DE19913626A1

DE19913626A1 - Wabenstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE19913626A1
Application number: DE19913626A
Authority: DE
Inventors: Tosiharu Kondo
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 1999-09-30
Also published as: US6159893A; JPH11333293A; BE1014235A3

Abstract

Es wird eine Wabenstruktur vorgeschlagen, bei der Trennwände (90), die als eine Hauptkomponente Cordierit mit einer chemischen Zusammensetzung umfassen, die 45 bis 55 Gew.-% SiO¶2¶, 33 bis 42 Gew.-% Al¶2¶O¶3¶ und 12 bis 18 Gew.-% MgO enthält, in Form einer Wabe (99) ausgebildet sind. Die Trennwände (90) weisen eine Dicke von nicht mehr als 250 mum und eine Porosität von 45 bis 80% auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine aus Cordierit bestehende Wabenstruktur, die bei einer Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor als Katalysator träger verwendet wird, sowie auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Als Katalysatorträger für eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen wurde bislang eine wie in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigte Wabenstruktur 9 verwendet, bei der aus Cordierit bestehende Trennwände 90 in Form einer Wabe angeordnet sind, um eine Anzahl von Zellen 99 auszubilden. Auf den Oberflächen der Trennwände 90 der Wabenstruktur 9 ist ein Katalysator 8 zur Reinigung von Abgasen aufgebracht, um die Abgase reinigende Wirkung zu zeigen.

In bezug auf die Wabenstruktur wurde in den letzten Jahren mit der Durchsetzung strenger Abgasverordnungen gegenüber Kraftfahrzeugen darauf gedrängt, den Kataly sator der Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen so rasch wie möglich zu aktivieren. Um dies zu bewältigen, wurde ein Verfahren zur Senkung der Wärmekapazität der Waben struktur als Ganzes vorgeschlagen, um die Zeitdauer zur Temperaturerhöhung zu verkürzen. Konkret wird dazu bei der Wabenstruktur die Dicke der Trennwände verringert, um das Gewicht des Katalysatorträgers zu reduzieren, damit die Wärmekapazität gesenkt wird.

Aufgrund vom Standpunkt der Herstellung her zu erwarten den Problemen unterliegt die Gewichtsreduzierung durch eine Verringerung der Dicke der Trennwände jedoch Grenzen. Deswegen wurde angestrebt, Mittel zur Senkung der Wärmekapazität der Wabenstruktur als Ganzes zu entwickeln, die auf einem anderen Verfahren als dem Verfahren zur Verringerung der Dicke der Trennwände beruhen.

Der Katalysator wird von den Trennwänden der Waben struktur getragen, indem die Trennwände mit einem den Katalysator enthaltenden Schlicker überzogen werden, woraufhin ein Trocknen folgt. Bei einer herkömmlichen Wabenstruktur weisen die Trennwände eine geringe Wasser aufnahmefähigkeit auf, wobei die Menge an Schlicker gering ist, die mit einem Mal aufgetragen werden kann. Daher werden Auftragung und Trocknung mehrmals wiederholt oder muß ein Schlicker aufgetragen werden, der den Katalysator in einer hohen Konzentration enthält.

Die mehrmalige Auftragung verringert die Herstellungs effizienz in starkem Maße. Wenn der Schlicker in hoher Konzentration aufgetragen wird, wird die Dicke t₂ des an den Ecken der Zellen 99 getragenen Katalysators sehr groß, wodurch, wie in Fig. 3 gezeigt ist, die Ausgewogen heit bezüglich der Dicke t₁ des an Hauptabschnitten getragenen Katalysators verlorengeht. Konkret gesagt ist es erwünscht, daß die Oberfläche der Katalysatorschicht in Fig. 3 an der Position der gestrichelten Linie 71 gelegen ist, jedoch nimmt die Dicke der Katalysator schicht bis zu der Position der durchgezogenen Linie 72 zu.

