DE112022000961T5

DE112022000961T5 - Wabenstruktur

Info

Publication number: DE112022000961T5
Application number: DE112022000961.6T
Authority: DE
Inventors: Yuya Ido; Shogo Hirose
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2022-03-23
Publication date: 2023-11-16
Also published as: WO2022210150A1; CN116847929A; JPWO2022210150A1; US20230390752A1

Abstract

Es wird eine Wabenstruktur geschaffen, die eine hohe isostatische Festigkeit aufweist und eine Verringerung des Druckverlusts erzielen kann. Eine Wabenstruktur enthält einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper 4, der eine poröse Trennwand 1, die derart angeordnet ist, dass sie mehrere Zellen 2 umgibt, die als Fluiddurchgangskanäle dienen, wobei sie sich von einer ersten Stirnfläche 11 zu einer zweiten Stirnfläche 12 erstrecken, und eine Umfangswand 3, die derart angeordnet ist, dass sie die Trennwand 1 umgibt, aufweist, wobei in einem Schnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Zellen 2 des Wabenstrukturkörpers 4 die Form der Zelle 2 eine polygonale Form ist, wobei eine Ecke 6 eine Bogenform aufweist, die Dicke T1 [mm] der Trennwand 1 im Bereich von 0,0500 bis 0,1400 mm liegt, der Krümmungsradius R1 [mm] der Ecke 6 mit einer Bogenform der Zelle 2 und die Dicke T1 [mm] der Trennwand 1 die Relation aus der folgenden Gleichung (1) erfüllen, der Außendurchmesser des Wabenstrukturkörpers 4 im Bereich von 190,5 bis 355,6 mm liegt, und die Porosität der Trennwand 1 im Bereich von 20 bis 40 % liegt.0,0050≤R1×T1≤0,0150

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wabenstruktur. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Wabenstruktur, die eine hohe isostatische Festigkeit aufweist und eine Verringerung des Druckverlusts erzielen kann.
Hintergrundgebiet
In den letzten Jahren sind der gesamten Gesellschaft Umweltthemen bewusst geworden. Im technischen Gebiet der Krafterzeugung durch Verbrennen eines Kraftstoffs sind diverse Techniken zum Entfernen von schädlichen Komponenten wie etwa Stickoxiden (im Folgenden ebenso als „NOx“ bezeichnet) aus Abgas, das bei der Verbrennung eines Kraftstoffs erzeugt wird, entwickelt worden. Zum Beispiel sind diverse Techniken zum Entfernen von schädlichen Komponenten wie etwa NOx aus Abgas, das aus mit Dieselkraftstoff betriebenen Fahrzeugen emittiert wird, entwickelt worden. Wenn die schädlichen Komponenten im Abgas entfernt werden, ist es üblich, Katalysatoren zu verwenden, um eine chemische Reaktion der schädlichen Komponenten zu bewirken, um sie in andere Komponenten umzusetzen, die relativ unschädlich sind. Dann wird eine Wabenstruktur als ein Katalysatorenträger zum Aufbringen von Katalysatoren zur Abgasreinigung verwendet (siehe z. B. Patentdokument 1).
Zum Beispiel sind diverse Techniken zum Behandeln von NOx im Abgas für NOx-Regulierungen, wie oben beschrieben, vorgeschlagen worden. Zum Beispiel gibt es als eine von derartigen Techniken eine Technik, bei der auf eine Wabenstruktur mit einer porösen Trennwand ein Katalysator für eine selektive katalytische Reaktion (im Folgenden ebenso als ein „SCR-Katalysator“ bezeichnet) oder dergleichen aufgebracht wird und NOx im Abgas durch die Wabenstruktur gereinigt wird. Die Wabenstruktur, auf die der SCR-Katalysator aufgebracht worden ist, verringert NOx im Abgas unter Verwendung von Ammoniak (NH₃), der durch Zersetzung von Harnstoff erzeugt wird, der von einer stromaufwärts der Wabenstruktur angeordneten Harnstoff-Injektionseinrichtung injiziert wird.
Entgegenhaltungsliste
Patentdokumente
Patentdokument 1: JP-A-2013-052367
Wenn eine Wabenstruktur, auf die ein SCR-Katalysator aufgebracht worden ist, als eine Abgasreinigungsvorrichtung zum Entfernen von NOx aus Abgas, das von einer Kraftmaschine eines Dieselfahrzeugs emittiert wird, verwendet wird, können herkömmlicherweise zwei Wabenstrukturen verwendet werden, indem sie in Bezug auf die Strömungsrichtung des Abgases in Reihe angeordnet werden. Obwohl durch ihre Verwendung auf diese Weise eine hohe Reinigungsleistung für NOx erzielt werden kann, gibt es andererseits ein Problem, derart, dass der Druckverlust ansteigt.
Als ein Verfahren zum Verringern des Druckverlusts der Wabenstruktur ist z. B. eine Technik der „Dickenverringerung einer Wand“ zum Verringern einer Dicke der Trennwand der Wabenstruktur untersucht worden, jedoch gibt es bei der Dickenverringerung der Wand der Trennwand ein Problem, derart, dass zur Zeit der Herstellung eine Verzerrung der Trennwand erzeugt wird und somit bewirkt wird, dass Zellen kollabieren (im Folgenden ebenso als „Zellenverwindung“ bezeichnet). Außerdem ist eine Technik zum Verbessern der isostatischen Festigkeit der Wabenstruktur, indem eine Zellenform eines Wabenstrukturkörpers in einer polygonalen Form, wobei eine Ecke eine Bogenform aufweist, ausgebildet wird, ebenfalls untersucht worden. Wenn jedoch die Zellenform eine polygonale Form ist, wobei eine Ecke eine Bogenform aufweist, nimmt der Druckverlust der Wabenstruktur zu. Wie oben beschrieben ist, sind bei diversen Techniken, die im verwandten Gebiet untersucht worden sind, die Verringerung des Druckverlusts und die Verbesserung der isostatischen Festigkeit zueinander entgegengesetzt und es ist äußerst schwierig, beides zu erzielen.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme mit dem Stand der Technik gemacht. Die vorliegende Erfindung schafft eine Wabenstruktur, die selbst dann, wenn der Außendurchmesser groß ist, eine hohe isostatische Festigkeit aufweist und eine Verringerung des Druckverlusts erzielen kann.
Mittel zum Lösen des Problems
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Wabenstruktur geschaffen, die im Folgenden beschrieben wird.

