DE102018203504A1

DE102018203504A1 - Verschlossene Wabenstruktur

Info

Publication number: DE102018203504A1
Application number: DE102018203504.0A
Authority: DE
Inventors: Kazuya Yuki
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2018-09-27
Anticipated expiration: 2038-03-09
Also published as: CN108625932B; US11027269B2; CN108625932A; JP6847724B2; DE102018203504B4; JP2018153783A; US20180272328A1

Abstract

Eine zum wirkungsvollen Unterdrücken der Erzeugung von Rissen in der Oberfläche der Umfangswand entlang der Verbindungsschicht fähige verschlossene Wabenstruktur wird bereitgestellt. Ein Wabensegment-Verbundkörper 20 enthält eine Vielzahl von Wabensegmenten 4, eine Verbindungsschicht 6 und Verschlussteile 5 zum Verschließen offener Enden der Waben 2 der Wabensegmente 4, und diese Vielzahl von Wabensegmenten 4 ist durch die Verbindungsschicht 6 verbunden. Die Verbindungsfestigkeit A1 der Umfangsverbindungsschicht 6a zum Verbinden mit der Umfangswand 21 in Kontakt stehender Umfangswabensegmente 4a ist größer als die Verbindungsfestigkeit A2 der Mittelverbindungsschicht 6b zum Verbinden eines den Schwerpunkt in einem zu der Ausdehnungsrichtung der Waben 2 des Wabensegment-Verbundkörpers 20 orthogonalen Querschnitt enthaltenden Mittelwabensegments 4b und eines weiteren, an das Mittelwabensegment 4b angrenzenden Wabensegments 4.