In diesem Fall ist der Flächeninhalt der Zellenober flächen verringert, wobei die reaktionsfördernde Wirkung des Katalysators abnimmt. Außerdem wird dadurch der Strömungswiderstand von durch die Zellen gehenden Gasen erhöht. Mit anderen Worten nimmt der Wirkungsgrad der katalytischen Reaktion ab.

Daher wurde bislang angestrebt, eine Wabenstruktur mit Trennwänden zu entwickeln, die eine höhere Wasserauf nahmefähigkeit als beim Stand der Technik aufweisen und mit einem Schlicker überzogen werden können, der einen geeigneten Konzentrationsgrad mit höherer Menge als beim Stand der Technik aufweist.

Die Erfindung erfolgte in Anbetracht der dem obengenann ten Stand der Technik innewohnenden Probleme und stellt eine Wabenstruktur, die eine ausgezeichnete Wasserauf nahmefähigkeit zeigende Trennwände aufweist und den aufgebrachten Katalysator innerhalb einer kurzen Zeit dauer aktivieren kann, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung bereit.

Die Erfindung beruht auf einer Wabenstruktur, bei der Trennwände (d. h. Zellenwände), die als eine Hauptkompo nente Cordierit mit einer chemischen Zusammensetzung umfassen, die 45 bis 55 Gew.-% SiO₂, 33 bis 42 Gew.-% Al₂O₃ und 12 bis 18 Gew.-% MgO enthält, in Form einer Wabe ausgebildet sind, wobei die Trennwände (d. h. die Zellenwände) eine Dicke von nicht mehr als 250 µm und eine Porosität von 45 bis 80% aufweisen.

Bei der Erfindung ist der wichtigste Punkt der, daß die Trennwände eine Dicke von nicht mehr als 250 µm und eine Porosität von 45 bis 80% aufweisen.

Falls die Dicke der Trennwände 250 µm überschreitet, wird es schwierig, das Gewicht der Wabenstruktur zu reduzie ren. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Trennwände nicht mehr als 110 µm. Andererseits ist es vom Standpunkt der derzeitigen Herstellungstechnologie wünschenswert, daß die Untergrenze der Trennwanddicke 50 µm beträgt.

Falls die Porosität der Trennwände geringer als 45% ist, sind die Wirkungen in bezug auf eine Gewichtsreduzierung und eine Verbesserung der Wasseraufnahmefähigkeit infolge einer verbesserten Porosität geringer. Falls die Poro sität dagegen 80% überschreitet, wird es schwierig, die Festigkeit aufrechtzuerhalten, selbst wenn die Struktur des Trägers verbessert wird.

Unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung folgt nun eine allgemeine Erläuterung der Erfindung. In der Zeich nung zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung des äußeren Erscheinungsbildes einer Wabenstruktur gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts M in Fig. 1;

Fig. 3 eine Darstellung eines Aufbringungszustands des Katalysators gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 4 ein Diagramm mit gemessenen Porositäten von Wabenstrukturen gemäß Ausführungsform 1;

Fig. 5 ein Diagramm mit gemessenen Gewichten der Waben strukturen gemäß Ausführungsform 1;

Fig. 6 ein Diagramm der Zeiten zur Aktivierung des auf dem Wabenkörper gemäß Ausführungsform 1 aufgebrachten Katalysators;

Fig. 7 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Porosität und der Zeit zur Aktivierung des Katalysators gemäß Ausführungsform 2 verdeutlicht;

Fig. 8 ein Diagramm, das die Wirkung der Schlickerkonzen tration auf die Dicke des Trägers an den Zellenecken gemäß Ausführungsform 3 verdeutlicht; und

Fig. 9 ein Diagramm, das die Wirkung der Schlickerkonzen tration auf die Dicke des Trägers an den Hauptabschnitten der Zellen gemäß Ausführungsform 3 verdeutlicht.

Es werden nun Funktionsweise und Wirkung der erfindungs gemäßen Wabenstruktur erläutert.

