HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Verfahren zur Herstellung einer
Wabenstruktur aus einer Cordierit-Zusammensetzung und im speziellen eine Technik,
die sich zur Steuerung der physikalischen Eigenschaften einer solchen Cordierit-
Wabenstruktur eignet.
Erörterung des Standes der Technik
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Es ist ein Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur aus einer Cordierit-
Zusammensetzung bekannt, das folgende Schritte umfaßt: Herstellung eines Ansatzes
aus einem Cordierit-Material, der aus einem Gemisch mit einer gewünschten Cordierit-
Zusammensetzung besteht, dessen Hauptkomponenten Talk, Kaolin, kalziniertes Kaolin
und Tonerde sind; Formen eines ungebrannten Körpers mit einer gewünschten
Konfiguration durch Extrudieren, indem der vorbereitete Cordierit-Material-Ansatz
verwendet wird; und Brennen des ungebrannten Formkörpers zur angestrebten
Wabenstruktur. Eine solche Cordierit-Wabenstruktur kommt aufgrund ihrer hohen
Hitzebeständigkeit und ihres niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten über einen
weiten Temperaturbereich für viele verschiedene Zwecke zum Einsatz. Ein typisches
Anwendungsgebiet der Cordierit-Wabenstruktur ist die Reinigung von Abgasemissionen,
die Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxide enthalten, insbesondere als
wabenförmige Träger für einen Katalysator, der zur Reinigung von Abgasemissionen von
Kraftfahrzeugmotoren verwendet wird.
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Die erforderlichen physikalischen oder Material-Eigenschaften der Cordierit-
Wabenstruktur variieren je nach der spezifischen Anwendung. Die Eigenschaften, die
typischerweise als wichtig erachtet werden, sind die Porosität oder der
Wasseraufnahmeprozentsatz der Wabenwände, der Wärmeausdehnungskoeffizient und
die Thermoschockbeständigkeit der Wabenstruktur, sowie die Brennschrumpfungsrate.
Von diesen Eigenschaften wird die Porosität oder der Wasseraufnahmeprozentsatz als
wichtigste Eigenschaft erkannt, wenn die Wabenstruktur als Waben katalysatorsubstrat in
einer Abgasemissions-Reinigungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge verwendet wird. In
diesem Zusammenhang sei angemerkt, daß die Porosität oder der
Wasseraufnahmeprozentsatz einer Wabenstruktur von der Porenverteilung in den
porösen Wänden der Wabenstruktur abhängt, die einen beträchtlichen Einfluß darauf
hat, auf welche Weise ein Katalysator zur Abgasemissionsreinigung und ein
Katalysatoraktivator von der Wabenstruktur getragen werden. Demgemäß ist es
notwendig, die Porosität oder der Wasseraufnahmeprozentsatz der porösen Wände der
Wabenstruktur auf geeignete Weise zu steuern, um dadurch die Aktivität des
Katalysators zu steuern.
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Um die Eigenschaft der Cordierit-Wabenstruktur in Hinblick auf die Porosität zu
verbessern, sind verschiedene Versuche gemacht worden. Beispielsweise beschreibt die
Offenlegungsschrift Nr. 53-82822 der japanischen Patentanmeldung ein Verfahren zur
Herstellung einer Cordierit-Wabenstruktur, bei dem die Teilchengrößen der
Magnesiumoxid-Ausgangsmaterialien, wie z.B. Talk, Magnesiumkarbonat und
Magnesiumhydroxid, so gesteuert werden, daß sie den
Wärmeausdehnungskoeffizienten der hergestellten Wabenstruktur und die Größe der
Poren in der Wabenstruktur steuern. Im speziellen gibt die oben angeführte
Veröffentlichung an, daß die Porengröße der Wabenstruktur mit zunehmenden
Teilchengrößen der Magnesiumoxid-Ausgangsmaterialien zunimmt.
