DE102017009873A1

DE102017009873A1 - Poröses Material, Wabenstruktur und Verfahren zur Herstellung eines porösen Materials

Info

Publication number: DE102017009873A1
Application number: DE102017009873.5A
Authority: DE
Inventors: Mika Tsuboi; Yunie IZUMI; Takahiro Tomita
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2016-10-24
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2018-04-26
Anticipated expiration: 2037-10-24
Also published as: DE102017009873B4; CN107973614B; CN107973614A; US10557393B2; US20180112575A1

Abstract

Ein poröses Material (2) umfasst Aggregatteilchen (3) und ein Bindematerial (4), das Cordierit (41) und Zirkonteilchen (42) enthält und die Aggregatteilchen (3) aneinander bindet, wenn Poren (21) gebildet werden. Diese Zusammensetzung erhöht die mechanische Festigkeit des porösen Materials. Vorzugsweise ist das Verhältnis der Masse des Bindematerials (4) zur Gesamtmasse der Aggregatteilchen (3) und des Bindematerials (4) größer als oder gleich 8 Masse-% und kleiner als oder gleich 40 Masse-%. Das Verhältnis der Masse der Zirkonteilchen (42) zur Masse des Bindematerials (4) ist größer als oder gleich 1 Masse-% und kleiner als oder gleich 50 Masse-%.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein poröses Material, eine Wabenstruktur und ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Materials.
Hintergrundtechnik
Poröse Materialien werden üblicherweise in Anwendungen wie Dieselpartikelfiltern (DPF) verwendet. Beispielsweise offenbart die internationale Veröffentlichung Nr. WO 2002/070433 (Dokument 1) eine Technik zur Bildung-von Zelltrennwänden und einer Wabenaußenwand in einer Wabenstruktur unter Verwendung eines Materials, das Siliciumcarbid (SiC) als ein Aggregat und Cordierit als ein Bindematerial enthält. Die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2003-292388 (Dokument 2) offenbart ein poröses Material, bestehend aus Siliciumcarbid und Cordierit und mit einer Porosität von 52 bis 70%, einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 15 bis 30 µm und einer Biegefestigkeit von größer als oder gleich 7 MPa. Die internationale Veröffentlichung Nr. WO 2013/146953 (Dokument 3) offenbart eine Technik zum Erhalt eines porösen Materials mit hoher Wärmeschockbeständigkeit durch Dispergieren von Mullitteilchen, die als Verstärkungsteilchen dienen, in Cordierit, das als ein Bindematerial dient.
Im Übrigen erfordern DPFs oder andere Vorrichtungen, dass die porösen Materialien eine höhere Porosität haben, um den Druckabfall zu verringern. Bei einer Erhöhung der Porosität verringert sich jedoch die mechanische Festigkeit der porösen Materialien.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein poröses Material, und ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Erhöhung der mechanischen Festigkeit des porösen Materials.
Ein poröses Material gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst Aggregatteilchen und ein Bindematerial, das Cordierit und Zirkonteilchen enthält und die Aggregatteilchen aneinander bindet, wenn Poren gebildet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die mechanische Festigkeit des porösen Materials erhöht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis der Masse des Bindematerials zur Gesamtmasse der Aggregatteilchen und des Bindematerials größer als oder gleich 8 Masse-% und kleiner als oder gleich 40 Masse-%.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis der Masse der Zirkonteilchen zur Masse des Bindematerials größer als oder gleich 1 Masse-% und kleiner als oder gleich 50 Masse-%.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Hauptachse der Zirkonteilchen größer als oder gleich 2,0 µm.
Die Porosität des porösen Materials ist beispielsweise höher als oder gleich 50 % und niedriger als oder gleich 70 %.
Die Biegefestigkeit des porösen Materials ist vorzugsweise größer als oder gleich 7,5 MPa.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis der Masse von Natrium zur Masse des porösen Materials insgesamt kleiner als 0,1 Masse-%. Ein repräsentativer Wert für einen Winkel, bei dem der Rand des Bindematerials im Querschnitt des porösen Materials in Bezug auf die Richtungstangente zum Rand an einer Position, an der die Krümmung lokal am stärksten ist, zunimmt, ist größer als 0 Grad und kleiner als oder gleich 25 Grad.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch für eine Wabenstruktur. Die Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein rohrförmiges Element aus dem oben beschriebenen porösen Material und mit einem durch Trennwände in mehrere Zellen geteilten Inneren.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Materials. Das Verfahren zur Herstellung eines porösen Materials gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst a) das Erhalten eines Presskörpers durch Formen eines Gemisches aus einem Aggregat-Rohmaterial, einem Rohmaterial eines Bindematerials und einem porenbildenden Material und b) das Erhalten eines porösen Materials durch Brennen des Presskörpers, wobei das poröse Material ein gebrannter Presskörper ist. Das poröse Material enthält Cordierit und Zirkonteilchen als ein Bindematerial.
Vorzugsweise enthält das Rohmaterial des Bindematerials Zirconiumdioxidteilchen, und die Zirkonteilchen werden durch Brennen im Vorgang b) erzeugt.
Stärker bevorzugt haben die Zirconiumdioxidteilchen einen Teilchendurchmesser von größer als oder gleich 0,4 µm und kleiner als oder gleich 10 µm.
Die Brenntemperatur im Vorgang b) ist vorzugsweise höher als oder gleich 1430 °C.
Diese und andere Gegenstände, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich.
Figurenliste

1 veranschaulicht eine Wabenstruktur;
2 ist eine Schnittansicht der Wabenstruktur;
3 veranschaulicht eine Struktur eines porösen Materials;
4 veranschaulicht eine Struktur eines porösen Materials gemäß einem Vergleichsbeispiel;
5 ist eine grafische Darstellung, die eine Messung des Steigungswinkels beschreibt;
6 ist ein Ablaufdiagramm des Prozesses der Herstellung eines porösen Materials;
7 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Verhältnis des Bindematerials in dem porösen Material und der Biegefestigkeit;
8 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Verhältnis der Zirkonteilchen in dem Bindematerial und der Biegefestigkeit; und
9 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Hauptachse der Zirkonteilchen und der Biegefestigkeit.

