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Hintergrund
der Erfindung und Beschreibung verwandter Gebiete
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Keramikwabenstruktur auf Cordieritbasis durch Extrudieren.
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Keramikwabenstrukturen
auf Cordieritbasis werden als Träger
für Abgasreinigungskatalysatoren
für Autos
und verschiedene Industriebereiche, als Filter, als Wärmeaustauscher
usw. verwendet.
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In
den letzten Jahren ist mit dem technologischen Fortschritt auch
der Wunsch nach einer Verbesserung des Keramikwabenträgers für Katalysatoren,
die vor allem im Abgassystem von Autos eingesetzt werden, in Bezug
auf (1) Volumen (kleineres Volumen), d.h. bessere katalytische Leistung
und besseres Anspringverhalten, (2) Druckabfall (geringer Druckabfall),
um den Treibstoffverbrauch zu verbessern und höhere Motorleistung zu erreichen,
(3) Kostensenkung bei der Einblechung im Gehäuse, (4) Temperaturschockresistenz
und Festigkeit, um sie nahe dem Motor montieren zu können, um
so höhere
katalytische Aktivität
zu erreichen, gestiegen.
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In
diesem Zusammenhang wurde an der Entwicklung einer Wabenstruktur
mit dünneren
Rippen und höherer
Zelldichte gearbeitet, um bessere katalytische Leistung und eine
Wabenstruktur mit dünneren
Rippen zu erhalten, die eine erforderliche Zelldichte aufwiesen,
um geringeren Druckabfall zu erreichen. Die Verwendung von dünneren Rippen
in einer auf porösem
Cordierit basierenden Keramikwabenstruktur führte zu Problemen in Zusammenhang
mit (a) geringerer Festigkeit und (b) einem wesentlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten
bei der Verwendung einer Düse
mit kleinerer Spaltbreite beim Extrudieren und der daraus folgenden
Notwendigkeit der Verwendung feinerer Materialien (insbesondere
Magnesiamaterialien).
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Es
war schwierig, eine Keramikwabenstruktur auf Cordieritbasis mit
hoher Dichte zu erhalten.
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Vor
allem wenn Rohmaterialien zur Cordieritbildung mit einem niedrigen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 2,0 × 10–6/°C in einem
Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 800 °C verwendet wurden, war es notwendig,
die Menge an Verunreinigungen (die zu einem Flussmittel werden),
wie z.B. Calciumoxid, Alkali oder Natrium, zu minimieren, weshalb
die erhaltene Keramikwabenstruktur auf Cordieritbasis eine sehr
geringe Menge einer Glasphase aufwies und porös war.
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Um
dieses Problem zu lösen,
wurde versucht, Rohmaterialien mit einem geringen Gehalt an Verunreinigungen
zu verwenden, wie beispielsweise streng ausgewählter Talk, Kaolin, Aluminiumoxid
usw.; die erhaltene Wabenstruktur wies jedoch eine sehr geringe
Porosität
von nur 20 bis 45 % auf.
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Eine
Keramikwabenstruktur auf Cordieritbasis muss jedoch, wenn sie als
Träger
für einen
Abgasreinigungskatalysator für
Autos verwendet werden soll, einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 1,5 × 10–6/°C oder weniger
aufweisen.
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Im
Falle einer Wabenstruktur mit einer Porosität von 30 % oder weniger war
die Verwendung einer größeren Menge
an Verunreinigungen und feinen Rohmaterialien notwendig, weshalb
es unmöglich
war, eine Wabenstruktur mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 1,0 × 10–6/°C oder weniger
in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 800 °C zu erhalten.
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Eine
Keramikwabenstruktur auf Cordieritbasis mit relativ geringer Porosität weist
starke Schrumpfung beim Trocknungs- und Brennschritt auf und bekommt
leicht Sprünge;
deshalb war es schwierig, solch eine Wabenstruktur mit hoher Ausbeute
und in großer
Größe herzustellen.
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Um
diese Probleme zu lösen,
wird in der JP-B-4-70053 ein Verfahren zur Herstellung einer Cordieritkeramik
mit höherer
Festigkeit offenbart, indem ihre Porosität bei 30 % oder weniger gehalten
wird, d.h. indem sie dichter gemacht wird.
