DE102020001817A1 - Wabenstruktur und Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur - Google Patents

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Jun Inoue
Michio Suzuki
Yoshitaka Tabuchi
Keisuke Kimura
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NGK Insulators Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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Abstract

Wabenstruktur, umfassend eine Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern, die über Verbindungsmaterialschichten A gebunden sind. Jeder der porösen Wabenblockkörper umfasst eine Vielzahl von porösen Wabensegmenten, die über Verbindungsmaterialschichten B gebunden sind, wobei jedes der porösen Wabensegmente umfasst: Trennwände, die eine Vielzahl von Zellen definieren, um Strömungswege für ein Fluid zu bilden, wobei sich jede der Zellen von einer Einströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluideinströmungsseite ist, zu einer Ausströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluidausströmungsseite ist, erstreckt; und eine äußere Umfangswand, die sich am äußersten Umfang befindet. Mindestens ein Teil der Verbindungsmaterialschichten A hat eine höhere Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten B.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wabenstruktur und ein Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Wabenstruktur mit guter Temperaturwechselbeständigkeit und ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Konventionell ist ein Verbrennungsmotor mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) ausgestattet, um die in den Abgasen eines Dieselmotors enthaltenen Feinpartikel aufzufangen. Darüber hinaus kann der Verbrennungsmotor einen Benzinpartikelfilter (GPF) enthalten, um Feinpartikel, die in einem Abgas eines Benzinmotors enthalten sind, aufzufangen. Der DPF und der GPF werden durch Verbinden einer Vielzahl von porösen Wabensegmenten wie Siliciumcarbid (SiC) durch ein Verbindungsmaterial gebildet und haben eine Struktur, die durch Schleifen eines Außenumfangs eines segmentverbundenen Körpers mit den verbundenen Wabensegmenten, um eine Wabenstruktur mit einer geeigneten Form wie einem Kreis und einer Ellipse zu bilden, und anschließende Beschichtung der äußeren Umfangsfläche mit einem Beschichtungsmaterial erhalten wird.
  • Patentdokument 1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur durch Verbinden einer Vielzahl von porösen Wabensegmenten durch ein Verbindungsmaterial, um einen segmentverbundenen Körper herzustellen. Bei dem in Patentdokument 1 beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur, wie in 1 dargestellt, wird eine Vielzahl von porösen Wabensegmenten 10 entlang einer L-förmigen Aufnahmeplatte 30 über Klebstoffschichten 20 gestapelt, um eine gewünschte Stapelstruktur zu erhalten, und dann ein Druck auf die gesamte Struktur ausgeübt. Dies führt zur Herstellung eines Segmentverbundkörpers (poröser Wabenblockkörper 40), in dem die porösen Wabensegmente 10 vertikal und horizontal gestapelt sind.
  • ZITATENLISTE
  • Patentliteratur
  • [Patentliteratur 1] Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2004-262670 A
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • In den letzten Jahren ist die Nachfrage nach einem Filter zum Sammeln von Partikeln wie DPFs und GPFs gestiegen, um deren Größe im Bereich der schweren Maschinen und ähnlichem zu erhöhen. Daher wird eine großformatige Wabenstruktur hergestellt, indem eine Vielzahl der porösen Wabenblockkörper 40, wie in 1 dargestellt, über Verbindungsmaterialschichten weiter gestapelt werden.
  • Mit zunehmender Größe der Wabenstruktur nimmt jedoch der Temperaturunterschied zwischen der Innen- und der Außenseite der Wabenstruktur zu. Ein solcher Temperaturunterschied zwischen der Innenseite und der Außenseite der Wabenstruktur erzeugt eine ungleichmäßige Wärmeausdehnung in der Wabenstruktur, was zu Problemen führt, da die Temperaturwechselbeständigkeit verringert wird und leicht Risse in der Wabenstruktur entstehen.
  • Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Wabenstruktur mit guter Temperaturwechselbeständigkeit und ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • Als Ergebnis intensiver Untersuchungen haben sich die vorliegenden Erfinder auf die Tatsache konzentriert, dass, wenn eine Vielzahl von Wabenblockkörpern, die aus Wabensegmenten zusammengesetzt sind, über Verbindungsmaterialschichten zu einer großen Wabenstruktur gestapelt werden, die als Filter dient, leicht Risse an Verbindungsabschnitten zwischen den Wabenblockkörpern in der Nähe der Verbindungsmaterialschichten erzeugt werden. Dann haben die vorliegenden Erfinder herausgefunden, dass die Probleme gelöst werden können, indem die Verbindungsmaterialschichten zum Verbinden der Wabenblockkörper miteinander mit einer Funktion zur Reduzierung des Temperaturschocks versehen werden. Die vorliegende Erfindung wird daher wie folgt spezifiziert:
    1. (1) Wabenstruktur, umfassend eine Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern, die über Verbindungsmaterialschichten A verbunden sind, wobei jeder der porösen Wabenblockkörper eine Vielzahl von porösen Wabensegmenten umfasst, die über Verbindungsmaterialschichten B verbunden sind, wobei jedes der porösen Wabensegmente umfasst: Trennwände, die eine Vielzahl von Zellen definieren, um Strömungswege für ein Fluid zu bilden, wobei sich jede der Zellen von einer Einströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluideinströmseite ist, zu einer Ausströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluidausströmseite ist, erstreckt; und eine äußere Umfangswand, die am äußersten Umfang angeordnet ist, und wobei mindestens ein Teil der Verbindungsmaterialschichten A eine höhere Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten B aufweist.
    2. (2) Wabenstruktur, umfassend eine Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern, die über Verbindungsmaterialschichten A verbunden sind, wobei jeder der porösen Wabenblockkörper eine Vielzahl von porösen Wabensegmenten umfasst, die über Verbindungsmaterialschichten B verbunden sind, wobei jedes der porösen Wabensegmente umfasst: Trennwände, die eine Vielzahl von Zellen definieren, um Strömungswege für ein Fluid zu bilden, wobei sich jede der Zellen von einer Einströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluideinströmseite ist, zu einer Ausströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluidausströmseite ist, erstreckt; und eine äußere Umfangswand, die am äußersten Umfang angeordnet ist, und wobei die Verbindungsmaterialschichten A aus dem gleichen Material wie das der Verbindungsmaterialschichten B gebildet sind und die Verbindungsmaterialschichten A Verbindungsmaterialschichten umfassen, von denen zumindest ein Teil fehlt.
    3. (3) Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst Verbinden einer Vielzahl von porösen Wabensegmenten über Verbindungsmaterialschichten B, um poröse Wabenblockkörper zu bilden, wobei jedes der porösen Wabensegmente umfasst: Trennwände, die eine Vielzahl von Zellen definieren, um Strömungswege für ein Fluid zu bilden, wobei sich jede der Zellen von einer Einströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluideinströmungsseite ist, zu einer Ausströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluidausströmungsseite ist, erstreckt; und eine äußere Umfangswand, die am äußersten Umfang angeordnet ist; und Verbinden der porösen Wabenblockkörper über Verbindungsmaterialschichten Azur Erzeugung einer Wabenstruktur, wobei mindestens ein Teil der Verbindungsmaterialschichten A eine höhere Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten B aufweist.
    4. (4) Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Verbinden einer Vielzahl von porösen Wabensegmenten über Verbindungsmaterialschichten B, um poröse Wabenblockkörper zu bilden, wobei jedes der porösen Wabensegmente umfasst: Trennwände, die eine Vielzahl von Zellen definieren, um Strömungswege für ein Fluid zu bilden, wobei sich jede der Zellen von einer Einströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluideinströmungsseite ist, zu einer Ausströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluidausströmungsseite ist, erstreckt; und eine äußere Umfangswand, die am äußersten Umfang angeordnet ist; und Verbinden der porösen Wabenblockkörper über Verbindungsmaterialschichten A zur Erzeugung einer Wabenstruktur, wobei die Verbindungsmaterialschichten A aus dem gleichen Material wie das der Verbindungsmaterialschichten B gebildet sind und die Verbindungsmaterialschichten A Verbindungsmaterialschichten umfassen, von denen zumindest ein Teil fehlt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Wabenstruktur mit guter Temperaturwechselbeständigkeit und ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung, die ein konventionelles Wabensegment und die Art und Weise der Herstellung eines Segmentverbundkörpers durch Verbinden der Wabensegmente zeigt.
    • 2 ist eine schematische Außenansicht eines porösen Wabenblocks und einer Wabenstruktur gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
    • 3 ist eine schematische Außenansicht eines porösen Wabensegments gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
    • 4(a) ist eine schematische Außenansicht einer Wabenstruktur gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, bei der ein Außenumfang durch Schleifen des Außenumfangs in eine Kreisform gebracht und eine äußere Umfangsfläche mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet wird. 4(b) ist eine Querschnittsansicht einer Wabenstruktur gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, die senkrecht zu einer Richtung verläuft, die sich von einer Einströmungsendfläche zu einer Ausströmungsendendfläche erstreckt, wobei ein Außenumfang durch Schleifen des Außenumfangs in eine Kreisform gebracht wird und eine äußere Umfangsfläche mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet wird.
    • 5 ist eine schematische Außenansicht eines porösen Wabensegments gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, in der eine äußere Umfangswand um einen Schleifrand dicker ausgebildet ist.
    • 6 ist eine schematische Außenansicht einer Schleifvorrichtung, in der an der Spitze einer Rotationsachse ein scheibenförmiger Schleifstein vorgesehen ist.