Description

Die vorliegende Anmeldung beruht auf der JP-2017-054567 , eingereicht am 21.03.2017 beim japanischen Patentamt, deren gesamter Inhalt durch Verweis hierin einbezogen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft verschlossene Wabenstrukturen. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung eine segmentiert aufgebaute verschlossene Wabenstruktur, welche eine Vielzahl durch eine Verbindungsschicht verbundener Wabensegmente enthält und zum wirkungsvollen Unterdrücken der Erzeugung von Rissen in der Oberfläche der Umfangswand entlang der Verbindungsschicht fähig ist.
Beschreibung des Stands der Technik
Aus verschiedenen Arten von Verbrennungsmotoren wie einem Dieselmotor emittiertes Abgas enthält viel Feinstaub wie Staub-, Ruß- und Kohlenstoffpartikel. Zum Beispiel wird ein Diesel-Partikelfilter (DPF) als Vorrichtung zum Reinigen eines aus einem einen Dieselmotor als Antriebsquelle enthaltenden Kraftfahrzeug emittierten Abgases verwendet. Im Folgenden kann der Feinstaub als „PM“ bezeichnet werden. Ein Diesel-Partikelfilter kann als „DPF“ bezeichnet werden.
Ein solcher DPF enthält typischerweise eine Vielzahl von Waben als Durchgangskanal für ein Fluid, und diese Waben sind durch poröse Trennwände definiert. Offene Enden dieser Vielzahl von Waben sind abwechselnd verschlossen, so dass die die Waben definierenden porösen Trennwände als Filter dienen.
Eine fortwährende Entfernung von Feinstaub aus einem Abgas mittels des DPF hat eine Ansammlung des Feinstaubs in dem DPF zur Folge, und folglich verschlechtert sich der Reinigungswirkungsgrad des DPF und nimmt der Druckverlust in dem DPF zu. Eine solche einen DPF enthaltende Reinigungsvorrichtung benötigt deshalb eine „Regenerationsverarbeitung“, und bei dieser Verarbeitung wird der angesammelte Feinstaub mit durch den Dieselmotor erzeugtem Abgas bei hohen Temperaturen verbrannt.
Wegen der Wärme beim Verbrennen des Feinstaubs während der Regenerationsverarbeitung wird der DPF einer hohen thermischen Spannung ausgesetzt, und deshalb ist eine Gegenmaßnahme zum Vermeiden eines Bruchs des DPF erforderlich. Besonders Personenkraftwagen benötigen die Regenerationsverarbeitung regelmäßig, und eine solche Gegenmaßnahme zum Vermeiden eines Bruchs des DPF ist für diese Fahrzeugart besonders wichtig.
In einem der herkömmlicherweise vorgeschlagenen Verfahren zum Vermeiden eines solchen Bruchs des DPF wird ein DPF durch Verbinden einer Vielzahl von Wabenstruktur-Segmenten über ein Verbindungsmaterial hergestellt, statt einen eine einzige Wabenstruktur enthaltenden DPF herzustellen (siehe Patentdokument 1). Im Folgenden kann ein „Wabenstruktur-Segment“ als „Wabensegment“ bezeichnet werden. Eine „eine Vielzahl durch eine Verbindungsschicht verbundener Wabensegmente enthaltende Wabenstruktur“ kann als „segmentiert aufgebaute Wabenstruktur“ bezeichnet werden. Eine andere Wabenstruktur, welche mit einer solchen segmentiert aufgebauten Wabenstruktur verglichen wird, enthält Trennwände der Wabenstruktur, welche eine einzige, völlig zusammenhängende Struktur ist. Eine solche „Trennwände enthaltende Wabenstruktur, welche eine einzige, völlig zusammenhängende Struktur ist“, kann als „einstückige Wabenstruktur“ bezeichnet werden. Eine „Wabenstruktur, bei welcher die offenen Enden der Waben mit Verschlussteilen verschlossen sind“, kann als „verschlossene Wabenstruktur“ bezeichnet werden.
[Patentdokument 1] JP-A-2003-340224
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine segmentiert aufgebaute Wabenstruktur kann eine auf die gesamte Wabenstruktur wirkende thermische Spannung verringern, hat aber den Nachteil, dass leicht Risse und dergleichen in der Verbindungsschicht in dem Umfangsteil der Wabenstruktur auftreten. Zum Beispiel kann eine Wabenstruktur für einen DPF mit einem Oxidationskatalysator imprägniert sein, um die Oxidation und Verbrennung von Feinstaub während der Regenerationsverarbeitung zu begünstigen. Zur Imprägnierung mit dem Oxidationskatalysator wird die Wabenstruktur mit einem den Oxidationskatalysator enthaltenden Schlamm überzogen, gefolgt von einer Wärmebehandlung bei hohen Temperaturen zum Brennen. Während dieser Wärmebehandlung können Risse und dergleichen in der Verbindungsschicht in dem Umfangsteil auftreten. Wenn die Abgastemperatur während der Fahrt eines Fahrzeugs schnell steigt oder fällt, treten Risse und dergleichen in der Verbindungsschicht auf.
Infolge einer in letzter Zeit auftretenden Nachfrage nach einer Verkleinerung eines DPF eines großen Fahrzeugs wie eines großen Lastkraftwagens enthält ein solches Fahrzeug häufig einen DPF aus SiC und nicht aus Cordierit, und folglich wird häufig ein großer DPF aus SiC verwendet. Ein großer, mit einem Katalysator imprägnierter DPF neigt dazu, eine größere Temperaturdifferenz zwischen dem Innern und der Außenseite des DPF aufzuweisen, und folglich entstehen mehr Risse in dem DPF.
Wenn der DPF aus SiC ein einstückiger DPF mit SCR ist, nimmt die Imprägnierungsmenge des Katalysators zu, und folglich wird häufig ein DPF-Werkstoff mit hoher Porosität und geringerer Wärmeleitfähigkeit verwendet. „SCR“ steht für „Selective Catalytic Reduction“ (einen selektiv reduzierenden NO_x-Katalysator). Da ein Werkstoff mit einer hohen Porosität eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, hat ein aus einem solchen Werkstoff bestehender und mit einem Katalysator imprägnierter DPF einen Nachteil, dass er leicht einen Temperaturunterschied zwischen dem Innern und der Außenseite des DPF aufweist, und treten folglich leicht Risse in dem DPF auf.
In Anbetracht solcher Probleme der herkömmlichen Verfahren stellt die vorliegende Erfindung eine zum wirkungsvollen Unterdrücken der Erzeugung von Rissen in der Oberfläche der Umfangswand entlang der Verbindungsschicht fähige, segmentiert aufgebaute verschlossene Wabenstruktur bereit.
Die vorliegende Erfindung stellt die folgende verschlossene Wabenstruktur bereit.
[1] Eine verschlossene Wabenstruktur, enthaltend: eine Vielzahl prismatisch-säulenförmiger Wabensegmente; eine so, dass sie Seitenflächen der Vielzahl von Wabensegmenten miteinander verbindet, konfigurierte Verbindungsschicht; und eine so angeordnete Umfangswand, dass sie den Umfang eines Wabensegment-Verbundkörpers, in welchem die Vielzahl von Wabensegmenten verbunden ist, umgibt, wobei jedes der Wabensegmente so, dass sie eine Vielzahl von Waben umgeben, angeordnete poröse Trennwände enthält, wobei die Vielzahl von Waben sich von einer Einström-Stirnseite zu einer Ausström-Stirnseite erstrecken, die Waben jedes Wabensegments an Enden jeweils auf der Seite der der Einström-Stirnseite und der Seite der Ausström-Stirnseite mit Verschlussteilen verschlossen sind und in der Verbindungsschicht die Verbindungsschicht in einem Teil, welcher die in Kontakt mit der Umfangswand angeordneten Wabensegmente verbindet, eine Umfangsverbindungsschicht ist und die Verbindungsschicht in einem Teil, welcher das einen Schwerpunkt in einem zu der Ausdehnungsrichtung der Waben des Wabensegment-Verbundkörpers orthogonalen Querschnitt enthaltende oder an einer dem Schwerpunkt nächstgelegenen Position befindliche Wabensegment und ein weiteres, an das Wabensegment angrenzendes Wabensegment verbindet, eine Mittelverbindungsschicht ist und eine Verbindungsfestigkeit A1 der Umfangsverbindungsschicht größer als eine Verbindungsfestigkeit A2 der Mittelverbindungsschicht ist.
[2] Die verschlossene Wabenstruktur gemäß Punkt [1], wobei die Verbindungsfestigkeit A1 der Umfangsverbindungsschicht dem 1,2- bis 1,6-fachen der Verbindungsfestigkeit A2 der Mittelverbindungsschicht entspricht.
[3] Die verschlossene Wabenstruktur gemäß Punkt [1] oder [2], wobei die Verbindungsfestigkeit A1 der Umfangsverbindungsschicht 850 bis 1200 kPa beträgt.
Eine verschlossene Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann die Erzeugung von Rissen in der Oberfläche der Umfangswand entlang der Verbindungsschicht wirkungsvoll unterdrücken. Das heißt, die verschlossene Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung ist so konfiguriert, dass nur die Verbindungsfestigkeit der Verbindungsschicht in einem Teil, welcher die in Kontakt mit der Umfangswand angeordneten Wabensegmente verbindet, groß ist. Diese Konfiguration vermindert nicht das Maß an an der Stirnseite der Wabensegmente auftretenden Rissen und Rissen in der Oberfläche der Umfangswand (z.B. sich in der Umfangsrichtung erstreckenden Rissen) und kann die Erzeugung von Rissen in der Oberfläche der Umfangswand entlang der Verbindungsschicht wirkungsvoll unterdrücken. Sich in der Umfangsrichtung erstreckende Risse in der Oberfläche der Umfangswand können als „Ring-Off-Risse“ bezeichnet werden. Auf diese Weise kann die verschlossene Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung die Erzeugung von Rissen in der Verbindungsschicht und in der Oberfläche der Umfangswand entlang der Verbindungsschicht wirkungsvoll unterdrücken, ohne das Ausmaß der Erzeugung von Rissen in anderen Teilen zu vermindern.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine erste Ausführungsform einer verschlossenen Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung, von der Seite der Einström-Stirnseite gesehen, schematisch zeigt.
2 ist eine Draufsicht, welche die erste Ausführungsform einer verschlossenen Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung, von der Seite der Einström-Stirnseite gesehen, schematisch zeigt.
3 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A’ in 2.
4 zeigt schematisch den Aufbau einer Verbindungsschicht der in 2 gezeigten Wabenstruktur.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist so zu verstehen, dass sie die folgenden Ausführungsformen enthält, an welchen auf der Grundlage der üblichen Kenntnisse eines Fachmanns Änderungen und Verbesserungen nach Bedarf vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Verschlossene Wabenstruktur:
Wie in den 1 bis 4 gezeigt, ist eine erste Ausführungsform einer verschlossenen Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung eine eine Vielzahl von Wabensegmenten 4, eine Verbindungsschicht 6 und Verschlussteile 5 enthaltende verschlossene Wabenstruktur 100. Die verschlossene Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform ist eine sogenannte segmentiert aufgebaute verschlossene Wabenstruktur. Der Umfang der verschlossenen Wabenstruktur 100 enthält ferner eine Umfangswand 21, welche die Vielzahl von Wabensegmenten 4 umgibt. Die verschlossene Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform kann vorteilhaft als Auffangfilter zum Entfernen in einem Abgas enthaltenen Feinstaubs verwendet werden.
1 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine erste Ausführungsform der verschlossenen Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung, von der Seite der Einström-Stirnseite gesehen, schematisch zeigt. 2 ist eine Draufsicht, welche die erste Ausführungsform einer verschlossenen Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung, von der Seite der Einström-Stirnseite gesehen, schematisch zeigt. 3 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A’ in 2. 4 zeigt schematisch den Aufbau einer Verbindungsschicht der in 2 gezeigten Wabenstruktur.