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Dadurch
ist es möglich,
in einer Wabenstruktur die Verringerung der isostatischen Festigkeit
(bei der es sich um eine Druckbelastung handelt, die an der Außenwand
und an der Peripherie angelegt wird) zu verhindern, die durch die
Verformung der Wabenzellen beim Extrudieren entsteht.
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Beim
oben genannten Verfahren weist die Wabenstruktur jedoch, da die
Keramikwabenstruktur auf Cordieritbasis eine Porosität von 30
% oder weniger aufweist, keine hohe Katalysatorbeschichtbarkeit
auf; die Formbarkeit während
des Extrudierens ist nicht gut; und die Wabenstruktur weist weder
eine ausreichend geringe Wandstärke
noch eine ausreichend hohe Zelldichte auf.
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Die
EP-A-232621 schlägt
die Verwendung von sehr feinem Kaolin mit einem mittleren Teilchendurchmesser
von nicht mehr als 2 μm
in einer Charge zur Herstellung einer Cordieritwabenstruktur durch
Extrusion vor. In einem Vergleichsbeispiel wird Kaolin mit einer
mittleren Teilchengröße von 5,9 μm zusammen
mit 10,5 Gew.-% Aluminiumhydroxid verwendet.
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Weitere
Veröffentlichungen,
in denen Chargen zur Extrusion zur Herstellung von Cordieritwabenstrukturen,
die Talk, Kaolin, Aluminiumoxid usw. enthalten, beschreiben, sind
die EP-A-894776 (veröffentlicht
am 3. Februar 1999) und die EP-A-514205.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Im
Hinblick auf die oben genannten Probleme des Stands der Technik
besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung
eines Verfahrens zur Herstellung einer Keramikwabenstruktur auf
Cordieritbasis, deren Formbarkeit beim Extrudieren, vor allem die
Gleitfähigkeit
und die Formstabilität,
verbessert ist, und in der Bereitstellung einer Keramikwabenstruktur
auf Cordieritbasis mit dünnen
Zwischenwänden
und hoher Zelldichte, die verbesserte mechanische Festigkeit (isostatische
Bruchfestigkeit) und verbesserte Katalysatorbeschichtbarkeit aufweist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Keramikwabenstruktur
auf Cordieritbasis bereitgestellt, wie es in Anspruch 1 dargelegt
ist.
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Beim
vorliegenden Verfahren weist das Kaolin vorzugsweise einen Wert
für (mittleren
Teilchendurchmesser) : (spezifische Oberfläche nach dem BET-Verfahren)
von 1 oder mehr auf.
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Außerdem weist
im vorliegenden Verfahren die hergestellte Keramikwabenstruktur
auf Cordieritbasis vorzugsweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 0,8 × 10–6/°C oder weniger
zwischen 40 °C
und 800 °C
in Durchflussrichtung, eine Porosität von 24 bis 38 % und eine
isostatische Festigkeit von 10 kp/cm2 oder mehr
auf.
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Kurzbeschreibung
der Abbildung
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1 ist
ein Diagramm, das die Beziehungen zwischen der Gleitfähigkeit
und der Formstabilität
zeigt, als Wasser zu Rohmaterialchargen zur Cordieritbildung zugesetzt
wurde, die in Beispiel 1, Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 1 erhalten
wurden.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Beim
Verfahren zur Herstellung einer Keramikwabenstruktur auf Cordieritbasis
gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
die Rohmaterialcharge zum Extrudieren 65 Gew.-% oder mehr Rohmaterialien
zur Cordieritbildung, die Talk, Kaolin und Aluminiumhydroxid enthalten
und Kristallwasser aufweisen.
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So
kann das Extrusionsmaterial verbesserte Gleitfähigkeit beim Extrudieren aufweisen
und der geformten Wabenstruktur bessere Formstabilität verleihen.
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Beim
vorliegenden Verfahren zur Herstellung einer Keramikwabenstruktur
auf Cordieritbasis ist es wichtig, dass, wie oben erwähnt, als
Rohmaterialien zur Cordieritbildung drei Arten von Rohmaterialien
verwendet werden, nämlich
Talk, Kaolin und Aluminiumhydroxid.
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Der
Gehalt der Rohmaterialien zur Cordieritbildung in der Rohmaterialcharge
beträgt
65 Gew.-% oder mehr, noch bevorzugter 70 Gew.-% oder mehr, um zu
verhindern, dass der Extrusionsdruck während des Extrudierens steigt,
und um die Formstabilität
der geformten Wabenstruktur zu verbessern.