    • 7 ist eine schematische Außenansicht eines porösen Wabenblockkörpers und einer Wabenstruktur gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
    • 8(a) ist eine schematische Außenansicht einer Wabenstruktur gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, bei der ein Außenumfang durch Schleifen des Außenumfangs in eine Kreisform gebracht und anschließend eine Außenumfangsfläche mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet wird. 8(b) ist eine Querschnittsansicht einer Wabenstruktur gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, die senkrecht zu einer Richtung verläuft, die sich von einer Einströmungsendfläche zu einer Ausströmungsendfläche erstreckt, bei der ein Außenumfang durch Schleifen des Außenumfangs in eine Kreisform gebracht und anschließend eine äußere Umfangsfläche mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet wird.
    • 9 ist eine schematische Außenansicht eines porösen Wabenblockkörpers und einer Wabenstruktur gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung.
    • 10 (a) ist eine schematische Außenansicht einer Wabenstruktur gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung, bei der ein Außenumfang durch Schleifen des Außenumfangs in eine Kreisform gebracht und anschließend eine äußere Umfangsfläche mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet wird. 10(b) ist eine Querschnittsansicht einer Wabenstruktur gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung, die senkrecht zu einer Richtung verläuft, die sich von einer Einströmungsendfläche zu einer Ausströmungsendfläche erstreckt, bei der ein Außenumfang durch Schleifen des Außenumfangs in eine Kreisform gebracht und anschließend eine äußere Umfangsfläche mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet wird.
    • 11 ist eine schematische Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem die „Belastbarkeit“ in Übereinstimmung mit einer Vier-Punkt-Biegefestigkeits-Prüfmethode nach JIS R1601 2008 „Biegefestigkeits-Prüfmethode für Feinkeramik bei Raumtemperatur“ gemessen wird. 11(a) ist eine schematische Draufsicht von oben auf ein poröses Wabensegment (Probe), das in einer Prüfvorrichtung angeordnet ist.
    • 11 (b) ist eine schematische Draufsicht von einer Seitenfläche des Probensatzes auf der Prüfvorrichtung aus gesehen. 11(c) ist eine schematische Draufsicht von einer Endfläche der Probe auf der Prüfvorrichtung aus gesehen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen einer Wabenstruktur und ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen speziell beschrieben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt ist und dass verschiedene Konstruktionsänderungen und -verbesserungen auf der Grundlage der gewöhnlichen Kenntnisse eines Fachmanns vorgenommen werden können, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • (Ausführungsform 1)
  • [Struktur der Wabenstruktur 114]
  • 2 ist eine schematische Außenansicht jeweils eines porösen Wabenblockkörpers 112 und einer Wabenstruktur 114 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Die Wabenstruktur 114 wird durch Verbinden einer Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 112 über Verbindungsmaterialschichten A (113) gebildet. Der poröse Wabenblockkörper 112 wird durch Verbinden einer Vielzahl von porösen Wabensegmenten 110 über Verbindungsmaterialschichten B (111) gebildet. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der insgesamt vier poröse Wabenblockkörper 112 durch vertikales und horizontales Stapeln von jeweils zwei porösen Wabenblockkörpern 112 zusammengefügt werden, um sie miteinander zu verbinden, obwohl sie nicht darauf beschränkt sind. Zum Beispiel können drei oder mehr poröse Wabenblockkörper 112 vertikal und horizontal gestapelt werden, um sie zu verbinden, und eine unterschiedliche Anzahl von porösen Wabenblockkörpern kann vertikal bzw. horizontal gestapelt werden, um sie zu verbinden, anstatt der gleichen Anzahl. Somit kann die Wabenstruktur 114 mit einer gewünschten Größe unter Verwendung der porösen Wabenblockkörper 112 in geeigneter Weise hergestellt werden.
  • Wie in 3 gezeigt, umfasst das poröse Wabensegment 110: Trennwände 116, die eine Vielzahl von Zellen 115 definieren, um Strömungswege für ein Fluid zu bilden, die sich von einer Einströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluideinströmseite ist, zu einer Ausströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluidausströmseite ist, erstrecken; und eine äußere Umfangswand 117, die sich am äußersten Umfang befindet. Die Trennwände 116 und die äußere Umfangswand 117 werden vorzugsweise aus porösen Körpern aus SiC (Siliciumcarbid) gebildet, obwohl sie nicht darauf beschränkt sind. Sie können aus Cordierit, Mullit, Aluminiumoxid, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid und Cordierit-Siliciumcarbid-Verbundmaterial, Lithium-Aluminiumsilikat, metallischem Silicium oder einer Mischung davon gebildet werden.
  • Die Wabenstruktur 114 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung hat eine Struktur mit verschlossenen Abschnitten zur Reinigung von Feinpartikeln (Kohlenstoff-Feinpartikel und dergleichen) in einem Abgas, so dass sie als Feinpartikel-Sammelfilter wie ein Dieselmotor-Partikelfilter (DPF) und ein Benzinmotor-Partikelfilter (GPF) verwendet werden kann. 4(a) zeigt eine schematische Außenansicht der Wabenstruktur 114 in einem Zustand, in dem der Außenumfang durch Schleifen des Außenumfangs in eine Kreisform gebracht und die äußere Umfangsfläche mit einem Beschichtungsmaterial 119 beschichtet wird. 4(b) zeigt eine Querschnittsansicht der Wabenstruktur 114 senkrecht zu einer Richtung, die sich von der Einströmungsendfläche zur Ausströmungsendfläche erstreckt, in einem Zustand, in dem der Außenumfang durch Schleifen des Außenumfangs in eine Kreisform gebracht und die äußere Umfangsfläche mit dem Beschichtungsmaterial 119 beschichtet wird.
  • Mindestens ein Teil der Verbindungsmaterialschichten A (113) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 112 hat eine höhere Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten B (111) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabensegmenten 110. Wie hier verwendet, bedeutet die „Belastbarkeit“ eine Zähigkeit/Belastbarkeit eines Materials und wird durch die folgende Gleichung (1) dargestellt: Belastbarkeit = Zul ä s s i g e  Biegedehnung = Verformungsvolumen beim Bruch − Verformungsvolumen am Bruchausgangspunkt
    Figure DE102020001817A1_0001
    Die Belastbarkeit kann in Übereinstimmung mit der Vier-Punkt-Biegefestigkeits-Prüfmethode nach JIS R1601 2008 „Biegefestigkeits-Prüfmethode für Feinkeramik bei Raumtemperatur“ gemessen werden. 11 ist eine schematische Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem die „Belastbarkeit“ in Übereinstimmung mit der Vier-Punkt-Biegefestigkeits-Prüfmethode gemessen wird. 11(a) ist eine schematische Draufsicht von oben auf ein poröses Wabensegment (Probe) aus gesehen, das durch die Verbindungsmaterialschichten verbunden ist und das in einer Prüfvorrichtung angeordnet ist. 11(b) ist eine schematische Draufsicht von einer Seitenfläche der Probe aus gesehen. 11(c) ist eine schematische Draufsicht von der Endfläche der Probe auf der Prüfvorrichtung aus gesehen.
    Wie in 11 dargestellt, hat die Probe einen rechteckigen, säulenförmigen Querschnitt, und die Probe wird so auf die Prüfvorrichtung gesetzt, dass die Richtung der Zellenausdehnung die Richtung der Dicke ist. Die Probe hat eine Dicke von 12 mm, eine volle Länge von 50 mm und eine Breite von 16 mm. Die Probe wird so vorbereitet, dass die Verbindungsschicht in der Mitte in der vollen Längsrichtung angeordnet werden kann.
    Der Abstand zwischen der Prüfvorrichtung zum Anordnen der Probe und den Stützpunkten entspricht dem Namen der Testvorrichtung: 4p-40/20, Biegeverfahren: Vier-Punkt-Biegeverfahren, Abstand zwischen den äußeren Stützpunkten: 40 ± 0,1 mm, Abstand zwischen inneren Stützpunkten: 20 ± 0,1 mm, wie in Tabelle 1 - Biegeverfahren, Probe, Prüfvorrichtung und Abstand zwischen Stützpunkten von JIS R1601 2008 beschrieben.
    Die Belastbarkeit der Verbindungsmaterialschicht wird gemessen, indem eine Kraftmessdose an einer Traverse angebracht und auf die Prüfvorrichtung gelegt wird, wobei eine Kraft und eine Verschiebung während des Vier-Punkt-Biegefestigkeits-Prüfmethode wie oben beschrieben gemessen werden, um eine Spannungs-Dehnungs-Kurve (SS-Kurve) zu erhalten. In der obigen Gleichung (1) bezieht sich „beim Bruch“ auf einen Punkt, an dem die Spannung in der Spannungs-Dehnungs-Kurve Null wird, und der „Bruchausgangspunkt“ bezieht sich auf eine Streckgrenze in der Spannungs-Dehnungs-Kurve.
  • Die größere Wabenstruktur 114 führt zu einer Erhöhung der Temperaturdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite der Wabenstruktur 114, wodurch die Wärmeausdehnung in der Wabenstruktur 114 ungleichmäßig werden kann. Für ein solches Problem weist in der Wabenstruktur 114 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zumindest ein Teil der Verbindungsmaterialschichten A (113) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 112 eine höhere Belastbarkeit auf als die Verbindungsmaterialschichten B (111) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabensegmenten 110, so dass ein durch ungleichmäßige Wärmeausdehnung zwischen der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 112 verursachter Temperaturschock reduziert werden kann. Das heißt, selbst wenn ein Unterschied in der Wärmeausdehnung zwischen der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 112 auftritt, absorbieren die Verbindungsmaterialschichten A (113), die die porösen Wabenblockkörper 112 verbinden, den Unterschied in der Wärmeausdehnung aufgrund ihrer höheren Belastbarkeit, so dass der zwischen der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 112 erzeugte Temperaturschock reduziert werden kann und an den relevanten Stellen Rissbildung zufriedenstellend unterdrückt werden kann.
