DE2149663A1

DE2149663A1 - Feuerfestzusammensetzung und Formkoerper als Katalysatortraeger sowie Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2149663A1
Application number: DE19712149663
Authority: DE
Inventors: Hunter James Bruce
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1970-10-06
Filing date: 1971-10-05
Publication date: 1972-04-13
Also published as: US3799796A; CA984369A; GB1374273A

Description

Feuerfestzusammensetzung und Formkörper als Katalysatorträger sowie Verfahren zu deren Herstellung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine feuerfeste Zusammensetzung, die in einzigartiger Weise als Katalysatorträger brauchbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen dieser Zusammensetzung sowie Katalysatoren aus dieser.

Auf Grund des verstärkten Interesses an einer Vermeidung der Luftverschmutzung wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um auf diesem Gebiet brauchbare Katalysatoren und deren Träger zu verbessern. Eine wichtige Anforderung an derartige Materialien besteht darin, daß die Katalysatorstruktur derart sein muß, daß sie eine hohe Raumgeschwindigkeit zuläßt, d.h. daß sie je Raumeinheit des Katalysators erhebliche Volumen an Abgasen oder Rauch je Zeiteinheit ohne wesentlichen Druckabfall oder Verminderung der Gasgeschwindigkeit hindurchläßt. Allgemein sind bienen-

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, wabenförmige keramische Strukturen in dieser Hinsicht befriedigend, die Verfahren, nach denen derartige Strukturen hergestellt werden, sind jedoch kompliziert und zeitraubend. Folglich sind die derzeit verfügbaren bienenwabenförmigen keramischen Träger und aus diesen hergestellten Katalysatoren für zahlreiche wichtige Anwendungsfälle von Katalysatoren zu teuer.

Einer der bienenwabenförmigen Keramikkörper, der derzeit . als Träger oder Unterlage für Katalysatoren verfügbar ist, wird nach einem Verfahren hergestellt, das in der USA-Patentschrift 3 255 027 beschrieben ist. Bei diesem Verfahren werden bienenwabenartige Scheiben aus Aluminium (gewöhnlich mit Abmessungen in der Größenordnung von 30,4 χ 30,4 χ 1,27, 2,54 oder 3,81 cm (I¹ χ Ι¹ χ 1/2", 1" oder 1,5"), die aus entsprechend geformten und mit Epoxybindern od.dgl. miteinander verbundenen Aluminiumbändern hergestellt sind) durch Eintauchen in eine Schlämme beschichtet, die in verschiedenen Mengen Aluminiumpulver, kieselsaures Natron, Siliziumkarbid, Dickmittel u.dgl. enthält. Nach zwei oder mdir Beschichtungen durch Eintauchen mit jeweils dazwischen erfolgender Trocknung werden die Scheiben sorgfältig nach änem genau festgelegten Plan gebrannt, wozu eine Gesamtzeit von etwa vier Tagen und Endtemperaturen bis hinauf zu 1400 C erforderlich sind. Das fertige Erzeugnis ist eine bienenwabenförmige Keramikscheibe, die eine sogenannte "Mullite"-Struktur (3 Al₂O₃/2SiO₂) hat. Das Erzeugnis ist hart und hat eine verhältnismäßig glatte Oberfläche. Wenn das Material daher als Katalysatorträger benutzt werden soll, wird es im allgemeinen mit einem als "Waschbeschichtung" bezeichneten Verfahren mit einer eine große Oberfläche

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aufweisenden Alaunerde beschichtet, um die Oberfläche des Erzeugnisses zu vergrößern. Nach der Waschbeschlchtung erfoigt eine Lufttrocknung, dann wird bei hoher Temperatur gebrannt und das Katalysatormetall od.dgl. aufgebracht .