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Außerdem sind
die Mengen an calciniertem Talk, calciniertem Kaolin und Aluminiumoxid
in der Rohmaterialcharge vorzugsweise minimiert, weil eine Erhöhung der
Mengen die Gleitfähigkeit
der Charge deutlich verschlechtert.
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Die
Rohmaterialien zur Cordieritbildung sind zum Extrudieren einer Keramikwabenstruktur
auf Cordieritbasis mit dünnen
Zwischenwänden
und keiner Zellverformung geeignet, aber beim Brennen bekommt die Wabenstruktur
Sprünge.
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Deshalb
ist es im vorliegenden Verfahren zur Herstellung einer Keramikwabenstruktur
auf Cordieritbasis wichtig, dass die Rohmaterialcharge 10 Gew.-%
oder mehr Kaolin mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 5 μm oder mehr
und einer spezifischen Oberfläche
nach dem BET-Verfahren von 10 m2/g oder
weniger enthält.
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Wenn
die Rohmaterialcharge Kaolin mit den oben genannten Eigenschaften
in der oben genannten Menge enthält,
ist es möglich,
die Menge an Wasser zu minimieren, die für den Erhalt eines extrudierbaren Materials
erforderlich ist; folglich kann der scheinbare Volumenanteil der
Teilchen im Material groß und
der Abstand zwischen einzelnen Teilchen klein gemacht werden.
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Mit
solch einem Extrusionsmaterial ist es möglich, beim Extrudieren die
Zeit zu verringern, die vom Einsatz der Scherbeanspruchung bis zum
Ende der Scherung und zur darauf folgenden Gewinnung (Rekoagulation)
notwendig ist; dadurch wird die Formstabilität der geformten Wabenstruktur
verbessert.
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In
diesem Fall weist Kaolin vorzugsweise einen Wert für (mittleren
Teilchendurchmesser in μm)
: (spezifische Oberfläche
nach dem BET-Verfahren in m2/g) von 1 oder
mehr auf.
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Die
Verwendung von Kaolin mit einem kleinen mittleren Teilchendurchmesser
von weniger als 5 μm und
einer großen
spezifischen Oberfläche
nach dem BET-Verfahren
von mehr als 10 m2/g in der Rohmaterialcharge
ist aus folgenden Gründen
nicht bevorzugt. Solches Kaolin weist eine höhere Oberflächenenergie auf und ergibt
folglich eine Rohmaterialcharge mit höherer Energie; deshalb ist
eine größere Menge
Wasser erforderlich, um ein extrudierbares Material zu erhalten;
im extrudierbaren Material ist der scheinbaren Volumenanteil an
Teilchen geringer und der Abstand zwischen Teilchen größer; beim
Extrudieren ist die Zeit länger,
die vom Einsatz der Scherbeanspruchung bis zum Ende der Scherung
und zur darauf folgenden Gewinnung (Rekoagulation) notwendig ist;
weshalb die geformte Wabenstruktur geringe Formstabilität aufweist.
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Wenn
Kaolin mit den oben genannten Eigenschaften in einer Menge von 10
Gew.-% oder mehr, vorzugsweise 15 bis 25 Gew.-%, in der Rohmaterialcharge
enthalten ist, kann sich die Eigenschaft, dass Kaolin ein einzigartiges
Pulver ist (d.h. das Pulver ist ein anorganischer Elektrolyt und
in Gegenwart von Wasser sind seine Enden negativ geladen und die
Zwischenflächen
positiv geladen), ausreichend in der rheologischen Eigenschaft der
Rohmaterialcharge widerspiegeln. Somit kann ein gut zum Extrudieren
geeignetes Material erhalten werden, das in einem höheren Scherzustand
leicht verformt werden kann, wenn es durch eine Extruderdüse geschickt
wird, und das in scherfreiem Zustand gegen Verformung beständig ist,
nachdem es die Extruderdüse
passiert hat.
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Die
Rohmaterialien zur Cordieritbildung, die in der Rohmaterialcharge
der vorliegenden Erfindung verwendet werden, weisen durch Sieben
eine bestimmte Teilchengröße auf,
die kleiner ist als die Spaltbreite der Extruderdüse.
