DE102017002067B4 - Wabenstruktur - Google Patents

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Abstract

Wabenstruktur, umfassend:einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper mit porösen Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, die von einer Zulaufendfläche zu einer Ablaufendfläche verlaufen und zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden; undeine Umfangsdeckschicht, die separat von den porösen Trennwänden hergestellt ist und die so angeordnet ist, dass sie den Umfang des Wabenstrukturkörpers umgibt,wobei die Zellen, die am Außenumfang des Wabenstrukturkörpers gebildet sind und deren Peripherien gänzlich von den Trennwänden definiert werden und bei denen die Umfangsdeckschicht nicht in die Innenabschnitte der Zellen eindringt, als vollständige Außenumfangszellen definiert sind undim Querschnitt des Wabenstrukturkörpers senkrecht zur Verlaufsrichtung der Zellen der Mindestabstand T (mm) der Abstände von den vollständigen Außenumfangszellen zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht und die Porosität P (%) der Umfangsdeckschicht die Beziehungen der Gleichung (1) und Gleichung (2) wie folgt erfüllen:1,5≥T≥16×(100−P)−1,4und20≤P≤75,und wobei im Querschnitt der Umfangsdeckschicht die Gesamtfläche Sp (µm2) der in der Umfangsdeckschicht gebildeten Poren und die Gesamtumfangslänge Lp (µm) der in der Umfangsdeckschicht gebildeten Poren ferner die Beziehung der Gleichung (4) wie folgt erfüllen:4×Sp/Lp≤45.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wabenstruktur, und genauer gesagt bezieht sie sich auf eine Wabenstruktur, bei der die Dicke der Umfangsdeckschicht verringert werden kann, wobei die Umfangsdeckschicht jedoch schwer zu beschädigen ist.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • In den vergangenen Jahren hat sich das Bewusstsein für Umweltprobleme in der Gesellschaft insgesamt erhöht, und auf einem technischen Gebiet, auf dem Kraftstoff zur Erzeugung von Energie verbrannt wird, sind verschiedene Technologien zur Entfernung toxischer Komponenten wie Stickoxiden aus dem während der Verbrennung des Kraftstoffes erzeugten Abgas entwickelt worden.
  • Bisher wurde für eine Reinigungsbehandlung toxischer Substanzen wie HC, CO und NOx, die in dem aus einem Fahrzeugmotor oder dergleichen ausgestoßenen Abgas enthalten sind, eine mit einem Katalysator beladene Wabenstruktur verwendet. Ferner wurde die Wabenstruktur, bei der offene Enden von Zellen, die von porösen Trennwänden definiert werden, verschlossen sind, auch als ein Abgasreinigungsfilter verwendet.
  • Die Wabenstruktur ist eine säulenförmige Struktur mit Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, die zu Durchgangskanälen für das Abgas werden. Eine solche Wabenstruktur umfasst in ihrem Umfangsabschnitt eine Umfangswand, die die säulenförmige Struktur bedeckt. Als die Umfangswand der Wabenstruktur kommen beispielsweise ungefähr zwei Arten von Umfangswänden wie folgt in Frage.
  • Die erste Art der Umfangswand ist eine Umfangswand, die beim Bilden der Trennwände integral mit den Trennwänden gebildet wird. Wie oben beschrieben, wird die integral mit den Trennwänden gebildete Umfangswand gewöhnlich häufig als die Umfangswand bezeichnet.
  • Die zweite Art der Umfangswand ist eine Umfangswand, die durch Beschichten eines Umfangsabschnitts der Wabenstruktur mit einem Umhüllungsmaterial oder dergleichen und Trocknen des aufgebrachten Umhüllungsmaterials, gegebenenfalls gefolgt von Brennen, gebildet wird. Diese Umfangswand wird gewöhnlich häufig als eine Umfangsdeckschicht bezeichnet. Beispielsweise wird eine Wabenstruktur offenbart, umfassend einen verbundenen Wabensegmentkörper, bei dem Bindungsflächen mehrerer Wabensegmente über eine Bindungsschicht integral aneinander gebunden sind, und die Umfangsdeckschicht, mit der die Umfangsfläche des verbundenen Wabensegmentkörpers beschichtet ist (siehe z. B. Patentdokument 1).
  • Ferner ist eine Wabenstruktur mit porösen Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, und einer Umfangsdeckschicht aus Patentdokument 2 bekannt. Ein Bezug zwischen Mindestabstand von vollständigen Außenumfangszellen zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht und der Porosität der Umfangsdeckschicht ist in diesem Dokument jedoch nicht zu entnehmen.
  • Schließlich offenbart Patentdokument 3 eine Wabenstruktur mit porösen Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, und einer Umfangsdeckschicht. Ein Bezug zwischen der Gesamtfläche der in der Umfangsdeckschicht gebildeten Poren und der Gesamtumfangslänge der in der Umfangsdeckschicht gebildeten Poren wird in diesem Dokument jedoch nicht offenbart.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Bei einer Wabenstruktur, die eine Umfangsdeckschicht umfasst, bestand das Problem, dass beim Behandeln der Wabenstruktur die Umfangsdeckschicht absplittert, so dass sie beschädigt wird, oder ein solches Loch entsteht, das durch die Umfangsdeckschicht führt. Um dieses Problem zu lösen, muss bei der Wabenstruktur zur Verwendung als ein Katalysatorträger oder ein Filter die Umfangsdeckschicht eine gewisse Dicke aufweisen. Ferner kann, wenn ein Katalysator auf die Trennwände der Wabenstruktur geladen wird, die Umfangsdeckschicht auch dick gebildet werden, um zu verhindern, dass der Katalysator die Umfangsdeckschicht durchdringt und nach außen sickert.
  • Andererseits wird die Umfangsdeckschicht hauptsächlich der bequemen Behandlung der Wabenstruktur halber gebildet, ursprünglich war bevorzugt, dass die Umfangsdeckschicht möglichst dünn eingestellt wird, und die Bildung einer dünnen Wand der Umfangsdeckschicht wurde ebenfalls untersucht. Bisher wurde hinsichtlich der Dicke der Umfangsdeckschicht jedoch kein spezielles Messverfahren bestimmt, und die Dicke der Umfangsdeckschicht wurde mit einem Verfahren zum Messen der Dicke der dünnsten Region der Umfangsdeckschicht oder der Dicke der dicksten Region der Umfangsdeckschicht ungefähr festgesetzt.
  • Wird die Dicke der Umfangsdeckschicht mit einem bisher bekannten Verfahren bestimmt, liegen jedoch Wabenstrukturen, die beschädigt sind, und Wabenstrukturen, die nicht beschädigt sind, selbst bei den Wabenstrukturen vor, die Umfangsdeckschichten mit derselben Dicke umfassen, und es war schwierig, die Dicke der Umfangsdeckschicht zu verringern. Das heißt, bei der herkömmlichen Wabenstruktur kann nur Schwer eine Kompatibilität zwischen der Verhinderung von Schäden an der Umfangsdeckschicht und der Bildung der dünnen Wand erreicht werden, wobei der Verhinderung von Schäden an der Umfangsdeckschicht Bedeutung beigemessen wird, und daher muss die Dicke der Umfangsdeckschicht vergleichsweise dick gebildet werden. Folglich bestand ernstlich Bedarf an der Entwicklung einer Wabenstruktur, bei der die Dicke der Umfangsdeckschicht verringert werden kann, wobei jedoch die Umfangsdeckschicht schwer zu beschädigen ist, und bei der das Heraussickern des Katalysators aus der Umfangsdeckschicht beim Laden des Katalysators auf die Trennwände effektiv verhindert werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diese Probleme der herkömmlichen Technologien entwickelt. Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Wabenstruktur, bei der die Dicke der Umfangsdeckschicht verringert werden kann, wobei die Umfangsdeckschicht jedoch schwer zu beschädigen ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Wabenstruktur wie folgt vorgesehen.
    1. [1] Eine Wabenstruktur umfasst einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper mit porösen Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, die von einer Zulaufendfläche zu einer Ablaufendfläche verlaufen und zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden; und eine Umfangsdeckschicht, die separat von den porösen Trennwänden hergestellt ist und die so angeordnet ist, dass sie den Umfang des Wabenstrukturkörpers umgibt, wobei die Zellen, die am Außenumfang des Wabenstrukturkörpers gebildet sind und deren Peripherien gänzlich von den Trennwänden definiert werden und bei denen die Umfangsdeckschicht nicht in die Innenabschnitte der Zellen eindringt, als vollständige Außenumfangszellen definiert sind und im Querschnitt des Wabenstrukturkörpers senkrecht zur Verlaufsrichtung der Zellen der Mindestabstand T (mm) der Abstände von den vollständigen Außenumfangszellen zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht und die Porosität P (%) der Umfangsdeckschicht die Beziehungen der Gleichung (1) und Gleichung (2) wie folgt erfüllen: 1,5 ≥ T ≥ 16 × ( 100 − P ) − 1,4
      Figure DE102017002067B4_0004
      und 20 ≤ P ≤ 75,
      Figure DE102017002067B4_0005
      und wobei im Querschnitt der Umfangsdeckschicht die Gesamtfläche Sp (µm2) der in der Umfangsdeckschicht gebildeten Poren und die Gesamtumfangslänge Lp (µm) der in der Umfangsdeckschicht gebildeten Poren ferner die Beziehung der Gleichung (4) wie folgt erfüllen: 4 × Sp / Lp ≤ 45.
      Figure DE102017002067B4_0006
    2. [2] Die Wabenstruktur gemäß [1] oben, wobei der Mindestabstand T (mm) der Abstände von den vollständigen Außenumfangszellen zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht ferner die Beziehung der Gleichung (3) wie folgt erfüllt: T ≥ 0,03.
      Figure DE102017002067B4_0007
    3. [3] Die Wabenstruktur gemäß [1] oder [2] oben, wobei das Material der Umfangsdeckschicht zumindest eines, ausgewählt aus einer ersten Materialgruppe, bestehend aus Siliciumcarbid, Cordierit, einem Silicium-Siliciumcarbid-basierten Verbundmaterial, Siliciumnitrid, Mullit, Aluminiumoxid, einem Siliciumcarbid-Cordierit-basierten Verbundmaterial und Aluminiumtitanat, umfasst.
    4. [4] Die Wabenstruktur gemäß [3] oben, wobei das Material der Umfangsdeckschicht 20 Masse-% oder mehr von zumindest einem, ausgewählt aus der ersten Materialgruppe, enthält.
    5. [5] Die Wabenstruktur gemäß einem von [1] bis [4] oben, wobei das Material des Wabenstrukturkörpers zumindest eines, ausgewählt aus einer zweiten Materialgruppe, bestehend aus Siliciumcarbid, Cordierit, einem Silicium-Siliciumcarbid-basierten Verbundmaterial, Siliciumnitrid, Mullit, Aluminiumoxid, einem Siliciumcarbid-Cordierit-basierten Verbundmaterial und Aluminiumtitanat, umfasst.
    6. [6] Die Wabenstruktur gemäß [5] oben, wobei das Material des Wabenstrukturkörpers 30 Masse-% oder mehr von zumindest einem, ausgewählt aus der zweiten Materialgruppe, enthält.
    7. [7] Die Wabenstruktur gemäß einem von [1] bis [6] oben, ferner umfassend Verschlussabschnitte, die in einem Endabschnitt auf der Zulaufendflächenseite eines Teils der in dem Wabenstrukturkörper gebildeten Zellen und einem Endabschnitt auf der Ablaufendflächenseite der verbleibenden Zellen der Zellen angeordnet sind.