[1] Eine Wabenstruktur, die Folgendes enthält: einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper, der eine poröse Trennwand, die derart angeordnet ist, dass sie mehrere Zellen umgibt, die als Fluiddurchgangskanäle dienen, wobei sie sich von einer ersten Stirnfläche zu einer zweiten Stirnfläche erstrecken, und eine Umfangswand, die derart angeordnet ist, dass sie die Trennwand umgibt, aufweist, wobei

0,0050 \leq R 1 \times T 1 \leq 0,0150

[2] Die Wabenstruktur gemäß [1], wobei in dem Schnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Zellen des Wabenstrukturkörpers die Form der Zelle eine viereckige Form ist, wobei die Ecke die Bogenform aufweist.
[3] Die Wabenstruktur gemäß [1] oder [2], wobei eine Zellendichte des Wabenstrukturkörpers im Bereich von 30 bis 140 Zellen/cm² liegt.
Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung weist selbst dann, wenn der Außendurchmesser groß ist, eine hohe isostatische Festigkeit auf und kann eine Verringerung des Druckverlusts erzielen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist eine perspektivische Ansicht, die auf schematische Weise eine Ausführungsform einer Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung von einer Seite der ersten Stirnfläche betrachtet zeigt;
2 ist eine Draufsicht, die auf schematische Weise eine erste Stirnfläche der in 1 gezeigten Wabenstruktur zeigt;
3 ist eine vergrößerte, schematische Draufsicht, die auf schematische Weise einen Abschnitt einer ersten Stirnfläche der Wabenstruktur, die in 2 gezeigt ist, zeigt;
4 ist eine Schnittansicht, die auf schematische Weise einen Schnitt zeigt, der entlang der Linie A-A' aus 2 aufgenommen ist.