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Somit
ist es möglich,
eine Verstopfung der Spalte der Extruderdüse mit der Rohmaterialcharge
zu vermeiden und eine gut geformte Wabenstruktur ohne Defekte in
den Wabenrippen zu erhalten.
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Der
in den Rohmaterialien zur Cordieritbildung verwendete Talk ist vorzugsweise
ein Mikrotalk, der aus kleinen Einkristallen besteht.
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Das
in den Rohmaterialien zur Cordieritbildung verwendete Aluminiumhydroxid
ist vorzugsweise eines mit einer großen spezifischen Oberfläche nach
dem BET-Verfahren,
das durch Kristallisation gemäß dem Bayer-Verfahren
erhalten wird und dann zur Bildung einer dünnen Schicht gemahlen wird.
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Die
spezifische Oberfläche
nach dem BET-Verfahren bezieht sich auf die Oberfläche eines
Feststoffs pro Masse und wird gemäß der Gasadsorptionstheorie
von Brunauer, Emett und Teller (isothermale BET-Gleichung) bestimmt,
wobei die Oberfläche
durch Berechnung der Fläche
einer multimolekularen Schicht bestimmt wird.
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Die
durch das vorliegende Verfahren erhaltene Keramikwabenstruktur auf
Cordieritbasis weist vorzugsweise in Durchflussrichtung der Keramikwabenstruktur
zwischen 40 °C
und 800 °C
einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 0,8 × 10–6/°C oder weniger
auf.
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Ein
Wärmeausdehnungskoeffizient
von mehr als 0,8 × 10–6/°C ist nicht
bevorzugt, weil die dann erhaltene zylindrische Wabenstruktur (der
Durchmesser beträgt
etwa 100 mm) eine Temperaturschockresistenz von weniger als 700 °C aufweist
und als Träger
für Abgasreinigungskatalysatoren
für Autos
unbrauchbar ist.
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Als
Nächstes
wird das vorliegende Verfahren zur Herstellung einer Keramikwabenstruktur
auf Cordieritbasis genauer erläutert.
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Die
Rohmaterialcharge für
die Keramikwabenstruktur auf Cordieritbasis enthält 65 Gew.-% oder mehr Rohmaterialien
zur Cordieritbildung, die Talk, Kaolin und Aluminiumhydroxid umfassen,
wobei der Rest aus calciniertem Kaolin, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid,
calciniertem Talk usw. besteht, sodass die chemische Zusammensetzung
der Hauptkomponenten in der Rohmaterialcharge aus 42 bis 56 Gew.-%
SiO2, 30 bis 45 Gew.-% Al2O3 und 12 bis 16 Gew.-% MgO besteht. Zu dieser
Rohmaterial charge werden Wasser, ein organisches Bindemittel (z.B.
Methylcellulose) und ein Tensid zugesetzt; das Gemisch wird geknetet;
das geknetete Material wird extrudiert, um eine geformte Wabenstruktur
zu erhalten; die geformte Wabenstruktur wird getrocknet und dann
bei einer Temperatur von 1.350 bis 1.440 °C gebrannt; so kann eine Keramikwabenstruktur auf
Cordieritbasis (eine gebrannte Wabenstruktur) erhalten werden.
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Im
oben genannten Verfahren kann, wenn die Rohmaterialcharge Kaolin
mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 5 μm oder mehr und einer spezifischen
Oberfläche
nach dem BET-Verfahren von 10 m2/g oder
weniger in einer vorgegebenen Menge (10 Gew.-% oder mehr) enthält, ein
Material zum Extrudieren erhalten werden, dass beim Extrudieren
bessere Gleitfähigkeit
aufweist und außerdem
nach dem Extrudieren Formstabilität besitzt (keine Schwerkraftdeformation
verursacht); somit kann eine Wabenstruktur mit dünnen Zwischenwänden und
hoher Zelldichte hergestellt werden (z.B. mit einer Zwischenwandstärke von
40 μm und einer
Zelldichte von 200 Zellen/cm2).
