DE102022200179A1

DE102022200179A1 - Verfahren zur herstellung einer leitfähigen wabenstruktur und verfahren zur herstellung eines elektrisch beheizten trägers

Info

Publication number: DE102022200179A1
Application number: DE102022200179.6A
Authority: DE
Inventors: Moriaki Matoba; Masahiro Tokuda; Hiroki KITABAYASHI
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2021-03-02
Filing date: 2022-01-11
Publication date: 2022-09-08
Also published as: US20220281136A1; US11872721B2; CN114988883A

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer leitenden Wabenstruktur enthält Folgendes: Einen Formungsschritt zum Extrudieren eines Formungsrohmaterials, um einen Wabenformkörper zu erhalten; einen Trocknungsschritt zum Trocknen des Wabenformkörpers, um einen Wabentrockenkörper zu erhalten; und einen Brennschritt zum Brennen des Wabentrockenkörpers, um einen Wabenbrennkörper zu erhalten. Der Formungsschritt enthält ein Steuern eines Volumenanteils eines Abschnitts des Wabenformkörpers, der Poren bilden kann, derart, dass ein Betrag einer Differenz des Volumenanteils des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in vorgegebenen Bereichen des Wabenformkörpers in Bezug auf eine vorab eingestellte vorgegebene Porosität des Wabenbrennkörpers innerhalb von 0,5 % liegt. Die vorgegebene Porosität ist eine Porosität, die für jeden der vorgegebenen Bereiche des Wabenbrennkörpers voreingestellt ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer leitenden Wabenstruktur und ein Verfahren zum Herstellen eines elektrisch heizenden Trägers.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Kürzlich wurden elektrisch erhitzte Katalysatoren (EHCs) vorgeschlagen, um eine Abnahme einer Abgasreinigungsleistungsfähigkeit unmittelbar nach dem Kraftmaschinenstart zu verbessern. Zum Beispiel ist der EHC konfiguriert, Metallelektroden zu einer säulenförmigen Wabenstruktur, die aus leitenden Keramiken hergestellt ist, zu verbinden und einen Strom zu leiten, um die Wabenstruktur selbst zu erhitzen und dadurch zu ermöglichen, dass eine Temperatur vor dem Kraftmaschinenstart zu einer Aktivierungstemperatur des Katalysators erhöht wird.
Patentliteratur 1 offenbart eine Wabenstruktur, die eine Struktur besitzt, in der in einem Querschnitt senkrecht zu einer Ausdehnungsrichtung von Zellen ein elektrischer Widerstand in einem Zentralbereich kleiner als in einem Außenumfangsbereich ist, um die die Energie zu verringern, die verwendet wird, wenn eine Spannung angelegt wird, um ein Abgas in einem EHC zu reinigen.
Patentliteratur 2 offenbart eine Wabenstruktur, in der eine Wabenstruktur aus einem Außenumfangsbereich, der eine Seitenfläche enthält, einem Zentralbereich, der ein Bereich des Zentrums ist, und einem Zwischenbereich mit Ausnahme des Außenumfangsbereichs und des Zentralbereichs besteht und ein durchschnittlicher elektrischer Widerstand A eines Materials, das den Außenumfangsbereich bildet, ein durchschnittlicher elektrischer Widerstand B eines Materials, das den Zentralbereich bildet, und ein durchschnittlicher elektrischer Widerstand C eines Materials, das den Zwischenbereich bildet, die Beziehung A ≤ B < C erfüllen, um eine Abweichung einer Wärmeerzeugungsverteilung niederzuhalten und eine gleichmäßige Wärmeerzeugung im EHC im Vergleich zum Stand der Technik zu erreichen.
ENTGEGENHALTUNGSLISTE
Patentliteratur

[Patentliteratur 1] Japanisches Patent Nr. 6111122 B
[Patentliteratur 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2019-173663 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Stand der Technik, der in Patentliteratur 1 und 2 offenbart ist, wird die elektrische Widerstandsverteilung in der Wabenstruktur, die oben beschrieben ist, durch Steuern der Materialien, die die Wabenstruktur bilden, oder durch Steuern von Brennbedingungen in einem Brennschritt in einem Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur gesteuert. Allerdings muss die gewünschte elektrische Widerstandsverteilung aufgrund einer Anfälligkeit für Schwankungen der Atmosphäre oder der Temperatur in und zwischen Öfen, die zum Brennen verwendet werden, nicht stabil gebildet werden und es besteht noch Raum zur Verbesserung.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Umstände gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zum Herstellen einer leitenden Wabenstruktur und ein Verfahren zum Herstellen eines elektrisch heizenden Trägers, der eine gewünschte elektrische Widerstandsverteilung in einer Wabenstruktur durch ein einfaches Verfahren stabil bilden kann, zu schaffen.
Das oben beschriebene Problem wird durch die folgende vorliegende Erfindung gelöst und die vorliegende Offenbarung ist wie folgt spezifiziert:

(1) Ein Verfahren zum Herstellen einer leitenden Wabenstruktur, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
- einen Formungsschritt zum Extrudieren eines Formungsrohmaterials, das ein leitendes Keramikrohmaterial enthält, um einen Wabenformkörper zu erhalten, wobei der Wabenformkörper Folgendes umfasst: eine Außenumfangswand und eine Trennwand, die auf einer Innenseite der Außenumfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, um einen Strömungskanal zu bilden, der von einer Stirnfläche zur weiteren Stirnfläche verläuft;
- einen Trocknungsschritt zum Trocknen des Wabenformkörpers, um einen Wabentrockenkörper zu erhalten; und
- einen Brennschritt zum Brennen des Wabentrockenkörpers, um einen Wabenbrennkörper zu erhalten, wobei
- der Formungsschritt einen Schritt des Steuerns eines Volumenanteils eines Abschnitts des Wabenformkörpers, der Poren bilden kann, derart, dass ein Betrag einer Differenz des Volumenanteils des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in vorgegebenen Bereichen des Wabenformkörpers in Bezug auf eine vorab eingestellte vorgegebene Porosität des Wabenbrennkörpers innerhalb von 0,5 % liegt, umfasst; und
- die vorgegebene Porosität eine Porosität ist, die für jeden der vorgegebenen Bereiche in einem Querschnitt senkrecht zu einer Strömungskanalrichtung der Zellen des Wabenbrennkörpers voreingestellt ist.
(2) Ein Verfahren zum Herstellen einer leitenden Wabenstruktur, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
- einen Formungsschritt zum Extrudieren eines Formungsrohmaterials, das ein leitendes Keramikrohmaterial enthält, um einen Wabenformkörper zu erhalten, wobei der Wabenformkörper Folgendes umfasst: eine Außenumfangswand und eine Trennwand, die auf einer Innenseite der Außenumfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, um einen Strömungskanal zu bilden, der von einer Stirnfläche zur weiteren Stirnfläche verläuft;
- einen Trocknungsschritt zum Trocknen des Wabenformkörpers, um einen Wabentrockenkörper zu erhalten; und
- einen Brennschritt zum Brennen des Wabentrockenkörpers, um einen Wabenbrennkörper zu erhalten, wobei
- der Trocknungsschritt einen Schritt des Steuerns eines Volumenanteils eines Abschnitts des Wabentrockenkörpers, der Poren bilden kann, derart, dass ein Betrag einer Differenz des Volumenanteils des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in vorgegebenen Bereichen des Wabentrockenkörpers in Bezug auf eine vorab eingestellte vorgegebene Porosität des Wabenbrennkörpers innerhalb von 0,5 % liegt, umfasst; und
- die vorgegebene Porosität eine Porosität ist, die für jeden der vorgegebenen Bereiche in einem Querschnitt senkrecht zu einer Strömungskanalrichtung der Zellen des Wabenbrennkörpers voreingestellt ist.
(3) Das Verfahren zum Herstellen der leitenden Wabenstruktur nach (1) oder (2), wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst:
- Herstellen eines Wabenbrennkörpers mit ungebrannten Elektrodenabschnitten durch Aufbringen eines Elektrodenabschnitt-Formungsrohmaterials, das ein Keramikrohmaterial enthält, auf eine Seitenfläche des Wabenbrennkörpers und sein Trocknen, um ein Paar von ungebrannten Elektrodenabschnitten an einer Außenoberfläche der Außenumfangswand über eine Mittelachse des Wabenbrennkörpers derart zu bilden, dass sie in Form eines Streifens in der Strömungskanalrichtung der Zellen verlaufen, und
- Brennen des Wabenbrennkörpers mit ungebrannten Elektrodenabschnitten, um eine leitende Wabenstruktur zu erzeugen, die ein Paar Elektrodenabschnitte besitzt.
(4) Ein Verfahren zum Herstellen eines elektrisch heizenden Trägers, wobei das Verfahren einen Schritt des elektrischen Verbindens einer Metallelektrode mit jedem Element des Paars von Elektrodenabschnitten der leitenden Wabenstruktur, die gemäß dem Verfahren nach (3) erzeugt wird, umfasst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Verfahren zum Herstellen einer leitenden Wabenstruktur und ein Verfahren zum Herstellen eines elektrisch heizenden Trägers, der eine gewünschte elektrische Widerstandsverteilung in einer Wabenstruktur durch ein einfaches Verfahren stabil bilden kann, zu schaffen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Außenansicht einer Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Querschnittansicht zum Erläutern eines „Zentralbereichs“ und eines „Außenumfangsbereichs“ einer Wabenstruktur (eines Brennkörpers) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine schematische Querschnittansicht eines elektrisch heizenden Trägers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zu einer Ausdehnungsrichtung von Zellen senkrecht ist;
4: jede von 4 (a) und 4 (b) ist eine schematische Ansicht zum Erläutern, wie ein Wabenformkörper aus einer Gussmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung extrudiert wird, um ein Unregelmäßigkeitsmuster bei einer Spitze des Wabenformkörpers zu bilden; und
5: jede von 5 (a) bis 5 (d) ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Beispiel eines Unregelmäßigkeitsmusters bei einer Spitze eines Wabenformkörpers, der aus einer Gussmaschine extrudiert wurde, veranschaulicht.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen konkret beschrieben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt ist, und verschiedene Entwurfsänderungen und Verbesserungen können auf der Grundlage des üblichen Wissens eines Fachmanns vorgenommen werden, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
(1. Wabenstruktur)
1 ist eine schematische Außenansicht einer Wabenstruktur 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Wabenstruktur 10 enthält einen säulenförmigen Wabenstrukturabschnitt 11 und Elektrodenabschnitte 13a, 13b. Die Wabenstruktur 10 muss die Elektrodenabschnitte 13a, 13b nicht enthalten.
(1-1. Säulenförmiger Wabenstrukturabschnitt)
Die säulenförmige Wabenstrukturpartition 11 enthält Folgendes: eine Außenumfangswand 12 und eine Trennwand 19, die auf einer Innenseite der Außenumfangswand 12 angeordnet ist und mehrere Zellen 18 definiert, die jeweils von einer Stirnfläche zu einer weiteren Stirnfläche verlaufen, um einen Strömungskanal zu bilden.
Eine Außenform des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 11 ist nicht besonders beschränkt, solange sie säulenförmig ist. Zum Beispiel kann der Wabenstrukturabschnitt eine Form wie z. B. eine Säulenform mit kreisförmigen Stirnflächen (eine zylindrische Form), eine Säulenform mit ovalen Stirnflächen und eine Säulenform mit polygonalen (viereckigen, fünfeckigen, sechseckigen, siebeneckigen, achteckigen usw.) Stirnflächen besitzen. Die Größe des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 11 ist zum Zweck des Verbesserns eines Wärmewiderstands (des Unterdrückens von Rissen, die in einer Umfangsrichtung in die Außenumfangswand eintreten) derart gestaltet, dass eine Fläche der Stirnflächen bevorzugt im Bereich von 2000 bis 20000 mm² und stärker bevorzugt im Bereich von 5000 bis 15000 mm² liegt.
