DE102017202877B4

DE102017202877B4 - Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur

Info

Publication number: DE102017202877B4
Application number: DE102017202877.7A
Authority: DE
Inventors: Kosuke NOBIKI
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2037-02-23
Also published as: US20170246622A1; CN107129318A; CN107129318B; JP2017154913A; JP6559597B2; DE102017202877A1; US10022715B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur, umfassend:
einen Schritt zur Herstellung eines Formgebungs-Rohmaterials durch Zusetzen eines Pulvers aus porösem Siliciumdioxid als anorganischem Porenbildner, wobei als poröses Siliciumdioxid solches eingesetzt wird, das
einen nach dem Ölabsorptionsverfahren der JIS K5101-13-1 ermittelten Kennwert eines absorbierten Öls in einem Bereich von 50 bis 190 ml/100g aufweist, und
eine BET-spezifische Oberfläche in einem Bereich von 340 bis 690 m²/g aufweist, zu einem Rohmaterial und Kneten des so erhaltenen Materials zu dem Formgebungs-Rohmaterial;
einen Strangpressschritt zum Extrudieren des erhaltenen Formgebungs-Rohmaterials, um einen stranggepressten Waben-Formkörper zu bilden; und
einen Brennschritt zum Brennen des stranggepressten Waben-Formkörpers, um eine, eine Cordierit-Komponente enthaltende, Wabenstruktur zu bilden, welche Trennwände aufweist, die eine Vielzahl an Zellen definieren, die zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden und sich von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite erstrecken.

Description

Die vorliegende Anmeldung beruht auf JP-2016-037845 , eingereicht am 29.2.2016 beim japanischen Patentamt, deren gesamter Inhalt durch Verweis hierin einbezogen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren einer Wabenstruktur und betrifft insbesondere ein Herstellungsverfahren einer Wabenstruktur, bei welchem es besonders möglich ist, während des Herstellens einer eine Cordierit-Komponente enthaltenden Cordierit-Wabenstruktur die Erzeugung von Trennwandrissen zu unterbinden.
Beschreibung des Stands der Technik
Die DE 699 05 315 T2 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ungebrannten bzw. grünen Körpern mit hoher Nassfestigkeit und erhöhter Rissbeständigkeit aus Cordierit bildenden Gemischen, ein Verfahren zur Herstellung von Cordierit-Substraten und Verarbeitungshilfsmittel, die zur Herstellung solcher grüner Körper mit hoher Nassfestigkeit und erhöhter Rissbeständigkeit und von Cordierit-Substraten verwendet werden. Die DE 699 05 315 T2 beschreibt ein extrudierbares Gemisch zur Verwendung in der Herstellung eines Substrats mit Cordierit als dessen primärer Phase und mit einem anorganischen Ausgangsmaterialgemisch mit einer chemischen Zusammensetzung, in Gewichtsprozent, aus 11 bis 17% MgO, 33 bis 41% Al₂O₃ und 46 bis 53% SiO₂. Das anorganische Ausgangsmaterial weist die folgenden Bestandteile auf: (a) eine Quelle für Al₂O₃ und SiO₂, umfassend ein Tongemisch mit weniger als 22% calciniertem Ton, bezogen auf die gesamten Ausgangsmaterialien in dem anorganischen Gemisch, wobei die verbleibende Quelle Aluminiumoxid- und Siliziumoxid-ergebende Vorläufer umfasst, wobei der Aluminiumoxid-ergebende Vorläufer Aluminiumoxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 µm oder weniger aufweist; (b) mindestens eine Magnesiumoxid-Quelle mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1-15 µm. Das extrudierbare Gemisch weist weiterhin eine organische Bindemittelsystemkomponente in einem Anteil von 2-50 Gewichtsteilen, bezogen auf die gesamten anorganischen und organischen Materialien auf, wobei die organische Bindemittelsystemkomponente eine Celluloseether-Bindemittelkomponente, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methylcellulose, Methylcellulosederivaten und Kombinationen davon, eine Nicht-Lösungsmittelkomponente, umfassend Polyalphaolefin, eine oberflächenaktive Komponente, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stearinsäure, Ammoniumlaurylsulfat, Laurinsäure, Ölsäure, Palmitinsäure und Kombinationen davon und ein Wasser aufweisendes Lösungsmittel, aufweist. Bisher wurden aus Keramik bestehende Wabenstrukturen in breiten Anwendungen eines Autoabgasreinigungskatalysator-Trägers, eines Dieselpartikelfilters, eines Wärmespeichers für eine Verbrennungsvorrichtung und dergleichen verwendet. Hier wird die Wabenstruktur durch Herstellen eines Formgebungs-Rohmaterials (Knetwerkstoffs), wünschenswerterweise Strangpressen des Werkstoffs in Form einer Wabe mittels einer Strangpresse und ferner Brennen eines ungebrannt geschnittenen, getrockneten und an den Stirnflächen fertigbearbeiteten Waben-Formkörpers bei einer hohen Temperatur hergestellt.
Insbesondere in den letzten Jahren wurde eine eine aus drei Komponenten aus Silicium, Aluminium und Magnesium bestehende Cordierit-Komponente enthaltende Cordierit-Wabenstruktur (im folgenden einfach als „Wabenstruktur“ bezeichnet) hergestellt
Die Cordierit-Komponente hat Wesensmerkmale, dass ihr Wärmeausdehnungskoeffizient niedriger als derjenige eines Aluminiumoxid-Werkstoffs ist und dass die Cordierit-Komponente eine hervorragende Wärmeschockfestigkeit und eine hervorragende Widerstandsfähigkeit aufweist Deshalb findet die Wabenstruktur auf einem breiten Gebiet des Autoabgasreinigungskatalysator-Trägers und dergleichen Anwendung.
