DE60222225T2

DE60222225T2 - Keramischer Wabenfilter

Info

Publication number: DE60222225T2
Application number: DE2002622225
Authority: DE
Inventors: Hirohisa Kitakyushu-shi Suwabe; Shunji Yukuhashi-shi Okazaki; Osamu Tokudome; Yasuhiko Otsubo
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2022-12-03
Also published as: DE60218538T2; CN101240728A; EP1719882A1; EP1491734A1; DE60218538D1; EP1316686B1; EP1719882B1; DE60222225D1; CN100385096C; ATE372449T1; CN101240728B; EP1316686A3; DE60233448D1; CN1424493A; EP1316686A2; US6890616B2; US20030165662A1; EP1491734B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen keramischen Wabenfilter zum Herausfiltern von Partikeln aus den Abgasen von Automobilen, insbesondere solchen von Dieselmotoren, und die dafür verwendete keramische Wabenstruktur.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Um auf Kohlenstoff basierende Partikel aus den von Dieselmotoren abgegebenen Abgasen zu entfernen, werden keramische Wabenfilter mit porösen keramischen Wabenstrukturen verwendet, die an beiden Enden abwechselnd verschlossen sind.
Wie in der 1 gezeigt, ist die keramische Wabenstruktur 1 im wesentlichen zylindrisch (was auch einen elliptischen Querschnitt einschließt) und umfaßt innerhalb einer Außenwand 2 Trennwände 3 sowie eine große Anzahl von Zellen (Strömungswege) 4, die davon umschlossen werden. Wie in der 2(b) gezeigt, sind die beiden Enden der Strömungswege 4 durch Verschlüsse 5a, 5b abwechselnd verschlossen.
Das Reinigen eines Abgases durch einen Wabenfilter 10 ist in der 2(c) gezeigt. Das Abgas 20a strömt in die Strömungswege 4 des Wabenfilters 10, passiert die Poren in den porösen Trennwänden 3 und tritt aus den benachbarten Strömungswegen 4 aus, wie es bei 20b angezeigt ist. Beim Passieren der Poren in den Trennwänden 3 werden die Partikel im Abgas erfaßt. Die Partikel 30 sammeln sich an der Innenseite der Verschlüsse 5 an der Austrittseite. Wenn die Menge der an den Trennwänden 4 erfaßten Partikel ein bestimmtes Maß überschreitet, verstopft der Filter 10. Die erfaßten Partikel werden daher von einem Brenner oder einer elektrischen Heizvorrichtung verbrannt, um den Filter 10 zu regenerieren.
Bei einem solchen Partikelfilter sind Filtereigenschaften wie der Druckverlust, Wirksamkeit der Partikelerfassung, Bruchfestigkeit und Schmelzwiderstand usw. von Bedeutung. Der Druckverlust kann zwar durch Erhöhen der Porosität und der Porengröße der Trennwände oder durch Herabsetzen des Abgaswiderstands verringert werden, eine große Porosität und Porengröße führen jedoch zu einer geringeren Festigkeit der Trennwände, mit der Folge einer geringen Bruchfestigkeit des Filters. Die Verschlüsse an beiden Enden des Wabenfilters erhöhen nicht nur den Druckverlust, sondern setzen auch die Temperaturwechselbeständigkeit herab. Es ist daher schwierig, gleichzeitig sowohl die Anforderungen an den Druckverlust als auch die Anforderungen an die Bruchfestigkeit zu erfüllen.
Die JP 7-332064 A beschreibt ein Verfahren zum dreidimensionalen Verbinden von Poren in den Verschlüssen auf der Abgabeseite für das Abgas derart, daß ihre Porosität 110 bis 140% der Porosität der Trennwände beträgt, damit der Druckverlust in einem keramischen Wabenfilter durch die Verschlüsse nicht erhöht wird. Da jedoch der keramische Wabenfilter der JP 7-332064 A , wie es in den Beispielen beschrieben ist, eine Porosität der keramischen Wabenstruktur von nur 45% und eine Porosität der Verschlüsse von nur 40 bis 65% aufweist, ist der Druckverlust sehr groß. Da die Verschlüsse an der Einlaßseite keine Poren aufweisen, sondern nur die Verschlüsse an der Auslaßseite, kann das Abgas nicht durch die Verschlüsse an der Einlaßseite strömen, so daß die Verringerung des Druckverlustes nicht besonders groß ausfällt.
Die JP 8-281034 A beschreibt, daß der thermische Schock zum Zeitpunkt der Regeneration sich an den Übergangsstellen zwischen den verschlossenen Abschnitten und den nicht verschlossenen Abschnitten der Trennwände eines Wabenfilters konzentriert, und daß diese Übergangsstellen (die der Verschlußtiefe entsprechen) nicht kontinuierlich auf einer Linie verlaufen sollen, damit der Wabenfilter durch den thermischen Schock nicht bricht. Wenn die Verschlußtiefe des Wabenfilters ungleichmäßig ist, ist jedoch die effektive Filterfläche in Bereichen mit einer großen Verschlußtiefe nur klein, mit der Folge eines großen Druckverlustes. Bei einer ungleichmäßigen Verschlußtiefe unterscheiden sich auch die Filterflächen von Produkt zu Produkt, so daß die sich ergebenden Wabenfilter keine konstante Qualität aufweisen. Zwischen den Verschlüssen und den Trennwänden ist in den Bereichen mit einer kleinen Verschlußtiefe die Haftkraft nur gering, so daß sich die Verschlüsse durch den Druck des Abgases oder durch den thermischen Schock usw. leicht ablösen.
Wie in den 13(a) und 13(b) gezeigt, weist eine keramische Wabenstruktur gewöhnlich quadratische Zellen (Strömungswege) auf, und die Dicke der Trennwände ist in der ganzen keramischen Wabenstruktur im wesentlichen gleich groß. Eine keramische Wabenstruktur mit einem solchen Aufbau weist eine hohe Festigkeit in der Richtung parallel zu den Trennwänden auf, ihre Festigkeit ist in einer zu den Trennwänden geneigten Richtung jedoch gering. Wenn sie für Katalysatoren und Partikelfilter verwendet werden, treten an den Kreuzungspunkten der Trennwände durch thermischen Schock oder Spannungen leicht Risse 13 auf, wie es in der 6 gezeigt ist, mit der Folge von Brüchen in der Diagonalrichtung der Zellen.
Um solche Probleme zu vermeiden, beschreibt die JP 55-147154 A eine Technik, mit der die Trennwände in der Nähe der Außenwand dicker gemacht werden als die Trennwände im Inneren, um die Festigkeit der keramischen Wabenstruktur insgesamt zu erhöhen. Da jedoch die Trennwände im Kernbereich der keramischen Wabenstruktur nicht dick sind, weisen die Kreuzungspunkte der Trennwände eine gleichmäßige Festigkeit auf, so daß in den Kreuzungspunkten der Trennwände entstehende Risse sich im Kernbereich kontinuierlich ausbreiten.
Die JP 51-20435 B gibt an, die Trennwände an den Kreuzungspunkten bogenförmig oder linear zu erweitern, um zu verhindern, daß in den Kreuzungspunkten der Trennwände, in denen sich die Spannungen konzentrieren, Risse entstehen, und damit die Wirksamkeit der katalytischen Reaktion in den Ecken des Strömungsweges (in den gegenüberliegenden Trennwand-Kreuzungspunkten) abnimmt, in denen das Abgas nicht gleichmäßig strömt. Da die Festigkeit der Trennwand-Kreuzungspunkte in der ganzen keramischen Waben struktur gleich groß ist, breiten sich jedoch Risse, die durch thermischen Schock oder durch Spannungen entstehen, entlang der Trennwand-Kreuzungspunkte aus.
Die JP 61-129015 A beschreibt einen Filter zum Reinigen eines Abgases mit Trennwänden, deren Poren kleine Poren mit einem Porendurchmesser von 5 bis 40 μm und große Poren mit einem Porendurchmesser von 40 bis 100 μm umfassen. Die Anzahl der kleinen Poren beträgt das 5- bis 40-fache der großen Poren. Die Porosität ist zwar nicht angegeben, sie wird aus dem gesamten Porenvolumen von 0,3 bis 0,7 cm³/g zu 43 bis 64% berechnet, wobei angenommen wird, daß Cordierit ein tatsächliches spezifisches Gewicht von 2,5 hat.
Die JP 61-54750 B gibt an, daß es durch Einstellen der offenen Porosität und des mittleren Porendurchmessers möglich ist, einen Filter mit einer großen Erfassungsrate oder mit einer kleinen Erfassungsrate zu konstruieren. Die Druckschrift gibt an, daß der bevorzugte Bereich der Porosität 33 bis 90% beträgt.
Das japanische Patent 2 578 176 beschreibt einen porösen keramischen Wabenfilter mit einer langen Partikel-Erfassungszeit, wobei die Porosität 40 bis 55% beträgt und das Volumen der Poren mit einem Durchmesser von 2 μm oder weniger 0,015 cm³/g oder weniger.
Die JP 9-77573 A beschreibt eine Wabenstruktur mit einer hohen Erfassungsrate, einem niedrigen Druckverlust und einem niedrigen thermischen Expansionsverhältnis. Die Porosität beträgt 55 bis 80% und der mittlere Porendurchmesser liegt bei 25 bis 40 μm. Die Poren in den Trennwänden umfassen kleine Poren mit einem Durchmesser von 5 bis 40 μm und große Poren mit einem Durchmesser von 40 bis 100 μm. Die Anzahl der kleinen Poren beträgt das 5- bis 40-fache der großen Poren.
Da diese porösen keramischen Wabenfilter eine hohe Porosität aufweisen, ist ihre Festigkeit unvermeidlich gering. Da für das porenbildende Material ein relativ flaches Pulver wie Kohlenstoff, Graphit usw. verwendet wird, haben die Poren scharfe Ecken und weisen in ihren transversalen Querschnitten ein großes Seitenverhältnis auf. An den Poren konzentrieren sich daher die Spannungen, wodurch die Festigkeit der keramischen Wabenstruktur abnimmt. Wenn diese für Partikelfilter für die Abgase von Dieselmotoren verwendet werden, ist die Wahrscheinlichkeit groß, daß sie durch die thermischen Spannungen und Schocks, die mechanische Befestigungskraft beim Zusammenbau, durch Vibrationen usw. brechen.
US 4 233 351 A offenbart eine keramische Wabenstruktur, die mehrere Strömungskanäle durch Trennwände ungleichmäßiger Dicke definiert. Die Dicke der Trennwände in einem Ringabschnitt längs der Außenumfangsfläche der Struktur ist größer als die der Trennwände in dem mittleren Abschnitt der Struktur. Der vorliegende Anspruch 1 wurde gegenüber diesem Dokument in zweiteiliger Form abgefaßt.
EP 0 283 220 A beschreibt einen keramischen Wabenstrukturkörper, in dem die Dicke jeder einzelnen Trennwand schrittweise von einem Kreuzungsbereich zu einem Mittelbereich verringert ist. Alle Trennwände haben die gleiche Struktur.
EP 0 854 123 A offenbart eine keramische Wabenstruktur, in der einige der Strömungskanäle bogenförmige Ecken in Querschnitten aufweisen, die senkrecht zur Axialrichtung der Filterstruktur stehen. Der vorliegende Anspruch 3 wurde gegenüber diesem Dokument in zweiteiliger Form abgefaßt.
AUFGABEN DER ERFINDUNG
Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen keramischen Wabenfilter mit geringem Druckverlust, bei dem keine Risse durch die thermischen Spannungen und die thermischen Schocks beim Regenerieren des Filters auftreten, und die keramische Wabenstruktur dafür zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine keramische Wabenstruktur zu schaffen, in der sich Risse weniger leicht kontinuierlich in diagonaler Zellenrichtung längs Trennwandkreuzungspunkten ausbreiten, an denen sich Spannung konzentriert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hochfeste keramische Wabenstruktur zu schaffen, die als Partikelfilter verwendet werden kann, der auch bei einer Porosität von 50% und mehr für lange Zeiträume stabil bleibt.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei intensiven Untersuchungen an den Trennwänden und Verschlüssen von Wabenfilter haben die Erfinder angesichts der obigen Aufgaben festgestellt, daß durch Einstellen der Porosität, der Porenformen und der Verschlußtiefen der Verschlüsse an den Trennwänden der Druckverlust verringert werden kann, ohne daß die Bruchfestigkeit abnimmt. Die vorliegende Erfindung beruht auf dieser Feststellung.
Ein keramischer Wabenfilter gemäß einem zum Verständnis der vorliegenden Erfindung nützlichen Beispiel enthält eine keramische Wabenstruktur mit porösen Trennwänden, die mehrere Strömungswege für die Strömung eines Abgases durch die porösen Trennwände festlegen, um Partikel aus dem Abgas zu entfernen, wobei ein Ende jedes Strömungswegs derart mit einem Verschluß versehen ist, daß Verschlüsse der Strömungswege am Einlaß und am Auslaß der keramischen Wabenstruktur in einem gewünschten Muster angeordnet sind, und wobei die die Trennwände eine Dicke von 0,1 bis 0,5 mm und eine Porosität von 50 bis 80% aufweisen, die Porosität der Verschlüsse größer ist als die der Trennwände, und die Tiefe der Verschlüsse 3 bis 15 mm beträgt.
Ein keramischer Wabenfilter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist im beigefügten Anspruch 1 definiert. Er enthält eine keramische Wabenstruktur mit porösen Trennwänden, die mehrere Strömungswege für die Strömung eines Abgases durch die porösen Trennwände festlegen, um Partikel aus dem Abgas zu entfernen, wobei ein Ende jedes Strömungswegs derart mit einem Verschluß versehen ist, daß Verschlüsse der Strömungswege am Einlaß und am Auslaß der keramischen Wabenstruktur in einem gewünschten Muster angeordnet sind, wobei die Verschlüsse Poren aufweisen und wenigstens ein Teil der Poren einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Der keramische Wabenfilter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist poröse Trennwände auf, die mehrere Strömungspfade eingrenzen, wobei die die Strömungspfade bildenden Trennwände eine ungleichmäßige Dicke aufweisen. Die Durchschnittsdicke (T_av), die Maximaldicke T_max und die Minimaldicke T_min der Trennwände erfüllen vorzugsweise die Bedingung T_av/(T_max – T_min) ≤ 40.
Ein keramischer Wabenfilter gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist im beigefügten Anspruch 1 definiert. Er enthält poröse Trennwände, die mehrere Strömungspfade eingrenzen, wobei ein transversaler Querschnitt jedes Strömungspfads insgesamt eine im wesentlichen quadratische Form aufweist, ein transversaler Querschnitt wenigstens eines Teils der Strömungspfade in einem Paar entgegengesetzter Ecken bogenförmig ist, und das eine Paar entgegengesetzter Ecken einen größeren Krümmungsradius in jedem Strömungspfad aufweist als das andere Paar entgegengesetzter Ecken.
Ein keramischer Wabenfilter gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Porosität von 50 bis 80% auf, wobei wenigstens ein Teil der Poren mit einer Querschnittsfläche von mindestens 1,000 μm² in einem beliebigen Querschnitt der Trennwände einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Der keramische Wabenfilter gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Porosität von 50 bis 80% auf, wobei der Prozentsatz an Poren mit einem Seitenverhältnis von höchstens 2 unter den Poren mit einer Querschnittsfläche von mindestens 1,000 μm² in einem beliebigen Querschnitt der Trennwände mindestens 60% beträgt.
In dem keramischen Wabenfilter gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung liegt der Prozentsatz an Poren mit einer Rundheit von 1 bis 10 unter den Poren mit einer Querschnittsfläche von mindestens 1,000 μm² in einem beliebigen Querschnitt der Trennwände mindestens bei 50%. Die Porosität beträgt vorzugsweise 60 bis 70%. Der durchschnittliche Porendurchmesser beträgt vorzugsweise 10 bis 40 μm. Die Dicke der Trennwände beträgt vorzugsweise 0,1 bis 0,5 mm und der Abstand der Trennwände beträgt vorzugsweise 1 bis 3,5 mm. Der bevorzugte Wabenfilter bzw. die bevorzugte Wabenstruktur weist eine A-Achsen-Kompressionsstärke von mindestens 3 MPa auf.
Der keramische Wabenfilter bzw. die Struktur der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise aus Cordierit hergestellt mit einer chemischen Hauptkomponentenzusammensetzung, die 42 bis 56 Massen-% SiO₂, 30 bis 45 Massen-% Al₂O₃, und 12 bis 16 Massen-% MgO enthält.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a) ist eine Vorderansicht eines Beispiels für eine keramische Wabenstruktur;
1(b) eine seitliche Teil-Schnittansicht der keramischen Wabenstruktur der 1(a);
2(a) ist eine Vorderansicht eines Beispiels für einen keramischen Wabenfilter;
2(b) eine seitliche Teil-Schnittansicht des keramischen Wabenfilters der 2(a);
2(c) eine schematische Schnittansicht, die den Fluß eines Abgases durch den keramischen Wabenfilter der 2(b) zeigt;
3 eine Schnittansicht eines zum Verständnis der Erfindung nützlichen Beispiels für einen keramischen Wabenfilter;
4 eine schematische Schnittansicht, die ein Verfahren zum Herstellen des Wabenfilters der 3 zeigt;
5(a) eine teilweise Vorderansicht eines Beispiels für die Trennwände bei der keramischen Wabenstruktur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5(b) eine teilweise Vorderansicht eines anderen Beispiels für die Trennwände bei der keramischen Wabenstruktur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5(c) eine teilweise Vorderansicht eines weiteren Beispiels für die Trennwände bei der keramischen Wabenstruktur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6 eine schematische Vorderansicht, die beispielhaft einen Bruch der keramischen Wabenstruktur der 13(a) zeigt;
7(a) eine Ansicht der Punkte, an denen die Dicke der Trennwände der keramischen Wabenstruktur gemessen wurde;
7(b) eine vergrößerte Teilansicht der 7(a);
8 eine Vorderansicht eines Beispiels für eine keramische Wabenstruktur gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
9 eine Schnittansicht längs der Linie A-A in der 8(a);
10 eine vergrößerte Ansicht des Teils B in der 8;
11(a) eine Schnittansicht eines Werkzeugs zum Extrusionsformen der keramischen Wabenstruktur;
11(b) eine Schnittansicht, die das Extrusionsformen einer keramischen Wabenstruktur mit dem Werkzeug der 11(a) zeigt;
12 eine Vorderansicht der Düseneinrichtung bei dem Werkzeug der 11(a);
13(a) eine Vorderansicht eines Beispiels für Trennwände bei einer herkömmlichen keramischen Wabenstruktur; und
13(b) eine Vorderansicht eines anderen Beispiels für Trennwände bei einer herkömmlichen keramischen Wabenstruktur.
14 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels eines Querschnitts durch eine Trennwand, an dem das Seitenverhältnis und die Rundheit von Poren bestimmt werden.
BESCHREIBUNG DER BEISPIELE UND BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[1] Erstes zum Verständnis der Erfindung nützliches Beispiel
Bei dem ersten Beispiel weist die keramische Wabenstruktur eine Porosität von 50 bis 80% und Poren mit relativ großem Durchmesser auf. Insbesondere haben Poren mit einer Querschnittfläche von 1000 μm² und mehr in den Trennwänden oft einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt. Dadurch wird der Anteil an Poren mit scharfen Ecken kleiner, so daß die Konzentration von Spannungen an den Ecken der Poren weniger wahrscheinlich wird, wodurch sich die Festigkeit der keramischen Wabenstruktur erhöht. Die Bezeichnung "im wesentlichen kreisförmige Poren" in den Trennwänden heißt, daß die Rundheit, die formelmäßig durch Länge des Umfangs × Länge des Umfangs/(4π × Fläche der Pore) dargestellt wird, im Bereich von 1 bis 10 liegt. Im Falle eines Kreises ist die Rundheit gleich 1, und die Rundheit wird größer, wenn die Querschnittform einer Pore von einem Kreis abweicht.
Wenn die Porosität kleiner als 50% ist, hat die keramische Wabenstruktur bei der Verwendung als Diesel-Partikelfilter einen großen Druckverlust zur Folge und führt dadurch zu einem schlechten Abgas-Wirkungsgrad der Dieselmotoren. Wenn andererseits die Porosität größer ist als 80%, ist der Anteil an Poren zu groß, und auch wenn Poren mit relativ großem Durchmesser einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben, hat die keramische Wabenstruktur eine unzureichende Festigkeit und eine schlechte Partikelerfassungswirkung. Die keramische Wabenstruktur des ersten Beispiels weist entsprechend einen Porosität von 50 bis 80% auf. Der bevorzugte Bereich der Porosität liegt zwischen 60 und 70%.
Der Anteil an Poren mit einer Rundheit von 1 bis 10 beträgt bei den Poren mit Querschnittflächen von 1000 μm² oder mehr (Poren mit relativ großem Durchmesser) in einem beliebigen Querschnitt der Trennwände vorzugsweise 50% oder mehr. Wenn der Anteil an Poren mit einer Rundheit von 1 bis 10 (mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt) hoch ist, ist der Anteil an Poren mit scharfen Ecken gering, die leicht zu Ausgangspunkten von Rissen werden, so daß sich eine keramische Wabenstruktur mit großer Festigkeit ergibt.
Der Anteil an Poren mit einem Seitenverhältnis von 2 oder kleiner beträgt bei den Poren mit Querschnittflächen von 1000 μm² oder mehr in einem beliebigen Querschnitt der Trennwände vorzugsweise 60% oder mehr. Dadurch verringert sich der Anteil an Poren mit scharfen Ecken, so daß sich an den Poren weniger Spannungen konzentrieren und sich eine keramische Wabenstruktur mit großer Festigkeit ergibt.
