DE69414084T2

DE69414084T2 - Cordierit keramischer Filter und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69414084T2
Application number: DE69414084T
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Nagoya City Aichi Pref. Kasai; Wataru Kasugai City Aichi Pref. Kotani; Kazuhiko Nkg Takeda-Kita-Shataku Nagoya City Aichi Pref. Kumazawa
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1993-12-14
Filing date: 1994-12-14
Publication date: 1999-04-22
Anticipated expiration: 2014-12-15
Also published as: JP2938740B2; DE69414084D1; US5549725A; JPH07163822A; EP0661088A1; EP0661088B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Cordierit-Keramikfilter zur Verwendung bei hohen Temperaturen sowie ein Verfahren zur dessen Herstellung.

Stand der Technik

In letzter Zeit sind als poröse Keramikfilter verschiedene Typen poröser Wabenfilter bekannt geworden, worin eine Filtration durchgeführt wird, indem ein Fluid, wie z. B. ein Gas, durch Trennwände eines Wabenstrukturkörpers aus Cordierit geleitet wird. Da Cordierit im Vergleich zu den anderen Materialien hervorragende Hitzebeständigkeit aufweist, wird die Cordieritwabe als Katalysatorträger für Kraftfahrzeuge usw. verwendet, wo hervorragende Thermoschockbeständigkeit erforderlich ist.
Ein bekannter Cordierit-Keramikfilter, der insbesondere zum Sammeln von Feinteilchen in von Dieselmotoren stammenden Abgasen verwendet wird, arbeitet aufgrund von Beeinträchtigungen oder Abschmelzens desselben nicht über längere Zeiträume stabil, da die im Keramikfilter angesammelten Feinteilchen zur Filterregenerierung ausgebrannt werden. Um die obengenannten Nachteile auszuschalten, wird geoffenbart, daß die Filterregeneration unter Einsatz von Rückluftimpulsen durchgeführt wird. Jedoch weist das obengenannte Filterregenerationsverfahren verschiedene Nachteile auf, so daß die Filterregenerationseffizienz nicht ausreichend ist, eine Vorrichtung zur Durchführung des Filterregenerationsverfahrens keine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist, um sie in Kraftfahrzeuge einzubauen, und daher ein Gesamtsystem zur Durchführung des Filterregenerationsverfahrens größer wird, um die obengenannte unzureichende Effizienz und mechanische Festigkeit zu verbessern.
Der bekannte Cordierit-Keramikfilter wird hergestellt, indem Rohmaterialien wie Talk, Kaolin, Aluminiumoxid usw. mit Formhilfen vermischt werden, um eine Keramikcharge zu erhalten, die Keramikcharge extrudiert wird, um einen grünen Wabenstrukturkörper zu erhalten, der grüne Wabenstrukturkörper gebrannt wird, um einen Wabenstruktur körper zu erhalten, und beide Enden des Wabenstrukturkörpers in einem Karomuster dicht verschlossen werden, wobei, wenn ein Ende eines Strömungsdurchgangs geschlossen ist, das andere Ende des Strömungsdurchgangs offen ist.
Die US-A-4.632.683, die der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61- 129015 (JP-A-61-129015) entspricht, offenbart ein Verfahren zur Verbesserung der Filtereffizienz, so daß Poren, die in einer Oberfläche einer Filtertrennwand vorliegen, so reguliert werden, daß sie ein Verhältnis von (Anzahl kleiner Poren mit einem Durchmesser von 5 bis 40 um): (Anzahl großer Poren mit einem Durchmesser von 40 bis 1.000 um) im Bereich von 1 : 5 bis 1 : 40 aufweisen. Dieses Verfahren wurde jedoch für I die Filterregeneration durch Brennen entwickelt, nicht aber für die Filterregeneration durch Rückluftimpulse. Daher kann, selbst wenn auf den in der JP-A-61-129015 geoffenbarten Filter die Filterregeneration unter Verwendung der Rückluftimpulse angewandt wird, keine ausreichende Filterregeneration durchgeführt werden.