Bevor das Katalysatormetall od.dgl. aufgebracht wird, wird der durch Vaschbeschichtung beschichtete Träger mit geeigneten Mitteln geschnitten, z.B. mit einem Diamantlochschneider oder einer Hartmetallsäge (unter Wasser oder trocken), um eine Anzahl von Scheiben od.dgl. geeigneter Größe und Gestalt zu erhalten. Der Abfall dieses Schneidvorganges wird weggeworfen, während die Scheiben oder anders geschnittenen Formkörper in der erforderlichen Weise behandelt werden, um den gewünschten Katalysator zu erhalten. Wenn die Scheiben beispielsweise als Katalysatorträger benutzt werden sollen, kann man sie über Nacht bei 121°C trocknen, bei etwa 0,2 bis 0,3 % Metallauftrag platinieren und als fertiges Erzeugnis zum Verbraucher transportieren.

Man erkennt, daß das obenbeschriebene Verfahren zum Herstellen bienenwabenförmiger Keramikkatalysatorträger und der Katalysatoren aus diesen zeitraubend, kompliziert und teuer ist. Der beim Schneiden der waschbeschichteten Erzeugnisse anfallende Abfall ist ein Material, das bereits in hohem Maße bearbeitet worden ist und folglich einen "teueren" Abfall darstellt. Das Brennen zur Bildung der MuIIitestruktur erfordert die Anwendung äußerst streng gesteuerter Zeit-Temperatur-Programme mit verhältnismäßig hohen Temperaturen und langer Zeitdauer, was zwangsläufig sehr zu den hohen Kosten des Erzeugnisses

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beiträgt. Folglich ist das Erzeugnis zu teuer zur Anwendung bei vielen möglichen Anwendungsfällen von Katalysatoren. Dies gilt insbesondere dann, wenn die folgenden Bedingungen gegeben sind:

1. Die Raumgeschwindigkeit ist niedrig (z.B. kleiner als 10.000 HR"¹)

2. Die Temperaturbedingungen sind nicht sehr hoch (die auftretende Temperatur T ist gleich oder kleiner als 760 C) und

3. eine besonders große physikalische Festigkeit des Katalysators ist nicht erforderlich.

Diese Bedingungen sind beispielsweise bei Katalysatoren für selbstreinigende öfen und bei der Abgaskontrolle für Autos und Dieselmotoren gegeben.

Hauptaufgabe der vorliegenden Erfinung ist die Schaffung eines als Katalysatorträger geeigneten keramischen Materials und eines Verfahrens zur Herstellung desselben, bei denen die obenerwähnten Schwierigkeiten und Nachteile ™ nicht auftreten. Im einzelnen soll die Erfindung ein keramisches Material schaffen, das als Katalysatorträger vorzüglich geeignet und verhältnismäßig billig herzustellen ist und daher für Anwendungsfälle in Betracht kommt, bei denen bisher die Anwendung derartiger Katalysatoren praktisch oder wirtschaftlich nicht in Betracht kam. Das Erzeugnis gemäß der vorliegenden Erfindung hat vorzugsweise bienenwabenförmige Gestalt, jedoch ist die Erfindung keineswegs auf diese äußere Form oder Gestalt des Erzeugnisses beschränkt und vielmehr in weiterem Rahmen anwendbar, was sich aus der fügenden Darstellung noch ergibt.

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Diese Aufgaben werden gemäß der Erfindung durch die Schaffung eines keramischen oder feuerfesten Trägermaterials gelöst, das eine poröse äußere Schicht oder Beschichtung aus Al^Oo/SiO^-Fasern aufweist, die einen inneren Teil umgeben und fest mit diesem verbunden sind, welcher ganz oder im wesentlichen aus Al₃O₃ besteht oder einen Kern aus Metall, z.B. Flußstahl, rostfreiem Stahl, Inconel, einer Aluminiumlegierung oder einem anderen Material, wie etwa Metallpartikelzusammensetzungen in einem keramischen Gefüge aufweisen kann.

Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung werden eine oder mehrere Keramikbinderschichten, die in erster Linie Al₂O₃/SiO₂-Fas-iern enthalten, auf eine Aluminiumstruktur aufgebracht, beispielsweise eine herkömmliche Aluminiumbienenwabe, deren Teile mit einem Epoxybinder od.dgl. zusammengehalten sind, woraufhin getrocknet wird, um eine poröse, faserige Beschichtung auf der Bienenwabe od.dgl. Grundkörper zu schaffen, um anschließend das beschichtete Erzeugnis zu brennen, wobei das Aluminium geschmolzen und in Aluminiumoxyd umgewandelt wird. Zur Abwandlung der Struktur für gewisse Anwendungsfälle kann es wünschenswert sein, in den keramischen Binder zusätzlich etwas Al₂0,j-Pulver mit großer Oberfläche und/oder ein Metallpulver zu geben, dessen Schmelzpunkt höher ist als der von Aluminium. Das vom geschmolzenen Aluminium benetzte Metalipulver begünstigt die Diffusion des Aluminiums und legiert gleichzeitig mit diesem zur Bildung einer festigenden Metalleinschließung. Trotz der Tatsache, dau das Aluminium geschmolzen wird, hält das faserige Keramikmaterial das geschmolzene Aluminium an Ort und Stelle, während gleichzeitig die Oxydation oder

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Legierung des Aluminiums auftreten kann, so daß das gebrannte Erzeugnis die ursprüngliche Gestalt des Ausgangskörpers behält. Dieses Erzeugnis hat hervorragende Eigenschaften zur Verwendung als Katalysatorträger und wegen der porösen Außenbeschichtung aus Keramikfasern ist keine Waschbes diichtung vor der Metallisierung erforderlich, um eine geeignete Katalysatoroberfläche zu schaffen. Das gebrannte Erzeugnis kann daher unmittelbar mit den herkömmlichen Metallisierverfahren zur Bildung eines Kata- ^ lysators metallisiert werden, obwohl - wenn dies wünschenswert ist - selbstverständlich auch eine Waschbeschichtung vor der Metallisierung angewendet werden kann.

Ein Weg zur Herstellung eines Erzeugnisses gemäß der Erfindung besteht darin, daß man die gewünschte Anzahl von Scheiben oder anderen Grundformen der erforderlichen Größe stanzt oder auf andere Weise aus einer herkömmlichen Aluminiumbienenwabenscheibe ausschneidet, dann eine ununterbrochene Beschichtung durch Eintauchen des ausgeschnittenen Teils in eine wäßrige Schlämme aus einem Keramikbinder herstellt, der A^O./SiC^-Fasern enthält, woraufhin eine Lufttrocknung und dann ein wenigstens zweistufiger Brennvorgang erfolgt, wobei Temperaturen und Brennzeiten angewendet werden, die ausreichen, um den Binder, z.B. das Epoxyharz, das normalerweise zur Bildung einer Aluminiumbienenwabe benutzt wird, auszutreiben und das Aluminium zu schmelzen.

Bei einem zweiten, im Rahmen der Erfindung anwendbaren Weg kann die wäßrige Keramikbinderschlämme zusätzlich eine gewisse Menge Al₂O₃ mit großer Oberfläche enthalten, um eine Unterlage mit größerer, katalytisch wirksamer

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- 7 Oberfläche zu schaffen.

Gemäß einer dritten Variante kann die wäßrige Schlämme zusätzlich eine gewisse Menge Metallpulver enthalten, um der Unterlage eine größere physikalische Festigkeit zu verleihen.

Eine vierte und bevorzugte Variante besteht in der Kombination der zweiten und der dritten obenbeschriebenen Varianten. Bei dieser Variante wird die Aluminiumstruktur zunächst durch Eintauchen in eine Keramikbinderschlämme beschichtet, die ein Metallpulver aus einem Metali enthält, dessen Schmelzpunkt über dem des Aluminiums liegt und das zur Legierung mit Aluminium geeignet ist. Nach der Lufttrocknung wird die so beschichtete Struktur ein zweites Mal durch Eintauchen beschichtet mit einer Dispersion aus eine große Oberfläche aufweisendem Al₂O- in einem keramischen Binder. Nach einer zweiten Lufttrocknung wird die zweimal durch Eintauchen beschichtete Unterlage bei einer Temperatur gebrannt, die unter dem Schmelzpunkt von Aluminium liegt, um den Epoxybinder auszubrennen, und dann wird sie noch einmal bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt des Aluminiums gebrannt, um das Aluminium zu schmelzen und seine Legierung mit dem Metallpulver an dessen Oberfläche zu bewirken. Alles metallische Aluminium, das hierbei nicht legiert wird, wird anschließend durch Diffusion und Reaktion mit Sauerstoff in der Ofenatmosphäre in Al₂O₃ verwandelt.

