität vergrößert werden, während die Wärmeleitfähigkeit der Wabenstruktur hoch gehalten wird. Daher kann, wenn die Wabenstruktur als ein Filter genutzt wird, die Temperatur der Wabenstruktur während der Regeneration des Filters niedrig gehalten werden, und es kommt nicht zu einem PM-Austritt aufgrund der thermischen Beanspruchung. Ist das Verhältnis der Masse des Oxids zur Masse des Bindematerials kleiner als 30 Masse-%, vergrößert sich das Verhältnis von metallischem Si mit einer geringen Wärmekapazität. Daher wird die Wärmekapazität der Wabenstruktur geringer, erreicht die Wabenstruktur die hohe Temperatur während der Regeneration des Filters und kommt es leicht zu einem PM-Austritt aufgrund der Risse durch die thermische Beanspruchung. Wenn überdies das Verhältnis der Masse des Oxids zur Masse des Bindematerials 80 Masse-% übersteigt, wird das Verhältnis von metallischem Si mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit kleiner, so dass die Wärmeleitfähigkeit der Wabenstruktur geringer wird, die Wabenstruktur die hohe Temperatur während der Regeneration des Filters erreicht und es leicht zu einem PM-Austritt aufgrund der Risse durch die thermische Beanspruchung kommt. Das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials ist ein Wert, der durch die fluoreszierende quantitative Röntgenstrahlanalyse gemessen wird.
Das Verhältnis der Masse des Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers beträgt 30 Masse-% oder mehr und 50 Masse-% oder weniger, bevorzugt 30 Masse-% oder mehr und 45 Masse-% oder weniger, stärker bevorzugt 30 Masse-% oder mehr und 40 Masse-% oder weniger, und besonders bevorzugt 30 Masse-% oder mehr und 35 Masse-% oder weniger. Ist das Verhältnis der Masse des Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers kleiner als 30 Masse-%, können die feuerfesten Teilchen nicht ausreichend aneinander gebunden werden, und wenn das Verhältnis größer ist als 50 Masse-%, verringert sich mitunter die Porosität des porösen Körpers übermäßig.
Die Porosität des porösen Körpers, der die Trennwände bildet, beträgt 25% oder mehr und 70% oder weniger, bevorzugt 25% oder mehr und 55% oder weniger, und stärker bevorzugt 25% oder mehr und 32% oder weniger. Wird die Porosität auf diesen Wert eingestellt, erhöhen sich die Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit der Wabenstruktur und verringert sich die Höchsttemperatur der Wabenstruktur während der Regeneration des Filters. Der Wert der Porosität ist ein Wert, der mit einem Quecksilber-Porosimeter gemessen wird.
Das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des gesamten porösen Körpers beträgt bevorzugt 26 Masse-% oder mehr und 40 Masse-% oder weniger, stärker bevorzugt 26 Masse-% oder mehr und 35 Masse-% oder weniger, und besonders bevorzugt 26 Masse-% oder mehr und 30 Masse-% oder weniger. Gemäß einer solchen Beschaffenheit kann die Benetzbarkeit des Bindematerials gegenüber den feuerfesten Aggregaten verbessert und der Bindeansatzabschnitt dicker gemacht werden. Überdies kann ein bestimmter Grad an Wärmeleitfähigkeit erreicht werden, während die Wärmekapazität der Wabenstruktur vergrößert wird. Das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des gesamten porösen Körpers ist ein Wert, der durch die fluoreszierende quantitative Röntgenstrahlanalyse gemessen wird.
Die Wärmeleitfähigkeit der Wabenstruktur bei 800°C beträgt 5 W/(m·K) oder mehr und 28 W/(m·K) oder weniger, bevorzugt 10 W/(m·K) oder mehr und 28 W/(m·K) oder weniger, und besonders bevorzugt 20 W/(m·K) oder mehr und 28 W/(m·K) oder weniger. Ist die Wärmeleitfähigkeit der Wabenstruktur bei 800°C geringer als 5 W/(m·K), werden, wenn es in der Wabenstruktur zu einem lokalen Temperaturanstieg kommt, mitunter leicht Risse in der Wabenstruktur erzeugt. Wenn überdies die Wärmeleitfähigkeit der Wabenstruktur bei 800°C höher als 28 W/(m·K) ist, erhöht sich die Temperatur der Wabenstruktur nicht ausreichend und werden die PM während der Regeneration des Wabenfilters mitunter nicht verbrannt. Die Wärmeleitfähigkeit bei 800°C ist ein Wert, der durch ein Laserblitz-Verfahren gemessen wird.
Es ist gezeigt, dass bei den feuerfesten Aggregaten der Schmelzpunkt, der Sublimationspunkt und der Zersetzungspunkt bei atmosphärischem Druck 1300°C oder mehr betragen.
Beispiele für die feuerfesten Aggregate umfassen Siliciumcarbid und Siliciumnitrid, Siliciumcarbid ist jedoch besonders bevorzugt. Überdies beträgt der durchschnittliche Teilchendurchmesser der feuerfesten Aggregate bevorzugt 5 μm oder mehr und 20 μm oder weniger, stärker bevorzugt 10 μm oder mehr und 15 μm oder weniger, und besonders bevorzugt 10 μm oder mehr und 13 μm oder weniger. Ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser der feuerfesten Aggregate kleiner als 5 μm, wird mitunter die Porosität des porösen Körpers übermäßig gering, und ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser größer als 20 μm, erhöht sich die Porosität des porösen Körpers mitunter übermäßig. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser ist ein Wert, der durch Laserbeugungsmessung gemessen wird.
Das Oxidmaterial umfasst als Hauptkomponente bevorzugt ein Oxid, das mindestens ein metallisches Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al, Si und Mg, umfasst, oder ein Gemisch, das zwei oder mehr Arten von Oxiden umfasst. Überdies umfasst das Oxidmaterial stärker bevorzugt Cordierit und Mullit als die Hauptkomponenten und umfasst besonders bevorzugt Cordierit als die Hauptkomponente. Es sei angemerkt, dass „Hauptkomponente” bedeutet, dass das Verhältnis der Masse der Komponente zur Masse des Oxidmaterials 90 Masse-% oder mehr, bevorzugt 95 Masse-% oder mehr und stärker bevorzugt 98 Masse-% oder mehr beträgt.
Die Wärmekapazität der Wabenstruktur bei 800°C beträgt 2,5 J/(cm³·K) oder mehr, bevorzugt 2,5 J/(cm³·K) oder mehr und 3,5 J/(cm³·K) oder weniger und besonderes bevorzugt 2,5 J/(cm³·K) oder mehr und 3,0 J/(cm³·K) oder weniger. Ist die Wärmekapazität der Wabenstruktur bei 800°C kleiner als 2,5 J/(cm³·K), erreicht die Wabenstruktur die hohe Temperatur und wird mitunter während der Regeneration des Filters beschädigt. Wenn überdies die Wärmekapazität der Wabenstruktur bei 800°C größer ist als 3,5 J/(cm³·K), verringert sich die Temperatur der Wabenstruktur übermäßig und können die in der Wabenstruktur abgeschiedenen PM mitunter während der Regeneration des Filters nicht vollständig verbrannt werden (verbleiben unverbrannt). Die Wärmekapazität ist ein Wert, der mit dem Laserblitz-Verfahren gemessen wird.
Die Zelldichte des Wabenstrukturkörpers beträgt bevorzugt 10 Zellen/cm² oder mehr und 54 Zellen/cm² oder weniger, stärker bevorzugt 11 Zellen/cm² oder mehr und 48 Zellen/cm² oder weniger und besonders bevorzugt 12 Zellen/cm² oder mehr und 30 Zellen/cm² oder weniger. Die Zelldichte des Wabenstrukturkörpers ist die Anzahl von Zellen pro Flächeneinheit im Querschnitt des Wabenstrukturkörpers senkrecht zur Zellenverlaufsrichtung. Ist die Zelldichte zu gering, verschlechtert sich die PM-Auffangleistung, erhöht sich der anfängliche Druckabfall oder erhöht sich die Wärmeleitfähigkeit der Wabenstruktur mitunter übermäßig. Ist die Zelldichte zu hoch, werden PM in der Nähe einer Einlassendfläche eines Wabensubstrats abgeschieden und werden die Zellen mit den PM verschlossen. Daher erhöht sich mitunter der Druckabfall und wird außerdem mitunter die Wärmeleitfähigkeit der Wabenstruktur zu gering.