Die Poren in der keramischen Wabenstruktur des Beispiels weisen vorzugsweise einen mittleren Porendurchmesser von 10 bis 40 μm auf. Wenn der mittlere Durchmesser der Poren kleiner ist als 10 μm, tritt bei der Verwendung als Diesel-Partikelfilter leicht ein großer Druckverlust auf, mit der Folge einer Verschlechterung des Wirkungsgrades der Dieselmotoren. Wenn andererseits der mittlere Porendurchmesser 40 μm übersteigt, ist die Festigkeit der keramischen Wabenstruktur zu gering, mit der Folge einer Abnahme der Partikelerfassungswirkung.
Bei einer bevorzugten Abwandlung des Beispiels sind die Trennwände, die eine Dicke von 0,1 bis 0,5 mm haben, in Abständen von 1 bis 3,5 mm angeordnet. Wenn die Dicke der Trennwände größer ist als 0,5 mm oder wenn der Abstand der Trennwände kleiner ist als 1 mm, tritt bei der Verwendung als Diesel-Partikelfilter leicht ein großer Druckverlust auf, und es werden keine ausreichenden Filtereigenschaften erhalten. Wenn andererseits die Dicke der Trennwände kleiner ist als 0,1 mm oder wenn der Abstand der Trennwände größer ist als 3,5 mm, ist die Festigkeit der keramischen Wabenstruktur zu gering. Die bevorzugte Dicke der Trennwände beträgt 0,2 bis 0,4 mm und der bevorzugte Abstand der Trennwände 1,2 bis 2,0 mm. Wenn die Dicke und der Abstand der Trennwände in diesen Bereichen liegen, ist es möglich, die beiden gegensätzlichen Anforderungen an einen niedrigen Druckverlust und eine gute Bruchfestigkeit gleichzeitig zu erfüllen.
Bei einer bevorzugten Abwandlung des Beispiels weist die erfindungsgemäße keramische Wabenstruktur eine A-Achsen-Druckfestigkeit von 3 MPa oder mehr auf. Wenn die A-Achsen-Druckfestigkeit 3 MPa oder mehr beträgt, treten bei der keramischen Wabenstruktur bei der Verwendung als Diesel-Partikelfilter durch die thermischen Spannungen und den thermischen Schock im Betrieb, durch die mechanischen Belastungen beim Zusammenbau, durch die auftretenden Vibrationen usw. keine Brüche auf.
[2] Zweites zum Verständnis der Erfindung nützliches Beispiel
Bei dem zweiten Beispiel weisen die Trennwände des keramischen Wabenfilters eine Dicke von 0,1 bis 0,5 mm und eine Porosität von 50 bis 80% auf, die Porosität der Verschlüsse ist größer als die der Trennwände, und die Verschlußtiefe beträgt 3 bis 15 mm. Mit diesem Aufbau können die beiden gegensätzlichen Anforderungen eines niedrigen Druckverlusts und einer guten Bruchfestigkeit gleichzeitig erfüllt werden. Da die Trennwände eine Dicke von 0,1 bis 0,5 mm und eine hohe Porosität von 50 bis 80% aufweisen, strömt das Abgas mit geringem Widerstand (Druckverlust) durch die Trennwände. Da die Porosität der Verschlüsse größer ist als die der Trennwände und die Verschlußtiefe 3 bis 15 mm beträgt, strömt ein Teil der Abgase durch die Verschlüsse, mit der Folge einer Abnahme des Druckverlustes. Da die Verschlüsse nur eine geringe Wärmekapazität pro Flächeneinheit aufweisen, ist es unwahrscheinlich, daß bei thermischen Schocks an den Verschlüssen Risse auftreten.
Insbesondere ist die Porosität der Verschlüsse vorzugsweise um 5% oder mehr größer als die der Trennwände, besser noch um 10% oder mehr.
Die Verschlüsse weisen vorzugsweise eine Porosität von 70 bis 90% auf. Wenn die Porosität der Verschlüsse kleiner ist als 70%, ist der Anteil des Abgases, der durch die Verschlüsse strömt, gering, mit der Folge einer unzureichenden Verringerung des Druckverlustes. Wenn andererseits die Porosität der Verschlüsse größer ist als 90%, weisen die Verschlüsse eine unzureichende Festigkeit auf, so daß es wahrscheinlich wird, daß insbesondere an den beiden Endflächen beim Ummanteln und bei der Handhabung Ablösungen und Risse auftreten und daß die großen Partikel im Abgas nicht erfaßt werden. Die Porosi tät der Verschlüsse liegt vorzugsweise zwischen 75% und 85%. Die Porosität der Verschlüsse kann an den Einlaß- und Auslaßseiten gleich oder verschieden sein, solange sie innerhalb des angegebenen Bereichs liegt.
Wenn die Verschlußtiefe kleiner ist als 3 mm, ist die Haftfestigkeit zwischen den Verschlüssen und den Trennwänden gering, so daß sich die Verschlüsse durch mechanische und thermische Schocks lösen können. Wenn andererseits die Verschlußtiefe mehr als 15 mm groß ist, weist der Filter eine kleine effektive Fläche auf. Entsprechend liegt die Verschlußtiefe zwischen 3 und 15 mm. Die bevorzugte Verschlußtiefe beträgt 5 bis 12 mm.
Da wenigstens ein Teil der Poren in den Verschlüssen einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat, kann eine Konzentration von Spannungen an den Poren vermieden werden, so daß die Porosität unter Beibehaltung der Festigkeit der Verschlüsse erhöht werden kann. Entsprechend ist es möglich, einen keramischen Wabenfilter mit hoher Bruchfestigkeit und einem niedrigen Druckverlust zu erhalten. Es brauchen nicht alle Poren in den Verschlüssen einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt zu haben, es reicht, wenn insbesondere die großen Poren, zum Beispiel Poren mit Querschnittflächen von 1000 μm² und mehr, einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben. Hinsichtlich der Poren in den Verschlüssen heißt "ein im wesentlichen kreisförmiger Querschnitt", daß die Poren ein Seitenverhältnis (längster Durchmesser/kürzester Durchmesser) von 2 oder kleiner aufweisen. Da die Poren in den Verschlüssen in einem beliebigen Querschnitt einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben, kann das Abgas die Poren leicht passieren, und die Spannungskonzentration an den Poren wird verringert. Entsprechend ist es möglich, die beiden gegensätzlichen Anforderungen eines geringen Druckverlustes und einer guten Bruchfestigkeit gleichzeitig zu erfüllen.
Der Anteil an Poren mit einem Seitenverhältnis von 2 oder kleiner bei den Poren mit Querschnittflächen von 1000 μm² und mehr in den Verschlüssen beträgt vorzugsweise 20% oder mehr. Um Poren mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitten auszubilden, wird der Aufschlämmung für die Verschlüsse vorzugsweise ein im wesentlichen sphärisches porenbildendes Material hinzugefügt, und die sich ergebenden Verschlüsse werden gesintert, um das porenbildende Material zu verbrennen.
Bei einer bevorzugten Abwandlung des Beispiels weisen die an wenigstens einem Ende der keramischen Wabenstruktur ausgebildeten Verschlüsse konkave Innen- und/oder Außenseiten auf. Bei Verschlüssen mit konkaven Innen- und/oder Außenseiten ist der Widerstand gegen das Abgas (der Druckverlust) gering, während die Haftfestigkeit (Bruchfestigkeit) zwischen den Verschlüssen und den Trennwänden erhalten bleibt.
Die 4 zeigt ein Beispiel für ein Verfahren zum Verschließen der Enden der keramischen Wabenstruktur. Nach dem Anbringen von Abdeckfilmen 12 an den Enden der keramischen Wabenstruktur 1 werden die Abdeckfilme 12 mit durchstoßenen Abschnitten (Öffnungen) 12b in einem Muster versehen, wie es in der 2 gezeigt ist. Die mit den Abdeckfilmen 12 versehene keramische Wabenstruktur 1 wird in einem Behälter 16 in eine Aufschlämmung 14 für die Verschlüsse eingetaucht. Um Verschlüsse mit einer vorgegebenen Porosität zu erhalten, wird für die Aufschlämmung 14 ein keramisches Material mit großen Partikeln verwendet, oder es wird ein porenbildendes Material hinzugefügt. Insbesondere wenn Poren mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt in den Verschlüssen entstehen sollen, wird vorzugsweise ein sphärisches porenbildendes Material (zum Beispiel Kunstharzkügelchen, vorzugsweise hohle Kunstharzkügelchen) zu dem keramischen Verschlußmaterial hinzugefügt. Beim Sintern verbrennt das porenbildende Material.
Die Aufschlämmung 14 dringt durch die Öffnungen 12b des Abdeckfilms in die Zellen (Strömungswege) 4 der in die Aufschlämmung 14 getauchten keramischen Wabenstruktur ein. Nach dem Trocknen der Aufschlämmung 14 wird die keramische Wabenstruktur 1 umgedreht, so daß die Aufschlämmung 14 auch in die Endabschnitte der Zellen auf der anderen Seite eindringen kann. Nach dem Trocknen der Aufschlämmung 14 wird der Abdeckfilm 12 abgezogen. Durch Einstellen der Eintauchtiefe der keramischen Wabenstruktur 1 in die Aufschlämmung 14 kann eine Verschlußtiefe von 3 bis 15 mm erhalten werden. Die Verschlüsse werden schließlich gesintert, damit sie sich mit den Trennwänden verbinden.
[3] Erstes Ausführungsbeispiel
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel haben die Trennwände der keramischen Wabenstruktur eine ungleichmäßige Dicke. Wie in den 5(a) bis 5(c) gezeigt, weisen zum Beispiel die Trennwände 3a, 3b der keramischen Wabenstruktur 1 in Querrichtung jeweils eine unterschiedliche Dicke auf. Da die Trennwände 3 verschieden dick sind, ist die Festigkeit der Trennwand-Kreuzungsstellen 3c von Zelle zu Zelle verschieden und innerhalb der keramischen Wabenstruktur nicht konstant. Da nicht fortlaufend Trennwand-Kreuzungsstellen 3c mit im wesentlichen der gleichen Festigkeit aufeinander folgen, kann verhindert werden, daß sich Risse aufgrund von thermischen Schocks oder Spannungen die Trennwand-Kreuzungsstellen 3c entlang ausbreiten und die keramische Wabenstruktur in der Diagonalrichtung der Zellen bricht. Die keramische Wabenstruktur weist daher eine ausgezeichnete Festigkeit gegen thermische Schocks auf. Da die Trennwand-Kreuzungsstellen 3c der 5(c) gekrümmte Oberflächen aufweisen, tritt daran auch keine Spannungskonzentration auf.
Die mittlere Dicke T_av, die maximale Dicke T_max und die minimale Dicke T_min der Trennwände 3 erfüllen vorzugsweise die Beziehung T_av/(T_max – T_min) ≤ 40. Der Wert von T_av/(T_max – T_min) gibt an, wie verschieden die Dicke der Trennwände 3 relativ zur mittleren Dicke ist. Wenn T_av/(T_max – T_min) gleich 40 oder kleiner ist, ist die Dicke der Trennwände ausreichend ungleichmäßig, um zu verhindern, daß sich Risse aufgrund thermischer Schocks oder Spannungen längs der Trennwand-Kreuzungspunkte 3c ausbreiten. Wenn T_av/(T_max – T_min) größer ist als 40, reicht die Ungleichmäßigkeit der Dicke der Trennwände nicht aus, so daß sich Risse aufgrund thermischer Schocks oder Spannungen längs der Trennwand-Kreuzungspunkte 3c ausbreiten können.