Was einen Filter betrifft, auf den die Filterregeneration unter Verwendung der Rückluftimpulse angewandt wird, offenbart die offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. 63-31517 (JP-A-63-31517) ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikfilters, indem eine oder mehr als zwei Arten von feinen Keramikpulvern, die aus der aus Cordierit, β-Spodumen, Aluminiumtitanat, Mullit, Zirkoniumdioxid, Siliziumcarbid und Siliziumnitrid bestehenden Gruppe ausgewählt sind, mit Ton oder Fritte als Bindemittel vermischt werden, um Keramikchargen zu erhalten, und die Keramikchargen gebrannt werden. Der nach dem obengenannten Verfahren gebildete Keramikfilter kann jedoch keine ausreichende mechanische Festigkeit erzielen und keine Filterregeneration unter Einsatz von Rückluftimpulsen durchführen. Daher kann der obengenannte Keramikfilter nicht bevorzugt für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden, die eine lange Teilchenbehandlungszeit erfordern.
Um einen Keramikkörper mit isotroper Wärmeausdehnung zu erhalten, offenbart die japanische Patentveröffentlichung Nr. 60-2272 (JP-B-60-2272) ein Verfahren zur Herstel lung eines Cordieritkörpers durch Mischen vorbestimmter synthetisierter Cordieritpulver mit einer unbestimmten Form und Rohmaterialien zur Cordieriterzeugung, um Gemische mit einer theoretischen Cordieritzusammensetzung zu erhalten, das Formen des Gemisches, um einen Formkörper zu erhalten, und das Sintern des Formkörpers. Dieses Verfahren ist für einen Katalysatorträger bestimmt, und daher ist es für den Keramickörper wirksam, der hervorragende Hitzebeständigkeit erfordert. Es reicht jedoch nicht für den Keramikfilter aus, der hervorragende Einfangeffizienz erfordert, weil es die Porosität und die Teilchengröße von Cordieritpulvern nicht offenbart.
Die EP-A-630 677 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikfilters, der geringen Druckverlust und ausreichende mechanische Festigkeit zur praktischen Verwendung aufweist, indem verdichteter Cordierit mit einer geeigneten Teilchengröße in Form von Aggregaten verwendet wird. Nach dem obengenannten Verfahren ist es jedoch zur Verdichtung der Aggregate notwendig, Cordieritpulver mit hoher Porosität zu brennen und LAS-Rohmaterialien hinzuzufügen. Damit vermehren sich die Herstellungsschritte außerordentlich.
Die EP-A-345.721 beschreibt einen porösen Wabenfilter, der Cordierit als kristalline Hauptphase enthält. Dieser wird erhalten, indem Rohmaterialien wie Talk, Kaolin und Aluminium vermischt werden, das Gemisch extrudiert und Brennen durchgeführt wird.
Die EP-A-232.621 beschreibt Wabenkatalysatorträger aus Cordierit mit einer Porosität von weniger als 30% und hoher Festigkeit. Um sie herzustellen, werden Ausgangsmaterialien eingesetzt, die Feinteilchen aus Kaolin und Talk enthalten.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die obengenannten Nachteile zu verringern und auszuschalten und einen Cordierit-Keramikfilter sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, wobei der Filter hervorragende Filterregenerations funktion aufweist, über hohe mechanische Festigkeit verfügt und leicht und kompakt sein kann.
