DE102016003787B4

DE102016003787B4 - Wabenstrukturkörper und Vefahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102016003787B4
Application number: DE102016003787.3A
Authority: DE
Inventors: Shogo Hirose; Hirotaka Yamamoto; Shiori NAKAO; Shuji Ueda; Mitsuharu Ono; Satoshi Sakashita; Hiroyuki Nagaoka
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: US20160288113A1; CN105999908B; DE102016003787A1; JP2016187793A; JP6426044B2; CN105999908A; US10232361B2

Abstract

Wabenstrukturkörper (20), umfassend:einen Trennabschnitt (22) aus poröser Keramik, der mehrere Zellen (23) bildet und diese voneinander trennt, die jeweils als ein Fließweg für ein Fluid dienen,wobei in dem Trennabschnitt (22) der durchschnittliche Porendurchmesser 10 bis 20 µm beträgt, und das Nassbereichsverhältnis R (= S/V), welches das Verhältnis des Nassbereichs S der Poren zum Volumen V des Trennabschnitts ist, 0,000239 µmoder mehr beträgt,wobei das Nassbereichsverhältnis R des Trennabschnitts (22) unter Nutzung der dreidimensionalen Voxeldaten (60) berechnet wird, die mittels Durchführung einer CT-Abtastung des Trennabschnitts (22) erhalten werden, wobeizunächst die Trenndickenrichtung des Trennabschnitts (22) als die X-Richtung betrachtet wird, die Achsenrichtung der Zelle (23) als die Y-Richtung betrachtet wird, und die Ebene XY als der Bildquerschnitt betrachtet wird,als nächstes die CT-Abtastung an dem Trennabschnitt (22) zur Aufnahme eines Bildes davon durchgeführt wird, während der Bildquerschnitt in Z-Richtung orthogonal zur XY-Richtung so verschoben wird, dass mehrere Bilddaten erhalten werden, und basierend auf diesen Bilddaten die Voxeldaten (60) erhalten werden, wobei die Auflösung der X-, Y- und Z-Richtung mit 1,2 µm festgelegt wird, und der so erhaltene kubische Körper mit einer Seitenlänge von 1,2 µm die kleinste Einheit der dreidimensionalen Voxeldaten (60) ist, das heißt, ein Voxel ist,wobei überdies, auch wenn die Bilddaten des durch die CT-Abtastung erhaltenen Bildquerschnitts Ebenendaten ohne Dicke in Z-Richtung sind, die Bildquerschnitte jeweils als ein Bildquerschnitt mit einer Dicke äquivalent zum Intervall (1,2 µm) in Z-Richtung zwischen den Bildquerschnitten betrachtet werden, das heißt, jedes zweidimensionale Pixel der Bilddaten als ein kubischer Körper (Voxel) mit einer Seitenlänge von 1,2 µm betrachtet wird,die Größe der Voxeldaten (60) als ein rechteckiges Parallelepiped mit einer Länge von 300 µm (= 1,2 µm × 250 Voxel) in X-Richtung, einer Länge von 480 µm (= 1,2 µm × 400 Voxel) in Y-Richtung und einer Länge von 480 µm (= 1,2 µm × 400 Voxel) in Z-Richtung betrachtet wird,die Position jedes Voxels durch die Koordinaten X, Y, Z (wobei eine Skaleneinheit der Koordinate 1,2 µm entspricht, was die Länge einer Seite des Voxels ist) dargestellt wird, und ein Raumvoxel, das einen Raum (Pore) darstellt, unterschieden wird von einem Objektvoxel, das ein Objekt darstellt, wobei das Raumvoxel von dem Objektvoxel durch eine binäre Behandlung unter Anwendung des nachstehend beschriebenen Dichtewert-Verfahrens unterschieden wird:mehrere Bilddaten, die durch die CT-Abtastung erhalten werden, sind Helligkeitsdaten jeder (X, Y, Z) Koordinate und basierend auf diesen Helligkeitsdaten wird das Histogramm der Helligkeit aller Koordinaten (aller Pixel der mehreren Bilddaten) gebildet;anschließend wird die Helligkeit des Abschnitts (Tal), der zwischen zwei Peaks in dem Histogramm zu erkennen ist, als der Schwellenwert festgelegt, und die Helligkeit jeder Koordinate wird binarisiert, egal ob sie größer oder kleiner als der Schwellenwert ist, dadurch wird jedes Voxel jeder Koordinate beurteilt, egal ob es ein Raumvoxel oder ein Objektvoxel ist;als nächstes werden unter Verwendung dieser Voxeldaten (60) das Volumen V des Trennabschnitts (22) und der Nassbereich S der Poren wie folgt berechnet:das Volumen V wird als das Volumen aller Voxel der Voxeldaten (60) betrachtet, das heißt, das Volumen V ist mit 69.120.000 µm(= 300 µm × 480 µm × 480 µm) festgelegt und als der Nassbereich S werden alle Grenzebenen der Voxeldaten (60) zwischen dem Raumvoxel und dem Objektvoxel berechnet (Anzahl von Grenzebenen der Voxeldaten (60)) x (Fläche von einer Grenzebene) berechnet, wobei die Fläche einer Grenzebene 1,44 µm(1,2 µm × 1,2 µm) beträgt;und als nächstes wird aus dem so berechneten Volumen V und dem Nassbereich S das Nassbereichsverhältnis R (= S/V) [µm] berechnet;vorausgesetzt, dass, wenn die Trenndicke des Trennabschnitts (22) geringer ist als 300 µm ist, Voxeldaten mit demselben Volumen V wie oben beschrieben verwendet werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wabenstrukturkörper und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Hintergrundtechnik
Bisher war als ein Wabenstrukturkörper ein Strukturkörper mit einem porösen Trennabschnitt bekannt, der mehrere Zellen bildet, die jeweils als ein Fließweg für ein Fluid fungieren (siehe beispielsweise Patentliteratur 1). Dieser Wabenstrukturkörper trägt einen Katalysator auf dem Trennabschnitt und wird für eine Reinigungsvorrichtung zum Reinigen eines aus einem Kraftfahrzeug ausgestoßenen Abgases verwendet.
Zitatenliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2014-198315 A
Offenbarung der Erfindung
Wenn im übrigen ein Wabenstrukturkörper für eine Reinigungsvorrichtung für ein Abgas verwendet wird, ist eine höhere Reinigungsleistung für das Reinigen des Abgases stärker bevorzugt. Soll jedoch die Reinigungsleistung durch Erhöhung der Katalysatormenge, die der Wabenstrukturkörper trägt, oder dergleichen verbessert werden, wird beispielsweise der Fließweg durch den Katalysator verengt, und im Ergebnis kommt es in einigen Fällen zu dem Problem, dass sich der Druckabfall erhöht.
Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung des oben beschriebenen Problems gemacht und soll in erster Linie einen Wabenstrukturkörper bereitstellen, der die Abgasreinigungsleistung verbessert und gleichzeitig die Erhöhung des Druckabfalls unterdrückt.
Um das oben beschriebene Hauptziel zu erreichen, lautet die vorliegende Erfindung wie folgt.
Ein Wabenstrukturkörper gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst:

einen Trennabschnitt aus poröser Keramik, der mehrere Zellen bildet und diese voneinander trennt, die jeweils als ein Fließweg für ein Fluid dienen, wobei
in dem Trennabschnitt der durchschnittliche Porendurchmesser 10 bis 20 µm und das Nassbereichsverhältnis R (= S/V), welches das Verhältnis des Nassbereichs S der Poren zum Volumen V des Trennabschnitts ist und welches wie in Anspruch 1 definiert ist, 0,000239 µm^-1 oder mehr beträgt.

Da bei diesem Wabenstrukturkörper der durchschnittliche Porendurchmesser des porösen Trennabschnitts, der mehrere Zellen bildet, die jeweils als ein Fließweg für ein Fluid dienen, 10 bis 20 µm beträgt und das Nassbereichsverhältnis R 0,000239 µm^-1 oder mehr beträgt, kann, wenn der Trennabschnitt einen Katalysator trägt, die Erhöhung des Druckabfalls unterdrückt und überdies eine hohe Abgasreinigungsleistung erhalten werden. Es wird angenommen, dass in dem Trennabschnitt, der die obigen Zahlenbereiche erfüllt, viele Poren mit einer angemessenen Größe gebildet werden und diese auch miteinander in Verbindung stehen. Im Ergebnis wird der Katalysator wahrscheinlich in die Poren gefüllt, und ein durch die Fließwege strömendes Gas diffundiert wahrscheinlich in den Katalysator und den Trennabschnitt; daher wird angenommen, dass sowohl eine Unterdrückung der Erhöhung des Druckabfalls als auch eine hohe Abgasreinigungsleistung erhalten werden können. Überdies kann der wie oben beschriebene Wabenstrukturkörper gemäß der vorliegenden Erfindung beispielsweise durch ein erstes oder ein zweites Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden, die später beschrieben werden.
