DE3146250C2

DE3146250C2 - Verfahren zum Herstellen eines Cordierit-Keramikproduktes

Info

Publication number: DE3146250C2
Application number: DE3146250A
Authority: DE
Inventors: Haruo Doi; Yoshiharu Nagoya Aichi Hirose; Kazuyuki Nishio Aichi Ito; Osami Kamigaito; Naoto Tsushima Aichi Miwa; Masami Nagoya Aichi Ouki
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc; NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1980-11-28
Filing date: 1981-11-21
Publication date: 1983-12-22
Also published as: GB2091239B; JPS6356187B2; DE3146250A1; US4435512A; GB2091239A; JPS5792574A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Dichroit-Keramikproduktes, bei dem als Dichroit-Ausgangsmaterial ein Gemisch hergestellt wird, welches folgende Bestandteile enthält: a) ein Tonmaterial mit einer Dichroit-Zusammensetzung, welche Kaolin, Talk und Aluminiumoxid und/oder eine Aluminiumverbindung enthält, die in Aluminiumoxid umsetzbar ist; b) ein Glas mit einer Dichroit-Zusammensetzung; c) einen organischen Binder und d) Wasser.

Description

a) ein Tonmaterial mit Cordierit-Zusammensetzung, welche Kaolin, Talk und Aluminiumoxid und/oder eine in Aluminiumoxid umsetzbare Aluminiumverbindung enthält,

b) ein Glas mit Cordierit-Zusammensetzung:

c) ein organischer Binder und

d) Wasser.

2. Verfatuen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Giaskomponente (b) in einer Menge zwischen 10 und 90 Gew.-%, insbesondere zwischen 30 und 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der beiden Komponenten (a) und (b). verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet. Haß die Eindcrkoüipunenie (c) in einer Menge zwischen 3 und 8 Gew.-°/o und das Wasser (d) in einer Menge zwischen 18 und 23 Gew.-%. jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Cordieri: Ausgangsmaterials mit den Komponenten (a), (b). (c) und (H) verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß di<f Cordierit-Keramik mit monolithischer Wabenstruktur hergestellt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Cordierit-Kcramik-Produktes, bei dem das Cordierit-Ausgangsmatcrial gemischt, geformt und anschließend getrocknet und gesintert wird.

Ein Cordierit - 2 MgO · 2 AI₂Oj · 5 SiOj - hat einen sehr niedrigen thermischen Ausdehungskoeffizienten von etwa 23x10-^h/°C und eine hohe Widerstandsfestigkeit gegen eine wiederholte Erhitzung und Abkühlung, so daß ein solches Material als hochfeuerfestes Material in elektrischen Heizeinrichtungen, in porzellarartigen elektrischen Isolatoren und in Heizvorrichtungen verwendet wird, die in der chemischen Industrie eingesetzt werden, sowie als Träger für einen Katalysator zur Reinigung der Abgase von Kraftfahrzeugen, insbesondere in Form eines monolithischen Trägers mit Wabenstruktur für ein Katalysatormaterial, wie dies beispielsweise in der US-PS 38 85 977 beschrieben ist. An einen solchen Katalysatorträger werden bestimmte Forderungen gestellt, wobei die Hauptforderung darin besteht, daß das Material eine gute thermische Schockfestigkeil besitzt, da in dem gesinterten Keramikträger andernfalls Sprünge auftreten würden, die den Träger letztlich zerstören würden, und zwar aufgrund der immer wieder auftretenden Temperaturänderungen, die durch eine exotherme katalytisch^ Oxidation von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid hervorgerufen werden, die im Abgas vorhanden sind, wobei diese Temperaturänderungen thermische Spannungen in dem Keramikmaterial zur Folge haben. Die sogenannte thermische Schockfestigkeit wird als maximale Anzahl aufeinanderfolgender Zyklen mit schneller Aufheizung und Abkühlung des Materials bis zum Auftreten eines oder mehrerer Sprünge an der Oberfläche des Keramikträgers angegeben. Der so ermittelte Wert ist eng mit dem Wärmedehnungskoeffizienten verknüpft, und zwar in der Weise, daß die thermische Schockfestigkeit umso höher ist, je geringer die Wärmeausdehnung ist. Eine weitere wichtige Forderung an einen derartigen Träger für einen Oxidationskatalysator ist dessen mechanische Vibrationsfestigkeit. Ein Cordierit-Keramikmaterial hat sowohl eine hohe thermische Schockfestigkeit wie auch eine hohe Vibrationsfestigkeit und wird daher häufig als monolithischer Träger mit Wabenstruktur für Oxidationskatalysatoren verwendet.

