DE102017009884B4

DE102017009884B4 - Unter Porenbildung gebrannter Presskörper, Wabenstruktur und Verfahren zur Herstellung eines unter Porenbildung gebrannten Presskörpers

Info

Publication number: DE102017009884B4
Application number: DE102017009884.0A
Authority: DE
Inventors: Yunie IZUMI; Takahiro Tomita
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2016-10-24
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2019-07-18
Anticipated expiration: 2037-10-24
Also published as: DE102017009884A1; US11365665B2; US20180112576A1; CN107973618A

Abstract

Unter Porenbildung gebrannter Presskörper,
in welchem Aggregat, das SiC-Teilchen als Teilchenkörper enthält, mit
einem Bindematerial verbunden ist,
wobei der gebrannte Presskörper Mg, Al, Si und Sr aufweist, welche als Oxide angegeben zu 0,1 bis 4,5 Masse-% MgO, 0,5 bis 25,0 Masse-% Al₂O₃, 5,0 bis 45,0 Masse-% SiO₂ und 0,01 bis 5,5 Masse-% SrO jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des gebrannten Presskörpers enthalten sind, und wobei die Masse des Aggregats bezogen auf die Gesamtmasse des gebrannten Presskörpers größer als oder gleich 50 Masse-% ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen unter Porenbildung gebrannten Presskörper, eine Wabenstruktur und ein Verfahren zur Herstellung eines unter Porenbildung gebrannten Presskörpers. Im Speziellen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen hochfesten unter Porenbildung gebrannten Presskörper, eine hochfeste Wabenstruktur und ein Verfahren zur Herstellung des unter Porenbildung gebrannten Presskörpers.
Hintergrundtechnik
Poröse Materialien mit mehreren Poren, in denen ein Aggregat wie Siliciumcarbidteilchen (SiC-Teilchen) mit einem Bindematerial als eine Oxidphase wie Cordierit verbunden ist, weisen hervorragende Eigenschaften wie eine hohe Wärmeschockbeständigkeit auf. Diese porösen Materialien werden zur Bildung von Wabenstrukturen verwendet, die mehrere Zellen umfassen, die von Trennwänden getrennt und gebildet werden, und diese Wabenstrukturen werden als Katalysatorträger oder Dieselpartikelfilter (DPFs) in verschiedenen Anwendungen wie der Reinigung von Abgasen verwendet (siehe beispielsweise die japanischen Patente Nr. JP 4111439 B2 und JP 4227347 B2 ).
Das japanische Patent Nr. JP 5478259 B2 offenbart einen porösen Siliciumcarbidkörper, der Siliciumcarbidteilchen als ein Aggregat und ein Oxid als ein Bindematerial enthält und in dem die Menge des dem Oberflächenbereich der Siliciumcarbidteilchen zugegebenen Oxids größer als oder gleich 0,5 g/m² und kleiner als 3,0 g/m² ist, und das Oxid enthält Si-Elemente und Sr. Die offengelegte japanische Patentanmeldung (Übersetzung der PCT-Anmeldung) Nr. JP 2016-523800 A beschreibt, dass eine gebildete Keramiksubstanz, die als ein Träger für Katalysatoren verwendet wird, wünschenswerterweise einen geringen Natriumgehalt zurückbehält, um so eine hohe katalytische Aktivität aufrechtzuerhalten.
In den letzten Jahren haben einige Anwendungen große Katalysatorträger oder DPFs unter Verwendung der oben beschriebenen porösen Materialien gefordert. Daher werden große Wabenstrukturen hergestellt, die große Wabendurchmesser und lange axiale Längen (Wabenlängen) aufweisen. Andererseits können auch andere Wabenstrukturen als große Wabenstrukturen hergestellt werden, wie solche mit komplizierten Zellstrukturen zur Verbesserung der Funktionalität und des Leistungsvermögens, und solche mit dünnen Trennwänden, die Zellen trennen und bilden, zur Unterbindung des Druckabfalls.
Diese Wabenstrukturen sind während des Gebrauchs starken Wärme- oder dynamischen Belastungen ausgesetzt. Daher müssen die aus den porösen Materialien geformten Wabenstrukturen neben einer hohen Wärmeschockbeständigkeit auch über eine adäquate Festigkeit (mechanische Festigkeit) gegenüber dynamischen Belastungen verfügen.
Die Druckschrift DE 10 2016 002 708 A1 offenbart einen Wabenfilter, der unter Verwendung eines Cordierit-bildenden Rohmaterials hergestellt werden kann, das gemäß einer chemischen Zusammensetzung, in der das Masseverhältnis von Siliciumdioxid zu 100 Masse-% des Rohmaterials 42 bis 56 Masse-% beträgt, das Masseverhältnis von Aluminiumoxid zu 100 Masse-% des Rohmaterials 30 bis 45 Masse-% beträgt und das Masseverhältnis von Magnesiumoxid zu 100 Masse-% des Rohmaterials 12 bis 16 Masse-% beträgt, geknetet wird. Das Rohmaterial kann zusätzlich ein Sinteradditiv, wie zum Beispiel Yttriumoxid, Magnesiumoxid, Strontiumoxid oder dergleichen enthalten, die in einem Masseverhältnis von 0,1 bis 0,3 Masse-% bezogen auf 100 Masse-% des Formungsrohmaterials vorhanden sein können. Der Wabenfilter enthält ein Aggregat, jedoch ohne die Masse dieses Aggregats bezogen auf das Gesamtgewicht des Wabenfilters zugeben.
Die Druckschrift DE 10 2015 003 218 B4 schlägt eine Wabenstruktur vor, wobei die Trennwände einen porösen Körper mit feuerfesten Aggregaten und einem Bindematerial, das die feuerfesten Aggregate aneinander bindet, umfassen. In den Beispielen wird das Bindemittel in einer Menge von 41,3 bis 48 Masse-% verwendet, ohne einen Hinweis darauf, dass eine Erhöhung oder ein Herabsenken dieser Menge einen vorteilhaften technischen Effekt begründet.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist für einen unter Porenbildung gebrannten Presskörper vorgesehen, und ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Erhöhung der mechanischen Festigkeit des unter Porenbildung gebrannten Presskörpers.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen unter Porenbildung gebrannten Presskörper, in welchem ein Aggregat, das SiC-Teilchen als Teilchenkörper enthält, mit einem Bindematerial verbunden ist, wobei der gebrannte Presskörper Mg, Al, Si und Sr aufweist, welche als Oxide angegeben zu 0,1 bis 4,5 Masse-% MgO, 0,5 bis 25,0 Masse-% Al₂O₃, 5,0 bis 45,0 Masse-% SiO₂ und 0,01 bis 5,5 Masse-% SrO jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des gebrannten Presskörpers enthalten sind, und wobei die Masse des Aggregats bezogen auf die Gesamtmasse des gebrannten Presskörpers größer als oder gleich 50 Masse-% ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die mechanische Festigkeit des gebrannten Presskörpers verbessert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Bindematerial 50 Masse-% oder mehr an Cordierit, bezogen auf die Masse des Bindematerials insgesamt.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt die Masse des Bindematerials bezogen auf die Gesamtmasse des gebrannten Presskörpers im Bereich von 8 bis 40 Masse-%.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Alkalimetallkomponente in dem gebrannten Presskörper enthalten und die Masse der Alkalimetallkomponente bezogen auf ein Oxid beträgt weniger als 0,1 Masse-% des gebrannten Presskörpers.
Beispielsweise enthält der gebrannte Presskörper Na oder K als die Alkalimetallkomponente.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Aggregat SiC-Teilchen als Teilchenkörper.
In diesem Fall enthält das Aggregat bevorzugt ferner Oxidfilme, die auf den Oberflächen der Teilchenkörper gebildet sind, und stärker bevorzugt enthalten die Oxidfilme Cristobalit. Die Oxidfilme haben eine Dicke von beispielsweise 0,3 bis 5,0 µm.
Bevorzugt existiert zumindest ein Teil des in dem Bindematerial enthaltenen Sr als SrAl₂Si₂O₈. Die Masse des SrAl₂Si₂O₈ bezogen auf die Masse des gebrannten Presskörpers insgesamt liegt im Bereich von 0,1 bis 10,0 Masse-%.
Bevorzugt ist ein Durchschnitt von 10 Werten für einen Winkel, bei dem der Rand des Bindematerials im Querschnitt des gebrannten Presskörpers bezogen auf die Richtungstangente zum Rand an einer Position, an der die Krümmung lokal am stärksten ist, zunimmt, größer als 0 Grad und kleiner als oder gleich 25 Grad.
Die vorliegende Erfindung ist ebenso für eine Wabenstruktur vorgesehen. Bei der Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein rohrförmiges Element aus dem oben beschriebenen gebrannten Presskörper und mit einem durch Trennwände in mehrere Zellen geteilten Inneren.