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Eine umfassende Untersuchung durch die Erfinder des vorliegenden
Anmeldungsgegenstandes zeigte einen Nachteil des in der oben angeführten
Veröffentlichung geoffenbarten Verfahrens, was die Reproduzierbarkeit der Cordierit-
Wabenstruktur mit den gewünschten physikalischen Eigenschaften betrifft. Das heißt, es
wird eine Cordierit-Wabenstruktur aus einer Zusammensetzung gebildet, die
verschiedene natürliche Rohmaterialien enthält, wie z.B. Talk, der als Ausgangsmaterial
für Magnesiumoxid verwendet wird. Es hat sich als schwierig erwiesen, die Cordierit-
Wabenstruktur mit einem hohen Maß an Beständigkeit der physikalischen
Eigenschaften, wie z.B. Porengröße und Porosität oder Wasseraufnahmeprozentsatz,
herzustellen, selbst wenn die Teilchengrößen des Talks oder anderer natürlicher
Magnesiumoxid-Ausgangsmaterialien in einem Cordierit-Material-Ansatz so gewählt
werden, daß die gewünschte Porengröße und der gewünschte
Wärmeausdehnungskoeffizient nach dem Prinzip des bekannten in Frage stehenden
Verfahrens erzielt werden. Die Untersuchung weist auf eine hohe Wahrscheinlichkeit
der Schwankung oder Inkonsistenz der Porosität oder des
Wasseraufnahmeprozentsatzes, des Wärmeausdehnungskoeffizienten und anderer
physikalischer Eigenschaften hin, selbst wenn die einzelnen Cordierit-Material-Ansätze
die gleichen Teilchengrößen bei Talk und anderen Magnesiumoxid-Ausgangsmaterialien
aufweisen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren mit hoher
Reproduzierbarkeit zur Herstellung einer Cordierit-Wabenstruktur bereitzustellen, die
die gewünschten physikalischen Eigenschaften, wie z.B. Porosität oder
Wasseraufnahmevermögen, aufweist, welches Verfahren dazu in der Lage ist, der
Wasseraufnahmeprozentsatz und die anderen Eigenschaften auf geeignete Weise zu
steuern oder einzustellen.
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Nach dem Prinzip der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer
Cordierit-Wabenstruktur bereitgestellt, das folgende Schritte umfaßt:(a) Herstellen eines
Cordierit-Material-Ansatzes, dessen Hauptkomponenten aus Talk, Kaolin, kalziniertem
Kaolin und Tonerde bestehen, die gemeinsam eine chemische Zusammensetzung
ergeben, die aus 45 - 55 Gew.-% SiO&sub2;, 32 - 40 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; und 12 - 15 Gew.-%
MgO besteht, wobei der Talk aus einem Gemisch aus einem ersten Talkpulver, mit
einem CaO-Gehalt von nicht mehr als 0,4 Gew.-% und einer Kristalliten-Größe von
nicht über 10 um, und aus einem zweiten Talkpulver mit einem CaO-Gehalt von nicht
mehr als 0,4 Gew.-% und einer Kristalliten-Größe von nicht unter 30 um besteht; (b)
Formen eines Grünkörpers für die Cordierit-Wabenstruktur durch Extrudieren unter
Verwendung des Cordierit-Material-Ansatzes; und (c) Brennen des Grünkörpers zur
Cordierit-Wabenstruktur.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf einer Entdeckung der Erfinder des vorliegenden
Anmeldungsgegenstandes als Ergebnis weiterer Untersuchungen an den einzelnen
Komponenten des die gewünschte Cordierit-Wabenstruktur ergebenden Cordierit-
Material-Ansatzes. Die Entdeckung zeigt, daß die Quelle des natürlichen Talks als eine
Hauptkomponente des Ansatzes eines wesentlichen Einfluß auf den
Wasseraufnahmeprozentsatz der hergestellten Cordierit-Wabenstruktur hat und die
Kristallitengröße des natürlichen Talks den Wasseraufnahmeprozentsatz oder die
Porosität und andere physikalische Eigenschaften der Cordierit-Wabenstruktur
beträchtlich beeinflußt.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Cordierit-Material-Ansatz unter
Verwendung der Hauptkomponenten Talk, Kaolin, kalziniertes Kaolin und Tonerde
hergestellt, die gemeinsam eine bekannte chemische Zusammensetzung ergeben,
nämlich eine Zusammensetzung, die aus 45-55 Gew.-% SiO&sub2;, 32-40 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; und
12-15 Gew.-% MgO besteht. Es versteht sich, daß der Cordierit-Material-Ansatz neben
den obengenannten Hauptkomponenten geeignete Additive enthalten kann,
beispielsweise Aluminiumhydroxid, Silika und rückgewonnenes Cordierit-Material, je
nach der speziellen Anforderung. Beispielsweise stellen die obigen Hauptkomponenten
mehr als 50% des Ansatzes dar.
