DE112019004048T5 - Säulenförmige Wabenstruktur, Abgasreinigungsvorrichtung, Abgassystem und Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur - Google Patents

Abstract

Eine säulenförmige Wabenstruktur enthält eine poröse Trennwand, die mehrere Zellen definiert, wobei die Zellen Strömungswege für ein Fluid bilden, wobei sich die Zellen von einer Einströmstirnfläche, die eine Stirnfläche auf einer Einströmseite des Fluids ist, zu einer Ausströmstirnfläche, die eine Stirnfläche auf einer Ausströmseite des Fluids ist, erstrecken; und eine äußere Umfangswand, die sich am äußersten Umfang befindet. Wenigstens ein Teil der Oberflächen der Trennwände weist eine Oberflächenschicht auf, wobei die Oberflächenschicht magnetische Partikel enthält und eine Permeabilität aufweist.

Description

• GEBIET DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine säulenförmige Wabenstruktur, eine Abgasreinigungsvorrichtung, ein Abgassystem und ein Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur. Insbesondere bezieht sie sich auf eine säulenförmige Wabenstruktur, eine Abgasreinigungsvorrichtung, ein Abgassystem und ein Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur, denen es möglich ist, Kohlenstoff-Feinstaub durch elektrisches Erwärmen zu verbrennen und zu entfernen und die außerdem sogar an einer Position, wo Kondenswasser erzeugt wird, verwendbar sind und die kein Problem eines Kurzschlusses aufgrund des Kondenswassers und der Kohlenstoffablagerung aufweisen und die einen geringen Druckverlust aufweisen.
• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Abgase von Kraftfahrzeugen enthalten als Folge einer unvollständigen Verbrennung typischerweise Feinstaub aus Kohlenstoff oder dergleichen. Vom Standpunkt des Verringerns von Gesundheitsgefahren für den menschlichen Körper gibt es einen zunehmenden Bedarf am Verringern von Feinstaub in den Abgasen von Kraftfahrzeugen. Gegenwärtig ist die Verringerung von Feinstaub in der Emission extrem nahe bei null außerdem für den Feinstaub erforderlich, der von Benzinkraftmaschinen emittiert werden, die die Hauptrichtung der Leistungsquellen für Kraftfahrzeuge sind. Es gibt außerdem den gleichen Bedarf für den Feinstaub in den Abgasen von Dieselkraftmaschinen.
• Um einen derartigen Bedarf zu befriedigen, schlägt die Patentliteratur 1 eine Wabenstruktur vor, die enthält: einen Wabenstrukturabschnitt, der poröse Trennwände, die mehrere Zellen definieren, die als Fluidströmungswege dienen, und eine äußere Umfangswand, die am äußersten Umfang angeordnet ist, aufweist; und einen abgedichteten Abschnitt, der an den Öffnungsabschnitten der Zellen an einer Stirnfläche auf einer Einlassseite des Fluids und an den verbleibenden Öffnungsabschnitten der Zellen an einer Stirnfläche auf einer Auslassseite des Fluids in dem Wabenstrukturabschnitt angeordnet ist. Ferner schlägt die Patentliteratur 2 vor, dass auf den Oberflächen der Trennwände eines Wabenfilters Oberflächenschichten vorgesehen sind, um die Probleme, wie z. B. den Druckverlust während der PM-Ablagerung, zu lösen.
• Wenn der obige Filter an einem Fahrzeug angebracht wird, ist es hinsichtlich des Sicherstellens eines Freiheitsgrads bei einem Entwurf zum Bilden eines Abgassystems vorteilhaft, den Filter an einer Unterflurposition anzubringen, die einen relativ großen Raum vom Standpunkt des Sicherstellens eines Montageraums aufweist. Wenn der Filter jedoch an einer Unterflurposition abgeordnet ist, wird eine Temperatur eines Abgases von einer Kraftmaschine verringert, geht die Verbrennung des Feinstaubs (Kohlenstoff-Feinstaubs), der sich im Filter angesammelt hat, nicht weiter und wird der Kohlenstoff-Feinstaub angesammelt, was ein Problem des Verursachens eines übermäßigen Anstiegs des Druckverlusts verursacht, um eine Kraftmaschinenausgangsleistung zu verringern. Um dies zu vermeiden, ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem ein elektrischer Strom durch eine leitfähige Wabenstruktur selbst geleitet wird und die Wabenstruktur selbst durch die Joulesche Wärme erwärmt wird, wie in der Patentliteratur 3 offenbart ist. Ferner offenbart die Patentliteratur 4 als eine Erwärmungstechnik, die in einer Umgebung verwendet werden kann, in der Kondenswasser erzeugt wird, und die sogar unter den Bedingungen verwendet werden kann, unter denen Kohlenstoff-Feinstaub abgelagert wird, ein Verfahren zur Induktionserwärmung mittels einer Spule, die konfiguriert ist, einen Metalldraht in die nichtleitende Wabenzellen einzufügen, so dass er um eine äußere Umfangsfläche einer Wabenstruktur herumgeht, ohne dass ein elektrischer Strom durch die Wabenstruktur selbst geleitet wird.
• LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
• Patentliteraturen
• [Patentliteratur 1] Japanisches Patent Nr. 4920752 B
• [Patentliteratur 2] Japanisches Patent Nr. 5616059 B
• [Patentliteratur 3] Japanisches Patent Nr. 5261256 B
• [Patentliteratur 4] US-Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2017/0022868 A1
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Im Ergebnis von Studien haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass bei der in der Patentliteratur 3 offenbarten Technik Elektrizität durch die Wabenstruktur geleitet wird und deshalb ein elektrischer Kurzschluss erzeugt wird, wenn im Abgas im Abgasrohr Kondenswasser erzeugt wird. Außerdem haben sie festgestellt, dass die Technik ein Problem des elektrischen Kurzschlusses aufgrund der Ansammlung von Kohlenstoff-Feinstaub verursacht.
• Ferner haben sie festgestellt, dass, wenn die in der Patentliteratur 4 offenbarte Technik auf einen Wabenstrukturfilter angewendet wird, einige Zellen nicht als Gasströmungswege genutzt werden können und eine Filtrationsfläche des Filters verkleinert ist, was eine signifikante Zunahme des Druckverlustes verursachen kann.
• Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die obigen Probleme gemacht worden. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wabenstruktur und eine Abgasreinigungsvorrichtung zu schaffen, die zur Verbrennungsentfernung von Kohlenstoff-Feinstaub durch elektrisches Erwärmen imstande sind und die sogar an einer Position, wo Kondenswasser erzeugt wird, verwendet werden können und die kein Problem des Kurzschlusses aufgrund des Kondenswassers oder der Kohlenstoffablagerung aufweisen und einen geringeren Druckverlust aufweisen. Außerdem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Wabenstruktur zu schaffen.
• Als Folge intensiver Studien haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass die obigen Probleme durch das Bereitstellen einer Oberflächenschicht, die magnetische Partikel enthält und eine Permeabilität aufweist, in wenigstens einem Teil der Oberflächen der Trennwände der Wabenstruktur gelöst werden können. Folglich wird die vorliegende Erfindung wie folgt spezifiziert.
1. (1) Eine säulenförmige Wabenstruktur, die umfasst:
   • eine poröse Trennwand, die mehrere Zellen definiert, wobei die Zellen Strömungswege für ein Fluid bilden, sich die Zellen von einer Einströmstirnfläche, die eine Stirnfläche auf einer Einströmseite des Fluids ist, zu einer Ausströmstirnfläche, die eine Stirnfläche auf einer Ausströmseite des Fluids ist, erstrecken; und
   • eine äußere Umfangswand, die sich an dem äußersten Umfang befindet;
   • wobei wenigstens ein Teil der Oberflächen der Trennwände eine Oberflächenschicht aufweist und wobei die Oberflächenschicht magnetische Partikel umfasst und eine Permeabilität aufweist.
2. (2) Eine säulenförmige Wabenstruktur, die umfasst:
   • eine poröse Trennwand, die mehrere Zellen definiert, wobei die Zellen Strömungswege für ein Fluid bilden, wobei sich die Zellen von einer Einströmstirnfläche, die eine Stirnfläche auf einer Einströmseite des Fluids ist, zu einer Ausströmstirnfläche, die eine Stirnfläche auf einer Ausströmseite des Fluids ist, erstrecken; und
   • eine äußere Umfangswand, die sich an dem äußersten Umfang befindet;
   • wobei wenigstens ein Teil der Oberflächen der Trennwände eine Oberflächenschicht aufweist und wobei die Oberflächenschicht nadelförmige oder schuppenförmige magnetische Partikel umfasst.
3. (3) Eine Abgasreinigungsvorrichtung, die umfasst:
   • die säulenförmige Wabenstruktur nach (1) oder (2);
   • eine Spulenverdrahtung, die einen äußeren Umfang der säulenförmigen Wabenstruktur spiralförmig umgibt; und
   • ein Befestigungselement zum Befestigen der Spulenverdrahtung an einem Inneren eines Abgasströmungswegs, wobei das Befestigungselement außerhalb der Spulenverdrahtung positioniert ist.
4. (4) Ein Abgassystem, das umfasst: einen Abgasschalldämpfer; die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß (3), wobei die Abgasreinigungsvorrichtung in dem Abgasschalldämpfer vorgesehen ist; und einen Schalldämpfer, der in dem Abgasschalldämpfer vorgesehen ist.
5. (5) Ein Verfahren zum Herstellen einer säulenförmigen Wabenstruktur, die umfasst:
   • poröse Trennwände, die mehrere Zellen definieren, wobei die Zellen Strömungswege für ein Fluid bilden, sich die Zellen von einer Einströmstirnfläche, die eine Stirnfläche auf einer Einströmseite des Fluids ist, zu einer Ausströmstirnfläche, die eine Stirnfläche auf einer Ausströmseite des Fluids ist, erstrecken; und
   • eine äußere Umfangswand, die sich an dem äußersten Umfang befindet,
   • wobei das Verfahren einen Schritt des Bildens einer Oberflächenschicht in wenigstens einem Teil der Oberflächen der Trennwände umfasst, wobei die Oberflächenschicht magnetische Partikel umfasst und eine Permeabilität aufweist.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Wabenstruktur und eine Abgasreinigungsvorrichtung zu schaffen, die zur Verbrennungsentfernung von Kohlenstoff-Feinstaub durch elektrisches Erwärmen imstande sind und die außerdem an einer Position genutzt werden können, an der Kondenswasser erzeugt wird, und die kein Problem des Kurzschlusses aufgrund des Kondenswassers oder der Kohlenstoffablagerungen aufweisen und einen geringeren Druckverlust aufweisen. Außerdem ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur, wie sie oben beschrieben worden ist, zu schaffen.
• Figurenliste
• 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht;
• 2 ist eine schematische Ansicht eines Abgasströmungsweges einer Abgasreinigungsvorrichtung, die eine Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält;
• 3 ist eine schematische Ansicht, die die Oberflächenschichten veranschaulicht, die auf den Oberflächen der Trennwände einer Wabenstruktur ausgebildet sind;
• 4 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen den Zeiten (Sekunden) und den Temperaturen (°C) bei jeder Induktionsheizfrequenz von 30 kHz, 85 kHz und 350 kHz in einem Erwärmungstest des Beispiels 7 veranschaulicht;
• 5 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen den Zeiten (Sekunden) und den Temperaturen (°C) in den Erwärmungstests der Beispiele 7 und 12 veranschaulicht;
• 6 ist eine schematische Ansicht eines Abgassystems, das eine Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält, die in einem Abgasschalldämpfer vorgesehen ist; und
• 7 ist eine schematische Ansicht einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in einem Abgasschalldämpfer vorgesehen ist.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Im Folgenden werden Ausführungsformen einer Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung bezüglich der Zeichnung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen eingeschränkt, wobei verschiedene Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen basierend auf den Kenntnissen der Fachleute auf dem Gebiet vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abweichen.
• (Wabenstruktur)
• 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht. Eine veranschaulichte Wabenstruktur 1 enthält: eine äußere Umfangswand 102, die sich am äußersten Umfang befindet; und mehrere Zellen, die innerhalb der äußeren Umfangswand 102 angeordnet sind, wobei sich die Zellen parallel zwischen einer ersten Stirnfläche 104 (einer Einströmstirnfläche, die die Stirnfläche auf einer Einströmseite eines Fluids ist) und einer zweiten Stirnfläche 106 (einer Ausströmstirnfläche, die die Stirnfläche auf einer Ausströmseite des Fluids ist) erstrecken, wobei in 1 die mehreren Zellen enthalten: mehrere erste Zellen 108 mit abgedichteten Abschnitten, wo die erste Stirnfläche 104 geöffnet ist, um zur zweiten Stirnfläche 106 vorzustehen; und mehrere zweite Zellen 110 mit abgedichteten Abschnitten, die zur ersten Stirnfläche 104 vorstehen, wo die zweite Stirnfläche 106 geöffnet ist. Jede der Zellen bildet einen Fluidströmungsweg in der Wabenstruktur 1. Ferner sind in der veranschaulichten Wabenstruktur 1 poröse Trennwände 112 zum Definieren der ersten Zellen 108 und der zweiten Zellen 110 vorgesehen, wobei jede erste Zelle 108 und jede zweite Zelle 110 abwechselnd über jede Trennwand 112 angeordnet sind und jede der Stirnflächen ein Schachbrettmuster bildet. In der Wabenstruktur gemäß der veranschaulichten Ausführungsform sind alle ersten Zellen 108 den zweiten Zellen 110 benachbart, während alle zweiten Zellen 110 den ersten Zellen 108 benachbart sind. Die Zellen weisen jedoch nicht notwendigerweise die abgedichteten Abschnitte auf. Ferner können nicht alle der ersten Zellen 108 notwendigerweise den zweiten Zellen 110 benachbart sein und können nicht alle der zweiten Zellen 110 notwendigerweise den ersten Zellen 108 benachbart sein. Sowohl die Anzahlen, Anordnungen, Formen und dergleichen der Zellen 108 und 110 als auch die Dicke der Trennwand 112 und dergleichen sind nicht eingeschränkt und können gegebenenfalls nach Bedarf entworfen sein.
• Obwohl das Material der Wabenstruktur nicht besonders eingeschränkt ist, ist es erforderlich, dass die Wabenstruktur ein poröser Körper mit einer großen Anzahl von Poren ist. Deshalb ist die Wabenstruktur typischerweise aus einem keramischen Material einschließlich eines Sinterkörpers aus Keramik, der aus Cordierit, Siliciumcarbid, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid, Mullit, Aluminiumoxid, einem auf Silicium-Siliciumcarbid basierenden Verbundwerkstoff oder einem auf Siliciumcarbid-Cordierit basierenden Verbundwerkstoff besteht, insbesondere eines Sinterkörpers, der hauptsächlich auf einem Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff oder Siliciumcarbid basiert, ausgebildet. Der Ausdruck „auf Siliciumcarbid basierend“, wie er hier verwendet wird, bedeutet, dass die Wabenstruktur Siliciumcarbid in einer Menge von 50 Masse- % oder mehr der gesamten Wabenstruktur enthält. Der Ausdruck „die Wabenstruktur basiert hauptsächlich auf einem Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff“ bedeutet, dass die Wabenstruktur 90 Masse- % oder mehr des Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoffs (Gesamtmasse) basierend auf der gesamten Wabenstruktur enthält. Hier enthält sie für den Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff Siliciumcarbidpartikel als ein Aggregat und Silicium als Bindungsmaterial zum Binden der Siliciumcarbidpartikel, wobei mehrere Siliciumcarbidpartikel vorzugsweise durch Silicium gebunden sind, um zwischen den Siliciumcarbidpartikeln Poren zu bilden. Der Ausdruck „die Wabenstruktur basiert hauptsächlich auf Siliciumcarbid“ bedeutet, dass die Wabenstruktur 90 Masse- % oder mehr Siliciumcarbid (Gesamtmasse) basierend auf der gesamten Wabenstruktur, enthält.
• Vorzugsweise ist die Wabenstruktur aus wenigstens einem keramischen Material ausgebildet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Cordierit, Siliciumcarbid, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid, Mullit und Aluminiumoxid umfasst.
• Die Zellenform der Wabenstruktur kann in einem Querschnitt orthogonal zur Mittelachse eine Polygonform, wie z. B. ein Dreieck, ein Viereck, ein Fünfeck, ein Sechseck und ein Achteck; eine Kreisform; oder eine Ellipsenform sein, ist aber nicht besonders darauf eingeschränkt.
• Ferner kann eine äußere Form der Wabenstruktur eine Form, wie z. B. eine Säulenform mit kreisförmigen Stirnflächen (kreisförmige Säulenform), eine Säulenform mit ovalen Stirnflächen und eine Säulenform mit polygonalen (quadratischen, fünfeckigen, sechseckigen, siebeneckigen, achteckigen und dergleichen) Stirnflächen und dergleichen sein, ist aber nicht besonders darauf eingeschränkt. Weiterhin ist die Größe der Wabenstruktur nicht besonders eingeschränkt, wobei eine axiale Länge der Wabenstruktur vorzugsweise von 40 bis 500 mm beträgt. Wenn ferner z. B. die äußere Form der Wabenstruktur zylindrisch ist, beträgt der Radius jeder Stirnfläche vorzugsweise von 50 bis 500 mm.
• Jede Trennwand der Wabenstruktur weist hinsichtlich einer einfachen Herstellung vorzugsweise eine Dicke von 0,20 bis 0,50 mm und bevorzugter von 0,25 bis 0,45 mm auf. Die Dicke von 0,20 mm oder größer verbessert z. B. die Festigkeit der Wabenstruktur. Die Dicke von 0,50 mm oder kleiner kann zu einem geringeren Druckverlust führen, wenn die Wabenstruktur als ein Filter verwendet wird. Es sollte angegeben werden, dass die Dicke der Trennwand ein Durchschnittswert ist, der durch ein Verfahren zum Beobachten des axialen Querschnitts mit einem Mikroskop gemessen wird.
• Ferner weist jede Trennwand, die die Wabenstruktur bildet, hinsichtlich einer einfachen Herstellung vorzugsweise eine Porosität von 30 bis 70 % und bevorzugter von 40 bis 65 % auf. Die Porosität von 30 % oder größer verringert tendenziell einen Druckverlust. Die Porosität von 70 % oder kleiner kann die Festigkeit der Wabenstruktur aufrechterhalten.
