DE112021006255T5

DE112021006255T5 - Wabenstruktur, abgasreinigungseinrichtung und herstellungsverfahren für eine wabenstruktur

Info

Publication number: DE112021006255T5
Application number: DE112021006255.7T
Authority: DE
Inventors: Shuichi Ichikawa; Yukio Miyairi; Masaaki Masuda; Takuya Ishihara
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2021-10-01
Publication date: 2023-09-14
Also published as: WO2022118531A1; CN116528960A; JPWO2022118531A1; JP7486605B2; US20230321643A1

Abstract

Eine Wabenstruktur, die Folgendes enthält: eine Außenumfangswand; eine Trennwand, die auf einer Innenseite der Außenumfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert und jede der Zellen von einer Stirnfläche zu einer weiteren Stirnfläche verläuft, um einen Strömungsweg zu bilden; und Magnetpartikel, wobei die Magnetpartikel Sekundärpartikel kombiniert mit Primärpartikeln enthalten, in einem Querschnittbild der Wabenstruktur ein Verhältnis einer Anzahl der Primärpartikel, die die Sekundärpartikel bilden, zu einer Gesamtanzahl der Primärpartikel der Magnetpartikel im Bereich von 40 bis 100 % liegt und eine Partikelgröße D50, die einer kumulativen Häufigkeit von 50 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel im Bereich von 5 bis 100 µm liegt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wabenstruktur, eine Abgasreinigungseinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Wabenstruktur.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Als eine Maßnahme zum Verbessern der Heizeigenschaften von Leitern durch Induktionserhitzen ist bekannt, dass die Heizeigenschaften durch Erhöhen der Frequenz eines verwendeten Wechselstroms, Verringern einer Haut-(Eindring-)Tiefe, zu der Wirbelstrom fließt, und Erhöhen eines Oberflächenwiderstands des Leiters verbessert werden kann.
Um eine Wabenstruktur, die kein Leiter ist, durch Induktion zu erhitzen, schlägt Patentliteratur 1 eine Konfiguration vor, in der magnetische Metallstäbe in Zellen der Wabenstruktur eingesetzt werden oder Magnetmaterialien in den Zellen der Wabenstruktur dispergiert werden.
Ferner schlägt Patentliteratur 2 eine Konfiguration vor, in der mehrere Metallpartikel oder kleine Stücke eines Metalls in individuelle Innenräume von Zellen einer Wabenstruktur teilweise gefüllt werden.
Darüber hinaus schlägt Patentliteratur 3 eine Konfiguration vor, in der eine Beschichtungsschicht, die Magnetpartikel enthält, an einer Oberfläche einer Trennwand einer Wabenstruktur vorgesehen ist.
ENTGEGENHALTUNGSLISTE
Patentliteratur

[Patentliteratur 1] US-Patent Nr. 9,488,085 B1
[Patentliteratur 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2019-188272 A
[Patentliteratur 3] WO 2020/031434 A1

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die Heizeigenschaften der Wabenstruktur mit einem Leiter durch Induktionserhitzen zu verbessern, ist es wünschenswert, die Frequenz des Stroms, der verwendet wird, zu erhöhen, die Hauttiefe, zu der Wirbelstrom fließt, zu verringern und den Oberflächenwiderstand des Leiters, der in der Wabenstruktur angeordnet ist, zu erhöhen, jedoch nehmen, wenn die Hauttiefe abnimmt, im Allgemeinen die Heizeigenschaften ab. Um derartige Probleme zu adressieren, haben die vorliegenden Erfinder festgestellt, dass die Heizeigenschaften durch guten Wirbelstrom verbessert werden, während eine Größe und eine Dicke einer Schleife, die durch den Wirbelstrom gebildet wird, der am Leiterort, der in der Wabenstruktur angeordnet ist, erzeugt wird, durch Induktionserhitzen erhöht werden, wodurch die Hauttiefe, zu der der Wirbelstrom fließt, verringert wird und der Oberflächenwiderstand des Leiters, der in der Wabenstruktur angeordnet ist, erhöht wird.
Als Ergebnis weiterer Studien haben die vorliegenden Erfinder gefunden, dass es wirksam ist, um die Größe der Schleife, die durch den Wirbelstrom gebildet wird, der am leitfähigen Ort, der in der Wabenstruktur angeordnet ist, erzeugt wird, durch Induktionserhitzen zu erhöhen, Magnetpartikel in der Wabenstruktur vorzusehen und ferner einen Anteil der Anzahl von Sekundärpartikeln der Magnetpartikel zu steuern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die auf der Grundlage der oben beschriebenen Erkenntnisse gemacht wurde, bezieht sich auf das Schaffen einer Wabenstruktur, einer Abgasreinigungseinrichtung und eines Verfahrens zum Herstellen einer Wabenstruktur, die Heizeigenschaften durch Induktionserhitzen verbessert haben.
Die oben beschriebenen Probleme werden durch die folgende vorliegende Erfindung gelöst. Die Erfindung ist wie folgt spezifiziert:

