DE69203769T2 - Verfahren zur Herstellung von Cordierit-Honigwabenstrukturen. - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Cordierit-Honigwabenstrukturen.

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DE69203769T2 DE1992603769 DE69203769T DE69203769T2 DE 69203769 T2 DE69203769 T2 DE 69203769T2 DE 1992603769 DE1992603769 DE 1992603769 DE 69203769 T DE69203769 T DE 69203769T DE 69203769 T2 DE69203769 T2 DE 69203769T2
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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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:
  • 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;
  • 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;
  • Fig. 3 eine erklärende Ansicht ist, welche die Achsen A und B einer Wabenstruktur aus Beispiel 1 zeigt; und
  • 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
  • Um das Konzept der vorliegenden Erfindung klarer zu machen, werden nun einige, lediglich zu Veranschaulichungszwecken dienende Beispiele für die Erfindung beschrieben.
  • 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.
  • 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
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • 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)
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung einer Cordierit-Wabenstruktur, umfassend die Schritte:
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;
Formen eines Grünkörpers für die Cordierit-Wabenstruktur durch Extrudieren unter Verwendung des Cordierit-Material-Ansatzes; und
Brennen des Grünkörpers zur Cordierit-Wabenstruktur.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Brennens des Grünkörpers das Erhitzen des Grünkörpers auf 1.100ºC mit einer Rate von nicht über 250ºC/h, das anschließende Erhitzen des Grünkörpers auf eine Brenntemperatur von 1.350 - 1 .440ºC mit einer Rate von 30 - 300ºC/h und das abschließende Halten des Grünkörpers auf der Brenntemperatur über eine Zeitspanne von 0,5 - 24 h umfaßt.
DE1992603769 1991-03-29 1992-03-19 Verfahren zur Herstellung von Cordierit-Honigwabenstrukturen. Expired - Lifetime DE69203769T2 (de)

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