• Die porösen Trennwände weisen vorzugsweise eine durchschnittliche Porengröße von 5 bis 30 µm und bevorzugter von 10 bis 25 |jm auf. Die durchschnittliche Porengröße von 5 µm oder größer kann den Druckverlust verringern, wenn die Wabenstruktur als ein Filter verwendet wird. Die durchschnittliche Porengröße von 30 µm oder kleiner kann die Festigkeit der Wabenstruktur aufrechterhalten. Die Begriffe „durchschnittlicher Porendurchmesser“ und „Porosität“, wie sie hier verwendet werden, bedeuten einen durchschnittlichen Porendurchmesser bzw. eine Porosität, die durch Quecksilberporosimetrie gemessen wird.
• Die Wabenstruktur weist vorzugsweise eine Zellendichte in einem Bereich von 5 bis 63 Zellen/cm² und bevorzugter in einem Bereich von 31 bis 54 Zellen/cm² auf, obwohl sie nicht besonders darauf eingeschränkt ist.
• Eine derartige Wabenstruktur wird durch das Bilden eines Rohlings, der einen keramischen Ausgangsstoff enthält, in einer Wabenform mit Trennwänden, die von einer Stirnfläche zur anderen Stirnfläche durchdringen und mehrere Zellen definieren, um Strömungswege für ein Fluid zu bilden, um einen Wabenformling zu bilden, und das Trocknen des Wabenformlings und dann das Brennen des Wabenformlings hergestellt. Wenn eine derartige Wabenstruktur als die Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, kann die äußere Umfangswand einteilig mit einem Wabenstrukturabschnitt extrudiert werden, der wie er ist als die äußere Umfangswand verwendet wird, oder kann ein äußerer Umfang des Wabenformlings (der Wabenstruktur) geschliffen und in eine vorgegebene Form geformt werden, nachdem er gebildet oder gebrannt wurde, und kann ein Beschichtungsmaterial auf die am äußeren Umfang geschliffene Wabenstruktur aufgebracht werden, um eine äußere Umfangsbeschichtung zu bilden. Bei der Wabenstruktur dieser Ausführungsform kann z. B. eine Wabenstruktur mit einem äußeren Umfang verwendet werden, ohne den äußersten Umfang der Wabenstruktur zu schleifen, wobei das Beschichtungsmaterial ferner auf die äußere Umfangsfläche der Wabenstruktur mit dem äußeren Umfang (d. h., eine weitere Außenseite des äußeren Umfangs der Wabenstruktur) aufgebracht werden kann, um die äußere Beschichtung zu bilden. Das heißt, im ersteren Fall bildet nur die aus dem Beschichtungsmaterial hergestellte äußere Umfangsbeschichtung die äußere Umfangsfläche, die am äußersten Umfang positioniert ist, während im letzteren Fall eine äußere Umfangswand mit einer zweischichtigen Struktur, die am äußersten Umfang positioniert ist, ausgebildet ist, bei der die aus dem Beschichtungsmaterial hergestellte äußere Umfangsbeschichtung ferner auf die äußere Umfangsfläche der Wabenstruktur laminiert ist. Die äußere Umfangswand kann einteilig mit dem Wabenstrukturabschnitt extrudiert und so wie sie ist gebrannt werden, was als die äußere Umfangswand ohne Bearbeitung des äußeren Umfangs verwendet werden kann.
• Die Zusammensetzung des Beschichtungsmaterials ist nicht besonders eingeschränkt, wobei verschiedene bekannte Beschichtungsmaterialien geeignet verwendet werden können. Das Beschichtungsmaterial kann ferner kolloidales Siliciumdioxid, ein organisches Bindemittel, Ton und dergleichen enthalten. Das organische Bindemittel wird vorzugsweise in einer Menge von 0,05 bis 0,5 Masse-% und bevorzugter von 0,1 bis 0,2 Masse-% verwendet. Ferner wird der Ton vorzugsweise in einer Menge von 0,2 bis 2,0 Masse-% und bevorzugter von 0,4 bis 0,8 Masse-% verwendet.
• Die Wabenstruktur ist nicht auf eine Wabenstruktur eines einteiligen Typs eingeschränkt, bei dem die Trennwände einteilig ausgebildet sind. Obwohl dies in der Zeichnung nicht gezeigt ist, kann die Wabenstruktur z. B. eine Wabenstruktur sein, in der säulenförmige Wabensegmente, die jeweils mehrere Zellen aufweisen, die durch poröse Trennwände definiert sind, um Strömungswege für ein Fluid zu bilden, über Verbindungsmaterialschichten kombiniert sind (was im Folgenden als eine „verbundene Wabenstruktur“ bezeichnet werden kann).
• Ferner kann die Wabenstruktur eine Wabenstruktur sein, bei der ein offenes Ende der vorgegebenen Zellen unter den mehreren Zellen und andere offene Enden der verbleibenden Zellen durch die abgedichteten Abschnitte abgedichtet sind. Eine derartige Wabenstruktur kann als ein Filter (Wabenfilter) zum Reinigen eines Abgases verwendet werden. Es sollte angegeben werden, dass derartige abgedichtete Abschnitte angeordnet werden können, nachdem die äußere Umfangsbeschichtung gebildet worden ist, oder in einem Zustand angeordnet werden können, bevor die äußere Umfangsbeschichtung gebildet wird, d. h., in einer Phase des Herstellens der Wabenstruktur.
• Die abgedichteten Abschnitte, die in diesem Fall verwendet werden können, können ähnlich wie jene geformt sein, die als die abgedichteten Abschnitte für eine herkömmlich bekannte Wabenstruktur verwendet werden.
• Ferner kann die Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Katalysator aufweisen, der auf wenigstens einer der Oberflächen der Trennwände und dem Inneren der Poren der Trennwände getragen ist. Folglich kann die Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform als ein Katalysatorträger mit einem getragenen Katalysator und als ein Filter (z. B. ein Dieselpartikelfilter (der im Folgenden außerdem als ein „DPF“ bezeichnet wird)), der die abgedichteten Abschnitte zum Reinigen von Schwebstoffen (Kohlenstoff-Feinstaub) in einem Abgas enthält, strukturiert sein.
• Ein Typ des Katalysators ist nicht besonders eingeschränkt, wobei er gemäß den Verwendungszwecken und Anwendungen der Wabenstruktur geeignet gewählt werden kann. Beispiele des Katalysators enthalten Edelmetallkatalysatoren oder andere Katalysatoren als diese. 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), auf den Oberflächen der Poren des Aluminiumoxids erhalten wird und einen CoKatalysator, wie z. B. Ceroxid und Zirkonoxid, enthält, oder einen NO_x-Speicherkatalysator, der ein Erdalkalimetall und Platin als Speicherkomponenten für Stickstoffoxide (NO_x) enthält. Veranschaulichende Beispiele eines Katalysators, der das Edelmetall nicht verwendet, enthalten einen selektiven katalytischen NO_x-Reduktionskatalysator, der einen kupfersubstituierten oder eisensubstituierten Zeolith enthält, und dergleichen. Ein Verfahren zum Tragen des Katalysators ist nicht besonders eingeschränkt und kann gemäß einem herkömmlichen Verfahren zum Tragen des Katalysators auf der Wabenstruktur ausgeführt werden.
• Unter Verwendung jeder der gebrannten Wabenstrukturen als ein Wabensegment können die Seitenflächen der mehreren Wabensegmente mit einem Verbindungsmaterial verbunden werden, so dass sie einteilig sind, um eine Wabenstruktur zu schaffen, in der die Wabensegmente verbunden sind. Die Wabenstruktur, in der die Wabensegmente verbunden sind, kann z. B. wie folgt hergestellt werden. Das Verbindungsmaterial wird auf die Verbindungsflächen (Seitenflächen) jedes Wabensegments aufgebracht, während an beiden Stirnflächen jedes Wabensegments Masken befestigt werden, die die Haftung des Verbindungsmaterials verhindern.
• Diese Wabensegmente werden dann einander benachbart angeordnet, so dass die Seitenflächen der Wabensegmente einander gegenüberliegen, wobei die benachbarten Wabensegmente unter Druck miteinander verbunden und dann erwärmt und getrocknet werden. Folglich wird die Wabenstruktur hergestellt, bei der die Seitenflächen der benachbarten Wabensegmente mit dem Verbindungsmaterial verbunden sind. Für die Wabenstruktur kann der äußere Umfangsabschnitt in eine gewünschte Form (z. B. eine Säulenform) geschliffen werden, wobei das Beschichtungsmaterial auf die äußere Umfangsfläche aufgetragen und dann erwärmt und getrocknet werden kann, um eine äußere Umfangswand zu bilden.
• Das Material der Maske, die die Haftung des Verbindungsmaterials verhindert, das geeignet verwendet werden kann, enthält, ist aber nicht besonders eingeschränkt auf Kunstharze, wie z. B. Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polyimid, Teflon (eingetragenes Warenzeichen) und dergleichen. Ferner ist die Maske vorzugsweise mit einer Klebstoffschicht versehen, wobei das Material der Klebstoffschicht vorzugsweise ein Acrylharz, ein Gummi (z. B. ein Gummi, der hauptsächlich auf einem Naturkautschuk oder einem Synthesekautschuk basiert) oder ein Silikonharz ist.
• Die Beispiele der Maske, die die Haftung des Verbindungsmaterials verhindert, die geeignet verwendet werden können, enthalten einen druckempfindlichen Klebstofffilm mit einer Dicke von 20 bis 50 µm.
• Das Verbindungsmaterial, das verwendet werden kann, kann z. B. durch das Mischen von Keramikpulver, einem Dispersionsmedium (z. B. Wasser oder dergleichen) und optionalen Zusatzstoffen, wie z. B. einem Bindemittel, einem Entflockungsmittel und einem schäumenden Harz, vorbereitet werden. Die Keramik kann vorzugsweise eine Keramik sein, die wenigstens eines enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Cordierit, Mullit, Zirkon, Aluminiumtitanat, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Zirkondioxid, Spinell, Indialit, Saphir, Korund und Titandioxid umfasst, und bevorzugter das gleiche Material wie das der Wabenstruktur aufweist. Das Bindemittel enthält Polyvinylalkohol, Methylcellulose, CMC (Carboxymethylcellulose) und dergleichen.
• 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Abgasströmungsweges einer Abgasreinigungsvorrichtung, die die Wabenstruktur enthält. Der Strömungsweg des Abgases ist durch ein Metallrohr 2 definiert. Eine Abgasreinigungsvorrichtung 6 ist in einem Abschnitt 2a mit vergrößertem Durchmesser des Metallrohrs 2 angeordnet. Die Abgasreinigungsvorrichtung 6 weist die Wabenstruktur 1, eine Spulenverdrahtung 4, die den äußeren Umfang der Wabenstruktur 1 spiralförmig umgibt, und ein Befestigungselement 5 zum Befestigen der Spulenverdrahtung 4 am Inneren des Metallrohrs 2 auf. Die Wabenstruktur 1 kann einen Katalysator tragen.
• Die Spulenverdrahtung 4 ist spiralförmig um den äußeren Umfang der Wabenstruktur 1 gewickelt. Es wird außerdem angenommen, dass zwei oder mehr Spulenverdrahtungen 4 verwendet werden. Ein Wechselstrom, der von einer Wechselstrom-Leistungsversorgung CS zugeführt wird, fließt in Reaktion auf das Einschalten (EIN) eines Schalters SW durch die Spulenverdrahtung 4, wobei im Ergebnis ein Magnetfeld, das sich periodisch ändert, um die Spulenverdrahtung 4 erzeugt wird. Das Ein-/Ausschalten des Schalters SW ist durch eine Steuereinheit 3 gesteuert. Die Steuereinheit 3 kann den Schalter SW synchron mit dem Start einer Kraftmaschine einschalten und einen Wechselstrom durch die Spulenverdrahtung 4 leiten. Es wird außerdem angenommen, dass die Steuereinheit 3 den Schalter SW ungeachtet des Starts der Kraftmaschine (z. B. in Reaktion auf die Betätigung eines Heizungsschalters, der durch einen Fahrer gedrückt wird) einschaltet. Das Befestigungselement 5 ist ein wärmebeständiges Element und ist vorgesehen, um die Wabenstruktur 1, die den Katalysator und die Spulenverdrahtung 4 trägt, im Inneren des Metallrohrs 2 zu befestigen.
• Eine Eingangsleistung, die durch die Abgasreinigungsvorrichtung angewendet wird, befindet sich hinsichtlich der Heizleistung vorzugsweise in einem Bereich von 1 kW bis 10 kW. Eine Heizfrequenz befindet sich vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 500 kHz.
• In der vorliegenden Offenbarung wird eine Temperatur der Wabenstruktur 1 in Reaktion auf die Änderung des Magnetfelds gemäß dem durch die Spulenverdrahtung 4 fließenden Wechselstrom erhöht. Aufgrund dessen werden Kohlenstoff-Feinstaub und dergleichen, die durch die Wabenstruktur 1 aufgefangen werden, ausgebrannt. Wenn die Wabenstruktur 1 den Katalysator trägt, erhöht außerdem die Zunahme der Temperatur der Wabenstruktur 1 eine Temperatur des Katalysators, der durch den in der Wabenstruktur 1 enthaltenen Katalysatorträger getragen ist, wobei sie die katalytische Reaktion fördert. Kurz, Kohlenmonoxid (CO), Stickstoffoxid (NOx) und Kohlenwasserstoff (CH) werden zu Kohlendioxid (CO₂), Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) oxidiert oder reduziert.
• 6 zeigt eine schematische Ansicht eines Abgassystems 20, das einen Abgasschalldämpfer 22 und die in dem Abgasschalldämpfer 22 vorgesehene Abgasreinigungsvorrichtung 26 enthält. Der Abgasschalldämpfer 22 ist mit einem Schalldämpfer versehen. Der Schalldämpfer kann aus mehreren Schalldämpfern, wie z. B. einem Hauptschalldämpfer und einem Nebenschalldämpfer, bestehen. Die Abgasreinigungsvorrichtung 26 weist die darin aufgenommene Wabenstruktur 1 auf und enthält die Spulenverdrahtung, die den äußeren Umfang der Wabenstruktur 1 spiralförmig umgibt, und das Befestigungselement zum Befestigen der Spulenverdrahtung am Inneren des Abgasströmungswegs. Das Abgassystem 20 enthält ein Abgasrohr 21, das als ein Strömungsweg für ein dem Abgasschalldämpfer 22 zugeführtes Abgas oder als ein Strömungsweg für ein aus dem Abgasschalldämpfer 22 abgelassenes Abgas dient.
• 7 zeigt eine schematische Ansicht der Abgasreinigungsvorrichtung 26, die im Abgasschalldämpfer 22 des Abgassystems 20 vorgesehen ist. 7 zeigt außerdem eine teilweise vergrößerte Ansicht der Umgebung der Spulenverdrahtung 24, die in eine Haltematte 25 der Abgasreinigungsvorrichtung 26 eingebettet ist, um eine Dämpfungsfunktion zu erklären. In dem Abgassystem 20 führt eine tiefere Temperatur eines durch die Wabenstruktur 1 strömenden Gases zu einer geringeren Ablagerungsdurchflussmenge des Gases, wodurch eine Geschwindigkeit des durch die Trennwände der Wabenstruktur 1 strömenden Gases verringert werden kann. Deshalb ist es hinsichtlich des Sicherstellens eines Rußauffangwirkungsgrads bevorzugt, die Wabenstruktur 1 so stromabwärts wie möglich vom Abgassystem 20 anzuordnen. Ferner ist es bevorzugt, die Wabenstruktur 1 innerhalb des Hauptschalldämpfers, der sich am weitesten stromabwärts des Abgassystems 20 befindet, und einen Zusatzschalldämpfer an der vorhergehenden Stufe des Hauptschalldämpfers vorzusehen. Falls eine herkömmliche Wabenstruktur im Abgasschalldämpfer angebracht ist, werden nur die kleineren Poren der Trennwände der Wabenstruktur aufgrund der Kondensation von Wasser basierend auf dem Kapillarphänomen durch flüssiges Wasser verstopft. Dies verursacht die Probleme, dass der Rußauffangwirkungsgrad verschlechtert ist, weil das mit einer hohen Geschwindigkeit strömende Gas in größeren Poren konzentriert wird, und dass der Ruß nicht regeneriert werden kann, weil die Temperatur des Abgases zu tief ist. Weil andererseits die Wabenstruktur 1 durch elektromagnetische Induktionserwärmung das Wasser verdampfen und entfernen kann, kann die Wabenstruktur 1 einen höheren Rußauffangwirkungsgrad aufrechtbehalten und während der Rußregeneration auf eine für die Rußregeneration erforderliche Temperatur erwärmt werden. Deshalb ist es schwierig, dass die Wabenstruktur 1 das Problem verursacht, dass der Ruß nicht reproduziert werden kann. Die Wabenstruktur 1 weist Druckverlustfaktoren, wie z. B. die Ausdehnung und Kontraktion des Gases, den Durchgang des Gases durch den porösen Körper und den Durchgang des Gases durch die Zellenströmungswege, auf, die eine Dämpfungswirkung aufweisen. Deshalb ist ein teilweiser Ersatz der Schalldämpfungsfunktion im Schalldämpfer möglich. Um die Wirkung des Verringerns des hochfrequenten Schalls zu verstärken, ist es ferner effektiv, den hochfrequenten Schall in der Nähe des äußeren Umfangs des Abgasschalldämpfers 22 einzuschließen und ihn darin zu dämpfen, wie in 7 gezeigt ist. Wie in 7 gezeigt ist, weisen die Zellen in der Nähe des äußeren Umfangs der Wabenstruktur eine Struktur auf, bei der beide Enden abgedichtet sind, so dass es schwierig ist, dass Schallwellen in der axialen Richtung entweichen. Wie in der vergrößerten Ansicht nach 7 gezeigt ist, werden die in die Wabenstruktur 1 im Abgasschalldämpfer 22 des Abgassystems 20 übertragenen Schallwellen durch einen Spalt zwischen der Trennwand 112 und der Trennwand 112 der Wabenstruktur 1 übertragen, wobei sie fortschreiten, während sie durch die Trennwände gedämpft werden und durch die äußerste Trennwand 112 in Kontakt mit der Haltematte 25 reflektiert werden. Folglich wird das Ausbreiten der Schallwellen nach außen unterdrückt. Die Wabenstruktur kann nicht abgedichtete Zellen aufweisen, die durchdrungen werden, wie in 7 gezeigt ist, oder kann ein Filter des Wandströmungstyps sein, bei dem beide Enden abwechselnd abgedichtet sind. Vom Standpunkt der Schalldämpfungswirkung ist der Filter des Wandströmungstyps, bei dem beide Enden abwechselnd abgedichtet sind, bevorzugter.
• (Oberflächenschicht)
• Wie in 3 gezeigt ist, weist die Wabenstruktur 1 die Oberflächenschichten 114 auf wenigstens einem Teil der Oberflächen der Trennwände 112 auf. Jede Oberflächenschicht 114 enthält magnetische Partikel 116 und weist eine Permeabilität auf.
• „Permeabilität“, wie sie hier verwendet wird, bedeutet, dass eine Permeabilität jeder Oberflächenschicht 1,0 × 10^-13 m² oder größer ist. Vom Standpunkt des weiteren Verringerns des Druckverlustes ist die Permeabilität vorzugsweise 1,0 × 10^-12 m² oder größer. Weil jede Oberflächenschicht die Permeabilität aufweist, kann der durch die Oberflächenschichten verursachte Druckverlust unterdrückt werden.
• Ferner bezieht sich die „Permeabilität“, wie sie hier verwendet wird, auf einen Wert einer physikalischen Eigenschaft, der durch die folgende Gleichung (1) berechnet wird, wobei dieser Wert ein Index ist, der den Durchgangswiderstand angibt, wenn ein bestimmtes Gas durch das Objekt (die Trennwände) strömt. In der folgenden Gleichung (1) repräsentiert hier C eine Permeabilität (m²), repräsentiert F eine Gasdurchflussmenge (cm³/s), repräsentiert T eine Dicke einer Probe (cm), repräsentiert V eine Gasviskosität (dyn·s/cm²), repräsentiert D einen Durchmesser der Probe (cm) und repräsentiert P einen Gasdruck (PSI). Die Zahlenwerte in der folgenden Gleichung (1) sind: 13,839 (PSI) = 1 (atm) und 68947,6 (dyn·s/cm²) = 1 (PSI).
  [Gleichung 1] $$C=\frac{8FTV}{\pi D^2\left(P^3-{\mathrm{13,839}}^2\right)/\mathrm{13,839}\times \mathrm{68947,6}}\times {10}^{-4}$$