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Indem
wie oben beschrieben eine Wabenstruktur mit dünnen Zwischenwänden hergestellt
wird, kann die Zellverformung einer geformten Wabenstruktur sehr
gering gemacht werden; der Wärmeausdehnungskoeffizient
einer gebrannten Wabenstruktur kann ebenfalls sehr gering gemacht
werden; die isostatische Festigkeit einer gebrannten Wabenstruktur
mit einer Porosität
von 24 bis 38 % kann auf 10 kp/cm2 oder
mehr gebracht werden; und die Katalysatorbeschichtbarkeit in einer
gebrannten Wabenstruktur mit einer Porosität von 30 % oder mehr kann verbessert
werden.
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Die
Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit
von Aluminiumhydroxid oder Kaolin im Temperaturbereich zur Kristallwasserentfernung
wird vorzugsweise bei 50 °C/h
oder weniger gehalten, um die Entstehung von Rissen in der Keramikwabenstruktur
auf Cordieritbasis zu verhindern. Die Entfernung des Bindemittels
vor dem Brennen ist ebenfalls wirksam, um die Entstehung von Rissen
in der Keramikwabenstruktur auf Cordieritbasis zu verhindern.
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Beispiele
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Nachstehend
wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen genauer beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch durch diese Beispiele in keinster
Weise eingeschränkt.
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Die
Rohmaterialien zur Cordieritbildung, die geformten Wabenstrukturen
und die gebrannten Wabenstrukturen, die in den Beispiele erhalten
wurden, wurden mithilfe der folgenden Verfahren auf ihre Eigenschaften
gemessen.
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Gleitfähigkeit
des Extrusionsmaterials
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Ein
Extrusionsmaterial wurde bei einer vorgegebenen Kolbendruck durch
eine Extruderdüse
mit einer Spaltbreite von 100 μm
zu einer Wabengestalt extrudiert, und die Extrusionsgeschwindigkeit
wurde gemessen. Aus dem Druck, der Extrusionsgeschwindigkeit und
der Spaltbreite wurde die Scherrate des Extrusionsmaterials während des
Durchflusses durch die Extruderdüse
berechnet. Die Scherrate wurde in die scheinbare Viskosität (MPa·s) des
Extrusionsmaterials umgerechnet.
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Je
kleiner die scheinbare Viskosität
(die ein Maß für die Gleitfähigkeit
ist), desto besser ist die Gleitfähigkeit des Extrusionsmaterials.
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Formstabilität der geformten
Wabenstruktur
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Ein
Extrusionsmaterial wurde mithilfe eines Kolbens extrudiert, um einen
Festkörper
mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Länge von 30 mm herzustellen.
Der geformte Festkörper
wurde unter Verwendung eines Autographen mit einer Kompressionsgeschwindigkeit
von 1 mm/s komprimiert, und eine Belastung (kp) wurde gemessen.
Aus der Spannungsdehnungskurve wurde der Youngsche Elastizitätsmodul
berechnet, aus dem die scheinbare Viskosität (MPa·s) berechnet wurde.
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Je
größer die
scheinbare Viskosität
(die ein Maß für die Formstabilität ist),
desto besser ist die Formstabilität der geformten Wabenstruktur.
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Anzahl an
fehlerhaften Rippen
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Ein
Wabenmaterial mit einer vorgegebenen Zwischenwandstärke, einem
Durchmesser von 100 mm und 62 quadratischen Zellen pro cm2 wurde durch Extrudieren geformt, sodass
es eine Länge
von 100 m aufwies, und die Anzahl an fehlerhaften Rippen wurde gemessen.
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Viskosität
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Gemessen
unter Verwendung eines Sedigraph (Röntgensedimentationsverfahren)
von Micromeritech Co.
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Spezifische
Oberfläche
nach dem BET-Verfahren
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Gemessen
unter Verwendung eines Flowsorb II 2300 von Micromeritech Co. Ein
Gasgemisch aus He (30 %) und N2 (70 %) wurde
als Adsorptionsgas verwendet.
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Porosität
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Die
Porosität
wurde aus dem Gesamtvolumen der Poren berechnet, das durch Quecksilberporosimetrie
erhalten wurde. Als absolute spezifische Dichte von Cordierit wurde
2,52 genommen.
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Temperaturschockresistenz
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Eine
gebrannte Wabenstruktur bei Raumtemperatur wurde in einen Elektroofen
gegeben, 30 Minuten darin gelassen und wieder auf Raumtemperatur
zurückgeführt. Das
resultierende Material wurde auf Brüche untersucht, indem es Schlägen ausge setzt
wurde und der Klang beurteilt wurde (Steigerung von 600 °C aufwärts um 50 °C, Sicherheitstemperatur
(°C) ist
angegeben).