  • In den Verbindungsmaterialschichten A (113) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 112 kann ein Abschnitt mit höherer Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten B (111) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabensegmenten 110 den zwischen der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 112 erzeugten Temperaturschock reduzieren, selbst wenn dieser Abschnitt ein Teil der oben beschriebenen Verbindungsmaterialschichten A ist. Insbesondere ist es bevorzugt, die Verbindungsmaterialschichten A (113), die eine höhere Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten B (111) aufweisen, einem Bereich zuzuführen, in dem sich leicht Risse durch Temperaturschock bilden können. Zum Beispiel ist in einem Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Zellen 115 der Wabenstruktur 114, in der die Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 112 vertikal und horizontal gestapelt und verbunden sind, ein in der vertikalen Mitte und der horizontalen Mitte gelegener Querabschnitt, in dem Risse zu entstehen neigen, vorzugsweise die Verbindungsmaterialschicht A (113) mit höherer Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten B (111). 2 und 4 zeigen die Wabenstruktur 114, in der sich die Verbindungsmaterialschicht A (113) an einem solchen Querabschnitt befindet.
  • Ferner weisen alle Verbindungsmaterialschichten A (113) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 112 vorzugsweise eine höhere Belastbarkeit auf als die Verbindungsmaterialschichten B (111) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabensegmenten 110. Eine solche Struktur führt dazu, dass die Verbindungsmaterialschichten A (113) eine höhere Belastbarkeit an allen verbundenen Abschnitten der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 112 aufweisen, die sonst dazu neigen würden, Risse zu bilden, so dass die Schlagfestigkeit verbessert wird.
  • In der Wabenstruktur 114 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bestehen die Verbindungsmaterialschichten A (113) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 112 aus dem gleichen Material wie das der Verbindungsmaterialschichten B (111) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabensegmenten 110 und sind aus den Verbindungsmaterialschichten gebildet, die eine größere Breite als die der Verbindungsmaterialschichten B (111) aufweisen, wie in 2 und 4 dargestellt. Bei einem solchen Aufbau weisen die Verbindungsmaterialschichten A (113), die die Vielzahl der porösen Wabenblockkörper 112 verbinden, eine höhere Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten B (111) auf.
  • Die Breite jeder Verbindungsmaterialschicht A (113) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 112 kann größer sein als die jeder Verbindungsmaterialschicht B (111) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabensegmenten 110, obwohl sie nicht besonders darauf beschränkt ist. Die Breite jeder Verbindungsmaterialschicht A (113) kann sich von der jeder Verbindungsmaterialschicht B (111) unterscheiden. Die Breiten der Verbindungsmaterialschichten A (113) und der Verbindungsmaterialschichten B (111) können je nach Bedarf eingestellt werden, abhängig von der Größe der Wabenstruktur 114, den Materialien der Verbindungsmaterialschichten A (113) und der Verbindungsmaterialschichten B (111) oder der gewünschten Temperaturwechselbeständigkeit. Zum Beispiel kann die Breite jeder Verbindungsmaterialschicht A (113) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 112 eine variierende Breite in einem Bereich des 0,5- bis 2,0-fachen der Breite jeder Verbindungsmaterialschicht B (111) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabensegmenten 110 sein.
  • Die Breite jeder Verbindungsmaterialschicht ist ein Wert, der durch Messung einer Breite der Verbindungsmaterialschicht, die die Mitten einer Seite der Segmentendfläche verbindet, mittels einer Lupe mit Maßstab oder Bildverarbeitungsmessung für die Verbindungsmaterialschicht bestimmt wird, die von der Endfläche aus bestätigt werden kann, nachdem die porösen Wabensegmente 110 miteinander verbunden worden sind. Ein Wert, der durch Mittelwertbildung der Breiten aller Verbindungsmaterialschichten des porösen Wabenblockkörpers 112 erhalten wird, ist als die Breite der Verbindungsmaterialschicht B (111) definiert, wobei die Breite der Verbindungsmaterialschicht der Verbindungsmaterialschicht A (113) eine variierende Breite in einem Bereich vom 0,5- bis 2,0-fachen sein kann.
  • Die Verbindungsmaterialschichten B (111) und die Verbindungsmaterialschichten A(113) sind nicht besonders begrenzt, solange sie die Oberflächen der äußeren Umfangswände 117 mit guter Haftfestigkeit miteinander verbinden können. Die Verbindungsmaterialien, die die Verbindungsmaterialschichten B (111) und die Verbindungsmaterialschichten A (113) bilden, können z.B. anorganische Partikel sowie anorganische Fasern und kolloidale Oxide als weitere Bestandteile enthalten. Ferner können beim Verbinden der porösen Wabensegmente 110 und beim Verbinden der Vielzahl der porösen Wabenblockkörper 112 zusätzlich zu diesen Komponenten wahlweise ein organisches Bindemittel, wie Methylcellulose und Carboxymethylcellulose, ein Dispergiermittel, Wasser und dergleichen zugegeben und mit einem Kneter, wie einem Mischer, zu einer Paste gemischt und geknetet werden, die als Verbindungsmaterial verwendet werden kann.
  • Beispiele für Materialien zur Bildung der anorganischen Teilchen, die in den Verbindungsmaterialien enthalten sind, die die Verbindungsmaterialschichten B (111) und die Verbindungsmaterialschichten A(113) bilden, umfassen Keramiken, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Cordierit, Aluminiumoxid, Mullit, Zirkoniumdioxid, Zirkoniumphosphat, Aluminiumtitanat, Titanoxid und Kombinationen davon, Metallen auf Fe-Cr-Al-Basis, Metallen auf Nickelbasis, Verbundmaterialien auf Silicium-Siliciumcarbid-Basis und dergleichen.
  • Beispiele für die anorganischen Fasern, die in den Verbindungsmaterialien enthalten sind, die die Verbindungsmaterialschichten B (111) und die Verbindungsmaterialschichten A (113) bilden, sind u.a. Keramikfasern wie Aluminiumsilikat und Siliciumcarbid sowie Metallfasern wie Kupfer und Eisen. Zu den geeigneten kolloidalen Oxiden gehören Kieselsol, Aluminiumoxidsol und dergleichen. Die kolloidalen Oxide sind geeignet, dem Verbindungsmaterial eine geeignete Haftkraft zu verleihen, und können auch mit den anorganischen Fasern und den anorganischen Partikeln verbunden werden, indem sie getrocknet und entfettet werden, um ein starkes Verbindungsmaterial mit verbesserter Wärmebeständigkeit nach dem Trocknen bereitzustellen.
  • Es ist vorzuziehen, dass jeder der Vielzahl der porösen Wabenblockkörper 112 die gleiche Anzahl poröser Wabensegmente 110 enthält wie jeder andere. Eine solche Struktur führt dazu, dass jeder der Vielzahl der porösen Wabenblockkörper 112 die gleiche Größe hat, so dass die Breiten der Verbindungsmaterialschichten A (113) zum Verbinden der Vielzahl der porösen Wabenblockkörper 112 insgesamt gleichmäßig vorgesehen werden können, wodurch eine gute Temperaturwechselbeständigkeit erreicht wird. Da außerdem die porösen Wabenblockkörper 112 mit der gleichen Größe hergestellt werden können, wird die Produktionseffizienz verbessert.
  • In der Wabenstruktur 114 wird die Vielzahl der porösen Wabenblockkörper 112 gebildet, indem die gleiche Anzahl der porösen Wabenblockkörper 112 in vertikaler und horizontaler Richtung verbunden wird. Gemäß einer solchen Struktur wird, wenn der Außenumfang geschliffen und in eine kreisförmige Form gebracht wird, der zu schleifende und zu entfernende Anteil reduziert und die Produktionseffizienz verbessert, wie in 4 gezeigt.
  • Für die Wabenstruktur 114 kann ferner ein Katalysator auf den Oberflächen oder der Innenseite der Trennwände 116, die die Vielzahl der Zellen 115 definieren vorgesehen werden. Der Typ des Katalysators ist nicht besonders begrenzt und kann je nach Verwendungszweck und Anwendung der Wabenstruktur 114 entsprechend ausgewählt werden. Beispiele für den Katalysator sind Edelmetallkatalysatoren oder andere Katalysatoren. Beispiele für Edelmetallkatalysatoren sind ein Drei-Wege-Katalysator und ein Oxidationskatalysator, der durch Tragen eines Edelmetalls wie Platin (Pt), Palladium (Pd) und Rhodium (Rh) auf Oberflächen von Aluminiumoxidporen erhalten wird und einen Cokatalysator wie Ceroxid und Zirkoniumoxid enthält, oder ein Mager-Stickoxid-Einfangkatalysator (LNT-Katalysator), der ein Erdalkalimetall und Platin als Speicherkomponenten für Stickoxide (NOx) enthält. Beispiele für einen Katalysator, der das Edelmetall nicht verwendet, sind ein NOx selektiver Reduktionskatalysator (SCR-Katalysator), der einen kupfersubstituierten oder eisensubstituierten Zeolithen enthält, und ähnliches. Ferner können zwei oder mehr Katalysatoren aus der Gruppe dieser Katalysatoren verwendet werden. Das Verfahren zum Tragen des Katalysators ist nicht besonders begrenzt und kann gemäß einem herkömmlichen Verfahren zum Tragen des Katalysators auf der Wabenstruktur 114 durchgeführt werden.
  • [Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur 114]
  • Ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur 114 gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
    Zunächst werden die porösen Wabensegmente 110, wie in 3 dargestellt, hergestellt. Als Herstellungsschritt der porösen Wabensegmente 110 werden zunächst einem keramischen Rohmaterial aus einem SiC-Material ein Bindemittel, ein Dispergiermittel (Tensid), ein Porenbildner, Wasser u.ä. zugegeben und diese gemischt und geknetet, um einen Grünkörper herzustellen. Unter SiC-Material versteht man hier ein Material, das hauptsächlich auf SiC (Siliciumcarbid) basiert, einschließlich z.B. eines Materials, das nur aus SiC besteht, wie rekristallisiertes SiC, Verbundmaterialien auf Si-SiC-Basis, Verbundmaterialien auf Cordierit-SiC-Basis, metallisches, siliciumimprägniertes SiC und ähnliches.