  
• Wenn die Permeabilität gemessen wird, werden die Trennwände mit den Oberflächenschichten ausgeschnitten, wird die Permeabilität an den Trennwänden mit den Oberflächenschichten gemessen und wird dann die Permeabilität an den Trennwänden gemessen, von denen die Oberflächenschichten entfernt worden sind. Aus einem Verhältnis der Dicken der Oberflächenschicht und der Trennwand und den Messergebnissen ihrer Permeabilitäten wird die Permeabilität der Oberflächenschicht berechnet.
• Weil jede Oberflächenschicht 114 die magnetischen Partikel 116 enthält, wird die Wabenstruktur 1 durch elektromagnetische Induktion erwärmt. Deshalb ist es nicht notwendig, Elektrizität durch die Wabenstruktur 1 selbst zu leiten, wobei die Erzeugung eines Kurzschlusses sogar in einer Umgebung unterdrückt werden kann, in der Kondenswasser erzeugt wird. Der Kurzschluss aufgrund der Kohlenstoffablagerung kann außerdem unterdrückt werden. Um diese Wirkung zu erzielen, ist es notwendig, die Oberflächenschicht 114 auf wenigstens einem Teil der Oberflächen der Trennwände 112 der Wabenstruktur 1 zu schaffen. Obwohl in 3 beide Seiten der Trennwand 112 mit den Oberflächenschichten 114 bedeckt sind, ist es nicht immer notwendig, die Oberflächenschichten 114 auf beiden Seiten zu bilden. Die Oberflächenschichten 114 können z. B. nur auf den Oberflächen ausgebildet sein, auf denen die ersten Zellen 108 oder die zweiten Zellen 110 ausgebildet sind. Das heißt, die Oberflächenschichten 114 bedecken vorzugsweise wenigstens eine Seite der Trennwände 112.
• Die Oberflächenschichten 114, die die magnetischen Partikel 116 enthalten, können nur in den Abschnitten vorgesehen sein, in denen die Rußregenerationswirkung am wahrscheinlichsten gezeigt wird. Eine größere anfängliche Rußablagerung von allgemeinen Benzinpartikeln tritt z. B. in der Nähe eines Auslasses der Wabenstruktur 1 auf. Deshalb können die Oberflächenschichten 114 nur im Bereich der stromabwärts gelegenen Seite der Wabenstruktur 1 vorgesehen sein. Gemäß einer derartigen Konfiguration wird nur der Abschnitt erwärmt, in dem eine große Menge an Ruß angesammelt wird, so dass der Ruß effizient ausgebrannt werden kann und die Leistungsaufnahme niedrig gehalten werden kann. Insbesondere ist es geeignet, den Ruß in einer Situation zu regenerieren, in der das Gas nicht durch die Wabenstruktur 1 strömt, wie z. B. in einer Situation, in der das Fahrzeug angehalten ist. Um den Ruß effizient auszubrennen, selbst wenn das Gas durch die Wabenstruktur 1 strömt, können ferner die Oberflächenschichten 114 nur an dem zentralen Abschnitt in der Gasströmungsrichtung (der axialen Richtung der Wabenstruktur 1) vorgesehen sein. Durch das Erwärmen des zentralen Abschnitts in der Gasströmungsrichtung kann der Ruß im stromabwärts gelegenen Bereich der Wabenstruktur 1, der eine größere Menge an angesammeltem Ruß aufweist, unter Verwendung der Wirkung der Wärmeübertragung durch das Gas effektiv ausgebrannt werden.
• Die magnetischen Partikel 116 sind vorzugsweise aus einem magnetischen Material mit einer Curie-Temperatur ausgebildet. Die Curie-Temperatur der magnetischen Partikel 116 beträgt vorzugsweise mehr als 450 °C und bevorzugter 800 °C oder mehr, obwohl sie nicht besonders darauf eingeschränkt ist. Die Curie-Temperatur der magnetischen Partikel 116 von mehr als 450 °C kann es ermöglichen, dass eine Wabentemperatur erreicht wird, die ausreichend ist, um die Katalysatortemperatur über eine Temperatur der katalytischen Aktivität zu erhöhen. Eine Zusammensetzung jedes magnetischen Partikels 116 mit einer Curie-Temperatur von mehr als 450 °C enthält z. B. Cr18 % Fe (rostfreier Stahl mit 18 Masse- % Cr); Fe; eine Fe-Cr-Al-Legierung; eine Fe-Cr-Si-Legierung; eine Fe-Si-Ti-Legierung; eine Co-Fe-Legierung; eine Co-Fe-V-Legierung; eine Co-Ni-Fe-Legierung; eine Fe-Co-Nb-Legierung; eine Fe-Co-Cr-Legierung; eine Fe-Co-Cr-Mo-Legierung; eine Fe-Co-Cr-Mo-Al-Legierung; FeOFe2O3; NiOFe2O₃; CuOFe₂O₃; MgOFe₂O₃; MnBi; Ni; MnSb; MnOFe₂O₃; Y₃Fe₅O₁₂; und dergleichen. Die magnetischen Partikel mit einer Curie-Temperatur von 800 °C oder mehr enthalten eine Co-Fe-Legierung; eine Co-Fe-V-Legierung; eine Co-Ni-Fe-Legierung; eine Fe-Co-Nb-Legierung; eine Fe-Co-Cr-Legierung; eine Fe-Co-Cr-Mo-Legierung; eine Fe-Co-Cr-Mo-Al-Legierung; und dergleichen. Spezifische Zusammensetzungen enthalten Rest Co-20 Masse-% Fe; Rest Co-25 Masse-% Ni-4 Masse-% Fe; Rest Fe-15-35 Masse-%, Co; Rest Fe-17 Masse-% Co-2 Masse-% Cr-1 Masse-% Mo; Rest Fe-49 Masse-% Co-2 Masse-% V; Rest Fe-18 Masse- % Co-10 Masse- % Cr-2 Masse- % Mo-1 Masse- % Al; Rest Fe-27 Masse- % Co-1 Masse- % Nb; Rest Fe-20 Masse- % Co-1 Masse- % Cr-2 Masse- % V; Rest Fe-35 Masse- % Co-1 Masse- % Cr; reines Kobalt; reines Eisen; elektromagnetisches Weicheisen; Rest Fe-0,1-0,5 Masse- % Mn; und dergleichen. Es ist wünschenswert, ein Metall zu verwenden, das Co enthält, das eine höhere Curie-Temperatur aufweist.
• Jede Oberflächenschicht 114 weist vorzugsweise eine Porosität von 50 % oder größer und bevorzugter 60 % oder größer und noch bevorzugter 70 % oder größer auf. Durch eine Porosität von 50 % oder größer kann der Druckverlust unterdrückt werden. Falls die Porosität jedoch zu hoch ist, werden die Oberflächenschichten spröde und lösen sich leicht ab. Deshalb ist die Porosität vorzugsweise 90 % oder kleiner.
• Als ein Verfahren zum Messen der Porosität der Oberflächenschichten 114 durch das Quecksilbereinpressverfahren wird ein Unterschied zwischen einer Quecksilberporositätskurve des Substrats, auf dem die Oberflächenschicht ausgebildet ist, und einer Quecksilberporositätskurve nur des Substrats, von dem die Oberflächenschichten abgeschabt und entfernt worden sind, bestimmt, so dass sie die Quecksilberporositätskurve der Oberflächensicht ist, wobei die Porosität der Oberflächenschichten aus der Masse der abgeschabten Oberflächenschichten und der Quecksilberporositätskurve berechnet wird. Es kann ein REM-Bild aufgenommen werden, wobei die Porosität der Oberflächenschichten aus einem Flächenverhältnis der Hohlraumabschnitte und der massiven Abschnitte durch Bildanalyse der Oberflächenschichtabschnitte berechnet werden kann.
• Jede Oberflächenschicht 114 weist vorzugsweise einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 10 µm oder kleiner und bevorzugter 5 µm oder kleiner und weiter bevorzugt 4 µm oder kleiner und besonders bevorzugt 3 µm oder kleiner auf. Der durchschnittliche Porendurchmesser von 10 µm oder kleiner kann einen höheren Partikelauffangwirkungsgrad erreichten. Falls jedoch der durchschnittliche Porendurchmesser jeder Oberflächenschicht 114 zu gering ist, nimmt der Druckverlust zu. Deshalb ist der durchschnittliche Porendurchmesser vorzugsweise 0,5 µm oder größer.
• Als ein Verfahren zum Messen des durchschnittlichen Porendurchmessers der Oberflächenschichten 114 durch das Quecksilbereinpressverfahren in der Form von Spitzenwerten im Quecksilberporosimeter wird ein Unterschied zwischen einer Quecksilberporositätskurve (Porenvolumenhäufigkeit) auf dem Substrat, auf dem die Oberflächenschichten ausgebildet sind, und einer Quecksilberporositätskurve nur auf dem Substrat, von dem nur die Oberflächenschichten 114 abgekratzt und entfernt worden sind, als die Quecksilberporositätskurve der Oberflächenschichten bestimmt, wobei ihre Spitze als der durchschnittliche Porendurchmesser bestimmt wird. Ferner kann ein REM-Bild des Querschnitts der Wabenstruktur aufgenommen werden, wobei der Oberflächenschichtabschnitt einer Bildanalyse unterworfen werden kann, um die Hohlraumabschnitte und die massiven Abschnitte zu binarisieren, und zwanzig oder mehr Hohlräume zufällig ausgewählt werden können, um den Durchschnitt der einbeschriebenen Kreise zu ermitteln, wobei der Durchschnitt als der durchschnittliche Porendurchmesser bestimmt werden kann.
• Die magnetischen Partikel 116 in den Oberflächenschichten 114 weisen vorzugsweise einen gewichtsgemittelten Partikeldurchmesser von 20 µm oder kleiner auf. Der gewichtsgemittelte Partikeldurchmesser von 20 µm oder kleiner kann es in Kombination mit anderen steuerbaren Entwurfsfaktoren ermöglichen, dass sich der durchschnittliche Porendurchmesser, die durchschnittliche Dicke und die durchschnittliche Porosität der Zieloberflächenschichten innerhalb zufriedenstellender Bereiche befinden. Obwohl irgendeine untere Grenze des gewichtsgemittelten Partikeldurchmessers der magnetischen Partikel 116 nicht besonders festgelegt ist, kann sie z. B.
  0,5 µm oder größer sein. Es soll erkannt werden, dass der gewichtsgemittelte Partikeldurchmesser durch eine Partikelgrößenverteilungsmessvorrichtung des Laserbeugungstyps gemessen wird.
• Obwohl 3 den Anschein gibt, dass jede Oberflächenschicht 114 und jede Trennwand 112 im Wesentlichen die gleiche Dicke aufweisen, ist ferner die Dicke jeder Oberflächenschicht 114 nicht besonders eingeschränkt. Um jedoch die Wirkung der Oberflächenschichten 114 auffallender zu erhalten, ist die Dicke jeder Oberflächenschicht 114 vorzugsweise 10 µm oder größer. Andererseits ist die Dicke jeder Oberflächenschicht 114 vom Standpunkt des Vermeidens einer Zunahme des Druckverlustes vorzugsweise 80 µm oder kleiner. Die Dicke jeder Oberflächenschicht 114 ist vorzugsweise 50 µm oder kleiner. Für ein Verfahren zum Messen der Dicke jeder Oberflächenschicht wird z. B. die Wabenstruktur, auf der die Oberflächenschichten ausgebildet sind, in einer Richtung senkrecht zur Zellenerstreckungsrichtung geschnitten, wobei die Dicke jeder Oberflächenschicht aus dem Querschnitt der Wabenstruktur gemessen wird und die gemessenen Dicken an beliebigen fünf Punkten gemittelt werden können.
• Ferner weisen die magnetischen Partikel vorzugsweise einen kürzesten Durchmesser d der magnetischen Partikel 116 von 0,1 bis 5 µm und bevorzugter L/d ≥ 3 auf, wobei L (µm) der längste Durchmesser der magnetischen Partikel 116 ist. Dies kann es ermöglichen, dass eine ausreichende Permeabilität sichergestellt ist, während die elektrische Leitfähigkeit aufrechterhalten wird, und eine Mikrostruktur jeder Oberflächenschicht mit einem höheren Rußauffangwirkungsgrad sichergestellt ist. Der kürzeste Durchmesser d wird durch das Ausführen einer Bildanalyse des aufgenommenen REM-Bildes und das Bestimmen eines maximalen Liniensegments unter den Liniensegmenten, die zum längsten Durchmesser von 50 Partikeln orthogonal sind, so dass er der kürzeste Durchmesser der Partikel ist, der durch die Anzahl der Partikel gemittelt wird, erhalten. Der längste Durchmesser L wird durch das Mitteln der längsten Durchmesser von 50 oder mehr Partikeln durch die Anzahl der Partikel im REM-Bild erhalten. Vorzugsweise sind die magnetischen Partikel 116 nadelförmig oder schuppenförmig. Das nadelförmig bezieht sich auf ein Verhältnis L/d ≥ 5. Das schuppenförmig bezieht sich auf ein Verhältnis L/t > 5, wobei das Verhältnis der längste Durchmesser zu einer Dicke t der magnetischen Partikel 116 ist. Die Dicke t der magnetischen Partikel 116 wird durch das Messen der Dicke eines Abschnitts mit der größten Partikeldicke für 50 Partikel durch eine Bildanalyse des REM-Bildes und deren Mitteln durch die Anzahl der Partikel erhalten.
• Es ist bevorzugt, zwischen der Oberflächenschicht 114 und der Trennwand 112 eine Spannungsrelaxationsschicht vorzusehen, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Oberflächenschicht 114 und der Trennwand 112 aufweist. Dies kann eine Rissbildung und dergleichen aufgrund des Unterschieds zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Oberflächenschicht 114 und der Trennwand 112 unterdrücken, so dass die Wärmeschockbeständigkeit verbessert werden kann. Die Zusammensetzung der Spannungsrelaxationsschicht ist nicht besonders eingeschränkt. Es können z. B. eine Glasschicht mit geringer Ausdehnung, eine Aluminiumoxidschicht, eine Siliciumdioxidschicht und eine Ceroxidschicht vorzugsweise verwendet werden.
• (Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur)
• Das Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur wird im Folgenden beschrieben.
• Zuerst wird die Wabenstruktur mit den porösen Trennwänden und den mehreren Zellen, die durch die Trennwände definiert sind, hergestellt. Wenn die Wabenstruktur aus Cordierit hergestellt wird, wird z. B. zuerst ein Cordierit bildender Ausgangsstoff vorbereitet. Der Cordierit bildende Ausgangsstoff enthält eine Siliciumdioxid-Quellkomponente, eine Magnesiumoxid-Quellkomponente und eine Aluminiumoxid-Quellkomponente und dergleichen, um jede Komponente so zu formulieren, dass sie eine theoretische Zusammensetzung des Cordierits aufweist. Unter ihnen enthält die Siliciumdioxid-Quellkomponente, die verwendet werden kann, vorzugsweise Quarz und Quarzglas, wobei der Partikeldurchmesser der Siliciumdioxid-Quellkomponente vorzugsweise von 100 bis 150 µm beträgt.
• Die Beispiele der Magnesiumoxid-Quellkomponente enthalten Talkum und Magnesit. Unter ihnen ist Talkum bevorzugt. Das Talkum ist vorzugsweise in einer Menge von 37 bis 43 Masse- % im Cordierit bildenden Ausgangsstoff enthalten. Das Talkum weist vorzugsweise einen Partikeldurchmesser (durchschnittlichen Partikeldurchmesser) von 5 bis 50 µm und bevorzugter von 10 bis 40 µm auf. Ferner kann die Magnesiumoxid- (MgO-) Quellkomponente Fe₂O₃, CaO, Na₂O, K₂O und dergleichen als Verunreinigungen enthalten.
• Die Aluminiumoxid-Quellkomponente enthält hinsichtlich weniger Verunreinigungen vorzugsweise wenigstens eines von Aluminiumoxid und Aluminiumhydroxid. Ferner ist in dem Cordierit bildenden Ausgangsstoff Aluminiumhydroxid vorzugsweise in einer Menge von 10 bis 30 Masse-% enthalten und ist Aluminiumoxid vorzugsweise in einer Menge von 0 bis 20 Masse-% enthalten.
• Dann wird ein Material für einen Rohling, das zu dem Cordierit bildenden Ausgangsstoff hinzugefügt werden soll, (Zusatzstoff) vorbereitet. Als Zusatzstoffe werden wenigstens ein Bindemittel und ein Porenbildner verwendet. Zusätzlich zu dem Bindemittel und dem Porenbildner kann ein Dispergiermittel oder ein oberflächenaktiver Stoff verwendet werden.