Der Wert von T_av/(T_max – T_min) liegt vorzugsweise zwischen 1 und 40 und besser noch zwischen 2 und 30. Wenn die Untergrenze von T_av/(T_max – T_min) kleiner ist als 1, ist der Unterschied zwischen der minimalen Wanddicke T_min und der maximalen Wanddicke T_max zu groß, mit der Folge eines schlechten Geschwindigkeitsausgleichs der Formmischung bei der Abgabe aus den Schlitzen der Düseneinrichtung eines Extrusionsformwerkzeugs, was zu einem Verbiegen und einem Bruch der sich ergebenden grünen Körper führt.
[4] Zweites Ausführungsbeispiel
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Krümmungsradien Ra, Rb der Ecken der Strömungswege, an denen eine Spannungskonzentration auftritt, verschieden, so daß benachbarte Trennwand-Kreuzungspunkte 103c, 113c unterschiedliche Festigkeiten aufweisen. Entsprechend folgen keine Trennwand-Kreuzungspunkte mit im wesentlichen der gleichen Festigkeit aufeinander, so daß sich eine große Bruchfestigkeit ergibt. Auch wenn die keramische Wabenstruktur starken thermischen oder mechanischen Schocks ausgesetzt ist, breiten sich Risse daher nicht aus.
Damit benachbarte Trennwand-Kreuzungspunkte nicht im wesentlichen die gleiche Festigkeit aufweisen, beträgt das Verhältnis des Krümmungsradiusses Ra des einen Paars von gegenüberliegenden Ecken (schwach gekrümmte Oberflächen) zum Krümmungsradius Rb des anderen Paars von gegenüberliegenden Ecken (stark gekrümmte Oberflächen) vorzugsweise 1,5 oder mehr. Wenn das Verhältnis Ra/Rb kleiner ist als 1,5, ist der Festigkeitsunterschied zwischen benachbarten Trennwand-Kreuzungspunkten nur klein, mit der Folge einer geringen Bruchfestigkeit.
Wie in den 8 bis 10 gezeigt, weist in Querrichtung in jedem Strömungsweg 4 das eine Paar von gegenüberliegenden runden Ecken an den großen Trennwand-Kreuzungspunkten 103c den Krümmungsradius Ra auf, und das andere Paar von gegenüberliegenden Ecken an den kleinen Trennwand-Kreuzungspunkten 113c weist den Krümmungsradius Rb auf. Der Krümmungsradius Ra ist größer als der Krümmungsradius Rb. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die großen Trennwand-Kreuzungspunkte 103c und die kleinen Trennwand-Kreuzungspunkte 113c in der vertikalen Richtung abwechselnd angeordnet.
Da keine Trennwand-Kreuzungspunkte mit im wesentlichen der gleichen Festigkeit aufeinander folgen, ist die Bruchfestigkeit der keramischen Wabenstruktur 1 groß, so daß die Beständigkeit gegen thermische Schocks und die isostatische Festigkeit erhöht ist. Es treten daher keine Risse auf, die sich durch die keramische Wabenstruktur 1 ausbreiten, auch wenn diese durch das heiße Abgas thermischen Schocks oder durch die Vibrationen des Motors, die Unebenheiten der Straße usw. mechanischen Schocks unterliegt.
Die 11 und 12 zeigen ein Extrusionsformwerkzeug zur Herstellung der keramischen Wabenstruktur 1 und das Extrusionsformverfahren mit diesem Werkzeug. Das Ex trusionsformwerkzeug 50 umfaßt einen Werkzeugkörper 51 für die Aufnahme einer Formmischung 60, einen am Ende des Werkzeugkörpers 51 angebrachten Halter 52 und eine in den Halter 52 eingesetzte Extrusions-Düseneinrichtung 54. Die Düseneinrichtung 54 umfaßt eine große Anzahl von Stiften 56, die in einem Gittermuster angeordnet sind, wobei die Lücken zwischen den Stiften 56 die Extrusionsöffnungen 58 für die Formmischung bilden. Die Ecken der Stifte 56 sind gerundet, wobei der Krümmungsradius Ra eines Paars von gegenüberliegenden gerundeten Oberflächen größer ist als der Krümmungsradius Rb des anderen Paars von gegenüberliegenden Ecken. Die gerundeten Ecken der Stifte 52 können durch Schleifen, Entladungsabtragen, elektrolytisches Beschichten, elektrolytisches Ätzen und dergleichen ausgebildet werden. Wie in der 11(b) gezeigt, wird die keramische Materialmischung aus dem Werkzeugkörper 51 von einem Kolben usw. mit dem Druck P aus den Extrusionsöffnungen 58 extrudiert, um die keramische Wabenstruktur 1 zu bilden.
Der als Filter zum Entfernen von Partikeln aus dem Abgas hauptsächlich von Dieselmotoren verwendete erfindungsgemäße keramische Wabenfilter wird von der porösen keramischen Wabenstruktur und den Verschlüssen gebildet, die vorzugsweise aus keramischen Materialien mit guter Wärmebeständigkeit bestehen. Vorzugsweise werden die keramischen Materialien aus einer Gruppe ausgewählt, deren Hauptkomponenten die Cordierite, Aluminiumoxide, Mullite, Siliziumnitride, Siliziumkarbide und Lithium-Aluminium-Silikate (LAS) sind. Am besten eignet sich Cordierit, da es billig ist und eine gute Wärmebeständigkeit, Korrosionsfestigkeit und geringe thermische Expansion aufweist. Im Fall von Cordierit umfaßt die chemische Zusammensetzung der Hauptkomponente vorzugsweise 42-56 Massen-% SiO₂, 30-45 Massen-% Al₂O₃ und 12-16 Massen-% MgO.
Wenn die Menge der am erfindungsgemäßen keramischen Wabenfilter hängengebliebenen Partikel ein bestimmtes Ausmaß erreicht hat, wird der keramische Wabenfilter entweder durch ein alternierendes Regenerationsverfahren zum Verbrennen der Partikel durch einen Brenner oder eine elektrische Heizvorrichtung oder durch ein kontinuierliches Regenerationsverfahren zum kontinuierlichen Verbrennen der Partikel durch die Wirkung eines Katalysators auf der keramischen Wabenstruktur usw. regeneriert.
Die Ausführungsformen des keramischen Wabenfilters und ihr erfindungsgemäßer Aufbau wurden oben jeweils getrennt erläutert. Die Merkmale des keramischen Wabenfilters und sein Aufbau (zum Beispiel die Dicke und die Porosität der Trennwände usw.) dieser Ausführungsformen können jedoch auch allen Ausführungsformen gemeinsam sein, falls nichts anderes gesagt wird.
Die vorliegende Erfindung wird nun genauer anhand von Beispielen beschrieben, ohne daß dadurch die vorliegende Erfindung eingeschränkt werden soll.
Beispiele 1 bis 7, Vergleichsbeispiele 1 bis 6
Um Cordierit mit einer Hauptkomponentenzusammensetzung von 49-51 Massen-% SiO₂, 35-37 Massen-% Al₂O₃ und 13-15 Massen-% MgO herzustellen, wurde ein Cordie rit-Ausgangsmaterialpulver, das Kaolinpulver, kalziniertes Kaolinpulver, Aluminiumoxidpulver, Aluminiumhydroxidpulver, Siliziumoxidpulver und Talkumpulver enthielt, mit einem Bindemittel, einem Schmiermittel und sphärischem Kunstharzpulver als porenbildendem Material in vorgegebenen Mengen gemischt. Dazu wurde eine vorgegebene Menge Wasser gegeben, um eine plastische Masse zu erhalten, die in Wabenform extrudiert werden kann.
Mit einer bestimmten Größe des Extrusionswerkzeugs und einer bestimmten Menge des porenbildenden Materials wurden grüne Körper in Wabenform mit quadratischem Querschnitt der Strömungswege und Trennwände in verschiedener Dicke und Porosität hergestellt. Die grünen Körper wurden nach dem Trocken gesintert, um eine keramische Wabenstruktur mit 150 mm Durchmesser und 150 mm Länge zu erhalten. Der Abstand der Trennwände betrug in der sich ergebenden Wabenstruktur 1,5 mm. Die Trennwände wiesen verschiedene Dicken und Porositäten auf. Die Porosität der Trennwände wurde nach dem Quecksilber-Durchdringungsverfahren mit einem Autopore III 9410 von Micromeritics gemessen.
Wie in der 4 gezeigt, wurden mittels eines Klebers an den beiden Endflächen 11, 11 der keramischen Wabenstruktur Abdeckfilme 12 angebracht und diese so durchstoßen, daß in einem schachbrettartigen Muster derart Verschlüsse 12a und Öffnungen 12b entstanden, daß immer nur ein Ende der Strömungswege 4 verschlossen war.
Das obige Cordierit-Ausgangsmaterialpulver wurde mit dem porenbildenden Material, Wasser und Bindemittel zu einer Aufschlämmung 14 vermischt, die in einen Behälter 16 gegeben wurde. Um Verschlüsse mit unterschiedlicher Porosität zu erhalten, wurde die Menge des zu der Aufschlämmung 14 gegebenen porenbildenden Materials verändert.
Wie in der 4 gezeigt, wurde ein Ende 11 der keramischen Wabenstruktur 1 bis in eine bestimmte Tiefe in die Aufschlämmung 14 getaucht, um die Aufschlämmung 14 durch die Öffnungen 12a des Abdeckfilms 12 in die Strömungswege 4 einzuführen. Nach dem Anheben der keramischen Wabenstruktur 1 wurde die Aufschlämmung 14 in den Endabschnitten vollständig getrocknet und die keramische Wabenstruktur 1 umgedreht, erneut in die gleiche Aufschlämmung 14 getaucht und wieder getrocknet. Nach dem Trocknen allen Schlammes 14 an der keramischen Wabenstruktur 1 wurde der Abdeckfilm 12 abgezogen. Die keramische Wabenstruktur 1 wurde auf diese Weise in einem vorgegebenen Muster an beiden Enden mit Verschlüssen 5 versehen. Schließlich wurde die keramische Wabenstruktur 1 mit den Verschlüssen 5 in einem Chargen-Sinterofen (nicht gezeigt) gesintert, um keramische Wabenfilter 10 mit Verschlüssen mit unterschiedlicher Porosität zu erhalten.
An den sich ergebenden Wabenfiltern 10 wurde die Dicke und Porosität der Trennwände 3 und die Porosität und Tiefe der Verschlüsse 5 gemessen. Die Dicke der Verschlüsse wurde durch Einführen eines Metallstabes mit 0,8 mm Durchmesser in insgesamt 25 Zellen, 5 Zellen längs der X-Achse und der Y-Achse, vom offenen Ende der Zellen in der keramischen Wabenstruktur 1 und Feststellen der Eintauchtiefe dieses Stabes bis zum Verschluß gemessen. Die Dicke der Verschlüsse ist der Mittelwert der an den 25 Stellen gemessenen Werte. Die einzelnen Wabenfilter 10 wurden hinsichtlich des Druckverlustes und der thermischen Schockfestigkeit wie folgt bewertet:
(a) Druckverlust
Nach dem Durchströmen von Ruß enthaltender Luft mit einer gegebenen Strömungsgeschwindigkeit durch die einzelnen Wabenfilter 10 für 2 Stunden in einer Druckverlust-Meßeinrichtung (nicht gezeigt) derart, daß die Durchflußrate des Rußes 3 g/Stunde betrug, wurde der Druckunterschied zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Wabenfilters 10 bestimmt. Die Bewertungsstandards für den Druckverlust sind unten angegeben. Ein Aq von 400 mm oder weniger (
und O) wurde als "bestanden" betrachtet.

