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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft keramische Körper oder Strukturen mit Zusammensetzungen
innerhalb des Li2O-Al2O3-SiO2 (Lithiumaluminosilicat)-Systems. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung Lithiumaluminosilicatkeramiken
mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten
(CTE), hoher Wärmekapazität, hoher
Feuerfestigkeit und hoher Temperaturschockbeständigkeit.
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Das
industrielle Cordierit (2MgO-2Al2O3-5SiO2) war das
kostengünstige
Material der Wahl für
Hochtemperaturfilteranwendungen, wie z. B. Durchfluss- und Wandflussfilter,
aufgrund seiner Kombination von guter Thermoschockbeständigkeit,
Filtereffektivität
und Beständigkeit
unter den meisten Anwendungsbedingungen.
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Unter
bestimmten Umständen
unterliegen Cordieritfilter jedoch der Beschädigung und sind sogar katastrophal
ausgefallen.
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Daher
besteht ein Bedarf an einer Keramik, die für Hochtemperaturfilteranwendungen
ohne die Nachteile von Cordierit geeignet ist.
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Die
vorliegende Erfindung stellt solch eine Keramik und ein Verfahren
zur Herstellung derselben bereit.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung fußt
auf der Entdeckung einer überwiegenden
Zweiphasenkeramik innerhalb des Li2O-Al2O3-SiO2-Systems,
das eine hohe Feuerfestigkeit, hohe Thermoschockbeständigkeit
und hohe Wärmekapazitätseigenschaften
besitzt, die die erfinderische Keramik besonders vorteilhaft bei
Hochtemperaturanwendungen, wie z. B. Filter für Dieselverbrennungsmaschinen,
macht.
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Insbesondere
ist die Erfindung ein keramischer Gegenstand, der im Wesentlichen,
nach Gewicht auf der Oxidbasis, aus 10–25% SiO2,
65–85%
Al2O3 und 2–12% Li2O besteht und der aus einer ersten Phase
mit anisotropem Wärmeausdehnungsverhalten
(stark unterschiedliche Ausdehnungen entlang der kristallographischen
Achsen) mit einem durchschnittlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von Raumtemperatur bis 1000°C
von –5 × 10–7/°C, die weniger
als 50 Gew.-% des keramischen Gegenstandes ausmacht, und einer zweiten
Phase mit einem höheren
Schmelzpunkt als dem Schmelzpunkt der ersten Phase zusammengesetzt ist.
Der Schmelzpunkt der zweiten Phase beträgt bevorzugt mindestens 1800°C.
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Die
erfinderischen Keramikstrukturen besitzen 32 bis 50 Gew.-% beta-Eucryptit
(LiAlSi4) als eine erste Phase mit einem
Schmelzpunkt Tm1 und 50 bis 68 Gew.-% einer
zweiten Phase mit einem positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten,
der größer als
der Wärmeausdehnungskoeffizient
der ersten Phase ist, und einem Schmelzpunkt Tm2,
wobei Tm2 > Tm1 ist. Die zweite Phase ist ausgewählt aus
der Gruppe, bestehend aus Lithiumalumininatspinell (LiAl5O8), Lithiumaluminat
(LiAlO2), Korund (Al2O3) und deren Kombinationen.
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Die
erfinderischen Keramikstrukturen zeigen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
(CTE) von Raumtemperatur bis 800°C
von –30 × 10–7/°C bis +30 × 10–7/°C, bevorzugt –20 × 10–7/°C bis +10 × 10–7/°C; eine Permeabilität von mindestens
0,5 × 10–12 m2, bevorzugt 1,0 × 10–12 m2 bis 5,0 × 10–12 m2; eine Gesamtporosität von 35–65%, bevorzugt 45–55%; eine
mittlere Porengröße von 8–25 Mikrometern,
bevorzugt 15–20
Mikrometern; und eine hohe Feuerfestigkeit bei Temperaturen von
zwischen 1550°C
bis 1650°C.