• Der Porenbildner, der verwendet werden kann, enthält eine Substanz, die durch Reagieren mit Sauerstoff bei einer Temperatur, die gleich der oder tiefer als die Brenntemperatur des Cordierits ist, oxidativ entfernt werden kann, oder einen Reaktanten mit tiefem Schmelzpunkt, der einen Schmelzpunkt bei einer Temperatur aufweist, die gleich der oder tiefer als die Brenntemperatur des Cordierits ist, oder dergleichen. Die Beispiele der Substanz, die oxidativ entfernt werden kann, enthalten Harze (insbesondere partikelförmige Harze), Graphit (insbesondere partikelförmigen Graphit) und dergleichen. Die Beispiele des Reaktanten mit tiefem Schmelzpunkt, der verwendet werden kann, enthalten wenigstens ein Metall, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Eisen, Kupfer, Zink, Blei, Aluminium und Nickel umfasst, Legierungen, die hauptsächlich auf diesen Metallen basieren (z. B. Kohlenstoffstahl oder Gusseisen für Eisen, rostfreier Stahl), oder Legierungen, die hauptsächlich auf zwei oder mehr dieser Metalle basieren. Unter ihnen ist der Reaktant mit tiefem Schmelzpunkt vorzugsweise eine Eisenlegierung in Form von eines Pulvers oder einer Faser. Ferner weist der Reaktant mit tiefem Schmelzpunkt vorzugsweise einen Partikeldurchmesser oder einen Faserdurchmesser (einen durchschnittlichen Durchmesser) von 10 bis 200 µm auf. Die Beispiele einer Form des Reaktanten mit tiefem Schmelzpunkt enthalten eine Kugelform, eine Rautenform, eine Kompeitoform und dergleichen. Diese Formen sind bevorzugt, weil die Form der Poren leicht gesteuert werden kann.
• Die Beispiele des Bindemittels enthalten Hydroxypropylmethylcellulose, Methylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Polyvinylalkohol und dergleichen. Ferner enthalten die Beispiele des Dispergiermittels Dextrin, Polyalkohol und dergleichen. Weiterhin enthalten die Beispiele des oberflächenaktiven Stoffs Fettsäureseifen. Der Zusatzstoff kann allein oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
• Anschließend werden zu 100 Masseteilen des Cordierit bildenden Ausgangsstoffs 3 bis 8 Masseteile des Bindemittels, 3 bis 40 Masseteile des Porenbildners, 0,1 bis 2 Masseteile des Dispergiermittels und 10 bis 40 Masseteile Wasser zugegeben, wobei diese Materialien für einen Rohling geknetet werden, um einen Rohling herzustellen.
• Der vorbereitete Rohling wird dann durch ein Extrusionsformverfahren, ein Spritzgießverfahren, ein Pressformverfahren oder dergleichen in eine Wabenform geformt, um einen Ausgangswabenformling zu erhalten. Vorzugsweise wird das Strangpressverfahren eingesetzt, weil ein kontinuierliches Formen einfach ist und z. B. die Cordieritkristalle orientiert sein können. Das Strangpressverfahren kann unter Verwendung einer Vorrichtung, wie z. B. einem Vakuum-Rohlingkneter, einer Strangpressmaschine des Stößeltyps, einer kontinuierlichen Doppelschnecken-Strangpressmaschine oder dergleichen ausgeführt werden.
• Der Wabenformling wird dann getrocknet und auf eine vorgegebene Größe eingestellt, um einen getrockneten Wabenkörper zu erhalten. Der Wabenformling kann durch Heißlufttrocknen, Mikrowellentrocknen, dielektrisches Trocknen, Trocknen unter verringertem Druck, Vakuumtrocknen, Gefriertrocknen und dergleichen getrocknet werden. Es ist bevorzugt, ein kombiniertes Trocknen aus dem Heißlufttrocknen und dem Mikrowellentrocknen oder dem dielektrischen Trocknen auszuführen, weil der gesamte Wabenformling schnell und gleichmäßig getrocknet werden kann.
• Anschließend wird ein Ausgangsstoff für die abgedichteten Abschnitte vorbereitet. Das Material für die abgedichteten Abschnitte (der Abdichtbrei) kann das gleiche Material für einen Rohling wie das der Trennwände (des getrockneten Wabenkörpers) verwenden oder kann ein anderes Material verwenden. Spezifisch kann der Ausgangsstoff für die abgedichteten Abschnitte durch das Mischen eines keramischen Ausgangsstoffs, eines oberflächenaktiven Stoffs und Wasser und das optionale Hinzufügen eines Sinterhilfsstoffs, eines Porenbildners und dergleichen, um einen Brei zu bilden, erhalten werden, der unter Verwendung eines Mischers oder dergleichen geknetet wird.
• Anschließend werden Masken auf einige der Zellenöffnungsabschnitte auf einer Stirnfläche des getrockneten Wabenkörpers aufgebracht, wobei die Stirnfläche in einen Lagerbehälter eingetaucht wird, in dem der Abdichtbrei gelagert ist, um die nicht maskierten Zellen mit dem Abdichtbrei zu füllen. Ähnliche werden Masken auf einige der Zellenöffnungsabschnitte auf der anderen Stirnfläche des getrockneten Wabenkörpers aufgebracht, wobei die Stirnfläche in einen Lagerbehälter eingetaucht wird, in dem der Abdichtbrei gelagert ist, um die nicht maskierten Zellen mit dem Abdichtbrei zu füllen. Anschließend wird er getrocknet und gebrannt, um eine Wabenstruktur mit abgedichteten Abschnitten zu erhalten. Als die Trocknungsbedingungen können die gleichen Bedingungen wie jene zum Trocknen des Wabenformlings verwendet werden. Ferner können die Bedingungen für das obige Brennen typischerweise in einer Luftatmosphäre bei einer Temperatur von 1410 bis 1440 °C während 3 bis 15 Stunden sein, wenn der Cordierit bildende Ausgangsstoff verwendet wird.
• Wenn die resultierende Wabenstruktur in einem Zustand hergestellt wird, in dem die äußere Umfangswand auf der äußeren Umfangsfläche der Wabenstruktur ausgebildet ist, kann ferner die äußere Umfangsfläche geschliffen werden, um die äußere Umfangswand zu entfernen. Das Beschichtungsmaterial wird in einem anschließenden Schritt auf den äußeren Umfang der Wabenstruktur, von der die äußere Umfangswand folglich entfernt worden ist, aufgebracht, um eine äußere Umfangsbeschichtung zu bilden. Ferner kann beim Schleifen der äußeren Umfangsfläche ein Teil der äußeren Umfangswand geschliffen und entfernt werden, wobei auf diesem Teil die äußeren Umfangsbeschichtung durch das Beschichtungsmaterial gebildet werden kann.
• Beim Vorbereiten des Beschichtungsmaterials kann es z. B. unter Verwendung eines biaxialen Vertikalmischers des Rotationstyps vorbereitet werden.
• Ferner kann das Beschichtungsmaterial ferner kolloidale Kieselsäure, ein organisches Bindemittel, Ton und dergleichen enthalten. Der Gehalt des organischen Bindemittels beträgt vorzugsweise 0,05 bis 0,5 Masse-% und bevorzugter 0,1 bis 0,2 Masse-%. Der Gehalt des Tons beträgt vorzugsweise 0,2 bis 2,0 Masse- % und bevorzugter 0,4 bis 0,8 Masse- %.
• Das Beschichtungsmaterial wird auf die äußere Umfangsfläche der vorher hergestellten Wabenstruktur aufgetragen, wobei das aufgetragene Beschichtungsmaterial getrocknet wird, um eine äußere Umfangsbeschichtung zu bilden. Eine derartige Struktur kann eine effektive Unterdrückung der Rissbildung in der äußeren Umfangsbeschichtung während des Trocknens und der Wärmebehandlung ermöglichen.
• Die Beispiele eines Verfahrens zum Auftragen des Beschichtungsmaterials können ein Verfahren zum Auftragen des Beschichtungsmaterials durch das Anordnen der Wabenstruktur auf einem Drehtisch und das Drehen der Wabenstruktur und das Pressen einer blattförmigen Auftragsdüse entlang dem äußeren Umfangsabschnitt der Wabenstruktur, während das Beschichtungsmaterial aus der Auftragsdüse ausgestoßen wird, enthalten. Eine derartige Konfiguration kann es ermöglichen, dass das Beschichtungsmaterial mit einer gleichmäßigen Dicke aufgetragen wird. Ferner kann dieses Verfahren zu einer verringerten Oberflächenrauheit der gebildeten äußeren Umfangsbeschichtung führen und kann zu einer äußeren Umfangsbeschichtung führen, die ein verbessertes Aussehen aufweist und schwierig durch einen Wärmeschock gebrochen wird.
• Wenn die äußere Umfangsfläche der Wabenstruktur geschliffen wird und die äußere Umfangswand entfernt wird, wird das Beschichtungsmaterial auf die gesamte äußere Umfangsfläche der Wabenstruktur aufgetragen, um die äußere Umfangsbeschichtung zu bilden. Wenn andererseits die äußere Umfangswand auf der äußeren Umfangsfläche der Wabenstruktur vorhanden ist oder ein Teil der äußeren Umfangswand entfernt ist, kann das Beschichtungsmaterial teilweise aufgetragen werden, um die äußere Umfangsbeschichtung zu bilden, oder kann das Beschichtungsmaterial selbstverständlich auf die gesamte äußere Umfangsfläche der Wabenstruktur aufgetragen werden, um die äußere Umfangsbeschichtung zu bilden.
• Das Verfahren zum Trocknen des aufgetragenen Beschichtungsmaterials (d. h., der nicht getrockneten äußeren Umfangsbeschichtung) ist nicht eingeschränkt, wobei es aber hinsichtlich des Verhinderns von Trockenrissen z. B. ein Verfahren zum Trocknen von 25 % oder mehr eines Wassergehalts im Beschichtungsmaterial durch das Aufrechterhalten des Beschichtungsmaterials während 24 Stunden oder länger bei Raumtemperatur und dann das Aufrechterhalten des Beschichtungsmaterials während 1 Stunde oder länger in einem Elektroofen bei 600 °C, um Feuchtigkeit und organische Stoffe zu entfernen, geeignet verwenden kann.
• Wenn die Öffnungsabschnitte der Zellen der Wabenstruktur nicht im Voraus abgedichtet werden, kann ferner das Abdichten in den Öffnungsabschnitten der Zellen nach dem Bilden der äußeren Umfangsbeschichtung ausgeführt werden.
• Weiterhin entwickelt das im Beschichtungsmaterial enthaltene Siliciumcarbidpulver durch das Bestrahlen der äußeren Umfangsfläche der resultierenden Wabenstruktur mit einem Laser eine Farbe. Deshalb können Produktinformationen oder dergleichen auf die äußere Umfangsbeschichtung der resultierenden Wabenstruktur gedruckt (markiert) werden, indem sie mit Laserlicht bestrahlt wird.
• Die bevorzugten Beispiele des zum Markieren mit einem Laser verwendeten Laserlichts enthalten Kohlendioxidgas- (CO₂-) Laser, YAG-Laser und YVO4-Laser. Die Laserbedingungen für die Bestrahlung mit dem Laserlicht können gemäß dem Typ des zu verwendenden Lasers geeignet gewählt werden. Wenn z. B. der CO₂-Laser verwendet wird, wird das Markieren vorzugsweise mit einer Ausgangsleistung von 15 bis 25 W und einer Abtastgeschwindigkeit von 400 bis 600 mm/s ausgeführt. Ein derartiges Markierungsverfahren ermöglicht es dem bestrahlten Abschnitt, eine Farbe zu entwickeln, um eine dunkle Farbe, wie z. B. Schwarz bis Grün, darzustellen, was zu einem sehr guten Kontrast aufgrund der Farbentwicklung zum nicht bestrahlten Abschnitt führt.
• Wenn der Katalysator auf der Wabenstruktur getragen ist, wird der gedruckte Abschnitt sogar nach dem Drucken mit dem Laser nicht verschlechtert, wobei der gedruckte Abschnitt sogar nach dem Tragen des Katalysators gut gelesen werden kann. Das Verfahren zum Tragen des Katalysators ist nicht besonders eingeschränkt und kann gemäß dem Verfahren zum Tragen des Katalysators ausgeführt werden, das bei dem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur ausgeführt wird.
• Die Oberflächenschicht, die magnetische Partikel enthält und eine Permeabilität aufweist, ist auf wenigstens einem Teil der Oberflächen der Trennwände der Wabenstruktur ausgebildet. Ferner bedeckt die Oberflächenschicht wenigstens eine Oberfläche jeder Trennwand, wie oben beschrieben worden ist. Es gibt hauptsächlich drei Verfahren zum Bilden der Oberflächenschicht wie folgt:
• - ein Verfahren des Gießens eines Breis, der magnetische Partikel und ein auf einem Metall oder Glas basierendes Bindungsmaterial enthält, in die Zellen der Wabenstruktur, um die beschichteten Filme zu bilden, und des Erwärmens der beschichteten Filme bei einer Temperatur, die gleich einem oder höher als ein Schmelzpunkt des Metalls oder ein Erweichungspunkt des Glases ist, um die Oberflächenschichten zu bilden;
• - ein Verfahren des Gießens eines Breis, der magnetische Partikel und ein auf Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid basierendes Klebstoffmaterial enthält, in die Zellen der Wabenstruktur, um die beschichteten Filme zu bilden, und des Erwärmens der beschichteten Filme, um das Siliciumdioxid oder das Aluminiumoxid zu verfestigen, um die Oberflächenschichten zu bilden; und
• - ein Verfahren des Erlaubens, dass ein Gas, das magnetische Partikel und das Bindungsagens oder das Klebstoffmaterial enthält, in die Zellen der Wabenstruktur strömt, oder des Erlaubens, dass ein Gas, das nur die magnetischen Partikel enthält, in die Zellen der Wabenstruktur strömt, um die beschichteten Filme zu bilden, und des Erwärmens der beschichteten Filme, um die Oberflächenschichten zu bilden.
• Um den Brei in die Zellen der Wabenstruktur zu gießen, kann der Brei z. B. in den Zellen der Wabenstruktur zirkulieren gelassen werden oder werden die Zellen der Wabenstruktur in den Brei eingetaucht. Hier, wenn das auf dem Metall oder Glas basierende Bindungsmaterial verwendet wird, ist es notwendig, das Wabensubstrat während der Herstellung einmal bei einer Temperatur zu schmelzen oder zu erweichen, die gleich einer oder tiefer als eine Wärmebeständigkeitstemperatur des Wabensubstrats ist. Deshalb ist es bevorzugt, die beschichteten Filme bei einer Temperatur zu erwärmen, die gleich einem oder tiefer als ein Schmelzpunkt oder ein Erweichungspunkt des Bindungsmaterials ist. Ferner erreicht in der Verwendungsumgebung der Wabenstruktur die maximale Temperatur etwa 700 °C. Deshalb ist es bevorzugter, ein Metall oder Glas zu verwenden, das einen Schmelzpunkt oder einen Erweichungspunkt aufweist, der gleich dieser oder höher als diese Temperatur ist. Der spezifische Schmelzpunkt oder Erweichungspunkt befindet sich z. B. von 800 bis 1200 °C. Wenn andererseits das auf Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid basierende Klebstoffmaterial verwendet wird, ist es bevorzugt, dass das Klebstoffmaterial während der Produktion durch Erwärmen und Trocknen verfestigt werden kann. Die Beispiele des Klebstoffmaterials, das durch Erwärmen und Trocknen verfestigt werden kann, enthalten eine kolloidale Dispersion von Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid und können eine kolloidale Dispersion sein, die Siliciumdioxid und Aluminiumoxid enthält.