    8. [8] Die Wabenstruktur gemäß einem von [1] bis [7] oben, wobei die Dicke der Trennwände 0,05 bis 0,5 mm beträgt.
    9. [9] Die Wabenstruktur gemäß einem von [1] bis [8] oben, wobei die Porosität der Trennwände 20 bis 75 % beträgt.
    10. [10] Die Wabenstruktur gemäß einem von [1] bis [9] oben, wobei die Zelldichte des Wabenstrukturkörpers 15 bis 200 Zellen/cm2 beträgt.
    11. [11] Die Wabenstruktur gemäß einem von [1] bis [10] oben, wobei der Wabenstrukturkörper eine Umfangswand aufweist, die so angeordnet ist, dass sie die Trennwände umgibt.
    12. [12] Die Wabenstruktur gemäß einem von [1] bis [11] oben, wobei bei dem Mindestabstand T (mm) der Abstände von den vollständigen Außenumfangszellen zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht die Dicke t2 (mm) in einem Bereich, in dem die Umfangsdeckschicht angeordnet ist, 0,025 bis 1,0 mm beträgt.
  • Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung umfasst einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper und eine Umfangsdeckschicht und ist dadurch gekennzeichnet, dass sie die Beziehungen der Gleichung (1), der Gleichung (2) und der Gleichung (4) erfüllt, die oben beschrieben sind. Bei der Wabenstruktur mit einem solchen Aufbau kann die Dicke der Umfangsdeckschicht verringert werden, wobei jedoch die Umfangsdeckschicht schwer zu beschädigen ist.
  • Insbesondere wird in der vorliegenden Erfindung der Mindestabstand T (mm) der Abstände von den vollständigen Außenumfangszellen, bei denen die Umfangsdeckschicht nicht in die Innenabschnitte der Zellen eindringt, zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht durch die oben beschriebene Gleichung (1) dargestellt. Dieser „Mindestabstand T (mm)“ ist ein außergewöhnlich wirksamer Wert, wenn spezifiziert wird, dass die Umfangsdeckschicht der Wabenstruktur schwer zu beschädigen ist. Ferner kann mit diesem „Mindestabstand T (mm)“ ein Schadensgrenzwert der Umfangsdeckschicht in einer Korrelation zwischen diesem Mindestabstand T (mm) und „der Porosität P (%)“ der Umfangsdeckschicht spezifiziert werden. Hier ist der Schadensgrenzwert der Umfangsdeckschicht ein kritischer Wert, der anzeigt, dass sich die Häufigkeiten, bei denen die Umfangsdeckschicht beschädigt wird, merklich erhöhen. Ist „der Mindestabstand T (mm)“ dieser Schadensgrenzwert von „16 × (100-P)1,4“ oder mehr, können Schäden an der Umfangsdeckschicht effektiv verhindert werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Ausführungsform einer Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 2 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Zulaufendfläche der in 1 gezeigten Wabenstruktur zeigt;
    • 3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt entlang der Linie X-X' von 2 zeigt;
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt entlang der Linie Y-Y' von 3 zeigt;
    • 5 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des Querschnitts der in 4 gezeigten Wabenstruktur;
    • 6 ist eine Draufsicht zur Erläuterung eines anderen Beispiels der einen Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung;
    • 7 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine andere Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 8 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Zulaufendfläche der in 7 gezeigten Wabenstruktur zeigt;
    • 9 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt entlang der Linie Z-Z' von 8 zeigt; und
    • 10 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch noch eine andere Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt. Es versteht sich daher, dass basierend auf dem gewöhnlichen Wissensstand eines Fachmanns Veränderungen, Verbesserungen und anderes an der folgenden Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • (1) Wabenstruktur:
  • Wie in 1 bis 5 gezeigt ist, ist eine Ausführungsform einer Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung eine Wabenstruktur 100, umfassend einen Wabenstrukturkörper 4 mit porösen Trennwänden 1 und eine Umfangsdeckschicht 3, die so angeordnet ist, dass sie den Umfang des Wabenstrukturkörpers 4 umgibt. Die porösen Trennwände 1 definieren mehrere Zellen 2, die von einer Zulaufendfläche 11 zu einer Ablaufendfläche 12 verlaufen und zu Durchgangskanäle für ein Fluid werden. Der Wabenstrukturkörper 4 ist säulenförmig und weist als beide Endflächen die Zulaufendfläche 11 und die Ablaufendfläche 12 auf.
  • Hier ist 1 eine perspektivische Ansicht, die schematisch die eine Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine Draufsicht, die schematisch die Zulaufendfläche der in 1 gezeigten Wabenstruktur zeigt. 3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt entlang der Linie X-X' von 2 zeigt. 4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt entlang der Linie Y-Y' von 3 zeigt. 5 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des Querschnitts der in 4 gezeigten Wabenstruktur.
  • Bei der Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform werden die Zellen 2 mit dem folgenden Aufbau als vollständige Außenumfangszellen 2x definiert. Die vollständigen Außenumfangszellen 2x sind die Zellen 2, die am Außenumfang des Wabenstrukturkörpers 4 gebildet sind, und die Zellen 2, deren Peripherien gänzlich von den Trennwänden 1 definiert werden und bei denen die Umfangsdeckschicht 3 nicht in die Innenabschnitte der Zellen 2 eindringt. Mit anderen Worten, die vollständigen Außenumfangszellen 2x sind die Zellen 2, bei denen alle Peripherien der Zellen 2 von den Trennwänden 1 definiert werden. Andererseits werden die Zellen 2, die am Außenumfang des Wabenstrukturkörpers 4 gebildet sind, und die Zellen 2, deren Peripherien aufgrund des Absplitterns der Trennwände 1 fehlen, als unvollständige Außenumfangszellen 2y definiert. Üblicherweise tritt die Umfangsdeckschicht 3 in die Innenabschnitte der unvollständigen Außenumfangszellen 2y ein.
  • Ferner kann bei der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform, wie in 6 gezeigt, der Wabenstrukturkörper 4 eine Umfangswand 7 aufweisen, die so angeordnet ist, dass sie die porösen Trennwände 1 umgibt. Die Umfangswand 7 wird beim Bilden der Trennwände 1 des Wabenstrukturkörpers 4 integral mit den Trennwänden 1 gebildet. Bei der in 6 gezeigten Wabenstruktur 100A ist die Umfangsdeckschicht 3 ferner so angeordnet, dass sie den Umfang des Wabenstrukturkörpers 4 mit den Trennwänden 1 und der Umfangswand 7 umgibt. Bei dem Wabenstrukturkörper 4 werden die Zellen 2, deren Peripherien nur von den Trennwänden 1 oder von den Trennwänden 1 und der Umfangswand 7 gebildet werden, als vollständige Zellen bezeichnet. Hier ist 6 eine Draufsicht zur Erläuterung eines anderen Beispiels der einen Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung.
  • Überdies wird auf eine Zeichnung verzichtet, wenn jedoch der Wabenstrukturkörper die Umfangswand aufweist, kann die oben genannte Umfangswand so angeordnet sein, dass sie die gesamte Region einer Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers bedeckt, oder die oben genannte Umfangswand kann so angeordnet sein, dass sie einen Teil der Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers bedeckt. Beispielsweise kann der Wabenstrukturkörper, bei dem die Umfangswand so angeordnet ist, dass sie die gesamte Region der Seitenfläche bedeckt, einer Bearbeitung wie einer Schleifbearbeitung unterzogen werden, um einen Teil der Umfangswand zu entfernen. Es versteht sich, dass, wenn der Wabenstrukturkörper, bei dem die Umfangswand so angeordnet ist, dass sie die gesamte Region der Seitenfläche bedeckt, bearbeitet wird, um die gesamte Umfangswand zu entfernen, der in 1 bis 5 gezeigte Wabenstrukturkörper 4 erhalten wird.
  • Bei der Wabenstruktur 100 ist der Querschnitt des Wabenstrukturkörpers 4 senkrecht zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 dadurch gekennzeichnet, dass er die Beziehungen der Gleichung (1) und Gleichung (2) wie folgt erfüllt. Hier ist in Gleichung (1) T der Mindestabstand T (mm) der Abstände von den vollständigen Außenumfangszellen 2x zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht 3. In Gleichung (1) und Gleichung (2) ist P die Porosität P (%) der Umfangsdeckschicht. Hierin nachstehend wird der oben genannte „Mindestabstand T (mm) der Abstände von den vollständigen Außenumfangszellen 2x zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht 3“ manchmal als „der Mindestabstand T (mm) von der vollständigen Außenumfangszelle 2x zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht 3“ bezeichnet. Ferner wird der Abstand manchmal einfach als „der Mindestabstand T (mm)“ bezeichnet. 1,5 ≥ T ≥ 16 × ( 100 − P ) − 1,4
    Figure DE102017002067B4_0008
    und 20 ≤ P ≤ 75.
    Figure DE102017002067B4_0009
  • Die Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform erfüllt die oben genannten Beziehungen der Gleichung (1) und Gleichung (2), wonach die Dicke der Umfangsdeckschicht 3 verringert werden kann, die Umfangsdeckschicht jedoch schwer zu beschädigen sein kann. Beispielsweise kann bei der Wabenstruktur 100, die die oben genannten Beziehungen der Gleichung (1) und Gleichung (2) erfüllt, während einer Behandlung effektiv verhindert werden, dass die Umfangsdeckschicht 3 absplittert und beschädigt wird, und es kann effektiv verhindert werden, dass ein solches Loch entsteht, das durch die Umfangsdeckschicht 3 führt.
  • Ist der oben genannte „Mindestabstand T (mm) von der vollständigen Außenumfangszelle 2x zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht 3“ kleiner als „16 × (100-P)-1,4“, kann keine ausreichende Festigkeit der Wabenstruktur 100 aufrechterhalten werden. Ferner splittert die Umfangsdeckschicht 3 ab, so dass sie beschädigt wird, und es entsteht leicht ein solches Loch, das durch die Umfangsdeckschicht 3 führt. Andererseits verdickt sich, wenn der „Mindestabstand T (mm)“ 1,5 mm übersteigt, die Umfangsdeckschicht 3 übermäßig, wodurch sich der Druckabfall der Wabenstruktur 100 ungeachtet des Wertes der Porosität P (%) der Umfangsdeckschicht 3 erhöht. Folglich erhöht sich, wenn die Wabenstruktur 100 in einem Fahrzeug montiert ist, der Abgaswiderstand derart, dass eine Verschlechterung der Kraftstoffeffizienz verursacht wird.
  • In der oben genannten Gleichung (1) wird der Wert „der Porosität P (%)“, der die oben genannten Bedingungen der Gleichung (2) erfüllt, vorgeschrieben. Erfüllt der Wert der Porosität P (%) die oben genannten Bedingungen der Gleichung (2) nicht, kann die Umfangsdeckschicht 3 absplittern, so dass sie beschädigt wird, oder es kann leicht ein Loch entstehen, das durch die Umfangsdeckschicht 3 führt, selbst wenn die Bedingungen der Gleichung (1) erfüllt sind. Ferner wird, wenn der Wert der Porosität P (%) der Umfangsdeckschicht 3 75 % übersteigt, die Festigkeit der Wabenstruktur 100 unzureichend, und wenn die Wabenstruktur in einem Ummantelungselement zur Verwendung in einer Abgasreinigungsvorrichtung ummantelt wird, kann die Wabenstruktur nur schwer mit einer ausreichenden Haltekraft gehalten werden. Ist der Wert der Porosität P (%) der Umfangsdeckschicht 3 kleiner als 20 %, können aufgrund des Trocknungsschrumpfens eines Umhüllungsmaterials, das das Material der Umfangsdeckschicht ist, während der Herstellung der Umfangsdeckschicht Risse erzeugt werden.