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Der gemäß vorliegender Erfindung hergestellte Cordierit-Material-Ansatz ist durch
Verwendung von zwei Talkpulvern mit unterschiedlichen Kristallitengrößen
gekennzeichnet, sodaß die physikalischen Eigenschaften der hergestellten Cordierit-
Wabenstruktur wie erforderlich gesteuert werden kann. Im Detail beschreiben weist das
erste Talkpulver eine Kristallitengröße von 10um oder weniger auf, während das zweite
Talkpulver eine Kristallitengröße von 30 um oder mehr hat. Diese beiden Talkpulver
weden je nach den erforderlichen Eigenschaften der Wabenstruktur in einem
entsprechenden Verhältnis verwendet. Diese beiden Talkpulver sind aus verschiedenen
Quellen erhältlich. Beispielsweise ist Talk für das erste Talkpulver, dessen
Kristallitengröße 10 um oder weniger beträgt, aus dem US-Bundesstaat Montana und
Australien erhältlich, während Talk aus der Provinz Liaoning in der Volksrepublik China
eine Kristallitengröße von beträchtlicher Größe aufweist und gemäß vorliegender
Erfindung auf geeignete Weise als das zweite Talkpulver verwendet werden kann,
dessen Kristallitengröße 30 um oder mehr beträgt.
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Das erste und das zweite Talkpulver haben beide einen CaO-Gehalt von nicht über 0,4
Gew.-%, da ein CaO-Gehalt von über 0,4 % bewirkt, daß die hergestellte Cordierit-
Wabenstruktur einen übermäßig hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ein
unzureichend geringes Ausmaß an Thermoschockbeständigkeit aufweist, wodurch die
Wabenstruktur ihre Funktion nicht erfüllen kann.
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Die Proportion oder das Verhältnis dieser beiden Talkpulver mit unterschiedlichen
Kristallitengrößen wird geeigneterweise entsprechend der gewünschten Eigenschaften
der Cordierit-Wabenstruktur bestimmt. Im allgemeinen wird das Verhältnis aus einem
weiten Bereich, zwischen 1/99 und 99/1 Gewichtsteilen, ausgewählt.
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Unter Verwendung des so hergestellten Cordierit-Material-Ansatzes wird durch
Extrudieren ein Grünkörper aus dem Cordierit-Material-Ansatz für die Wabenstruktur
geformt, und der geformte Grünkörper wird zur Cordierit-Wabenstruktur gebrannt. Der
Cordierit-Material-Ansatz kann eine geeignete Plastifizierungshilfe enthalten, sodaß der
plastifizierte Ansatz mit einer Extrusionspresse leicht zu einem gewünschten
Wabengrünkörper geformt werden kann. Der Wabengrünkörper wird getrocknet und
wird dann nach einem geeigneten Temperatur-Zeit-Schema gebrannt. Beispielsweise
wird der getrocknete Wabengrünkörper zuerst mit einer Rate nicht über 250ºC/h auf
1100ºC erhitzt, dann mit einer Rate von 30ºC/h bis 300ºC/h auf eine Brenntemperatur
von 1350-1440ºC erhitzt und schließlich für einen Zeitraum im Bereich von 0,5 h bis
24 Stunden bei der Brenntemperatur gehalten. So wird die Cordierit-Wabenstruktur mit
den auf geeignete Weise gesteuerten Eigenschaften hergestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und wahlweise Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden durch die folgende Beschreibung einiger Beispiele der Erfindung, in Verbindung
mit den beiliegenden Zeichnungen gesehen, besser verstanden werden, in denen:
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Fig. 1 eine grafische Darstellung ist, die einen Zusammenhang zwischen dem
Wasseraufnahmeprozentsatz einer in Beispiel 1 hergestellten Wabenstruktur und einem
bei der Wabenstruktur eingesetzten Verhältnis zwischen Talk A und Talk B angibt;
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Fig. 2 eine grafische Darstellung ist, die einen Zusammenhang zwischen dem
Wärmeausdehnungskoeffizienten der Wabenstruktur aus Beispiel 1 und dem Verhältnis
Talk A/Talk B angibt;
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Fig. 3 eine erklärende Ansicht ist, welche die Achsen A und B einer Wabenstruktur aus
Beispiel 1 zeigt; und
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Fig. 4 eine grafische Darstellung ist, die einen Zusammenhang zwischen der
Thermoschockbeständigkeit der Wabenstruktur aus Beispiel 1 und dem Verhältnis Talk
A/Talk B angibt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Um das Konzept der vorliegenden Erfindung klarer zu machen, werden nun einige,
lediglich zu Veranschaulichungszwecken dienende Beispiele für die Erfindung
beschrieben.