• Weil die maximale Temperatur in der Verwendungsumgebung der Wabenstruktur etwa 700 °C erreicht, ist es ferner bevorzugter, Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid zu verwenden, das eine Wärmebeständigkeitstemperatur aufweist, die gleich dieser oder höher als diese Temperatur ist. Nach dem Gießen des Breis in die Zellen der Wabenstruktur wird eine Saugvorrichtung an einer stromabwärts gelegenen Seite der Wabenstruktur befestigt, wobei das Absaugen von der Seite des anderen Öffnungsendes stromabwärts der Wabenstruktur ausgeführt wird, um überschüssiges Wasser zu entfernen und die beschichteten Filme zu bilden. Die beschichteten Filme werden vorzugsweise unter den Bedingungen einer Temperatur von 800 bis 1200 °C während 0,5 bis 3 Stunden erwärmt.
• Wenn das auf Aluminiumoxid oder Siliciumdioxid basierende Klebstoffmaterial verwendet wird, kann der Schritt des Gießens des Breis in die Zellen in den Phasen des Wabenformlings und des getrockneten Wabenkörpers ausgeführt werden. In diesem Fall wird nach dem Gießen des Breis in die Zellen die Wabenstruktur vor dem Bilden der Oberflächenschichten getrocknet, wobei dann im Brennschritt der Wabenstruktur die magnetischen Partikel an dem Klebstoffmaterial befestigt werden, um gleichzeitig die Oberflächenschichten zu bilden. Das Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid weist vorzugsweise die Verfestigungswirkung durch das Trocknen auf.
• Zusätzlich zur Hinzufügung des auf dem Metall oder Glas basierenden Bindungsmaterials können die magnetischen Partikel zuvor mit dem auf dem Metall oder Glas basierenden Bindungsmaterial beschichtet werden. Ferner kann ein Schritt des Bildens von Verbundstoffpartikeln, die magnetische Partikel und ein Bindungsmaterial enthalten, vorgesehen sein.
• Der Brei kann z. B. durch Mischen der magnetischen Partikel, des Klebstoffmaterials oder des Bindungsmaterials, des organischen Bindemittels und von Wasser oder Alkohol erhalten werden. Ferner können zu dem Brei ein Öl und ein Fett und ein oberflächenaktiver Stoff hinzugefügt, gemischt und emulgiert werden. Der Brei kann außerdem mit einem Porenbildner zum Steuern der Porosität der Oberflächenschicht gemischt werden. Die Beispiele des Porenbildners, der verwendet werden kann, enthalten Harzpartikel, Stärkepartikel und Kohlenstoffpartikel, die einen Partikeldurchmesser von 0,5 µm bis 10 µm aufweisen, und dergleichen.
• Um zu ermöglichen, dass das Gas, das die magnetischen Partikel und das Bindungsmaterial oder das Klebstoffmaterial enthält, in die Zellen der Wabenstruktur strömt, wird z. B. das Gas, das die magnetischen Partikel enthält, mit einer Rate von 0,005 bis 0,4 Liter/cm² in die Zellen geblasen, wodurch die schwebenden magnetischen Partikel auf den Oberflächen der Trennwände abgelagert werden. Anschließend wird z. B. eine Erwärmungsbehandlung unter den Bedingungen von 800 bis 1200 °C während 0,5 bis 3 Stunden ausgeführt, wodurch die magnetischen Partikel geschmolzen werden und sie an den Oberflächen der Trennwände befestigt werden, um die Oberflächenschichten zu bilden. Wenn dem Gas, das nur magnetische Partikel enthält, ermöglicht wird, in die Zellen der Wabenstruktur zu strömen, wird das Gas, das die magnetischen Partikel enthält, z. B. mit einer Rate von 0,005 bis 0,4 Liter/cm² in die Zellen geblasen, um die schwebenden magnetischen Partikel auf den Oberflächen der Trennwände abzulagern, wobei dann eine Wärmebehandlung bei 1280 bis 1330 °C während 0,5 bis 3 Stunden ausgeführt wird, um die magnetischen Partikel mit den Oberflächen der Trennwände zu verschmelzen und sie zu befestigen, um die Oberflächenschichten zu bilden.
• Bei den obigen Verfahren des Gießens des Breis oder des Gases in die Zellen der Wabenstruktur einschließlich des Verfahrens des Gießens nur der magnetischen Partikel in die Zellen ohne Verwendung des Bindungsmaterials und des Klebstoffmaterials kann das organische Bindemittel mit dem Brei oder dem Gas gemischt werden. Durch das Hinzufügen des organischen Bindemittels können die beschichteten Filme in einer Phase vor dem Schritt des Bildens der Oberflächenschichten durch Erwärmen vorübergehend befestigt werden. Ein bevorzugtes organisches Bindemittel enthält ein Material, das in einer oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur, die gleich der oder tiefer als die des Schritts des Bildens der Oberflächenschichten durch Erwärmen ist, d. h., bei 800 °C oder tiefer, oxidativ entfernt wird. Es ist außerdem bevorzugt, ein Bindemittel zu verwenden, das demjenigen ähnlich ist, das als der Porenbildner verwendet wird, wenn die Wabenstruktur hergestellt wird.
• BEISPIELE
• Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung basierend auf Beispielen spezifisch beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Beispiele eingeschränkt.
• (Herstellung der Wabenstruktur)
• (Herstellung einer abgedichteten Wabenstruktur)
• Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Kaolin, Talkum und Siliciumdioxid wurden als die Cordierit bildende Ausgangsstoffe verwendet. Zu 100 Masseteilen der Cordierit bildenden Ausgangstoffe wurden 13 Masseteile Porenbildner, 35 Masseteile Dispersionsmedium, 6 Masseteile organisches Bindemittel und 0,5 Masseteile Dispergiermittel hinzugefügt, gemischt und geknetet, um einen Rohling zu bilden.
• Als das Dispersionsmedium wurde Wasser verwendet, als der Porenbildner wurde Koks mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 10 µm verwendet, als das organische Bindemittel wurde Hydroxypropylmethylcellulose verwendet und als das Dispergiermittel wurde Ethylenglykol verwendet. Der Rohling wurde dem Strangpressen unter Verwendung einer vorgegebenen Form unterworfen, um einen Wabenformling mit einer viereckigen Zellenform und der gesamten kreisförmigen Säulen-(zylindrischen) Form zu erhalten.
• Der Wabenformling wurde dann durch einen Mikrowellentrockner getrocknet und weiter durch einen Heißlufttrockner vollständig getrocknet. Beide Stirnflächen wurden dann geschnitten und auf eine vorgegebene Größe eingestellt, um einen getrockneten Wabenkörper zu erhalten. Anschließend wurden abwechselnd Masken auf die Zellöffnungsabschnitte auf einer Stirnfläche des getrockneten Wabenkörpers aufgebracht, um ein Schachbrettmuster zu bilden, wobei das Ende auf der maskierten Seite in einen Abdichtbrei, der die Cordierit bildenden Ausgangsstoffe enthält, getaucht wurde, um die abgedichteten Abschnitte zu bilden, die abwechselnd im Schachbrettmuster angeordnet sind. Für das andere Ende wurden Masken auf die Zellen aufgebracht, die an dem einen Ende abgedichtet waren, wobei die abgedichteten Abschnitte in der gleichen Weise wie zum Bilden der abgedichteten Abschnitte an dem einen Ende gebildet wurden. Er wurde dann in einem Heißlufttrockner getrocknet und weiter bei 1410 bis 1440 °C während 5 Stunden gebrannt, um eine abgedichtete Wabenstruktur (Wabenträger) zu erhalten.
• (Beispiel 1)
• Für die durch die obige Prozedur hergestellte Wabenstruktur wurde von einer Stirnflächenseite der Wabenstruktur ein Pulver, das durch das Mischen von magnetischen Partikeln, Harzpartikeln mit einem gewichtsgemittelten Partikeldurchmesser von 3 µm und auf Siliciumdioxid basierenden Glas mit einem gewichtsgemittelten Partikeldurchmesser von 5 µm als ein Bindungsmaterial in einem Massenverhältnis von 80:10:10 erhalten wurde, vorbereitet, wobei das Pulver pneumatisch durch die Wabenstruktur zirkulieren gelassen und auf den Oberflächen der Trennwände abgelagert wurde, um die beschichteten Filme zu bilden. Die beschichteten Filme wurden in der Luftatmosphäre bei 950 °C während 1 h erwärmt, um eine Temperatur zu erreichen, die gleich dem oder höher als der Erweichungspunkt des Glases ist, um die Harzpartikel abzubrennen und um das auf Siliciumdioxid basierende Glas zu schmelzen, um die Partikel auf den Trennwandoberflächen zu befestigen, um die Oberflächenschichten zu bilden.
• (Beispiel 2)
• Ein nadelförmiges magnetisches Material mit einer Länge L von 10 µm und einem Verhältnis L/d von 1,00, ein auf Siliciumdioxid basierendes Klebstoffmaterial, das durch Trocknen verfestigt wurde, als ein Klebstoffmaterial, ein organisches Bindemittel und Wasser wurden in einem Massenverhältnis von 85:10:5:500 gemischt, um einen Brei zu erhalten. Der Brei wurde durch Sprühen zerstäubt und mit Luft vom Ende der Wabenstruktur angesaugt, um ihn auf den Trennwandflächen abzulagern, der getrocknet wurde, um die beschichteten Filme zu bilden. Anschließend wurde das organische Bindemittel durch eine Wärmebehandlung in der Luftatmosphäre bei 600 °C während 1 h abgebrannt, wobei das Siliciumdioxid oder das Aluminiumoxid durch eine Wärmebehandlung in der Luftatmosphäre bei 1000 °C während 1 h verfestigt wurde, um die Oberflächenschichten zu bilden.
• (Beispiel 3)
• Ein nadelförmiges magnetisches Material mit einer Länge L von 20 µm und einem Verhältnis L/d von 4,00, ein auf Siliciumdioxid basierendes Klebstoffmaterial, das durch Trocknen verfestigt wurde, als ein Klebstoffmaterial, ein organisches Bindemittel, Wasser, Öl und Fett und ein oberflächenaktiver Stoff wurden in einem Massenverhältnis von 85:10:5:500:10:2 gemischt, um einen emulgierten Ausgangsstoff zu erhalten. Der emulgierte Ausgangsstoff wurde durch Sprühen zerstäubt und mit Luft vom Ende der Wabenstruktur angesaugt, um ihn auf den Trennflächen abzulagern, der getrocknet wurde, um die beschichteten Filme zu bilden. Anschließend wurde das organische Bindemittel durch eine Wärmebehandlung in der Luftatmosphäre bei 600 °C während 1 h abgebrannt, wobei das Siliciumdioxid oder das Aluminiumoxid durch eine Wärmebehandlung in der Luftatmosphäre bei 1000 °C während 1 h verfestigt wurde, um die Oberflächenschichten zu bilden.
• (Beispiel 4)
• Ein Öffnungsende, das eine Einlassstirnfläche der Wabenstruktur war, wurde nach oben gelegt, wobei ein Breibecken zum Lagern eines Breis am oberen Abschnitt des einen Öffnungsendes angebracht wurde und ein oberflächenschichtbildender Brei (auf magnetischen Partikeln als ein Aggregat und SiO₂, Al₂O₃ und MgO als Bindungspartikel basierendes Glaspulver) in dem Breibecken angeordnet wurde. Der Brei wurde in die Wabenstruktur imprägniert und dann von der anderen Öffnungsstirnseite stromabwärts der Wabenstruktur angesaugt, um überschüssiges Wasser zu entfernen und die beschichteten Filme zu bilden. Die beschichteten Filme wurden dann getrocknet und bei 950 °C als eine Temperatur, die gleich dem oder höher als der Erweichungspunkt des Glaspulvers ist, verbunden, um die Oberflächenschichten zu bilden.
• (Beispiel 5)
• In 95 Masseteilen Wasser wurden 0,5 Masseteile Carboxymethylcellulose, das organische Bindemittel, aufgelöst. Zu der resultierenden wässrigen Lösung wurden 2,5 Masseteile magnetische Partikel (rostfreier Stahl mit 18 Masse- % Cr) mit einem kürzesten Durchmesser d von 10 µm und einem längsten Durchmesser L von 10 µm, die Aggregatpulver waren, und 5 Masseteile einer auf SiO₂, Al₂O₃ und MgO basierenden kolloidalen Glaspulverdispersion (ein Feststoffgehalt von 40 %) als ein Bindungsmaterial in dieser Reihenfolge zugegeben und gerührt, um einen oberflächenschichtbildenden Brei zu erhalten. Anschließend wurde die Wabenstruktur in den oberflächenschichtbildenden Brei eingetaucht, während die Einlassseite nach unten gelegt wurde und nur die Tiefe des Auslassabdichtmaterials gelassen wurde, und dann hochgehoben, um die beschichteten Filme zu bilden. Im Ergebnis wurde der Brei auf die Innenflächen der Einlassöffnungszellen tauchbeschichtet. Nach dem Trocknen wurden die beschichteten Filme bei 900 °C als eine Temperatur, die gleich dem oder höher als der Erweichungspunkt des Glaspulvers ist, während 0,5 Stunden erwärmt, um die Oberflächenschichten zu bilden.
• (Beispiel 6)
• Magnetische Partikel mit einem längsten Durchmesser L von 10 µm wurden zusammen mit Luft, einem Porenbildner und einem auf Siliciumdioxid basierenden Glaspulver als ein Bindungsmaterial der Wabenstruktur zugeführt, wobei diese auf den Trennwänden abgeschieden wurden, um die beschichteten Filme zu bilden. Zu diesem Zeitpunkt können die Porosität und der durchschnittliche Porendurchmesser der Oberflächenschichten durch geeignete Einstellbedingungen, wie z. B. den Partikeldurchmesser und die Partikelgrößenverteilung des Porenbildners, die Zufuhrmengen und die Menge der zugeführten Luft, gesteuert werden. Hier wurde Stärke als der Porenbildner verwendet. Ferner kann ein Alkohol, Wasser oder ein Harz in den Trennwandabschnitten eines bestimmten Bereichs, wie z. B. eines stromaufwärts gelegenen Bereichs oder eines stromabwärts gelegenen Bereichs, der Wabenstruktur, enthalten sein, um den Permeationswiderstand der Luft zu erhöhen und dadurch einen Abscheidungsbereich des zugeführten oberflächenschichtbildenden Ausgangsstoffs oder des Porenbildners zu steuern. Die Menge des hinzugefügten Porenbildners betrug z. B. 3 Massenteile bis 45 Massenteile, der Mediandurchmesser D50 des Porenbildneragens betrug 0,7 µm bis 8,0 µm, ein Schärfeindex als die Partikelgrößenverteilung des Porenbildners betrug 0,4 bis 1,9 oder eine Durchflussmenge des Fluids betrug 2000 bis 8000 l/min, wodurch die Werte, wie z. B. die Porosität und der durchschnittliche Porendurchmesser, der Oberflächenschichten verändert wurden. Die beschichteten Filme wurden in der Luftatmosphäre bei 950 °C als eine Temperatur, die gleich dem oder höher als der Erweichungspunkt des Glaspulvers ist, während 1 h erwärmt, um die Oberflächenschichten zu bilden.
• (Beispiele 7 und 8)
• Die Oberflächenschichten wurden auf den Wabenstrukturen in der gleichen Prozedur wie der des Beispiels 6 gebildet, mit der Ausnahme, dass die magnetischen Partikel mit dem längsten Durchmesser L und dem kürzesten Durchmesser d, wie sie in der Tabelle 1 gezeigt sind, verwendet wurden.
• (Beispiel 9)
• Die Oberflächenschichten wurden auf der Wabenstruktur in der gleichen Prozedur wie der des Beispiels 1 gebildet, mit der Ausnahme, das die magnetischen Partikel mit der Zusammensetzung, wie sie in der Tabelle 1 gezeigt ist, verwendet wurden.
• (Beispiele 10, 11, 12, 13, 14)
• Die Oberflächenschichten wurden auf den Wabenstrukturen in der gleichen Prozedur wie der des Beispiels 6 gebildet, mit der Ausnahme, dass schuppenförmige magnetische Partikel mit dem längsten Durchmesser L und dem kürzesten Durchmesser d, wie sie in der Tabelle 1 gezeigt sind, verwendet wurden.
• Die Eigenschaften der durch die Beispiele erhaltenen Wabenstrukturen sind in der Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