  • Hier erfolgt die Beschreibung „des Mindestabstands T (mm) von der vollständigen Außenumfangszelle 2x zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht 3“ ausführlicher unter Bezug auf 5. Wie in 5 gezeigt ist, werden im Querschnitt des Wabenstrukturkörpers 4 senkrecht zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 die mehreren Zellen 2 von den porösen Trennwänden 1 definiert. Hier werden andere Zellen 2z als die Zellen 2x und 2y, die am Außenumfang des Wabenstrukturkörpers 4 gebildet sind, gebildet, so dass die gesamten Regionen der Peripherien der Zellen 2 gewöhnlich von den Trennwänden 1 definiert werden. Die Zellen 2z werden manchmal beispielsweise als „die vollständigen Zellen 2z“ bezeichnet. Andererseits liegen als die Zellen 2x und 2y, die am Außenumfang des Wabenstrukturkörpers 4 gebildet sind, die Zellen 2x, bei denen die gesamten Regionen der Peripherien der Zellen 2 von den Trennwänden 1 definiert werden, und die Zellen 2y, bei denen die Trennwände 1, die um die Zellen 2 vorliegen sollen, fehlen, vor.
  • Beispielsweise werden bei „den am Außenumfang gebildeten Zellen 2x“, in 5 mit 2x bezeichnet, die gesamten Regionen der Peripherien der Zellen 2x von den Trennwänden 1 definiert, und sie werden in der vorliegenden Beschreibung als „die vollständigen Außenumfangszellen 2x“ bezeichnet. Ferner fehlen bei „den am Außenumfang gebildeten Zellen 2y“, in 5 mit 2y bezeichnet, Teile der Trennwände 1, die um die Zellen 2 vorliegen sollen, und in der vorliegenden Beschreibung werden diese Zellen als „die unvollständigen Außenumfangszellen 2y“ bezeichnet. Gewöhnlich dringt bei der Wabenstruktur 100, die die Umfangsdeckschicht 3 umfasst, wenn „die unvollständigen Außenumfangszellen 2y“ am Außenumfang des Wabenstrukturkörpers 4 vorliegen, die Umfangsdeckschicht 3 in die Innenabschnitte der unvollständigen Außenumfangszellen 2y ein.
  • „Der Mindestabstand von der vollständigen Außenumfangszelle 2x zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht 3“ ist als ein Abstand zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht 3 in normaler Richtung definiert. Beispielsweise liegen in 5 mehrere unvollständige Außenumfangszellen 2y auch am Außenumfang des Wabenstrukturkörpers 4 vor, die unvollständigen Außenumfangszellen 2y werden jedoch beim Erhalt „des Mindestabstandes T (mm)“ nicht berücksichtigt. In 5 gibt ein mit dem Zeichen T bezeichneter Pfeil „den Mindestabstand T (mm)“ an. „Der Mindestabstand T (mm)“ umfasst die Dicke t1 (mm) (nicht gezeigt) der Trennwand 1, die die vollständige Außenumfangszelle 2x definiert, und die Dicke t2 (mm) (nicht gezeigt) der Umfangsdeckschicht 3.
  • Ferner gibt in 5 ein mit dem Zeichen U1 bezeichneter Pfeil einen Abstand an, der der Dicke eines Umfangsabschnitts des Wabenstrukturkörpers 4 entspricht, der Abstand U1 ist jedoch nicht „der Abstand von der vollständigen Außenumfangszelle 2x zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht 3“. Das heißt, der Abstand U1 ist der Abstand von der Oberfläche der Umfangsdeckschicht 3 zur Trennwand 1, die lediglich die unvollständige Außenumfangszelle 2y definiert. Daher wird beim Erhalt „des Mindestabstands T (mm)“ der Abstand U1 nicht berücksichtigt.
  • Ferner gibt in 5 ein mit dem Zeichen U2 bezeichneter Pfeil einen Abstand an, der der Dicke des Umfangsabschnitts des Wabenstrukturkörpers 4 entspricht, der Abstand U2 ist jedoch nicht „der Abstand von der vollständigen Außenumfangszelle 2x zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht 3“. Das heißt, der Abstand U2 ist der Abstand von der Oberfläche der Umfangsdeckschicht 3 durch die unvollständige Außenumfangszelle 2y zur vollständigen Zelle 2z, die auf einer Seite weiter innen gebildet ist. Daher wird beim Erhalt „des Mindestabstandes T (mm)“ der Abstand U2 nicht berücksichtigt.
  • „Der Mindestabstand T (mm)“ kann mittels Durchführen einer Bildanalyse des Querschnitts der Wabenstruktur, geschnitten senkrecht zur Zellenverlaufsrichtung, gemessen werden. Speziell wird zunächst die Wabenstruktur senkrecht zur Zellenverlaufsrichtung geschnitten. Ferner wird der Umfangsabschnitt der Schnittfläche dieser Wabenstruktur mit einem Rasterelektronenmikroskop oder einem Mikroskop beobachtet, und „der Mindestabstand T (mm)“ von der vollständigen Außenumfangszelle zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht wird gemessen. Es versteht sich, dass, wenn die Zellenverlaufsrichtung der Wabenstruktur senkrecht zur Zulaufendfläche und zur Ablaufendfläche verläuft, die Messung „des Mindestabstands T (mm)“ an zumindest einem optionalen Querschnitt vorgenommen werden kann. Ferner kann, wenn die Zellenverlaufsrichtung der Wabenstruktur senkrecht zur Zulaufendfläche und zur Ablaufendfläche verläuft, die oben genannte Beobachtung des Querschnitts durch eine Beobachtung der Zulaufendfläche und der Ablaufendfläche der Wabenstruktur ersetzt werden. Die Messung „des Mindestabstands T (mm)“ wird in Bezug auf „die vollständigen Außenumfangszellen“ im oben genannten Querschnitt, die Zulaufendfläche oder die Ablaufendfläche vorgenommen. Als das Rasterelektronenmikroskop wird ein S-3400N (Markenname), hergestellt von der Hitachi High-Technologies Corporation, verwendet. Als das Mikroskop wird ein VHK-1000 (Markenname), hergestellt von der KEYENCE CORPORATION, verwendet. Das Messen der Dicke der Umfangsdeckschicht kann unter Verwendung von Bildverarbeitungssoftware von WinROOF (Markenname), hergestellt von der MITANI CORPORATION, durchgeführt werden. Hierin nachstehend wird ein mit dem Rasterelektronenmikroskop aufgenommenes Bild manchmal als das REM-Bild bezeichnet. „REM“ ist die Abkürzung für ein Rasterelektronenmikroskop.
  • „Die Porosität P (%) der Umfangsdeckschicht“ kann mittels Bildanalyse des Querschnitts der Wabenstruktur senkrecht zur Zellenverlaufsrichtung gemessen werden. Speziell wird der Querschnitt der Umfangsdeckschicht der Wabenstruktur in 3 optionalen Sichtfeldern des REM-Bildes mit dem Rasterelektronenmikroskop fotografiert. Die Vergrößerung während des Fotografierens wird auf das 150-Fache eingestellt, und der Beobachtungsbereich pro Sichtfeld ist ein viereckiger Bereich, bei dem die Länge einer Seite 300 bis 500 µm beträgt. Als nächstes wird, bezogen auf jedes fotografierte REM-Bild, durch die Bildanalyse eine Binarisierung durchgeführt, und das Bild wird in Hohlraumabschnitte (d. h. Porenabschnitte) und andere Abschnitte als die Hohlraumabschnitte (d. h. Feststoffabschnitte der Trennwände) geteilt. Als nächstes wird die Fläche jedes Hohlraumabschnitts erhalten. Der durch Teilen „der Gesamtfläche der Hohlraumabschnitte“ durch „die Fläche des Beobachtungsbereiches pro Sichtfeld“ erhaltene prozentuale Wert wird als die Porosität (%) pro Sichtfeld definiert. Ferner wird der arithmetische Mittelwert der jeweiligen Porositäten der 3 Sichtfelder als „die Porosität P (%) der Umfangsdeckschicht“ definiert. Als das Rasterelektronenmikroskop wird ein S-3400N (Markenname), hergestellt von der Hitachi High-Technologies Corporation, verwendet. Ferner kann die Bildanalyse des fotografierten Bildes unter Verwendung der Bildverarbeitungssoftware von WinROOF (Markenname), hergestellt von der MITANI CORPORATION, durchgeführt werden.
  • Die Porosität P (%) der Umfangsdeckschicht beträgt vorzugsweise 20 bis 75 %, stärker bevorzugt 25 bis 70 % und besonders bevorzugt 25 bis 65 %. Gemäß einem solchen Aufbau kann eine Wabenstruktur erhalten werden, bei der während der Herstellung der Umfangsdeckschicht nur schwer Risse zu erzeugen sind und die eine ausreichende Festigkeit für die Verwendung als ein Abgasreinigungselement aufweist.
  • Vorzugsweise erfüllt der Mindestabstand T (mm) von der vollständigen Außenumfangszelle zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht ferner die Beziehung der nachstehend genannten Gleichung (3). Das heißt, der Mindestabstand T (mm) beträgt bevorzugt 0,03 mm oder mehr und 1,5 mm oder weniger. Ferner beträgt der Mindestabstand T (mm) vorzugsweise ferner 0,03 bis 1,0 mm und besonders bevorzugt 0,03 bis 0,8 mm. Ist der Mindestabstand T (mm) kleiner als 0,03 mm, kann die ausreichende Festigkeit der Wabenstruktur möglicherweise nicht aufrechterhalten werden. Übersteigt der Mindestabstand T (mm) 1,5 mm, kann sich die Umfangsdeckschicht übermäßig verdicken, wodurch sich der Druckabfall der Wabenstruktur erhöht. Folglich erhöht sich, wenn die Wabenstruktur in einem Fahrzeug montiert ist, der Abgaswiderstand derart, dass eine Verschlechterung der Kraftstoffeffizienz verursacht wird. T ≥ 0,03
    Figure DE102017002067B4_0010
  • Der Mindestabstand T (mm) umfasst die Dicke t1 (mm) der Trennwände, die die vollständigen Außenumfangszellen definieren, und die Dicke t2 (mm) der Umfangsdeckschicht. Es versteht sich, dass, wenn der Wabenstrukturkörper die Umfangswand aufweist, die Dicke dieser Umfangswand auch in dem Mindestabstand T (mm) enthalten ist. Vorzugsweise beträgt die Dicke t2 (mm) des Bereiches, in dem die Umfangsdeckschicht im Mindestabstand T (mm) angeordnet ist, 0,025 bis 1,0 mm. Gemäß einem solchen Aufbau kann die Kompatibilität zwischen der Verhinderung von Schäden an der Umfangsdeckschicht und der Bildung einer dünnen Wand effektiv erreicht werden. Die Dicke t1 (mm) der Trennwände, die die vollständigen Außenumfangszellen definieren, und die Dicke t2 (mm) der Umfangsdeckschicht können mittels Bildanalyse des REM-Bildes beim Messen des Mindestabstandes T (mm) erhalten werden.