Weniger als 380 mm Aq,
O: 380-400 mm Aq, und
x: Mehr als 400 mm Aq.

(b) Thermische Schockfestigkeit
Jeder Filter 10 wurde für verschiedene Temperaturen für 30 Minuten in einen elektrischen Ofen gegeben, schnell auf Raumtemperatur abgekühlt und dann mit bloßem Auge auf Risse untersucht. Der Unterschied zwischen der Aufheiztemperatur und der Raumtemperatur (25 °C) beim Auftreten von Rissen wurde die thermische Schockfestigkeitstemperatur genannt. Die Bewertungsstandards für die thermische Schockfestigkeitstemperatur sind unten angegeben. 600 °C oder mehr wurden als "bestanden" betrachtet.

700 °C oder mehr,
650 °C oder mehr und unter 700 °C,
O: 600 °C oder mehr und unter 650 °C, und
x: Unter 600 °C.

Die Gesamtbewertung des Druckverlustes und der thermischen Schockfestigkeit erfolgte nach folgenden Standards:

Der Druckverlust war
und die thermische Schockfestigkeit
Sowohl Druckverlust als auch thermische Schockfestigkeit waren
O: Sowohl Druckverlust als auch thermische Schockfestigkeit hatten "bestanden".
x: Druckverlust und/oder thermische Schockfestigkeit waren x.

Die Dicke und Porosität der Trennwände, die Porosität und Verschlußtiefe der Verschlüsse und die Bewertungsergebnisse für den Druckverlust und die thermische Schockfestigkeit sowie die Gesamtbewertung für die einzelnen Wabenfilter 10 sind in der Tabelle 1 enthalten. Tabelle 1

Nr.		Keramische Wabenstruktur		Verschlüsse
	Dicke der Trennwände (mm)	Porosität (%)	Abstand der Trennwände (mm)	Porosität (%)	Verschlußtiefe (mm)
Beispiel 1	0,15	50	1,46	55	3
Beispiel 2	0,20	55	1,46	65	5
Beispiel 3	0,22	60	1,52	69	10
Beispiel 4	0,22	65	1,52	75	10
Beispiel 5	0,25	75	1,52	80	12
Beispiel 6	0,31	65	1,52	80	11
Beispiel 7	0,30	78	1,52	85	15
Vergleichsbeispiel 1	0,08	51	1,46	55	5
Vergleichsbeispiel 2	0,12	45	1,46	22	2
Vergleichsbeispiel 3	0,28	70	1,52	45	12
Vergleichsbeispiel 4	0,25	85	1,52	90	15
Vergleichsbeispiel 5	0,60	51	1,52	55	5
Vergleichsbeispiel 6	0,15	50	1,52	55	18

Tabelle 1 (Fortsetzung)