  Beispiele	Magnetische Partikel						Oberflächenschicht
  	Zusammensetzung	Curie-Temperatur	gewichtsgemittelter Partikeldurchmesser	Kürzester Durchmesser d	Längster Durchmesser L	L/D	Dicke	Porosität	Durchschnitthoher Porendurchmesser
  		(°C)	(µm)	(µm)	(µm)		(µm)	(%)	(µm)
  1	MgOFe2O3	713	10	10	10	1,00	8	60	5,0
  2	MgOFe2O3	713	10	10	10	1.00	25	65	3,2
  3	MgOFe2O3	713	20	5	20	4,00	18	65	2,2
  4	MgOFe2O3	713	20	3	30	10,00	19	50	2.0
  5	Cr18%Fe	670	10	10	10	1.00	25	55	4.8
  6	Cr18%Fe	670	15	10	10	1.00	20	65	4.0
  7	Cr18%Fe	670	18	6	20	3,33	30	70	2.9
  8	Cr18%Fe	670	20	2	30	15,00	31	60	2,5
  9	CrO2	386	10	10	10	1.00	15	55	5,0
  10	Co70%Ni25%Fe4%	1000	20	3	30	10,00	30	60	3.0
  11	Co80%Fe20%	1030	20	2	20	10,00	25	60	2.5
  12	Co49%Fe49%V2%	950	18	10	10	1.00	20	55	3.0
  13	Col7%Cr2%Mol%Fe	920	18	2	20	10,00	25	60	2.5
  14	Co18%Crl0%Mo2%Al1%Fe	800	20	3	30	10,00	30	55	2.5