Im allgemeinen wird ein Cordierit-Keramikkörper wie folgt hergestellt: man extrudiert ein Tonmaterial, welches Talk, Kaolin und Aluminiumoxid enthält, zu einer monolithischen Wabenstruktur, welche anschließend getrocknet und gesintert wird. In diesem Fall sind die ebenen Kristalle des Talks in Extrusionsrichtung orientiert, so daß der thermische Ausdehnungskoeffizient der gesinterten Cordierit-Keramik in Extrusionsrichtung niedriger ist als senkrecht zu dieser Richtung, d. h. in Richtung der Dicke der ebenen Kristallstrukturen. Die anisotrope Dehnung des gesip.Jerten Körpers beschleunigt das Auftreten von thermischen Spannungen aufgrund von Temperaturänderungen, wobei dann, wenn diese Spannungen die kritische Festigkeit der Kristallelemente oder der Korngrenzen erreichen, in dem Kristallelementen oder an den Korngrenzen sehr feine Sprünge auftreten, so daß die mechanische Festigkeit, die thermische Schockfestigkeit und die Lebensdauer des Cordierit-Keramikkörpers abnehmen. Derartige Sprünge treten dabei nicht nur aufgrund der erwähnten anisotropen thermischen Dehnung auf. sondern auch aufgrund der Schrumpfung (Volumenkontraktion) beim Sintern des rohen Tonmaterials, welches normalerweise kristullwasscrhaltigi Kristalle enthält, wie z. B. Aluminiumhydroxid.

Es ist bekannt, dem als A ^angsmaterial verwendeten Ton zur Vcrringcrun der Schrumpfung eine gewisse Menge an gebrannt! η Ton zuzusetzen. Je mehr gebrannter Ton zugesetzt wird, desto höher ist jedoch der Wärmedehnungskoeffizient, so daß die thermische Schockfestigkeit entsprechend niedriger ist.

Es ist auch bekannt, daß eine Cordierit-Keramik aus Glas mit einer Cordierit-Zusammenselzung hergestellt werden kann. Dabei wird ein Cordierit-Material. welches SiOi. AIiO) und MgO enthält, eingeschmolzen.

um eine Glasmasse zu erhalten, welche gemahlen und na;h dem Mischen mit einem Binder bzw. mit einem Bindemittel ausgeformt und anschließend getrocknet und gesintert wird, um einen Cordierit-Keramikkörper zu erhalten. Die auf diese Weise erhaltene Cordierit-Keramik schrumpft nur sehr wenig und besitzt einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten sowie eine isotrope Kristallorientierung. Andererseits muß jedoch im Vergleich zum Ausformen eines Tonmatcrials eine große Menge an Binder verwendet werden,

Ausgehend vom Stande der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Cordierit-Keramikproduktes mit einem im wesentlichen isotropen und niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten anzugeben.

Dabei wird gleichzeitig angestrebt, eine verbesserte thermische Schockfestigkeit, d. h. eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen plötzliche Temperaturänderungen. insbesondere für lange Betriebszeiicn /u

erreichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art gelöst, welches erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daB als Cordierit-Ausgangsmaterial folgende Zusammensetzung verwendet wird:

a) ein Tonmaterial mit Cordierit-Zusammensetzung, welche Kaolin. Talk und Aluminiumoxid und/oder eine in Aluminiumoxid umsetzbare Aluminiumverbindung enthält,

b) ein Glas mit Cordierit-Zusammensetzung;

c) ein organischer Binder und

d) Wasser.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das Cordierit-Keramikmateriai einfacher und billiger erhalten wird und dennoch eine verbesserte thermische Schockfestigkeit besitzt.

