DE102017002530A1

DE102017002530A1 - Wabenstruktur

Info

Publication number: DE102017002530A1
Application number: DE102017002530.4A
Authority: DE
Inventors: Hirotaka Yamamoto; Yudai KURIMOTO
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2017-09-28
Also published as: JP2017171553A; US20170274323A1; US10653998B2; CN107228000B; JP6622128B2; CN107228000A

Abstract

Eine Wabenstruktur 100 umfasst einen Wabenstrukturkörper 4, der poröse Trennwände 1 umfasst, die mehrere Zellen 2 definieren, die als Fluiddurchgänge dienen, die von einer Zulaufendfläche 11 zu einer Ablaufendfläche 12 verlaufen. Die Porosität der Trennwände 1 beträgt 45 bis 65%, die offene Frontfläche von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr beträgt 20 bis 40%, die Porendichte von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr beträgt 350 bis 1.000 Poren/mm2, und der mittlere Öffnungsdurchmesser der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr beträgt 40 bis 60 μm, wobei der mittlere Öffnungsdurchmesser der Mittelwert der äquivalenten Kreisdurchmesser ist.

Description

Die vorliegende Anmeldung ist eine Anmeldung, basierend auf JP-2016-61744 , eingereicht am 25. März 2016 beim japanischen Patentamt, deren gesamte Inhalte hierin durch Verweis aufgenommen sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wabenstruktur. Spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Wabenstruktur, die das Erhöhen der Ladungsmenge an Katalysator und das Verhindern des Anstiegs des Druckabfalls bei ihrer Verwendung ermöglicht.
Beschreibung des Standes der Technik
In den letzten Jahren hat das Bewusstsein für Umweltfragen in der gesamten Gesellschaft zugenommen. In dem technischen Gebiet, in dem Kraftstoff zum Erzeugen von Energie verbrannt wird, wurden verschiedene Techniken zum Entfernen schädlicher Komponenten wie Stickoxide aus dem Abgas, das beispielsweise erzeugt wird, wenn Kraftstoff verbrannt wird, entwickelt. Beispielsweise wurden zum Entfernen schädlicher Komponenten wie Stickoxide aus dem Abgas, das aus Fahrzeugmotoren ausgestoßen wird, verschiedene Techniken entwickelt. Zum Entfernen einer schädlichen Komponente in einem solchen Abgas wird typischerweise ein Katalysator verwendet, so dass die schädliche Komponente einer chemischen Reaktion zu einer anderen Komponente, die vergleichsweise harmlos ist, unterzogen wird. Als ein Katalysatorträger zum Laden des Katalysators zur Reinigung eines Abgases wird eine Wabenstruktur verwendet.
Als eine herkömmliche Wabenstruktur für einen solchen Zweck wurde eine Wabenstruktur, umfassend einen Wabenstrukturkörper, offenbart. Dieser Wabenstrukturkörper umfasst poröse Trennwände, die mehrere Zellen definieren, die als Fluiddurchgänge dienen, die von einer Zulaufendfläche zu einer Ablaufendfläche verlaufen (siehe beispielsweise Patentdokument 1). Patentdokument 1 offenbart eine Wabenstruktur, bei der die Porosität und der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwände innerhalb bestimmter Bereiche spezifiziert sind.

[Patentdokument 1] JP-A-2013-63422

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Abgasregelungen sind strenger geworden, und die Ladungsmenge an Katalysator, der auf eine Wabenstruktur geladen wird, die als ein Element für die Reinigung von Abgas verwendet wird, hat in den letzten Jahren zugenommen. Mit anderen Worten, um strengeren Abgasregelungen zu genügen, wurden eine erhöhte Ladungsmenge an Katalysator in der Wabenstruktur und die Verbesserung der Reinigungsleistung einer Wabenstruktur untersucht.
Wird eine herkömmliche Wabenstruktur mit Katalysator in einer solchen Menge beladen, dass strengere Abgasregelungen erfüllt werden, können die Durchgänge (d. h. Zellen), die von den Trennwänden definiert werden, sehr schmal werden, um den Druckabfall der Wabenstruktur zu erhöhen. Beispielsweise wird, wenn die in Patentdokument 1 offenbarte keramische Wabenstruktur mit Katalysator in einer solchen Menge beladen wird, dass strengere Abgasregelungen erfüllt werden, der Druckabfall merklich erhöht, wodurch in der Praxis Probleme verursacht werden.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf Probleme solcher herkömmlichen Technologien entwickelt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Wabenstruktur bereitgestellt, bei der die Ladungsmenge an Katalysator erhöht und eine Erhöhung des Druckabfalls bei ihrer Verwendung verhindert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Wabenstrukturen bereitgestellt.

[1] Eine Wabenstruktur umfasst einen Wabenstrukturkörper. Der Wabenstrukturkörper umfasst poröse Trennwände, die mehrere Zellen definieren, die als Fluiddurchgänge dienen, die von einer Zulaufendfläche zu einer Ablaufendfläche verlaufen. Die Porosität der Trennwände beträgt 45 bis 65%. Die offene Frontfläche von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr der Poren, die an den Oberflächen der Trennwände offen sind, beträgt 20 bis 40%. Die Porendichte von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr der Poren, die an den Oberflächen der Trennwände offen sind, beträgt 350 bis 1.000 Poren/mm². Der mittlere Öffnungsdurchmesser von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr der Poren, die an den Oberflächen der Trennwände offen sind, beträgt 40 bis 60 μm, wobei der mittlere Öffnungsdurchmesser ein Mittelwert der äquivalenten Kreisdurchmesser ist.
[2] Die Wabenstruktur gemäß [1], wobei die Rundheit von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr der Poren, die an den Oberflächen der Trennwände offen sind, 1,8 bis 4,0 beträgt.
[3] Die Wabenstruktur gemäß [1] oder [2], wobei die Dicke der Trennwand 89 bis 203 μm beträgt.
[4] Die Wabenstruktur gemäß einem von [1] bis [3], wobei die Zelldichte des Wabenstrukturkörpers 31 bis 140 Zellen/cm² beträgt.
[5] Die Wabenstruktur gemäß einem von [1] bis [4], wobei das Material der Trennwände mindestens ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cordierit, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid und Mullit, umfasst.
[6] Die Wabenstruktur gemäß einem von [1] bis [5], ferner umfassend einen Verschlussabschnitt, der so ausgebildet ist, dass er irgendein Ende der in dem Wabenstrukturkörper gebildeten Zellen verschließt.
[7] Die Wabenstruktur gemäß einem von [1] bis [6], wobei ein Katalysator zur Reinigung eines Abgases auf zumindest eines von den Oberflächen der Trennwände und den Poren der Trennwände des Wabenstrukturkörpers geladen ist.
[8] Die Wabenstruktur gemäß [7], die zum Reinigen von NOx, die in einem aus einem Automobil ausgestoßenen Abgas enthalten sind, verwendet wird.
[9] Die Wabenstruktur gemäß [7] oder [8], wobei der Katalysator ein Katalysator mit der Funktion selektiver katalytischer Reduktion ist.