Beim Herstellen eines porösen Keramikkörpers wie der obigen Wabenstruktur wird eine Operation des Zusetzens von Pulver aus porösem Siliciumdioxid oder Pulver aus einem poröses Siliciumdioxid enthaltenen Gemisch (in der vorliegenden Beschreibung im folgenden allgemein als „Pulver aus porösem Siliciumdioxid“ bezeichnet) als anorganischem Porenbildner zu einem Formgebungs-Rohmaterial, Durchknetens des Formgebungs-Rohmaterials und Strangpressens des durchgekneteten Formgebungs-Rohmaterials durchgeführt (siehe Patentdokument 1).
Wenn das Pulver aus porösem Siliciumdioxid als der anorganische Porenbildner verwendet wird, besteht gegenüber Harzpulver oder Kohlepulver, welches ehemals als der anorganische Porenbildner verwendet wurde, der Vorteil, dass es möglich ist, die Erzeugung von Kohlendioxid oder eines giftigen Gases zu unterbinden. Ferner enthält das Pulver aus porösem Siliciumdioxid einen verbrennbaren Anteil, welcher kleiner als derjenige des Harzpulvers oder dergleichen ist, und ist es daher möglich, eine Brenndauer zu verkürzen.
[Patentdokument 1] WO 2005/090 263 A1
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Jedoch ist bekannt, dass das obige Pulver aus porösem Siliciumdioxid wasserabsorbierende Eigenschaften (oder feuchtigkeitsabsorbierende Eigenschaften) hat. Deshalb könnte einem Formgebungs-Rohmaterial zugesetztes Wasser in dem Siliciumdioxid-Pulver festgehalten werden oder könnte Wasser in der Luft von dem Siliciumdioxid-Pulver absorbiert werden. Infolgedessen besteht die Tendenz, dass ein Verhältnis von in einen Knetwerkstoff aufzunehmendem Wasser (ein Knetwerkstoff/Wasser-Verhältnis) gegenüber herkömmlichem Harzpulver oder dergleichen zunimmt.
In einem Prozess zum Trocknen eines stranggepressten Waben-Formkörpers verdampft hier bei zunehmendem Knetwerkstoff/Wasser-Verhältnis eine große Menge Wasser in dem Knetwerkstoff. Infolgedessen könnten Trennwände des Waben-Formkörpers schwinden und dadurch verformt werden. Folglich befürchtet man, dass infolge der Erzeugung von Fehlern wie „Trennwandrissen“, bei welcher Teile der gitterartigen Trennwände zerteilt werden, eine Endprodukt-Qualität einer Wabenstruktur sich verschlechtert.
Um solche Probleme zu überwinden, wurde in Anbetracht der obigen Umstände die vorliegende Erfindung entwickelt und ist eine Aufgabe derselben, ein Herstellungsverfahren einer, eine Cordierit-Komponente enthaltenden, Wabenstruktur bereitzustellen, bei welchem es in einem Fall der Verwendung von Pulver aus porösem Siliciumdioxid als anorganischem Porenbildner möglich ist, ein Knetwerkstoff/Wasser-Verhältnis zu minimieren und die Entstehung von Trennwandrissen und dergleichen zu unterbinden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren einer Wabenstruktur bereitgestellt, um die obige Aufgabe zu erfüllen.

[1] Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur, umfassend einen Schritt zur Herstellung eines Formgebungs-Rohmaterials durch Zusetzen eines Pulvers aus porösem Siliciumdioxid als anorganischem Porenbildner, wobei als poröses Siliciumdioxid solches eingesetzt wird, das einen nach dem Ölabsorptionsverfahren der JIS K5101-13-1 ermittelten Kennwert eines absorbierten Öls in einem Bereich von 50 bis 190 ml/100 g aufweist, und eine BET-spezifische Oberfläche in einem Bereich von 340 bis 690 m²/g aufweist, zu einem Rohmaterial und Kneten des so erhaltenen Materials zu dem Formgebungs-Rohmaterial, einen Strangpressschritt zum Extrudieren des erhaltenen Formgebungs-Rohmaterials, um einen stranggepressten Waben-Formkörper zu bilden, und einen Brennschritt zum Brennen des stranggepressten Waben-Formkörpers, um eine, eine Cordierit-Komponente enthaltende, Wabenstruktur zu bilden, welche Trennwände aufweist, die eine Vielzahl an Zellen definieren, die zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden und sich von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite erstrecken.
[2] Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur nach dem obigen Punkt [1], wobei im Schritt zur Herstellung des Formgebungs-Rohmaterials poröses Siliciumdioxid mit einer Rohdichte in einem Bereich von 0,15 bis 0,64 g/cm³ verwendet wird.
[3] Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur nach den obigen Punkten [1] oder [2], wobei im Schritt zur Herstellung des Formgebungs-Rohmaterials poröses Siliciumdioxid mit einem 50%-Partikeldurchmesser (Dso) in einem Bereich von 4 bis 24 µm verwendet wird.