Der durchschnittliche Porendurchmesser der in dem porösen Körper, der die Trennwände bildet, ausgebildeten Poren beträgt bevorzugt 7 μm oder mehr und 30 μm oder weniger, stärker bevorzugt 8 μm oder mehr und 25 μm oder weniger und besonders bevorzugt 9 μm oder mehr und 20 μm oder weniger. Ist der durchschnittliche Porendurchmesser zu klein, erhöht sich mitunter der Druckabfall der Wabenstruktur. Ist der durchschnittliche Porendurchmesser zu groß, durchqueren die PM mitunter die Trennwände, ohne dass sie von den Trennwänden aufgefangen werden. Der durchschnittliche Porendurchmesser ist ein Wert, der mit dem Quecksilber-Porosimeter gemessen wird.
Die Dicke der Trennwände beträgt bevorzugt 50 μm oder mehr und 800 μm oder weniger, stärker bevorzugt 100 μm oder mehr und 560 μm oder weniger und besonders bevorzugt 125 μm oder mehr und 350 μm oder weniger. Ist die Dicke der Trennwände kleiner als 50 μm, verringert sich mitunter die Stabilität der Wabenstruktur, und ist die Dicke größer als 800 μm, erhöht sich mitunter der anfängliche Druckabfall. Die Dicke der Trennwände ist ein Wert, der mit einem Lichtmikroskop gemessen wird.
Für die Dicke der Umfangswand des Wabenstrukturkörpers gibt es keine spezielle Einschränkung, bevorzugt beträgt die Dicke aber 0,3 mm oder mehr und 3 mm oder weniger. Ist die Dicke kleiner als 0,3 mm, kommt es leicht zu einem Mangel an Zellen in der Nähe der Umfangswand, und mitunter verringert sich die Stabilität. Wenn überdies die Dicke größer ist als 3 mm, erhöht sich mitunter der Druckabfall. Überdies kann die Umfangswand des Wabenstrukturkörpers integral mit den Trennwänden des Wabenstrukturkörpers extrudiert werden, oder die Umfangswand kann durch Aufbringen eines Umfangsbeschichtungsmaterials hergestellt werden.
Für die Form des Wabenstrukturkörpers (nachstehend mitunter einfach als „die Schnittform des Wabenstrukturkörpers” bezeichnet) im Querschnitt des Wabenstrukturkörpers vertikal zur Zellenverlaufsrichtung gibt es keine spezielle Einschränkung. Die Form ist bevorzugt eine polygonale Form, wie eine dreieckige, eine viereckige, eine fünfeckige, eine sechseckige oder eine achteckige Form, eine Kreisform oder eine elliptische Form, und auch eine andere Zwischenform ist bevorzugt. Überdies gibt es keine spezielle Einschränkung für die Größe des Wabenstrukturkörpers, die Länge in der Zellenverlaufsrichtung beträgt bevorzugt jedoch 50 bis 400 mm. Liegt die Länge des Wabenstrukturkörpers in diesem Bereich, kann die Wabenstruktur ein Abgas mit hervorragender Auffangleistung behandeln, ohne den Druckabfall zu erhöhen. Ist die Länge kürzer als 50 mm, verschlechtert sich mitunter die Auffangleistung. Wenn überdies die Länge länger ist als 400 mm ist, ist eine Verbesserung der Auffangleistung kaum zu erwarten, und stattdessen erhöht sich mitunter der Druckabfall. Unter Berücksichtigung des Gleichgewichts zwischen der Auffangleistung und dem Druckabfall beträgt die Länge des Wabenstrukturkörpers stärker bevorzugt 100 bis 300 mm und besonders bevorzugt 120 bis 260 mm. Eine derartige Beschaffenheit ist wirkungsvoll, wenn die mehreren Wabenstrukturen hintereinander in einem Ummantelungselement angeordnet sind. Der Durchmesser der Unterseite des Wabenstrukturkörpers wird entsprechend des Motorhubraums oder der Motorleistung geeigneterweise aus dem obigen Bereich ausgewählt.
Bei der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform kann ein Katalysator wie ein Oxidationskatalysator zumindest auf einen Teil der Trennwände geladen werden. Im Speziellen wird der Katalysator bevorzugt auf die Trennwände des Wabenstrukturkörpers, die die Wabenstruktur bilden, geladen. Die Menge des zu ladenden Katalysators pro Volumeneinheit der Wabenstruktur beträgt bevorzugt 5 g/cm³ oder mehr und 200 g/cm³ oder weniger, stärker bevorzugt 5 g/cm³ oder mehr und 150 g/cm³ oder weniger und besonders bevorzugt 5 g/cm³ oder mehr und 120 g/cm³ oder weniger. Ist die Menge kleiner als 5 g/cm³, wird mitunter nur schwer eine katalytische Wirkung ausgeübt. Ist die Menge größer als 200 g/cm³, werden die Poren der Trennwände unter Erhöhung des Druckabfalls verschlossen, und mitunter verschlechtert sich der Fanggrad deutlich.
Wird der Katalysator auf die Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform geladen, umfasst der Katalysator bevorzugt einen oder mehrere, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem ternären Katalysator, einem SCR-Katalysator, einem NOx einschließenden Katalysator und dem Oxidationskatalysator. Der ternäre Katalysator reinigt hauptsächlich Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx). Ein Beispiel für den ternären Katalysator ist ein Katalysator, der Platin (Pt), Palladium (Pd) und Rhodium (Rh) umfasst. Der SCR-Katalysator reduziert selektiv die zu reinigenden Komponenten. Genauer gesagt, ist bei dem Waben-Katalysatorkörper der vorliegenden Ausführungsform der SCR-Katalysator bevorzugt ein selektiv NOx reduzierender SCR-Katalysator, der selektiv NOx in dem Abgas reduziert. Ein Beispiel für den selektiv NOx reduzierenden SCR-Katalysator ist geeigneterweise ein Katalysator, der NOx in dem Abgas durch selektive Reduktion reinigt. Überdies ist ein Beispiel für den SCR-Katalysator ein Metall-substituierter Zeolith. Beispiele für das Metall für den Metall-substituierten Zeolithen umfassen Eisen (Fe) und Kupfer (Cu). Ein Beispiel für den Zeolithen ist geeigneterweise ein beta-Zeolith. Überdies kann der SCR-Katalysator als eine Hauptkomponente mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Vanadium und Titandioxid, enthalten. Beispiele für den NOx einschließenden Katalysator umfassen ein Alkalimetall und/oder ein Erdalkalimetall. Beispiele für ein Alkalimetall umfassen Kalium, Natrium und Lithium. Ein Beispiel für das Erdalkalimetall ist Calcium. Ein Beispiel für den Oxidationskatalysator enthält ein Edelmetall. Im Speziellen enthält der Oxidationskatalysator bevorzugt mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Platin, Vanadium und Rhodium.
Die verschiedenen bisher als die in der einen Ausführungsform bevorzugt beschriebenen Beschaffenheiten sind auch bevorzugte Beschaffenheiten in einer anderen Ausführungsform und einer weiteren Ausführungsform, wie nachstehend beschrieben.
Als nächstes wird die andere Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform ist die Wabenstruktur 101, wie in 3 gezeigt. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die andere Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung, betrachtet von der Seite der Einlassendfläche, zeigt. In 3 sind Strukturelemente, die denen der Wabenstruktur der ersten Ausführungsform ähneln, mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet, und ihre Beschreibung wurde weggelassen.
Wie in 3 gezeigt, weist bei der Wabenstruktur 101 der anderen Ausführungsform ein Wabenstrukturkörper 9b mehrere säulenförmige Wabensegmente 15 auf, die jeweils eine Außenwand 16 aufweisen. Ferner umfasst die Wabenstruktur 101 den Wabenstrukturkörper 9b mit einer Segmentstruktur, bei der die mehreren Wabensegmente 15 über einen Bindungsabschnitt 17 verbunden sind, wenn die Wabensegmente 15 nebeneinander liegen, so dass ihre Seitenflächen einander zugewandt sind. Jedes der Wabensegmente 15 weist poröse Trennwände 7b, die einen porösen Körper umfassen, der mehrere Zellen 5b definiert, die von einer ersten Endfläche 1 zu einer zweiten Endfläche 3 verlaufen und zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden, und die Außenwand 16, die so angeordnet ist, dass sie die Trennwände 7b umgibt, auf. Der Bindungsabschnitt 17 ist so angeordnet, dass die Außenwände 16 der Wabensegmente 15, die nebeneinander angeordnet sind, miteinander verbunden sind. Der Bindungsabschnitt 17 kann als ein Puffer fungieren, der die in dem Wabenstrukturkörper 9b erzeugte thermische Beanspruchung dämpft. Bei der in 3 gezeigten Wabenstruktur 101 ist eine Umfangswand 10b am äußersten Umfang eines durch Verbinden der mehreren Wabensegmente 15 erhaltenen Verbundkörpers angeordnet. Bei der den Wabenstrukturkörper 9b mit der Segmentstruktur umfassenden Wabenstruktur 101 werden ein Abschnitt, in dem die Außenwände 16 der benachbarten Wabensegmente 15 miteinander in Kontakt kommen, und der Bindungsabschnitt 17 nicht als die Trennwände 7b betrachtet.
Der Bindungsabschnitt umfasst bevorzugt SiC-Teilchen und Aluminiumoxidfasern, was die Wärmekapazität der Wabenstruktur und auch die Wärmeleitfähigkeit zu einem gewissen Grad erhöht. Überdies kann ein Bindungsabschnitt mit einer Beschaffenheit ähnlich dem Bindungsabschnitt eines Wabenstrukturkörpers mit der bisher bekannten Segmentstruktur verwendet werden.
Als nächstes wird die weitere Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform ist die Wabenstruktur 102, wie in 4 gezeigt. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die weitere Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung, betrachtet von der Seite der Einlassendfläche, zeigt. In 4 sind Strukturelemente, die denen der Wabenstruktur der einen Ausführungsform ähneln, mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet, und ihre Beschreibung wurde mitunter weggelassen.
Wie in 4 gezeigt, können Verschlussabschnitte 19 an offenen Enden vorbestimmter Zellen 5A auf der Seite einer ersten Endfläche 1 und offenen Enden verbleibender Zellen 5B auf der Seite einer zweiten Endfläche 3 von mehreren Zellen 5 oder beispielsweise nur an den offenen Enden der vorbestimmten Zellen 5A von den mehreren Zellen 5 auf der Seite der ersten Endfläche 1 angeordnet sein. Werden Verschlussabschnitte 19 angeordnet, können möglicherweise die Wärmekapazität der Wabenstruktur 102 und ihre Wärmeleitfähigkeit weiter erhöht werden.
(2) Herstellungsverfahren der Wabenstruktur
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren für die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung beschrieben. Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur mit Segmentstruktur als ein Beispiel beschrieben, die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung ist aber nicht die Wabenstruktur mit Segmentstruktur beschränkt.
Zunächst werden Siliciumcarbidpulver, das zu den feuerfesten Aggregaten wird, ein Bindematerial-produzierendes Rohmaterialpulver, das durch Brennen zu einem Bindematerial wird, und ein Oxid eines Erdalkalimetalls als Sinterhilfsmittel unter Herstellung eines Formungsrohmaterials gemischt. Nach Bedarf können ferner ein Bindemittel, ein oberflächenaktives Mittel, ein Porenbildner, Wasser und dergleichen zugegeben werden. Es wird ein Beispiel beschrieben, wo Siliciumcarbidpulver als die feuerfesten Aggregate verwendet wird, es kann aber auch Siliciumnitridpulver oder dergleichen verwendet werden. Ein Beispiel für das Bindematerial-produzierende Rohmaterialpulver ist Pulver, das durch Brennen „das Cordierit und metallisches Si umfassende Bindematerial” produziert. Beispiele für das Pulver umfassen gemischte Pulver aus Cordieritpulver und metallischem Si-Pulver, gemischtes Pulver aus Cordieritpulver und Pulver, das durch Brennen metallisches Si produziert, gemischtes Pulver aus cordieritbildendem Rohmaterialpulver und dem metallischen Si-Pulver und gemischtes Pulver aus dem cordieritbildenden Rohmaterialpulver und dem Pulver, das durch Brennen metallisches Si produziert. Das cordieritbildende Rohmaterial ist ein Rohmaterial, das durch Brennen Cordieritkristalle produziert, und ein Beispiel für das cordieritbildende Rohmaterial ist ein gemischtes Pulver, umfassend 35,9 Masse-% Talk, 44,3 Masse-% Aluminiumhydroxid und 19,8 Masse-% Siliciumdioxidpulver. Überdies kann anstelle des Bindematerial-produzierenden Rohmaterials das cordieritbildende Rohmaterial verwendet werden. Das cordieritbildende Rohmaterial ist das Rohmaterial, das durch Brennen Cordieritkristalle produziert.
Das Oxid des Erdalkalimetalls als das Sinterhilfsmittel ist bevorzugt ein Oxid, umfassend mindestens ein metallisches Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ca, Sr und Ba, oder umfasst bevorzugt ein Gemisch, das zwei oder mehr Arten der Oxide umfasst.
Beispiele für das dem Formungsrohmaterial zuzugebende Bindemittel umfassen organische Bindemittel wie Methylcellulose, Hydroxypropoxylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose und Polyvinylalkohol. Von diesen Bindemitteln werden Methylcellulose und Hydroxypropoxylcellulose bevorzugt zusammen verwendet, da eine geeignete Formerhaltbarkeit erhalten werden kann. Die Menge an Bindemittel, das dem Formungsrohmaterial zuzugeben ist, beträgt bevorzugt 2 Masse-% oder mehr und 10 Masse-% oder weniger.
Als das dem Formungsrohmaterial zuzugebende oberflächenaktive Mittel können Ethylenglycol, Dextrin, Fettsäureseife, Polyalkohol oder dergleichen verwendet werden. Es kann nur eines dieser oberflächenaktiven Mittel verwendet werden, oder es kann eine Kombination aus zwei oder mehr von ihnen verwendet werden. Das Verhältnis der Menge des zuzugebenden oberflächenaktiven Mittels zu dem gesamten Formungsrohmaterial beträgt bevorzugt 2 Masse-% oder weniger.
Für den Porenbildner gibt es keine besondere Einschränkung, solange ein Abschnitt, in dem der Porenbildner vor dem Brennen vorlag, nach dem Brennen durch Verbrennen zu den Poren wird, und Beispiele für den Porenbildner umfassen Graphit, Stärke, ein verschäumbares Harz, ein Wasser aufnehmendes Harz und Kieselgel. Das Verhältnis der Menge an zuzugebendem Porenbildner zu dem gesamten Formungsrohmaterial beträgt bevorzugt 10 Masse-% oder weniger. Überdies beträgt der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Porenbildners bevorzugt 10 μm oder mehr und 30 μm oder weniger. Ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Porenbildners kleiner als 10 μm, werden in der gebrannten Wabenstruktur mitunter nicht ausreichend Poren gebildet, und ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser größer als 30 μm, wird mitunter die Extrusionsdüse mit dem Formungsrohmaterial verstopft, wenn das Formungsrohmaterial durch Extrusion oder dergleichen zu einem Wabenformkörper geformt wird. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Porenbildners ist ein Wert, der durch Laserbeugungsmessung gemessen wird. Es sei angemerkt, dass, wenn der Porenbildner ein Wasser aufnehmendes Harz ist, der durchschnittliche Teilchendurchmesser ein Wert ist, der erhalten wird, nachdem das Wasser aufnehmende Harz ausreichend Wasser aufgenommen hat.