Mit der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann die Ladungsmenge an Katalysator erhöht und eine Erhöhung des Druckabfalls bei ihrer Verwendung verhindert werden. Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung hat außerdem eine ausgezeichnete isostatische Festigkeit. Insbesondere ist die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände eine vorbestimmte Porosität haben und die offene Frontfläche, die Porendichte und der mittlere Öffnungsdurchmesser der Poren mit einer spezifizierten Größe reguliert werden. Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann effektiv den Druckabfall bei ihrer Verwendung verringern, selbst wenn eine vergleichsweise große Menge an Katalysator auf die Trennwände geladen wird. Demgemäß kann eine größere Menge an Katalysator auf die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung geladen werden, und die Struktur kann als ein Abgasreinigungselement mit ausgezeichneter Reinigungsleistung verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische Draufsicht, die eine Zulaufendfläche der in 1 gezeigten Wabenstruktur zeigt;
3 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie X-X' in 2;
4 ist ein REM-Bild einer aus einem Wabenstrukturkörper einer Wabenstruktur in Beispiel 1 herausgeschnittenen Probe; und
5 ist ein REM-Bild einer aus einem Wabenstrukturkörper einer Wabenstruktur in Vergleichsbeispiel 1 herausgeschnittenen Probe.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nunmehr beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt. Es versteht sich, dass Veränderungen, Verbesserungen und andere Modifikationen an den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen auf der Basis der gewöhnlichen Kenntnisse eines Fachmanns geeignet vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
(1) Wabenstruktur
Wie in 1 bis 3 gezeigt, ist eine Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Wabenstruktur 100, umfassend einen Wabenstrukturkörper 4, der poröse Trennwände 1 umfasst. Die porösen Trennwände 1 definieren mehrere Zellen 2, die als Fluiddurchgänge dienen, die von einer Zulaufendfläche 11 zu einer Ablaufendfläche 12 verlaufen.
Der in 1 bis 3 gezeigte Wabenstrukturkörper 4 umfasst eine Umfangswand 3, die so angeordnet ist, dass sie den Umfang der Trennwände 1, die die Zellen 2 definieren, umgibt. Hier ist 1 eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine schematische Draufsicht, die die Zulaufendfläche der in 1 gezeigten Wabenstruktur zeigt. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie X-X' in 2.
Die Wabenstruktur 100 ist dadurch gekennzeichnet, dass sie den Wabenstrukturkörper 4 mit der folgenden Struktur umfasst. Zunächst beträgt bei dem Wabenstrukturkörper 4 die Porosität der Trennwände 1 45 bis 65%. Die offene Frontfläche der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr der Poren, die an den Oberflächen der Trennwände 1 offen sind, beträgt 20 bis 40%. Die Porendichte der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr der Poren, die an den Oberflächen der Trennwände 1 offen sind, beträgt 350 bis 1.000 Poren/mm². Außerdem beträgt der mittlere Öffnungsdurchmesser von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr der Poren, die an den Oberflächen der Trennwände 1 offen sind, 40 bis 60 μm, wobei der mittlere Öffnungsdurchmesser ein Mittelwert der äquivalenten Kreisdurchmesser ist.
Mit der Wabenstruktur der Ausführungsform kann die Ladungsmenge an Katalysator erhöht und eine Erhöhung des Druckabfalls bei ihrer Verwendung verhindert werden. Die Wabenstruktur der Ausführungsform hat außerdem eine ausgezeichnete isostatische Festigkeit. Mit anderen Worten, die Wabenstruktur der Ausführungsform kann den Druckabfall bei ihrer Verwendung effektiv verringern, selbst wenn eine vergleichsweise große Menge Katalysator auf die Trennwände geladen wird. Daher kann eine große Menge Katalysator auf die Wabenstruktur der Ausführungsform geladen werden, und die Wabenstruktur kann als ein Abgasreinigungselement mit einer ausgezeichneten Reinigungsleistung verwendet werden.
Bei der Wabenstruktur der Ausführungsform handelt es sich bei der Porosität der Trennwände um Werte, die mit einem Quecksilberporosimeter gemessen werden. Das Quecksilberporosimeter umfasst Autopore 9500, hergestellt von Micromeritics. Die Porosität der Trennwände kann mit der folgenden Verfahrensweise gemessen werden. Zunächst wird eine Probe mit einer Länge von 10 mm, einer Breite von 10 mm und einer Höhe von 10 mm aus einer Wabenstruktur geschnitten. Dann wird das Porenvolumen der Probe durch Quecksilberporosimetrie gemessen, und die Porosität der Trennwände wird aus dem gemessenen Porenvolumen berechnet. Ist die Porosität der Trennwände kleiner als 45%, erhöht sich der Druckabfall der Wabenstruktur, auf die der Katalysator geladen wurde, merklich, obwohl die anderen Anforderungen an die Wabenstruktur der Ausführungsform erfüllt sind. Übersteigt die Porosität der Trennwände 65%, verschlechtert sich die isostatische Festigkeit der Wabenstruktur, obwohl die anderen Anforderungen erfüllt sind. Die Porosität der Trennwände beträgt 45 bis 65%, vorzugsweise 45 bis 60% und besonders bevorzugt 45 bis 55%.
In der vorliegenden Spezifikation wird der „äquivalente Kreisdurchmesser” als der Durchmesser eines Kreises mit derselben Fläche wie der Öffnungsbereich einer Pore bezeichnet. Beispielsweise wird, wenn eine Pore ein offenes Ende hat, das kein Kreis ist, die Fläche des offenen Endes der Pore an einer Trennwandoberfläche bestimmt, und dann wird der äquivalente Kreisdurchmesser der Pore als das Zweifache der Quadratwurzel des Quotienten der Fläche, geteilt durch die Kreiskonstante, berechnet.
Der äquivalente Kreisdurchmesser einer Pore kann mit der folgenden Verfahrensweise bestimmt werden. Zunächst wird eine Messprobe mit einer Länge von 20 mm, einer Breite von 20 mm und einer Höhe von 20 mm aus einem Wabenstrukturkörper geschnitten. REM-Bilder werden in drei zufälligen Sichtfeldern auf der Oberfläche einer Trennwand der Probe unter einem Rasterelektronenmikroskop (REM) aufgenommen. Die Größe eines Sichtfeldes bilden die Breite zwischen Trennwänden und eine Länge von 2 mm in der Zellenverlaufsrichtung. Die fotografische Vergrößerung ist nicht auf bestimmte Werte beschränkt und beträgt bevorzugt das 60-Fache. Als nächstes wird jedes aufgenommene Bild durch Bildanalyse in Hohlraumabschnitte (d. h. Porenabschnitte) und andere Abschnitte als die Hohlräume (d. h. tatsächliche Trennwandabschnitte) binarisiert. Die Fläche jedes Hohlraumabschnitts wird bestimmt. Aus der bestimmten Fläche wird der äquivalente Kreisdurchmesser jedes Hohlraumabschnitts berechnet. Als das Rasterelektronenmikroskop kann S-3400N (Handelsname), hergestellt von Hitachi High-Technologies, verwendet werden. Die Bildanalyse des aufgenommenen Bildes kann beispielsweise unter Verwendung einer Bildverarbeitungssoftware, Image-Pro Plus (Handelsname), hergestellt von Media Cybernetics, durchgeführt werden.
Bei der Wabenstruktur der Ausführungsform klassifiziert das obige Verfahren die Poren, die an der Trennwandoberfläche offen sind, als Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr und Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von weniger als 10 μm. Die Wabenstruktur der Ausführungsform ist so ausgebildet, dass die offene Frontfläche, die Porendichte und der mittlere Öffnungsdurchmesser der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr auf spezielle Werte geregelt werden.
Bei der Wabenstruktur der Ausführungsform beträgt die offene Frontfläche der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr 20 bis 40%. Beträgt die offene Frontfläche weniger als 20%, erhöht sich der Druckabfall einer mit Katalysator beladenen Wabenstruktur merklich, obwohl die anderen Anforderungen erfüllt sind. Übersteigt die offene Frontfläche 40%, verschlechtert sich die isostatische Festigkeit einer Wabenstruktur, obwohl die anderen Anforderungen erfüllt sind. Die offene Frontfläche der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr beträgt 20 bis 40%, vorzugsweise 20 bis 35% und besonders bevorzugt 25 bis 35%.
Die offene Frontfläche der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr kann unter Verwendung des Bildanalyseergebnisses zur Bestimmung des äquivalenten Kreisdurchmessers von Poren erhalten werden. Beispielsweise wird in jedem Bild von drei Sichtfeldern zur Bestimmung des äquivalenten Kreisdurchmessers von Poren die Fläche der Hohlraumabschnitte, die den „Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr” entsprechen, bestimmt. Die „offene Frontfläche der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr” wird als der prozentuale Anteil der bestimmten Fläche der Hohlraumabschnitte, geteilt durch die Fläche des gesamten Bildes, berechnet. Hier ist die offene Frontfläche der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr der arithmetische Mittelwert der offenen Frontflächen in den jeweiligen REM-Bildern.
Bei der Wabenstruktur der Ausführungsform beträgt die Porendichte der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr 350 bis 1.000 Poren/mm². Die „Porendichte der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr” wird als die Anzahl der Poren, die einen äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr haben und offen sind, pro 1 mm² in einer Trennwandoberfläche bezeichnet. Beträgt die Porendichte weniger als 350 Poren/mm², erhöht sich der Druckabfall einer mit Katalysator beladenen Wabenstruktur merklich, obwohl die anderen Anforderungen erfüllt sind. Übersteigt die Porendichte 1.000 Poren/mm², verschlechtert sich die isostatische Festigkeit einer Wabenstruktur, obwohl die anderen Anforderungen erfüllt sind. Die Porendichte der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr beträgt 350 bis 1.000 Poren/mm², vorzugsweise 400 bis 900 Poren/mm² und besonders bevorzugt 500 bis 600 Poren/mm².
Die Porendichte der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr kann unter Verwendung des Bildanalyseergebnisses zur Bestimmung des äquivalenten Kreisdurchmessers der Poren bestimmt werden. Beispielsweise wird in jedem Bild von drei Sichtfeldern zur Bestimmung des äquivalenten Kreisdurchmessers der Poren die Anzahl der Hohlraumabschnitte, die „den Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr” entsprechen, bestimmt. Die „Porendichte der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr” wird als die bestimmte Anzahl der Hohlraumabschnitte, geteilt durch die Fläche (mm²) des gesamten Bildes, berechnet. Hier ist die Porendichte der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr der arithmetische Mittelwert der Porendichten in den jeweiligen REM-Bildern.