Eine sehr erhebliche Verbesserung der mechanischen Festigkeit des Enderzeugnisses kann man erreichen, wenn man vor dem Brennen diejenigen Strukturen, die keine

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Metallpulverkomponente enthalten, mit einer Lösung aus 10 Gew.-% Alkalimetallkarbonat, z.B. einer K₂CO₃-LoSUHg, imprägniert.

Die Faser-Binder-Beschichtung umhüllt das Aluminium vollkommen und bewahrt die bienenwabenförmige Struktur trotz der Tatsache, daß das Aluminium geschmolzen wird, wobei ausreichend Luft durch die faserige Schicht hindurchtreten kann, um das Aluminium zu oxydieren, während das Aluminium, obwohl es geschmolzen ist, nicht entweichen ) kann. Schwierig ist die Bestimmung des Grades, bis zu dem das Aluminium während des Brennvorganges zu Aluminiumoxyd oxydiert wird. In jedem Falle wird das geschmolzene Aluminium entweder in Aluminiumoxyd verwandelt oder mit den Metallpartikeln legiert, die an der ursprünglichen Metallstruktur liegen können. Das gebrannte Erzeugnis, das die gleiche Gestalt wie die Ausgangsstruktur hat, ist nach der Abkühlung fertig zur Imprägnierung mit Katalysatormetall, um den Katalysator fertigzustellen.

Die obige Beschreibung zeigt, daß das Verfahren gemäß der " Erfindung im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren einen wesentlich einfacheren und leichteren Weg zur Herstellung keramischer Bienenwabenstrukturen od.dgl. für Katalysatoren darstellt. Die beim Brennen angewendeten Temperaturen sind sehr viel niedriger und die Brennzeiten sind kürzer, als sie bei den herkömmlichen Verfahren erforderlich waren. Zudem kann, was oben bereits ausgeführt wurde, beim Verfahren gemäß der Erfindung die bisher erforderliche Waschbeschichtung entfallen. Ferner werden die gewünschten Formen aus der bienenwabenförmigen Scheibe beim erfindungsgemäßen Verfahren als erster

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Schritt ausgeschnitten und nicht erst - wie bei den herkömmlichen Verfahren - nach der Waschbeschichtung, so daü der anfallende Abfall wesentlich billiger ist als bei den herkömmlichen Verfahren.

Der Erfolg der vorliegenden Erfindung ist in großem Maße der Verwendung eines keramischen Binders zuzuschreiben, der A^Oo/SiOrt-Fasern enthält. Man kann auch andere keramische Binder verwenden, ein besonders geeigneter keramischer Binder ist jedoch der unter der Bezeichnung "Fiberfrax QF-180 Cement" (Carborundum) erhältliche Binder. Dieser Binder enthält das Reaktionsprodukt von Al₃Oo und SiO^ zu Fasern geblasen und eine geringe Menge (z.B. 10 bis 15 6ew.-%) eines lufthärtenden, temperaturbeständigen Binders, z.B. kolloidale Kieselsäure. Die Durchmesser und Längen der Fasern können vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 Mikron liegen.

Die Menge des verwendeten faserigen Binders ändert sich in Abhängigkeit von anderen Arbeitsfaktoren, jedoch muß genügend Binder verwendet werden, um die Aluminiumstruktur ganz mit dem Binder zu bedecken.

Zur Erleichterung der Tauchbeschichtung wird der Binder vorzugsweise in einer wäßrigen Lösung durch Verdünnung mit Wasser angesetzt. Die Menge des dabei zugesetzten Wassers kann verschieden sein und wird so gewählt, daß die sich ergebende Schlämme eine ununterbrochene Beschichtung ergibt. Nach der Trocknung gibt der Binder wegen der in ihm enthaltenen keramischen Fasern der beschichteten Struktur die erforderliche Festigkeit zur Handhabung und weiteren Behandlung. Die bienenwabenförT mige od.dgl. gestaltete Struktur kann mehrere Male mit

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dem faserigen Keramikbinder beschichtet werden, wobei es darauf ankommt, daß schließlich eine ununterbrochene Beschichtung vorhanden ist. Die Beschichtung durch Eintauchen wird bevorzugt, man kann jedoch auch andere Beschichtungsverfahren/z.B. Sprühverfahren, anwenden.