Art der Ausführung der Erfindung
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen eingeschränkt. Daher ist zu verstehen, dass auf der Grundlage des allgemeinen Wissens des Fachmanns auf dem Gebiet Abwandlungen, Verbesserungen und dergleichen auf angemessene Weise zu den folgenden Ausführungsformen hinzugefügt werden können, ohne vom Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
(1) Wabenstruktur:
Unter Bezugnahme auf 1 bis 4 wird eine Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung beschrieben. Eine Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung ist eine Wabenstruktur 100, die einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper 4 enthält, der eine poröse Trennwand 1, die derart angeordnet ist, dass sie mehrere Zellen 2 umgibt, und eine Umfangswand 3, die derart angeordnet ist, dass sie die Trennwand 1 umgibt, aufweist. Hier ist 1 eine perspektivische Ansicht, die auf schematische Weise eine Ausführungsform einer Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung von einer Seite der ersten Stirnfläche betrachtet zeigt. 2 ist eine Draufsicht, die auf schematische Weise eine erste Stirnfläche der in 1 gezeigten Wabenstruktur zeigt. 3 ist eine vergrößerte, schematische Draufsicht, die auf schematische Weise einen Abschnitt einer ersten Stirnfläche der Wabenstruktur, die in 2 gezeigt ist, zeigt. 4 ist eine Schnittansicht, die auf schematische Weise einen Schnitt zeigt, der entlang der Linie A-A' aus 2 aufgenommen ist.
Die poröse Trennwand 1, die den Wabenstrukturkörper 4 bildet, ist derart angeordnet, dass sie die mehreren Zellen 2 umgibt, die sich von der ersten Stirnfläche 11 zur zweiten Stirnfläche 12 erstrecken. In der vorliegenden Erfindung steht die Zelle 2 für einen Raum, der durch die Trennwand 1 definiert ist. Die mehreren Zellen 2 dienen als Fluiddurchgangskanäle. Die Umfangswand 3 ist derart angeordnet, dass sie die Trennwand 1 umgibt, die in einem Gittermuster angeordnet ist, derart, dass sie die mehreren Zellen 2 umgibt. Die Wabenstruktur 100 kann auf geeignete Weise als ein Katalysatorenträger zum Aufbringen eines Katalysators zur Abgasreinigung verwendet werden. Ein Katalysatorenträger ist eine poröse Struktur, die katalytische Teilchen trägt.
In der Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform ist die Form der Zelle 2 in einem Schnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Zelle 2 des Wabenstrukturkörpers 4 eine polygonale Form, wobei eine Ecke 6 eine Bogenform aufweist. Insbesondere ist in der Wabenstruktur 100 der vorliegenden Erfindung, wie in 4 gezeigt, die Form der Zelle 2 eine viereckige Form, wobei eine Ecke 6 eine Bogenform aufweist. Im Folgenden kann die „polygonale Form, wobei eine Ecke 6 eine Bogenform aufweist“, als eine „im Wesentlichen polygonale Form“ bezeichnet sein und die „viereckige Form, wobei eine Ecke 6 eine Bogenform aufweist“ kann als eine „im Wesentlichen viereckige Form“ bezeichnet sein. Zum Beispiel sind in einem Schnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Zellen 2 des Wabenstrukturkörpers 4 mehrere Zellen 2 in einem quadratischen Gittermuster entlang einer ersten Richtung im Schnitt (z. B. einer vertikalen Richtung einer Papierfläche) und einer zweiten Richtung, die zur ersten Richtung senkrecht ist (z. B. einer seitlichen Richtung einer Papierfläche) angeordnet. Der Kreuzungsabschnitt 5 des quadratischen Gitters wird durch jede Ecke 6 mit einer Bogenform der vier Zellen 2, die in dem quadratischen Gittermuster angeordnet sind, gebildet. Wie oben beschrieben ist, steht die Zelle 2 für einen Raum, der von der Trennwand 1 umgeben ist. Daher bedeutet das Aufweisen einer Ecke 6 mit einer Bogenform in Bezug auf die Form der Zelle 2, dass ein Abschnitt des Raums der Zelle 2, der die Ecke der viereckigen Form ist, durch die Trennwand 1 eingenommen wird, die die Zelle 2 umgibt.
In der Wabenstruktur 100 ist eine Dicke T1 [mm] der Trennwand 1 0,0500 mm oder größer. Die Dicke der Trennwand 1 ist die Länge in der Richtung, die zu der Fläche der Trennwand 1, die zwei Zellen 2 definiert, senkrecht ist, in einem Schnitt des Wabenstrukturkörpers 4. Hier enthält die „Trennwand 1, die zwei Zellen 2 definiert“ beim Messen der Dicke der Trennwand 1 die Dicke der Trennwand 1, die dem Abschnitt entspricht, der eine Ecke 6 mit einer Bogenform der Zelle 2 bildet, nicht. Das heißt, wie oben beschrieben ist, enthält „die Dicke der Trennwand 1“ die Dicke des Kreuzungsabschnitts 5 der Trennwand 1 nicht, und ist als die Dicke der Trennwand 1 des Abschnitts definiert, der die vier Seiten definiert, die den Hauptumriss der Zelle 2 bilden, die eine im wesentlichen viereckige Form aufweist, es sei denn, es ist auf andere Weise spezifiziert. Die Dicke der Trennwand 1 kann z. B. unter Verwendung eines Mikroskops gemessen werden.
Die Dicke T1 [mm] der Trennwand 1 kann im Bereich von 0,0500 bis 0,1400 mm liegen und liegt vorzugsweise im Bereich von 0,0630 bis 0,1400 mm, stärker bevorzugt im Bereich von 0,0635 bis 0,0889 mm (d. h. 63,5 bis 88,9 µm). Wenn die Dicke T1 [mm] der Trennwand 1 kleiner als 0,0500 mm ist, wird der Kreuzungsbereich 5 in der Trennwand 1 zu groß, ein Knetmaterial zum Bilden wird zur Zeit der Herstellung am Kreuzungsabschnitt 5 konzentriert und es besteht die Tendenz, dass die Trennwand 1 mit Ausnahme des Kreuzungsabschnitts 5 schlecht ausgebildet wird, wenn die Relation der folgenden Gleichung (1) erfüllt ist. Wenn die Trennwand 1 auf diese Weise schlecht ausgebildet wird, ist die isostatische Festigkeit deutlich verringert. Außerdem wird zur Zeit der Herstellung eine Verformung der Trennwand 1 erzeugt, wenn die Dicke T1 [mm] der Trennwand 1 kleiner als 0,0500 mm ist, und es ist wahrscheinlicher, dass die Zellenverwindung auftritt. Wenn die Dicke T1 [mm] der Trennwand 1 andererseits 0,1400 mm überschreitet, nimmt der Druckverlust der Wabenstruktur 100 zu.
