WO2009144260A1 - Filtereinrichtung zur entfernung von partikeln aus einem gasstrom - Google Patents

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WO2009144260A1
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filter device
filter
aluminum titanate
glass
phase
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Johannes Galle
Jochen Linhart
Kathrin Lichtenwalter
Sabine Otterbach
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Mann+Hummel Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a
  • Such filter device for removing soot particles from a Ab ⁇
  • Such a filter device based on aluminum titanate Such a filter device based on aluminum titanate.
  • Such filters are for example in the exhaust aftertreatment
  • the cross-sectional shape of the wall flow filter depends on the installation requirements of the motor vehicle. Widely used are filter bodies with a round, elliptical or triangular cross-section.
  • the flow channels usually have a square or hexagonal cross section and are arranged in a narrow grid over the entire cross section of the filter body.
  • a diesel particulate filter ideally combines a low coefficient of thermal expansion, low pressure drop, high strength, and low cost. Problems that may arise with the use of cordierite include both low volumetric heat capacity and low thermal conductivity, which can result in unacceptably high temperatures or temperature peaks during operation, as well as low thermal stability. Furthermore, inorganic particles present in the diesel exhaust may react with the cordierite and cause filter failures, especially at so-called hotspots.
  • SiC silicon carbide
  • the processing requirements i.e., high temperatures, inert
  • Ceramic filter elements based on aluminum have recently been used.
  • Main component of each of the honeycomb segments comprises at least one of
  • Silicon carbide silicon nitride, cordierite, alumina, molybdenum, zirconium di ⁇
  • the coating material is selected from the group consisting of aluminum oxides, aluminum hydroxide, titanium dioxide, silicon dioxide, zirconium dioxide, cerium oxide, aluminum silicates, magnesium aluminum silicates, cordierite, molybdenum, silicon carbide, aluminum titanate, zeolites, quartz, glasses, mixtures and mixed oxides thereof.
  • the invention is based on the object, a filter for the removal of
  • the present invention solves this problem by providing a Fil ⁇
  • the filter consists of aluminum titanate to which a glass ceramic part is added
  • the single FIGURE shows a schematic representation of a Verbren ⁇
  • the figure shows a schematic representation of an internal combustion engine with a filter device according to the invention.
  • the internal combustion engine 10 is connected via an exhaust pipe 12, in which the filter device 14 according to the invention is arranged.
  • the filter device 14 soot particles are filtered out of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 12. This is especially necessary for diesel engines to comply with legal requirements.
  • the filter device according to the invention is not limited to use as a DPF, but quite generally as a gas filter, in particular for hot gas applications, for example. In industrial plants, can be used.
  • the filter device 14 includes in the illustrated embodiment, a cylindrical housing 16, in which, for example. A rotationally symmetrical, also a total cylindrical filter element 18 is arranged. Other housing types are also possible.
  • the filter element 18 is made of aluminum titanate to which is added a mineral phase consisting of alkali feld late and / or spinels.
  • glass ceramic used according to the invention is not glasses in the actual sense, but crystalline materials.
  • glass ramik comes from the production technology, because the mineral phase crystallizes out of the glass.
  • Glass-ceramic is the term for polycrystalline solids produced by ceramization, i.e., controlled devitrification of glasses. They are formed by heat treatment of a suitable glass in which crystals are thereby produced.
  • the filter element according to the invention consists of aluminum titanate and a glass ceramic, wherein the glass ceramic is the main phase.
  • the content of glass ceramic is between 0 and 95 wt .-%
  • the proportion of aluminum titanate is ⁇ 50 wt .-% and can be between 0 and 50 wt .-%.
  • the glass ceramic is composed, for example, of various lithium, and / or potassium and / or sodium aluminosilicates (cf further below).
  • the filter element according to the invention also consists of aluminum titanate and a glass ceramic, but the aluminum titanate is the main phase.
  • the content of aluminum titanate is between 0 and 95 wt .-%, the proportion of glass ceramic is ⁇ 50 wt .-%.
  • the glass ceramic is composed, for example, of various lithium, and / or potassium and / or sodium aluminosilicates (cf, below).
  • the glass-ceramic preferably has the following composition: alkalis 0-20% by weight; Alkaline earths 0-5% by weight; SiO 2 30-50% by weight; Al 2 O 3 30-50% by weight; TO2 0-20% by weight; Other 0-20% by weight. This is precisely the difference with previously known compositions. While similar compositions are used to achieve glass phases, according to the invention mineral phases are purposefully crystallized out of the glass phase. In the microstructure, lithium, potassium or sodium aluminosilicates crystallized from the glass phase are present, but none or virtually no glass phase.
  • the proportion of aluminum titanate is ⁇ 50% by weight, in addition there is one phase of the glass-ceramic (between 30 and 90%, depending on the other phases) and another mineral phase of other chemical compositions, e.g. Alkalifields or spinels, in the structure before.
  • the glass ceramics used according to the invention have due to their different properties (structure, design, material, melting range) suitable material properties for diesel particulate filter in terms of thermal expansion behavior, good thermal cycling and filter life.
  • glass-ceramics are known to have an extremely small (in the range of ⁇ 0-1.5) thermal expansion coefficient.
  • the thermal expansion of such a structure can be adjusted specifically.
  • the proportion of glass phase and mineral phase can be changed. This is a high proportion, in particular> 20%, preferably> 40%, aimed at a crystalline phase, since this has a very low thermal expansion.
  • the structure has no or only very small amounts of glass phase, the thermal expansion behavior improves significantly.
  • the mineral phase is crystallized from the glass in the present invention and is not present as a glassy phase.
  • Due to the low aluminum titanate content of ⁇ 50 wt .-% in certain embodiments is basically no Aluminimtitanat- material, but a glass ceramic material before.
  • the clearest distinction is the structure, which differs significantly from the previously known and used structures. This is not an aluminum titanate material with glass phase content, but a glass-ceramic material in which a certain proportion of aluminum titanate crystals is located.