Die vorliegende Erfindung ist ebenso für ein Verfahren zur Herstellung eines gebrannten Presskörpers vorgesehen. Ein Verfahren zur Herstellung eines gebrannten Presskörpers gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst a) das Erhalten eines Presskörpers durch Formen eines Gemisches aus einem Aggregat-Rohmaterial, einem Rohmaterial eines Bindematerials und einem porenbildenden Material, und b) das Erhalten eines gebrannten Presskörpers durch Brennen des Presskörpers, wobei in dem gebrannten Presskörper ein Aggregat, das SiC-Teilchen als Teilchenkörper enthält, mit einem Bindematerial verbunden ist, wobei der gebrannte Presskörper Mg, Al, Si und Sr aufweist, welche als Oxide angegeben zu 0,1 bis 4,5 Masse-% MgO, 0,5 bis 25,0 Masse-% Al₂O₃, 5,0 bis 45,0 Masse-% SiO₂ und 0,01 bis 5,5 Masse-% SrO jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des gebrannten Presskörpers enthalten sind, und wobei die Masse des Aggregats bezogen auf die Gesamtmasse des gebrannten Presskörpers größer als oder gleich 50 Masse-% ist.
Bevorzugt umfasst das Verfahren zur Herstellung eines gebrannten Presskörpers ferner c) das Unterziehen des gebrannten Presskörpers einer Oxidationsbehandlung, und das Aggregat-Rohmaterial enthält SiC-Teilchen. Die Temperatur der Oxidationsbehandlung in Vorgang c) liegt in einem Bereich von beispielsweise 1.200 bis 1.350 °C.
Diese und andere Gegenstände, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
Figurenliste

1 veranschaulicht eine Struktur eines gebrannten Presskörpers;
2 veranschaulicht ein Foto, das ein Beispiel für das poröse Material zeigt;
3 veranschaulicht ein Foto, das ein anderes Beispiel für den gebrannten Presskörper zeigt;
4 veranschaulicht eine Struktur eines gebrannten Presskörpers gemäß einem Vergleichsbeispiel;
5 veranschaulicht ein Foto des gebrannten Presskörpers gemäß dem Vergleichsbeispiel;
6 veranschaulicht ein Foto des gebrannten Presskörpers gemäß dem Vergleichsbeispiel;
7A ist eine schematische Darstellung, die eine Messung des Steigungswinkels beschreibt;
7B ist eine schematische Darstellung, die eine Messung des Steigungswinkels beschreibt;
8 ist ein Ablaufdiagramm des Prozesses zur Herstellung des gebrannten Presskörpers; und
9 veranschaulicht die Beziehung zwischen der offenen Porosität des gebrannten Presskörpers und der Waben-Biegefestigkeit.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachstehend werden Ausführungsformen eines gebrannten Presskörpers, einer Wabenstruktur und eines Verfahrens zur Herstellung eines gebrannten Presskörpers unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Der gebrannte Presskörper, die Wabenstruktur und das Verfahren zur Herstellung eines gebrannten Presskörpers gemäß der vorliegenden Erfindung sollen nicht auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein, und verschiedene gestalterische Veränderungen, Modifikationen, Verbesserungen sind möglich.
Gebrannter Presskörper
1 veranschaulicht schematisch eine Struktur eines gebrannten Presskörpers 1. Die 2 und 3 zeigen Beispiele für den gebrannten Presskörper 1, der tatsächlich hergestellt wird, und veranschaulichen Fotos, die mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen wurden. 2 veranschaulicht eine Oberfläche des gebrannten Presskörpers 1, und 3 veranschaulicht einen hochglanzpolierten Querschnitt des gebrannten Presskörpers 1.
Der gebrannte Presskörper 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Keramikmaterial, das hauptsächlich aus einem Aggregat 2 und einem Bindematerial 3 besteht, das Aggregat 2 aneinander bindetund während des Brennens gebildete Poren 4 enthält. Die Masse des Aggregats 2 bezogen auf die Gesamtmasse des Aggregats 2 und des Bindematerials 3, d. h. die Masse des Aggregats 2 bezogen auf die Masse des gesamten gebrannten Presskörpers 1, ist größer als oder gleich 50 Masse-%. Mit anderen Worten, die Masse des Bindematerials 3 ist kleiner als oder gleich 50 Masse-% des gesamten gebrannten Presskörpers 1. Bevorzugt ist die Masse des Bindematerials 3 größer als oder gleich 8 Masse-% des gesamten gebrannten Presskörpers 1. Diese Zusammensetzung stellt einen bestimmten Grad an mechanischer Festigkeit (üblicherweise Biegefestigkeit; nachstehend auch einfach als „Festigkeit“ bezeichnet) des gebrannten Presskörpers 1 sicher. Um die Festigkeit des gebrannten Presskörpers 1 weiter zu erhöhen, ist die Menge an Bindematerial 3 in dem gebrannten Presskörper 1 bevorzugt größer als oder gleich 10,0 Masse-% und stärker bevorzugt größer als oder gleich 12,0 Masse-%. Übersteigt die Menge an Bindematerial 3 in dem gebrannten Presskörper 1 40 Masse-%, kann der gebrannte Presskörper 1 nur noch schwer eine hohe Porosität erreichen, und daher ist das Verhältnis bevorzugt kleiner als oder gleich 40 Masse-%. Damit der gebrannte Presskörper 1 leicht eine hohe Porosität erreichen kann, ist die Menge an Bindematerial 3 in dem gebrannten Presskörper 1 bevorzugt kleiner als oder gleich 35,0 Masse-% und stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 30,0 Masse-%.
Das Bindematerial 3 enthält 5,0 bis 15,0 Masse-% (d. h. mehr als oder gleich 5,0 Masse-% und weniger als oder gleich 15,0 Masse-%; selbiges gilt nachstehend) Magnesium (Mg) bezogen auf Magnesiumoxid (MgO), 30,0 bis 60,0 Masse-% Aluminium (Al) bezogen auf Aluminiumoxid (Al₂O₃) und 30,0 bis 55,0 Masse-% Silicium (Si) bezogen auf Siliciumdioxid (SiO₂) bezogen auf die Masse des gesamten Bindematerials 3. Wie nachstehend beschrieben wird, enthält das Bindematerial 3 bevorzugt Cordierit, der aus einer MgO-Komponente, einer Al₂O₃-Komponente und einer SiO₂-Komponente gebildet wird. Das Bindematerial 3 enthält ebenso 0,3 bis 15,0 Masse-% Strontium (Sr) 5 bezogen auf Strontiumoxid (SrO) bezogen auf die Masse des gesamten Bindematerials 3. Bei dem gebrannten Presskörper 1 können grundsätzlich auch andere Substanzen als das Aggregat 2 in das Bindematerial 3 aufgenommen werden. In einem typischen Beispiel für gebrannten Presskörper 1 sind die Oberflächen an Dreiphasengrenzflächen des Aggregats 2, des Bindematerials 3 und der Poren 4 in einer Querschnittsmikrostruktur, die schematisch in 1 veranschaulicht ist, „glatt gebunden“ ausgebildet.
Hierbei beziehen sich die „glatt gebundenen“ Oberflächen an den Dreiphasengrenzflächen auf einen Zustand, bei dem das Bindematerial 3, das Teilchen des Aggregats 2 aneinander bindet, ebenmäßig oder leicht gekrümmt (oder entlang einer gekrümmten Oberfläche) ausgehend vom Umfeld einer Dreiphasengrenzfläche (z. B. Dreiphasengrenzflächen A in 1; siehe die Pfeile) eines Teilchens des Aggregats 2, des Bindematerials 3 und einer Pore 4 in Richtung eines anderen Teilchens des Aggregats 2 verläuft. Auch wenn in 1 beispielhaft nur eine Stelle für die Dreiphasengrenzfläche A gezeigt ist, sind die Dreiphasengrenzflächen nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und 1 umfasst ebenso andere Dreiphasengrenzflächen des Aggregats 2, des Bindematerials 3 und der Poren 4.
Bei dem gebrannten Presskörper 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die „Dreiphasengrenzflächen“ genau genommen auf Bereiche beschränkt, in denen sich das Aggregat 2a und 2b, das Bindematerial 3 und die Poren 4 kreuzen, wie in 1 veranschaulicht, in der Beschreibung sollen sie aber auch Bereiche umfassen, in denen die Oberflächen des Aggregats 2 leicht mit dem Bindematerial 3 bedeckt sind und sich in unmittelbarer Nähe zu den Poren 4 befinden.
Im Falle des gebrannten Presskörpers 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und unter der Annahme, dass während des Brennens bei einer hohen Temperatur das Aggregat 2 fest ist und zumindest ein Teil des Bindematerials 3 flüssig ist, haftet das flüssige Bindematerial 3 mit einem kleinen Kontaktwinkel an den Oberflächen (Festphasenoberflächen) des festen Aggregats 2, und dieser Zustand wird beibehalten, bis das Brennen und Abkühlen abgeschlossen sind, wodurch die in 1 veranschaulichte Mikrostruktur erhalten wird.
Auf diese Weise werden einige (oder die meisten) Abschnitte des Aggregats 2 mit dem Bindematerial 3 bedeckt. Im Ergebnis werden eckige Randabschnitte des Aggregats 2 mit dem Bindematerial 3 bedeckt, und etwas abgerundete Formen erscheinen als Ganzes. Auch die Poren 4 in Kontakt mit dem Aggregat 2 und dem Bindematerial 3 haben abgerundete Randformen. Eine solche Struktur, die viele gekrümmte Abschnitte, insbesondere an den Dreiphasengrenzflächen des Aggregats 2, des Bindematerials 3 und der Poren 4 umfasst, wird in der Beschreibung als ein „glatt gebundener“ Zustand ausgedrückt.