  • Der vorbereitete Grünkörper wird dann durch ein Strangpressverfahren in eine Wabenform gebracht, um einen rohen (ungebrannten) säulenförmigen Wabenformkörper zu erhalten. Der säulenförmige, Wabenformkörper, der aus einem Extruder extrudiert wird, wird in eine geeignete Länge geschnitten. Das Strangpressverfahren kann mit einer Vorrichtung wie einem Kolbenextruder und einem kontinuierlichen Biaxialschneckenextruder durchgeführt werden. Zum Formen der Wabenform ist ein Verfahren unter Verwendung einer Düse mit einer gewünschten Zellform, Trennwanddicke und Zelldichte bevorzugt. Auf diese Weise wird das poröse Wabensegment 110 hergestellt, das der ungebrannte Wabenformkörper ist.
  • Die äußere Form jedes porösen Wabensegments 110 ist nicht besonders begrenzt und kann eine Säulenform mit rechteckigen Endflächen wie in der vorliegenden Ausführung oder eine Säulenform mit kreisförmigen Endflächen (kreisförmige Säulenform) oder eine Säulenform mit polygonalen (dreieckigen, fünfeckigen, sechseckigen, siebeneckigen, achteckigen usw.) Endflächen sein, mit Ausnahme von rechteckigen Endflächen.
  • Anschließend werden die porösen Wabensegmente 110 getrocknet. Die Trocknung kann durch dielektrische Trocknung unter Verwendung von Hochfrequenzenergie erfolgen, die erzeugt wird, indem ein Strom durch die porösen Wabensegmente 110 geleitet wird, oder durch Heißlufttrocknung, bei der Heißluft in die porösen Wabensegmente 110 eingeführt wird. Ferner kann eine natürliche Trocknung bei Raumtemperatur, Mikrowellentrocknung unter Verwendung einer Mikrowelle, Gefriertrocknung oder ähnliches oder eine Kombination mehrerer Trocknungsmethoden durchgeführt werden. Anschließend werden die porösen Wabensegmente 110 gebrannt. In diesem Fall werden die verschlossenen Abschnitte durch Sintern eines Verschlussmaterials auf beiden Endflächen des porösen Wabensegments 110 segmentartig hergestellt, um Feinpartikel (Kohlenstoff-Feinpartikel u.ä.) im Abgas zu reinigen. Der verschlossene Abschnitt ist an jeder Zelle 115 an beiden Endflächen des porösen Wabensegments 110 vorgesehen. Bei einer Zelle 115, die an einer Endfläche den verschlossenen Abschnitt aufweist, ist an der anderen Endfläche kein verschlossener Abschnitt vorgesehen. Andererseits ist der verschlossene Abschnitt an der einen Endfläche der Zelle 115 vorgesehen, wenn der verschlossene Abschnitt nicht an der anderen Endfläche vorgesehen ist. Solche verschlossenen Abschnitte können eine Filterfunktion bieten.
  • Das gebrannte poröse Wabensegment 110 wird dann entlang vier Seiten der äußeren Umfangswand 117 geschliffen, wahlweise unter Verwendung einer Schleifvorrichtung, so dass die äußere Form des porösen Wabensegments 110 eine vorbestimmte Form hat. Durch Schleifen und Entfernen der äußeren Umfangswand 117 können z.B. die äußeren Formen unter der Vielzahl der porösen Wabensegmente 110 einheitlich gemacht werden.
  • Das Verbindungsmaterial wird dann auf jedes der mehreren porösen Wabensegmente 110 zwischen den Verbindungsflächen aufgetragen, um sie über die Verbindungsmaterialschichten B (111) zu verbinden. In dem Verbindungsschritt kann eine Vielzahl von porösen Wabensegmenten 110 entlang einer L-förmigen Aufnahmeplatte über die Verbindungsmaterialschichten B (111) unter Verwendung des in 1 gezeigten Verfahrens gestapelt werden, um eine gewünschte gestapelte Struktur zu bilden, und dann wird ein Druck auf die gesamte Struktur ausgeübt, um sie zu verbinden. Auf diese Weise entsteht der poröse Wabenblockkörper 112, in dem die Vielzahl der porösen Wabensegmente 110, wie in 2 dargestellt, verbunden sind.
  • Das Verbindungsmaterial wird dann auf jeden der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 112 zwischen den Verbindungsflächen aufgetragen, um sie über die Verbindungsmaterialschichten A (113) zu verbinden. In dem Verbindungsschritt kann die Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 112 entlang einer L-förmigen Aufnahmeplatte über die Verbindungsmaterialschichten A (113) unter Verwendung des in 1 gezeigten Verfahrens gestapelt werden, um eine gewünschte gestapelte Struktur zu bilden, und dann wird ein Druck auf die gesamte Struktur ausgeübt, um sie zu verbinden. Auf diese Weise entsteht die poröse Wabenstruktur 114, in der die Vielzahl der porösen Wabenblockkörper 112 wie in 2 dargestellt verbunden sind. In diesem Fall wird die Wabenstruktur 114 so geformt, dass zumindest ein Teil der Verbindungsmaterialschichten A (113) eine höhere Belastbarkeit aufweist als die Verbindungsmaterialschichten B. In Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, wie in 2 und 4 gezeigt, sind die Verbindungsmaterialschichten A (113) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 112 so ausgebildet, dass sie eine andere Breite aufweisen als die Verbindungsmaterialschichten B (111) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabensegmenten 110, wodurch die höhere Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten B (111) erreicht wird. In Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung können beispielsweise die Verbindungsmaterialschichten A (113) aus einem anderen Material als die Verbindungsmaterialschichten B (111) hergestellt werden, ohne oder mit einer Änderung der Breite der Verbindungsmaterialschichten B (111), wodurch die Verbindungsmaterialschichten mit einer höheren Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten B (111) bereitgestellt werden.
  • Für die so hergestellte Wabenstruktur 114 kann der Außenumfang geschliffen und in eine geeignete Form, wie z.B. einen Kreis oder eine Ellipse, geformt werden, und der Außenumfang kann mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet werden.
  • Ferner kann in dem Schritt der Herstellung des porösen Wabenblockkörpers 112 zumindest die äußere Umfangswand 117 des porösen Wabensegments 110, das die äußere Umfangswand des porösen Wabenblockkörpers 112 bildet, um einen Schleifrand 118 dicker ausgebildet werden. Ferner kann das Verbindungsmaterial auf mindestens die äußere Umfangswand 117 des porösen Wabensegments 110, das die äußere Umfangswand des porösen Wabenblockkörpers 112 bildet, aufgetragen und getrocknet werden, so dass es eine um den Schleifrand 118 dickere Dicke aufweist. 5 ist eine schematische Außenansicht des porösen Wabensegments 110, in der die äußere Umfangswand 117 um den Schleifrand 118 dicker ausgebildet ist. Nachdem der Schleifrand 118 der äußeren Umfangswand 117 des porösen Wabensegments 110, das die äußere Umfangswand des so gebildeten porösen Wabenblockkörpers 112 bildet, geschliffen und entfernt ist, kann eine Vielzahl der porösen Wabenblockkörper 112 über die Verbindungsmaterialschichten A (113) verbunden werden, um die Wabenstruktur 114 zu bilden.
  • Im Schritt der Herstellung der porösen Wabensegmente 110 kann jedes poröse Wabensegment 110 mit dem Schleifrand 118 in der äußeren Umfangswand 117 hergestellt werden, indem ein Bindemitel, ein Dispergiermittel (Tensid), ein Porenbildner, Wasser und dergleichen zu einem keramischen Rohmaterial aus einem SiC-Material gegeben, gemischt und geknetet werden, um einen Grünkörper herzustellen, der dann durch ein Strangpressverfahren geformt wird. Die porösen Wabensegmente 110, von denen jedes die äußere Umfangswand 117 mit dem Schleifrand 118 aufweist, können durch ein solches Strangpressverfahren hergestellt werden, oder sie können hergestellt werden, indem man säulenförmige Wabenformkörper durch Strangpressen herstellt und dann die äußere Umfangswand 117 so formt, dass sie um den Schleifrand 18 dicker ist.
  • Die porösen Wabensegmente 110, die jeweils den Schleifrand 118 in der äußeren Umfangswand 117 haben, werden getrocknet und gebrannt, und die Schleifränder 118, die auf jeder der vier Seitenflächen der äußeren Umfangswand 117 gebildet werden, werden geschliffen und entfernt, zum Beispiel entlang gerader Linien, die durch gestrichelte Linien a-b gekennzeichnet sind, wie in 5 gezeigt. Der Schleifrand 118 wird somit entfernt, um die porösen Wabensegmente 110 herzustellen, wie in 3 gezeigt. Obwohl 5 ein Beispiel zeigt, bei dem der Schleifrand 118 auf allen vier Seitenflächen der äußeren Umfangswand 117 des porösen Wabensegments 110 gebildet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und der Schleifrand 118 kann nur auf der Seitenfläche eines Teils der äußeren Umfangswand 117 des porösen Wabensegments 110 gebildet werden, beispielsweise nur auf der Seitenfläche der äußeren Umfangswand 117 des porösen Wabensegments 110, die sich am äußersten Umfang befindet, wenn der poröse Wabenblockkörper 112 gebildet wird.