Bei der Wabenstruktur der Ausführungsform beträgt der mittlere Öffnungsdurchmesser der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr 40 bis 60 μm, wobei der mittlere Öffnungsdurchmesser der Mittelwert der äquivalenten Kreisdurchmesser ist. Hierin nachstehend wird der „mittlere Öffnungsdurchmesser von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr, wobei der mittlere Öffnungsdurchmesser der Mittelwert der äquivalenten Kreisdurchmesser ist,” einfach als der „mittlere Öffnungsdurchmesser von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr” bezeichnet. Der „mittlere Öffnungsdurchmesser von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr” kann mit der folgenden Verfahrensweise bestimmt werden. Zunächst werden die äquivalenten Kreisdurchmesser von Poren, die an einer Trennwandoberfläche offen sind, mit dem obigen Verfahren bestimmt. Auf der Basis der bestimmten äquivalenten Kreisdurchmesser wird ein Diagramm erstellt, bei dem die vertikale Achse eine kumulative Fläche (%) von Poren ist, die an der Trennwandoberfläche offen sind, und die horizontale Achse ein äquivalenter Kreisdurchmesser (μm) ist. In dem erstellten Diagramm ist der Wert des äquivalenten Kreisdurchmessers (μm) von Poren an der kumulativen Fläche, die 50% der gesamten Porenfläche entspricht, der „mittlere Öffnungsdurchmesser der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr”. Die kumulative Fläche, die 50% der gesamten Porenfläche entspricht, ist der Wert, bei dem der Wert der vertikalen Achse, die die kumulative Fläche darstellt, in dem Diagramm 50% beträgt.
Beträgt der mittlere Öffnungsdurchmesser von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr weniger als 40 μm, kann ein Katalysator nur schwer durch die Poren in die Trennwände dringen, obwohl die anderen Anforderungen erfüllt sind. Wird eine festgesetzte Menge Katalysator auf eine solche Wabenstruktur geladen, wird eine große Menge des Katalysators auf die Trennwandoberfläche geladen, und der Druckabfall der Wabenstruktur erhöht sich merklich. Übersteigt der mittlere Öffnungsdurchmesser 60 μm, verschlechtert sich die isostatische Festigkeit einer Wabenstruktur, obwohl die anderen Anforderungen erfüllt sind. Der mittlere Öffnungsdurchmesser der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr beträgt 40 bis 60 μm, vorzugsweise 45 bis 55 μm und besonders bevorzugt 50 bis 55 μm.
Bei der Wabenstruktur der Ausführungsform beträgt die Rundheit von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr der Poren, die an den Oberflächen der Trennwände offen sind, vorzugsweise 1,8 bis 4,0. Die Rundheit von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr wird mit der folgenden Verfahrensweise berechnet. Zunächst wird der Öffnungsbereich einer Pore P, deren Rundheit erhalten werden soll, als A₀ betrachtet, und die Konturlänge der Pore wird als L betrachtet. Die Fläche eines Kreises mit einer Umfangslänge gleich der Konturlänge L wird als A₁ betrachtet. Die Rundheit der Pore P kann gemäß A₁/A₀ bestimmt werden. Die Rundheit von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr kann unter Verwendung des Bildanalyseergebnisses zur Bestimmung des äquivalenten Kreisdurchmessers der Poren bestimmt werden. Beispielsweise wird in jedem Bild von drei Sichtfeldern zur Bestimmung des äquivalenten Kreisdurchmessers der Poren die Rundheit eines Hohlraumabschnitts, der „Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr” entspricht, mit dem obigen Verfahren bestimmt. Der erhaltene Wert ist die Rundheit jeder Pore. Hier ist die Rundheit von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr der arithmetische Mittelwert der Rundheiten der jeweiligen „Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr” in den REM-Bildern.
Beträgt die Rundheit von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr weniger als 1,8, verringert sich die Kontaktfläche zwischen Abgas und Katalysator, obwohl die anderen Anforderungen erfüllt sind, und daher ist ein solcher Zustand unvorteilhaft. Übersteigt die Rundheit von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr 4,0, kann sich der Druckabfall einer Wabenstruktur erhöhen, obwohl die anderen Anforderungen erfüllt sind, und daher ist ein solcher Zustand unvorteilhaft. Die Rundheit von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr beträgt stärker bevorzugt 1,8 bis 3,0 und besonders bevorzugt 1,8 bis 2,5.
Bei der Wabenstruktur der Ausführungsform beträgt die Dicke der Trennwände vorzugsweise 89 bis 203 μm, stärker bevorzugt 114 bis 203 μm und besonders bevorzugt 114 bis 140 μm. Beträgt die Dicke der Trennwände weniger als 89 μm, kann sich die isostatische Festigkeit eines Wabenstrukturkörpers verschlechtern. Außerdem verringert sich die Menge an Katalysator, die in die Poren der Trennwände geladen werden kann, und der Druckabfall einer Wabenstruktur kann sich erhöhen, wenn Katalysator in einer Menge geladen wird, die eine bestimmte Menge übersteigt. Übersteigt die Dicke der Trennwände 203 μm, kann sich durch die übermäßige Dicke der Trennwände der Druckabfall zum Zeitpunkt der Verwendung erhöhen.
Bei der Wabenstruktur der Ausführungsform beträgt die Zelldichte vorzugsweise 31 bis 140 Zellen/cm², stärker bevorzugt 47 bis 93 Zellen/cm² und besonders bevorzugt 47 bis 62 Zellen/cm². Beträgt die Zelldichte weniger als 31 Zellen/cm², kann sich die Reinigungsleistung einer Wabenstruktur, die als ein Katalysatorträger verwendet wird, verschlechtern. Übersteigt die Zelldichte 140 Zellen/cm², kann sich der Druckabfall zum Zeitpunkt der Verwendung erhöhen.
Es gibt keine spezielle Einschränkung hinsichtlich des Materials des Wabenstrukturkörpers. Das Material für die Trennwände des Wabenstrukturkörpers umfasst Keramik. Insbesondere werden bei der Wabenstruktur der Ausführungsform die Trennwände vorzugsweise aus mindestens einem Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cordierit, Siliciumcarbid, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid und Mullit, gebildet. Die Trennwände werden stärker bevorzugt aus mindestens einem Material aus Cordierit, Aluminiumtitanat und Siliciumcarbid gebildet. Die Komponente der Trennwände enthält besonders bevorzugt 85 Masse-% oder mehr Cordierit.
Es gibt keine spezielle Einschränkung hinsichtlich der Zellenform der in dem Wabenstrukturkörper gebildeten Zellen. Die Zellenform der Zellen im Querschnitt senkrecht zur Verlaufsrichtung der Zellen kann eine polygonale Form, eine Kreisform und eine elliptische Form umfassen. Die polygonale Form kann eine dreieckige Form, eine viereckige Form, eine fünfeckige Form, eine sechseckige Form und eine achteckige Form umfassen. Was die Zellenform anbelangt, können alle Zellen dieselbe Form haben, oder die Zellen können jeweils unterschiedliche Formen haben. Beispielsweise können viereckige Zellen und achteckige Zellen gemischt werden. Was die Größe der Zellen anbelangt, können alle Zellen dieselbe Größe haben, oder die Zellen können jeweils unterschiedliche Größen haben. Beispielsweise können von mehreren Zellen einige Zellen eine größere Größe haben, und die anderen Zellen können eine kleinere Größe haben.
Es gibt keine spezielle Einschränkung hinsichtlich der Form eines Wabenstrukturkörpers. Die Form des Wabenstrukturkörpers kann eine Säulenform umfassen, bei der die Zulaufendfläche und die Ablaufendfläche eine Kreisform, eine elliptische Form, eine polygonale Form umfassen. Beispielsweise ist, wenn die Zulaufendfläche und die Ablaufendfläche eine Kreisform haben, die Form des Wabenstrukturkörpers eine runde Säulenform. Die polygonale Form umfasst eine viereckige Form, eine fünfeckige Form, eine sechseckige Form, eine siebeneckige Form und eine achteckige Form.
Die Größen des Wabenstrukturkörpers, beispielsweise die Länge von der Zulaufendfläche zur Ablaufendfläche, und die Größen eines Querschnitts senkrecht zur Zellenverlaufsrichtung in dem Wabenstrukturkörper sind nicht auf bestimmte Werte beschränkt. Jede Größe kann geeignet eingestellt werden, so dass die optimale Reinigungsleistung erreicht wird, wenn die Wabenstruktur der Ausführungsform als ein Element zum Reinigen eines Abgases verwendet wird. Beispielsweise beträgt die Länge von der Zulaufendfläche zur Ablaufendfläche des Wabenstrukturkörpers vorzugsweise 76 bis 254 mm und besonders bevorzugt 102 bis 203 mm. Die Querschnittsfläche senkrecht zur Zellenverlaufsrichtung in dem Wabenstrukturkörper beträgt vorzugsweise 2.027 bis 99.315 mm² und besonders bevorzugt 16.233 bis 85.634 mm².
Bei der Wabenstruktur der Ausführungsform kann ein Katalysator zum Reinigen eines Abgases auf zumindest eines von der Oberfläche jeder Trennwand und jede Pore der Trennwand des Wabenstrukturkörpers geladen werden. Mit dieser Wabenstruktur können CO, NOx, HC und dergleichen in einem Abgas einer katalytischen Reaktion zu unschädlichen Substanzen unterzogen werden. Ein Katalysator kann vorzugsweise einen Katalysator, enthaltend zumindest ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Edelmetallen, Aluminium, Nickel, Zirconium, Titan, Cer, Cobalt, Mangan, Zink, Kupfer, Zinn, Eisen, Niob, Magnesium, Lanthan, Samarium, Bismut und Barium, umfassen. Das Edelmetall kann Platin, Rhodium, Palladium, Ruthenium, Indium, Silber und Gold umfassen. Das obige Element kann als elementares Metall, ein Metalloxid oder andere metallische Verbindungen enthalten sein. Bei der Wabenstruktur der Ausführungsform ist der Katalysator stärker bevorzugt ein Katalysator mit der Funktion selektiver katalytischer Reduktion. Der Katalysator mit der Funktion selektiver katalytischer Reduktion kann ein Metall-substituierter Zeolith sein. Das Metall für die Metallsubstitution von Zeolith kann Eisen und Kupfer umfassen. Der Zeolith kann vorzugsweise β-Zeolith umfassen. Der Katalysator mit der Funktion selektiver katalytischer Reduktion kann ein Katalysator sein, der zumindest eine Substanz, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Vanadium und Titandioxid, als die Hauptkomponente enthält. Bei dem Katalysator mit der Funktion selektiver katalytischer Reduktion beträgt der Gehalt an Vanadium und Titandioxid vorzugsweise 60 Masse-% oder mehr.
Die Ladungsmenge des Katalysators beträgt bevorzugt 150 g/l oder mehr, stärker bevorzugt 200 g/l oder mehr und 350 g/l oder weniger und besonders bevorzugt 250 g/l oder mehr und 350 g/l oder weniger. Beträgt die Ladungsmenge des Katalysators weniger als 150 g/l, kann die katalytische Wirkung nicht ausreichend ausgeübt werden. Übersteigt die Ladungsmenge des Katalysators 350 g/l, kann der geladene Katalysator den Druckabfall erhöhen, oder die Produktionskosten der Wabenstruktur können sich erhöhen. Die Ladungsmenge eines Katalysators ist die Masse [g] an Katalysator, die pro 1 Liter einer Wabenstruktur geladen ist. Das Verfahren des Ladens eines Katalysators kann ein Verfahren umfassen, bei dem Trennwände mit einer Katalysatorflüssigkeit, enthaltend eine Katalysatorkomponente, beschichtet und dann die beschichteten Wände einer Wärmebehandlung bei hoher Temperatur zum Trocknen mittels Wärme unterzogen werden.