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Die
erfinderischen Keramikstrukturen sind bei Hochtemperaturanwendungen,
wie z. B. Filtern für
Dieselverbrennungsmaschinen und PKW-Katalysatoren, geeignet. Insbesondere
ist die erfinderische Struktur speziell als Wabendieselpartikelfilter
geeignet mit einem Einlassende und einem Auslassende und einer Vielzahl
von Zellen, die sich von dem Einlassende zu dem Auslassende erstrecken,
wobei die Zellen poröse
Wände besitzen,
wobei ein Teil der Gesamtzahl der Zellen am Einlassende entlang
eines Teils ihrer Länge
verschlossen sind, und der verbleibenden Teil der Zellen, die am
Einlassende offen sind, am Auslassende entlang eines Teils ihrer
Länge verschlossen
sind, so dass ein Motorabgasstrom, der durch die Zellen der Wabenstruktur
vom Einlassende zum Auslassende in die offenen Zellen, durch die
Zellwände
und aus der Struktur durch die offenen Zellen am Auslassende strömt.
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Die
Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung des keramischen
Gegenstandes. Eine Mischung aus Lithiumcarbonat, Aluminiumoxid,
Ton und/oder Sand, Lösemittel,
wahlweise Bindemitteln, Schmiermitteln und Plastifizierungsmitteln
wird zu einem plastifizierten Batch geformt, zu einem grünen Körper geformt,
wahlweise getrocknet, und bei Temperaturen von 1300°C–1400°C über einen
Zeitraum, der ausreichend ist, um die Produktstruktur auszubilden,
gebrannt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung ist eine Keramik, die überwiegend
zweiphasig ist, mit einer Phase mit geringem CTE als erster Phase
und einer Phase mit hohem Schmelzpunkt als zweiter Phase (die Hochtemperaturphase
kann mehr als eine einzige Phase einschließen, die hierin im Folgenden
beschrieben werden wird). Diese einzigartige Phasendualität ergibt
die erfinderische Struktur, hochfeuerfest mit einem CTE von beinahe
Null, wodurch sie für
Hochtemperaturanwendungen, wie z. B. das Filtrieren von partikelförmiger Materie
aus Dieselabgaströmen,
geeignet wird.
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Der
erfinderische Zusammensetzungsbereich liegt innerhalb des Li2O-Al2O3-SiO2-(LAS)-Systems
und besteht im Wesentlichen, nach Gewicht auf der Oxidbasis, aus
ungefähr
10–25
SiO2, 65–85 Al2O3, und 2–20 Li2O. Das bevorzugte Zusammensetzungsgebiet
besteht im Wesentlichen, nach Gewicht auf der Oxidbasis, aus ungefähr 13–20 SiO2, 70–80
Al2O3 und 3,5–10 Li2O. Kleinere Mengen anderer feuerfester Oxiden,
wie z. B. ZrO2, Cr2O3, V2O3 und
Ta2O5, können wahlweise
vorliegen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
schließt
die erfinderische Struktur 32 bis 50 Gew.-% einer ersten Phase aus
beta-Eucryptit mit einem Schmelzpunkt Tm1 und
50 bis 68 Gew.-% einer zweiten Phase mit einem positiven Wärmeausdehnungs koeffizienten,
der höher
als der Wärmeausdehnungskoeffizient
der ersten Phase ist, und einem Schmelzpunkt Tm2,
wobei Tm2 > Tm1 ist, ein.
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Die
Phase mit geringem CTE ist beta-Eucryptit (LiAlSiO4),
das einen durchschnittlichen CTE von Raumtemperatur bis 1000°C von ungefähr –5 × 10–7/°C und einen
hoch anisotropen CTE (d. h. stark unterschiedliche Ausdehnungen
entlang der kristallographischen Achsen) in der a-Achse von ungefähr +80 × 10–7/°C und in
der c-Achse von ungefähr –170 × 10–7/°C besitzt.
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Beta-Eucryptit
besitzt jedoch auch einen geringen Schmelzpunkt von ungefähr 1410°C. Daher
ist die Menge an beta-Eucryptit in dem endgültigen Körper weniger als ungefähr 50 Gew.-%,
und bevorzugt zwischen ungefähr
32 und 45 Gew.-%, um sicherzustellen, dass der effektive Schmelzpunkt
des endgültigen
Körpers nicht
beeinträchtigt
ist. Mit anderen Worten ist der Großteil der Keramik aus der Hochtemperaturphase
zusammengesetzt.