Bei dem Wabenstrukturkörper gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Trennabschnitt eine Porosität von 50 % bis 65 % aufweisen.
Der Wabenstrukturkörper gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Wabenstrukturkörper sein, der einen Katalysator, der zur Reinigung eines Abgases dient, auf dem Trennabschnitt nach einem der oben beschriebenen Modi trägt. Dieser Wabenstrukturkörper kann die Erhöhung des Druckabfalls unterdrücken und ebenso eine hohe Abgasreinigungsleistung aufweisen. In dem oben beschriebenen Fall kann das Katalysator-Füllungsverhältnis, welches das Verhältnis eines Abschnitts, auf dem der Katalysator vorhanden ist, zu den Poren des Trennabschnitts ist, 70 % oder mehr betragen. Beträgt das Katalysator-Füllungsverhältnis 70 % oder mehr, werden wahrscheinlich die Wirkung der Unterdrückung der Erhöhung des Druckabfalls und die Abgasreinigungsleistung verbessert. Überdies kann der Katalysator auch eine Katalysatorkomponente enthalten, die zumindest zur Reinigung von NOx ausgebildet ist.
Ein erstes Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst:

einen Rohmaterial-Mischschritt zur Bildung eines tonartigen Materials durch Mischen eines Formungsrohmaterials, enthaltend a) ein keramisches Rohmaterial, das beim Brennen eine Keramik bildet, und b), bezogen auf 100 Masseteile des keramischen Rohmaterials, 2 Masseteileoder mehr eines wasseraufnehmenden Polymers vor der Wasseraufnahme, dessen durchschnittlicher Teilchendurchmesser 20 µm oder mehr nach der Wasseraufnahme beträgt, und 0,5 Masseteile oder mehr Zirkoniumdioxid;
einen Formungsschritt zum Erhalt eines Wabenformkörpers durch Formen des tonartigen Materials zu einer Wabenform und
einen Brennschritt zum Erhalt eines Wabenstrukturkörpers mit einem Trennabschnitt aus poröser Keramik, der mehrere Zellen bildet und diese voneinander trennt, die jeweils als ein Fließweg für ein Fluid dienen, durch Brennen des Wabenformkörpers.

Gemäß diesem ersten Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers sind in dem Rohmaterial-Mischschritt 2 Masseteileoder mehr des wasseraufnehmenden Polymers vor der Wasseraufnahme, dessen durchschnittlicher Teilchendurchmesser 20 µm oder mehr nach der Wasseraufnahme beträgt, und 0,5 Masseteile oder mehr Zirkoniumdioxid als Inhaltsstoffe des Formungsrohmaterials enthalten. Wenn dann der Katalysator auf den Trennabschnitt geladen ist, kann der unter Verwendung des oben beschriebenen Formungsrohmaterials hergestellte Wabenstrukturkörper die Erhöhung des Druckabfalls unterdrücken und ebenso eine hohe Abgasreinigungsleistung aufweisen.
Ein zweites Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst:

einen Rohmaterial-Mischschritt zur Bildung eines tonartigen Materials durch Mischen eines Formungsrohmaterials, enthaltend ein keramisches Rohmaterial, das beim Brennen eine Keramik bildet und das, bezogen auf die Gesamtmasse des keramischen Rohmaterials, 14 Masse-% oder mehr Kieselgel enthält, und wobei das Formungsrohmaterial außerdem, bezogen auf 100 Masseteile des keramischen Rohmaterials, 2 Masseteile oder mehr eines wasseraufnehmenden Polymers vor der Wasseraufnahme, dessen durchschnittlicher Teilchendurchmesser 20 µm oder mehr nach der Wasseraufnahme beträgt;
einen Formungsschritt zum Erhalt eines Wabenformkörpers durch Formen des tonartigen Materials zu einer Wabenform und
einen Brennschritt zum Erhalt eines Wabenstrukturkörpers mit einem Trennabschnitt aus poröser Keramik, der mehrere Zellen bildet und diese voneinander trennt, die jeweils als ein Fließweg für ein Fluid dienen, durch Brennen des Wabenformkörpers.

Gemäß diesem zweiten Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers sind in dem Rohmaterial-Mischschritt auf 100 Masseteile des keramischen Rohmaterials, das 14 Masse-% oder mehr Kieselgel enthält, 2 Masseteile oder mehr des wasseraufnehmenden Polymers vor der Wasseraufnahme, dessen durchschnittlicher Teilchendurchmesser 20 µm oder mehr nach der Wasseraufnahme beträgt, als die Inhaltsstoffe des Formungsrohmaterials enthalten. Wenn dann der Katalysator auf den Trennabschnitt geladen ist, kann der unter Verwendung des oben beschriebenen Formungsrohmaterials hergestellte Wabenstrukturkörper die Erhöhung des Druckabfalls unterdrücken und ebenso eine hohe Abgasreinigungsleistung aufweisen.
Das erste und das zweite Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung können jeweils ferner, nachdem der obige Brennschritt durchgeführt worden ist, einen Katalysatorladeschritt zum Laden eines Katalysators auf den Trennabschnitt des Wabenstrukturkörpers umfassen. Bei dem wie oben beschrieben hergestellten Wabenstrukturkörper kann die Erhöhung des Druckabfalls unterdrückt und gleichzeitig eine hohe Abgasreinigungsleistung erhalten werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Wabenstrukturkörpers 20.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 1.
3 ist eine Konzeptansicht der Voxeldaten 60.

Ausführungsformen zur Durchführung der Erfindung
Als nächstes werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Wabenstrukturkörpers 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A. Der Wabenstrukturkörper 20 der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise für eine Abgasleitung eines Motors als ein Katalysatorträger, der einen Katalysator trägt, der das aus dem Motor eines Fahrzeugs ausgestoßene Abgas reinigt, vorgesehen. Überdies sind in dieser Ausführungsform die von oben nach unten verlaufende Richtung, die von vorne nach hinten verlaufende Richtung und die von links nach rechts verlaufende Richtung wie in den 1 und 2 gezeigt.
Der Wabenstrukturkörper 20 umfasst einen porösen Trennabschnitt 22, der mehrere Zellen 23 bildet, die jeweils als ein Fließweg für ein Fluid dienen, und einen Umfangsabschnitt 24, der entlang des Umfangs des Trennabschnitts 22 ausgebildet ist. Der Wabenstrukturkörper 20 ist so strukturiert, dass die beiden Enden jeder Zelle 23 offen sind, wie in 2 gezeigt.
Auch wenn die äußere Form des Wabenstrukturkörpers 20 nicht speziell eingeschränkt ist, können beispielsweise eine zylindrische Säule, eine viereckige Säule, eine elliptische Säule oder eine sechseckige Säule verwendet werden. Außerdem können als die Querschnittsform der Zelle 23 beispielsweise ein Viereck, ein Dreieck, ein Sechseck, ein Achteck, ein Kreis oder eine Ellipse verwendet werden. In dieser Ausführungsform ist die äußere Form des Wabenstrukturkörpers 20 als eine zylindrische Säule ausgebildet, und die Querschnittsform der Zelle 23 ist als ein Viereck ausgebildet.
Auch wenn sie nicht speziell eingeschränkt ist, kann die Trenndicke des Trennabschnitts 22 beispielsweise mit 0,0635 bis 0,46 mm festgelegt werden. Auch wenn sie nicht speziell eingeschränkt ist, kann die Zelldichte der vom Trennabschnitt 22 gebildeten Zellen 23 beispielsweise mit 5 bis weniger als 187 Zellen/cm² festgelegt werden. Der Trennabschnitt 22 ist eine poröse Keramik und kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass er zumindest ein anorganisches Material, ausgewählt aus Cordierit, Si-gebundenem SiC, rekristallisiertem SiC, Aluminiumtitanat, Mullit, Siliciumnitrid, Sialon, Zirkoniumphosphat, Zirkoniumdioxid, Titandioxid, Aluminiumoxid, Cd-gebundenem SiC und Siliciumdioxid, enthält. Von den oben genannten sind beispielsweise Cordierit, Si-gebundenes SiC und rekristallisiertes SiC bevorzugt.