Der säulenförmige Wabenstrukturabschnitt 11 ist aus einem Material hergestellt, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Oxidkeramiken wie z. B. Aluminiumoxid, Mullit, Zirkonoxid und Cordierit und Nichtoxidkeramiken wie z. B. Siliziumkarbid, Siliziumnitrid und Aluminiumnitrid besteht, obwohl es nicht darauf beschränkt ist. Siliziumkarbid-Metallsilizum-Verbundmaterialien und Siliziumkarbid-Graphit-Verbundmaterialien können auch verwendet werden. Unter diesen enthält das Material des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 11 hinsichtlich des Erreichens sowohl einer Wärmebeständigkeit als auch einer elektrischen Leitfähigkeit bevorzugt Keramiken hauptsächlich auf der Grundlage des Silizium-Silizumkarbid-Verbundwerkstoffs oder von Siliziumkarbid. Die Wortverbindung „der säulenförmige Wabenstrukturabschnitt 11 verwendet hauptsächlich einen Silikon-Silizumkarbid-Verbundwerkstoff als Grundlage“ wie hier verwendet bedeutet, dass der säulenförmige Wabenstrukturabschnitt 11 90 Massen-% oder mehr des Silizium-Silizumkarbid-Verbundwerkstoffs (Gesamtmasse) auf der Grundlage des gesamten Wabenstrukturabschnitts enthält. Hier enthält der Silizium-Silizumkarbid-Verbundwerkstoff Siliziumkarbidpartikel als ein Aggregat und Silizium als ein Bindematerial zum Verbinden der Siliziumkarbidpartikel und mehrere Siliziumkarbidpartikel werden bevorzugt durch Silizium verbunden, um Poren zwischen den Siliziumkarbidpartikeln zu bilden. Die Wortverbindung „der säulenförmige Wabenstrukturabschnitt 11 verwendet hauptsächlich Siliziumkarbid als Grundlage“ wie hierin verwendet bedeutet, dass der säulenförmige Wabenstrukturabschnitt 11 90 Massen-% oder mehr des Siliziumkarbids (Gesamtmasse) auf der Grundlage des gesamten Wabenstrukturabschnitts enthält.
Wenn der säulenförmige Wabenstrukturabschnitt 11 den Silizium-Silizumkarbid-Verbundwerkstoff enthält, liegt ein Verhältnis einer „Masse eines Siliziums als ein Bindematerial“, das im säulenförmigen Wabenstrukturabschnitt 11 enthalten ist, zur Gesamtmenge einer „Masse von Siliziumkarbidpartikeln als ein Aggregat“, die im säulenförmigen Wabenstrukturabschnitt 11 enthalten sind, und einer „Masse eines Siliziums als ein Bindematerial“, das im säulenförmigen Wabenstrukturabschnitt 11 enthalten ist, bevorzugt im Bereich von 10 bis 40 Massen-% und stärker bevorzugt im Bereich von 15 bis 35 Massen-%.
Eine Form jeder Zelle in einem Querschnitt senkrecht zu einer Ausdehnungsrichtung der Zellen 18 ist nicht beschränkt, jedoch ist sie bevorzugt ein Viereck, ein Sechseck, ein Achteck oder eine Kombination davon. Unter diesen sind hinsichtlich eines einfachen Erreichens sowohl einer Strukturfestigkeit als auch einer Heizgleichmäßigkeit das Viereck und das Sechseck bevorzugt.
Die Trennwand 19, die die Zellen 18 definiert, besitzt bevorzugt eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 0,3 mm und stärker bevorzugt im Bereich von 0,15 bis 0,25 mm. Wie hierin verwendet ist die Dicke der Trennwand 19 als eine Länge eines Abschnitts, der die Trennwand 19 durchläuft, unter Liniensegmenten, die Schwerpunkte der benachbarten Zellen 18 im Querschnitt senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der Zellen 18 verbinden, definiert.
Der säulenförmige Wabenstrukturabschnitt 11 besitzt im Querschnitt senkrecht zur Strömungskanalrichtung der Zellen 18 bevorzugt eine Zellendichte im Bereich von 40 bis 150 Zellen/cm² und stärker bevorzugt im Bereich von 70 bis 100 Zellen/cm². Die Zellendichte in einem derartigen Bereich kann die Reinigungsleistungsfähigkeit des Katalysators erhöhen, während sie den Druckverlust aufgrund des Strömens eines Abgases verringert. Die Zellendichte ist ein Wert, der durch Teilen der Anzahl von Zellen durch eine Fläche einer Stirnfläche des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 11 mit Ausnahme des Abschnitts der Außenumfangswand 12 erhalten wird.
Die Bereitstellung der Außenumfangswand 12 des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 11 ist nützlich hinsichtlich des Sicherstellens der Strukturfestigkeit des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 11 und des Verhinderns, dass ein Fluid, das durch die Zellen 18 strömt, aus der Außenumfangswand 12 austritt. Insbesondere ist die Dicke der Außenumfangswand 12 bevorzugt 0,05 mm oder mehr und stärker bevorzugt 0,1 mm oder mehr und nochmals stärker bevorzugt 0,15 mm oder mehr. Allerdings wird, wenn die Außenumfangswand 12 zu dick ist, die Festigkeit zu hoch, derart, dass ein Festigkeitsausgleich zwischen der Außenumfangswand 12 und der Trennwand 19 zum Verringern der Wärmeschockbeständigkeit verlorengeht. Außerdem nimmt die Wärmekapazität zum Erzeugen einer Temperaturdifferenz zwischen der Innenumfangsseite und der Außenumfangsseite der Außenumfangswand zu, derart, dass die Wärmeeinwirkungsbeständigkeit abnimmt. Von diesen Standpunkten ist die Dicke der Außenumfangswand 12 bevorzugt 1,0 mm oder weniger und stärker bevorzugt 0,7 mm oder weniger und nochmals stärker bevorzugt 0,5 mm oder weniger. Wie hierin verwendet ist die Dicke der Außenumfangswand 12 als eine Dicke der Außenumfangswand 12 in einer Richtung einer Normallinie zu einer Tangente bei einem Messpunkt definiert, wenn ein Abschnitt der Außenumfangswand 12, der einer Dickenmessung unterworfen werden soll, im Querschnitt senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der Zellen betrachtet wird.
Die Trennwand 19 des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 11 besitzt bevorzugt einen durchschnittlichen Porendurchmesser im Bereich von 2 bis 15 µm und stärker bevorzugt im Bereich von 4 bis 8 µm. Der durchschnittliche Porendurchmesser ist ein Wert, der durch ein Quecksilberporosimeter gemessen wird.
Die Trennwand 19 besitzt Poren. Die Trennwand 19 besitzt bevorzugt eine Porosität im Bereich von 35 bis 60 % und stärker bevorzugt im Bereich von 35 bis 45 %. Die Porosität ist ein Wert, der durch ein Quecksilberporosimeter gemessen wird.
Wie in 2 gezeigt ist, kann in einem Querschnitt senkrecht zu einer Strömungskanalrichtung der Zellen 18 die Wabenstruktur 10 derart konfiguriert sein, dass ein Betrag einer Differenz zwischen einer Porosität eines Zentralbereichs vom Zentrum zu 1/2r des Querschnitts und einer Porosität eines Umfangsbereichs von 1/2r zu r innerhalb von 0,5 % liegt, wobei r ein Radius des Querschnitts der Wabenstruktur 10 ist. 2 zeigt eine vereinfachte Außenform des Querschnitts der Wabenstruktur 10 und lässt die Zellen 18, die Trennwand 19 und die Außenumfangswand 12 und dergleichen aus. Gemäß einer derartigen Konfiguration der Wabenstruktur 10 wird die Porosität des Außenbereichs (des Außenumfangsbereichs) zum definierten Zahlenwertbereich in Bezug auf die Porosität des Innenbereichs (des Zentralbereichs) vom Zentrum in der radialen Richtung im Querschnitt senkrecht zur Strömungskanalrichtung der Zellen 18 gesteuert, derart, dass ein elektrischer Widerstand des Außenumfangsbereichs zum definierten Bereich in Bezug auf einen elektrischen Widerstand des Zentralbereichs gesteuert werden kann. Deshalb ist es, wenn die Wabenstruktur 10 für den EHC verwendet wird, nach Bedarf möglich, eine gewünschte Wirkung des Verringerns einer Energie, die verwendet wird, um das Abgas durch Anlegen einer Spannung zu reinigen, oder des Niederhaltens der Abweichung der Wärmeerzeugungsverteilung und des Erreichens einer gleichförmigen Wärmeerzeugung oder dergleichen zu erhalten.
Die Differenz zwischen der Porosität des Zentralbereichs vom Zentrum zu 1/2r des Querschnitts und der Porosität des Außenumfangsbereichs von 1/2r zu r kann -0,5 % oder weniger, +0,5 % oder mehr oder -1 % oder weniger, +1 % oder mehr sein. Das bedeutet, dass der Betrag der Differenz zwischen der Porosität des Zentralbereichs vom Zentrum zu 1/2r des Querschnitts und der Porosität des Umfangsbereichs von 1/2r zu r bevorzugt 0,5 % oder mehr und stärker bevorzugt 1 % oder mehr ist. Die Differenz zwischen den Porositäten des Zentralbereichs und des Außenumfangsbereichs ermöglicht eine Optimierung der Festigkeitsverteilung in der Wabenstruktur 10 bezüglich der thermischen Haltbarkeit. Die Obergrenze ist nicht besonders beschränkt, jedoch kann sie -5 % oder mehr, +5 % oder weniger sein.
Der säulenförmige Wabenstrukturabschnitt 11 ist aus Keramiken hergestellt und besitzt eine elektrische Leitfähigkeit. Der elektrische Widerstand der Keramik ist nicht besonders beschränkt, solange der säulenförmige Wabenstrukturabschnitt 11 durch Stromwärme aufgrund elektrischen Leitens Wärme erzeugen kann. Der elektrische Widerstand liegt bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 200 Ωcm und stärker bevorzugt im Bereich von 1 bis 200 Ωcm. Wie hierin verwendet ist der elektrische Widerstand des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 11 ein Wert, der bei 400 °C durch ein Vierpolverfahren gemessen wird.
Eine elektrische Widerstandsverteilung in der Wabenstruktur 10 kann wahlweise zu einem gewünschten Verteilungszustand gesteuert werden. Für die elektrische Widerstandsverteilung in der Wabenstruktur 10 kann eine elektrische Widerstandsverteilung des Außenumfangsbereichs von 1/2r zu r zu einem vorgegebenen Bereich in Bezug auf einen elektrischen Widerstand des Zentralbereichs vom Zentrum zu 1/2r gesteuert werden, wobei r der Radius des Querschnitts der Wabenstruktur 10 im Querschnitt senkrecht zur Strömungskanalrichtung der Zellen 18 ist. Eine derartige Konfiguration kann eine gewünschte Wirkung des Verringerns der Energie, die verwendet wird, um das Abgas durch Anlegen der Spannung zu reinigen, oder des Niederhaltens der Abweichung der Wärmeerzeugungsverteilung und des Erreichens einer gleichförmigen Wärmeerzeugung oder dergleichen schaffen, wenn die Wabenstruktur 10 für den EHC verwendet wird. Ferner kann die elektrische Widerstandsverteilung in der Wabenstruktur 10 derart gesteuert werden, dass der elektrische Widerstand des Zentralbereichs in einem Querschnitt senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der Zellen 18 kleiner als der des Außenumfangsbereichs ist, um die die Energie zu verringern, die verwendet wird, wenn die Spannung angelegt wird, um das Abgas zu reinigen, wie z. B. in Patentliteratur 1 offenbart ist. Außerdem kann, wie in Patentliteratur 2 offenbart ist, die elektrische Widerstandsverteilung in der Wabenstruktur 10 derart gesteuert werden, dass die Wabenstruktur 10 aus einem Außenumfangsbereich, der eine Seitenfläche enthält, einem Zentralbereich, der ein Bereich bei dem Zentrum ist, und einem Zwischenbereich mit Ausnahme des Außenumfangsbereichs und des Zentralbereichs, zusammengesetzt ist, wobei ein durchschnittlicher elektrischer Widerstand A eines Materials, das den Außenumfangsbereich bildet, ein durchschnittlicher elektrischer Widerstand B eines Materials, das den Zentralbereich bildet, und ein durchschnittlicher elektrischer Widerstand C eines Materials, das den Zwischenbereich bildet, die Beziehung: A ≤ B < C erfüllen, um eine Abweichung der Wärmeerzeugungsverteilung niederzuhalten und eine gleichförmige Wärmeerzeugung zu erreichen. Zusätzlich zu diesen Konfigurationen kann die elektrische Widerstandsverteilung in der Wabenstruktur 10 derart gesteuert werden, dass sie gleichförmig ist, oder kann je nach Einsatzzweck zu verschiedenen weiteren elektrischen Widerstandsverteilungen gesteuert werden. In der vorliegenden Erfindung kann die elektrische Widerstandsverteilung in der Ebene durch Sammeln einer Probe jedes Bereichs in der Wabenstruktur 10 und Messen des elektrischen Widerstands jeder Probe und seines Abbildens unter Verwendung eines Vierpolverfahrens oder dergleichen gemessen werden.