Die erfindungsgemäße Wabenstruktur wird durch die Trenn wände gebildet, die eine Dicke von nicht mehr als 250 um und eine Porosität von 45 bis 80% aufweisen. Verglichen mit einer herkömmlichen Wabenstruktur kann daher das Gewicht stark reduziert und die Wasseraufnahmefähigkeit erhöht werden.

Eine herkömmliche Wabenstruktur weist nämlich im allge meinen eine Porosität von etwa 35% auf, wobei in Hinsicht auf eine Reduzierung des Gewichts selbst dann Grenzen gesetzt sind, wenn die Dicke der Trennwände verringert wird. Dagegen kann durch die Erfindung das Gewicht der Wabenstruktur weiter reduziert werden, indem die Porosität derart verbessert wird, daß sie innerhalb des obengenannten speziellen Bereichs liegt, während die Trennwände eine ähnliche Dicke wie bei dem Stand der Technik aufweisen.

Erfindungsgemäß kann daher die Wärmekapazität der Waben struktur gesenkt werden, so daß sie geringer als beim Stand der Technik ist, wodurch innerhalb einer kurzen Zeitdauer eine Aktivierung des aufgebrachten Katalysators ermöglicht wird.

Bei einer Erhöhung der Porosität der Trennwände in den Bereich von 45 bis 80% zeigen die Trennwände verglichen mit dem Stand der Technik eine verbesserte Wasserauf nahmefähigkeit. Wenn die Trennwände mit einem kataly satorhaltigen Schlicker überzogen werden, kann daher verglichen mit dem Stand der Technik die Überzugsmenge erhöht werden. Aufgrund der Erhöhung der Überzugsmenge kann die Katalysatorkonzentration in dem Schlicker (Schlickerkonzentration) im Vergleich zu dem Stand der Technik verringert werden, wenn der Katalysator von den Trennwänden in der gleichen Menge wie bei dem Stand der Technik getragen wird.

Falls die Konzentration des Schlickers verringert werden kann, kann die Viskosität des Schlickers abnehmen, wodurch es möglich ist, dem dem Stand der Technik inne wohnenden Nachteil zu begegnen, daß der aufgebrachte Schlicker an den Ecken der Zellen in übermäßiger Dicke festgehalten wird.

Dadurch kann die Katalysatortragewirkung (der Reaktions wirkungsgrad) gesteigert werden, so daß sie größer als bei dem Stand der Technik ist.

Erfindungsgemäß sind somit eine Wabenstruktur mit eine hervorragende Wasseraufnahmefähigkeit zeigenden Trenn wänden, die eine Aktivierung des aufgebrachten Kataly sators innerhalb einer kurzen Zeitdauer ermöglicht, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung bereitgestellt.

Die erfindungsgemäße Wabenstruktur dient außerdem als Katalysatorträger, der auf den Oberflächen der Trennwände einen Katalysator trägt. In diesem Fall kann die obenge nannte Wabenstruktur als Katalysatorträger bei einer Katalysatorvorrichtung zur Reinigung von Abgasen verwen det werden, wie sie beispielsweise aus Kraftfahrzeugen abgegeben werden.

Damit sich die obengenannte hervorragende Wabenstruktur erzielen läßt, sind die Trennwände der Wabenstruktur, die als eine Hauptkomponente Cordierit mit einer chemischen Zusammensetzung umfassen, die 45 bis 55 Gew.-% SiO₂, 33 bis 42 Gew.-% Al₂O₃ und 12 bis 18 Gew.-% MgO enthält, in Form einer Wabe ausgebildet, wobei die Trennwände eine Dicke von nicht mehr als 250 µm und eine Porosität von 45 bis 80% aufweisen.

Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ist der wichtigste Punkt der, daß die Ausgangsmaterialien für Cordierit 5 bis 15 Gewichtsanteile verbrennbarer Teilchen enthalten.