Weiterhin ist es ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß es die Herstellung eines morolithischen Kermaikträgers mit Wabenstruktur ermöglicht, der als Träger für einen Katalysator zur Abgasreinigung geeignet ist und eine verbesserte Standfestigkeit gegenüber zahlreichen schnellen Temperaturänderungen besitzt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorteilhaft, wenn die Glaskomponente in einer Menge zwischen 10 und 90 Gew.-%. bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten (a) und (b) verwendet wird, um einen niedrigen und im wesentlichen isotropen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu erhalten. Dabei ist es besonders günstig, die Glaskomponente in einer Menge /wischen 30 und 70 Gew.-%. bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten (a) und (b) /u verwenden, um eine weitere Verbesserung der thermischen Schockfestigkeit zu erreichen.

Empfehlenswert ist es weiterhin, wenn die Komponente (c). (¹Sr organische Binder, in einer Menge zwischen 3 und 8 Gew.-% verwendet wird und wenn die Komponente (d). das Wasser, in einer Men^e zwischen 18 und 23 Gew.-% verwendet wird, und zwar jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Cordierit-Ausgangsmaterials mit den Komponenten (a) bis (d).

Es ist vorteilhaft, wenn der Ausdehnungskoeffizient des Cordierii-Keramikproduktes im Mittel bei verschiedenen Temperaturen zwischen 25 und 1000" C kleiner ist als i.2 χ 10-"/⁰C und wenn die Unterschiede zwischen den Meßwerten in c'.rei zueinander senkrechten Richtungen, von denen eine mit der Extrusions- oder Einspritzrbhtung zusamr.ienfällt. kleiner sind als 0.2xlO-^b/°C.

Günstig ist es ferner, wenn das Cordierit-Keramikprodukt eine monolithische Wabenstruktur besitzt.

Wenn die Glaskomponente (b) bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten (a) und (b) kleiner ist als 10 Gew.-%. dann liegt die Schrumpfung beim Sintern über ca. 4%, so daß die Ausbeute an brauchbaren Keramikkörpern kleiner als ca. 80% ist. Wenn die Glaskomponente (b) über 9Ö Gew.-% ausmacht — bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten (;i) und (b) — dann schält sich die gesamte Oberfläche des ungebrannten Körpers ab.

Wenn die Menje des organischen Binders unter 3 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten (a) bis (d) liegt, dann schält sich ein Teil der Oberfläche des ungebrannten Körpers ab. Außerdem ist die Formbarkeit umso besser, je größer die Menge des organischen Binders ist. Wenn die Bindermenge jedoch größer als 8 Gew.-% ist — bezogen auf das Gesamtgewicht des Ausgangsmaterials — dann wird das gesinterte Keramikprodukt zu porös. Wenn die verwendete Wassermenge unter 18 Gew.-% liegt — bezogen auf das Gesamtgewicht des Ausgangsmaterials — dann ist das Rohmaterial zu krümelig, um frei durch eine Extrusionsform zu fließen. Wenn die Wassermenge über 23 Gew.-°/o liegt — bezogen auf das Gesamtgewicht des Ausgangsmaterials — dann ist der ungebrannte Körper zu weich, um die beim Extrudieren bzw. beim Einspritzen in eine Form erhaltene Gestalt beizubehalten.
Zusätzlich zu dem organischen Binder und dem Wasser können geeignete Extrusions-Hilfsmittel eingesetzt werden.

