DE3109314C2

DE3109314C2 - Keramischer Honigwabenstrukturkörper

Info

Publication number: DE3109314C2
Application number: DE3109314A
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: 1985-08-01
Also published as: GB2071640A; DE3109314A1; JPS56129042A; GB2071640B; JPS6312658B2

Abstract

Keramischer Honigwabenstrukturkörper, dessen Kanäle in der Nähe der äußeren peripheren Wand (1) über die gesamte Länge der Kanäle oder bis zu einer gewissen Tiefe von den beiden Endoberflächen der Kanäle mit einem Keramikmaterial (2) gefüllt sind und daher eine hohe Festigkeit aufweisen und vorteilhaft beispielsweise als Katalysatorträger zum Reinigen von Auspuffgasen von Verbrennungsmotoren sowie für andere Zwecke verwendet werden können.

Description

Die Erfindung betrifft keramische Honigwabenstrukturkörper, die beispielsweise als Katalysatorträger zum Reinigen von Auspuffgasen von Verbrennungsmotoren und für andere Zwecke geeignet sind. !5 Keramische Honigwabenkörper haben im allgemeinen eine große Oberfläche pro Volumeneinheit und haben eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und werden desnalb als Katalysatorträger fQr 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 2« und die Porosität erhöht, erniedrigt sich die Festigkeit des Hönigwabenkörpers.

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

Um diese Nachtelle zu vermelden, hat man bereits folgendes vorgeschlagen:

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

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

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

Bei den ersten beiden Methoihn, bei denen nur die äußere periphere Wandoberfläche der Honigwaben mit einem Verstärkungsmatertal beschichtet wird, kann die Festigkeit der Körper nicht ausreichend verbessen werden. Bei der letzteren Method^ entstehen beim Brennen der Honigwabenkörper Spannungen, und es treten häufig Risse am perlpheren Teil ein, und Infolgedessen kann man auch auf diese Weise die Festigkeit der Körper nicht befriedigend verbesseren.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der vorerwähnten keramischen Honigwabenkörper zu vermeiden. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein keramischer Honigwabenstrukturkörper gezeigt, bei dem die Kanäle, die sich in der Nähe des äußeren perlpheren Teils des Körpers erstrecken, mit einem VerstSrkungu&taterial gefüllt sind.

Um zu vermeiden, daß ein Honigwabenkörper infolge von Vibration aus einer Halterung herausgleitet, sind beide Enden des Körpers Im allgemeinen mit zwei Planschen, die sich nach innen in einem Haltegefäß von dessen InnenoberflSche erstrecken, angeklammert und wenn der Honigwabenkörper In dem Gefäß auf diese Welse 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 wärmebeständiges Material mit Vorteil verwendet werden. Geeignete Materialien hierfür sind z. B. Keramikmaterialien, wie Cordlerlt, MuIIIt 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 Keramlkmaierlal ais Verstärkungsmaterial verwendet. Ist es erforderlich, den Honigwabenkörper zu brennen, nachdem die sich durch den Körper erstreckenden Kanäle mit dem Keramikmaterlal 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. 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;

Flg. IA und IB sind Querschnitte und Seltenansichten von Honlgwabenstruklurkörpern und zeigen sich erstreckende Kanäle, die über Ihre gesamte Lange mit einem Verstärkungsmaterial gefüllt sind, und

Flg. 2Λ und 2B sind Querschnitte und Seitenansichten von Honigwabenstrukturkörpern, In denen ge/cigi

(>s wird, diiU die sich erstreckenden Kanüle nur zum Teil In der Länge an den offenen Endteilen mit einem Verstarkungsmaterlal gefüllt sind.

Flg. ί und 2 zeigen den Teil eines Kanals, der In einem Honlgwabenstrukturkörper gemäß der Erfindung mit einem Vcrslarkungsmaterlal gefüllt lsi. In Flg. I und 2 bedeutet 1 die äußere periphere Wandung des Honig-

31 Uy 314

Wabenstrukturkörpers 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 Flg. 1 gezeigt wird, gefüllt, um die Druckfestigkeit des Honigwabenkörpers zu verbessern. Wenn man aber lediglich vermeiden möchte, daß ein Abbröckeln an den Endteilen des Honigwabenkörpers stattfindet, reicht es aus, daß man nur lokal ein Verstärkungsmaterial in die Kanäle an deren Endteilen bis zu einer gegebenen Tiefe einfüllt, wie dies in F i g. 2 gezeigt wird. Die Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen beschrieben.

