DE3109314A1

DE3109314A1 - Keramischer honigwabenstrukturkoerper

Info

Publication number: DE3109314A1
Application number: DE19813109314
Authority: DE
Inventors: Seiichi Okazaki Asami; Yutaka Nagoya Ogawa
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1980-03-14
Filing date: 1981-03-11
Publication date: 1982-01-07
Also published as: DE3109314C2; JPS6312658B2; GB2071640A; JPS56129042A; GB2071640B

Description

PAT K N TAN WALT E

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) ■ DIPL.-I NG. W. EITLE · D R. RER. N AT. K. HO FFMAN N ■ DI PL.-1 N G. W. LEHN

DIPL.-ING. K.FOCHSLE · DR. RER. NAT. S. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 · D-8000 MO NCHEN 81 ■ TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATH E)

34 705 o/fi

NGK INSULATORS,Ltd.
Nagoya City / Japan

Keramischer Honigwabenstrukturkörper

Die Erfindung betrifft keramische Honigwabenstrukturkörper, die beispielsweise als Katalysatorträger zum Reinigen von Auspuffgasen von Verbrennungsmotoren und für andere Zwecke geeignet sind.

Keramische Honigwabenkörper haben im" allgemeinen eine große Oberfläche pro Volumeneinheit und haben eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und werden deshalb als Katalysatorträger für die Reinigung von Auspuffgasen von Verbrennungsmotoren und für andere Zwecke verwendet. Dabei ist es zur Verbesserung der Funktion wünschenswert, daß die Trennwandungen, welche die Kanäle in den Honigwabenkörpern bilden, möglichst dünn sind und eine hohe Porosität aufweisen. Wenn man aber die Trennwandungen dünner macht und die Porosität erhöht, erniedrigt sich die Festigkeit des Honigwabenkörpers .

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Wird der Honigwabenkörper praktisch angewendet, z.B. in einer Haltevorrichtung und dann in eine Vorrichtung eingebracht, z.B. in ein Verbrennungsmotorsystern, so bröckelt der Körper ab, oder er zeigt Risse, wenn man den Klammerdruck der Halterung zur Vermeidung einer Vibration erhöht.

Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man bereits folgendes vorgeschlagen:

(1) Beschichten mit einer Glasur an nur der äußeren peripheren Wandoberfläche eines Honigwabenkörpers (japanisches offengelegtes Gebrauchsmuster 133 860/78);

(2) Beschichten mit einem wärmebeständigen Glaskeramikpulver nur an der äußeren peripheren Wand (japanische Gebrauchsmusteranmeldung 34 373/78);

(3) Verdicken der äußeren peripheren Wand des keramischen Honigwabenkörpers beim Extrudieren (japanische Offenlegungsschrxft 88 908/74).

Bei den ersten beiden Methoden, bei denen nur die äußere periphere Wandoberfläche der Honigwaben mit einem Verstärkungsmaterial beschichtet wird, kann die Festigkeit der Körper nicht ausreichend verbessert werden. Bei der letzteren Methode entstehen beim Brennen der Honigwabenkörper Spannungen und es treten häufig Risse am peripheren Teil ein und infolgedessen kann man auch auf diese Weise die Festigkeit der Körper nicht befriedigend verbessern.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der vorerwähnten keramischen Honigwabenkörper zu vermeiden. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein keramischer Honigwaben-

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Strukturkörper gezeigt, bei dem die Kanäle, die sich in der Nähe des äußeren peripheren Teils des Körpers erstrecken, mit einem Verstärkungsmaterial gefüllt sind.