Es gibt keine spezielle Einschränkung hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung der Wabenstruktur der Ausführungsform, und die Wabenstruktur kann beispielsweise mit dem folgenden Verfahren hergestellt werden. Zunächst wird ein geknetetes Material mit Formbarkeit hergestellt, wodurch ein Wabenstrukturkörper erhalten wird. Das geknetete Material zur Herstellung des Wabenstrukturkörpers kann durch geeignetes Hinzufügen eines Additivs wie eines Bindemittels und Wasser zu einem Rohmaterialpulver eines Materials, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus den oben genannten geeigneten Materialien der Trennwände, hergestellt werden.
Als nächstes wird mittels Extrusion des hergestellten gekneteten Materials ein säulenförmiger Wabenformkörper mit den Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, und der Umfangswand, die am Außenumfang angeordnet ist, erhalten. Bei der Extrusion wird die Düse mit einer vorbestimmten Zellenform, einer vorbestimmten Dicke der Trennwände und einer vorbestimmten Zelldichte vorzugsweise als die Düse für die Extrusion verwendet.
Der erhaltene Wabenformkörper wird beispielsweise mit Mikrowellen und Heißluft getrocknet. Als nächstes werden die offenen Enden der Zellen mit demselben Material verschlossen, das zur Herstellung des Wabenformkörpers verwendet wird, und es wird gegebenenfalls ein Verschlussabschnitt vorgesehen. Nach der Bildung des Verschlussabschnitts kann der Wabenformkörper weiter getrocknet werden.
Als nächstes wird der Wabenformkörper unter Erhalt einer Wabenstruktur gebrannt. Für die Herstellung der Wabenstruktur der Ausführungsform beträgt die Brennzeit zum Brennen eines Wabenformkörpers vorzugsweise 80 Stunden oder mehr. Mit der wie oben hergestellten Wabenstruktur können Poren, die an der Trennwandoberfläche der Wabenstruktur freiliegen, einheitlich gebildet werden. Die Brennzeit zum Brennen eines Wabenformkörpers beträgt stärker bevorzugt 60 bis 100 Stunden und besonders bevorzugt 100 Stunden. Die Brenntemperatur und die Brennatmosphäre variieren gemäß den Rohmaterialien, und ein Fachmann kann die Brenntemperatur und die Brennatmosphäre, die für das ausgewählte Material geeignet sind, geeignet auswählen. Beispielsweise wird für die Herstellung einer Wabenstruktur, enthaltend Cordierit, die Temperatur der Brennatmosphäre vorzugsweise auf 1.400°C eingestellt. Die Brennatmosphäre für die Herstellung einer Wabenstruktur, enthaltend Cordierit, ist vorzugsweise Stickstoff. Für die einheitliche Bildung von Poren, die an der Trennwandoberfläche offen sind, wird der Wabenformkörper vorzugsweise bei einer maximalen Temperatur für 15 Stunden oder mehr gehalten.
Ein Katalysator kann auf die erhaltene Wabenstruktur geladen werden. Es gibt keine spezielle Einschränkung hinsichtlich des Verfahrens zum Laden des Katalysators auf die Wabenstruktur, und das Verfahren kann ein Verfahren umfassen, bei dem die Trennwände einer Wabenstruktur mit einer Katalysatorflüssigkeit, enthaltend eine Katalysatorkomponente, beschichtet und dann die beschichteten Wände einer Wärmebehandlung bei hoher Temperatur zum Trocknen mittels Wärme unterzogen werden.
(Beispiele)
Beispiel 1
100 Masseteilen eines Cordierit bildenden Rohmaterials wurden 2,5 Masseteile eines Porenbildners, 60 Masseteile eines Dispergiermediums, 5,6 Masseteile eines organischen Bindemittels und 30 Masseteile eines Dispergiermittels zugegeben, und das Ganze wurde gemischt und geknetet, wodurch ein geknetetes Material erhalten wurde. Als das Cordierit bildende Rohmaterial wurden Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Kaolin, Talk und Siliciumdioxid verwendet. Als das Dispergiermedium wurde Wasser verwendet; als der Porenbildner wurde ein Wasser absorbierendes Polymer mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 100 μm verwendet; als das organische Bindemittel wurde Hydroxypropylmethylcellulose verwendet; und als das Dispergiermittel wurde Ethylenglycol verwendet. Das verwendete Wasser absorbierende Polymer war ein partikuläres Ammoniumpolyacrylat mit einer Wasserabsorptionsrate des 15- bis 25-Fachen und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 100 μm nach der Wasserabsorption.
Als nächstes wurde das geknetete Material unter Verwendung einer Düse zur Herstellung eines Wabenformkörpers extrudiert, wobei insgesamt ein Wabenformkörper mit einer runden Säulenform erhalten wurde. Die Form der Zellen in dem Wabenformkörper war eine viereckige Form.
Der Wabenformkörper wurde dann in einem Mikrowellentrockner und ferner vollständig in einem Heißlufttrockner getrocknet. Beide Endflächen des Wabenformkörpers wurden zum Einstellen auf eine vorbestimmte Größe zurechtgeschnitten.
Als nächstes wurde der getrocknete Wabenformkörper entfettet und gebrannt, wodurch die Wabenstruktur von Beispiel 1 hergestellt wurde. Das Entfetten wurde in einer Stickstoffatmosphäre für 10 Stunden durchgeführt. Das Brennen wurde in einer Stickstoffatmosphäre durch Halten einer maximalen Temperatur für 15 Stunden durchgeführt, wodurch einheitlich Poren gebildet wurden, die an der Trennwandoberfläche offen waren.
Die Wabenstruktur von Beispiel 1 hatte eine runde Säulenform, deren Zulaufendfläche und Ablaufendfläche kreisförmig war. Jeder Durchmesser der Zulaufendfläche und der Ablaufendfläche betrug 266,7 mm. Die Länge der Wabenstruktur in der Zellenverlaufsrichtung betrug 152,4 mm. Bei der Wabenstruktur von Beispiel 1 betrug die Dicke der Trennwand 0,114 mm, und die Zelldichte betrug 93 Zellen/cm². Tabelle 1 zeigt den Durchmesser der Endflächen der Wabenstruktur, die Länge der Wabenstruktur, die Dicke der Trennwand und die Zelldichte.
Bei der Wabenstruktur von Beispiel 1 betrug die Porosität der Trennwände 50%. Die Porosität der Trennwände wurde mit einem Quecksilberporosimeter (Autopore 9500, hergestellt von Micromeritics) gemessen. Die Spalte Porosität in Tabelle 1 zeigt den Porositätswert der Trennwände.
Die offene Frontfläche, die Porendichte, der mittlere Öffnungsdurchmesser und die Rundheit der Wabenstruktur von Beispiel 1 wurden mit den folgenden Verfahren gemessen. Die offene Frontfläche, die Porendichte, der mittlere Öffnungsdurchmesser und die Rundheit wurden für Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr der Poren, die an der Trennwandoberfläche offen sind, bestimmt. Tabelle 2 zeigt die Messergebnisse für die offene Frontfläche, die Porendichte, den mittleren Öffnungsdurchmesser und die Rundheit.
[Offene Frontfläche von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr]
Eine Messprobe mit einer Länge von 20 mm, einer Breite von 20 mm und einer Höhe von 20 mm wurde aus dem Wabenstrukturkörper der Wabenstruktur von Beispiel 1 geschnitten. REM-Bilder wurden in drei zufälligen Sichtfeldern auf der Trennwandoberfläche der Probe unter einem Rasterelektronenmikroskop (REM) aufgezeichnet. Die Größe eines Sichtfeldes bildeten die Breite zwischen Trennwänden und eine Länge von 2 mm in der Zellenverlaufsrichtung. Als nächstes wurde jedes aufgenommene Bild durch Bildanalyse in Hohlraumabschnitte (d. h. Porenabschnitte) und andere Abschnitte als die Hohlräume (d. h. tatsächliche Trennwandabschnitte) binarisiert. Die Fläche jedes Hohlraumabschnitts wurde bestimmt. Der äquivalente Kreisdurchmesser jedes Hohlraumabschnitts wurde durch Bestimmen der Fläche berechnet. Die Fläche der Hohlraumabschnitte, die den „Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr” entsprechen, wurde in dem REM-Bild bestimmt. Die „offene Frontfläche der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr” wird als der prozentuale Anteil der bestimmten Fläche der Hohlraumabschnitte, geteilt durch die Fläche des gesamten Bildes, berechnet. Die in Tabelle 2 gezeigte offene Frontfläche ist der arithmetische Mittelwert der offenen Frontflächen der jeweiligen REM-Bilder in den drei Sichtfeldern.
[Porendichte von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr]
Auf dieselbe Weise wie bei dem Messverfahren der offenen Frontfläche von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr wurde der äquivalente Kreisdurchmesser jedes Hohlraumabschnitts in einem REM-Bild berechnet. Die Anzahl der Hohlraumabschnitte, die den „Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr” entsprechen, wurde in dem REM-Bild erhalten. Die „Porendichte der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr” wird als die erhaltene Anzahl der Hohlraumabschnitte, geteilt durch die Fläche (mm²) des gesamten Bildes, berechnet. Die in Tabelle 2 gezeigte Porendichte ist der arithmetische Mittelwert der Porendichten der jeweiligen REM-Bilder in den drei Sichtfeldern.
[Mittlerer Öffnungsdurchmesser von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr]
Auf dieselbe Weise wie bei dem Messverfahren der offenen Frontfläche von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr wurde der äquivalente Kreisdurchmesser jedes Hohlraumabschnitts in einem REM-Bild berechnet. Die Poren, die den jeweiligen Hohlraumabschnitten in dem REM-Bild entsprechen, wurden als Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr und Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von weniger als 10 μm klassifiziert. Auf der Basis der erhaltenen äquivalenten Kreisdurchmesser wurde ein Diagramm erstellt, bei dem die vertikale Achse eine kumulative Fläche (%) von Poren ist, die an der Trennwandoberfläche offen sind, und die horizontale Achse ein äquivalenter Kreisdurchmesser (μm) ist. In dem erstellten Diagramm ist der Wert des äquivalenten Kreisdurchmessers (μm) von Poren an der kumulativen Fläche, die 50% der gesamten Porenfläche entspricht, der „mittlere Öffnungsdurchmesser der Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr”.
[Rundheit von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr]
Auf dieselbe Weise wie bei dem Messverfahren der offenen Frontfläche von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr wurde der äquivalente Kreisdurchmesser jedes Hohlraumabschnitts in einem REM-Bild berechnet. Der Öffnungsbereich einer Pore, deren Rundheit zu bestimmen war, und die Konturlänge der Pore wurden erhalten. Der Öffnungsbereich einer Pore P, deren Rundheit erhalten werden soll, wird als A₀ betrachtet, und die Konturlänge der Pore wird als L betrachtet. Die Fläche eines Kreises mit einer Umfangslänge gleich L wird als A₁ betrachtet. Die Rundheit der Pore P kann gemäß Gleichung (1) bestimmt werden. Die jeweiligen Rundheiten der „Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr” in dem REM-Bild wurden berechnet, und der arithmetische Mittelwert der berechneten Rundheiten wurde als die „Rundheit von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr” betrachtet. Rundheit der Pore P = A₁/A₀ Gleichung (1)

