DE60118469T2 - Keramisches tragwerk - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Keramikstruktur, die durch Kombinieren zahlreicher gesinterter Keramikmaterialsegmente erhalten wird.
  • STAND DER TECHNIK
  • Wenn eine Keramikstruktur mit starker Wärmeausdehnung in einer Stelle wie beispielsweise einem Abgasdurchlass, die Wärmeeinwirkungen ausgesetzt ist, angebracht ist und zur Anwendung kommt, wird befürchtet, dass sich durch die Wärmebelastung Risse bilden können. Zur Lösung dieses Problems ist beispielsweise in der JP-A-8-28246 ein in 3 dargestelltes Verfahren offenbart, bei dem eine Keramikstruktur mit zahlreichen Segmenten 3 versehen und ein elastisches Dichtungsmaterial oder dergleichen zwischen den Segmenten 3 angeordnet wird, um die einwirkende Wärmebelastung zu lindern.
  • Die Wärmebelastung-Linderungszonen 5, die durch Anordnen von Dichtungsmitteln oder dergleichen zwischen den Segmenten 3 gebildet sind, sind in Querschnittsrichtung der Keramikstruktur in Bezug auf die Wärmebelastungslinderung vorzugsweise so breit wie möglich. Da die Breite W der Wärmebelastung-Linderungszonen jedoch größer ist, ist die effektive Querschnittsfläche der für den beabsichtigten Zweck verwendeten Keramikstruktur entsprechend kleiner, was zu Verminderungen der Gesamteigenschaften und der Wirksamkeit der Struktur sowie darüber hinaus der Gesamtfestigkeit der Struktur führt. Wenn die Breite W der Wärmebelastung-Linderungszonen 5 jedoch klein ist, ist es schwierig, die einwirkende Wärmebelastung ausreichend zu lindern, wodurch die Wärmebelastung-Linderungszonen 5 selbst oder die Segmente 3 beeinträchtigt werden.
  • Die Breite W der Wärmebelastung-Linderungszonen ist vorzugsweise auf einen geeigneten Wert eingestellt, sodass die oben angeführten unvereinbaren Parameter ausgeglichen werden. Das Ausgleichen der zwei Parameter ist jedoch im Grunde schwierig, und der einwirkende Wärmebelastungsgrad ändert sich abhängig vom Material der Segmente 3, dem Material des Dichtungsmittels oder dergleichen, das zwischen den Wärmebelastung-Linderungszonen angeordnet ist, und der Anwendung der Keramikstruktur; deshalb hat sich das Problem ergeben, dass sogar bei einer Optimierung der Breite W der Wärmebelastung-Linderungszonen die praktische Anwendbarkeit sehr gering ist.
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben dargelegten Situation fertiggestellt und zielt darauf ab, eine Keramikstruktur bereitzustellen, die die einwirkende Wärmebelastung ausreichend lindern kann, ohne die effektive Querschnittfläche der Keramikstruktur und die Gesamtfestigkeit der Struktur signifikant zu beeinträchtigen, und die bezüglich Materialuniversalität und Anwendungen als Keramikstruktur reichlich verfügbar ist.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine wie in Anspruch 1 dargelegte Keramikstruktur bereitgestellt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Keramikstruktur darstellt.
  • 2 ist eine Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Keramikstruktur darstellt.
  • 3 ist eine Schnittansicht, die eine aus zahlreichen Segmenten bestehende herkömmliche Keramikstruktur darstellt.
  • Die 4(a) bis 4(c) sind Schnittansichten, die die in Beispiel 1 verwendeten Keramikstrukturen darstellen.
  • Die 5(a) bis 5(d) sind Schnittansichten, die die in Beispiel 2 verwendeten Keramikstrukturen darstellen.
  • BESTE ART DER DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • In der erfindungsgemäßen Keramikstruktur ist die Breite W der Wärmebelastung-Linderungszonen 5 nicht so einheitlich wie in 3 und in Querschnittrichtung verschieden (die Zonen 5 weisen große und geringe Breiten auf). Dadurch kann die einwirkende Wärmebelastung ausreichend gelindert werden, ohne dabei die effektive Querschnittfläche der gesinterten Keramikmaterialsegmente und die Gesamtfestigkeit der Keramikstruktur signifikant zu verschlechtern.