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Die
Hochtemperaturphase besitzt einen Schmelzpunkt, der höher ist
als der von beta-Eucryptit, bevorzugt höher als 1800°C. Die Hochtemperaturphase
ist ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus Lithiumaluminatspinell (LiAl5O8), Lithiumaluminat
(LiAlO2), Korund (Al2O3) und deren Kombinationen. Lithiumaluminatspinell
besitzt einen Schmelzpunkt von ungefähr 1960°C. Korund besitzt einen Schmelzpunkt
von ungefähr 2020°C. LiAlO2 besitzt einen Schmelzpunkt von ungefähr 1850°C.
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Alle
diese drei Phasen besitzen einen hohen CTE. Lithiumaluminatspinell
hat einen CTE von Raumtemperatur bis 1000°C von ungefähr 85 × 10–7/°C während Korund
einen CTE von Raumtemperatur bis 1000°C von 84 × 10–7/°C besitzt.
Es wird bevorzugt, dass die zweite Hochtemperaturphase Lithiumaluminatspinell
ist, da es im thermodynamischen Gleichgewicht mit LiAlSiO4 im festen Zustand steht und auch ein festes
Netzwerk in Kombination mit Flüssigkeiten
nahe dieser Zusammensetzung in dem teilweise geschmolzenen Zustand
bildet. Daher umfasst die erfinderische Keramik in einem besonders
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ungefähr
35 Gew.-% beta-Eucryptit und 65 Gew.-% Lithiumaluminatspinell.
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Der
große
CTE-Unterschied zwischen der beta-Eucryptitphase und der Hochtemperaturphase
fördert Mikrorisse
entweder entlang der Korngrenzen zwischen beta-Eucryptitkristallen
oder zwischen den beta-Eucryptit- und den Hochtemperaturphasen,
was zu einem CTE über
einen Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 800°C von –30 × 10–7/°C bis 30 × 10–7/°C, bevorzugt
von –20 × 10–7/°C bis 10 × 10–7/°C führt, was
in ausgezeichneter Thermoschockbeständigkeit in der erfinderischen
Struktur resultiert. Mikrogerissene Körper tendieren dazu, den CTE
hin zum negativsten CTE-Bestandteil zu verschieben, da die Öffnung der
Mikrorisse beim Kühlen
die normalen positiven Bestandteile anpasst.
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Zusätzlich zeigt
die erfinderische Struktur hohe Feuerfestigkeit bei Temperaturen
von 1550°C
bis 1650°C.
Die Feuerfestigkeit ist ein Maß für die Verformung
der Struktur, wenn sie hohen Temperaturen, wie z. B. oberhalb 1500°C, über einen
Zeitraum in der Länge
von ungefähr
10 Stunden ausgesetzt wird. Es wird angenommen, dass die extrem
hohe Feuerfestigkeit der erfinderischen Struktur das Ergebnis des
Spinellgerüstes
ist, das eine Kontinuität
beibehält,
und sich die beta-Eucryptit reiche Schmelze selbst an das Spinellnetzwerk
anhaftet.
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Ein
anderer Vorteil der erfinderischen Struktur ist die hohe Permeabilität aufgrund
der hohen, verbundenen Porosität
und der großen
mittleren Porengröße. Die
Permeabilität
beträgt
mindestens ungefähr
0,5 × 10–12 m2 und bevorzugt zwischen ungefähr 1,0 × 10–12 m2 und 5 × 10–12 m2. Die Permeabilität ist ein Maß dafür, wie leicht
ein Fluid durch eine poröse
Struktur fließen
kann. Bei einer konstanten Temperatur und Fluidviskosität hängt die
Permeabilität
von dem Anteil offener Porosität,
der Porengröße und wie
gut die Poren miteinander verbunden sind, ab.
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Die
offene Porosität
liegt zwischen ungefähr
35 und 65 Vol.-% und bevorzugt zwischen ungefähr 45 und 55 Vol.-%. Die mittlere
Porengröße liegt
zwischen ungefähr
8 und 25 Mikrometern, und bevorzugt zwischen ungefähr 15 und
20 Mikrometern, um eine gute Filtereffektivität beizubehalten. Die offene
Porosität,
die in Volumenprozent angegeben wird, und die Porengröße, die
als mittlerer Porendurchmesser in Mikrometern angegeben wird, werden
mittels Quecksilberporosimetrie gemessen.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der erfinderischen
LAS-Struktur. Eine Mischung wird aus Rohmaterialien ausgebildet,
die Lithiumcarbonat, eine Aluminiumoxid ausbildende Quelle eine
Siliziumoxid ausbildende Quelle und/oder Kaolin einschließen, ausgewählt, um
eine Zusammensetzung auszubilden, die im Wesentlichen nach Gewichtsprozent
auf der Oxidbasis aus ungefähr
10–25
SiO2, 65–85 Al2O3 und 2–20
Li2O, und bevorzugt aus ungefähr 13–20 SiO2, 70–80
Al2O3 und 3,5–10 Li2O, besteht. Tabelle 1 zeigt Beispiele von
Zusammensetzungen und die resultierenden Phasengemenge gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die
Rohmaterialien werden zusammen mit organischen Bestandteilen vermischt,
die Plastifizierungsmittel, Schmiermittel, Bindemittel und Lösemittel
einschließen
können.