(1) Eine Wabenstruktur, die Folgendes umfasst: eine Außenumfangswand; eine Trennwand, die auf einer Innenseite der Außenumfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert und jede der Zellen von einer Stirnfläche zu einer weiteren Stirnfläche verläuft, um einen Strömungsweg zu bilden; und Magnetpartikel, wobei die Magnetpartikel Sekundärpartikel kombiniert mit Primärpartikeln umfassen, in einem Querschnittbild der Wabenstruktur ein Verhältnis einer Anzahl der Primärpartikel, die die Sekundärpartikel bilden, zu einer Gesamtanzahl der Primärpartikel der Magnetpartikel im Bereich von 40 bis 100 % liegt und eine Partikelgröße D50, die einer kumulativen Häufigkeit von 50 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel im Bereich von 5 bis 100 µm liegt.
(2) Eine Abgasreinigungseinrichtung, die Folgendes umfasst:
- die Wabenstruktur gemäß (1);
- eine Spule, die an einem Außenumfang der Wabenstruktur vorgesehen ist; und
- ein zylindrisches Element zum Halten der Wabenstruktur.
(3) Ein Verfahren zum Herstellen einer Wabenstruktur, das die folgenden Schritte umfasst:
- Anfertigen eines Wabensubstrats, das Folgendes umfasst: eine Außenumfangswand und eine Trennwand, die auf einer Innenseite der Außenumfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert und jede der Zellen von einer Stirnfläche zu einer weiteren Stirnfläche verläuft, um einen Strömungsweg zu bilden;
- Versehen des Wabensubstrats mit einer Aufschlämmung, die Magnetpartikel enthält;
- Entfetten des Wabensubstrats, das mit der Aufschlämmung, die die Magnetpartikel enthält, versehen ist, durch eine Wärmebehandlung bei im Bereich von 400 bis 700 °C für im Bereich von 1 bis 10 Stunden und
- Durchführen nach dem Entfetten einer Wärmebehandlung bei im Bereich von 900 bis 1400 °C für im Bereich von 0,5 bis 10 Stunden in einem Unterdruck oder einer Inertatmosphäre.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Wabenstruktur, eine Abgasreinigungseinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Wabenstruktur zu schaffen, die verbesserte Heizeigenschaften durch Induktionserhitzen aufweisen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 (A) ist eine schematische Querschnittansicht einer Wabenstruktur 10 senkrecht zu einer Ausdehnungsrichtung von Zellen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 (B) ist eine schematische Querschnittansicht der Wabenstruktur 10 parallel zur Ausdehnungsrichtung der Zellen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 (A) ist eine schematische Querschnittansicht einer Wabenstruktur 20 senkrecht zu einer Ausdehnungsrichtung von Zellen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2 (B) ist eine schematische Querschnittansicht der Wabenstruktur 20 parallel zur Ausdehnungsrichtung der Zellen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 (A) ist eine schematische Querschnittansicht einer Wabenstruktur 30 senkrecht zu einer Ausdehnungsrichtung von Zellen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 3 (B) ist eine schematische Querschnittansicht der Wabenstruktur 30 parallel zur Ausdehnungsrichtung der Zellen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 (A) ist eine schematische Querschnittansicht einer Wabenstruktur 40 senkrecht zu einer Ausdehnungsrichtung von Zellen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 4 (B) ist eine schematische Querschnittansicht, wenn die Wabenstruktur 40 entlang der Linie L-L, die in (A) gezeigt ist, parallel zur Ausdehnungsrichtung der Zellen geschnitten wird;
5 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern eines Halsdurchmessers eines Sekundärpartikels magnetischer Partikel;
6 ist eine schematische Querschnittansicht einer Abgasreinigungseinrichtung parallel zu einer Gasdurchflussrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
7 ist ein Graph, der Ergebnisse von Induktionsheizprüfungen gemäß Beispielen und Vergleichsbeispielen zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen einer Wabenstruktur, einer Abgasreinigungseinrichtung und eines Verfahrens zum Herstellen einer Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Verbesserungen können auf der Grundlage des Wissens von Fachleuten vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
<Wabenstruktur>
1 (A) ist eine schematische Querschnittansicht einer Wabenstruktur 10 senkrecht zu einer Ausdehnungsrichtung von Zellen 11 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 (B) ist eine schematische Querschnittansicht der Wabenstruktur 10 parallel zur Ausdehnungsrichtung der Zellen 11 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Wabenstruktur 10 enthält Folgendes: eine Außenumfangswand 12; eine Trennwand 13, die auf einer Innenseite der Außenumfangswand 12 angeordnet ist, wobei die Trennwand13 mehrere Zellen 11 definiert und jede der Zellen 11 von einer Stirnfläche zu einer weiteren Stirnfläche verläuft, um einen Strömungsweg zu bilden; und Magnetpartikel.
Obwohl Materialien der Trennwand 13 und der Außenumfangswand 12 der Wabenstruktur 10 nicht besonders beschränkt sind, sind sie typischerweise aus einem Keramikmaterial gebildet. Beispiele des Keramikmaterials enthalten Cordierit, Siliziumkarbid, Aluminiumtitanat, Siliziumnitrid, Mullit, Aluminiumoxid, einen Verbundwerkstoff auf der Grundlage von Silizium-Silizumkarbid und einen Verbundwerkstoff auf der Grundlage von Siliziumkarbid-Cordierit, insbesondere einen Sinterkörper hauptsächlich auf der Grundlage eines Silizium-Silizumkarbid-Verbundwerkstoffs oder von Siliziumkarbid. Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck „siliziumkarbidbasiertes“, dass die Trennwand 13 und die Außenumfangswand 12 der Wabenstruktur 10 Siliziumkarbid in einer Menge von 50 Massen-% oder mehr der Trennwand 13 und der Außenumfangswand 12 einer Wabenstruktur 10 als eine Gesamtheit enthalten. Die Wortverbindung „die Trennwand 13 und die Außenumfangswand 12 der Wabenstruktur 10 verwenden hauptsächlich einen Silizium-Silizumkarbid-Verbundwerkstoff als Grundlage“ bedeutet, dass die Trennwand 13 und die Außenumfangswand 12 der Wabenstruktur 10 90 Massen-% oder mehr des Silizium-Silizumkarbid-Verbundwerkstoffs (Gesamtmasse) auf der Grundlage der Trennwand 13 und der Außenumfangswand 12 der Wabenstruktur 10 als eine Gesamtheit enthalten. Hier enthält der Silizium-Silizumkarbid-Verbundwerkstoff Siliziumkarbidpartikel als ein Aggregat und Silizium als ein Bindemittel zum Verbinden der Siliziumkarbidpartikel und werden mehrere Siliziumkarbidpartikel bevorzugt durch Silizium verbunden, um Poren zwischen den Siliziumkarbidpartikeln zu bilden. Die Wortverbindung „die Trennwand 13 und die Außenumfangswand 12 der Wabenstruktur 10 verwenden hauptsächlich Siliziumkarbid als Grundlage“ bedeutet, dass die Trennwand 13 und die Außenumfangswand 12 der Wabenstruktur 10 90 Massen-% oder mehr von Siliziumkarbid (Gesamtmasse) auf der Grundlage der Trennwand 13 und der Außenumfangswand 12 der Wabenstruktur 10 als eine Gesamtheit enthalten.
Bevorzugt sind die Trennwand 13 und die Außenumfangswand 12 der Wabenstruktur 10 aus mindestens einem Keramikmaterial gebildet, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Cordierit, Siliziumkarbid, Aluminiumtitanat, Siliziumnitrid, Mullit und Aluminiumoxid besteht.
Die Form jeder Zelle der Wabenstruktur 10 kann eine Polygonform wie z. B. ein Dreieck, ein Viereck, ein Fünfeck, ein Sechseck und ein Achteck; eine Kreisform oder eine Ellipsenform oder sonstige unregelmäßige Formen in einem Querschnitt senkrecht zur zentralen Achse der Wabenstruktur 10 sein, ist jedoch nicht besonders darauf beschränkt. Bevorzugt besitzt jede Zelle die Polygonform.
Die Trennwand 13 der Wabenstruktur 10 besitzt bezüglich einer einfachen Herstellung bevorzugt eine Dicke im Bereich von 0,05 bis 0,50 mm und stärker bevorzugt im Bereich von 0,10 bis 0,45 mm. Zum Beispiel verbessert die Dicke von 0,05 mm oder mehr die Festigkeit der Wabenstruktur 10. Die Dicke von 0,50 mm oder weniger kann in einem geringen Druckverlust resultieren. Es ist festzuhalten, dass die Dicke der Trennwand 13 ein Durchschnittswert ist, der durch ein Verfahren zum Beobachten des axialen Querschnitts mit einem Mikroskop gemessen wird.
Ferner besitzt die Trennwand 13 bevorzugt eine Porosität im Bereich von 20 bis 70 %. Die Porosität ist bezüglich einer einfachen Herstellung bevorzugt 20 % oder mehr. Die Porosität von 70 % oder weniger kann die Festigkeit der Wabenstruktur 10 aufrechterhalten.
Die Trennwand 13 besitzt bevorzugt eine durchschnittliche Porengröße im Bereich von 2 bis 30 µm und stärker bevorzugt im Bereich von 5 bis 25 µm. Die durchschnittliche Porengröße der Trennwand von 2 µm oder mehr resultiert in einer einfachen Herstellung und die durchschnittliche Porengröße von 30 µm oder weniger kann die Festigkeit der Wabenstruktur 10 aufrechterhalten. Wie hier verwendet, bedeuten die Ausdrücke „durchschnittlicher Porendurchmesser“ und „Porosität“ einen durchschnittlichen Porendurchmesser und eine Porosität, die durch eine Quecksilberbefehlstechnik gemessen werden.
Die Wabenstruktur 10 besitzt bevorzugt eine Zellendichte in einem Bereich von 5 bis 150 Zellen/cm² und stärker bevorzugt 5 bis 100 Zellen/cm² und nochmals stärker bevorzugt in einem Bereich von 31 bis 80 Zellen/cm², obwohl sie nicht besonders darauf beschränkt ist.
Eine Außenform der Wabenstruktur 10 kann eine Form wie z. B. eine Säulenform mit kreisförmigen Stirnflächen (eine zylindrische Form), eine Säulenform mit ovalen Stirnflächen und eine Säulenform mit polygonalen (viereckigen, fünfeckigen, sechseckigen, siebeneckigen, achteckigen und dergleichen) Stirnflächen und dergleichen sein, ist jedoch nicht besonders darauf beschränkt.
Eine derartige Wabenstruktur 10 wird hergestellt, indem ein Grünkörper, der ein Keramikrohmaterial enthält, in eine Wabenform, die eine Trennwand besitzt, die von einer Stirnfläche zu einer weiteren Stirnfläche verläuft und mehrere Zellen definiert, um Strömungswege für ein Fluid zu bilden, gebildet wird, um einen Wabenformkörper anzufertigen, und der Wabenformkörper getrocknet wird und dann gebrannt wird. Wenn die resultierende Wabenstruktur als die Wabenstruktur 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, kann die Außenumfangswand mit einer Wabenstruktur, die als die Außenumfangswand verwendet wird, wie sie ist, einteilig extrudiert werden oder kann ein Außenumfang der Wabenstruktur nach seinem Formen oder Brennen geschliffen und in eine vorgegebene Form geformt werden und kann ein Beschichtungsmaterial auf die Wabenstruktur mit geschliffenem Außenumfang aufgebracht werden, um eine Außenumfangsbeschichtung zu bilden. In dieser Ausführungsform kann z. B. eine Wabenstruktur verwendet werden, die einen Außenumfang ohne Schleifen des Außenumfangs der Wabenstruktur besitzt, und kann das Beschichtungsmaterial ferner auf die Außenumfangsoberfläche der Wabenstruktur, die den Außenumfang besitzt, (d. h. eine weitere Außenseite des Außenumfangs der Wabenstruktur) aufgebracht werden, um die Außenbeschichtung zu bilden. Das heißt, im vorhergehenden Fall bildet lediglich die Außenumfangsbeschichtung, die aus dem Beschichtungsmaterial hergestellt ist, die Außenumfangsoberfläche, die am Außenumfang positioniert ist. Andererseits wird in letzterem Fall eine Außenumfangswand gebildet, die eine Zweischichtstruktur besitzt, die am Außenumfang positioniert ist, wobei die Außenumfangsbeschichtung, die aus dem Beschichtungsmaterial hergestellt ist, ferner auf die Außenumfangsoberfläche der Wabenstruktur laminiert ist. Die Außenumfangswand kann mit dem Wabenstrukturabschnitt einteilig extrudiert und gebrannt werden, wie sie ist, was als die Außenumfangswand verwendet werden kann, ohne den Außenumfang zu verarbeiten.
Die Wabenstruktur 10 ist nicht auf eine Wabenstruktur eines einteiligen Typs, in der die Trennwand 13 einteilig gebildet ist, beschränkt. Zum Beispiel kann die Wabenstruktur 10 eine Wabenstruktur sein, in der säulenförmige Wabensegmente, die jeweils eine Trennwand besitzen, die aus Keramiken hergestellt ist, und mehrere Zellen, die durch die Trennwand definiert sind, um Strömungswege für ein Fluid zu bilden, mittels Verbindungsmaterialschichten kombiniert werden (verbundene Wabenstruktur).
In der Ausführungsform, die in 1(A) und 1(B) gezeigt ist, bilden die Magnetpartikel eine Struktur, die aus Beschichtungsschichten 15 zusammengesetzt ist, die die Magnetpartikel enthalten. Die Beschichtungsschichten 15 sind an der Trennwand 13 der Wabenstruktur 10 vorgesehen. Die Beschichtungsschicht 15 kann ein Befestigungsmaterial mit den dispergierten Magnetpartikeln enthalten. Das Befestigungsmaterial, das hier verwendet werden kann, umfasst Glas, das Kieselsäure, Borsäure oder Borosilikat enthält, kristallisiertes Glas, Keramiken oder Glas, kristallisiertes Glas und Keramiken, die weitere Oxide enthalten, und dergleichen. Das Glas, das hier verwendet werden kann, umfasst bevorzugt Glas mit hohem Schmelzpunkt, das einen Schmelzpunkt im Bereich von 900 bis 1100 °C besitzt. Die Verwendung des Glases mit hohem Schmelzpunkt kann den Heizwiderstand der Beschichtungsschichten 15 verbessern. Wie oben beschrieben wird, kann die Beschichtungsschicht 15 eine Schicht sein, die das Befestigungsmaterial mit den darin dispergierten Magnetpartikeln enthält oder kann eine Schicht sein, in der Magnetpartikel direkt dispergiert sind und die an der Trennwand 13 der Wabenstruktur 10 getragen wird.
Die Beschichtungsschicht 15 besitzt bevorzugt eine Dicke im Bereich von 10 bis 100 µm. Die Dicke der Beschichtungsschicht 15 von 10 µm oder mehr ermöglicht, dass mehrere Magnetpartikel, enthalten sind, was in einem erhöhten Wirkungsgrad einer Wärmeerzeugung durch Induktionserhitzen resultiert. Die Dicke der Beschichtungsschicht 15 von 100 µm oder weniger kann zu einen verringerten Druckverlust führen.
Die Zellen 11, in denen die Beschichtungsschichten 15, die die Magnetpartikel enthalten, an der Trennwand 13 vorgesehen sind, können in einer gestaffelten Form derart angeordnet sein, dass vertikal und horizontal benachbarte Zellen in einem Intervall einer Zelle angeordnet sein können oder in Intervallen mehrerer Zellen wie z. B. zwei Zellen und drei Zellen angeordnet sein können. Außerdem können die Beschichtungsschichten 15, die die Magnetpartikel enthalten, an der Trennwand 13 aller Zellen vorgesehen sein. Die Anzahl oder die Anordnung der Zellen, in denen die Beschichtungsschichten 15, die die Magnetpartikel enthalten, an der Trennwand 13 vorgesehen sind, ist nicht beschränkt und kann nach Bedarf geeignet ausgelegt sein. Vom Standpunkt des Verbesserns der Heizwirkung ist es wünschenswerter, die Anzahl der Zellen, in denen die Beschichtungsschichten 15, die die Magnetpartikel enthalten, an der Trennwand 13 vorgesehen ist, zu erhöhen, während es vom Standpunkt des Verringerns des Druckverlusts wünschenswerter ist, die Anzahl der Zellen so weit wie möglich zu verringern.
Die Beschichtungsschichten 15, die die Magnetpartikel enthalten und an der Trennwand 13 vorgesehen sind, können über die gesamte Länge der Wabenstruktur 10 von einer Stirnfläche zur weiteren Stirnfläche vorgesehen sein. Sie können auch von einer Stirnfläche der Wabenstruktur 10 zur Mitte der Zellen 11 vorgesehen sein.
Wie in 2(A) und 2(B) gezeigt ist, können die Magnetpartikel eine Struktur bilden, die aus abgedichteten Abschnitten 25 besteht, die die Magnetpartikel enthalten. Die abgedichteten Abschnitte 25 können bei den Zellen 11 an einer Stirnfläche der Wabenstruktur 20 oder an den Zellen 11 an einer Stirnfläche und der weiteren Stirnfläche vorgesehen sein. Durch Bilden der Struktur, die aus den abgedichteten Abschnitten 25 besteht, die die Magnetpartikel enthalten, ist es nicht mehr nötig, die Zellen 11 der Wabenstruktur 20 lediglich zum Füllen eines Materials, das das Magnetmaterial enthält, zu verwenden, was in einer Verhinderung einer Zunahme des Druckverlusts resultiert.