[4] Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur nach einem der obigen Punkte [1] bis [3], wobei eine Wabenstruktur mit einer Wabenporosität in einem Bereich von 40 bis 55% gebildet wird.
[5] Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur nach einem der obigen Punkte [1] bis [4], wobei in dem Brennschritt das poröse Siliciumdioxid geschmolzen wird, um durch Reaktion mit einer anderen in dem Formgebungs-Rohmaterial enthaltenen Komponente in Cordierit umgewandelt zu werden, und einen Teil der Wabenstruktur bildet.

Gemäß einem Herstellungsverfahren einer Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Wabenstruktur zu erhalten, welche eine Produktqualität stabilisiert, ohne während des Trocknens eines Waben-Formkörpers Verformungen wie Trennwandrisse zu verursachen, eine hohe Light-off-Leistung liefert und einen Reinigungs-Wirkungsgrad verbessert.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel einer Wabenstruktur einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
2 ist eine Draufsicht, welche das eine Beispiel der Wabenstruktur schematisch zeigt;
3 ist ein Schaubild, welches einen Zusammenhang zwischen einer Menge zu absorbierenden Öls und einer spezifischen Oberfläche zeigt; und
4 ist ein Schaubild, welches einen Zusammenhang zwischen einer Porosität und einem Knetwerkstoff/Wasser-Verhältnis zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im folgenden wird eine Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens einer Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es ist zu beachten, dass das Herstellungsverfahren der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung nicht auf die folgende Ausführungsform beschränkt ist und verschiedene konstruktive Änderungen, Abwandlungen, Verbesserungen und dergleichen daran vorgenommen werden können, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Wabenstruktur und Herstellungsverfahren der Wabenstruktur
Eine mittels eines Herstellungsverfahrens der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform hergestellte Wabenstruktur 1 enthält, wie in 1 und 2 gezeigt, einen Wabenstruktur-Körper 5 mit gitterartigen Trennwänden 4, welche eine Vielzahl von Zellen (Waben) 3 definieren, welche Durchgangskanäle für ein Fluid bilden und sich von einer Stirnseite 2a zu der anderen Stirnseite 2b erstrecken, und einen um den Wabenstruktur-Körper 5 herum angeordneten Umfangswand-Teil 6 und besitzt eine im wesentlichen runde Säulenform.
Die Wabenstruktur 1 ist eine Cordierit-Wabenstruktur, welche als eine Art von porösem Keramikwerkstoff eine aus drei Komponenten aus Silicium, Aluminium und Magnesium, welche Elementarbestandteile sind, bestehende Cordierit-Komponente enthält. Es ist zu beachten, dass keine besondere Einschränkung hinsichtlich Verhältnissen der jeweiligen Komponenten der Cordierit-Komponente besteht, aber die Cordierit-Komponente verwendbar ist, in welcher, zum Beispiel wenn ein Gesamtverhältnis in einem Fall des Umwandelns der drei obigen Komponenten in Oxide 100% ist, Siliciumdioxid in einem Bereich von 50% und darüber liegt, Aluminiumoxid in einem Bereich von 15 bis 45% liegt und Magnesiumoxid in einem Bereich von 5 bis 30% liegt.
Pulver aus porösem Siliciumdioxid (nicht gezeigt) wird in einem vordefinierten Bereich einem die obige Cordierit-Komponente enthaltenden Rohmaterial zugesetzt, und ein durchgeknetetes Formgebungs-Rohmaterial wird hergestellt (ein Rohmaterial-Herstellungsschritt). Hier wird als das Pulver aus porösem Siliciumdioxid ein Siliciumdioxid-Pulver einer Zwischenform (amorphes Siliciumdioxid-Pulver) zweckmäßig verwendet und ist speziell ein Silica-Gel oder dergleichen verwendbar. Es ist zu beachten, dass als ein poröses Siliciumdioxid enthaltendes Gemisch ein zwischengeformtes Siliciumdioxid enthaltendes Gemisch zweckmäßig verwendbar ist.
Das durchgeknetete Formgebungs-Rohmaterial wird unter Verwendung einer bekannten Strangpresse extrudiert (stranggepresst), um einen Waben-Formkörper einer gewünschten Form zu erhalten (ein Strangpressschritt). Danach wird der Waben-Formkörper getrocknet, in einen auf eine festgelegte Brenntemperatur eingestellten Brennofen eingebracht und dann gebrannt (ein Brennschritt). Folglich wird die Wabenstruktur 1 mit den Trennwänden 4, welche die Zellen 3 definieren, welche die Durchgangskanäle für das Fluid sind und sich von der einen Stirnseite 2a zu der anderen Stirnseite 2b erstrecken, hergestellt. Hier besteht keine besondere Einschränkung hinsichtlich der Brenntemperatur, aber die Temperatur kann in einem Bereich von zum Beispiel 1200° C bis 1300° C eingestellt sein.
Hier kann das Formgebungs-Rohmaterial zur Verwendung neben der obigen Cordierit-Komponente und dem obigen Pulver aus porösem Siliciumdioxid eine weitere Komponente enthalten. Zum Beispiel kann das Formgebungs-Rohmaterial ein natürliches Rohmaterial aus Kaolin oder Talk oder ein synthetisches Rohmaterial aus Aluminiumoxid oder Aluminiumhydroxid oder verschiedene weitere Komponenten enthalten. Jedoch ist es erforderlich, die obige Zusammensetzung der Cordierit-Komponente aufrechtzuerhalten, und solange diese Bedingung erfüllt ist, kann auf das obige Zusetzen der weiteren Komponente verzichtet werden.