Die Trocknung kann auf irgendeine zweckmäßige Weise erfolgen, vorzugsweise wendet man jedoch Lufttrocknungen.

Die Betriebsbedingungen beim Brennen können in weitem Rahmen variiert werden, jedoch führt man den Brennvorgang vorzugsweise gewöhnlich in wenigstens zwei fortlaufenden Stufen durch, wobei in der ersten Stufe eine unter dem Schmelzpunkt des Aluminiums liegende Temperatur angewendet wird, beispielsweise eine Temperatur im Bereich von etwa 482° bis 649°C (gewöhnlich etwa 1 bis 3 Stunden lang), worauf sich die zweite Stufe mit einer über dem Schmelzpunkt von Aluminium liegenden Temperatur anschließt, beispielsweise eine Temperatur im Bereich von 760° bis 871°C während einer Zeitspanne von 1 bis 3 Stunden. Zeiten und Temperaturen außerhalb dieser Bereiche können im Rahmen des zweistufigen Verfahrens angewendet werden, wichtig ist jedoch in jedem Falle, daß diese Brennvorgänge kontinuierlich durchgeführt werden. Außerdem ist es wichtig, daß die erste Brennstufe ausreicht, um den Binder auszutreiben, mit dem die bienenwabenförmige oder dergleichen gestaltete Struktur hergestellt worden ist. In der zweiten Brennstufe, die der ersten Stufe unmittelbar folgen soll, sollen die angewendeten Betriebsbedingungen derart sein, daß das Aluminium schmilzt und in die benachbarte Oberfläche des faserigen Binders diffundiert. Wenn die angewendeten

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Brennzeiten und Brenntemperaturen nicht ausreichen, um einerseits den bei der Herstellung der bienenwabenförmigen Ausgangsstruktur verwendeten Epoxybinder od.dgl. auszutreiben und andererseits das verbleibende Aluminium zu schmelzen und die Oxydation und/oder Legierung mit benachbartem Metallpulver zu vollenden, werden die erstrebten Ergebnisse nicht erzielt. Die herkömmlichen Epoxybinder werden beispielsweise bei etwa 538 C ausgebrannt, wenn jedoch die keramische Struktur nur auf 538 C erhitzt und dann abgekühlt wird, so stellt man fest, daß die Struktur keine Festigkeit hat und an den Verbindungsstellen auseinanderfällt, die mit dem Epoxybinder zusammengeklebt waren. Brennt man bei einer Temperatur von 649°C, die gerade unter dem Schmelzpunkt von Aluminium liegt, so wird zwar der Binder ausgetrieben und die Oberfläche des Metalls reagiert mit dem durch die poröse Faserbeschichtung hindurchtretenden Sauerstoff zur Bildung von Aluminiumoxyd, wenn jedoch keine Brenntemperatur über dem Schmelzpunkt des Aluminiums angewendet wird, erhält man eine Struktur, die unstabil ist und entlang den Zellenkanten der Bienenwabe reißt. Man erkennt also, daß der Brennzyklus derart sein muß, daß die bei der Herstellung der herkömmlichen bienenwabenförmigen Strukturen verwendeten Binder ausgetrieben werden und daß Aluminium an der Oberfläche in Aluminiumoxyd umgewandelt wird und/ oder zu einer höher schmelzenden Aluminiumlegierung.

Die Erfindung wird nun weiter zur Erläuterung und nicht etwa zur Abgrenzung des Erfindungsgedankens anhand der folgenden Beispiele erläutert:

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- 12 -Beispiel 1

Eine bienenwabenförmige Aluminiumscheibe (30,4 χ 30,4 χ 1,27 cm, die von einem Epoxybinder zusammengehalten wird, bezeichnet als Carborundum "Fiberfrax" QF-180 Cement 1/8" χ 1/8" Zellengröße/Legierung 5052/Aluminiummaß: 0,002") wurde in zahlreiche Scheiben von etwa 2,54 bis 3,81 cm Durchmesser geschnitten.