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Cordierit-Keramikfilter zum Abtrennen einer festen Phase von einem Fluid bereitgestellt, wie in Anspruch 1 dargelegt.
Gemäß vorliegender Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines Cordierit- Keramikfilters bereitgestellt, wie in Anspruch 4 dargelegt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine typische Struktur eines Cordierit-Keramikfilters gemäß vorliegender Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die eine typische Struktur eines herkömmlichen Cordierit-Keramikfilters veranschaulicht; und
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine Vorrichtung zum Messen der Filtereigenschaften darstellt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Da bei einem Keramikfilter gemäß vorliegender Erfindung Cordieritkeramik als Filteraggregat verwendet wird, kann der Keramikfilter gemäß vorliegender Erfindung Motorabgasen mit hohen Temperaturen standhalten.
Im Keramikfilter wird eine Anzahl von Strömungsdurchgängen durch Trennwände mit Wabenform gebildet. Beide Enden des Keramikfilters sind in einem Karomuster dicht verschlossen. Wenn ein Ende jedes Strömungsdurchgangs offen ist, ist das andere Ende dieses Strömungsdurchgangs geschlossen. Abgase werden über geöffnete Strömungsdurchgänge eingebracht, treten durch die obengenannte Trennwand aus porösen Materialien hindurch und werden über angrenzende Strömungsdurchgänge aus dem Filter abgegeben. Da die Abgase durch die Trennwand geführt werden, werden in den Abgasen enthaltene Staubteilchen von der Trennwand gesammelt. Beim obengenannten Keramikfilter ist es möglich, die Filterfläche pro Votumseinheit zu erhöhen, da die Trennwände Wabenform aufweisen, was zur Teilchensammlung beiträgt.
Wenn der Keramikfilter nur aus Rohmaterialien zur Cordieriterzeugung hergestellt wird, sind die Poren im Filter nicht kontinuierlich, wie in Fig. 2 gezeigt, die ein herkömmliches Beispiel zeigt. Der Grund dafür ist, daß Poren durch Talk und Siliziumoxid erzeugt werden, die in den Rohmaterialien zur Cordieriterzeugung enthalten sind, und daher die Teilchenform von Talk und Siliziumoxid bestehen bleibt, wie sie ist. Wenn solche diskontinuierlichen Poren bestehen bleiben, erfolgt die Filterregeneration durch Rückluftimpulse nicht ausreichend, weshalb der Druckverlust mit der Zeit zunimmt. Daher ist es nicht möglich, einen Keramikfilter mit gleichmäßigen Eigenschaften zu erhalten.
Beim Keramikfilter gemäß vorliegender Erfindung werden zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit Cordieritteilchen als Aggregate verwendet, und Cordieritteilchen werden durch Rohmaterialien zur Cordieriterzeugung vernetzt. Daher weisen Poren, die zwischen Aggregaten aus Corideritteilchen erzeugt werden, hervorragende Kontinuität auf, wie in Fig. 1 gezeigt, und daher ist es einfach, den Keramikfilter unter Verwendung von Rückluftimpulsen zu regenerieren. Wie oben erwähnt, weist der Keramikfilter gemäß vorliegender Erfindung, wenn die Porosität des Keramikfilters mehr als 30% beträgt, ausreichende mechanische Festigkeit, wie z. B. Kompressionsfestigkeit von mehr als 10 MPa (100 kp/cm²) in paralleler Richtung zu den Strömungsdurchgängen, auf. Darüber hinaus verbessert ein solcher Keramikfilter die Filterrate, verringert den Druckverlust und weist ausreichende Betriebszeit für die praktische Verwendung auf.