(1-2. Elektrodenabschnitt)
Die Wabenstruktur 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein Paar Elektrodenabschnitte 13a, 13b an einer Außenoberfläche der Außenumfangswand 12 über eine Mittelachse des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 11 derart, dass sie in Form eines Streifens in der Strömungskanalrichtung der Zellen 18 verlaufen. Indem somit das Paar Elektrodenabschnitte 13a, 13b geschaffen wird, kann eine gleichförmige Wärmeerzeugung der Wabenstruktur verbessert werden. Vom Standpunkt, dass ein Strom sich in einer axialen Richtungjedes der Elektrodenabschnitte 13a, 13b einfach ausbreitet, ist es wünschenswert, dass jedes der Elektrodenabschnitte 13a, 13b über eine Länge von 80 % oder mehr und bevorzugt 90 % oder mehr und stärker bevorzugt die gesamte Länge zwischen beiden Stirnflächen der Wabenstruktur verläuft. Es ist festzuhalten, dass die Wabenstruktur die Elektrodenabschnitte 13a, 13b nicht enthalten muss.
Jeder der Elektrodenabschnitte 13a, 13b besitzt bevorzugt eine Dicke im Bereich von 0,01 bis 5 mm und stärker bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 3 mm. Ein derartiger Bereich kann ermöglichen, dass eine gleichförmige Wärmeerzeugung verbessert wird. Die Dicke jedes der Elektrodenabschnitte 13a, 13b ist als eine Dicke in einer Richtung einer Normallinie zu einer Tangente bei einem Messpunkt an einer Außenoberfläche jedes der Elektrodenabschnitte 13a, 13b definiert, wenn der Punkt jedes Elektrodenabschnitts, der einer Dickenmessung unterworfen werden soll, im Querschnitt senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der Zellen betrachtet wird.
Der elektrische Widerstand jedes der Elektrodenabschnitte 13a, 13b ist kleiner als der elektrische Widerstand des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 11, wodurch die Elektrizität tendiert, bevorzugt zu den Elektrodenabschnitten 13a, 13b zu strömen, und die Elektrizität tendiert, sich während elektrischen Leitens in der Strömungskanalrichtung und der Umfangsrichtung der Zellen 18 auszubreiten. Der elektrische Widerstand der Elektrodenabschnitte 13a, 13b ist bevorzugt 1/10 oder weniger und stärker bevorzugt 1/20 oder weniger und nochmals stärker bevorzugt 1/30 oder weniger des elektrischen Widerstands des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 11. Allerdings wird, wenn die Differenz eines elektrischen Widerstands zwischen beiden zu groß wird, der Strom zwischen Enden der gegenüberliegenden Elektrodenabschnitte konzentriert, um die Wärme, die im säulenförmigen Wabenstrukturabschnitt 11 erzeugt wird, vorzubelasten. Deshalb ist der elektrische Widerstand der Elektrodenabschnitte 13a, 13b bevorzugt 1/200 oder mehr und stärker bevorzugt 1/150 oder mehr und nochmals stärker bevorzugt 1/100 oder mehr des elektrischen Widerstands des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 11. Wie hierin verwendet ist der elektrische Widerstand der Elektrodenabschnitte 13a, 13b ein Wert, der bei 25 °C durch ein Vierpolverfahren gemessen wird.
Jeder der Elektrodenabschnitte 13a, 13b kann aus leitenden Keramiken, einem Metall und einem Verbund eines Metalls und leitender Keramiken (Cermet) hergestellt sein. Beispiele des Metalls enthalten ein einzelnes Metall von Cr, Fe, Co, Ni, Si oder Ti oder eine Legierung, die mindestens ein Metall enthält, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus diesen Metallen besteht. Nicht einschränkende Beispiele der leitenden Keramiken enthalten Siliziumkarbid (SiC), Metallverbindungen wie z. B. Metallsilicide wie z. B. Tantalsilicid (TaSi₂) und Chromsilicid (CrSi₂). Spezifische Beispiele des Verbunds des Metalls und der leitenden Keramiken (Cermet) enthalten einen Verbund von Metallsilizium und Siliziumkarbid, einen Verbund von Metallsilicid wie z. B. Tantalsilicid und Chromsilicid, Metallsilizium und Siliziumkarbid und ferner einen Verbund, der erhalten wird, indem zu einem oder mehreren Metallen, die oben gelistet sind, im Hinblick auf eine verringerte Thermoausdehnung eine oder mehrere Isolationskeramiken wie z. B. Aluminiumoxid, Mullit, Zirkonoxid, Cordierit, Siliziumnitrid und Aluminiumnitrid hinzufügt werden.
(2. Elektrisch heizender Träger)
3 ist eine schematische Querschnittansicht eines elektrisch heizenden Trägers 30 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zur Ausdehnungsrichtung der Zellen senkrecht ist. Der elektrisch heizende Träger 30 enthält Folgendes: die Wabenstruktur 10 und Metallelektroden 33a, 33b, die jeweils mit den Elektrodenabschnitten 13a, 13b der Wabenstruktur 10 elektrisch verbunden sind.
(2-1. Metallelektrode)
An den Elektrodenabschnitten 13a, 13b der Wabenstruktur 10 sind Metallelektroden 33a, 33b vorgesehen. Die Metallelektrode 33a, 33b kann ein Paar Metallelektroden sein, derart, dass eine Metallelektrode 33a derart angeordnet ist, dass sie der weiteren Metallelektrode 33b über die Mittelachse des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 11 zugewandt ist. Wenn eine Spannung über die Elektrodenabschnitte 13a, 13b an die Metallelektroden 33a, 33b angelegt wird, wird die Elektrizität über die Metallelektroden 33a, 33b geleitet, um zu ermöglichen, dass der säulenförmige Wabenstrukturabschnitt 11 Wärme durch Stromwärme erzeugt. Deshalb kann der elektrisch heizende Träger 30 auch als eine Heizvorrichtung geeignet verwendet werden. Die angelegte Spannung liegt bevorzugt im Bereich von 12 bis 900 V und stärker bevorzugt im Bereich von 48 bis 600 V, obwohl die angelegte Spannung nach Bedarf geändert werden kann.
Das Material der Metallelektroden 33a, 33b ist nicht besonders beschränkt, solange es ein Metall ist, und ein einzelnes Metall, eine Legierung oder dergleichen kann eingesetzt werden. Hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit, des elektrischen Widerstands und des Längenausdehnungskoeffizienten ist das Material z. B. bevorzugt eine Legierung, die mindestens ein Element enthält, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Cr, Fe, Co, Ni und Ti besteht, und stärker bevorzugt Edelstahl und Fe-Ni-Legierungen. Die Form und Größe jeder der Metallelektroden 33a, 33b sind nicht besonders beschränkt und sie können gemäß der Größe des elektrisch heizenden Trägers 30, der elektrische Leitungsleistungsfähigkeit und dergleichen geeignet ausgelegt werden.
Durch Tragen des Katalysators am elektrisch heizenden Träger 30 kann der elektrisch heizende Träger 30 als ein Katalysator verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Fluid wie z. B. ein Abgas aus einem Motorfahrzeug durch die Strömungskanäle der mehreren Zellen 18 der Wabenstruktur 10 strömen. Beispiele des Katalysators enthalten Edelmetallkatalysatoren oder sonstige Katalysatoren. Veranschaulichende Beispiele der Edelmetallkatalysatoren enthalten einen Dreiwegekatalysator und einen Oxidationskatalysator, der durch Tragen eines Edelmetalls wie z. B. Platin (Pt), Palladium (Pd) und Rhodium (Rh) an Oberflächen von Poren eines Aluminiumoxids erhalten wird und der einen Cokatalysator wie z. B. Ceroxid und Zirkonoxid enthält, oder einen NOx-Speicherreduktionskatalysator (LNT-Katalysator), der ein Erdalkalimetall und Platin als Speicherkomponenten für Stickstoffoxide (NO_x) enthält. Veranschaulichende Beispiele eines Katalysators, der das Edelmetall nicht verwendet, enthalten einen NOx-selektiven Reduktionskatalysator (SCR-Katalysator), der ein kupfersubstituiertes oder eisensubstituiertes Zeolith enthält, und dergleichen. Ferner können zwei oder mehr Katalysatoren, die aus der Gruppe gewählt sind, die aus diesen Katalysatoren besteht, verwendet werden. Ein Verfahren zum Tragen des Katalysators ist nicht besonders beschränkt und es kann gemäß einem herkömmlichen Verfahren zum Tragen des Katalysators an der Wabenstruktur ausgeführt werden.
(3. Verfahren zum Herstellen einer Wabenstruktur)
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Wabenstruktur 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann entweder durch ein Herstellungsverfahren gemäß Ausführungsform 1, das die Porosität (den Volumenanteil des Abschnitts, der Poren bilden kann) in einem Formungsschritt steuert, oder ein Herstellungsverfahren gemäß Ausführungsform 2, das die Porosität (den Volumenanteil des Abschnitts, der Poren bilden kann) in einem Trocknungsschritt steuert, erzeugt werden.
<Herstellungsverfahren gemäß Ausführungsform 1>
Das Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur 10 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung enthält Folgendes: einen Formungsschritt zum Erhalten eines Wabenformkörpers; einen Trocknungsschritt zum Erhalten eines Wabentrockenkörpers und einen Brennschritt zum Erhalten eines Wabenbrennkörpers.
(Formungsschritt)
Im Formungsschritt wird zunächst ein Formungsrohmaterial angefertigt, das ein leitendes Keramikrohmaterial enthält. Zum Beispiel wird das Formungsrohmaterial durch Hinzufügen eines Metallsiliziumpulvers (Metallsilizium), eines Bindemittels, eines oder mehrerer Tenside, eines Porenbildners, von Wasser und dergleichen zu Siliziumkarbidpulver (Siliziumkarbid) angefertigt. Es ist bevorzugt, dass eine Masse eines Metallsiliziums im Bereich von 10 bis 40 Massen-% in Bezug auf die Gesamtmenge einer Masse eines Siliziumkarbidpulvers und einer Masse eines Metallsiliziums liegt. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Siliziumkarbidpartikel im Siliziumkarbidpulver liegt bevorzugt im Bereich von 3 bis 50 µm und stärker bevorzugt im Bereich von 3 bis 40 µm. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Metallsiliziums (des Metallsiliziumpulvers) liegt bevorzugt im Bereich von 2 bis 35 µm. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser sowohl der Siliziumkarbidpartikel als auch des Metallsiliziums (der Metallsiliziumpartikel) bezieht sich auf einen arithmetischen Mittelwert des Durchmessers auf Volumengrundlage, wenn die Häufigkeitsverteilung der Partikelgröße durch das Laserbeugungsverfahren gemessen wird. Die Siliziumkarbidpartikel sind feine Partikel eines Siliziumkarbids, das das Siliziumkarbidpulver bildet, und die Metallsiliziumpartikel sind feine Partikel eines Metallsiliziums, das das Metallsiliziumpulver bildet. Es ist festzuhalten, dass dies die Formulierung des Formungsrohmaterials ist, wenn das Material der Wabenstruktur der Silizium-Silizumkarbid-Verbundwerkstoff ist, und dann, wenn das Material von Interesse Siliziumkarbid ist, kein Metallsilizium hinzugefügt wird.
Beispiele des Bindemittels enthalten Methylzellulose, Hydroxypropylmethylzellulose, Hydroxypropoxylzellulose, Hydroxyethylzellulose, Carboxymethylzellulose, Polyvinylalkohol und dergleichen. Unter diesen ist bevorzugt, Methylzellulose in Kombination mit Hydroxypropoxylzellulose zu verwenden. Der Gehalt des Bindemittels liegt bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 10,0 Massenteilen, wenn die Gesamtmasse des Siliziumkarbidpulvers und des Metallsiliziumpulvers 100 Massenteile ist.
Der Gehalt eines Wassers liegt bevorzugt im Bereich von 20 bis 60 Massenteilen, wenn die Gesamtmasse des Siliziumkarbidpulvers und des Metallsiliziumpulvers 100 Massenteile ist.