Die Scheiben wurden dann durch Eintauchen in eine wäßrige Schlämme aus Carborundum "Fiberfrax" QF-180 Cement, wobei vier Raumteile Binder mit einem Räumteii Wasser verdünnt waren, beschichtet. Die Scheiben wurden dann energisch geschüttelt (oder geblasen), um die Bienenwabenöffnungen freizumachen, und dann über Nacht luftgetrocknet. Dieser Vorgang wurde wiederholt, um die Aluminiumwabe mit einer ununterbrochenen Oberflächenschicht aus dem faserigen Binder zu versehen. Nach der Lufttrocknung über Nacht wurden die zweifach beschichteten Scheiben in einem Ofen bei 121 C 1 Stunde getrocknet, woran sich unmittelbar ein Brennvorgang bei 538 C während 1 Stunde und dann bei 649°C während 1 Stunde und schließlich bei 760°C während 1 Stunde anschloß. Am Ende dieser Zeit wurden die Scheiben aus dem Ofen genommen und auf Raumtemperatur (21,4 C) abgekühlt. Die Scheiben waren gekennzeichnet durch ihre Festigkeit und behielten ihre ursprüngliche, bienenwabenförmige Struktur bei, obwohl das gesamte Aluminium während des Brennvorganges geschmolzen worden war. Eine Untersuchung zeigte, dal} die bienenwabenförmigen Erzeugnisse eine grobporige Beschichtung aus A^O^/SiO« in Faserform gemischt im Inneren mit einer dispergierten Pase von ^Alo°3 aufwiesen.

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Da die Oberflache der Scheiben rauh und porös war, bestand keine Notwendigkeit, sie vor der Metallisierung mit deal Katalysatormetall einer Waschbeschichtung zu unterziehen. Daher wurden die Scheiben auf herkömmliche Weise unmittelbar platiniert (0,2 bis 0,3 % Metall) und waren dann fertig zur Verwendung als Katalysatoren, z.B. zur Behandlung von Motorabgasen. Gemäß einer Variante können mehrere dieser Scheiben zu einem "Katalysatorpfropfen*¹ dadurch zusammengesetzt werden, daß man eine oder mehrere Scheiben in einem kurzen Stück aus einem Fiberfrax-Papierschlauch od.dgl. keramischem Material oder einem Metallbehälter montiert.

Beispiel 2

Das Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß bei der zweiten Tauchbeschichtung ein eine große Oberfläche aufweisendes Gamma-Aluminiumoxyd der Schlämme zugesetzt wurde. Im wesentlichen gleiche Ergebnisse wurden erzielt.

Beispiel 3

Das Verfahren wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß Eta-Aluminiumoxyd der faserigen Binderschlämme zugesetzt wurde, wobei gleichwertige Ergebnisse erzielt wurden.

Beispiel 4

Die Beispiele 2 und 3 wurden wiederholt, nur daß in diesem Falle eine bestimmte Menge fein zerteiltes Titanpulver in die für die erste Beschichtung verwendete Schlämme gegeben wurde. Dieses Metall dient nicht nur zur Verfestigung der "Fiberfrax"-Beschichtung, sondern

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führt auch zur Umwandlung der ursprünglichen bienenwabenförmigen Aluminiumstruktur in eine höher schmelzende Titan· Aluminium-Legierung, wodurch eine zusätzliche Verfestigung der ganzen Unterlage erzielt wird. Jeder Teil der ursprünglich vorhandenen Aluminiumstruktür, der nicht in eine hoch schmelzende Aluminiumlegierung verwandelt worden ist, wird beim Brennen über 649°C zu Al₂O₃ oxydiert, so daß die ursprünglich vorhandene Aluminiumstruktur vollkommen verschwindet.