4 veranschaulicht schematisch eine Struktur eines gebrannten Presskörpers 10 gemäß einem Vergleichsbeispiel. Die 5 und 6 veranschaulichen den gebrannten Presskörper 10, der tatsächlich hergestellt wird, gemäß dem Vergleichsbeispiel und zeigen Fotos, die mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen wurden. Die 5 und 6 entsprechen jeweils den 2 und 3. Der gebrannte Presskörper 10 gemäß dem Vergleichsbeispiel unterscheidet sich von dem gebrannten Presskörper 1 in 1 dahingehend, dass sein Bindematerial 12 keine Sr-Komponente enthält.
Im Falle einer Querschnittsmikrostruktur des gebrannten Presskörpers 10 gemäß dem Vergleichsbeispiel ist ein eckiges Aggregat 11 mit linearen scharfen Rändern genau so zu erkennen, wie es ist, und das Bindematerial 12, das Teilchen des Aggregats 11 aneinander bindet, verläuft in einer linearen Form im Umfeld einer Dreiphasengrenzfläche B (siehe Pfeil in 4) eines Teilchens des Aggregats 11, des Bindematerials 12 und einer Pore 13 zu einem anderen Teilchen des Aggregats 11. Daher befindet sich dieses nicht in dem oben definierten „glatt gebundenen“ Zustand. Überdies steht das meiste (z. B. 50 % oder mehr) der Oberflächen des Aggregats 11 in Kontakt mit den Poren 13, und dies ist ein Unterschied zu dem gebrannten Presskörper 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, bei dem das meiste (z. B. 50 % oder mehr) der Oberflächen des Aggregats 2 mit dem Bindematerial 3 bedeckt ist und die Poren 4 in Kontakt mit dem Bindematerial 3 stehen.
Das heißt, im Falle des gebrannten Presskörpers 10 gemäß dem Vergleichsbeispiel hat das Bindematerial 12 keine gekrümmten Formen im Umfeld der Grenzflächen mit dem Aggregat 11; ebenso haben das Aggregat 11 und die Poren 13 keine abgerundeten Formen; und viele von ihnen sind im Vergleich zu dem gebrannten Presskörper 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eckig oder linear oder unregelmäßig geformt ausgebildet. Die Mikrostruktur des gebrannten Presskörpers 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich stark von dem gebrannten Presskörper 10 gemäß dem Vergleichsbeispiel.
Der gebrannte Presskörper 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird erwartungsgemäß glatt gebundene Dreiphasengrenzflächen des Aggregats 2, des Bindematerials 3 und der Poren 4 und einen großen Kontaktbereich zwischen dem Aggregat 2 und dem Bindematerial 3 aufweisen. Im Ergebnis erhöht sich die Bindekraft zwischen dem Aggregat 2 und dem Bindematerial 3, und diese Erhöhung der Bindekraft an jeder Grenzfläche zwischen jedem von dem Aggregat 2 und dem Bindematerial 3 führt zu einer Erhöhung der Festigkeit (mechanischen Festigkeit) des gebrannten Presskörper 1 insgesamt.
Der in 1 veranschaulichte gebrannte Presskörper 1 mit einer „glatt gebundenen“ Mikrostruktur kann im Vergleich zu dem gebrannte Presskörper 10 (siehe 4) mit einer Mikrostruktur mit scharfen Rändern durch seine gekrümmte Form eine an den Randabschnitten anliegende Spannungskonzentration entspannen. Folglich erhöht sich die Festigkeit des gebrannten Presskörpers 1 insgesamt.
Nunmehr wird die Quantifizierung der oben beschriebenen Mikrostruktur des gebrannten Presskörpers 1 beschrieben. Bei dem gebrannten Presskörper 1 haben die Grenzlinien zwischen dem Bindematerial 3 und den Poren 4 (nachstehend einfach als „Ränder des Bindematerials“ bezeichnet), betrachtet in einem Bild von einem hochglanzpolierten Querschnitt, abgerundete Formen. Daher wird in einem Beispiel für die Quantifizierung der oben beschriebenen Mikrostruktur das Abrunden der Ränder des Bindematerials 4 in Zahlen umgewandelt. Im Speziellen wird zunächst ein Querschnitt, der durch das Hochglanzpolieren des gebrannten Presskörpers 1 erhalten wird, das in einem Harz enthalten ist, mit einer 1500-fachen Vergrößerung mit einem Rasterelektronenmikroskop fotografiert, um so das in 7A veranschaulichte Bild (Rasterelektronenbild) zu erhalten. Die Vergrößerung des Bildes kann entsprechend verändert werden.
Dann wird eine Messposition P1 an einem Rand des Bindematerials 3 in dem Bild festgelegt. Die Messposition P1 ist eine Position, an der die Krümmung am Rand des Bindematerials 3 lokal am stärksten ist. Bei der oben beschriebenen Mikrostruktur des gebrannten Presskörpers 1 hat der Rand des Bindematerials 3, das zwei Teilchen des Aggregats 2 aneinander bindet, eine konkave Form zwischen dem Umfeld der Dreiphasengrenzfläche mit einem Teilchen des Aggregats 2 und dem Umfeld der Dreiphasengrenzfläche mit dem anderen Teilchen des Aggregats 2. Zwischen diesen Dreiphasengrenzflächen verändert sich üblicherweise die Neigung des Randes des Bindematerials 3 kontinuierlich, und es gibt nur wenige eckige Abschnitte. Ein Beispiel für die Messposition P1 ist eine Position, die eine maximale Krümmung zwischen diesen Dreiphasengrenzflächen am Rand des Bindematerials 3 aufweist. Bei dem gebrannten Presskörper 10 gemäß dem Vergleichsbeispiel haben die Ränder des Bindematerials 12 keine abgerundeten Formen, und daher wird eine Oberseite eines vertieften Abschnitts am Rand des Bindematerials 12 als eine Messposition P1 festgelegt.
Dann wird eine gerade Linie, die eine zum Rand des Bindematerials 3 an der Messposition P1 Richtungstangente kennzeichnet, als eine Referenzlinie L1 festgelegt, wie in 7B veranschaulicht. Im Umfeld der Messposition P1 wird eine gerade Linie, die ausgehend von der Messposition P1 zu einer Seite entlang des Randes des Bindematerials 3 ansteigt, als eine Steigungslinie L2 festgelegt. Die Steigungslinie L2 ist beispielsweise eine gerade Linie, die die Messposition P1 und eine Position, die zu einer Seite um einen vorbestimmten infinitesimalen Abstand (z. B. 1 bis 5 µm) von der Messposition P1 beabstandet ist, verbindet. Dann wird der von der Referenzlinie L1 und der Steigungslinie L2 gebildete Winkel als der Steigungswinkel 0 erhalten. Auf diese Weise kennzeichnet der Steigungswinkel 0 einen Winkel, bei dem der Rand des Bindematerials 3 in einem gegebenen Querschnitt des gebrannten Presskörpers 1 ausgehend von der Messposition P1, an der die Krümmung lokal am stärksten ist, bezogen auf die Richtungstangente zum Rand an der Messposition P1 zunimmt.
Beispielsweise werden mehrere Steigungswinkel 0 erhalten, indem mehrere Messpositionen P1 festgelegt werden, und ein Durchschnittswert für diese Winkel wird als ein repräsentativer Wert für den Steigungswinkel am Rand erhalten. Bei dem gebrannten Presskörper 1 mit der oben beschriebenen Mikrostruktur ist der repräsentative Wert für den Steigungswinkel üblicherweise größer als 0 Grad und kleiner als oder gleich 25 Grad. Andererseits ist bei dem gebrannten Presskörper 10 gemäß dem Vergleichsbeispiel der repräsentative Wert für den Steigungswinkel größer als 25 Grad, weil die Ränder des Bindematerials 12 keine abgerundeten Formen haben und die Oberseiten der vertieften Abschnitte an den Rändern des Bindematerials 12 als Messpositionen P1 festgelegt sind. Die Anzahl von Messpositionen P1, die zum Erhalt des repräsentativen Wertes für den Steigungswinkel festzulegen sind, ist 10.
Bei dem gebrannten Presskörper 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die oben beschriebene Mikrostruktur erhalten, indem die Sr-Komponente 5 in das Bindematerial 3 aufgenommen wird, das zum Binden der Aggregate 2 aneinander verwendet wird. Bei dem gebrannten Presskörper 1 muss ein glatt gebundener Zustand der Oberflächen an den Dreiphasengrenzflächen des Aggregats 2, des Bindematerials 3 und der Poren 4 nicht zwangsläufig eindeutig sein. Mit anderen Worten, es kann auch vorgesehen sein, dass der vorstehend erwähnte glatt gebundene Zustand der Oberflächen an den Dreiphasengrenzflächen nicht eindeutig sein kann, was von Faktoren wie der Masse des Bindematerials 3 bezogen auf die Masse des gebrannten Presskörpers 1 und dem Teilchendurchmesser des Aggregats 2 abhängig ist. Selbst in diesem Fall kann der gebrannte Presskörper 1, der die vorstehend erwähnte Sr-Komponente 5 in dem Bindematerial umfasst, über eine bessere mechanische Festigkeit verfügen.