Jedes der Wabensegmente 4 enthält poröse Trennwände 1, welche eine Vielzahl sich von der Einström-Stirnseite 11 zu der Ausström-Stirnseite 12 erstreckender Waben 2 umgeben. Jedes Wabensegment 4 enthält ferner eine Segmentumfangswand in dem Umfangsteil der Trennwände 1, so dass die Gesamtform des Wabensegments zum Beispiel prismatisch-säulenförmig ist. In der vorliegenden Erfindung ist mit Waben 2 ein von den Trennwänden 1 umgebener Raum gemeint.
Die verschlossene Wabenstruktur 100 enthält diese Vielzahl von Wabensegmenten 4, und diese Vielzahl von Wabensegmenten 4 ist an ihren Seitenflächen über die Verbindungsschicht 6 verbunden. Unter dieser Vielzahl von Wabensegmenten 4 hat das Wabensegment 4 in dem Mittelteil der verschlossenen Wabenstruktur 100 eine „prismatisch-säulenförmige“ Form mit von der Einström-Stirnseite 11 zu der Ausström-Stirnseite 12 verlaufender Axialrichtung. Unter dieser Vielzahl von Wabensegmenten 4 haben die Wabensegmente 4 in dem mit der Umfangswand 21 in Kontakt stehenden Umfangsteil eine Säulenform, wobei ein Teil des prismatisch-säulenförmigen Wabensegments 4 entlang der Form der Umfangswand 21 geschliffen ist.
Die Verbindungsschicht 6 enthält ein Verbindungsmaterial zum Verbinden der Seitenflächen der Vielzahl von Wabensegmenten 4. Im Folgenden kann ein eine Vielzahl über die Verbindungsschicht 6 verbundener Wabensegmente 4 enthaltender Verbundkörper als „Wabensegment-Verbundkörper 20“ bezeichnet werden.
Die Waben 2 jedes Wabensegments 4 sind an den Enden jeweils entweder der Seite der Einström-Stirnseite 11 oder der Seite der Ausström-Stirnseite 12 mit den Verschlussteilen 5 verschlossen. Das heißt, die Verschlussteile 5 sind an den offenen Enden vordefinierter Waben 2 an der Einström-Stirnseite 11 jedes Wabensegments 4 und an den offenen Enden der übrigen, von den vordefinierten Waben 2 verschiedenen Waben 2 an der Ausström-Stirnseite 12 angeordnet.
In der folgenden Beschreibung können die Waben 2 mit den Verschlussteilen 5 an den offenen Enden der Einström-Stirnseite 11 des Wabensegments 4 (d.h., die vordefinierten Waben 2) als „Ausströmwaben“ bezeichnet werden. Die Waben 2 mit den Verschlussteilen 5 an den offenen Enden der Ausström-Stirnseite 12 des Wabensegments 4 (d.h., die übrigen Waben 2) können als „Einströmwaben“ bezeichnet werden. Ein Wabensegment 4, bei welchem die Verschlussteile 5 an den offenen Enden der Waben 2 angeordnet sind, kann als „verschlossenes Wabensegment“ bezeichnet werden.
Insbesondere hat die verschlossene Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform ein Hauptmerkmal, betreffend die Verbindungsfestigkeit der Verbindungsschicht 6 zum Verbinden der Wabensegmente 4. Ein einen Wabensegment-Verbundkörper 20 bildendes Wabensegment 4, welches in Kontakt mit der Umfangswand 21 angeordnet ist, wird als „Umfangswabensegment 4a“ bezeichnet. Ein Teil der Verbindungsschicht 6, welcher die Umfangswabensegmente 4a verbindet, wird als „Umfangsverbindungsschicht 6a“ bezeichnet. Die Verbindungsfestigkeit der Umfangsverbindungsschicht 6a, welche die Umfangswabensegmente 4a verbindet, wird als „Verbindungsfestigkeit A1“ bezeichnet. Das Wabensegment 4 an der den Schwerpunkt in dem zu der Ausdehnungsrichtung der Waben 2 des Wabensegment-Verbundkörpers 20 orthogonalen Querschnitt enthaltenden oder dem Schwerpunkt nächstgelegenen Position wird als „Mittelwabensegment 4b“ bezeichnet. Dann wird ein Teil der Verbindungsschicht 6, welcher das Mittelwabensegment 4b und ein weiteres, an das Mittelwabensegment 4b angrenzendes Wabensegment 4 verbindet, als „Mittelverbindungsschicht 6b“ bezeichnet. Die Verbindungsfestigkeit der Mittelverbindungsschicht 6b wird als „Verbindungsfestigkeit A2“ bezeichnet. Wenn das Mittelwabensegment 4b ein „den Schwerpunkt des Querschnitts enthaltendes Wabensegment 4“ ist, bezieht sich dies auf den Fall, in welchem der Schwerpunkt in diesem „Mittelwabensegment 4b“ liegt. Wenn das Mittelwabensegment 4b ein „an der dem Schwerpunkt des Querschnitts nächstgelegenen Position befindliches Wabensegment 4“ ist, bezieht sich dies zum Beispiel auf den Fall, in welchem der Schwerpunkt in der Verbindungsschicht 6 liegt, das Mittelwabensegment das dem Schwerpunkt nächstgelegene ist.
Die verschlossene Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform hat ein Merkmal, dass die Verbindungsfestigkeit A1 der Umfangsverbindungsschicht 6a größer als die Verbindungsfestigkeit A2 der Mittelverbindungsschicht 6b ist. Diese Konfiguration der verschlossenen Wabenstruktur 100 hat die folgenden vorteilhaften Auswirkungen. Das heißt, dies vermindert nicht das Ausmaß der Erzeugung an der Stirnseite der Wabensegmente 4 auftretender Risse und sich in der Umfangsrichtung erstreckender Risse in der Oberfläche der Umfangswand 21 und kann die Erzeugung von Rissen in der Oberfläche der Umfangswand 21 entlang der Verbindungsschicht 6 (speziell der Umfangsverbindungsschicht 6a) wirkungsvoll unterdrücken.
Wenn die Verbindungsfestigkeit A1 der Umfangsverbindungsschicht 6a und die Verbindungsfestigkeit A2 der Mittelverbindungsschicht 6b gleich sind und wenn sowohl die Verbindungsfestigkeit A1 als auch die Verbindungsfestigkeit A2 kleine Werte hat, treten leicht Risse in der Verbindungsschicht 6 in dem Umfangsteil des Wabensegment-Verbundkörpers 20 auf. Wenn sowohl die Verbindungsfestigkeit A1 als auch die Verbindungsfestigkeit A2 große Werte hat, kann andererseits, wenn der DPF wegen der Wärme beim Verbrennen von Feinstaub während der Regenerationsverarbeitung einer hohen thermischen Spannung ausgesetzt wird, die Spannung in der Verbindungsschicht 6 nicht hinreichend verringert werden und können folglich Risse an der Stirnseite des Wabensegments 4 nicht gut unterdrückt werden. Wenn die Verbindungsfestigkeit A1 der Umfangsverbindungsschicht 6a kleiner als die Verbindungsfestigkeit A2 der Mittelverbindungsschicht 6b ist, lässt dies auch leicht Risse in der Verbindungsschicht 6 in dem Umfangsteil des Wabensegment-Verbundkörpers 20 auftreten.
In der vorliegenden Erfindung sind die „Verbindungsfestigkeit A1 der Umfangsverbindungsschicht 6a“ und die „Verbindungsfestigkeit A2 der Mittelverbindungsschicht 6b“ mittels des folgenden Verfahrens gemessene Werte. Zuerst wird die „Verbindungsfestigkeit A1“ wie folgt gemessen. Zwei der die „Umfangsverbindungsschicht 6a“ als Messobjekt enthaltenden Umfangswabensegmente 4a werden aus dem Wabensegment-Verbundkörper 20 herausgeschnitten, um eine Messprobe zum Messen der Verbindungsfestigkeit A1 herzustellen. Diese Messprobe enthält die beiden durch die Umfangsverbindungsschicht 6a verbundenen Umfangswabensegmente 4a. Dann wird unter Verwendung eines Instruments zum Messen der Scherkraft an der Stirnseite der Umfangswabensegmente 4a eine Belastung auf diese Messprobe ausgeübt. Die Belastung wird mit einer Belastungsrate von 2 mm/min. ausgeübt, und die Bruchlast F1 wird gemessen, wenn die Umfangsverbindungsschicht 6a bricht. Der Flächeninhalt S1 der Verbindungsfläche der Umfangsverbindungsschicht 6a, welche die beiden Umfangswabensegmente 4a verbindet, wird gemessen, und die „Verbindungsfestigkeit A1“ wird auf der Grundlage des folgenden Ausdrucks (1) berechnet. Beim Messen der Bruchlast F1 unter Verwendung des Instruments zum Messen der Scherkraft wird eines der beiden Umfangswabensegmente 4a nur an der unteren Stirnseite gehalten und wird das andere Umfangswabensegment 4a an der unteren Stirnseite nicht gehalten. In diesem Zustand wird eine Belastung auf die Messprobe ausgeübt. $Ausdruck (1) : Verbindungsfestigkeit A1 = Bruchlast F1 / Flächeninhalt S1 der Verbindungsfläche .$
Dann wird die „Verbindungsfestigkeit A2“ wie folgt gemessen. Das Mittelwabensegment 4b befindet sich in dem Wabensegment-Verbundkörper 20, welcher an der den Schwerpunkt in dem zu der Ausdehnungsrichtung der Waben 2 orthogonalen Querschnitt enthaltenden oder dem Schwerpunkt nächstgelegenen Position liegt. Dann werden das Mittelwabensegment 4b und ein weiteres die „Mittelverbindungsschicht 6b“ als Messobjekt enthaltendes Wabensegment 4 aus dem Wabensegment-Verbundkörper herausgeschnitten, um eine Messprobe zum Messen der Verbindungsfestigkeit A2 herzustellen. Diese Messprobe enthält das Mittelwabensegment 4b und das weitere Wabensegment 4, welche durch die Mittelverbindungsschicht 6b verbunden sind. Für diese Messprobe wird unter Verwendung des Instruments zum Messen der Scherkraft mittels eines Verfahrens wie bei der Verbindungsfestigkeit A1 die Bruchlast F2 gemessen, wenn die Mittelverbindungsschicht 6b bricht. Der Flächeninhalt S2 der Verbindungsfläche der Mittelverbindungsschicht 6b wird gemessen, und die „Verbindungsfestigkeit A2“ wird auf der Grundlage des folgenden Ausdrucks (2) berechnet. $Ausdruck (2) : Verbindungsfestigkeit A2 = Bruchlast F2 / Flächeninhalt S2 der Verbindungsfläche .$
Bevorzugt entspricht die Verbindungsfestigkeit A1 dem 1,2- bis 1,6-fachen und bevorzugter dem 1,2- bis 1,5-fachen der Verbindungsfestigkeit A2. Dies kann die Erzeugung von Rissen in der Oberfläche der Umfangswand 21 entlang der Umfangsverbindungsschicht 6a wirkungsvoll unterdrücken.
Bevorzugt beträgt die Verbindungsfestigkeit A1 der Umfangsverbindungsschicht 6a 850 bis 1200 kPa, bevorzugter 900 bis 1150 kPa und besonders bevorzugt 900 bis 1100 kPa. Wenn die Verbindungsfestigkeit A1 kleiner als 850 kPa ist, ist dies unter dem Gesichtspunkt des wirkungsvollen Unterdrückens der Erzeugung von Rissen in der Verbindungsschicht 6 nicht vorteilhaft. Wenn die Verbindungsfestigkeit A1 größer als 1200 kPa ist, ist dies unter dem Gesichtspunkt des Unterdrückens von Rissen an der Stirnseite der Wabensegmente 4 nicht vorteilhaft. Hier ist zu beachten, dass die Verbindungsfestigkeit A1 in dem obigen Zahlenbereich größer als die Verbindungsfestigkeit A2 ist.
Bevorzugt beträgt die Verbindungsfestigkeit A2 der Mittelverbindungsschicht 6b 400 bis 900 kPa, bevorzugter 600 bis 850 kPa und besonders bevorzugt 700 bis 800 kPa. Wenn die Verbindungsfestigkeit A2 kleiner als 400 kPa ist, ist dies unter dem Gesichtspunkt des Haltens der Verbindung mit der Mittelverbindungsschicht 6b nicht vorteilhaft. Wenn die Verbindungsfestigkeit A2 größer als 900 kPa ist, ist dies unter dem Gesichtspunkt des Unterdrückens von Rissen an der Stirnseite der Wabensegmente 4 und Ring-Off-Rissen nicht vorteilhaft. Hier ist zu beachten, dass die Verbindungsfestigkeit A2 in dem obigen Zahlenbereich kleiner als die Verbindungsfestigkeit A1 ist.
Bevorzugt entspricht die Verbindungsfestigkeit A1 der Umfangsverbindungsschicht 6a dem 1,2- bis 1,6-fachen der Verbindungsfestigkeit A2 der Mittelverbindungsschicht 6b, bevorzugter dem 1,2- bis 1,5-fachen und besonders bevorzugt dem 1,3- bis 1,4-fachen. Wenn die Verbindungsfestigkeit A1 kleiner als das 1,2-fache der Verbindungsfestigkeit A2 ist, ist dies unter dem Gesichtspunkt des Unterdrückens von Rissen in der Oberfläche der Umfangswand 21 entlang der Umfangsverbindungsschicht 6a nicht vorteilhaft. Wenn die Verbindungsfestigkeit A1 größer als das 1,6-fache der Verbindungsfestigkeit A2 ist, ist dies unter dem Gesichtspunkt des Unterdrückens von Rissen an der Stirnseite der Wabensegmente 4 nicht vorteilhaft.