Ferner können in dem Brennschritt zum Brennen der „weiteren Komponente“ in dem Formgebungs-Rohmaterial, z.B. dem obigen natürlichen Rohmaterial oder dem obigen synthetischen Rohmaterial, und des Pulvers aus porösem Siliciumdioxid bei einer hohen Brenntemperatur die Komponente und das Pulver reagieren, so dass sie in die Cordierit-Zusammensetzung umgewandelt werden. In diesem Fall wird ein Teil des porösen Siliciumdioxids geschmolzen und als Siliciumoxid, welches einen Teil der Cordierit-Komponente bildet, verbraucht.
Ferner wird das in dem Formgebungs-Rohmaterial-Herstellungsschritt dem Rohmaterial zuzusetzende Pulver aus porösem Siliciumdioxid verwendet, in welchem ein ermittelter Kennwert eines absorbierten Öls in einem Bereich von 50 bis 190 ml/100 g eingestellt ist und eine BET- spezifische Oberfläche in einem Bereich von 340 bis 690 m²/g eingestellt ist. Das heißt, bei dem Herstellungsverfahren der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform werden Eigenschaften von porösem Siliciumdioxid als einem dem Rohmaterial, welches ein Ausgangsmaterial wird, zuzusetzenden anorganischen Porenbildner durch Kombinieren zweier Parameter des „ermittelten Kennwerts eines absorbierten Öls“ und der „BET-spezifischen Oberfläche“ festgelegt.
Infolgedessen ist es möglich, ein Wasserverhältnis des durchgekneteten Formgebungs-Rohmaterials (ein Knetwerkstoff/Wasser-Verhältnis) zu minimieren. Folglich ist es auch in einem Fall des Verwendens des Pulvers aus porösem Siliciumdioxid möglich, Schwinden und Verformung der Trennwände während des Trocknens zu unterbinden, und ist es möglich, die Erzeugung von Trennwandrissen zu verhindern.
Hier entspricht der ermittelte Kennwert eines absorbierten Öls der Menge eines zu absorbierenden Öls, welche die Menge des durch einen Pulverkörper unter konstanten Bedingungen zu absorbierenden Öls festlegt, und ist die Menge des Öls bezogen auf 100 g Pulverkörper durch ein Volumen (ml) oder ein Ölgewicht (g) verkörpert. Speziell wird der Kennwert mittels eines in JIS K5101-13-1 (oder JIS K5101-13-2) festgelegten Messverfahrens ermittelt.
Ferner wird speziell eine Probe in der Form des Pulverkörpers, deren Gewicht genau gemessen wird, (in diesem Fall poröses Siliciumdioxid) auf eine Messplatte gelegt und werden nicht weniger als vier oder fünf Tropfen Öl (Leinöl) in einem Mal aus einer Bürette in die Nähe einer Mitte der Probe getröpfelt.
Ferner wird die gesamte Probe nach jedem Betröpfeln mit einem Spachtelmesser genügend durchgeknetet. Diese Operation des Tröpfelns des Öls und Durchknetens der Probe wird wiederholt, bis die gesamte Probe ein harter Kittblock wird. Danach wird das Tröpfeln des Öls aus der Bürette so verändert, dass jedesmal ein einziger Tropfen Öl getröpfelt wird, und wird die Probe entsprechend mit dem Spachtelmesser durchgeknetet. Ferner kann die Probe beim letzten Tropfen mittels des Spachtelmessers spiralig gewickelt werden, und dieser Zustand ist als ein Endpunkt der Messung definiert
Bei Erreichen des Endpunkts wird die Menge des getröpfelten Öls an der Bürette abgelesen und wird ein Volumen (ml) des Öls pro 100 g Probe mittels Gleichung (1), in welcher O₁ die Menge des zu absorbierenden Öls (ml/100 g) ist, V ein Volumen (ml) des verbrauchten Leinöls ist und m ein Gewicht (g) der Probe ist, wie folgt berechnet: $O_{1} = (100 \times V) / m$
Es ist zu beachten, dass in einem Fall der Angabe des Gewichts (g) des Öls für 100 g der Probe die Menge des zu absorbierenden Öls mittels Gleichung (2), in welcher O₂ die Menge des zu absorbierenden Öls (g/100 g) ist, V das Volumen (ml) des verbrauchten Leinöls ist und m das Gewicht (g) der Probe ist, wie folgt berechnet wird: $O_{2} = (93 \times V) / m$
Andererseits kann die BET-spezifische Oberfläche zum Beispiel ein entsprechend der Beschreibung von JIS R1626 (ein Verfahren zum Messen einer spezifischen Oberfläche mittels eines Gasadsorptions-BET-Adsorptionsverfahrens eines Feinkeramik-Pulverkörpers) gemessener Wert sein. Speziell wird eine Probe (poröses Siliciumdioxid) in eine Adsorptionszelle gelegt, wird die Zelle bei gleichzeitiger Erwärmung der Zelle evakuiert, wodurch an der Oberfläche der Probe adsorbierte Gasmoleküle entfernt werden, und wird ein Gewicht der Probe gemessen.