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Abstract

Es wird eine Filtereinrichtung zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere von Partikeln aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Filterelement bereit gestellt, wobei das Filterelement aus Aluminiumtitanat besteht, dem eine weitere Phase zugegeben ist, die aus einer Glaskeramik besteht.

Description

Beschreibung
Filtereinrichtung zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom Technisches Gebiet [0001] Die Erfindung betrifft allgemein eine Filtereinrichtung zur Entfernung von
Partikeln aus einem Gasstrom. Insbesondere betrifft die Erfindung eine
solche Filtereinrichtung zur Entfernung von Rußpartikeln aus einem Ab¬
gasstrom einer Brennkraftmaschine. Ganz speziell betrifft die Erfindung
eine solche Filtereinrichtung auf der Basis von Aluminiumtitanat.
[0002] Derartige Filter werden zum Beispiel bei der Abgasnachbehandlung
selbstentzündender Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere in diesel¬
betriebenen Kraftfahrzeugen eingesetzt. Üblicherweise sind solche Filter
aus einem keramischen Material, zum Beispiel Cordierit oder Siliziumcar-
bid gefertigt. Keramische Körper aus Cordierit finden Verwendung in einer
Vielzahl von Hochtemperatur-Anwendungen, wie zum Beispiel katalyti-
schen Konvertern, NOx-Adsorbern, elektrisch geheizten Katalysatoren,
chemischen Prozesssubstraten und eben auch Dieselpartikelfilter.
[0003] Bei der Filtration von Dieselabgasen war Cordierit als kostengünstiges
Material, das einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf¬
weist, lange das Material der Wahl. Poröse Cordierit-Keramikfilter wurden
in Form von Wandflussfiltern seit den frühen 80er Jahren zur Entfernung
von Partikeln im Abgasstrom von Dieselmotoren verwendet.
[0004] Wandflussfilter besitzen in der Regel eine zylindrische Form mit zwei Stirn¬
flächen und einer Mantelfläche und werden von der ersten Stirnfläche zur zweiten Stirnfläche von einer Vielzahl von im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse liegenden Strömungskanälen für die Abgase von Dieselmotoren durchzogen. Die Querschnittsform der Wandflussfilter hängt von den Einbauerfordernissen am Kraftfahrzeug ab. Weit verbreitet sind Filterkörper mit rundem, elliptischem oder dreiecksförmigem Querschnitt. Die Strömungskanäle weisen meist einen quadratischen oder hexagonalen Querschnitt auf und sind in einem engen Raster über den gesamten Querschnitt der Filterkörper angeordnet.
[0005] Ein Dieselpartikelfilter (DPF) vereint idealerweise einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, einen geringen Druckabfall, hohe Festigkeit und geringe Kosten. Probleme, die bei der Verwendung von Cordie- rit auftauchen können, umfassen sowohl eine niedrige volumetrische Wärmekapazität und niedrige thermische Leitfähigkeit, was zu nicht akzeptablen hohen Temperaturen oder Temperaturspitzen während des Betriebs führen kann, als auch eine geringe thermische Beständigkeit. Des weiteren können im Dieselabgas vorhandene anorganische Partikel mit dem Cordierit reagieren und Filterausfälle, insbesondere an sog. Hotspots, hervorrufen.