In der verschlossenen Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform können die Umfangsverbindungsschicht 6a und die Mittelverbindungsschicht 6b aus verschiedenen Werkstoffen bestehen. Alternativ können die Umfangsverbindungsschicht 6a und die Mittelverbindungsschicht 6b voneinander veschiedene Verbindungsfestigkeiten haben, weil sie sich in Porosität und dergleichen unterscheiden. Eine solche Konfiguration kann den Unterschied zwischen der Verbindungsfestigkeit A1 und der Verbindungsfestigkeit A2 deutlich machen, und folglich können die vorteilhaften Wirkungen wie oben angegeben wirkungsvoll erzielt werden.
Der Werkstoff der Verbindungsschicht 6 ist nicht besonders beschränkt, und der in einer herkömmlicherweise bekannten Wabenstruktur verwendete Verbindungsschicht-Werkstoff kann verwendet werden.
In der verschlossenen Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform kann die Verbindungsfestigkeit A1 der Umfangsverbindungsschicht 6a, welche Umfangswabensegmente 4a an dem äußersten Umfang des Wabensegment-Verbundkörpers 20 verbindet, größer als die Verbindungsfestigkeit der Verbindungsschicht 6 in anderen Teilen sein. Das heißt, nur die Verbindungsfestigkeit A1 der Umfangsverbindungsschicht 6a kann größer als die Verbindungsfestigkeit der Verbindungsschicht 6 in anderen Teilen sein. Hier ist zu beachten, dass die Verbindungsfestigkeit in einem anderen Teil als der Umfangsverbindungsschicht 6a und der Mittelverbindungsschicht 6b nicht besonders beschränkt ist, solange die Verbindungsfestigkeit A1 größer als die Verbindungsfestigkeit A2 ist. Zum Beispiel kann die Verbindungsschicht in einem Teil, welcher einen oder zwei oder mehr Plätze weiter innerhalb des Umfangswabensegments 4a liegende Wabensegmente 4 (außer der Mittelverbindungsschicht 6b) verbindet, eine Verbindungsfestigkeit haben, welche gleich der Verbindungsfestigkeit A1 der Umfangsverbindungsschicht 6a ist. Die Verbindungsschicht in einem Teil, welcher einen oder zwei oder mehr Plätze weiter innerhalb des Umfangswabensegments 4a liegende Wabensegmente 4 verbindet, kann eine Verbindungsfestigkeit haben, welche gleich der Verbindungsfestigkeit A2 der Mittelverbindungsschicht 6b ist. Zum Beispiel kann die Ausführungsform verschiedene Formen haben, so das nur die „Umfangsverbindungsschicht 6a, welche die Umfangswabensegmente 4a an dem äußersten Umfang verbindet“, eine besonders hohe Verbindungsfestigkeit aufweist.
Wie oben beschrieben, enthält die verschlossene Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform einen die Umfangsverbindungsschicht 6a enthaltenden und eine relativ große Verbindungsfestigkeit aufweisenden Umfangsteil 15 und einen die Mittelverbindungsschicht 6b enthaltenden und eine relativ kleine Verbindungsfestigkeit aufweisenden Mittelteil 16 in einem zu der Ausdehnungsrichtung der Waben 2 orthogonalen Querschnitt. Im Folgenden kann die Verbindungsschicht 6 in einem Teil in dem Umfangsteil 15, welche eine relativ große Verbindungsfestigkeit hat, als „Verbindungsschicht hoher Verbindungsfestigkeit 6x“ bezeichnet werden. Bevorzugt ist das Verhältnis der Fläche der Verbindungsschicht hoher Verbindungsfestigkeit 6x zu der Gesamtfläche der Verbindungsschicht 6 in einem zu der Ausdehnungsrichtung der Waben 2 orthogonalen Querschnitt 5 bis 55%, bevorzugter 10 bis 50% und besonders bevorzugt 10 bis 40%. Bei einem diesen Zahlenbereich überschreitenden Verhältnis der Fläche der Verbindungsschicht hoher Verbindungsfestigkeit 6x kann es schwierig sein, das Gleichgewicht zwischen dem Unterdrücken der Erzeugung von Rissen in der Verbindungsschicht hoher Verbindungsfestigkeit 6x und dem Unterdrücken der Erzeugung von Rissen an der Stirnseite der Wabensegmente 4 oder in der Oberfläche der Umfangswand 21 zu halten.
Die „Breite der Verbindungsschicht 6 in der zu der Ausdehnungsrichtung der Waben 2 orthogonalen Richtung“ ist nicht besonders beschränkt. Die „Breite der Verbindungsschicht 6 in der zu der Ausdehnungsrichtung der Waben 2 orthogonalen Richtung“ ist der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Wabensegmente, welche durch die Verbindungsschicht verbunden sind. Im Folgenden kann die „Breite der Verbindungsschicht 6 in der zu der Ausdehnungsrichtung der Waben 2 orthogonalen Richtung“ einfach als „Breite der Verbindungsschicht 6“ bezeichnet werden. Zum Beispiel beträgt die Breite der Verbindungsschicht 6 bevorzugt 0,3 bis 3,0 mm und besonders bevorzugt 0,5 bis 2,0 mm. Wenn die Breite der Verbindungsschicht 6 kleiner als 0,3 mm ist, ist dies nicht vorteilhaft, weil die Verbindungsfestigkeit der verschlossenen Wabenstruktur 100 sich leicht verschlechtert. Wenn die Breite der Verbindungsschicht 6 größer als 3,0 mm ist, ist dies nicht vorteilhaft, weil der Druckverlust der verschlossenen Wabenstruktur 100 zunehmen kann.
Die Form der Waben 2 in dem Wabenstrukturkörper 4 ist nicht besonders beschränkt. Zum Beispiel können die Waben 2 eine vieleckige Form, eine Kreisform, eine elliptische Form und dergleichen in einem zu der Ausdehnungsrichtung der Waben 2 orthogonalen Querschnitt haben. Zu Beispielen der vieleckigen Form zählen ein Dreieck, ein Viereck, ein Fünfeck, ein Sechseck und ein Achteck. Bevorzugt ist die Form der Waben 2 ein Dreieck, ein Viereck, ein Fünfeck, ein Sechseck oder ein Achteck. Was die Form der Waben 2 anbelangt, können alle Waben 2 die gleiche Form haben oder können die Waben 2 verschiedene Formen haben. Zum Beispiel können, obwohl nicht gezeigt, viereckige Waben und achteckige Waben kombiniert werden. Was die Größe der Waben 2 anbelangt, können alle Waben 2 die gleiche Größe haben oder können die Waben 2 verschiedene Größen haben. Zum Beispiel können, obwohl nicht gezeigt, einige aus der Vielzahl von Waben größer sein und können andere Waben relativ kleiner sein.
Bevorzugt haben die durch die Trennwände 1 definierten Waben 2 eine Wabendichte von 15 bis 90 Waben/cm² und bevorzugter von 30 bis 60 Waben/cm². Die so konfigurierte verschlossene Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform kann bevorzugt als Filter zum Reinigen eines aus einem Kraftfahrzeugmotor emittierten Abgases verwendet werden.
Die Trennwände 1 haben bevorzugt eine Porosität von 30 bis 80%, bevorzugter von 35 bis 75% und besonders bevorzugt von 40 bis 70%. Die Porosität der Trennwände 1 ist ein mittels Quecksilberporosimetrie gemessener Wert. Die Porosität der Trennwände 1 kann zum Beispiel unter Verwendung des von Micromeritics produzierten Autopore 9500 (Produktname) gemessen werden. Zum Messen der Porosität kann ein Teil der Trennwand 1 jedes Wabensegments 4 herausgeschnitten werden, um ein Probestück für die Messung herzustellen. Wenn die Porosität der Trennwände 1 unter 30% beträgt, kann der Druckverlust der verschlossenen Wabenstruktur 100 zunehmen oder kann der Druckverlust nach Imprägnieren mit einem Katalysator stark variieren. Wenn die Porosität der Trennwände 1 80% überschreitet, können sich die Festigkeit und die Auffangleistung der verschlossenen Wabenstruktur 100 als Filter verschlechtern.
Die Form des Wabensegments 4 ist nicht besonders beschränkt. Zum Beispiel kann das Wabensegment 4 eine prismatisch-säulenförmige Form mit einem vieleckigen wie viereckigen oder sechseckigen, zu der Axialrichtung des Wabensegments 4 orthogonalen Querschnitt haben. An dem äußersten Umfang der verschlossenen Wabenstruktur 100 angeordnete Wabensegmente 4 können eine prismatisch-säulenförmige Form haben, wovon ein Teil durch Schleifen oder dergleichen entsprechend der Gesamtform der verschlossenen Wabenstruktur 100 verarbeitet wird.
Die Gesamtform der verschlossenen Wabenstruktur 100 ist nicht besonders beschränkt. Zum Beispiel ist die Gesamtform der verschlossenen Wabenstruktur 100 in 1 eine Rundsäulenform 1 mit runder Einström-Stirnseite 11 und Ausström-Stirnseite 12. Obwohl nicht gezeigt, kann die Gesamtform der verschlossenen Wabenstruktur eine Säulenform sein, deren Einström-Stirnseite und Ausström-Stirnseite eine im Wesentlichen runde Form einschließlich einer Ellipse, einer Rennbahnform oder eines Ovals haben. Alternativ kann die verschlossene Wabenstruktur als Gesamtform eine prismatisch-säulenförmige Form haben, deren Einström-Stirnseite und Ausström-Stirnseite ein Vieleck wie ein Viereck oder ein Sechseck sind.
Der Werkstoff der Wabensegmente 4 ist nicht besonders beschränkt und ist unter dem Gesichtspunkt der Festigkeit, Wärmebeständigkeit, Dauerhaftigkeit und dergleichen bevorzugt mindestens eine aus der aus den folgenden Werkstoffen bestehenden Gruppe ausgewählte Art. Die Gruppe der Werkstoffe enthält Siliciumcarbid, Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff, Siliciumnitrid, Cordierit, Mullit, Aluminiumoxid, Spinell, Siliciumcarbid-Cordierit-Verbundwerkstoff, Spodumen, Aluminiumtitanat und Metall auf Fe-Cr-Al-Grundlage. Von diesen Werkstoffen ist Siliciumcarbid oder Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff vorzuziehen. Der Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff ist ein Siliciumcarbid (SiC) als Aggregat und Silicium (Si) als Bindemittel enthaltender Verbundwerkstoff.
Der Werkstoff der Verschlussteile 5 ist nicht besonders beschränkt. Bevorzugt bestehen die Verschlussteile 5 zum Beispiel aus einem den dargestellten Werkstoffen der Wabensegmente 4 gleichenden Werkstoff.
Die die Länge von der Einström-Stirnseite 11 bis zu der Ausström-Stirnseite 12 und die Größe eines zu der Ausdehnungsrichtung der Waben 2 der verschlossenen Wabenstruktur 100 orthogonalen Querschnitts umfassende Größe der verschlossenen Wabenstruktur 100 ist nicht besonders beschränkt. Die Größe der verschlossenen Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform kann geeignet gewählt werden, so dass sie optimal zur Reinigung fähig sein kann, wenn sie als Abgasreinigungsfilter verwendet wird. Zum Beispiel beträgt die Länge von der Einström-Stirnseite 11 bis zu der Ausström-Stirnseite 12 der verschlossenen Wabenstruktur 100 bevorzugt 150 bis 305 mm und besonders bevorzugt 150 bis 200 mm. Die zu der Ausdehnungsrichtung der Waben 2 der verschlossenen Wabenstruktur 100 orthogonale Querschnittsfläche beträgt bevorzugt 144 bis 330 mm² und besonders bevorzugt 144 bis 178 mm².
Die verschlossene Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform enthält die an offenen Enden vordefinierter Waben 2 auf der Seite der Einström-Stirnseite 11 und an offenen Enden der übrigen Waben auf der Seite der Ausström-Stirnseite 12 angeordneten Verschlussteile 5. Die Waben 2, welche die Verschlussteile 5 an den offenen Enden der Seite der Ausström-Stirnseite 12 aufweisen und auf der Seite der Einström-Stirnseite 11 offen sind, sind Einströmwaben. Die Waben 2, welche die Verschlussteile 5 an den offenen Enden der Seite der Einström-Stirnseite 11 aufweisen und auf der Seite der Ausström-Stirnseite 12 offen sind, sind Ausströmwaben. Bevorzugt sind die Einströmwaben und die Ausströmwaben über die Trennwände 1 abwechselnd angeordnet. Dadurch entsteht an jeder der Stirnseiten der verschlossenen Wabenstruktur 100 bevorzugt ein Schachbrettmuster aus den „Verschlussteilen 5“ und den „offenen Enden der Waben 2“.
