DE69633953T3

DE69633953T3 - sealing element

Info

Publication number: DE69633953T3
Application number: DE69633953T
Authority: DE
Inventors: Naruse Kazuya; Ohno Satoshi; Stimato Koji; Okazoe Hiroshi; Iwahiro Seiki
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1996-01-12
Filing date: 1996-01-12
Publication date: 2013-02-07
Anticipated expiration: 2016-01-13
Also published as: DE69633953D1; DE69633953T2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer (Ab)Dichtungsmasse in einem keramischen Strukturkörper, um die (Ab)Dichtungsmasse zwischen einer Vielzahl von keramischen Elementen anzuordnen, um diese integral miteinander zu verbinden, zur Herstellung eines keramischen Strukturkörpers und insbesondere auf eine Verbesserung der Struktur des keramischen Strukturkörpers, die erzielt wird durch Bohren einer Vielzahl von durchgehenden Löchern parallel zueinander entlang der Längsrichtung (Längsachse) in ein Element, beispielsweise einen Keramik-Formkörper mit Wabenstruktur, einen monolithischen Strukturkörper und dgl..This invention relates to the use of a sealant in a ceramic structural body to place the sealant between a plurality of ceramic elements to integrally bond them together to produce a ceramic structural body, and more particularly to an improvement in the structure of the ceramic structural body obtained by boring a plurality of through holes parallel to each other along the longitudinal direction (longitudinal axis) into an element, for example, a honeycomb ceramic molded body, a monolithic structural body, and the like.

Im Allgemeinen wird ein keramischer Strukturkörper, beispielsweise ein Keramik-Körper mit Wabenstruktur und dgl., hergestellt durch Bohren einer Vielzahl von durchgehenden Löchern parallel zueinander in ein Element in der Längsrichtung desselben, als Filter zum Reinigen der von Fahrzeugen, Fabriken und dgl. abgegebenen Abgase verwendet.In general, a ceramic structural body such as a honeycomb ceramic body and the like is produced by boring a plurality of through holes parallel to each other into an element in the longitudinal direction thereof as a filter for cleaning the exhaust gases emitted from vehicles, factories and the like used.

Dieser keramische Strukturkörper weist eine solche Stirnfläche auf, dass der offene-geschlossene Zustand der durchgehenden Löcher (Durchgangsbohrungen) ein Schachbrett-artiges Muster ergibt (die benachbart zueinander angeordneten durchgehenden Bohrungen liegen abwechselnd in offen-geschlossen Zuständen vor). Das heißt, diese durchgehenden Löcher (Durchgangsbohrungen) sind nur an einer ihrer Stirnflächen verschlossen und benachbarte durchgehende Löcher (Durchgangsbohrungen) sind jeweils geöffnet oder geschlossen unter Ausbildung eines Schachbrett-artigen Musters. Daher ist dann, wenn ein durchgehendes Loch an einer Stirnfläche offen ist, die andere Stirnfläche verschlossen, während das benachbarte durchgehende Loch an einer Stirnfläche verschlossen ist und an der anderen Stirnfläche offen ist.This ceramic structural body has such an end face that the open-closed state of the through holes (through holes) gives a checkerboard-like pattern (the adjacent through holes are alternately in open-closed states). That is, these through-holes (through-holes) are closed only at one of their end faces, and adjacent through-holes (through-holes) are respectively opened or closed to form a checkerboard-like pattern. Therefore, when a through hole is open at one end face, the other end face is closed while the adjacent through hole is closed at one end face and open at the other end face.

Darüber hinaus weist der keramische Strukturkörper einen solchen porösen Körper auf, dass dann, wenn ein Gas, das behandelt werden soll, aus einer Stirnfläche jeder der oben genannten Durchgangsbohrungen ausströmt, das behandelte Gas in eine benachbarte Durchgangsbohrung eintritt, wobei es die porösen Trennwände auf dem Weg zu der anderen Stirnfläche passiert und dann aus dieser anderen Stirnfläche austritt. Das heißt, der keramische Strukturkörper ermöglicht den jeweiligen Durchgang des Gases durch die Trennwand, welche die Durchgangsbohrungen voneinander trennt. Daher gelangt das zu behandelnde Gas leicht in das andere durchgehende Loch in dem Strukturkörper, sodass das Gas verschiedene Durchgangsbohrungen an der Einlassseite und an der Auslassseite passiert.Moreover, the ceramic structural body has such a porous body that, when a gas to be treated flows out of an end surface of each of the above-mentioned through-holes, the treated gas enters an adjacent through-hole, whereby the porous partition walls on the Way to the other end face happens and then exits from this other end face. That is, the ceramic structural body allows passage of the gas through the partition wall separating the through-holes from each other. Therefore, the gas to be treated easily enters the other through hole in the structural body, so that the gas passes through various through holes on the inlet side and the outlet side.

Daher werden dann, wenn das Abgas den oben genannten keramischen Strukturkörper durchströmt, die teilchenförmigen Substanzen (Teilchen) in dem Abgas zurückgehalten und gereinigt in dem Trennwandabschnitt, während das Abgas von einer Stirnfläche durch die Trennwand zu der Auslassöffnung strömt. Durch die Reinigungswirkung auf das Abgas wird der Durchgang des Gases durch den keramischen Strukturkörper erschwert, weil die Teilchen sich in der Trennwand auf der Seite der Einlassöffnung sammeln und anreichern, wodurch allmählich eine Verstopfung entsteht. Daher muss der keramische Strukturkörper einer Behandlung unterzogen werden, um die auf der Trennwand angereicherten Teilchen, die zu einer Verstopfung führen, periodisch zu verbrennen und zu entfernen mittels einer Heizeinrichtung, beispielsweise einem Brenner, einem Erhitzer oder dgl. (nachstehend einfach als ”Regenerierung” bezeichnet).Therefore, when the exhaust gas flows through the above-mentioned ceramic structural body, the particulates (particulates) in the exhaust gas are retained and purified in the partition wall portion, while the exhaust gas flows from an end surface through the partition wall to the exhaust port. The cleaning action on the exhaust gas makes it difficult for the passage of the gas through the ceramic structural body because the particles collect and accumulate in the partition wall on the side of the inlet opening, thereby gradually causing clogging. Therefore, the ceramic structural body must be subjected to a treatment to periodically burn and remove the partition-wall-enriched particles leading to clogging by means of a heater such as a burner, a heater or the like (hereinafter simply referred to as "regeneration"). designated).

In dem oben genannten keramischen Strukturkörper tritt jedoch im Innern des Strukturkörpers als Folge einer lokalen Wärmeanreicherung, die einhergeht mit einem ungleichförmigen Erhitzungsverfahren und einem abnormen Verbrennen der Teilchen, eine ungleichförmige Temperaturverteilung auf, und es tritt ein Wärmeschock auf durch eine plötzliche Temperatur-Änderung des Abgases und dgl., sodass Wärmespannungen entstehen. Als Folge davon treten bei dem oben genannten keramischen Strukturkörper die Probleme auf, dass Risse entstehen und Verluste an geschmolzenem Material auftreten, was schließlich zu einem Bruch führt, wodurch das Einsammeln von Teilchen verhindert wird.In the above-mentioned ceramic structural body, however, a nonuniform temperature distribution occurs in the interior of the structural body as a result of localized heat accumulation associated with nonuniform heating and abnormal burning of the particles, and a thermal shock occurs due to a sudden change in temperature of the exhaust gas and the like, so that thermal stresses arise. As a result, in the above-mentioned ceramic structural body, there arise problems that cracks occur and losses of molten material occur, eventually leading to breakage, thereby preventing the collection of particles.

Dagegen wurde bisher als Mittel zur Lösung der oben genannten Probleme beispielsweise ein Verfahren zur Herabsetzung der thermischen Spannungen vorgeschlagen, die auf einen keramischen Strukturkörper einwirken, durch Aufteilen des keramischen Strukturkörpers in eine Vielzahl von keramischen Teilen bzw. Elementen in der Fläche senkrecht zur Achse oder in der Fläche parallel zu der Achse (vgl. JP-A-60-65219 ). Darüber hinaus wurde bereits ein aufgeteilter keramischer Strukturkörper mit verbesserten Eigenschaften in Bezug auf die Versiegelung des Abgases vorgeschlagen durch Einführen eines nicht-haftenden Abdichtungselements in einen Zwischenraum, der zwischen den benachbarten keramischen Teilen bzw. Elementen in diesem keramischen Strukturkörper vom unterteilten Typ entsteht (nachstehend als ”unterteilter keramischer Strukturkörper” bezeichnet) (vgl. JU-A-1-63715 ).On the other hand, as a means of solving the above-mentioned problems, for example, a method of reducing the thermal stress acting on a ceramic structural body has been proposed by dividing the ceramic structural body into a plurality of ceramic members in the surface perpendicular to the axis or in the surface parallel to the axis (see. JP-A-60-65219 ). Moreover, there has been proposed a split ceramic structural body having improved sealing properties of the exhaust gas by introducing a non-adhesive sealing member into a space formed between the adjacent ceramic members in this divided-type ceramic structural body (hereinafter referred to as "Subdivided ceramic structural body") (cf. JU-A-1-63715 ).