Falls die verbrennbaren Teilchen in einer Menge von weniger als 5 Gewichtsanteilen zu den Ausgangsmaterialien für Cordierit hinzugegeben werden, nimmt das Verteilungs verhältnis an feinen Poren ab, die in den Trennwänden ausgebildet werden, und kann keine hohe Porosität erzielt werden. Falls die Zugabemenge 15 Gewichtsanteile über schreitet, nimmt das Verteilungsverhältnis an feinen Poren in den Trennwänden zu stark zu und verlieren die Trennwände die Festigkeit.

Als nächstes wird die Funktionsweise und Wirkung des Herstellungsverfahrens beschrieben.

Bei dem Herstellungsverfahren werden die Ausgangsmate rialien für Cordierit verwendet, zu denen in der obenge nannten speziellen Menge brennbare Teilchen speziellen Teilchendurchmessers zugegeben sind. Während des Brennens nach dem Kneten, Formen und Trocknen verbrennen die brennbaren Teilchen und verschwinden, wobei in den Trennwänden feine Poren ausgebildet werden.

Der Gehalt der brennbaren Teilchen ist auf das obenge nannte spezielle Verhältnis beschränkt. Dadurch wird das Verteilungsverhältnis an feinen Poren, die in den Trenn wänden ausgebildet werden, gesteuert, wodurch leicht eine Porosität von 45 bis 80% erreicht werden kann.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ermöglicht es also, auf leichte Weise die vorstehend erwähnte hervor ragende Wabenstruktur zu erhalten.

Es ist wünschenswert, daß die brennbaren Teilchen Kohlen stoffteilchen sind. Damit können auf verhältnismäßig leichte Weise brennbare Teilchen mit speziellen Teilchen durchmessern erhalten und die Herstellungskosten gesenkt werden.

Als brennbare Teilchen können anstelle der Kohlenstoff teilchen auch verschiedene brennbare Stoffe wie Sägemehl, Brotkrumen oder Aufschäummittel verwendet werden.

Bei dem obengenannten Herstellungsverfahren können als Ausgangsstoffe für Cordierit Siliziumoxid, Talk und Aluminiumhydroxid verwendet werden, wobei ihr Gehalt derart eingestellt werden kann, daß die Porosität gesteu ert wird. Siliziumoxid und Talk fördern beispielsweise die Ausbildung von Poren aufgrund der Migration der Komponenten in dem Brennreaktionsschritt. Das Aluminium hydroxid fördert die Ausbildung von Poren, wenn das Kristallwasser in den Ausgangsmaterialien verdampft.

Die Erfindung wird nun nachstehend anhand von Versuchs ergebnissen und Ausführungsformen näher erläutert.

Ausführungsform 1

Es erfolgt nun eine Beschreibung der Wabenstruktur und des Herstellungsverfahrens unter Bezugnahme auf Fig. 4 bis Fig. 6.

Die Wabenstruktur gemäß dieser Ausführungsform umfaßt wie in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigte Trennwände 90 in Form einer Wabe, die als eine Hauptkomponente Cordierit mit einer chemischen Zusammensetzung umfassen, die 45 bis 55 Gew.-% SiO₂, 33 bis 42 Gew.-% Al₂O₃ und 12 bis 18 Gew.-% MgO enthält, wobei die Trennwände 90 eine Dicke von nicht mehr als 250 um und eine Porosität von 45 bis 80% aufweisen.

Bei dieser Ausführungsform wurden eine Wabenstruktur (Probekörper E1), die ein wie vorstehend beschrieben aufgebautes erfindungsgemäßes Erzeugnis darstellt, und eine Wabenstruktur (Probekörper C1) hergestellt, die ein zu Vergleichszwecken dienendes herkömmliches Erzeugnis darstellt. Die zwei Wabenstrukturen (E1, C1) wurden hinsichtlich ihrer Wirkung in bezug auf eine Gewichts reduzierung und eine Aktivierung des Katalysators inner halb einer kurzen Zeitdauer beurteilt. Die beiden Waben strukturen wiesen einen Außendurchmesser von 76 mm, eine Länge von 85 mm und eine Maschenzahl von 400 auf, wobei die Dicke der Trennwände 110 µm betrug.