In der verschlossenen Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform können die die Vielzahl von Waben 2 definierenden Trennwände 1 mit einem Katalysator imprägniert sein. Das Imprägnieren der Trennwände 1 mit einem Katalysator bedeutet das Aufbringen des Katalysators auf die Oberfläche der Trennwände 1 oder auf die Innenwände der in den Trennwänden 1 gebildeten Poren. Die so konfigurierte verschlossene Wabenstruktur kann CO, NOx, HC oder dergleichen in dem Abgas durch die katalytische Reaktion in unschädliche Stoffe umwandeln. Dies kann auch die Oxidation des aufgefangenen Feinstaubs wie Ruß begünstigen.
Verfahren zum Herstellen der verschlossenen Wabenstruktur:
Es besteht keine besondere Beschränkung hinsichtlich des Verfahrens zum Herstellen der verschlossenen Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform, und diese kann zum Beispiel mittels des folgenden Verfahrens hergestellt werden. Zuerst wird ein plastisches Knetmaterial hergestellt, um ein Wabensegment zu produzieren. Das Knetmaterial zum Produzieren des Wabensegments kann hergestellt werden, indem einem als Rohmaterial-Pulver aus den oben erwähnten, für die Wabensegmente geeigneten Materialien ausgewählten Material nach Bedarf Zusätze wie Bindemittel und Wasser zugesetzt werden.
Dann wird das so hergestellte Knetmaterial stranggepresst, wodurch ein prismatisch-säulenförmiger Wabenformkörper mit eine Vielzahl von Waben umgebenden Trennwänden und einer an dem äußersten Umfang angeordneten Segmentumfangswand produziert wird. Eine Vielzahl solcher Wabenformkörper wird hergestellt.
Jeder so erhaltene Wabenformkörper wird zum Beispiel durch Mikrowellen und Heißluft getrocknet, und dann werden offene Enden der Waben mit einem dem für die Wabenformkörper verwendeten Material gleichenden Material verschlossen, wodurch Verschlussteile produziert werden. Nach dem Bilden der Verschlussteile kann der Wabenformkörper erneut getrocknet werden.
Dann wird der die hergestellten Verschlussteile enthaltende Wabenformkörper gebrannt, um eine verschlossene Wabenstruktur zu erhalten. Brenntemperaturen und -atmosphäre hängen von dem Rohmaterial ab, und der Fachmann kann die Brenntemperatur und die Brennatmosphäre, welche sich für das gewählte Material am besten eignen, auswählen.
Dann wird die Vielzahl verschlossener Wabensegmente unter Verwendung eines Verbindungsmaterials miteinander verbunden, gefolgt von Trocknen und Aushärten, und dann an ihrem Umfang zu einer gewünschten Form verarbeitet, wodurch man eine segmentiert aufgebaute verschlossene Wabenstruktur erhalten kann. Das Verbindungsmaterial kann durch Zusetzen eines flüssigen Mediums wie Wasser zu einem Keramikwerkstoff, so dass dieser in einer pastösen Form oder in einer Schlammform vorliegt, hergestellt werden. Für dieses Verbindungsmaterial werden zwei Arten des Verbindungsmaterials bevorzugt wie folgt hergestellt. Zum Beispiel werden zwei Arten des Verbindungsmaterials mit verschiedenen Verhältnissen des flüssigen Mediums durch Anpassen der dem Verbindungsmaterial zuzusetzenden Menge des flüssigen Mediums wie Wasser hergestellt. Alternativ können zwei Arten des Verbindungsmaterials mit verschiedenen Mengen Porenbildner hergestellt werden, indem der Porenbildner in verschiedenen Mengen dem Verbindungsmaterial zugesetzt wird. Ein Verbindungsmaterial mit weniger flüssigem Medium bewirkt eine große Verbindungsfestigkeit der resultierenden Verbindungsschicht. Ein Verbindungsmaterial mit weniger Porenbildner bewirkt eine große Verbindungsfestigkeit der resultierenden Verbindungsschicht.
Diese hergestellten zwei Arten von Verbindungsschichten werden korrekt für den Teil zum Verbinden der an dem äußersten Umfang angeordneten verschlossenen Wabensegmente und den anderen Teil verwendet, wodurch die resultierende verschlossene Wabenstruktur in dem Umfangsteil und in dem Mittelteil verschiedene Verbindungsfestigkeiten der Verbindungsschicht aufweisen kann.
Da die Waben nach der Verarbeitung des Verbundkörpers aus den verschlossenen Wabensegmenten an dem Umfang an der verarbeiteten Oberfläche freiliegen, kann ein Umfangsbeschichtungsmaterial auf die verarbeitete Oberfläche des Verbundkörpers aufgebracht werden, um die Umfangswand zu bilden. Das Umfangsbeschichtungsmaterial kann zum Beispiel durch Zusetzen eines Zusatzes wie eines organischen Bindemittels, eines aufschäumbaren Harzes oder eines Dispergiermittels zu anorganischen Rohmaterialien wie anorganischen Fasern, kolloidalem Siliciumdioxid, Ton oder SiC-Partikeln und Zusetzen von Wasser, gefolgt von Kneten zu einer Schlammform, hergestellt werden.
Beispiele
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen spezieller beschrieben, und die vorliegende Erfindung ist keineswegs auf diese Beispiele beschränkt.
Beispiel 1
Als Keramik-Rohmaterial wurden Siliciumcarbid- (SiC-) Pulver und metallisches Silicium- (Si-) Pulver in einem Massenverhältnis 80:20 gemischt, um ein gemischtes Rohmaterial herzustellen. Hydroxypropylmethylcellulose als Bindemittel und wasserabsorbierbares Harz als Porenbildner wurden diesem gemischten Rohmaterial zugesetzt, welchem Wasser zugesetzt wurde, wodurch ein Form-Rohmaterial hergestellt wurde. Das erhaltene Form-Rohmaterial wurde mittels eines Kneters geknetet, wodurch ein Knetmaterial hergestellt wurde.
Dann wurde das erhaltene Knetmaterial mittels einer Strangpresse geformt, um fünfundzwanzig Wabenformkörper jeweils mit einer viereckigen Prismenform zu produzieren. Jeder dieser Wabenformkörper mit einer viereckigen Prismenform war ein Wabensegment.
Dann wurden die erhaltenen Wabenformkörper mittels Hochfrequenzinduktionserwärmung erwärmt und getrocknet, gefolgt von einem 2-stündigen Trocknen bei 120 °C mittels eines Heißlufttrockners.
Dann wurden Verschlussteile an jedem der getrockneten Wabenformkörper gebildet. Zuerst wurde eine Maske an der Einström-Stirnseite des getrockneten Wabenformkörpers angebracht. Dann wurde der maskierte Stirnteil (der Stirnteil auf der Seite der Einström-Stirnseite) in einen verschließenden Schlamm eingetaucht, um die offenen Enden der Waben ohne die Maske (Ausströmwaben) mit dem verschließenden Schlamm zu füllen. Auf diese Weise wurden Verschlussteile auf der Seite der Einström-Stirnseite des getrockneten Wabenformkörpers gebildet. Dann wurden auf der Ausström-Stirnseite des getrockneten Wabenformkörpers entsprechend auch an den Einströmwaben Verschlussteile gebildet.
Dann wurde jeder Wabenformkörper mit den gebildeten Verschlussteilen entfettet und gebrannt. Auf diese Weise erhielt man verschlossene Wabensegmente. Das Entfetten erfolgte 3 Stunden lang bei 550 °C, und das Brennen erfolgte 2 Stunden lang bei 1.450 °C in einer Argonatmosphäre.
Auf diese Weise wurden die verschlossenen Wabensegmente zum Herstellen der verschlossenen Wabenstruktur des Beispiels 1 hergestellt. In dem produzierten verschlossenen Wabensegment hatte ein zu der Axialrichtung orthogonaler Querschnitt eine quadratische Form und betrug die Länge einer Seite des Quadrats (Segmentgröße) 36,5 mm. Tabelle 1 zeigt das Ergebnis in dem Feld „Länge einer Seite (mm)“ des „Wabensegments“. Das Wabensegment hatte in der Axialrichtung eine Länge von 178 mm.
Das verschlossene Wabensegment hatte eine Trennwanddicke von 0,3 mm und eine Wabendichte von 46 Waben/cm². Die Trennwände hatten eine Porosität von 41%. Die Porosität der Trennwände wurde unter Verwendung des von Micromeritics produzierten Autopore 9500 (Produktname) gemessen.
Dann wurden zwei Arten des Verbindungsmaterials zum Verbinden der verschlossenen Wabensegmente hergestellt. Das Material zum Bilden der Verbindungsschicht der verschlossenen Wabenstruktur ist das Verbindungsmaterial. Im Folgenden werden die beiden Arten des Verbindungsmaterials als „Verbindungsmaterial A“ und „Verbindungsmaterial B“ bezeichnet. Das Verbindungsmaterial A wurde so hergestellt, dass seine Verbindungsfestigkeit 900 kPa betrug. Das Verbindungsmaterial B wurde so hergestellt, dass seine Verbindungsfestigkeit 700 kPa betrug.
Dann wurden die erhaltenen verschlossenen Wabensegmente aneinander angrenzend so angeordnet, dass ihre Seitenflächen einander gegenüberlagen, und wurden sie mit dem Verbindungsmaterial verbunden, gefolgt von einer Wärmebehandlung bei 700 °C, um einen Wabensegment-Verbundkörper herzustellen. Der Wabensegment-Verbundkörper wurde durch Verbinden der insgesamt fünfundzwanzig Wabensegmente so, dass die Wabensegmente an ihren Stirnseiten in fünf Reihen und in fünf Spalten angeordnet waren, hergestellt. Die „Anzahl von Segmenten“ und die „Anordnung (Reihen × Spalten)“ unter „Wabensegmente“ in Tabelle 1 zeigen die Anzahl von Wabensegmenten und die Anordnung in Beispielen. Zum Beispiel bedeutet „5×5“ in dem Feld „Anordnung (Reihen x Spalten)“, dass insgesamt fünfundzwanzig Wabensegmente in fünf Reihen und in fünf Spalten verwendet wurden.
In Beispiel 1 wurde das oben beschriebene „Verbindungsmaterial A“ zum Verbinden zwölf an dem äußersten Umfang des Wabensegment-Verbundkörpers befindlicher verschlossener Wabensegmente verwendet. Das oben beschriebene „Verbindungsmaterial B“ wurde für den anderen Verbindungsteil verwendet. Die Dicke der mit dem Verbindungsmaterial gebildeten Verbindungsschicht betrug 1,0 mm. Der das Verbindungsmaterial A enthaltende Teil war der Umfangsteil des Wabensegment-Verbundkörpers. Der das Verbindungsmaterial B enthaltende Teil war der Mittelteil des Wabensegment-Verbundkörpers.
Dann wurde der Wabensegment-Verbundkörper an dem Umfang zu einer Rundsäulenform geschliffen und wurde ein Beschichtungsmaterial auf die Umfangsfläche aufgebracht, wodurch man die verschlossene Wabenstruktur des Beispiels 1 erhielt. Die verschlossene Wabenstruktur des Beispiels 1 hatte an der Stirnseite einen Durchmesser von 191 mm.
Für diese verschlossene Wabenstruktur des Beispiels 1 wurden die Verbindungsfestigkeit der Verbindungsschicht in dem Umfangsteil und die Verbindungsfestigkeit der Verbindungsschicht in dem Mittelteil mittels des folgenden Verfahrens gemessen. Tabelle 2 zeigt das Ergebnis in den Feldern „Verbindungsfestigkeit im Umfangsteil (kPa)“ und „Verbindungsfestigkeit im Mittelteil (kPa)“. Tabelle 2 zeigt das Verhältnis der Verbindungsfestigkeit in dem Umfangsteil zu der Verbindungsfestigkeit in dem Mittelteil in dem Feld „Verbindungsfestigkeitsverhältnis (Umfangsteil/Mittelteil)“. Tabelle 2 zeigt das Verhältnis der Verbindungsfläche der Verbindungsschicht hoher Verbindungsfestigkeit zu der Gesamt-Verbindungsfläche der Verbindungsschicht in dem Feld „Verbindungsflächenverhältnis (Fläche hoher Verbindungsfestigkeit/Gesamt-Verbindungsfläche)“. Die Verbindungsschicht hoher Verbindungsfestigkeit ist eine Verbindungsschicht in dem Umfangsteil und weist eine relativ große Verbindungsfestigkeit auf. Die Fläche hoher Verbindungsfestigkeit ist der Flächeninhalt der Verbindungsfläche, welche mit der Verbindungsschicht hoher Verbindungsfestigkeit verbunden ist.
Verfahren zum Messen der Verbindungsfestigkeit