Als eine Strontiumquelle für die Sr-Komponente 5 können beispielsweise verschiedene Arten von Oxiden wie Strontiumcarbonat (SrCO₃), Strontiumoxid (SrO) und Strontiumhydroxid (Sr(OH)₂) oder verschiedene Arten von Strontiumsalzen verwendet werden. Üblicherweise kann der glatt gebundene Zustand der Oberflächen an den Dreiphasengrenzflächen erreicht werden, indem ein vorgeschriebener Anteil der Sr-Komponente 5 in das Bindematerial 3 aufgenommen wird. Im Ergebnis kann der hochfeste gebrannte Presskörper 1 mit der oben beschriebenen Mikrostruktur erhalten werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Masse der Sr-Komponente 5, die in dem Bindematerial 3 enthalten ist, bezogen auf SrO im Bereich von 0,3 bis 15,0 Masse-% des gesamten Bindematerials 3 festgelegt. Ist die Masse der Sr-Komponente 5 bezogen auf SrO kleiner als 0,3 Masse-%, hat die Sr-Komponente 5 nur schwache Effekte, und der „glatt gebundene“ Zustand an den Dreiphasengrenzflächen zwischen dem Aggregat 2 und dem Bindematerial 3 kann nur schwer erreicht werden.
Wenn andererseits die Masse der Sr-Komponente 5 bezogen auf SrO größer als 15,0 Masse-% ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Menge des Bindematerials 3, das während des Brennens zu verflüssigen ist, übermäßig steigen wird. Wie bereits beschrieben, wird das Bindematerial 3, das während des Brennens einer hohen Brenntemperatur ausgesetzt ist, teilweise verflüssigt. Daher kann, wenn ein großer Teil des Bindematerials 3 verflüssigt wird, ein Teil des verflüssigten Bindematerials 3 Schaumbildung verursachen. Daher treten eher wahrscheinlich Blasen aufgrund der Schaumbildung in dem Bindematerial 3 auf, und mehrere Hohlräume (nicht gezeigt) können im Ergebnis dessen, dass das Bindematerial abkühlt und fest wird, in dem Bindematerial 3 erzeugt werden. Im Ergebnis kann die Bindekraft zwischen dem Aggregat 2 und dem Bindematerial 3 abnehmen, und folglich kann sich die Festigkeit des gebrannten Presskörpers 1 aufgrund der zwischen dem Aggregat 2 und dem Bindematerial 3 erzeugten Hohlräume verringern. Daher wird die Masse der Sr-Komponente 5, die in dem Bindematerial 3 enthalten ist, bevorzugt in dem vorstehend erwähnten Zahlenbereich festgelegt. Hinsichtlich eines stabilen Erhalts des hochfesten gebrannten Presskörpers 1 liegt die Masse der Sr-Komponente 5 bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 12,0 Masse-% des gesamten Bindematerials 3 und stärker bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 8,0 Masse-%. Die Masse der Sr-Komponente 5 kann bezogen die Masse des gesamten gebrannten Presskörpers 1 definiert werden. In diesem Fall liegt die Masse der Sr-Komponente 5 bezogen auf SrO im Bereich von 0,01 bis 5,5 Masse-%. Die Masse der Sr-Komponente 5 liegt bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 5,0 Masse-% des gesamten gebrannten Presskörpers 1 und stärker bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 3,0 Masse-%.
In einem Beispiel für den gebrannten Presskörper 1 existiert zumindest ein Teil der Sr-Komponente 5, die in dem Bindematerial 3 enthalten ist, als SrAl₂Si₂O₈. Die Masse des SrAl₂Si₂O₈ ist bevorzugt größer als oder gleich 0,1 Masse-% bezogen auf den gesamten gebrannten Presskörper 1 und stärker bevorzugt größer als oder gleich 0,5 Masse-%. Die Masse des SrAl₂Si₂O₈ ist beispielsweise kleiner als oder gleich 10,0 Masse-%. Das Bindematerial 3 muss die SrAl₂Si₂O₈-Phase nicht zwangsläufig enthalten, und die Sr-Komponente 5 kann auch in anderen kristallinen Phasen des Bindematerials 3 fest gelöst sein. Natürlich kann die Sr-Komponente 5 in mehreren Arten kristalliner Phasen enthalten sein oder kann in einer amorphen Phase enthalten sein.
Wie vorstehend beschrieben, enthält das Bindematerial 3 Mg, Al und Si, welche als Oxide angegeben zu5,0 bis 15,0 Masse-% MgO, 30,0 bis 60,0 Masse-% Al₂O₃ und 30,0 bis 55,0 Masse-% der SiO₂, bezogen auf die Masse des gesamten Bindematerials 3 enthalten sind. In einem bevorzugten Beispiel für den gebrannten Presskörper 1 enthält das Bindematerial 3 50 Masse-% oder mehr an Cordierit, bezogen auf die Masse des gesamten Bindematerials 3, d. h. das Bindematerial 3 besteht vorwiegend aus Cordierit. Der obere Grenzwert für das Massenverhältnis von Cordierit zu der Masse des gesamten Bindematerials 3 beträgt beispielsweise 99,7 Masse-%. Das Massenverhältnis der amorphen Komponente, die in dem Bindematerial 3 enthalten ist, ist bevorzugt kleiner als 50 Masse-%. Bei dem gebrannten Presskörper 1 kann das Bindematerial 3 auch andere Komponenten als die Sr 5, MgO, Al₂O₃ und SiO₂, enthalten. Beispielsweise kann das Bindematerial 3 Cerdioxid (CeO₂) enthalten. Die Massen des Mg, des Al und des Si können auch bezogen auf die Masse des gesamten gebrannten Presskörpers 1 definiert werden. In diesem Fall enthält der gebrannte Presskörper 1 bevorzugt 0,1 bis 10,0 Masse-% MgO, 0,5 bis 25,0 Masse-% Al₂O₃ und 5,0 bis 45,0 Masse-% SiO₂, bezogen auf die Masse des gesamten gebrannten Presskörpers 1. Es sei angemerkt, dass ein Teil der obigen Komponenten aus dem Aggregat 2 stammen kann. In einem Beispiel für den gebrannten Presskörper 1 stammt ein Teil des Si aus Oxidfilmen, die später beschrieben werden, die in dem Aggregat 2 enthalten sind.
Bei dem gebrannten Presskörper 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weisen üblicherweise das Aggregat 2 und das Bindematerial 3 die oben beschriebene Mikrostruktur auf, indem das Sr 5 in das Bindematerial 3 aufgenommen wird, wie oben beschrieben, und dies erhöht die Festigkeit des gebrannten Presskörpers 1 insgesamt. Die Biegefestigkeit beträgt mindestens 5,5 MPa oder mehr. Daher werden, wenn der gebrannte Presskörper 1 zur Herstellung anderer Produkte wie Katalysatorträger verwendet wird, die Produkte in der Praxis über eine adäquate Festigkeit verfügen. Es sei angemerkt, dass die Biegefestigkeit beispielsweise durch die Herstellung von Prüfkörpern mit den Maßen 0,3 mm × 4 mm × 20 bis 40 mm und beispielsweise Durchführung eines Drei-Punkt-Biegetests gemäß JIS R1601 an den Prüfkörpern gemessen und bewertet werden kann.
Der untere Grenzwert für den durchschnittlichen Porendurchmesser des gebrannten Presskörpers 1 gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt bevorzugt 10 µm und stärker bevorzugt 15 µm. Der obere Grenzwert für den durchschnittlichen Porendurchmesser beträgt bevorzugt 40 µm und stärker bevorzugt 30 µm. Ist der durchschnittliche Porendurchmesser kleiner als 10 µm, kann sich der Druckabfall erhöhen. Übersteigt der durchschnittliche Porendurchmesser 40 µm, beispielsweise wenn der gebrannte Presskörper gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Filter wie ein DPF verwendet wird, kann ein Teil der Feststoffteilchen in Abgasen den Filter durchqueren, ohne aufgefangen zu werden. In der Beschreibung ist der durchschnittliche Porendurchmesser ein Wert, der mittels Quecksilber-Porosimetrie (gemäß JIS R 1655) gemessen wird.
Bei dem gebrannten Presskörper 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Anteil von Poren, deren Porendurchmesser kleiner sind als 10 µm, bevorzugt kleiner als oder gleich 20 % aller Poren, und der Anteil von Poren, deren Porendurchmesser größer sind als 40 µm, ist bevorzugt kleiner als oder gleich 10 % aller Poren. Übersteigt der Anteil an Poren, deren Porendurchmesser kleiner sind als 10 µm, 20 % aller Poren, kann sich der Druckabfall leicht erhöhen, weil die Poren, deren Porendurchmesser kleiner sind als 10 µm, beim Laden eines Katalysators leicht verstopft werden. Übersteigt der Anteil an Poren, deren Porendurchmesser größer sind als 40 µm, 10 % aller Poren, könnte beispielsweise ein DPF nur schwer eine adäquate Filterfunktion ausüben, weil Feststoffteilchen die Poren, deren Porendurchmesser größer sind als 40 µm, leicht durchqueren.
Bei der Herstellung einer wabenförmigen Wabenstruktur (nicht gezeigt) unter Verwendung des gebrannten Presskörpers 1 ist die Wabenstruktur wünschenswerterweise so ausgebildet, dass sie über eine Festigkeit (Waben-Biegefestigkeit) von mindestens 4,0 MPa oder mehr verfügt. In diesem Fall können Produkte wie Katalysatorträger und DPFs unter Verwendung der Wabenstruktur mit einer adäquaten Festigkeit konstruiert werden und der Verwendung unter rauen Einsatzbedingungen, wie unter hohen dynamischen Belastungen, standhalten. Auch kann der Forderung nach einer Vergrößerung der Wabenstrukturen nachgekommen werden.