Nachstehend ist zunächst das Verfahren zur Herstellung des Probekörpers E1 beschrieben, der das erfindungsgemäße Erzeugnis darstellt.

Zur Herstellung des Probekörpers E1 fanden zunächst Ausgangsmaterialien für Cordierit Verwendung, wie sie in Tabelle 1 und 2 angegeben sind. Wie aus diesen Tabellen hervorgeht, wurde die Wabenstruktur des Probekörpers E1 angefertigt, indem die Ausgangsmaterialien für Cordierit, die in den in Tabelle 1 gezeigten Mengen Kaolin, Aluminiumhydroxid, Aluminiumoxid, Talk und Kohlenstoff teilchen umfaßten, gemischt wurden und zudem als brenn bare Teilchen in einer Menge von 15 Gewichtsanteilen Kohlenstoffteilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 µm hinzugegeben waren.

Tabelle 1

Tabelle 2

Zu den Ausgangsmaterialien für Cordierit wurden des weiteren in vorgegebenen Mengen (siehe Tabelle 1) Methyl zellulose als Bindemittel, Glyzerin als Schmiermittel und Wasser hinzugegeben. Die Mischung wurde dann geknetet und in Form einer Wabe extrudiert, indem eine Düse zur Ausbildung einer Wabe verwendet wurde. Als nächstes wurde das extrudierte Zwischenmaterial in Form einer Wabe getrocknet, in eine vorbestimmte Größe geschnitten und gebrannt.

Das Brennen erfolgte durch eine Erhöhung der Temperatur auf 1400°C mit einer Rate von etwa 1°C pro Minute, ein Halten dieser Temperatur für ungefähr 5 Stunden und dann eine allmähliche Absenkung der Temperatur auf Zimmer temperatur. Nach dem Brennen war die Wabenstruktur fertiggestellt (Probekörper E1).

Als nächstes wurde der Probekörper C1 angefertigt, der das herkömmliche Erzeugnis darstellt, wobei die Ausgangs materialien für Cordierit mit der gleichen Zusammen setzung wie bei dem erfindungsgemäßen Probekörper E1 Verwendung fanden, jedoch wie in Tabelle 1 gezeigt keine Kohlenstoffteilchen hinzugegeben wurden. Die übrigen Bedingungen waren die gleichen wie für den erfindungs gemäßen Probekörper E1.

Tabelle 3 zeigt die Spezifikationen und Eigenschaften der erhaltenen Wabenstrukturen (E1, C1).

Die Porositäten wurden unter Verwendung eines Porosi meters mittels des Quecksilbereindring-Porositäts verfahrens gemessen.

Die gemessenen Ergebnisse sind in Tabelle 3 und Fig. 4 gezeigt, wobei auf der Abszisse die Art der Wabenstruktur und auf der Ordinate die Porosität dargestellt ist.

Wie aus Tabelle 3 und Fig. 4 ersichtlich ist, besaß der Probekörper E1, der das erfindungsgemäße Erzeugnis darstellt, eine Porosität von 50%, die verglichen mit der Porosität des herkömmlichen Erzeugnisses C1 deutlich höher ist.

In Tabelle 3 und Fig. 5 ist darüber hinaus die Wirkung in bezug auf die Gewichtsreduzierung der Wabenstrukturen (Probekörper E1, C1) gezeigt, wobei auf der Abszisse die Art der Wabenstruktur und auf der Ordinate das Gewicht der Wabenstruktur dargestellt ist. Zu Vergleichszwecken zeigt Fig. 5 zusätzlich ein herkömmliches Erzeugnis C2, das eine Wabenstruktur mit Trennwänden von 150 µm Dicke darstellt, das bislang hauptsächlich Verwendung fand. Das herkömmliche Erzeugnis C2 wurde auf die gleiche Weise wie das obengenannte herkömmliche Erzeugnis C1 angefertigt.