Zuerst wurden zwei der die Umfangsverbindungsschicht enthaltenden Umfangswabensegmente herausgeschnitten, um eine Messprobe zum Messen der Verbindungsfestigkeit in dem Umfangsteil (d.h., der Verbindungsfestigkeit A1) herzustellen. Dann wurde unter Verwendung eines Instruments zum Messen der Scherkraft an der Stirnseite der Umfangswabensegmente eine Belastung auf diese Messprobe ausgeübt. Die Belastung wurde mit einer Belastungsrate von 2 mm/min. ausgeübt, und die Bruchlast F1 wurde gemessen, als die Umfangsverbindungsschicht brach. Der Flächeninhalt S1 der Verbindungsfläche der Umfangsverbindungsschicht, welche die beiden Umfangswabensegmente verband, wurde gemessen, und man erhielt die „Verbindungsfestigkeit im Umfangsteil (kPa)“ als die Verbindungsfestigkeit A1 auf der Grundlage des Ausdrucks (1). Dann wurden das Mittelwabensegment und ein weiteres die Mittelverbindungsschicht enthaltendes Wabensegment herausgeschnitten, um eine Messprobe zum Messen der Verbindungsfestigkeit in dem Mittelteil (d.h., der Verbindungsfestigkeit A2) herzustellen. Für diese Messprobe wurde unter Verwendung des Instruments zum Messen der Scherkraft mittels eines dem obigen gleichenden Verfahrens die Bruchlast F2 gemessen, als die Mittelverbindungsschicht brach. Der Flächeninhalt S2 der Verbindungsfläche der Mittelverbindungsschicht wurde gemessen, und auf der Grundlage des Ausdrucks (3) erhielt man die „Verbindungsfestigkeit im Mittelteil (kPa)“ als die Verbindungsfestigkeit A2. [Tabelle 1]