Die Verfahrensschritte des Mischens, des Ausformens, des Trocknens und des Sinterns können nach verschiedenen bekannten Verfahren durchgeführt werden. Beispielsweise kann das pulverisierte Cordierit-Materiai mit dem Bindemittel und dem Wasser in einer Knetmaschine oder in. einem sogenannten Banbury-Mischer gemischt werden. Das gemischte Materia! kann durch Extrudieren oder durch Einspritzen in eine Form eine Wabenstruktur erhalten oder die Form massiver Zylinder oder eine andere gewünschte Form. Nach dem Ausformen wird das ungebrannte Material bei einer Temperatur von etwa 12O⁰C für die Dauer von 30 Minuten getrocknet und dann bei einer Temperatur zwischen etwa 1370 und 1460⁰C für einen Zeitraum von etwa 5 bis 100 Stunden, insbesondere etwa 5 bis 10 Stunden, gesintert, wobei mit einer Verkürzung der Sinterzeit eine Verringerung der Heiz- bzw. Brennstoffkosten angestrebt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bleiben die Voneile der Verwendung von Cordierit-Glas erhalten, indem man dieses mit dem üblichen Cordierit-Tonmaierial mischt. Die Vorteile der Verwendung von Cordierit-GUis bestehen dabei darin, daß eine isotrope

•to Ori?ntierung der Kristalle, eine sehr geringe Schrumpfung beim Sintern und ein niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient erhalten werden, wobei letzterer in drei zueinander senkrechten Richtungen praktisch gleich ist. Außerdem werden erfindungsgemäß die

Ί5 Nachteile der Verwendung von Cordierit-Glas vermieden, wie z. B. das ungünstige Verhalten desselben beim Ausformen.

Die vorstehend angegebenen Vorteile werden nachstehend noch näher erläutert. Das Cordierit-Glas

"><> (Komponente b) ist von Natur aus ein isotropes Material und beginnt bei 1000°C zu kristallisieren. Das Cordierit-Tonmaterial (Komponente a) beginnt sich bei etwa 1370⁰C in einen kristallinen Cordierit umzuwandeln. Das Cordierit-Material wird insgesamt bei

5"> Temperaturen zwischen etwa 1370 und 1460⁰C gesintert. Dabei wird das Cordierit-Tonmaterial (a) unter dem Einfluß des isotropen Cordierit-Glases (b) in einen nicht-orientrrten kristallinen Zustand überführt. Der Ausdehnungskoeffizient des Cordierit-Keramikproduktes wird dVbei verringert, während gleichzeitig die Unterschiede in den Ausdehnungskoeffizienten in den drei zueinander senkrechten Richtungen verringert werden. Auf diese Weise erhält man eine Cordierit-Keramik mit hoher thei bischer Schockfestigkeit, in der die

*5 Wärmespannungen gering bleiben, selbst wenn eine häufige schnelle Aufheizung und Abkühlung erfolgt, wie dies bei der katalytischen Abgasreinigung der Fall ist.
Das cordierit-Glas verringert das Schrumpfen und

damit das Auftreten vein Sprüngen beim Sintern, wodurch die Überwachung der ik'triebsparameter beim Sintervorgang erleichtert wird und insgesamt eine höhere Ausbeute an einwandfreien Keramikkörpern erreichbar ist. Außerdem erhiilt das Cordierit-Glas die Maicrialclichtc und damit insgesamt die mechanische Festigkeit des crlindungsgemäßen Cordierit-Kcramikproclu'ctes.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird ferner deutlich, daß die erfindiingsgemäfJ hergestellte Cordierit-Keramik keine Verschlechterung hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten und der thermischen Schockfestigkeit erfahrt, wie dies bei Cordierit-Keramikprodukten der Fall ist. die unter Zusatz von gebranntem Cordierit-Tcn hergestellt weiden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Fs zeigt

Fig. I eine perspektivische Darstellung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Keramikkörpers mit Wabenstruktur.

F i g. 2 eine vergrößerte Darstellung eines zylindrischen Körpers mit Wabenstruktur zur Erläuterung der Messungen des Wärmeausdehnungskoeffizienten.

Fi g. 3 einen Querschnitt durch einen Keramikkörper mit Wabenstruktur zur Erläuterung der Messung der Druckfestigkeit.

Fig. 4a bis F i g. 4c perspektivische Darstellung von Keriiinikkörpern mit Wabenstruktur zur Erläuterung der Extrusionsrichtung und der Messung des Wärmedehnungskoeffizienien.