  • Ferner erfindungsgemäß erfüllen im Querschnitt der Umfangsdeckschicht die Gesamtfläche Sp (µm2) der in der Umfangsdeckschicht gebildeten Poren und die Gesamtumfangslänge Lp (µm) der in der Umfangsdeckschicht gebildeten Poren ferner die Beziehung der nachstehend genannten Gleichung (4). Wird die Gleichung (4) erfüllt und ein Katalysator auf die Trennwände des Wabenstrukturkörpers geladen, kann das Sickern des Katalysators aus der Umfangsdeckschicht außergewöhnlich effektiv verhindert werden. Es versteht sich, dass ein Wert von „4 × Sp/Lp“ in Gleichung (4) den Wert eines durchschnittlichen Porendurchmessers der Umfangsdeckschicht angibt. Hierin nachstehend wird in der vorliegenden Beschreibung „4 × Sp/Lp“ in Gleichung (4) manchmal als „ein durchschnittlicher Porendurchmesser M (µm) der Umfangsdeckschicht“ bezeichnet. 4 × Sp / Lp ≤ 45
    Figure DE102017002067B4_0011
  • Die Gesamtfläche Sp (µm2) der in der Umfangsdeckschicht gebildeten Poren und die Gesamtumfangslänge Lp (µm) der in der Umfangsdeckschicht gebildeten Poren kann mittels Bildanalyse des REM-Bildes beim Messen der Porosität P (%) der Umfangsdeckschicht erhalten werden.
  • Wie von Gleichung (4) dargestellt, beträgt der durchschnittliche Porendurchmesser M (µm) der Umfangsdeckschicht vorzugsweise 45 µm oder weniger, ferner bevorzugt 40 µm oder weniger und besonders bevorzugt 30 µm oder weniger. Es gibt keine besondere Einschränkung hinsichtlich eines unteren Grenzwertes des durchschnittlichen Porendurchmessers M (µm) der Umfangsdeckschicht, der untere Grenzwert beträgt jedoch üblicherweise beispielsweise 1 µm.
  • Es gibt keine besondere Einschränkung hinsichtlich der Form der Zellen im Querschnitt senkrecht zur Zellenverlaufsrichtung. Beispiele der Form umfassen polygonale Formen wie eine dreieckige Form, eine viereckige Form, eine sechseckige Form und eine achteckige Form.
  • Ferner kann sich bei den Formen der Zellen die Form einer Zelle von der Form der anderen Zelle unterscheiden.
  • Es gibt keine besondere Einschränkung hinsichtlich der Gesamtform der Wabenstruktur. In Bezug auf die Gesamtform der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform ist die Form der Zulaufendfläche und Ablaufendfläche vorzugsweise rund oder elliptisch und besonders bevorzugt rund. Ferner gibt es keine besondere Einschränkung hinsichtlich der Größe der Wabenstruktur, die Länge von der Zulaufendfläche zur Ablaufendfläche beträgt jedoch vorzugsweise 30 bis 450 mm. Ferner beträgt, wenn die Gesamtform der Wabenstruktur eine runde Säulenform ist, der Durchmesser jeder Endfläche vorzugsweise 25 bis 400 mm.
  • Das Material der Umfangsdeckschicht umfasst vorzugsweise mindestens eines, ausgewählt aus einer ersten Materialgruppe, bestehend aus Siliciumcarbid, Cordierit, einem Silicium-Siliciumcarbid-basierten Verbundmaterial, Siliciumnitrid, Mullit, Aluminiumoxid, einem Siliciumcarbid-Cordierit-basierten Verbundmaterial und Aluminiumtitanat. Ferner enthält das Material der Umfangsdeckschicht vorzugsweise 20 Masse-% oder mehr, ferner bevorzugt 25 Masse-% oder mehr und besonders bevorzugt 30 Masse-% oder mehr von zumindest einem, ausgewählt aus der obigen ersten Materialgruppe. Insbesondere aufgrund der engen Kontakteigenschaften mit dem Wabenstrukturkörper ist es bevorzugt, dass das Material der Umfangsdeckschicht ein Material umfasst, das in dem Wabenstrukturkörper enthalten ist.
  • Die Dicke der Trennwände des Wabenstrukturkörpers beträgt bevorzugt 0,05 bis 0,5 mm, ferner bevorzugt 0,06 bis 0,4 mm und besonders bevorzugt 0,07 bis 0,35 mm. Ist die Dicke der Trennwände kleiner als 0,05 mm, kann die ausreichende Festigkeit der Wabenstruktur möglicherweise nicht aufrechterhalten werden. Übersteigt die Dicke der Trennwände 0,5 mm, kann sich der Druckabfall der Wabenstruktur erhöhen. Folglich erhöht sich, wenn die Wabenstruktur in einem Fahrzeug montiert ist, der Abgaswiderstand derart, dass eine Verschlechterung der Kraftstoffeffizienz verursacht wird. Die Dicke der Trennwände ist ein Wert, der durch Beobachten der Form des Querschnitts der Wabenstruktur mit dem Rasterelektronenmikroskop gemessen wurde.
  • Die Porosität der Trennwände des Wabenstrukturkörpers beträgt vorzugsweise 20 bis 75 %, ferner bevorzugt 25 bis 70 % und besonders bevorzugt 25 bis 65 %. Ist die Porosität der Trennwände kleiner als 20 % und wird die Wabenstruktur als ein Filter verwendet, kann sich der Druckabfall erhöhen. Übersteigt die Porosität der Trennwände 75 %, wird die Festigkeit der Wabenstruktur 100 unzureichend, und wird die Wabenstruktur in dem Ummantelungselement zur Verwendung in der Abgasreinigungsvorrichtung ummantelt, kann die Wabenstruktur nur schwer mit einer ausreichenden Haltekraft gehalten werden. Der Wert der Porosität der Trennwände ist ein Wert, der mit einem Quecksilberporosimeter gemessen wird.
  • Die Zelldichte des Wabenstrukturkörpers beträgt bevorzugt 15 bis 200 Zellen/cm2, ferner bevorzugt 20 bis 150 Zellen/cm2 und besonders bevorzugt 30 bis 100 Zellen/cm2. Ist die Zelldichte kleiner als 15 Zellen/cm2, könnte die Festigkeit der Wabenstruktur zu kurz kommen. Übersteigt die Zelldichte 200 Zellen/cm2, kann sich der Druckabfall der Wabenstruktur erhöhen, und wird der Katalysator auf die Wabenstruktur geladen, können die Zellen mit dem geladenen Katalysator verstopft werden.
  • Vorzugsweise umfasst das Material des Wabenstrukturkörpers zumindest eines, ausgewählt aus einer zweiten Materialgruppe, bestehend aus Siliciumcarbid, Cordierit, einem Silicium-Siliciumcarbid-basierten Verbundmaterial, Siliciumnitrid, Mullit, Aluminiumoxid, einem Siliciumcarbid-Cordierit-basierten Verbundmaterial und Aluminiumtitanat. Ferner enthält das Material des Wabenstrukturkörpers vorzugsweise 30 Masse-% oder mehr, ferner bevorzugt 40 Masse-% oder stärker und besonders bevorzugt 50 Masse-% oder mehr, von mindestens einem, ausgewählt aus der obigen zweiten Materialgruppe.
  • Die Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform ist geeignet als ein Abgasreinigungselement eines Verbrennungsmotors verwendbar. Die Wabenstruktur wird geeigneterweise beispielsweise als Katalysatorträger, auf den ein Abgasreinigungskatalysator geladen ist, verwendet. Bei der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform kann der Abgasreinigungskatalysator auf zumindest eine der Oberflächen jeder Trennwand des Wabenstrukturkörpers und jeder Pore der Trennwand geladen werden.
  • Als nächstes wird eine andere Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in 7 bis 9 gezeigt ist, ist die andere Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung eine Wabenstruktur 200, umfassend einen Wabenstrukturkörper 4, eine Umfangsdeckschicht 3 und Verschlussabschnitte 5, die jeweils in einem der Endabschnitte jeder in dem Wabenstrukturkörper 4 gebildeten Zelle 2 angeordnet sind. Der Wabenstrukturkörper 4 hat poröse Trennwände 1. Die porösen Trennwände 1 definieren mehrere Zellen 2, die von einer Zulaufendfläche 11 zu einer Ablaufendfläche 12 verlaufen und zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden. Die Verschlussabschnitte 5 sind an offenen Enden der Zellen 2 auf der Seite der Zulaufendfläche 11 oder der Ablaufendfläche 12 angeordnet, so dass einer der Endabschnitte der Zelle 2 verschlossen wird. Hier sind von den mehreren Zellen 2 die Zellen 2, bei denen die Verschlussabschnitte 5 an den offenen Enden auf der Ablaufendflächenseite 12 angeordnet sind und deren Zulaufendflächenseite 11 offen ist, als Zulaufzellen 2a definiert. Ferner sind von den mehreren Zellen 2 die verbleibenden Zellen 2, die nicht die Zulaufzellen 2a sind, d. h., die Zellen 2, bei denen die Verschlussabschnitte 5 an den offenen Enden auf der Zulaufendflächenseite 11 angeordnet sind und deren Ablaufendflächenseite 12 offen ist, als Ablaufzellen 2b definiert.
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die andere Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt. 8 ist eine Draufsicht, die schematisch die Zulaufendfläche der in 7 gezeigten Wabenstruktur zeigt. 9 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt entlang der Linie Z-Z' von 8 zeigt.
  • Der Wabenstrukturkörper 4 und die Umfangsdeckschicht 3 zur Verwendung in der Wabenstruktur 200 der vorliegenden Ausführungsform, die in 7 bis 9 gezeigt sind, sind ebenso aufgebaut wie der Wabenstrukturkörper 4 und die Umfangsdeckschicht 3, die in 1 bis 5 gezeigt sind. Auch können bei einer Wabenstruktur 200 der vorliegenden Ausführungsform mit einem solchen Aufbau ein ähnlicher Betrieb und eine ähnliche Wirkung wie mit der in 1 bis 5 gezeigten Wabenstruktur 100 erhalten werden. Das heißt, die Dicke der Umfangsdeckschicht 3 kann sich verringern, und die Umfangsdeckschicht ist nur schwer zu beschädigen. Es versteht sich, dass die Wabenstruktur 200 der vorliegenden Ausführungsform als ein Abgasreinigungsfilter verwendbar ist. Ferner kann, wenn die Poren der Umfangsdeckschicht 3 kontrolliert und ein Katalysator auf die Trennwände 1 des Wabenstrukturkörpers 4 geladen wird, das Sickern des Katalysators aus der Umfangsdeckschicht 3 effektiv verhindert werden.
  • Die Verschlussabschnitte 5 sind vorzugsweise aus einem Keramik enthaltenden Material. Das Material, das die Verschlussabschnitte 5 bildet, umfasst zumindest eines, ausgewählt aus „einer zweiten Materialgruppe“, das als das bisher beschriebene die Trennwände bildenden Material veranschaulicht ist.