Im Gegensatz dazu wird, wenn eine besonders starke Erhöhung der Porenkontinuität und der Porosität erfolgt, die mechanische Festigkeit verringert, da die Vernetzungen zwischen Aggregaten nicht ausreichend sind. Die Erfinder haben viele Untersuchungen durchgeführt und sind zu dem Ergebnis gekommen, daß es, wenn die mittlere Porengröße des Keramikfilters im Bereich von (Aggregatgröße · 0,15) ± 5 um eingestellt wird, möglich ist, einen Keramikfilter mit hervorragender Porenkontinuität und auch hervorragender mechanischer Festigkeit zu erhalten, der vorzugsweise für Filterregeneration unter Einsatz von Rückluftimpulsen verwendet wird. Das heißt, wenn die mittlere Porengröße nicht kleiner als (Aggregatgröße · 0,15) + 5 um ist, gelangen Staubteilchen durch die Trennwand, wudurch die Einfangeffizienz oder die mechanische Festigkeit der Trennwand verringert wird. Wenn darüber hinaus die mittlere Porengröße nicht größer als (Aggregatgröße · 0,15) - 5 um ist, wird der Druckverlust erhöht, und die Porenkontinuität wird beeinträchtigt. Daher wird in diesem Fall die Filterregenerationseigenschaft beeinträchtigt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des Keramikfilters gemäß vorliegender Erfindung wird die Trennwandstärke im Bereich von 300 - 2.000 um eingestellt. Wenn die Dicke der Trennwand zu gering ist, ist es schwierig, einen Wabenstrukturkörper zu bilden. Darüber hinaus treten verschiedene Probleme auf, z. B. daß die mechanische Festigkeit unzureichend ist und die Teilcheneinfangeffizienz sich verschlechtert, weshalb es notwendig ist, den Filterregenerationsvorgang häufig durchzuführen. Darüber hinaus wird, wenn die Dicke der Trennwand zu groß ist, der Druckverlust erhöht, und die Filterfläche pro Volumseinheit (nachstehend als Votumseffizienz bezeichnet) wird verringert.
Der Anteil an offener Frontfläche, der durch das Verhältnis zwischen der offenen Zellfläche und der Gesamtfläche im Querschnitt des Keramikfilters definiert ist, beeinflußt zusammen mit dem Außendurchmesser des Filters, der Dichte der Strömungsdurchgänge, der Dicke der Trennwand usw. die Volumseffizienz des Filters, die mechanische Festigkeit, den Druckverlust usw.. Beim Keramikfilter gemäß vorliegender Erfindung wird bevorzugt, den Anteil der offenen Frontfläche im Bereich von 63-71% einzustellen. Wenn darüber hinaus Coridierit-Pulver mit einer Porosität von mehr als 30% als Aggregate eingesetzt wird, dienen in den Cordierit-Pulvern enthaltene Poren im Fall der Brennschrumpfung während des Brennens als Poren zwischen den Aggregaten, und daher können Poren mit hervorragender Kontinuität erhalten werden.
Die mittlere Teilchengröße der Cordieritpulver als Aggregate wird vorzugsweise im Bereich von 5 bis 450 um eingestellt, und es wird auch bevorzugt, diese mittlere Teilchengröße auf einen Wert einzustellen, der weniger als 20% der Schlitzbreite der Extrusionsdüse beträgt. Daher können Cordierit-Pulver beim Extrusionsvorgang ausreichend kompaktiert werden, so daß die Formbarkeit des Wabenkörpers und die mechanische Festigkeit verbessert wird. Wenn die mittlere Teilchengröße des Cordierit-Pulvers nicht weniger als 20% der Schlitzbreite der Extrusionsdüse ausmacht, wird der Wabenkörper nicht bevorzugt geformt, und in extremen Fällen verformt sich die Extrusionsdüse.