	Wabenverbundkörper		Wabensegment
	Durchmesser (mm)	Länge (mm)	Länge einer Seite (mm)	Anzahl von Segmenten	Anordnung (Reihen × Spalten)
Bsp. 1	191	178	39	25	5×5
Bsp. 2	191	178	39	25	5×5
Bsp. 3	191	178	39	25	5×5
Bsp. 4	241	254	36,5	49	7×7
Bsp. 5	241	254	36,5	49	7×7
Bsp. 6	241	254	36,5	49	7×7
Vgl.bsp. 1	191	178	39	25	5×5
Vgl.bsp. 2	191	178	39	25	5×5
Vgl.bsp. 3	241	254	36,5	49	7×7

[Tabelle 2]

	Verbindungsschicht
	Breite der Verbindungsschicht (mm)	Verbindungsfestigkeit im Umfangsteil (kPa)	Verbindungsfestigkeit im Mittelteil (kPa)	Verbindungsfestigkeitsverhältn is (Umfangsteil/ Mittelteil)	Verbindungsflächenverhältnis (Fläche hoher Verbindungsfestigkeit/ Gesamt-Verbindungsfläche)
Bsp. 1	1,0	900	700	1,29	0,37
Bsp. 2	1,0	1000	700	1,43	0,37
Bsp. 3	1,0	1000	800	1,25	0,37
Bsp. 4	1,0	950	700	1,36	0,16
Bsp. 5	1,0	1000	700	1,43	0,16
Bsp. 6	1,0	1100	800	1,38	0,16
Vgl.bsp. 1	1,0	700	700	-	-
Vgl.bsp. 2	1,0	1000	1000	-	-
Vgl.bsp. 3	1,0	700	700	-	-