Außerdem erfüllen in der Wabenstruktur 100 der Krümmungsradius R1 [mm] der Ecke 6 mit einer Bogenform der Zelle 2 und die Dicke T1 [mm] der Trennwand 1 die Relation der folgenden Gleichung (1). Mit dieser Konfiguration weist die Wabenstruktur 100 selbst dann, wenn der Außendurchmesser groß ist, eine hohe isostatische Festigkeit auf und kann eine Verringerung des Druckverlusts erzielen. Zum Beispiel kann wirksam unterbunden werden, dass der Druckverlust der Wabenstruktur 100 ansteigt, während das Auftreten einer Zellenverwindung aufgrund der Dickenverringerung der Trennwand 1 der Wabenstruktur 100 wirksam unterbunden wird. Wenn z. B. das „R1 × T1“ in der Gleichung (1) kleiner als 0,0050 ist, nimmt die isostatische Festigkeit der Wabenstruktur 100 ab. Wenn das „R1 × T1“ in der Gleichung (1) andererseits 0,0150 überschreitet, nimmt der Druckverlust der Wabenstruktur 100 zu. $0,0050 \leq R 1 \times T 1 \leq 0,0150$
Der Krümmungsradius R1 [mm] der Ecke 6 mit einer Bogenform der Zelle 2 kann durch die folgenden Verfahren gemessen werden. Zuerst wird ein Schnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Zelle 2 der Wabenstruktur 100 fotografiert und ein Abschnitt, der eine Krümmung aufweist, die die Ecke 6 mit einer Bogenform bildet, wird aus dem fotografierten Schnittbild der Wabenstruktur 100 ermittelt. Insbesondere werden zwei Punkte an jedem Ende der Ecke 6 mit einer Bogenform wie folgt ermittelt. Ein Punkt, der der Begrenzung zwischen der Ecke 6 mit einer Bogenform und einer geraden Seite, die die Hauptaußenform der im wesentlichen polygonalen Zelle 2 bildet, entspricht, wird als ein Ende der Ecke 6 mit einer Bogenform definiert. Ein Punkt, der einer Begrenzung zwischen der Ecke 6 mit einer Bogenform und einer weiteren geraden Seite, die die Hauptaußenform der im wesentlichen polygonalen Zelle 2 bildet, entspricht, wird als das andere Ende der Ecke 6 mit einer Bogenform definiert. Nach dem Ermitteln der zwei Punkte, die die jeweiligen Enden der Ecke 6 mit einer Bogenform sein sollen, auf diese Weise wird auf dem gekrümmten Abschnitt der Ecke 6 mit einer Bogenform ein Zwischenpunkt ermittelt, der von den zwei Punkten des einen Endes und des anderen Endes, wie oben beschrieben, gleich beabstandet ist. Der Radius des Kreises, der die drei Punkte des einen Endes, des Zwischenpunktes und des anderen Endes der Ecke 6 mit einer Bogenform berührt, ist der Krümmungsradius R1 der Ecke 6 mit einer Bogenform. Der Krümmungsradius R1 [mm] der Ecke 6 wird mit einem optischen Mikroskop gemessen.
Der spezifische Wert des Krümmungsradius R1 [mm] der Ecke 6 mit einer Bogenform der Zelle 2 ist nicht insbesondere eingeschränkt, solange die Dicke T1 [mm] der Trennwand 1 im Bereich von 0,0500 bis 0,1400 mm liegt und die obige Gleichung (1) erfüllt. Zum Beispiel liegt der Krümmungsradius R1 [mm] der Ecke 6 mit einer Bogenform der Zelle 2 vorzugsweise im Bereich von 0,0700 bis 0,1500 mm und stärker bevorzugt im Bereich von 0,0700 bis 0,1200 mm.
In der Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform liegt der Außendurchmesser D1 [mm] des Wabenstrukturkörpers 4 in einem Schnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Zelle 2 des Wabenstrukturkörpers 4 im Bereich von 190,5 bis 355,6 mm und vorzugsweise im Bereich von 190,5 bis 266,7 mm. Insbesondere ist es dann, wenn die Wabenstruktur 100 einen relativ großen Außendurchmesser D1 [mm] des Wabenstrukturkörpers 4 aufweist, wie oben beschrieben, möglich, eine Zellenverwindung aufgrund der Dickenverringerung der Trennwand 1 der Wabenstruktur 100 äußerst wirksam zu unterbinden. Wenn der Außendurchmesser D1 [mm] des Wabenstrukturkörpers 4 kleiner als 190,5 mm ist, nimmt der Druckverlust der Wabenstruktur 100 zu. Wenn der Außendurchmesser D1 [mm] des Wabenstrukturkörpers 4 355,6 mm überschreitet, ist es wahrscheinlich, dass eine Beschädigung oder eine Verformung während der Handhabung auftreten, was nicht zu bevorzugen ist, da die isostatische Festigkeit verringert ist.
In der Wabenstruktur 100 liegt die Porosität der Trennwand 1 des Wabenstrukturkörpers 4 im Bereich von 20 bis 40 % und vorzugsweise im Bereich von 30 bis 35 %. Wenn die Porosität der Trennwand 1 zu niedrig ist, ist dies nicht zu bevorzugen, da die Tendenz besteht, dass der Katalysator abgezogen wird, wenn sie als eine Abgasreinigungsvorrichtung verwendet wird. Wenn die Porosität der Trennwand 1 zu hoch ist, ist die Festigkeit des Wabenstrukturkörpers 4 möglicherweise nicht ausreichend, und es kann schwierig sein, die Wabenstruktur 100 mit ausreichender Greifkraft zu halten, wenn die Wabenstruktur 100 in der Dosenzarge aufgenommen ist, die für die Abgasreinigungsvorrichtung verwendet wird. Die Porosität der Trennwand 1 soll der Wert sein, der durch ein Quecksilber-Porosimeter gemessen wird. Beispiele für das Quecksilber-Porosimeter enthalten Autopore 9500 (Handelsbezeichnung), hergestellt durch Micromeritics Instrument Corporation.
In der Wabenstruktur 100 liegt die Zellendichte des Wabenstrukturkörpers 4 vorzugsweise im Bereich von 30 bis 140 Zellen/cm², stärker bevorzugt im Bereich von 31 bis 93 Zellen/cm². Mit dieser Konfiguration kann sie auf geeignete Weise als ein Filter zum Einfangen von Feststoffteilchen im Abgas, das von Kraftmaschinen von Kraftfahrzeugen emittiert wird, verwendet werden. Wenn die Zellendichte zu klein ist, kann die isostatische Festigkeit abnehmen, und wenn die Zellendichte zu groß ist, kann der Druckverlust zunehmen.
Das Material der Trennwand 1 ist nicht insbesondere eingeschränkt. Beispiele für das Material der Trennwand 1 enthalten Keramikwerkstoffe. Insbesondere enthält die Trennwand 1 vorzugsweise Siliziumcarbid, an Silizium gebundenes Siliziumcarbid, ein mit einem Bindematerial gesintertes Keramikmaterial, Mullit, Kordierit oder Aluminiumtitanat. Das „mit Silizium gebundene Siliziumcarbid“ steht z. B. für Siliziumcarbid-Teilchen als ein Aggregat, das durch metallisches Silizium gebunden ist. Außerdem steht das „mit einem Bindematerial gesinterte Keramikmaterial“ z. B. für ein Keramikmaterial, das durch Sintern hergestellt wird, wobei Aggregate wie etwa Siliziumcarbid und Mullit durch ein Bindematerial wie etwa Kordierit zusammengebunden werden.