Bei den oben genannten jeweiligen Vorschlägen kann der aufgeteilte keramische Strukturkörper die thermischen Spannungen auflösen, die in einem aus einem Stück bestehenden keramischen Strukturkörper festzustellen sind als Folge der Verwendung des oben genannten Verschluss- bzw. Abdichtungselements. In the above-mentioned respective proposals, the divided ceramic structural body can dissolve the thermal stresses to be detected in a one-piece ceramic structural body as a result of using the above-mentioned sealing member.

Das Abdichtungselement ist jedoch nicht-haftend, sodass die keramischen Teile bzw. Elemente nicht fest miteinander verbunden werden können. Deshalb musste der oben genannte, nach dem konventionellen Verfahren unterteilte keramische Strukturkörper eine Druckkraft aufweisen, um diese keramischen Elemente miteinander zu vereinigen, um die Form eines aus einem Stück bestehenden Strukturkörpers aufrechtzuerhalten. Als Mittel, um diese Druckkraft zu erzeugen, wurde bisher eine Anordnung aus einem sich thermisch ausdehnenden Wärmeisolator oder die Verwendung des sich thermisch ausdehnenden Wärmeisolators als inneres Abdichtungselement verwendet.However, the sealing member is non-adherent, so that the ceramic parts or elements can not be firmly connected to each other. Therefore, the above-mentioned ceramic structural body divided by the conventional method had to have a pressing force to join these ceramic elements together to maintain the shape of a one-piece structural body. As means for generating this pressing force, an arrangement of a thermally expanding heat insulator or the use of the thermally expanding heat insulator has hitherto been used as the inner sealing member.

Das oben genannte nicht haftende Abdichtungselement und der sich thermisch ausdehnende Wärmeisolator weisen jedoch eine geringe Beständigkeit (Haltbarkeit) gegenüber der Wärme bei der Regenerierung und dem Auftreten wiederholter Oszillationen auf, die durch einen Verbrennungsmotor entstehen. Deshalb führt das Abdichtungselement zu einer Abnahme der Volumenschrumpfung und der Festigkeit unter Herabsetzung der Abdichtungseigenschaften, während als Folge des sich thermisch ausdehnenden Wärmeisolators das Problem auftritt, dass die Erholungskraft nach der Volumenexpansion schnell abnimmt.However, the above-mentioned non-adhesive sealing member and the thermally-expanding thermal insulator have poor durability against heat in regeneration and occurrence of repeated oscillations caused by an internal combustion engine. Therefore, the sealing member leads to a decrease in volumetric shrinkage and strength to lower the sealing properties, while as a result of the thermally expanding heat insulator, the problem arises that the recovery force after volume expansion rapidly decreases.

Deshalb nimmt bei dem oben genannten unterteilten keramischen Strukturkörper die Kraft zum Zusammenhalten einer Vielzahl von keramischen Teilen bzw. Elementen, die diesen Strukturkörper aufbauen, ab und er zerfällt und wird dispergiert durch den Druck des Abgases. Darüber hinaus ist es selbst dann, wenn ein Verstärkungselement an einer Stirnfläche an einer Auslassseite des Gases angeordnet ist, schwierig, den Abbau des Abdichtungselements zu verhindern, und es ist wünschenswert, die Beständigkeit (Haltbarkeit) zu verbessern.Therefore, in the above-mentioned divided ceramic structural body, the force for holding together a plurality of ceramic members constituting this structural body decreases, and it disintegrates and is dispersed by the pressure of the exhaust gas. Moreover, even if a reinforcing member is disposed on an end face on an outlet side of the gas, it is difficult to prevent the degradation of the seal member, and it is desirable to improve the durability.

Zur Bildung eines groß dimensionierten unterteilten keramischen Strukturkörpers ist insbesondere eine größere Druckkraft erforderlich, wobei die Kombination aus dem konventionellen nicht haftenden Abdichtungselement und dem sich thermisch ausdehnenden Wärmeisolator dies von Beginn an nicht schaffen kann, sodass kein Strukturkörper erhalten wird, welcher der Verwendung in der Praxis standhält.In particular, a larger compressive force is required for forming a large-sized divided ceramic structural body, and the combination of the conventional non-adhesive sealing member and the thermally-expanding thermal insulator can not do so from the beginning, so that no structural body is obtained which is practical in use withstand.

Unter den oben genannten Umständen haben die Erfinder bereits früher eine ”Abgasreinigungs-Vorrichtung und einen dafür geeigneten Strukturkörper” vorgeschlagen durch Verwendung einer Abdichtungsmasse, die besteht aus einer Keramikfaser, Siliziumcarbid-Pulver und einem anorganischen Bindemittel, durch Verbesserung der Abdichtungsmasse, das den unterteilten keramischen Strukturkörper aufbaut, als Mittel zur Überwindung der Probleme, die bei der oben genannten konventionellen Technik auftreten (vgl. die japanische Patentanmeldung Nr. 5-204 242 ).In the above-mentioned circumstances, the inventors have previously proposed an "exhaust gas purifying apparatus and structural body" by using a sealing compound composed of a ceramic fiber, silicon carbide powder and an inorganic binder by improving the sealing compound comprising the divided ceramic Structural body builds up as a means to overcome the problems that occur in the above-mentioned conventional technique (see Japanese Patent Application No. 5-204,242 ).

Nach diesem Vorschlag wird eine Vielzahl von keramischen Teilen bzw. Elementen durch eine solche Abdichtungsmasse miteinander verbunden, sodass es möglich ist, die Beständigkeit (Haltbarkeit) des unterteilten keramischen Strukturkörpers bis zu einem gewissen Grade zu verbessern.According to this proposal, a plurality of ceramic members are bonded together by such a sealant, so that it is possible to improve the durability of the divided ceramic structural body to some extent.

Die Abdichtungsmasse hat jedoch die Neigung, leicht eine Wanderung hervorzurufen (ein Phänomen, bei dem sich das Bindemittel beim Trocknen und bei der Entfernung eines Lösungsmittels bewegt), wenn sie zwischen die jeweiligen Keramikelemente eingefüllt und gehärtet wird. Deshalb wird die Abdichtungsschicht, die durch die Aushärtung der Abdichtungsmasse gebildet wird, spröde.However, the sealant tends to easily cause migration (a phenomenon in which the binder moves upon drying and removal of a solvent) when it is filled and hardened between the respective ceramic members. Therefore, the sealant layer formed by the curing of the sealant becomes brittle.

Das heißt, das anorganische Bindemittel, welches die oben genannte Abdichtungsmasse aufbaut, bewirkt, dass sich das Keramikelement mit der Abdichtungsschicht und einem Schnittpunkt von dreidimensional einander überkreuzenden Keramikfasern fest verbindet als ein wichtiges Element zur Entwicklung einer Spannungspuffer-Funktion der Abdichtungsschicht. Das anorganische Bindemittel wandert jedoch aus dem Innern der Abdichtungsschicht zu der Oberfläche der Verbindungsstelle zusammen mit dem Keramikelement durch die Wanderung, die beim Trocknen und Aushärten entsteht, wodurch die Bindungskraft an der Schnittstelle herabgesetzt wird, und dadurch wird die Festigkeit des keramischen Strukturkörpers selbst verringert, sodass die gewünschte Beständigkeit (Haltbarkeit) nicht in zufriedenstellender Weise erhalten werden konnte.That is, the inorganic binder constituting the above-mentioned sealant causes the ceramic member to firmly bond with the sealant layer and an intersection of three-dimensionally intersecting ceramic fibers as an important element for developing a stress buffering function of the sealant layer. However, the inorganic binder migrates from the inside of the sealant layer to the surface of the joint together with the ceramic member by the migration resulting from drying and curing, thereby lowering the bonding force at the interface, and thereby the strength of the ceramic structural body itself is lowered. so that the desired durability could not be obtained satisfactorily.

Außerdem bewegt sich das Siliziumcarbid-Pulver, welches die Abdichtungsmasse aufbaut, ebenfalls bei der oben genannten Wanderung, was eine Herabsetzung und Ungleichförmigkeit der Wärmeleitfähigkeit mit sich bringt, die zur Verringerung des Regenerierungs-Wirkungsgrades des keramischen Strukturkörpers führt.In addition, the silicon carbide powder constituting the sealant also moves in the above-mentioned migration, resulting in reduction and non-uniformity of thermal conductivity, which leads to reduction of the regeneration efficiency of the ceramic structural body.