Das Tensid, das verwendet werden kann, enthält Ethylenglykol, Dietrin, Fettsäureseifen, Polyalkohol und dergleichen. Diese können allein oder in Kombination von zwei oder mehreren verwendet werden. Der Gehalt des Tensids liegt bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 2,0 Massenteilen, wenn die Gesamtmasse des Siliziumkarbidpulvers und des Metallsiliziumpulvers 100 Massenteile ist.
Der Porenbildner ist nicht besonders beschränkt, solange der Porenbildner selbst nach dem Brennen Poren bildet, was z. B. Graphit, Stärke, geschäumte Harze, wasserabsorbierende Harze, Siliziumoxidgel und dergleichen enthält. Der Gehalt des Porenbildners liegt bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 10,0 Massenteilen, wenn die Gesamtmasse des Siliziumkarbidpulvers und des Metallsiliziumpulvers 100 Massenteile ist. Ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser des Porenbildners liegt bevorzugt im Bereich von 10 bis 30 µm. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Porenbildners bezieht sich auf einen arithmetischen Mittelwert des Durchmessers auf Volumengrundlage, wenn die Häufigkeitsverteilung der Partikelgröße durch das Laserbeugungsverfahren gemessen wird. Wenn der Porenbildner das wasserabsorbierendes Harz ist, bezieht sich der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Porenbildners auf einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser nach Wasserabsorption.
Das resultierende Formungsrohmaterial wird dann geknetet, um einen Grünkörper (der im Folgenden auch als ein Knetmaterial bezeichnet wird) zu bilden, und der Grünkörper wird dann extrudiert, um einen Wabenbrennkörper anzufertigen. Der Wabenformkörper enthält Folgendes: die Außenumfangswand und die Trennwand, die auf der Innenseite der Außenumfangswand angeordnet ist und die mehreren Zellen definiert, um den Strömungskanal zu bilden, der von einer Stirnfläche zur weiteren Stirnfläche verläuft.
Der Formungsschritt enthält einen Schritt des Steuerns eines Volumenanteils eines Abschnitts im Wabenformkörper, der Poren bilden kann, derart, dass ein Betrag einer Differenz eines Volumenanteils des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in vorgegebenen Bereichen des Wabenformkörpers in Bezug auf eine vorab eingestellte vorgegebene Porosität des Wabenbrennkörpers innerhalb von 0,5 % liegt. Die vorgegebene Porosität bezieht sich auf eine Porosität, die für jeden der vorgegebenen Bereiche im Querschnitt senkrecht zur Strömungskanalrichtung der Zellen des Wabenbrennkörpers voreingestellt ist. Hier ist die vorab eingestellte vorgegebene Porosität eine gewünschte Porosität in den vorgegebenen Bereichen der Wabenstruktur, die schließlich nach dem Brennschritt erhalten wird, und speziell wird die Porosität im Bereich von 35 bis 60 % eingestellt. Gemäß einer derartigen Konfiguration wird der Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in den vorgegebenen Bereichen im Formungsschritt derart gesteuert, dass die Porosität in den vorgegebenen Bereichen der Wabenstruktur, die schließlich nach dem Brennschritt erhalten wird, gesteuert werden kann. Als das Ergebnis kann der elektrische Widerstand in den vorgegebenen Bereichen gesteuert werden. Somit wird der elektrische Widerstand durch Steuern der Volumenanteilverteilung des Abschnitts im Wabenformkörper, der die Poren bilden kann, im Formungsschritt angepasst, statt durch Anpassen des elektrischen Widerstands im Brennschritt, was sonst durch eine Schwankung einer Atmosphäre oder einer Temperatur beeinflusst werden würde. Deshalb kann die gewünschte elektrische Widerstandsverteilung in der Wabenstruktur durch ein einfaches Verfahren stabil gebildet werden. Ferner ist es, da es nicht nötig ist, die Porosität in der Wabenstruktur im Brennschritt zu steuern, möglich, jeglichen Verbrauch von Brennwerkzeugen wie z. B. Einhausungen, Regalbrettern, auf denen Produkte angeordnet werden, Sand (Gittersand), der auf die Regalbretter gelegt wird, und Deckeln (Deckplatten), die auf den Einhausungen angeordnet werden, die während des Brennschritts verwendet werden, niederzuhalten. Ferner kann der Volumenanteil derart gesteuert werden, dass die vorab eingestellte vorgegebene Porosität für jeden vorgegebenen Bereich eingestellt wird und der Betrag der Differenz zwischen der vorab eingestellten vorgegebenen Porosität und dem Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in den vorgegebenen Bereichen des Wabenformkörpers innerhalb von 0,5 % liegt, wodurch die gewünschte Porositätsverteilung in der schließlich erhaltenen Wabenstruktur gebildet werden kann. Als Ergebnis kann die gewünschte elektrische Widerstandsverteilung in der Wabenstruktur gebildet werden. Ferner ist es, da die Porosität der Wabenstruktur in der vorgegebenen Form verteilt ist, möglich, gewünschte Verteilungszustände von Materialeigenschaften wie z. B. Festigkeit und Elastizitätsmodul zu bilden.
Der Volumenanteil des Abschnitts im Wabenformkörper, der die Poren bilden kann, bezieht sich auf einen Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden wird, in einem Brennkörper, der durch Trocknen und ferner Brennen des Wabenformkörpers erzeugt wird (eine Porosität des Wabenbrennkörpers). Der Abschnitt im Brennkörper, der die Poren bilden wird, entspricht den Poren, dem Porenbildner, der Feuchtigkeit und dergleichen im Zustand des Wabenformkörpers. Somit bezieht sich der Volumenanteil des Abschnitts im Wabenformkörper, der die Poren bilden kann, auf einen Volumenanteil der Gesamtheit der Poren, des Porenbildners und der Feuchtigkeit, die im Wabenformkörper in den vorgegebenen Bereichen des Wabenformkörpers enthalten sind.
Um den Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in den vorgegebenen Bereichen des Wabenformkörpers zu messen, werden zunächst Proben aus den vorgegebenen Bereichen des Wabenformkörpers ausgeschnitten und werden die Proben dann getrocknet und gebrannt, um gebrannte Körperproben zu erhalten. Eine Porosität jeder Brennkörperprobe wurde dann durch Messung mit einem Quecksilberporosimeter, Berechnung eines Porenflächenverhältnisses aus einem Bild durch ein SEM (Rasterelektronenmikroskop) oder dergleichen gemessen und die Porosität wurde als der Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in jedem vorgegebenen Bereich des Wabenformkörpers definiert. Die Trocken- und Brennbedingungen beim Herstellen der Brennkörperprobe sind dieselben wie die Trocken- und Brennbedingungen beim Herstellen eines Wabenbrennkörpers, die später beschrieben werden.
Die „vorgegebenen Bereiche“, die oben beschrieben sind, sind nicht besonders beschränkt. Zum Beispiel können im Querschnitt senkrecht zur Strömungskanalrichtung der Zellen ein Zentralbereich und ein Außenumfangsbereich, die unten beschrieben werden, ein halbkreisförmiger Bereich und ein weiterer halbkreisförmiger Bereich oder inselförmige Bereiche und weitere Bereiche oder dergleichen gemäß dem Zweck geeignet ausgelegt sein. Durch feines Einstellen der vorgegebenen Bereiche kann eine feinere elektrische Widerstandsverteilung gebildet werden.
Ferner können im Querschnitt senkrecht zur Strömungskanalrichtung der Zellen des Wabenbrennkörpers die vorgegebenen Bereiche einen Zentralbereich vom Zentrum zu 1/2r des Querschnitts und einen Außenumfangsbereich von 1/2r zu r besitzen, wobei r ein Radius des Querschnitts ist. Durch den Schritt des somit Einstellens der vorgegebenen Bereiche und Steuerns des Volumenanteils des Abschnitts des Wabenformkörpers, der die Poren bilden kann, kann der Betrag der Differenz des Volumenanteils des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in jedem des Zentralbereichs und des Außenumfangsbereichs des Wabenformkörpers in Bezug auf die vorab eingestellte vorgegebene Porosität jedes des Zentralbereichs und des Außenumfangsbereichs des Wabenbrennkörpers derart gesteuert werden, dass er innerhalb von 0,5 % liegt. Gemäß einer derartigen Konfiguration besitzt die schließlich erhaltene Wabenstruktur einen Volumenanteil, der im definierten Bereich für den Abschnitt, der die Poren bilden kann, des Außenbereichs (des Außenumfangsbereichs) in Bezug auf die Porosität des Innenbereichs (des Zentralbereichs) vom Zentrum in der radialen Richtung im Querschnitt senkrecht zur Strömungskanalrichtung der Zellen derart gesteuert wird, dass der elektrische Widerstand des Außenumfangsbereichs im vorgegebenen Bereich in Bezug auf den elektrischen Widerstand des Zentralbereichs gesteuert werden kann. Deshalb ist es, wenn die Wabenstruktur für den EHC verwendet wird, möglich, die gewünschte Wirkung des Verringerns der Energie, um das Abgas durch Anlegen der Spannung zu reinigen, oder des Niederhaltens der Abweichung der Wärmeerzeugungsverteilung und des Erreichens einer gleichförmigen Wärmeerzeugung oder dergleichen nach Bedarf zu erhalten.
Die Steuerung des Volumenanteils des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in den vorgegebenen Bereichen des Wabenformkörpers, wie oben beschrieben ist, kann durch 1) Steuern der Dichteverteilung im Knetmaterial oder 2) Steuern der Dichteverteilung im Wabenformkörper ausgeführt werden, wie unten veranschaulicht ist. Die Steuerungen (1) und (2) können in Kombination verwendet werden.
1) Steuerung der Dichteverteilung im Knetmaterial
Die Steuerung der Dichteverteilung im Knetmaterial kann eine Steuerung des Volumenanteils des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in den vorgegebenen Bereichen des Wabenformkörpers ermöglichen. Das geknetete Material ist aus Ton, intrinsischer Feuchtigkeit und intrinsischer Luft hergestellt und wird unter Verwendung einer Knetmaschine angefertigt. Das geknetete Material besitzt hinsichtlich des Steuerns des Volumenanteils des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in den vorgegebenen Bereichen des Wabenformkörpers bevorzugt eine Dichte im Bereich von 1,5 bis 2,2 g/cm³ und stärker bevorzugt im Bereich von 1,7 bis 2,0 g/cm³. Das Verfahren des Steuerns der Dichte des Knetmaterials im oben beschriebenen Bereich enthält z. B. ein Steuern einer Drehzahl einer Schnecke, die für die Knetmaschine verwendet wird, eines Unterdruckgrads in der Knetmaschine und/oder einer Temperaturverteilung in der Knetmaschine. Durch Steuern des intrinsischen Luftinhalts im Knetmaterial zum vorgegebenen Bereich unter Verwendung dieser Verfahren kann der Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in den vorgegebenen Bereichen des Wabenformkörpers gesteuert werden. Ferner kann durch Steuern der Drehzahl der Schnecke, des Unterdruckgrads in der Knetmaschine und der Temperaturverteilung in der Knetmaschine der Porenbildner, der im Ton enthalten ist, im Knetmaterial absichtlich ungleichförmig verteilt werden, um den Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in den vorgegebenen Bereichen des Wabenformkörpers zu steuern. Durch Steuern der Drehzahl der Schnecke, die für die Knetmaschine verwendet wird, kann ein Prozentsatz von Luftblasen in den vorgegebenen Bereichen im Knetmaterial gesteuert werden. Die Drehzahl der Schnecke, die für die Knetmaschine verwendet wird, ist nicht besonders beschränkt, kann jedoch abhängig von der gewünschten Dichteverteilung im Knetmaterial gewählt werden. Zum Beispiel kann die Drehzahl im Bereich von 600 bis 3000 min^-1 liegen.
Durch Steuern des Unterdruckgrads in der Knetmaschine ist es möglich, den Prozentsatz der intrinsischen Luft in den vorgegebenen Bereichen im Knetmaterial zu steuern. Der Unterdruckgrad in der Knetmaschine ist nicht besonders beschränkt, kann jedoch abhängig von der gewünschten Dichteverteilung im Knetmaterial geeignet gewählt werden. Zum Beispiel kann er im Bereich von -0,09 bis -0,10 Pa liegen.
Durch Steuern der Temperaturverteilung in der Knetmaschine ist es möglich, den Prozentsatz der intrinsischen Luft in den vorgegebenen Bereichen im Knetmaterial zu steuern. Die Temperaturverteilung in der Knetmaschine kann durch Anpassen einer Temperatur eines Kühlers (einer Kühlwasserzirkulationsvorrichtung) in der Knetmaschine oder einer Durchflussmenge des Kühlwassers gesteuert werden. Die Temperatur des Kühlers in der Knetmaschine ist nicht besonders beschränkt, jedoch kann sie im Bereich von -10 bis 20 °C liegen. Die Durchflussmenge des Kühlwassers ist nicht besonders beschränkt, jedoch kann sie im Bereich von 5 bis 30 m³/s liegen.