Wie aus Tabelle 3 und Fig. 5 hervorgeht, weist das herkömmliche Erzeugnis C1 ein Gewicht auf, das verglichen mit dem herkömmlichen Erzeugnis C2 infolge der Verringe rung der Dicke der Trennwände um etwa 25% reduziert ist. Das erfindungsgemäße Erzeugnis weist demgegenüber ein Gewicht auf, das verglichen mit dem herkömmlichen Erzeug nis C1 um etwa weitere 20% reduziert ist.

In Tabelle 2 sind darüber hinaus die Wasseraufnahmefähig keit, die isostatischen Festigkeiten und die Wärme dehnungskoeffizienten der Probekörper E1 und C1 gezeigt. Dabei bedeutet eine Verbesserung der Wasseraufnahmefähig keit des Probekörpers E1 eine Erhöhung der Porosität, die mit der Wirkung einer Gewichtsreduzierung des Trägers einhergeht.

Die isostatische Festigkeit wird ermittelt, indem an beiden Endoberflächen der Wabenstruktur 22 mm große Aluminiumplatten angebracht werden, der gesamte Aufbau mit einer Gummiröhre abgedichtet wird, ein hydro statischer Druck aufgebracht wird und der Druck zu dem Zeitpunkt gemessen wird, wenn die Wabenstruktur bricht. Der Probekörper E1 zeigt eine isostatische Festigkeit, die aufgrund der Porositätserhöhung geringer als die des Probekörpers C1 ist, was nicht zu vermeiden ist. Eine Abnahme der isostatischen Festigkeit dieses Ausmaßes kann jedoch durch eine Änderung der Form der Wabenstruktur oder durch eine Verbesserung der Umhüllung zum Stützen der Wabenstruktur ausgeglichen werden.

Tabelle 3

Bei dieser Ausführungsform wurde als nächstes auf den Probe körpern E1 und C1 ein Katalysator aufgebracht und ein Versuch durchgeführt, um die Katalysatoraktivierungs eigenschaften der Probekörper quantitativ zu beurteilen. Der Katalysator war auf jedem der Probekörper E1 und C1 mit einer Tragemenge von 120 g/Liter aufgebracht.

Der Versuch wurde durchgeführt, indem jeder Probekörper in das Abgassystem eines V8-Bezinmotors mit einem Hubraum von 4000 cm³ eingebaut und der Motor gleichmäßig laufen gelassen wurde, so daß die Temperatur der in den Probe körper eintretenden Gase 500°C betrug.

Fig. 6 zeigt die Ergebnisse des Versuchs, wobei auf der Abszisse die Probekörper und auf der Ordinate die Zeit (in Sekunden), bis 50% HC (Kohlenwasserstoff) beseitigt waren, dargestellt ist.

Wie sich aus Fig. 6 ergibt, war bei dem Probekörper E1, der das erfindungsgemäße Erzeugnis darstellt, die Zeit zur Aktivierung des Katalysators verglichen mit der des Probekörpers C1, der das herkömmliche Erzeugnis darstellt, stark verkürzt.

Ausführungsform 2

Bei dieser Ausführungsform wurde die Wirkung der Poro sität der Trennwände auf die Zeit zur Aktivierung des Katalysators näher untersucht. Konkret wurde auf der Grundlage des Probekörpers E1 gemäß Ausführungsform 1 die Porosität über einen Bereich von 25% bis 85% verändert, wobei die Zeiten gemessen wurden, bis nach dem Start des Motors 80% oder mehr HC beseitigt war. Darüber hinaus entsprach diese Ausführungsform der Ausführungsform 1.

Fig. 7 zeigt die Versuchsergebnisse, wobei auf der Abszisse die Porosität (%) und auf der Ordinate die Zeit T (in Sekunden) dargestellt ist, bis 80% oder mehr HC beseitigt waren.