Dagegen wird ein Verfahren zur Verbesserung der Haltbarkeit (Beständigkeit) des Strukturkörpers vorgeschlagen durch Kontrolle (Bekämpfung) der Wanderung. Dieses Verfahren dauert jedoch lang in Bezug auf die Trocknung und die Aushärtung der Abdichtungsmasse und es setzt in unerwünschter Weise die Produktivität herab. On the other hand, a method for improving durability (durability) of the structural body is proposed by controlling migration. However, this process takes a long time in terms of drying and curing of the sealant, and undesirably lowers productivity.

Wie oben angegeben, lässt der konventionelle unterteilte keramische Strukturkörper noch Raum für eine Verbesserung in Bezug auf die Beständigkeit (Haltbarkeit) und dgl. als keramischer Strukturkörper.As mentioned above, the conventional divided ceramic structural body still leaves room for improvement in durability and the like as a ceramic structural body.

Die Erfindung dient dazu, die oben genannten verschiedenen Probleme zu lösen, die bei der konventionellen Technik auftreten, und das Hauptziel der Erfindung besteht darin, die Materialeigenschaften, wie z. B. die Haftungseigenschaften einer Abdichtungsmasse bei Raumtemperatur und bei hoher Temperatur und dgl., zu verbessern.The invention serves to solve the above-mentioned various problems which occur in the conventional technique, and the main object of the invention is to improve the material properties, such. B. the adhesion properties of a sealing compound at room temperature and at high temperature and the like., To improve.

Ein weiteres der Erfindung besteht darin, die Haftungseigenschaften und die Wärmeleitfähigkeit der Abdichtungsmasse bei Raumtemperatur und hoher Temperatur zu verbessern unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Elastizität und Wärmebeständigkeit, um dadurch gleichzeitig sowohl die Beständigkeit (Haltbarkeit) als auch den Regenerierungswirkungsgrad des unterteilten keramischen Strukturkörpers zu verbessern.Another object of the present invention is to improve the adhesive properties and the heat conductivity of the sealant at room temperature and high temperature while maintaining the elasticity and heat resistance, thereby simultaneously improving both the durability and the regeneration efficiency of the divided ceramic structural body.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Die Erfindung liegt in der Verwendung einer (Ab)dichtungsmasse in einem keramischen Strukturkörper, um die Ab(Dichtungsmasse) zwischen einer Vielzahl von keramischen Elementen anzuordnen, um diese integral miteinander zu verbinden zur Bildung eines keramischen Strukturkörpers, die dadurch gekennzeichnet, dass die (Ab)Dichtungsmasse besteht mindestens aus einer anorganischen Faser, einem anorganischen Bindemittel, einem organischen Bindemittel und anorganischen Teilchen, wobei die anorganische Faser und die anorganischen Teilchen dreidimensional miteinander vernetzt sind und durch das anorganische Bindemittel und das organische Bindemittel wechselseitig miteinander verbunden sind.The invention resides in the use of a sealing compound in a ceramic structural body to arrange the Ab (sealant) between a plurality of ceramic elements to integrally join them together to form a ceramic structural body characterized in that the (Ab A sealant is composed of at least one of an inorganic fiber, an inorganic binder, an organic binder, and inorganic particles, wherein the inorganic fiber and the inorganic particles are three-dimensionally crosslinked with each other and mutually connected by the inorganic binder and the organic binder.

Die Abdichtungsmasse ist zweckmäßig ein elastisches Material, das hergestellt worden ist durch Verwendung von keramischen Fasern als anorganische Fasern, durch Verwendung eines kolloidalen Sols als anorganisches Bindemittel, durch Verwendung von Polysaccharid als organisches Bindemittel und durch Verwendung mindestens eines anorganischen Pulvers oder Faserkristalls (Whiskers), ausgewählt aus Carbiden und Nitriden, als anorganische Teilchen, und Mischen derselben miteinander. Insbesondere ist die Abdichtungsmasse zweckmäßig ein elastisches Material, das hergestellt worden ist durch Verwendung mindestens einer keramischen Faser, ausgewählt aus Siliziumdioxid-Aluminiumoxid, Mullit, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid, als anorganischer Faser, durch Verwendung mindestens eines kolloidalen Sols, ausgewählt aus Silicasol und Aluminasol, als anorganisches Bindemittel, durch Verwendung mindestens eines Polysaccharids, ausgewählt aus Polyvinylalkohol, Methylzellulose, Ethylzellulose und Carboxymethylzellulose, als organisches Bindemittel und durch Verwendung mindestens eines anorganischen Pulvers oder Faserkristalls (Whiskers), ausgewählt aus Siliziumcarbid, Siliziumnitrid und Bornitrid, als anorganische Teilchen. Insbesondere ist es zweckmäßig, dass es sich um ein elastisches Material handelt, das besteht aus Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Keramikfasern, Silicasol, Carboxymethylzellulose und Siliziumcarbid-Pulver.The sealant is suitably an elastic material prepared by using ceramic fibers as inorganic fibers, by using a colloidal sol as an inorganic binder, by using polysaccharide as an organic binder, and by using at least one inorganic powder or whisker; selected from carbides and nitrides, as inorganic particles, and mixing them together. In particular, the sealant composition is suitably an elastic material made by using at least one ceramic fiber selected from silica-alumina, mullite, alumina and silica, as inorganic fiber, by using at least one colloidal sol selected from silica sol and alumina sol as inorganic binder, by using at least one polysaccharide selected from polyvinyl alcohol, methyl cellulose, ethyl cellulose and carboxymethyl cellulose, as an organic binder and by using at least one inorganic powder or whisker selected from silicon carbide, silicon nitride and boron nitride as inorganic particles. In particular, it is desirable that it be an elastic material consisting of silica-alumina ceramic fibers, silica sol, carboxymethyl cellulose and silicon carbide powder.

Konkret weist die oben genannte Abdichtungsmasse zweckmäßig die folgende Zusammensetzung auf:

➀ In der keramischen Faser ist es zweckmäßig, dass der Gehalt an Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Faser 10~70 Gew.-%, vorzugsweise 10~40 Gew.-%, besonders bevorzugt 20~30 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt, beträgt, da dann, wenn der Gehalt weniger als 10 Gew.-% beträgt, der Effekt als elastischer Körper abnimmt, während dann, wenn er 70 Gew.-% übersteigt, die Wärmeleitfähigkeit abnimmt und auch der Effekt als elastischer Körper abnimmt.
➁ In dem kolloidalen Sol ist es zweckmäßig, dass der Gehalt an Siliziumdioxid-Sol (Silicasol) 1~30 Gew.-%, vorzugsweise 1~15 Gew.-%, besonders bevorzugt 5~9 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt, beträgt, weil dann, wenn der Gehalt weniger als 1 Gew.-% beträgt, die Haftfestigkeit abnimmt, und dann, wenn er 30 Gew.-% übersteigt, die Wärmeleitfähigkeit abnimmt.
➂ In dem Polysaccharid ist es zweckmäßig, dass der Gehalt an Carboxymethylzellulose 0,1~5,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,2~1,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,4~0,6 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt, beträgt, weil dann, wenn der Gehalt weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, die Wanderung nicht gesteuert (kontrolliert) werden kann, und dann, wenn er 5,0 Gew.-% übersteigt, das organische Bindemittel durch thermische Hysterese bei hoher Temperatur verbrennt und die Festigkeit abnimmt.
➃ In dem anorganischen Pulver oder Faserkristall (Whisker) ist es zweckmäßig, dass der Gehalt an Siliziumcarbid-Pulver 3~80 Gew.-%, vorzugsweise 10~60 Gew.-%, besonders bevorzugt 20~40 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt, beträgt, weil dann, wenn der Gehalt weniger als 3 Gew.-% beträgt, die Wärmeleitfähigkeit abnimmt, während dann, wenn er 80 Gew.-% übersteigt, die Haftfestigkeit bei hoher Temperatur abnimmt.
➄ Bei der keramischen Faser, welche die Abdichtungsmasse aufbaut, ist es zweckmäßig, dass die Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Keramikfaser einen Schmelzpartikel-Gehalt (shot content) von 1~10 Gew.-%, vorzugsweise von 1~5 Gew.-%, besonders bevorzugt von 1~3 Gew.-%, und eine Faserlänge von 0,1~100 mm, vorzugsweise von 0,1~50 mm, besonders bevorzugt von 0,1~20 mm, hat, da dann, wenn der Schmelzpartikel-Gehalt weniger als 1 Gew.-% beträgt, die Herstellung schwierig ist, während dann, wenn der Schmelzpartikel-Gehalt 10 Gew.-% übersteigt, die Wand eines Teils, das versiegelt (verschlossen) werden soll (keramisches Teil) beschädigt wird. Wenn andererseits die Faserlänge weniger als 0,1 mm beträgt, kann kein elastischer Strukturkörper gebildet werden, während dann, wenn sie 100 mm übersteigt, die Faser flauschig wird, wodurch die Dispersion der anorganischen Teilchen schlechter wird, und außerdem die Dicke der Abdichtungsmasse nicht niedrig gemacht werden kann, sodass die Wärmeleitfähigkeit zwischen den miteinander zu verbindenden Teilen abnimmt.
➅ Bei dem anorganischen Pulver oder Faserkristall (Whisker), das (der) die Abdichtungsmasse aufbaut, ist es zweckmäßig, dass die Teilchengröße des Siliziumcarbid-Pulvers 0,01~100 μm, vorzugsweise 0,1~15 μm, besonders bevorzugt 0,1~10 μm beträgt, weil dann, wenn die Teilchengröße 100 μm übersteigt, die Klebekraft (Haftfestigkeit) und die Wärmeleitfähigkeit abnehmen, während dann, wenn sie weniger als 0,01 μm beträgt, die Kosten unerwünscht hoch werden.