In dem Trennabschnitt 22 beträgt der durchschnittliche Porendurchmesser 10 bis 20 µm und das Nassbereichsverhältnis R (= S/V), welches das Verhältnis des Nassbereichs S der Poren zum Volumen V des Trennabschnitts 22 ist, 0,000239 µm^-1 oder mehr. Überdies beträgt in dem Trennabschnitt 22 die Porosität bevorzugt 50 % bis 65 %. Der durchschnittliche Porendurchmesser des Trennabschnitts 22 kann mit 15 µm oder mehr oder mit 18 µm oder weniger festgelegt werden. Überdies sind der durchschnittliche Porendurchmesser und die Porosität Werte, die jeweils mittels des Quecksilber-Intrusionsverfahrens gemessen werden. Der durchschnittliche Porendurchmesser, das Nassbereichsverhältnis R und die Porosität des Trennabschnitts 22 sind Werte, die erhalten werden, bevor der Katalysator darauf geladen wird.
Es wird nunmehr das Verfahren zum Berechnen des Nassbereichsverhältnisses R des Trennabschnitts 22 beschrieben. Das Nassbereichsverhältnis R wird unter Nutzung der dreidimensionalen Voxeldaten 60 berechnet, die mittels Durchführung einer CT-Abtastung des Trennabschnitts 22 erhalten werden. 3 ist eine Konzeptansicht der Voxeldaten 60. Zunächst wird die Trenndickenrichtung des Trennabschnitts 22 als die X-Richtung betrachtet, die Achsenrichtung (die von vorne nach hinten verlaufende Richtung der 1 und 2) der Zelle 23 wird als die Y-Richtung betrachtet, und die Ebene XY wird als der Bildquerschnitt betrachtet. Als nächstes wird die CT-Abtastung an dem Trennabschnitt 22 zur Aufnahme eines Bildes davon durchgeführt, während der Bildquerschnitt in Z-Richtung orthogonal zur XY-Richtung so verschoben wird, dass mehrere Bilddaten erhalten werden, und basierend auf diesen Bilddaten werden die im oberen Abschnitt von 3 gezeigten Voxeldaten 60 erhalten. Die Auflösung der X-, Y- und Z-Richtung ist mit 1,2 µm festgelegt, und der so erhaltene kubische Körper mit einer Seitenlänge von 1,2 µm ist die kleinste Einheit der dreidimensionalen Voxeldaten 60, das heißt, ist ein Voxel. Überdies werden, auch wenn die Bilddaten des durch die CT-Abtastung erhaltenen Bildquerschnitts Ebenendaten ohne Dicke in Z-Richtung sind, die Bildquerschnitte jeweils als ein Bildquerschnitt mit einer Dicke äquivalent zum Intervall (1,2 µm) in Z-Richtung zwischen den Bildquerschnitten betrachtet. Das heißt, jedes zweidimensionale Pixel der Bilddaten wird als ein kubische Körper (Voxel) mit einer Seitenlänge von 1,2 µm betrachtet. Wie im oberen Abschnitt von 3 gezeigt, wird die Größe der Voxeldaten 60 als ein rechteckiges Parallelepiped mit einer Länge von 300 µm (= 1,2 µm × 250 Voxel) in X-Richtung, einer Länge von 480 µm (= 1,2 µm × 400 Voxel) in Y-Richtung und einer Länge von 480 µm (= 1,2 µm × 400 Voxel) in Z-Richtung betrachtet. Die Position jedes Voxels ist dargestellt durch die Koordinaten X, Y, Z (wobei eine Skaleneinheit der Koordinate 1,2 µm entspricht, was die Länge einer Seite des Voxels ist), und ein Raumvoxel, das einen Raum (Pore) darstellt, unterschieden wird von einem Objektvoxel, das ein Objekt darstellt. Das Raumvoxel wird von dem Objektvoxel durch eine binäre Behandlung unter Anwendung des nachstehend beschriebenen Dichtewert-Verfahrens unterschieden. Mehrere Bilddaten, die tatsächlich durch die CT-Abtastung erhalten werden, sind Helligkeitsdaten jeder (X, Y, Z) Koordinate. Basierend auf diesen Helligkeitsdaten wird das Histogramm der Helligkeit aller Koordinaten (aller Pixel der mehreren Bilddaten) gebildet. Anschließend wird die Helligkeit des Abschnitts (Tal), der zwischen zwei Peaks in dem Histogramm zu erkennen ist, als der Schwellenwert festgelegt, und die Helligkeit jeder Koordinate wird binarisiert, egal ob sie größer oder kleiner als der Schwellenwert ist. Folglich wird jedes Voxel jeder Koordinate beurteilt, egal ob es ein Raumvoxel oder ein Objektvoxel ist. Im mittleren Abschnitt von 3 ist ein Beispiel des Zustands, in dem die Raumvoxel von den Objektvoxeln unterschieden sind, zweidimensional gezeigt. Im unteren Abschnitt von 3 ist eine vergrößerte Ansicht 64 eines Teils des oben beschriebenen Zustandes zweidimensional gezeigt. Überdies kann die oben beschriebene CT-Abtastung, beispielsweise unter Anwendung des SMX-160CT-SV3, hergestellt von Shimadzu Corporation, durchgeführt werden.
Als nächstes werden unter Verwendung dieser Voxeldaten 60 das Volumen V des Trennabschnitts 22 und der Nassbereich S der Poren berechnet. Das Volumen V wird als das Volumen aller Voxel der Voxeldaten 60 betrachtet. Das heißt, das Volumen V ist mit 69.120.000 µm³ (= 300 µm × 480 µm × 480 µm) festgelegt. Als der Nassbereich S werden alle Grenzebenen der Voxeldaten 60 zwischen dem Raumvoxel und dem Objektvoxel berechnet. Genauer gesagt, wird der Nassbereich S aus (Anzahl von Grenzebenen der Voxeldaten 60) x (Fläche von einer Grenzebene) berechnet. Die Fläche einer Grenzebene beträgt 1,44 µm² (1,2 µm × 1,2 µm). Beispielsweise betragen in der vergrößerten Ansicht 64, die im unteren Abschnitt von 3 gezeigt ist, da die Anzahl der Grenzebenen, die zwischen dem Raumvoxel und dem Objektvoxel vorhanden sind, 6 beträgt, alle Flächen der Grenzebenen in der vergrößerten Ansicht 64 6 × 1,44 = 8,64 µm². Der Nassbereich S wird wie oben beschrieben berechnet. Als nächstes wird aus dem so berechneten Volumen V und dem Nassbereich S das Nassbereichsverhältnis R (= S/V) [µm^-1] berechnet. Da überdies das Volumen V ein konstanter Wert ist, kann „das Nassbereichsverhältnis R beträgt 0,000239 µm^-1 oder mehr“ auch so ausgedrückt werden „der Nassbereich S der Voxeldaten 60 beträgt 16.500 µm² oder mehr“.
Im übrigen wird, auch wenn die zur Berechnung des Nassbereichsverhältnisses R verwendeten Voxeldaten 60 wie oben beschrieben als Daten von 300 µm in X-Richtung, 480 µm in Y-Richtung und 480 µm in Z-Richtung betrachtet werden, wenn die Trenndicke des Trennabschnitts 22 geringer ist als 300 µm, durch die Verwendung von Voxeldaten mit demselben Volumen V wie oben beschrieben das Nassbereichsverhältnis R berechnet. Wenn beispielsweise die Trenndicke 150 µm beträgt, was die Hälfte der in 3 gezeigten Voxeldaten 60 ist, wird durch die Verwendung von Voxeldaten, bei denen die Länge in Y-Richtung mit 960 µm festgelegt ist, was zweimal die Länge der Voxeldaten 60 ist, das Nassbereichsverhältnis R berechnet.
Das Nassbereichsverhältnis R des Trennabschnitts 22 beträgt bevorzugt 0,000264 µm^-1 oder mehr (Nassbereich S: 17.000 µm² oder mehr) und stärker bevorzugt 0,000253 µm^-1 oder mehr (Nassbereich S: 17.500 µm² oder mehr). Überdies muss die Obergrenze für das Nassbereichsverhältnis R nicht speziell eingeschränkt sein. Wird der oben beschriebene Zahlenbereich für den durchschnittlichen Porendurchmesser erfüllt oder werden die Zahlenbereiche für den durchschnittlichen Porendurchmesser und die Porosität erfüllt, wird die Obergrenze für das Nassbereichsverhältnis R zwangsläufig bestimmt. Auch wenn es nicht speziell eingeschränkt ist, kann das Nassbereichsverhältnis R beispielsweise mit 0,000300 µm^-1 oder weniger festgelegt werden.