Wenn die abgedichteten Abschnitte 25 bei den Zellen 11 an einer Stirnfläche und der weiteren Stirnfläche vorgesehen sind, können die Zellen, die mit den abgedichteten Abschnitten 25 an einer Stirnfläche versehen sind, und die Zellen, die mit den abgedichteten Abschnitten 25 an der weiteren Stirnfläche versehen sind, über die Trennwand 13 benachbart zueinander abwechselnd angeordnet sein, derart, dass beide Stirnflächen ein gestaffeltes Muster bilden. Eine derartige Wabenstruktur 20 kann als ein Filter (ein Wabenfilter) zum Reinigen von Abgas verwendet werden. Die Anzahl, die Anordnung oder dergleichen der Zellen, die mit den abgedichteten Abschnitten 25 an einer Stirnfläche und der weiteren Stirnfläche versehen sind, sind nicht beschränkt und können nach Bedarf geeignet ausgelegt werden. Die abgedichteten Abschnitte 25 können aus demselben Material, aus dem die Trennwand 13 gebildet ist, oder aus einem Material, in dem die Magnetpartikel in einem weiteren bekannten Material für die abgedichteten Abschnitte 25 enthalten sind, hergestellt sein.
Wie in 3(A) und 3(B) gezeigt ist, können die Magnetpartikel eine Struktur bilden, die aus einem Füllmaterial 35 zusammengesetzt ist, das die Magnetpartikel enthält und in den Zellen 11 der Wabenstruktur 30 gefüllt ist. Die Zellen 11, die mit dem Füllmaterial 35 gefüllt sind, können in einer gestaffelten Form derart angeordnet sein, dass vertikal und horizontal benachbarte Zellen in einem Intervall einer Zelle angeordnet sein können oder in Intervallen mehrerer Zellen wie z. B. zwei Zellen und drei Zellen angeordnet sein können oder kontinuierlich angeordnet sein können. Die Anzahl oder die Anordnung der Zellen, die mit dem Füllmaterial 35, das die Magnetpartikel enthält, gefüllt sind, ist nicht beschränkt und kann nach Bedarf geeignet ausgelegt werden. Vom Standpunkt des Verbesserns der Heizwirkung ist es wünschenswerter, die Anzahl der Zellen, die mit dem Füllmaterial 35, das die Magnetpartikel enthält, gefüllt sind, zu erhöhen, während es vom Standpunkt des Verringerns des Druckverlusts wünschenswerter ist, die Anzahl der Zellen so weit wie möglich zu verringern.
Das Füllmaterial 35 kann aus einer Verbundzusammensetzung magnetischer Partikel und einem Bindemittel oder einem Klebstoffmaterial zusammengesetzt sein. Beispiele des Bindemittels enthalten Materialien hauptsächlich auf der Grundlage von Metall oder Glas. Das Klebstoffmaterial enthält Materialien hauptsächlich auf der Grundlage von Siliziumoxid oder Aluminiumoxid. Zusätzlich zu dem Bindemittel oder dem Klebstoffmaterial kann es ferner eine organische oder eine anorganische Substanz enthalten.
Das Füllmaterial 35 kann über die gesamte Wabenstruktur 30 von einer Stirnfläche zur weiteren Stirnfläche gefüllt sein. Alternativ kann das Füllmaterial 35 von einer Stirnfläche der Wabenstruktur 30 zur Mitte der Zellen 11 gefüllt sein.
Wie in 4(A) und 4(B) gezeigt ist, können die Magnetpartikel eine Struktur bilden, die aus mindestens einer ringförmigen leitfähigen Schleife 45 besteht, die die Magnetpartikel enthält. Eine oder beide einer Stirnfläche und der weiteren Stirnfläche der Wabenstruktur 40 können mit einem oder mehreren Nutabschnitten 44 versehen sein und die ringförmige leitfähige Schleife 45 kann in den Nutabschnitt 44 eingebettet sein. Gemäß einer derartigen Konfiguration ist die Form der leitfähigen Schleife 45 ringförmig, derart, dass der Strom dazu tendiert, durch Induktionserhitzen um die leitfähigen Schleife 45 zu fließen, und eine Tendenz besteht, dass Wirbelstrom erzeugt wird. Aufgrund der Wirkung des Verringerns des spezifischen Widerstands in der leitfähigen Schleife wird der Verlust aufgrund von Wirbelstromverlust stärker erhöht, derart, dass die Wabenstruktur 40, die eine gute Heizrate selbst bei einer tiefen Frequenz besitzt, erhalten werden kann.
Der Nutabschnitt 44 ist über die mehreren Zellen 11 der Wabenstruktur 40 gebildet. Der Nutabschnitt 44 dient zum Einbetten der leitfähigen Schleife 45, wie oben beschrieben ist. Deshalb kann die Tiefe des Nutabschnitts 44 gleich oder größer als die Dicke der leitfähigen Schleife 45 sein. Entsprechend können die Form, die Anzahl, die Größe und dergleichen des Nutabschnitts 44 derart gebildet werden, dass die leitfähige Schleife 45 darin eingebettet werden kann, und können abhängig von der Form, der Anzahl, der Größe usw. der leitfähigen Schleife 45 gebildet werden.
Die Dicke der leitfähigen Schleife 45 liegt bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 5 mm. Ein größerer Wirbelstrom kann erzeugt werden, wenn die Dicke der leitfähigen Schleife 45 0,1 mm oder mehr ist. Wenn die Dicke der leitfähigen Schleife 45 5 mm oder weniger ist, kann die Fläche des Abschnitts, der den Gasdurchfluss behindert, verringert werden, derart, dass der Druckverlust weiter verringert werden kann. Stärker bevorzugt liegt die Dicke der leitfähigen Schleife 45 im Bereich von 0,5 bis 4 mm und nochmals stärker bevorzugt im Bereich von 1 bis 3 mm.
Die leitfähige Schleife 45, die in 4(A) und 4(B) gezeigt ist, ist in einer im Wesentlichen viereckigen Ringform gebildet, die auf das Zentrum der Stirnfläche der Wabenstruktur 40 zentriert ist. Die Größe der leitfähigen Schleife 45 gesehen von der Stirnflächenseite der Wabenstruktur 40 ist nicht besonders beschränkt und hängt von der Größe der Stirnfläche der Wabenstruktur 40 ab. Im Fall der leitfähigen Schleife 45, die die im Wesentlichen viereckige Ringform besitzt, wie in 4(A) und 4(B) gezeigt ist, liegt die Breite der leitfähigen Schleife 45 bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 5 mm. Ein größerer Wirbelstrom kann erzeugt werden, wenn die Breite der leitfähigen Schleife 45 0,1 mm oder mehr ist. Wenn die Breite der leitfähigen Schleife 45 5 mm oder weniger ist, kann der Druckverlust weiter verringert werden. Stärker bevorzugt liegt die Breite der leitfähigen Schleife 45 im Bereich von 0,5 bis 4 mm und nochmals stärker bevorzugt im Bereich von 1 bis 3 mm.
Die leitfähige Schleife 45 ist nicht auf die viereckige Ringform beschränkt und kann in einer kreisförmigen, elliptischen, dreieckigen oder rechteckigen Ringform, die fünf oder mehr Seiten besitzt, gebildet werden.
Die leitfähige Schleife 45 kann eine Schicht sein, die aus einem Verbindungsmaterial zusammengesetzt ist, das die Magnetpartikel enthält. Beispiele des Verbindungsmaterials, das hier verwendet werden kann, enthalten Keramiken, Glas oder einen Verbundwerkstoff von Keramiken und Glas. Beispiele des Verbundwerkstoffs, der das Verbindungsmaterial bildet, das hier verwendet werden kann, enthalten ein Material, das 50 Vol.-% oder mehr, bevorzugt 60 Vol.-% oder mehr und nochmals stärker bevorzugt 70 Vol.-% oder mehr von Glas enthält. Beispiele von Keramiken, die das Verbindungsmaterial bilden, enthalten Keramiken wie z. B. SiO₂-basierte, Al₂O₃-basierte, SiO₂-Al₂O₃-basierte, SiO₂-Al₂O₃-MgO-basierte, SiO₂-ZrO₂-basierte und SiO₂-Al₂O₃-ZrO₂-basierte Keramiken. Beispiele eines Glases, das das Verbindungsmaterial bildet, enthalten Glas wie z. B. bleifreies B₂O₃-Bi₂O₃-basiertes, B₂O₃-ZnO-B₁₂O₃-basiertes, B₂O₃-ZnO-basiertes, V₂O₅-P₂O₅-basiertes, SnO-P₂O₅-basiertes, SnO-ZnO-P₂O₅-basiertes, SiO₂-B₂O₃-Bi₂O₃-basiertes und SiO₂-Bi₂O₃-Na₂O-basiertes Glas.
Obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Beispiele des Bildens der Struktur, in der die Magnetpartikel, die in der Wabenstruktur enthalten sind, aus den Beschichtungsschichten 15 zusammengesetzt sind, der Struktur, in der sie aus den abgedichteten Abschnitten 25 zusammengesetzt sind, und der Struktur, in der sie aus dem Füllmaterial 35, das in die Zellen der Wabenstruktur gefüllt ist, zusammengesetzt sind, und der Struktur, in der sie aus der ringförmigen leitfähigen Schleife 45 zusammengesetzt sind, beschrieben hat, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und die Magnetpartikel können eine Struktur in einer beliebigen Form bilden.
In der Wabenstruktur liegt das Objekt, das erhitzt werden soll (Magnetpartikel), in Form von Partikeln vor, derart, dass es möglich ist, jegliche Auswirkung auf die Haltbarkeit aufgrund einer Differenz der Wärmeausdehnung der Wabenstruktur, die Metall und Keramiken umfasst, zu unterdrücken, was ermöglicht, dass die Wabenstruktur an einer Position, deren Erhitzen gewünscht ist, flexibel getragen wird.
Die Magnetpartikel enthalten Sekundärpartikel, zu denen Primärpartikel kombiniert werden, und in einem Querschnittbild der Wabenstruktur liegt ein Verhältnis der Anzahl der Primärpartikel, die die Sekundärpartikel bilden, zur Gesamtanzahl der Primärpartikel der Magnetpartikel im Bereich von 40 bis 100 %. Hier ist, wenn die Anzahl der Primärpartikel, die die Sekundärpartikel bilden, als n1 definiert ist und die Anzahl der Primärpartikel, die die Sekundärpartikel nicht bilden, als n2 definiert ist, die „Gesamtanzahl der Primärpartikel der Magnetpartikel“ n1 + n2. Wenn das Verhältnis der Anzahl der Primärpartikel, die die Sekundärpartikel bilden, zur Gesamtanzahl der Primärpartikel der Magnetpartikel 40 % oder mehr ist, wird die Größe der Schleife, die durch den Wirbelstrom gebildet wird, der in den Magnetpartikeln, die in der Wabenstruktur vorgesehen sind, erzeugt wird, durch Induktionserhitzen erhöht, was in verbesserten Induktionsheizeigenschaften resultiert. Der Anteil der Anzahl der Primärpartikel, die die Sekundärpartikel bilden, ist bevorzugt 50 % oder mehr und stärker bevorzugt 60 % oder mehr. Obwohl die Obergrenze nicht besonders beschränkt ist, ist sie bevorzugt 90 % oder weniger und stärker bevorzugt 85 % oder weniger. Die Anzahl der Primärpartikel, die die Sekundärpartikel bilden, und die Anzahl der Primärpartikel, die die Sekundärpartikel nicht bilden, können durch Analysieren von Querschnittsbildern, die mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) oder Mikroröntgen-CT beobachtet werden, mit einer bekannten Bildanalysesoftware oder dergleichen gemessen werden. Zum Beispiel wird unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops ein Querschnittbild, das die Magnetpartikel der Wabenstruktur enthält, erhalten, werden die oben beschriebenen n1 und n2 im Bereich von 1700 µm × 1400 µm berechnet und wird das Anteil der Anzahl der Primärpartikel, die die Sekundärpartikel bilden, berechnet. Dieselben Messungen werden bei mindestens drei Positionen durchgeführt und die Ergebnisse werden gemittelt, um den Anteil der Anzahl der Primärpartikel zu bestimmen, die die Sekundärpartikel gemäß der vorliegenden Erfindung bilden. Der Zielbereich der Bildanalyse kann abhängig von der Größe der Primärpartikel geeignet geändert werden. Die Primärpartikel, die die Sekundärpartikel bilden, bedeuten die Primärpartikel, die einen Halsabschnitt bilden.
Die Magnetpartikel weisen eine Partikelgröße D50 im Bereich von 5 bis 100 µm auf, was einer kumulativen Häufigkeit von 50 % der Anzahl nach für die Primärpartikel entspricht. Wenn die Partikelgröße D50, die der kumulativen Häufigkeit von 50 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel der Magnetpartikel 5 µm oder mehr ist, ist die Partikelgröße in Bezug auf die Hauttiefe ausreichend groß, derart, dass der Widerstand erhöht werden kann und eine ausreichende Heizwirkung erhalten werden kann. Wenn die Partikelgröße D50, die der kumulativen Häufigkeit von 50 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel der Magnetpartikel 100 µm oder weniger ist, werden die Partikel einfach gesintert, werden die Partikel miteinander verbunden und wird der Pfad, über den der Wirbelstrom fließt, groß, wenn die Wärmebehandlung bei im Bereich von 1000 bis 1500 °C durchgeführt wird. Als Ergebnis kann der Widerstand erhöht werden und kann eine ausreichende Heizwirkung erhalten werden. Die Partikelgröße D50, die der kumulativen Häufigkeit von 50 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel der Magnetpartikel liegt bevorzugt im Bereich von 10 bis 80 µm und stärker bevorzugt im Bereich von 20 bis 70 µm. Die Partikelgröße D50, die der kumulativen Häufigkeit von 50 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel der Magnetpartikel kann durch Analysieren von Querschnittsbildern, die mit SEM oder Mikroröntgen-CT beobachtet werden, unter Verwendung einer bekannten Bildanalysesoftware oder dergleichen gemessen werden. Zum Beispiel wird unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops ein Querschnittbild der Wabenstruktur, die die Magnetpartikel enthält, erhalten und wird die Partikelgröße der Primärpartikel im Bereich von 1700 µm × 1400 µm erhalten, wodurch die Partikelgröße D50, die der kumulativen Häufigkeit von 50 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel der Magnetpartikel berechnet wird. Dieselben Messungen werden bei mindestens drei Positionen durchgeführt und gemittelt, um die Partikelgröße D50 gemäß der vorliegenden Erfindung zu bestimmen. Der Zielbereich der Bildanalyse kann abhängig von der Größe der Primärpartikel geeignet geändert werden.
In der Wabenstruktur gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wie oben beschrieben ist, das Verhältnis der Anzahl der Primärpartikel, die Sekundärpartikel bilden, zur Gesamtanzahl der Primärpartikel magnetischer Partikel zu im Bereich von 40 bis 100 % gesteuert, derart, dass der Schleifenpfad, der durch den Wirbelstrom gebildet wird, der in der Wabenstruktur durch Induktionserhitzen erzeugt wird, verlängert wird. Außerdem wird durch Steuern der Partikelgröße D50, die der kumulativen Häufigkeit von 50 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel der Magnetpartikel zu im Bereich von 5 bis 100 µm der Schleifenpfad, der durch den Wirbelstrom gebildet wird, der in der Wabenstruktur durch Induktionserhitzen erzeugt wird, verdickt. Wie oben beschrieben ist, können, da der Schleifenpfad, der durch den Wirbelstrom gebildet wird, der in der Wabenstruktur durch Induktionserhitzen erzeugt wird, lang und dick ist, die Heizeigenschaften durch den guten Wirbelstrom verbessert werden, während die Hauttiefe, durch die der Wirbelstrom fließt, verringert wird, um den Oberflächenwiderstand der Wabenstruktur zu erhöhen.
Es ist bevorzugt, dass die Partikelgröße D10, die der kumulativen Häufigkeit von 10 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel der Magnetpartikel 2 µm oder mehr ist. Wenn die Partikelgröße D10, die der kumulativen Häufigkeit von 10 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel der Magnetpartikel 2 µm oder mehr ist, nimmt die Wirkung des Bildens der Sekundärpartikel der Magnetpartikel zu. Die Partikelgröße D10, die der kumulativen Häufigkeit von 10 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel der Magnetpartikel ist stärker bevorzugt im Bereich von 2 bis 6 µm und nochmals stärker bevorzugt im Bereich von 4 bis 6 µm.
Es ist bevorzugt, dass eine Partikelgröße D90, die einer kumulativen Häufigkeit von 90 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel der Magnetpartikel 120 µm oder weniger ist. Wenn die Partikelgröße D90, die der kumulativen Häufigkeit von 90 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel der Magnetpartikel 120 µm oder weniger ist, bilden die Magnetpartikel die Sekundärpartikel einfacher. Die Partikelgröße D90, die der kumulativen Häufigkeit von 90 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel der Magnetpartikel ist stärker bevorzugt im Bereich von 20 bis 120 µm und nochmals stärker bevorzugt im Bereich von 20 bis 100 µm. Die Partikelgröße D10, die der kumulativen Häufigkeit von 10 % der Anzahl nach entspricht, und die Partikelgröße D90, die der kumulativen Häufigkeit von 90 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel der Magnetpartikel können durch Analysieren von Querschnittsbildern, die mit SEM oder Mikroröntgen-CT beobachtet werden, mit bekannter Bildanalysesoftware oder dergleichen gemessen werden. Zum Beispiel wird unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops ein Querschnittbild der Wabenstruktur, die die Magnetpartikel enthält, erhalten und wird die Partikelgröße der Primärpartikel im Bereich von 1700 µm × 1400 µm bestimmt, wodurch die Partikelgröße D10, die der kumulativen Häufigkeit von 10 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel und die Partikelgröße D90, die der kumulativen Häufigkeit von 90 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel berechnet wird. Dieselben Messungen werden bei mindestens drei Positionen durchgeführt und gemittelt, um die Partikelgröße D10 und die Partikelgröße D90 gemäß der vorliegenden Erfindung zu bestimmen. Der Zielbereich der Bildanalyse kann abhängig von der Größe der Primärpartikel geeignet geändert werden.