Concretely, the above-mentioned sealing compound expediently has the following composition:

➀ In the ceramic fiber, it is desirable that the content of silica-alumina fiber 10 ~ 70 wt .-%, preferably 10 ~ 40 wt .-%, particularly preferably 20 ~ 30 wt .-%, based on the solids content, is, because if the content is less than 10 wt .-%, the effect as an elastic body decreases, while if it exceeds 70 wt .-%, the thermal conductivity decreases and also the effect as an elastic body decreases.
➁ In the colloidal sol, it is desirable that the content of silica sol (silica sol) is 1~30 wt%, preferably 1~15 wt%, more preferably 5~9 wt%, based on the solids content, is because if the content is less than 1 wt .-%, the adhesive strength decreases, and when it exceeds 30 wt .-%, the thermal conductivity decreases.
➂ In the polysaccharide, it is desirable that the content of carboxymethylcellulose 0.1 ~ 5.0 wt .-%, preferably 0.2 ~ 1.0 wt .-%, particularly preferably 0.4 ~ 0.6 wt. %, based on the solids content, is because if the content is less than 0.1% by weight, the migration can not be controlled, and if it exceeds 5.0% by weight, the organic binder burns by thermal hysteresis at high temperature and the strength decreases.
➃ In the inorganic powder or whisker, it is desirable that the content of silicon carbide powder 3 ~ 80 wt .-%, preferably 10 ~ 60 wt .-%, particularly preferably 20 ~ 40 wt .-%, based on the solid content, because when the content is less than 3 wt%, the thermal conductivity decreases, whereas when it exceeds 80 wt%, the high temperature adhesive strength decreases.
In the ceramic fiber constituting the sealant, it is desirable that the silica-alumina ceramic fiber has a shot content of 1~10 wt%, preferably 1~5 wt%, particularly preferably from 1 ~ 3% by weight, and has a fiber length of 0.1 ~ 100 mm, preferably of 0.1 ~ 50 mm, more preferably of 0.1 ~ 20 mm, where, when the melt particle content is less than 1 wt%, the production is difficult, whereas when the melt particle content exceeds 10 wt%, the wall of a part to be sealed (ceramic part) is damaged. On the other hand, if the fiber length is less than 0.1 mm, no elastic structural body can be formed, while if it exceeds 100 mm, the fiber becomes fluffy, whereby the dispersion of the inorganic particles becomes inferior, and also the thickness of the sealing compound is not low can be made so that the thermal conductivity between the parts to be joined decreases.
➅ In the inorganic powder or whisker constituting the sealant, it is desirable that the particle size of the silicon carbide powder is 0.01~100 μm, preferably 0.1~15 μm, more preferably 0.1 ~ 10 μm, because if the particle size exceeds 100 μm, the adhesive force (adhesive strength) and the thermal conductivity decrease, whereas if it is less than 0.01 μm, the cost becomes undesirably high.

Die 1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Filter für eine Abgasreinigungsvorrichtung, in dem der keramische Strukturkörper verwendet wird.The 1 shows a perspective view of a filter for an exhaust gas purification device in which the ceramic structural body is used.

Die 2 zeigt eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht des Filters für die Abgasreinigungsvorrichtung, in dem der keramische Strukturkörper verwendet wird.The 2 shows a partially enlarged cross-sectional view of the filter for the exhaust gas purification device in which the ceramic structural body is used.

Die 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines keramischen Teils in dem Filter für die Abgasreinigungsvorrichtung.The 3 shows a perspective view of a ceramic part in the filter for the exhaust gas purification device.

Die 4 zeigt eine teilweise weggeschnittene vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie A-A der 3.The 4 shows a partially cutaway enlarged sectional view taken along the line AA of 3 ,

Die 5 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie B-B der 4.The 5 shows an enlarged sectional view taken along the line BB of 4 ,

Die 6 ist eine Darstellung, die einen Test zur Messung der Haftfestigkeit erläutert.The 6 Fig. 13 is a diagram explaining a test for measuring the adhesion strength.

Die 7 ist eine Darstellung, die einen Test zur Messung der Wärmeleitfähigkeit erläutert.The 7 is a diagram explaining a test for measuring the thermal conductivity.

Erfindungsgemäß stellen dar die Bezugsziffer 1 einen Filter für eine Abgasreinigungsvorrichtung, die Bezugsziffern 2 und 3 keramische Elemente bzw. Teile, die Bezugsziffer 4 eine Abdichtungsmasse und die Bezugsziffer 5 einen Wärmeisolator.In accordance with the invention represent the reference numeral 1 a filter for an exhaust gas purification device, the reference numerals 2 and 3 ceramic elements or parts, the reference numeral 4 a sealant and the reference numeral 5 a heat insulator.

Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen keramischen Strukturkörpers liegt im Aufbau einer (Ab)Dichtungsmasse, die eine Vielzahl von keramischen Teilen integral miteinander verbinden kann.An essential feature of the ceramic structural body according to the invention is the structure of a (Ab) sealant, which can connect a plurality of ceramic parts integrally with each other.

Konkret ist ein erster Punkt die Verbesserung der Beständigkeit (Haltbarkeit) des keramischen Strukturkörpers durch Verfilzung (Verhakung) der anorganischen Fasern mit dem organischen Bindemittel, welche die Dichtungsmasse aufbauen, um die Gleichförmigkeit der Struktur und die Bindungseigenschaften in einem Niedertemperatur-Bereich zu verbessern. Das heißt, ein wesentlicher Punkt besteht darin, dass es möglich ist, die dreidimensionale Bindung der anorganischen Fasern und die Fixierung der anorganischen Teilchen an den anorganischen Fasern aufrechtzuerhalten durch Verwendung eines organischen Bindemittels, das trocknen und aushärten kann, in einer frühen Stufe um das Auftreten einer Wanderung zu kontrollieren (zu steuern), wie sie bei einer konventionellen Abdichtungsmasse auftritt.Concretely, a first point is the improvement of the durability (durability) of the ceramic structural body by entanglement of the inorganic fibers with the organic binder constituting the sealant to improve the uniformity of the structure and the bonding properties in a low-temperature region. That is, an essential point is that it is possible to maintain the three-dimensional bonding of the inorganic fibers and the fixation of the inorganic particles to the inorganic fibers by using an organic binder capable of drying and curing at an early stage of occurrence to control (control) a migration, as occurs in a conventional sealing compound.

Die Abdichtungsmasse kann somit ein elastisches Material sein, das eine einheitliche Struktur und ausgezeichnete Haftungseigenschaften, eine ausgezeichnete Elastizität und Festigkeit aufweist. Als Folge davon weist der keramische Strukturkörper, der durch integrales Verbinden einer Vielzahl von keramischen Teilen unter Verwendung dieser Abdichtungsmasse hergestellt worden ist, eine ausreichende Haftfestigkeit auf, ohne dass eine Druckkraft von außen angewendet wird, und dadurch können gleichzeitig die thermischen Spannungen aufgelöst werden.The sealing compound may thus be an elastic material having a uniform structure and excellent adhesion properties, elasticity and strength. As a result, the ceramic structural body produced by integrally bonding a plurality of ceramic parts using this sealing compound has sufficient adhesive strength without applying an external pressure force, and at the same time, thermal stress can be dissipated.