Beschreibung der Ausführungsformen
1 ist eine vereinfachte grafische Darstellung einer Wabenstruktur 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Wabenstruktur 1 ist ein rohrförmiges Element, das in einer Richtung lang ist, und 1 veranschaulicht eine Endfläche auf einer Seite in der Längsrichtung der Wabenstruktur 1. 2 ist eine Schnittansicht der Wabenstruktur 1 und veranschaulicht einen Teil eines Schnitts entlang der Längsrichtung. Die Wabenstruktur 1 wird beispielsweise für Filter wie DPFs verwendet. Die Wabenstruktur 1 kann auch in anderen Anwendungen verwendet werden, bei denen es sich nicht um Filter handelt.
Die Wabenstruktur 1 umfasst eine rohrförmige Außenwand 111 und Trennwände 112. Die rohrförmige Außenwand 111 und die Trennwände 112 sind aus einem porösen Material gebildet, das später beschrieben wird. Die rohrförmige Außenwand 111 hat eine rohrförmige Form, die in der Längsrichtung verläuft. Die Querschnittsform der rohrförmigen Außenwand 111 senkrecht zur Längsrichtung ist beispielsweise eine Kreisform oder kann eine andere Form wie eine polygonale Form sein. Die Trennwände 112 sind im Inneren der rohrförmigen Außenwand 111 vorgesehen und teilen das Innere in mehrere Zellen 113. Die Dicke der Trennwände 112 ist beispielsweise größer als oder gleich 30 Mikrometer (µm), und vorzugsweise größer als oder gleich 50 µm. Die Dicke der Trennwände 112 ist außerdem beispielsweise kleiner als oder gleich 1000 µm, vorzugsweise kleiner als oder gleich 500 µm und stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 350 µm.
Jede Zelle 113 bildet einen Raum, der in der Längsrichtung verläuft. Die Querschnittsform der Zelle 113 senkrecht zur Längsrichtung ist beispielsweise eine polygonale Form (z. B. eine dreieckige, viereckige, fünfeckige oder sechseckige Form) oder kann eine andere Form wie eine Kreisform sein. Die mehrere Zellen 113 haben grundsätzlich dieselbe Querschnittsform. Alternativ können die mehrere Zellen 113 Zellen 113 mit unterschiedlichen Querschnittsformen umfassen. Die Dichte der Zellen ist beispielsweise größer als oder gleich 10 Zellen pro Quadratzentimeter (/cm²), vorzugsweise größer als oder gleich 20 Zellen/cm² und stärker bevorzugt größer als oder gleich 50 Zellen/cm². Die Dichte der Zellen ist außerdem beispielsweise kleiner als oder gleich 200 Zellen/cm² und vorzugsweise kleiner als oder gleich 150 Zellen/cm².
Wird die Wabenstruktur 1 als ein DPF verwendet, strömt ein vorbestimmtes Gas von einem Ende in der Längsrichtung der Wabenstruktur 1 als ein Zulauf zum anderen Ende als ein Ablauf. Eine vorbestimmte Anzahl von Zellen 113 weist jeweils einen Dichtungsteil 114 am zulaufseitigen Ende auf, und die verbleibenden Zellen 113 weisen jeweils einen Dichtungsteil 114 am ablaufseitigen Ende auf. Somit strömt das in die Wabenstruktur 1 strömende Gas von den Zellen 113, deren Zuläufe nicht abgedichtet sind, durch die Trennwände 112 zu den Zellen 113, deren Abläufe nicht abgedichtet sind (siehe die Pfeile A1 in 2). Zu diesem Zeitpunkt werden Teilchen in dem Gas von den Trennwänden 112 effektiv aufgefangen. Vorzugsweise sind an sowohl dem zulauf- als auch ablaufseitigen Ende der Wabenstruktur 1 die Dichtungsteile 114 alternativ in den Anordnungsrichtungen der Zellen 113 vorgesehen. Die Wabenstruktur 1 trägt gegebenenfalls einen Katalysator.
3 veranschaulicht eine Struktur eines porösen Materials 2, das die Wabenstruktur 1 bildet. Das poröse Material 2 ist ein poröser gesinterter Presskörper und umfasst Aggregatteilchen 3 und ein Bindematerial 4. Das Bindematerial 4 bindet die Aggregatteilchen 3 aneinander, wenn Poren 21 gebildet werden. Das Bindematerial 4 umfasst Cordierit 41 und Zirkonteilchen (ZrSiO₄-Teilchen) 42. Es wird davon ausgegangen, dass in dem porösen Material 2 andere Substanzen als die Aggregatteilchen 3 grundsätzlich in dem Bindematerial 4 enthalten sind.
Die Aggregatteilchen 3 umfassen Teilchenkörper. Die Teilchenkörper bestehen typischerweise aus einer Substanzart. Die Teilchenkörper sind beispielsweise Siliciumcarbid-Teilchen (SiC-Teilchen). Anstelle von Siliciumcarbid kann die Substanz, die die Teilchenkörper bildet, beispielsweise Siliciumnitrid (Si₃N₄), Aluminiumnitrid (AlN), Titancarbid (TiC), Titannitrid (TiN), Mullit (Al₆Si₂O₁₃), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Aluminiumtitanat (Al₂TiO₅), Magnesiumtitanat (MgTi₂O₅) oder Zirkon sein. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Teilchenkörper der Aggregatteilchen 3 aus einer anderen Substanz als Zirkon gebildet. Die Teilchenkörper der Aggregatteilchen 3 sind beispielsweise Teilchen der ergiebigsten Substanz unter den Substanzen, die das poröse Material 2 bilden. Wird ein Nicht-Oxid-Material für die Teilchenkörper verwendet, können die Aggregatteilchen 3 Oxidfilme umfassen, die auf den oder um die Oberflächen der Teilchenkörper vorgesehen sind. Vorzugsweise besteht jedes Aggregatteilchen 3 aus einem Teilchenkörper oder aus einem Teilchenkörper und einem Oxidfilm. Die wie hierin verwendeten Oxidfilme beziehen sich auf Oxidschichten, die auf den Oberflächen der Teilchenkörper durch Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre gebildet werden, wenn ein Nicht-Oxid-Material für die Teilchenkörper verwendet wird. Sind die Teilchenkörper der Aggregatteilchen 3 SiC- oder Si₃N₄-Teilchen, umfassen die Aggregatteilchen 3 vorzugsweise die oben beschriebenen Oxidfilme. Die Oxidfilme enthalten vorzugsweise eine Cristobalitphase und enthalten vorzugsweise SiO₂. Beispielsweise hilft, wenn das poröse Material 2 als ein Katalysatorträger zum Reinigen von Autoabgasen verwendet wird, das Vorliegen der Oxidfilme um die Teilchenkörper beim Erhalt einer ausgezeichneten Oxidationsbeständigkeit. Das Verhältnis der Masse der Aggregatteilchen 3 zur Gesamtmasse der Aggregatteilchen 3 und des Bindematerials 4 ist größer als oder gleich 50 Masse-%. Mit anderen Worten, das Verhältnis der Masse des Bindematerials 4 zur Gesamtmasse der Aggregatteilchen 3 und des Bindematerials 4 ist kleiner als oder gleich 50 Masse-%.
Das Verhältnis der Masse eines jeden Bestandteils der kristallinen Phase (Aggregatteilchen 3, Cordierit 41 und Zirkonteilchen 42) in dem porösen Material 2 kann beispielsweise mittels einfacher quantitativer Analyse berechnet werden. In dieser einfachen quantitativen Analyse wird jede Komponente quantitativ durch Analyse von Röntgenbeugungsdaten unter Verwendung des Referenzintensitätsverhältnis-Verfahrens (RIR-Verfahrens) bestimmt. Für die Analyse der Röntgenbeugungsdaten kann die Software MDI Jade 7, bei der es sich um eine Röntgenbeugungsdatensoftware handelt, verwendet werden. Ein exemplarisches bei der Röntgenbeugungsanalyse verwendetes Röntgendiffraktometer ist ein Röntgendiffraktometer mit rotierender Antikathode (RINT, hergestellt von der Rigaku Corporation).
Das für die Wabenstruktur 1 verwendete poröse Material 2 muss eine hohe Porosität (hier offene Porosität) und hohe mechanische Festigkeit haben. Damit das poröse Material 2 leicht eine hohe Porosität erreichen kann, ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Aggregatteilchen 3 größer als oder gleich 5 µm und stärker bevorzugt größer als oder gleich 10 µm. Um das Vorhandensein vieler übermäßig großer Poren 21 in dem porösen Material 2 zu vermeiden, ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Aggregatteilchen 3 vorzugsweise kleiner als oder gleich 100 µm und stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 40 µm. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Aggregatteilchen 3 ist typischerweise größer als der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Zirkonteilchen 42 in dem Bindematerial 4. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Aggregatteilchen 3 beträgt beispielsweise das 1,5-Fache oder mehr und das 40-Fache oder weniger des durchschnittlichen Teilchendurchmessers der Zirkonteilchen 42. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser kann mit einem Laserbeugungsverfahren gemessen werden (selbiges gilt hierin nachstehend).
Das Verhältnis der Masse des Bindematerials 4 zur Gesamtmasse der Aggregatteilchen 3 und des Bindematerials 4 ist vorzugsweise größer als oder gleich 8 Masse-% und kleiner als oder gleich 40 Masse-%. Ist das Verhältnis des Bindematerials 4 in dem porösen Material 2 größer als oder gleich 8 Masse-%, kann das poröse Material 2 einen bestimmten Grad an mechanischer Festigkeit sicherstellen. In der Beschreibung ist unter der mechanischen Festigkeit die Biegefestigkeit zu verstehen. Um die mechanische Festigkeit des porösen Materials 2 weiter zu erhöhen, ist das Verhältnis des Bindematerials 4 in dem porösen Material 2 vorzugsweise größer als oder gleich 10 Masse-% und stärker bevorzugt größer als oder gleich 12 Masse-%. Übersteigt das Verhältnis des Bindematerials 4 in dem porösen Material 2 40 Masse-%, wird das poröse Material 2 viel schwerer eine hohe Porosität erreichen können. Damit das poröse Material 2 leicht eine hohe Porosität erreicht, ist das Verhältnis des Bindematerials 4 in dem porösen Material 2 vorzugsweise kleiner als oder gleich 30 Masse-% und stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 20 Masse-%.
In dem Bindematerial 4 enthält der Cordierit 41 die Zirkonteilchen 42. Die Zirkonteilchen 42 liegen in dem Cordierit 41 in einem dispergierten Zustand vor. Die Zirkonteilchen 42 und der Cordierit 41 sind aneinander gebunden. Typischerweise ist jedes Zirkonteilchen 42 von dem Cordierit 41 umgeben. Beispielsweise verhindern, wenn Risse in dem Bindematerial 4 aufgetreten sind, die Zirkonteilchen 42 eine weitere Entwicklung der Risse. Somit erhöht sich die mechanische Festigkeit des porösen Materials 2. Die Zirkonteilchen 42 können auch als Verstärkungsteilchen betrachtet werden, die die mechanische Festigkeit des porösen Materials 2 erhöhen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Zirkonteilchen 42 ist nahezu analog zum Wärmeausdehnungskoeffizienten des Cordierits 41. Dadurch wird das Auftreten von Rissen aufgrund einer Temperaturveränderung an den Grenzflächen zwischen dem Cordierit 41 und den Zirkonteilchen 42 verringert. Durch Unterdrücken der Entwicklung und des Auftretens von Rissen erhöht sich die Wärmeschockbeständigkeit des porösen Materials 2 ebenfalls.
In dem in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO 2013/146953 (oben beschriebenes Dokument 3) beschriebenen porösen Material sind Mullitteilchen in dem Bindematerial dispergiert. Andererseits haben die Zirkonteilchen 42, die in dem Bindematerial 4 des porösen Materials 2 in 3 enthalten sind, eine höhere mechanische Festigkeit als Mullitteilchen. Daher kann die mechanische Festigkeit des porösen Materials 2 leichter erhöht werden als die mechanische Festigkeit poröser Materialien, die Mullitteilchen enthalten. Die Differenz hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Zirkonteilchen 42 und dem Cordierit 41 ist kleiner als die Differenz hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Mullitteilchen und Cordierit. Daher kann das poröse Material 2 in 3 das Auftreten von Rissen aufgrund einer Temperaturveränderung im Vergleich zu porösen Materialien, die Mullitteilchen enthalten, ebenfalls verringern.
Das Verhältnis der Masse der Zirkonteilchen 42 zur Masse des Bindematerials 4 ist vorzugsweise größer als oder gleich 1 Masse-% und kleiner als oder gleich 50 Masse-%. Ist das Verhältnis der Zirkonteilchen 42 in dem Bindematerial 4 größer als oder gleich 1 Masse-%, kann das poröse Material 2 einen bestimmten Grad an mechanischer Festigkeit sicherstellen. Um die mechanische Festigkeit des porösen Materials 2 weiter zu erhöhen, ist das Verhältnis der Zirkonteilchen 42 in dem Bindematerial 4 vorzugsweise größer als oder gleich 3 Masse-% und stärker bevorzugt größer als oder gleich 5 Masse-%. Übersteigt das Verhältnis der Zirkonteilchen 42 in dem Bindematerial 4 50 Masse-%, verringert sich die Menge an Cordierit 41, die das Binden zwischen den Aggregatteilchen 3 beeinflusst, und folglich kann sich die mechanische Festigkeit des porösen Materials 2 verringern. Damit das poröse Material 2 zuverlässiger einen bestimmten Grad an mechanische Festigkeit sicherstellen kann, ist das Verhältnis der Zirkonteilchen 42 in dem Bindematerial 4 vorzugsweise kleiner als oder gleich 40 Masse-% und stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 35 Masse-%. In einem Beispiel des porösen Materials 2 ist das Verhältnis der Zirkonteilchen 42 in dem Bindematerial 4 kleiner als oder gleich 30 Masse-%.
Die Hauptachse der Zirkonteilchen 42 ist vorzugsweise größer als oder gleich 1,0 µm. Hier ist die Hauptachse der Zirkonteilchen 42 ein durchschnittlicher Wert maximaler Längen der Zirkonteilchen 42 in einem gegebenen Querschnitt des porösen Materials 2 und kann als ein Index der Größe der Zirkonteilchen 42 betrachtet werden. Ist die Hauptachse der Zirkonteilchen 42 größer als oder gleich 1,0 µm, kann die mechanische Festigkeit des porösen Materials 2 zuverlässiger erhöht werden. Um die mechanische Festigkeit des porösen Materials 2 weiter zu erhöhen, ist die Hauptachse der Zirkonteilchen 42 vorzugsweise größer als oder gleich 2,0 µm und stärker bevorzugt größer als oder gleich 2,5 µm. Die Hauptachse der Zirkonteilchen 42 ist vorzugsweise auch kleiner als oder gleich 10,0 µm und stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 6,0 µm. Übersteigt die Hauptachse der Zirkonteilchen 42 10,0 µm, können grobe Defekte auftreten und die mechanische Festigkeit des porösen Materials 2 verringern. Bei der Messung der Hauptachse der Zirkonteilchen 42 wird beispielsweise ein hochglanzpolierter Querschnitt des porösen Materials 2 bei einer 6000-fachen Vergrößerung mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) aufgenommen. Dann wird die maximale Länge jedes Zirkonteilchens 42 in der Aufnahme erhalten, und ein Durchschnittswert (oder Mittelwert) der maximalen Längen mehrerer Zirkonteilchen 42 wird als die Hauptachse der Zirkonteilchen 42 erfasst.
Das Bindematerial 4 kann eine kristalline Komponente und eine amorphe Komponente enthalten. Das Bindematerial 4 enthält vorzugsweise 50 Masse-% oder mehr der kristallinen Komponente. Das heißt, das Bindematerial 4 enthält vorzugsweise weniger als 50 Masse-% der amorphen Komponente. Die amorphe Komponente in dem Bindematerial 4 kann quantitativ durch Analysieren der Röntgenbeugungsdaten bestimmt werden. Spezieller wird, wenn die maximale Höhe des Hintergrundes im Bereich von 2θ bei 20° bis 30° 25 % in Bezug auf eine Beugungspeakhöhe in der (100)-Ebene des hexagonalen Kristalls Cordierit beträgt, von einer amorphen Menge in dem gesamten Bindematerial 4 von 50 Masse-% ausgegangen. Beträgt die maximale Höhe des Hintergrundes in dem Bereich von 2θ bei 20° bis 30° 2,8 % in Bezug auf die Beugungspeakhöhe in der (100)-Ebene des hexagonalen Kristalls Cordierit, wird von einer amorphen Menge in dem gesamten Bindematerial 4 von 0 Masse-% ausgegangen. Dann werden die Messergebnisse für Proben auf die oben beschriebene Beziehung (Kalibrierungskurve) angewandt, so dass die amorphe Menge in dem Bindematerial 4 erhalten wird. Die Messung kann unter Verwendung eines Pulvers, das durch Pulverisieren des porösen Materials 2 erhalten wurde, als eine Messprobe und unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers mit rotierender Antikathode (RINT, hergestellt von der Rigaku Corporation) durchgeführt werden.