Wasser kann auch wahlweise als ein Lösemittel zugegeben werden.
Die Mischung wird zu einem grünen
Körper
geformt, wahlweise getrocknet und dann bei einer Temperatur über einen
Zeitraum, ausreichend, um die endgültige Produktstruktur auszubilden, gebrannt.
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Die
Aluminium ausbildende Quelle ist ein Pulver, das, wenn es in der
Abwesenheit anderer Rohmaterialien auf eine ausreichend hohe Temperatur
erhitzt wird, im Wesentlichen reines Aluminiumoxid ergibt, und schließt alpha-Aluminiumoxid,
ein Übergangsaluminiumoxid,
wie z. B. ein gamma-Aluminiumoxid oder rho-Aluminiumoxid, Bohemit,
Aluminiumhydroxid und deren Mischungen ein. alpha-Aluminiumoxid
wird bevorzugt.
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Die
Partikelgröße der Aluminiumoxid
ausbildenden Quelle muss groß genug
sein, damit Mikrorisse in der endgültigen Struktur induziert werden,
und klein genug, damit eine gute Extrusion erfolgen kann. Die Hochtemperaturphase übernimmt
die Korngröße und die
Morphologie von der Aluminiumoxid ausbildenden Quelle. Demgemäß muss die
Partikelgröße der Aluminiumoxid
ausbildenden Quelle mindestens 10 Mikrometer betragen und nicht
größer als
50 Mikrometer sein, bevorzugt zwischen ungefähr 15 und 25 Mikrometern; Einkristallpartikel
unterhalb 10 Mikrometern darin würden
zu unzureichender Beanspruchbarkeit entlang der Korngrenzen führen mit
anschließend
unterschiedlichem CTE, um Mikrorisse auszubilden, führen; Einkristallpartikel
von oberhalb 50 Mikrometern würden
zu großen
Mikrorissen führen,
die sich während
der thermischen Zyklen über Waben
hinweg ausdehnen können.
Die Morphologie der Aluminiumoxidquelle ist auch wichtig und muss
makrokristallin ohne Aggregationen feiner Kristallite sein.
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Die
Siliziumoxid ausbildende Quelle schließt Quarz ein, ist jedoch nicht
darauf beschränkt.
Wahlweise kann Kaolin (das im Extrusionsprozess hilft) zugegeben
werden, bevorzugt in einer Menge von nicht mehr als 20 Gew.-%.
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Die
erfinderische Struktur ist insbesondere für Hochtemperaturfilteranwendungen
geeignet. Insbesondere sind die erfinderischen Strukturen besonders
für Dieselpartikelfilteranwendungen
geeignet. Für
solche Anwendungen wird die Rohmaterialmischung bevorzugt mittels
Extrusion zu einer Wabenmultizellenstruktur extrudiert, wie sie
im Stand der Technik bekannt ist.
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Die
resultierenden, geformten, grünen
Wabenstrukturenkörper
werden üblicherweise
getrocknet und auf eine maximale Temperatur von ungefähr 1300–1400°C über einen
Zeitraum von ungefähr
28 Stunden erhitzt und bei der maximalen Temperatur über ungefähr 6–10 Stunden
gehalten.
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Während die
Konstruktion des Filters irgendeine Form oder Geometrie, die für eine spezielle
Anwendung geeignet ist, besitzen kann, ist es bevorzugt, dass es
Multizellenstrukturen, wie z. B. Wabenstrukturen, sind. Die Wabenstruktur
besitzt ein Einlass- und ein Auslassende oder -seite und eine Vielzahl
von Zellen, die sich vom Einlassende hin zu dem Auslassende erstrecken,
wobei die Zellen poröse
Wände besitzen.