[0006] Ein alternatives Material zu Cordierit bei der Herstellung von Diesel- Partikelfiltern ist Siliciumcarbid (SiC). Obwohl dieses Material sowohl eine hohe volumetrische Wärmekapazität als auch eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, besitzt es, als Ergebnis einer relativ hohen Wärmeaus- dehnung und eines hohen Elastizitätsmoduls auch eine schlechte Tempe¬
raturwechselbeständigkeit. Dies macht es notwendig, SiC-Filter zu seg¬
mentieren, um bei der Verwendung Ausfälle zu verhindern. Auch resultie¬
ren die Verarbeitungserfordernisse (d.h., hohe Temperaturen, Inertatmo¬
sphäre und Segmentation) in hohen Herstellungskosten.
[0007] In neuerer Zeit sind keramische Filterelemente auf der Basis von Alumini-
umtitanat bekannt geworden, die geeignete Eigenschaften zur Anwendung
bei hohen Temperaturen, wie z.B. Fahrzeug-Abgaskontrolle und Dieselab¬
gas-Nachbehandlungssysteme wie DPFs, aufweisen. Aluminiumtitanat ist
die stöchiometrische Mischphase von Aluminiumoxid und Titandioxid. Es
zeichnet sich aus durch eine niedrige Wärmeleitfähigkeit, einen sehr nied¬
rigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine damit verbundene sehr
hohe Temperaturwechselbeständigkeit.
Stand der Technik
[0008] Aus DE 602 17 084 T2 ist eine Wabenstruktur mit einer Vielzahl von Wa¬
bensegmenten bekannt, die zu einem Einheitskörper verbunden sind. Die
Hauptkomponente jedes der Wabensegmente umfasst zumindest eine aus
Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Cordierit, Aluminiumoxid, MuIMt, Zirkoniumdi¬
oxid, Zirkoniumphosphat, Aluminiumtitanat, Titandioxid und Kombinatio¬
nen davon.
[0009] Die DE 10 2006 040 739 A1 offenbart einen Filter zur Entfernung von Par¬
tikeln aus einem Gasstrom, insbesondere von Rußpartikeln aus einem Ab- gasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Filterkörper aus einem keramischen Filtersubstrat, wobei das Filtersubstrat mit einer porösen Schutzschicht aus einem Beschichtungsmaterial beschichtet ist. Das Beschichtungsmaterial ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxide, Aluminiumhydroxid, Titandioxid, Siliziumdioxid, Zirkondioxid, Ceroxid, Aluminiumsilikate, Magnesium-Aluminiumsilikate, Cordierit, MuIIi- te, Siliciumcarbid, Aluminiumtitanat, Zeolithe, Quarz, Gläser, Mischungen und Mischoxide daraus. Schließlich offenbart die WO 2005/046840 einen keramischen Körper zur Verwendung als DPF mit einer Zusammensetzung, die umfasst: 8(AI2O3TiO2) + b(CaO AI2O3-2SiO2) + c(SrO AI2O3-2SiO2) + d(BaO AI2O3-2SiO2) + e(3AI2O3-2SiO2) + f(AI2O3) + g(SiO2) + In(Fe2O3TiO2) + i(MgO-2TiO2), worin a, b, c, d, e, f, g, h, und i Gewichtsfraktionen jeder Komponente darstellen, so dass (a+b+c+d+e+f+g+h+i)=1 , und die folgenden Bedingungen erfüllt sind 0.5 < a < 0.95; 0 ≤ b ≤ 0,5; 0 < c < 0.5; 0 < d < 0.5; 0 < e < 0.5; 0 < f < 0.5; 0 < g < 0.1 ; 0 < h < 0.3; 0 ≤ i ≤ 0.3; b+d > 0,01. Es handelt sich hierbei um eine Mischung aus A- luminiumtitanat und einer Glasphase in einer Menge von > 5 Gew.-%, wobei es sich bei den Gläsern um solche aus Erdalkalien, Alkalien, Siliziumdioxid, Aluminiumdioxid, Alkali- und Erdalkaligläsern handelt. Des Weiteren enthält die Mischung eine Mineralphase, wie bspw. Barium-, Calcium- und Strontium-Feldspäte sowie optional Mullit. Nachteile der Barium-, CaI- cium- und Strontiumfeldspäte liegen in der hohen Sintertemperatur und