Die vorliegende Erfindung ist von besonderer Bedeutung bei der Herstellung von bienenwabenartigen Katalysatorträger η , wie es oben beispielhaft beschrieben wurde, man beachte jedoch, daß auch andere Arten von Strukturen einschließlich derjenigen, die nicht unbedingt für Katalysatoren oder deren Träger verwendet werden sollen, auf die obenbeschriebene Weise hergestellt werden können. Außerdem braucht die Ausgangsstruktur, ob diese bienenwabenartige Gestalt hat oder nicht, nicht unbedingt ganz oder im wesentlichen aus Aluminium zu bestehen. So kann die Ausgangsstruktur beispielsweise eine Bienenwabe oder ein anderer Formkörper sein, der als Schichtkörper hergestellt ist mit einem Kernblech oder Kern aus Stahl (oder einem anderen Metall, dessen Schmelzpunkt höher liegt als der von Aluminium), das bzw. der mit Außenschichten aus Aluminiumblech (mit einer Dicke von z.B. 0,002") bedeckt ist. Flache oder gewellte Streifen dieser Art können aufgerollt sein, um eine im wesentlichen bienenwabenförmige Struktur zu bilden, die dann tauchbeschichtet wird mit Al₂O₃ZSiO₂-faserigem Keramikbinder, um anschließend in der obenbeschriebenen Weise gebrannt zu werden, so daß ein abgewandeltes, bienenwabenförmiges

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Erzeugnis entsteht, das eine poröse Beschichtung aus Al₂O₃/SiO₂-Fasern aufweist, die eine dlsperglerte Phase von" Al₂O- umgeben, und einen Inneren Kern aus Stahl oder einem anderen Metall. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden Beispiel erläutert:

Beispiel 5

Ein flacher, zusammengesetzter Streifen, bestehend aus zwei Außenschichten aus Aluminium, die mit einem inneren Stahlkern verbunden sind, und ein gewellter Streifen aus dem gleichen zusammengesetzten Material wurden aufgerollt, um eine spiralförmig gewickelte Bienenwabenstruktur zu bilden. Diese wurde tauchbeschichtet und weiter-behandelt, wie es im Beisefepiel 1 beschrieben ist. Nach dem Brennen und Abkühlen erlangte man ein Erzeugnis, das bienenwabenförmige Gestalt hatte und aus einer äußeren, porösen Beschichtung aus faserigem Al₂O-/SiO₂ bestand, welche das Stahlband umhüllte und mit diesem verbunden war, und zwar direkt und/oder über eine Zwischenschicht aus Al₂O₃, wobei in die innere Oberfläche aus der Al-O₃/ S10₂-Beschichtung, d.h. die dem Stahl unmittelbar benachbarte Oberfläche, eine dispergierte Phase aus Al₂O₃ eingemischt ibt. Nach der Platinierung war das so gewonnene Erzeugnis ein hochwirksamer Katalysator.

Die Erfindung wird weiter anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen!

Fig. 1 schematisch das Verfahren gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Bienenwabenstruktur gemäß der Erfindung,

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Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 2 und

Fig. 4 einen der Fig. 3 entsprechenden Schnitt durch eine andere Ausführungsform des Erzeugnisses gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 1 zeigt, daß beim Verfahren gemäß der Erfindung zunächst aus dem bienenwabenförmigen Aluminiumblech die gewünschten Formen ausgeschnitten oder ausgestanzt werden, woraufhin die Tauchbeschichtung, anschließend die Trocknung, dann das Brennen und schließlich die Platinierung oder Metallisierung erfolgt. Fig. 2 zeigt ein bienenwabenförmiges Erzeugnis, das (siehe Fig. 3) einen Mittelteil 2 aufweist, der aus Al₂O.. besteht und einstückig verbunden ist mit und dispergiert in die poröse Beschichtung 4 aus Al^On/SiO^-Fasern. Es versteht sich, daß in der Zeichnung die Dicke des Teils 2 aus Al₂O₃ und der Beschichtung 4 stark übertrieben dargestellt sind. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist ein Metallkern 6 vorgesehen, der eine äußere Beschichtung 8 aus Al₂Oo/Si0₂-Fasern aufweist, wobei die mit 10 bezeichnete Al₂O₃-Phase * mit der Innenseite der Beschichtung 8 vermischt ist. Das Erzeugnis gemäß Fig. 4 kann nach den Beispielen 4 und hergestellt werden.