Danach wird ein Stickstoffgas durch die Adsorptionszelle geleitet, in welcher die Probe eingeschlossen ist. Infolgedessen wird Stickstoff an der Oberfläche der Probe adsorbiert, und ferner wird eine Menge des darin strömenden Stickstoffgases erhöht, wodurch die Gasmoleküle eine Vielzahl von Schichten auf der Oberfläche der Probe bilden.
Dabei wird durch Auftragen des obigen Prozesses als eine Änderung einer Adsorptionsmenge bezogen auf eine Druckänderung ein Schaubild erstellt, und aus dem erhaltenen Schaubild erhält man mittels einer BET-Adsorptionsisothermen-Gleichung eine Menge der nur an der Oberfläche der Probe zu adsorbierenden Gasmoleküle. Dabei ist, was Stickstoffmoleküle anbelangt, eine Adsorptionsbelegungsfläche bereits bekannt, und daher kann man auf der Grundlage der Menge der zu adsorbierenden Gasmoleküle eine Oberfläche der Probe erhalten.
Ferner, was poröses Siliciumdioxid zur Verwendung in dem Herstellungsverfahren der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform anbelangt, liegt eine Rohdichte in einem Bereich von 0,15 bis 0,64 g/cm³, liegt ein Wert eines 50%-Partikeldurchmessers (Dso) in einem Bereich von 4 bis 24 µm und liegt eine Wabenporosität der hergestellten Wabenstruktur in einem Bereich von 40 bis 55%.
Die Rohdichte erhält man durch Dividieren eines Schüttvolumens von porösem Siliciumdioxid durch ein Gewicht desselben, und sie kann unter Verwendung eines handelsüblichen Rohdichte-Messgeräts gemessen werden. Ferner wird der 50%-Partikeldurchmesser (Dso) allgemein als ein „mittlerer Durchmesser“ bezeichnet und gibt er einen Partikeldurchmesser in einem Fall an, in welchem eine relative Partikelmenge, bezogen auf eine Partikeldurchmesserskala von porösem Siliciumdioxid in der Form des Pulvers, 50% wird.
Andererseits gibt die Wabenporosität eine Porosität der die Wabenstruktur bildenden Trennwände an. Es ist zu beachten, dass beim Herstellungsverfahren der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform die entsprechende Wabenporosität einen auf der Grundlage von Quecksilberporosimetrie, welche JIS R1655 entspricht, gemessenen Wert angibt.
Das heißt, zusätzlich zu der oben erwähnten Festlegung durch zwei Parameter, d.h., der Kennwert eines absorbierten Öls und die BET-spezifische Oberfläche von porösem Siliciumdioxid, sind die Rohdichte von porösem Siliciumdioxid und der 50%-Partikeldurchmesser desselben weiter beschränkt und ist der Bereich der Wabenporosität der gebrannten Wabenstruktur festgelegt, so dass es möglich ist, die Wabenstruktur herzustellen, welche einen Anstieg des Knetwerkstoff/Wasser-Verhältnisses weiter unterbindet und die Erzeugung von Fehlern wie den Trennwandrissen verhindert.
Außerdem ist es möglich, die Wabenstruktur mit einer hohen Porosität stabil herzustellen, und kann sich eine sogenannte „Light-off-Leistung“ verbessern. Hier bezeichnet die „Light-off-Leistung“ ein durch eine Reinigungsleistung eines in die Wabenstruktur imprägnierten Katalysators entwickeltes Temperaturverhalten.
Das heißt, die Wabenstruktur hat ein hervorragendes Verhalten, dass die Temperatur der Wabenstruktur schnell auf eine Temperatur steigt, bei welcher es möglich ist, in einer verhältnismäßig kurzen Zeit ab dem Beginn der Reinigung eine hohe Reinigungsleistung zu erbringen, wenn die Reinigung durch die Wabenstruktur gestartet wird. Wenn die Porosität der Wabenstruktur zunimmt, geht eine Wärmekapazität zurück, steigt eine Temperatur des Katalysators schneller an und verbessert sich die Light-off-Leistung. Dank der Verbesserung der Light-off-Leistung kann die durch das Herstellungsverfahren der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform hergestellte Wabenstruktur die hohe Reinigungsleistung erbringen
Im folgenden werden Beispiele des Herstellungsverfahrens der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung beschrieben, aber das Herstellungsverfahren der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.
(Beispiele)
Messung der Eigenschaften von Siliciumdioxid
Zuerst wurde eine Vielzahl von Arten von Siliciumdioxid-Pulver hergestellt, welche verschiedene ermittelte Kennwerte eines absorbierten Öls und verschiedene BET-spezifische Oberflächen aufwiesen. Ferner wurden mittels der oben erwähnten Messverfahren oder dergleichen verschiedene Eigenschaften wie die Menge des zu absorbierenden Öls (zur Ermittlung des Kennwerts), die BET-spezifische Oberfläche, eine Rohdichte und ein 50%-Partikeldurchmesser gemessen. Es ist zu beachten, dass Tabelle 1 die erhaltenen Messergebnisse wie folgt zeigt. Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurden in der vorliegenden Ausführungsform insgesamt 15 Arten von Siliciumdioxid hergestellt, um Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 7 beziehungsweise der Vergleichsbeispiele 1 bis 8 herzustellen. In Vergleichsbeispiel 1 wurde kristallines Siliciumdioxid hergestellt, und in den anderen Beispielen und Vergleichsbeispielen wurde poröses Siliciumdioxid hergestellt.