  • 1 ist eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Keramikstruktur darstellt, worin die gesinterten Keramikmaterialsegmente 3a mit großen Querschnittsmaßen und die gesinterten Keramikmaterialsegmente 3b mit kleinen Querschnittsmaßen zufällig angeordnet und verbunden sind. Aufgrund dieses Aufbaus sind Wärmebelastung-Linderungszonen 5a mit geringer Breite zwischen den gesinterten Keramikmaterialsegmenten 3a und die Wärmebelastung-Linderungszonen 5b mit großer Breite zwischen gesinterten Keramikmaterialsegmenten 3a und 3b ausgebildet.
  • 2 ist eine Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Keramikstruktur darstellt, worin die gesinterten Keramikmaterialsegmente 3b mit kleinen Querschnittsmaßen im Querschnittmittelpunkt der Keramikstruktur zusammenlaufen und die gesinterten Keramikmaterialsegmente 3a mit großen Querschnittsmaßen so angeordnet sind, dass sie die Segmente 3b umgeben. Daraus ergibt sich, dass zwischen den gesinterten Keramikmaterialsegmenten 3a am äußersten Teil des Querschnitts Wärmebelastung-Linderungszonen 5b mit geringster Breite ausgebildet sind; zwischen den gesinterten Keramikmaterialsegmenten 3a und 3b in den oben erwähnten äußersten Segmenten 3a Wärmebelastung-Linderungszonen 5b mit großer Breite ausgebildet sind; und zwischen den gesinterten Keramikmateri alsegmenten 3b im Querschnittmittelpunkt Wärmebelastung-Linderungszonen 5c mit größter Breite ausgebildet sind.
  • Wenn in einem Querschnitt der Keramikstruktur im lokalisierten Zustand Wärmebelastung-Linderungszonen mit großer Breite und Wärmebelastung-Linderungszonen mit kleiner Breite lokalisiert sind, sind die Eigenschaften (z.B. Festigkeit) der Keramikstruktur dementsprechend uneinheitlich. Deshalb wird bevorzugt, dass die Zonen mit großer Breite und die Zonen mit kleiner Breite, wie in 1 gezeigt, irgendwie vermischt vorliegen. Je nach Anwendung der Keramikstruktur kann ein Verfahren verwendet werden, bei dem die Breite der Wärmebelastung-Linderungszonen an der Stelle, wo die Wärmebelastung zusammenläuft, größer ist. Wenn beispielsweise eine Keramikstruktur in der Mitte eines Rohres ausgelegt wird und die Wärmebelastung im Querschnittmittelpunkt der Struktur zusammenläuft, wird zudem bevorzugt, dass viele Wärmebelastung-Linderungszonen mit kleiner Breite am äußeren Teil des Querschnitts, wie in 2 gezeigt, ausgebildet werden.
  • Eine solche erfindungsgemäße Keramikstruktur weist Wärmebelastung-Linderungszonen mit zahlreichen unterschiedlichen Breiten auf, verfügt daher über eine hohe Universalität in der Anwendbarkeit und kann mit der Wärmebelastungsverteilung in Querschnittsrichtung gut fertig werden, verglichen mit herkömmlichen Keramikstrukturen, bei denen eine Optimalbreite der Wärmebelastung-Linderungszonen für das Material, das für die gesinterten Keramikmaterialsegmente verwendet wird, das Material, das als Dichtungsmaterial oder dergleichen verwendet wird und zwischen den Wärmebelastung-Linderungszonen angeordnet ist, sowie die beabsichtigte Anwendung der Keramikstruktur bestimmt wird und worin die Wärmebelastung-Linderungszonen einheitlich in der ermittelten Breite kombiniert (verbunden) sind. In der vorliegenden Keramikstruktur sind die unterschiedlichen Breiten der Wärmebelastung-Linderungszonen in Querschnittsrichtung spezifiziert. Wenn die vorliegende Keramikstruktur in einem Abgasdurchlass, beispielsweise einem Teil für die Abgasreinigung, wie nachstehend erwähnt, verwendet wird, liegt die Wärmebelastungsverteilung ebenfalls in Gasströmungsrichtung vor. Deshalb können die unterschiedlichen Breiten der Wärmebelastung-Linderungszonen in Gasströmungsrichtung aus dem gleichen Grund wie für die Querschnittsrichtung als Merkmal verwendet werden.