Man beachte, daß die Erfindung entweder bei Aluminium oder bei Aluminiumlegierungen anwendbar ist, beispielsweise bei Legierungen, die geringe Mengen eines oder mehrerer der folgenden Metalle enthalten: Zink (1 - 4 %), Magnesium (0,5 - 4 %), Kupfer (bis zu 0,3 %), Mangan (bis zu 0,5 %), Chrom (bis zu 0,5 %), Eisen (bis zu 0,5 %), Silizium (bis zu 0,5 X), Titan (bis zu 0,5 %), andere bis zu 0,05 %, insgesamt bis zu 0,5 %, Rest Aluminium.

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Nach Belieben kann der Teil 2 aus einem inneren Kern bestehen, der mit Aluminium umhüllt ist, wobei der Kern aus einem Metall besteht, dessen Schmelzpunkt über dem des Aluminiums liegt. Ferner kann die poröse, keramische Binderbeschichtung 4 Metallpulver aus einem Metall enthalten, dessen Schmelzpunkt höher liegt als der des Aluminiums und das mit Aluminium legiert.

Verschiedene weitere Abwandlungen der obenbeschriebenen Erfindung liegen für den Fachmann auf der Hand.

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Claims

Ansprüche

1) Feuerfestzusammensetzung als Katalysatorträger, gekennzeichnet durch eine poröse Beschichtung aus ^A3"2°3^^SiO2"^Fasern' ^{die einen inneren} Teil aus umgibt und einstückig mit diesem ver banden ist.

2) Formkörper als Katalysatorträger, dadurch gekennzeichnet, dab er aus einer Feuerfestzusammensetzung nach Anspruch 1 besteht.

3) Formkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er bienenwabenartige Gestalt hat.

4) Formkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung platiniert ist.

5) Formkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch einen zentralen Teil aus einem Werkstoff, dessen Schmelzpunkt höher ist als der von Aluminium, durch eine den zentralen Teil umgebende und mit die-

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sem verbundene Schicht aus Al₂O-I und durch eine poröse Beschichtung aus Al₂O₃ZSiO₂ in Faserform, die das Al₂O₃ umschließt und an dieses gebunden ist, wobei das Al₇Oo eingemischt und dispergiert ist in die Oberfläche der Beschichtung aus AljO^/SiOo-Fasern an dem zentralen Teil.

6) Formkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dab der zentrale Teil eine Legierung aus Aluminium und einem Metall aufweist, das einen höheren Schmelzpunkt als Aluminium hat.

7) Formkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall mit höherem Schmelzpunkt Titan ist.

8) Verfahren zum Herstellen einer Feuerfestzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Grundkörper mit der gewünschten Gestalt und Größe aus Aluminium mit einem Feuerfestbinder beschichtet, der Al₉O-ZSiO₉-Fasern enthält, so daß das Aluminium in diesen Binder eingeschlossen ist, und daß man dann dieses beschichtete Produkt trocknet und brennt, um das Aluminium zu schmelzen und dieses in Al₂O₃ zu verwandeln, wobei letzteres mit dem unmittelbar benachbarten Teil der feuerfesten Beschichtung vermischt wird, um in dieser eine Al₂0₃-Phase zu bilden*

9) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper ein bienenwabenartiger Aluminiumkörper ist.

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10) Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der bienenwabenartige Aluminiumkörper mit einem Binder gebunden ist und daß das beschichtete Produkt in zwei Stufen gebrannt wird, und zwar in der ersten Stufe unter

dem Schmelzpunkt von Aluminium, um den Binder auszutreiben, und dann darüber, um das Aluminium zu schmelzen und wenigstens einen Teil desselben in Al^O« umzusetzen, nachdem das Aluminium in die Faserbeschichtung diffundiert ist.

11) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper aus Aluminium eine äußere Schicht aus Aluminium aufweist, die an einen inneren Kern aus Metall gebunden ist, dessen Schmelzpunkt über dem von Aluminium liegt.

12) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuerfestbinder auch pulverisiertes Metall enthält, dessen Schmelzpunkt über dem von Aluminium liegt und das zur Legierung mit Aluminium geeignet ist.

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