Die Gesamtform der Wabenstruktur 100 ist nicht insbesondere eingeschränkt. Die Gesamtform der Wabenstruktur 100 ist bezüglich der Form der ersten Stirnfläche 11 und der zweiten Stirnfläche 12 vorzugsweise kreisförmig oder oval, insbesondere kreisförmig. Die Baugröße der Wabenstruktur 100 wie z. B. die Länge von der ersten Stirnfläche 11 zur zweiten Stirnfläche 12 des Wabenstrukturkörpers 4 ist nicht insbesondere eingeschränkt. Sie kann angemessen ausgewählt werden, um eine optimale Reinigungsleistung zu erhalten, wenn die Wabenstruktur 100 als ein Abgasreinigungselement wie etwa ein Katalysatorenträger zum Aufbringen eines Katalysators zum Reinigen von Abgas verwendet wird.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Jedoch ist das Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur nicht auf das unten beschriebene Herstellungsverfahren eingeschränkt.
Zuerst wird ein Kunststoffknetmaterial zum Herstellen eines Wabenstrukturkörpers aufbereitet. Das Knetmaterial zum Herstellen des Wabenstrukturkörpers kann aufbereitet werden, indem ein Hilfsstoff wie etwa ein Bindemittel und Wasser, soweit angemessen, zu einem Material, das aus der obengenannten Gruppe geeigneter Materialien der Trennwand ausgewählt ist, als ein Rohmaterialpulver hinzugefügt werden.
Daraufhin wird das aufbereitete Knetmaterial Strangpressen unterzogen, um einen säulenförmigen Wabenformkörper zu erhalten, der eine Trennwand, die mehrere Zellen definiert, und eine Umfangswand, die auf dem äußersten Umfang angeordnet ist, aufweist. Beim Strangpressen kann eine Form, in der ein Schlitz mit einer umgekehrten Form des zu formenden Wabenformkörpers auf der stranggepressten Oberfläche des Knetmaterials gebildet ist, als die Form für das Strangpressen verwendet werden. Zum Beispiel kann Strangpressen unter Verwendung einer Form, die einer gewünschten Zellenform, Trennwanddicke oder dergleichen entspricht, als ein bevorzugtes Beispiel beispielhaft angeführt werden. Zum Beispiel kann die Zellenform in der Form eine polygonale Form (z. B. eine im Wesentlichen viereckige Form in 3) sein, die eine Ecke 6 mit einer Bogenform aufweist (z. B. siehe 3), die bisher beschrieben worden ist. Das Material der Form ist vorzugsweise Sintercarbid, der kaum abgenutzt wird. Der erhaltene Wabenformkörper kann z. B. durch Mikrowellen und Heißluft getrocknet werden.
Daraufhin wird der erhaltene Wabenformkörper gebrannt, um eine Wabenstruktur zu erhalten. Die Brenntemperatur und die Brennatmosphäre unterscheiden sich gemäß dem Rohmaterial und der Fachmann auf dem Gebiet kann die Brenntemperatur und die Brennatmosphäre auswählen, die die am besten geeigneten für das ausgewählte Material sind.
(Beispiele)
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung durch Beispiele genauer beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung in keiner Weise durch diese Beispiele eingeschränkt.
(Beispiel 1)
Zu 100 Massenanteilen eines Kordierit bildenden Rohmaterials wurden jeweils 2,2 Massenanteile eines Porenbildners, 1,1 Massenanteile eines Dispergiermittels und 8,0 Massenanteile eines organischen Bindemittels hinzugefügt und gemischt und geknetet, um ein Knetmaterial aufzubereiten. Als das Kordierit bildende Rohmaterial wurden Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Kaolin, Talk und Siliziumoxid verwendet. Als das Dispergiermedium wurde Wasser verwendet. Als das organische Bindemittel wurde Methylcellulose verwendet. Als das Dispergiermittel wurde Dextrin verwendet. Als der Porenbildner wurden ein Polymer auf der Grundlage von Polyacrylsäure mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 30 µm, eine Stärke, eine Polymerverbindung wie etwa ein aufschäumbares Harz und ein Polymethylmethacrylat-Harz (PMMA-Harz) und Koks (ein Kohlenstoffbrennstoff) verwendet.
Daraufhin wurde das Knetmaterial unter Verwendung einer Form zum Herstellen eines Wabenformkörpers stranggepresst, um einen Wabenformkörper mit einer runden Säulenform als Gesamtform zu erhalten. Die Zellenform des Wabenformkörpers war eine viereckige Form mit einer Ecke 6, die eine Bogenform mit einem Krümmungsradius R1 aufwies.
Daraufhin wurde der Wabenformkörper mit einer Mikrowellen-Trocknungseinrichtung getrocknet und wurde anschließend mit einer Heißluft-Trocknungseinrichtung vollständig getrocknet und anschließend wurden beide Stirnflächen des Wabenformkörpers derart geschnitten, dass sie eine vorgegebene Abmessung aufwiesen.
Der getrocknete Wabenformkörper wurde daraufhin entfettet und gebrannt, um die Wabenstruktur des Beispiels 1 herzustellen.
Die Wabenstruktur des Beispiels 1 wies eine runde Säulenform auf, wobei die Formen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche rund waren. Der Außendurchmesser D1 [mm] der ersten Stirnfläche und derjenige der zweiten Stirnfläche der Wabenstruktur war 266,7 mm. Außerdem war die Gesamtlänge [mm] in der Erstreckungsrichtung der Zellen der Wabenstruktur 152,4 mm. Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
In der Wabenstruktur des Beispiels 1 war die Dicke T1 der Trennwand 0,0635 mm. Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse. Außerdem war in der Wabenstruktur des Beispiels 1 die Zellendichte 93 Zellen/cm² und die Porosität der Trennwand war 34 %. Die Porosität der Trennwand wurde unter Verwendung von Autopore 9500 (Handelsbezeichnung), hergestellt durch Micromeritics Instrument Corporation, gemessen.
Die Zellenform in der Wabenstruktur des Beispiels 1 war im Wesentlichen eine viereckige Form, wobei eine Ecke eine Bogenform aufwies. Ein Krümmungsradius R1 der Ecke mit einer Bogenform der im Wesentlichen viereckigen Zelle wurde gemessen und es wurde ermittelt, dass er 0,1000 mm war. Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse. Der Krümmungsradius R1 wird wie folgt gemessen.
[Messung des Krümmungsradius R1]