  • Als nächstes wird noch eine andere Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in 10 gezeigt ist, ist die andere Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung eine Wabenstruktur 300, umfassend einen Wabenstrukturkörper 24, eine Umfangsdeckschicht 23 und Verschlussabschnitte 25, die jeweils in einem der Endabschnitte jeder in dem Wabenstrukturkörper 24 gebildeten Zelle 22 angeordnet sind. Bei dem Wabenstrukturkörper 24 sind mehrere Wabensegmente 20 über eine Bindungsschicht 27 gebunden. Jedes der Wabensegmente 20 hat poröse Trennwände 21. Die porösen Trennwände 21 definieren mehrere Zellen 22, die von einer Zulaufendfläche 31 zu einer Ablaufendfläche 32 verlaufen. Die Verschlussabschnitte 25 sind an offenen Enden der Zellen 22 auf der Seite der Zulaufendfläche 31 oder der Ablaufendfläche 32 angeordnet, so dass einer der Endabschnitte jeder Zelle 22 verschlossen wird. Zeichen 22a gibt die Zulaufzellen 22a an, und Zeichen 22b gibt die Ablaufzellen 22b an.
  • 10 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die andere Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt. Es versteht sich, dass bei der Wabenstruktur 300 der vorliegenden Ausführungsform der Wabenstrukturkörper 24 die Verschlussabschnitte 25 nicht umfassen muss, solange die mehreren Wabensegmente 20 verbunden sind.
  • Außerdem erfüllen, was die Wabenstruktur 300 der vorliegenden Ausführungsform, die in 10 gezeigt ist, anbelangt, der Mindestabstand T (mm) von einer vollständigen Außenumfangszelle zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht 23 und die Porosität P (%) der Umfangsdeckschicht 23 die bisher beschriebenen Beziehungen der Gleichung (1) und Gleichung (2). Gemäß einem solchen Aufbau kann sich die Dicke der Umfangsdeckschicht 23 verringern, die Umfangsdeckschicht kann jedoch nur schwer zu beschädigen sein. Ferner kann, wenn die Poren der Umfangsdeckschicht 23 kontrolliert und ein Katalysator auf die Trennwände 21 des Wabenstrukturkörpers 24 geladen wird, das Sickern des Katalysators aus der Umfangsdeckschicht 23 effektiv verhindert werden.
  • Bei dem Wabenstrukturkörper 24, bei dem die mehreren Wabensegmente 20 verbunden sind, sind mehrere prismatische säulenförmige Wabensegmente 20 über die Bindungsschicht 27 gebunden, und der Umfangsabschnitt des Wabenstrukturkörpers wird zu einer gewünschten Form geschliffen. Folglich muss bei dem Wabenstrukturkörper 24, bei dem die mehreren Wabensegmente 20 verbunden sind, die Umfangsdeckschicht unbedingt so angeordnet werden, dass sie den Umfang des Wabenstrukturkörpers umgibt, und der Wabenstrukturkörper erzeugt eine besonders geeignete Wirkung, wenn die Technologie der vorliegenden Erfindung angewandt wird. Der Aufbau des Wabensegments 20 kann der bisher bekannten Wabenstruktur einer Segmentstruktur entsprechen.
  • (2) Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur:
  • Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Beim Herstellen der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung wird zunächst ein Formungsrohmaterial zum Formen eines Wabenformkörpers hergestellt. Das Formungsrohmaterial enthält vorzugsweise ein keramisches Rohmaterial.
  • Als das keramische Rohmaterial, das in dem Formungsrohmaterial enthalten ist, ist beispielsweise zumindest eines, ausgewählt aus der folgenden „Materialgruppe“, bevorzugt. „Die Materialgruppe“ ist eine Gruppe, bestehend aus Siliciumcarbid, Cordierit, einem Cordierit-Formungsrohmaterial, einem Silicium-Siliciumcarbid-basierten Verbundmaterial, Siliciumnitrid, Mullit, Aluminiumoxid, einem Siliciumcarbid-Cordierit-basierten Verbundmaterial und Aluminiumtitanat. Unter Verwendung des Rohmaterials kann eine Wabenstruktur mit ausgezeichneter Festigkeit und Wärmebeständigkeit erhalten werden. Es versteht sich, dass das Cordierit-Formungsrohmaterial ein keramisches Rohmaterial ist, das unter Erhalt einer chemischen Zusammensetzung gemischt wurde, bei der Siliciumdioxid in einen Bereich von 42 bis 56 Masse-% fällt, Aluminiumoxid in einen Bereich von 30 bis 45 Masse-% fällt und Magnesiumoxid in einen Bereich von 12 bis 16 Masse-% fällt. Ferner wird das Cordieritbildende Rohmaterial gebrannt, damit es zu Cordierit wird.
  • Das Formungsrohmaterial wird vorzugsweise durch Mischen des obigen keramischen Rohmaterials mit einem Porenbildner, einem Bindemittel, einem Dispergiermittel, einem oberflächenaktiven Mittel, einem Dispergiermedium und dergleichen hergestellt.
  • Als der Porenbildner, das Bindemittel, das Dispergiermittel, das oberflächenaktive Mittel, das Dispergiermedium und dergleichen sind die bisher zur Verwendung in einem Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur bekannten verwendbar. Ferner können die Mengen des zu verwendenden Porenbildners, Bindemittels, Dispergiermittels, oberflächenaktiven Mittels, Dispergiermediums und dergleichen gemäß den physikalischen Eigenschaften und dergleichen der herzustellenden Wabenstruktur geeignet bestimmt werden.
  • Beim Bilden des Wabenformkörpers unter Verwendung des Formungsrohmaterials wird das Formungsrohmaterial vorzugsweise zunächst geknetet, so dass ein geknetetes Material erhalten wird, und das erhaltene geknetete Material wird zu einer Wabenform geformt. Der Wabenformkörper ist vorzugsweise säulenförmig und umfasst Trennwände, die mehrere Zellen definieren, und eine Umfangswand, die so angeordnet ist, dass sie die Trennwände umgibt. Ferner werden, wenn die herzustellende Wabenstruktur die Wabenstruktur der Segmentstruktur ist, als Wabenformkörper mehrere prismatische säulenförmige Wabenformkörper hergestellt, deren Querschnittsform senkrecht zur Achsenrichtung eine viereckige Form oder dergleichen ist.
  • Es gibt eine besondere Einschränkung für ein Verfahren zum Kneten des Formungsrohmaterials zur Bildung des gekneteten Materials und ein Beispiel für das Verfahren ist beispielsweise ein Verfahren unter Verwendung eines Kneters, eines Vakuumknetwerks oder dergleichen.
  • Es gibt eine besondere Einschränkung für ein Verfahren zum Bilden des gekneteten Materials zur Bildung des Wabenformkörpers, und es wird ein Formungsverfahren wie ein Extrusionsverfahren, ein Spritzgießverfahren oder ein Pressformverfahren verwendet.
  • Der erhaltene Wabenformkörper wird vorzugsweise nach dem Bilden des Wabenformkörpers getrocknet. Es gibt eine besondere Einschränkung hinsichtlich des Trocknungsverfahrens, aber Beispiele des Verfahrens umfassen Heißlufttrocknen, Mikrowellentrocknen, Induktionserhitzen, Dekompressionstrocknen, Vakuumtrocknen und Gefriertrocknen.
  • Als nächstes können beim Herstellen einer Wabenstruktur, die Verschlussabschnitte zum Verschließen offener Enden der Zellen umfasst, die Verschlussabschnitte in einem getrockneten Wabenformkörper gebildet werden. Es versteht sich, dass beim Bilden der Verschlussabschnitte die Verschlussabschnitte nach dem Brennen des Wabenformkörpers gebildet werden können. Die Verschlussabschnitte werden vorzugsweise unter Verwendung von Keramik mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf dieselbe Weise wie bei dem Wabenformkörper hergestellt. Das Verfahren zum Bilden der Verschlussabschnitte kann zusammen mit einem Verfahren zur Herstellung eines Wabenfilters unter Verwendung einer bisher bekannten Wabenstruktur durchgeführt werden.
  • Als nächstes wird der Wabenformkörper unter Erhalt eines gebrannten Wabenköpers gebrannt. Unter „Brennen“ ist der Vorgang des Sinterns und Verdichtens des den Wabenformkörper bildenden Formungsrohmaterials zu verstehen, um eine vorbestimmte Festigkeit zu erlangen. Die Brennbedingungen beim Brennen variieren gemäß des Art des Formungsrohmaterials, und daher können geeignete Bedingungen gemäß der Art ausgewählt werden.
  • Der Wabenformkörper wird vor dem Brennen des Wabenformkörpers vorzugsweise kalziniert. Das Kalzinieren dient dem Entfetten, und es gibt eine besondere Einschränkung hinsichtlich eines Kalzinierungsverfahrens, solange organische Substanzen wie das Bindemittel, das Dispergiermittel und der Porenbildner in dem Wabenformkörper entfernt werden können.
  • Als nächstes kann der Umfangsabschnitt des erhaltenen gebrannten Wabenkörpers einem Schleifverfahren oder dergleichen unterzogen werden, wodurch die Umfangswand des gebrannten Wabenkörpers entfernt wird. Wird eine solche Schleifbearbeitung durchgeführt, kann die Form des gebrannten Wabenkörpers auf eine wünschte Form eingestellt werden. Beispielsweise wird, wenn ein Verformen oder dergleichen bei der Form des gebrannten Wabenkörpers aufgrund der Brennschwindung oder dergleichen während des Brennens auftritt, der Umfangsabschnitt der Schleifbearbeitung unterzogen, so dass die Form des gebrannten Wabenkörpers eingestellt werden kann. Es gibt eine besondere Einschränkung hinsichtlich eines Schleifbearbeitungsverfahrens, und das Verfahren kann zusammen mit einem Verfahren zur Verwendung bei der Herstellung der bisher bekannten Wabenstruktur, die die Umfangsdeckschicht umfasst, durchgeführt werden.
  • Ist die herzustellende Wabenstruktur die Wabenstruktur der Segmentstruktur, können bevorzugt mehrere hergestellte Wabenformkörper mittels eines Bindematerials verbunden werden, wodurch ein verbundener Wabenkörper, bei dem mehrere Wabensegmente verbunden sind, hergestellt wird. Ferner wird die Schleifbearbeitung eines Umfangsabschnitts des hergestellten Wabenverbundkörpers durchgeführt, wodurch der Wabenverbundkörper mit der gewünschten Form hergestellt wird.
  • Als nächstes wird ein Umfangsbeschichtungsmaterial zum Herstellen der Umfangsdeckschicht hergestellt. Das Umfangsbeschichtungsmaterial wird vorzugsweise durch Mischen des keramischen Rohmaterials mit dem Porenbildner, dem Bindemittel, dem Dispergiermittel, dem oberflächenaktiven Mittel, dem Dispergiermedium und dergleichen hergestellt. Beim Herstellen des Umfangsbeschichtungsmaterials wird die Formulierung des Umfangsbeschichtungsmaterials vorzugsweise so eingestellt, dass die Porosität der durch Trocknen, gegebenenfalls gefolgt von Brennen, des Umfangsbeschichtungsmaterials hergestellten Umfangsdeckschicht 20 bis 75 % beträgt.