Ein zweiter Punkt liegt darin, dass die Haftfestigkeit in einem Hochtemperatur-Bereich aufrechterhalten werden kann durch den Verhakungs- bzw. Verfilzungseffekt zwischen den anorganischen Fasern und dem anorganischen Bindemittel, welche die Dichtungsmasse aufbauen. Der Grund ist der, wie angenommen wird, dass das organische Bindemittel in dem Hochtemperatur-Bereich kalziniert und entfernt wird, jedoch das anorganische Bindemittel durch das Erhitzen in ein Keramikmaterial umgewandelt wird und dieses Keramikmaterial an den Schnittpunkten der anorganischen Fasern vorliegt und zur Entstehung von Bindungen zwischen den anorganischen Fasern und zwischen der anorganischen Faser und dem keramischen Teil beiträgt. Andererseits kann das anorganische Bindemittel die Haftfestigkeit auch in dem Niedertemperatur-Bereich durch Trocknen und Erhitzen beibehalten. A second point is that the adhesive strength in a high-temperature region can be maintained by the entanglement effect between the inorganic fibers and the inorganic binder constituting the sealant. The reason is believed to be that the organic binder is calcined and removed in the high-temperature region, but the inorganic binder is converted into a ceramic material by the heating and this ceramic material is present at the intersections of the inorganic fibers and bonds are formed between the inorganic fibers and between the inorganic fiber and the ceramic part. On the other hand, the inorganic binder can maintain the adhesive strength even in the low-temperature region by drying and heating.

Der keramische Strukturkörper, der ausgezeichnete Haftfestigkeiten im Niedertemperatur-Bereich und im Hochtemperatur-Bereich aufweist, kann daher gebildet werden aufgrund einer synergetischen Wirkung des organischen Bindemittels mit dem oben genannten Effekt der Verhakung (Verfilzung) der keramischen Fasern, beispielsweise derjenigen aus Siliziumdioxid-Aluminiumoxid, mit dem anorganischen Bindemittel, wie z. B. Siliziumdioxid-Sol (Silicasol).The ceramic structural body having excellent low-temperature and high-temperature adhesive strengths can therefore be formed due to a synergistic effect of the organic binder with the above-mentioned effect of entanglement of the ceramic fibers such as silica-alumina. with the inorganic binder, such as. For example, silica sol (silica sol).

Ein dritter Punkt liegt darin, dass die anorganischen Teilchen auf der Oberfläche der anorganischen Faser und der Oberfläche des anorganischen Bindemittels oder im Innern derselben vorliegen, wodurch die Wärmeleitfähigkeit des keramischen Strukturkörpers verbessert wird.A third point is that the inorganic particles are present on the surface of the inorganic fiber and the surface of the inorganic binder or in the interior thereof, thereby improving the thermal conductivity of the ceramic structural body.

Insbesondere kann durch die anorganischen Teilchen, wie z. B. aus Nitrid und Carbid, die Wärmeleitfähigkeit beträchtlich verbessert werden aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeitseigenschaften, die dem Nitrid und dem Carbid eigen sind.In particular, by the inorganic particles, such as. As nitride and carbide, the thermal conductivity can be considerably improved due to the good thermal conductivity properties that are intrinsic to the nitride and the carbide.

Die Abdichtungsmasse, welche die anorganischen Teilchen enthält, weist daher eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit auf und kann auf wirksame Weise das Brechen des keramischen Strukturkörpers verhindern, ohne dass ein Temperaturspitzenwert-Phänomen bei der Regenerierung hervorgerufen wird durch das Auffüllen der Zwischenräume, die beim Zusammenfügen der Vielzahl von keramischen Teilen entstehen, wenn die Abdichtungsmasse verwendet wird, beispielsweise als Filter für eine Abgasreinigungsvorrichtung. Darüber -hinaus kann das Auftreten von Rissen durch den Wärmezyklus verringert werden und der Randabschnitt des äußeren Umfangs des Filters kann in einer verhältnismäßig kurzen Zeit erhitzt werden, um den Regenerierungswirkungsgrad zu verbessern.Therefore, the sealing compound containing the inorganic particles has an excellent thermal conductivity and can effectively prevent the breakage of the ceramic structural body without causing a temperature peaking phenomenon in the regeneration by filling up the gaps formed in assembling the plurality of ceramic parts arise when the sealing compound is used, for example, as a filter for an exhaust gas purification device. Moreover, the occurrence of cracks by the heat cycle can be reduced, and the edge portion of the outer periphery of the filter can be heated in a relatively short time to improve the regeneration efficiency.

Nachstehend wird der keramische Strukturkörper näher beschrieben.Hereinafter, the ceramic structural body will be described in more detail.

Wenn der keramische Strukturkörper als Filter für eine Abgasreinigungsvorrichtung verwendet wird, ist die Abdichtungsmasse, die den Strukturkörper aufbaut, erforderlich, um ihm zusätzlich zu der Wärmebeständigkeit Elastizität, Wärmeleitfähigkeit, Verbindungs- bzw. Anschlusseigenschaften, Festigkeit und dgl. zu verleihen. Wenn die Elastizität ausgezeichnet ist, kann selbst dann, wenn eine thermische Spannung durch Erhitzen in dem Filter entsteht, diese thermische Spannung sicher abgebaut werden. Wenn die Wärmeleitfähigkeit ausgezeichnet ist, wird die Wärme eines Heizelements sofort und gleichmäßig über den gesamten Strukturkörper verteilt, wobei die Temperaturdifferenz in der Abgasreinigungsvorrichtung minimiert wird. Darüber hinaus wird dann, wenn die Verbindungs- bzw. Anschlusseigenschaften und die Festigkeit ausgezeichnet sind, die Haftung zwischen benachbarten, miteinander verbundenen keramischen Teilen ausgezeichnet und die Beständigkeit (Haltbarkeit) des keramischen Strukturkörpers selbst wird ausgezeichnet.When the ceramic structural body is used as a filter for an exhaust gas purification device, the sealing compound constituting the structural body is required to impart elasticity, thermal conductivity, connection properties, strength and the like in addition to the heat resistance. If the elasticity is excellent, even if a thermal stress arises by heating in the filter, this thermal stress can be surely degraded. When the thermal conductivity is excellent, the heat of a heating element is promptly and evenly distributed over the entire structural body, thereby minimizing the temperature difference in the exhaust gas purification device. Moreover, when the bonding properties and the strength are excellent, the adhesion between adjacent bonded ceramic parts becomes excellent and the durability of the ceramic structural body itself becomes excellent.

Die Erfindung liegt darin, dass der Aufbau der Abdichtungsmasse (des Abdichtungselements), die (das) die oben genannten Eigenschaften aufweist, ein elastischer Strukturkörper ist, der gebildet wird durch Verwendung von anorganischen Fasern, eines anorganischen Bindemittels, eines organischen Bindemittels und von anorganischen Teilchen und durch wechselseitiges Verbinden der sich dreidimensional überschneidenden anorganischen Fasern und anorganischen Teilchen durch das anorganische Bindemittel und das organische Bindemittel.The invention is that the structure of the sealant (seal member) having the above-mentioned properties is an elastic structural body formed by using inorganic fibers, an inorganic binder, an organic binder and inorganic particles and by mutually connecting the three-dimensionally intersecting inorganic fibers and inorganic particles with the inorganic binder and the organic binder.

Als anorganische Faser verwendbar sind eine keramische Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Faser, eine Mullit-Faser, eine Aluminiumoxid-Faser und eine Siliziumdioxid-Faser. Vorteilhaft ist insbesondere die keramische Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Faser, weil sie eine ausgezeichnete Elastizität aufweist und die Funktion hat, Wärmespannungen zu absorbieren.As the inorganic fiber, usable are a silica-alumina ceramic fiber, a mullite fiber, an alumina fiber and a silica fiber. Particularly advantageous is the silica-alumina ceramic fiber because it has excellent elasticity and has the function of absorbing thermal stress.

Als anorganisches Bindemittel ist ein kolloidales Sol geeignet, das beispielsweise umfasst Aluminiumoxid-Sol und Siliziumdioxid-Sol. Zweckmäßig ist insbesondere Siliziumdioxid-Sol, das als Klebstoff (anorganisches Bindemittel) fungiert. Dieses Siliziumdioxid-Sol ist leicht zugänglich und geeignet als Klebstoff im Hochtemperatur-Bereich, weil es sich beim Brennen leicht in SiO₂ umwandelt und ausgezeichnete Isoliereigenschaften hat.As the inorganic binder, a colloidal sol is suitable, which includes, for example, alumina sol and silica sol. Particularly suitable is silica sol, which is used as an adhesive ( inorganic binder). This silica sol is readily available and suitable as an adhesive in the high temperature range because it easily converts to SiO ₂ upon firing and has excellent insulating properties.

Als organisches Bindemittel geeignet ist ein hydrophiles organisches hohes Polymer und besonders bevorzugt ist insbesondere ein Polysaccharid. Konkret können genannt werden Polyvinylalkohol, Methylzellulose, Ethylzellulose, Carboxymethylzellulose und dgl. Unter ihnen ist die Carboxymethylzellulose besonders vorteilhaft, weil sie die Fließfähigkeit zum Zeitpunkt des Zusammenfügens gewährleistet (zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit beiträgt) und ein ausgezeichnetes Haftungsvermögen im Raumtemperatur-Bereich aufweist.Suitable as an organic binder is a hydrophilic organic high polymer, and particularly preferred is a polysaccharide. Specifically, polyvinyl alcohol, methyl cellulose, ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose and the like can be cited. Among them, the carboxymethyl cellulose is particularly advantageous because it ensures flowability at the time of assembly (contributes to the improvement of processability) and has excellent room-temperature adhesiveness.