2) Steuerung der Dichteverteilung im Wabenformkörper
Durch Steuern der Dichteverteilung im Wabenformkörper ist es möglich, den Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in den vorgegebenen Bereichen des Wabenformkörpers zu steuern. Unter Verwendung einer Gussmaschine, die eine Matrize enthält, um ein Formungsrohmaterial zu extrudieren und ein Unregelmäßigkeitsmuster bei einer Spitze des Wabenformkörpers, der aus der Gussmaschine extrudiert wird, zu steuern, können eine Menge und eine Durchflussmenge des Tons, der aus der Gussmaschine extrudiert wird, derart gesteuert werden, dass der Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in den vorgegebenen Bereichen des Wabenformkörpers gesteuert werden kann. Beispiele des Verfahrens des Steuerns des Unregelmäßigkeitsmusters bei der Spitze des Wabenformkörpers, der aus der Gussmaschine extrudiert wird, enthalten ein Steuern einer Temperaturverteilung in der Gussmaschine, einer Länge einer Ziehvorrichtung in einer Grünkörperdurchgangsrichtung, die auf einer stromaufwärts liegenden Seite der Matrize im Durchgang des Grünkörpers vorgesehen ist, eines Lochdurchmessers einer rückwärtigen Platte und einer Anordnung von Abständen und/oder einer Länge des Wabenformkörpers.
Wie in 4 (a) und 4 (b) gezeigt ist, verursacht die Steuerung des Unregelmäßigkeitsmusters bei der Spitze des Wabenformkörpers, der durch Extrudieren eines Grünkörpers 42 aus einer Gussmaschine 40 gebildet wird, eine Differenz zwischen Durchflussraten in einer Extrusionsrichtung im Innenraum des Wabenformkörpers, der aus der Gussmaschine 40 extrudiert wird. Wenn die Spitze des Wabenformkörpers, der aus der Gussmaschine 40 extrudiert wird, konvex ist, wie in 4 (a) gezeigt ist, nehmen die Durchflussmenge und die Menge des Grünkörpers im zentralen Abschnitt des Wabenformkörpers, der aus der Matrize 41 extrudiert wird, zu und nimmt die Porosität im Querschnitt senkrecht zur Strömungskanalrichtung der Zellen ab. Andererseits nehmen dann, wenn die Spitze des Wabenformkörpers, der aus der Gussmaschine 40 extrudiert wird, konkav ist, wie in 4 (b) gezeigt ist, die Durchflussmenge und die Menge des Grünkörpers im zentralen Abschnitt des Wabenformkörpers, der aus der Matrize 41 extrudiert wird, ab und nimmt die Porosität im Querschnitt senkrecht zur Strömungskanalrichtung der Zellen zu.
Das Unregelmäßigkeitsmuster bei der Spitze des Wabenformkörpers, der aus der Gussmaschine extrudiert wird, ist nicht besonders beschränkt, jedoch kann es abhängig von der gewünschten Dichteverteilung im Wabenformkörper geeignet ausgelegt sein. Beispiele des Unregelmäßigkeitsmusters bei der Spitze des Wabenformkörpers, der aus der Gussmaschine extrudiert wird, sind in 5 (a) bis 5 (d) gezeigt. 5 (a) zeigt ein Muster, wobei das Zentrum der Spitze des Wabenformkörpers 43 angehoben ist, 5 (b) zeigt ein Muster, wobei das Zentrum der Spitze des Wabenformkörpers 43 niedergedrückt ist, 5 (c) zeigt ein Muster, wobei die Spitze des Wabenformkörpers 43 geneigt ist, und 5 (d) zeigt ein Muster, wobei die Spitze des Wabenformkörpers 43 Unregelmäßigkeiten aufweist.
Das Unregelmäßigkeitsmuster bei der Spitze des Wabenformkörpers, der aus der Gussmaschine extrudiert wird, kann nach Bedarf durch Anpassen der Größe des Lochdurchmessers und seines Verteilungszustands der rückwärtigen Platte, eines Netzes und/oder einer Pressplatte (einer Rückdruckplatte) auf einer Rückseite der Matrize und dergleichen gebildet werden.
Durch Steuern der Temperaturverteilung in der Gussmaschine kann der Prozentsatz der intrinsischen Luft im Wabenformkörper gesteuert werden und dadurch die Dichteverteilung gesteuert werden. Die Temperaturverteilung in der Gussmaschine kann durch Anpassen der Temperatur des Kühlers (der Kühlwasserzirkulationsvorrichtung) in der Gussmaschine oder der Durchflussmenge des Kühlwassers gesteuert werden. Die Temperatur des Kühlers in der Gussmaschine ist nicht besonders beschränkt, jedoch kann sie im Bereich von -10 bis 20 °C liegen. Die Durchflussmenge des Kühlwassers ist nicht besonders beschränkt, jedoch kann sie im Bereich von 5 bis 30 m³/s liegen.
Durch Steuern der Länge der Ziehvorrichtung in der Durchgangsrichtung des Grünkörpers (des Formungsrohmaterials), die auf der stromaufwärts liegenden Seite der Matrize im Durchgang des Grünkörpers vorgesehen ist, kann die Dichteverteilung im Wabenformkörper gesteuert werden. Eine größere Länge des Grünkörpers nach einem Ziehen mit der Ziehvorrichtung in der Durchgangsrichtung kann in einer längeren Transportzeit und insbesondere einer erhöhten Feuchtigkeitsstreurate im Außenumfangsbereich resultieren und dadurch die Dichteverteilung im Wabenformkörper steuern. Die Länge des Grünkörpers in der Durchgangsrichtung ist nicht besonders beschränkt, jedoch kann sie im Bereich von 10 bis 20 cm liegen. Ferner kann durch Steuern eines Verhältnisses eines Durchmessers zu einer Länge des gezogenen Grünkörpers in der Durchgangsrichtung die Außenform des Formkörpers nach Bedarf ausgelegt werden und dadurch die Feuchtigkeitsstreurate fein gesteuert werden. Das Verhältnis (A/B) des Durchmessers (A) zur Länge (B) des gezogenen Grünkörpers in der Durchgangsrichtung ist nicht besonders beschränkt, jedoch kann es im Bereich vom 0,8- bis 1,5-Fachen liegen.
Durch Steuern der Länge des Wabengusskörpers kann die Dichteverteilung im Wabenformkörper gesteuert werden. Ein längerer Wabenformkörper kann in einer längeren Transportzeit und insbesondere einer erhöhten Feuchtigkeitsstreurate im Außenumfangsbereich resultieren, wodurch die Dichteverteilung im Wabenformkörper gesteuert wird.
(Trocknungsschritt)
Der resultierende Wabenformkörper wird dann getrocknet, um einen Wabentrockenkörper zu erzeugen. Das Trocknungsverfahren ist nicht besonders beschränkt. Beispiele enthalten Heizverfahren mit elektromagnetischen Wellen wie z. B. Mikrowellenerhitzen/-trocknen und dielektrisches Hochfrequenzerhitzen/-trocknen und externe Heizverfahren wie z. B. Heißlufttrocknen und Heißdampftrocknen. Unter diesen ist hinsichtlich des Ermöglichens, den gesamten geformten Körper schnell und gleichmäßig ohne Brechen zu trocknen, bevorzugt, eine bestimmte Menge einer Feuchtigkeit durch das Heizverfahren mit elektromagnetischen Wellen zu trocknen und dann die verbleibende Feuchtigkeit durch das externe Heizverfahren zu trocknen. Im Hinblick auf Bedingungen des Trocknens ist bevorzugt, 30 bis 99 Massen-% des Wassergehalts vor dem Trocknen durch das Heizverfahren mit elektromagnetischen Wellen zu entfernen und dann durch das externe Heizverfahren den Wassergehalt zu 3 Massen-% oder weniger zu verringern. Das dielektrische Heizen/Trocknen ist als das elektromagnetische Heizverfahren bevorzugt und Heißlufttrocknen ist als das externe Heizverfahren bevorzugt. Die Trocknungstemperatur kann bevorzugt im Bereich von 50 bis 120 °C liegen.
(Brennschritt)
Der resultierende Wabentrockenkörper wird dann gebrannt, um einen Wabenbrennkörper zu erzeugen. Als die Brennbedingungen wird der Wabentrockenkörper bevorzugt in einer Inertatmosphäre wie z. B. Stickstoff oder Argon bei 1400 bis 1500 °C für 1 bis 20 Stunden erhitzt. Nach dem Brennen wird bevorzugt eine Oxidationsbehandlung bei 1200 bis 1350 °C für 1 bis 10 Stunden ausgeführt, um die Haltbarkeit zu verbessern. Die Verfahren des Entfettens und des Brennens sind nicht besonders beschränkt und sie können unter Verwendung eines Elektroofens, eines Gasofens oder dergleichen ausgeführt werden.
Der Wabenbrennkörper kann als eine Wabenstruktur verwendet werden, wie sie ist, oder es können Elektrodenabschnitte an einer Seitenfläche des Wabenbrennkörpers vorgesehen werden, um eine Wabenstruktur zu erzeugen, die die Elektrodenabschnitte besitzt. Das Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur mit Elektrodenabschnitten wird ausgeführt, indem zunächst das Elektrodenabschnitt-Formungsrohmaterial, das das Keramikrohmaterial enthält, auf die Seitenfläche des Wabenbrennkörpers aufgebracht und getrocknet wird, um ein Paar ungebrannter Elektrodenabschnitte an der Außenoberfläche der Außenumfangswand über die Mittelachse des Wabenbrennkörpers zu erhalten, derart, dass sie in Form eines Streifens in der Strömungsrichtung der Zellen verlaufen, wodurch ein Wabenbrennkörper mit ungebrannten Elektrodenabschnitten geschaffen wird. Der Wabenbrennkörper mit ungebrannten Elektrodenabschnitten wird dann gebrannt, um eine Wabenstruktur zu schaffen, die ein Paar Elektrodenabschnitte besitzt. Die Elektrodenabschnitte können gebildet werden, indem das Elektrodenabschnitt-Formungsrohmaterial auf den Wabentrockenkörper statt den Wabenbrennkörper aufgebracht und getrocknet wird, um die ungebrannten Elektrodenabschnitte zu bilden, die dann mit den Elektrodenabschnitten an den Wabenbrennkörper gebrannt werden können.
Das Elektrodenabschnitt-Formungsrohmaterial kann durch geeignetes Hinzufügen verschiedener Zusatzstoffe zu Rohmaterialpulver (Metallpulver und/oder Keramikpulver und dergleichen), das gemäß erforderlichen Eigenschaften der Elektrodenabschnitte formuliert ist, und sein Kneten gebildet werden. Wenn jeder Elektrodenabschnitt als eine laminierte Struktur gebildet ist, tendiert die Verbindungsstärke zwischen jedem Metallanschluss und jedem Elektrodenabschnitt dazu, durch Erhöhen eines durchschnittlichen Partikeldurchmessers des Metallpulvers in der Paste für den zweiten Elektrodenabschnitt im Vergleich zu einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser des Metallpulvers in der Paste für den ersten Elektrodenabschnitt verbessert zu werden. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Metallpulvers bezieht sich auf einen arithmetischen Mittelwert des Durchmessers auf Volumengrundlage, wenn die Häufigkeitsverteilung des Partikeldurchmessers durch das Laserbeugungsverfahren gemessen wird.
Das Verfahren zum Anfertigen des Elektrodenabschnitt-Formungsrohmaterials und das Verfahren zum Aufbringen des Elektrodenabschnitt-Formungsrohmaterials auf den Wabenbrennkörper kann gemäß einem bekannten Verfahren zum Herstellen einer Wabenstruktur durchgeführt werden. Allerdings ist es, um einen geringeren elektrischen Widerstand der Elektrodenabschnitte als der des Wabenstrukturabschnitts zu erreichen, möglich, einen Metallgehaltsanteil zu erhöhen oder den Partikeldurchmesser der Metallpartikel im Vergleich zum Wabenstrukturabschnitt zu verringern.