Bei den Wabenfiltern der Beispiele 1 bis 7 hatten die Trennwände eine Dicke von 0,1-0,5 mm und eine Porosität von 50-80%, und die Verschlüsse wiesen eine größere Porosität auf als die Trennwände. Die Verschlußtiefe betrug 3-15 mm. Die Bewertungen für den Druckverlust und die thermische Schockfestigkeit waren gut und die Gesamtbewertung ergab O. Insbesondere in den Beispielen 4 bis 7 war die Bewertung des Druckverlustes
da die Porosität der Verschlüsse im bevorzugten Bereich von 70-90% lag.
Da bei dem Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 1 die Dicke der Trennwände unter 0,1 mm lag, war seine thermische Schockfestigkeit gering. Der Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 2 hatte eine Porosität von weniger als 50% in den Trennwänden, und die Porosität der Verschlüsse war geringer als die der Trennwände, so daß der Druckverlust groß war. Wegen der geringen Verschlußtiefe von weniger als 3 mm war auch die thermische Schockfestigkeit gering. Da bei dem Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 3 die Porosität der Verschlüsse geringer war als die der Trennwände, war der Druckverlust groß und die thermische Schockfestigkeit gering. Bei dem Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 4 lag die Porosität der Trennwände bei über 80%, so daß die thermische Schockfestigkeit gering war. Bei dem Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 5 überstieg die Dicke der Trennwände 0,5 mm, und der Druckverlust war groß. Bei dem Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 6 überstieg die Verschlußtiefe 15 mm, und der Druckverlust war groß.
Beispiele 8 bis 13
Auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 wurde ein keramischer Cordierit-Wabenfilter 10 mit 150 mm Außendurchmesser und 150 mm Länge und 0,3 mm dicken Trennwänden im Abstand von 1,5 mm hergestellt. Die Porosität der Trennwände betrug 65%, die Porosität der Verschlüsse 78%, und die Verschlußtiefe war 10 mm. In den Beispielen 8 bis 11 wurde eine Aufschlämmung 14 für die Verschlüsse verwendet, die ein sphärisches porenbildendes Material in der Form von Kügelchen aus einem Acrylnitril-Methylmethacrylat-Copolymer-Kunstharz in verschiedenen Mengen enthielt.
Bei jedem Wabenfilter 10 wurde ein beliebiger Querschnitt eines Verschlusses geschliffen und eine REM-Photographie davon mit dem bloßen Auge analysiert, um festzustellen, ob es Poren mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt gab. Die REM-Photographie wurde außerdem mit einer kommerziell erhältlichen Bildanalysesoftware (Image-Pro Plus Version 3.0 der Media Cybernetics) analysiert, um das Seitenverhältnis der Porenquerschnitte wie in der 14 gezeigt zu bestimmen, wobei bei den Poren mit Querschnittflächen von 1000 μm² und mehr der Anteil der Poren mit einem Seitenverhältnis von 2 oder kleiner bestimmt wurde.
Für die einzelnen keramischen Wabenfilter wurden dann ebenso wie im Beispiel 1 der Druckverlust und die thermische Schockfestigkeit bewertet. Das Vorhandensein bzw. Nichtvorhandensein von Poren mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, der Anteil der Poren mit einem Seitenverhältnis von 2 oder kleiner, der Druckverlust, die thermische Schockfestigkeit und die Gesamtbewertung sind in der Tabelle 2 angeführt. Tabelle 2
Da die Wabenfilter der Beispiele 8 bis 11 in den Verschlüssen Poren mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufwiesen, war der Druckverlust gering und die thermische Schockfestigkeit gut. Da die Bewertung der thermischen Schockfestigkeit bei allen Wabenfiltern
war, ergab die Gesamtbewertung
In den Wabenfiltern der Beispiele 10 und 11 betrug der Anteil an Poren mit einem Seitenverhältnis von 2 oder kleiner bei den Poren mit einer Querschnittfläche von 1000 μm² und mehr in den Verschlüssen 20% und mehr, die Bewertung der thermischen Schockfestigkeit war

und die Gesamtbewertung ebenfalls
Andererseits hatten die Wabenfilter der Beispiele 12 und 13 in den Verschlüssen keine Poren mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, und die Bewertung der thermischen Schockfestigkeit war O und die Gesamtbewertung ebenfalls O.
Beispiele 14 bis 17, Vergleichsbeispiele 7 und 8
Auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 wurde ein keramischer Cordierit-Wabenfilter 10 mit 150 mm Außendurchmesser und 150 mm Länge und 0,3 mm dicken Trennwänden im Abstand von 1,5 mm hergestellt. Die Porosität der Trennwände betrug 65%, die Porosität der Verschlüsse 60%, und die Verschlußtiefe war 10 mm. In den Beispielen 14 bis 17 wurde eine Aufschlämmung 14 für die Verschlüsse verwendet, die ein sphärisches porenbildendes Material in der Form von Kügelchen aus einem Acrylnitril-Methylmethacrylat-Copolymer-Kunstharz in verschiedenen Mengen enthielt.
Für die einzelnen keramischen Wabenfilter wurden dann auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 8 bis 13 das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein von Poren mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt und der Anteil der Poren mit einem Seitenverhältnis von 2 oder kleiner bestimmt. Auch der Druckverlust und die thermische Schockfestigkeit wurde wie im Beispiel 1 bewertet. Das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein von Poren mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt, der Anteil an Poren mit einem Seitenverhältnis von 2 oder kleiner, der Druckverlust, die thermische Schockfestigkeit und die Gesamtbewertung sind in der Tabelle 3 angeführt. Tabelle 3
Da die Wabenfilter der Beispiele 14 bis 17 in den Verschlüssen Poren mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufwiesen, war der Druckverlust gering und die thermische Schockfestigkeit gut. Da die Bewertung der thermischen Schockfestigkeit bei allen Wabenfiltern O oder
war, ergab die Gesamtbewertung O oder
In den Wabenfiltern der Beispiele 16 und 17 betrug der Anteil an Poren mit einem Seitenverhältnis von 2 oder kleiner bei den Poren mit einer Querschnittfläche von 1000 μm² und mehr in den Verschlüssen 20% und mehr, die Bewertung der thermischen Schockfestigkeit war
und die Gesamtbewertung ebenfalls
Andererseits hatten die Wabenfilter der Vergleichsbeispiele 7 und 8 in den Verschlüssen keine Poren mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, und die Bewertung der thermischen Schockfestigkeit war x und die Gesamtbewertung ebenfalls x.
Beispiele 18 bis 27
Um Cordierit mit der gleichen chemischen Zusammensetzung der Hauptkomponente wie im Beispiel 1 herzustellen, wurde ein Cordierit-Ausgangsmaterialpulver, das Kaolinpulver, kalziniertes Kaolinpulver, Aluminiumoxidpulver, Aluminiumhydroxidpulver, Siliziumoxidpulver und Talkumpulver enthielt, mit einem Bindemittel, einem Schmiermittel und sphärischem Kunstharzpulver als porenbildendem Material in vorgegebenen Mengen gemischt. Dazu wurde Wasser gegeben, um eine plastische Formmasse zu erhalten.
Mit einem Extrusionswerkzeug mit einer Düseneinrichtung, deren Schlitzbreite so eingestellt wurde, daß die sich ergebende keramische Wabenstruktur Trennwände mit nicht gleichmäßiger Dicke erhielt, wurde die Formmasse extrudiert, um einen grünen Waben körper mit den in der 5(a) gezeigten Trennwänden zu erhalten. Der sich ergebende grüne Körper wurde bei 1400 °C gesintert, um eine keramische Cordierit-Wabenstruktur mit 267 mm Durchmesser und 300 mm Länge zu erhalten.

Wie in den 7(a) und (b) gezeigt, wurden insgesamt 25 Zellen, jeweils 5 Zellen längs der X-Achse und der Y-Achse, in der keramischen Wabenstruktur 1 ausgewählt, um die Dicke t an den vier Trennwänden, die jede Zelle umgaben, in der Mitte mit einem 100-fachen Projektor zu messen. Die mittlere Dicke T_av, die maximale Dicke T_max und die minimale Dicke T_min der Trennwände 3 wurden aus den 100 gemessenen Werten bestimmt, um T_av/(T_max – T_min) zu berechnen. Außerdem wurde die thermische Schockfestigkeit auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 bewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 enthalten. Die Anzahl der Zellen in der keramischen Wabenstruktur 1 betrug 46,5 /cm², die Poren hatten eine Porosität von 65% und einen mittleren Porendurchmesser von 20 μm. Tabelle 4

Nr.		Dicke der Trennwände			Thermische Schockfestigk.-Temperatur (°C)
	Mittlere Dicke T_av (mm)	Maximale Dicke T_max (mm)	Minimale ^Dicke T_min (mm)	T_av/(T_max – T_min)
Beispiel 18	0,30	0,355	0,251	2,9	767
Beispiel 19	0,30	0,320	0,284	8,3	767
Beispiel 20	0,31	0,320	0,295	12	758
Beispiel 21	0,31	0,316	0,305	28	742
Beispiel 22	0,30	0,304	0,296	38	717
Beispiel 23	0,30	0,320	0,278	7,1	750
Beispiel 24	0,32	0,333	0,308	13	741
Beispiel 25	0,29	0,293	0,286	41	692
Beispiel 26	0,31	0,303	0,296	44	667
Beispiel 27	0,32	0,324	0,317	46	683

Die keramischen Wabenstrukturen der Beispiele 18 bis 24, bei denen die Trennwände nicht gleichmäßig dick waren, wiesen eine thermische Schockfestigkeitstemperatur von 700 °C und mehr auf. Die thermische Schockfestigkeitstemperatur lag damit höher als bei den Beispielen 25 bis 27, bei denen T_av/(T_max – T_min) > 40 war. Eine thermische Schockfestigkeitstemperatur von 700 °C und mehr ist für die Träger von Katalysatoren zum Reinigen der Abgase von Benzinmotoren und für die Filter zum Entfernen von Parti keln aus dem Abgas von Dieselmotoren geeignet. Solche keramischen Wabenstrukturen unterliegen keinen Rissen und Brüchen durch die thermischen Schocks im Betrieb.
Beispiele 28 bis 31, Vergleichsbeispiele 9 bis 11
Um Cordierit mit der gleichen chemischen Zusammensetzung der Hauptkomponente wie im Beispiel 1 herzustellen, wurde ein Cordierit-Ausgangsmaterialpulver, das Kaolinpulver, kalziniertes Kaolinpulver, Aluminiumoxidpulver, Aluminiumhydroxidpulver, Siliziumoxidpulver und Talkumpulver enthielt, mit einem Bindemittel, einem Schmiermittel und sphärischem Kunstharzpulver als porenbildendem Material in vorgegebenen Mengen gemischt. Dazu wurde Wasser gegeben, um eine plastische Formmasse zu erhalten.
Damit jeweils ein Paar der gegenüberliegenden Ecken von den vier Ecken der eine Zelle umgebenden Trennwand 3 unterschiedliche Krümmungsradien wie in der Tabelle 5 gezeigt erhielt, wurden die Krümmungsradien der Seitenflächen der Stifte einer Extrusions-Düseneinrichtung entsprechend eingestellt. Mit dieser Düseneinrichtung wurden die Chargen dann extrudiert, um grüne Wabenkörper zu erhalten. Die sich ergebenden grünen Körper wurden bei 1400 °C gesintert, um die in den 8 bis 10 gezeigten keramischen Cordierit-Wabenstrukturen mit 267 mm Außendurchmesser und 304 mm Länge zu erhalten. Die Trennwände der keramischen Wabenstrukturen hatten eine mittlere Dicke von 0,3 mm und wiesen eine Porosität von 60% auf. Die Anzahl der Zellen betrug 46,5 /cm².