Als anorganische Teilchen werden zweckmäßig anorganische Teilchen aus Carbid und/oder Nitrid, wie z. B. Siliziumcarbid, Siliziumnitrid und Bornitrid, verwendet. Diese Carbid- und Nitrid-Teilchen weisen eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auf und tragen zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit bei, wenn sie an der Oberfläche der Keramikfaser und an der Oberfläche und im Innern des kolloidalen Sols vorliegen. Beispielsweise beträgt die Wärmeleitfähigkeit von Siliziumcarbid 0,19 cal/cm.s.°C und die Wärmeleitfähigkeit von Bornitrid beträgt 0,136 cal/cm.s.°C, während die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumoxid etwa 0,08 cal/cm.s.°C beträgt, sodass selbstverständlich das Carbid und das Nitrid besonders wirksam sind in Bezug auf die Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit.As inorganic particles are useful inorganic particles of carbide and / or nitride, such as. As silicon carbide, silicon nitride and boron nitride used. These carbide and nitride particles have a very high thermal conductivity and contribute to the improvement of the thermal conductivity when they are present on the surface of the ceramic fiber and on the surface and in the interior of the colloidal sol. For example, the thermal conductivity of silicon carbide is 0.19 cal / cm.s. ° C and the thermal conductivity of boron nitride is 0.136 cal / cm.s. ° C, while the thermal conductivity of alumina is about 0.08 cal / cm.s. ° C is such that, of course, the carbide and the nitride are particularly effective in improving the thermal conductivity.

Unter den anorganischen Teilchen, den Carbid- und Nitrid-Teilchen, ist Siliziumcarbid in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit optimal. Bornitrid weist eine niedrigere Affinität gegenüber Keramikfasern auf als Siliziumcarbid. Das heißt, die Siliziumcarbid-Teilchen weisen alle Eigenschaften auf, nämlich Haftung, Wärmebeständigkeit, Beständigkeit gegen Wasser und Wärmeleitfähigkeit.Among the inorganic particles, the carbide and nitride particles, silicon carbide is optimal in terms of thermal conductivity. Boron nitride has a lower affinity for ceramic fibers than silicon carbide. That is, the silicon carbide particles have all the properties of adhesion, heat resistance, water resistance, and thermal conductivity.

Eine Ausführungsform, bei der der keramische Strukturkörper in einem Filter für eine Abgasreinigungsvorrichtung verwendet wird, die an einem Dieselmotor befestigt ist, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 1~5 näher beschrieben.An embodiment in which the ceramic structural body is used in a filter for an exhaust gas purification device attached to a diesel engine will be described below with reference to FIGS 1 ~ 5 described in more detail.

Die 1 zeigt einen Filter 1 für eine Abgasreinigungsvorrichtung, in welcher der keramische Strukturkörper verwendet wird, und die 2 zeigt eine partiell vergrößerte Schnittansicht des Filters. In diesen Figuren ist der Filter 1 für die Abgasreinigungsvorrichtung hergestellt durch integrales haftendes Verbinden von acht prismatischen keramischen Teilen 2 und vier keramischen Teilen 3 mit einem gleichseitigen rechtwinkligen Dreieck im Querschnitt mittels der Abdichtungsmasse bzw. Abdichtungselemente 4 (in einer Dicke von 1,5~3,0 mm) aus einem elastischen Material, die zwischen den jeweiligen Teilen angeordnet ist (sind).The 1 shows a filter 1 for an exhaust gas purification device in which the ceramic structural body is used, and the 2 shows a partially enlarged sectional view of the filter. In these figures, the filter is 1 for the exhaust gas purifier manufactured by integrally adhering eight prismatic ceramic parts 2 and four ceramic parts 3 with an equilateral right triangle in cross section by means of the sealing compound or sealing elements 4 (in a thickness of 1.5 ~ 3.0 mm) of an elastic material, which is arranged between the respective parts (are).

Die 3 bis 5 zeigen ein keramisches Teil 2, das einen Teil des Filters für die Abgasreinigungsvorrichtung darstellt. In diesen Figuren ist das keramische Teil 2 mit einer prismatischen Gestalt (33 mm × 33 mm × 150 mm) entlang seiner Längsachse mit durchgehenden Löchern (Durchgangsbohrungen) in regelmäßiger Anordnung mit einem etwa quadratischen Querschnitt versehen. Diese Durchgangsbohrungen 2a sind durch poröse Trennwände 2b mit einer Dicke von 0,3 mm voneinander getrennt. Jeweils ein Ende auf der Abgaseinlassseite und der -Auslassseite jedes der durchgehenden Löcher (Durchgangsbohrungen) 2a ist mit einem Abdichtungsstück 2c aus einem porösen Sinterkörper in Art eines schachbrettartigen Musters verschlossen. Infolgedessen werden Zellen C1, C2 gebildet, die nur auf einer der Einlass- und Auslassseiten des keramischen Teils 2 offen sind. Darüber hinaus kann sich ein Oxidationskatalysator, der aus einem Platinelement, einem anderen Metallelement oder einem Oxid davon besteht, auf den Trennwänden 2b der Zellen C1, C2 befinden, weil die Entzündungstemperatur der Teilchen durch den Katalysator herabgesetzt wird. Darüber hinaus hat das keramische Teil 3 den gleichen Aufbau wie das keramische Teil 2, jedoch mit der Ausnahme, dass der Querschnitt ein gleichseitiges rechtwinkliges Dreieck ist. Für den Fall, dass die keramischen Teile 2, 3 den Filter 1 für die Abgasreinigungsvorrichtung der Erfindung darstellen, wird ein mittlerer Porendurchmesser von 10 μm, eine Porosität von 43%, eine Dicke der Zellwand von 0,3 mm bzw. ein Zellenabstand von 1,8 mm eingestellt.The 3 to 5 show a ceramic part 2 , which forms part of the filter for the exhaust gas purification device. In these figures, the ceramic part 2 with a prismatic shape (33 mm × 33 mm × 150 mm) along its longitudinal axis with through holes (through holes) in a regular arrangement provided with an approximately square cross-section. These through holes 2a are through porous partitions 2 B separated by a thickness of 0.3 mm. One end each on the exhaust inlet side and the outlet side of each of the through holes (through holes) 2a is with a sealing piece 2c closed from a porous sintered body in the manner of a checkerboard pattern. As a result, cells C1, C2 are formed only on one of the inlet and outlet sides of the ceramic part 2 are open. In addition, an oxidation catalyst composed of a platinum element, another metal element or an oxide thereof may be formed on the partition walls 2 B cells C1, C2 are because the ignition temperature of the particles is lowered by the catalyst. In addition, the ceramic part has 3 the same structure as the ceramic part 2 , but with the exception that the cross-section is an equilateral right-angled triangle. In the event that the ceramic parts 2 . 3 the filter 1 For the exhaust gas purification device of the invention, an average pore diameter of 10 μm, a porosity of 43%, a cell wall thickness of 0.3 mm and a cell pitch of 1.8 mm are set, respectively.

Bei dieser Ausführungsform wird der Filter 1 für die Abgasreinigungsvorrichtung, welche die oben genannte Struktur hat, hergestellt zur Durchführung der Bewertung des Leistungsvermögens in dem Filter.In this embodiment, the filter 1 for the exhaust gas purification device having the above structure, made to perform the evaluation of the performance in the filter.

Beispiel 1 example 1

(1) 51.5% by weight of α-type silicon carbide powder and 22% by weight of β-type silicon carbide powder were wet-mixed, and the resulting mixture was added and kneaded with 6.5% by weight. % of an organic binder (methyl cellulose) and 20% by weight of water. Thereafter, small amounts of a plasticizer and a lubricant were added and kneaded, then the whole was molded by extrusion to obtain a honeycomb-shaped unfired green body (green compact).
(2) Thereafter, this green body was dried using a microwave dryer. Subsequently, the through holes were 2a the shaped body with a paste sealed to form a seal piece 2c from a porous sintered body and then the paste for the sealer 2c dried, again using the dryer. Thereafter, the dried molded article was degreased at 400 ° C, further fired in an argon atmosphere at 2200 ° C, wherein porous honeycomb ceramic parts 2 . 3 received.
(3) A sealant was prepared from a paste prepared by mixing and kneading 23.3 wt% of ceramic fibers (alumina-silicate ceramic fiber, melted pearl content 3 wt%, fiber length: 0.1 ~ 100 mm), 30.2 wt% of silicon carbide powder having an average particle size of 0.3 μm, 7 wt% of silica sol (SiO 2 conversion amount of sol: 30%) as an inorganic binder, 0 , 5 wt% carboxymethyl cellulose as an organic binder and 39 wt% water.
(4) The above-mentioned sealant was interposed between the respective ceramic parts 2 . 3 filled, dried and cured at 50 to 100 ° C × 1 h to produce a filter 1 in which the ceramic parts 2 . 3 with the sealing compound 4 had been joined to a unity, as in 1 shown.