Im optischen Mikroskop wurden zwei Punkte von einem Ende und vom anderen Ende der Ecke mit einer Bogenform ermittelt und ferner wurde auf dem gekrümmten Abschnitt der Ecke mit einer Bogenform ein Zwischenpunkt ermittelt, der von den zwei Punkten des einen Endes und des anderen Endes, die oben beschrieben sind, gleich beabstandet war. Daraufhin wurde der eingeschriebene Kreis, der die drei Punkte des einen Endes, des Zwischenpunktes und des anderen Endes der Ecke mit einer Bogenform berührt, virtuell gezeichnet, der Radius des eingeschriebenen Kreises wurde als der Krümmungsradius R1 der Ecke mit einer Bogenform definiert. [0042] (Tabelle 1)

	Wa benstru ktu rkörper		Dicke T1 der Trennwand [mm]	Krümmungsradius R1 der Ecke [mm]	R1×T1	Porosität [%]	Druckverlust	Isostatische Festigkeit
	Außendurchmesser D1 [mm]	Gesamtlänge [mm]	Dicke T1 der Trennwand [mm]	Krümmungsradius R1 der Ecke [mm]	R1×T1	Porosität [%]	Druckverlust	Isostatische Festigkeit
Vergleichsbeispiel 1	266,7	152,4	0,0635	0,0500	0,0032	35	OK	NG
Vergleichsbeispiel 2	266,7	152,4	0,0635	0,0700	0,0044	34	OK	NG
Beispiel 1	266,7	152,4	0,0635	0,1000	0,0064	34	OK	OK
Beispiel 2	266,7	152,4	0,0635	0,1200	0,0076	25	OK	OK
Vergleichsbeispiel 3	266,7	152,4	0,0762	0,0500	0,0038	26	OK	NG
Beispiel 3	266,7	152,4	0,0762	0,0700	0,0053	39	OK	OK
Beispiel 4	266,7	152,4	0,0762	0,1000	0,0076	40	OK	OK
Beispiel 5	266,7	152,4	0,0762	0,1200	0,0091	21	OK	OK
Vergleichsbeispiel 4	266,7	152,4	0,0889	0,0500	0,0044	34	OK	NG
Beispiel 6	266,7	152,4	0,0889	0,0700	0,0062	35	OK	OK
Beispiel 7	266,7	152,4	0,0889	0,1000	0,0089	22	OK	OK
Beispiel 8	266,7	152,4	0,0889	0,1200	0,0107	26	OK	OK
Vergleichsbeispiel 5	266,7	152,4	0,0254	0,2000	0,0051	33	OK	NG
Vergleichsbeispiel 6	266,7	152,4	0,1524	0,0500	0,0076	34	NG	OK
Vergleichsbeispiel 7	266,7	152,4	0,1143	0,1500	0,0171	38	NG	OK
Vergleichsbeispiel 8	266,7	152,4	0,1016	0,1700	0,0173	39	NG	OK
Vergleichsbeispiel 9	152,4	152,4	0,0635	0,0700	0,0044	23	NG	OK
Vergleichsbeispiel 10	266,7	152,4	0,0635	0,1200	0,0076	50	OK	NG
Vergleichsbeispiel 11	152,4	152,4	0,0762	0,1000	0,0076	33	NG	OK