  • Die gesinterten Keramikmaterialsegmente, aus denen die erfindungsgemäße Keramikstruktur besteht, weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 3,0 × 10–6/°C oder mehr auf. Der Grund dafür liegt darin, dass es in einer Keramikstruktur, die aus gesinterten Keramikmaterialsegmenten mit einem relativ geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten von weniger als 3,0 × 10–6/°C besteht, kaum zu großen Wärmebelastungen kommt, die zu Schäden (z.B. Rissen) führen. Die erfindungsgemäße Keramikstruktur ist wirksamer, wenn sie aus gesinterten Keramikmaterialsegmenten besteht, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 4,0 × 10–6/°C oder mehr aufweisen.
  • Die gesinterten Keramikmaterialsegmente weisen als Hauptkristallphase vorzugsweise eine aus der aus Mullit, Aluminiumoxid, Siliciumnitrid und Siliciumcarbid bestehenden Gruppe ausgewählte Art auf. Siliciumcarbid mit hoher Wärmeleitfähigkeit wird insbesondere bevorzugt, da es die einwirkende Hitze leicht abgibt.
  • Die Wärmebelastung-Linderungszonen können durch Ausfüllen der Spalten zwischen den Segmenten mit einem Dichtungsmittel, einer Matte oder dergleichen oder dadurch ausgebildet werden, dass die Spalten als nicht ausgefüllte Räume bestehen bleiben. Wenn jedoch die vorliegende Keramikstruktur als Teil für die Abgasreinigung (z.B. als Katalysatorträger), wie später erläutert, verwendet wird, werden die Spalten zwischen den Segmenten vorzugsweise mit einem Dichtungsmittel, einer Matte oder dergleichen zur Verhinderung des Durchblasens des Abgases und noch bevorzugter mit einem Dichtungsmittel ausgefüllt, das die gesinterten Keramikmaterialsegmente miteinander verbinden kann, da die daraus resultierende Keramikstruktur eine höhere Festigkeit aufweisen kann.
  • Als Dichtungsmittel wird insbesondere eine Keramikfaser mit Hitzebeständigkeit, ein Keramikpulver, ein Zement etc. bevorzugt. Diese können allein oder in Gemischen aus zwei oder mehreren verwendet werden. Je nach Bedarf kann auch ein organi sches Bindemittel, ein anorganisches Bindemittel oder dergleichen bevorzugt verwendet werden, da diese die Bindungswirkung ausüben können, um eine zusätzliche Bindungsverbesserung zu erzielen.
  • In der erfindungsgemäßen Keramikstruktur beträgt in einem bestimmten Querschnitt die maximale Breite der Wärmebelastung-Linderungszonen vorzugsweise zweimal die oder mehr der minimale(n) Breite der Wärmebelastung-Linderungszonen. Wenn die maximale Breite weniger als das zweifache der minimalen Breite beträgt, ist es unmöglich, eine zufrieden stellende Wirkung zu erhalten, und zwar die einwirkende Wärmebelastung ausreichend zu lindern, ohne dabei die effektive Querschnittsfläche der Keramikstruktur oder die Gesamtfestigkeit der Struktur zu beeinträchtigen. Eine maximale Breite, die ein Dreifaches oder mehr umfasst, erzielt einen höhere Wirkung und wird deshalb stärker bevorzugt.
  • Die minimale Breite der Wärmebelastung-Linderungszonen beträgt vorzugsweise 0,1 mm oder mehr oder 0,5 % oder mehr der Länge der längsten Seite des Segmentquerschnitts (die längere Seite, wenn der Segmentquerschnitt rechteckig ist). Wenn die minimale Breite unter dieser Angabe liegt, weist die Keramikstruktur (einen) Bereiche) auf, der zu schwach für die einwirkende Belastung ist (auch wenn die Wärmebelastung-Linderungszonen mit größeren Breiten um (einen) solche(n) Bereich(e) vorliegen).
  • Die maximale Breite der Wärmebelastung-Linderungszonen beträgt vorzugsweise 15,0 mm oder weniger oder 50 % oder weniger als die Länge der kürzesten Seite des Segmentquerschnitts (die kürzere Seite, wenn der Segmentquerschnitt rechteckig ist). Wenn die maximale Breite über dieser Angabe liegt, wird die effektive Querschnittsfläche der Keramikstruktur deutlich verringert und die Gesamtfestigkeit der Struktur stark beeinträchtigt (auch wenn die Wärmebelastung-Linderungszonen mit kleineren Breiten um die maximale Breite vorliegen).