Der Umfangsabschnitt 24 ist eine Wand, die den Umfang des Wabenstrukturkörpers 20 umgibt. Der Umfangsabschnitt 24 kann aus einem ähnlichen oder anderen Material wie der Trennabschnitt 22 gebildet sein. Beispielsweise ist der Umfangsabschnitt 24 bevorzugt aus einem Material gebildet, das als Hauptbestandteil zumindest eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cordierit, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Aluminiumtitanat, Mullit und Aluminiumnitrid, enthält. Durch die Verwendung des oben erwähnten Materials wird ein Wabenstrukturkörper mit einer hervorragenden Wärmebeständigkeit gebildet.
Überdies kann ferner ein Katalysator auf den Trennabschnitt 22 des Wabenstrukturkörpers 20 geladen werden. Die Art des Katalysators ist nicht speziell eingeschränkt, solange er Abgas reinigen kann. Der Katalysator kann ebenso einen Katalysatorbestandteil enthalten, der zumindest eines von Kohlenwasserstoff (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxid (NOx) reinigt. Als der oben erwähnte Katalysator können beispielsweise ein Katalysator, enthaltend zumindest ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Edelmetallen wie Pt, Rh und Pd, und zumindest einen Verbindungstyp, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Zeroxid und Zirkoniumdioxid, oder ein Katalysator, enthaltend zumindest einen Materialtyp, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zeolith und Vanadium, genannt werden. Wenn sie auch nicht speziell eingeschränkt ist, beträgt die auf den Trennabschnitt 22 geladene Katalysatormenge beispielsweise 50 bis 400 g/l. Die Katalysatormenge beträgt bevorzugt 100 g/l oder mehr und stärker bevorzugt 150 g/l oder mehr. Überdies kennzeichnet die Katalysatormenge (g/l) die Menge (g) an Katalysator, die pro Volumeneinheit (11) des Wabenstrukturkörpers geladen wurde.
Der auf den Trennabschnitt 22 geladene Katalysator weist bevorzugt ein Katalysator-Füllungsverhältnis von 70 % oder mehr auf, wobei das Katalysator-Füllungsverhältnis das Verhältnis eines Abschnitts, auf dem der Katalysator vorhanden ist, zu den Poren des Trennabschnitts 22 ist. Das Katalysator-Füllungsverhältnis kann 100 % oder weniger betragen. Auch wenn es nicht besonders eingeschränkt ist, kann das Katalysator-Füllungsverhältnis mit 90 % oder weniger festgelegt sein. Das Katalysator-Füllungsverhältnis wird so berechnet, dass bei der Verwendung eines Inspektionsprüfstückes, welches durch Polieren des Trennabschnitts 22 des mit Harz gefüllten Wabenstrukturkörpers 20 hergestellt wird, die Inspektion mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) durchgeführt und das dabei erhaltene Bild dann analysiert wird. Zunächst wird das Inspektionsprüfstück hergestellt, welches durch Schneiden und Polieren derart, dass der Querschnitt orthogonal zur Fließrichtung (Achsenrichtung der Zelle 23) eines Fluids als die Inspektionsfläche genutzt wird. Als nächstes wird, nachdem die Vergrößerung des REM auf das 100- bis 500-fache und die Abtastbreite in einem Bereich von ungefähr 500 µm × 500 µm festgelegt worden sind, die so hergestellte Inspektionsfläche des Inspektionsprüfstückes fotografiert. Anschließend wird, basierend auf den Helligkeitsdaten der einzelnen Pixel des so erhaltenen Bildes, das Histogramm der Helligkeiten aller Pixel gebildet. Überdies werden die Helligkeiten von Abschnitten (Tälern), die zwischen drei in dem Histogramm gezeigten Peaks zu erkennen sind, als Schwellenwerte festgelegt, und die Helligkeit jedes Pixels wird mit den Schwellenwerten verglichen, so dass die Helligkeit jedes Pixels ternärisiert wird. Im Ergebnis kann jedes Pixel als eines von dem Strukturmaterial des Trennabschnitts 22, dem Katalysator und der Pore erkannt werden. Überdies wird aus der Gleichung Katalysator-Füllungsverhältnis = (Anzahl von Pixeln des Katalysators)/(Anzahl von Pixeln des Katalysators + Anzahl von Pixeln von Poren) x 100 das Katalysator-Füllungsverhältnis berechnet. Überdies kann die oben beschriebene REM-Inspektion, beispielsweise unter Verwendung eines S-3200N, hergestellt von Hitachi High-Technologies Corporation, durchgeführt werden.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des wie oben beschrieben ausgebildeten Wabenstrukturkörpers 20 beschrieben. Der Wabenstrukturkörper 20 kann durch eines von dem folgenden ersten und zweiten Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers 20 hergestellt werden.
Zunächst wird das erste Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers 20 beschrieben. Das erste Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers 20 umfasst: einen Rohmaterial-Mischschritt zur Bildung eines tonartigen Materials durch Mischen eines Formungsrohmaterials, enthaltend a) ein keramisches Rohmaterial, und b), bezogen auf 100 Masseteile des keramischen Rohmaterials, 2 Masseteile oder mehr eines wasseraufnehmenden Polymers vor der Wasseraufnahme, dessen durchschnittlicher Teilchendurchmesser 20 µm oder mehr nach der Wasseraufnahme beträgt, und 0,5 Masseteile oder mehr Zirkoniumdioxid; einen Formungsschritt zum Erhalt eines Wabenformkörpers durch Formen des tonartigen Materials zu einer Wabenform und einen Brennschritt zum Erhalt eines Wabenstrukturkörpers mit dem Trennabschnitt 22 aus poröser Keramik, der mehrere Zellen 23 bildet und diese voneinander trennt, die jeweils als ein Fließweg für ein Fluid dient, durch Brennen des Wabenformkörpers.
Als das in dem Rohmaterial-Mischschritt verwendete keramische Rohmaterial kann eine Verbindung, enthaltend zumindest ein anorganisches Material, ausgewählt aus einem Cordierit-bildenden Rohmaterial, Si-gebundenem SiC, rekristallisiertem SiC, Aluminiumtitanat, Mullit, Siliciumnitrid, Sialon, Zirkoniumphosphat, Zirkoniumdioxid und Titandioxid, genannt werden. Als das Cordierit-bildende Rohmaterial können beispielsweise Kaolin, Talk, gebranntes Kaolin, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid und Siliciumdioxid genannt werden. Als das Cordierit-bildende Rohmaterial ist insbesondere eine Verbindung bevorzugt, die zumindest zwei anorganische Rohmaterialien, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Talk, Kaolin, gebranntem Kaolin, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid und Siliciumdioxid, in einem derartigen Verhältnis enthält, dass die chemische Zusammensetzung von Cordierit gebildet wird. Überdies kann als das Siliciumdioxid zumindest eines von Quarz, Kieselgel und Quarzglas verwendet werden. In dem ersten Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers 20 sind als das Cordierit-bildende Rohmaterial bevorzugt zumindest Talk, Kaolin, gebranntes Kaolin, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid und Quarz enthalten.
In dem Rohmaterial-Mischschritt wird zumindest ein wasseraufnehmendes Polymer als ein porenbildendes Material verwendet, und als eine Hilfsbrennkomponente wird zumindest Zirkoniumdioxid verwendet. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des wasseraufnehmenden Polymers nach der Wasseraufnahme beträgt 20 µm oder mehr. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des wasseraufnehmenden Polymers nach der Wasseraufnahme kann mit 40 µm oder weniger oder 30 µm oder weniger festgelegt werden. Die Mischungsmenge des wasseraufnehmenden Polymers vor der Wasseraufnahme beträgt 2 Masseteile oder mehr, bezogen auf 100 Masseteile des keramischen Rohmaterials. Die Mischungsmenge des wasseraufnehmenden Polymers vor der Wasseraufnahme kann mit 10 Masseteile oder weniger oder 6 Masseteile oder weniger festgelegt werden. Als das wasseraufnehmende Polymer kann bevorzugt beispielsweise ein wasseraufnehmendes Harz, beschrieben in der internationalen Patentanmeldung WO 2005/063360 A1 , verwendet werden. Überdies ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser des wasseraufnehmenden Polymers nach der Wasseraufnahme der Wert, der mit einem Laserdiffraktionsstreuungs-Teilchengrößenverteilungsmesser (LA-920, hergestellt von Horiba Ltd.) gemessen wird, wenn Wasser nur in das wasseraufnehmende Polymer aufgenommen wird.