Zunächst wurde eine Katalysatoraufschlämmung, enthaltend einen vorbestimmten Katalysator, hergestellt. Als nächstes konnte die Katalysatoraufschlämmung von einer Endfläche der Wabenstruktur von Beispiel 1 aus in die Zellen strömen. Damit die Katalysatoraufschlämmung in die Zellen strömen kann, wurden diese eingetaucht. Die Ladungsmenge des Katalysators betrug 298 g/l. Die Spalte „Katalysatormenge” in Tabelle 3 zeigt die Katalysatorladungsmenge (g/l). [Tabelle 1]

	Durchmesser Endfläche (mm)	Länge (mm)	Dicke der Trennwand (mm)	Zelldichte (Zellen/cm²)	Menge Porenbildner (Masseteile)	Porenbildner (durchschn. Teilchendurchmesser: μm)	Porosität (%)
Beispiel 1	266,7	152,4	0,114	93,0	2,5	100,0	50
Beispiel 2	266,7	152,4	0,140	62,0	1,7	70,0	45
Beispiel 3	266,7	152,4	0,114	93,0	3,3	130,0	55
Beispiel 4	266,7	152,4	0,140	62,0	4,9	150,0	65
Beispiel 5	266,7	152,4	0,140	62,0	1,7	100,0	45
Beispiel 6	266,7	152,4	0,140	62,0	4,6	100,0	63
Beispiel 7	266,7	152,4	0,140	62,0	4,9	100,0	65
Vergleichsbeispiel 1	266,7	152,4	0,114	93,0	-	-	35
Vergleichsbeispiel 2	266,7	152,4	0,140	62,0	5,7	130,0	70
Vergleichsbeispiel 3	266,7	152,4	0,114	93,0	2,5	20,0	50
Vergleichsbeispiel 4	266,7	152,4	0,140	62,0	1,7	20,0	45
Vergleichsbeispiel 5	266,7	152,4	0,114	93,0	1,4	50,0	43
Vergleichsbeispiel 6	266,7	152,4	0,114	93,0	1,7	70,0	45
Vergleichsbeispiel 7	266,7	152,4	0,114	93,0	2,5	50,0	50
Vergleichsbeispiel 8	266,7	152,4	0,114	93,0	4,9	150,0	65
Vergleichsbeispiel 9	266,7	152,4	0,114	93,0	1,7	100,0	45