Als nächstes wird das Formungsrohmaterial unter Erhalt eines gekneteten Materials geknetet. Für das Verfahren des Knetens des Formungsrohmaterials zum Erhalt des gekneteten Materials gibt es keine besondere Einschränkung, und es kann zum Beispiel eine Knetmaschine, ein Vakuum-Tonkneter oder dergleichen verwendet werden. Die Menge an dem Formungsrohmaterial zuzugebendem Wasser wird geeigneterweise so reguliert, dass das geknetete Material, welches das Formungsrohmaterial ist, eine derartige Knetmaterialhärte aufweist, dass es leicht geformt werden kann, das Verhältnis der Menge zum gesamten Formungsrohmaterial beträgt bevorzugt jedoch 20 Masse-% oder mehr und 80 Masse-% oder weniger.
Ferner wird das geknetete Material unter Erhalt eines Wabensegmentformkörpers extrudiert. Bei der Extrusion wird bevorzugt eine Düse verwendet, die so ausgelegt ist, dass sie zum Beispiel die gewünschte Wabensegmentform, Zellenform, Trennwanddicke und Zelldichte aufweist. Das Material der Düse ist bevorzugt ein Sinterhartmetall, das sich nicht zu leicht abnutzt. Der Wabensegmentformkörper wird nach dem Brennen das Wabensegment. Die Dicke, die Zelldichte und dergleichen der Trennwände des Wabensegmentformkörpers können entsprechend der Struktur des herzustellenden Wabensegments unter Berücksichtigung der Schrumpfung des Wabensegmentformkörpers, die beim Trocknen und Brennen des Wabensegmentformkörpers auftritt, geeignet bestimmt werden.
Als nächstes wird der erhaltene Wabensegmentformkörper vor dem Brennen bevorzugt getrocknet. Für das Trocknungsverfahren gibt es keine besondere Einschränkung, und Beispiele für das Verfahren umfassen Heizsysteme mit elektromagnetischen Wellen, wie Mikrowellenwärmetrocknung und Hochfrequenzinduktionswärmetrocknung, und externe Heizsysteme wie Heißlufttrocknen und Heißdampftrocknung. Bei diesen Systemen wird bevorzugt eine vorbestimmte Menge Wasser durch das Heizsystem mit elektromagnetischen Wellen entfernt, und dann wird das restliche Wasser durch das externe Heizsystem entfernt, da der gesamte Wabensegmentformkörper schnell und gleichmäßig getrocknet werden kann, so dass keine Risse und dergleichen gezeugt werden. Als Trocknungsbedingungen werden bevorzugt 30 bis 99 Masse-% Wasser bezüglich der Menge Wasser, bevor der Wabensegmentformkörper getrocknet wird, mit dem Heizsystem mit elektromagnetischen Wellen entfernt, und dann wird die Menge an Wasser mit dem externen Heizsystem auf 3 Masse-% oder weniger verringert. Als das Heizsystem mit elektromagnetischen Wellen ist die Induktionswärmetrocknung bevorzugt, und als das externe Heizsystem ist die Heißlufttrocknung bevorzugt.
Als nächstes werden, wenn die Länge des Wabensegmentformkörpers in der Zellenverlaufsrichtung länger ist als die gewünschte Länge, beide Endflächen (beide Endabschnitte) des Wabensegmentformkörpers unter Erhalt der gewünschten Länge bevorzugt geschnitten. Für das Schneideverfahren gibt es keine besondere Einschränkung, und ein Beispiel für das Verfahren ist ein Verfahren, bei dem eine Kreissägen-Schneidemaschine oder dergleichen verwendet wird.
Als nächstes wird der Wabensegmentformkörper zur Herstellung des Wabensegments gebrannt. Der Wabensegmentformkörper wird zum Entfernen des Bindemittels und dergleichen bevorzugt kalziniert, bevor das Brennen durchgeführt wird. Die Kalzinierung wird bevorzugt bei 200°C oder mehr und 600°C oder weniger unter Luftatmosphäre für 0,5 bis 20 Stunden durchgeführt. Das Brennen wird bevorzugt bei 1.400°C oder mehr und 1.460°C oder weniger unter einer nicht oxidierenden Atmosphäre wie Stickstoff, Argon oder dergleichen (der Sauerstoffpartialdruck beträgt 10^–4 atmosphärischer Druck oder weniger) unter normalem Druck für 1 bis 20 Stunden durchgeführt. Überdies kann nach dem Brennen eine Oxidationsbehandlung bei 1.100°C oder mehr und 1.400°C oder weniger unter Luftatmosphäre (es kann Dampf enthalten sein) für 1 bis 20 Stunden durchgeführt werden, um die Haltbarkeit des Wabensegments zu verbessern. Es sei angemerkt, dass die Kalzinierung, das Brennen und die Oxidationsbehandlung zum Beispiel unter Verwendung eines Elektroofens oder eines Gasofens durchgeführt werden können.
Hier werden bei der Herstellung der die Verschlussabschnitte umfassenden Wabenstruktur die Verschlussabschnitte in dem erhaltenen Wabensegment gebildet. Das heißt, es wird unter Herstellung der Verschlussabschnitte ein Verschlussmaterial in offene Enden vorbestimmter Zellen von mehreren Zellen in einer ersten Endfläche von jedem erhaltenen Wabensegment und offene Enden der verbleibenden Zellen in einer zweiten Endfläche geladen. Wird das Verschlussmaterial in das Wabensegment geladen, wird das Verschlussmaterial zunächst von der Seite einer Endfläche (z. B. der ersten Endfläche) des Wabensegments in die vorbestimmten Zellen geladen. Danach wird das Verschlussmaterial von der Seite der anderen Endfläche (z. B. der zweiten Endfläche) in die Zellen, die in der einen Endfläche nicht verschlossen sind, geladen. Ein Beispiel für ein Verfahren zum Laden des Verschlussmaterials ist ein Verfahren mit einem Abdeckschritt und einem Einpressschritt, wie nachstehend beschrieben.
Der Abdeckschritt ist ein Schritt des Aufbringens einer Schicht auf die eine Endfläche (z. B. die erste Endfläche) des Wabensegments und Erzeugen von Löchern an Stellen, die „die Zellen, in denen die Verschlussabschnitte gebildet werden sollen,” überlagern, in der Schicht. Der Einpressschritt ist ein Schritt des Pressens „eines Endabschnitts des Wabensegments, auf das die Schicht aufgebracht wird,” in einen Behälter, in dem das Verschlussmaterial gelagert wird, wodurch das Verschlussmaterial unter Druck in die Zellen des Wabensegments geladen wird. Beim Laden des Verschlussmaterials unter Druck in die Zellen des Wabensegments durchläuft das Verschlussmaterial die in der Schicht erzeugten Löcher und wird so nur in die Zellen geladen, die mit den in der Schicht erzeugten Löchern verbunden sind. Ein Verfahren zum Füllen des Verschlussmaterials in die Zellen von der anderen Endfläche (z. B. der zweiten Endfläche) des Wabensegments aus ist bevorzugt ein Verfahren ähnlich dem oben erwähnten Verfahren zum Füllen des Verschlussmaterials in die Zellen von der einen Endfläche des Wabensegments aus. Überdies kann das Verschlussmaterial gleichzeitig in beide Endflächen des Wabensegments geladen werden.