Es ist bevorzugt, dass einen Verhältnis eines durchschnittlichen Halsdurchmessers Dn (µm) für die Sekundärpartikel der Magnetpartikel zur Partikelgröße D50 (µm), die der kumulativen Häufigkeit von 50 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel: Dn/D50 im Bereich von 0,2 bis 0,8 liegt. Hier wird, wie in 5 gezeigt ist, der Durchschnittshalsdurchmesser Dn für die Sekundärpartikel der Magnetpartikel erhalten, wie folgt: wenn die Primärpartikel durch Sintern miteinander verbunden werden, um Halsabschnitte (einen versenkten Abschnitt) zu bilden, sind Längen der Halsabschnitte als Halsdurchmesser definiert, werden die Halsdurchmesser von mehreren Sekundärpartikeln gemittelt und wird der resultierende Wert als der Durchschnittshalsdurchmesser Dn bestimmt. Der Durchschnittshalsdurchmesser Dn für die Sekundärpartikel kann durch Analysieren eines Querschnittbilds, der mit SEM oder Mikroröntgen-CT beobachtet wird, unter Verwendung einer bekannten Bildanalysesoftware oder dergleichen gemessen werden. Zum Beispiel wird unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops ein Querschnittbild der Wabenstruktur, die die Magnetpartikel enthält, erhalten, wird der Halsdurchmesser Dn für die Sekundärpartikel im Bereich von 1700 µm × 1400 µm erhalten und werden die Ergebnisse gemittelt, um den Durchschnittshalsdurchmesser Dn gemäß der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Der Halsdurchmesser wird durch optisches Identifizieren des Halsabschnitts aus dem Querschnittbild und Messen einer Entfernung zwischen zwei Punkten von einem Ende zum weiteren Ende des Halsabschnitts gemessen. Der Zielbereich der Bildanalyse kann abhängig von der Größe der Primärpartikel geeignet geändert werden.
Eine Hauttiefe δ der Wabenstruktur ist ein Wert, der durch den elektrischen spezifischen Widerstand, die magnetische Permeabilität und die Frequenz eines Leiters bestimmt wird. Da er denselben Grad wie die Partikelgröße D der Magnetpartikel besitzt, wird der Pfad, über den der Wirbelstrom fließt, wirksamer sichergestellt und wird der Schleifenpfad, der durch den Wirbelstrom gebildet wird, der in der Wabenstruktur durch Induktionserhitzen erzeugt wird, aufgrund der Verbindung der Magnetpartikel miteinander dicker und größer, wodurch die Heizeigenschaften verbessert werden. Andererseits wird, wenn die Hauttiefe δ der Wabenstruktur viel größer als die Partikelgröße D der Magnetpartikel ist, der Schleifenpfad, der durch den Wirbelstrom gebildet wird, der in der Wabenstruktur durch Induktionserhitzen erzeugt wird, enger, was in schlechten Heizeigenschaften resultiert. Ferner ist, wenn die Hauttiefe δ der Wabenstruktur viel kleiner als die Partikelgröße D der Magnetpartikel ist, das Sintern der Partikel, die eine größere Partikelgröße besitzen, schwer zu verfolgen und erhöht sich der Anteil der Primärpartikel derart, dass der Schleifenpfad, der durch den Wirbelstrom gebildet wird, der in der Wabe erzeugt wird, durch Induktionserhitzen verkürzt wird, was in schlechten Heizeigenschaften resultiert. Das Verhältnis des durchschnittlichen Halsdurchmessers Dn (µm) für die Sekundärpartikel der Magnetpartikel zur Partikelgröße D50 (µm), die der kumulativen Häufigkeit von 50 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel: Dn/D50 wird derart gesteuert, dass es im Bereich von 0,2 bis 0,8 liegt, derart, dass der Schleifenpfad, der durch den Wirbelstrom gebildet wird, der in der Wabenstruktur erzeugt wird, durch das Induktionserhitzen dicker und größer erzeugt wird, was in besseren Heizeigenschaften resultiert. Das Verhältnis Dn/D50 ist stärker bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 0,8 und nochmals stärker bevorzugt im Bereich von 0,4 bis 0,8.
Die Struktur der Magnetpartikel besitzt bevorzugt eine Porosität im Bereich von 10 bis 70 %. Die Porosität der Struktur der Magnetpartikel von 10 % oder mehr führt zu einen verringerten Elastizitätsmodul der Struktur und zu einer verringerten thermischen Belastung aufgrund von Erhitzen, derart, dass die Erzeugung von Rissen in der Struktur der Magnetpartikel verhindert werden kann. Die Porosität der Struktur der Magnetpartikel von 70 % oder weniger resultiert in einer verbesserten Verbindung zwischen den Magnetpartikeln, einem erhöhten Widerstand, einem ausreichenden Erhitzen und einer verbesserten Festigkeit. Deshalb ist es möglich, die Erzeugung von Rissen in der Struktur der Magnetpartikel aufgrund thermischer Belastung aufgrund von Erhitzen zu verhindern. Die Porosität der Magnetpartikelstruktur ist stärker bevorzugt im Bereich von 30 bis 60 % und nochmals stärker bevorzugt im Bereich von 35 bis 50 %. Die Porosität der Struktur der Magnetpartikel kann durch eine Quecksilbereindringtechnik gemessen werden. Wenn die Struktur der Magnetpartikel die Beschichtungsschicht ist, ist es vom Standpunkt des Ausschneidens einer Probe schwierig, die Porosität durch die Quecksilbereindringtechnik zu messen. Deshalb kann sie in diesem Fall durch Bildanalyse des Abbildens mit einem SEM oder einer Mikroröntgen-CT gemessen werden.
Die Magnetpartikel sind bevorzugt Magnetpartikel, die durch einen elektrischen Strom induktionserhitzt werden, der eine Frequenz im Bereich von 10 bis 1000 kHz besitzt. Ein derartiger Hochfrequenzstrom kann die Haut-(Eindring-)Tiefe verringern, über die der Wirbelstrom in die Wabenstruktur fließt und erhöht den Oberflächenwiderstand, wodurch die Heizeigenschaften verbessert werden. Ferner kann die Frequenz des Stroms zum Induktionserhitzen der Magnetpartikel von 10 kHz oder höher zu ausreichendem Erhitzen führen, selbst dann, wenn die Magnetpartikel in Form eines Pulvers vorliegen, das einen niedrigen Widerstand besitzt. Die Frequenz des Stroms zum Induktionserhitzen der Magnetpartikel von 1000 kHz oder weniger kann eine Zunahme einer Kondensatorast zum Erhalten einer Reaktanz und einer Resonanz in einer Spule verhindern. Die Frequenz des Stroms zum Induktionserhitzen der Magnetpartikel liegt stärker bevorzugt im Bereich von 100 bis 600 kHz und nochmals stärker bevorzugt im Bereich von 100 bis 500 kHz.
Die Magnetpartikel sind Magnetmaterialien und werden durch ein Magnetfeld magnetisiert und eine Zustand einer Magnetisierung variiert abhängig von der Intensität des Magnetfelds. Dies wird durch eine „Magnetisierungskurve“ repräsentiert. Die Magnetisierungskurve kann ein Magnetfeld H auf einer horizontalen Achse und eine Magnetflussdichte B auf einer vertikalen Achse (eine B-H-Kurve) aufweisen. Ein Zustand, in dem kein Magnetfeld an das Magnetmaterial angelegt wird, bezieht sich auf einen Entmagnetisierungszustand, der durch einen Ursprung 0 repräsentiert wird. Wenn ein Magnetfeld angelegt wird, wird eine Kurve, in der die Magnetflussdichte vom Ursprung e zu einem gesättigten Zustand erhöht wird, gezogen. Diese Kurve ist eine „Anfangsmagnetisierungskurve“. Eine Steigung einer Gerade, die einen Punkt auf der Anfangsmagnetisierungskurve mit dem Ursprung verbindet, ist eine „magnetische Permeabilität“. Die magnetische Permeabilität gibt eine Leichtigkeit einer Magnetisierung des Magnetmaterials in einem derartigen Sinn an, dass das Magnetfeld eindringt. Die magnetische Permeabilität in der Nähe des Ursprungs, wo das Magnetfeld geringer ist, ist eine „anfängliche magnetische Permeabilität“ und eine magnetische Permeabilität, die auf der Anfangsmagnetisierungskurve maximal ist, ist eine „maximale magnetische Permeabilität“.
Die Magnetpartikel weisen bevorzugt eine maximale magnetische Permeabilität von 500 oder mehr auf. Gemäß einer derartigen Konfiguration kann, wenn die Wabenstruktur dem elektromagnetischen Induktionserhitzen unterworfen wird, die Temperatur in einem kurzen Zeitraum, bis zu einer Temperatur, bei der der Katalysator aktiviert wird (etwa 300 °C), angehoben werden.
Die Magnetpartikel weisen bevorzugt eine Curie-Temperatur von 450 °C oder mehr auf. Der Curie-Punkt magnetischer Partikel bezieht sich auf eine Temperatur, bei der sie ihre ferromagnetische Eigenschaften verlieren. Außerdem weisen die Magnetpartikel bevorzugt einen intrinsischen Widerstandswert von 20 µΩcm oder mehr bei 25 °C auf. Außerdem weisen die Magnetpartikel bevorzugt eine Koerzitivkraft von 40 A/m oder mehr auf. Gemäß derartigen Konfigurationen kann die Temperatur in einem kurzen Zeitraum bis zu einer Temperatur, bei der der Katalysator aktiviert wird (etwa 300 °C), angehoben werden.
Die Typen der Magnetpartikel enthalten z. B. den Ausgleich Co-20 Massen-% Fe; den Ausgleich Co-25 Massen-% Ni-4 Massen-% Fe; den Ausgleich Fe-15-35 Massen-% Co; den Ausgleich Fe-17 Massen-% Co-2 Massen- % Cr-1 Massen-% Mo; den Ausgleich Fe-49 Massen-% Co-2 Massen-% V; den Ausgleich Fe-18 Massen-% Co-10 Massen-% Cr-2 Massen-% Mo-1 Massen-% Al; den Ausgleich Fe-27 Massen-% Co-1 Massen-% Nb; den Ausgleich Fe-20 Massen- % Co-1 Massen-% Cr-2 Massen-% V; den Ausgleich Fe-35 Massen-% Co-1 Massen-% Cr; reines Kobalt; reines Eisen; elektromagnetisches weiches Eisen; den Ausgleich Fe-0,1-0,5 Massen-% Mn; den Ausgleich Fe-3 Massen-% Si; den Ausgleich Fe-6,5 Massen-% Si; den Ausgleich Fe-18 Massen-% Cr; den Ausgleich Fe-16 Massen-% Cr-8 Massen-% Al; den Ausgleich Ni-13 Massen-% Fe-5,3 Massen-% Mo; den Ausgleich Fe-45 Massen-% Ni; den Ausgleich Fe-10 Massen-% Si-5 Massen-% Al; den Ausgleich Fe-36 Massen-% Ni; den Ausgleich Fe-45 Massen-% Ni; den Ausgleich Fe-35 Massen-% Cr; den Ausgleich Fe-13 Massen-% Cr-2 Massen-% Si; den Ausgleich Fe-20 Massen-% Cr-2 Massen- % Si-2 Massen-% Mo; den Ausgleich Fe-20 Massen-% Co-1 Massen-% V; den Ausgleich Fe-13 Massen-% Cr-2 Massen-% Si; den Ausgleich Fe-17 Massen-% Co-2 Massen-% Cr-1 Massen-% Mo; und dergleichen.
<Verfahren zum Herstellen einer Wabenstruktur>
Als nächstes wird das Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zunächst wird die Wabenstruktur hergestellt, die die Trennwand und die Außenumfangswand, die aus Keramiken hergestellt sind, und die mehreren Zellen, die durch die Trennwände definiert sind, besitzt. Zum Beispiel wird, wenn die Wabenstruktur, die aus Cordierit hergestellt ist, hergestellt wird, zunächst ein cordieritbildendes Rohmaterial als ein Grünkörper angefertigt. Das cordieritbildende Rohmaterial enthält eine Siliziumoxidausgangskomponente, eine Magnesiaausgangskomponente und eine Aluminiumoxidausgangskomponente und dergleichen, um jede Komponente zu formulieren, um eine theoretische Zusammensetzung eines Cordieritkristalls zu erhalten. Unter diesen enthält die Siliziumoxidausgangskomponente, die hier verwendet werden kann, bevorzugt Quarz und fusioniertes Siliziumoxid und ist die Partikelgröße der Siliziumoxidausgangskomponente bevorzugt im Bereich von 100 bis 150 µm.
Beispiele der Magnesiaausgangskomponente enthalten Talkum und Magnesit. Unter diesen ist Talkum bevorzugt. Talkum ist bevorzugt in einer Menge im Bereich von 37 bis 43 Massen-% im cordieritbildenden Rohmaterial enthalten. Talkum besitzt bevorzugt eine Partikelgröße (eine durchschnittliche Partikelgröße) im Bereich von 5 bis 50 µm und stärker bevorzugt im Bereich von 10 bis 40 µm. Ferner kann die Magnesiaausgangskomponente (MgO-Ausgangskomponente) Fe₂O₃, CaO, Na₂O, K₂O und dergleichen als Störstellen enthalten.
Die Aluminiumoxidausgangskomponente enthält bevorzugt Aluminiumoxid und/oder Aluminiumhydroxid bezüglich weniger Störstellen. Ferner ist im cordieritbildenden Rohmaterial Aluminiumhydroxid bevorzugt in einer Menge im Bereich von 10 bis 30 Massen-% enthalten und Aluminiumoxid bevorzugt in einer Menge im Bereich von 0 bis 20 Massen-% enthalten.
Dann werden Materialien für einen Grünkörper, die zum cordieritbildenden Rohmaterial hinzugefügt werden sollen (Zusatzstoffe), angefertigt sind. Mindestens eines Bindemittel und ein Porenbildner werden als Zusatzstoffe verwendet. Zusätzlich zu dem Bindemittel und dem Porenbildner kann ein Dispergiermittel oder ein Tensid verwendet werden.
Der Porenbildner, der hier verwendet werden kann, enthält eine Substanz, die durch Reagieren mit Sauerstoff bei einer Temperatur gleich oder kleiner als eine Brenntemperatur von Cordierit oxidativ entfernt werden kann, oder ein Reaktionsmittel mit niedrigem Schmelzpunkt, das einen Schmelzpunkt bei einer Temperatur gleich oder kleiner als die Brenntemperatur von Cordierit besitzt, oder dergleichen. Beispiele der Substanz, die oxidativ entfernt werden kann, enthalten Harze (insbesondere partikelförmige Harze), Graphit (insbesondere partikelförmiges Graphit) und dergleichen. Beispiele des Reaktionsmittels mit niedrigem Schmelzpunkt, das hier verwendet werden kann, enthalten mindestens ein Metall, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Eisen, Kupfer, Zink, Blei, Aluminium und Nickel besteht, Legierungen hauptsächlich auf der Grundlage dieser Metalle (z. B. Kohlenstoffstahl und Gusseisen für das Eisen und Edelstahl) oder Legierungen hauptsächlich auf der Grundlage von zwei oder mehr dieser Metalle. Unter diesen ist das Reaktionsmittel mit niedrigem Schmelzpunkt bevorzugt eine Eisenlegierung in Form von Pulver oder Fasern. Ferner besitzt das Reaktionsmittel mit niedrigem Schmelzpunkt bevorzugt eine Partikelgröße oder einen Faserdurchmesser (einen durchschnittlichen Durchmesser) im Bereich von 10 bis 200 µm. Beispiele einer Form des Reaktionsmittels mit niedrigem Schmelzpunkt enthalten eine Kugelform, eine gewundene Rautenform, eine Konfettiform und dergleichen. Diese Formen sind bevorzugt, weil die Form der Poren einfach gesteuert werden kann.
Beispiele des Bindemittels enthalten Hydroxypropylmethylzellulose, Methylzellulose, Hydroxyethylzellulose, Carboxymethylzellulose, Polyvinylalkohol und dergleichen. Ferner enthalten Beispiele des Dispergiermittels Dietrin, Polyalkohol und dergleichen. Darüber hinaus enthalten Beispiele des Tensids Fettsäureseifen. Der Zusatzstoff kann allein oder in Kombination von zwei oder mehreren verwendet.
Anschließend werden zu 100 Massenteilen des cordieritbildenden Rohmaterials im Bereich von 3 bis 8 Massenteile des Bindemittels, im Bereich von 3 bis 40 Massenteile des Porenbildners, im Bereich von 0,1 bis 2 Massenteile des Dispergiermittels und im Bereich von 10 bis 40 Massenteile Wasser hinzugefügt und werden diese Materialien für einen Grünkörper geknetet, um einen Grünkörper anzufertigen.
Der angefertigte Grünkörper wird dann durch ein Strangpressverfahren, ein Spritzgussverfahren, ein Pressformungsverfahren oder dergleichen in eine Wabenform gebildet, um einen Rohwabenformkörper zu erhalten. Das Strangpressverfahren wird bevorzugt eingesetzt, weil kontinuierliches Formen einfach ist und z. B. Cordieritkristalle orientiert werden können. Das Strangpressverfahren kann unter Verwendung einer Vorrichtung wie z. B. eines Vakuumgrünkörperkneters, einer Strangpresse des Kolbentyps, einer kontinuierlichen Strangpresse des Zwillingsschneckentyps oder dergleichen durchgeführt werden.
Der Wabenformkörper wird dann getrocknet und zu einer vorgegebenen Größe eingestellt, um einen Wabentrockenkörper zu erhalten. Der Wabenformkörper kann durch Heißlufttrocknen, Mikrowellentrocknen, dielektrisches Trocknen, Trocknen unter verringertem Druck, Unterdrucktrocknen, Gefriertrocknen und dergleichen getrocknet werden. Es ist bevorzugt, ein kombiniertes Trocknen des Heißlufttrocknens und des Mikrowellentrocknens oder des dielektrischen Trocknens durchzuführen, weil der gesamte Wabenformkörper rasch und gleichförmig getrocknet werden kann. Anschließend wird der Wabentrockenkörper gebrannt, um einen Wabenbrennkörper zu erhalten. Die Bedingungen für das oben beschriebene Brennen können typischerweise in einer Luftatmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 1410 bis 1440 °C für im Bereich von 3 bis 15 Stunden liegen, wenn das cordieritbildende Rohmaterial verwendet wird.
Die Magnetpartikel werden dann am Wabenbrennkörper bereitgestellt. Es ist festzuhalten, dass es ein Verfahren zum Erhalten einer Wabenstruktur durch Sintern des Wabentrockenkörpers, der nach dem Vorsehen der Magnetpartikel am Wabentrockenkörper mit den Magnetpartikeln versehen wird, sein kann. Hier wird jeder von Produktionsschritten für verschiedene Formen von Strukturen magnetischer Partikel beschrieben.