Um zu vermeiden, daß ein Honigwabenkörper infolge von Vibration aus einer Halterung herausgleitet, sind beide Enden des Körpers im allgemeinen mit zwei Flanschen, die sich nach innen in einem Haltegefäß von dessen Innenoberfläche erstrecken, angeklammert und wenn der Honigwabenkörper in dem Gefäß auf diese Weise gehalten wird, sind die Kanäle, die sich einige Millimeter von der äußeren Oberfläche der Honigwabe erstrecken, vom Flansch geschlossen und dienen nicht dem Flüssigkeitsfluß. Die Erfinder haben diese Feststellung zum Ausgangspunkt ihrer Erfindung gemacht und sind dazu gekommen, ein Verstärkungsmaterial in die Kanäle der vorerwähnten Teile zu füllen, bei denen der Flüssigkeitsfluß nicht beeinflußt wird, und wodurch man diesen Teil verstärkt.

Als Verstärkungsmaterial kann ein wärmbeständiges Material mit Vorteil verwendet werden. Geeignete Materialien hierfür sind z.B. Keramikmaterialien, wie Cordierit, Mullit oder gießbare feuerbeständige Materialien, wie Aluminiumoxidzement. Die Verstärkung kann sowohl bei einem ungebrannten Honigwabenkörper als auch bei einem gebrannten Honigwabenkörper vorgenommen werden. Wird jedoch das Keramikmaterial als Verstärkungsmaterial verwendet, ist es erforderlich, den Honigwabenkörper zu brennen, nachdem die sich durch den Körper erstreckenden Kanäle mit dem Keramikmaterial gefüllt sind. Verwendet man ein gießbares feuerfestes Material als Verstärkungsmaterial, so erhält man einen verstärkten Honigwabenstrukturkörper, in dem man lediglich den gebrannten Honigwabenkörper, dessen Kanäle mit dem gießbaren feuerfesten Material gefüllt sind, härtet, ohne ihn nochmals zu brennen.

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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 und 2 sind Draufsichten auf einen Honigwabenstrukturkörper, bei dem ein Teil mit einem Verstärkungsmaterial gefüllt ist;

Fig. 1A und 1B

sind Querschnitte und Seitenansichten von Honigwabenstrukturkörpern und zeigen sich erstreckende Kanäle, die über ihre gesamte Länge mit einem Verstärkungsmaterial gefüllt sind, und

Fig. 2A und 2B

sind Querschnitte und Seitenansichten von Honxgwabenstrukturkörpern, in denen gezeigt wird, daß die sich erstreckenden Kanäle nur zum Teil in der Länge an den offenen Endteilen mit einem Verstärkungsmaterial gefüllt sind.

Fig. 1 und 2 zeigen den Teil eines Kanals, der in einem Honigwabenstrukturkörper gemäß der Erfindung mit einem Verstärkungsmaterial gefüllt ist. In Fig. 1 und 2 bedeutet 1 die äußere periphere Wandung des Honigwabenstrukturkörpers und 2 das in den Kanälen eingefüllte Verstärkungsmaterial und 3 einen Kanal,der nicht mit einem Verstärkungsmaterial gefüllt ist. Die Kanäle in der Nähe des äußeren peripheren Teiles sind mit einem Verstärkungsmaterial gefüllt, wie vorher beschrieben. Vorzugsweise werden die Kanäle über die gesamte Länge mit einem Verstärkungsmaterial, wie dies in Fig. 1 gezeigt wird,gefüllt, um die Druckfestigkeit des Konigwabenkörpers zu verbessern. Wenn man aber lediglich vermeiden möchte, daß ein Abbröckeln an den Endteilen des Honigwabenkörpers stattfindet, reicht es aus, daß man

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nur lokal ein Verstärkungsmaterial in die Kanäle an deren Endteilen bis zu einer gegebenen Tiefe einfüllt, wie dies in Fig. 2 gezeigt wird. Die Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen beschrieben.

BEISPIEL 1

Als zu verstärkende Honigwabenkörper wurden gebrannte und ungebrannte Kordierit-Keramikhonigwabenkörper mit einem Außendurchmesser von 90 mm, einer Länge von 110 mm und einer Dicke der Trennwandungen von 0,3 mm, einer Dicke der äußeren peripheren Wand von 0,3 mm und 46,5 Kanälen pro cm^a (300 Kanäle pro Inch²) verwendet. Als Verstärkungsmaterial wurde ein ungebranntes keramisches pulverförmiges Rohmaterial, das zur Herstellung von Kordierit-Keramikhonigwabenkörper formuliert worden war, verwendet, sowie ein Cordieritpulver mit einer Korngröße von nicht größer als 0,149 mm (100 mesh), das erhalten worden war durch Mahlen eines gebrannten Honigwabenkörpers. Jedes der Pulver wurde gründlich mit Wasser und einem Bindemittel in den nachfolgend gezeigten Mischungsverhältnissen unter Ausbildung von Füllmaterialien A und B vermischt.