Als nächstes wird das in die Zellen des Wabensegments geladene Verschlussmaterial unter Bildung der Verschlussabschnitte bevorzugt getrocknet, wobei ein verschlossenes Wabensegment erhalten wird. Überdies kann das Verschlussmaterial getrocknet und dann gebrannt werden, um das Verschlussmaterial fester am Wabensegment zu fixieren. Überdies kann das Verschlussmaterial in den Wabensegmentformkörper vor dem Trocknen oder in den Wabensegmentformkörper nach dem Trocknen geladen werden, und das Verschlussmaterial kann zusammen mit dem Wabensegmentformkörper vor dem Trocknen oder dem Wabensegmentformkörper nach dem Trocknen gebrannt werden.
Als nächstes werden die jeweils erhaltenen Wabensegmente mit einem Bindematerial verbunden, so dass der Verbundkörper der Wabensegmente erhalten werden kann. Es können die Verschlussabschnitte in den Wabensegmenten ausgebildet werden oder nicht. Ein Beispiel für das Bindematerial, das zu dem Bindungsabschnitt wird, ist eine Aufschlämmung, erhalten durch Zugabe eines Additivs wie eines organischen Bindemittels, eines verschäumbaren Harzes oder eines Dispergiermittels zu einem anorganischen Material wie anorganischen Fasern, kolloidalem Siliciumdioxid, Ton oder Siliciumcarbidteilchen und ferner Zugabe von Wasser hierzu, gefolgt von Kneten.
Als nächstes wird der Umfangsabschnitt des erhaltenen Wabensegment-Verbundkörpers unter Erhalt der gewünschten Form bevorzugt geschliffen. Überdies werden die Wabensegmente verbunden, der Umfangsabschnitt des Wabensegment-Verbundkörpers wird geschliffen, und dann wird bevorzugt unter Verwendung eines Umfangsumhüllungsmaterials die Umfangswand in dem Umfangsabschnitt angeordnet. Das Anordnen einer solchen Umfangswand hat beispielsweise den Vorteil, dass die Außenformtoleranz der Wabenstruktur kleiner gemacht werden kann. Als das Umfangsumhüllungsmaterial kann dieselbe Aufschlämmung wie die Aufschlämmung, die als das Bindematerial hergestellt wurde, verwendet werden, oder es kann eine andere Aufschlämmung verwendet werden. So kann die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, das Herstellungsverfahren der Wabenstruktur ist jedoch nicht auf das oben erwähnte Herstellungsverfahren beschränkt.
(Beispiele)
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung basierend auf Beispielen im Speziellen beschrieben, die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf diese Beispiele beschränkt.
(Beispiel 1)
Als feuerfeste Aggregate wurden Siliciumcarbidpulver (SiC-Pulver), metallisches Si-Pulver und Oxid produzierendes Rohmaterialpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 14 μm und einer spezifischen Oberfläche von 4000 cm²/cm³ in einem Masseverhältnis von 59:14:27 unter Erhalt eines „gemischten Pulvers” gemischt. Als das Oxid produzierende Rohmaterialpulver wurde ein Pulver, enthaltend 45,1 Vol.-% Talk, 32,8 Vol.-% Kaolin und 22,1 Vol.-% Aluminiumhydroxid, verwendet. Ferner wurden dem obigen „gemischten Pulver” Hydroxypropylmethylcellulose als Bindemittel und Stärke und ein Wasser aufnehmendes Harz als Porenbildner zugegeben, und außerdem wurde Wasser zugegeben, wodurch ein Formungsrohmaterial erhalten wurde. Der Gehalt des Bindemittels betrug 7 Masseteile, der Gehalt des Porenbildners betrug 3 Masseteile, und der Gehalt an Wasser betrug 70 Masseteile, wenn der Gehalt des gemischten Pulvers 100 Masseteile betrug. Überdies betrug der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Porenbildners 15 μm. Überdies betrug der durchschnittliche Teilchendurchmesser von Talk eines Oxid produzierenden Rohmaterials 3 μm, der durchschnittliche Teilchendurchmesser von Kaolin betrug 1 μm, und der durchschnittliche Teilchendurchmesser von Aluminiumhydroxid betrug 0,2 μm. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser ist ein Wert, der durch Laserbeugungsmessung gemessen wird, bei der SALD3100, hergestellt von der Shimadzu Corporation, verwendet wird, und die spezifische Oberfläche ist ein Wert, der durch ein BET-Verfahren gemessen wird, in dem Tristar II3020, hergestellt von Shimadzu Corporation, verwendet wird.
Als nächstes wurde das geknetete Material unter Verwendung einer vorbestimmten Düse unter Erhalt von 16 Wabensegmentformkörpern, in denen die Zellenform viereckig war, die Gesamtform eine viereckige prismatische Säule war, die Trennwanddicke 0,3 mm betrug und die Zelldichte 46,5 Zellen/cm² betrug, extrudiert. Als nächstes wurde bei jedem erhaltenen Wabensegment unter Bildung von Verschlussabschnitten ein Verschlussmaterial in offene Enden vorbestimmter Zellen in einer ersten Endfläche und offene Enden der verbleibenden Zellen in einer zweiten Endfläche geladen.
Als nächstes wurde jeder Wabensegmentformkörper durch Induktionstrocknung getrocknet und weiter mit einem Heißlufttrockner vollständig getrocknet, und danach wurden beide Endflächen des Wabensegmentformkörpers zur Herstellung des Wabensegmentformkörpers auf vorbestimmte Maße zugeschnitten. Ferner wurde der Wabensegmentformkörper bei 1410 bis 1440°C fünf Stunden gebrannt. Was den erhaltenen Wabensegmentformkörper betrifft, wurde die Porosität (%) der Trennwände mit einem Quecksilber-Porosimeter (Modell Nr.: IV9500), hergestellt von der Shimadzu Corporation, gemessen.
Als nächstes wurden die 16 Wabensegmente mit einem Bindematerial verbunden, ein Umfangsabschnitt des so erhaltenen Wabensegment-Verbundkörpers wurde geschliffen, und dann wurde unter Verwendung eines Umfangsumhüllungsmaterials eine Umfangswand an dem Umfangsabschnitt angeordnet. In dem Umfangsumhüllungsmaterial und dem Bindematerial wurde eine Aufschlämmung, enthaltend 10 Masse-% SiC-Teilchen, 10 Masse-% Aluminiumoxidfasern und 10 Masse-% kolloidales Siliciumdioxid, verwendet.
Der Wabenstrukturkörper der erhaltenen Wabenstruktur hatte eine Säulenform, bei der der Durchmesser (Außendurchmesser) eines Querschnitts des Wabenstrukturkörpers vertikal zur Zellenverlaufsrichtung 143,7 mm und die Länge des Wabenstrukturkörpers in der Zellenverlaufsrichtung 152 mm betrugen. Die Trennwanddicke betrug 300 μm, und die Zelldichte betrug 46,5 Zellen/cm². Die Zellen waren viereckig.
Was die erhaltene Wabenstruktur betrifft, wurden durch quantitative Röntgenfluoreszenzanalyse das Verhältnis der Masse von metallischem Si zur Masse von Siliciumcarbid und metallischem Si, das Verhältnis der Masse eines Oxids zur Masse eines Oxidmaterials und Siliciumcarbid, das Verhältnis der Masse von Siliciumcarbid zur Masse des gesamten porösen Körpers, das Verhältnis der Masse von metallischem Si zur Masse des gesamten porösen Körpers, das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des gesamten porösen Körpers, das Verhältnis der Masse eines Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers und das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials gemessen.