  • Als Beispiele für Anwendungen der erfindungsgemäßen Keramikstruktur sind Teile für die Abgasreinigung wie z.B. Katalysatorträger zur Abgasreinigung, Filter zum Ein fangen der Partikel, die im Abgas eines Dieselmotors enthalten sind, nämlich Dieselpartikelfilter (im weiteren Verlauf als DPF bezeichnet), und dergleichen angeführt. Bei der Herstellung einer Keramikstruktur der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in solchen Anwendungen wird als gesintertes Keramikmaterialsegment ein gesintertes poröses Keramikmaterial mit Wabenstruktur verwendet und zahlreiche solche Segmente zu einem einstückigen Körper kombiniert, um eine gewünschte Wabenstruktur zu erhalten. Hierin wird unter der Bezeichnung "Wabenstruktur" eine Struktur mit einer großen Anzahl an Durchgangslöchern (Zellen), die durch Trennwende getrennt sind, bezeichnet.
  • Wenn die Keramikstruktur eine Wabenstruktur ist, die als Träger für einen Katalysator zur Abgasreinigung oder als DPF verwendet wird, kommt es zu einer Verteilung der Wärmebelastung in Querschnittsrichtung. Als Gründe dafür sind Folgende angeführt:
    • (1) Die Abgasgeschwindigkeit weist im Allgemeinen eine Verteilung in Querschnittsrichtung der Wabenstruktur auf. Deshalb erzeugt die Abgaswärme eine Temperaturverteilung in Querschnittsrichtung der Wabenstruktur.
    • (2) Wenn die Wabenstruktur als Träger für einen Katalysator verwendet wird, führen die Komponenten des Abgases, das in die Wabenstruktur eintritt, zu verschiedenen Reaktionen, einschließlich Verbrennung, wodurch die oben angeführte Temperaturverteilung in Querschnittsrichtung verstärkt wird.
    • (3) Wenn die Wabenstruktur als DPF verwendet wird und die an den Trennwänden abgeschiedenen Teilchen zu einem bestimmten Zeitpunkt zur Reaktivierung der DPF verbrannt werden, weist die Menge der abgeschiedenen Teilchen eine Verteilung auf, die der Verteilung der Abgasgeschwindigkeit entspricht. Der Abschnitt mit größerer Teilchenmenge der Wabenstruktur erzeugt naturgemäß eine größere Wärme beim zur Reaktivierung durchgeführten Verbrennen.
  • Wenn die Keramikstruktur der vorliegenden Erfindung als Träger für einen Katalysator zur Abgasreinigung verwendet wird, ist es möglich, dass eine Katalysatorkomponente auf die einzelnen porösen gesinterten Keramikmaterialsegmente der Wabenstruktur aufgebracht wird und die aufgebrachten einzelnen Segmente sodann kombiniert werden (wobei die Katalysatorkomponente nur auf die porösen gesinterten Keramikmaterialsegmente aufgebracht wird), oder es ist möglich, dass einzelne poröse gesinterte Keramikmaterialsegmente kombiniert werden und eine Katalysatorkomponente anschließend auf die kombinierten Segmente aufgebracht wird (in diesem Fall wird die Katalysatorkomponente auf die porösen gesinterten Keramikmaterialsegmente aufgebracht, und wenn ein Füllstoff zwischen die Segmente zur Ausbildung von Wärmebelastung-Linderungszonen gefüllt wird, wird die Katalysatorkomponente auch auf dem Füllstoff aufgebracht).
  • Wenn die erfindungsgemäße Keramikstruktur als DPF verwendet wird, werden die aneinander grenzenden Durchgangslöcher (Zellen) des gesinterten Keramikmaterialsegments abwechselnd an den einander gegenüberliegenden Enden blockiert, damit die zwei Oberflächenenden des jeweiligen Segments eine schachbrettartige Struktur als Ergebnis des obigen Blockiervorgangs aufweisen.
  • Wenn ein Dieselmotorabgas durch eine Keramikstruktur geleitet wird, die an einem Ende solche Segmente aufweist, strömt das Abgas in die Struktur aus den unblockierten Durchgangslöchern des Endes ein, passiert die porösen Trennwände des jeweiligen Segments und strömt in die Durchgangslöcher ein, die an einem Ende blockiert, aber am anderen Ende nicht blockiert sind. Während der Passierung der Trennwände werden die Partikel im Abgas von den Trennwänden eingefangen, und das nach der Reinigung partikelfreie Abgas wird aus dem anderen Ende der Keramikstruktur ausströmen gelassen.
  • Mit Fortschreiten der Abscheidung von Teilchen auf den Trennwänden kommt es bei den Trennwänden zu Verstopfungen, wodurch die Filterfunktion beeinträchtigt wird. Deshalb wird die Keramikstruktur regelmäßig mittels Heizelementen oder dergleichen erhitzt, um die abgeschiedenen Teilchen zu verbrennen und zu entfernen und die Filterfunktion der Trennwände wiederzuerlangen. Damit das Verbrennen der abgeschiedenen Teilchen während der Rückgewinnung beschleunigt wird, kann die Keramikstruktur eine darauf aufgebrachte Katalysatorkomponente aufweisen.
  • Wenn die gesinterten Keramikmaterialsegmente als Wabenstruktur vorliegen, beträgt deren Zelldichte vorzugsweise 6 bis 1.500 Zellen/Quadratzoll (0,9 bis 233 Zellen/cm2), noch bevorzugter 50 bis 400 Zellen/Quadratzoll (7,8 bis 62 Zellen/cm2). Wenn die Zelldichte weniger als 6 Zellen/Quadratzoll (0,9 Zellen/cm2) beträgt, weist die Wabenstruktur eine unzureichende Festigkeit und effektive GSA (geometrische Oberfläche) auf. Wenn die Zelldichte mehr als 1.500 Zellen/Quadratzoll (233 Zellen/cm2) beträgt, kann es dazu kommen, dass die Wabenstruktur einen erhöhten Druckverlust erleidet, wenn ein Gas durch die Struktur geleitet wird.
  • Wenn die gesinterten Keramikmaterialsegmente eine Wabenstruktur aufweisen, beträgt die Dicke der Trennwände vorzugsweise 50 bis 2.000 μm, noch bevorzugter 200 bis 800 μm.
  • Wenn die Dicke der Trennwände weniger als 50 μm beträgt, weist die Wabenstruktur keine ausreichende Festigkeit auf. Wenn die Dicke der Trennwände mehr als 2.000 μm beträgt, verfügt die Wabenstruktur über eine geringe effektive GSA, und die Wabenstruktur zeigt bei Durchleiten eines Gases durch die Struktur einen erhöhten Druckverlust.
  • Im Folgenden wird die Erfindung detaillierter anhand von Beispielen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch in keinster Weise auf diese Beispiele eingeschränkt.
  • (Beispiel 1)
  • Zwei Arten von Wabensegmenten aus Aluminiumoxid mit unterschiedlichen Maßen [Typ A: 50 mm⎕ × 50 mmL, Typ B: 48 mm⎕ × 50 mmL] wurden, wie in den 4(a) bis 4(c) aufgezeigt, durch 3 × 3 = 9 Segmente kombiniert und anschließend mit tels Bindemittel verbunden, um die Strukturen a bis c zu erhalten. In den Figuren stellen A und B die verwendeten Wabensegmenttypen dar.
  • Wie in den Figuren dargestellt bestand die Struktur a nur aus Wabensegmenten des Typs A; die Struktur b bestand aus 6 Wabensegmenten des Typs A und 3 Wabensegmenten des Typs B; und die Struktur c bestand nur aus Wabensegmenten des Typs B. In jeder Struktur betrug die Breite W1 der einzelnen Wärmebelastung-Linderungszonen, die zwischen Wabensegmenten des Typs A ausgebildet waren, 0,2 mm; die Breite W2 der einzelnen Wärmebelastung-Linderungszonen, die zwischen einem Wabensegment des Typs A und einem Wabensegment des Typs B ausgebildet waren, 1,2 mm; und die Breite W3 der einzelnen Wärmebelastung-Linderungszonen, die zwischen Wabensegmenten des Typs B ausgebildet waren, betrug 2,2 mm. Das Bindemittel wurde ebenfalls auf die Seiten der einzelnen Strukturen aufgetragen, und zwar in einer Dicke von 0,2 mm (1,2 mm im Falle von Typ B), wodurch die einzelnen Strukturen eine äußere Dimension von 150,8 mm⎕ aufweisen konnten. Aus Wabensegmenten des Typs A und des Typs B wurde jeweils eine Probe herausgeschnitten und auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten in Gasströmungsrichtung gemessen, der 8,0 × 10–6/°C betrug.