Die erfinderischen Filter besitzen Zelldichten von ungefähr 100 Zellen/in2 (15,5 Zellen/cm2)
bis ungefähr
400 Zellen/in2 (62 Zellen/cm2).
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Um
eine Filtervorrichtung zu erhalten, ist ein Teil der Zellen der
Wabenstruktur am Einlassende oder der -seite verschlossen, wie es
im Stand der Technik bekannt ist. Der Verschluß besteht lediglich an den
Enden der Zellen, der üblicherweise
bis zu einer Tiefe von ungefähr
5 bis 20 mm reicht, obwohl es variieren kann. Ein Teil der Zellen
wird am Auslassende verschlossen, nicht jedoch solche, die denen
am Einlassende verschlossenen entsprechen. Daher wird jede Zelle
nur an einem Ende verschlossen. Die bevorzugte Anordnung besteht
darin, jede zweite Zelle an einer gegebenen Seite in einem Schachbrettmuster
verschlossen zu haben.
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Ein
Vorteil der Dieselpartikelfilter der vorliegenden Erfindung mit
vielen Vorteilen ist ein geringer Druckabfall entlang der Länge des
Filters und ein geringer Gegendruck gegen den Motor, vergleichbar
mit kommerziell erhältlichen
SiC-Gegenstücken.
Der Druckabfall über
den Filter ist eine Funktion der Akkumulation des kohlenstoffhaltigen
Rußes
an den Wänden
des Dieselpartikelfilters. Wenn die Menge an Ruß, die angesammelt ist, ansteigt,
erzeugt sie einen fortschreitenden Anstieg im Widerstand gegenüber dem
Fluss des Abgases durch die Wände
des Filters und der Kohlenstoffrußschicht. Dieser Widerstand
gegenüber
dem Fluss wird in einem Druckverlust manifestiert, der entlang der
Länge des
Filters gemessen werden kann und in einem erhöhten Staudruck gegen die Maschine
resultiert.
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Obwohl
die bevorzugte Anwendung für
Dieselpartikelfilter ist, soll festgestellt werden, dass die erfinderische
Keramik ebenfalls als Durchflusssubstrate für Automobile geeignet ist.
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BEISPIELE
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Um
die Erfindung vollständiger
zu illustrieren, werden die folgenden, nichtbeschränkenden
Beispiele extrudierter Wabenstrukturen in Tabelle 2 und 3 dargestellt.
Alle Teile, Anteile und Prozentanteile sind auf der Basis des Gesamtrohmaterialgewichts,
wenn nichts anderes angegeben ist.
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Die
Kombinationen von Lithiumcarbonat, Quarz, Aluminiumoxid und Kaolin,
die in Tabelle 2 gezeigt sind, werden zusammen mit ungefähr 3 bis
7 Teilen Methylcellulose vermischt. Stearinsäure wird als Schmiermittel
zu ungefähr
0,5 bis 1 Teil zugegeben. Die Partikelprofile der Rohmaterialien
sind auch in Tabelle 2 gezeigt.
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Nachfolgend
werden schrittweise ungefähr
20 bis 30 Teile deionisiertes Wasser zu jeder Pulvermischung in
einer Mühle
zugegeben. Nach dem Kneten werden die vereinigten Bestandteile durch
eine Pressform zu Wabenkörpern
extrudiert mit ungefähr
100 bis 200 Zellen pro Quadratzoll und mit einer Wanddicke von ungefähr 0,010
bis 0,025 Zoll. Die so geformten Körper werden in die gewünschten
Längen
geschnitten und in einem Ofen auf 95°C erhitzt, bis sie getrocknet
sind.
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Die
Proben werden in einem elektrisch geheizten Ofen mit Heizraten im
Bereich von 20°C/Stunde
bis 100°C/Stunde über unterschiedliche
Temperaturintervalle auf eine maximale Temperatur von 1350 bis 1400°C über einen
Zeitraum von 28 Stunden erhitzt, mit einem Halt bei der maximalen
Temperatur über
ungefähr
6–10 Stunden,
um die endgültige
Produktstruktur zu entwickeln, und durch Ausschalten der Energiezufuhr
des Ofens abgekühlt,
wie in Tabelle 3 dargestellt.