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Isostatische
Festigkeit
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Ein
gebranntes Wabenmaterial wurde in einen Schlauch gefüllt, und
ein hydrostatischer Druck wurde auf die Wabenstruktur angelegt.
Der Druck (kp/cm2), bei dem ein teilweiser
Bruch auftrat, wurde gemessen, und ein Mittelwert aus 10 Proben
wurde berechnet.
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Beispiele 1 bis 8 und
Vergleichsbeispiele 1 bis 4
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Rohmaterialien
zur Cordieritbildung wurden gemäß der in
Tabelle 1 angeführten
Formulierung vermischt. Zu 100 Gew.-% der Rohmaterialien wurden
(a) 4 Gew.-% Methylcellulose und (b) Wasser zugesetzt. Das Ganze
wurde geknetet, um ein extrudierbares Material zu erhalten. Das
Material wurde auf seine Gleitfähigkeit
gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
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Als
Nächstes
wurde das extrudierbare Material (Rohmaterialcharge) durch ein bekanntes
Extrusionsverfahren extrudiert, um eine zylindrische Wabenstruktur
(geformte Wabenstruktur) mit einer vorgegebenen Zwischenwandstärke (siehe
Spaltbreite in Tabelle 2), einer Zelldichte von 62 quadratischen
Zellen/cm2, einem Durchmesser von 103 mm
und einer Höhe
von 120 mm zu bilden. Die geformte Wabenstruktur wurde getrocknet
und gebrannt [1.420 °C × 4 Stunden,
Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit
(durchschnittlich von 1.100 bis 1.350 °C) = 60 °C/h], um eine gebrannte Wabenstruktur
zu erhalten.
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Die
geformte Wabenstruktur wurde auf ihre Formstabilität gemessen,
und die Anzahl an fehlerhaften Rippen wurde bestimmt, wonach die
gebrannte Wabenstruktur auf ihren Wärmeausdehnungskoeffizienten
im Temperaturbereich von 40 bis 800 °C in Durchflussrichtung, ihre
Porosität,
ihre Temperaturschockresistenz und ihre isostatische Festigkeit
gemessen wurde. Die Ergebnisse der Messungen sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
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Untersuchungen zu den
Beispielen 1 bis 7 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4
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1 ist
ein Diagramm, das die Beziehungen zwischen der Gleitfähigkeit
und der Formstabilität
zeigt, als Wasser zu einer Rohmaterialcharge zugesetzt wurde, die
in Beispiel 1, Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 1 erhalten wurde.
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Untersucht
wurde ein Viskositätswert
(als Indikator für
die Formstabilität)
bei einer Viskosität
(als Indikator für
die Gleitfähigkeit)
von 5,5 MPa·s
im Hinblick auf die Extrusionsgeschwindigkeit, d.h. die Wabenproduktivität.
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Es
ist übrigens
bekannt, dass die Viskosität
(als Indikator für
die Formstabilität),
bei der eine Wabenstruktur mit dünnen
Zwischenwänden
mit einer mittleren Stärke
von 110 μm
oder weniger ohne Probleme (d.h. Verformung) extrudiert werden kann,
40 MPa·s
beträgt.
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In
jedem der Beispiele 1 und 3 wurde Kaolin mit einem mittleren Teilchendurchmesser
von 5 μm
oder mehr und einer spezifischen Oberfläche nach dem BET-Verfahren von 10
m2/g oder weniger verwendet; deshalb betrug
die Viskosität
(als Indikator für
die Formstabilität)
bei einer Viskosität
(als Indikator für
die Gleitfähigkeit)
von 5,5 MPa·s
in jedem Beispiel 40 MPa·s
oder mehr, und eine Wabenstruktur mit dünnen Zwischenwänden mit
einer mittleren Zwischenwandstärke
von 110 μm
oder weniger konnte in hoher Ausbeute hergestellt werden.
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In
Beispiel 1 wies das verwendete Kaolin im Vergleich zu Beispiel 3
einen größeren Wert
für (mittleren Teilchendurchmesser)
: (spezifische Oberfläche
nach dem BET-Verfahren)
auf; deshalb wies das Extrusionsmaterial bessere Formbarkeit auf.