Herstellung eines Formgebungs-Rohmaterials und Durchkneten
Wie oben beschrieben, wurden verschiedene Eigenschaften von porösem Siliciumdioxid gemessen, wurde die gleiche Menge poröses Siliciumdioxid jedem das Rohmaterial bildenden Material, welches eine Cordierit-Zusammensetzung in einem konstanten Verhältnis enthielt, zugesetzt und wurde das Material durchgeknetet, um das strangzupressende Formgebungs-Rohmaterial herzustellen (ein Rohmaterial-Herstellungsschritt). Das Durchkneten bedeutet, dass ein Hilfsmittel, Wasser und dergleichen einem Keramik-Formgebungs-Rohmaterial zugesetzt werden und das Material durchgeknetet wird, um einen plastischen Knetwerkstoff zu erhalten. Dabei wurde eine Menge des einem Gemisch aus dem Formgebungs-Rohmaterial und porösem Siliciumdioxid zuzusetzenden Wassers eingestellt, um die gleiche Knetwerkstoff-Härte zu erzielen. Infolgedessen erhielt man eine Vielzahl von Formgebungs-Rohmaterialien mit der konstanten Knetwerkstoff-Härte.
Messung des Knetwerkstoff/Wasser-Verhältnisses
Ein Gehalt des in dem durchgekneteten Formgebungs-Rohmaterial enthaltenen Wassers wurde gemessen und ein Knetwerkstoff/Wasser-Verhältnis wurde berechnet. Das heißt, das Knetwerkstoff/Wasser-Verhältnis gibt, in einem Fall des Definierens eines Gesamtgewichts des poröses Siliciumdioxid und Wasser enthaltenden Formgebungs-Rohmaterials als 100, ein Verhältnis des Wassers in % an. Tabelle 1 zeigt die Werte des berechneten Knetwerkstoff/Wasser-Verhältnisses wie folgt.
Folglich lag in dem Fall, in welchem der ermittelte Kennwert eines absorbierten Öls des porösen Siliciumdioxids in einem Bereich von 50 bis 190 ml/100 g lag (Beispiele 1 bis 6), das Knetwerkstoff/Wasser-Verhältnis des Formgebungs-Rohmaterials ungefähr in einem Bereich von 30% oder größer und kleiner als 35%. Andererseits war in einem Fall, in welchem der ermittelte Kennwert eines absorbierten Öls 200 ml/100 g oder größer war, das Knetwerkstoff/Wasser-Verhältnis 35% oder größer, und insbesondere in einem Fall, in welchem der ermittelte Kennwert eines absorbierten Öls in einem Bereich von 240 bis 250 ml/100 g lag (Vergleichsbeispiele 6 bis 8), stieg das Knetwerkstoff/Wasser-Verhältnis auf 38% oder höher. Andererseits hatte das Knetwerkstoff/WasserVerhältnis, selbst wenn der ermittelte Kennwert eines absorbierten Öls 250 ml/100 g oder größer war (Vergleichsbeispiel 2 oder 5), in einem Fall, in welchem die Rohdichte 0,10 g/cm³ oder niedriger war, einen niedrigen Wert. Folglich wurde bestätigt, dass der ermittelte Kennwert eines absorbierten Öls des porösen Siliciumdioxids beträchtlich zu dem Knetwerkstoff/Wasser-Verhältnis beiträgt.
Bildung eines Waben-Formkörpers
Das Formgebungs-Rohmaterial wurde unter Verwendung einer Strangpresse extrudiert (ein Strangpressschritt). Folglich erhielt man den Waben-Formkörper mit eine Vielzahl von Zellen definierenden gitterartigen Trennwänden. Außerdem wurde eine an einer Strangpressöffnung der Strangpresse angebrachte Formdüse so eingestellt, dass sie konstant war, wodurch entsprechende Punkte wie Zelldichten und Trennwanddicken der jeweiligen durch Zusetzen von porösem Siliciumdioxid gebildeten Waben-Formkörper die gleichen Werte aufwiesen. Jeder stranggepresste Waben-Formkörper wurde getrocknet und weiter in eine konstante Größe geschnitten.
Brennen des Waben-Formkörpers und Bildung einer Wabenstruktur
Der getrocknete und geschnittene Waben-Formkörper wurde in einen Brennofen eingebracht und bei Brennbedingungen festgelegter Brenntemperatur und Brenndauer gebrannt (ein Brennschritt). Folglich war es möglich, die, eine Cordierit-Komponente enthaltende, Wabenstruktur (eine Cordierit-Wabe) zu erhalten. In der vorliegenden Ausführungsform wurden insgesamt 15 Arten von Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 7 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 8 gebildet. Eine Wabenform jeder Wabenstruktur war viereckig, die Zelldichte betrug 46,5 Waben/cm², die Trennwanddicke betrug 0,089 mm, ein Durchmesser betrug 110 mm und eine Länge betrug 97 mm.
Messung des Waben-Porendurchmessers
Was jede der erhaltenen Wabenstrukturen anbelangt, wurde eine Wabenporosität der Trennwände der Wabenstruktur gemäß der Quecksilberporosimetrie gemessen. Tabelle 1 zeigt die Werte der gemessenen Wabenporosität wie folgt.