  • Als nächstes wird der der Schleifbearbeitung unterzogene Umfang des gebrannten Wabenkörpers mit dem Umfangsbeschichtungsmaterial beschichtet. Es gibt eine besondere Einschränkung hinsichtlich des Verfahrens zum Beschichten mit dem Umfangsbeschichtungsmaterial, und das Verfahren kann zusammen mit einem Verfahren zur Verwendung bei der Herstellung der bisher bekannten Wabenstruktur, die die Umfangsdeckschicht umfasst, durchgeführt werden. Beim Herstellen der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung wird die Beschichtungsdicke des Umfangsbeschichtungsmaterials so eingestellt, dass der Mindestabstand T (mm) von der vollständigen Außenumfangszelle zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht und die Porosität P (%) der Umfangsdeckschicht die oben beschriebene Gleichung (1) und Gleichung (2) erfiillen. Es versteht sich, dass als die Porosität P (%) der Umfangsdeckschicht ein Wert, bestimmt aus der Formulierung des Umfangsbeschichtungsmaterials, verwendet werden kann, oder es kann die Porosität (%) der Umfangsdeckschicht, hergestellt separat unter Verwendung eines Umfangsbeschichtungsmaterials mit derselben Formulierung, gemessen werden. Ferner kann, was die Beschichtungsdicke des Umfangsbeschichtungsmaterials anbelangt, die Beschichtungsdicke des Materials unter Berücksichtigung des Schrumpfens während des Trocknens oder Brennens bestimmt werden. Beispielsweise kann das Schrumpfungsverhältnis N (%) des Umfangsbeschichtungsmaterials als ein prozentualer Anteil (%) eines Wertes, erhalten unter Verwendung des Umfangsbeschichtungsmaterials mit derselben Formulierung zur separaten Herstellung der Umfangsdeckschicht, und Teilen der Dicke (mm) der hergestellten Umfangsdeckschicht durch die Beschichtungsdicke (mm) des Umfangsbeschichtungsmaterials während der Herstellung erhalten werden. Ferner wird beim Beschichten des gebrannten Wabenkörpers mit dem Umfangsbeschichtungsmaterial die Masse des aufzubringenden Umfangsbeschichtungsmaterials gehandhabt, so dass die Beschichtungsdicke des Materials zum Beschichten des Umfangs des gebrannten Wabenkörpers eingestellt werden kann.
  • Speziell kann die Beschichtungsdicke des Umfangsbeschichtungsmaterials mit einem wie nachstehend genannten Verfahren bestimmt werden. Zunächst wird eine Endfläche des gebrannten Wabenkörpers, der der Schleifbearbeitung unterzogen wurde, mit einem Mikroskop beobachtet. Ferner wird die Dicke Ta (mm) der Trennwände, die die vollständigen Außenumfangszellen definieren, gemessen. In diesem Fall wird die Dicke Ta (mm) der Trennwände als die Dicke der Umfangsform der Wabenstruktur, die hergestellt werden soll, in der normalen Richtung definiert. Ferner wird das Schrumpfungsverhältnis N (%) des Umfangsbeschichtungsmaterials mit dem oben genannten Verfahren oder dergleichen erhalten. Ferner wird die Beschichtungsdicke Tb (mm) des Umfangsbeschichtungsmaterials bestimmt, so dass die nachstehend genannte Gleichung (5) erfüllt wird.
  • Gleichung (5): 1,5 ≥ (Ta+Tb×N/100) ≥ 16 × (100-P)-1,4, wobei Ta die Dicke (mm) der Trennwände, die die vollständigen Außenumfangszellen definieren, ist, Tb die Beschichtungsdicke (mm) des Umfangsbeschichtungsmaterials ist, N die Schrumpfung (%) des Umfangsbeschichtungsmaterials ist und P die Porosität (%) der Umfangsdeckschicht aus dem Umfangsbeschichtungsmaterial ist.
  • In der oben genannten Gleichung (5) ist „Ta+Tb×N/100“ ein Wert, der „T“ in Gleichung (1) entspricht, d. h., der Mindestabstand T (mm) von der vollständigen Außenumfangszelle zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht. Die Beschichtungsdicke Tb (mm) des Umfangsbeschichtungsmaterials wird bestimmt, so dass die Gleichung (5) erfüllt wird, so dass die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung einfach hergestellt werden kann.
  • (Beispiele)
  • (Beispiel 1)
  • 80 Masseteile Siliciumcarbidpulver und 20 Masseteile Si-Pulver wurden unter Erhalt eines gemischten Pulvers gemischt. Diesem gemischten Pulver wurden ein Bindemittel, ein Porenbildner und Wasser zugegeben, wodurch ein Formungsrohmaterial erhalten wurde. Als nächstes wurde das Formungsrohmaterial geknetet, wodurch ein rundes säulenförmiges geknetetes Material hergestellt wurde.
  • Als nächstes wurde das geknetete Material unter Verwendung einer Düse mit einer vorbestimmten Form extrudiert, wodurch ein Wabenformkörper mit Zellen, bei denen die Form jedes offenen Endes in jeder Endfläche rechteckig war und deren Gesamtform eine viereckige Säulenform war, erhalten wurde. Es wurden 16 Wabenformkörper hergestellt.
  • Als nächstes wurde der Wabenformkörper mit einem Mikrowellentrockner und weiter vollständig mit einem Heißlufttrockner getrocknet, und dann wurden beide Endflächen des Wabenformkörpers zur Einstellung des Wabenformkörpers auf eine vorbestimmte Größe zugeschnitten.
  • Als nächstes wurden Verschlussabschnitte in dem getrockneten Wabenformkörper gebildet. Speziell wurde eine Zulaufendfläche des Wabenformkörpers zunächst so maskiert, dass die Zulaufzellen bedeckt sind. Danach wurde der maskierte Endabschnitt des Wabenformkörpers in eine Verschlussaufschlämmung getaucht, so dass die Verschlussaufschlämmung in die offenen Enden der Ablaufzellen, die nicht maskiert sind, geladen wird. Danach wurde, auch bezogen auf die Ablaufendfläche des Wabenformkörpers, die Verschlussaufschlämmung auf dieselbe Weise wie in dem obigen Verfahren in die offenen Enden der Zulaufzellen geladen. Danach wurde der Wabenformkörper, in dem die Verschlussabschnitte gebildet wurden, mit dem Heißlufttrockner weiter getrocknet.
  • Als nächstes wurde der Wabenformkörper, in dem Verschlussabschnitte gebildet wurden, entfettet und gebrannt, wodurch ein gebrannter Wabenkörper erhalten wurde. Die Entfettungsbedingungen wurden so eingestellt, dass das Entfetten bei 550 °C für 3 Stunden durchgeführt wurde. Die Brennbedingungen wurden so eingestellt, dass das Brennen bei 1.450 °C in Argonatmosphäre für 2 Stunden durchgeführt wurde. Die Gesamtform des gebrannten Wabenkörpers war eine viereckige Säulenform. Die Form jeder Endfläche des gebrannten Wabenkörpers war quadratisch, wobei die Länge einer Seite 39 mm betrug.
  • Als nächstes wurden die 16 erhaltenen gebrannten Wabenkörper mit einem Bindematerial verbunden, wenn die gebrannten Wabenkörper so nebeneinander angeordnet wurden, dass die Seitenflächen einander abwechselnd zugewandt sind, wodurch ein Wabenverbundkörper erhalten wurde. Der Wabenverbundkörper wurde durch Verbinden der insgesamt 16 gebrannten Wabenkörper so hergestellt, dass vier Körper in Längsrichtung und vier Körper in lateraler Richtung in der Endfläche angeordnet sind.
  • Als nächstes wurde der Umfangsabschnitt des Wabenverbundkörpers geschliffen und bearbeitet, so dass die Querschnittsform des Wabenverbundkörpers vertikal zur Zellenverlaufsrichtung auf eine runde Form eingestellt wurde. Danach wurde der Außenumfang des geschliffenen und bearbeiteten Wabenverbundkörpers mit einem Umfangsbeschichtungsmaterial, umfassend ein keramisches Rohmaterial, beschichtet. Das Umfangsbeschichtungsmaterial wurde mit dem folgenden Verfahren hergestellt. Zunächst wurde als das Rohmaterial des Umfangsbeschichtungsmaterials ein Rohmaterial hergestellt, enthaltend 30 Masseteile Alumosilicatfasern, 30 Masseteile SiC-Teilchen, 30 Masseteile Wasser und im Übrigen ein organisches Bindemittel, ein schäumbares Harz und ein Dispergiermittel. Diese Materialien wurden unter Erhalt des Umfangsbeschichtungsmaterials gemischt. Das Beschichten mit dem Umfangsbeschichtungsmaterial wurde mit einem Beschichtungsverfahren durchgeführt, während der Wabenverbundkörper gedreht wurde. Die Beschichtungsdicke des Umfangsbeschichtungsmaterials wurde so eingestellt, dass der Mindestabstand T der erhaltenen Wabenstruktur 1 mm betrug.
  • Der mit dem Umfangsbeschichtungsmaterial beschichtete Wabenverbundkörper wurde bei 600 °C wärmebehandelt, wodurch die Wabenstruktur von Beispiel 1 hergestellt wurde. Die erhaltene Wabenstruktur umfasst einen Wabenstrukturkörper, der aus dem Wabenverbundkörper und einer Umfangsdeckschicht aus dem Umfangsbeschichtungsmaterial besteht.
  • Bei der erhaltenen Wabenstruktur betrug die Porosität der Trennwände 41 %. Ferner betrug die Dicke der Trennwände 0,30 mm. Der Durchmesser jeder Endfläche betrug 152 mm, und die Länge in der Zellenverlaufsrichtung betrug 152 mm. Ferner betrug die Zelldichte 46,5 Zellen/cm2. Die Porosität der Trennwände war ein Wert, der mit einem Quecksilberporosimeter gemessen wurde.
  • Ferner wurden, bezogen auf die erhaltene Wabenstruktur, die Porosität P (%) der Umfangsdeckschicht und der durchschnittliche Porendurchmesser M (µm) mit den folgenden Verfahren gemessen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
  • (Porosität P [%])
  • Zunächst wurden, was den Querschnitt der Umfangsdeckschicht der Wabenstruktur anbelangt, 3 Sichtfelder eines REM-Bildes gegebenenfalls mit einem Rasterelektronenmikroskop fotografiert. Die Vergrößerung während des Fotografierens wurde auf das 150-Fache eingestellt, und der Beobachtungsbereich pro Sichtfeld wurde auf einen viereckigen Bereich eingestellt, bei dem die Länge einer Seite 500 µm betrug. Als nächstes wurde jedes fotografierte REM-Bild mittels Bildanalyse binarisiert, so dass das Bild in Hohlraumabschnitte und andere Abschnitte als die Hohlraumabschnitte eingeteilt wurde. Als nächstes wurde die Fläche jedes Hohlraumabschnitts erhalten. Ein prozentualer Wert, erhalten durch Teilen der Gesamtfläche der Hohlraumabschnitte durch die Fläche des Beobachtungsbereiches pro Sichtfeld, wurde als die Porosität (%) pro Sichtfeld definiert. Ferner wurde ein arithmetischer Durchschnittswert der jeweiligen Porositäten von 3 Sichtfeldern als die Porosität P (%) der Umfangsdeckschicht definiert. Als das Rasterelektronenmikroskop wurde ein S-3400N (Markenname), hergestellt von der Hitachi High-Technologies Corporation, verwendet. Ferner wurde bei der Bildanalyse Bildverarbeitungssoftware von WinROOF (Markenname), hergestellt von der MITANI CORPORATION, verwendet.