Bevorzugte Art der Durchführung des
eiTmdtingsgemäßen Verfahrens

I. Herstellung von Proben

1.1 I !erstellung de·- Tonmaterials mit Conlierit-Zus.immenstM/ung

Kaolin, llalloysit von Neuseeland, mit einem durchschnittlichen Parlikeldurchmesser von 0.9 um. Talk, von Nord-Ost-China, mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 10.0 um und Gibsit. d. h. Aluminiumhydroxid, ein handelsübliches Produkt, mit einem minieren Partikeldurchmesser von 1.2 μηι wurden gemischt, um das Tonmaterial mit Cordierit-Zusammensetzung /u erhalten. Die Zusammensetzung der einzelnen, vorstehend angesprochenen Komponenten ist in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeschlüsselt. Die genannten Komponenten führten nach dem Mischvorgang zu einer Tonmaterialzusammensetzung mit 51 Gew.-% SiO... 33 (Jew ■"■« AlO₁ und 14 (lew.-"/ο MgO (auf der Oxidbasis).

Tabelle 1

	Komponenten des	Talk	Tonmaterial	Glas
	Kaolin	CV,,,	Al.-	(S)
	<%>	61,16	Hydroxid (M	50,96
SiO₂	48.08	0,01	0.02	34.93
AIiOj	36.99	0.04	65,13	0,08
CaO	0,07	30.01	-	13,98
MgO	0,03	-	-	0.02
KiO	0,05	-	-	0.02
Na-O	0.07	-	0.43	0,07
TiOj	0J9	0.02	-	0,04
Fe₂O,	0,23	5.07	0,03	-
Brennverlust	13,97	34,45

1.2 Herstellung von Cordierit-Glas

MaO mit einer Reinheit von 44,8%. ΛΙ.-Ο, mit einei Reinheit von 44.8% und SiO; mit einer Reinheit \on '■Κ'.,'/Ίι wurden gemischt und in einem elektrischen Ofen mit einem direkt durch das Gemisch fließenden Strom für die Dauer von zwei Stunden bei einer Temperatur von IbOO C geschmolzen. Anschließend wurde die Schmelze in Wasser abgekühlt und dann auf einen mittleren Partikeldurchmesser von 7.0 um gemahlen, wobei eine Vibrationsmühle mit Achatkugeln verwendet wurde, um so ein pulverisiertes Glas mit der aus Tabelle 1 ersichtliche:! CiMdierit-Zusiunm-jnsiM/ims. _/n erhalten.

2.1 Mischungsverhältnis w>ii Cordierit-Glas und Cordierit-Tonmatcnal

Das Cordierit-Tonmati al und das ( ordierit-Glas wurden in der vors! hend unter I.! und !.2 beschriebenen Weise hergestellt und dann mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen gemäß den Beispielen I bis 11 in der nachfolgenden Tabelle 2 gemischt, um jeweils eine 30-kg-Probe zu erhalten. Dabei bestand jede Probe aus der Tonkomponente und der Glaskomponente, die beide die vorstehend angegebene Cordierit-Zusammensetzung aufw iesen.

Die Proben Nr. 2 bis 10 wurden als Beispiele gemäß der Erfindung hergestellt, während die Proben Nr. I und 11 als Vergleichsbeispiele aufgeführt sind.

Tabelle 2	Mischungsverhältnis (Gew.-%)	Glas	Tonmaterial	Talk (kg)	Aluminium hydroxid (kg)	Glasmaterial	Al₂O₃ (kg)	SiO₂ (kg)
Nr.	Ton	0	Kaolin (kg)	11,20	6,60	MgO (kg)	—	-
	100	10	12,20	10,08	5,94	_	1,05	1,53
1	90	20	10,98	8,96	5,28	0,42	2,10	3,06
2	80	30	9,76	7,84	4.62	0,84	3,15	4,59
3	70		8,54			1,26
4