Die Aggregate 2 des gebrannten Presskörpers 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfassen Teilchenkörper. Die Teilchenkörper bestehen üblicherweise aus einer Substanzart. Die Teilchenkörper umfassen Siliciumcarbid-Teilchen (SiC-Teilchen).
Da ein Nicht-Oxid-Material für die Teilchenkörper verwendet wird, kann das Aggregat 2 Oxidfilme umfassen, die auf den Oberflächen der Teilchenkörper 21 vorgesehen sind (oder als diese „umgebend“ betrachtet werden können). Bevorzugt besteht jedes der Aggregate 2 aus einem Teilchenkörper oder einem Teilchenkörper und einem Oxidfilm. Die hierin verwendeten Oxidfilme beziehen sich auf Oxidschichten, die durch Wärmebehandlung in einer Oxidationsatmosphäre, wenn ein Nicht-Oxid-Material für die Teilchenkörper verwendet wird, auf den Oberflächen der Teilchenkörper gebildet werden. Die Oxidfilme enthalten bevorzugt jeweils eine Cristobalit-Phase und bevorzugt SiO₂. Die Dicke der Oxidfilme liegt beispielsweise im Bereich von 0,3 bis 5,0 µm und bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 3,0 µm. Die Massean Cristobalit liegt beispielsweise im Bereich von 3,0 bis 25,0 Masse-% bezogen auf den gesamten gebrannten Presskörper 1 und bevorzugt im Bereich von 7,0 bis 20,0 Masse-%. Wenn beispielsweise der gebrannte Presskörper 1 als ein Katalysatorträger zur Reinigung der Autoabgase verwendet wird, hilft die Gegenwart der Oxidfilme auf den Oberflächen der Teilchenkörper, eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit zu erhalten.
Die folgende Beschreibung übernimmt das Beispiel für den Fall, dass der gebrannte Presskörper 1 und die Wabenstruktur (nicht gezeigt), die aus dem gebrannten Presskörper 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform gebildet ist, vorwiegend SiC-Teilchen als die Teilchenkörper der Aggregate 2 nutzen.
Der für die Wabenstruktur verwendete gebrannte Presskörper 1 muss eine hohe Porosität (hier offene Porosität) und eine hohe Festigkeit aufweisen. Um leicht eine hohe Porosität für den gebrannten Presskörper 1 erreichen zu können, ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Aggregate 2 bevorzugt größer als oder gleich 5 µm und stärker bevorzugt größer als oder gleich 10 µm. Um die Gegenwart vieler zu großer Poren 4 in dem gebrannten Presskörper 1 zu vermeiden, ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Aggregate 2 bevorzugt kleiner als oder gleich 100 µm und stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 40 µm. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser kann mittels einer Laserbeugungsmethode gemessen werden (gleiches gilt nachstehend).
Außerdem wird bei dem gebrannten Presskörper gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Gesamtgehalt (die Menge bezogen auf die Gesamtmasse) an Alkalimetallen bezogen auf deren Oxide auf kleiner als 0,1 Masse-% (größer als oder gleich 0 Masse-%) des gesamten gebrannten Presskörpers 1 festgelegt, wobei die Alkalimetalle Natrium (Na) und Kalium (K), die in dem gebrannten Presskörper 1 enthalten sind, umfassen. Die Alkalimetalle wie Natrium oder Kalium existieren in Spurenmengen in dem Aggregat-Rohmaterial zur Verwendung bei der Bildung der Aggregate 2 und einem Rohmaterial eines Bindematerials zur Verwendung bei der Bildung des Bindematerials 3.
Allgemein bekannt ist, dass die Alkalimetalle wie Natrium zu einer Ursache für die Verschlechterung der Langzeithaltbarkeit der porösen Materialien werden. Daher werden Versuche unternommen, die Menge der Alkalimetalle, die in dem porösen Material enthalten sind, so stark wie möglich zu verringern. Diesbezüglich wird bei dem gebrannten Presskörper 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Verhältnis der (Gesamt-) Masse der Alkalimetalle wie Natrium, die in dem gebrannten Presskörper 1 enthalten sind, in dem vorstehend erwähnten Bereich festgelegt. Diese Zusammensetzung erhöht die Langzeithaltbarkeit des gebrannten Presskörpers 1.
Ebenso bekannt ist, dass, wenn der gebrannte Presskörper 1 (Wabenstruktur) Alkalimetalle enthält, wenn ein SCR-Katalysator wie Zeolith zur Verwendung von dem gebrannten Presskörper getragen wird, sich das NOx-Reinigungsvermögen aufgrund des Alterns (Wärmebehandlung) bei hoher Temperatur verschlechtert. Die Verschlechterung des NOx-Reinigungsvermögens aufgrund von Alterung kann jedoch unterbunden werden, wenn der Gehalt (Massenanteil) der Alkalimetalle bezogen auf ihre Oxide kleiner als 0,1 Masse-% ist.
Ist die Sr-Komponente in dem Bindematerial 3 nicht enthalten, wenn der Gehalt der Alkalimetalle (bezogen auf ihre Oxide) auf kleiner als 0,1 Masse-% festgelegt wird, sind die vorstehend erwähnten Dreiphasengrenzflächen nicht glatt gebunden, wie im Falle des bereits beschriebenen gebrannten Presskörpers 10 gemäß dem Vergleichsbeispiel, und die Festigkeit des gebrannten Presskörpers verringert sich. Im Gegensatz dazu kann der gebrannte Presskörper 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine hohe Festigkeit sicherstellen, indem die Sr-Komponente in das Bindematerial 3 aufgenommen wird, wenn der Gehalt der Alkalimetalle auf kleiner als 0,1 Masse-% festgelegt wird.
Wie bereits beschrieben, wird in einem Beispiel für den gebrannten Presskörper 1 SrAl₂Si₂O₈ aus der Sr-Komponente durch Brennen erzeugt, wird jedoch der Gehalt der Alkalimetalle auf größer als oder gleich 0,1 Masse-% festgelegt, können die Alkalimetalle leicht eine amorphe Phase mit den Komponenten des die Sr-Komponente umfassenden Bindematerials bilden, und folglich wird auch die Sr-Komponente leicht in die amorphe Phase aufgenommen. Wird der Gehalt der Alkalimetalle auf kleiner als 0,1 Masse-% festgelegt, kann nicht so leicht eine amorphe Phase gebildet werden, und dies unterbindet die Aufnahme der Sr-Komponente des Bindematerials in die amorphe Phase. Im Ergebnis wird leicht eine kristalline Phase von SrAl₂Si₂O₈ gebildet.
Allgemein bekannt ist, dass die Biegefestigkeit des gebrannten Presskörpers 1 und die Waben-Biegefestigkeit der Wabenstruktur von der Porosität (der offenen Porosität) des gebrannten Presskörpers 1 selbst beeinflusst werden. Daher beträgt bei dem gebrannten Presskörper 1 und der aus dem gebrannten Presskörper 1 gebildeten Wabenstruktur der untere Grenzwert für die offene Porosität bevorzugt 40 % und stärker bevorzugt 50 %. Andererseits beträgt der obere Grenzwert für die offene Porosität bevorzugt 90 % und stärker bevorzugt 70 %. Ist die offene Porosität kleiner als 40 %, erhöht sich der Druckabfall, und diese Erhöhung beeinflusst die Produktleistung erheblich, wenn der gebrannte Presskörper 1 und die Wabenstruktur als Produkte wie DPFs verwendet werden. Wenn andererseits die offene Porosität mehr als oder gleich 50 % beträgt, können der gebrannte Presskörper 1 und die Wabenstruktur einen niedrigen Druckabfall aufweisen und eignen sich insbesondere zur Verwendung als Produkte wie DPFs.
Übersteigt die offene Porosität 90 %, verringert sich die Festigkeit des gebrannten Presskörpers 1, und der gebrannte Presskörper 1 und die Wabenstruktur können in der Praxis keine adäquate Festigkeit sicherstellen, wenn sie als Produkte wie DPFs verwendet werden. Andererseits eignen sich der gebrannte Presskörper 1 und die Wabenstruktur mit einer offenen Porosität von 70 % oder weniger insbesondere zur Verwendung als Produkte wie DPFs. Die Details zum Verfahren für die Berechnung der offenen Porosität werden nachstehend beschrieben.
Wabenstruktur
Die Wabenstruktur (nicht gezeigt) gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung des vorstehend erwähnten gebrannten Presskörpers 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform gebildet. Die Wabenstruktur umfasst Trennwände, die „mehrere Zellen, die von einer Endfläche zu der anderen Endfläche verlaufen“ trennen und bilden. Das heißt, die Wabenstruktur ist ein rohrförmiges Element, dessen Inneres von den Trennwänden in mehrere Zellen geteilt wird. Die Zellen fungieren als Fluidwege. Die Merkmale der Wabenstruktur, wie Zusammensetzung und Form, sind bereits bekannt, und es können Wabenstrukturen mit irgendeiner vorgegebenen Zusammensetzung und Größe unter Verwendung des gebrannten Presskörpers 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform konstruiert werden. Beispielsweise kann die Wabenstruktur so strukturiert sein, dass sie eine Außenwand am Außenumfang aufweist. Der untere Grenzwert für die Dicke der Trennwände beträgt bevorzugt beispielsweise 30 µm und stärker bevorzugt 50 µm. Der obere Grenzwert für die Dicke der Trennwände beträgt bevorzugt 1000 µm, stärker bevorzugt 500 µm und besonders bevorzugt 350 µm. Der untere Grenzwert für die Dichte der Zellen beträgt bevorzugt 10 Zellen/cm², stärker bevorzugt 20 Zellen/cm² und besonders bevorzugt 50 Zellen/cm². Der obere Grenzwert für die Dichte der Zellen beträgt bevorzugt 200 Zellen/cm² und stärker bevorzugt 150 Zellen/cm².