Für die verschlossene Wabenstruktur des Beispiels 1 wurden mittels des folgenden Verfahrens eine „Schnellabkühlungsprüfung (Elektroofen-Absplitterungsprüfung: „E-sp“-Untersuchung)” und eine „Rissgrenzwert-Untersuchung“ durchgeführt. Tabelle 3 zeigt das Ergebnis.
Schnellabkühlungsprüfung (Elektroofen-Absplitterungsprüfung: „E-sp‟-Untersuchung)
Eine verschlossene Wabenstruktur wurde bei 200 °C Ofeninnentemperatur in den Elektroofen gelegt und 2 Stunden lang erwärmt, so dass die verschlossene Wabenstruktur eine einheitliche Temperatur hatte. Danach wurde die erwärmte verschlossene Wabenstruktur aus dem Elektroofen entnommen und schnell auf Raumtemperaturen abgekühlt. Nach dem schnellen Abkühlen wurde die verschlossene Wabenstruktur auf eine Erzeugung von Rissen in der Umfangswand untersucht. Wenn keine Risse in der Umfangswand erzeugt wurden, wurde die Temperatur in dem Ofen auf einmal um 25 °C erhöht und wurden die Erwärmung und die schnelle Abkühlung wiederholt, bis Risse in der Umfangswand erzeugt wurden. Die Temperatur in dem Ofen während der vorherigen Operation, bevor die Risse in der Umfangswand erzeugt wurden, wurde als der Messwert bei der Schnellabkühlungsprüfung eingestellt.
Rissgrenzwert-Untersuchung

Eine verschlossene Wabenstruktur wurde in ein Abgassystem eines Dieselmotors eingebaut, um in dieser verschlossenen Wabenstruktur Ruß anzusammeln. Dann wurde die Temperatur des Abgases mit einer Geschwindigkeit von 2 °C/s auf 650 °C erhöht. Danach wurde der Zustand zu Leerlaufbetrieb geändert, um die Durchflussmenge des Gases schnell zu verringern. In einem solchen Zustand wurde der in der verschlossenen Wabenstruktur angesammelte Ruß verbrannt, um die verschlossene Wabenstruktur zu regenerieren. Bei gleichzeitiger Erhöhung der Rußansammlungsrate in der verschlossenen Wabenstruktur wurde eine solche Prüfung (Regeneration der verschlossenen Wabenstruktur) wiederholt. Die Rußansammlungsrate ist die Geschwindigkeit, mit welcher sich Rußmasse (g) pro Einheitsvolumen (pro Liter) der verschlossenen Wabenstruktur in der verschlossenen Wabenstruktur ansammelt. Dann wurde die maximale Rußansammlungsrate, welche keine Risse in der verschlossenen Wabenstruktur erzeugte, untersucht. Eine solche Rußansammlungsrate wurde als „Rissgrenzwert“ bezeichnet. Wenn der Rissgrenzwert kleiner als 6 g/l war, wurde dies mit „B“ bewertet. Wenn der Rissgrenzwert größer als oder gleich 6 g/l war, wurde dies mit „A“ bewertet. [Tabelle 3]

	Schnellabkühlungsprüfung („E-sp“-Untersuchung)	Rissgrenzwert-Untersuchung
Bsp. 1	325	A
Bsp. 2	350	A
Bsp. 3	350	A
Bsp. 4	275	A
Bsp. 5	300	A
Bsp. 6	350	A
Vgl.bsp. 1	300	A
Vgl.bsp. 2	350	B
Vgl.bsp. 3	250	A

Beispiele 2, 3
Verschlossene Wabenstrukturen dieser Beispiele wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass die mit der in Tabelle 2 gezeigten Verbindungsfestigkeit hergestellten Verbindungsmaterialien verwendet wurden.
Beispiele 4 bis 6
Verschlossene Wabenstrukturen dieser Beispiele wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass der Aufbau der Wabensegmente und des verbundenen Wabenkörpers wie in Tabelle 1 gezeigt geändert wurde und die mit der in Tabelle 2 gezeigte Verbindungsfestigkeit hergestellten Verbindungsmaterialien verwendet wurden.
Vergleichsbeispiele 1 bis 3
Verschlossene Wabenstrukturen dieser Beispiele wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass eine Art des Verbindungsmaterials zum Herstellen des Wabensegment-Verbundkörpers verwendet wurde.
Außerdem wurde für diese verschlossenen Wabenstrukturen der Beispiele 2 bis 6 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 eine „Schnellabkühlungsprüfung (Elektroofen-Absplitterungsprüfung: „E-sp“-Untersuchung)“ wie in Beispiel 1 durchgeführt. Tabelle 3 zeigt das Ergebnis.
Ergebnisse
Die verschlossenen Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 3 wiesen gegenüber der verschlossenen Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 1 bei der Schnellabkühlungsprüfung vorteilhafte Ergebnisse auf. Die verschlossenen Wabenstrukturen des Vergleichsbeispiels 2 hatten eine große Verbindungsfestigkeit der Verbindungsschicht sowohl in dem Umfangsteil als auch in dem Mittelteil und wiesen folglich bei der Schnellabkühlungsprüfung ein vorteilhaftes Ergebnis auf. Jedoch war der Rissgrenzwert bei der Rissgrenzwert-Untersuchung kleiner als 6 g/l. Die verschlossenen Wabenstrukturen der Beispiele 4 bis 6 wiesen gegenüber der verschlossenen Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 3 bei der Schnellabkühlungsprüfung vorteilhafte Ergebnisse auf.
Die verschlossene Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann als Auffangfilter zum Entfernen in einem aus einem Direkteinspritzungs-Ottomotor, einem Dieselmotor oder dergleichen emittierten Abgas enthaltenen Feinstaubs verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1:: Trennwand
2:: Wabe
4:: Wabensegment
4a:: Umfangswabensegment
4b:: Mittelwabensegment
5:: Verschlussteil
6:: Verbindungsschicht
6a:: Umfangsverbindungsschicht
6b:: Mittelverbindungsschicht
6x:: Verbindungsschicht hoher Verbindungsfestigkeit
11:: Einström-Stirnseite
12:: Ausström-Stirnseite
15:: Umfangsteil
16:: Mittelteil
20:: Wabensegment-Verbundkörper
21:: Umfangswand
100:: verschlossene Wabenstruktur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2017054567 [0001]
JP 2003340224 A [0008]

Claims

Verschlossene Wabenstruktur, enthaltend: eine Vielzahl prismatisch-säulenförmiger Wabensegmente; eine so, dass sie Seitenflächen der Vielzahl von Wabensegmenten miteinander verbindet, konfigurierte Verbindungsschicht; und eine so angeordnete Umfangswand, dass sie den Umfang eines Wabensegment-Verbundkörpers, in welchem die Vielzahl von Wabensegmenten verbunden ist, umgibt, wobei jedes der Wabensegmente so, dass sie eine Vielzahl von Waben umgeben, angeordnete poröse Trennwände enthält, wobei die Vielzahl von Waben sich von einer Einström-Stirnseite zu einer Ausström-Stirnseite sich erstreckt, die Waben jedes Wabensegments an Enden jeweils auf der Seite der Einström-Stirnseite und der Seite der Ausström-Stirnseite mit Verschlussteilen verschlossen sind und in der Verbindungsschicht die Verbindungsschicht in einem Teil, welcher die in Kontakt mit der Umfangswand angeordneten Wabensegmente verbindet, eine Umfangsverbindungsschicht ist und die Verbindungsschicht in einem Teil, welcher das einen Schwerpunkt in einem zu der Ausdehnungsrichtung der Waben des Wabensegment-Verbundkörpers orthogonalen Querschnitt enthaltende oder an einer dem Schwerpunkt nächstgelegenen Position befindliche Wabensegment und ein weiteres, an das Wabensegment angrenzendes Wabensegment verbindet, eine Mittelverbindungsschicht ist und eine Verbindungsfestigkeit A1 der Umfangsverbindungsschicht größer als eine Verbindungsfestigkeit A2 der Mittelverbindungsschicht ist.
Verschlossene Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei die Verbindungsfestigkeit A1 der Umfangsverbindungsschicht dem 1,2- bis 1,6-fachen der Verbindungsfestigkeit A2 der Mittelverbindungsschicht entspricht.
Verschlossene Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbindungsfestigkeit A1 der Umfangsverbindungsschicht 850 bis 1200 kPa beträgt.