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In den nachstehend angeführten Beispielen 1 und 2 wurden verschiedene Proben der
Cordierit-Wabenstrukturen hergestellt, wobei jeweils Gemische aus Talk, Kaolin,
kalziniertem Kaolin und Tonerde verwendet wurden, deren Gehalt (Gew.-%) in
nachstehender Tabelle 1 angeführt ist. Sieben verschiedene Talkpulver A-G, die für die
verschiedenen Proben in Kombination verwendet wurden, sind in nachstehender
Tabelle 2 mit ihren Werten für die durchschnittliche Teilchengröße der Pulver, die
Kristallitengröße des Talkerzes und die chemische Zusammensetzung angeführt. Die
durchschnittliche Teilchengröße wurde mittels Sedigraph (erhältlich von Micromeritics,
U.S.A.) gemessen. Da die Größe der Kristalliten der Erze bei den Talkmaterialien C, D,
F und G extrem groß war, wurde die Dicke eines dünnen Spans senkrecht zur
Spaltfläche der Erze durch Photographie mit optischem Mikroskop gemessen; die
gemessenen Dickewerte sind in Tabelle 2 als Kristallitengröße der Talkmaterialien C, D,
F und G angeführt. Es wird daher angemerkt, daß die tatsächlichen Kristallitengrößen
der Talkmaterialien C, D, F und G größer als jene in Tabelle 2 sind.
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Im allgemeinen sind die Teilchen der Talkmaterialien A, B und E, deren
Kristallitengrößen relativ gering sind, polykristallin, während die Teilchen der
Talkmaterialien C, D, F und G, deren Kristallitengrößen relativ groß sind, die Form von
Kristalliten haben, die entlang der Spaltfläche der Erze in Fragmente gespalten werden.
[Tabelle 1]
Bestandteile
Talk
Kaolin
kalziniertes Kaolin
Tonerde
Gehalt (Gew.-%)
[Tabelle 2]
Zusammensetzung (Gew.-%)
Ursprung
durchschnittl. Teilchengröße (um)
Kristallitengröße (um) der Erze
Montana, U.S.A.
Liaoning, China
Australien
Beispiel 1
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6 Cordierit-Material-Ansätze Nr. 1-6 wurden unter Verwendung von Talkmaterial A
und/oder Talkmaterial C in den in Tabelle 3 angeführten Verhältnissen hergestellt. Die
gepulverten Talkmaterial ien A und C, die unterschiedliche Kristallitengrößen aufweisen,
wie in Tabelle 2 angeführt, wurden mit den anderen Materialien der Cordierit-
Zusammensetzung, nämlich Kaolin, kalziniertem Kaolin und Tonerde, vermischt, sodaß
die chemische Zusammensetzung entstand, wie in Tabelle 1 angeführt. Für jeden
Ansatz wurden 3 Gewichtsteile Methylzellulose als organisches Bindemittel pro 100
Gewichtsteile der Cordierit-Zusammensetzung zugegeben. Die chemischen
Zusammensetzungen des/der verwendeten Kaolins, kalzinierten Kaolins und Tonerde
sind in Tabelle 4 angeführt.
[Tabelle 3]
Ansatz Nr.
Talk A (Gewichtsteile)
Talk C (Gewichtsteile)
[Tabelle 4]
chemische Zusammensetzung (Gew.-%)
Glühverlust
Kaolin
kaiziniertes Kaolin
Tonerde
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Die so hergestellten Cordierit-Material-Ansätze Nr. 1-6 wurden verwendet, um nach
herkömmlichen Extrusionsverfahren entsprechende Wabengrünkörper zu bilden, die
jeweils einen Durchmesser von 118 mm, eine Länge von 102 mm, eine
Wabenwandstärke von 150 um und etwa 62 Zellen pro 1 cm² Querschnittsfläche
aufweisen. Die Wabengrünkörper wurden getrocknet und bei 1400ºC 3 Stunden lang
getrocknet. So wurden die Proben der Cordierit-Wabenstruktur hergestellt, die jeweils
das Talkmaterial A und/oder das Talkmaterial B enthielten.