Vorhandensein/Fehlen einer Entstehung von Trennwandrissen
In jeder der Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 7 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 8 wurde insbesondere jede Stirnseite visuell bestätigt und wurde das Vorhandensein/Fehlen von „Trennwandrissen“, welche darauf hinwiesen, dass, einhergehend mit dem Verdampfen des Wassers in dem Formgebungs-Rohmaterial während des Trocknens, ein Schwinden und eine Verformung der Trennwände auftrat und Teile der Trennwände zerteilt wurden, ausgewertet. Tabelle 1 zeigt die Auswertungsergebnisse wie folgt.
Hier zeigt Tabelle 1 ein Beispiel, in welchem es keine Trennwandrisse gibt, als „hervorragend“ und zeigt sie ein Beispiel, in welchem Trennwandrisse vorliegen, als „unzureichend“. Folglich gab es in jeder der Wabenstrukturen, in welcher die Anforderungen der vorliegenden Erfindung erfüllendes poröses Siliciumdioxid verwendet wurde und die Wabenporosität in dem festgelegten Bereich lag, keine Trennwandrisse und hatte die Wabenstruktur eine geeignete Produktqualität. Andererseits ergab die Auswertung der Trennwandrisse in jeder der Wabenstrukturen (Vergleichsbeispiele 4 bis 8), in welcher der ermittelte Kennwert eines absorbierten Öls des porösen Siliciumdioxids 190 ml/100 g überstieg und das Knetwerkstoff/Wasser-Verhältnis hoch war, „unzureichend“. Das heißt, der ermittelte Kennwert des absorbierten Öls, das Knetwerkstoff/Wasser-Verhältnis und das Vorhandensein/Fehlen von Trennwandrissen hängen besonders zusammen.
Light-off-Leistung
Eine Light-off-Leistung wurde auf der Grundlage eines Restverhältnisses der Gesamtkohlenwasserstoffe (THC) einer spezifischen Kohlenwasserstoffumwandlung in einer kalten Phase des NEDC-Modus für jede Wabenstruktur, in welche ein Dreiwegekatalysator mittels eines bekannten Verfahrens imprägniert war, ausgewertet. In diesem Fall wurde das Rest-THC-Verhältnis von Vergleichsbeispiel 1 als 1,00 definiert und wurde, bezogen auf dieses Vergleichsbeispiel, ein Beispiel, in welchem das Rest-THC-Verhältnis kleiner als 0,97 war, als „hervorragend“ beurteilt, wurde ein Beispiel, in welchem das Verhältnis 0,97 oder größer und kleiner als 0,99 war, als „gut“ beurteilt und wurde ein Beispiel, in welchem das Verhältnis 0,99 oder größer war, als „unzureichend“ beurteilt. Tabelle 1 zeigt die Messergebnisse des Rest-THC-Verhältnisses wie folgt.
Folglich war bei den Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 7 die Light-off-Leistung „hervorragend“ oder „gut“. Andererseits war besonders bei der Wabenstruktur, bei welcher die Wabenporosität 40% oder niedriger war (Vergleichsbeispiele 1 bis 4), das Rest-THC-Verhältnis 0,99 oder größer und war die Light-off-Leistung „unzureichend“. Ferner war die Light-off-Leistung bei der Wabenstruktur in Beispiel 7, bei welcher die BET-spezifische Oberfläche nahe einer Obergrenze lag und die Wabenporosität nahe einer Untergrenze lag, „gut“. Das heißt, zwischen der Wabenporosität und dem Rest-THC-Verhältnis (der Light-off-Leistung) ist der Zusammenhang erkannt.
Beurteilung

In einem Fall, in welchem jeder der Auswertungspunkte der Trennwandrisse und der Light-off-Leistung „hervorragend“ war, war die Gesamtbeurteilung „hervorragend“. Andererseits war in einem Fall, in welchem mindestens einer der Auswertungspunkte „gut“ war, die Gesamtbeurteilung „gut“ und war in einem Fall, in welchem mindestens einer der Auswertungspunkte „unzureichend“ war, die Gesamtbeurteilung „unzureichend“. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse wie folgt.