[Tabelle 2]

	offene Frontfläche von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr (%)	mittlerer Öffnungsdurchmesser von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr (μm)	Porendichte von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr (Poren/mm²)	Rundheit
Beispiel 1	30	50	500	2,5
Beispiel 2	20	40	400	1,8
Beispiel 3	35	57	650	2,9
Beispiel 4	40	60	700	3,2
Beispiel 5	20	48	350	2,3
Beispiel 6	38	42	1000	2,6
Beispiel 7	40	46	700	4
Vergleichsbeispiel 1	20	20	200	2,3
Vergleichsbeispiel 2	42	60	1100	3,3
Vergleichsbeispiel 3	24	30	350	2,5
Vergleichsbeispiel 4	28	30	500	4,1
Vergleichsbeispiel 5	18	35	400	2,5
Vergleichsbeispiel 6	18	42	350	2,5
Vergleichsbeispiel 7	23	38	300	2,5
Vergleichsbeispiel 8	38	62	600	2,5
Vergleichsbeispiel 9	22	53	320	2,5

[Tabelle 3]

	Katalysatormenge (_g/l)	prozentualer Anteil der Erhöhung des Druckabfalls nach dem Beschichten mit Katalysator	Katalysatorfüllverhältnis (%)	isostatische Festigkeit (MPa)
Beispiel 1	298	100	60	2,5
Beispiel 2	297	120	50	3,2
Beispiel 3	300	90	70	1,5
Beispiel 4	304	80	80	0,5
Beispiel 5	300	115	55	3,2
Beispiel 6	299	97	59	0,8
Beispiel 7	301	86	60	0,6
Vergleichsbeispiel 1	301	200	10	4,5
Vergleichsbeispiel 2	303	80	85	0,3
Vergleichsbeispiel 3	295	125	30	2,5
Vergleichsbeispiel 4	300	125	40	2,5
Vergleichsbeispiel 5	307	130	33	3,5
Vergleichsbeispiel 6	302	140	40	3,3
Vergleichsbeispiel?	293	110	47	2,7
Vergleichsbeispiel 8	300	70	80	0,4
Vergleichsbeispiel 9	294	130	48	3