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In
jedem der Beispiele 1 bis 7 wurde Kaolin mit einem mittleren Teilchendurchmesser
von 5 μm
oder mehr und einer spezifischen Oberfläche nach dem BET-Verfahren von 10
m2/g oder weniger verwendet, und die verwendeten
Rohmaterialien zur Cordieritbildung wiesen eine durch Sieben bestimmte
Teilchengröße auf, die
kleiner war als die Spaltbreite der Extruderdüse; deshalb kam es zu keiner
Verstop fung der Spalten der Extruderdüse, und es konnte eine zufrieden
stellend geformte Wabenstruktur erhalten werden, die im Wesentlichen
frei von Rippenfehlern war.
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In
Vergleichsbeispiel 1 wurde jedoch Kaolin mit einem mittleren Teilchendurchmesser
von 4 μm
und einer spezifischen Oberfläche
nach dem BET-Verfahren von 12 m2/g verwendet;
deshalb betrug die Viskosität (als
Indikator für
die Formstabilität)
bei einer Viskosität
(als Indikator für
die Gleitfähigkeit)
von 5,5 MPa·s
35 MPa·s;
als eine dünnwandige
Wabenstruktur mit einer mittleren Wandstärke von 110 μm oder weniger
geformt wurde, kam es zu Zellverformungen und zur Bildung von Spänen auf
der Oberfläche
bzw. feinen Splittern, und es konnte keine zufrieden stellend geformte
Struktur erhalten werden; die Produktivität war auffallend gering; und
die gebrannte Wabenstruktur wies eine isostatische Bruchfestigkeit
von nur 5 kp/cm2 auf.
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Im
Vergleichsbeispiel 2 betrug die Menge an verwendetem Kaolin 7 %
und der Gesamtgehalt an Rohmaterialien zur Cordieritbildung 60 %;
daher betrug die Viskosität
(als Maß der
Gleitfähigkeit)
während
der Extrusion 5,2 MPa·s
und die Viskosität
(als Maß der
Formstabilität)
33 MPa·s;
die gebildeten Waben wiesen eine Zellverformung und Späne auf der
Oberfläche
bzw. feine Splitter auf, und keine zufrieden stellende gebildete Struktur
konnte erhalten werden; die gebrannte Wabenstruktur wies eine isostatische
Bruchfestigkeit von nur 8 kp/cm2 auf.
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Im
Vergleichsbeispiel 3 betrug der Gesamtgehalt der Rohmaterialien
zur Cordieritbildung 62 %; deshalb betrug die Viskosität (als Indikator
für die
Gleitfähigkeit)
während
der Extrusion 5,6 MPa·s
und die Viskosität
(als Indikator für
die Formstabilität)
38 MPa·s;
die geformte Wabenstruktur wies Zellverformungen und Oberflächenspäne/feine
Splitter auf, und es konnte keine zufrieden stellend geformte Struktur
erhalten werden; und die gebrannte Wabenstruktur wies eine isostatische
Bruchfestigkeit von nur 6 kp/cm2 auf. Außerdem wies die
gebrannte Wabenstruktur einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 1,0 × 10–6/°C und dementsprechend eine
mittlere Temperaturschockresistenz von nur 650 °C auf.
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Im
Vergleichsbeispiel 4 verstopften, da die Rohmaterialien zur Cordieritbildung
nicht gesiebt worden waren, die großen Teilchen, die größer waren
als die Spaltbreite der Extruderdüse, die Spalten der Extruderdüse, und
die geformte Wabenstruktur wies 25 fehlerhafte Rippen auf. Folglich
wies die gebrannte Wabenstruktur geringe Festigkeit, d.h. eine isostatische
Bruchfestigkeit von nur 8 kp/cm2, auf.
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Wie
oben beschrieben kann gemäß dem vorliegenden
Verfahren zur Herstellung einer Keramikwabenstruktur auf Cordieritbasis
eine Keramikwabenstruktur auf Cordieritbasis mit geringer Wandstärke und
hoher Zelldichte erhalten werden; die Formbarkeit beim Extrudieren,
vor allem die Gleitfähigkeit
und die Formstabilität,
können
verbessert werden; und die erhaltenen Wabenstruktur kann verbessert
mechanische Festigkeit (isostatische Bruchfestigkeit) und verbesserte
Katalysatorbeschichtbarkeit aufweisen.