	7	Glas	31	-	46	_	250	Aluminium	8	AI₂Oj	SiO₂
						hydroxid
Fortsetzung	Mischungsverhältnis					(kg)	Glasmaterial	(kg)	(kg)
Nr.	(Gew.-".,ι	40	Tonmaterial			3,96		4,20	6,12
	Ton	50				3,30	MgO	5,25	7,65
		60	Kaolin	Talk	2,64		6,30	9,18
		70			1,98	(kg)	7,35	10,71
	60	80	(kg)	(kg)	1,32	1,68	8,40	12,24
5	50	90	7,32	6,72	0,66	2,10	9,45	13,77
6	40	100	6,10	5,60	-	2,52	10,50	15,30
7	30	4,88	4,48		2,94
8	20	3,66	3,36	3,36
9	10	2,44	2,24	3,78
10	0	1,22	1.12	4,20
11

.3 Herstellen und Mischen von gebrannten Cordieriibildenden Ton (Vergleichsbeispicle)

Das C'ordierii-bildende Tonmaterial, welches gemäß Punkt i.l hergestellt wurde, wurde bei 1200"C für zwei Stunden gebrannt. Der so erhaltene

gebrannte Ton wurde mit dem Cordierit-bildenden Tonmaterial gemischt, um mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen gemäß der nachfolgenden Tabelle 3 jeweils eine 30-kg-Probe gemäß Versuch Nr. 12 bis 16 zu erhalten.

Tabelle 3	Mischungsverhältnis	gebrannter	Tonmaterial	3.1	Talk	Aluminium	gebrannter
Nr.	(Gew.-%)	Ton				hydroxid	Ton
	Tonmat.		Kaolin		(kg)	<k«)
		10			10,08	5,94
		20	(kg)	8,%	5,28	(kg)
	90	30	10,98	7,84	4,62	3
12	80	40	9,76	6,72	3,96	6
13	70	50	8,54	5,60	3,30	9
14	60		7,32	Auswertung		12
15	50	6,10			15
16		; von monolithischen Cordicrit-Kcra- 3.
lung	ι mit Wabenstruktur		Formbarkeit der ungebrannten Körper
perr

Eine 3-kg-Probe jedes der Materialien gemäß Versuch Nr. 1 bis 16 wurde für 30 Minuten in einem Mischer gemischt, und es wurden allmählich unter Fortsetzung des Umrührens 8 1 Wasser und 1,8 kg Methyl-Zellulose während eines Zeitintervalls von 30 Minuten zugesetzt, jede Mischung wurde dann extrudiert. um 20 monolithische Zylinder mit Wabenstruktur zu erhalten, deren Durchmesser etwa 10 cm betrug, die ca. 300 Zellen pro cm² besaßen, bei denen die Wanddicke OJ mm betrug, während der Zellenabstand 1,47 mm betrug. Die ungebrannten Körper wurden für die Dauer von 30 Minuten bei etwa 120°C getrocknet und dann auf eine Länge von etwa 7,5 cm geschnitten. Ein entsprechender Körper ist in F i g. I gezeigt. Die zugeschnittenen Körper wurden dann für ein Zeitintervall von 3 Stunden bei 1430° C gesintert. woraufhin der Brennvorgangs bis zum Abschluß eines Zeitintervalls von insgesamt etwa 100 Stunden fortgesetzt wurde.

Die ungebrannten Körper wurden nach dem Formen optisch überprüft. Die Marken O, Δ und χ in der nachfolgenden Tabelle 4 haben dabei folgende Bedeutung:

O gut

Δ Oberfläche teilweise abgeschält χ gesamte Oberfläche gerissen oder abgeschält.

Da die ungebrannten Körper gemäß Versuch Nr.

10 und 11 nicht ausgeformt werden konnten, wurden den Gemischen gemäß Proben Nr. 10 und

11 zusätzlich 0,9 kg eines Binders und 0,81 Wasser zugesetzt Die Mischvorgänge und das Ausformen wurden daraufhin wiederholt, um die Proben Nr. 10' und W zu erhalten.