Die Mischungsmenge des im Rohmaterial-Mischschritt verwendeten Zirkoniumdioxids beträgt 0,5 Masseteile oder mehr, bezogen auf 100 Masseteile des keramischen Rohmaterials. Die Mischungsmenge kann mit 2 Masseteilen oder weniger oder 1,5 Masseteilen oder weniger festgelegt werden. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Zirkoniumdioxids beträgt beispielsweise 0,5 bis 4 µm. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser wird bevorzugt mit 1,5 µm oder weniger festgelegt.
In dem Rohmaterial-Mischschritt können ein Bindemittel wie Methylcellulose oder eine Hydroxypropoxylmethylcellulose, Wasser und dergleichen zugegeben werden, und ferner kann auch ein Dispersionsmittel zugegeben werden. Als das Dispersionsmittel kann ein oberflächenaktives Mittel wie Ethylenglycol verwendet werden. Das Verfahren zur Herstellung des tonartigen Materials durch Mischen des Formungsrohmaterials ist nicht speziell eingeschränkt, und es kann beispielsweise ein Verfahren genannt werden, das einen Kneter, eine Vakuumschneckenpressmaschine oder dergleichen nutzt.
Im Formungsschritt wird das in dem Rohmaterial-Mischschritt erhaltene tonartige Material zu einem Wabenformkörper geformt, der nach dem Brennen zu dem Wabenstrukturkörper 20 geformt wird. Das Verfahren zur Bildung des Wabenformkörpers ist nicht speziell beschränkt, und es kann beispielsweise ein bekanntes Formgebungsverfahren wie Extrudieren oder Spritzgießen genutzt werden. Das Extrudieren kann beispielsweise unter Verwendung einer Extrusionsdüse mit der gewünschten Zellenform, Trenndicke und Zelldichte durchgeführt werden.
Im Brennschritt wird der Wabenformkörper unter Verwendung eines Elektroofens oder Gasofens zum Erhalt des Wabenstrukturkörpers 20 gebrannt. Die Brennbedingungen können entsprechend je nach Art des Formungsrohmaterials bestimmt werden. Wenn beispielsweise ein Cordierit-bildendes Rohmaterial verwendet wird, beträgt die Brenntemperatur bevorzugt 1.350 °C bis 1.440 °C. Überdies beträgt als die Zeit zum Halten der Höchsttemperatur, die Brennzeit bevorzugt 3 bis 15 Stunden. Überdies werden vor dem Brennschritt bevorzugt eine Trocknungsbehandlung und eine Kalzinierungsbehandlung durchgeführt. Die Trocknungsbehandlung kann mittels eines bekannten Verfahrens wie Heißlufttrocknung oder Mikrowellentrocknung durchgeführt werden. Die Kalzinierungsbehandlung ist eine Behandlung, bei der ein in dem Wabenformkörper enthaltener organischer Bestandteil durch Brennen bei einer Temperatur, die niedriger als die Brenntemperatur ist, entfernt wird. Durch die oben beschriebenen Schritte kann der oben beschriebene Wabenstrukturkörper 20 erhalten werden.
Als nächstes wird das zweite Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers 20 beschrieben. Das zweite Verfahren zur Herstellung des Wabenstrukturkörpers 20 umfasst: einen Rohmaterial-Mischschritt zur Bildung eines tonartigen Materials durch Mischen eines Formungsrohmaterials, enthaltend ein keramisches Rohmaterial, das beim Brennen eine Keramik bildet und das, bezogen auf die Gesamtmasse des keramischen Rohmaterials, 14 Masse-% oder mehr Kieselgel enthält, und wobei das Formungsrohmaterial außerdem, bezogen auf 100 Masseteile des keramischen Rohmaterials, 2 Masseteile oder mehr eines wasseraufnehmenden Polymers vor der Wasseraufnahme, dessen durchschnittlicher Teilchendurchmesser 20 µm oder mehr nach der Wasseraufnahme beträgt; einen Formungsschritt zum Erhalt eines Wabenformkörpers durch Formen des tonartigen Materials zu einer Wabenform und einen Brennschritt zum Erhalt des Wabenstrukturkörpers 20 mit dem Trennabschnitt 22 aus poröser Keramik, der mehrere Zellen 23 bildet und diese voneinander trennt, die jeweils als ein Fließweg für ein Fluid dienen, durch Brennen des Wabenformkörpers.
In dem ersten Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers 20 sind in dem Rohmaterial-Mischschritt 0,5 Masseteile oder mehr Zirkoniumdioxid als ein Inhaltsstoff des Formungsrohmaterials enthalten. Hingegen sind in dem zweiten Verfahren zur Herstellung des Wabenstrukturkörpers 20, auch wenn Zirkoniumdioxid nicht als ein Inhaltsstoff des Formungsrohmaterials enthalten ist, stattdessen 14 Masse-% oder mehr Kieselgel in der Gesamtmasse des keramischen Rohmaterials enthalten. Bis auf das zuvor beschriebene kann dieses Verfahren ähnlich wie das erste Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers 20 durchgeführt werden. Überdies sind in dem zweiten Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers 20 als ein Cordierit-bildendes Rohmaterial bevorzugt zumindest Talk, Kaolin, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid und Kieselgel enthalten. Die Mischungsmenge von Kieselgel in die Gesamtmasse des keramischen Rohmaterials kann mit 23 Masse-% oder weniger oder 15 Masse-% oder weniger festgelegt werden. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser von Kieselgel beträgt beispielsweise 8 bis 20 µm. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser wird bevorzugt mit 10 µm oder mehr festgelegt. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser wird bevorzugt mit 18 µm oder weniger festgelegt. Auch durch das zweite Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers 20 kann der oben beschriebene Wabenstrukturkörper 20 erhalten werden. Überdies ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser von Kieselgel der Wert, der unter Verwendung eines Laserdiffraktionsstreuungs-Teilchengrößenverteilungsmessers (LA-920, hergestellt von Horiba Ltd.), gemessen wird.
Nachdem der Brennschritt durchgeführt worden ist, kann ein Katalysatorladeschritt zum Laden des Katalysators auf den Trennabschnitt 22 des Wabenstrukturkörpers 20 an dem Wabenstrukturkörper 20, hergestellt durch das erste oder das zweite Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers 20, durchgeführt werden. Das Verfahren zum Laden des Katalysators ist nicht speziell eingeschränkt, und das Laden kann durch irgendein bekanntes Verfahren durchgeführt werden. Beispielsweise wird zunächst eine Katalysatoraufschlämmung, die einen vorbestimmten Katalysator enthält, hergestellt. Als nächstes kann diese Katalysatoraufschlämmung von der Seite einer Endfläche des Wabenstrukturkörpers 20 aus in die Zellen 23 fließen. Beim Fließenlassen der Katalysatoraufschlämmung in die Zellen wird bevorzugt ein Tauch- oder Saugverfahren durchgeführt. Als der Katalysator können die oben erwähnten Materialien verwendet werden.
Da gemäß dem Wabenstrukturkörper 20 dieser ausführlich beschriebenen Ausführungsform der durchschnittliche Porendurchmesser des porösen Trennabschnitts 22, der mehrere Zellen 23 bildet, die jeweils als ein Fließweg für ein Fluid dienen, 10 bis 20 µm beträgt und das Nassbereichsverhältnis R 0,000239 µm^-1 oder mehr beträgt, können im anschließenden Stadium, in dem der Katalysator auf den Trennabschnitt 22 geladen wird, die Erhöhung des Druckabfalls unterdrückt und überdies eine hohe Abgasreinigungsleistung erhalten werden. Es wird angenommen, dass in dem Trennabschnitt 22, der die oben beschriebenen Zahlenbereiche erfüllt, viele Poren mit einer angemessenen Größe gebildet und auch miteinander in Verbindung stehen. Im Ergebnis wird angenommen, dass, da der Katalysator wahrscheinlich in die Poren gefüllt wird und ein durch die Fließwege strömendes Gas in den Katalysator und den Trennabschnitt 22 diffundiert, sowohl die Unterdrückung der Erhöhung des Druckabfalls als auch eine hohe Abgasreinigungsleistung erfüllt werden können.
Wenn überdies der Katalysator auf den Trennabschnitt 22 geladen wird, können, da das Katalysator-Füllungsverhältnis, welches das Verhältnis eines Abschnitts, auf dem der Katalysator vorhanden ist, zu den Poren des Trennabschnitts 22 ist, 70 % oder mehr beträgt, wahrscheinlich die Wirkung der Unterdrückung der Erhöhung des Druckabfalls und die Abgasreinigungsleistung verbessert werden.
Ferner sind gemäß dem ersten Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers 20 dieser Ausführungsform in dem Rohmaterial-Mischschritt bezogen auf 100 Masseteile des keramischen Rohmaterials, 2 Masseteile oder mehr des wasseraufnehmenden Polymers vor der Wasseraufnahme, dessen durchschnittlicher Teilchendurchmesser 20 µm oder mehr nach der Wasseraufnahme beträgt, und 0,5 Masseteile oder mehr Zirkoniumdioxid als die Inhaltsstoffe des Formungsrohmaterials enthalten. Durch den unter Verwendung des oben beschriebenen Formungsrohmaterials hergestellten Wabenstrukturkörper 20 können, wenn mittels Durchführung des anschließenden Katalysatorladeschrittes der Katalysator auf den Trennabschnitt 22 geladen wird, die Erhöhung des Druckabfalls unterdrückt und überdies eine hohe Abgasreinigungsleistung erhalten werden.
Ferner sind gemäß dem zweiten Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers 20 dieser Ausführungsform in dem Rohmaterial-Mischschritt bezogen auf 100 Masseteile des keramischen Rohmaterials, das 14 Masse-% oder mehr Kieselgel enthält, 2 Masseteile oder mehr des wasseraufnehmenden Polymers vor der Wasseraufnahme, dessen durchschnittlicher Teilchendurchmesser 20 µm oder mehr nach der Wasseraufnahme beträgt, als Inhaltsstoffe des Formungsrohmaterials enthalten. Durch den unter Verwendung des oben beschriebenen Formungsrohmaterials hergestellten Wabenstrukturkörper 20 können, wenn mittels Durchführung des anschließenden Katalysatorladeschrittes der Katalysator auf den Trennabschnitt 22 geladen wird, die Erhöhung des Druckabfalls unterdrückt und überdies eine hohe Abgasreinigungsleistung erhalten werden.
Überdies ist die vorliegende Erfindung keineswegs auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann selbstverständlich in verschiedenen Modi innerhalb des technischen Umfangs der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden.
Beispielsweise kann in der oben beschriebenen Ausführungsform, auch wenn 0,5 Masseteile oder mehr Zirkoniumdioxid als Inhaltsstoff des Formungsrohmaterials in dem ersten Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers 20 enthalten sind, auch in dem zweiten Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers 20 ferner Zirkoniumdioxid enthalten sein. Überdies können auch in dem ersten Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers 20 14 Masse-% oder mehr Kieselgel in der Gesamtmasse des keramischen Rohmaterials enthalten sein.
Beispiele
Nachstehend werden jeweils die Fälle als Beispiele beschrieben, in denen der Wabenstrukturkörper tatsächlich gebildet wurde.
[Beispiel 1]
Der Wabenstrukturkörper von Beispiel 1 wurde wie im Folgenden beschrieben gebildet. In einem Rohmaterial-Mischschritt wurde zunächst als ein keramisches Rohmaterial ein Cordierit-bildendes Rohmaterial hergestellt. Genauer gesagt, wurden 40 Masseteile Talk mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 10 µm, 8 Masseteile Kaolin mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 µm, 8 Masseteile gebranntes Kaolin mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 2 µm, 20 Masseteile Aluminiumoxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 µm, 9 Masseteile Aluminiumhydroxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 µm und 15 Masseteile Quarz mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 4 µm zur Herstellung des Cordierit-bildenden Rohmaterials miteinander gemischt. 100 Masseteilen dieses Cordierit-bildenden Rohmaterials wurden 6,0 Masseteile eines wasseraufnehmenden Polymers vor der Wasseraufnahme, dessen durchschnittlicher Teilchendurchmesser 20 µm nach der Wasseraufnahme betrug, 1,5 Masseteile Zirkoniumdioxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1,0 µm, 5,6 Masseteile Methylcellulose und eine Hydroxypropoxylmethylcellulose als Bindemittel, 0,5 Masseteile eines oberflächenaktiven Mittels und 81 Masseteile Wasser zur Bildung eines Formungsrohmaterials zugegeben, und alles wurde gemischt, so dass ein tonartiges Material erhalten wurde. Überdies war das wasseraufnehmende Polymer ein granuläres Polyacrylammoniumsalz, dessen Wasseraufnahmevermögen das 15- bis 25-fache betrug, und dessen durchschnittlicher Teilchendurchmesser nach der Wasseraufnahme derselbe Wert war, wie oben beschrieben (20 µm).
Als nächstes wurde im Formungsschritt das tonartige Material unter Verwendung einer vorbestimmten Düse extrudiert, so dass ein Wabenformkörper geformt wurde, der die Form eines Trennabschnitts hatte, der quadratische Zellen bildet, wie in den 1 und 2 gezeigt. Überdies wurde integral auch ein den Umfangsabschnitt bildender Abschnitt geformt. Überdies wurde der so erhaltene Wabenformkörper getrocknet, und dann wurde im Brennschritt gebrannt. Das Trocknen wurde für 10 bis 30 Minuten mit einem Mikrowellentrockner durchgeführt, und das Brennen wurde für insgesamt 40 bis 60 Stunden durchgeführt, wobei währenddessen eine Höchsttemperatur von 1.430 °C für 5 bis 15 Stunden gehalten wurde, so dass der Wabenstrukturkörper von Beispiel 1 erhalten wurde. Der Wabenstrukturkörper war so ausgebildet, dass er einen Endflächendurchmesser von 229 mm und eine Länge von 203 mm hatte, und die Zellenstruktur war so ausgebildet, dass sie 4 mil/600 cpsi betrug.
[Beispiele 2 bis 13 und Vergleichsbeispiele 1 bis 13]
Außer dass der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Formungsrohmaterials, sein Mischungsverhältnis und die Zellenstruktur wie in Tabelle 1 gezeigt verändert wurden, wurden die Wabenstrukturkörper der Beispiele 2 bis 13 und Vergleichsbeispiele 1 bis 13 ähnlich wie Beispiel 1 gebildet. Überdies kennzeichnet [-] in Tabelle 1 den Fall, bei dem das Material nicht als der Inhaltsstoff des Formungsrohmaterials zugegeben worden ist. Überdies wurde in den Beispielen 9 bis 11 und 13 und in Vergleichsbeispiel 12, statt der Verwendung von Quarz, Kieselgel mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 12 µm in dem in Tabelle 1 gezeigten Verhältnis zugegeben. In Vergleichsbeispiel 4 wurde statt der Verwendung von Quarz Quarzglas mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 15 µm zugegeben.
[Messung der Porosität, des durchschnittlichen Porendurchmessers und des Nassbereichsverhältnisses R]
Es wurden die Porosität, der durchschnittliche Porendurchmesser und das Nassbereichsverhältnis R der Beispiele 1 bis 13 und Vergleichsbeispiele 1 bis 13 gemessen. Die Porosität und der durchschnittliche Porendurchmesser wurden mit einem Quecksilber-Porosimeter (Autopore IV9520, hergestellt von Micrometrics) gemessen. Das Nassbereichsverhältnis R wurde mittels des oben beschriebenen Verfahrens gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Überdies ist in Tabelle 1 der Wert des Nassbereichs S insgesamt gezeigt.
[Katalysatorladeschritt]
Es wurde ein Katalysatorladeschritt zum Laden eines Katalysators auf den Trennabschnitt des Wabenstrukturkörpers der Beispiele 1 bis 13 und Vergleichsbeispiele 1 bis 13 durchgeführt. Als der Katalysator wurde ZSM-5 Zeolith verwendet. Die Katalysatormenge (g/l) war wie in Tabelle 1 gezeigt.