Tabelle 1 zeigt die Porosität (%) der Trennwände, das Verhältnis der Masse von metallischem Si zur Masse des Siliciumcarbids und metallischem Si, das Verhältnis der Masse des Oxids zur Masse des Oxidmaterials und Siliciumcarbid, das Verhältnis der Masse von Siliciumcarbid zur Masse des gesamten porösen Körpers, das Verhältnis der Masse von metallischem Si zur Masse des gesamten porösen Körpers, das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des gesamten porösen Körpers, das Verhältnis der Masse des Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers und das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials. Es sei angemerkt, dass Tabelle 1 folgendes zeigt. Das Verhältnis der Masse von metallischem Si zur Masse von Siliciumcarbid und metallischem Si ist als „Si (Masse-%) in (Si + SiC)” gezeigt. Das Verhältnis der Masse des Oxids zur Masse des Oxidmaterials und von Siliciumcarbid ist als „Oxid (Masse-%) in (Oxid + SiC)” gezeigt. Das Verhältnis der Masse von Siliciumcarbid zur Masse des gesamten porösen Körpers ist als „SiC (Masse-%) in porösem Körper” gezeigt. Das Verhältnis der Masse von metallischem Si zur Masse des gesamten porösen Körpers ist als „Si (Masse-%) in porösem Körper” gezeigt. Das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des gesamten porösen Körpers ist als „Oxid (Masse-%) in porösem Körper” gezeigt. Das Verhältnis der Masse des Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers ist als „Bindematerial (Masse-%) in porösem Körper” gezeigt. Das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials ist als „Oxid (Masse-%) in Bindematerial” gezeigt.
[TABELLE 1]

Was die erhaltene Wabenstruktur betrifft, wurden „die Wärmekapazität [J/(cm³·K)] bei 800°C” und „die Wärmeleitfähigkeit [W/(m·K)] bei 800°C” durch die folgenden Verfahren gemessen. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse. Im Speziellen wurden die Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit bei 800°C mit einer Thermalkonstanten-Messvorrichtung (Modell Nr.: TC1200RH), hergestellt von ULVAC Co., in einem Laserblitz-Verfahren gemessen. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse. Tabelle 2 zeigt „die Wärmekapazität bei 800°C” und „die Wärmeleitfähigkeit bei 800°C” als „Wärmekapazität [J/(cm³·K)]” bzw. ”Wärmeleitfähigkeit [W/(m·K)]”. [Tabelle 2]

	Wärmekapazität [J(cm³·K)]	Wärmeleitfähigkeit [W/(m·K)]	max. Temp. (°C) <Brenner>	max. Temp. (°C) <Motor>	Druckabfall (kPa)	allgemeine Bewertung
Vergleichsbeispiel 1	2,21	5,1	0	0	15	Ausfall
Beispiel 1	2,58	6,3	–150	–130	10	gut
Beispiel 2	2,54	7,0	–110	–96,0	10	bestanden
Beispiel 3	2,53	7,6	–160	–139	10	gut
Vergleichsbeispiel 2	2,28	12,3	-	–25,0	11	Ausfall
Vergleichsbeispiel 3	2,68	6,0	-	–60,0	12	Ausfall
Vergleichsbeispiel 4	2,55	7,7	0	0,0	17	Ausfall
Vergleichsbeispiel 5	2,2	3,5	50	50,0	10	Ausfall
Vergleichsbeispiel 6	2,3	4,9	–70	–70,0	10	bestanden
Beispiel 4	2,5	7	–90	–85,0	15	bestanden
Vergleichsbeispiel 7	2,2	4,9	–10	0,0	17	Ausfall
Beispiel 5	2,55	7,7	–100	–105,0	10	bestanden
Vergleichsbeispiel 8	2,55	3,8	–20	–10,0	18	Ausfall
Vergleichsbeispiel 9	2,5	3,5	0	0	18	Ausfall
Vergleichsbeispiel 10	2,45	7	–100	–90	10	bestanden
Vergleichsbeispiel 11	2,44	7	–150	–130	10	gut
Vergleichsbeispiel 12	2,3	3,8	–10	–20	15	Ausfall

(Messung der Höchsttemperatur T_max der Wabenstruktur während der PM-Verbrennung)
Was die erhaltene Wabenstruktur betrifft, wurde überdies die Höchsttemperatur T_max der Wabenstruktur während der PM-Verbrennung durch die folgenden zwei Verfahren gemessen. In dem ersten Verfahren konnte ein PM enthaltendes Leichtölbrenner-Abgas strömen, und dabei wurden 8 g der PM pro Liter eines Volumens der Wabenstruktur abgeschieden. Als nächstes wurde die Wabenstruktur, in der die PM abgeschieden waren, in einer Brenner-Testvorrichtung platziert, in der Propan als Brennstoff verwendet wurde, und die PM wurden verbrannt. Ferner wurde die Höchsttemperatur T_max der Wabenstruktur während der PM-Verbrennung mit einem Mantelthermoelement vom K-Typ gemessen. Überdies konnte in dem zweiten Verfahren ein PM enthaltendes Dieselmotor-Abgas strömen, und dabei wurden 8 g der PM pro Liter des Volumens der Wabenstruktur abgeschieden. Als nächstes wurde die Wabenstruktur, in der die PM abgeschieden waren, in einer Motor-Testvorrichtung mit dem im Folgenden beschriebenen Aufbau platziert, und die PM wurden verbrannt. In der Motor-Testvorrichtung wurden die PM unter Nutzung des aus dem Motor ausgestoßenen Abgases bei einer Temperatur von 650°C verbrannt, wodurch die Wabenstruktur erzeugt wurde. Ferner wurde die Höchsttemperatur T_max der Wabenstruktur während der PM-Verbrennung mit dem Mantelthermoelement vom K-Typ gemessen. Tabelle 2 zeigt die Messergebnisse. Es sei angemerkt, dass der Wert der Höchsttemperatur T_max, ein absoluter Wert, nicht gezeigt ist, jedoch eine Temperaturdifferenz aus einer Höchsttemperatur T_max von Vergleichsbeispiel 1 basierend auf dem nachstehend erwähnten Vergleichsbeispiel 1 gezeigt ist. Wenn beispielsweise die Spalte T_max eines Beispiels „–150” zeigt, bedeutet dies, dass der Wert T_max um 150°C geringer ist als der Wert T_max von Vergleichsbeispiel 1. Wenn ferner die Spalte T_max eines anderen Beispiels „50” zeigt, bedeutet dies, dass der Wert T_max um 50°C höher ist als der Wert T_max von Vergleichsbeispiel 1. Überdies wird der Wert T_max von Vergleichsbeispiel 1 als Referenz verwendet, und daher ist der Wert T_max von Vergleichsbeispiel 1 als „0” gezeigt. Ferner ist, was ein Beispiel betrifft, wo der Wert T_max derselbe ist wie der Wert T_max von Vergleichsbeispiel 1, auch „0” gezeigt. Es sei angemerkt, dass Tabelle 2 „die Höchsttemperatur T_max der Wabenstruktur während der PM-Verbrennung, die durch das erste Verfahren gemessen wurde” als „max. Temp. (°C) <Brenner>” zeigt. Überdies zeigt die Tabelle „die Höchsttemperatur T_max der Wabenstruktur während der PM-Verbrennung, die durch das zweite Verfahren gemessen wurde” als „max. Temp. (°C) <Motor>”. Nachstehend wird „das Messergebnis für die Höchsttemperatur T_max der Wabenstruktur während der PM-Verbrennung durch das erste Verfahren” mitunter einfach als „Messergebnis durch das erste Verfahren” bezeichnet. Überdies wird „das Messergebnis für die Höchsttemperatur T_max der Wabenstruktur während der PM-Verbrennung durch das zweite Verfahren” mitunter einfach als „Messergebnis durch das zweite Verfahren” bezeichnet.
(Messung Druckabfall)
Ein aus einem Dieselmotor ausgestoßenes Abgas (3,0 Liter, Common-Rail-Direkteinspritzung und sechs Luftzylinder in Reihe) konnte in der Wabenstruktur zum Auffangen von PM durch die Trennwände der Wabenstruktur strömen, so dass die Menge der abgeschiedenen PM zum Volumen der Wabenstruktur 4 g/l betrug. Ferner konnte, wenn die Menge der abzuscheidenden PM 4 g/l erreichte, das Motorabgas bei 200°C im Inneren mit einer Fließgeschwindigkeit von 3,0 Nm³/min zum Messen der Drücke der Wabenstruktur auf der Seite einer Einlassendfläche und auf der Seite einer Auslassendfläche strömen, und die Differenz zwischen den Drücken wurde unter Erhalt des Druckabfalls (kPa) berechnet. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse.