Die Formbarkeit der Proben Nr. 2 bis 10 und 10' gemäß der Erfindung und der zu Vergleichszwecken hergestellten Proben Nr. 1, U, W und 12

Nr.	Formbar	Sintern	Proben	Aus
	keit	Schrump	mit	beute
		fung	Sprüngen
			(n/20)
		(%)	5	(%)
1	O	4,7	3	75
2	O	3,8	1	85
3	O	3,1	0	95
4	O	2,4	0	100
5	O	1,8	Q	100
6	Q	1 1 * V*	δ	!00
7	O	1,1	0	100
8	O	1,0	0	100
9	Δ	1,0	-	100
10	X	-	-	-
11	χ	-	0	—
10'	Δ		0	100
11'	Δ	1,2	3	100
12	O	3,9	1	85
13	O	3,3	0	95
14	O	2,7	0	100
15	O	2α	0	100
16	O	1,8	100

9 10

bis 16 wurde untersucht und die Versuchsergebnis- und die miuiere Kompressionsfestigkeit ist in der

se sind in Tabelle 4 zusammengestellt. nachfolgenden Tabelle 5 angegeben.

3.5 Wärmedehnungskoeffizient
Tabelle 4

Die Wärmedehnungskoeffizienten wurden in drei Richtungen an den monolithischen Keramikkörpern mit Wabenstruktur bestimmt. Gemäß F i g. 4a verlief die eine Meßrichtung P parallel zur Extrusionsrichtung E Gemäß Fig.4b verlief die

ίο zweite Meßrichtung R senkrecht zur Extrusionsrichtung E und gemäß Fig.4c verlief die dritte Meßrichtung L senkrecht zu den Ebenen der lamellenförmigen Zellenwände. Bei den drei Typen von Probestücken gemäß F i g. 4a. 4b und 4c waren folgende Abmessungen vorhanden: 6x6x50mnv während die Richtung der Ebenen der Zellwände zur Längsachse der Proben verschieden waren. Der Prcbekörⁿer "ernäß Fi ^a.4c wmi-Hp wir fo'^¹ hergestellt: ein ungebrannter extrudierter Körper mit Wabenstruktur wurde in der Richtung R zusammengedrückt (in Diagonalrichtung der Zelle), so daß die Ebenen der Zellenwände dicht aneinandergedrückt wurden, derart, daß ein Block aus lamellenlörmig aufeinanderfolgenden Zellenwänden gebildet wurde. Der so erhaltene Block wurde für 30 Minuten bei etwa 120"C in einer sehr feuchten Atmosphäre getrocknet und dann zerschnitten, um die Probe gemäß Fig.4C mit den oben angegebenen Abmessungen zu erhalten.

Anschließend erfolgte in ähnlicher Weise wie bei den Proben gemäß F i g. 4a und 4b das Sintern.

3 2 Schrum f ^^ie Wärmeausdehnungskoeffizienten wurden be-

P ⁿ^ stimmt und für den Temperaturbereich von 25 bis

Die Höhen Zj₁, Λ, und /ij eines monolithischen lOOCCgemittelt.

Zylinderkörpers mit Wabenstruktur wurden längs J5 ,, _rl . , _c . . , ,- , ■
.· ■· · j· , ■ L ■■„■ -u λ 3.6 riiernusche Schockfestigkeit

dreier Linien gemessen, die gleichmäßig über den

Umfang des Zylinders verteilt waren, wie dies Die thermische Schockfestigkeit der monolithi-

F i g. 2 zeigt, und zwar vor und nach dem Sintern. sehen Keramikzylinder mit Wabenstruktur wurde

Die Schrumpfung wurde daraufhin gemäß folgen- mit einem gasbetriebenen Prüfgerät untersucht, bei

der Gleichung berechnet: -to dem während eines Ze. .tervalls von 10 Minuten

eine schnelle Aufheizun auf 800° C und anschlie-

Schrumpfung = ^h»~^h' xlQQ(%), Bend eine erzwungei Abkühlung mit Luft.

h_b ebenfalls während einjs Zeitintervalls von 10

Minuten, möglich war. Das Auftreten von Sprün-

wobei hb «■ Höhe vor dem Sintern und h_a = Höhe 45 gen wurde mit dem bloßen Auge nach jeweils nach dem Sintern. 20-Heiz/Kühl-Zyklen überprüft.