  • Der Schleifrand 118 kann mit einer Schleifvorrichtung geschliffen und entfernt werden. Zum Beispiel kann, wie in 7 gezeigt, eine Schleifvorrichtung mit einer Struktur verwendet werden, in der ein scheibenförmiger Schleifstein 141 an der Spitze einer Drehachse 140 vorgesehen ist. Entsprechend der Schleifvorrichtung können die Schleifränder 118, die jeweils an den vier Seitenflächen der äußeren Umfangswand 117 des gebrannten porösen Wabensegments 110 ausgebildet sind, allmählich geschliffen und entfernt werden, indem der Schleifstein 114 mit den Schleifrändern 118 in Kontakt gebracht wird, während der Schleifstein 141 durch einen Drehantrieb von der Drehachse 140 mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird.
  • Der Schleifstein 141 hat vorzugsweise eine Körnung in einem Bereich von # 80 bis # 120. Durch das Schleifen der äußeren Umfangswand 117 unter Verwendung des Schleifsteins 141 mit einer Körnung in einem Bereich von # 80 bis # 120 wird die Oberflächenrauhigkeit der äußeren Umfangswand 117 nach dem Schleifen und Entfernen des Schleifrandes 118 verringert und führt zu einer leichteren und gleichmäßigen Bearbeitung. Daher kann in dem später beschriebenen Verbindungsschritt der Vielzahl von porösen Wabensegmenten 110 die Vielzahl von porösen Wabensegmenten 110 mit kleineren Variationen in den äußeren Formen verbunden werden.
  • Wenn der Schleifrand 118 der äußeren Umfangswand 117 des porösen Wabensegments 110 geschliffen und entfernt wird, ist es vorzuziehen, einen weiteren Schritt des Schleifens und Entfernens des Schleifrandes 118 der äußeren Umfangswand 117 eines Teils des porösen Wabensegments 110 vorzusehen und dann das poröse Wabensegment 110 in einer Richtung parallel zu einer Richtung zu drehen, die die Einströmungsendfläche mit der Ausströmungsendfläche als eine Richtung der Drehachse verbindet, um den Schleifrand der Außenumfangswand 117 des anderen Teils des porösen Wabensegments 110 zu schleifen und zu entfernen. Insbesondere wird der Schleifrand 118 vorzugsweise geschliffen und entfernt, indem das poröse Wabensegment 110 so befestigt wird, dass die Seitenfläche des Segments parallel zu der Richtung, die die Einströmungsendfläche mit der Ausströmungsendfläche verbindet, parallel zu einem ebenen Abschnitt des rotierenden Schleifsteins ist, und indem der Schleifstein 141 nur für einen Bruchteil des Schleifrandes 118 mit dem porösen Wabensegment in Kontakt gebracht wird. Ferner wird das poröse Wabensegment 110 vorzugsweise durch Drehen in einem bestimmten Winkel geschliffen. Wenn das poröse Wabensegment 110 zum Beispiel ein rechteckiges Parallelepiped-Segment ist, kann der Schleifrand geschliffen werden, indem das poröse Wabensegment 110 am Ende des Schleifens einer oberen Fläche des porösen Wabensegments 110 unter Verwendung eines Bearbeitungszentrums zum Schleifen der vier Seiten um 90 Grad gedreht wird und das poröse Wabensegment 110 so angeordnet wird, dass eine unbearbeitete Fläche die obere Fläche ist. Bei einer solchen Konfiguration wird die Bewegung der Schleifvorrichtung effizient, z.B. wenn die Länge des porösen Wabensegments 110 in der Zellausdehnungsrichtung länger ist, so dass die Schleifeffizienz verbessert wird.
  • Die Dicke des Schleifrandes 118 des porösen Wabensegments 110 nach dem Brennen beträgt vorzugsweise 20 bis 80% der Dicke der äußeren Umfangswand 117, bevor der Schleifrand 118 geschliffen und entfernt wird. Wenn die Dicke des Schleifrandes 118 weniger als 20% der Dicke der äußeren Umfangswand 117 beträgt, bevor der Schleifrand 118 geschliffen und entfernt wird, kann das Verformungsvolumen der äußeren Form des Segments, das während des Brandes erzeugt wird, nicht absorbiert werden, was zu dem Problem führt, dass die äußere Form des Segments nicht einheitlich sein kann. Wenn ferner die Dicke des Schleifrandes 118 mehr als 80% der Dicke der äußeren Umfangswand 117 beträgt, bevor der Schleifrand 118 geschliffen und entfernt wird, und der Schleifvorgang die Dicke der äußeren Umfangswand 117 überschreitet, kann ein Sammelteil des Filers geschliffen werden, um das Innere der Zellen zu vereinheitlichen, was zu dem Problem führt, dass eine Produktfunktion (Filterleistung) reduziert wird. Die Dicke des Schleifrandes 118 des porösen Wabensegments 110 nach dem Brennen beträgt vorzugsweise 30 bis 70%, und noch bevorzugter 40 bis 60% der Dicke der äußeren Umfangswand 117, bevor der Schleifrand 118 geschliffen und entfernt wird. Obwohl der optimale Wert der Dicke des Schleifrandes 118 je nach der Struktur des porösen Wabensegments 110 variiert, neigt eine größere Länge in Richtung der Zellausdehnung dazu, die Verformung der Form während des Brennens zu erhöhen. Daher ist es bevorzugt, die Dicke des Schleifrandes 118 zu erhöhen.
  • Beim Schleifen des Schleifrandes 118 des porösen Wabensegments 110 ist es bevorzugt, das Schleifen so durchzuführen, dass die äußere Form der Vielzahl der porösen Wabensegmente 110 nach dem Schleifen gleichförmig wird. Die gleichmäßige äußere Form der Vielzahl von porösen Wabensegmenten 110 nach dem Schleifen kann beim Verbinden der porösen Wabensegmente 110 zu einer Gleichmäßigkeit der Dicken der Verbindungsschichten führen.
  • Die Vielzahl der porösen Wabensegmente 110, von denen die Schleifränder 118 abgeschliffen und entfernt wurden, können dann, wie oben beschrieben, zu dem porösen Wabenblockkörper 112 zusammengefügt werden. Weiterhin kann eine Vielzahl der porösen Wabenblockkörper 112 zusammengefügt werden, um die Wabenstruktur 114 zu bilden, wie oben beschrieben.
  • Da der Schleifrand 118 jedes porösen Wabensegments 110 geschliffen und entfernt wurde, weisen die Außenwände 117 der jeweiligen porösen Wabensegmente 110 im Verbindungsschritt gleichmäßige Oberflächeneigenschaften auf, so dass eine Variation der äußeren Formen der Wabensegmente 110 unterdrückt wird. Daher wird in dem porösen Wabenblockkörper 112, der durch Verbinden der Vielzahl von porösen Wabensegmenten 110 gebildet wird, die Variation in den Breiten der zum Verbinden verwendeten Verbindungsmaterialschichten B (111) unterdrückt, und die Erzeugung einer Verschiebung der angrenzend angeordneten porösen Wabensegmente 110 wird unterdrückt. Daher haben die porösen Wabenblockkörper 112 und die diese verwendende Wabenstruktur 114 eine konstante Wärmespannungsübertragung und unterdrücken das Problem, dass die für den Partikelfilter wie DPF oder GPF charakteristische Temperaturwechselbeständigkeit reduziert wird. Weiterhin wird ein Problem eliminiert, das durch eine Verringerung der Produktionseffizienz angegangen werden muss, um die Variation der äußeren Formen der Wabensegmente wie im Stand der Technik zu verbessern, so dass die Produktionseffizienz der Wabenstruktur 114 verbessert wird.
  • (Ausführungsform 2)
  • [Struktur der Wabenstruktur 124]
  • 7 ist eine schematische Außenansicht jeweils eines porösen Wabenblockkörpers 122 und einer Wabenstruktur 124 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Die Wabenstruktur 124 wird durch Verbinden einer Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 122 über Verbindungsmaterialschichten A (123) gebildet. Der poröse Wabenblockkörper 122 wird durch Verbinden einer Vielzahl von porösen Wabensegmenten 120 über Verbindungsmaterialschichten B (121) gebildet. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der insgesamt vier poröse Wabenblockkörper 122 durch vertikales und horizontales Stapeln von jeweils zwei porösen Wabenblockkörpern 122 zusammengefügt werden, um sie miteinander zu verbinden, obwohl sie nicht darauf beschränkt sind. Zum Beispiel können drei oder mehr poröse Wabenblockkörper 122 vertikal bzw. horizontal gestapelt werden, um sie zu verbinden, und eine unterschiedliche Anzahl von porösen Wabenblockkörpern kann vertikal und horizontal gestapelt werden, um sie zu verbinden, anstatt der gleichen Anzahl. Somit kann die Wabenstruktur 124 mit einer gewünschten Größe unter Verwendung der porösen Wabenblockkörper 122 in geeigneter Weise hergestellt werden.
  • Wie bei der in Ausführungsform 1 unter Verwendung von 3 gezeigten Struktur umfasst das poröse Wabensegment 120: Trennwände, die eine Vielzahl von Zellen definieren, um Strömungswege für ein Fluid zu bilden, die sich von einer Einströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluideinströmseite ist, zu einer Ausströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluidausströmseite ist, erstrecken; und eine äußere Umfangswand, die sich am äußersten Umfang befindet. Die Trennwände und die äußere Umfangswand werden vorzugsweise aus porösen Körpern aus SiC (Siliciumcarbid) gebildet, obwohl sie nicht darauf beschränkt sind. Sie können aus Cordierit, Mullit, Aluminiumoxid, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid und Cordierit-Siliciumcarbid-Verbundmaterial, Lithium-Aluminiumsilikat, metallischem Silicium oder einer Mischung davon gebildet werden.