Darüber hinaus läßt sich Cordierit nicht leicht sintern. Daher ist die mechanische Festigkeit nicht ausreichend, wenn Cordierit-Pulver nur gebrannt werden. Beim Verfahren zur Herstellung eines Cordierit-Keramikfilters gemäß vorliegender Erfindung werden zur Vernetzung der Cordierit-Pulver, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Aggregate, 5 bis 45, vorzugsweise 5 bis 30, Gewichtsteile Rohmaterialien zur Cordierit-Erzeugung als Vernetzer zugegeben.
Was die Rohmaterialien für die Cordieriterzeugung betrifft, werden Gemische verwendet, die durch Vermischen von Materialien erhalten werden, die aus Talk, Kaolin, Aluminiumoxid und Siliziumoxid ausgewählt sind, um die gleiche Zusammensetzung wie Corderit zu erhalten. Es wird bevorzugt, Rohmaterialien zur Cordieriterzeugung zu verwenden, so daß, wenn sie allein gebrannt werden, der gebrannte Körper eine Porosität von mehr als 35% aufweist. Darüber hinaus dienen die Rohmaterialien zur Cordieriterzeugung, da sie hervorragende Wärmeausdehnung, Wärmestabilität und chemische Stabilität aufweisen, als wirksame Vernetzer durch Flüssigphasenreaktionen und dienen auch dazu, die Porenkontinuität zu verbessern. Wenn jedoch die Menge an Rohmaterialien zur Cordieriterzeugung im Überschuß vorliegen, werden die Poren tintenfaßförmig verschlossen. In diesem Fall wird die Kontinuität zwischen den Poren beeinträchtigt, und daher wird die Filterregenerationseigenschaft verringert. Beim Cordierit-Keramikfilter gemäß vorliegender Erfindung ist es, da eine vorbestimmte Menge an Rohmaterialien zur Cordieriterzeugung als Vernetzer zugegeben wird, möglich, einen Sinter körper mit hervorragender Sinterregenerationseigenschaft und hervorragender mechanischer Festigkeit zu erhalten.
Porenbildner werden verwendet, um Poren im Sinterkörper durch Oxidation und Verdampfung beim Brennen zu bilden. Beispielsweise werden, was die Porenbildner betrifft, Kohlenstoffpulver mit jeweils geeigneten Abmessungen, Polyurethankleber usw. verwendet. Beim Verfahren zur Herstellung des Cordierit-Keramikfilters gemäß vorliegender Erfindung ist es notwendig, weniger als 45, vorzugsweise weniger als 30, Gewichtsteile der Porenbildner pro 100 Gewichtsteile der Aggregate zuzusetzen.
Vorzugsweise werden Formhilfen und Lösungsmittel verwendet, um den Mischvorgang und den Extrusionsvorgang der Rohmaterialien zu unterstützen, und es werden normale Formhilfen zur Verwendung bei der Keramikpulverextrusion verwendet. Als Formhilfen werden Methylcellulose, Diethylenglykolstearat usw. verwendet. Die Arten und Mengen der Formhilfen können frei gewählt werden, aber vorzugsweise werden mehr als 3 Gewichtsteile aller Mittzel pro 100 Gewichtsteile der Aggregate zugesetzt.
Die Brenntemperatur des Keramikwaben-Formkörpers wird in einem Temperaturbereich oberhalb jener Temperatur gewählt, bei der das Brennen der Rohmaterialien zur Cordieriterzeugung beginnt, und unterhalb der Schmelztemperatur von Cordierit. Wenn die Brenntemperatur zu hoch ist, werden die Aggregate zu Glas, und daher wird der Wärmeausdehnungskoeffizient erhöht. Es wird bevorzugt, in einem Temperaturbereich von 1.350ºC bis 1.430ºC zu brennen. Es sollte angemerkt werden, daß das Abdichten im Karomuster an beiden Enden des Filters jederzeit, vor oder nach dem Brennen des Keramikformkörpers, durchgeführt werden kann.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf praktische Beispiele erklärt.