der schwierigen Verarbeitbarkeit. Calcium- und insbesondere Bariumver¬
bindungen sind sehr reizend, Strontiumverbindungen sind schwach radio¬
aktiv.
[0011] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filter zur Entfernung von
Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere ein Dieselpartikelfilter auf
der Basis von Aluminiumtitanat bereit zu stellen, das bei höheren Tempe¬
raturen einsetzbar ist, und bei dem eine bessere Beeinflussung der Mate¬
rialeigenschaften möglich ist und die Gefügeeigenschaften gut einstellbar
sind. Weitere Aufgaben liegen in der Bereitstellung einer höheren mecha¬
nischen Festigkeit und einer niedrigeren Wärmedehnung.
Offenbarung der Erfindung
[0012] Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellen eines Fil¬
ters zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere von
Partikeln aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, wobei
der Filter aus Aluminiumtitanat besteht, dem ein Glaskeramikanteil zuge¬
geben ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0013] Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Verbren¬
nungskraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung. Ausführungsform(en) der Erfindung
[0014] Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist über ein Abgasrohr 12 verbunden, in dem die erfindungsgemäße Filtereinrichtung 14 angeordnet ist. Mit der Filtereinrichtung 14 werden Rußpartikel aus dem im Abgasrohr 12 strömenden Abgas herausgefiltert. Dies ist insbesondere bei Dieselkraftmaschinen erforderlich, um gesetzliche Bestimmungen einzuhalten. Es ist darauf hinzuweisen, dass die erfindungsgemäße Filtereinrichtung nicht auf die Verwendung als DPF beschränkt ist, sondern ganz allgemein als Gasfilter, insbesondere für Heißgasanwendungen, bspw. in Industrieanlagen, eingesetzt werden kann.
[0015] Die Filtereinrichtung 14 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel ein zylindrisches Gehäuse 16, in dem bspw. ein rotationssymmetrisches, insgesamt ebenfalls zylindrisches Filterelement 18 angeordnet ist. Andere Gehäuseformen sind ebenfalls möglich. Das Filterelement 18 besteht aus Aluminiumtitanat, dem eine Mineralphase zugesetzt ist, die aus Alkalifeld- späten und/oder Spinellen besteht.
[0016] Bisher wurden bei Dieselpartikelfiltern auf Aluminiumtitanatbasis überwiegend Glasphasen als zusätzliche Phasen verwendet. Bei der erfindungsgemäß verwendeten Glaskeramik handelt es sich nicht um Gläser im eigentlichen Sinne, sondern um kristalline Werkstoffe. Der Begriff Glaske- ramik kommt aus der Herstellungstechnologie, da die Mineralphase aus dem Glas auskristallisiert.
[0017] Glaskeramik ist die Bezeichnung für polykristalline Festkörper, die durch Keramisierung, d.h., gesteuerte Entglasung von Gläsern hergestellt werden. Sie entstehen durch Wärmebehandlung eines geeigneten Glases, in welchem dadurch Kristalle erzeugt werden.
[0018] In einer ersten Ausführungsform besteht das erfindungsgemäße Filterelement aus Aluminiumtitanat und einer Glaskeramik, wobei die Glaskeramik die Hauptphase darstellt. Der Gehalt an Glaskeramik liegt zwischen 0 und 95 Gew.-%, der Anteil von Aluminiumtitanat beträgt < 50 Gew.-% und kann dabei zwischen 0 und 50 Gew.-% liegen. Die Glaskeramik setzt sich bspw. aus verschiedenen Lithium-, und/oder Kali- und/oder Natriumalumi- nosilikaten zusammen (vgl. weiter unten).