Füllmaterial A:

==== ============= Gewichts teile

Kordierit-Keramikrohmaterial (unge- 100 brannt)

Wasser 25

Carboxylmethylzellulose 2

Füllmaterial B:

==== = ==== === = :=== Gewichtsteile

Kordiertipulver 100

Wasser 22

Carboxymethylzellulose 2

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— τ _

Eine Abdeckmaske aus Plastik wurde auf die Flächen der Endoberflächen des Honigwabenkörpers aufgebracht, deren Kanäle nicht mit dem Füllmaterial gefüllt werden sollen, und die oben erwähnten pastösen Füllmaterialien wurden in die Kanäle der äußeren Wandung der Honigwabenkörper eingefüllt. Jedes der pastösen Füllmaterialien A und B wurde in die Kanäle bis zu einer Tiefe von 10 mm von den Endoberflächen der Kanäle oder über die gesamte Länge der Kanäle eingefüllt. Nach dem Füllen wurde Wasser aus den pastösen Füllmaterialien durch Trocknen entfernt und die getrockneten Honigwabenkörper wurden bei 1370 —1400°C 12 Stunden in einer oxidierenden Atmosphäre unter Erhalt der beabsichtigten verstärkten keramischen Honigwabenstrukturkörper gebrannt.

Die Verstärkungswirkung wurde in folgender Weise bestimmt: Die Schlagfestigkeit des gefüllten Teiles wurde gemessen durch Messen der Energie bis zum Bruch mittels eines Chalpy-Impact-Prüfgerätes. Die Druckbelastung bis zum Bruch wurde gemessen unter Verwendung einer eng an die äußere periphere Oberfläche des Honigwabenstrukturkörpers anliegenden Halterung mittels einer Universalprüfmaschine. Die_/erzielten Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.

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TABELLE

(Durchschnittswert aus 5 Proben)

	Honigwaben körper nach dem Füllen	•	Pül !material	A	B	Nicht gefüllt
Schlag energie bis zum Bruch (kg «cm)	Ungebrannter Körper	Gesamtlänge Beide Endteile	3,4	3,1	1,5
Druckbe lastung bis zum Bruch (kg)	Gebrannter Körper	Gesamtlänge Beide Endteile	3,0	3,3	1 .660
Ungebrannter Körper	Gesamtlänge Beide Endteile	3,210 2.360	3.080 2.490
Gebrannter Körper	Gesamtlänge Beide Endteile	3.230 2,410	3.270 2.340

BEISPIEL 2

Ein gebrannter keramischer Honigwabenkörper aus dem gleichen Material und der gleichen Form wie im Beispiel 1 wurde als zu verstärkender keramischer Honigwabenkörper verwendet. Aluminiumoxidzement wurde als Verstärkungsmaterial verwendet, wobei 100 Gewichtsteile Aluminiumoxidzement mit 20 Gewichtsteilen Wasser zu einem pastösen Filmmaterial vermischt wurden. Das Füllmaterial wurde in die Kanäle der äußeren peripheren Wandung eines Honigwabenkörpers über die gesamte Länge der Kanäle eingefüllt. Der mit dem Füllmaterial gefüllte Honigwabenkörper wurde 1 Tag zur Härtung des Zementes in Wasser von 20⁰C eingetaucht und dann ließ man ihn eine Woche an der Luft stehen.

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Dann wurde die Festigkeit des verstärkten Honigwabenstrukturkörpers in gleicher Weise wie im Beispiel 1 gemessen, wobei man die in Tabelle 2 gezeigten Ergebnisse erhielt.