Es gibt keine besonderen Einschränkungen für die Form der Wabenstruktur, und Beispiele für die Form umfassen säulenförmige Formen, wie sie in der Technik allgemein bekannt sind, und Prismaformen mit einer polygonalen (z. B. dreieckigen, viereckigen, fünfeckigen oder sechseckigen) Grundfläche. Überdies gibt es keine besonderen Einschränkungen für Form der Zellen der Wabenstruktur. Beispiele für die Form der Zellen im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen (axiale Richtung) umfassen polygonale Formen (z. B. dreieckige, viereckige, fünfeckige, sechseckige, siebeneckige oder achteckige Formen), Kreisformen und eine Kombination dieser Formen.
Überdies können die Abmessungen der Wabenstruktur entsprechend der Anwendung passend bestimmt werden. Die Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Verwendung des hochfesten gebrannten Presskörpers 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform gebildet und verfügt daher über eine besonders hohe Beständigkeit gegen dynamische Belastungen. Daher können große Wabenstrukturen zur Konstruktion großer DPFs oder dergleichen gebildet werden. Beispielsweise sind Wabenstrukturen mit Volumen von ungefähr 10 cm³ bis 2,0 × 10⁴ cm³ denkbar.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform als ein DPF oder Katalysatorträger verwendet werden. Auch ein DPF, der einen Katalysator trägt, ist eine bevorzugte Ausführungsform. Wird die Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise als ein DPF verwendet, ist die Struktur bevorzugt wie folgt beschaffen. Im Speziellen umfasst die Wabenstruktur bevorzugt Verschlussabschnitte, die in den Öffnungen vorbestimmter Zellen an einer Endfläche und in den Öffnungen der verbleibenden Zellen an der anderen Endfläche vorgesehen sind. Bevorzugt sind an jeder Endfläche Zellen mit Verschlussabschnitten und Zellen ohne Verschlussabschnitte abwechselnd angeordnet, wobei ein Schachbrettmuster gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines gebrannten Presskörpers (Wabenstruktur)
Nachstehend wird das Verfahren zur Herstellung eines gebrannten Presskörpers gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. 8 ist ein Ablaufdiagramm des Prozesses der Herstellung des gebrannten Presskörpers 1. Das nachstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung eines gebrannten Presskörpers ist ebenso ein Verfahren zur Herstellung einer wabenförmigen Wabenstruktur, die aus einem gebrannten Presskörper besteht.
Zunächst werden pulverisiertes Siliciumcarbid, das ein Rohmaterial für die Aggregate 2 ist, und ein pulverisiertes Rohmaterial eines Bindematerials zur Verwendung bei der Erzeugung des Bindematerials 3 durch Brennen gemischt, und weiterhin werden andere Komponenten wie ein Bindemittel, ein oberflächenaktives Mittel, ein porenbildendes Material und Wasser nach Bedarf zugegeben, um so ein Formungsrohmaterial herzustellen (Prozess zur Herstellung eines Formungsrohmaterials). Bevorzugt werden Rohmaterialien verwendet, die nur wenige Alkalimetallkomponenten als Verunreinigungen enthalten. Nun wird dem Formungsrohmaterial pulverisiertes Strontium (z. B. Strontiumcarbonat) oder dergleichen, das mit einem vorgegebenen Gehalt in dem zuzugebenden (enthaltenen) Wasser enthalten ist, als die Sr-Komponente zugegeben. Das Verfahren der Zugabe der Sr-Komponente 5 ist nicht auf die oben beschriebene Technik beschränkt, und die Sr-Komponente 5 kann in derselben Weise wie die anderen Komponenten wie das Bindemittel auch direkt in pulverisiertem Zustand in Siliciumcarbid oder das Rohmaterial eines Bindematerials geladen werden. Um genau zu sein, ist die Sr-Komponente 5 auch Teil des Rohmaterials eines Bindematerials. Wie bereits beschrieben, kann das Bindematerial 3 auch andere Komponenten wie Cerdioxid (CeO₂) enthalten, und in diesem Fall sind die anderen Komponenten wie Cerdioxid auch Teil des Rohmaterials eines Bindematerials.
Das Rohmaterial eines Bindematerials enthält eine Aluminium-Komponente (Al-Komponente), eine Silicium-Komponente (Si-Komponente) und eine Magnesium-Komponente (Mg-Komponente) und üblicherweise Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliciumdioxid (SiO₂) und Magnesiumoxid (MgO). In einem bevorzugten Herstellungsbeispiel wird „Cordierit“, das eine Hauptkomponente des Bindematerials 3 ist, durch Brennen des obigen Rohmaterials eines Bindematerials erzeugt. Es sind verschiedene Komponenten als ein Cordierit-Rohmaterial zur Verwendung bei der Erzeugung eines Cordierit-Kristalls durch Brennen verwendbar. Unter der Annahme, dass die Gesamtmasse des Aggregat-Rohmaterials und des Rohmaterials eines Bindematerials (d. h. der anorganischen Rohmaterialien) in dem Formungsrohmaterial 100 Masse-% beträgt, liegt die Masse des Rohmaterials eines Bindematerials beispielsweise im Bereich von 8 bis 70 Masse-%. Die Menge der Aluminium-Komponente bezogen auf Aluminiumoxid in dem Rohmaterial eines Bindematerials liegt beispielsweise im Bereich von 30 bis 75 Masse-%. Dem ähnlich liegt das Verhältnis der Silicium-Komponente bezogen auf Siliciumdioxid beispielsweise im Bereich von 28 bis 55 Masse-%. Das Verhältnis der Magnesium-Komponente bezogen auf Magnesiumoxid liegt beispielsweise im Bereich von 5 bis 15 Masse-%. Das Verhältnis der Sr-Komponente 5 bezogen auf SrO in dem Rohmaterial eines Bindematerials liegt beispielsweise im Bereich von 0,1 bis 15 Masse-%.
Beispiele für das Bindemittel umfassen allgemein bekannte organische Bindemittel wie Methylcellulose, Hydroxypropoxylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose und Polyvinylalkohol. Genauer gesagt, werden bevorzugt sowohl Methylcellulose als auch Hydroxypropoxylcellulose verwendet. Beispielsweise liegt der Bindemittelgehalt in dem gesamten Formungsrohmaterial bevorzugt im Bereich von 2 bis 10 Masse-%.
Beispiele für das oberflächenaktive Mittel umfassen Ethylenglycol, Dextrin, Fettsäureseife und mehrwertigen Alkohol. Von diesen Beispielen kann nur eine Art einzeln verwendet werden, oder zwei oder mehr Arten können in Kombination verwendet werden. Beispielsweise ist der Gehalt des oberflächenaktiven Mittels in dem gesamten Formungsrohmaterial bevorzugt kleiner als oder gleich 2 Masse-%.
Es gibt keine besonderen Einschränkungen für das porenbildende Material, solange das porenbildende Material nach dem Brennen Poren bildet, und Beispiele für das porenbildende Material umfassen Graphit, Stärke, ein verschäumbares Harz, ein Wasser aufnehmendes Harz und Kieselgel. Beispielsweise ist der Gehalt des porenbildenden Materials in dem gesamten Formungsrohmaterial bevorzugt kleiner als oder gleich 40 Masse-%. Der untere Grenzwert für den durchschnittlichen Teilchendurchmesser des porenbildenden Materials beträgt bevorzugt 10 µm, und genauer gesagt, beträgt der obere Grenzwert für den durchschnittlichen Teilchendurchmesser des porenbildenden Materials bevorzugt 30 µm. Ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser des porenbildenden Materials kleiner als 10 µm, können Löcher (Poren 4) in dem gebrannten Presskörper 1 nicht adäquat gebildet werden. Wenn andererseits der durchschnittliche Teilchendurchmesser des porenbildenden Materials größer ist als 30 µm, kann das Formungsrohmaterial (Rohgemisch) ein beim Extrudieren verwendetes Mundstück verstopfen. Der vorstehend erwähnte durchschnittliche Teilchendurchmesser des porenbildenden Materials kann mit Hilfe eines Laserbeugungsverfahrens gemessen werden. Bei der Verwendung eines Wasser aufnehmenden Harzes als das porenbildende Material ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser ein Wert, der durch Messen des Wasser aufnehmenden Harzes nach der Wasseraufnahme erhalten wird.
Das dem Formungsrohmaterial zuzugebende Wasser kann entsprechend so eingestellt werden, dass ein Rohgemisch eine Härte erhält, die ein leichtes Formen beispielsweise während der Extrusion ermöglicht. Beispielsweise werden bevorzugt 20 bis 80 Masse-% Wasser bezogen auf die Masse des gesamten Formungsrohmaterials zugegeben.
Als nächstes wird das vorstehend erwähnte Formungsrohmaterial, das durch Laden jeder Komponente in einer vordefinierten Menge erhalten wurde, zu einem Rohgemisch geknetet. Hierfür kann eine Vorrichtung wie eine Knetmaschine oder ein Vakuum-Tonkneter zur Formung des Rohgemisches verwendet werden.