(1) Fall, in dem die Magnetpartikel die Struktur bilden, die aus den Beschichtungsschichten zusammengesetzt ist, und die Beschichtungsschichten an der Trennwand der Zellen vorgesehen sind Zunächst wird eine beschichtungsschichtbildende Aufschlämmung aus einem Material angefertigt, in dem Magnetpartikel und ein Befestigungsmaterial, das aus Glas oder dergleichen hergestellt ist, gemischt sind. Speziell werden z. B. die Magnetpartikel und Glaspulver gemischt und werden ein Bindemittel, ein Dispergiermittel und Wasser zu dem Gemisch gemischt, um eine beschichtungsschichtbildende Aufschlämmung anzufertigen. Das Mischungsverhältnis der Magnetpartikel und des Glaspulvers ist 1:1 oder mehr und 20:1 oder weniger auf einer Volumengrundlage.

Ein Teil der Zellen an der Stirnfläche auf der stromaufwärts liegenden Seite des Wabenbrennkörpers wird dann maskiert und diese Stirnfläche wird in einen Speicherbehälter eingetaucht, in dem die beschichtungsschichtbildende Aufschlämmung bevorratet ist, um die nicht maskierten Zellen zu beschichten. Zum jetzigen Zeitpunkt wird die beschichtungsschichtbildende Aufschlämmung von einer Stirnfläche des Wabenbrennkörpers auf den gesamten Innenraum der Zellen oder in den Zellen in einem Bereich einer vorgegebenen Länge aufgebracht. Wenn die Beschichtungsschichten an allen Zellen der Wabenstruktur gebildet sind, kann die beschichtungsschichtbildende Aufschlämmung auf die Zellen aufgebracht werden, ohne die Maske auf die Stirnfläche auf der stromaufwärts liegenden Seite aufzubringen. Ein Verfahren zum Füllen der Aufschlämmung in den Zellen wird durch Drücken eines pastenartigen Materials in die Zellen mit einem Spachtel wie z. B. einer Rakel einfach ausgeführt. Es ist einfach, die Tiefe durch die Anzahl von Rakelprozessen, die gedrückt werden, zu steuern. Alternativ ist auch ein Verfahren zum Unterdrucksaugen der Aufschlämmung von der Seiten der weiteren Stirnfläche und ihr Aufbringen auf den Innenraum der Zellen nennenswert.
Anschließend wird das Wabensubstrat, das mit der Aufschlämmung, die die Magnetpartikel enthält, versehen ist, durch eine Wärmebehandlung bei im Bereich von 400 bis 700 °C für im Bereich von 1 bis 10 Stunden in der Luftatmosphäre oder in einer Stickstoffatmosphäre entfettet und wird nach dem Entfetten eine Wärmebehandlung in einem Unterdruck oder einer Inertatmosphäre bei im Bereich von 900 bis 1400 °C für im Bereich von 0,5 bis 10 Stunden ausgeführt, um eine Wabenstruktur herzustellen, in der die Beschichtungsschichten, die die Magnetpartikel enthalten, an der Trennwand der Zellen vorgesehen sind. Indem somit das Entfetten durch die Wärmebehandlung bei im Bereich von 400 bis 700 °C für im Bereich von 1 bis 10 Stunden durchgeführt wird, bevor die Wärmebehandlung ausgeführt wird, wird der Kohlenstoff aus der Aufschlämmung entfernt. Danach wird eine Wärmebehandlung in einem Unterdruck oder einer Inertatmosphäre bei im Bereich von 900 bis 1400 °C für im Bereich von 0,5 bis 10 Stunden ausgeführt. Für die Magnetpartikel enthält ein Verfahren zum Steuern des Anteils der Anzahl der Sekundärpartikel zu im Bereich von 40 bis 100 % auf der Grundlage der Gesamtanzahl magnetischer Partikel z. B. ein Verfahren zum Durchführen der oben beschriebenen Wärmebehandlung nach dem oben beschriebenen Entfettungsschritt.
(2) Fall, in dem die Magnetpartikel die Struktur bilden, die aus den abgedichteten Abschnitten besteht, und die Abdichtabschnitte bei den Zellen an einer Stirnfläche der Wabenstruktur bereitgestellt werden
Zunächst wird ein Rohmaterial für die abgedichteten Abschnitte angefertigt. Das Material für die abgedichteten Abschnitte (die Abdichtaufschlämmung) kann dasselbe Material wie das der Trennwand (des Wabenbrennkörpers) für den Grünkörper verwenden oder kann ein verschiedenes Material verwenden. Speziell kann das Rohmaterial für die abgedichteten Abschnitte durch Mischen eines Keramikrohmaterials, eines Tensids und Wasser und wahlweises Hinzufügen eines Sinterhilfsmittels, eines Porenbildners und dergleichen erhalten werden, um eine Aufschlämmung zu bilden, die unter Verwendung eines Mischers oder dergleichen geknetet wird.
Anschließend wird eine Maske auf einen Teil von Zellenöffnungsabschnitten an einer Stirnfläche des Wabenbrennkörpers aufgebracht und wird diese Stirnfläche in einen Speicherbehälter eingetaucht, in dem die Abdichtaufschlämmung bevorratet ist, um nicht maskierte Zellen mit der Abdichtaufschlämmung zu füllen. Ein Verfahren zum Abdichten wird durch Drücken eines pastenartigen Materials in die Zellen mit einem Spachtel wie z. B. einer Rakel einfach ausgeführt. Es ist einfach, die Tiefe durch die Anzahl von Rakelprozessen, die gedrückt werden, zu steuern.
Das Wabensubstrat, das mit der Aufschlämmung, die die Magnetpartikel enthält, versehen ist, wird dann durch eine Wärmebehandlung bei im Bereich von 400 bis 700 °C für im Bereich von 1 bis 10 Stunden in einer Luftatmosphäre oder in einer Stickstoffatmosphäre entfettet und nach dem Entfetten wird eine Wärmebehandlung in einem Unterdruck oder einer Inertatmosphäre bei im Bereich von 900 bis 1400 °C für im Bereich von 0,5 bis 10 Stunden ausgeführt, um eine Wabenstruktur herzustellen, in der die abgedichteten Abschnitte, die die Magnetpartikel enthalten, bei den Zellen an der einen Stirnfläche vorgesehen sind.
(3) Fall, in dem die Magnetpartikel die Struktur bilden, die aus dem Füllmaterial, das in die Zellen der Wabenstruktur gefüllt ist, zusammengesetzt ist Zunächst werden die Magnetpartikel, eine Aufschlämmung, die die Magnetpartikel enthält, oder eine Aufschlämmung, die ein Klebstoffmaterial hauptsächlich auf der Grundlage von Siliziumoxid oder Aluminiumoxid enthält, und die Magnetpartikel in die Zellen des Wabenbrennkörpers gegossen. Zum jetzigen Zeitpunkt werden die Magnetpartikel, die Aufschlämmung, die die Magnetpartikel enthält, oder die Aufschlämmung, die das Klebstoffmaterial hauptsächlich auf der Grundlage von Siliziumoxid oder Aluminiumoxid enthält, und die Magnetpartikel in den Zellen von einer Stirnfläche des Wabenbrennkörpers zum Gesamten oder in den Zellen im Bereich der vorgegebenen Länge aufgebracht. Die Aufschlämmung kann durch Mischen von Keramiken, Glas oder einem Verbundwerkstoff von Keramiken und Glas, einem Tensid und Wasser, und wahlweises Hinzufügen eines Sinterhilfsmittels, eines Porenbildners und dergleichen erhalten werden, um eine Aufschlämmung zu bilden, die unter Verwendung eines Mischers oder dergleichen geknetet wird. Alternativ ist dann, wenn das Klebstoffmaterial hauptsächlich auf der Grundlage von Siliziumoxid oder Aluminiumoxid verwendet wird, bevorzugt, dass das Klebstoffmaterial durch Erhitzen und Trocknen während der Herstellung verfestigt werden kann. Das Klebstoffmaterial, das durch Erhitzen und Trocknen verfestigt werden kann, enthält z. B. eine kolloidale Dispersion von Siliziumoxid oder Aluminiumoxid oder kann eine kolloidale Dispersion sein, die ein Siliziumoxid und Aluminiumoxid enthält. Ferner ist es, da die Höchsttemperatur in der Verwendungsumgebung etwa 700 °C erreicht, stärker bevorzugt, Siliziumoxid oder Aluminiumoxid zu verwenden, das eine Erwärmungswiderstandstemperatur größer oder gleich dieser Temperatur besitzt.
Das Wabensubstrat, das mit der Aufschlämmung, die die Magnetpartikel enthält, versehen ist, wird dann durch eine Wärmebehandlung bei im Bereich von 400 bis 700 °C für im Bereich von 1 bis 10 Stunden in einer Luftatmosphäre oder in einer Stickstoffatmosphäre entfettet und nach dem Entfetten wird eine Wärmebehandlung in einem Unterdruck oder einer Inertatmosphäre bei im Bereich von 900 bis 1400 °C für im Bereich von 0,5 bis 10 Stunden ausgeführt, um eine Wabenstruktur herzustellen, in der das Füllmaterial, das die Magnetpartikel enthält, in die Zellen gefüllt ist.
(4) Fall, in dem die Magnetpartikel die Struktur bilden, die aus der ringförmigen leitfähigen Schleife zusammengesetzt ist, der Nutabschnitt an einer Stirnfläche der Wabenstruktur vorgesehen ist und die ringförmige leitfähige Schleife in den Nutabschnitt eingebettet ist
Zunächst wird eine Stirnfläche des Wabenbrennkörpers geschnitten und mit einer vorgegebenen Tiefe entfernt, um einen Nutabschnitt zu bilden. Alternativ wird ein Rohwabenformkörper, der einen Nutabschnitt besitzt, der darin gebildet ist, im Voraus angefertigt und getrocknet, um einen Wabentrockenkörper anzufertigen.
Eine Aufschlämmung, die die Magnetpartikel enthält, wird dann in den Nutabschnitt gegossen. Die Aufschlämmung kann durch Mischen von Keramiken, Glas oder einem Verbundwerkstoff aus Keramiken und Glas, einem Tensid und Wasser und wahlweises Hinzufügen eines Sinterhilfsmittels, eines Porenbildner und dergleichen erhalten werden, um eine Aufschlämmung zu bilden, die unter Verwendung eines Mischers oder dergleichen geknetet wird.
Zusätzlich zum Verfahren zum Gießen der Aufschlämmung in den Nutabschnitt kann ein Schritt zum Aufbringen einer Aufschlämmung, die ein Verbindungsmaterial und die Magnetpartikel enthält, auf zuvor segmentierte Waben derart, dass jede ringförmige leitfähige Schleife gebildet wird, und Verbinden und Integrieren der Segmente auch eine ähnliche Wabenstruktur schaffen.
Das Wabensubstrat, das mit der Aufschlämmung, die die Magnetpartikel enthält, versehen ist, wird dann durch eine Wärmebehandlung bei im Bereich von 400 bis 700 °C für im Bereich von 1 bis 10 Stunden in einer Luftatmosphäre oder in einer Stickstoffatmosphäre entfettet und nach dem Entfetten wird eine Wärmebehandlung in einem Unterdruck oder einer Inertatmosphäre bei im Bereich von 900 bis 1400 °C für im Bereich von 0,5 bis 10 Stunden ausgeführt, um eine Wabenstruktur herzustellen, in der die ringförmige leitfähige Schleife, die die Magnetpartikel enthält, in den Nutabschnitt eingebettet ist.
<Abgasgasreinigungseinrichtung>
Unter Verwendung der Wabenstruktur gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann, wie unten beschrieben ist, eine Abgasreinigungseinrichtung 50 gebildet werden. Wie in 6 gezeigt ist, besitzt die Abgasreinigungseinrichtung 50 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Wabenstruktur 10 und eine Spule 51, die am Außenumfang der Wabenstruktur 10 vorgesehen ist. Die Abgasreinigungseinrichtung 50 besitzt außerdem ein zylindrisches Element 52 zum Halten der Wabenstruktur 10. Das zylindrische Element 52 kann aus einem Metallrohr oder dergleichen hergestellt sein und die Wabenstruktur 10 kann in einem Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser 53 angeordnet sein. Die Spule 51 kann am Innenraum des zylindrischen Elements 52 durch ein Befestigungselement 54 befestigt sein. Das Befestigungselement 54 ist bevorzugt ein wärmebeständiges Element wie z. B. Keramikfasern. Die Wabenstruktur 10 kann einen Katalysator tragen. Der Katalysator, der hier verwendet werden kann, kann mindestens einer sein, der aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Oxidationskatalysator, einem Dreiwegekatalysator, einem NOx-Speicherreduktionskatalysator, einem NOx-selektiven Reduktionskatalysator (einem SCR-Katalysator), einem Kohlenwasserstoffadsorptionskatalysator, Kohlenwasserstoff-, Kohlenmonoxidoxidationskatalysator und einem Ammoniakschlupf-(Oxidations-)Katalysator besteht.
Die Spule 51 ist in der Nähe des Außenumfangs der Wabenstruktur 10 sich in einer Schraubenlinie bewegend gewickelt. Außerdem ist anzunehmen, dass zwei oder mehr Spulen 51 verwendet werden. Ein Wechselstrom, der von einer Wechselstromversorgung CS geliefert wird, fließt über die Spule 51 in Reaktion auf das Einschalten (ON) eines Schalters SW und wird als Ergebnis ein Magnetfeld, das sich in regelmäßigen Abständen ändert, in der Nähe der Spule 51 erzeugt. Ein/Aus des Schalters SW wird durch eine Steuereinheit 55 gesteuert. Die Steuereinheit 55 kann den Schalter SW synchron mit dem Start einer Kraftmaschine einschalten und einen Wechselstrom über die Spule 51 fließen lassen. Außerdem ist anzunehmen, dass die Steuereinheit 55 die Schalter SW ungeachtet des Starts der Kraftmaschine (z. B. in Reaktion auf eine Betätigung eines Heizschalters, der durch einen Fahrer gedrückt wird) einschaltet.
In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Temperatur der Wabenstruktur 10 in Reaktion auf die Änderung des Magnetfelds gemäß dem Wechselstrom, der durch die Spule 51 fließt, erhöht. Auf der Grundlage davon werden Kohlenstoffpartikel und dergleichen, die durch die Wabenstruktur 10 gesammelt werden, ausgebrannt. Außerdem erhöht dann, wenn die Wabenstruktur 10 den Katalysator trägt, die Zunahme der Temperatur der Wabenstruktur 10 eine Temperatur des getragenen Katalysators und begünstigt die katalytische Reaktion. Kurz werden Kohlenstoffmonoxid (CO), Stickstoffoxid (NO_x) und Kohlenwasserstoff (CH) oxidiert oder zu Kohlenstoffdioxid (CO2), Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) reduziert.
BEISPIELE
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung auf der Grundlage von Beispielen konkret beschrieben. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Beispiele beschränkt.
<Beispiel 1>
1,5 g eines Magnetpulvers, das eine Zusammensetzung des Ausgleichs Fe-18 Massen-% Cr und einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 10 µm besitzt, wurde mit Glasfritten gemischt, die einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 2 µm bei einem Massenverhältnis von 9:1 besitzen. Ferner wurden ein Rheologievermittlungsagent zum Einstellen der Viskosität der Aufschlämmung, Carboxymethylzellulose und Wasser gemischt, um eine Aufschlämmung anzufertigen, die in einem Speicherbehälter bevorratet wurde.
Getrennt wurde ein zylindrischer Cordieritwabenbrennkörper angefertigt, der einen Durchmesser von 25 mm, eine Länge von 25 mm, eine Dicke der Trennwand von 0,1 mm und einer Trennwandentfernung von etwa 1 mm besitzt. Ein Teil der Zellenöffnungen an einer Stirnfläche des Wabenbrennkörpers wurde dann maskiert und diese Stirnfläche wurde in den Speicherbehälter eingetaucht, in dem die Aufschlämmung (die Abdichtaufschlämmung) bevorratet wurde, und nicht maskierte Zellen wurden mit der Aufschlämmung gefüllt. Der Wabenbrennkörper, der mit der Aufschlämmung gefüllt ist, wurde in einer Stickstoffatmosphäre bei 500 °C für 5 Stunden entfettet und dann wurde eine Wärmebehandlung in einer Unterdruckatmosphäre bei 1100° C für 5 Stunden durchgeführt, um eine Wabenstruktur herzustellen, die eine Struktur besitzt, die aus abgedichteten Abschnitten, die Magnetpartikel enthalten, zusammengesetzt ist, wie in 2 (A) und 2 (B) gezeigt ist. Die Porosität der resultierenden Struktur, die aus den abgedichteten Abschnitten, die die Magnetpartikel für die Wabenstruktur enthalten, besteht, war 45 %, gemessen durch ein Verfahren zur Bildanalyse einer SEM-Bildgebung.
<lnduktionsheizprüfung>
Die Wabenstruktur wurde dann in einem Quarzglasrohr angeordnet, das einen Innendurchmesser von 27 mm besitzt, und eine Luftatmosphäre bei Raumtemperatur wurde bei 0,24 L/sec in das Quarzglasrohr geblasen. Anschließend wurde eine Induktionserwärmungsspule, die einen Durchmesser von 35 mm und eine Anzahl von Wicklungen von 3 besitzt, in der Nähe der Außenseite gewickelt und wurde dann eine Heizprüfung der Wabenstruktur unter Verwendung einer Induktionserwärmungseinrichtung ausgeführt. Die Temperatur des Innenraums der Wabenstruktur wurde mit einem ummantelten Thermoelement gemessen. Die Temperaturerhöhungsleistungsfähigkeit der Wabenstruktur wurde bei einer Leistungseingabe von 1 kW und einer Induktionserwärmungsfrequenz von 450 kHz gemessen. 7 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen einer Zeit (Sekunden) und einer Temperatur (°C) gemäß der Induktionsheizprüfung von Beispiel 1 zeigt.
Außerdem wurde die Wabenstruktur, die für diese Messung verwendet wurde, einer SEM-Beobachtung unterworfen und wurde ein Bild bei Vergrößerungen von 70. aufgenommen. Eine Bildanalyse wurde unter Verwendung von drei Fotografien in einem Sichtfeld von 1700 µm × 1400 µm durchgeführt.
Die D50, die durch die Bildanalyse erhalten wurde, war 10 µm, die D10 war 4 µm, die D90 war 27 µm und das Verhältnis der Anzahl der Primärpartikel, die die Sekundärpartikel bilden, zu allen Primärpartikeln war 70 %. Außerdem war das Verhältnis des durchschnittlichen Halsdurchmessers Dn für die Sekundärpartikel zum D50 der Primärpartikel: Dn/D50 gleich 0,4.
<Beispiel 2>
Eine Wabenstruktur wurde durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer, dass die Wärmebehandlung in einer Unterdruckatmosphäre bei 1350 °C für 5 Stunden durchgeführt wurde.
<Beispiel 3>
Eine Wabenstruktur wurde durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer, dass die Wärmebehandlung in einer Unterdruckatmosphäre bei 950 °C für 1 Stunde durchgeführt wurde.
<Beispiel 4>
Eine Wabenstruktur wurde durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer, dass 1,5 g eines Magnetpulvers, das eine Zusammensetzung des Ausgleichs Fe-18 Massen-% Cr und eine durchschnittliche Partikelgröße von 6 µm besitzt, als das Magnetpulver verwendet wurde.
<Beispiel 5>
Eine Wabenstruktur wurde durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer, dass 1,5 g eines Magnetpulvers, das eine Zusammensetzung des Ausgleichs Fe-18 Massen-% Cr und eine durchschnittliche Partikelgröße von 80 µm besitzt, als das Magnetpulver verwendet wurde.
<Vergleichsbeispiel 1>