Vor dem Brennen des Wabenbrennkörpers mit ungebrannten Elektrodenabschnitten kann der Wabenbrennkörper mit ungebrannten Elektrodenabschnitten getrocknet werden. Außerdem kann vor dem Brennen ein Entfetten ausgeführt werden, um das Bindemittel zu entfernen und dergleichen. Als die Brennbedingungen für den Wabenbrennkörper mit ungebrannten Elektrodenabschnitten wird der Wabenbrennkörper mit ungebrannten Elektrodenabschnitten bevorzugt in einer Inertatmosphäre wie z. B. Stickstoff und Argon bei 1400 bis 1500 °C für 1 bis 20 Stunden erhitzt. Nach dem Brennen wird bevorzugt für 1 bis 10 Stunden eine Oxidationsbehandlung bei 1200 bis 1350 °C ausgeführt, um die Haltbarkeit zu verbessern. Die Verfahren des Entfettens und des Brennens sind nicht besonders beschränkt und können unter Verwendung eines Elektroofens, eines Gasofens oder dergleichen ausgeführt werden.
<Herstellungsverfahren gemäß Ausführungsform 2>
Das Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung enthält Folgendes: einen Formungsschritt zum Erhalten eines Wabenformkörpers; einen Trocknungsschritt zum Erhalten eines Wabentrockenkörpers und einen Brennschritt zum Erhalten eines Wabenbrennkörpers.
(Formungsschritt)
Im Formungsschritt wird zunächst dasselbe Formungsrohmaterial wie im oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur gemäß Ausführungsform 1 verwendet und das Formungsrohmaterial extrudiert, um einen Wabenformkörper zu erzeugen, der Folgendes enthält: eine Außenumfangswand und eine Trennwand, die auf einer Innenseite der Außenumfangswand angeordnet ist und mehrere Zellen definiert, um einen Strömungskanal zu bilden, der von einer Stirnfläche zur weiteren Stirnfläche verläuft. Im Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur gemäß Ausführungsform 2 wird der Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden kann, im nachfolgenden Trocknungsschritt gesteuert, ohne den Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden kann, im Formungsschritt zu steuern.
(Trocknungsschritt)
Der erhaltene Wabenformkörper wird dann getrocknet, um einen Wabentrockenkörper zu erzeugen. Der Trocknungsschritt enthält einen Schritt des Steuerns eines Volumenanteils eines Abschnitts, der Poren im Wabentrockenkörper bilden kann, derart, dass ein Betrag einer Differenz eines Volumenanteils des Abschnitts, der Poren bilden kann, in vorgegebenen Bereichen des Wabentrockenkörpers in Bezug auf eine vorab eingestellte vorgegebene Porosität des Wabentrockenkörpers innerhalb von 0,5 % liegt. Die vorgegebene Porosität bezieht sich auf eine Porosität, die für jeden vorgegebenen Bereich im Querschnitt senkrecht zur Strömungskanalrichtung der Zellen des Wabentrockenkörpers voreingestellt ist. Gemäß einer derartigen Konfiguration wird der Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden kann, im vorgegebenen Bereich im Trocknungsschritt derart gesteuert, dass die Porosität in den vorgegebenen Bereichen der Wabenstruktur, die schließlich erhalten wird, gesteuert werden kann und als Ergebnis der elektrische Widerstand in den vorgegebenen Bereichen gesteuert werden kann. Somit wird der elektrische Widerstand durch Steuern der Volumenanteilverteilung des Abschnitts, der die Poren bilden kann, im Trocknungsschritt statt durch Anpassen des elektrischen Widerstands im Brennschritt angepasst, was sonst durch eine Schwankung einer Atmosphäre oder einer Temperatur beeinflusst werden würde. Deshalb kann die gewünschte elektrische Widerstandsverteilung in der Wabenstruktur durch ein einfaches Verfahren stabil gebildet werden. Ferner ist es, da es nicht nötig ist, die Porosität in der Wabenstruktur im Brennschritt zu steuern, möglich, jeglichen Verbrauch von Brennwerkzeugen wie z. B. Einhausungen, Regalbrettern, auf denen Produkte angeordnet werden, Sand (Gittersand), der auf die Regalbretter gelegt wird, und Deckeln (Deckplatten), die auf den Einhausungen angeordnet werden, die während des Brennschritts verwendet werden, niederzuhalten. Ferner kann der Volumenanteil derart gesteuert werden, dass die vorab eingestellte vorgegebene Porosität für jeden vorgegebenen Bereich eingestellt wird und der Betrag der Differenz zwischen der vorab eingestellten vorgegebenen Porosität und dem Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden kann, im vorgegebenen Bereich des Wabentrockenkörpers innerhalb von 0,5 % liegt, wodurch die gewünschte Porositätsverteilung in der schließlich erhaltenen Wabenstruktur gebildet werden kann. Als Ergebnis kann die gewünschte elektrische Widerstandsverteilung in der Wabenstruktur gebildet werden. Ferner ist es, da die Porosität der Wabenstruktur in der vorgegebenen Form verteilt ist, möglich, gewünschte Verteilungszustände von Materialeigenschaften wie z. B. Festigkeit und Elastizitätsmodul zu bilden.
Der Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden kann, im Wabentrockenkörper bezieht sich auf einen Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden wird, in einem Brennkörper, der durch Brennen des Wabentrockenkörpers erzeugt wird (eine Porosität des Wabenbrennkörpers). Der Abschnitt im Brennkörper, der die Poren bilden wird, entspricht Poren, einem Porenbildner, einer Feuchtigkeit und dergleichen im Zustand des Wabentrockenkörpers. Somit bezieht sich der Volumenanteil des Abschnitts im Wabentrockenkörper, der die Poren bilden kann, auf einen Volumenanteil der Gesamtheit der Poren, des Porenbildners und der Feuchtigkeit, die im Wabentrockenkörper im vorgegebenen Bereich des Wabentrockenkörpers enthalten ist.
Ferner können als die vorgegebenen Bereiche, die oben beschrieben sind, im Querschnitt senkrecht zur Strömungskanalrichtung der Zellen des Wabenbrennkörpers die vorgegebenen Bereiche einen Zentralbereich vom Zentrum zu 1/2r des Querschnitts und einen Außenumfangsbereich von 1/2r zu r besitzen, wobei r ein Radius des Querschnitts ist. Durch den Schritt des somit Einstellens der vorgegebenen Bereiche und Steuerns des Volumenanteils des Abschnitts des Wabentrockenkörpers, der die Poren bilden kann, kann der Betrag der Differenz eines Volumenanteils des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in jedem des Zentralbereichs und des Außenumfangsbereichs des Wabentrockenkörpers in Bezug auf die vorab eingestellte vorgegebene Porosität jedes des Zentralbereichs und des Außenumfangsbereichs des Wabenbrennkörpers derart gesteuert werden, dass er innerhalb von 0,5 % liegt. Gemäß einer derartigen Konfiguration besitzt die schließlich erhaltene Wabenstruktur einen Volumenanteil, der im definierten Zahlenwertbereich für den Abschnitt, der die Poren bilden kann, des Außenbereichs (des Außenumfangsbereichs) in Bezug auf die Porosität des Innenbereichs (des Zentralbereichs) vom Zentrum in der radialen Richtung im Querschnitt senkrecht zur Strömungskanalrichtung der Zellen derart gesteuert wird, dass der elektrische Widerstand des Außenumfangsbereichs im vorgegebenen Bereich in Bezug auf den elektrischen Widerstand des Zentralbereichs gesteuert werden kann. Deshalb ist es, wenn die Wabenstruktur für den EHC verwendet wird, möglich, nach Bedarf die gewünschte Wirkung des Verringerns der Energie, um das Abgas durch Anlegen der Spannung zu reinigen, oder des Niederhaltens der Abweichung der Wärmeerzeugungsverteilung und des Erreichens einer gleichförmigen Wärmeerzeugung oder dergleichen zu erhalten.
Die Steuerung des Volumenanteils des Abschnitts, der die Poren bilden kann, im vorgegebenen Bereich des Wabentrockenkörpers, die oben beschrieben ist, kann durch 1) Steuern einer Feuchtigkeitsstreurate des Wabenformkörpers ausgeführt werden. Ferner kann die oben beschriebene Steuerung 1) durch 2) Steuern einer Entfernung zwischen Elektroden von parallelen Plattenelektroden, die beim Trocknen mit dielektrischem Erhitzen verwendet werden, oder 3) Steuern einer Trocknungszeit des Wabenformkörpers, die unten veranschaulicht sind, ausgeführt werden. Die Steuerungen (2) und (3) können in Kombination verwendet werden.
1) Steuerung der Feuchtigkeitsstreurate eines Wabenformkörpers
Durch Steuern der Feuchtigkeitsstreurate des Wabenformkörpers ist es möglich, den Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden kann, im vorgegebenen Bereich des Wabentrockenkörpers zu steuern. Speziell können zusätzlich zu den Steuerungen in (2) und (3) oben die relative Luftfeuchtigkeit und die Kühlgrenztemperatur in einem Schmelzofen im Trocknungsschritt gesteuert werden, um die Feuchtigkeitsstreurate in den vorgegebenen Bereichen des Wabenformkörpers zu steuern und dadurch den Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in den vorgegebenen Bereichen des Wabentrockenkörpers zu steuern.
2) Steuerung einer Entfernung zwischen Elektroden einer parallelen Plattenelektrode, die beim Trocknen mit dielektrischem Erhitzen verwendet wird
Durch Steuern einer Entfernung zwischen Elektroden von parallelen Plattenelektroden, die beim Trocknen mit dielektrischem Erhitzen verwendet werden, ist es möglich, den Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in den vorgegebenen Bereichen des Wabentrockenkörpers zu steuern. Speziell kann die Entfernung zwischen den Elektroden der parallelen Plattenelektroden verringert werden, um die Feuchtigkeitsstreurate des Wabenformkörpers zu erhöhen. Ferner kann die Entfernung zwischen den Elektroden der parallelen Plattenelektroden erhöht werden, um die Feuchtigkeitsstreurate des Wabenformkörpers zu verringern. Indem somit die Feuchtigkeitsstreurate im Wabenformkörper gesteuert wird, ist es möglich, den Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden kann, im vorgegebenen Bereich des Wabentrockenkörpers zu steuern. Die Entfernung zwischen den Elektroden der parallelen Plattenelektroden ist nicht besonders beschränkt, jedoch kann sie abhängig von der gewünschten Feuchtigkeitsstreurate geeignet ausgelegt sein. Zum Beispiel kann die Entfernung derart gesteuert werden, dass sie um 5 bis 150 mm höher als ein Wabenabdeckelement ist, das vorgesehen ist, um den Wabentrockenkörper abzudecken, oder kann sie derart gesteuert werden, dass sie um 20 bis 40 mm höher als das Wabenabdeckelement ist.
3) Steuerung der Trocknungszeit eines Wabenformkörpers
Durch Steuern einer Trocknungszeit des Wabenformkörpers während des Trocknungsschritts ist es möglich, den Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in den vorgegebenen Bereichen des Wabentrockenkörpers zu steuern. Speziell kann eine längere Trocknungszeit des Wabenformkörpers besonders im Außenumfangsbereich in einer erhöhten Feuchtigkeitsstreurate resultieren. Ferner kann eine kürzere Trocknungszeit des Wabenformkörpers die Feuchtigkeitsstreurate besonders im Außenumfangsbereich niederhalten. Indem somit die Feuchtigkeitsstreurate im Wabenformkörper gesteuert wird, ist es möglich, den Volumenanteil des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in den vorgegebenen Bereichen des Wabentrockenkörpers zu steuern. Die Trocknungszeit des Wabenformprodukts ist nicht besonders beschränkt, jedoch kann sie abhängig von der gewünschten Feuchtigkeitsstreurate geeignet ausgelegt sein. Zum Beispiel kann sie im Bereich von 10 bis 180 Minuten oder im Bereich von 15 bis 30 Minuten liegen. Ferner kann die Trocknungszeit z. B. durch Steuern einer Transportgeschwindigkeit des Wabenformkörpers angepasst werden. Eine niedrigere Transportgeschwindigkeit des Wabenformkörpers kann in einer längeren Transportzeit und einer längeren Trocknungszeit resultieren. Ferner kann eine höhere Transportgeschwindigkeit des Wabenformkörpers in einer kürzeren Transportzeit und einer kürzeren Trocknungszeit resultieren. Die Transportgeschwindigkeit des Wabenformprodukts ist nicht besonders beschränkt, jedoch kann sie abhängig von der gewünschten Feuchtigkeitsstreurate geeignet ausgelegt sein. Zum Beispiel kann sie im Bereich von 50 bis 400 mm/min oder im Bereich von 150 bis 200 mm/min liegen.