In einem typischen Beispiel für das poröse Material 2 werden die Oberflächen an den Dreiphasengrenzflächen der Aggregatteilchen 3, des Bindematerials 4 und der Poren 21 in einem „glatt gebundenen“ Zustand gebildet. Hier beziehen sich die „glatt gebundenen“ Oberflächen an den Dreiphasengrenzflächen auf einen Zustand, in dem das Bindematerial 4, das die Aggregatteilchen 3 aneinander bindet, entweder glatt oder in einer leichten Kurve (oder entlang einer gekrümmten Fläche) von der Umgebung einer Dreiphasengrenzfläche eines Aggregatteilchens 3, des Bindematerials 4 und einer Pore 21 in einer Richtung hin zu einem anderen Aggregatteilchen 3 verläuft. In 3 ist das poröse Material 2 schematisch veranschaulicht, und der „glatt gebundene“ Zustand der Oberflächen an den Dreiphasengrenzflächen ist nicht eindeutig.
In dem porösen Material 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die „Dreiphasengrenzflächen“ genau genommen auf Bereiche beschränkt, wo die Aggregatteilchen 3, das Bindematerial 4 und die Poren 21 einander kreuzen, in der Beschreibung wird jedoch davon ausgegangen, dass sie auch Bereiche umfassen, wo die Flächen der Aggregatteilchen 3 leicht mit dem Bindematerial 4 bedeckt und nah bei den Poren 21 sind.
Im Falle des porösen Materials 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, unter der Annahme, dass die Aggregatteilchen 3 fest sind und zumindest ein Teil des Bindematerials 4 während des Brennens bei hoher Temperatur im flüssigen Zustand vorliegt, haftet das flüssige Bindematerial 4 mit einem kleinen Kontaktwinkel an den Oberflächen (Festphasenflächen) der festen Aggregatteilchen 3, und dieser Zustand wird bis zur Beendigung des Brennens und Abkühlens aufrechterhalten, so dass die Mikrostruktur erhalten wird wie beschrieben.
Auf diese Weise wird ein Teil (oder das Meiste) der Aggregatteilchen 3 mit dem Bindematerial 4 bedeckt. Im Ergebnis werden die eckigen Randabschnitte der Aggregatteilchen 3 mit dem Bindematerial 4 bedeckt, und es ergeben sich insgesamt leicht abgerundete Formen. Die Poren 21, die mit diesen Aggregatteilchen 3 und dem Bindematerial 4 in Kontakt stehen, haben ebenfalls Formen mit abgerundetem Rand. Eine solche Struktur, die viele gekrümmte Abschnitte an insbesondere den Dreiphasengrenzflächen der Aggregatteilchen 3, des Bindematerials 4 und der Poren 21 umfasst, wird in der Beschreibung als „glatt gebundener“ Zustand ausgedrückt.
4 veranschaulicht schematisch eine Struktur eines porösen Materials 10 gemäß einem Vergleichsbeispiel. Das poröse Material 10 gemäß dem Vergleichsbeispiel unterscheidet sich von dem porösen Material 2 in 3 dahingehend, dass sein Bindematerial 12 keine Zirconiumkomponente (Zirkonteilchen) enthält. Im Falle einer Querschnittsmikrostruktur des porösen Materials 10 gemäß dem Vergleichsbeispiel sind eckige Aggregatteilchen 11 mit linearen scharfen Rändern genau so zu sehen, wie sie sind, und das Bindematerial 12, das die Aggregatteilchen 11 aneinander bindet, verläuft in einer linearen Form in der Nähe einer Dreiphasengrenzfläche B (siehe Pfeil in 4) eines Aggregatteilchens 11, des Bindematerials 12 und einer Pore 13 hin zu einem anderen Aggregatteilchen 11. Daher handelt es sich nicht um einen „glatt gebundenen“ Zustand, wie oben definiert. Überdies steht der Großteil (z. B. 50 % oder mehr) der Oberflächen der Aggregatteilchen 11 mit den Poren 13 in Kontakt, und dies unterscheidet sich von dem porösen Material 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, bei dem der Großteil (z. B. 50 % oder mehr) der Oberflächen der Aggregatteilchen 3 mit dem Bindematerial 4 bedeckt ist und die Poren 21 mit dem Bindematerial 4 in Kontakt stehen.
Das heißt, im Falle des porösen Materials 10 gemäß dem Vergleichsbeispiel hat das Bindematerial 12 keine gekrümmte Form in der Nähe der Grenzflächen mit den Aggregatteilchen 11; die Aggregatteilchen 11 und die Poren 13 haben auch keine abgerundeten Formen; und viele von ihnen sind eckig oder linear oder mit unregelmäßigen Formen ausgebildet, verglichen mit dem porösen Material 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Das poröse Material 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich hinsichtlich der Mikrostruktur stark von dem porösen Material 10 gemäß dem Vergleichsbeispiel.
Es wird erwartet, dass das poröse Material 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform glatt gebundene Dreiphasengrenzflächen der Aggregatteilchen 3, des Bindematerials 4 und der Poren 21 und einen großen Kontaktbereich zwischen den Aggregatteilchen 3 und dem Bindematerial 4 aufweist. Im Ergebnis erhöht sich die Bindungskraft zwischen den Aggregatteilchen 3 und dem Bindematerial 4, und diese Erhöhung der Bindungskraft an jeder Grenzfläche zwischen jedem Aggregatteilchen 3 und dem Bindematerial 4 in dem porösen Material 2 führt zu einer Erhöhung der Festigkeit (mechanische Festigkeit) des porösen Materials 2 insgesamt.
Verglichen mit dem porösen Material 10 (siehe 4) mit einer Mikrostruktur mit scharfen Rändern kann das poröse Material 2 mit einer „glatt gebundenen“ Mikrostruktur die Spannungskonzentration, die auf die Randabschnitte durch ihre gekrümmte Form ausgeübt wird, entspannen. Demgemäß wird die Festigkeit des porösen Materials 2 insgesamt erhöht.
Nun wird die quantitative Bestimmung der oben beschriebenen Mikrostruktur des porösen Materials 2 beschrieben. In dem porösen Material 2 haben die Grenzlinien zwischen dem Bindematerial 4 und den Poren 21 (hierin nachstehend einfach als „Ränder des Bindematerials“ bezeichnet) abgerundete Formen, wie in einem Bild eines hochglanzpolierten Querschnitts veranschaulicht. Daher wird in einem Beispiel der quantitativen Bestimmung der oben genannten Mikrostruktur das Abrunden der Ränder des Bindematerials 4 in Zahlen umgewandelt. Spezieller wird zunächst ein Querschnitt, erhalten durch Hochglanzpolieren des porösen Materials 2, das in einem Harz enthalten ist, bei einer 1500-fachen Vergrößerung mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen, so dass ein Bild erhalten wird, bei dem es sich um ein Rasterelektronenbild handelt. Die Vergrößerung des Bildes kann geeignet verändert werden. 5 veranschaulicht einen Teil dieses Bildes.
Dann wird eine Messposition P1 am Rand des Bindematerials 4 in dem Bild festgelegt. Die Messposition P1 ist eine Position, bei der die Krümmung am Rand des Bindematerials 4 lokal am stärksten ist. In der oben beschriebenen Mikrostruktur des porösen Materials 2 hat der Rand des Bindematerials 4, das zwei Aggregatteilchen 3 aneinander bindet, zwischen der Umgebung der Dreiphasengrenzfläche mit einem der Aggregatteilchen 3 und der Umgebung der Dreiphasengrenzfläche mit dem anderen Aggregatteilchen 3 eine konkave Form. Zwischen diesen Dreiphasengrenzflächen verändert sich die Neigung des Randes des Bindematerials 4 typischerweise kontinuierlich, und es gibt wenig eckige Abschnitte. Ein Beispiel für die Messposition P1 ist eine Position, die eine maximale Krümmung zwischen diesen Dreiphasengrenzflächen am Rand des Bindematerials 4 aufweist. In dem porösen Material 10 gemäß dem Vergleichsbeispiel haben die Ränder des Bindematerials 12 keine abgerundeten Formen, und daher ist die Oberseite eines vertieften Abschnitts am Rand des Bindematerials 12 als Messposition P1 festgelegt.
Dann wird eine gerade Linie, die eine Richtungstangente zum Rand des Bindematerials 4 angibt, an der Messposition P1 als eine Referenzlinie L1 festgelegt, wie in 5 veranschaulicht. In der Nähe der Messposition P1 wird eine gerade Linie, die von der Messposition P1 hin zu einer Seite entlang des Randes des Bindematerials 4 ansteigt, als eine ansteigende Linie L2 festgelegt. Die ansteigende Linie L2 ist beispielsweise eine gerade Linie, die die Messposition P1 und eine Position, die hin zu einer Seite um einen vorbestimmten infinitesimalen Abstand (z. B. 1 bis 5 µm) von der Messposition P1 beabstandet ist, am Rand des Bindematerials 4 verbindet. Dann wird der von der Referenzlinie L1 und der ansteigenden Linie L2 gebildete Winkel als der Steigungswinkel θ erfasst. Auf diese Weise gibt der Steigungswinkel θ einen Winkel an, bei dem der Rand des Bindematerials 4 in einem gegebenen Querschnitt des porösen Materials 2 von der Messposition P1, an der die Krümmung lokal am stärksten ist, in Bezug auf die Richtungstangente zum Rand an der Messposition P1 zunimmt.
Beispielsweise werden mehrere Steigungswinkel θ durch Festlegen mehrerer Messpositionen P1 erhalten, und der Durchschnittswert dieser Winkel wird als der repräsentative Wert für den Steigungswinkel am Rand erhalten. Bei dem porösen Material 2 mit der oben beschriebenen Mikrostruktur ist der repräsentative Wert für den Steigungswinkel typischerweise größer als 0 Grad und kleiner als oder gleich 25 Grad. Andererseits ist bei dem porösen Material 10 gemäß dem Vergleichsbeispiel der repräsentative Wert für den Steigungswinkel größer als 25 Grad, da die Ränder des Bindematerials 12 keine abgerundeten Formen aufweisen und die Oberseiten der vertieften Abschnitte an den Rändern des Bindematerials 12 als Messpositionen P1 festgelegt sind. Der repräsentative Wert für den Steigungswinkel kann ein Mittelwert oder andere Werte anstelle des Durchschnittswertes sein. Die Anzahl an Messpositionen P1, die beim Erhalt des repräsentativen Wertes für den Steigungswinkel festzulegen sind, ist vorzugsweise größer als oder gleich 5 (z. B. kleiner als oder gleich 100).
Bei dem poröse Material 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die oben beschriebene Mikrostruktur erhalten, indem eine Zirconiumkomponente (Zirkonteilchen) in das Bindematerial 4, das zum Binden der Aggregatteilchen 3 aneinander verwendet wird, aufgenommen wird. Bei dem porösen Material 2 muss der glatt gebundene Zustand der Flächen an den Dreiphasengrenzflächen der Aggregatteilchen 3, des Bindematerials 4 und der Poren 21 nicht unbedingt eindeutig sein. Mit anderen Worten, es ist auch zu erwarten, dass der vorstehend genannte glatt gebundene Zustand der Oberflächen an den Dreiphasengrenzflächen nicht eindeutig sein kann, in Abhängigkeit von Faktoren wie dem Verhältnis der Masse des Bindematerials 4 in dem porösen Material 2 und dem Teilchendurchmesser der Aggregatteilchen 3. Selbst in diesem Zustand kann das poröse Material 2, das die vorstehend genannte Zirconiumkomponente in dem Bindematerial 4 umfasst, eine verbesserte mechanische Festigkeit aufweisen.
Enthält das poröse Material 2 Natrium (Na) als beispielsweise Verunreinigungen, ist das Verhältnis der Masse an Natrium zur Masse des gesamten porösen Materials 2 vorzugsweise kleiner als 0,1 Masse-% (größer als oder gleich 0 Masse-%). Wie später beschrieben wird, wird Zirkon aus einer Zirconiumdioxidkomponente durch Brennen erzeugt, und wenn das Verhältnis der Masse an Natrium größer als oder gleich 0,1 Masse-% ist, wird sich der Schmelzpunkt einer Bindematerialkomponente, umfassend die Zirconiumkomponente, verringern, und es wird leicht eine amorphe Schicht gebildet. Daher kann das Erzeugen von Zirkon als ein kristallines Material während des Brennens schwierig werden. Durch Festlegen der Menge an Natrium auf weniger als 0,1 Masse-% kann der Schmelzpunkt der Bindematerialkomponente entsprechend gehalten werden, und Zirkon als ein kristallines Material kann leicht erzeugt werden. Das Festlegen der Menge an Natrium auf weniger als 0,1 Masse-% ermöglicht auch eine Unterbindung der Verschlechterung der NO_x-Reinigungsleistung aufgrund einer Hochtemperaturalterung, wenn ein SCR-Katalysator von dem porösen Material 2 (Wabenstruktur 1) getragen und davon verwendet wird. Der Natriumgehalt kann beispielsweise durch Atomemissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-AES) gemessen werden.
Die Porosität des porösen Materials 2 ist beispielsweise höher als oder gleich 40 %. Dadurch wird ein übermäßiger Druckabfall in der als DPF verendeten Wabenstruktur 1 unterbunden. Wie zuvor beschrieben, ist unter der Porosität in der Beschreibung offene Porosität zu verstehen. Um den Druckabfall weiter zu verringern, ist die Porosität vorzugsweise höher als oder gleich 50 % und stärker bevorzugt höher als oder gleich 55 %. Die Porosität ist außerdem beispielsweise niedriger als oder gleich 80 %, und dadurch kann die Wabenstruktur 1 einen bestimmten Grad an mechanischer Festigkeit sicherstellen. Um die mechanische Festigkeit weiter zu erhöhen, ist die Porosität vorzugsweise niedriger als oder gleich 70 % und stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 65 %. Die offene Porosität kann beispielsweise mit der Archimedes-Methode unter Verwendung von reinem Wasser als ein Medium gemessen werden. Es versteht sich, dass die Porosität beispielsweise durch Verändern der Menge an porenbildendem Material zur Verwendung bei der Herstellung poröser Materialien, der Menge an Sintermittel und der Brennatmosphäre eingestellt werden kann. Die Porosität kann auch durch Verändern des Verhältnisses zwischen den Aggregatteilchen 3 und dem Bindematerial 4 eingestellt werden.
Wird das poröse Material 2 (Wabenstruktur 1) für DPFs oder dergleichen verwendet, können Poren 21 mit Porendurchmessern von kleiner als oder gleich 10 µm leicht verstopfen, wenn sie einen Katalysator tragen. Daher ist bei dem porösen Material 2 das Volumenverhältnis der Poren 21 mit Porendurchmessern von kleiner als oder gleich 10 µm vorzugsweise kleiner als 10 % aller Poren 21. Um die Funktion der Filter wie DPFs zu verbessern, ist das Volumenverhältnis der Poren 21 mit Porendurchmessern von größer als oder gleich 40 µm, durch welche Feststoffe leicht passieren können, vorzugsweise kleiner als 10 % aller Poren 21.
Die Biegefestigkeit des porösen Materials 2 ist beispielsweise größer als oder gleich 7,5 Megapascal (MPa). Dadurch wird die Wärmeschockbeständigkeit des porösen Materials 2 auf ein bestimmtes Niveau erhöht. Die Biegefestigkeit des porösen Materials 2 ist vorzugsweise größer als oder gleich 10,0 MPa und stärker bevorzugt größer als oder gleich 12,0 MPa. Es wird angenommen, dass die Obergrenze der Biegefestigkeit des porösen Materials 2 bei ungefähr 40 MPa liegt. In der Beschreibung kann die Biegefestigkeit mit einem Biegeversuch gemäß JIS R1601 gemessen werden.
6 ist ein Ablaufdiagramm des Prozesses der Herstellung des porösen Materials 2. Hier wird die Wabenstruktur 1 als ein Ergebnis der Herstellung des porösen Materials 2 hergestellt. Das heißt, das poröse Material 2 wird als die Wabenstruktur 1 hergestellt.