Wie in Beispiel 1 wurde die Aufschlämmung von Beispiel 1 in vorgegebene Zellen eines zylindrischen Cordieritwabenbrennkörpers, der einen Durchmesser von 25 mm, eine Länge von 25 mm, eine Trennwanddicke von 0,1 mm und eine Trennwandentfernung von etwa 1 mm besitzt, gefüllt, um einen Wabenbrennkörper herzustellen, der eine Struktur besitzt, die aus abgedichteten Abschnitten besteht, die Magnetpartikel enthalten. Der Wabenbrennkörper mit der Aufschlämmung, die auf den Innenraum der Zellen aufgebracht wurde, wurde einer Wärmebehandlung bei 1100 °C für 5 Stunden in einer Unterdruckatmosphäre unterworfen, ohne zu entfetten. Die nachfolgende Erwärmungsprüfung wurde durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 durchgeführt. 7 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen einer Zeit (Sekunden) und einer Temperatur (°C) gemäß der Induktionsheizprüfung eines Vergleichsbeispiels 1 zeigt. Die D50, die durch Bildanalyse erhalten wurde, war 10 µm, die D10 war 4 µm, die D90 war 27 µm und das Verhältnis der Anzahl der Primärpartikel, die die Sekundärpartikel bilden, zu allen Primärpartikeln war 20 %. Das Verhältnis des durchschnittlichen Halsdurchmessers Dn für die Sekundärpartikel zu D50 der Primärpartikel: Dn/D50 war 0,1. Tabelle 1 zeigt die Bewertungsergebnisse der Beispiele 1 bis 5 und des Vergleichsbeispiels 1. [Tabelle 1]