Danach wird das geknetete Rohgemisch unter Bildung eines Wabenpresskörpers extrudiert (Prozess zur Formung eines Presskörpers). Die Extrusion des Rohgemisches nutzt hauptsächlich einen Extruder, der mit einem Mundstück mit den gewünschten Eigenschaften wie Gesamtform, Zellenform, Trennwanddicke und Zellendichte ausgestattet ist. Das Material für das Mundstück ist bevorzugt Hartmetall, das sich nur schwer abnutzt. Der Wabenpresskörper hat eine Struktur, die poröse Trennwände und eine Außenwand umfasst, wobei die porösen Trennwände mehrere Zellen, die als Fluidwege dienen, trennen und bilden, und sich die Außenwand am Außenumfang befindet. Die Eigenschaften des Wabenpresskörpers, wie die Dicke der Trennwände, die Dichte der Zellen und die Dicke der Außenwand, können entsprechend unter Berücksichtigung der Schrumpfung während des Trocknens und Brennens und gemäß der Zusammensetzung der herzustellenden Wabenstruktur bestimmt werden. Wie oben beschrieben, wird der Presskörper durch Formen des Gemisches aus dem Aggregat-Rohmaterial, dem Rohmaterial eines Bindematerials und dem porenbildenden Material erhalten (Schritt S11).
Der wie oben beschrieben erhaltene Wabenpresskörper wird bevorzugt vor dem Brennprozess getrocknet (Trocknungsprozess). Es gibt keine besonderen Einschränkungen für das Verfahren des Trocknens, und Beispiele für das Verfahren umfassen Erwärmungsverfahren mit elektromagnetischen Wellen wie Trocknen durch Mikrowellenerwärmung und Trocknen durch dielektrische Hochfrequenzerwärmung, und externe Erwärmungsverfahren wie Heißlufttrocknung und Heißdampftrocknung. Die Erwärmungsverfahren mit elektromagnetischen Wellen und die externen Erwärmungsverfahren können in Kombination genutzt werden. Beispielsweise kann zum raschen und gleichmäßigen Trocknen des gesamten Presskörpers bei gleichzeitiger Verhinderung des Auftretens von Rissen die Zwei-Schritt-Trocknung durchgeführt werden, bei der zunächst ein Erwärmungsverfahren mit elektromagnetischen Wellen zur Trocknung einer bestimmten Menge an Feuchtigkeit genutzt wird und dann ein externes Erwärmungsverfahren zur Trocknung der verbliebenen Feuchtigkeit genutzt wird. In diesem Fall werden als die Trocknungsbedingungen bevorzugt zunächst ein Erwärmungsverfahren mit elektromagnetischen Wellen zur Entfernung von 30 bis 99 Masse-% Feuchtigkeit, bezogen auf die Menge an Feuchtigkeit vor dem Trocknen, genutzt, und dann wird ein externes Erwärmungsverfahren genutzt, um die Feuchtigkeit weiter bis auf 3 Masse-% oder weniger zu reduzieren. Ein bevorzugtes Erwärmungsverfahren mit elektromagnetischen Wellen ist das Trocknen durch dielektrische Erwärmung, und ein bevorzugtes externes Erwärmungsverfahren ist das Heißlufttrocknen.
Hat der getrocknete Wabenpresskörper nicht die gewünschte Länge (Wabenlänge) in der Verlaufsrichtung der Zellen (axiale Richtung) in dem Wabenpresskörper, kann der Wabenpresskörper durch Zuschneiden beider Endflächen (beider Enden) des Wabenpresskörpers auf die gewünschte Länge zugeschnitten werden (Schneideprozess). Es gibt keine besonderen Einschränkungen für das Verfahren des Schneidens, und ein Beispiel für das Verfahren ist die Verwendung einer allgemein bekannten Kreissäge.
Dann wird der Wabenpresskörper unter Erhalt eines gebrannten Presskörpers als Wabenstruktur gebrannt (Schritt S12). Hierbei wird vor dem Brennen bevorzugt die Kalzinierung durchgeführt, um so das Bindemittel oder andere Komponenten zu entfernen (Kalzinierungsprozess). Die Kalzinierung wird bevorzugt bei einer Temperatur von 200 bis 600 °C für 0,5 bis 20 Stunden in Umgebungsatmosphäre durchgeführt (Entfettungsprozess). Das Brennen wird bevorzugt in einer Nicht-Oxidationsatmosphäre wie Stickstoff oder Argon (mit einem Sauerstoffpartialdruck von 10^-4 atm oder weniger) durchgeführt (Brennprozess). Der untere Grenzwert für die Brenntemperatur beträgt bevorzugt 1.300 °C. Der obere Grenzwert für die Brenntemperatur beträgt bevorzugt 1.600 °C. Der Druck während des Brennens ist bevorzugt atmosphärischer Druck. Der untere Grenzwert für die Brennzeit beträgt bevorzugt eine Stunde. Der obere Grenzwert für die Brennzeit beträgt bevorzugt 20 Stunden.
Bevorzugt wird der gebrannte Presskörper nach dem Brennprozess einer Wärmebehandlung (Oxidationsbehandlung) in einer Oxidationsatmosphäre unterzogen (Schritt S13). Die Oxidationsatmosphäre ist beispielsweise die Umgebungsatmosphäre (die Wasserdampf enthalten kann). Wie bereits beschrieben, enthält in diesem Beispiel für die Herstellung das Aggregat-Rohmaterial SiC-Teilchen, und Oxidfilme sind auf den SiC-Oberflächen gebildet, die durch die Oxidationsbehandlung für die Poren freiliegen. Daher kann der gebrannte Presskörper über eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit verfügen, wenn es als ein Katalysatorträger wie ein DPF zur Reinigung der Autoabgase verwendet wird. In einigen Fällen können die Oxidfilme auf Abschnitten der SiC-Oberflächen gebildet werden, die mit dem Bindematerial bedeckt sind. Der untere Grenzwert für die Temperatur der Oxidationsbehandlung beträgt bevorzugt 1.100 °C und stärker bevorzugt 1.200 °C. Der obere Grenzwert für die Temperatur der Oxidationsbehandlung beträgt bevorzugt 1.400 °C und stärker bevorzugt 1.350 °C. Der untere Grenzwert für die Oxidationsbehandlungszeit beträgt bevorzugt eine Stunde. Der obere Grenzwert für die Oxidationsbehandlungszeit beträgt bevorzugt 20 Stunden. Die Kalzinierung, das Brennen und die Oxidationsbehandlung können beispielsweise unter Verwendung eines Elektroofens oder eines Gasofens durchgeführt werden.
Als nächstes werden Beispiele beschrieben. Hierbei wurden gebrannte Presskörper (Wabenstrukturen) als Beispiele 1 bis 15 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4 unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen hergestellt.
Beispiele 1 bis 15 und Vergleichsbeispiels 1 bis 4
Zunächst wurde ein „Basispulver“ durch Mischen von pulverisiertem Siliciumcarbid (SiC) als ein Aggregat-Rohmaterial und einem pulverisierten Rohmaterial eines Bindematerials hergestellt. Die Masse des Aggregat-Rohmaterials in dem Basispulver und die Masse des Rohmaterials eines Bindematerials in dem Basispulver (die beide Massen bezogen auf die Masse des gesamten Basispulvers sind) sind jeweils in „Menge Aggregat-Rohmaterial“ und „Menge Rohmaterial eines Bindematerials“ in Tabelle 1 gezeigt. Die Masse jeder in dem Rohmaterial eines Bindematerials enthaltenen Komponente (Masse bezogen auf die Masse des gesamten Rohmaterials eines Bindematerials) ist wie in „Zusammensetzung des Rohmaterials eines Bindematerials“ gezeigt. Hier wurde Strontiumcarbonat (SrCO₃) als eine Sr-Komponente zugegeben, und Tabelle 1 zeigt die Masse der Sr-Komponente bezogen auf SrO.
Überdies wurden dem oben hergestellten Basispulver unter Erhalt eines „Formungsrohmaterials“ ein Wasser aufnehmendes Harz und Stärke, die als das porenbildende Material dienen, Hydroxypropylmethylcellulose, die als das Bindemittel dient, und Wasser zugegeben. Unter der Annahme, dass die Masse des Basispulvers 100 Masse-% beträgt, wurden 5,0 Masse-% des Wasser aufnehmenden Harzes, 28 Masse-% Stärke und 7,0 Masse-% Hydroxypropylmethylcellulose zugegeben. Danach wurde das Gemisch mit einer Knetmaschine zu einem formbaren Rohgemisch geknetet (Formungsrohmaterial).
Dann wurde das erhaltene Rohgemisch (Formungsrohmaterial) mit einem Vakuum-Tonkneter in eine zylindrische Form (Zylinderform) gebracht, und das erhaltene zylindrische Rohgemisch wurde in einen Extruder geladen, um so durch Extrusion einen wabenförmigen Wabenpresskörper zu erhalten. Der erhaltene Wabenpresskörper wurde in zwei Schritten getrocknet, d. h. zunächst mit Mikrowellen und dann bei 80 °C für 12 Stunden mit einem Heißlufttrockner, wodurch ein nicht gebrannter, getrockneter Wabenpresskörper erhalten wurde.