[Messung des Katalysator-Füllungsverhältnisses]
Das Katalysator-Füllungsverhältnis der Beispiele 1 bis 13 und Vergleichsbeispiele 1 bis 13 wurde mittels des oben beschriebenen Verfahrens nach der Durchführung des Katalysatorladeschrittes gemessen. Die Messung erfolgte an 6 Stellen, welche die Schnittstellen zwischen drei imaginären Linien waren, die die Mitte und die beiden Enden des Wabenstrukturkörpers in Durchmesserichtung durchquerten und die entlang seiner Längsrichtung und zwei imaginären Ebenen, die orthogonal zur Längsrichtung verliefen und den Wabenstrukturkörper an den Stellen 1 cm entfernt seiner Einlassfläche und 1 cm entfernt von seiner Auslassfläche durchquerten, verliefen, und es wurden 3 Prüfstücke von jeder der oben beschriebenen 6 Stellen als Proben entnommen. Basierend auf dem Foto jedes Prüfstückes, das mittels des REM aufgenommen wurde, wurden der Katalysatorabschnitt und der Porenabschnitt mittels der oben beschriebenen Bildanalyse erhalten, und es wurde das Katalysator-Füllungsverhältnis = Anzahl der Pixel von Katalysatorabschnitten / (Anzahl der Pixel von Katalysatorabschnitten + Anzahl der Pixel von Porenabschnitten) erhalten, so dass das Katalysator-Füllungsverhältnis als der Durchschnittswert aller Prüfstücke berechnet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Überdies betrug die für die REM-Inspektion genutzte Vergrößerung das 200-fache.
[Bewertung des Druckabfalls]
Nachdem der Katalysatorladeschritt durchgeführt worden war, wurden die Wabenstrukturkörper der Beispiele 1 bis 13 und Vergleichsbeispiele 1 bis 13 an der Abgasanlage eines 2,2-1-Dieselmotors auf einem Motorprüfstand angebracht, und der Druckabfall (kPa) wurde unter Normalbedingungen bei einer Motordrehzahl von 2.200 U/min und einem Drehmoment von 45 Nm erhalten. Der Druckabfall wurde mittels eines Differenzdruckmanometers nach einem Aufwärmen von 30 Minuten vom Starten des mit einem Probestück ausgestatteten Motors gemessen, und als der Differenzdruck zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Probestückes ausreichend stabil war, wurde für 10 Sekunden gemessen, und der so erhaltene Durchschnitt wurde als der Druckabfall betrachtet. Der Druckabfall von Vergleichsbeispiel 1 wurde als die Referenz betrachtet (Wert: 1,0), und das Verhältnis des Druckabfalls der Beispiele 1 bis 13 und Vergleichsbeispiele 2 bis 13 zu dem Druckabfall von Vergleichsbeispiel 1 wurde als das Druckabfallverhältnis berechnet. Überdies wurde der Fall, bei dem das Druckabfallverhältnis 1,2 oder weniger betrug, als gut eingestuft, und der Fall, bei dem das Druckabfallverhältnis mehr als 1,2 betrug, als NG eingestuft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
[Bewertung der NOx-Reinigungsrate]
Durch die Verwendung eines Harnstoff-SCR-Systems, umfassend einen Dieselmotor (8 1/6 Zylinder), wurde die NOx-Reinigungsrate bewertet. Nachdem ein Abgas und der zur NOx-Reinigung erforderliche Harnstoff durch die Wabenstrukturkörper der Beispiele 1 bis 13 und Vergleichsbeispiele 1 bis 13 geströmt sind, wurden die Mengen an NOx im vorderen Abschnitt und im hinteren Abschnitt der Wabenstrukturkörper gemessen, und die NOx-Reinigungsrate (%) wurde berechnet durch (Menge an NOx im hinteren Abschnitt)/(Menge an NOx im vorderen Abschnitt) x 100. Die Messung der NOx-Reinigungsrate erfolgte unter Bedingungen, bei denen die Abgastemperatur an einer Messstelle 20 mm entfernt von der Einlassendfläche des Wabenstrukturkörpers in Vorwärtsrichtung 250 °C betrug, die Menge des Abgases 380 kg/h betrug und das NOx/NH₃-Äquivalentverhältnis 1,0 betrug. Überdies wurde der Fall, bei dem die NOx-Reinigungsrate 90 % oder mehr betrugt, als gut eingestuft, und der Fall, wo die NOx-Reinigungsrate weniger als 90 % betrug, wurde als NG eingestuft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Wie Tabelle 1 zu entnehmen ist, betrug in den Beispielen 1 bis 8 und 12, in denen das Formungsrohmaterial, enthaltend je 100 Masseteilen des keramischen Rohmaterials, 2 Masseteile oder mehr des wasseraufnehmenden Polymers vor der Wasseraufnahme, dessen durchschnittlicher Teilchendurchmesser 20 µm oder mehr nach der Wasseraufnahme betrug, und 0,5 Masseteile oder mehr Zirkoniumdioxid, verwendet wurde, und in den Beispielen 9 bis 11 und 13, in denen das Formungsrohmaterial, enthaltend je 100 Masseteilen des keramischen Rohmaterials, das 14 Masse-% oder mehr Kieselgel enthielt, 2 Masseteile oder mehr des wasseraufnehmenden Polymers vor der Wasseraufnahme, dessen durchschnittlicher Teilchendurchmesser 20 µm oder mehr nach der Wasseraufnahme betrug, verwendet wurde, der durchschnittliche Porendurchmesser des Trennabschnitts 10 bis 20 µm und das Nassbereichsverhältnis R 0,000239 µm^-1 oder mehr. Überdies betrug in den Beispielen 1 bis 13 die Porosität 50 % bis 65 %. Überdies betrug in den Beispielen 1 bis 13 das Druckabfallverhältnis 1,2 oder weniger, und die NOx-Reinigungsrate betrug 90 % oder mehr; daher wurde die Erhöhung des Druckabfalls unterdrückt, und überdies war die Abgasreinigungsleistung hoch. In den Vergleichsbeispielen 1 bis 13 konnten ein Druckabfallverhältnis von 1,2 oder weniger und eine NOx-Reinigungsrate von 90 % oder mehr nicht gleichzeitig erfüllt werden. Überdies konnte im Vergleich zu den Beispielen 12 und 13, in denen das Katalysator-Füllungsverhältnis weniger als 70 % betrug, in den Beispielen 1 bis 11, in denen das Katalysator-Füllungsverhältnis 70 % oder mehr betrug, die Erhöhung des Druckabfalls tendenziell unterdrückt werden, und überdies konnte die Abgasreinigungsleistung tendenziell verbessert werden.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität aus der JP 2016-187 793 A deren gesamte Inhalte hierin durch Verweis aufgenommen sind.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist in der Fertigungsindustrie für Wabenstrukturkörper anwendbar, die als Filter zur Reinigung von Abgasen, die aus stationären Motoren eines Fahrzeugs, einer Baumaschine und Industrie- und Verbrennungsanlagen und dergleichen ausgestoßen werden, verwendet werden.