  • Die Wabenstruktur 124 gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung hat eine Struktur mit verschlossenen Abschnitten zur Reinigung von Feinpartikeln (Kohlenstoff-Feinpartikel und dergleichen) in einem Abgas, so dass sie als Feinpartikel-Sammelfilter wie ein Dieselmotor-Partikelfilter (DPF) und ein Benzinmotor-Partikelfilter (GPF) verwendet werden kann. 8(a) zeigt eine schematische Außenansicht der Wabenstruktur 124 in einem Zustand, in dem der Außenumfang durch Schleifen des Außenumfangs zu einer Kreisform geformt und die äußere Umfangsfläche mit einem Beschichtungsmaterial 129 beschichtet ist. 8(b) zeigt eine Querschnittsansicht der Wabenstruktur 124 senkrecht zu einer Richtung, die sich von der Einströmungsendfläche zur Ausströmungsendfläche erstreckt, in einem Zustand, in dem der Außenumfang durch Schleifen des Außenumfangs zu einer Kreisform geformt ist und die äußere Umfangsfläche mit dem Beschichtungsmaterial 129 beschichtet ist.
  • Mindestens ein Teil der Verbindungsmaterialschichten A (123) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 122 hat eine höhere Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten B (121) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabensegmenten 120. Daher kann ein durch ungleichmäßige Wärmeausdehnung zwischen der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 122 verursachter Temperaturschock reduziert werden. Das heißt, selbst wenn ein Unterschied in der Wärmeausdehnung zwischen der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 122 auftritt, absorbieren die Verbindungsmaterialschichten A (123), die die porösen Wabenblockkörper 122 verbinden, den Unterschied in der Wärmeausdehnung aufgrund ihrer höheren Belastbarkeit, so dass der zwischen der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 122 erzeugte Temperaturschock reduziert werden kann und an den relevanten Stellen Rissbildung zufriedenstellend unterdrückt werden kann.
  • In der Wabenstruktur 124 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung bestehen die Verbindungsmaterialschichten A (123) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 122 aus einem Material mit höherer Belastbarkeit als die Verbindungsmaterialschichten B (121) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabensegmenten 120.
  • Die Verbindungsmaterialschichten B (111) sind nicht besonders begrenzt, solange sie die Oberflächen der äußeren Umfangswände der porösen Wabensegmente 120 mit guter Haftfestigkeit miteinander verbinden können. Das die Verbindungsmaterialschichten B (121) bildende Verbindungsmaterial kann z.B. anorganische Partikel sowie anorganische Fasern und kolloidale Oxide als weitere Bestandteile enthalten. Ferner kann während des Verbindens der porösen Wabensegmente 120 zusätzlich zu diesen Komponenten ein organisches Bindemittel wie Methylcellulose und Carboxymethylcellulose, ein Dispergiermittel, Wasser und dergleichen optional zugegeben und mit einem Kneter, wie z.B. einem Mischer, gemischt und geknetet werden, um eine Paste zu bilden, die als Verbindungsmaterial verwendet werden kann.
  • Beispiele für Materialien zur Bildung der anorganischen Teilchen, die in dem Verbindungsmaterial enthalten sind, das die Verbindungsmaterialschichten B (121) bildet, umfassen Keramiken, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Cordierit, Aluminiumoxid, Mullit, Zirkoniumdioxid, Zirkoniumphosphat, Aluminiumtitanat, Titanoxid und Kombinationen davon, Metallen auf Fe-Cr-AI-Basis, Metallen auf Nickelbasis, Verbundmaterialien auf Silicium-Siliciumcarbid-Basis und dergleichen.
  • Beispiele für die anorganischen Fasern, die in den Verbindungsmaterialien enthalten sind, die die Verbindungsmaterialschichten B (121) bilden, sind Keramikfasern wie Aluminosilikat und Siliciumcarbid sowie Metallfasern wie Kupfer und Eisen. Geeignete kolloidale Oxide sind z.B. Kieselsol, Aluminiumoxidsol und dergleichen. Die kolloidalen Oxide sind geeignet, dem Verbindungsmaterial eine geeignete Haftkraft zu verleihen, und können auch an die anorganischen Fasern und die anorganischen Partikel gebunden werden, indem sie getrocknet und entfettet werden, um ein starkes Verbindungsmaterial mit verbesserter Wärmebeständigkeit nach dem Trocknen zu erhalten.
  • Die Verbindungsmaterialschichten A (123) sind nicht besonders begrenzt, solange sie aus einem Material mit höherer Belastbarkeit als die Verbindungsmaterialschichten B (121) bestehen und sich die Oberflächen der äußeren Umfangswände der porösen Wabenblockkörper 122 aus SiC-Material mit guter Haftfestigkeit verbinden lassen. Beispiele für das Verbindungsmaterial, das die Verbindungsmaterialschichten B (121) bildet, die verwendet werden können, umfassen ein Verbindungsmaterial mit einer höheren Dichte (Menge) von Aluminiumoxidfasern als die des Verbindungsmaterials, das die Verbindungsmaterialschichten A (123) bildet. Ferner kann ein Verbindungsmaterial mit Aluminiumoxidfasern mit unterschiedlichen Längen verwendet werden. Darüber hinaus können die Verbindungsmaterialschichten A (123) gebildet werden, indem das Verhältnis der jeweiligen Komponenten, die in dem die Verbindungsmaterialschichten A (123) bildenden Verbindungsmaterial enthalten sind, geändert wird, oder indem ein anderes Material als die Aluminiumoxidfasern hinzugefügt wird, um die Belastbarkeit zu erhöhen, oder indem die Aluminiumoxidfasern durch dieses Material ersetzt werden.
  • In der Wabenstruktur 124 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung kann ein Teil der Verbindungsmaterialschichten A (123) aus dem Material mit höherer Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten B (121) ein Teil der Verbindungsmaterialschichten A (123) sein, aber alle Verbindungsmaterialschichten A (123) sind vorzugsweise aus diesem Material hergestellt. Eine solche Struktur führt dazu, dass die Verbindungsmaterialschichten A (123) eine höhere Belastbarkeit an allen verbundenen Abschnitten der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 122 aufweisen, die sonst dazu neigen würden, Risse zu bilden, so dass die Schlagfestigkeit verbessert wird.
  • In der Wabenstruktur 124 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass die Vielzahl der porösen Wabenblockkörper 122 die gleiche Anzahl an porösen Wabensegmenten 120 wie jeder andere enthält. Eine solche Struktur führt dazu, dass die Vielzahl der porösen Wabenblockkörper 122 die gleiche Größe hat, so dass die Breiten der Verbindungsmaterialschichten A (123) zum Verbinden der Vielzahl der porösen Wabenblockkörper 122 insgesamt gleichmäßig vorgesehen werden können, wodurch eine gute Temperaturwechselbeständigkeit erreicht wird. Da außerdem die porösen Wabenblockkörper 122 mit der gleichen Größe hergestellt werden können, wird die Produktionseffizienz verbessert.
  • In der Wabenstruktur 124 wird die Vielzahl der porösen Wabenblockkörper 122 gebildet, indem die gleiche Anzahl der porösen Wabenblockkörper 122 in vertikaler und horizontaler Richtung verbunden wird. Gemäß einer solchen Struktur wird, wenn der Außenumfang geschliffen und in eine kreisförmige Form gebracht wird, der zu schleifende und zu entfernende Anteil reduziert und die Produktionseffizienz verbessert, wie in 8 gezeigt.
  • Wie bei der Wabenstruktur 114 gemäß Ausführungsform 1 kann die Wabenstruktur 124 gemäß Ausführungsform 2 ferner Katalysatoren auf Edelmetallbasis oder andere Katalysatoren als diese enthalten, die auf den Oberflächen oder Innenseiten der Trennwände, die eine Vielzahl von Zellen definieren, vorgesehen sind.
  • [Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur 124]
  • Das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur 124 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung kann in der gleichen Weise durchgeführt werden wie das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur 114 gemäß Ausführungsform 1. D.h. zunächst können die porösen Wabensegmente 120 hergestellt werden, und das Verbindungsmaterial kann dann auf jedes der mehreren porösen Wabensegmente 120 zwischen den Verbindungsflächen aufgetragen werden, um sie über die Verbindungsmaterialschichten B (121) zu verbinden, um den porösen Wabenblockkörper 122 herzustellen. Das Verbindungsmaterial kann dann auf jeden einer Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 122 zwischen den Verbindungsflächen aufgetragen werden, um sie über die Verbindungsmaterialschicht A (123) zu verbinden, um die Wabenstruktur 124 mit den verbundenen porösen Wabenblockkörpern 122 zu erzeugen, wie in 7 gezeigt. In diesem Fall ist mindestens ein Teil der Verbindungsmaterialschichten A (123) so geformt, dass sie eine höhere Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten B aufweisen. In Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung weisen die Verbindungsmaterialschichten A (123) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 122 eine höhere Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten B (121) zum Verbinden der Vielzahl von auf porösen Wabensegmenten 120, wodurch eine höhere Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten B (121) erreicht wird.
  • Für die so hergestellte Wabenstruktur 124 kann der Außenumfang geschliffen und in eine geeignete Form, wie z.B. einen Kreis oder eine Ellipse, geformt werden, und der äußere Umfang kann mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet werden.
  • Ferner kann in dem Schritt der Herstellung der porösen Wabenblockkörper 122, wie in dem Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur 114 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung gezeigt, zumindest die äußere Umfangswand des porösen Wabensegments 120, die die äußere Umfangswand des porösen Wabenblockkörpers 122 bildet, um einen Schleifrand dicker geschliffen werden, und der Schleifrand kann vor dem Verbinden entfernt werden. Ferner kann mindestens die äußere Umfangswand des porösen Wabensegments 120, die die äußere Umfangswand des porösen Wabenblockkörpers 122 bildet, mit dem Verbindungsmaterial beschichtet und getrocknet werden, um sie um den Schleifrand dicker zu machen, und der Schleifrand kann entfernt werden.