  • (Durchschnittlicher Porendurchmesser M [µm])
  • Bei dem REM-Bild, bei dem die Porosität P (%) gemessen wurde, wurden die Gesamtfläche Sp (µm2) der in der Umfangsdeckschicht gebildeten Poren und die Gesamtumfangslänge Lp (µm) der in der Umfangsdeckschicht gebildeten Poren erhalten. Ferner wurde ein Wert von „4 × Sp/Lp“ als der durchschnittliche Porendurchmesser M (µm) der Umfangsdeckschicht definiert. Tabelle 1 zeigt den Wert des durchschnittlichen Porendurchmessers M (µm) der Umfangsdeckschicht in der Spalte „M (µm)“.
  • Ferner wurde, was die erhaltene Wabenstruktur anbelangt, der Mindestabstand T (mm) von einer vollständigen Außenumfangszelle zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht gemessen. Tabelle 1 zeigt die Messergebnisse. Außerdem wurde die Messung des Mindestabstands T (mm) in der Zulaufendfläche der Wabenstruktur durchgeführt.
  • Was die Wabenstruktur von Beispiel 1 anbelangt, wurden die „Bewertung der Festigkeit“ und die „Bewertung bezüglich des Heraussickerns eines Katalysators“ mit den folgenden Verfahren durchgeführt. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
  • (Bewertung der Festigkeit)
  • Zunächst wurde die hergestellte Wabenstruktur so angeordnet, dass sie horizontal ausgerichtet war, so dass die Zellenverlaufsrichtung horizontal war. Ein stangenartiges Bauteil, dessen Endfläche eine flache Oberfläche war, wurde vertikal von oben auf die Umfangsdeckschicht der horizontal angeordneten Wabenstruktur bei einer Rate von 1 mm/s gedrückt, wodurch ein Versagenstest durchgeführt wurde, um zu beurteilen, ob die Umfangsdeckschicht beschädigt wurde oder nicht. Das stangenartige Bauteil hatte eine runde Endfläche mit einem Durchmesser von 0,2 mm. Die Last beim Drücken des stangenartigen Bauteils wurde auf 100 N eingestellt. Als das stangenartige Bauteil wurde ein Material aus Kohlenstoffstahl S45C verwendet. In diesem Versagenstest wurde ein Fall, bei dem die Umfangsdeckschicht der Wabenstruktur nicht beschädigt wurde, mit bestanden bewertet, und Tabelle 1 zeigt „OK“ in der Spalte „Bewertung der Festigkeit“. Ferner wurde in diesem Versagenstest ein Fall, bei dem die Umfangsdeckschicht der Wabenstruktur beschädigt wurde, mit versagen bewertet, und Tabelle 1 zeigt „NG“ in der Spalte „Bewertung der Festigkeit“.
  • (Bewertung bezüglich des Heraussickerns eines Katalysators)
  • Der Katalysator wurde mit dem folgenden Verfahren auf die hergestellte Wabenstruktur geladen, und das Heraussickern des Katalysators zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht wurde visuell bestätigt. Zunächst wurde eine Katalysatoraufschlämmung, die den zu landenden Katalysator enthält, hergestellt. Als nächstes wurden die Trennwände der Wabenstruktur mit der herstellten Katalysatoraufschlämmung beschichtet. Es gibt eine besondere Einschränkung hinsichtlich des Verfahrens zum Aufbringen der Katalysatoraufschlämmung. Ein Beispiel eines geeigneten Beschichtungsverfahrens ist ein Verfahren (ein Saugverfahren), bei dem die Wabenstruktur von der anderen Endfläche her gesaugt wird, wenn eine Endfläche der Wabenstruktur in die Katalysatoraufschlämmung getaucht wird. Auf diese Weise wurden die Trennwände der Wabenstruktur mit der Katalysatoraufschlämmung beschichtet, und dann wurde die Katalysatoraufschlämmung getrocknet. Ferner kann die getrocknete Katalysatoraufschlämmung gebrannt werden. Auf diese Weise wurde ein Wabenfilter erhalten, bei dem der Katalysator auf die Trennwände geladen war. Die Menge an zu ladendem Katalysator wurde auf 50 g/Liter eingestellt. Der Katalysator wurde auf diese Weise geladen, die Oberfläche der Umfangsdeckschicht wurde visuell beobachtet, und es wurde bestätigt, ob der Katalysator nach außen sickerte oder nicht. Wurde nicht bestätigt, dass der Katalysator nach außen zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht sickert, zeigt Tabelle 1 „kein“ in der Spalte „Bewertung bezüglich des Heraussickerns des Katalysators“. Wurde bestätigt, dass der Katalysator zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht heraussickerte, zeigt Tabelle 1 „liegt vor“ oder „liegt leicht vor“ in der Spalte „Bewertung bezüglich des Heraussickerns des Katalysators“. Ferner zeigt bei der Bewertung bezüglich des Heraussickerns des Katalysators, selbst wenn nicht bestätigt wurde, dass der Katalysator zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht heraussickerte, die Spalte außerdem „(verfärbt)“, wenn bestätigt wurde, dass die Umfangsdeckschicht verfärbt wurde. Ferner zeigt, wenn bestätigt wurde, dass der Katalysator leicht zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht heraussickerte, die Spalte außerdem „(kein Einfluss auf Leistung)“ , wenn es keinerlei Probleme in Bezug auf den Leistungsaspekt der Wabenstruktur gab. [Tabelle 1]
    Abstand T [mm] Umfangsdeckschicht Bewertung der Festigkeit Bewertung bezüglich des Heraussickerns eines Katalysators
    Porosität P [%] (100-P) 16×(100-P)-1,4 durchschn. Porendurchm. M [µm]
    Beispiel 1 1 75 25 0,177 20 OK kein
    Beispiel 2 1 70 30 0,137 20 OK kein
    Beispiel 3 1 65 35 0,110 20 OK kein
    Beispiel 4 1 60 40 0,091 20 OK kein
    Beispiel 5 1 30 70 0,042 20 OK kein
    Beispiel 6 1 25 75 0,038 20 OK kein
    Beispiel 7 1 20 80 0,035 20 OK kein
    Beispiel 8 0,3 75 25 0,177 20 OK kein
    Beispiel 9 0,3 70 30 0,137 20 OK kein
    Beispiel 10 0,3 65 35 0,110 20 OK kein
    Beispiel 11 0,3 60 40 0,091 20 OK kein
    Beispiel 12 0,3 30 70 0,042 20 OK kein
    Beispiel 13 0,3 25 75 0,038 20 OK kein
    Beispiel 14 0,3 20 80 0,035 20 OK kein
    Beispiel 15 0,2 75 25 0,177 20 OK kein
    Beispiel 16 0,2 70 30 0,137 20 OK kein
    Beispiel 17 0,2 65 35 0,110 20 OK kein
    Beispiel 18 0,2 60 40 0,091 20 OK kein
    Beispiel 19 0,2 30 70 0,042 20 OK kein
    Beispiel 20 0,2 25 75 0,038 20 OK kein
    Beispiel 21 0,2 20 80 0,035 20 OK kein
    Beispiel 22 0,15 70 30 0,137 20 OK kein
    Beispiel 23 0,15 65 35 0,110 20 OK kein
    Beispiel 24 0,15 60 40 0,091 20 OK kein
    Beispiel 25 0,15 30 70 0,042 20 OK kein
    Beispiel 26 0,15 25 75 0,038 20 OK kein
    Beispiel 27 0,15 20 80 0,035 20 OK kein
    Beispiel 28 0,1 60 40 0,091 20 OK kein
    Beispiel 29 0,1 30 70 0,042 20 OK kein
    Beispiel 30 0,1 25 75 0,038 20 OK kein
    Beispiel 31 0,1 20 80 0,035 20 OK kein
    Beispiel 32 0,05 30 70 0,042 20 OK kein
    Beispiel 33 0,05 25 75 0,038 20 OK kein
    Beispiel 34 0,05 20 80 0,035 20 OK kein
  • (Beispiele 2 bis 34)
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurden die Werte „des Mindestabstands T (mm)“ und „der Porosität P (%)“ verändert, wodurch die Wabenstrukturen der Beispiele 2 bis 34 hergestellt wurden. Der Mindestabstand T (mm) wurde durch Verändern der Dicke des aufzubringenden Umfangsbeschichtungsmaterials eingestellt. Die Porosität P (%) wurde durch Verändern der Menge an dem Umfangsbeschichtungsmaterial zuzugebendem Porenbildner eingestellt. [Tabelle 2]
    Abstand T [mm] Umfangsdeckschicht Bewertung der Festigkeit Bewertung bezüglich des Heraussickerns eines Katalysators
    Porosität P [%] (100-P) 16×(100-P)-1,4 durchschn. Porendurchm. M [µm]
    Vgl.-Bsp. 1 0,15 75 25 0,177 20 NG kein
    Vgl.-Bsp. 2 0,1 75 25 0,177 20 NG kein
    Vgl.-Bsp. 3 0,1 70 30 0,137 20 NG kein
    Vgl.-Bsp. 4 0,1 65 35 0,110 20 NG kein
    Vgl.-Bsp. 5 0,05 75 25 0,177 20 NG kein
    Vgl.-Bsp. 6 0,05 70 30 0,137 20 NG kein
    Vgl.-Bsp. 7 0,05 65 35 0,110 20 NG kein
    Vgl.-Bsp. 8 0,05 60 40 0,091 20 NG kein
    Vgl.-Bsp. 9 0,03 75 25 0,177 20 NG kein
    Vgl.-Bsp. 10 0,03 70 30 0,137 20 NG kein
    Vgl.-Bsp. 11 0,03 65 35 0,110 20 NG kein
    Vgl.-Bsp. 12 0,03 60 40 0,091 20 NG kein
    Vgl.-Bsp. 13 0,03 30 70 0,042 20 NG kein
    Vgl.-Bsp. 14 0,03 25 75 0,038 20 NG kein
    Vgl.-Bsp. 15 0,03 20 80 0,035 20 NG kein
  • (Vergleichsbeispiele 1 bis 15)
  • Wie in Tabelle 2 gezeigt, wurden die Werte „des Mindestabstands T (mm)“ und „der Porosität P (%)“ verändert, wodurch die Wabenstrukturen der Vergleichsbeispiele 1 bis 15 hergestellt wurden. Der Mindestabstand T (mm) wurde durch Verändern der Dicke des aufzubringenden Umfangsbeschichtungsmaterials eingestellt. Die Porosität P (%) wurde durch Verändern der Menge an dem Umfangsbeschichtungsmaterial zuzugebendem Porenbildner eingestellt. [Tabelle 3]
    Abstand T [mm] Umfangsdeckschicht Bewertung der Festigkeit Bewertung bezüglich des Heraussickerns eines Katalysators
    Porosität P [%] (100-P) 16×(100-P)-1,4 durchschn. Porendurchm. M [µm]
    Beispiel 35 0,05 30 70 0,042 20 OK kein
    Beispiel 36 0,05 25 75 0,038 20 OK kein
    Beispiel 37 0,05 20 80 0,035 20 OK kein
    Beispiel 38 0,05 30 70 0,042 30 OK kein
    Beispiel 39 0,05 25 75 0,038 30 OK kein
    Beispiel 40 0,05 20 80 0,035 30 OK kein
    Beispiel 41 0,05 30 70 0,042 40 OK kein (verfärbt)
    Beispiel 42 0,05 25 75 0,038 40 OK kein
    Beispiel 43 0,05 20 80 0,035 40 OK kein
    Beispiel 44 0,05 30 70 0,042 45 OK kein (verfärbt)
    Beispiel 45 0,05 25 75 0,038 45 OK kein (verfärbt)
    Beispiel 46 0,05 20 80 0,035 45 OK kein
    Beispiel 47 0,05 30 70 0,042 50 OK liegt leicht vor (kein Einfluss auf Leistung)
    Beispiel 48 0,05 25 75 0,038 50 OK liegt leicht vor (kein Einfluss auf Leistung)
    Beispiel 49 0,05 20 80 0,035 50 OK liegt leicht vor (kein Einfluss auf Leistung)
  • (Beispiele 35 bis 49)
  • Wie in Tabelle 3 gezeigt, wurden die Werte „des Mindestabstands T (mm)“ und „der Porosität P (%)“ verändert, wodurch die Wabenstrukturen der Beispiele 35 bis 49 hergestellt wurden. Der Mindestabstand T (mm) wurde durch Verändern der Dicke des aufzubringenden Umfangsbeschichtungsmaterials eingestellt. Die Porosität P (%) und der durchschnittliche Porendurchmesser M (µm) wurden durch Verändern der Menge an dem Umfangsbeschichtungsmaterial zuzugebendem Porenbildner und der Korngrößen eingestellt. [Tabelle 4]
    Abstand T [mm] Umfangsdeckschicht Druckabfallveränderungsverhältnis Beurteilung
    Porosität P [%] (100-P) 16×(100-P)-1,4
    Vergleichsbeispiel 16 2,5 60 40 0,091 110 NG
    Vergleichsbeispiel 17 2 60 40 0,091 108 NG
    Beispiel 50 1,5 60 40 0,091 105 OK
    Beispiel 51 1 60 40 0,091 104 OK
    Beispiel 52 0,8 60 40 0,091 103 OK
    Beispiel 53 0,1 60 40 0,091 100 OK
  • (Beispiele 50 bis 53 und Vergleichsbeispiele 16 und 17)
  • In den Beispielen 50 bis 53 und den Vergleichsbeispielen 16 und 17, wie in Tabelle 4 gezeigt, wurden die Werte „des Mindestabstands T (mm)“ und „der Porosität P (%)“ verändert, wodurch die Wabenstrukturen der Beispiele 50 bis 53 und Vergleichsbeispiele 16 und 17 hergestellt wurden. Außerdem wurde in den Beispielen 50 bis 53 und den Vergleichsbeispielen 16 und 17 die Form der von den Trennwänden definierten Zellen hin zu einer Form verändert, bei der viereckige Zellen und achteckige Zellen abwechselnd angeordnet sind. Ferner betrug die Porosität der Trennwände 41 %, und der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwände betrug 15 µm.