Die Wabenstruktur des Beispiels 1 wurde auf die folgende Weise hinsichtlich „Druckverlust“ und „isostatischer Festigkeit“ bewertet. Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
[Druckverlust]
Luft mit einer konstanten Durchflussmenge von 20 m³/min wurde bei Normaltemperatur durch die Wabenstruktur geleitet und der Differentialdruck zwischen Vorderseite und Rückseite der Wabenstruktur wurde mit einer Differentialdruck-Messeinrichtung gemessen und der Druckverlust [kPa] der Wabenstrukturen jedes Beispiels und jedes Vergleichsbeispiels wurde gemessen. Die Wabenstrukturen jedes Beispiels und jedes Vergleichsbeispiels wurden auf der Grundlage der folgenden Bewertungskriterien bewertet.
Bewertung „OK“: wenn er kleiner als 0,7 kPa ist, wird sie mit „OK (bestanden)“ bewertet.
Bewertung „NG“: Wenn er 0,7 kPa oder größer ist, wird sie mit „NG (nicht bestanden)“ bewertet.
[Isostatische Festigkeit]
Die isostatische Festigkeit [MPa] der Wabenstrukturen jedes Beispiels und jedes Vergleichsbeispiels wurde gemäß einem Messverfahren für eine isostatische Bruchfestigkeit, spezifiziert in der Norm JASO M505-87, die eine Kraftfahrzeugnorm ist, die durch die Society of Automotive Engineers of Japan, Inc. herausgegeben wird, gemessen. Die Wabenstrukturen jedes Beispiels und jedes Vergleichsbeispiels wurden auf der Grundlage der folgenden Bewertungskriterien bewertet.
Bewertung „OK“: wenn die isostatische Bruchfestigkeit 1,0 MPa oder größer ist, wird sie mit „OK (bestanden)“ bewertet.
Bewertung „NG“: Wenn die isostatische Bruchfestigkeit kleiner als 1,0 MPa, ist wird sie mit „NG (nicht bestanden)“ bewertet.
(Beispiele 2 bis 8)
Die Wabenstrukturen wurden auf dieselbe Weise wie die Wabenstruktur des Beispiels 1 aufbereitet, mit der Ausnahme, dass die Konfiguration der Wabenstruktur geändert wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt ist.
(Vergleichsbeispiele 1 bis 11)
Die Wabenstrukturen wurden auf dieselbe Weise wie die Wabenstruktur des Beispiels 1 aufbereitet, mit der Ausnahme, dass die Konfiguration der Wabenstruktur geändert wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt ist.
(Ergebnisse)
Die Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 8 wurden sowohl bezüglich „Druckverlust“ als auch bezüglich „isostatischer Festigkeit“ erfolgreich bewertet. Insbesondere wiesen die Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 8 einen Außendurchmesser D1 des Wabenstrukturkörpers auf, der 266,7 mm groß war, jedoch wurden die Trennwände zur Zeit der Herstellung kaum verzerrt und die Zellenverwindung, die die isostatische Festigkeit nachteilig beeinflusste, trat nicht auf. Daher waren die Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 8 hinsichtlich der isostatischen Festigkeit hervorragend.
Andererseits bestanden die Wabenstrukturen der Vergleichsbeispiele 1 bis 4, bei denen der Wert von „R1 × T1“ kleiner als 0,0050 war, die Bewertung der „isostatischen Festigkeit“ nicht. Die Wabenstrukturen der Vergleichsbeispiele 7 und 8, bei denen der Wert von „R1 × T1“ größer als 0,0150 war, bestanden die Bewertung der „isostatischen Festigkeit“, bestanden jedoch die Bewertung des „Druckverlusts“ nicht.
Das Vergleichsbeispiel 5, bei dem die Dicke T1 der Trennwand 0,0254 mm war, bestand die Bewertung der „isostatischen Festigkeit“ nicht. Außerdem bestand das Vergleichsbeispiel 6, bei dem die Dicke T1 der Trennwand 0,1524 mm war, die Bewertung des „Druckverlusts“ nicht. Beim Vergleichsbeispiel 9 und beim Vergleichsbeispiel 11, bei denen der Außendurchmesser D1 kleiner als 190,5 mm war, war der Druckverlust geringer als derjenige bei den Beispielen 1 bis 8. Sowohl beim Vergleichsbeispiel 9 als auch beim Vergleichsbeispiel 11 erfüllte die Bewertung der isostatischen Festigkeit die Kriterien für das Bestehen. Hier ist beim Vergleichsbeispiel 9 der Wert von „R1 × T1“ kleiner als 0,0050 und beim Vergleichsbeispiel 11 erfüllt der Wert von „R1 × T1“ den Bereich von 0,0050 bis 0,0150. Die Werte von „R1 × T1“ von beiden sind mit dem Werten sowohl des Vergleichsbeispiels 2 als auch des Beispiels 2 konsistent. Beim Vergleich zwischen dem Vergleichsbeispiel 2 und dem Beispiel 2 bestand das Vergleichsbeispiel 2, bei dem der Wert von „R1 × T1“ kleiner als 0,0050 ist, die isostatische Festigkeit nicht. Da beim Vergleichsbeispiel 2 der Außendurchmesser 266,7 mm groß ist, wird in Betracht gezogen, dass eine Verformung aufgrund seines Eigengewichts beim Formungsprozess auftrat und die isostatische Festigkeit erheblich verringert war. Da bei der Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 10 die Porosität der Trennwand 50 % war, wurde die Bewertung der „isostatischen Festigkeit“ nicht bestanden. Da bei der Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 11 der Außendurchmesser D1 152,4 mm war, wurde die Bewertung des „Druckverlusts“ nicht bestanden.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann als ein Katalysatorenträger zum Aufbringen eines Katalysators zur Abgasreinigung verwendet werden.
Beschreibung der Bezugszeichen
1: Trennwand, 2: Zelle, 3: Umfangswand, 4: Wabenstrukturkörper, 11: erste Stirnfläche, 12: zweite Stirnfläche, D1: Außendurchmesser (Außendurchmesser des Wabenstrukturkörpers), R1: Krümmungsradius, T1: Dicke (Dicke der Trennwand) und 100: Wabenstruktur.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013052367 A [0004]