(Allgemeine Bewertung)
Es wurde eine allgemeine Bewertung aus einem Messergebnis durch das erste Verfahren und einem Messergebnis durch das zweite Verfahren gemäß den folgenden Bewertungsstandards vorgenommen, um zu beurteilen, ob jedes Ergebnis gut, bestanden oder Ausfall war. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse.
Bewertung „gut”: Wenn das Messergebnis durch das erste Verfahren „–150” oder weniger beträgt und das Messergebnis durch das zweite Verfahren „–130” oder weniger beträgt, wird beurteilt, dass das Bewertungsergebnis „gut” ist.
Bewertung „bestanden”: Wenn das Messergebnis durch das erste Verfahren „–70” oder weniger beträgt und das Messergebnis durch das zweite Verfahren „–70” oder weniger beträgt, wird beurteilt, dass das Bewertungsergebnis „bestanden” ist.
Bewertung „Ausfall”: Wenn das Messergebnis durch das erste Verfahren nicht messbar ist, wenn das Messergebnis durch das erste Verfahren „–60” oder mehr beträgt, oder wenn das Messergebnis durch das zweite Verfahren „–60” oder mehr beträgt, wird beurteilt, dass das Bewertungsergebnis „Ausfall” ist.
(Beispiel 2)
Zur Herstellung einer Wabenstruktur wurde die Vorgehensweise von Beispiel 1 wiederholt, außer dass das „gemischte Pulver” durch Mischen von Siliciumcarbidpulver (SiC-Pulver), metallischem Si und Oxid produzierendem Rohmaterialpulver in einem Masseverhältnis von 59:20:21 erhalten wurde.
(Beispiel 3)
Zur Herstellung einer Wabenstruktur wurde die Vorgehensweise von Beispiel 1 wiederholt, außer dass das „gemischte Pulver” durch Mischen von Siliciumcarbidpulver (SiC-Pulver), metallischem Si und Oxid produzierendem Rohmaterialpulver in einem Masseverhältnis von 56:26:18 erhalten wurde.
(Vergleichsbeispiel 1)
Zur Herstellung einer Wabenstruktur wurde die Vorgehensweise von Beispiel 1 wiederholt, außer dass das „gemischte Pulver” durch Mischen von Siliciumcarbidpulver (SiC-Pulver) und metallischem Si in einem Masseverhältnis von 73,3:25 erhalten wurde. Überdies wurde in Vergleichsbeispiel 1 das „gemischte Pulver” so hergestellt, dass kein Oxid produzierendes Rohmaterialpulver enthalten war, jedoch beim Brennen der Wabenstruktur ein Oxid produziert wurde und daher das Bindematerial ein Oxidmaterial enthielt.
(Vergleichsbeispiel 2)
Zur Herstellung einer Wabenstruktur wurde die Vorgehensweise von Beispiel 1 wiederholt, außer dass das „gemischte Pulver” durch Mischen von Siliciumcarbidpulver (SiC-Pulver), metallischem Si und Oxid produzierendem Rohmaterialpulver in einem Masseverhältnis von 42:12:53,7 erhalten wurde. Bei der Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 2 wurden, wenn die Höchsttemperatur T_max der Wabenstruktur während der PM-Verbrennung durch das erste Verfahren gemessen wurde, während der Messung Risse erzeugt, und daher konnte die Höchsttemperatur T_max nicht gemessen werden.
(Vergleichsbeispiel 3)
Zur Herstellung einer Wabenstruktur wurde die Vorgehensweise von Beispiel 1 wiederholt, außer dass das „gemischte Pulver” durch Mischen von Siliciumcarbidpulver (SiC-Pulver), metallischem Si und Oxid produzierendem Rohmaterialpulver in einem Masseverhältnis von 31:24:56,7 erhalten wurde. Bei der Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 3 wurden, wenn die Höchsttemperatur T_max der Wabenstruktur während der PM-Verbrennung durch das erste Verfahren gemessen wurde, während der Messung Risse erzeugt, und daher konnte die Höchsttemperatur T_max nicht gemessen werden. Überdies wurde in Vergleichsbeispiel 3 das „gemischte Pulver” so hergestellt, dass kein metallisches Silicium enthalten war, jedoch beim Brennen der Wabenstruktur metallisches Si produziert wurde und daher das Bindematerial metallisches Si enthielt.
(Ergebnis 1)
Wie in Tabelle 2 gezeigt, konnten die Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 3 bei der Bewertung des Messergebnisses durch das erste Verfahren und des Messergebnisses durch das zweite Verfahren geeignete Ergebnisse erzielen.
Bei der Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 1 war das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials kleiner als 30 Masse-%, und daher waren sowohl die Wärmekapazität als auch die Wärmeleitfähigkeit der Wabenstruktur gering. Folglich waren das Messergebnis durch das erste Verfahren und das Messergebnis durch das zweite Verfahren nicht geeignet, und daher war das Ergebnis der allgemeinen Bewertung Ausfall.
Bei der Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 2 war das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials kleiner als 30 Masse-%, und daher war die Wärmekapazität der Wabenstruktur gering. Folglich waren das Messergebnis durch das erste Verfahren und das Messergebnis durch das zweite Verfahren nicht geeignet, und daher war das Ergebnis der allgemeinen Bewertung Ausfall.
Bei der Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 3 war das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials größer als 80 Masse-%, und daher war die Wärmeleitfähigkeit der Wabenstruktur gering. Folglich waren das Messergebnis durch das erste Verfahren und das Messergebnis durch das zweite Verfahren nicht geeignet, und daher war das Ergebnis der allgemeinen Bewertung Ausfall.
Überdies wurden das Verhältnis der Masse des Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers bzw. das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials auf vorbestimmte Werte eingestellt, und es wurden Wabenstrukturen hergestellt, die sich lediglich hinsichtlich der Porosität des porösen Körpers, der die Trennwände bildet, unterschieden. Diese Wabenstrukturen werden in Beispiel 4, Vergleichsbeispiel 4, Vergleichsbeispiel 5 und Vergleichsbeispiel 6 wie folgt beschrieben. Was die Wabenstrukturen von Beispiel 4, Vergleichsbeispiel 4, Vergleichsbeispiel 5 und Vergleichsbeispiel 6 betrifft, wurden auch die Messung durch das erste Verfahren, die Messung durch das zweite Verfahren und die Messung des Druckabfalls vorgenommen. Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigen die Ergebnisse auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1.
(Beispiel 4, Vergleichsbeispiel 4, Vergleichsbeispiel 5 und Vergleichsbeispiel 6)
Zur Herstellung von Wabenstrukturen wurde die Vorgehensweise von Beispiel 1 wiederholt, außer dass das „gemischte Pulver” so hergestellt wurde, dass die in Tabelle 1 gezeigte Beschaffenheit erhalten wurde, und ein Formungsrohmaterial durch geeignetes Zugeben von Hydroxypropylmethylcellulose als Bindemittel und Stärke und einem Wasser aufnehmenden Harz als Porenbildner und ebenso geeignetes Zugeben von Wasser zu dem „gemischten Pulver” erhalten wurde.