  • (Ausführungsform 3)
  • [Struktur der Wabenstruktur 134]
  • 9 ist eine schematische Außenansicht jeweils eines porösen Wabenblockkörpers 132 und einer Wabenstruktur 134 gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. Die Wabenstruktur 134 wird durch Verbinden einer Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 132 über Verbindungsmaterialschichten A (133) gebildet. Der poröse Wabenblockkörper 132 wird durch Verbinden einer Vielzahl von porösen Wabensegmenten 130 über Verbindungsmaterialschichten B (131) gebildet. 9 zeigt eine Ausführungsform, bei der insgesamt vier poröse Wabenblockkörper 132 durch vertikales und horizontales Stapeln von jeweils zwei porösen Wabenblockkörpern 132 zusammengefügt werden, um sie miteinander zu verbinden, obwohl sie nicht darauf beschränkt sind. Zum Beispiel können drei oder mehr poröse Wabenkörper 132 vertikal bzw. horizontal gestapelt werden, um sie miteinander zu verbinden, und eine unterschiedliche Anzahl von porösen Wabenkörpern 132 kann vertikal und horizontal gestapelt werden, um sie miteinander zu verbinden, anstatt der gleichen Anzahl. Somit kann die Wabenstruktur 134 mit einer gewünschten Größe unter Verwendung der porösen Wabenblockkörper 132 in geeigneter Weise hergestellt werden.
  • Wie bei der in Ausführungsform 1 unter Verwendung von 3 gezeigten Struktur umfasst das poröse Wabensegment 130: Trennwände, die eine Vielzahl von Zellen definieren, um Strömungswege für ein Fluid zu bilden, die sich von einer Einströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluideinströmungsseite ist, zu einer Ausströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluidausströmungsseite ist, erstrecken; und eine äußere Umfangswand, die sich am äußersten Umfang befindet. Die Trennwände und die äußere Umfangswand werden vorzugsweise aus porösen Körpern aus SiC (Siliciumcarbid) gebildet, obwohl sie nicht darauf beschränkt sind. Sie können aus Cordierit, Mullit, Aluminiumoxid, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid und Cordierit-Siliciumcarbid-Verbundmaterial, Lithium-Aluminiumsilikat, metallischem Silicium oder einer Mischung davon gebildet werden.
  • Die Wabenstruktur 134 gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung hat eine Struktur mit verschlossenen Abschnitten zur Reinigung von Feinpartikeln (Kohlenstoff-Feinpartikel und dergleichen) in einem Abgas, so dass sie als Feinpartikel-Sammelfilter wie ein Dieselmotor-Partikelfilter (DPF) und ein Benzinmotor-Partikelfilter (GPF) verwendet werden kann. 10(a) zeigt eine schematische Außenansicht der Wabenstruktur 134 in einem Zustand, in dem der Außenumfang durch Schleifen des Außenumfangs zu einer Kreisform geformt und die äußere Umfangsfläche mit einem Beschichtungsmaterial 139 beschichtet ist. 10(b) zeigt eine Querschnittsansicht der Wabenstruktur 134 senkrecht zu einer Richtung, die sich von der Einströmungsendfläche zur Ausströmungsendfläche erstreckt, in einem Zustand, in dem der Außenumfang durch Schleifen des Außenumfangs zu einer Kreisform geformt ist und die äußere Umfangsfläche mit dem Beschichtungsmaterial 139 beschichtet ist.
  • Die Verbindungsmaterialschichten A (133) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 132 bestehen aus dem gleichen Material wie die Verbindungsmaterialschichten B (131) zum Verbinden der Vielzahl von porösen Wabensegmenten 130 und sind durch Verbindungsmaterialschichten gebildet, von denen zumindest ein Teil fehlt. In 9, als Beispiel, ist das Verbindungsmaterial mit einer vorbestimmten Breite auf vier Seiten auf der Seitenfläche des porösen Wabenblockkörpers 132 vorgesehen, um die Verbindungsmaterialschichten A (133) zu bilden, die jeweils einen rechteckigen Ausschnitt 136 in der Mitte aufweisen. Daher kann ein durch ungleichmäßige Wärmeausdehnung zwischen der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 132 verursachter Temperaturschock reduziert werden. Das heißt, selbst wenn ein Unterschied in der Wärmeausdehnung zwischen der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 132 auftritt, haben die Verbindungsmaterialschichten A (133) zum Verbinden der porösen Wabenblockkörper 132 die Ausschnittabschnitte 136, so dass die Ausschnitte 136 die Wärmeausdehnung reduzieren können. Daher werden die Verbindungsmaterialschichten A (133) mit den Ausschnitten 136 den Unterschied in der Wärmeausdehnung absorbieren, und als Ergebnis wird der zwischen der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 132 erzeugte Temperaturschock reduziert, so dass die Rissbildung zufriedenstellend unterdrückt werden kann.
  • Größe, Tiefe, Form, Lage und dergleichen des Ausschnitts 136 der Verbindungsmaterialschichten A (133) sind nicht besonders begrenzt und können je nach Bedarf in Abhängigkeit von der Größe der Wabenstruktur 134, den Materialien der Verbindungsmaterialschichten A (133) und der Verbindungsmaterialschichten B (131) oder der gewünschten Temperaturwechselbeständigkeit eingestellt werden. Weiterhin können die Ausschnitte 136 nicht in allen Verbindungsmaterialschichten A (133) zwischen der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 132 vorgesehen sein, aber sie sind vorzugsweise in einem Bereich vorgesehen, in dem Risse aufgrund von Temperaturschock auftreten können. Zum Beispiel sind in einem Querschnitt der Wabenstruktur 134, in der die Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 132 vertikal und horizontal gestapelt und verbunden sind, die Verbindungsmaterialschichten B (131) mit den Ausschnitten 136 vorzugsweise in einem Querschnittsabschnitt vorgesehen, der sich in der vertikalen Mitte und der horizontalen Mitte befindet, wo Risse auftreten können. 9 und 10 zeigen die Wabenstruktur 134, in der die Verbindungsmaterialschicht A (133) mit den Ausschnitten 136 in einem solchen Querabschnitt angeordnet sind. Weiterhin sind die Ausschnitte 136 vorzugsweise in allen Verbindungsmaterialschichten A (133) zwischen der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 132 vorgesehen, um die gesamte Temperaturwechselbeständigkeit der Wabenstruktur 134 zu verbessern. Darüber hinaus sind zur Verbesserung der gesamten Temperaturwechselbeständigkeit der Wabenstruktur 134 die Ausschnitte 136 vorzugsweise in derselben Größe, Tiefe, Form und Position in den Verbindungsmaterialschichten A (133) zwischen der Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 132 vorgesehen. Darüber hinaus ist es vorzuziehen, dass die Ausschnitte 136 an zentralen Abschnitten der Verbindungsmaterialschichten B (131) vorgesehen sind.
  • Die Verbindungsmaterialschichten A (133) und die Verbindungsmaterialschichten B (131) sind nicht besonders begrenzt, solange sie die Oberflächen der äußeren Umfangswände der porösen Wabensegmente 130 mit guter Haftfestigkeit miteinander verbinden können. Das Verbindungsmaterial, das die Verbindungsmaterialschichten B (131) bildet, kann z.B. anorganische Partikel sowie anorganische Fasern und kolloidale Oxide als weitere Bestandteile enthalten. Ferner kann während des Verbindens der porösen Wabensegmente 130 zusätzlich zu diesen Komponenten ein organisches Bindemittel wie Methylcellulose und Carboxymethylcellulose, ein Dispergiermittel, Wasser und dergleichen optional zugegeben und mit einem Kneter, wie z.B. einem Mischer, gemischt und geknetet werden, um eine Paste zu bilden, die als Verbindungsmaterial verwendet werden kann.
  • Beispiele für Materialien zur Bildung der anorganischen Teilchen, die in den Verbindungsmaterialien enthalten sind, die die Verbindungsmaterialschichten A (133) und die Verbindungsmaterialschichten B (131) bilden, umfassen Keramiken, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Cordierit, Aluminiumoxid, Mullit, Zirkoniumdioxid, Zirkoniumphosphat, Aluminiumtitanat, Titanoxid und Kombinationen davon, Metallen auf Fe-Cr-Al-Basis, Metallen auf Nickelbasis, Verbundmaterialien auf Silicium-Siliciumcarbid-Basis und dergleichen.
  • Beispiele für die anorganischen Fasern, die in den Verbindungsmaterialien enthalten sind, die die Verbindungsmaterialschichten A (133) und die Verbindungsmaterialschichten B (131) bilden, sind Keramikfasern wie Aluminiumsilikat und Siliciumcarbid sowie Metallfasern wie Kupfer und Eisen. Zu den geeigneten kolloidalen Oxiden gehören Kieselsol, Aluminiumoxidsol und dergleichen. Die kolloidalen Oxide sind geeignet, dem Verbindungsmaterial eine geeignete Haftkraft zu verleihen, und können auch an die anorganischen Fasern und die anorganischen Partikel gebunden werden, indem sie getrocknet und entfettet werden, um ein starkes Verbindungsmaterial mit verbesserter Wärmebeständigkeit nach dem Trocknen zu erhalten.
  • In der Wabenstruktur 134 gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass die Vielzahl der porösen Wabenblockkörper 132 die gleiche Anzahl von porösen Wabensegmenten 130 wie jeder andere enthält. Eine solche Struktur führt dazu, dass die Vielzahl der porösen Wabenblockkörper 132 die gleiche Größe hat, so dass die Breiten der Verbindungsmaterialschichten A (133) zum Verbinden der Vielzahl der porösen Wabenblockkörper 132 insgesamt gleichmäßig vorgesehen werden können, wodurch eine gute Temperaturwechselbeständigkeit erreicht wird. Da außerdem die porösen Wabenblockkörper 132 mit der gleichen Größe hergestellt werden können, wird die Produktionseffizienz verbessert.