[Tabelle 1]

	Poröses Siliciumdioxid				Formgebungs-Rohmaterial	Wabenstruktur	Trennwandrisse	Rest-THC-Verhältnis	Light-off-Leistung	Beurteilung
	Kennwert eines absorbierten Öls	Spezifische Oberfläche	Rohdichte	50%-Partikeldurchm.	Knetwerkstoff/Wasser-Verhaltnis	Wabenporositat		Rest-THC-Verhältnis
	/ ml/100 g	/m²/g	/g/cm³	/µm	/%	/%		/ %
Beispiel 1	160	340	0,37	24,0	34,4	49,8	Hervorragend	0,96	Hervorragend	Hervorragend
Beispiel 2	185	410	0,27	11,0	34,5	49,6	Hervorragend	0,96	Hervorragend	Hervorragend
Beispiel 3	190	431	0,22	4,3	34,4	46,5	Hervorragend	0,97	Gut	Gut
Beispiel 4	134	568	0,37	14,0	33,1	52,3	Hervorragend	0,95	Hervorragend	Hervorragend
Beispiel 5	182	568	0,15	6,3	33,7	45,8	Hervorragend	0,97	Gut	Gut
Beispiel 6	80	650	0,64	8,0	30,9	45,5	Hervorragend	0,97	Gut	Gut
Beispiel 7	110	690	0,47	4,7	31,8	41,6	Hervorragend	0,98	Gut	Gut
Vergleichsbeispiel 1	Nicht messbar	4	0,34	2,5	25,0	35,0	Hervorragend	1,00	Unzureichend	Unzureichend
Vergleichsbeispiel 2	255	200	0,08	7,0	32,3	34,0	Hervorragend	1,00	Unzureichend	Unzureichend
Vergleichsbeispiel 3	155	260	0,17	7,4	30,5	38,8	Hervorragend	0,99	Unzureichend	Unzureichend
Vergleichsbeispiel 4	260	240	0,07	5,0	35,2	37,5	Unzureichend	0,99	Unzureichend	Unzureichend
Vergleichsbeispiel 5	250	310	0,13	7,5	38,2	47,9	Unzureichend	0,96	Hervorragend	Unzureichend
Vergleichsbeispiel 6	250	360	0,19	6,0	39,6	48,9	Unzureichend	0,96	Hervorragend	Unzureichend
Vergleichsbeispiel 7	240	360	0,24	12,0	38,2	50,1	Unzureichend	0,95	Hervorragend	Unzureichend
Vergleichsbeispiel 8	200	550	0,25	10,5	35,9	49,0	Unzureichend	0,96	Hervorragend	Unzureichend

Zusammenhang zwischen der BET-spezifischen Oberfläche und dem ermittelten Kennwert eines absorbierten Öls
3 ist ein Schaubild, welches die BET- spezifische Oberfläche entlang der Abszisse zeigt, den ermittelten Kennwert eines absorbierten Öls als Menge des zu absorbierenden Öls entlang der Ordinate zeigt und aufgetragene Ergebnisse der jeweiligen Werte der Beispiele 1 bis 7 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 8 zeigt. Folglich nimmt man an, dass es bei dem Herstellungsverfahren der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung möglich ist, poröses Siliciumdioxid mit der BET- spezifischen Oberfläche und des Kennwerts eines absorbierten Öls, welche einem schraffierten Gebiet in dem Schaubild entsprechen, zweckmäßig zu verwenden, und möglich ist, die Wabenstruktur herzustellen, welche keine Trennwandrisse aufweist und deren Light-off-Leistung hervorragend ist.
Zusammenhang zwischen Knetwerkstoff/Wasser-Verhältnis und Wabenporosität
4 ist ein Schaubild, welches das Knetwerkstoff/Wasser-Verhältnis entlang der Abszisse zeigt, die Wabenporosität entlang der Ordinate zeigt und aufgetragene Ergebnisse der jeweiligen Werte der Beispiele 1 bis 7 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 8 zeigt. Folglich nimmt man an, dass es bei dem Herstellungsverfahren der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung, wenn das Knetwerkstoff/Wasser-Verhältnis des Formgebungs-Rohmaterials und die Wabenporosität einem schraffierten Gebiet in dem Schaubild entsprechen, möglich ist, die Wabenstruktur herzustellen, welche keine Trennwandrisse aufweist und deren Light-off-Leistung hervorragend ist.
Ein Herstellungsverfahren einer Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung ist beim Herstellen einer, eine Cordierit-Komponente enthaltenden, Wabenstruktur, welche in einem Autoabgasreinigungskatalysator-Träger, einem Dieselpartikelfilter, einem Wärmespeicher für eine Verbrennungsvorrichtung oder dergleichen verwendbar ist, zweckmäßig verwendbar.
Bezugszeichenliste

1:: Wabenstruktur
2a:: eine Stirnseite
2b:: andere Stirnseite
3:: Zelle (Wabe)
4:: Trennwand
5:: Wabenstruktur-Körper
6:: Umfangswand-Teil

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur, umfassend: einen Schritt zur Herstellung eines Formgebungs-Rohmaterials durch Zusetzen eines Pulvers aus porösem Siliciumdioxid als anorganischem Porenbildner, wobei als poröses Siliciumdioxid solches eingesetzt wird, das einen nach dem Ölabsorptionsverfahren der JIS K5101-13-1 ermittelten Kennwert eines absorbierten Öls in einem Bereich von 50 bis 190 ml/100g aufweist, und eine BET-spezifische Oberfläche in einem Bereich von 340 bis 690 m²/g aufweist, zu einem Rohmaterial und Kneten des so erhaltenen Materials zu dem Formgebungs-Rohmaterial; einen Strangpressschritt zum Extrudieren des erhaltenen Formgebungs-Rohmaterials, um einen stranggepressten Waben-Formkörper zu bilden; und einen Brennschritt zum Brennen des stranggepressten Waben-Formkörpers, um eine, eine Cordierit-Komponente enthaltende, Wabenstruktur zu bilden, welche Trennwände aufweist, die eine Vielzahl an Zellen definieren, die zu Durchgangskanälen für ein Fluid werden und sich von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite erstrecken.
Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt zur Herstellung des Formgebungs-Rohmaterials poröses Siliciumdioxid mit einer Rohdichte in einem Bereich von 0,15 bis 0,64 g/cm³ verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt zur Herstellung des Formgebungs-Rohmaterials poröses Siliciumdioxid mit einem 50%-Partikeldurchmesser (D₅₀) in einem Bereich von 4 bis 24 µm verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wabenstruktur mit einer Wabenporosität in einem Bereich von 40 bis 55% gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Brennschritt das poröse Siliciumdioxid geschmolzen wird, um durch Reaktion mit einer anderen in dem Formgebungs-Rohmaterial enthaltenen Komponente in Cordierit umgewandelt zu werden, und einen Teil der Wabenstruktur bildet.