Zunächst werden ein Aggregat-Rohmaterial für die Aggregatteilchen 3, ein Rohmaterial des Bindematerials zur Verwendung beim Erzeugen des Bindematerials 4 durch Brennen und ein porenbildendes Material gemischt, und andere Komponenten, wie ein Bindemittel, ein oberflächenaktives Mittel und Wasser werden ferner, wenn notwendig, zugegeben, wodurch ein Formungsrohmaterial hergestellt wird. Das Aggregat-Rohmaterial enthält vorzugsweise Siliciumcarbid-Pulver (SiC-Pulver). Das Rohmaterial des Bindematerials enthält beispielsweise ein Cordierit-Rohmaterial und Zirconiumdioxidteilchen (ZrO_2-Teilchen). Unter dem Cordierit-Rohmaterial ist ein Rohmaterial zur Verwendung bei der Erzeugung eines Cordieritkristalls durch Brennen zu verstehen. Das Cordierit-Rohmaterial enthält vorzugsweise eine Aluminiumoxid-Komponente (Al₂O₃-Komponente), eine Siliciumdioxid-Komponente (SiO₂-Komponente) und eine Magnesiumoxid-Komponente (MgO-Komponente). Unter der Annahme, dass die Masse des Aggregat-Rohmaterials 100 Masse-% beträgt, ist das Verhältnis der Bindematerialkomponente in dem Formungsrohmaterial beispielsweise größer als oder gleich 9,0 Masse-% und kleiner als oder gleich 67,0 Masse-%. Das Verhältnis der Aluminiumoxid-Komponente in der Bindematerialkomponente ist beispielsweise größer als oder gleich 30,0 Masse-% und kleiner als oder gleich 75,0 Masse-%. Ebenso ist das Verhältnis der Siliciumdioxid-Komponente beispielsweise größer als oder gleich 28,0 Masse-% und kleiner als oder gleich 55,0 Masse-%. Das Verhältnis der Magnesiumoxid-Komponente ist beispielsweise größer als oder gleich 5,0 Masse-% und kleiner als oder gleich 15,0 Masse-%. Das Verhältnis der Zirconiumdioxidteilchen zum Aggregat-Rohmaterial ist beispielsweise größer als oder gleich 0,1 Masse-% und kleiner als oder gleich 5,0 Masse-%.
Wie später beschrieben wird, wird das Bindematerial 4, das den Cordierit 41 und die Zirkonteilchen (ZrSiO₄-Teilchen) 42 enthält, durch Brennen des Rohmaterials des Bindematerials, das ein Cordierit-Rohmaterial und Zirconiumdioxidteilchen enthält, erzeugt. Ist der Teilchendurchmesser der Zirconiumdioxidteilchen übermäßig groß, können durch Brennen keine Reaktionen verursacht werden, oder es können nur unzureichende Reaktionen auftreten, wodurch Defekte verursacht werden. Daher ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Zirconiumdioxidteilchen vorzugsweise kleiner als oder gleich 10 µm und stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 5 µm. Hinsichtlich der Verarbeitbarkeit oder anderer Faktoren ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Zirconiumdioxidteilchen vorzugsweise größer als oder gleich 0,4 µm und stärker bevorzugt größer als oder gleich 1 µm.
Hier umfassen Beispiele für die Aluminiumoxid-Komponente nicht nur Aluminiumoxide, sondern auch Aluminium und Sauerstoff, die ein Zusammensetzungsverhältnis von Aluminiumoxid in einem Rohmaterial, das Aluminium und Sauerstoff enthält, wie Aluminiumhydroxid, Kaolin, Böhmit oder Feldspat, aufweisen. Die Masse der Aluminiumoxid-Komponente bezieht sich auf die Masse an Aluminium im Hinblick auf ein Oxid (Masse an Al₂O₃) in der Aluminiumoxid-Komponente. Ist die Aluminiumoxid-Komponente ein Aluminiumoxid, ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser vorzugsweise größer als oder gleich 2,5 µm und kleiner als oder gleich 15,0 µm. Das obige Aluminiumoxid ist vorzugsweise α-Aluminiumoxid. Beispiele für die Siliciumdioxid-Komponente umfassen nicht nur Siliciumdioxide, sondern auch Silicium und Sauerstoff, die ein Zusammensetzungsverhältnis von Siliciumdioxid in einem Rohmaterial, das Silicium und Sauerstoff enthält, wie Talk, Kaolin oder Feldspat, aufweisen. Beispiele für die Magnesiumoxid-Komponente umfassen nicht nur Magnesiumoxide, sondern auch Magnesium und Sauerstoff, die ein Zusammensetzungsverhältnis von Magnesiumoxid in einem Rohmaterial, das Magnesium und Sauerstoff enthält, wie Magnesiumhydroxid oder Talk, aufweisen.
Das Rohmaterial des Bindematerials enthält vorzugsweise beispielsweise Al-Si-Fasern, Al₂O₃-Fasern, plattenförmiges Aluminiumoxid, grobkörniges Al₂O₃ und Kaolin als Rohmaterialien für die Aluminiumkomponente (Aluminiumquelle (Al-Quelle)). Die Al-Si-Faser ist auch ein Rohmaterial für die Siliciumkomponente. Zu diesem Zeitpunkt hat das plattenförmige Aluminiumoxid vorzugsweise eine Hauptachse größer als oder gleich 0,5 µm. Die Hauptachse des plattenförmigen Aluminiumoxids ist vorzugsweise auch kleiner als oder gleich 15 µm. Die Nebenachse (Dicke) des plattenförmigen Aluminiumoxids ist vorzugsweise größer als oder gleich 0,01 µm. Die Nebenachse (Dicke) des plattenförmigen Aluminiumoxids ist vorzugsweise auch kleiner als oder gleich 1 µm. Die Breite des plattenförmigen Aluminiumoxids ist vorzugsweise größer als oder gleich 0,05 µm. Die Breite des plattenförmigen Aluminiumoxids ist vorzugsweise auch kleiner als oder gleich 70 µm. Das Aspektverhältnis des plattenförmigen Aluminiumoxids ist vorzugsweise größer als oder gleich 5. Das Aspektverhältnis des plattenförmigen Aluminiumoxids ist vorzugsweise auch kleiner als oder gleich 70. Die Aluminiumoxidfaser hat vorzugsweise eine Länge von kleiner als oder gleich 200 µm. Die Aluminiumoxidfaser hat vorzugsweise auch eine Nebenachse von kleiner als oder gleich 3 µm. Das Aspektverhältnis der Aluminiumoxidfaser ist vorzugsweise größer als oder gleich 3. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser von grobkörnigem Al₂O₃ liegt vorzugsweise im Bereich von 2,5 bis 15 µm. Die Haupt- und Nebenachse sind Werte, die mit einem Rasterelektronenmikroskop gemessen werden. Spezieller sind die Haupt- und Nebenachse Werte, die durch Messen der Haupt- und Nebenachse aller Teilchen in einer Aufnahme einer Mikrostruktur bei einer 3000-fachen Vergrößerung und Mitteln einer jeden der Haupt- und Nebenachse mit der Anzahl der Teilchen erhalten wurden. Das Rohmaterial für die Magnesium-Komponente (Mg-Komponente) (Magnesiumquelle (Mg-Quelle)) ist vorzugsweise MgO oder Mg(OH)₂. Die Rohmaterialien für die Si-Komponente (Siliciumquelle (Si-Quelle)) sind vorzugsweise Kaolin, Siliciumdioxidpulver und kolloidales Siliciumdioxid.
Wie vorstehend beschrieben, ist das Aggregat-Rohmaterial vorzugsweise Siliciumcarbid-Pulver (SiC-Pulver). Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Aggregat-Rohmaterials ist vorzugsweise größer als oder gleich 5 µm und stärker bevorzugt größer als oder gleich 10 µm. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Aggregat-Rohmaterials ist vorzugsweise auch kleiner als oder gleich 100 µm und stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 40 µm.
Beispiele für das Bindemittel umfassen organische Bindemittel wie Methylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose und Polyvinylalkohol. Der Bindemittelgehalt in dem gesamten Formungsrohmaterial liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 10 Masse-%.
Beispiele für das oberflächenaktive Mittel umfassen Ethylenglycol, Dextrin, Fettsäureseife und mehrwertigen Alkohol. Unter diesen Beispielen kann nur eine Art einzeln verwendet werden, oder zwei oder mehr Arten können in Kombination verwendet werden. Der Gehalt des oberflächenaktiven Mittels in dem gesamten Formungsrohmaterial ist vorzugsweise kleiner als oder gleich 2 Masse-%.
Es gibt keine besonderen Einschränkungen in Bezug auf das porenbildende Material, solange das porenbildende Material nach dem Brennen Poren bildet, und Beispiele für das porenbildende Material umfassen Graphit, Stärke, ein verschäumbares Harz, ein Wasser absorbierendes Harz und Kieselgel. Der Gehalt des porenbildenden Materials zum gesamten Formungsrohmaterial ist vorzugsweise kleiner als oder gleich 40 Masse-%. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des porenbildenden Materials ist vorzugsweise größer als oder gleich 10 µm. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des porenbildenden Materials ist vorzugsweise auch kleiner als oder gleich 70 µm. Ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser des porenbildenden Materials kleiner als 10 µm, können Löcher nicht adäquat gebildet werden. Ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser des porenbildenden Materials größer als 70 µm, beispielsweise wenn das poröse Material gemäß der vorliegenden Ausführungsform als ein DPF oder dergleichen verwendet wird, kann ein Teil des Feststoffe in Abgasen den Filter passieren, ohne dass sie aufgefangen werden. Ist das porenbildende Material ein Wasser absorbierendes Harz, ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser ein Wert, der nach der Wasserabsorption erhalten wird. Der Wassergehalt wird geeignet so eingestellt, dass ein rohes Gemisch mit einer leicht formbaren Härte erhalten wird, und liegt vorzugsweise im Bereich von 20 bis 80 Masse-% des gesamten Formungsrohmaterials.
Als nächstes wird das Formungsrohmaterial zu einem rohen Gemisch geknetet. Es gibt eine besondere Einschränkung hinsichtlich des Verfahrens zum Kneten des Formungsrohmaterials zu einem rohen Gemisch, und Beispiele für das Verfahren umfassen die Verwendung einer Vorrichtung wie eines Kneters oder eines Vakuum-Tonkneters. Danach wird das rohe Gemisch Extrusionsformen unterzogen, wodurch ein Wabenpresskörper (Presskörper) gebildet wird. Es versteht sich, dass das rohe Gemisch auch in dem Konzept des Formungsrohmaterials enthalten ist. Das Extrusionsformen nutzt vorzugsweise ein Mundstück mit den gewünschten Eigenschaften wie Gesamtform, Zellenform, Trennwanddicke und Zelldichte. Das Material für das Mundstück ist vorzugsweise schwer abnutzbares Sinterhartmetall. Der Wabenpresskörper ist so strukturiert, dass er poröse Trennwände und eine rohrförmige Außenwand umfasst, wobei die porösen Trennwände mehrere Zellen abteilen und bilden, die als Flüssigkeitsdurchgänge dienen, und sich die rohrförmige Außenwand am äußersten Umfang befindet. Die Eigenschaften des Wabenpresskörpers wie die Dicke der Trennwände, die Dichte der Zellen und die Dicke der rohrförmigen Außenwand können unter Berücksichtigung der Schrumpfung während des Trocknens und Brennens und gemäß der Zusammensetzung einer herzustellenden Wabenstruktur geeignet bestimmten werden. Wie oben beschrieben, wird der Presskörper durch Formen des Gemisches aus dem Aggregat-Rohmaterial, dem Rohmaterial des Bindematerials und dem porenbildenden Material erhalten (Schritt S11).
Der Wabenpresskörper wird vor dem Brennen vorzugsweise getrocknet, was später beschrieben wird. Es gibt keine besondere Einschränkung hinsichtlich des Trocknungsverfahrens, und Beispiele für das Verfahren umfassen Erwärmungsverfahren mit elektromagnetischen Wellen wie Trocknen mittels Mikrowellenerwärmung und Trocknen mittels dielektrischer Hochfrequenzerwärmung und externen Erwärmungsverfahren wie Heißlufttrocknen und Heißdampftrocknen. Unter diesen Verfahren wird zunächst ein Erwärmungsverfahren mit elektromagnetischen Wellen zum Trocknen einer bestimmten Feuchtigkeitsmenge verwendet und dann ein externes Erwärmungsverfahren zum Trocknen der verbleibenden Feuchtigkeit verwendet, um den gesamten Presskörper schnell und gleichmäßig trocknen zu können, ohne Risse zu verursachen. Als Trocknungsbedingungen wird vorzugsweise das Erwärmungsverfahren mit elektromagnetischen Wellen zum Entfernen von 30 bis 99 Masse-% der Feuchtigkeit in Bezug auf die Menge an Feuchtigkeit vor dem Trocknen verwendet und dann das externe Erwärmungsverfahren zur weiteren Verringerung der Feuchtigkeit auf 3 Masse-% oder weniger verwendet. Ein bevorzugtes Erwärmungsverfahren mit elektromagnetischen Wellen ist das Trocknen mittels dielektrischer Erwärmung, und ein bevorzugtes externes Erwärmungsverfahren ist Heißlufttrocknen.
Hat der Wabenpresskörper in der Verlaufsrichtung der Zellen nicht die gewünschte Länge, wird der Wabenpresskörper vorzugsweise auf die gewünschte Länge geschnitten. Es gibt keine besondere Einschränkung hinsichtlich des Schneideverfahrens, und ein Beispiel für das Verfahren nutzt eine Kreissäge.
Dann wird der Presskörper gebrannt, so dass ein poröses Material, bei dem es sich um einen gebrannten Presskörper handelt, als eine Wabenstruktur erhalten wird (Schritt S12). Hier erfolgt das Kalzinieren vorzugsweise vor dem Brennen, um das Bindemittel oder andere Komponenten zu entfernen. Die Kalzinierung erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 200 bis 600 °C für 0,5 bis 20 Stunden in der umgebenden Atmosphäre. Das Brennen erfolgt vorzugsweise in einer nicht oxidierenden Atmosphäre, vorzugsweise in einer Inertgasatmosphäre wie Stickstoff oder Argon (mit einem Sauerstoffpartialdruck von 10^-4 atm oder weniger). Die Brenntemperatur ist beispielsweise höher als oder gleich 1300 °C. Durch Brennen des Presskörpers wird ein poröses Material hergestellt, das Aggregatteilchen und das Bindematerial, das hauptsächlich aus Cordierit besteht, umfasst. Zu diesem Zeitpunkt werden Zirkonteilchen aus den Zirconiumdioxidteilchen durch Reaktionen während des Brennens erzeugt. Zirkonteilchen können auch als ausgefallene Teilchen, die durch Brennen ausfielen, betrachtet werden.
Im Hinblick auf das Induzieren adäquater Reaktionen der Zirconiumdioxidteilchen und einer zuverlässigeren Herstellung vergleichsweise großer Zirkonteilchen ist die Brenntemperatur vorzugsweise höher als oder gleich 1410 °C und stärker bevorzugt höher als oder gleich 1430 °C. Die Brenntemperatur ist beispielsweise auch niedriger als oder gleich 1600 °C und vorzugsweise niedriger als oder gleich 1500 °C. Der Druck während des Brennens ist vorzugsweise Atmosphärendruck. Die Brenndauer beträgt beispielsweise eine Stunde oder mehr und 20 Stunden oder weniger.
Nach dem Brennprozess wird das poröse Material vorzugsweise einer Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre unterzogen. Da die Oxidationsbehandlung Oxidfilme auf SiC-Oberflächen, die den Poren ausgesetzt sind, bildet, kann das poröse Material eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit aufweisen, wenn es als ein Katalysatorträger wie ein DPF zur Reinigung von Autoabgasen verwendet wird. Selbst wenn die Zirconiumkomponente als eine nicht umgesetzte Komponente in dem Bindematerial während des Brennprozesses zurückbleibt, ist denkbar, dass die Zirconiumkomponente mit einer SiO₂-Komponente, die durch die Oxidationsbehandlung erzeugt wurde, reagiert und Zirkon bildet. Daher kann die gewünschte Menge an Zirkon zuverlässiger gebildet werden, und die Festigkeit des porösen Materials kann zuverlässiger aufrechterhalten werden. Die Temperatur der Oxidationsbehandlung ist beispielsweise höher als oder gleich 1100 °C und niedriger als oder gleich 1400 °C. Die Oxidationsbehandlungsdauer beträgt beispielsweise eine Stunde oder mehr und 20 Stunden oder weniger. Kalzinierung, Brennen und Oxidationsbehandlung können unter Verwendung von beispielsweise einem Elektroofen oder einem Gasofen durchgeführt werden.