	Anteil der Anzahl von Primärpartikeln (%)	D50 (µm)	D10 (µm)	D90 (µm)	Dn/D50	Induktionsheizprüfung Höchsttemperatur (°C)
Beispiel 1	70	10	4	27	0,4	310
Beispiel 2	85	10	4	27	0,7	340
Beispiel 3	45	10	4	27	0,1	280
Beispiel 4	75	6	1	15	0,5	280
Beispiel 5	50	80	30	130	0,2	290
Vgl. 1	20	10	4	27	0,1	160

<Diskussion>
In jedem der Beispiele 1 bis 5 liegt das Verhältnis der Anzahl der Primärpartikel, die die Sekundärpartikel bilden, zur Gesamtanzahl der Primärpartikel der Magnetpartikel im Bereich von 40 bis 100 % und wird die Partikelgröße D50, die der kumulativen Häufigkeit von 50 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel zum Bereich von 5 bis 100 µm gesteuert. Die Beispiele 1 bis 5 hatten gute Heizeigenschaften durch Induktionserhitzen.
Andererseits war in Vergleichsbeispiel 1 das Verhältnis der Anzahl der Primärpartikel, die die Sekundärpartikel bilden, zur Gesamtanzahl der Primärpartikel der Magnetpartikel außerhalb des Bereichs von 40 % bis 100 %. Vergleichsbeispiel 1 war den Beispielen 1 bis 5 hinsichtlich der Heizeigenschaften durch Induktionserhitzen unterlegen.
Ferner ist in Vergleichsbeispiel 1 der Anteil der Anzahl der Primärpartikel, die die Sekundärpartikel bilden, kleiner als in Beispiel 1. Dies ist darauf zurückzuführen, dass z. B. durch Auslassen des Entfettungsschritts das nachfolgende Sintern der Primärpartikel aufgrund des Restkohlenstoffgehalts behindert wurde.
Darüber hinaus wird, wie in 7 gezeigt ist, beim Vergleich von Beispiel 1 mit Vergleichsbeispiel 1 festgestellt, dass Beispiel 1 in schnellerem Erhitzen unter Bedingungen resultiert, unter denen das Gewicht des Magnetmaterials, das für den Verbundwerkstoff und die Wabenstruktur, die erhitzt werden soll, verwendet wird, gleich sind und die Eingangsleistung zum Induktionserhitzen gleich ist, was anzeigt, dass es beim effizienten Erhöhen der Temperatur des Gases, das den Abschnitt durchläuft, in dem der Verbundwerkstoff, der das Magnetmaterial in der Wabenstruktur enthält, vorhanden ist, wirksam ist. Ferner wird festgestellt, dass die Höchsttemperatur in Beispiel 1 200 °C überschreitet, was z. B. eine wirksame Heiztemperatur zum Aktivieren des selektiven Reduktionskatalysators wirksam zum Reinigen von NO_x ist.
Beschreibung der Bezugszeichen