Beispiel 1

Als Aggregate wurden Cordieritpulver hergestellt, die jeweils die in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen und Eigenschaften aufwiesen. Was Rohmaterialien zur Cordieriterzeugung betrifft, wurden Rohmaterialien mit den in Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzungen in einem in Tabelle 2 gezeigten Verhältnis vermischt. Als Porenbildner wurde Graphit verwendet. Dann wurden die so hergestellten Aggregate, Rohmaterialien zur Cordieriterzeugung und Porenbildner vermischt, wie in Tabelle 3 gezeigt, um Keramikchargen zum Extrudieren zu erhalten. In diesem Mischschritt wurden, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Gemische, 10 Gewichtsteile Methylcellulose und 3 Gewichtsteile Diethylenglykolstearat als Formhilfen zugesetzt. Darüber hinaus wurde in diesem Mischschritt auch Wasser als Lösungsmittel zugesetzt. Tabelle 1 Tabelle 2 Tabelle 3
Unter Verwendung einer Extrusionsdüse mit den Abmessungen einer Schlitzbreite von 330 um und 38 Zellen pro cm² wurden die so hergestellten Keramikchargen extrudiert, um Keramikwaben-Formkörper zu erhalten, die jeweils die Abmessungen 130 mm Durchmesser und 170 mm Länge aufwiesen. Dann wurden die so erhaltenen Keramikwaben-Formkörper bei 1.400ºC gebrannt, wodurch Keramikwabenkörper erhalten wurden. Nach dem Brennen wurden beide Enden des Keramikwabenkörpers im Karomuster dicht verschlossen, um Filterproben zu erhalten.
Dann wurden die Trennwandstärke und die Anzahl der Zellen der so erhaltenen Filterproben gemessen. Darüber hinaus wurden Porositätsmessung unter Verwendung eines Siedeverfahrens und Porenmessung unter Verwendung eines Quecksilber-Porosimeters durchgeführt. Darüber hinaus wurden aus den Filterproben zylindrische Proben jeweils mit einem Durchmesser von 25,4 mm und einer Länge von 25,4 mm herausgeschnitten, und die Druckfestigkeit der zylindrischen Probe in paralleler Richtung zum Strömungsdurchgang wurde gemessen. Weiters wurde der Aggregat-Durchmesser unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (REM) gemessen.
Unter Verwendung einer in Fig. 3 gezeigten Meßvorrichtung wurden die Eigenschaft der Filterregeneration unter Einsatz von Rückluftimpulsen und der Druckverlust unter den Bedingungen einer Abgasströmungsgeschwindigkeit von 3 m³/min. eines Rückluftimpuls-Drucks von 6 kp/cm² und eines Impulsintervalls von 0,5 s gemessen. Die Meßergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt. In Tabelle 3 ist die Einfangeffizienz durch das Verhältnis zwischen der Menge an gesammelten Teilchen in einem Sammelbehälter 14 innerhalb von Stunden nach Beginn der Untersuchung und der Menge an erzeugten Teilchen während der selben Zeit angegeben. Nach drei Stunden war der Einfangeffizienzwert erhöht oder wurde beibehalten. Darüber hinaus wurde die Eigenschaft der Filterregeneration anhand des Druckverlusts nach drei Stunden ab Beginn der Untersuchung, gemessen unter Verwendung einer in Fig. 3 gezeigten Druckverlust-Meßvorrichtung 12, bestimmt. Die Eigenschaft der Filterregeneration wurde dann als hervor ragend bezeichnet, wenn der Druckverlust gering war, und als schlechter, wenn der Druckverlust hoch war.
Aus Tabelle 3 geht hervor, daß die Filterproben mit einer Porosität von mehr als 30% und einer Filterporengröße von (Aggregatgröße · 0,15) ± 5 um hervorragenden Druckverlust und hervorragende Filterregenerationseigenschaft aufweisen. Darüber hinaus weisen die Filterproben mit einer Filterporengröße unter (Aggregatgröße · 0,15) - 5 um einen hohen Druckverlust auf, und daher versteht es sich klarerweise, daß, wenn ein solcher Filter in einen Motor eingebaut wird, die Belastung des Motors zunimmt. Weiters weisen die Filterproben mit einer Filterporengröße von mehr als (Aggregatgröße · 0,159) + 5 um geringe Einfangeffizienz auf, und daher versteht es sich, daß kein wirksamer Filter erhalten werden kann. Weiters weisen Filterproben mit einer Porosität von nicht mehr als 30% hohen Druckverlust auf.
Darüber hinaus versteht es sich, daß die Filterproben mit hervorragenden Eigenschaften unter solchen Bedingungen hergestellt werden, daß Cordieritpulver als Aggregate verwendet werden, die eine Porosität von mehr als 30% aufweisen, und 5 bis 45, vorzugsweise 5 bis 30, Gewichtsteile Rohmaterialien zur Cordieriterzeugung und weniger als 45, vorzugsweise 30, Gewichtsteile Porenbildner zugegeben werden. Wenn die Menge an Rohmaterialien zur Cordieriterzeügung nicht mehr als 5 Gewichtsteile ausmacht, wird die Druckfestigkeit aufgrund unzureichender Vernetzung zwischen Aggregaten verringert, und auch der Druckverlust wird erhöht. Wenn die Menge an Rohmaterialien zur Cordierit-Erzeugung nicht weniger als 45 Gewichtsteile ausmacht, wird die Druckfestigkeit aufgrund ausreichender Vernetzung erhöht, aber es wird ein in Fig. 2 gezeigter diskontinuierlicher Porenzustand erzeugt. Daher verschlechtert sich die Eigenschaft der Filterregeneration. Wenn darüber hinaus eine Menge an Porenbildnern nicht geringer als 45 Gewichtsteile ist, wird die Porosität erhöht, aber die Druckfestigkeit wird verringert, weil die Vernetzung zwischen den Aggregaten durch Erhöhung der Porosität beeinträchtigt werden.