Jede keramische Wabenstruktur wurde senkrecht zum Strömungsweg aufgeschnitten und durch ein 100-faches optisches Mikroskop betrachtet, um den Krümmungsradius in den Zellenecken der Strömungswege zu messen. Um die Bruchfestigkeit (Rißfestigkeit) bei thermischen und mechanischen Schocks zu bewerten, wurde die isostatische Festigkeit der keramischen Wabenstruktur 1 mit dem folgenden Verfahren gemäß dem Automobil Standard (JASO) M505-87 der Society of Automotive Engineers of Japan, Inc. gemessen. Eine Probe jeder keramischen Wabenstruktur 1 wurde an ihren beiden Endflächen mit 10 mm dicken Aluminiumplatten versehen, an deren Außenseite 2 mm dicke Gummiplatten angebracht wurden. Jede Probe wurde in einen Druckbehälter gegeben, der mit Wasser gefüllt und unter Druck gesetzt wurde, bis die Probe zerbrach. Der Druck beim Bruch wurde als die isostatische Festigkeit definiert. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 5 enthalten. Tabelle 5

Nr.	Krümmungsradius (mm)		Isostatische Festigkeit (MPA)
	Das eine Paar gegenüberlieg. Ecken	Das andere Paar gegenüberlieg. Ecken
Beispiel 28	0,06	0,02	2,8
Beispiel 29	0,05	0,01	2,6
Beispiel 30	0,04	0,01	2,5
Beispiel 31	0,05	0	2,4
Vergleichsbeispiel 9	0,01	0,01	1,5
Vergleichsbeispiel 10	0,05	0,05	1,7
Vergleichsbeispiel 11	0	0	0,9

Da bei den keramischen Wabenfiltern der Beispiele 28 bis 31 das eine Paar von gegenüberliegenden Ecken einen anderen Krümmungsradius hatte als das andere Paar von gegenüberliegenden Ecken, betrug die isostatische Festigkeit 2 MPa und mehr, was für praktische Zwecke ausreicht. Bei den keramischen Wabenfiltern der Vergleichsbeispiele 9 bis 11 hatten beide Paare von gegenüberliegenden Ecken im wesentlichen den gleichen Krümmungsradius, und die isostatische Festigkeit lag unter 2 MPa.
Beispiele 32 bis 35
Um Cordierit mit der gleichen chemischen Zusammensetzung der Hauptkomponente wie im Beispiel 1 herzustellen, wurde ein Cordierit-Ausgangsmaterialpulver, das Kaolinpulver, kalziniertes Kaolinpulver, Aluminiumoxidpulver, Aluminiumhydroxidpulver, Siliziumoxidpulver und Talkumpulver enthielt, mit einem Bindemittel, einem Schmiermittel und sphärischem Kunstharzpulver als porenbildendem Material in vorgegebenen Mengen gemischt. Dazu wurde Wasser gegeben, um eine plastische Formmasse zu erhalten.
Die Masse wurde dann in eine zylindrische Wabenform extrudiert und getrocknet.
Die sich ergebenden zylindrischen grünen Wabenkörper von 143 mm Durchmesser und 152 mm Länge wurden bei 1350 bis 1440 °C gesintert, um die in den 1(a) und
1(b) gezeigten keramischen Cordierit-Wabenstrukturen mit Trennwänden 3 zu erhalten.
Die Zusammensetzung des Cordierit-Materials, die Formbedingungen, die Sinterbedingungen usw. wurden so eingestellt, daß die keramischen Wabenstrukturen 1 der Beispiele 32 bis 35 mit verschiedenen Poreneigenschaften und Waben-Trennwandstrukturen erhalten wurden.
Die Porosität und der mittlere Porendurchmesser der einzelnen keramischen Wabenstrukturen 1 wurde mittels des Quecksilber-Durchdringungsverfahrens mit einem Autopore III 9410 von Micromeritics gemessen. Mit bloßem Auge wurde eine REM-Photographie eines beliebigen, geschliffenen Querschnitts der keramischen Wabenstruktur betrachtet, ob es unter den Poren mit einer Querschnittfläche von 1000 μm² und mehr Poren mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt gibt. Die Rundheit der Poren mit einer Querschnittfläche von 1000 μm² und mehr wurde durch Analysieren der Daten eines REM-Bildes mit einer kommerziell erhältlichen Bildanalysesoftware (Image-Pro Plus Version 3.0 von Media Cybernetics) wie in der 14 gezeigt bestimmt.
An einem Teststück, das aus der keramischen Wabenstruktur herausgeschnitten wurde, wurde die A-Achsen-Druckfestigkeit nach dem Standard M505-87 "Test Method of Ceramic Monolith Carriers for Exhaust-Gas-Clearing Catalysts for Automobiles" der Society of Automotive Engineers of Japan, Inc. gemessen.
Die Enden der keramischen Wabenstruktur wurden wie in den 2(a) und (b) gezeigt verschlossen, um einen porösen Wabenfilter zu erhalten. Die Filtereigenschaften (Bruchfestigkeit, Druckverlust und Erfassungswirkung) der einzelnen porösen keramischen Wabenfilter wurden wie folgt bewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 6 dargestellt.
(a) Bruchfestigkeit
Die Bruchfestigkeit jedes Filters bei der Messung der A-Achsen-Druckfestigkeit nach dem Standard M505-87 "Test Method of Ceramic Monolith Carriers for Exhaust-Gas-Cleaning Catalysts for Automobiles" der Society of Automotive Engineers of Japan, Inc. wurde wie folgt bewertet:

Die A-Achsen-Druckfestigkeit ist größer als 7 MPa (bestanden).
O: Die A-Achsen-Druckfestigkeit ist größer als 3 MPa und kleiner als 7 MPa (bestanden).
x: Die A-Achsen-Druckfestigkeit ist kleiner als 3 MPa (nicht bestanden).

(b) Druckverlust
Der Druckverlust wurde an einem Druckverlust-Teststand mit Luft bei einer Luft-Strömungsgeschwindigkeit von 7,5 Nm³/min durch die porösen keramischen Wabenfilter gemessen und wie folgt bewertet:

Der Druckverlust beträgt 250 mm Aq oder weniger (bestanden).
O: Der Druckverlust liegt über 250 mm Aq und unter 300 mm Aq (bestanden).
x: Der Druckverlust beträgt mehr als 300 mm Aq (nicht bestanden).

(c) Kohlenstofferfassungswirkung
Um die Kohlenstofferfassungswirkung zu bestimmen, wurde Kohlenstoff mit einer Partikelgröße von 0,042 μm, der von Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 7,5 Nm³/min befördert wurde, im Druckverlust-Teststand für 2 Stunden durch die keramischen Wabenfilter geleitet, so daß die Durchflußrate des Kohlenstoffs 3 g/Stunde betrug, und die Menge des im Wabenfilter hängenbleibenden Kohlenstoffs gemessen. Die Kohlenstofferfassungswirkung wurde wie folgt bewertet:

O: Die Menge des erfaßten Kohlenstoffs übersteigt 90% der eingeführten Menge (bestanden).
x: Die Menge des erfaßten Kohlenstoffs liegt unter 90% der eingeführten Menge (nicht bestanden).

(d) Gesamtbewertung
Auf der Basis der Bruchfestigkeit, des Druckverlustes und der Kohlenstofferfassungswirkung erfolgt die Gesamtbewertung wie folgt:

Die Druckfestigkeit, der Druckverlust und die Kohlenstofferfassungswirkung hatten jeweils mit einem oder mehreren
"bestanden".
O: Die Druckfestigkeit, der Druckverlust und die Kohlenstofferfassungswirkung hatten jeweils ohne ein
"bestanden".
x: Wenigstens eines der Kriterien Druckfestigkeit, Druckverlust und Kohlenstofferfassungswirkung hatte "nicht bestanden".

Da die Trennwände der keramischen Wabenfilter der Beispiele 32 bis 35 Poren mit Querschnittflächen von 1000 μm² und mehr und im wesentlichen kreisförmige Querschnitte aufwiesen, war der Anteil an Poren mit einer Rundheit von 1 bis 10 groß. Die Bruchfestigkeit der keramischen Wabenfilter wurde daher mit "bestanden" bewertet. Sie "bestanden" auch hinsichtlich des Druckverlustes und der Erfassungswirkung, mit dem Ergebnis einer Gesamtbewertung von O oder
Hinsichtlich der Gesamtbewertung der Meßergebnisse für die Bruchfestigkeit, den Druckverlust und die Partikel-Erfassungswirkung, die für Partikelfilter wichtig sind, hatte jeder der keramischen Wabenfilter der Beispiele 32 bis 35 "bestanden".
Vergleichsbeispiele 12, 13
Das gleiche Cordierit-Ausgangsmaterialpulver wie im Beispiel 1 wurde mit einem flachen porenbildenden Material mit einem großen Seitenverhältnis wie Graphitpulver, Rußpulver usw. in vorgegebenen Mengen vermischt, um verschiedene keramische Cordierit-Wabenstrukturen 1 zu erzeugen, die hinsichtlich der Poreneigenschaften, der Struktur und der A-Achsen-Druckfestigkeit der Trennwände und der Filtereigenschaften auf die gleiche Weise in den Beispielen 32 bis 35 für eine Gesamtbewertung vermessen wurden. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 6 dargestellt.