10, 20, 30, 40: Wabenstruktur
11: Zelle
12: Außenumfangswand
13: Trennwand
15: Beschichtungsschicht
25: Abgedichteter Abschnitt
35: Füllmaterial
44: Nutabschnitt
45: Leitfähige Schleife
50: Abgasreinigungseinrichtung
51: Spule
52: Zylindrisches Element
53: Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser
54: Befestigungselement
55: Steuereinheit

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

US 9488085 B1 [0005]
WO 2020/031434 A1 [0005]

Claims

Wabenstruktur, die Folgendes umfasst: eine Außenumfangswand; eine Trennwand, die auf einer Innenseite der Außenumfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert und jede der Zellen von einer Stirnfläche zu einer weiteren Stirnfläche verläuft, um einen Strömungsweg zu bilden; und Magnetpartikel, wobei die Magnetpartikel Sekundärpartikel kombiniert mit Primärpartikeln umfassen, in einem Querschnittbild der Wabenstruktur ein Verhältnis einer Anzahl der Primärpartikel, die die Sekundärpartikel bilden, zu einer Gesamtanzahl der Primärpartikel der Magnetpartikel im Bereich von 40 bis 100 % liegt und eine Partikelgröße D50, die einer kumulativen Häufigkeit von 50 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel im Bereich von 5 bis 100 µm liegt.
Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei eine Partikelgröße D10, die einer kumulativen Häufigkeit von 10 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel 2 µm oder mehr ist und ein Partikeldurchmesser D90, der einer kumulativen Häufigkeit von 90 % der Anzahl nach entspricht, für die Primärpartikel 120 µm oder weniger ist.
Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Verhältnis eines durchschnittlichen Halsdurchmessers Dn für die Sekundärpartikel der Magnetpartikel und D50 für die Primärpartikel: Dn/D50 im Bereich von 0,2 bis 0,8 liegt.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Magnetpartikel eine Struktur bilden, die Beschichtungsschichten umfasst, die die Magnetpartikel enthalten, und die Beschichtungsschichten an einer Oberfläche der Trennwand der Wabenstruktur vorgesehen sind.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Magnetpartikel eine Struktur bilden, die abgedichtete Abschnitte umfasst, die die Magnetpartikel enthalten, und die abgedichteten Abschnitte bei den Zellen an einer Stirnfläche der Wabenstruktur oder bei den Zellen an der einen Stirnfläche und der weiteren Stirnfläche der Wabenstruktur vorgesehen sind.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Magnetpartikel eine Struktur bilden, die ein Füllmaterial umfasst, das die Magnetpartikel enthält, wobei die Magnetpartikel in die Zellen der Wabenstruktur gefüllt sind.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Magnetpartikel eine Struktur bilden, die mindestens eine ringförmige leitfähige Schleife umfasst, die die Magnetpartikel enthält, und eine oder beide der einen Stirnfläche und der weiteren Stirnfläche der Wabenstruktur mit einem oder mehreren Nutabschnitten versehen sind und die ringförmige leitfähige Schleife in den Nutabschnitt eingebettet ist.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Struktur der Magnetpartikel eine Porosität im Bereich von 10 bis 70 % besitzt.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Magnetpartikel Magnetpartikel sind, die durch einen elektrischen Strom induktionserhitzt werden, der eine Frequenz im Bereich von 10 bis 1000 kHz aufweist.
Abgasreinigungseinrichtung, die Folgendes umfasst: die Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9; eine Spule, die an einem Außenumfang der Wabenstruktur vorgesehen ist; und ein zylindrisches Element zum Halten der Wabenstruktur.
Verfahren zum Herstellen einer Wabenstruktur, das die folgenden Schritte umfasst: Anfertigen eines Wabensubstrats, das Folgendes umfasst: eine Außenumfangswand und eine Trennwand, die auf einer Innenseite der Außenumfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert und jede der Zellen von einer Stirnfläche zu einer weiteren Stirnfläche verläuft, um einen Strömungsweg zu bilden; Versehen des Wabensubstrats mit einer Aufschlämmung, die Magnetpartikel enthält; Entfetten des Wabensubstrats, das mit der Aufschlämmung, die die Magnetpartikel enthält, versehen ist, durch eine Wärmebehandlung bei im Bereich von 400 bis 700 °C für im Bereich von 1 bis 10 Stunden und Durchführen nach dem Entfetten einer Wärmebehandlung bei im Bereich von 900 bis 1400 °C für im Bereich von 0,5 bis 10 Stunden in einem Unterdruck oder einer Inertatmosphäre.