  • Die Strukturen a bis c wurden einem Wärmebelastungswiderstandstest unterzogen. Der Test wurde wie folgt durchgeführt. Die einzelnen Strukturen wurden in einen Elektroofen gegeben, der auf 700 °C oder 900 °C aufgeheizt wurde, und 30 Minuten darin gelassen und dann rasch auf Raumtemperatur abgekühlt; dieser Vorgang (ein Durchgang) wurde 30-mal wiederholt (30 Durchgänge); dann wurde die resultierende Struktur visuell auf Risse untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst, in der auch die gesamte effektive Querschnittfläche eines Wabenabschnitts der Struktur angegeben ist.
  • Tabelle 1
    Figure 00110001
    • *: In der Wabe und im Bindemittel traten Risse auf.
  • Wie in Tabelle 1 zu sehen, wies die Struktur b gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen geringen Verlust an effektiver Querschnittfläche eines Wabenabschnitts und guten Wärmebelastungswiderstand auf.
  • (Beispiel 2)
  • Zwei Arten von Wabensegmenten aus Siliciumcarbid mit unterschiedlichen Maßen [Typ A': 30 mm⎕ × 200 mmL, Typ B': 26 mm⎕ × 200 mmL] (wobei in jedem Wabensegment die einzelnen aneinander grenzenden Durchgangslöcher abwechselnd mit einem Dichtungsmittel, das hauptsächlich aus Siliciumcarbidpulver bestand, so an den einander gegenüberliegenden Enden blockiert wurden, damit die zwei Oberflächenenden der Segmente eine schachbrettartige Struktur aufwiesen) wurden, wie in den 5(a) bis 5(d) gezeigt, durch 5 × 5 = 25 Segmente kombiniert und anschließend mittels Bindemittel verbunden, um die Strukturen d bis g zu erhalten. In den Figuren stellen A' und B' die verwendeten Wabensegmenttypen dar.
  • Wie in den Figuren dargestellt bestand die Struktur d nur aus Wabensegmenten des Typs A'; die Struktur e bestand aus zufällig angeordneten 20 Wabensegmenten des Typs A' und 5 Wabensegmenten des Typs B'; die Struktur f bestand aus 5 Wabensegmenten des Typs B' im Zentrum und 20 Wabensegmenten des Typs A', welche die Wabensegmente des Typs B' umgaben; und die Struktur g bestand nur aus Wabensegmenten des Typs B'. In jeder Struktur betrug die Breite W4 der einzelnen Wärmebelastung-Linderungszonen, die zwischen Wabensegmenten des Typs A' ausgebildet waren, 0,3 mm; die Breite W5 der einzelnen Wärmebelastung-Linderungszonen, die zwischen einem Wabensegment des Typs A' und einem Wabensegment des Typs B' ausgebildet waren, 2,3 mm; und die Breite W6 der einzelnen Wärmebelastung-Linderungszonen, die zwischen Segmenten des Typs B' ausgebildet waren, betrug 4,3 mm. Das Bindemittel wurde ebenfalls auf die Seiten der einzelnen Strukturen aufgetragen, und zwar in einer Dicke von 0,3 mm (2,3 mm im Falle von Typ B'), wodurch die einzelnen Strukturen eine äußere Dimension von 151,8 mm⎕ aufweisen konnten. Aus Wabensegmenten des Typs A' und des Typs B' wurde jeweils eine Probe herausgeschnitten und auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten in Gasströmungsrichtung gemessen, der 4,5 × 10–6/°C betrug.
  • Alle oben genannten Strukturen wurden in einen Becher gegeben. Der Becher bedeckte die Seiten der einzelnen Strukturen; seine Querschnittform war so, dass der die Struktur bedeckende Abschnitt quadratisch und die beiden Enden röhrenförmig (Durchmesser 60 mm) waren, d.h. der quadratische Abschnitt in der Mitte ging in ein röhrenförmiges vorderes und hinteres Ende über, wodurch der Becher in eine Rußgenerator gegeben werden konnte, der für einen nachstehende beschriebenen Wärmebelastungswiderstandstest verwendet wurde. Die Struktur g wurde übrigens keinem Wärmebelastungswiderstandstest unterzogen, weil sie schon beim Einpassen in den Becher Risse im Bindeabschnitt aufwies.