Als nächstes werden Beispiele beschrieben. Hier wurden poröse Materialien (Wabenstrukturen) als die Beispiele 1 bis 9 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4 unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen hergestellt. Tabelle 1

	Aggregat	Bindematerial					Brenntemp. (°C)	Brennatmosphäre	Oxidationsbehandlungstemperatur (°C)
	SiC	SiO₂	Al₂O₃	Talk	ZrO₂
	SiC	SiO₂	Al₂O₃	Talk	Teilchendurchmesser = 3 µm spezifische Oberfläche = 10 m²/g	Teilchendurchmesser = 1 µm spezifische Oberfläche = 100 m²/g
Beispiel 1	100,0	4,9	12,2	9,8	0,6	0,0	1450	Ar	1270
Beispiel 2					1,1	0,0	1450	Ar	1270
Beispiel 3					0,6	0,0	1430	Ar	1270
Beispiel 4					1,1	0,0	1430	Ar	1250
Beispiel 5					0,0	1,1	1430	Ar	1250
Beispiel 6					2,8	0,0	1430	Ar	1230
Beispiel 7					2,8	0,0	1450	Ar	1270
Beispiel 8					2,8	0,0	1400	Ar	1230
Beispiel 9					0,9	0,0	1430	Ar	keine Oxidationsbehandlung
Vergleichsbeispiel 1					0,0	0,0	1450	Ar	1320
Vergleichsbeispiel 2					0,0	0,0	1430	Ar	1320
Vergleichsbeispiel 3					0,0	0,0	1400	Ar	1320
Vergleichsbeispiel 4	100,0	3,6	3,2	2,6	0,0	0,0	1400	Ar	keine Oxidationsbehandlung