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Es erfolgte ein Simulationstest zur Messung des Wasseraufnahmeprozentsatzes der
Proben als Katalysatorträger, wobei die Proben zwei Minuten lang in einem Wasserbad
mit 30ºC untergetaucht wurden. Die aus dem Wasserbad genommenen Proben wurden
einem Luftstrom von 1,4 kp (0,137 MPa) pro 1 cm² ausgesetzt, um das überschüssige
Wasser von den Oberflächen der Proben wegzublasen. Dann wurde das Gewicht der
Proben gemessen, das das Gewicht des Wassers umfaßte, das von der Wabenstruktur
nach dem Aussetzen an den Luftstrom absorbiert blieb. Für jede Testprobe wurde eine
Differenz zwischen dem gemessenen Gewicht der wasserhältigen Probe und dem
Gewicht der trockenen Probe berechnet, um den Wasseraufnahmeprozentsatz zu
berechnen, der gleich (berechnete Differenz/Trockengewicht) x 100 ist. Das Ergebnis
des Simulationstests ist in der grafischen Darstellung von Fig. 1 angegeben.
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Die Proben wurden auch Messungen des Wärmeausdehnungskoeffizienten ("coefficient
of thermal expansion", CTE) über eine Länge von 50 mm entlang der Achse A, parallel
zur Extrusionsrichtung des Wabenkörpers, und entlang der Achse B, senkrecht zur
Achse A, unterworfen. Die Achsen A und B werden in Fig. 3 gezeigt. Die gemessenen
CTE-Werte sind in der grafischen Darstellung von Fig. 2 angegeben, worin Kreise die
CTE-Werte entlang der Achse A und Rechtecke die CTE-Werte entlang der Achse B
darstellen.
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Die Proben wurden weiters auf die Thermoschockbeständigkeit getestet. Beim Test
wurde jede Probe 20 Minuten lang in einem Elektroofen bei einer Testtemperatur von
über 700ºC gehalten. Die Testtemperatur wurde in Schritten von 25ºC nach jedem
Testzyklus erhöht, bei dem die bei jeder Testtemperatur gehaltene Probe aus dem Ofen
genommen wurde, um sie Raumtemperatur auszusetzen und auf Risse zu überprüfen.
Die Testtemperatur, bei der Rißbildung auftrat, wurde in der grafischen Darstellung von
Fig. 4 als Thermoschockbeständigkeit bezeichnet. Rißbildung wurde nach dem
sogenannten "Klang-Verfahren" bestätigt, d.h. durch eine Änderung in der Art des
Geräuschs, das erzeugt wurde, wenn die aus dem Ofen genommene Probe abgeklopft
wurde.
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Aus der grafischen Darstellung von Fig. 1 geht auch hervor, daß der
Wasseraufnahmeprozentsatz der Wabenstruktur mit einer Zunahme des
Gewichtsverhältnisses von Talkmaterial C mit der relativ hohen Kristallitengröße zu
Talkmaterial A mit der relativ kleinen Kristallitengröße ansteigt. Da die
durchschnittlichen Teilchengrößen der gepulverten Talkmaterialien A und C nahezu
gleich sind, ändert sich die durchschnittliche Teilchengröße des Gesamttalkgehalts
durch eine Veränderung in der Proprotion oder im Verhätlnis der Talkmaterialien A und
C nicht wesentlich. Daher wird angenommen, daß der Wasseraufnahmeprozentsatz der
Wabenstruktur mit dem Wert der durchschnittlichen Kristallitengröße des
Gesamttalkgehalts variiert.