,,-,.. j „ , Die Druckfestigkeit, der Wärmeausdehnungskoef-

3.3 Zahl der gesprungenen Proben _{fjziem und dje} *_nermische Schockfestigkeit für die

Diese Zahl gibt an. wieviele von jeweils 20 Proben monolithischen Cordierit-Keramikkcrper mit Wa-

nach dem Sintern Sprünge zeigten. 50 benstruktur sind für die Proben Nr. 2 bis 9 und 10',

Die Versuchsergebnisse hinsichtlich der ermittelten die gemäß der Erfindung hergestellt waren, und für

Schrumpfung und der Anzahl der gesprungenen die Proben 1. W und 12 bis 16. die als

Proben sind ebenfalls in Tabelle 4 angegeben. Vergleichsbeispiele dienten, nachstehend in Tabelle

3.4 Druckfestigkeit .. Sangegeben.

Zehn ungebrannte Körper jeder Probe wurden durch Zerschneiden eines ungebrannten monolithi- Tabelle sehen Zylinders gemäß F i g. 2 hergestellt, um einen anderen monolithischen Zylinder mit einem Durchmesser von etwa 2.5 cm und mit einer Länge /von etwa 2.5 cm zu erhalten, bei dem die Zellenwände unter einem Winkel von 45% gegen die obere und untere Kreisfläche geneigt waren. Auf diese Weuse wurden die Zylinder gemäß Fig.3 erhalten. Senkrecht zur oberen Kreisfläche, d. h. ip Richtung der geringsten Kompressionsfestigkeit der Körper, wurde anschließend eine Druckkraft F ausgeübt. Der Versuch wurde an zehn Körpern durchgeführt

Nr.	Druck	Wärmedehnungs-	L	Schock
	festigkeit	koiffizient	1,92	festigkeit
	(kg/cm²)	(X 10~⁶/° C)	1,70	(bis zu
		in Richtung	1,41	800⁰C)
		P R
1	7,6	0,85 0,97	100 ~ 120
2	7,4	0,90 1,01	140 ~ 160
3	8,0	0,56 1,03	180-220

lortsel/iMig

4	8,7
5	8,9
6	9,0
7	8,7
8	8,7
9	7,3
10'	6,0
ir	5,1
12	7,4
\|3	7,i
14	6.9
15	7,3
16	7,0

1,03 1,08 1,10 1,11 1,13 1,12 1,14 1,15 1,10 Ui 1,27 1,32 1,40

1,07

1,09

1.11

1,17

1,93

1,90

1,86

1,84

1,81

12

Nr.	Druck	Wärmedehnungs-	Schock
	festigkeit	^oellizient	festigkeit
	(kg/cnr)	(X 10"⁶/°C)	(bis zu
		in Richtung	800° C)
		PRL

300 ~ 320

340 ~ 360

380 ~ 400

360 ~ 380

320 ~ 340

200 ~ 220

160- 180

140-160

80 ~ 100

80 — iOO

60- 80

40- 60

Anwendbarkeit in der Industrie

■\us der vorstehenden Beschreibung und deutlich, dall eil'indungsgemaU ein Verfahren /um Herstellen eines Cordierit-Keraniiker/eugnissi., .ingegeben wird, «clones einen im wesentlichen isotropen und niedrigen Warmcdehnungskoeffi/ienten besil/t. und welches Iniglich eine verbesserte thermische Scrn-cktesiigkeit besii/t insbesondere beim I).iuei betrieb, \.eiin immer wieder Zyklen mit einer schnellen trwiiniiiing und Abkühlung durchlaufen werden. Das criindungsgeniall erhaltene Material eignet sich folglich als Träger für einen Katalysator /ur katalytischer) Abgasreinigung bei Kraftfahrzeugen. Außerdem bieten sich für das erfindiingsgemaß hergestellte Material /ahlreiche weitere Anwcndungsniöglichkcitcn.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Cordierit-Kermaik-Produktes. bei dem das Cordierit-Ausgangsmaterial gemischt, geformt und anschließend getrocknet und gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Cordierit-Ausgangsmaterial folgende Zusammensetzung verwendet wird: