DE10392475T5

DE10392475T5 - Poröse Wabenstruktur

Info

Publication number: DE10392475T5
Application number: DE10392475T
Authority: DE
Inventors: Yasushi Noguchi; Hideaki Nishi; Hiroyuki Suenobu
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2005-02-24
Also published as: JP2004000901A; US7288131B2; US20050120690A1; WO2003082437A1; AU2003213374A1

Abstract

Poröse Wabenstruktur, welche umfaßt:
eine Vielzahl von Scheidewänden, welche Cordierit als Hauptkomponente enthalten und eine poröse Keramik mit einer Porosität von 55 bis 75% und einem mittleren Porendurchmesser von 15 bis 35 μm umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß Poren der Scheidewände eine Porenverteilung aufweisen, die durch die folgende Zustandsformel (1) dargestellt wird: Lr > 0, 3 × P/100+0,91 (1),"in der vorstehenden Zustandsformel (1) bedeutet Lr ein mittleres entwickeltes Längenverhältnis, das durch die folgende Gleichung (2) erhalten wurde, und P bedeutet eine Porosität, welche aus einem gesamten Porenvolumen erhalten wurde, das durch ein Quecksilberdruckporosimeter gemessen wurde, unter der Annahme, daß eine wahre spezifische Dichte von Cordierit 2,52 g/cc ist:" Lr = Lo/4 (2)"in der vorstehenden Gleichung (2) bedeutet Lo eine mittlere entwickelte Länge (ein Mittelwert von Längen, welche die Oberflächen der in den Scheidewandoberflächen geöffneten Poren einschließen), welche unter Verwendung eines Oberflächenrauhigkeit-Meßinstruments und Prüfen von optional zehn Orten auf den Scheidewandoberflächen alle 4...

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine poröse Wabenstruktur. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine poröse Wabenstruktur, die als Filter zum Reinigen eines Abgases anwendbar ist, welcher fähig ist, eine Einfangzeit wirksam zu verlängern, eine Einfangeffizienz zu steigern und einen Druckverlust zu erniedrigen, wenn eine Porenverteilung der Scheidewände kontrolliert wird, und welcher ferner fähig ist, einen Lösungsverlust zum Zeitpunkt der Filterregeneration zu verhindern, oder eine isostatische Festigkeit zu verbessern, und die als Katalysatorträger anwendbar ist, welcher fähig ist, ein Reinigungsleistungsverhalten der wirksam zu verbessern und einen Druckverlust zu erniedrigen, und welcher in der isostatischen Festigkeit überlegen ist.
STAND DER TECHNIK
In den zurückliegenden Jahren wurden die Einflüsse von partikulärer Materie oder NOx, welche aus einem Automobilmotor, speziell einem Dieselmotor oder dergleichen, ausgestoßen werden, auf die Umwelt in das öffentliche Interesse gebracht, und verschiedene Verwendungen von porösen Wabenstrukturen als wichtige Einrichtungen zum Entfernen dieser toxischen Substanzen wurden untersucht.
Zum Beispiel wurde in einer Wabenstruktur, welche eine Vielzahl von durchgehenden Löchern einschließt, die durch poröse Scheidewände untergliedert sind, ein Wabenfilter entwickelt, der eine Struktur einschließt, in welcher die durchgehenden Löcher in verschiedenen Positionen an gegenüberliegenden Endflächen, welche die geöffneten durchgängigen Löcher darin einschließen, verschlossen sind. Einem Abgas wird ermöglicht, in jedes geöffnete durchgängige Loch in einer Endfläche zu fließen, und gezwungenermaßen die Scheidewände in der Wabenstruktur zu durchdringen, so daß die partikuläre Materie in dem Abgas eingefangen und entfernt wird. Als neue Ansätze, eine Katalysatorträgermenge zu steigern und dadurch ein Reinigungsleistungsverhalten zu verbessern, wurde ebenso ein Katalysatorkörper aus einer Wabenstruktur entwickelt, der die Scheidewände einschließt, welche alle als poröse Körper mit hohen Porositäten gebildet sind, und welche einem Katalysator zum Zersetzen von HC oder NOx tragen.
Zusätzlich wird in der porösen Wabenstruktur natürlich eine hohe Einfangeffizienz in der Anwendung als Filter benötigt. Wenn eine gewisse oder größere Menge Ruß in in den Oberflächen geöffneten Poren der Scheidewände abgeschieden ist, steigt der Druckverlust schnell an. Folglich wird gewöhnlicherweise nach der Verwendung für eine gewisse Zeit ein Regenerationsschritt durchgeführt, wobei der Filter bei einer hohen Temperatur gebrannt wird, um dadurch den Ruß auszubrennen. Wenn dieser Regenerationsschritt jedoch mit einer hohen Frequenz durchgeführt wird, wird die Degradation der porösen Wabenstruktur unterstützt. Folglich wurde eine Verlängerung der Einfangzeit gefordert, um die Anzahl der Regenerationsschritte zu senken.
Fernerhin weist in der Anwendung als Filter der gesamte Filter bevorzugt eine gewisse oder größere thermische Kapazität auf, da die poröse Wabenstruktur zum Zeitpunkt der Filterregeneration einer bemerkenswert hohen Temperatur ausgesetzt wird, so daß ein Lösungsverlust der Scheidewand durch die Filterregeneration verhindert wird. Wenn der Ruß verbrannt wird, wird eine große maximale Rußmenge (rußbegrenzte Regenerationsmenge), die den Lösungsverlust der Scheidewände während der Regeneration des Filters nicht hervorruft, gefordert.
Andererseits gab es in den vergangenen Jahren bei der Anwendung als Katalysatorträger eine Anforderung für das Steigern einer Katalysatorträgermenge für eine weitere Verbesserung eines Abgas-Reinigungsleistungsverhaltens, und Versuche wurden unternommen, den Katalysator auf der Wabenstruktur, deren Porosität erhöht wurde, zu tragen.
Darüber hinaus besteht in jeder Anwendung eine Anforderung für die Verringerung des Druckverlustes in der porösen Wabenstruktur, die in einem Verbrennungsmotor wie einem Dieselmotor eingebaut ist, welcher für einen verringerten Treibstoffverbrauch und eine erhöhte Ausgangsleistung zwingend erforderlich ist. Da die poröse Wabenstruktur in der Nähe des Motors angeordnet ist, welcher in jeder Anwendung anhaltend stark vibriert, muß die Struktur fernerhin fest in einem Metallgehäuse gefaßt sein, und die gesamte Wabenstruktur benötigt eine hohe isostatische Festigkeit.
Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurde hiervor eine Wabenstruktur oder dergleichen offenbart, in welcher die Porenverteilung der Scheidewände in verschiedenen Bereichen kontrolliert wird.
Zum Beispiel wurde in dem Japanischen Patent Nr. 2726616 eine Wabenstruktur beschrieben, in welcher eine spezifische Oberfläche (Mm²/g) der in der Oberfläche geöffneten Poren der Scheidewand und eine Oberflächenrauhigkeit (Nμm) in der Filteroberfläche bei 1000M + 85N ≥ 530 kontrolliert werden.
Die Wabenstruktur wird jedoch unter Verwendung keramischer Rohmaterialien wie Siliciumoxid und Talk, deren Teilchendurchmesser kontrolliert wurden, hergestellt, und die Porosität ist maximal etwa 60% (Japanisches Patent Nr. 2726616 ).
Darüber hinaus wird in der Wabenstruktur die Verteilung der Poren in den Scheidewänden, mit Ausnahme eines Verhältnisses der in der Oberfläche geöffneten Poren der Scheidewand in Bezug zu der Porosität der gesamten Scheidewand, nicht berücksichtigt, und Anforderungen für die Verlängerung der Einfangzeit, der Erhöhung der Einfangeffizienz, der Verbesserung des Reinigungsleistungsverhaltens und die Erniedrigung des Druckverlustes wurden nicht ausreichend erfüllt.
Andererseits wurde eine Cordierit-Wabenstruktur (offengelegte Japanische Patentanmeldung Nr. 9-77573 ) vorgeschlagen, in welcher ein organischer Schaumbildner und Kohlenstoff als Porenbildner zu einem Cordierit-Rohmaterial zur Verwendung zugegeben wurden, und die Anzahl von 5 bis 40 μm kleinen Löchern wird auf 5 bis 40 mal die Anzahl der 40 bis 100 μm großen Löcher unter den Poren in der Oberfläche der Scheidewand festgesetzt.
Auch in dieser Wabenstruktur wurde jedoch das Verhältnis der in der Scheidewandoberfläche geöffneten Poren in Bezug zu der Porosität der gesamten Scheidewand nicht berücksichtigt. Die Wabenstruktur wurde unter Verwendung eines organischen Schaumbildners hergestellt, welcher ursprünglich dichte Teilchen enthält, und welche ausgehöhlt wird, wenn er als ein Porenbildnermaterial erhitzt wird. Folglich ergibt sich etwas organischer Schaumbildner in der offenen Oberfläche der Scheidewand direkt nach dem Strangpressen. Wenn der Binder durch Wärme in dem nachfolgenden Trocknungsschritt oder dergleichen geliert, und der gebildete Gegenstand gehärtet wird, wird die Oberfläche der Scheidewand nicht in hohem Maße in einer solchen Art und Weise gedehnt, daß sie selbst beim Schäumen bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur von 100°C birst, und die Anzahl der in der Scheidewandoberfläche geöffneten Poren war in der vorliegenden Situation klein. Als Ergebnis weist in der Wabenstruktur die Porenverteilung der Scheidewand in einer Dickenrichtung eine Abweichung auf, und die Anforderungen zum Anheben der Einfangeffizienz, der Verlängerung der Einfangzeit und der Erniedrigung des Druckverlustes wurden nicht ausreichend erfüllt. Da die Menge des Katalysators, der in den Scheidewänden getragen wird, aufgrund der Abweichung der Porenverteilung sehr groß ist, ist ein wirksames Verwendungsverhältnis, welches tatsächlich zu einer Reinigungsreaktion beiträgt, klein, und ein ausreichendes Reinigungsleistungsverhalten wurde nicht erhalten. Wenn fernerhin die Porosität der gesamten Scheidewand weiter angehoben wird, um das Problem zu lösen, gibt es ein Problem, daß ein lokaler Lösungsverlust auf der Scheidewand zum Zeitpunkt der Filterregeneration durch die Abnahme der isostatischen Festigkeit oder der thermischen Kapazität hervorgerufen wird.
Selbst in der Wabenstruktur, welche unter Verwendung nicht-schäumender Porenbildner wie PMMA und PET hergestellt wurde, war darüber hinaus die Anzahl der in den Scheidewandoberflächen geöffneten Poren in der vorliegenden Situation wie vorstehend beschrieben klein. Die Anforderungen für die wirksame Anhebung der Einfangeffizienz, der Verlängerung der Einfangzeit, der Verbesserung des Reinigungsleistungsverhaltens und der Erniedrigung des Druckverlustes wurden nicht ausreichend erfüllt. Wenn die Porosität der gesamten Scheidewand weiter angehoben wird, gibt es ein Problem, daß der lokale Lösungsverlust der Scheidewand zum Zeitpunkt der Filterregeneration durch die Abnahme der isostatischen Festigkeit oder der thermischen Kapazität hervorgerufen wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Probleme entwickelt, und ein Ziel davon ist es, eine poröse Wabenstruktur zur Verfügung zu stellen, welche fähig ist, eine Einfangeffizienz von Ruß oder dergleichen wirksam anzuheben, durch effektive Verwendung eines Katalysators ein Reinigungsleistungsverhalten zu verbessern, einen Druckverlust zu erniedrigen und eine Einfangzeit zu verlängern, und welche ferner fähig ist, eine Lösungsverlustgrenze zu dem Zeitpunkt der Filterregeneration und eine isostatische Festigkeit zu verbessern.
Als Ergebnis intensiver Forschungen zum Erreichen des Ziels durch den vorliegenden Erfinder wurden darüber hinaus Ergebnisse erhalten, daß, wenn eine Wabenstruktur unter Verwendung von Ton, welcher ein geschäumtes hierzu zugegebenes Schaumharz enthält, hergestellt wird, die Wabenstruktur mit einer hohen Porosität erhalten wird, welche eine große Anzahl von in den Scheidewandoberflächen geöffneten/gebildeten Poren einschließt, und mit einer Porenverteilung, in welcher ein scheidewandentwickeltes Längenverhältnis nicht weniger als ein spezifischer Wert unter Bezug zu der gesamten Porosität ist. Es wurde gefunden, daß gemäß der Wabenstruktur die vorstehend beschrieben herkömmlichen Probleme gelöst werden können, und die vorliegende Erfindung wurde abgeschlossen.
Das heißt, gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine poröse Wabenstruktur zur Verfügung gestellt, welche umfasst: eine Vielzahl von Scheidewänden, welche Cordierit als Hauptbestandteil enthalten und aus einer porösen Keramik mit einer Porosität von 55 bis 75% und einem mittleren Porendurchmesser von 15 bis 35 μm aufgebaut sind, wobei die Poren der Scheidewände eine durch die folgende Zustandsformel (1) (hiernach manchmal einfach als „Zustandsformel (1)" bezeichnet) dargestellte Porenverteilung aufweisen. Lr > 0.3 × P/100 + 0,91 (1)
"In Zustandsformel (1) bedeutet Lr ein mittleres entwickeltes Längenverhältnis, welches durch die folgende Gleichung (2) (hiernach einfach als "Gleichung (2)" bezeichnet) bedeutet, und P eine Porosität bedeutet, die aus einem durch ein Quecksilberdruckporosimeter gemessenes Gesamtporenvolumen erhalten wurde, unter der Annahme, daß eine wahre spezifische Dichte von Cordierit 2,52 g/cc. ist" Lr = Lo/4 (2)
"In Gleichung (2) bedeutet Lo eine mittlere entwickelte Länge (ein Mittelwert von Längen, welche die Oberflächen der in den Scheidewandoberflächen geöffneten Poren einschließt), welche erhalten wurden, wenn ein Oberflächenrauhigkeits-Meßinstrument verwendet wurde, und Prüfen von optional zehn Orten auf den Scheidewandoberflächen alle 4 mm (gerade Linienlänge, die die Anwesenheit von in den Scheidewandoberflächen geöffneten Poren ignoriert) entlang der Scheidewandoberflächen mit einem Taststift, und Lr bedeutet das mittlere entwickelte Längenverhältnis."
Darüber hinaus weisen in der vorliegenden Erfindung ferner die Poren der Scheidewände bevorzugt eine tomographische Porenverteilung auf, welche durch die folgende Zustandsformel (3) (hiernach manchmal einfach als "Zustandsformel (3)" bezeichnet) in einer Scheidewanddickenrichtung dargestellt wird. X < –33 × P/100 + 28 (3)
"In Zustandsformel (3) bezeichnet X einen mittleren Wert eines primären Komponenten-Amplitudenspektrums (F) und eines sekundären Komponenten-Amplitudenspektrums (S), welche aus den folgenden Gleichungen (4) und (5) (hiernach manchmal als "Gleichung (4)", "Gleichung (5)" jeweils bezeichnet) erhalten wurden, und P bedeutet eine Porosität, welche in der gleichen Art und Weise wie in Zustandsformel (1) erhalten wurde."
"In Gleichung (4) bezeichnet F das primäre Komponenten-Amplitudenspektrum, unter der Annahme, daß in der folgenden Konversionsgleichung (6) k = 1, und X_SRe(1) und X_SIm) bezeichnen jeweils einen Realteil und einen Imaginärteil unter der Annahme, daß in der Konversionsgleichung (6) k = 1."
"In Gleichung (5) bezeichnet S das sekundäre Komponenten-Amplitudenspektrum unter der Annahme, daß in Konversionsgleichung (6) k = 2, und X_SRe (2) und X_SIm (2) bezeichnet jeweils einen Realteil und einen Imaginärteil unter der Annahme, daß in Konversionsgleichung (6) k = 2."
"In Konversionsgleichung (6) bezeichnet X_s(k) eine diskrete Fourier-Transformation, k bezeichnet einen Grad, n bezeichnet eine ganze Zahl von 0 bis 255, die eine Teilposition angibt, wenn ein Scheidewandabschnitt der Reihe nach in einer Dickenrichtung von einem äußeren Oberflächenbereich der Scheidewand (n = 0) in 256 geteilt wird, und X(n) bezeichnet ein Flächenverhältnis, welches durch einen Porenanteil in einem Scheidewandabschnittsbereich zu der Teilposition von n zu n + 1 besetzt ist."
In der vorliegenden Erfindung ist eine Dicke der Scheidewand bevorzugt auf 350 μm oder weniger festgesetzt. Ein thermischer Expansionskoeffizient bei 40 bis 800°C kann auf 1,0 × 10^–6/°C oder weniger in Bezug zu der gesamten Wabenstruktur festgesetzt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Beispiel einer partiellen Querschnittsansicht einer Scheidewand, welches ein Verfahren zum Messen einer tomographischen Porositätsverteilung zeigt;
2 ist eine grafische Darstellung, welche ein Beispiel der tomographischen Porositätsverteilung zeigt, welche durch ein in 1 gezeigtes Verfahren erhalten wurde;
3 ist eine grafische Darstellung, welche ein Ergebnis der Fourier-Transformation der in 2 gezeigten tomographischen Porositätsverteilung mit jeder Serie zeigt;
4 ist eine grafische Darstellung, welche Ergebnisse von Beispielen und Vergleichsbeispielen unter Bezug zu einer Beziehung zwischen einer Porosität und einem entwickelten Längenverhältnis zeigt;
5 ist eine grafische Darstellung, welche Ergebnisse der jeweiligen Beispiele und Vergleichsbeispiele unter Bezug zu einer Beziehung zwischen der Porosität und einem Mittelwert (X) eines primären Komponenten-Amplitudenspektrums (S) und eines sekundären Komponenten-Amplitudenspektrums (F) zeigt; und
6 ist eine grafische Darstellung, welche Ergebnisse der jeweiligen Beispiele und Vergleichsbeispiele unter Bezug zu einer Beziehung zwischen dem Mittelwert (X) des primären Komponenten-Amplitudenspektrums (S) und des sekundären Komponenten-Amplitudenspektrums (F) und eines Rußeinfangdruckverlustes zeigt.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Wie vorstehend beschrieben, enthält eine poröse Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung Cordierit als Hauptkomponente, schließt Poren mit einer spezifischen Porosität und mittlerem Porendurchmesser ein, und weist ferner eine Porositätsverteilung auf, in welcher ein entwickeltes Längenverhältnis und die Porosität jeder Scheidewandoberfläche eine spezifische Zustandsformel erfüllen. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird hiernach konkret beschrieben.
In der vorliegenden Erfindung kann Cordierit, welches die Hauptkomponente der Scheidewand ist, entweder orientiert, unorientiert, α-kristallin, β-kristallin oder dergleichen sein. Als Komponenten außer Cordierit können zum Beispiel Mullit, Zirkon, Aluminiumtitanat, tongebundenes Siliciumcarbid, Zirkoniumoxid, Spinell, Indialit, Sapphirin, Korund, Titanoxid oder dergleichen alleine enthalten sein, oder zwei oder mehr von diesen können ebenso enthalten sein.
Darüber hinaus sind in der vorliegenden Erfindung die Scheidewände der Wabenstruktur aus einer hochporösen Keramik mit einer Porosität von 55 bis 75%, insbesondere bevorzugt 65 bis 75% aufgebaut.
Wenn die Porosität kleiner als 55% ist, ist ein Transmissionswiderstand in der Scheidewand gegen das Abgas außerordentlich groß, und es ist daher schwierig, einen Druckverlust zu einem solchen Ausmaß zu erniedrigen, daß keine praktischen Probleme hervorgerufen werden, selbst wenn eine Porenverteilung, wie später beschrieben, kontrolliert wird. Es ist ebenso schwierig, eine gewünschte Katalysatorträgermenge zu erhalten. Wenn andererseits die Porosität 75% übersteigt, erniedrigt sich die isostatische Festigkeit, und die Struktur bricht leicht, wenn sie in einem Gehäuse gehalten wird.
Darüber hinaus haben in der vorliegenden Erfindung die Poren, welche in den Scheidewänden der porösen Keramik bestehen, einen mittleren Porendurchmesser von 15 bis 35 μm.
Wenn der mittlere Porendurchmesser kleiner als 15 μm ist, steigt eine Einfangeffizienz an, aber ein anfänglicher Druckverlust steigt. Wenn andererseits der mittlere Porendurchmesser 35 μm übersteigt, und selbst wenn die Porenverteilung, wie später beschrieben, kontrolliert wird, wird es schwierig, eine praktisch benötigte Einfangeffizienz sicherzustellen. Da Ruß leicht in den Scheidewänden abgeschieden wird, bleibt der Ruß im Inneren der Scheidewände zum Zeitpunkt der Regeneration leicht unverbrannt. Folglich erniedrigt sich ein rußabgeschiedener Druckverlust in manchen Fällen selbst nach der Regeneration nicht.
Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung weist ferner eine Porenverteilung auf, in welcher das entwickelte Längenverhältnis jeder Scheidewandoberfläche nicht weniger als ein spezifischer numerischer Wert mit Bezug zu der Porosität der gesamten Scheidewand ist, und weist konkret eine Porenverteilung auf, welche einen Zustand der Zustandsformel (1) erfüllt.
Da demzufolge ein im Wesentlichen nützliches gewährbares Volumen des abgeschiedenen Rußes in allen Poren ansteigt, kann die Einfangeffizienz wirksam angehoben werden, und eine Einfangzeit kann verlängert werden. Da ein Verhältnis der in den Scheidewandoberflächen geöffneten Poren in Bezug zu der Porosität der gesamten Scheidewand groß ist, wird der Druckverlust wirksam erniedrigt, oder die Katalysatorträgermenge oder ein wirksames Verwendungsverhältnis des getragenen Katalysators wird gesteigert, und demzufolge kann ein Reinigungsleistungsverhalten wirksam verbessert werden. Wie aus dem Vorstehenden deutlich wird, ist es möglich, ausreichende Eigenschaften in Bezug zu der Einfangeffizienz, der Einfangzeit, dem Reinigungsleistungsverhalten und dem Druckverlust zu erreichen, selbst wenn die Porosität der gesamten Scheidewand zu einem gewissen Grad erniedrigt ist, und zusätzlich kann die isostatische Festigkeit oder eine rußbegrenzte Regenerationsmenge angehoben werden.
Die Scheidewände in der porösen Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung weisen ferner eine Porenverteilung auf, in welcher eine tomographische Porenverteilung in einer Dickenrichtung durch die Zustandsformel (3) dargestellt wird. Das ist bevorzugt, indem die für die Wabenstruktur benötigten Eigenschaften wie der Scheidewandlösungsverlust zum Zeitpunkt der Filterregeneration, die isostatische Festigkeit, die Einfangeffizienz, das Reinigungsleistungsverhalten, der Druckverlust und die Einfangzeit im Allgemeinen weiter verbessert werden können.
Das heißt, die Wabenstruktur, welche die Bedingung der Zustandsformel (3) erfüllt, weist etwas Schwankung von einer tomographischen Porositätsverteilung auf, und die in den Scheidewänden bestehenden Poren sind gleichförmig verteilt, ohne im Inneren der Scheidewände abzuweichen. Da der Ruß im Inneren der Scheidewände schwer abgeschieden wird, und die Menge des nach der Filterregeneration zurückbleibenden Rußes klein ist, kann folglich der Druckverlust durch abgeschiedenen Ruß weiter verringert werden. Darüber hinaus erniedrigt die Wabenstruktur, welche die Bedingung der Zustandsformel (3) erfüllt, die ihre statische Festigkeit oder den rußbegrenzten Regenerationsbetrag aufgrund einer Abnahme der thermischen Kapazität lokal in jedem Anteil der Scheidewand nicht. Während diese Eigenschaften erfüllt werden, können folglich der Anstieg der Einfangeffizienz, die Verlängerung der Einfangzeit und die Erniedrigung des Druckverlustes auf höheren Niveaus erreicht werden. Da die Katalysatorträgermenge oder das wirksame Verwendungsverhältnis des getragenen Katalysators weiter gesteigert wird, wird in ähnlicher Art und Weise die isostatische Festigkeit erfüllt, wobei ein höheres Reinigungsleistungsverhalten erreicht werden kann.
Hier kann die tomographische Porositätsverteilung in der Scheidewanddickenrichtung, welche in Konversionsgleichung (6) gezeigt wird, durch ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) gemessen werden. Konkret wird zunächst ein Scheidewandabschnitt der Wabenstruktur mit einer 100-fachen Vergrößerung betrachtet, die Bilddaten werden durch eine Bildanalysesoftware binarisiert, ein schwarzer Anteil wird als Porenanteil betrachtet, und ein weißer Anteil wird als Wabensubstratanteil betrachtet. Darüber hinaus wird, wie in 1 gezeigt, der Abschnitt in der Scheidewanddickenrichtung mit einer Breite von 1 mm in einer Scheidewandlängenrichtung in 256 geteilt, und ein Verhältnis einer durch die Porenanteile besetzten Fläche in jeder geteilten tomographischen Bereich wird berechnet. 2 zeigt ein Beispiel einer tomographischen Porositätsverteilung X(n), welche in dieser Art und Weise erhalten wurde, und 3 zeigt Ergebnisse der Fourier-Transformation der tomographischen Porositätsverteilung X(n) mit jeder Serie, wie in 2 gezeigt wird.
In der vorliegenden Erfindung besteht keine spezielle Beschränkung für Aspekte außer verschiedenen Bedingungen der in den Scheidewänden abgeschiedenen Poren, welche die Scheidewanddicke, Zellenform, Zellenabstand oder dergleichen der Wabenstruktur einschließen, und die Aspekte können bevorzugt in Übereinstimmung mit Anwendungen oder dergleichen ausgelegt sein. Um darüber hinaus eine gewünschte Filterfunktion zu verleihen, ist eine Struktur bevorzugt, in welcher eine Vielzahl von durchgehenden Löchern, die in einer Endfläche der Abgaseinflußseite und in einer Endfläche der Abgasausgangsseite geöffnet sind, in verschiedenen Positionen auf den gegenüberliegenden Endflächen verschlossen sind.
Darüber hinaus kann ein Katalysator auf den porösen Scheidewänden der Wabenstruktur getragen werden, so daß ein Katalysatorkörper gebildet wird. In der Verwendung als Katalysatorgrundkörper liegt die Zellendichte bevorzugt in einem Bereich von 6 bis 1500 Zellen/inch² (0,9 bis 233 Zellen/cm²), und die Dicke der Scheidewand liegt bevorzugt in einem Bereich von 50 bis 2000 μm (etwa 2 bis 79 mil). Eine axiale Richtungslänge (Abgasflußrichtung) in der Verwendung als Katalysatorgrundkörper ist gewöhnlich 60 bis 300 mm, bevorzugt 100 bis 250 mm.
Fernerhin kann ebenso eine adsorptive Schicht auf dem Katalysatorgrundkörper abgeschieden sein, und eine Schicht, die eine große spezifische Oberfläche aufweist und Aluminiumoxid oder Zeolith als Hauptkomponenten enthält, wird gewöhnlich bevorzugt verwendet. Zeolith kann entweder natürlich oder synthetisch sein, und sein Typ ist nicht besonders beschränkt, aber ein Si/A1 Verhältnis von 40 oder mehr wird von den Standpunkten der Wärmebeständigkeit, Dauerhaftigkeit und hydrophoben Eigenschaft von bevorzugt verwendet. Konkret sind ZSM-5, USY, β-Zeolith, Silicalith, Metallosilicat und dergleichen bevorzugt verwendbar.
Zusätzlich können Katalysatorkomponenten direkt auf der Wabenstruktur getragen werden und können ebenso auf der adsorptiven Schicht getragen werden.
In der vorliegenden Erfindung weist die gesamte Scheidewand eine einheitliche Porenverteilung auf, und die Porosität kann ebenfalls zu einem gewissen Grad, wie vorstehend beschrieben, erniedrigt werden. Selbst wenn die Scheidewände weiter dünner gemacht werden, werden folglich Lösungsverluste der Scheidewände verhindert, und eine gewünschte isostatische Festigkeit kann sichergestellt werden. Wenn folglich die Scheidewanddicke auf 350 μm oder weniger eingestellt wird, kann eine poröse Wabenstruktur mit weniger Druckverlust oder höherem Katalysator-Effektivverhältnis aufgebaut werden.
Ferner kann in der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung, wenn ein geschäumtes Schaumharz, das eine Cordierit-Reaktion nicht unterbindet, als Mittel zur Bildung von Poren in der Umgebung der Scheidewandoberfläche verwendet wird, ein thermischer Expansionskoeffizient bei 40 bis 800° C auf 1,0 × 10^–6/°C oder weniger eingestellt werden, und ein Thermoschockwiderstand zum Zeitpunkt der Verwendung bei einer hohen Temperatur kann verbessert werden.
In der vorliegenden Erfindung ist als Verfahren zum Erreichen der vorstehend beschriebenen Porenverteilung ein Herstellungsverfahren bevorzugt, in welchem das geschäumte Schaumharz wie Acrylmikrokapsel als Porenbildner zu einem Cordierit-Rohmaterial zugegeben und geknetet wird, so daß Ton zur Verwendung gebildet wird.
Wenn ausgehöhlter Ton, der das hier zugegebene geschäumte Schaumharz enthält, von Anfang an verwendet wird, dehnt sich das geschäumte Schaumharz, welches von einer Druckkraft entspannt wird, in den Scheidewänden sofort nach dem Strangpressen des Tons aus, das Harz, welches in der Umgebung der Scheidewandoberflächen besteht, ragt von den Scheidewandoberflächen hervor und dehnt sich aus, abschließend birst eine äußere Wand, und eine große Anzahl von in den Scheidewandoberflächen geöffneten Poren wird gebildet. Der Zustand vor dem Trocknen ist sehr ähnlich einem Zustand, in welchem eine große Anzahl von Poren gebildet wird. Wenn der Binder geliert und demzufolge ein wabengeformter Gegenstand in dem nachfolgenden Trocknungsschritt oder dergleichen aushärtet, verringert das folglich die Anzahl der in den Scheidewandoberflächen geöffneten Poren nicht.
Zusätzlich kann in der vorliegenden Erfindung ein Verfahren ebenso kombiniert werden, in welchem Teilchendurchmesser von keramischen Rohmaterialien wie Talk und Siliciumoxid kontrolliert werden, so daß die Porosität und der mittlere Porendurchmesser des erhaltenen Filters kontrolliert werden. Wenn die Teilchendurchmesser zur Verwendung jedoch übermäßig groß sind, ist es schwierig, eine gewünschte Porenverteilung zu erhalten, selbst mit der kombinierten Verwendung des geschäumten Schaumharzes. Folglich wird Talk mit einem Teilchendurchmesser von 50 μm oder weniger oder Siliciumoxid mit einem Teilchendurchmesser von 100 μm oder weniger bevorzugt verwendet.
Fernerhin können in der vorliegenden Erfindung andere Materialien wie Kohlenstoff, Mehl, Stärke, Phenolharz, Polymethylmethacrylat, Polyethylen und Polyethylenterephthalat ebenso als Porenbildner enthalten sein. Unter all diesen ist Kohlenstoff wie Graphit bevorzugt, weil Kohlenstoff in einem Temperaturbereich verbrennt, der von dem unterschiedlich ist, in welchem der Binder oder das Schaumharz oxidiert/zersetzt werden, so daß Hitze erzeugt und folglich ein Kalzinierungsmangel nicht leicht hervorgerufen wird.
Wenn darüber hinaus das geschäumte Schaumharz alleine als Porenbildner verwendet wird, sind bevorzugt 0,5 bis 5 Massenteile, insbesondere bevorzugt 1 bis 3,5 Massenteile des geschäumten Schaumharzes in Bezug zu 100 Massenteilen des Cordierit-Rohmaterials enthalten.
Wenn der Gehalt des geschäumten Schaumharzes weniger als 0,5 Massenteile ist, ist die Porosität kleiner als 55%, und der Druckverlust der erhaltenen Wabenstruktur steigt an. Wenn andererseits der Gehalt des geschäumten Schaumharzes 5 Massenteile übersteigt, ist die Porosität größer als 75%, und die isostatische Festigkeit und die thermische Kapazität der erhaltenen Wabenstruktur werden erniedrigt, und die Struktur widersteht schwer der praktischen Verwendung.
Wenn fernerhin Kohlenstoff wie Graphit zusammen mit dem geschäumten Schaumharz verwendet wird, sind von ähnlichen Standpunkten 5 bis 25 Gewichtsteile Kohlenstoff und 0,5 bis 3 Gewichtsteile des geschäumten Schaumharzes bevorzugt in Bezug zu 100 Gewichtsteilen des Cordierit-Rohmaterials enthalten, und 5 bis 15 Gewichtsteile Kohlenstoff und 1 bis 3 Gewichtsteile des geschäumten Schaumharzes sind insbesondere bevorzugt enthalten.
In der vorliegenden Erfindung können üblicherweise als andere Additive Hydroxypropylmethylzellulose, Methylzellulose, Hydroxyethylzellulose, Carboxylmethylzellulose, Binder wie Polyvinylalkohol, Ethylenglycol, Dextrin, Fettsäureseife, Dispergator wie Polyalkohol und dergleichen bevorzugt enthalten sein. Es ist zu beachten, daß in der vorliegenden Erfindung, selbst wenn der Binder geliert und demzufolge der geformte Gegenstand in dem Trocknungsschritt aushärtet, keine Abweichung in der Porenverteilung, wie vorstehend beschrieben, erzeugt wird.
Die vorliegende Erfindung wird hiernach konkreter in Übereinstimmung mit Beispielen beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt. Es ist zu beachten, daß Wabenstrukturen, die in Beispielen und Vergleichsbeispielen erhalten wurden, mit dem folgenden Verfahren ausgewertet wurden.
Auswertungsverfahren
(1) Mittlerer Porendurchmesser der Poren
Der Durchmesser wurde mit einem Quecksilberdruckporosimeter, hergestellt von Micromeritics Co., Ltd. gemessen.
(2) Porosität
Ein gesamtes Porenvolumen wurde mit dem Quecksilberdruckporosimeter, hergestellt von Micromeritics Co., Ltd., gemessen, eine wahre spezifische Dichte von Cordierit wurde mit 2,52 g/cc angenommen, und eine Porosität wurde aus dem gesamten Porenvolumen errechnet.
(3) Mittleres entwickeltes Längenverhältnis
Ein Oberflächenrauigkeits-Meßinstrument FTS-S4C, hergestellt von Taylor Hobson Co., Ltd., wurde verwendet, und eine 2 μm R Taststiftspitze wurde in Kontakt mit der Scheidewandoberfläche von jedem der optional ausgewählten zehn Orte mit 4 mm in einer geraden Linienlänge (Länge, welche die Anwesenheit der geöffneten Poren ignoriert) der Scheidewandoberfläche entlang der Scheidewandoberfläche gebracht. Eine entwickelte Länge (Länge, in welcher die innere Oberfläche einer geöffneten Pore angenommen wird) wurde entsprechend der geraden Linienlänge gemessen. Als nächstes wurde ein Mittelwert (Lo) der entwickelten Längen auf den Scheidewandoberflächen der zehn Orte erhalten, und die mittlere entwickelte Länge (Lo) wurde durch 4 geteilt, was die gerade Linienlänge war, so daß ein mittleres entwickeltes Längenverhältnis (Lr) erhalten wurde. Das mittlere entwickelte Längenverhältnis wurde durch die in dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltenen Porosität der gesamten Scheidewand geteilt, so daß das mittlere entwickelte Längenverhältnis pro Einheitsporosität erhalten wurde.
(4) Gleichmäßigkeit der tomographischen Porosität
(Mittelwert (X) des primären Komponenten-Amplitudenspektrums (S) und des sekundären Komponenten-Amplitudenspektrums (F))
Wie in 1 gezeigt, wurde der Scheidewandabschnitt einer Wabenstruktur durch ein SEM in einem Bereich von 1 mm in einer Scheidewandlängenrichtung photografiert, die Bilddaten wurden mit einer Bildanalysesoftware binarisiert, ein schwarzer Anteil wurde als Porenanteil angenommen und ein weißer Anteil wurde als ein Wabensubstratanteil angenommen. Danach wurde eine 300 μm Scheidewand in einer Dickenrichtung in 256 geteilt, und ein Flächenverhältnis des Porenbereiches in jedes geteilten Bereichs (n bis n + 1) wurde der Reihe nach von der Scheidewandoberfläche, wie in 2 gezeigt, berechnet. Nachfolgend wurde eine Änderung des Flächenverhältnisses des Porenanteils in der Scheidewanddickenrichtung Fourier-transformiert, um ein Amplitudenspektrum jeder Welle als eine Welle mit einer Frequenz (n) = 1, 2 zu erhalten, und ein primäres Komponenten-Amplitudenspektrum (S) und ein sekundäres Komponenten-Amplitudenspektrum (F) wurden jeweils erhalten. Abschließend wurde ein Mittelwert (X) von diesen numerischen Werten erhalten, so daß die Einheitlichkeit einer tomographischen Porosität ausgewertet werden konnte.
(5) Einfangeffizienz
Ein Abgas, in welchem Ruß durch einen Rußerzeuger erzeugt wurde, wurde für eine gewisse Zeit (2 Minuten) durch die Wabenstrukturen, welche in Beispielen und Vergleichsbeispielen erhalten wurden, geleitet. Nach dem Durchleiten durch einen Filter wurde der in dem. Abgas enthaltene Ruß durch Filterpapier eingefangen, so daß ein Gewicht (W¹) des Rußes gemessen werden konnte. Zum gleichen Zeitpunkt wurde das Beispiel, welches den darin erzeugten Ruß enthielt, durch das Filterpapier eingefangen, ohne durch den Filter geleitet zu werden, so daß sein Gewicht (W²) des Rußes gemessen werden konnte. Nachfolgend wurden die jeweils erhaltenen Gewichte (W¹) (W²) in die folgende Gleichung (7) eingesetzt, so daß eine Einfangeffizienz erhalten wurde. (W2 – W1)/(W2) × 100 (7)
(6) Rußeinfangdruckverlust
Zunächst wurden Ringe mit jeweils einem Innendurchmesser von ⌀ 130 mm auf gegenüberliegende Endflächen von jeder der Wabenstrukturen, die in den jeweiligen Beispielen und Vergleichsbeispielen erhalten wurden, druckgeschweißt, und durch einen Rußerzeuger erzeugter Ruß wurde in einem Bereich von ⌀ 130 mm der Wabenstruktur durch die Ringe geleitet, so daß 10 g Ruß eingefangen wurden. Nachfolgend wurde in einem Zustand, in welchem der Ruß durch die Wabenstruktur eingefangen wurde, 2,27 Nm³/min Luft durchgeleitet, und eine Druckdifferenz vor/nach einem Filter wurde gemessen, so daß ein Druckverlust in dem Zustand, in welchem der Ruß eingefangen war, ausgewertet werden konnte.
(7) Abgasreinigungseffizienz
Ein Katalysatorkörper, in welchem ein Katalysator durch jede der Wabenstrukturen, die in den jeweiligen Beispielen und Vergleichsbeispielen erhalten wurden, getragen wurde, wurde in ein Metallgehäuse eingefaßt, ein 5-Liter-Dieselmotor wurde verwendet, und eine Reinigungseffizienz von HC wurde ausgewertet. fein Abgas aus dem Motor wurde durch den Katalysatorkörper der Wabenstruktur geleitet, und eine HC-Konzentration B1 in dem Abgas vor der Einführung in den Katalysatorkörper und eine HC-Konzentration B2 in dem Abgas nach dem Durchlaufen des Katalysatorkörpers wurden gemessen, so daß 100 × (B1 – B2)/B1 berechnet werden konnte.
(Auswertungsergebnisse)
In jeder der Wabenstrukturen der Beispiel+ 1 bis 10, in welchen 2 bis 3,5 Massenteile eines geschäumten Schaumharzes als Porenbildner zugegeben wurden, wie in Tabellen 2, 3 gezeigt, war ein mittlerer Porendurchmesser der Scheidewände 16,0 bis 34,6 μm, und eine Porosität war 55,5 bis 72%. In jedem Beispiel erfüllte eine Porenverteilung der erhaltenen Wabenstruktur die Bedingungen der Zustandsformeln (1) und (3), wie in 4 und 5 gezeigt wird. Selbst in den Wabenstrukturen der Beispiele 1 und 7, in welchen vergleichsweise grober Talk und Siliciumoxid-Rohmaterialien verwendet wurden, wurden die Bedingungen dieser Beziehungsformeln erfüllt, und dies war vermutlich, weil das geschäumte Schaumharz in den Scheidewänden sich direkt nach dem Bilden ausdehnte.
Andererseits wurden als Porenbildner 2 Massenteile des geschäumten Schaumharzes, welches aus einen Graphitmethylmethacrylat aufgebaut war, 4 Massenteile Hydroxypropylmethylzellulose, 0,5 Massenteile Laurin-Pottascheseife und 30 Massenteile Wasser gemischt und geknetet, um eine plastische Eigenschaften zu erhalten. Dieses plastische Rohmaterial wurde durch einen Vakuumerdkneter in einen zylindrischen Ton geformt, und in einen Extruder projiziert, so daß eine Wabenform gebildet wurde.
Nachfolgend wurde der erhaltene geformte Gegenstand durch Heißlufttrocknen nach dielektrischem Trocknen vollständig getrocknet, und gegenüberliegende Endflächen davon wurden auf vorbestimmte Abmessungen geschnitten.
Nachfolgend wurden durchgehende Löcher in einem getrockneten Wabengegenstand in den gegenüberliegenden Endflächen, in welchen die durchgehenden Löcher geöffnet waren, abwechselnd mit Schlicker verschlossen, welcher aus einem Cordierit-Rohmaterial mit einer ähnlichen Zusammensetzung gebildet war.
Abschließend wurde der Gegenstand bei 1420°C für vier Stunden kalziniert, so daß eine Wabenstruktur (Wabenfilter) mit einer Größe: ⌀ 144 mm × 152 rnm, einer Scheidewanddicke: 300 um und der Anzahl von Zellen: 300 Zellen/inch² erhalten wurde.
(Beispiele 2 bis 10 und Vergleichsbeispiele 1 bis 8)
Wabenstrukturen (Wabenfilter) wurden in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, daß Cordierit-Rohmaterialien und Porenbildner mit Zusammensetzungen, die in Tabellen 1 und 2 gezeigt werden, in Beispiel 1 verwendet wurden.
(Auswertungsergebnisse)
In jeder der Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 10, in welchen 2 bis 3,5 Massenteile eines geschäumten Schaumharzes als Porenbildner, wie in Tabellen 2, 3 gezeigt, zugegeben wurden, war ein mittlerer Porendurchmesser der Scheidewände 16,0 bis 34,6 μm, und eine Porosität war 55,5 bis 72,0%. In jedem Beispiel erfüllte eine Porenverteilung der erhaltenen Wabenstruktur die Bedingungen der Zustandsformeln (1) und (3), wie in 4 und 5 gezeigt wird. Selbst in den Wabenstrukturen der Beispiele 1 und 7, in welchen vergleichsweise grober Talk und Siliciumoxid-Rohmaterialien verwendet wurden, wurden die Bedingungen dieser Beziehungsformeln erfüllt, und dies war wahrscheinlich, weil das geschäumte Schaumharz in den Scheidewänden sich sofort nach dem Bilden ausdehnte.
Andererseits waren in den Warenstrukturen der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 und 6, welche unter Verwendung von Graphit, PET und PMMA als Porenbildner hergestellt wurden, Poren uneinheitlich im Inneren verteilt, und nicht alle der Bedingungen der Zustandsformeln (1) und (3) wurden erfüllt, wie in 4 und 5 gezeigt wird.
Folglich waren, wie in 5 gezeigt, in den porösen Wabenstrukturen der jeweiligen Beispiele im Vergleich mit den Wabenstrukturen der jeweiligen Vergleichsbeispiele mit nahezu dem gleichen Grad von Porositäten der Mittelwert (X) des primären Komponenten-Amplitudenspektrums und des sekundären Komponenten-Amplitudenspektrums klein. Wenn die Eigenschaften der Wabenstrukturen mit der gleichen Porosität verglichen wurden, wie in Tabelle 3 gezeigt, wies die Wabenstruktur jedes Beispiels im Vergleich mit jenen der Wabenstruktur jedes Vergleichsbeispiels eine höhere Einfangeffizienz und einen niedrigeren Einfangdruckverlust auf. Wie in 6 gezeigt, wurde durch alle Wabenstrukturen hindurch eine Tendenz wahrgenommen, daß je kleiner der Mittelwert (X) des primären und sekundären Komponenten-Amplitudenspektrums ist, ein Rußeinfangdruckverlust abnahm.
Andererseits in der Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 5, in welchem ein sehr grobes Siliciumoxid-Rohmaterial verwendet wurde, da einige der Siliciumoxidteilchen auf den Scheidewandoberflächen auftauchten, um Poren zu bilden, die Bedingung der Zustandsformel (1) erfüllt, aber der mittlere Porendurchmesser war 35 μm oder mehr, und die Bedingung der Zustandsformel (3) war nicht erfüllt. Folglich war in der Wabenstruktur die Einfangeffizienz 65% und sehr niedrig, und der Rußeinfangdruckverlust war sehr groß.
Darüber hinaus war in der Wabenstruktur des Vergleichbeispiels 7, welches unter Verwendung eines nicht geschäumten Schaumharzes, das bei 80°C oder mehr schäumt, hergestellt wurde, eine der Bedingungen der Zustandsformeln (1) und (3) nicht erfüllt, die Porosität war 44,4% und sehr niedrig, und folglich wurde der Rußeinfangdruckverlust sehr groß. Dies war wahrscheinlich, weil der Binder gelierte und demzufolge der geformte Gegenstand in dem Trocknungsschritt härtete, und das nicht geschäumte Schaumharz wurde daran gehindert, sich in dem geformten Gegenstand auszudehnen.
Fernerhin war in der Wabenstruktur des Vergleichbeispiels 8, in welchem 10 Gewichtsteile Graphit zusammen mit 3,5 Gewichtsteilen des geschäumten Schaumharzes verwendet wurden, die Porosität 75% oder mehr, die isostatische Festigkeit war sehr klein, und folglich war es nicht möglich, die Struktur in eine Einspannvorrichtung zur Messung des Rußeinfangdruckverlustes einzusetzen. Tabelle 1
(Beispiel 11)
Eine Wabenstruktur (Katalysatorgrundkörper) mit einer Größe: ⌀ 229,0 mm × L 152.0 mm, einer Scheidewanddicke: 300 μm, und einer Zellendichte: 46,5 Zellen/cm² wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß ein Schritt des Verschließens der durchgehenden Löcher in Beispiel 1 nicht durchgeführt wurde.
(Vergleichsbeispiel 9)
Eine Wabenstruktur (Katalysatorgrundkörper) mit einer Größe: ⌀ 229,0 mm × L 152,0 mm, einer Scheidewanddicke: 300 μm, und einer Zellendichte: 46,5 Zellen/cm², wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß ein Schritt des Verschließens der durchgängigen Löcher nicht durchgeführt wurde, und ein Cordierit-Rohmaterial und ein Porenbildner mit einer Zusammensetzung ähnlich der aus Vergleichsbeispiel 1, wie in Tabellen 1 und 2 gezeigt, wurde in Beispiel 1 verwendet wurden.