Beispiele 1 bis 9
Unter der Annahme, dass die Masse an Siliciumcarbid 100 Masse-% beträgt, wurden 12,2 Masse-% Aluminiumoxid, 9,8 Masse-% Talk und 4,90 Masse-% Siliciumdioxid mit Siliciumcarbid gemischt, und es wurden ferner 0,93 Masse-% Ceroxid, das als ein Sintermittel dient, 6,3 Masse-% eines Wasser absorbierenden Harzes und 35,0 Masse % Stärke, die als porenbildende Materialien dient, und 8,8 Masse-% Hydroxypropylmethylcellulose, die als ein Bindemittel dient, gemischt. Überdies wurden 0,6 bis 2,8 Masse-% Zirconiumdioxidteilchen zu dem Gemisch gegeben. Spezieller wurden entweder Zirconiumdioxidteilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 3 µm und einer spezifischen Oberfläche von 10 m²/g oder Zirconiumdioxidteilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 µm und einer spezifischen Oberfläche von 100 m²/g in den in Tabelle 1 gezeigten Verhältnissen gemischt. Dann wurden 70 Masse-% Wasser in Bezug auf die Masse des anorganischen Rohmaterials zugegeben. Das Gemisch wurde für 45 Minuten mit einem Kneter zu einem formbaren rohen Gemisch geknetet. Dieses formbare rohe Gemisch wurde mit einem Vakuum-Tonkenter zu einer zylindrischen Form geformt und mit einem Extruder unter Erhalt eines Presskörpers zu einer Wabenform geformt. Der Presskörper wurde mit Mikrowellen und dann mit Heißluft (80 °C, 12 Stunden) getrocknet und dann auf die gewünschten Abmessungen geschnitten, indem beide Enden des Presskörpers geschnitten wurden. Der resultierende Presskörper wurde bei 450 °C in der umgebenden Atmosphäre entfettet und dann bei einer Temperatur von 1400 bis 1450 °C in einer inerten Atmosphäre (Argonatmosphäre) gebrannt. Danach wurde der Presskörper einer Oxidationsbehandlung bei einer Temperatur von 1230 bis 1270 °C in der Luft unterzogen, wodurch ein poröses Material (Wabenstruktur) erhalten wurde. In Beispiel 9 wurde die Oxidationsbehandlung nicht durchgeführt. Bei den porösen Materialien der Beispiele 1 bis 9 wurde bestätigt, dass Zirkonteilchen in dem Bindematerial, bestehend hauptsächlich aus Cordierit, erzeugt wurden.
Vergleichsbeispiele 1 bis 4
Die porösen Materialien der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 wurden auf dieselbe Weise hergestellt wie in den Beispielen 1 bis 9, außer dass die Zirconiumdioxidteilchen dem Gemisch nicht zugegeben wurden. In Vergleichsbeispiel 4 wurde die Oxidationsbehandlung nicht durchgeführt.
Verschiedene Messungen poröser Materialien