Wie sich aus Fig. 7 ergibt, wird durch einen Anstieg der Porosität die Zeit zur Aktivierung verkürzt, wobei ein hervorragendes Reinigungsvermögen gezeigt wird. In der Praxis ist es darüber hinaus wünschenswert, daß die Zeit zur Aktivierung nicht mehr als 28 s beträgt und daß von diesem Gesichtspunkt aus betrachtet die Porosität vorzugsweise nicht geringer als 45% ist. Ein verbesser tes Reinigungsvermögen kann auch dann erwartet werden, wenn die Porosität geringer als 80% ist. Vom Standpunkt, die Festigkeit der Wabenstruktur aufrechtzuerhalten, ist es derzeit jedoch nicht gewünscht, die Porosität auf mehr als 80% zu erhöhen. Die Porosität beträgt daher vorzugs weise 45% bis 80%.

Ausführungsform 3

Bei dieser Ausführungsform wurde quantitativ die Wirkung infolge einer Erhöhung der Wasseraufnahmefähigkeit der Trennwände der Wabenstruktur beurteilt.

Zunächst wurden auf der Grundlage des Probekörpers E1 gemäß Ausführungsform 1 Wabenstrukturen angefertigt, bei denen die Porosität über einen Bereich von 30 bis 80% geändert wurde. Dann wurden zwei Arten von Versuchen durchgeführt, bei denen die Trennwände der Wabenstruktur mit zwei Schlickern, nämlich einem Schlicker A mit einer hohen Konzentration und einem Schlicker B mit einer geringen Konzentration, überzogen wurden.

Die Schlicker A und B wurden hergestellt, indem ein Lösungsmittel und ein Katalysatorkomponenten enthaltender Feststoff verwendet wurden. Wenn für die Gesamtmenge des Schlickers 100 Gew.-% angenommen wird, enthielt der Schlicker A die feste Komponente in einer Menge von 46 Gew.-% und der Schlicker B die feste Komponente in einer Menge von 43 Gew.-%.

Bei dem ersten Versuch wurden die unterschiedliche Porositäten aufweisenden Wabenstrukturen mit einem Schlicker überzogen und getrocknet, so daß der Kataly sator in einer derartigen Weise aufgebracht war, daß wie in Fig. 3 gezeigt die Dicke t₁ des Katalysators auf Hauptabschnitten etwa 20 µm betrug (bei 120 g/Liter aufgebrachter Gesamtmenge). Wenn der Katalysator nach einem Überzugsvorgang nicht in der gewünschten Menge aufgebracht war, wurde der Überzugsvorgang mehrmals wiederholt.

Nachdem der Katalysator bis zu der Dicke t₁ von etwa 20 µm aufgebracht war, wurde das Verhältnis (t₂/t₁) der Dicke t₁ des auf den Hauptabschnitten aufgebrachten Katalysators zu der Dicke t₂ des an den Eckenabschnitten aufgebrachten Katalysators gemessen (Fig. 3).

Die Ergebnisse sind in Fig. 8 gezeigt, wobei auf der Abszisse die Porosität (%) und auf der Ordinate das Verhältnis (t₂/t₁) dargestellt ist.

Wie aus Fig. 8 hervorgeht, ist das Verhältnis bei Auftra gung des Schlickers A mit hoher Konzentration größer als bei Auftragung des Schlickers B mit geringer Konzen tration, wobei die Dicke t₂ zunimmt. Wenn einer der Schlicker A oder B aufgetragen wird, nimmt das Verhältnis bei Zunahme der Porosität ab, wobei sich die Dicke t₂ bei zunehmender Porosität der Dicke t₁ nähert.

Bei dem zweiten Versuch wurden unter Verwendung der Schlicker A und B die Mengen des Katalysators gemessen, die nach einmaliger Auftragung auf den unterschiedliche Porositäten aufweisenden Wabenstrukturen aufgebracht waren.