  • Die Strukturen d bis f wurden einem Wärmebelastungswiderstandstest unterzogen. Bei diesem Test wurden die Strukturen d bis f zuerst in einen Rußgenerator gegeben, und 35 g Ruß (Teilchen) wurden innerhalb der Struktur abgelagert. Dann wurde auf 600 °C vorerhitzte Luft eingeführt, um den abgelagerten Ruß zu verbrennen. An diesem Punkt wurde ein Thermoelement zur Temperaturmessung an die Zellen (Zellen mit Rußablagerung) angelegt, die sich in der Mitte oder in der Umgebung der einzelnen Wabensegmente befanden und an den hinteren Enden blockiert waren, und zwar an der Zellposition 170 mm vom vorderen Ende einer Struktur (30 mm vom hinteren Ende einer Struktur) entfernt; das Ergebnis war, dass bei allen Strukturen d bis f das mittlere Wabensegment die höchste Temperatursteigerung aufwies, die bis zu 1.400 °C erreichte. Nach dem Test wurde das Aussehen der Strukturen d bis f un tersucht; das Ergebnis war, dass die Struktur d Risse im Bindeabschnitt und im Wabensegment aufwies. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
  • Tabelle 2
    Figure 00130001
    • *1: In der Wabe und im Bindemittel traten Risse auf.
    • *2: Riss bei der Einpassung in den Becher.
  • Wie in Tabelle 2 zu sehen wiesen die Strukturen e und f (bei denen es sich um Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung handelt) einen geringen Verlust an effektiver Querschnittfläche eines Wabenabschnitts, eine gegenüber der Einpassung in den Becher resistente Festigkeit und guten Wärmebelastungswiderstand auf.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Wie oben erwähnt kann die Keramikstruktur der vorliegenden Erfindung die einwirkende Wärmebelastung ausreichend lindern, ohne dabei die effektive Querschnittfläche einer Struktur oder die Gesamtstruktur einer Struktur signifikant zu verschlechtern, und sie kann die Vielfältigkeit aufweisen, für verschiedene Anwendungen und verschiedene Materialien geeignet zu sein.

Claims (11)

  1. Keramikstruktur, erhalten durch Kombinieren zahlreicher gesinterter Keramikmaterialsegmente (3a, 3b) mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 3,0 × 10–6/°C oder mehr und ihrem Zusammenfügen, in welcher Keramikstruktur zwischen den Segmenten Wärmebelastung-Linderungszonen (5a, 5b) bereitgestellt sind, die in der Lage sind, einwirkende Wärmebelastung zu lindern, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebelastung-Linderungszonen der Keramikstruktur zahlreiche unterschiedliche Breiten aufweist.
  2. Keramikstruktur nach Anspruch 1, worin der Wärmeausdehnungskoeffizient der gesinterten Keramikmaterialsegmente (3a, 3b) 4,0 × 10–6/°C oder mehr beträgt.
  3. Keramikstruktur nach Anspruch 1 oder 2, worin die gesinterten Keramikmaterialsegmente (3a, 3b) als Hauptkristallphasen eine von Mullit, Aluminiumoxid, Siliciumnitrid und Siliciumcarbid umfassen.
  4. Keramikstruktur nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin die Wärmebelastung-Linderungszonen (5a, 5b) gebildet sind, indem ein Dichtungsmittel, das zur Bindung der gesinterten Keramikmaterialsegmente (3a, 3b) miteinander fähig ist, zwischen die gesinterten Keramikmaterialsegmenten gefüllt ist.
  5. Keramikstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin in einem bestimmten Abschnitt der Keramikstruktur die maximale Breite der Wärmebelastung-Linderungszonen (5a, 5b) zumindest zweimal die minimale Breite der Wärmebelastung-Linderungszonen (5a, 5b) beträgt.
  6. Keramikstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Breiten der Wärmebelastung-Linderungszonen (5a, 5b) in einem Bereich von 0,1 bis 15,0 mm liegen.
  7. Keramikstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die gesinterten Keramikmaterialsegmente (3a, 3b) aus einem porösen gesinterten Keramikmaterial mit einer Wabenstruktur bestehen.
  8. Keramikstruktur nach Anspruch 7, die als ein Teil für die Abgasreinigung verwendet wird.
  9. Keramikstruktur nach Anspruch 7, die als Träger für einen Katalysator zur Abgasreinigung verwendet wird.
  10. Keramikstruktur nach Anspruch 7, die als Filter zum Einfangen der Partikel verwendet wird, die im Abgas eines Dieselmotors enthalten sind.
  11. Keramikstruktur nach Anspruch 10, auf der sich eine Katalysatorkomponente befindet.
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