Das Verhältnis der Masse des Bindematerials, das Verhältnis der Masse der Zirkonteilchen in dem Bindematerial, die Hauptachse der Zirkonteilchen, die offene Porosität und die Biegefestigkeit wurde für die hergestellten porösen Materialien gemessen. Tabelle 2 zeigt die Messergebnisse für die porösen Materialien der Beispiele 1 bis 9 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4. Tabelle 2 zeigt auch das Vorliegen oder Fehlen von Oxidfilmen auf Aggregatteilchen, das Verhältnis von Cristobalit in dem porösen Material und den Na-Gehalt. Tabelle 2

	Verhältnis Bindematerial in porösem Material	Verhältnis Zirkonteilchen in Bindematerial	Hauptachse der Zirkonteilchen	Offene Porosität	Biegefestig keit	Vorliegen oder Fehlen von Oxidfilmen	Verhältnis Cristobalit in porösem Material	Na-Gehalt	Steigungswinkel
	Masse-%	Masse-%	µm	%	MPa		Masse-%	Masse-%	Grad
Beispiel 1	10,2	3,9	2,1	54,4	12,9	liegt vor	15,7	0,03	20,1
Beispiel 2	11,8	4,2	2,8	60,9	12,3	liegt vor	16,3	0,03	-
Beispiel 3	11,4	7,9	2,4	57,4	13,5	liegt vor	16,7	0,03	22,6
Beispiel 4	12,2	9,0	3,4	60,0	14,4	liegt vor	15,6	0,03	-
Beispiel 5	13,7	12,4	2,2	55,0	16,4	liegt vor	15,8	0,03	-
Beispiel 6	13,5	25,9	3,0	59,0	18,3	liegt vor	17,2	0,03	18,8
Beispiel 7	14,0	25,0	4,4	59,4	18,6	liegt vor	15,3	0,03	-
Beispiel 8	9,5	33,7	1,5	63,7	7,8	liegt vor	11,2	0,03	-
Beispiel 9	14,6	8,9	1,4	57,2	9,8	fehlt	nicht detektiert	0,03	-
Vergleichsbeispiel 1	12,9	0,0		61,1	7,0	liegt vor	16,8	0,03	28,1
Vergleichsbeispiel 2	10,1	0,0		61,0	6,9	liegt vor	15,4	0,03	27,2
Vergleichsbeispiel 3	13,4	0,0		66,2	5,1	liegt vor	10,8	0,03	-
Vergleichsbeispiel 4	5,4	0,0		67,2	nicht messbar	fehlt	nicht detektiert	0,04	-