Beispiel 1

Als zu verstärkende Honigwabenkörper wurden gebrannte und ungebrannte Kordlerit-Keramikhonigwabenkörper irit 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 cm² verwendet. Als Verstärkungsmaterial wurde ein ungebranntes keramisches pulverförmiges Rohmaterial, das zur Herstellung von Kordlerit-Keramlkhonigwabenkörper formuliert worden war, verwendet, sowie ein Cordieritpulver mit einer Korngröße von nicht größer als 0,149 mm, 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:

Gewichtsteile

Kordierit-Keramikrohmaterial (ungebrannt) Wasser Carboxylmethylzellulose

Füllmaterial B:

Kordieritpulver Wasser Carboxymethylzellulose

100

25

Gewichtsteile

!00

22
2

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 FOH-materlallen 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 ΊΟ mm von den Endoberflächen der Kanäle oder über die gesamte Länge der Kanäle eingefüllt. Nach dem Füllen wurde Wasser aus den pastösen Fcümaterlalien durch Trocknen entfernt und die getrockneten Honigwabenkörper wurden bei 1370-140O⁰C 12 Stunden in einer cxidlerenden Atmosphäre inter 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 Charpy-Impact-Prüfgerätes. Die Druckbelasiung bis zum Bruch wurde gemessen unter Verwendung einer eng an die äußere periphere Oberfläche des llonlgwabcnstrukturkörpers anliegenden Halterung mittels einer Universalprüfmaschine. Die erzielten Ergebnisse weiJen In Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

(Durchschnittswert aus 5 Proben)

Monigwabenkörper nach dem Füllen

füllmaterial
A B

Nicht gefüllt

Schlagcncrgie
bis /um Bruch (J)

Ungebrannter Körper

(ichninnlcr Körper

Gesamtlänge
Beide Endteile

(icsiinilliingc
Beide tindlcilc

0,29

0,30

0,32

0,15

Fortsetzung

Honigwabenkörper Füllmaterial

nach dem Füllen _{A ß N},chl gelullt

Druckbelastung Ungebrannter Körper Gesamtlänge 3,210 3,080

bis zum Bruch (kg) _{Beide Endtei}|_{e 2},360 2,490

1,660
_|0 Gebrannter Körper Gesamtlänge 3,230 3,270

Beide Endteile 2,410 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 Gewichtstelle Aluminiumoxidzement mit 20 Gewlchlsicllen Wasser zu einem pastösen Fllmmaierlal vermischt wurden. Das Füllmaterial wurde In die Kanäle der äußeren perlpheren Wandung eines Honigwabenkörpers über die gesamte Länge der Kanüle eingefüllt. Der mit dem Füllmaterial gefüllte Honigwabenkörper wurde 1 Tag zur Härtung des Zementes In Wasser von 20' C eingetaucht, und dann Heß man Ihn eine Woche an der Luft stehen.

Dann wurde die Festigkeit des verstärkten Honigwabenstrukturkörpers In gleicher Welse wie Im Beispiel I gemessen, wobei man die In Tabelle 2 gezeigten Ergebnisse erhielt.

Aus den Betspielen geht hervor, daß 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, gefönt 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 Charpy-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 Keramlkmatcrial gefüllt sind, und bei einem Honigwabenstrukturkörper, 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 3,5fache gegenüber einem Honigwabenkörper beträgt, dessen Kanäle nicht mit Aluminiumzement gefüllt sind, und die Druckfestigkeit bis zum Bruch beträgt etwa das l,5fache Im Vergleich zu Honigwabenkörpern, deren Kanäle nicht mit A'.uminiumzement gefüllt sind.

Weiterhin ist aus den Beispielen erkennbar, daß in dem Fall, daß ein Honigwabenstrukturkörper mit einem Verstärkungsmatfrial über die gesamte Länge der Kanäle gefüllt wurde, praktisch kein Bruch eintritt, wenn mr * den Druck für die Klammerhalterung erhöht. Bei einem Honigwabenstrukturkörper, 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 3fache erhöhte Festigkeit gegenüber einem Honigwabenkörper, dessen Kanäle nicht verstärkt wurden und man erhält außerdem eine hohe Bruchbeständigkeit gegenüber Vibration.

Tabelle 2 (Durchschnittswert aus 5 Proben)	Gefüllt ·.·.;( Aluminiumoxid/cmcni	Ungelulll
	0,54 2,310	0,Ii 1,660
Schlagenergie bis zum Bruch (J) Druckbelastung bis zum Bruch (kg)

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Keramischer Honigwabenstrukturkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die sich durch den Körper hindurch erstreckenden Kanäle (3) in der Nähe des äußeren perlpheren Teils (1) des Körpers durch Folien mit einem Keramikmaterial (2) verstärkt sind.

2. Keramischer Honlgwabenstnikturkörper gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Kanäle (3), der mit einem Keramikmaterial gefüllt Ist, nur ein Teil lsi, der sich von den beiden Endoberflächen des Honigwabenkörpers in Richtung der Kanäle erstreckt.