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Tabelle
3 zeigt die physikalischen Eigenschaften, wie sie an den Beispielen
bestimmt wurden. Die Porositäten
und Porengrößen ausgewählter Proben
wurden durch Quecksilberporosimetrie bestimmt. Die Gesamtporosität wird in
Volumenprozent und die Porengrößen in Mikrometern
angegeben. Die Permeabilität
wurde wie oben beschrieben bestimmt und in 10–12 m2 angegeben. Es wurden durchschnittliche
Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 22 bis 800°C
unter Verwendung eines Dilatometers gemessen und in 10–7/°C angegeben.
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Die
Beispiele 1 bis 7 besitzen 35 Gew.-% (des gesamten Körpers) beta-Eucryptit
und 65 Gew.-% (des gesamten Körpers)
Lithiumaluminatspinell. Beispiel 8 besitzt 30 Gew.-% beta-Eucryptit
und 70 Gew.-% Lithiumaluminatspinell. Bei 30 Gew.-% beta-Eucryptit
zeigt Beispiel 8 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von mehr als 30 × 10–7/°C, was bei
der Dieselpartikelfiltration unerwünscht ist. Daher ist das beta-Eucryptit
bei solchen Anwendungen bevorzugt auf einem Niveau von zwischen
32%. Beispiel 8 zeigt auch unannehmbare Niveaus an Permeabilität, Gesamtporosität und mittlerer
Porengröße.
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Zusätzlich zu
Beispiel 8 sind die Beispiele 1, 2 und 3 Vergleichsbeispiele, da
diese Beispiele auch Wärmeausdehnungskoeffizienten
von mehr als 30 × 10–7/°C besitzen.
Die unannehmbar hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten
in diesen Beispielen resultieren aus der Verwendung einer Aluminiumoxid
ausbildenden Quelle mit einer Partikelgrößenverteilung außerhalb
des Bereichs von 10 bis 50 Mikrometern. Beispiel C, das eine mittlere
Aluminiumoxidpartikelgröße von 60
Mikrometern besitzt, zeigt einen ungewöhnlich großen CTE von 63,5 × 10–7/°C. Nach der
weiteren Analyse wurde festgestellt, dass obwohl die mittlere Partikelgröße auf 60
Mikrometer festgestellt wurde, die Aluminiumkörner dieser speziellen Aluminiumoxidquelle
ungefähr
1 Mikrometer betrugen. In der Tat waren die einzelnen Aluminiumoxidpartikel
eine Agglomeration einer Vielzahl dieser Aluminiumoxidkörner mit
1 Mikrometer. Daher ist es in der vorliegenden Erfindung wichtig,
dass die Aluminiumoxidquelle Partikel besitzt, die einzelne Körner zwischen
10 und 50 Mikrometern sind, und bevorzugt zwischen ungefähr 15 und
25 Mikrometern.
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Ein
Vorteil der erfinderischen Filterstrukturen ist die verringerte
Reaktion mit Metalloxid"asche"partikeln, die durch
Abgase in Automobilmotoren mitgetragen werden. Metalloxid"asche"partikel können nicht
verbrannt werden, und werden daher während der Regeneration nicht
entfernt. Ein Problem, das in der Industrie besteht, ist, dass wenn
die Temperaturen während
des Regenerationssverfahrens ausreichend hohe Werte erreichen, die
Asche an das Filtermaterial sintern kann oder sogar mit dem Filtermaterial
reagieren kann, was zu teilweisem Schmelzen führt.
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Erfindungsgemäße Körper wurden
in Kontakt mit Metalloxidasche gebracht und auf ungefähr 1200°C erhitzt.
Es bestand keine offensichtliche (beobachtbare) Reaktion; im Gegensatz
dazu trat Sintern und Schmelzen in kommerziell erhältlichen
Cordieritfiltern unter ähnlichen
Testumgebungen bei diesen Temperaturen auf.