[0019] In einer zweiten Ausführungsform besteht das erfindungsgemäße Filterelement ebenfalls aus Aluminiumtitanat und einer Glaskeramik, wobei jedoch das Aluminiumtitanat die Hauptphase darstellt. Der Gehalt an Aluminiumtitanat liegt zwischen 0 und 95 Gew.-%, der Anteil an Glaskeramik beträgt < 50 Gew.-%. Auch in dieser Ausführungsform setzt sich die Glaskeramik bspw. aus verschiedenen Lithium-, und/oder Kali- und/oder Natri- umaluminosilikaten zusammen (vgl. weiter unten).
[0020] Die Glaskeramik weist vorzugsweise folgende Zusammensetzung auf: Alkalien 0-20 Gew.-%; Erdalkalien 0-5 Gew.-%; Siθ2 30-50 Gew.-%; AI2O3 30-50 Gew.-%; TO2 0-20 Gew.-%; Andere 0-20 Gew.-%. Gerade darin liegt der Unterschied zu bisher gekannten Zusammensetzungen. Während ähnliche Zusammensetzungen verwendet werden, um Glasphasen zu erzielen, werden erfindungsgemäß aus der Glasphase gezielt Mineralphasen auskristallisiert. Im Gefüge liegen daher aus der Glasphase auskristallisierte Lithium-, Kali- oder Natriumaluminosilikate, aber keine bzw. so gut wie keine Glasphase vor.
[0021] In einer dritten Ausführungsform der Erfindung liegt der Aluminiumtitanat- Anteil bei < 50 Gew.-%, zusätzlich liegen eine Phase der Glaskeramik (zwischen 30 und 90 %, abhängig von den anderen Phasen) und eine weitere Mineralphase anderer chemischer Zusammensetzungen, z.B. Al- kalifeldspäte oder Spinelle, im Gefüge vor.
[0022] Die erfindungsgemäße verwendeten Glaskeramiken weisen aufgrund ihrer andersartigen Eigenschaften (Struktur, Ausbildung, Material, Schmelzbereich) geeignete Werkstoffeigenschaften für Dieselpartikelfilter im Hinblick auf Wärmedehnungsverhalten, gute thermische Wechselbeständigkeit und Lebensdauer des Filters auf. Allgemein sind Glaskeramiken dafür bekannt, dass sie einen extrem kleinen (im Bereich von ~ 0 - 1 ,5 liegenden) Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen. Durch geeignete Maßnahmen lässt sich die Wärmedehnung eines solchen Gefüges gezielt einstellen. So kann bspw. durch Temperatursteuerung der Anteil der Glasphase und Mineralphase verändert werden. Dabei wird ein hoher Anteil, insbesondere > 20 %, bevorzugt > 40 %, an kristalliner Phase angestrebt, da dieser eine sehr niedrige Wärmeausdehnung besitzt.
[0023] Dadurch, dass das Gefüge keine oder nur sehr geringe Anteile an Glasphase aufweist, verbessert sich das Wärmedehnungsverhalten deutlich. Im Unterschied zu bekannten Herstellungsverfahren wird in der vorliegenden Erfindung die Mineralphase aus dem Glas auskristallisiert und liegt nicht als Glasphase vor.
[0024] Aufgrund des geringen Aluminiumtitanat-Gehalts von < 50 Gew.-% in bestimmten Ausführungsformen liegt im Grunde kein Aluminimtitanat- Werkstoff, sondern ein Glaskeramik-Werkstoff vor. Deutlichste Unterscheidung ist dabei das Gefüge, welches sich wesentlich von den bisher bekannten und verwendeten Gefügen unterscheidet. Es handelt sich hierbei nämlich nicht um einen Aluminiumtitanat-Werkstoff mit Glasphasenanteil, sondern um einen Glaskeramik-Werkstoff, in dem sich ein bestimmter Anteil an Aluminiumtitanat-Kristallen befindet.