Darüber hinaus konnte die oben genannte Abdichtungsmasse getrocknet und gehärtet werden, ohne dass eine Wanderung auftrat.In addition, the above-mentioned sealant could be dried and cured without hike occurred.

Beispiel 2Example 2

Dieses Beispiel ist im Prinzip das gleiche wie das Beispiel 1, es wurde jedoch die folgende Abdichtungsmasse anstelle derjenigen des Beispiels 1 verwendet.This example is basically the same as Example 1, but the following sealant was used instead of that of Example 1.

Die Abdichtungsmasse wurde hergestellt durch Mischen und Verkneten von 25 Gew.-% keramischen Fasern (Mullit-Fasern, Schmelzperlen-Gehalt 5 Gew.-%, Faserlänge: 0,1 bis 100 mm), 30 Gew.-% Siliziumnitrid-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1,0 μm, 7 Gew.-% Aluminiumoxid-Sol (Umwandlungsmenge des Aluminiumoxid-Sols: 20%) als einem anorganischen Bindemittel, 0,5 Gew.-% Polyvinylalkohol als einem organischen Bindemittel und 37,5 Gew.-% Alkohol.The sealant was prepared by mixing and kneading 25% by weight of ceramic fibers (mullite fibers, melted pearl content 5% by weight, fiber length: 0.1 to 100 mm), 30% by weight of silicon nitride powder having a 1.0 μm, 7% by weight of alumina sol (alumina sol conversion amount: 20%) as an inorganic binder, 0.5% by weight of polyvinyl alcohol as an organic binder and 37.5% by weight. % Alcohol.

Beispiel 3Example 3

Die Abdichtungsmasse wurde hergestellt durch Mischen und Verkneten von 23 Gew.-% Keramikfasern (Aluminiumoxid-Fasern, Schmelzperlengehalt 4 Gew.-%, Faserlänge: 0,1 bis 100 mm), 35 Gew.-% Bornitrid-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1 μm, 8 Gew.-% Aluminiumoxid-Sol (Umwandlungsmenge des Aluminiumoxid-Sols: 20%) als einem anorganischen Bindemittel, 0,5 Gew.-% Ethylzellulose als einem organischen Bindemittel und 35,5 Gew.-% Aceton.The sealant was prepared by mixing and kneading 23% by weight of ceramic fibers (alumina fibers, melt pearl content 4% by weight, fiber length: 0.1 to 100 mm), 35% by weight boron nitride powder having an average particle size of 1 μm, 8% by weight of alumina sol (conversion amount of the alumina sol: 20%) as an inorganic binder, 0.5% by weight of ethyl cellulose as an organic binder, and 35.5% by weight of acetone.

VergleichsbeispielComparative example

Dieses Beispiel ist im Prinzip das gleiche wie das Beispiel 1, wobei jedoch die folgende konventionelle Abdichtungsmasse anstelle der Abdichtungsmasse des Beispiels 1 verwendet wurde und außerdem ein äußerer Umfangsabschnitt des Filters 1 mit einem Wärmeisolator abgedeckt wurde (63 Gew.-% Keramikfaser, 7 Gew.-% α-Sepiolit, 20 Gew.-% nicht-geblähter Vermiculit und 10 Gew.-% eines organischen Bindemittels).This example is basically the same as Example 1 except that the following conventional sealant was used in place of the sealant of Example 1, and also outer peripheral portion of the filter 1 was covered with a heat insulator (63 wt .-% ceramic fiber, 7 wt .-% α-sepiolite, 20 wt .-% unexpanded vermiculite and 10 wt .-% of an organic binder).

Die Abdichtungsmasse wurde hergestellt in Form einer Paste oder einer Folie durch Mischen und Verkneten von 44,2 Gew.-% Keramikfaser (Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Faser, Schmelzperlen-Gehalt 2,7 Gew.-%, Faserlänge: 30 bis 100 mm), 13,3 Gew.-% Siliziumdioxid-Sol als einem anorganischen Bindemittel und 42,5 Gew.-% Wasser.The sealant was prepared in the form of a paste or a film by mixing and kneading 44.2% by weight of ceramic fiber (alumina-silica fiber, melt pearl content 2.7% by weight, fiber length: 30 to 100 mm), 13.3% by weight of silica sol as an inorganic binder and 42.5% by weight of water.

Beim Trocknen und Härten trat bei der oben genannten Abdichtungsmasse eine Wanderung auf.During drying and curing, a migration occurred in the above-mentioned sealing compound.

Die Bewertung der Eigenschaften der Filter 1, die in den Beispielen 1 bis 3 und in dem Vergleichsbeispiel hergestellt worden waren, wurde unter Anwendung des folgenden Verfahrens durchgeführt.The evaluation of the properties of the filters 1 Those prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example were carried out using the following procedure.

Messung der Haftfestigkeit in der Anfangsstufe und nach einem WärmezyklusMeasurement of adhesive strength in the initial stage and after a heat cycle

Wie in der 6 dargestellt, wurde ein Teststück, das drei keramischen Teilen entsprach, aus dem Filter 1 herausgeschnitten und auf ein zentrales keramisches Teil wurde eine Belastung einwirken gelassen, um die Belastung, welche die Ablösung bewirkt, zu bestimmen. Darüber hinaus wurde das Teststück einem Wärmezyklustest bei Raumtemperatur bis 900°C unterworfen, um das schnelle Erhitzen und Abkühlen von Raumtemperatur auf 900°C bei der praktischen Verwendung zu simulieren.Like in the 6 As shown, a test piece corresponding to three ceramic parts was taken out of the filter 1 A load was applied to a central ceramic part to determine the load which causes the detachment. In addition, the test piece was subjected to a heat cycle test at room temperature to 900 ° C to simulate rapid heating and cooling from room temperature to 900 ° C in practical use.

Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse, die für die Haftfestigkeit in der Anfangsstufe und nach dem Wärmezyklus (nach 100 Zyklen) zwischen den benachbarten keramischen Teilen 2, 3, die den Filter 1 aufbauen, gemessen wurden. Darüber hinaus wird angenommen, dass der Grund dafür, warum die Haftfestigkeit nach dem Wärmezyklus verbessert war, auf die Sinterwirkung von Siliziumdioxid durch Erhitzen auf 900°C zurückzuführen war. Tabelle 1 Haftfestigkeit in der Anfangsstufe Haftfestigkeit nach dem Wärmezyklus Beispiel 1 4,6 kg/cm² 7,6 kg/cm² Beispiel 2 4,5 kg/cm² 5,3 kg/cm² Beispiel 3 4,3 kg/cm² 5,6 kg/cm² Vergleichsbeispiel 1 2,3 kg/cm² 0,76 kg/cm² Table 1 shows the results for adhesion in the initial stage and after the heat cycle (after 100 cycles) between the adjacent ceramic parts 2 . 3 that the filter 1 build, have been measured. In addition, it is believed that the reason why the post-heat adhesion strength was improved was due to the sintering effect of silica by heating to 900 ° C. Table 1 Adhesive strength in the initial stage Adhesive strength after the heat cycle example 1 4.6 kg / cm ² 7.6 kg / cm ² Example 2 4.5 kg / cm ² 5.3 kg / cm ² Example 3 4.3 kg / cm ² 5.6 kg / cm ² Comparative Example 1 2.3 kg / cm ² 0.76 kg / cm ²

Messung der WärmeleitfähigkeitMeasurement of thermal conductivity

Wie in 7 darstellt, wurde ein Teststück entsprechend vier keramischen Teilen herausgeschnitten und auf seinem äußeren Umfang mit einem Wärmeisolator bedeckt und in eine Heizeinrichtung 6 eingeführt, um ein 20-minütiges Erhitzen durchzuführen. Die Temperaturdifferenz zwischen T1 und T2 wurde bestimmt.As in 7 1, a test piece corresponding to four ceramic pieces was cut out and covered on its outer periphery with a heat insulator and a heater 6 introduced to heat for 20 minutes. The temperature difference between T1 and T2 was determined.