• Die Wabenstruktur des Beispiels 7 wurde einem Erwärmungstest mit einer Induktionsheizvorrichtung unterzogen. Die Heizleistung der Wabenstruktur wurde bei einer Eingangsleistung von 4 kW und bei Induktionsheizfrequenzen von 30 kHz, 85 kHz und 350 kHz verglichen. Wenn die Induktionsheizfrequenzen 30 kHz und 85 kHz waren, war eine Spule mit 6 Runden um den äußeren Umfang der Wabenstruktur gewickelt, während, wenn die Induktionsheizfrequenz 350 kHz war, die Spule mit 3 Runden um den äußeren Umfang der Wabenstruktur gewickelt war. Eine unbelastete Induktivität der bei 30 kHz und 85 kHz verwendeten Spule beträgt 2,5 µH, während die unbelastete Induktivität der bei 350 kHz verwendeten Spule 1,0 µH beträgt. Für einen mit der Spule kombinierten Kondensator wurden Kondensatoren mit einer Kapazität von 10 µF für den Test bei 30 kHz, einer Kapazität von 1,3 µF für 85 kHz und einer Kapazität von 0,2 µF für 350 kHz gewählt. Für einen Transformator wurde ein Verhältnis der Anzahl der Windungen von 20:1 für die Tests bei 30 kHz und 85 kHz verwendet, während das Verhältnis von 7:1 für den Test bei 350 kHz verwendet wurde.
• Es wurde bestätigt, dass keine ausreichende Erwärmungsrate erreicht werden konnte, wen die Induktionsheizfrequenz 30 kHz betrug, wobei sie aber bei 350 kHz in 90 Sekunden auf 500 °C erwärmt wurde. 4 zeigt eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen den Zeiten (Sekunden) und den Temperaturen (°C) bei jeder Induktionsheizfrequenz von 30 kHz, 85 kHz und 350 kHz im Erwärmungstest veranschaulicht.
• Die Wabenstruktur des Beispiels 12 wurde ähnlich einem Erwärmungstest mit einer Induktionsheizvorrichtung unterworfen. Die Heizleistung der Wabenstruktur wurde mit der des Beispiels 7 bei einer Eingangsleistung von 4 kW und einer Induktionsheizfrequenz von 350 kHz verglichen. Die Kombination aus der Spule, dem Kondensator und dem Transformator im 350-kHz-Induktionserwärmungstest gemäß Beispiel 12 ist die gleiche wie im Beispiel 7. 5 zeigt eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen den Zeiten (Sekunden) und den Temperaturen (°C) im Erwärmungstest veranschaulicht.
• Es wurde bestätigt, dass unter Verwendung einer Legierung mit einem höheren Curie-Punkt (Fe-49Co-2V-Legierung) die Wabenstruktur ohne die Wärme der Oxidation des Katalysators auf 700 °C erwärmt werden konnte.
• Alle Beispiele konnten die Wabenstrukturen durch die Abgasreinigungsvorrichtung erwärmen, wie in 2 gezeigt ist. Ferner wurde während des Erwärmens kein Kurzschluss erzeugt.
• Basierend auf den obigen Lehren kann ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet verschiedene Änderungen an jeder Ausführungsform vornehmen.
• Bezugszeichenliste