Da bei den keramischen Wabenfiltern der Vergleichsbeispiele 12 und 13 Poren mit einer Querschnittfläche von 1000 μm² und mehr zerklüftete Querschnitte aufwiesen, war es nicht möglich, die Rundheit zu messen. Da die A-Achsen-Druckfestigkeit kleiner war als 3 MPa, wurde die Bruchfestigkeit mit "nicht bestanden" bewertet, mit der Folge der Gesamtbewertung "nicht bestanden". Tabelle 6

Nr.		Poreneigenschaften			Struktur der Trennwände
	Porosität (%)	Mittlerer Porendurchmesser (μm)	Poren mit i. w. kreisform. Querschnitt ⁽ ¹ ⁾	Poren mit Rundheit 1-10 (%)⁽ ² ⁾	Dicke der Trennwände (mm)	Abstand d. Trennwände (mm)
Beispiel 32	62	13	Ja	53	0,3	1,8
Beispiel 33	63	12	Ja	83	0,3	1,8
Beispiel 34	56	12	Ja	72	0,3	1,8
Beispiel 35	75	18	Ja	73	0,3	1,8
Vergleichsbeispiel 12	62	13	Nein	Nicht meßbar	0,3	1,8
Vergleichsbeispiel 13	60	16	Nein	Nicht meßbar	0,3	1,8

Anmerkungen: (1) Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Poren mit einer Querschnittfläche von 1000 μm² und mehr mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt.
(2) Anteil von Poren mit einer Rundheit von 1 bis 10 an den Poren mit einer Querschnittfläche von 1000 μm² und mehr.

Beispiele 36-49
Auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 32 bis 35 wurden verschiedene keramische Wabenstrukturen mit den Poreneigenschaften und Trennwandstrukturen der Tabelle 7 hergestellt, wobei jedoch die Zusammensetzung des Cordierit-Ausgangsmaterialpulvers, die Form und Größe der Extrusions-Düseneinrichtung und die Bedingungen für die Extrusion und das Sintern verändert wurden. An jeder keramischen Wabenstruktur wurden auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 32 bis 35 die Porosität, der mittlere Porendurchmesser, die Form der Poren mit einer Querschnittfläche von 1000 μm² und mehr, die Rundheit der Poren mit einer Querschnittfläche von 1000 μm² und mehr und die A-Achsen-Druckfestigkeit gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 6 gezeigt.
Die keramischen Wabenstrukturen wurden jeweils an den Enden wie in den 2(a) und (b) gezeigt verschlossen, um poröse keramische Wabenfilter zu erhalten. Die Filtereigenschaften (Bruchfestigkeit, Druckverlust und Erfassungswirkung) der einzelnen porösen keramischen Wabenfilter wurden auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 32 bis 35 bewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 6 dargestellt.
Die keramischen Wabenstrukturen der Beispiele 36 bis 39 wiesen eine A-Achsen-Druckfestigkeit von 3 MPa oder mehr auf, und die Bruchfestigkeit wurde mit "bestanden" bewertet. Darunter wiesen die keramischen Wabenstrukturen der Beispiele 38, 41, 44, 47 und 48 eine extrem hohe A-Achsen-Druckfestigkeit von mehr als 7 MPa auf. Die Gründe dafür sind bei den Beispielen 38 und 47 dicke Trennwände, im Beispiel 41 eine geringe Porosität, im Beispiel 44 ein kleiner mittlerer Porendurchmesser und im Beispiel 48 ein kleiner Abstand der Trennwände.
Hinsichtlich des Druckverlustes wurde jede der keramischen Wabenstrukturen der Beispiele 36 bis 49 mit "bestanden" bewertet; insbesondere die keramischen Wabenstrukturen der Beispiele 41, 45, 46 und 49 waren in dieser Hinsicht ausgezeichnet. Die Gründe dafür sind im Beispiel 41 eine große Porosität, im Beispiel 45 ein großer mittlerer Porendurchmesser, im Beispiel 46 dünne Trennwände und im Beispiel 49 ein großer Abstand der Trennwände.
Hinsichtlich der Erfassungswirkung wurden alle keramischen Wabenstrukturen der Beispiele 36 bis 49 mit "bestanden" bewertet.
Hinsichtlich der Gesamtbewertung auf der Basis der Meßergebnisse für die Bruchfestigkeit, die Erfassungswirkung und den Druckverlust, die für Partikelfilter wichtig sind, wurde jeder der keramischen Wabenstrukturfilter der Beispiele 36 bis 49 mit "bestanden" bewertet.
Vergleichsbeispiele 14-16
Auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 32 bis 35 wurden verschiedene keramische Wabenstrukturen mit den Poreneigenschaften und Trennwandstrukturen der Tabelle 7 hergestellt, wobei jedoch die Zusammensetzung des Cordierit-Ausgangsmaterialpulvers, die Form und Größe der Extrusions-Düseneinrichtung und die Bedingungen für die Extrusion und das Sintern verändert wurden. Es wurden die Porosität, der mittlere Porendurchmesser, die Form der Poren mit einer Querschnittfläche von 1000 μm² und mehr, die Rundheit der Poren mit einer Querschnittfläche von 1000 μm² und mehr und die A-Achsen-Druckfestigkeit gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 7 gezeigt.
In den Vergleichsbeispielen 14 und 15 wiesen weniger als 60% der Poren mit einer Querschnittfläche von 1000 μm² und mehr an ihren Querschnitten ein Seitenverhältnis von 2 oder kleiner auf, und die A-Achsen-Druckfestigkeit war kleiner als 3 MPa. Entsprechend wurden die keramischen Wabenstrukturen der Vergleichsbeispiele 14 und 15 sowohl hinsichtlich der Bruchfestigkeit als auch der Gesamtbewertung mit "nicht bestanden" bewertet.

Da die keramische Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 16 eine Porosität von mehr als 80% aufwies, lag die A-Achsen-Druckfestigkeit trotz eines Anteils von Poren mit einem Seitenverhältnis von 2 oder mehr im Querschnitt von 60% und darüber unter 3 MPa. Entsprechend wurde das Vergleichsbeispiel 16 hinsichtlich der Bruchfestigkeit und der Erfassungswirkung mit "nicht bestanden" bewertet. Tabelle 7

Nr.		Poreneigenschaften		Struktur der Trennwände
	Porosität (%)	Mittlerer Porendurchmesser (μm)	Poren mit Seitenverhältnis von 2 od. kl. (%)⁽³⁾	Dicke der Trennwände (mm)	Abstand d. Trennwände (mm)
Beispiel 36	64	11,5	79	0,3	1,8
Beispiel 37	65	14	82	0,3	1,8
Beispiel 38	65	14	82	0,43	2,5
Beispiel 39	65	14	82	0,2	1,5
Beispiel 40	56	12	72	0,3	1,8
Beispiel 41	75	18	74	0,3	1,8
Beispiel 42	60	37,5	71	0,3	1,8
Beispiel 43	65	16	62	0,3	1,8
Beispiel 44	57	8,6	71	0,3	1,8
Beispiel 45	62	42	63	0,3	1,8
Beispiel 46	65	14	82	0,1	1,8
Beispiel 47	65	14	82	0,5	1,8
Beispiel 48	65	14	82	0,3	1
Beispiel 49	65	14	82	0,3	3,8
Vergleichsbeispiel 14	57	15	54	0,3	1,8
Vergleichsbeispiel 15	60	16	32	0,3	1,8
Vergleichsbeispiel 16	82	35	63	0,3	1,8

Anmerkung: (3) Anteil von Poren mit einem Seitenverhältnis von 2 oder kleiner an den Poren mit einer Querschnittfläche von 1000 μm² und mehr.

Wie beschrieben weist der erfindungsgemäße keramische Wabenfilter einen geringen Druckverlust und eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit sowie eine ausgezeichnete Festigkeit gegen thermische Schocks auf und bildet bei den thermischen Schocks während der Regeneration keine Risse und schmilzt auch nicht.

Claims

Keramikwabenstruktur mit porösen Trennwänden (3), die mehrere Strömungspfade (4) eingrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß beliebige Querschnitte der Trennwände eine ungleichmäßige Dicke aufweisen, so daß keine zwei Trennwandkreuzungsstellen (3c) im wesentlichen die gleiche Wandstärke aufweisen.
Struktur nach Anspruch 1, wobei die Durchschnittsdicke (T_av), die Maximaldicke T_max und die Minimaldicke T_min der Trennwände die Bedingung T_av/(T_max – T_min) ≤ 40 erfüllen.
Keramikwabenstruktur mit porösen Trennwänden (3), die mehrere Strömungspfade (4) eingrenzen, wobei ein zu der Axialrichtung jedes Strömungspfads senkrechter Querschnitt insgesamt eine im wesentlichen quadratische Form aufweist, wobei wenigstens ein Teil der zu der Axialrichtung der Strömungspfade senkrechten Querschnitte in einem Paar entgegengesetzter Ecken (Ra, Rb) bogenförmig ist, und das eine Paar entgegengesetzter Ecken (Ra) einen größeren Krümmungsradius in jedem Strömungspfad aufweist als das andere Paar entgegengesetzter Ecken (Rb), dadurch gekennzeichnet, daß die zwei entgegengesetzten Ecken in jedem Paar entgegengesetzter Ecken den gleichen Krümmungsradius aufweisen.
Struktur nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Porosität von 50 bis 80%, wobei wenigstens ein Teil der Poren mit einer Querschnittsfläche von mindestens 1,000 μm² in einem beliebigen Querschnitt der Trennwände (3) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Struktur nach Anspruch 4, wobei der Prozentsatz an Poren mit einer Rundheit von 1 bis 10 unter den Poren mit einer Querschnittsfläche von mindestens 1,000 μm² in einem beliebigen Querschnitt der Trennwände (3) mindestens 50% beträgt.
Struktur nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Prozentsatz an Poren mit einem Seitenverhältnis von höchstens 2 unter den Poren mit einer Querschnittsfläche von mindestens 1,000 μm² in einem beliebigen Querschnitt der Trennwände (3) mindestens 60% beträgt.
Struktur nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Porosität 60 bis 70% beträgt.
Struktur nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der durchschnittliche Porendurchmesser 10 bis 40 μm beträgt.
Struktur nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Dicke der Trennwände 0,1 bis 0,5 mm und der Abstand der Trennwände 1 bis 3,5 mm beträgt.
Struktur nach einem der Ansprüche 4 bis 9 mit einer A-Achsen-Kompressionsstärke von mindestens 3 MPa.
Struktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, hergestellt aus Cordierit mit einer chemischen Hauptkomponentenzusammensetzung, die 42 bis 56 Massen-% SiO₂, 30 bis 45 Massen-% Al₂O₃, und 12 bis 16 Massen-% MgO enthält.