Die Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse, die als Temperaturdifferenz zwischen T1 und T2, wie in 7 dargestellt, gemessen wurde für die Beispiele 1 bis 3 und das Vergleichsbeispiel. Tabelle 2 T1–T2 Temperaturdifferenz Beispiel 1 55°C Beispiel 2 65°C Beispiel 3 70°C Vergleichsbeispiel 1 180°C Table 2 shows the results obtained as the temperature difference between T1 and T2, as in 7 was measured for Examples 1 to 3 and Comparative Example. Table 2 T1-T2 temperature difference example 1 55 ° C Example 2 65 ° C Example 3 70 ° C Comparative Example 1 180 ° C

Wie aus den obigen Ergebnissen ersichtlich, weist der Filter, in dem der keramische Strukturkörper verwendet wird, eine sehr hohe Haftfestigkeit sowohl bei hoher Temperatur als auch bei Raumtemperatur auf und er weist ausgezeichnete Wärmezyklus-Eigenschaften auf, sodass bestätigt wurde, dass die Beständigkeit (Haltbarkeit) als Filter ausgezeichnet war.As apparent from the above results, the filter using the ceramic structural body has a very high adhesive strength at both high temperature and room temperature, and has excellent heat cycle properties, so that the durability (durability ) was excellent as a filter.

Außerdem weist dieser keramische Strukturkörper eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit auf, sodass das Auftreten einer Spitzentemperatur in dem keramischen Teil, das im Innern des Filters angeordnet ist, vermindert werden kann und auch die Temperaturerhöhungszeit des keramischen Strukturkörpers, der an dem Randabschnitt angeordnet ist, verkürzt werden kann und dadurch der Regenerierungswirkungsgrad gleichzeitig verbessert werden kann.In addition, this ceramic structural body has excellent thermal conductivity, so that the occurrence of a peak temperature in the ceramic part disposed inside the filter can be reduced and also the temperature raising time of the ceramic structural body disposed at the edge portion can be shortened and thereby the regeneration efficiency can be simultaneously improved.

Darüber hinaus ist der Aufbau des Filters 1, in dem der keramische Strukturkörper verwendet wird, nicht auf solche beschränkt, wie sie in den obigen Beispielen beschrieben sind, und der Aufbau kann beispielsweise wie folgt geändert werden:

(a) Die Anzahl der miteinander kombinierten keramischen Teile beträgt nicht notwendigerweise 12 wie in den Beispielen, sondern es ist jede beliebige Zahl möglich. In diesem Fall ist es natürlich möglich, keramische Teile mit unterschiedlichen Größen, Formen und dgl. in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren. Darüber hinaus ist die Verwendung eines Aufbaus, der durch Kombinieren von mehreren keramischen Teilen hergestellt worden ist, besonders vorteilhaft bei der Herstellung eines Filters für eine groß dimensionierte Abgasreinigungsvorrichtung.
(b) Der Filter 1 der obigen Beispiele kann angesehen werden als Teilstück eines so genannten großen Filters, der entlang der Längsachse in viele Teile unterteilt ist. Er kann daher angesehen werden beispielsweise als Teilstück des Filters in Form eines Doughnut, als Teilstück des Filters in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung und dgl.
(c) Es ist natürlich möglich, nicht nur die wabenförmigen keramischen Teile 2, 3, wie sie in den obigen Beispielen angegeben sind, zu verwenden, sondern es kann auch eine dreidimensionale Netzwerkstruktur, eine Schaumstruktur, eine Nudelstruktur, eine Faserstruktur und dgl. verwendet werden. Darüber hinaus kann das Material für die keramischen Elemente 2, 3 natürlich auch aus anderen Materialien als Siliziumcarbid ausgewählt werden.
(d) Im Falle der Herstellung des Filters 1 kann eine Heizeinrichtung zwischen den keramischen Teilen 2, 3 angeordnet sein. In diesem Fall ist die Heizeinrichtung nicht auf einen Metalldraht beschränkt. Das heißt, die Heizeinrichtung kann hergestellt werden nach einem Verfahren, wie z. B. durch Metallisierung, durch Aufdrucken einer elektrischen Leiterpaste, durch Zerstäuben oder dgl.

In addition, the structure of the filter 1 in which the ceramic structural body is used is not limited to those as described in the above examples, and the structure can be changed as follows, for example:

(a) The number of combined ceramic parts combined is not necessarily 12 as in the examples, but any number is possible. In this case, it is of course possible to suitably combine ceramic parts having different sizes, shapes and the like. Moreover, the use of a structure made by combining a plurality of ceramic parts is particularly advantageous in the production of a filter for a large-scale exhaust gas purification device.
(b) The filter 1 The above examples can be regarded as a section of a so-called large filter, which is divided into many parts along the longitudinal axis. It can therefore be considered, for example, as a portion of the filter in the form of a donut, as a portion of the filter in a direction perpendicular to the longitudinal direction and the like.
(c) It is of course possible, not only the honeycomb ceramic parts 2 . 3 as indicated in the above examples, but also a three-dimensional network structure, a foam structure, a noodle structure, a fiber structure and the like may be used. In addition, the material for the ceramic elements 2 . 3 Of course, be selected from materials other than silicon carbide.
(d) In the case of production of the filter 1 can be a heating device between the ceramic parts 2 . 3 be arranged. In this case, the heater is not limited to a metal wire. That is, the heater can be manufactured by a method such. Example by metallization, by printing an electrical conductor paste, by sputtering or the like.

Obgleich die vorstehenden Beispiele unter Bezugnahme auf den Fall der Verwendung des keramischen Strukturkörpers als Filter für eine Abgasreinigungsvorrichtung, die an einem Dieselmotor befestigt ist, beschrieben wurde, kann dieser keramische Strukturkörper beispielsweise auch als Wärmeaustauscher-Element oder als Filter zum Filtrieren eines Fluids bzw. einer Flüssigkeit bei hoher Temperatur oder von Dampf bei hoher Temperatur zusätzlich zu dem Filter für eine Abgasreinigungsvorrichtung verwendet werden.Although the above examples have been described with reference to the case of using the ceramic structural body as a filter for an exhaust gas purification device mounted on a diesel engine, this ceramic structural body may also be used, for example, as a heat exchange element or as a filter for filtering a fluid High-temperature liquid or high-temperature steam may be used in addition to the filter for an exhaust gas purification device.

Wie oben angegeben, ist der keramische Strukturkörper ausgezeichnet in Bezug auf die Haftfestigkeit, unabhängig von der Temperatur, und außerdem ist er ausgezeichnet in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit, sodass dann, wenn er als Filter für eine Abgasreinigungsvorrichtung verwendet wird, es möglich ist, die Regenerationszeit zu verkürzen und den Regenerations-Wirkungsgrad und die Beständigkeit (Haltbarkeit) zu verbessern.As stated above, the ceramic structural body is excellent in adhesive strength regardless of temperature, and is also excellent in thermal conductivity, so that when it is used as a filter for an exhaust gas purification device, it is possible to have the regeneration time to shorten and to improve the regeneration efficiency and the durability.

Claims

Use of a sealant suitable for placing the sealant between a plurality of ceramic members to integrally bond them together in a ceramic structural body, characterized in that the use comprises using a sealant which is at least one of is composed of an inorganic fiber, an inorganic binder, an organic binder and inorganic particles, wherein the inorganic fiber and the inorganic particles are three-dimensionally crosslinked with each other and mutually connected by the inorganic binder and the organic binder.

Use of a (ab) sealant according to claim 1, wherein a ceramic fiber as an inorganic fiber, a colloidal sol as an inorganic binder, a polysaccharide as an organic binder and at least one inorganic powder or fiber selected from a carbide and a nitride, as inorganic particles are used and the sealing means is an elastic material which has been prepared by mixing these components together.

Use of an (ab) sealant according to claim 1 or 2, wherein the ceramic fiber is at least one selected from silica-alumina, mullite, alumina and silica.

Use of a (down) sealant according to claim 2 or 3, wherein the colloidal sol is at least one selected from a silica sol and an alumina sol.

Use of an (ab) sealant according to any one of claims 2 to 4, wherein the polysaccharide is at least one selected from polyvinyl alcohol, methyl cellulose, ethyl cellulose and carboxymethyl cellulose.

Use of a sealant according to any one of claims 2 to 5, wherein at least one inorganic powder or a fiber selected from the carbide and the nitride is at least one such selected from a silicon carbide , a silicon nitride and a boron nitride.

Use of a sealant according to claim 2, wherein said sealant is made of a ceramic silica-alumina fiber, a silica sol, carboxymethyl cellulose and silicon carbide powder.

Use of a sealant according to claim 7, wherein the sealant comprises from 10 to 70% by weight of a silica-alumina ceramic fiber, from 1 to 30% by weight of a silica sol, from 0.1 to 5.0% by weight. % Carboxymethylcellulose and 3 to 80 wt .-% silicon carbide powder, based on the solids content exists.

Use of an (ab) sealant according to claim 7, wherein the silica-alumina fiber has a shot content of 1 to 10% by weight and a fiber length of 1 to 100 mm.

Use of a sealant according to claim 7, wherein said silicon carbide powder has a particle size of 0.01 to 100 μm.