TABELLE 2

(Durchschnittswert aus 5 Proben)

	Gefüllt mit Muminiumoxidzement	Ungefüllt
Schlagenergie bis zum Bruch (kg-cm)	5,5	1,5
Dr uckbelastung bis zum Bruch (kg)	2.310	1.660

Aus den Beispielen geht hervor / da3 man bei den verstärkten keramischen Honigwabenstrukturkörpern gemäß der Erfindung diejenigen, bei denen die Kanäle über die gesamte Länge mit einem keramischen Material, das die gleiche Formulierung wie der zu verstärkende Honigwabenkörper hat, gefüllt sind, eine um etwa das Zweifache verbesserte Druckfestigkeit des Honigwabenkörpers gegenüber einem solchen, dessen Kanäle nicht mit einem Verstärkungsmaterial gefüllt sind, erzielt, und daß man auch eine etwa zweifache Schlagenergie bis zum Bruch gegenüber einem Honigwabenkörper erhält, dessen Kanäle nicht mit einem Verstärkungsmaterial gefüllt sind (da die Schlagenergie bis zum Bruch gemessen wird, indem man die Stahlnase eines Chalpy-Impact-Prüfgerätes auf den Teil legt, der mit dem Keramikmaterial gefüllt ist, erhält man gleiche Ergebnisse für die Schlagenergie bis zum Bruch bei einem Honigwabenstrukturkörper, dessen Kanäle lokal mit dem

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Keramikmaterial gefüllt sind, und bei einem Honigwabenstrukturkorper, dessen Kanäle mit einem Keramikmaterial über die gesamte Länge gefüllt sind). Dagegen hat ein Honigwabenstrukturkörper, dessen Kanäle mit Aluminiumzement gefüllt sind, eine Schlagenergie bis zum Bruch, die etwa das 3,5-fache gegenüber einem Honigwabenkörper beträgt, dessen Kanäle nicht mit Aluminiumzement gefüllt sind, und die Druckfestigkeit bis zum Bruch beträgt etwa das 1,5-fache im Vergleich zu Honigwabenkörpern, deren Kanäle nicht mit Aluminiumzement gefüllt sind. Weiterhin ist aus den Beispielen erkennbar, daß in dem Fall, daß ein Honigwabenstrukturkorper mit einem Verstärkungsmaterial über die gesamte Länge der Kanäle gefüllt wurde, praktisch kein Bruch eintritt, wenn man den Druck für die Klammerhalterung erhöht. Bei einem Honigwabenstrukturkorper, dessen Kanäle nur in einem Teil, der sich von den beiden Endoberflächen erstreckt, verstärkt ist, um ein Abbröckeln der Endteile des Körpers zu vermeiden, ergibt sich eine um etwa das 3-fache erhöhte Festigkeit gegenüber einem Honigwabenkörper, dessen Kanäle nicht verstärkt wurden und man erhält außerdem eine hohe Bruchbeständigkeit gegenüber Vibration.

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Claims

PAT E N TAN WALT E DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · DIPL..ING. W.EITLE · DR.RER. N AT. K. HOFFMAN N · Dl PL.-1 N G. W. IE H N DIPL.-ING. K.FOCHSIE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 · D-8000 MD NCH EN 81 · TELE FON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATH E) 34 705 o/fi NGK INSULATORS, Ltd. Nagoya City / Japan Keramischer Hon igwabens trukturkörper Patentansprüche

1. Keramischer Honigwabenstrukturk'örper, dadurch gekennzeichnet , da0 die sich durch den Körper hindurch erstreckenden Kanäle in der Nähe des äußeren peripheren Teils des Körpers mit einem Keramikmaterial gefüllt sind.

2. Keramischer Honigwabenstrukturkörper gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Kanäle, der mit einem Keramikmaterial gefüllt ist, nur ein Teil ist, der sich von den beiden Endoberflächen des Honigwabenkörpers in Richtung der Kanäle erstreckt.

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