Das Verhältnis der Masse eines jeden Bestandteils der kristallinen Phase (z. B. SiC und Cristobalit in Aggregatteilchen, Cordierit und Zirkonteilchen) in dem porösen Material wurde wie folgt erhalten. Es wurde ein Röntgenbeugungsmuster der porösen Materialien unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers erhalten. Als das Röntgendiffraktometer wurde ein Röntgendiffraktometer mit rotierender Antikathode (RINT, hergestellt von der Rigaku corporation) verwendet. Die Bedingungen der Röntgenbeugungsmessung waren wie folgt: eine CuKα-Strahlungsquelle, 50 kV, 300 mA und 2θ = 10 bis 60°. Dann wurde das Verhältnis der Masse eines jeden Bestandteils der kristallinen Phase mittels vereinfachter quantitativer Analyse, bei der jede Komponente quantitativ durch Analyse erhaltener Röntgenbeugungsdaten unter Verwendung eines Referenzintensitätsverhältnis-Verfahrens (RIR-Verfahrens) bestimmt wurde, berechnet. Die Analyse der Röntgenbeugungsdaten wurde beispielsweise unter Verwendung von Software Jade 7, bei der es sich um Röntgenbeugungsdatenanalysesoftware, hergestellt von MDI, handelt, durchgeführt. In Tabelle 2 sind das Verhältnis der Masse des Bindematerials zur Gesamtmasse der Aggregatteilchen und des Bindematerials als „Verhältnis Bindematerial in porösem Material“ gezeigt, und ist das Verhältnis der Masse der Zirkonteilchen zur Masse des Bindematerials als „Verhältnis Zirkonteilchen in Bindematerial“ gezeigt. Das Verhältnis der Masse an Cristobalit zur obigen Gesamtmasse ist als „Verhältnis Cristobalit in porösem Material“ gezeigt.
Bei der Messung der Hauptachse der Zirkonteilchen wurde die maximale Länge eines jeden Zirkonteilchens in der Aufnahme eines Querschnitts des porösen Materials, aufgenommen bei einer 6000-fachen Vergrößerung mit einem Rasterelektronenmikroskop, erhalten, und es wurde ein Durchschnittswert der maximalen Längen mehrerer Zirkonteilchen erhalten. Die offene Porosität wurde mit der Archimedes-Methode unter Verwendung von reinem Wasser als ein Medium und unter Verwendung eines Plattenstücks, erhalten durch Schneiden des porösen Materials auf Abmessungen von 20 mm × 20 mm × 0,3 mm, gemessen. Bei der Messung der Biegefestigkeit wurde das poröse Material (Wabenstruktur) zu einer Probe (mit einer Höhe von 0,3 mm, einer Breite von 4 mm und einer Länge von 40 mm), die in der Eindringrichtung der Zellen lang war, verarbeitet, und diese Probe wurde einem Biegeversucht gemäß JIS R1601 unterzogen.
Als ein Verfahren zum Betrachten von Oxidfilmen (SiO₂-Filmen) auf den Aggregatteilchen wurde eine Probe, die durch Hochglanzpolieren eines porösen Materials, das in einem Harz enthalten ist, mit einer Diamantaufschlämmung oder dergleichen erhalten wurde, als eine Betrachtungsprobe verwendet, und eine polierte Querschnittsfläche dieser Probe wurde bei einer 1500-fachen Vergrößerung untersucht, um Oxidfilme um SiC zu betrachten. In Tabelle 2 sind Beispiele, für die das Vorliegen der Oxidfilme unter den vorstehend genannten Betrachtungsbedingungen bestätigt wurde, als „liegt vor“ gezeigt, und Beispiele, für die das Vorliegen der Oxidfilme nicht bestätigt wurde, sind als „fehlt“ gezeigt. Bei den porösen Materialien der Beispiele 1 bis 8 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3, die die Oxidationsbehandlung durchlaufen hatten, wurde das Vorliegen der Oxidfilme bestätigt, und Cristobalit wurde detektiert, wohingegen bei den porösen Materialien von Beispiel 9 und Vergleichsbeispiel 4, die die Oxidationsbehandlung nicht durchlaufen hatten, weder das Vorliegen der Oxidfilme bestätigt wurde, noch Cristobalit detektiert wurde. Daher kann man sagen, dass die Oxidfilme Cristobalit sind. Bei der Bestimmung des Na-Gehalts wurde der Na-Gehalt in dem porösen Material (das Verhältnis der Masse an Na zur Masse des gesamten porösen Materials) mittels Atomemissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-AES) analysiert. Bei allen porösen Materialien der Beispiele 1 bis 9 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4 war der Na-Gehalt kleiner als 0,1 Masse-%.
Tabelle 2 zeigt, dass die porösen Materialien der Beispiele 1 bis 9 und die porösen Materialien der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 alle offene Porositäten von höher als oder gleich 50 % haben, d. h., alle hohe Porositäten haben. Es wurde auch herausgefunden, dass die porösen Materialien der Beispiele 1 bis 9, die Zirkonteilchen in dem Bindematerial enthielten, eine höhere Biegefestigkeit hatten als die porösen Materialien der Vergleichsbeispiele 1 bis 4, die keine Zirkonteilchen in dem Bindematerial enthielten. Bei allen porösen Materialien der Beispiele 1 bis 9 war das Verhältnis des Bindematerials in dem porösen Material größer als oder gleich 8 Masse-%. 7 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Verhältnis des Bindematerials und der Biegefestigkeit für die porösen Materialien der Beispiele 1 bis 7. Aus 7 ist ersichtlich, dass sich die Biegefestigkeit erhöht, wenn sich das Verhältnis des Bindematerials in dem porösen Material erhöht. 7 verzichtet auf die Veranschaulichung der Beispiele 8 und 9, bei denen die Hauptachse der Zirkonteilchen kleiner als 2,0 µm war (selbiges gilt für 8, die später beschrieben wird).
8 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Verhältnis der Zirkonteilchen in dem Bindematerial und der Biegefestigkeit für die porösen Materialien der Beispiele 1 bis 7. Aus 8 ist ersichtlich, dass sich die Biegefestigkeit erhöht, wenn sich das Verhältnis der Zirkonteilchen in dem Bindematerial erhöht. Hier war das Verhältnis der Zirkonteilchen in dem Bindematerial in allen Fällen größer als oder gleich 1 Masse-%. Daher haben die porösen Materialien eine adäquate Biegefestigkeit. Die Biegefestigkeit des porösen Materials wird zuverlässiger erhöht, wenn das Verhältnis der Zirkonteilchen in dem Bindematerial größer als oder gleich 3 Masse-% ist, und noch zuverlässiger, wenn das Verhältnis der Zirkonteilchen in dem Bindematerial größer als oder gleich 5 Masse-% ist.
9 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Hauptachse der Zirkonteilchen und der Biegefestigkeit für die porösen Materialien der Beispiele 1 bis 9. Aus 9 ist erkennbar, dass sich die Biegefestigkeit erhöht, wenn die Hauptachse der Zirkonteilchen ansteigt. Hier hatten die porösen Materialien eine adäquate Biegefestigkeit (12,0 MPa oder mehr), weil die Hauptachse der Zirkonteilchen größer als oder gleich 2,0 µm war. Aus den Tabellen 1 und 2 lässt sich entnehmen, dass die porösen Materialien, die Zirkonteilchen mit Hauptachsen von 2,0 µm oder mehr enthalten, leicht erhalten werden, wenn die Brenntemperatur höher als oder gleich 1430 °C ist. Die Biegefestigkeit der porösen Materialien wird weiter erhöht, wenn die Hauptachse der Zirkonteilchen größer als oder gleich 2,5 µm ist, und noch weiter erhöht, wenn die Hauptachse der Zirkonteilchen größer als oder gleich 3,0 µm ist.
In Tabelle 2 ist der repräsentative Wert für den Steigungswinkel am Rand des Bindematerials auch in der Spalte „Steigungswinkel“ für die porösen Materialien der Beispiele 1, 3 und 6 und Vergleichsbeispiele 1 und 2 gezeigt. Der Steigungswinkel am Rand des Bindematerials wurde mit der unter Bezug auf 5 beschriebenen Technik erhalten. Hier wurden 10 Messpositionen in einem Bild festgelegt, das durch Aufnehmen einer polierten Querschnittsfläche bei einer 1500-fachen Vergrößerung erhalten wurde, und es wurde ein Durchschnittswert der 10 Steigungswinkel erhalten. Bei den porösen Materialien der Beispiele 1, 3 und 6, die Zirkonteilchen in dem Bindematerial enthielten, war der repräsentative Wert für den Steigungswinkel kleiner als oder gleich 25 Grad. Bei diesen porösen Materialien enthielt das Bindematerial 3,9 bis 25,9 Masse-% an Zirkonteilchen in Bezug auf das gesamte Bindematerial. Im Gegensatz dazu war bei den porösen Materialien der Vergleichsbeispiele 1 und 2, die keine Zirkonteilchen in dem Bindematerial enthielten, der repräsentative Wert für den Steigungswinkel größer als 25 Grad.
Das poröse Material 2 und die Wabenstruktur 1, die oben beschrieben sind, können auf verschiedene Arten modifiziert werden.
Das poröse Material 2 kann in eine andere Form als die Wabenstruktur 1 gebracht werden und kann in verschiedenen anderen Anwendungen als Filter verwendet werden. In Abhängigkeit der Anwendung des porösen Materials 2 können die Aggregatteilchen 3 Teilchen mehrerer Substanzarten enthalten.
Das Verfahren zum Herstellen des porösen Materials 2 und der Wabenstruktur 1 soll durch die oben beschriebenen Beispiele nicht eingeschränkt sein und kann auf verschiedene Arten modifiziert werden. Beispielsweise kann ein poröses Material, das ein Bindematerial, enthaltend Cordierit und Zirkonteilchen, umfasst, hergestellt werden, indem Zirkonteilchen im Voraus in das Rohmaterial des Bindematerials eingebracht werden.
Die Ausgestaltungen der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Variationen können geeignet kombiniert werden, solange es keine wechselseitigen Unstimmigkeiten gibt.
Obgleich die Erfindung ausführlich gezeigt und beschrieben wurde, dient die vorstehende Beschreibung in allen Aspekt nur der Veranschaulichung und ist nicht einschränkend. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen abgeleitet werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: Wabenstruktur
2: poröses Material
3: Aggregatteilchen
4: Bindematerial
41: Cordierit
42: Zirkonteilchen
112: Trennwand
113: Zelle
S11, S12: Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2002/070433 [0002]
JP 2003292388 [0002]
WO 2013/146953 [0002, 0029]

Claims

Poröses Material, umfassend: Aggregatteilchen und ein Bindematerial, das Cordierit und Zirkonteilchen enthält und die Aggregatteilchen aneinander bindet, wenn Poren gebildet werden.
Poröses Material nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis der Masse des Bindematerials zur Gesamtmasse der Aggregatteilchen und des Bindematerials größer als oder gleich 8 Masse-% und kleiner als oder gleich 40 Masse-% ist.
Poröses Material nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verhältnis der Masse der Zirkonteilchen zur Masse des Bindematerials größer als oder gleich 1 Masse-% und kleiner als oder gleich 50 Masse-% ist.
Poröses Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Hauptachse der Zirkonteilchen größer als oder gleich 2,0 µm ist.
Poröses Material nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Porosität höher als oder gleich 50 % und niedriger als oder gleich 70 % ist.
Poröses Material nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Biegefestigkeit größer als oder gleich 7,5 MPa ist.
Poröses Material nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verhältnis der Masse von Natrium zur Masse des porösen Materials insgesamt kleiner als 0,1 Masse-% ist.
Poröses Material nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein repräsentativer Wert für einen Winkel, bei dem der Rand des Bindematerials im Querschnitt des porösen Materials in Bezug auf die Richtungstangente zum Rand an einer Position, an der die Krümmung lokal am stärksten ist, zunimmt, ist größer als 0 Grad und kleiner als oder gleich 25 Grad.
Wabenstruktur, bei der es sich um ein rohrförmiges Element aus porösem Material nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und mit einem durch Trennwände in mehrere Zellen geteilten Inneren handelt.
Verfahren zur Herstellung eines porösen Materials, umfassend: a) das Erhalten eines Presskörpers durch Formen eines Gemisches aus einem Aggregat-Rohmaterial, einem Rohmaterial eines Bindematerials und einem porenbildenden Material; und b) das Erhalten eines porösen Materials durch Brennen des Presskörpers, wobei das poröse Material ein gebrannter Presskörper ist, wobei das poröse Material Cordierit und Zirkonteilchen als ein Bindematerial enthält.
Verfahren zur Herstellung eines porösen Materials nach Anspruch 10, wobei das Rohmaterial des Bindematerials Zirconiumdioxidteilchen enthält und die Zirkonteilchen durch Brennen im Vorgang b) erzeugt werden.
Verfahren zur Herstellung eines porösen Materials nach Anspruch 11, wobei die Zirconiumdioxidteilchen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von größer als oder gleich 0,4 µm und kleiner als oder gleich 10 µm haben.
Verfahren zur Herstellung eines porösen Materials nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Brenntemperatur im Vorgang b) höher als oder gleich 1430 °C ist.