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Es
ist selbstverständlich,
dass während
die vorliegende Erfindung detailliert mit Verweiß auf bestimmte erläuternde
und speziellen Ausführungsformen
davon beschrieben wurde, sollten sie nicht als beschränkend hierfür angesehen
werden sondern können
auf andere Arten verwendet werden, ohne vom Gedanken der Erfindung
und dem Geltungsbereich der angefügten Ansprüche abzuweichen. TABELLE 1
| Oxidzusammensetzung (Gew.-%) | A | B | C | D | E |
| SiO2 | 19,1 | 21,5 | 23,9 | 16,7 | 16,7 |
| Al2O3 | 72,7 | 70,1 | 67,4 | 75,6 | 79,6 |
| Li2O | 8,2 | 8,4 | 8,7 | 7,7 | 3,8 |
| Phasengemenge | LiAlSiO4 LiAl5O8 | LiAlSiO4, LiAl5O8 | LiAlSiO4 LiAl5O8 | LiAlSiO4 LiAlgO3 | LiAlSiO4 ss LiAl5O8 Al2O3 |
| Oxidzusammensetzung (Gew.-%) | F | G | H | I | J |
| SiO2 | 16,7 | 14,4 | 16,7 | 16,7 | 16,7 |
| Al2O3 | 73,6 | 83,2 | 68,1 | 71,9 | 64,4 |
| Li2O | 9,8 | 2,4 | 15,2 | 11,5 | 18,9 |
| Phasengemenge | LiAlSiO4 LiAl5O5 mLiAlO2 | LiAlSiO4 ss Al2O3 | LiAlSiO4 LiAl5O8 LiAlO2 | LiAlSiO4 LiAl5O8 LiAlO2 | LiAlSiO4 LiAlO2 mLiAl5O8 |
- m – unbedeutende
Phase
- ss – Feststofflösung
TABELLE: 2 | Beispielnummer | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Beispielart | Vergleich | Vergleich | Vergleich | Erfindung | Erfindung | Erfindung | Erfindung | Vergleich |
| Rohmaterialzusammensetzung (mittlere
Partikelgröße (Mikrometer) | | | | | | | | |
| Li2CO3 (6) | 17,2 | 17,2 | 17,2 | 17,2 | 17,2 | 17,2 | 17,2 | 16,91 |
| Quarz
1 (6) | - | 14,96 | 14,96 | - | - | - | - | - |
| Quarz
2 (17) | - | - | - | 14,96 | - | - | - | - |
| Quarz
3 (17) | - | - | - | - | 14,96 | 14,96 | 6,89 | 8,83 |
| Aluminiumoxid
1 (5) | 53,88 | 67,8 | - | - | - | - | - | - |
| Aluminiumoxid
2 (60*) | - | - | 67,8 | - | - | - | - | - |
| Aluminiumoxid
4 (15) | - | - | - | 67,8 | 67,8 | 67,8 | 59,69 | 66,41 |
| Kaolin
1 (1) | - | - | - | - | - | - | 16,61 | 8,4 |
| Kaolin
2 (4) | 16,13 | - | - | - | - | - | - | - |
| Calciniertes
Kaolin 1 (1) | 13,19 | - | - | - | - | - | - | - |
- * In diesem Fall bezieht sich die Durchschnittsgröße von 60
Mikrometer auf die Größe von Kugeln
von fein agglomeriertem Aluminiumoxid.
TABELLE 3 | Beispielnummer | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Beispielart | Vergleich | Vergleich | Vergleich | Erfindung | Erfindung | Erfindung | Erfindung | Vergleich |
| Oxidzusammensetzung
(Gew.-%) | | | | | | | | |
| SiO2 | 16,67 | 16,67 | 16,67 | 16,67 | 16,67 | 16,67 | 16,67 | 14,29 |
| Al2O3 | 75,58 | 75,58 | 75,58 | 75,58 | 75,58 | 75,58 | 75,58 | 78,08 |
| LiO2 | 7,75 | 7,75 | 7,75 | 7,75 | 7,75 | 7,75 | 7,75 | 7,43 |
| Phasengemenge | | | | | | | | |
| Beta-Eucryptit (Gew.-%) | 35 | 35 | 35 | 35 | 35 | 35 | 35 | 30 |
| Lithiumaliuminatspinell
(Gew.-%) | 65 | 65 | 65 | 65 | 65 | 65 | 65 | 70 |
| Eigenschaften | | | | | | | | |
| Mittlerer
CTE (22–800°C) (10–7/°C) | 55 | 50,3 | 63,5 | –3,5 | –15,8 | 9,8 | –1,8 | 32,0 |
| Permeabilität (10–12 m2) | - | - | - | - | 4,5 | 3,5 | 1,4 | 44,6 |
| Gesamtporosität (Vol.-%) | | 25 | 34,8 | 34,8 | 55,2 | 38,1 | 47,2 | 14,2 |
| Mittlere
Porengröße (Mikrometer) | - | 6 | 13 | 13 | 23 | 22 | 16 | 1,3 |