Im Trocknungsschritt ist das Trocknungsverfahren nicht besonders beschränkt, mit der Ausnahme, dass die Steuerung von beliebigen von (1) bis (3) ausgeführt wird, wie oben beschrieben ist. Beispiele des Trocknungsverfahrens enthalten ein Heizverfahren mit elektromagnetischen Wellen wie z. B. Mikrowellenerhitzen/-trocknen und dielektrisches Hochfrequenzerhitzen/- trocknen und ein externes Heizverfahren wie z. B. Heißlufttrocknen und Heißdampftrocknen. Unter diesen ist bevorzugt, dass eine bestimmte Menge einer Feuchtigkeit durch das Heizverfahren mit elektromagnetischen Wellen getrocknet wird und die verbleibende Feuchtigkeit dann durch das externe Heizverfahren getrocknet wird, weil der gesamte Formkörper rasch und gleichförmig getrocknet werden kann, ohne Risse zu verursachen. Im Hinblick auf Trocknungsbedingungen wird bevorzugt im Bereich von 30 bis 99 Massen-% einer Feuchtigkeit durch das Heizverfahren mit elektromagnetischen Wellen entfernt und wird dann durch das externe Heizverfahren der Feuchtigkeitsgehalt derart verringert, dass er 3 Massen-% oder weniger in Bezug auf den Feuchtigkeitsgehalt vor dem Trocknen beträgt. Das Heizverfahren mit elektromagnetischen Wellen kann bevorzugt dielektrisches Heiztrocknen sein und das externe Heizverfahren kann bevorzugt Heißlufttrocknen sein. Die Trocknungstemperatur liegt bevorzugt im Bereich von 50 bis 130 °C und stärker bevorzugt im Bereich von 80 bis 130 °C.
(Brennschritt)
Der erhaltene getrocknete Wabenkörper wird dann gebrannt, um einen Wabenbrennkörper zu erzeugen. Im Brennschritt gemäß Ausführungsform 2 kann der Wabenbrennkörper unter denselben Bedingungen wie im Brennschritt gemäß Ausführungsform 1 gebrannt werden. Ferner kann wie in Ausführungsform 1 der Wabenbrennkörper als eine Wabenstruktur verwendet werden, wie er ist, oder können die Elektrodenabschnitte an der Seitenfläche des Wabenbrennkörpers vorgesehen sein, um eine Wabenstruktur zu erzeugen, die die Elektrodenabschnitte besitzt.
(4. Verfahren zum Herstellen eines elektrisch heizenden Trägers)
In einer Ausführungsform des Verfahrens für den elektrisch heizenden Träger 30 gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Metallelektrode mit jedem Element des Paars von Elektrodenabschnitten an der Wabenstruktur 10 elektrisch verbunden. Beispiele des Befestigungsverfahrens enthalten Laserschweißen, thermisches Spritzen, Ultraschallschweißen und dergleichen. Insbesondere ist ein Paar Metallelektroden an den Oberflächen der Elektrodenabschnitte über die Mittelachse des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 11 vorgesehen. Somit wird der elektrisch heizende Träger 30 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten. Gemäß einer derartigen Konfiguration kann der Innenraum der Wabenstruktur des elektrisch heizenden Trägers zur gewünschten elektrischen Widerstandsverteilung gesteuert werden, wodurch der elektrisch heizende Träger hergestellt wird, der die gewünschte Wirkung des Verringerns der Energie zum Reinigen des Abgases oder des Niederhaltens der Abweichung der Wärmeerzeugungsverteilung, um eine gleichförmige Wärmeerzeugung zu erreichen, oder dergleichen besitzt.
(5. Abgasreinigungsvorrichtung)
Der elektrisch heizende Träger gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann für eine Abgasreinigungsvorrichtung verwendet werden. Die Abgasreinigungsvorrichtung enthält den elektrisch heizenden Träger und ein metallisches zylindrisches Element zum Halten des elektrisch heizenden Trägers. In der Abgasreinigungsvorrichtung kann der elektrisch heizende Träger in einem Abgasströmungskanal zum Ermöglichen, dass ein Abgas aus einer Kraftmaschine strömt, installiert sein.
BEISPIELE
Im Folgenden sind Beispiele zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile veranschaulicht, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.
<Beispiele 1-3 und vergleichende Beispiele 1, 2>
(1. Herstellung des Grünkörpers)
Siliziumkarbidpulver (SiC-Pulver) und Metallsiliziumpulver (Metall-Si-Pulver) wurden in einem Massenverhältnis von 80:20 gemischt, um ein Keramikrohmaterial anzufertigen. Zu dem Keramikrohmaterial wurden Hydroxypropylmethylzellulose als ein Bindemittel, wasserabsorbierendes Harz als ein Porenbildner und Wasser hinzugefügt, um ein Formungsrohmaterial zu bilden. Jedes der resultierenden Formungsrohmaterialien wurde dann mittels einer Unterdruckknetmaschine geknetet, um einen zylindrischen Grünkörper anzufertigen. Tabelle 1 zeigt eine Schneckendrehzahl, einen Unterdruckgrad, eine Temperaturdifferenz zwischen innerhalb und außerhalb und eine Knetmaterialdichte der Unterdruckknetmaschine. Der Gehalt des Bindemittels betrug 7,0 Massenteile, wenn die Gesamtmenge des Siliziumkarbidpulvers (SiC-Pulver) und des Metallsiliziumpulvers (Metall-Si-Pulver) 100 Massenteile betrug. Der Gehalt des Porenbildners betrug 3,0 Massenteile, wenn die Gesamtmenge des Siliziumkarbidpulvers (SiC-Pulver) und des Metallsiliziumpulvers (Metall-Si-Pulver) 100 Massenteile betrug. Der Gehalt von Wasser betrug 42 Massenteile, wenn die Gesamtmenge des Siliziumkarbidpulvers (SiC-Pulver) und des Metallsiliziumpulvers (Metall-Si-Pulver) 100 Massenteile betrug. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Siliziumkarbidpulvers betrug 20 µm und der des durchschnittlichen Partikeldurchmessers des Metallsiliziumpulvers betrug 6 µm. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Porenbildners betrug 20 µm. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser jedes des Siliziumkarbidpulvers, des Metallsiliziumpulvers und des Porenbildners bezieht sich auf einen arithmetischen Mittelwert des Durchmessers auf Volumengrundlage, wenn die Häufigkeitsverteilung der Partikelgröße durch das Laserbeugungsverfahren gemessen wird.
(2. Herstellung eines Wabenformkörpers)
Jeder der erhaltenen zylindrischen Grünkörper wurde unter Verwendung einer Strangpresse, die eine gitterartige Matrizenstruktur besitzt, gebildet, um einen zylindrischen Wabenformkörper zu erhalten, wobei jede Form der Zellen im Querschnitt senkrecht zur Strömungskanalrichtung der Zellen sechseckig war. Zum jetzigen Zeitpunkt wurden ein Konvexitätsgrad bei der Spitze des Wabenformkörpers, der aus der Strangpresse extrudiert wurde, und ein Unterdruckgrad der Strangpresse gesteuert, wie in Tabelle 1 gezeigt ist. In jedem der Beispiele 1 bis 3 betrug der Konvexitätsgrad bei der Spitze des Wabenformkörpers 0 mm, d. h. der Wabenformkörper hatte eine flache Spitze. Im vergleichenden Beispiel 1 war das Unregelmäßigkeitsmuster bei der Spitze des Wabenformkörpers, der aus der Gussmaschine extrudiert wurde, konvex (ein Konvexitätsgrad: h1 = 5 mm), wie in 5 (a) gezeigt ist, und im vergleichenden Beispiel 2 war es konkav, wie in 5 (b) gezeigt ist (ein Konvexitätsgrad: h2 = - 5 mm). Der Volumenanteil des Abschnitts des Wabenformkörpers, der die Poren bilden kann, wurde bestimmt, wie folgt. Eine Probe wird aus jedem Wabenformkörper ausgeschnitten, derart, dass sie den Zentralbereich und den Außenumfangsbereich enthält, und die Probe wird unter denselben Bedingungen wie die, unter denen der Wabenbrennkörper, der später beschrieben wird, erzeugt wurde, getrocknet und gebrannt, um eine Brennkörperprobe zu bilden. Die Porosität jedes des Zentralbereichs und des Außenumfangsbereichs der angefertigten Brennkörperprobe wurde mit einem Quecksilberporosimeter gemessen und der resultierende Wert wurde als der Volumenanteil des Abschnitts des Wabenformkörpers, der die Poren bilden kann, bestimmt. Im Hinblick auf den Volumenanteil des Abschnitts des Wabentrockenkörpers, der die Poren bilden kann, wurde eine Brennkörperprobe auf dieselbe Weise angefertigt, wurde die Porosität der Brennkörperprobe gemessen und wurde der Messwert als der Volumenanteil bestimmt.
(3. Herstellung eines Wabentrockenkörpers)
Der Wabenformkörper wurde dann durch dielektrisches Hochfrequenzerhitzen getrocknet und dann bei 120 °C für 2 Stunden unter Verwendung eines Heißlufttrockners getrocknet, um einen Wabentrockenkörper zu erzeugen. Tabelle 1 zeigt die Transportgeschwindigkeit jedes Wabenformkörpers im Trocknungsschritt, die Höhe jeder Elektrode, die für dielektrisches Hochfrequenzerhitzen/-trocknen verwendet wurde, und die dielektrische Streurate durch das dielektrische Hochfrequenzerhitzen/-trocknen. Die „Elektrodenhöhe“ in Tabelle 1 gibt an, wie hoch die Elektrode in Bezug auf die Position des Wabenabdeckelements, das vorgesehen ist, um den Wabentrockenkörper während des dielektrischen Erhitzens abzudecken, ist. Ferner wurde die „dielektrische Streurate“ durch Bestimmen einer Menge einer gestreuten Feuchtigkeit aus einer Differenz zwischen Massen des Wabenformkörpers und des Wabentrockenkörpers und ihr Teilen durch die intrinsische Feuchtigkeit, die im Wabenformkörper enthalten ist, erhalten.
Somit wurden im Querschnitt senkrecht zur Strömungskanalrichtung der Zelle des Wabenbrennkörpers der Zentralbereich vom Zentrum zu 1/2r des Querschnitts und der Außenumfangsbereich von 1/2r zu r im Voraus derart gesteuert, dass sie die Porosität aufwiesen, die in Tabelle 2 gezeigt ist, wobei r der Radius des Querschnitts ist. Die Porosität des Wabentrockenkörpers wurde für jeden des Zentralbereichs und des Außenumfangsbereichs mittels eines Quecksilberporosimeters gemessen.
(4. Herstellung eines Wabenbrennkörpers)
Jeder Wabentrockenkörper wurde dann in einer Ar-Atmosphäre bei 1400 °C für 3 Stunden gebrannt, um einen Wabenbrennkörper (eine säulenförmige Wabenstruktur) zu erhalten. Die Porosität des erhaltenen Wabenbrennkörpers wurde für jeden des Zentralbereichs und des Außenumfangsbereichs mittels eines Quecksilberporosimeters gemessen.
Die Wabenstruktur hatte kreisförmige Stirnflächen, die jeweils einen Durchmesser von 100 mm und eine Höhe (eine Länge in der Strömungskanalrichtung der Zellen) von 100 mm aufwiesen. Die Zellendichte ist 93 Zellen/cm², die Dicke der Partition betrug 10,6 µm und der durchschnittliche Porendurchmessers der Trennwand betrug 8,6 µm.
(5. Bewertung des Widerstands)
Eine Silberpaste und ein Silberdraht wurden bei vier Punkten in der axialen Richtung an jeder Probe, die in einer Stabform aus jedem Wabenbrennkörper ausgeschnitten wurde, angeordnet und dann durch das Vierpolverfahren gemessen. Die Widerstände des Zentralbereichs und des Außenumfangsbereichs, die in Tabelle 2, was die Messergebnisse sind, gezeigt sind, repräsentieren einen Widerstand (%), wenn der Widerstand des Brennkörpers, der eine Porosität von 38,0 % besitzt, im Zentralbereich 100 % ist, bzw. einen Widerstand (%), wenn der Widerstand des Brennkörpers, der eine Porosität von 38,0 % besitzt, im Außenumfangsbereich 100 % ist.