(Ergebnis 2)
Bei der Wabenstruktur von Beispiel 4 betrug die Porosität des porösen Körpers, der die Trennwände bildet, 25% oder mehr und 70% oder weniger, daher waren sowohl die Wärmekapazität als auch die Wärmeleitfähigkeit hoch, und geeignete Ergebnisse konnten sowohl beim Messergebnis durch das erste Verfahren als auch beim Messergebnis durch das zweite Verfahren erzielt werden. Andererseits war bei der Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 4 die Porosität des porösen Körpers, der die Trennwände bildet, geringer als 25%, und daher war die Wärmeleitfähigkeit hoch. Überdies war bei der Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 5 die Porosität des porösen Körpers, der die Trennwände bildet, größer als 70%, und daher war die Wärmeleitfähigkeit gering. Bei den Wabenstrukturen von Vergleichsbeispiel 4 und Vergleichsbeispiel 5 waren das Messergebnis durch das erste Verfahren und das Messergebnis durch das zweite Verfahren nicht geeignet, und das Ergebnis der allgemeinen Bewertung war Ausfall.
Überdies wurden die Porosität des porösen Körpers, der die Trennwände bildet, und das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials jeweils auf vorbestimmte Werte festgelegt, und es wurden Wabenstrukturen hergestellt, die sich lediglich hinsichtlich des Verhältnisses der Masse des Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers unterschieden. Diese Wabenstrukturen werden als Beispiel 5, Vergleichsbeispiel 7 und Vergleichsbeispiel 8 wie folgt beschrieben. Was die Wabenstrukturen von Beispiel 5, Vergleichsbeispiel 7 und Vergleichsbeispiel 8 betrifft, wurden ebenfalls die Messung durch das erste Verfahren, die Messung durch das zweite Verfahren und die Messung des Druckabfalls vorgenommen. Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigen die Ergebnisse auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1.
(Beispiel 5, Vergleichsbeispiel 7 und Vergleichsbeispiel 8)
Zur Herstellung von Wabenstrukturen wurde die Vorgehensweise von Beispiel 1 wiederholt, außer dass das „gemischte Pulver” so hergestellt wurde, dass die in Tabelle 1 gezeigte Beschaffenheit erhalten wurde, und ein Formungsrohmaterial durch geeignetes Zugeben von Hydroxypropylmethylcellulose als Bindemittel und Stärke und einem Wasser aufnehmenden Harz als Porenbildner und ebenso geeignetes Zugeben von Wasser zu dem „gemischten Pulver” erhalten wurde.
(Ergebnis 3)
Bei der Wabenstruktur von Beispiel 5 betrug das Verhältnis der Masse des Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers 30% oder mehr und 50% oder weniger, und daher waren sowohl die Wärmekapazität als auch die Wärmeleitfähigkeit hoch, und es konnten geeignete Ergebnisse sowohl für das Messergebnis durch das erste Verfahren als auch das Messergebnis durch das zweite Verfahren erzielt werden. Andererseits war bei der Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 7 das Verhältnis der Masse des Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers kleiner als 30 Masse-%, und daher waren sowohl die Wärmekapazität als auch die Wärmeleitfähigkeit gering. Überdies war bei der Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 8 das Verhältnis der Masse des Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers größer als 50 Masse-%, und daher war die Wärmeleitfähigkeit gering. Bei den Wabenstrukturen von Vergleichsbeispiel 7 und Vergleichsbeispiel 8 waren das Messergebnis durch das erste Verfahren und das Messergebnis durch das zweite Verfahren nicht geeignet, und das Ergebnis der allgemeinen Bewertung war Ausfall.
Ferner wurden das Verhältnis der Masse des Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers und die Porosität des porösen Körpers, der die Trennwände bildet, jeweils auf vorbestimmte Werte festgelegt, und es wurden Wabenstrukturen hergestellt, die sich lediglich hinsichtlich des Verhältnisses der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials unterschieden. Diese Wabenstrukturen werden als Vergleichsbeispiel 10, Vergleichsbeispiel 11, Vergleichsbeispiel 9 und Vergleichsbeispiel 12 wie folgt beschrieben. Was die Wabenstrukturen von Vergleichsbeispiel 10, Vergleichsbeispiel 11, Vergleichsbeispiel 9 und Vergleichsbeispiel 12 betrifft, wurden ebenfalls die Messung durch das erste Verfahren, die Messung durch das zweite Verfahren und die Messung des Druckabfalls vorgenommen. Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigen die Ergebnisse auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1.
(Vergleichsbeispiele 9 bis 12)
Zur Herstellung von Wabenstrukturen wurde die Vorgehensweise von Beispiel 1 wiederholt, außer dass das „gemischte Pulver” so hergestellt wurde, dass die in Tabelle 1 gezeigte Beschaffenheit erhalten wurde, und ein Formungsrohmaterial durch geeignetes Zugeben von Hydroxypropylmethylcellulose als Bindemittel und Stärke und einem Wasser aufnehmenden Harz als Porenbildner und ebenso geeignetes Zugeben von Wasser zu dem „gemischten Pulver” erhalten wurde.
(Ergebnis 4)
Bei den Wabenstrukturen von Vergleichsbeispiel 10 und Vergleichsbeispiel 11 betrug das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials 30% oder mehr und 80% oder weniger, und daher waren sowohl die Wärmekapazität als auch die Wärmeleitfähigkeit hoch. In der Folge konnten geeignete Ergebnisse sowohl für das Messergebnis durch das erste Verfahren als auch das Messergebnis durch das zweite Verfahren erzielt werden. Andererseits war bei der Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 9 das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials größer als 80 Masse-%, und daher war die Wärmeleitfähigkeit gering. Überdies war bei der Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 12 das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials kleiner als 30 Masse-%, und daher war die Wärmeleitfähigkeit gering. Bei den Wabenstrukturen von Vergleichsbeispiel 9 und Vergleichsbeispiel 12 waren das Messergebnis durch das erste Verfahren und das Messergebnis durch das zweite Verfahren nicht geeignet, und das Ergebnis der allgemeinen Bewertung war Ausfall.
Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann als ein Filter zum Reinigen eines Abgases verwendet werden.
Beschreibung der Bezugsziffern

1: erste Endfläche, 3: zweite Endfläche, 5 und 5b: Zelle, 5A: vorbestimmte Zelle, 5B: verbleibende Zelle, 7 und 7b: Trennwand, 9 und 9b: Wabenstrukturkörper, 10 und 10b: Umfangswand, 11 und 11': feuerfeste Teilchen, 12 und 12': Poren, 13 und 13': Bindematerial, 14 und 14': Bindeansatzabschnitt, 15: Segment, 16: Außenwand, 17: Bindungsabschnitt, 19: Verschlussabschnitt, und 100, 101 und 102: Wabenstruktur.

Claims

Wabenstruktur, umfassend einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper mit Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, die zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden und von einer ersten Endfläche zu einer zweiten Endfläche verlaufen, wobei die Trennwände einen porösen Körper mit feuerfesten Aggregaten und einem Bindematerial, das die feuerfesten Aggregate aneinander bindet, umfassen, das Bindematerial metallisches Si und ein Oxidmaterial umfasst, die Porosität des porösen Körpers, der die Trennwände bildet, 25% oder mehr und 70% oder weniger beträgt, das Verhältnis der Masse des Bindematerials zur Masse des gesamten porösen Körpers 30 Masse-% oder mehr und 50 Masse-% oder weniger beträgt, das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des Bindematerials 30 Masse-% oder mehr und 80 Masse-% oder weniger beträgt, die Wärmeleitfähigkeit der Wabenstruktur bei 800°C 5 W/(m·K) oder mehr und 28 W/(m·K) oder weniger beträgt, und wobei die Wärmekapazität der Wabenstruktur bei 800°C 2,5 J/(cm³·K) oder mehr beträgt.
Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei die Porosität des porösen Körpers 25% oder mehr und 55% oder weniger beträgt und das Verhältnis der Masse des Oxidmaterials zur Masse des gesamten porösen Körpers 26 Masse-% oder mehr und 40 Masse-% oder weniger beträgt.
Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Porosität des porösen Körpers 25% oder mehr und 32% oder weniger beträgt.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Oxidmaterial als Hauptkomponente ein Oxid, das mindestens ein metallisches Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al, Si und Mg, umfasst, oder ein Gemisch, umfassend zwei oder mehr Arten der Oxide, umfasst.