Beispiel 2

Filterproben wurden mit Ausnahme der Schlitzbreite und Zellstruktur nach dem gleichen Herstellungsverfahren hergestellt, wie in Beispiel 1 gezeigt. Die Arten und Mengen der Cordierit-Pulver, Mengen der Rohmaterialien zur Cordierit-Erzeugung und der Porenbildner sowie die gemessenen Eigenschaften werden in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4
Aufgrund der in Tabelle 4 gezeigten Ergebnisse versteht es sich, daß die Filterproben mit einer Trennwandstärke von nicht weniger als 2.000 um hohen Druckverlust aufweisen, und Filterproben mit einer Trennwandstärke von nicht mehr als 300 um eine Verringerung der Druckfestigkeit aufweisen, die für eine zum Einbau in einen Motor erforderliche Festigkeit nicht ausreicht. Darüber hinaus weisen, wenn die Trennwandstärke der Filterproben in einem Bereich von 300 bis 2.000 um liegt, die Filterproben mit einem Anteil an offener Frontfläche im Querschnitt von nicht mehr als 63% hervorragende Einfangeffizienz (keine Daten) und ausreichende Druckfestigkeit auf, aber ihr Druckverlust wird in einem Ausmaß erhöht, wie er bei der praktischen Verwendung nicht zum Einsatz kommt. Weiters wird in diesem Fall, wenn der Anteil an offener Frontfläche im Querschnitt nicht geringer als 71% ist, die Druckfestigkeit verringert, und die wirksame Filterfläche wird kleiner. Daher kommt ein solcher Filter mit einem hohen Anteil an offenen Frontflächen, wie oben erwähnt, in der Praxis nicht zum Einsatz.
Wie oben erwähnt, ist es gemäß vorliegender Erfindung, die einen Cordierit-Keramikfilter und ein Verfahren zu dessen Herstellung betrifft, möglich, einen Cordierit-Keramikfilter mit hervorragender Einfangeffizienz, geringem Druckverlust, niedrigem Gewicht und Kompaktheit, hervorragender Filterregenerationseigenschaft und ausreichender Festigkeit zum Einbau in ein Motorrad zu erhalten.

Claims

1. Cordierit-Keramikfilter zum Abtrennen einer festen Phase von einer Flüssigkeit, der aus vernetzten Keramikaggregaten gebildet ist, die aus Cordierit bestehen, und eine Wabenform aufweist, die Trennwände umfaßt, welche Strömungsdurchgänge definieren, die an beiden Enden in einem Karomuster abgedichtet sind, so daß, wenn ein Ende eines Strömungsdurchgangs geschlossen ist, das andere Ende des Strömungsdurchgangs offen ist, wobei der Filter eine mittlere Porengröße im Bereich von (A · 0,15) ± 5 (in um) aufweist, wobei A die mittlere Aggregatgröße (in um) ist, eine Porosität von mehr als 40% und in Parallelrichtung zu den Strömungsdurchgängen eine Kompressionsfestigkeit von mehr als 10 MPa (100 kp/cm²) aufweist.

2. Cordierit-Keramikfilter nach Anspruch 1, worin die Stärke der Trennwände in einem Bereich von 300 bis 2.000 um liegt.

3. Cordierit-Keramikfilter nach Anspruch 1o der 2, worin der Anteil an offener Frontfläche im Querschnitt des Filters im Bereich von 63 bis 71% liegt.

4. Verfahren zur Herstellung eines Cordierit-Keramikfilters, umfassend die Schritte: Vermischen von 100 Gewichtsteilen an Cordieritpulver-Aggregaten mit einer Porosität von mehr als 30%, 5 bis 45 Gewichtsteilen Rohmaterialien zur Cordieriterzeugung als Vernetzer für die Aggregate und weniger als 45 Gewichtsteilen Porenbildner, um eine Keramikcharge zu erhalten; Extrudieren der Keramikcharge in eine Wabenform, um einen Formkörper zu erhalten; und Brennen des Formkörpers.

5. Verfahren zur Herstellung eines Cordierit-Keramikfilters nach Anspruch 4, worin die mittlere Teilchengröße der Cordieritpulver-Aggregate auf einen Wert von unter 20% der Schlitzbreite einer Extrusionsdüse eingestellt wird, die zum Extrudieren der Keramikcharge verwendet wird.

6. Verfahren zur Herstellung eines Cordierit-Keramikfilters nach Anspruch 4 oder 5, worin beide Enden des Formkörpers vor oder nach dem Brennschritt in einem Karomuster abgedichtet werden.

7. Verfahren zur Herstellung eines Cordierit-Keramikfilters nach Anspruch 4, 5 oder 6, worin die Rohmaterialien zur Cordieriterzeugung ein Gemisch sind, das durch Vermischen von Materialien erhalten wird, die aus Talk, Kaolin, Aluminiumoxid und Siliziumoxid ausgewählt sind, welches Gemisch die gleiche Zusammensetzung wie Cordierit aufweist.