(Auswertungsergebnis)
Wenn 500 g eines Aluminiumoxids mit hoher spezifischer Oberfläche und auf Platin beruhender Oxidkatalysator auf einer erhaltenen Wabenstruktur getragen wurden, so daß sie einen Katalysatorkörper bildeten, war eine Abgasreinigungseffizienz 93% und groß in der Wabenstruktur von Beispiel 11. Andererseits war in der Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 9, obwohl 500 g Aluminiumoxid mit hoher spezifischer Oberfläche und ein auf Platin beruhender Oxidkatalysator in ähnlicher Art und Weise getragen wurden, so daß ein Katalysatorkörper gebildet wurde, die Abgasreinigungseffizienz 85% und im Vergleich mit der Wabenstruktur aus Beispiel 11 klein.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie vorstehend beschrieben kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine poröse Wabenstruktur zur Verfügung gestellt werden, welche als Abgasreinigungseinrichtung wie ein Dieselpartikelfilter und ein Katalysatorgrundkörper zur Reinigung eines Abgases geeignet ist. Konkreter kann zur Verfügung gestellt werden ein Wabenfilter, welcher fähig ist, einen Anstieg einer Einfangeffizienz von Ruß oder dergleichen, Erniedrigen eines Druckverlustes, und Verlängern einer Einfangzeit wirkungsvoll zu erreichen, und der zusätzlich fähig ist, eine Lösungsverlustgrenze zu dem Zeitpunkt der Filterregeneration und eine isostatische Festigkeit zu verbessern, und ein Katalysatorgrundkörper, welcher fähig ist, die Verbesserung eines Reinigungsleistungsverhaltens durch effektive Verwendung eines Katalysators oder Erniedrigen eines Druckverlustes wirksam zu erreichen, und der in der isostatischen Festigkeit überlegen ist.
Zusammenfassung der Offenbarung
Eine poröse Wabenstruktur schließt ein: eine Vielzahl von Scheidewänden, welche Cordierit als Hauptkomponente enthalten und aus einer porösen Keramik mit einer Porosität von 55 bis 75% und einem mittleren Porendurchmesser von 15 bis 35 μm aufgebaut sind, wobei die Scheidewände eine Porenverteilung aufweisen, welche durch die folgende Zustandsgleichung (1) dargestellt werden: Lr > 0,3 × P/100 + 0,91 (1),"in der vorstehenden Zustandsformel (1) bedeutet Lr ein mittleres entwickeltes Längenverhältnis und P bedeutet eine Porosität, welche aus einem gesamten Porenvolumen erhalten wurde, welches durch ein Quecksilberdruckporosimeter gemessen wurde, unter der Annahme, daß eine wahre spezifische Dichte von Cordierit 2,52 g/cc ist."
Die poröse Wabenstruktur ist fähig, einen Anstieg einer Einfangeffizienz von Ruß oder dergleichen, ein Erniedrigen eines Druckverlustes, eine Verbesserung eines Reinigungsleistungsverhaltens durch effektive Verwendung eines Katalysatoren und Verlängerung einer Einfangzeit wirksam zu erreichen, und ist zusätzlich fähig, eine Lösungsverlustgrenze zum Zeitpunkt der Filterregeneration und eine isostatische Festigkeit zu verbessern.
(l)

Claims

Poröse Wabenstruktur, welche umfaßt: eine Vielzahl von Scheidewänden, welche Cordierit als Hauptkomponente enthalten und eine poröse Keramik mit einer Porosität von 55 bis 75% und einem mittleren Porendurchmesser von 15 bis 35 μm umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß Poren der Scheidewände eine Porenverteilung aufweisen, die durch die folgende Zustandsformel (1) dargestellt wird: Lr > 0, 3 × P/100+0,91 (1),"in der vorstehenden Zustandsformel (1) bedeutet Lr ein mittleres entwickeltes Längenverhältnis, das durch die folgende Gleichung (2) erhalten wurde, und P bedeutet eine Porosität, welche aus einem gesamten Porenvolumen erhalten wurde, das durch ein Quecksilberdruckporosimeter gemessen wurde, unter der Annahme, daß eine wahre spezifische Dichte von Cordierit 2,52 g/cc ist:" Lr = Lo/4 (2)"in der vorstehenden Gleichung (2) bedeutet Lo eine mittlere entwickelte Länge (ein Mittelwert von Längen, welche die Oberflächen der in den Scheidewandoberflächen geöffneten Poren einschließen), welche unter Verwendung eines Oberflächenrauhigkeit-Meßinstruments und Prüfen von optional zehn Orten auf den Scheidewandoberflächen alle 4 mm (gerade Linienlänge, welche die Anwesenheit von in den Scheidewandoberflächen geöffneten Poren ignoriert) entlang der Scheidewandoberflächen mit einem Taststift erhalten wurde, und Lr bedeutet das mittlere entwickelte Längenverhältnis."
Die poröse Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei die Poren der Scheidewände eine tomographische Porenverteilung aufweisen, welche durch die folgende Zustandsformel (3) in einer Scheidenwanddickenrichtung dargestellt wird: X < –33 × P/100 + 28 (3),"in der vorstehenden Zustandsformel (3) bezeichnet X einen Mittelwert eines primären Komponenten-Amplitudenspektrums (F) und eines sekundären Komponenten-Amplitudenspektrums (S), welche aus den folgenden Gleichungen (4) und (5) erhalten wurden, und P bedeutet eine Porosität, welche aus dem gesamten Porenvolumen erhalten wurde, das durch das Quecksilberdruckporosimeter gemessen wurde, unter der Annahme, daß die wahre spezifische Dichte von Cordierit 2,52 g/cc ist:"
"in der vorstehenden Gleichung (4) bezeichnet F das primäre Komponenten-Amplitudenspektrum unter der Annahme, daß in der folgenden Konversionsgleichung (6) k = 1, und X_SRe(1) und X_sIm(1) bezeichnen jeweils einen Realteil und einen Imaginärteil unter der Annahme, daß in der Konversionsgleichung (6) k = 1:"
"in der Gleichung (5) bezeichnet S das sekundäre Komponenten-Amplitudenspektrum unter der Annahme, daß in der folgenden Konversionsgleichung (6) k = 2, und X_sRe(2) und X_SIm(2) bezeichnen jeweils einen Realteil und einen Imaginärteil unter der Annahme, daß in der Konversionsgleichung (6) k = 2,"
"in der Konversionsgleichung (6) bezeichnet Xs(k) eine diskrete Fourier-Transformation, k bezeichnet einen Grad, n bezeichnet eine ganze Zahl von 0 bis 255, die eine Teilposition anzeigt, wenn ein Scheidewandabschnitt der Reihe nach in einer Dickenrichtung von einer äußeren Scheidewandoberflächenanteil (n = 0) in 256 geteilt wird, und X(n) bezeichnet ein Flächenverhältnis, das durch einen Porenanteil in einem Scheidewandabschnittsbereich zu der Teilposition von n bis n + 1 besetzt ist."
Die poröse Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Dicke der Scheidewand 350 μm oder weniger ist.
Die poröse Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein thermischer Expansionskoeffizient bei 40 bis 800°C 1,0 × 10^–6/°C oder weniger ist.