Die Prüfbedingungen und die Bewertungsergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt. [Tabelle 1]

	Kneten				Formen		Trocknen
	Schneckendrehzahl	Unterdruckgrad	Temperaturdifferenz zwischen innen und außen	Knetmaterialdichte	Konvexitätsgrad	Unterdruckgrad	Elektrodenhöhe	Transportgeschwindigkeit	Dielektrische Streurate
	min^-1	Pa	°C	g/cm³	mm	Pa	mm	mm/ min	%
Beispiel 1	1300	-0,1	0	1,938	0	-0,1	+20 mm	180	60
Beispiel 2	1300	-0,09	0	1,923	0	-0,1	+20 mm	180	60
Beispiel 3	1300	-0,1	0	1,938	0	-0,1	+40 mm	200	45
Vergleichendes Beispiel 1	1300	-0,1	0	1,938	5	-0,1	+20 mm	180	60
Vergleichendes Beispiel 2	1300	-0,1	0	1,938	-5	-0,1	+20 mm	180	60

(6. Diskussion)
In jedem der Beispiele 1 bis 3 wurde der Wabentrockenkörper derart erzeugt, dass der Betrag der Differenz des Volumenanteils des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in jedem des Zentralbereichs und des Außenumfangsbereichs des Wabentrockenkörpers in Bezug auf die vorab eingestellte vorgegebene Porosität (die Porosität des Wabenbrennkörpers) innerhalb von 0,5 % lag. Als Ergebnis betrug die Schwankung der Widerstände (die Differenz zwischen den Widerständen im Zentralbereich und dem Außenumfangsbereich in Tabelle 2) 20 % oder weniger zwischen dem Zentralbereich und dem Außenumfangsbereich der Wabenstruktur und die Wabenstruktur, die eine verringerte Schwankung der Widerstände aufweist, wurde erhalten.
In jedem der vergleichenden Beispiele 1 und 2 lag der Betrag der Differenz des Volumenanteils des Abschnitts, der die Poren bilden kann, im Zentralbereich und im Außenumfangsbereich des Wabentrockenkörpers in Bezug auf die vorab eingestellte vorgegebene Porosität (die Porosität des Wabenbrennkörpers) außerhalb des 0,5 % Bereichs. Als Ergebnis betrug die Schwankung von Widerständen zwischen dem Zentralbereich und dem Außenumfangsbereich der Wabenstruktur 80 % und es konnte nicht jede beliebige gewünschte elektrische Widerstandsverteilung erhalten werden.
In Tabelle 2 ist für jedes der Beispiele 1 bis 3 und die vergleichenden Beispiele 1 und 2 die „Trockenkörperporosität“ wesentlich kleiner als die „Brennkörperporosität“. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Porenbildner zusätzlich zu den Poren enthalten ist und der Porenbildner die Poren im Brennkörper bildet.
Bezugszeichenliste

10: Wabenstruktur
11: Säulenförmiger Wabenstrukturabschnitt
12: Außenumfangswand
13a, 13b: Elektrodenabschnitt
18: Zelle
19: Trennwand
30: Elektrisch heizender Träger
33a, 33b: Metallelektrode
40: Gussmaschine
41: Matrize
42: Grünkörper
43: Wabenformkörper

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 6111122 B [0004]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer leitenden Wabenstruktur, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: einen Formungsschritt zum Extrudieren eines Formungsrohmaterials, das ein leitendes Keramikrohmaterial enthält, um einen Wabenformkörper zu erhalten, wobei der Wabenformkörper Folgendes umfasst: eine Außenumfangswand und eine Trennwand, die auf einer Innenseite der Außenumfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, um einen Strömungskanal zu bilden, der von einer Stirnfläche zur weiteren Stirnfläche verläuft; einen Trocknungsschritt zum Trocknen des Wabenformkörpers, um einen Wabentrockenkörper zu erhalten; und einen Brennschritt zum Brennen des Wabentrockenkörpers, um einen Wabenbrennkörper zu erhalten, wobei der Formungsschritt einen Schritt des Steuerns eines Volumenanteils eines Abschnitts des Wabenformkörpers, der Poren bilden kann, derart, dass ein Betrag einer Differenz des Volumenanteils des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in vorgegebenen Bereichen des Wabenformkörpers in Bezug auf eine vorab eingestellte vorgegebene Porosität des Wabenbrennkörpers innerhalb von 0,5 % liegt, umfasst; und die vorgegebene Porosität eine Porosität ist, die für jeden der vorgegebenen Bereiche in einem Querschnitt senkrecht zu einer Strömungskanalrichtung der Zellen des Wabenbrennkörpers voreingestellt ist.
Verfahren zum Herstellen der leitenden Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei im Querschnitt senkrecht zur Strömungskanalrichtung der Zellen des Wabenbrennkörpers die vorgegebenen Bereiche einen Zentralbereich von einem Zentrum zu 1/2r des Querschnitts und einen Außenumfangsbereich von 1/2r zu r aufweisen, wobei r ein Radius des Querschnitts ist, und der Schritt des Steuerns des Volumenanteils des Abschnitts des Wabenformkörpers, der die Poren bilden kann, ein Steuern des Betrags der Differenz des Volumenanteils des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in jedem des Zentralbereichs und des Außenumfangsbereichs des Wabenformkörpers in Bezug auf die vorab eingestellte vorgegebene Porosität jedes des Zentralbereichs und des Außenumfangsbereichs des Wabenbrennkörpers derart, dass er innerhalb von 0,5 % liegt, umfasst.
Verfahren zum Herstellen der leitenden Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Volumenanteil des Abschnitts des Wabenformkörpers, der die Poren bilden kann, einen Gesamtvolumenanteil von Poren, eines Porenbildners und einer Feuchtigkeit, die im Wabenformkörper enthalten sind, repräsentiert.
Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Steuerns des Volumenanteils des Abschnitts des Wabenformkörpers, der die Poren bilden kann, einen Schritt des Steuerns einer Dichteverteilung im Formungsrohmaterial derart, dass sie im Bereich von 1,5 bis 2,2 g/cm³ liegt, unter Verwendung einer Knetmaschine umfasst.
Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Steuerns des Volumenanteils des Abschnitts des Wabenformkörpers, der die Poren bilden kann, einen Schritt des Steuerns des Bildens des Rohmaterials durch Steuern einer Drehzahl einer Schnecke, die in einer Knetmaschine verwendet wird, eines Unterdruckgrads in der Knetmaschine und/oder einer Temperaturverteilung in der Knetmaschine umfasst.
Verfahren zum Herstellen der leitenden Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schritt des Steuerns des Volumenanteils des Abschnitts des Wabenformkörpers, der die Poren bilden kann, einen Schritt des Steuerns das Formungsrohmaterials durch Steuern eines Unregelmäßigkeitsmusters bei einer Spitze des Wabenformkörpers, der aus der Gussmaschine, die eine Matrize besitzt, extrudiert wird, einer Temperaturverteilung in der Gussmaschine, einer Länge einer Ziehvorrichtung in einer Durchgangsrichtung des Formungsrohmaterials, wobei die Ziehvorrichtung auf einer stromaufwärts liegenden Seite der Matrize im Durchgang des Formungsrohmaterials vorgesehen ist, und/oder einer Länge des Wabenformkörpers umfasst.
Verfahren zum Herstellen einer leitenden Wabenstruktur, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: einen Formungsschritt zum Extrudieren eines Formungsrohmaterials, das ein leitendes Keramikrohmaterial enthält, um einen Wabenformkörper zu erhalten, wobei der Wabenformkörper Folgendes umfasst: eine Außenumfangswand und eine Trennwand, die auf einer Innenseite der Außenumfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, um einen Strömungskanal zu bilden, der von einer Stirnfläche zur weiteren Stirnfläche verläuft; einen Trocknungsschritt zum Trocknen des Wabenformkörpers, um einen Wabentrockenkörper zu erhalten; und einen Brennschritt zum Brennen des Wabentrockenkörpers, um einen Wabenbrennkörper zu erhalten, wobei der Trocknungsschritt einen Schritt des Steuerns eines Volumenanteils eines Abschnitts des Wabentrockenkörpers, der Poren bilden kann, derart, dass ein Betrag einer Differenz des Volumenanteils des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in vorgegebenen Bereichen des Wabentrockenkörpers in Bezug auf eine vorab eingestellte vorgegebene Porosität des Wabenbrennkörpers innerhalb von 0,5 % liegt, umfasst; und die vorgegebene Porosität eine Porosität ist, die für jeden der vorgegebenen Bereiche in einem Querschnitt senkrecht zu einer Strömungskanalrichtung der Zellen des Wabenbrennkörpers voreingestellt ist.
Verfahren zum Herstellen der leitenden Wabenstruktur nach Anspruch 7, wobei im Querschnitt senkrecht zur Strömungskanalrichtung der Zellen des Wabenbrennkörpers die vorgegebenen Bereiche einen Zentralbereich von einem Zentrum zu 1/2r des Querschnitts und einen Außenumfangsbereich von 1/2r zu r aufweisen, wobei r ein Radius des Querschnitts ist, und der Schritt des Steuerns des Volumenanteils des Abschnitts des Wabentrockenkörpers, der die Poren bilden kann, einen Schritt des Steuerns des Betrags der Differenz des Volumenanteils des Abschnitts, der die Poren bilden kann, in jedem des Zentralbereichs und des Außenumfangsbereichs des Wabentrockenkörpers in Bezug auf die vorab eingestellte vorgegebene Porosität jedes des Zentralbereichs und des Außenumfangsbereichs des Wabenbrennkörpers derart, dass er innerhalb von 0,5 % liegt, umfasst.
Verfahren zum Herstellen der leitenden Wabenstruktur nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Volumenanteil des Abschnitts des Wabentrockenkörpers, der die Poren bilden kann, einen Gesamtvolumenanteil von Poren, eines Porenbildners und einer Feuchtigkeit, die im Wabentrockenkörper enthalten sind, repräsentiert.
Verfahren zum Herstellen der leitenden Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Schritt des Steuerns des Volumenanteils des Abschnitts des Wabentrockenkörpers, der die Poren bilden kann, einen Schritt des Steuerns einer Feuchtigkeitsstreurate des Wabenformkörpers, einer Entfernung zwischen Elektroden von parallelen Plattenelektroden, die verwendet werden, wenn das Trocknen durch dielektrisches Erhitzen ausgeführt wird, und/oder einer Trocknungszeit des Wabenformkörpers umfasst.
Verfahren zum Herstellen der leitenden Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei im Querschnitt senkrecht zur Strömungskanalrichtung der Zellen der leitenden Wabenstruktur ein Betrag einer Differenz einer Porosität des Außenumfangsbereichs von 1/2r zu r des Querschnitts in Bezug auf eine Porosität des Zentralbereichs vom Zentrum zu 1/2r des Querschnitts innerhalb von 0,5 % liegt, wobei r ein Radius des Querschnitts ist.
Verfahren zum Herstellen der leitenden Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei im Querschnitt senkrecht zur Strömungskanalrichtung der Zellen der leitenden Wabenstruktur die Differenz der Porosität des Außenumfangsbereichs von 1/2r zu r des Querschnitts in Bezug auf die Porosität des Zentralbereichs vom Zentrum zu 1/2r des Querschnitts -0,5 % oder weniger, +0,5 % oder mehr ist, wobei r ein Radius des Querschnitts ist.
Verfahren zum Herstellen der leitenden Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst: Herstellen eines Wabenbrennkörpers mit ungebrannten Elektrodenabschnitten durch Aufbringen eines Elektrodenabschnitt-Formungsrohmaterials, das ein Keramikrohmaterial enthält, auf eine Seitenfläche des Wabenbrennkörpers und sein Trocknen, um ein Paar von ungebrannten Elektrodenabschnitten an einer Außenoberfläche der Außenumfangswand über eine Mittelachse des Wabenbrennkörpers derart zu bilden, dass sie in Form eines Streifens in der Strömungskanalrichtung der Zellen verlaufen, und Brennen des Wabenbrennkörpers mit ungebrannten Elektrodenabschnitten, um eine leitende Wabenstruktur zu erzeugen, die ein Paar Elektrodenabschnitte besitzt.
Verfahren zum Herstellen eines elektrisch heizenden Trägers, wobei das Verfahren einen Schritt des elektrischen Verbindens einer Metallelektrode mit jedem Element des Paars von Elektrodenabschnitten der leitenden Wabenstruktur, die gemäß dem Verfahren nach Anspruch 13 erzeugt wurde, umfasst.