Claims

Ansprüche
1. Filtereinrichtung (14) zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere von Partikeln aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Filterelement (18), wobei das Filterelement aus Aluminiumti- tanat besteht, dem eine weitere Phase zugegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Phase aus einer Glaskeramik besteht.
2. Filtereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Aluminiumtitanat < 50 Gew.-% beträgt.
3. Filtereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaskeramik in einer Menge von 0 bis 95 Gew.-% vorhanden ist.
4. Filtereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Aluminiumtitanat im Bereich von 0 bis 95 Gew.-% liegt.
5. Filtereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaskeramik in einer Menge von < 50 Gew.-% vorhanden ist.
6. Filtereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Aluminiumtitanat < 50 Gew.-% beträgt und dass zusätzlich eine weitere Mineralphase vorliegt.
7. Filtereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaskeramik die folgende Zusammensetzung aufweist: Alkalien 0-20 Gew.-%; Erdalkalien 0-5 Gew.-%; SiO2 30-50 Gew.-%; AI2O3 30-50 Gew.-%; TiO2 0-20 Gew.-%; Andere 0-20 Gew.-%.
8. Filtereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaskeramik hauptsächlich aus Lithium-, und/oder Kali-, und/oder Natriumaluminosilikaten besteht.
9. Dieselpartikelfilter, bestehend aus einem wabenförmigen Filterelement (18) mit wechselseitig verschlossenen Strömungskanälen, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement aus Aluminiumtitanat besteht, dem eine Glaskeramikphase zugegeben.
10. Dieselpartikelfilter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaskeramikphase eine Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 oder 8 aufweist.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9339791B2 (en) 2013-06-18 2016-05-17 Corning Incorporated Low thermal expansion aluminum titanate zirconium tin titanate ceramics
EP3122700A1 (de) * 2014-03-28 2017-02-01 Imerys Keramikstrukturen

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040092381A1 (en) * 2002-07-31 2004-05-13 Beall George H. Aluminum titanate-based ceramic article
US20060064957A1 (en) * 2004-09-29 2006-03-30 Ogunwumi Steven B Ceramic body based on aluminum titanate and including a glass phase
EP1666119A1 (de) * 2003-08-22 2006-06-07 Ohcera Co., Ltd. Wabenfilter zur reinigung von abgas und verfahren zu dessen herstellung
WO2008027422A1 (en) * 2006-08-29 2008-03-06 Corning Incorporated High porosity thermally shock resistant ceramic structures
US20090092786A1 (en) * 2005-11-16 2009-04-09 Geo2 Technologies, Inc. Fibrous aluminum titanate substrates and methods of forming the same

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6221756A (ja) * 1985-07-22 1987-01-30 日本碍子株式会社 チタン酸アルミニウム―ムライト系セラミック体の製造方法
US4758542A (en) * 1987-02-13 1988-07-19 W. R. Grace & Co. Low thermal expansion ZrTiO4 --Al2 TiO5 --ZrO2 compositions
DE68922193T4 (de) * 1988-12-02 1997-02-06 Ngk Insulators Ltd Keramische Stoffe für den Verbundguss und Verfahren zu ihrer Herstellung.
JP2845046B2 (ja) * 1992-08-06 1999-01-13 株式会社ブリヂストン 溶融ステンレス合金用セラミックフィルター
JPH06305828A (ja) * 1993-04-28 1994-11-01 Kawasaki Refract Co Ltd チタン酸アルミニウム複合材料及びその製造方法
JP3096814B1 (ja) * 1999-11-08 2000-10-10 勉 福田 チタン酸アルミニウム焼結体の製造方法
JP3489030B1 (ja) * 2002-04-26 2004-01-19 勉 福田 チタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法
CN100564316C (zh) * 2004-04-21 2009-12-02 陶氏环球技术公司 增强多孔陶瓷体的强度的方法和由其形成的陶瓷体
US20060021308A1 (en) * 2004-07-29 2006-02-02 Merkel Gregory A Mullite-aluminum titanate body and method for making same
JP2006096634A (ja) * 2004-09-30 2006-04-13 Hitachi Metals Ltd 多孔質セラミック体
PL2221287T3 (pl) * 2007-11-14 2015-12-31 Hitachi Metals Ltd Ceramiczna struktura typu plastra miodu, oparta na tytanianie glinu, sposób jej wytwarzania i sproszkowany materiał wyjściowy do jej wytwarzania

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040092381A1 (en) * 2002-07-31 2004-05-13 Beall George H. Aluminum titanate-based ceramic article
EP1666119A1 (de) * 2003-08-22 2006-06-07 Ohcera Co., Ltd. Wabenfilter zur reinigung von abgas und verfahren zu dessen herstellung
US20060064957A1 (en) * 2004-09-29 2006-03-30 Ogunwumi Steven B Ceramic body based on aluminum titanate and including a glass phase
US20090092786A1 (en) * 2005-11-16 2009-04-09 Geo2 Technologies, Inc. Fibrous aluminum titanate substrates and methods of forming the same
WO2008027422A1 (en) * 2006-08-29 2008-03-06 Corning Incorporated High porosity thermally shock resistant ceramic structures

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