  • In der Wabenstruktur 134 wird die Vielzahl der porösen Wabenblockkörper 132 durch Verbinden der gleichen Anzahl der porösen Wabenblockkörper 132 in vertikaler und horizontaler Richtung gebildet. Gemäß einer solchen Struktur wird, wenn der Außenumfang geschliffen und in eine kreisförmige Form gebracht wird, der zu schleifende und zu entfernende Anteil reduziert und die Produktionseffizienz verbessert, wie in 10 gezeigt.
  • Wie bei der Wabenstruktur 114 gemäß Ausführungsform 1 kann die Wabenstruktur 134 gemäß Ausführungsform 3 ferner Katalysatoren auf Edelmetallbasis oder andere Katalysatoren als diese enthalten, die auf den Oberflächen oder Innenseiten der Trennwände, die eine Vielzahl von Zellen definieren, vorgesehen sind.
  • [Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur 134]
  • Das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur 134 gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung kann in gleicher Weise wie das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur 114 gemäß Ausführungsform 1 durchgeführt werden. D.h. zunächst können die porösen Wabensegmente 130 hergestellt werden, und das Verbindungsmaterial kann dann auf jedes der mehreren porösen Wabensegmente 130 zwischen den Verbindungsflächen aufgetragen werden, um sie über die Verbindungsmaterialschichten B (131) zu verbinden, um den porösen Wabenblockkörper 132 herzustellen. Das Verbindungsmaterial kann dann auf jeden einer Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern 132 zwischen den Verbindungsflächen aufgetragen werden, um sie über die Verbindungsmaterialschicht A (133) zu verbinden, um die Wabenstruktur 134 mit den verbundenen porösen Wabenblockkörpern 132 herzustellen, wie in 9 gezeigt. In diesem Fall bestehen die Verbindungsmaterialschichten A (133) zum Verbinden der Vielzahl der porösen Wabenblockkörper aus den gleichen Materialien wie die der Verbindungsmaterialschichten B zum Verbinden der Vielzahl der Wabensegmente 130 und werden durch die Verbindungsmaterialschichten gebildet, von denen ein Teil fehlt. D.h. in der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung hat zumindest ein Teil der Verbindungsmaterialschichten A (133) zum Verbinden der Vielzahl der porösen Wabenblockkörper 132 den Ausschnitt 136.
  • Die so gebildete Wabenstruktur 134 weist eine Struktur mit verschlossenen Abschnitten zur Reinigung von Feinpartikeln (Kohlenstoff-Feinpartikel und dergleichen) in einem Abgas auf, so dass ein Feinpartikel-Sammelfilter wie ein Dieselmotor-Partikelfilter (DPF) und ein Benzinmotor-Partikelfilter (GPF) hergestellt werden kann.
  • Ferner kann in dem Schritt der Herstellung der porösen Wabenblockkörper 132, wie in dem Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur 114 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung gezeigt, zumindest die äußere Umfangswand des porösen Wabensegments 130, die die äußere Umfangswand des porösen Wabenblockkörpers 132 bildet, um einen Schleifrand dicker geschliffen werden, und der Schleifrand kann vor dem Verbinden entfernt werden. Ferner kann zumindest die äußere Umfangswand des porösen Wabensegments 130, die die äußere Umfangswand des porösen Wabenblockkörpers 132 bildet, mit dem Verbindungsmaterial beschichtet und getrocknet werden, um sie um den Schleifrand dicker zu machen, und der Schleifrand kann vor dem Verbinden entfernt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10, 110, 120, 130
    poröses Wabensegment
    20
    Klebstoffschicht
    30
    Aufnahmeplatte
    40, 112, 122, 132
    poröser Wabenblockkörper
    111, 121, 131
    Verbindungsmaterialschicht B
    113, 123, 133
    Verbindungsmaterialschicht A
    114, 124, 134
    Wabenstruktur
    115
    Zelle
    116
    Trennwand
    117
    äußere Umfangswand
    118
    Schleifrand
    119, 129, 139
    Beschichtungsmaterial
    136
    Ausschnitt
    140
    Drehachse
    141
    Schleifstein
  • 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 2004262670 A [0004]

Claims (10)

  1. Wabenstruktur, umfassend eine Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern, die über Verbindungsmaterialschichten A verbunden sind, wobei jeder der porösen Wabenblockkörper eine Vielzahl von porösen Wabensegmenten umfasst, die über Verbindungsmaterialschichten B verbunden sind, wobei jedes der porösen Wabensegmente umfasst: Trennwände, die eine Vielzahl von Zellen definieren, um Strömungswege für ein Fluid zu bilden, wobei sich jede der Zellen von einer Einströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluideinströmseite ist, zu einer Ausströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluidausströmseite ist, erstreckt; und eine äußere Umfangswand, die am äußersten Umfang angeordnet ist, und wobei mindestens ein Teil der Verbindungsmaterialschichten A eine höhere Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten B aufweist.
  2. Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei die Verbindungsmaterialschichten (A), die eine höhere Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten (B) aufweisen, aus demselben Material wie die Verbindungsmaterialschichten (B) hergestellt sind, und die Verbindungsmaterialschichten (A) Verbindungsmaterialschichten umfassen, die jeweils eine Breite aufweisen, die sich von der jeder der Verbindungsmaterialschichten (B) unterscheidet.
  3. Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei die Verbindungsmaterialschichten (A), die eine höhere Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten (B) aufweisen, aus einem Material hergestellt sind, das eine höhere Belastbarkeit als die eines die Verbindungsmaterialschichten (B) bildenden Materials aufweist.
  4. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei alle Verbindungsmaterialschichten (A) eine höhere Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten (B) aufweisen.
  5. Wabenstruktur, umfassend eine Vielzahl von porösen Wabenblockkörpern, die über Verbindungsmaterialschichten A verbunden sind, wobei jeder der porösen Wabenblockkörper eine Vielzahl von porösen Wabensegmenten umfasst, die über Verbindungsmaterialschichten B verbunden sind, wobei jedes der porösen Wabensegmente umfasst: Trennwände, die eine Vielzahl von Zellen definieren, um Strömungswege für ein Fluid zu bilden, wobei sich jede der Zellen von einer Einströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluideinströmseite ist, zu einer Ausströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluidausströmseite ist, erstreckt; und eine äußere Umfangswand, die am äußersten Umfang angeordnet ist, und wobei die Verbindungsmaterialschichten A aus dem gleichen Material wie das der Verbindungsmaterialschichten B gebildet sind und die Verbindungsmaterialschichten A Verbindungsmaterialschichten umfassen, von denen zumindest ein Teil fehlt.
  6. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vielzahl der porösen Wabenblöcke die gleiche Anzahl der porösen Wabensegmente aufweist.
  7. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wabenstruktur durch Verbinden der gleichen Anzahl der porösen Wabenblockkörper in vertikaler Richtung und in horizontaler Richtung gebildet wird.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst Verbinden einer Vielzahl von porösen Wabensegmenten über Verbindungsmaterialschichten B, um poröse Wabenblockkörper zu bilden, wobei jedes der porösen Wabensegmente umfasst: Trennwände, die eine Vielzahl von Zellen definieren, um Strömungswege für ein Fluid zu bilden, wobei sich jede der Zellen von einer Einströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluideinströmungsseite ist, zu einer Ausströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluidausströmungsseite ist, erstreckt; und eine äußere Umfangswand, die am äußersten Umfang angeordnet ist; und Verbinden der porösen Wabenblockkörper über Verbindungsmaterialschichten A zur Erzeugung einer Wabenstruktur, wobei mindestens ein Teil der Verbindungsmaterialschichten A eine höhere Belastbarkeit als die der Verbindungsmaterialschichten B aufweist.
  9. Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst Verbinden einer Vielzahl von porösen Wabensegmenten über Verbindungsmaterialschichten B, um poröse Wabenblockkörper zu bilden, wobei jedes der porösen Wabensegmente umfasst: Trennwände, die eine Vielzahl von Zellen definieren, um Strömungswege für ein Fluid zu bilden, wobei sich jede der Zellen von einer Einströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluideinströmungsseite ist, zu einer Ausströmungsendfläche, die eine Endfläche auf einer Fluidausströmungsseite ist, erstreckt; und eine äußere Umfangswand, die am äußersten Umfang angeordnet ist; und Verbinden der porösen Wabenblockkörper über Verbindungsmaterialschichten A zur Erzeugung einer Wabenstruktur, wobei die Verbindungsmaterialschichten A aus dem gleichen Material wie das der Verbindungsmaterialschichten B gebildet sind und die Verbindungsmaterialschichten A Verbindungsmaterialschichten umfassen, von denen zumindest ein Teil fehlt.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Verfahren die Durchführung des Schrittes des Verbindens der porösen Wabenblockkörper über die Verbindungsmaterialschichten A zur Herstellung der Wabenstruktur umfasst, nachdem mindestens die äußere Umfangswand jedes der porösen Wabensegmente, die eine äußere Umfangswand jedes der porösen Wabenblockkörper bilden, durch einen Schleifrand dicker ausgebildet ist, oder das Verbindungsmaterial in dem Schritt der Herstellung der porösen Wabenblockkörper auf mindestens die äußere Umfangswand jedes der porösen Wabensegmente, die die äußere Umfangswand jedes der porösen Wabenblockkörper bilden, aufgetragen und getrocknet wird, so dass es eine um den Schleifrand dickere Dicke aufweist, und anschließend Schleifen und Entfernen des Schleifrandes der äußeren Umfangswand jedes der porösen Wabensegmente, die die äußere Umfangswand jedes der porösen Wabenblockkörper bilden.
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