  • Was die Wabenstrukturen der Beispiele 50 bis 53 und der Vergleichsbeispiele 16 und 17 anbelangt, wurde „das Druckabfallveränderungsverhältnis“ mit dem folgenden Verfahren gemessen. Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse.
  • (Druckabfallveränderungsverhältnis)
  • Von einer Zulaufendflächenseite der Wabenstruktur eines jeden der Beispiele 50 bis 53 und Vergleichsbeispiele 16 und 17 wurde Luft bei 25 °C bei einer Rate von 10 m3/min hindurchgeführt, und der Druckabfall der Wabenstruktur wurde gemessen. Für „das Druckabfallveränderungsverhältnis“ wurde der Druckabfallswert der Wabenstruktur von Beispiel 53 als „100“ definiert, und das Verhältnis des Druckabfallswertes der Wabenstruktur eines jeden der Beispiele 50 bis 52 und Vergleichsbeispiele 16 und 17 wurde berechnet. Beispielsweise gibt „das Druckabfallveränderungsverhältnis“ der Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 16 „110“ an und bedeutet, dass sich der Druckabfall bezogen auf den Druckabfallswert der Wabenstruktur von Beispiel 53 um 10 % erhöht.
  • (Ergebnisse)
  • Wie in Tabelle 1 bis Tabelle 3 gezeigt, geben alle Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 49 hinsichtlich der Bewertung der Festigkeit zufriedenstellende Ergebnisse an. Die Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 49 erfüllen Gleichung (1) und Gleichung (2), die vorstehend beschrieben sind. Andererseits wurde bei allen Wabenstrukturen der Vergleichsbeispiele 1 bis 15 das Versagen der Umfangsdeckschicht bei der Bewertung der Festigkeit bestätigt. Die Wabenstrukturen der Vergleichsbeispiele 1 bis 15 erfüllten weder Gleichung (1) noch Gleichung (2). Daher wurde herausgefunden, dass, wenn die Wabenstruktur, die die Umfangsdeckschicht umfasst, Gleichung (1) und Gleichung (2) erfüllt, die Umfangsdeckschicht schwer zu beschädigen ist. Ferner wurde herausgefunden, dass in einem Bereich, in dem die Wabenstruktur, die die Umfangsdeckschicht umfasst, Gleichung (1) und Gleichung (2) erfüllt, ferner die Dicke der Umfangsdeckschicht verringert werden kann. Insbesondere bei „der Bewertung bezüglich des Heraussickerns des Katalysators“ eines jeden der Beispiele 41 bis 49 wurde bestätigt, dass selbst wenn die Dicke der Umfangsdeckschicht weiter verringert wird, es keinerlei Einfluss auf den Leistungsaspekt der Wabenstruktur gibt.
  • Ferner wurde, wie in Tabelle 4 gezeigt, herausgefunden, dass, wenn der Wert des Mindestabstands T (mm) 1,5 mm oder weniger beträgt, das Druckabfallveränderungsverhältnis bezogen auf die Wabenstruktur, bei der die Dicke der Umfangsdeckschicht weiter verringert wurde, 5 % oder weniger beträgt. Folglich erhöht sich in der Wabenstruktur, die die oben beschriebene Gleichung (1) und Gleichung (2) erfüllt, die Dicke der Umfangsdeckschicht nicht übermäßig, und die Erhöhung des Druckabfalls kann effektiv unterbunden werden.
  • Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung wird als ein Katalysatorträger, auf den ein Katalysator zum Reinigen eines Abgases, das aus einem Benzinmotor, einem Dieselmotor oder dergleichen ausgestoßen wird, geladen wurde, oder ein Filter zum Reinigen des Abgases verwendet.
  • Beschreibung der Bezugsziffern
  • 1: Trennwand, 2: Zelle, 2a; Zulaufzelle, 2b: Ablaufzelle, 2x: Zelle (die am Außenumfang gebildete Zelle und vollständige Außenumfangszelle), 2y: Zelle (die am Außenumfang gebildete Zelle und unvollständige Außenumfangszelle), 2z: Zelle (eine andere Zelle als die am Außenumfang gebildete Zelle und die vollständige Zelle), 3: Umfangsdeckschicht, 4: Wabenstrukturkörper, 5: Verschlussabschnitt, 7: Umfangswand, 11: Zulaufendfläche, 12: Ablaufendfläche, 20: Wabensegment, 21: Trennwand, 22: Zelle, 22a: Zulaufzelle, 22b: Ablaufzelle, 23: Umfangsdeckschicht, 24: Wabenstrukturkörper, 25: Verschlussabschnitt, 27: Bindungsschicht, 31: Zulaufendfläche, 32: Ablaufendfläche, 100, 100A, 200 und 300: Wabenstruktur, T: Mindestabstand (der Mindestabstand von der vollständigen Außenumfangszelle zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht) und U1 und U2: Abstand.

Claims (12)

  1. Wabenstruktur, umfassend: einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper mit porösen Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, die von einer Zulaufendfläche zu einer Ablaufendfläche verlaufen und zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden; und eine Umfangsdeckschicht, die separat von den porösen Trennwänden hergestellt ist und die so angeordnet ist, dass sie den Umfang des Wabenstrukturkörpers umgibt, wobei die Zellen, die am Außenumfang des Wabenstrukturkörpers gebildet sind und deren Peripherien gänzlich von den Trennwänden definiert werden und bei denen die Umfangsdeckschicht nicht in die Innenabschnitte der Zellen eindringt, als vollständige Außenumfangszellen definiert sind und im Querschnitt des Wabenstrukturkörpers senkrecht zur Verlaufsrichtung der Zellen der Mindestabstand T (mm) der Abstände von den vollständigen Außenumfangszellen zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht und die Porosität P (%) der Umfangsdeckschicht die Beziehungen der Gleichung (1) und Gleichung (2) wie folgt erfüllen: 1,5 ≥ T ≥ 16 × ( 100 − P ) − 1,4
    Figure DE102017002067B4_0012
    und 20 ≤ P ≤ 75,
    Figure DE102017002067B4_0013
    und wobei im Querschnitt der Umfangsdeckschicht die Gesamtfläche Sp (µm2) der in der Umfangsdeckschicht gebildeten Poren und die Gesamtumfangslänge Lp (µm) der in der Umfangsdeckschicht gebildeten Poren ferner die Beziehung der Gleichung (4) wie folgt erfüllen: 4 × Sp / Lp ≤ 45.
    Figure DE102017002067B4_0014
  2. Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei der Mindestabstand T (mm) der Abstände von den vollständigen Außenumfangszellen zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht ferner die Beziehung der Gleichung (3) wie folgt erfüllt: T ≥ 0,03.
    Figure DE102017002067B4_0015
  3. Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Material der Umfangsdeckschicht zumindest eines, ausgewählt aus einer ersten Materialgruppe, bestehend aus Siliciumcarbid, Cordierit, einem Silicium-Siliciumcarbid-basierten Verbundmaterial, Siliciumnitrid, Mullit, Aluminiumoxid, einem Siliciumcarbid-Cordierit-basierten Verbundmaterial und Aluminiumtitanat, umfasst.
  4. Wabenstruktur nach Anspruch 3, wobei das Material der Umfangsdeckschicht 20 Masse-% oder mehr von zumindest einem, ausgewählt aus der ersten Materialgruppe, enthält.
  5. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Material des Wabenstrukturkörpers zumindest eines, ausgewählt aus einer zweiten Materialgruppe, bestehend aus Siliciumcarbid, Cordierit, einem Silicium-Siliciumcarbid-basierten Verbundmaterial, Siliciumnitrid, Mullit, Aluminiumoxid, einem Siliciumcarbid-Cordierit-basierten Verbundmaterial und Aluminiumtitanat, umfasst.
  6. Wabenstruktur nach Anspruch 5, wobei das Material des Wabenstrukturkörpers 30 Masse-% oder mehr von zumindest einem, ausgewählt aus der zweiten Materialgruppe, enthält.
  7. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: Verschlussabschnitte, die in einem Endabschnitt auf der Zulaufendflächenseite eines Teils der in dem Wabenstrukturkörper gebildeten Zellen und einem Endabschnitt auf der Ablaufendflächenseite der verbleibenden Zellen der Zellen angeordnet sind.
  8. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Dicke der Trennwände 0,05 bis 0,5 mm beträgt.
  9. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Porosität der Trennwände 20 bis 75 % beträgt.
  10. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Zelldichte des Wabenstrukturkörpers 15 bis 200 Zellen/cm2 beträgt.
  11. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Wabenstrukturkörper eine Umfangswand aufweist, die so angeordnet ist, dass sie die Trennwände umgibt.
  12. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei bei dem Mindestabstand T (mm) der Abstände von den vollständigen Außenumfangszellen zur Oberfläche der Umfangsdeckschicht die Dicke t2 (mm) in einem Bereich, in dem die Umfangsdeckschicht angeordnet ist, 0,025 bis 1,0 mm beträgt.
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