Claims

Wabenstruktur, die Folgendes umfasst: einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper, der eine poröse Trennwand, die derart angeordnet ist, dass sie mehrere Zellen umgibt, die als Fluiddurchgangskanäle dienen, wobei sie sich von einer ersten Stirnfläche zu einer zweiten Stirnfläche erstrecken; und eine Umfangswand, die derart angeordnet ist, dass sie die Trennwand umgibt, aufweist, wobei in einem Schnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Zellen des Wabenstrukturkörpers die Form der Zelle eine polygonale Form ist, wobei eine Ecke eine Bogenform aufweist, eine Dicke T1 [mm] der Trennwand im Bereich von 0,0500 bis 0,1400 mm liegt, ein Krümmungsradius R1 [mm] der Ecke mit der Bogenform der Zelle und die Dicke T1 [mm] der Trennwand die Relation der Gleichung (1) erfüllen, in dem Schnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Zellen des Wabenstrukturkörpers der Außendurchmesser des Wabenstrukturkörpers im Bereich von 190,5 bis 355,6 mm liegt, und eine Porosität der Trennwand im Bereich von 20 bis 40 % liegt: Gleichung (1): 0,0050 ≤ R1 × T1 ≤ 0,0150
Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei in dem Schnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Zellen des Wabenstrukturkörpers die Form der Zelle eine viereckige Form ist, wobei die Ecke die Bogenform aufweist.
Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Zellendichte des Wabenstrukturkörpers im Bereich von 30 bis 140 Zellen/cm² liegt.