1

Wabenstruktur

2

Metallrohr

3

Steuereinheit

4, 24

Spulenverdrahtung

5

Befestigungselement

6, 26

Abgasreinigungsvorrichtung

13

abgedichteter Abschnitt

20

Abgassystem

21

Abgasrohr

22

Abgasschalldämpfer

25

Haltematte

102

äußere Umfangswand

104

erste Stirnfläche

106

zweite Stirnfläche

108

erste Zelle

110

zweite Zelle

112

Trennwand

114

Oberflächenschicht

116

magnetische Partikel

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• JP 4920752 B [0004]
• JP 5616059 B [0004]
• JP 5261256 B [0004]
• US 2017/0022868 A1 [0004]

Claims (29)

1. Säulenförmige Wabenstruktur, die Folgendes umfasst: eine poröse Trennwand, die mehrere Zellen definiert, wobei die Zellen Strömungswege für ein Fluid bilden, wobei sich die Zellen von einer Einströmstirnfläche, die eine Stirnfläche auf einer Einströmseite des Fluids ist, zu einer Ausströmstirnfläche, die eine Stirnfläche auf einer Ausströmseite des Fluids ist, erstrecken; und eine äußere Umfangswand, die sich an dem äußersten Umfang befindet; wobei wenigstens ein Teil der Oberflächen der Trennwand eine Oberflächenschicht aufweist und wobei die Oberflächenschicht magnetische Partikel umfasst und eine Permeabilität aufweist.
2. Säulenförmige Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine Oberfläche der Trennwand mit der Oberflächenschicht bedeckt ist.
3. Säulenförmige Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei die magnetischen Partikel eine Curie-Temperatur höher als 450 °C aufweisen.
4. Säulenförmige Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Oberflächenschicht eine Porosität von 50 % oder mehr aufweist.
5. Säulenförmige Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Oberflächenschicht einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 10 µm oder kleiner aufweist.
6. Säulenförmige Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die magnetischen Partikel einen gewichtsgemittelten Partikeldurchmesser von 20 µm oder kleiner aufweisen.
7. Säulenförmige Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Oberflächenschicht eine Dicke von 10 bis 80 µm aufweist.
8. Säulenförmige Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Wabenstruktur aus einem keramischen Material ausgebildet ist.
9. Säulenförmige Wabenstruktur nach Anspruch 8, wobei das keramische Material wenigstens eines ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Cordierit, Siliciumcarbid, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid, Mullit und Aluminiumoxid umfasst.
10. Säulenförmige Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die magnetischen Partikel einen kürzesten Durchmesser d von 0,1 bis 5 µm aufweisen und L/d ≥ 3 erfüllen, wobei L (µm) ein längster Durchmesser der magnetischen Partikel ist.
11. Säulenförmige Wabenstruktur nach Anspruch 10, wobei die magnetischen Partikel nadelförmig oder schuppenförmig sind.
12. Säulenförmige Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die säulenförmige Wabenstruktur eine Spannungsrelaxationsschicht zwischen der Oberflächenschicht und der Trennwand umfasst, wobei die Spannungsrelaxationsschicht einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Oberflächenschicht und der Trennwand aufweist.
13. Säulenförmige Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Zellen umfassen: mehrere erste Zellen, die auf einer Seite der Einströmstirnfläche geöffnet sind und an der Ausströmstirnfläche abgedichtete Abschnitte aufweisen; und mehrere zweite Zellen, die auf einer Seite der Ausströmstirnfläche geöffnet sind und an der Einströmstirnfläche abgedichtete Abschnitte aufweisen.
14. Säulenförmige Wabenstruktur, die umfasst: eine poröse Trennwand, die mehrere Zellen definiert, wobei die Zellen Strömungswege für ein Fluid bilden, wobei sich die Zellen von einer Einströmstirnfläche, die eine Stirnfläche auf einer Einströmseite des Fluids ist, zu einer Ausströmstirnfläche, die eine Stirnfläche auf einer Ausströmseite des Fluids ist, erstrecken; und eine äußere Umfangswand, die sich an dem äußersten Umfang befindet; wobei wenigstens ein Teil der Oberflächen der Trennwand eine Oberflächenschicht aufweist und wobei die Oberflächenschicht nadelförmige oder schuppenförmige magnetische Partikel umfasst.
15. Abgasreinigungsvorrichtung, die umfasst: die säulenförmige Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 14; eine Spulenverdrahtung, die einen äußeren Umfang der säulenförmigen Wabenstruktur spiralförmig umgibt; und ein Befestigungselement zum Befestigen der Spulenverdrahtung an einem Inneren eines Abgasströmungswegs, wobei das Befestigungselement außerhalb der Spulenverdrahtung angeordnet ist.
16. Abgassystem, das umfasst: einen Abgasschalldämpfer; die Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung in dem Abgasschalldämpfer vorgesehen ist; und einen Schalldämpfer, der in dem Abgasschalldämpfer vorgesehen ist.
17. Verfahren zum Herstellen einer säulenförmigen Wabenstruktur, die umfasst: eine poröse Trennwand, die mehrere Zellen definiert, wobei die Zellen Strömungswege für ein Fluid bilden, wobei sich die Zellen von einer Einströmstirnfläche, die eine Stirnfläche auf einer Einströmseite des Fluids ist, zu einer Ausströmstirnfläche, die eine Stirnfläche auf einer Ausströmseite des Fluids ist, erstrecken; und eine äußere Umfangswand, die sich an dem äußersten Umfang befindet, wobei das Verfahren einen Schritt des Bildens einer Oberflächenschicht in wenigstens einem Teil der Oberflächen der Trennwand umfasst, wobei die Oberflächenschicht magnetische Partikel umfasst und eine Permeabilität aufweist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Bildens der Oberflächenschicht, die die magnetischen Partikel umfasst und eine Permeabilität aufweist, das Bedecken wenigstens einer Oberfläche der Trennwand mit der Oberflächenschicht umfasst.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei der Schritt des Bildens der Oberflächenschicht, die die magnetischen Partikel umfasst und eine Permeabilität aufweist, die Schritte umfasst: Gießen eines Breis, der magnetische Partikel und ein auf einem Metall oder Glas basierendes Bindungsmaterial umfasst, in die Zellen, um einen beschichteten Film zu bilden; und Erwärmen des beschichteten Films auf eine Temperatur, die gleich einem oder höher als ein Schmelzpunkt des Metalls oder ein Erweichungspunkt des Glases ist, um die Oberflächenschicht zu bilden.
20. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei der Schritt des Bildens der Oberflächenschicht, die die magnetischen Partikel umfasst und eine Permeabilität aufweist, die Schritte umfasst: Gießen eines Breis, der magnetische Partikel und ein auf Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid basierendes Klebstoffmaterial umfasst, in die Zellen, um einen beschichteten Film zu bilden; und Erwärmen des beschichteten Films, um das Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid zu verfestigen, um die Oberflächenschicht zu bilden.
21. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei der Schritt des Bildens der Oberflächenschicht, die die magnetischen Partikel umfasst und eine Permeabilität aufweist, einen Schritt des Ermöglichens, dass ein magnetische Partikel umfassendes Gas in die Zellen strömt, umfasst.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei die magnetischen Partikel eine Curie-Temperatur von größer als 450 °C aufweisen.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei die Oberflächenschicht eine Porosität von 50 % oder größer aufweist.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei die Oberflächenschicht einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 10 µm oder kleiner aufweist.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, wobei die magnetischen Partikel einen gewichtsgemittelten Partikeldurchmesser von 20 µm oder kleiner aufweisen.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 25, wobei die Oberflächenschicht eine Dicke von 10 bis 80 µm aufweist.
27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die säulenförmige Wabenstruktur aus einem keramischen Material ausgebildet ist, und wobei das keramische Material wenigstens eines ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Cordierit, Siliciumcarbid, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid, Mullit und Aluminiumoxid umfasst.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 27, wobei die magnetischen Partikel einen kürzesten Durchmesser d von 0,1 bis 5 µm aufweisen und L/d ≥ 3 erfüllen, wobei L (µm) ein längster Durchmesser der magnetischen Partikel ist.
29. Verfahren nach Anspruch 27, wobei die magnetischen Partikel nadelförmig oder schuppenförmig sind.

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