Claims

Wabenstrukturkörper (20), umfassend: einen Trennabschnitt (22) aus poröser Keramik, der mehrere Zellen (23) bildet und diese voneinander trennt, die jeweils als ein Fließweg für ein Fluid dienen, wobei in dem Trennabschnitt (22) der durchschnittliche Porendurchmesser 10 bis 20 µm beträgt, und das Nassbereichsverhältnis R (= S/V), welches das Verhältnis des Nassbereichs S der Poren zum Volumen V des Trennabschnitts ist, 0,000239 µm^-1 oder mehr beträgt, wobei das Nassbereichsverhältnis R des Trennabschnitts (22) unter Nutzung der dreidimensionalen Voxeldaten (60) berechnet wird, die mittels Durchführung einer CT-Abtastung des Trennabschnitts (22) erhalten werden, wobei zunächst die Trenndickenrichtung des Trennabschnitts (22) als die X-Richtung betrachtet wird, die Achsenrichtung der Zelle (23) als die Y-Richtung betrachtet wird, und die Ebene XY als der Bildquerschnitt betrachtet wird, als nächstes die CT-Abtastung an dem Trennabschnitt (22) zur Aufnahme eines Bildes davon durchgeführt wird, während der Bildquerschnitt in Z-Richtung orthogonal zur XY-Richtung so verschoben wird, dass mehrere Bilddaten erhalten werden, und basierend auf diesen Bilddaten die Voxeldaten (60) erhalten werden, wobei die Auflösung der X-, Y- und Z-Richtung mit 1,2 µm festgelegt wird, und der so erhaltene kubische Körper mit einer Seitenlänge von 1,2 µm die kleinste Einheit der dreidimensionalen Voxeldaten (60) ist, das heißt, ein Voxel ist, wobei überdies, auch wenn die Bilddaten des durch die CT-Abtastung erhaltenen Bildquerschnitts Ebenendaten ohne Dicke in Z-Richtung sind, die Bildquerschnitte jeweils als ein Bildquerschnitt mit einer Dicke äquivalent zum Intervall (1,2 µm) in Z-Richtung zwischen den Bildquerschnitten betrachtet werden, das heißt, jedes zweidimensionale Pixel der Bilddaten als ein kubischer Körper (Voxel) mit einer Seitenlänge von 1,2 µm betrachtet wird, die Größe der Voxeldaten (60) als ein rechteckiges Parallelepiped mit einer Länge von 300 µm (= 1,2 µm × 250 Voxel) in X-Richtung, einer Länge von 480 µm (= 1,2 µm × 400 Voxel) in Y-Richtung und einer Länge von 480 µm (= 1,2 µm × 400 Voxel) in Z-Richtung betrachtet wird, die Position jedes Voxels durch die Koordinaten X, Y, Z (wobei eine Skaleneinheit der Koordinate 1,2 µm entspricht, was die Länge einer Seite des Voxels ist) dargestellt wird, und ein Raumvoxel, das einen Raum (Pore) darstellt, unterschieden wird von einem Objektvoxel, das ein Objekt darstellt, wobei das Raumvoxel von dem Objektvoxel durch eine binäre Behandlung unter Anwendung des nachstehend beschriebenen Dichtewert-Verfahrens unterschieden wird: mehrere Bilddaten, die durch die CT-Abtastung erhalten werden, sind Helligkeitsdaten jeder (X, Y, Z) Koordinate und basierend auf diesen Helligkeitsdaten wird das Histogramm der Helligkeit aller Koordinaten (aller Pixel der mehreren Bilddaten) gebildet; anschließend wird die Helligkeit des Abschnitts (Tal), der zwischen zwei Peaks in dem Histogramm zu erkennen ist, als der Schwellenwert festgelegt, und die Helligkeit jeder Koordinate wird binarisiert, egal ob sie größer oder kleiner als der Schwellenwert ist, dadurch wird jedes Voxel jeder Koordinate beurteilt, egal ob es ein Raumvoxel oder ein Objektvoxel ist; als nächstes werden unter Verwendung dieser Voxeldaten (60) das Volumen V des Trennabschnitts (22) und der Nassbereich S der Poren wie folgt berechnet: das Volumen V wird als das Volumen aller Voxel der Voxeldaten (60) betrachtet, das heißt, das Volumen V ist mit 69.120.000 µm³ (= 300 µm × 480 µm × 480 µm) festgelegt und als der Nassbereich S werden alle Grenzebenen der Voxeldaten (60) zwischen dem Raumvoxel und dem Objektvoxel berechnet (Anzahl von Grenzebenen der Voxeldaten (60)) x (Fläche von einer Grenzebene) berechnet, wobei die Fläche einer Grenzebene 1,44 µm² (1,2 µm × 1,2 µm) beträgt; und als nächstes wird aus dem so berechneten Volumen V und dem Nassbereich S das Nassbereichsverhältnis R (= S/V) [µm^-1] berechnet; vorausgesetzt, dass, wenn die Trenndicke des Trennabschnitts (22) geringer ist als 300 µm ist, Voxeldaten mit demselben Volumen V wie oben beschrieben verwendet werden.
Wabenstrukturkörper (20) nach Anspruch 1, wobei der Trennabschnitt (22) eine Porosität von 50 % bis 65 % hat.
Wabenstrukturkörper (20), der einen Katalysator, der zum Reinigen eines Abgases dient, auf dem Trennabschnitt (22) des Wabenstrukturkörpers (20) gemäß Anspruch 1 oder 2 trägt.
Wabenstrukturkörper (20) nach Anspruch 3, wobei das Katalysator-Füllungsverhältnis, welches das Verhältnis eines Abschnitts, auf dem der Katalysator vorhanden ist, zu den Poren des Trennabschnitts ist, 70 % oder mehr beträgt; wobei das Katalysator-Füllungsverhältnis so berechnet wird, dass bei der Verwendung eines Inspektionsprüfstückes, welches durch Polieren des Trennabschnitts (22) des mit Harz gefüllten Wabenstrukturkörpers (20) hergestellt wird, die Inspektion mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) durchgeführt und das dabei erhaltene Bild dann wie folgt analysiert wird: zunächst wird das Inspektionsprüfstück hergestellt, welches durch Schneiden und Polieren derart, dass der Querschnitt orthogonal zur Fließrichtung (Achsenrichtung der Zelle (23)) eines Fluids als die Inspektionsfläche genutzt wird; als nächstes wird, nachdem die Vergrößerung des REM auf das 100- bis 500-fache und die Abtastbreite in einem Bereich von ungefähr 500 µm × 500 µm festgelegt worden sind, die so hergestellte Inspektionsfläche des Inspektionsprüfstückes fotografiert; anschließend wird, basierend auf den Helligkeitsdaten der einzelnen Pixel des so erhaltenen Bildes, das Histogramm der Helligkeiten aller Pixel gebildet, die Helligkeiten von Abschnitten (Tälern), die zwischen drei in dem Histogramm gezeigten Peaks zu erkennen sind, als Schwellenwerte festgelegt, und die Helligkeit jedes Pixels wird mit den Schwellenwerten verglichen, so dass die Helligkeit jedes Pixels ternärisiert wird, so dass jedes Pixel als eines von dem Strukturmaterial des Trennabschnitts (22), dem Katalysator und der Pore erkannt werden kann; überdies wird aus der Gleichung Katalysator-Füllungsverhältnis = (Anzahl von Pixeln des Katalysators)/(Anzahl von Pixeln des Katalysators + Anzahl von Pixeln von Poren) x 100 das Katalysator-Füllungsverhältnis berechnet.
Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend: einen Rohmaterial-Mischschritt zur Bildung eines tonartigen Materials durch Mischen eines Formungsrohmaterials, enthaltend a) ein keramisches Rohmaterial, das beim Brennen eine Keramik bildet, und b), bezogen auf 100 Masseteile des keramischen Rohmaterials, 2 Masseteile oder mehr eines wasseraufnehmenden Polymers vor der Wasseraufnahme, dessen durchschnittlicher Teilchendurchmesser 20 µm oder mehr nach der Wasseraufnahme beträgt, und 0,5 Masseteile oder mehr Zirkoniumdioxid; einen Formungsschritt zum Erhalt eines Wabenformkörpers durch Formen des tonartigen Materials zu einer Wabenform und einen Brennschritt zum Erhalt eines Wabenstrukturkörpers (20) mit einem Trennabschnitt (22) aus poröser Keramik, der mehrere Zellen (23) bildet und diese voneinander trennt, die jeweils als ein Fließweg für ein Fluid dienen, durch Brennen des Wabenformkörpers.
Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend: einen Rohmaterial-Mischschritt zur Bildung eines tonartigen Materials durch Mischen eines Formungsrohmaterials, enthaltend ein keramisches Rohmaterial, das beim Brennen eine Keramik bildet und das bezogen auf die Gesamtmasse des keramischen Rohmaterials 14 Masse-% oder mehr Kieselgel enthält, und wobei das Formungsrohmaterial außerdem, bezogen auf 100 Masseteile des keramischen Rohmaterials, 2 Masseteile oder mehr eines wasseraufnehmenden Polymers vor der Wasseraufnahme enthält, dessen durchschnittlicher Teilchendurchmesser 20 µm oder mehr nach der Wasseraufnahme beträgt; einen Formungsschritt zum Erhalt eines Wabenformkörpers durch Formen des tonartigen Materials zu einer Wabenform und einen Brennschritt zum Erhalt eines Wabenstrukturkörpers (20) mit einem Trennabschnitt (22) aus poröser Keramik, der mehrere Zellen (23) bildet und diese voneinander trennt, die jeweils als ein Fließweg für ein Fluid dient, durch Brennen des Wabenformkörpers.
Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers (20) nach Anspruch 5 oder 6, ferner umfassend: nachdem der obige Brennschritt durchgeführt worden ist, einen Katalysatorladeschritt zum Laden eines Katalysators auf den Trennabschnitt (22) des Wabenstrukturkörpers (20).