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Aus der grafischen Darstellung von Fig. 2 geht hervor, daß der CTE-Wert der
Wabenstruktur entlang der Achse A mit zunehmendem Gewichtsverhältnis von
Talkmaterial A mit der relativ kleinen Kristallitengröße zu Talkmaterial C etwas
zunimmt, während der CTE-Wert entlang der Achse B mit zunehmendem
Gewichtsanteil des Talkmaterials A abnimmt. Aus der grafischen Darstellung von Fig. 4
ist auch zu entnehmen, daß die Thermoschockbeständigkeit zunimmt, wenn der
Gewichtsanteil des Talkmaterials A mit der relativ kleinen Kristallitengröße zunimmt,
d.h. wenn die Differenz zwischen den CTE-Werten entlang der Achsen A und B
abnimmt, wie in Fig. 2 angegeben. Dieses Phänomen scheint aufgrund der Reduktion
der thermischen Spannung der Wabenstruktur durch die Abnahme der Differenz
zwischen den CTE-Werten entlang der Achsen A und B aufzutreten.
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Es versteht sich, daß der Wasseraufnahmeprozentsatz (die Porosität), die
Thermoschockbeständigkeit und andere Eigenschaften der Cordierit-Wabenstruktur auf
geeignete Weise gesteuert werden können, indem das Verhältnis der beiden
Talkmaterialien A und C mit beträchtlichem Unterschied in den Kristallitengrößen
verändert wird.
BEISPIEL 2
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Wie in Tabelle 5 gezeigt, wurden 12 Cordierit-Material-Ansätze Nr. 1-12 unter
Verwendung von unterschiedlichen Kombinationen aus einem ersten und einem
zweiten gepulverten Talkmaterial hergestellt, die aus den Materialien A-G in Tabelle 2
ausgewählt wurden. Bei jedem Ansatz bestand der Gesamttalkgehalt aus 70
Gewichtsteilen des ersten Talkmaterials und 30 Gewichtsteilen des zweiten
Talkmaterials. Das erste und das zweite Talkmaterial mit unterschiedlichen
Kristallitengrößen wurden mit den anderen Materialien (deren chemische
Zusammensetzung in Tabelle 4 angeführt ist) der Cordierit-Zusammensetzung
vermischt, sodaß die in Tabelle 1 angeführte chemische Zusammensetzung entstand.
Für jeden Ansatz wurden 3 Gewichtsteile Methylzellulose als organisches Bindemittel
pro 100 Gewichtsteile der Cordierit-Zusammensetzung zugegeben. Die so hergestellten
Cordierit-Material-Ansätze Nr. 1-12 wurden verwendet, um nach herkömmlichem
Extrusionsverfahren Wabengrünkörper zu formen, wie in Fig. 3 gezeigt, die jeweils
einen Durchmesser von 118 mm, eine Länge von 102 mm, eine Wabenwandstärke von
150 um und etwa 62 Zellen pro 1 cm² Querschnittsfläche aufwiesen. Die
Wabengrünkörper wurden getrocknet und bei 1400ºC drei Stunden lang gebrannt. So
wurden die Proben der Cordierit-Wabenstruktur hergestellt, die jeweils das erste und
das zweite Talkmaterial enthielten.
Tabelle 5
Ansatz Nr.
Erstes Talkmaterial
Zweites Talkmaterial
Teile
Art
Kristallitengröße *
*¹ : S = relativ klein
L = relativ groß
Die Ansätze Nr. 1, 4, 6, 9, 11 und 12 fallen nicht in den Schutzumfang der Erfindung.
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Die so hergestellten Proben wurden wie in Beispiel 1 auf Wasseraufnahmeprozentsatz,
Wärmeausdehn ungskoeffizient und Thermoschockbeständigkeit getestet. Die Ergebnisse
der Tests sind in Tabelle 6 angegeben.
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Aus Tabelle 6 geht hervor, daß die Proben Nr. 1 und 4, bei denen ein erstes und ein
zweites Talkmaterial verwendet wurden, die beide relativ kleine Kristallitengrößen
aufwiesen, beinahe den gleichen Wasseraufnahmeprozentsatz besaßen, und die Proben
Nr 9, 11 und 12, bei denen ein erstes und ein zweites Talkmaterial verwendet werden,
die beide relativ große Kristaliitengrößen aufwiesen, ebenfalls beinahe den gleichen
Wasseraufnahmeprozentsatz besaßen. Das zweite Talkmaterial in Probe Nr. 6 weist
einen hohen CaO-Gehalt auf. Es versteht sich auch, daß die anderen Proben, bei denen
ein erstes und ein zweites Talkmaterial mit unterschiedlichen Kristallitengrößen
verwendet wurden, unterschiedliches Wasserabsorptionsprozentwerte aufweisen. Das
bedeutet, daß der Wasseraufnahmeprozentsatz der Wabenstruktur gesteuert werden
kann, indem die Kristallitengrößen des ersten und des zweiten Talkmaterials als
Hauptbestandteil der Cordierit-Zusammensetzung entsprechend gewählt werden, sodaß
die Kristallitengrößen der beiden Talkmaterialien einen beträchtlichen Unterschied
zueinander aufweisen. Der Wasseraufnahmeprozentsatz kann leicht gesteuert werden,
wenn die Kristallitengröße eines der beiden Talkmaterialien so gewählt wird, daß sie 10
um nicht übersteigt, während die Kristallitengröße des anderen Talkmaterials so gewählt
wird, daß sie zumindest 30 um beträgt.