Der „prozentuale Anteil der Erhöhung des Druckabfalls nach dem Beschichten mit Katalysator (%)”, das „Katalysatorfüllverhältnis (%)” und die „isostatische Festigkeit (MPa)” der Wabenstruktur von Beispiel 1 wurden mit den folgenden Verfahren bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
[Prozentualer Anteil der Erhöhung des Druckabfalls nach dem Beschichten mit Katalysator (%)]
Zunächst wurde die Druckdifferenz zwischen der Zulaufendfläche und der Ablaufendfläche einer Wabenstruktur, die nicht mit Katalysator beladen war, bei 25°C erhalten. Der auf diese Weise erhaltene Druckabfallwert der Wabenstruktur ohne Katalysator wurde als „P₀” betrachtet. Die Druckdifferenz zwischen der Zulaufendfläche und der Ablaufendfläche einer mit Katalysator beladenen Wabenstruktur wurde in einer solchen Weise, dass die in Tabelle 3 gezeigten Werte erhalten wurden, separat bei 25°C erhalten. Der auf diese Weise erhaltene Druckabfallwert der Wabenstruktur mit Katalysator wurde als „P₁” betrachtet. Der gemäß Gleichung (2) berechnete Wert wurde als der prozentuale Anteil der Erhöhung des Druckabfalls nach dem Beschichten mit Katalysator (%) bezeichnet. Der akzeptable Wert des prozentualen Anteils der Erhöhung des Druckabfalls nach dem Beschichten mit Katalysator (%) beträgt 120% oder weniger. prozentualer Anteil der Erhöhung des Druckabfalls nach dem Beschichten mit Katalysator (%) = (P₁ – P₀)/P₀ × 100 Gleichung (2)
[Katalysatorfüllverhältnis (%)]
Eine Messprobe mit einer Länge von 20 mm, einer Breite von 20 mm und einer Höhe von 20 mm wurde aus dem Wabenstrukturkörper der Wabenstruktur von Beispiel 1 geschnitten. Der Trennwandabschnitt der Probe wurde poliert, und REM-Bilder wurden in drei zufälligen Sichtfeldern unter einem Rasterelektronenmikroskop (REM) aufgezeichnet. Die Größe eines Sichtfeldes bildeten die Breite einer Trennwand und eine Länge von 600 μm in der Zellenverlaufsrichtung. Als nächstes wurde Katalysator auf die Wabenstruktur geladen, und das Verhältnis (prozentualer Anteil) des Volumens (V₁) von Poren, die tatsächlich mit dem Katalysator gefüllt waren, zu dem Volumen (V₀) aller auf den Trennwänden gebildeten Poren wurde berechnet. Speziell wurde das Volumen (V₀) aller auf den Trennwänden gebildeten Poren aus den Porenabschnitten berechnet, die durch Binarisieren unter Verwendung von Bildanalyse extrahiert wurden (d. h. Poren, in die kein Katalysator eindrang, und Poren, in die Katalysator eindrang). Als nächstes wurde Katalysator auf die Wabenstruktur geladen. Die Bildanalyse wurde zum Binarisieren der Poren durchgeführt, dann wurden die Porenabschnitte, in die der Katalysator eindrang, extrahiert, und das Volumen V₁ wurde berechnet. Unter Verwendung dieser Werte wurde das Katalysatorfüllverhältnis (%) berechnet. Der Wert des Katalysatorfüllverhältnisses (%) in Tabelle 3 ist der arithmetische Mittelwert der Katalysatorfüllverhältnisse der jeweiligen REM-Bilder in den drei Sichtfeldern. Ist das Katalysatorfüllverhältnis kleiner als 50%, kann sich die Katalysatormenge auf der Trennwandoberfläche erhöhen, wodurch sich der Katalysator von dem Träger zum Zeitpunkt der tatsächlichen Verwendung trennen kann, und die Reinigungsleistung kann sich verschlechtern. Daher beträgt der akzeptable Wert 50% oder mehr. 4 zeigt ein REM-Bild einer aus dem Wabenstrukturkörper der Wabenstruktur in Beispiel 1 geschnittenen Probe.
[Isostatische Festigkeit (MPa)]
Die isostatische Festigkeit wurde auf der Basis des isostatischen Bruchdehnungstestes, spezifiziert im Automobil-Standard (JASO-Standard) M505-87, herausgegeben von der Society of Automotive Engineers of Japan, gemessen. Die isostatische Bruchfestigkeit ist ein Test, bei dem die Wabenstruktur in einem röhrenförmigen Behälter aus Gummi platziert und der Behälter mit einem Deckel aus einer Aluminiumplatte verschlossen wird und eine Beaufschlagung mit isotropem Druck in Wasser erfolgt. Das heißt, der isostatische Bruchdehnungstest ist ein Test, der das Anlegen einer Drucklast simuliert, wenn die Umfangsfläche der verschlossenen Wabenstruktur in einem Umhüllungsbauteil gehalten wird. Die mit diesem isostatischen Bruchdehnungstest gemessene isostatische Festigkeit wird angegeben als ein Druck (MPa), wenn die verschlossene Wabenstruktur bricht. Der akzeptable Wert der isostatischen Festigkeit (MPa) beträgt 0,5 MPa oder mehr.
Beispiel 2
In Beispiel 2 wurde das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur in Beispiel 1 wiederholt, außer dass die Dicke der Trennwand 0,140 mm betrug, die Anzahl der Zellen 62 Zellen/cm² betrug, die Menge des Porenbildners 1,7 Masseteile betrug und der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Porenbildners 70 μm betrug, wodurch eine Wabenstruktur hergestellt wurde.
Beispiel 3
In Beispiel 3 wurde das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur in Beispiel 1 wiederholt, außer dass die Menge des Porenbildners 3,3 Masseteile betrug und der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Porenbildners 130 μm betrug, wodurch eine Wabenstruktur hergestellt wurde.
Beispiel 4
In Beispiel 4 wurde das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur in Beispiel 1 wiederholt, außer dass die Dicke der Trennwand 0,140 mm betrug, die Anzahl der Zellen 62 Zellen/cm² betrug, die Menge des Porenbildners 4,9 Masseteile betrug und der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Porenbildners 150 μm betrug, wodurch eine Wabenstruktur hergestellt wurde.
Beispiel 5
In Beispiel 5 wurde das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur in Beispiel 1 wiederholt, außer dass die Dicke der Trennwand 0,140 mm betrug, die Anzahl der Zellen 62 Zellen/cm² betrug und die Menge des Porenbildners 1,7 Masseteile betrug, wodurch eine Wabenstruktur hergestellt wurde.
Beispiel 6
In Beispiel 6 wurde das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur in Beispiel 1 wiederholt, außer dass die Dicke der Trennwand 0,140 mm betrug, die Anzahl der Zellen 62 Zellen/cm² betrug und die Menge des Porenbildners 4,6 Masseteile betrug, wodurch eine Wabenstruktur hergestellt wurde.
Beispiel 7
In Beispiel 7 wurde das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur in Beispiel 1 wiederholt, außer dass die Dicke der Trennwand 0,140 mm betrug, die Anzahl der Zellen 62 Zellen/cm² betrug und die Menge des Porenbildners 4,9 Masseteile betrug, wodurch eine Wabenstruktur hergestellt wurde.
Die Dicke der Trennwand, die Zelldichte, die Porosität, die offene Frontfläche, der mittlere Öffnungsdurchmesser, die Porendichte und die Rundheit jeder Wabenstruktur der Beispiele 2 bis 7 wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigt. Ein Katalysator wurde auf jede Wabenstruktur der Beispiele 2 bis 7 in einer solchen Weise geladen, dass die in Tabelle 3 gezeigte Katalysatormenge (g/l) erhalten wurde. Als nächstes wurden der „prozentuale Anteil der Erhöhung des Druckabfalls nach dem Beschichten mit Katalysator (%)”, das „Katalysatorfüllverhältnis (%)” und die „isostatische Festigkeit (MPa)” auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Vergleichsbeispiele 1 bis 9
Die Wabenstrukturen der Vergleichsbeispiele 1 bis 9 wurden mit den folgenden Verfahrensweise hergestellt, und die Dicke der Trennwand, die Zelldichte, die Porosität, die offene Frontfläche, der mittlere Öffnungsdurchmesser, die Porendichte und die Rundheit jeder Wabenstruktur wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigt. Ein Katalysator wurde auf jede Wabenstruktur der Vergleichsbeispiele 1 bis 9 in einer solchen Weise geladen, dass die in Tabelle 3 gezeigte Katalysatormenge (g/l) erhalten wurde. Als nächstes wurden der „prozentuale Anteil der Erhöhung des Druckabfalls nach dem Beschichten mit Katalysator (%)”, das „Katalysatorfüllverhältnis (%)” und die „isostatische Festigkeit (MPa)” auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. 5 zeigt ein REM-Bild einer aus dem Wabenstrukturkörper der Wabenstruktur in Vergleichsbeispiel 1 geschnittenen Probe.
In Vergleichsbeispiel 1 wurde das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur in Beispiel 1 wiederholt, außer dass kein Porenbildner zugegeben wurde, wodurch eine Wabenstruktur hergestellt wurde.
In Vergleichsbeispiel 2 wurde das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur in Beispiel 1 wiederholt, außer dass die Dicke der Trennwand 0,140 mm betrug, die Anzahl der Zellen 62 Zellen/cm² betrug, die Menge des Porenbildners 5,7 Masseteile betrug und der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Porenbildners 130 μm betrug, wodurch eine Wabenstruktur hergestellt wurde.
In Vergleichsbeispiel 3 wurde das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur in Beispiel 1 wiederholt, außer dass der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Porenbildners 20 μm betrug, wodurch eine Wabenstruktur hergestellt wurde.
In Vergleichsbeispiel 4 wurde das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur in Beispiel 1 wiederholt, außer dass die Dicke der Trennwand 0,140 mm betrug, die Anzahl der Zellen 62 Zellen/cm² betrug, die Menge des Porenbildners 1,7 Masseteile betrug und der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Porenbildners 20 μm betrug, wodurch eine Wabenstruktur hergestellt wurde.
In Vergleichsbeispiel 5 wurde das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur in Beispiel 1 wiederholt, außer dass die Menge des Porenbildners 1,4 Masseteile betrug und der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Porenbildners 50 μm betrug, wodurch eine Wabenstruktur hergestellt wurde.
In Vergleichsbeispiel 6 wurde das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur in Beispiel 1 wiederholt, außer dass die Menge des Porenbildners 1,7 Masseteile betrug und der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Porenbildners 70 μm betrug, wodurch eine Wabenstruktur hergestellt wurde.
In Vergleichsbeispiel 7 wurde das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur in Beispiel 1 wiederholt, außer dass der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Porenbildners 50 μm betrug, wodurch eine Wabenstruktur hergestellt wurde.
In Vergleichsbeispiel 8 wurde das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur in Beispiel 1 wiederholt, außer dass die Menge des Porenbildners 4,9 Masseteile betrug und der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Porenbildners 150 μm betrug, wodurch eine Wabenstruktur hergestellt wurde.
In Vergleichsbeispiel 9 wurde das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur in Beispiel 1 wiederholt, außer dass die Menge des Porenbildners 1,7 Masseteile betrug, wodurch eine Wabenstruktur hergestellt wurde.
[Ergebnisse]
Jede Wabenstruktur der Beispiele 1 bis 7 ergab zufriedenstellende Ergebnisse bei der Bewertung des prozentualen Anteils der Erhöhung des Druckabfalls nach dem Beschichten mit Katalysator, des Katalysatorfüllverhältnisses und der isostatischen Festigkeit.
Die Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 1 hatte ein extrem niedriges Katalysatorfüllverhältnis, das 10% betrug, und der prozentuale Anteil des Druckabfalls nach dem Beschichten mit Katalysator betrug 200%.
Die Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 2 genügte den Akzeptanzwerten des prozentualen Anteils der Erhöhung des Druckabfalls nach dem Beschichten mit Katalysator und des Katalysatorfüllverhältnisses, sie hatte jedoch eine ausgesprochen niedrige isostatische Festigkeit.
Die Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 3 hatte ein niedriges Katalysatorfüllverhältnis, das 30% betrug, und der prozentuale Anteil des Druckabfalls nach dem Beschichten mit Katalysator betrug 125%.
Bei der Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 4 betrug der prozentuale Anteil des Druckabfalls nach dem Beschichten mit Katalysator 125%.
Die Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 5 hatte ein niedriges Katalysatorfüllverhältnis, das 33% betrug, und der prozentuale Anteil des Druckabfalls nach dem Beschichten mit Katalysator betrug 130%.
Die Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 6 hatte ein niedriges Katalysatorfüllverhältnis, das 40% betrug, und der prozentuale Anteil des Druckabfalls nach dem Beschichten mit Katalysator betrug 140%.
Die Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 7 hatte ein niedriges Katalysatorfüllverhältnis, das 47% betrug.
Die Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 8 hatte eine isostatische Festigkeit, die 0,4 MPa betrug.
Die Wabenstruktur von Vergleichsbeispiel 9 hatte ein niedriges Katalysatorfüllverhältnis, das 48% betrug, und der prozentuale Anteil des Druckabfalls nach dem Beschichten mit Katalysator betrug 130%.
Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann als ein Abgasreinigungselement zum Reinigen des aus Benzinmotoren, Dieselmotoren und dergleichen ausgestoßenen Abgases verwendet werden.
Beschreibung der Bezugszeichen