In Fig. 9 sind die Meßergebnisse dargestellt, wobei auf der Abszisse die Porosität (%) und auf der Ordinate die Dicke t₁ (µm) des aufgebrachten Katalysators dargestellt ist. Die Zieldicke des aufgebrachten Katalysators beträgt 20 µm, wobei Erzeugnisse mit einer Dicke im Bereich von 20 ± 10 µm akzeptabel sind.

Wie aus Fig. 9 hervorgeht, ist die nach einmaliger Auftragung aufgebrachte Menge des Katalysators, wenn der Schlicker B mit geringer Konzentration aufgetragen wird, kleiner als dann, wenn der Schlicker A mit hoher Konzen tration aufgetragen wird. Wenn der Wabenkörper mit einer Porosität von etwa 35% verwendet wird, muß daher der Schlicker A verwendet oder der Schlicker B mehrmals aufgetragen werden. Wenn die Wabenstruktur mit einer Porosität von nicht weniger als 45% verwendet wird, ist andererseits ersichtlich, daß sich der Katalysator bei einmaliger Auftragung mit einer ausreichend hohen Dicke absetzt, auch wenn der eine geringe Konzentration aufwei sende Schlicker B verwendet wird.

Wie aus den vorstehenden Ergebnissen hervorgeht, kann durch eine Steuerung der Porosität innerhalb eines Bereichs von 45 bis 80% bei dem Katalysator durch einmalige Auftragung ein günstiger Aufbringungszustand verwirklicht werden, wodurch es möglich wird, sowohl die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen zu steigern als auch die Kosten zu senken.

Obwohl sich die obengenannten Ausführungsformen auf Wabenstrukturen beziehen, die viereckförmige Zellen aufweisen, können die Zellen über die Viereckform hinaus auch eine Hexagonalform oder dergleichen aufweisen.

Wichtig ist jedoch, daß bei der Wabenstruktur die Trenn wände, die als eine Hauptkomponente Cordierit mit einer chemischen Zusammensetzung umfassen, die 45 bis 55 Gew.-% SiO₂, 33 bis 42 Gew.-% Al₂O₃ und 12 bis 18 Gew.-% MgO enthält, in Form einer Wabe ausgebildet sind und die Trennwände eine Dicke von nicht mehr als 250 µm und eine Porosität von 45 bis 80% aufweisen.

Claims

1. Wabenstruktur (9), bei der Trennwände (90), die als eine Hauptkomponente Cordierit mit einer chemischen Zusammensetzung umfassen, die 45 bis 55 Gew.-% SiO₂, 33 bis 42 Gew.-% Al₂O₃ und 12 bis 18 Gew.-% MgO enthält, in Form einer Wabe (99) ausgebildet sind, wobei die Trenn wände (90) eine Dicke von nicht mehr als 250 µm und eine Porosität von 45 bis 80% aufweisen.

2. Wabenstruktur (9) nach Anspruch 1, wobei die Waben struktur (9) ein Katalysatorträger zum Tragen eines Katalysators (8) auf den Oberflächen der Trennwände (90) ist.

3. Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur (9), mit den Schritten:
Hinzugeben und Einkneten von Bindemittel und Wasser bei Ausgangsmaterialien für Cordierit,
Extrudieren des gekneteten Materials, und
Brennen des extrudierten Materials, um Trennwände (90) in Form von Waben (99) auszubilden, die als eine Hauptkomponente Cordierit mit einer chemischen Zusammen setzung umfassen, die 45 bis 55 Gew.-% SiO₂, 33 bis 42 Gew.-% Al₂O₃ und 12 bis 18 Gew.-% MgO enthält,
wobei die Ausgangsmaterialien für Cordierit 5 bis 15 Gewichtsanteile brennbarer Teilchen enthalten.

4. Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur (9) nach Anspruch 3, wobei die brennbaren Teilchen Kohlenstoff teilchen sind.