Tabelle 6
Wärmeausdehnungskoeffizient
Ansatz Nr.
Wasseraufnahmeprozentsatz (%)
Aschse
Thermoschockbeständigkeit (ºC)
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Weiters kann der Wärmeausdehnungskoeffizient der Wabenstruktur in einem gewissen
Ausmaß gesteuert werden, indem zwei Talkmateriallen mit betrilchtllchem Unterschied
in den Kristallitengrößen ausgewählt werden Wenn die Kristailitengrößen der belden
Talkmaterialien beide relativ größ sind, besteht die Tendenz, daß die Differenz
zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten entlang der Achsen A und B groß ist.
Andererseits besteht, wenn die Kristallitengrößen der beiden Talkmaterialien beide
relativ klein sind, die Tendenz, daß die Differenz klein ist. Daher versteht es sich, daß
der Wärmeausdehnungskoeffizient gesteuert werden kann, indem das
Gewichtsverhältnis der beiden Talkmaterialien mit einer relativ großen Differenz in der
Kristallitengröße geändert wird, sodaß die Differenz zwischen den
Wärmeausdehnungskoeffizienten entlang der Achsen A und B in einen Bereich der
Differenzen fällt, die mit den beiden Talkmaterialien erreicht würden, die beide relativ
kleine Kristallitengrößen aufweisen, sowie mit den beiden Talkmaterialien, die beide
relativ große Kristallitengrößen aufweisen.
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Es ist anzumerken, daß die thermische Spannung der Wabenstruktur durch die
spezifische Kombination der beiden Talkmaterialien beeinflußt wird. Es besteht nämlich
die Tendenz zu geringer Thermoschockbeständigkeit der Wabenstruktur, wenn die
Kristallitengrößen der beiden Talkmaterialien beide relativ groß sind, während die
Tendenz zu hoher Thermoschockbeständigkeit besteht, wenn beide Talkmaterialien
relativ kleine Kristallitengrößen aufweisen. Jedoch sollte der CaO-Gehalt der beiden
Talkmaterialien 0,4 Gew.-% nicht übersteigen, da der Wärmeausdehnungskoeffizient
der Wabenstruktur sonst übermäßig hoch ist, was zu einer beträchtlichen Reduktion der
Thermoschockbeständigkeit führt. Die Talkmaterialien, deren CaO-Gehalt 0,4 Gew.-%
übersteigt, können nicht für die Cordierit-Zusammensetzung der Wabenstruktur
verwendet werden.
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Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, daß die Cordierit-Wabenstruktur
unter Verwendung eines Cordierit-Material-Ansatzes hergestellt wird, der zwei
Talkmaterialien enthält, eine relativ große Differenz in der Kristallitengröße aufweisen
und deren CaO-Gehalt 0,4 Gew.-% nicht übersteigt, und daß der
Wasseraufnahmeprozentsatz (die Porosität), die Thermoschockbeständigkeit und andere
Eigenschaften der Cordierit-Wabenstruktur wirksam gesteuert werden können, indem
das Verhältnis oder die Proprotion der beiden Talkmaterialien geändert wird, die als
eine Hauptkomponente der Cordierit-Zusammensetzung verwendet werden, die die
Wabenstruktur ergibt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung
einer Cordierit-Wabenstruktur mit den gewünschten pysikalischen Eigenschaften bei
hoher Reproduzierbarkeit oder Beständigkeit hinsichtlich der Eigenscharten, wodurch
hohe Stabilität in der Qualität der hergestellten Wabenstruktur gewährleistet wird. In
dieser Hinsicht ist die vorliegende Erfindung industriell von Bedeutung.