1: Trennwand, 2: Zelle, 3: Umfangswand, 4: Wabenstrukturkörper, 11: Zulaufendfläche, 12: Ablaufendfläche, 100: Wabenstruktur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016-61744 [0001]
JP 2013-63422 A [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Automobil-Standard (JASO-Standard) M505-87 [0060]

Claims

Wabenstruktur, umfassend: einen Wabenstrukturkörper, der poröse Trennwände umfasst, die mehrere Zellen definieren, die als Fluiddurchgänge dienen, die von einer Zulaufendfläche zu einer Ablaufendfläche verlaufen; wobei die Porosität der Trennwände 45 bis 65% beträgt, die offene Frontfläche von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr der Poren, die an den Oberflächen der Trennwände offen sind, 20 bis 40% beträgt, die Porendichte von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr der Poren, die an den Oberflächen der Trennwände offen sind, 350 bis 1.000 Poren/mm² beträgt, der mittlere Öffnungsdurchmesser von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr der Poren, die an den Oberflächen der Trennwände offen sind, 40 bis 60 μm beträgt, wobei der mittlere Öffnungsdurchmesser ein Mittelwert der äquivalenten Kreisdurchmesser ist.
Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei die Rundheit von Poren mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 10 μm oder mehr der Poren, die an den Oberflächen der Trennwände offen sind, 1,8 bis 4,0 beträgt.
Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dicke der Trennwand 89 bis 203 μm beträgt.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zelldichte des Wabenstrukturkörpers 31 bis 140 Zellen/cm² beträgt.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Material der Trennwände mindestens ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cordierit, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid und Mullit, umfasst.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend einen Verschlussabschnitt, der so ausgebildet ist, dass er irgendein Ende der in dem Wabenstrukturkörper gebildeten Zellen verschließt.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Katalysator zur Reinigung eines Abgases auf zumindest eines von den Oberflächen der Trennwände und den Poren der Trennwände des Wabenstrukturkörpers geladen ist.
Wabenstruktur nach Anspruch 7, die zum Reinigen von NOx, die in einem aus einem Automobil ausgestoßenen Abgas enthalten sind, verwendet wird.
Wabenstruktur nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Katalysator ein Katalysator mit der Funktion selektiver katalytischer Reduktion ist.