Nachdem der erhaltene getrocknete Wabenpresskörper durch Schneiden seiner beiden Enden auf die gewünschte Länge (Wabenlänge) zugeschnitten worden war, wurde der getrocknete Wabenpresskörper einer Entfettungsbehandlung unterzogen, bei der der Presskörper bei einer Erwärmungstemperatur von 450 °C in Umgebungsatmosphäre entfettet wurde (Kalzinierungsprozess); bei einer Brenntemperatur von 1.350 °C bis 1.450 °C in einer Inertgasatmosphäre (Argongasatmosphäre) gebrannt und dann einer Oxidationsbehandlung bei einer Temperatur von 1.210 °C bis 1.310 °C in Luft unterzogen (siehe Tabelle 1). Im Ergebnis wurden die gebrannten Presskörper mit den Wabenstrukturen (einfach „Wabenstrukturen“) der Beispiele 1 bis 15 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4 erhalten.
In den Beispielen 1, 2 und 4 wurde jeweils lediglich die Zugabemenge von SrCO₃ verändert. In Beispiel 3 wurde lediglich die Temperatur der Oxidationsbehandlung aus Beispiel 2 verändert, und Beispiel 5 unterscheidet sich von Beispiel 2 dahingehend, dass kein Cerdioxid (CeO₂) zugegeben wurde. Die Beispiele 6 und 7 unterscheiden sich hinsichtlich der Temperatur der Oxidationsbehandlung, und die Beispiele 8 bis 10 unterscheiden sich hinsichtlich der Brenntemperatur. In Beispiel 10 wurde die Zugabe von CeO₂ weggelassen und der Teilchendurchmesser (durchschnittlicher Teilchendurchmesser) des Aggregat-Rohmaterials erhöht. In den Beispielen 11 und 12 wurde das Massenverhältnis des Aggregat-Rohmaterials erhöht bzw. verringert, und in Beispiel 13 wurde das Zusammensetzungsverhältnis des Rohmaterials eines Bindematerials verändert. In den Beispielen 14 und 15 wurde die Oxidationsbehandlung weggelassen und das Vorliegen oder Fehlen von zugegebenem CeO₂ verändert. In den Vergleichsbeispielen 1 und 2 wurde die Zugabe von SrCO₃ weggelassen und die Zugabemenge von CeO₂ verändert. In Vergleichsbeispiel 3 wurde die Zugabemenge von SrCO₃ so erhöht, dass die Menge der Sr-Komponente den vorgegebenen Bereich überschritt. In Vergleichsbeispiel 4 wurde die Zugabe von SrCO₃ weggelassen und Rohmaterialien mit einem hohen Natrium-Gehalt (Na-Gehalt) verwendet.
Verschiedene Messungen der gebrannten Presskörper

Die Masse jeder Oxid-Komponente (SiO₂, MgO, Al₂O₃, CeO₂ und SrO) in dem gebrannten Presskörper, die Masse jeder Komponente (SiO₂, MgO, Al₂O₃, CeO₂ und SrO) in dem Bindematerial, die Masse der Nebenkomponenten (Na₂O und K₂O) in dem gebrannten Presskörper, die Masse der kristallinen Phase (SiC, SiO₂ (Cristobalit), des Cordierits, des Mullits, von SrAl₂Si₂O₈ (monokliner Kristall), von SrAl₂Si₂O₈ (hexakliner Kristall) und CeO₂) in dem gebrannten Presskörper, das Vorliegen oder Fehlen und die Dicke der Oxidfilme auf den Aggregatteilchen, die offene Porosität, die Waben-Biegefestigkeit, die Biegefestigkeit und Veränderungen der NOx-Reinigungsrate vor und nach der Wärmebehandlung wurden für die hergestellten gebrannten Presskörper gemessen oder berechnet. Die Tabellen 2 und 3 zeigen die Messergebnisse für die gebrannten Presskörper der Beispiele 1 bis 15 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4. Tabelle 2

	Zusammensetzungsverhältnis Oxide					Zusammensetzungsverhältnis Bindematerial					Nebenkomponenten
	SiO₂	MgO	Al₂O₃	CeO₂	SrO	SiO₂	MgO	Al₂O₃	CeO₂	SrO	Na₂O	K₂O
	Masse-%					Masse-%					Masse-%
Beispiel 1	22,6	2,3	9,4	0,64	0,31	45,8	9,7	40,5	2,8	1,3	0,05	<0,01
Beispiel 2	24,7	2,3	9,5	0,64	0,61	48,6	8,9	37,6	2,5	2,4	0,06	<0,01
Beispiel 3	27,7	2,2	9,4	0,63	0,60	53,9	7,9	33,7	2,3	2,2	0,08	<0,01
Beispiel 4	26,6	2,2	9,1	0,63	1,20	53,1	7,9	32,5	2,3	4,3	0,04	<0,01
Beispiel 5	24,0	2,2	9,3	0,00	0,70	49,2	9,2	38,6	0,0	2,9	0,04	<0,01
Beispiel 6	24,7	2,3	9,5	0,64	0,61	53,7	8,0	33,8	2,3	2,2	0,04	<0,01
Beispiel 7	24,7	2,3	9,5	0,64	0,61	36,3	11,1	44,6	3,1	3,0	0,04	<0,01
Beispiel 8	27,7	2,2	9,4	0,63	0,60	54,4	7,9	33,3	2,2	2,1	0,03	<0,01
Beispiel 9	27,7	2,2	9,4	0,63	0,60	54,2	8,1	33,1	2,3	2,2	0,04	<0,01
Beispiel 0	24,0	2,2	9,3	0,00	0,67	49,2	9,2	38,7	0,0	2,8	0,08	<0,01
Beispiel 11	13,0	0,3	1,5	0,60	0,60	40,0	6,0	30,0	12,0	12,0	0,04	<0,01
Beispiel 12	33,0	4,5	17,2	0,60	0,60	47,9	10,3	39,1	1,4	1,4	0,04	<0,01
Beispiel 13	14,1	3,8	9,6	0,66	0,66	49,0	13,2	33,3	2,3	2,3	0,03	<0,01
Beispiel 14	14,3	2,3	9,9	0,66	0,64	48,4	9,1	37,6	2,3	2,6	0,06	<0,01
Beispiel 15	19,8	1,8	7,6	0,00	0,55	49,2	9,2	38,6	0,0	2,9	0,04	<0,01
Vergleichsbeispiel 1	25,2	2,3	9,6	0,62	0,00	46,4	9,8	41,0	2,8	0,0	0,04	<0,01
Vergleichsbeispiel 2	25,1	2,3	9,5	1,23	0,00	44,9	9,6	40,5	5,0	0,0	0,04	<0,01
Vergleichsbeispiel 3	23,4	2,1	9,0	0,61	5,78	39,4	7,4	31,2	2,1	19,9	0,04	<0,01
Vergleichsbeispiel 4	21,3	2,3	9,3	0,72	0,00	46,7	8,9	41,5	2,8	0,0	0,15	0,01

Die Masse der kristallinen Phase (SiC, Cristobalit, Cordierit, Mullit, SrAl₂Si₂O₈ (monokliner Kristall), SrAl₂Si₂O₈ (hexakliner Kristall) und CeO2) in dem gebrannten Presskörper wurde wie folgt erhalten. Ein Röntgenbeugungsmuster des gebrannten Presskörpers wurde unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers erhalten. Als das Röntgendiffraktometer wurde ein Multifunktions-Pulver-Röntgendiffraktometer (D8 ADVAN-CE, hergestellt von der Bruker corporation) verwendet. Die Bedingungen der Röntgenbeugungsmessung waren wie folgt: eine CuKa-Strahlenquelle, 10 kV, 20 mA und 20 = 5 bis 100°. Dann wurde jede kristalline Phase quantitativ durch eine Analyse der erhaltenen Röntgenbeugungsdaten mit Hilfe der Rietveld-Methode unter Anwendung der Analysesoftware TOPAS (hergestellt von Bruker AXS) bestimmt. Die Masse jedes Bestandteils der kristallinen Phase wurde unter der Annahme berechnet, dass die Summe der Massen aller kristallinen Phasen, die detektiert werden konnten, 100 Masse-% betrug. Bei allen gebrannten Presskörpern der Beispiele 1 bis 15 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4 enthielt das Bindematerial 50 Masse-% oder mehr (um genauer zu sein 65 Masse-% oder mehr) an Cordierit, bezogen auf die Masse des gesamten Bindematerials.
Unter der Annahme, dass die Masse des gesamten gebrannten Presskörpers 100 Masse-% betrug, wurde die Masse der Nebenkomponenten (Na₂O und K₂O) in dem gebrannten Presskörper durch Emissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) bestimmt. Die Menge der Na-Komponente in den Alkalimetallkomponenten war ein Wert, der bezogen auf Na₂O ausgedrückt wurde, und die Menge der K-Komponente in den Alkalimetallkomponenten war ein Wert, der bezogen auf K₂O ausgedrückt wurde. Bei den gebrannten Presskörpern aller Beispiele 1 bis 15 und den gebrannten Presskörpern der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 war die Gesamtmenge der Massen von Na₂O und K₂O, d. h. die Masse der Alkalimetallkomponenten bezogen auf ihre Oxide, kleiner als 0,1 Masse-%. Bei dem gebrannten Presskörper von Vergleichsbeispiel 4 war das Massenverhältnis der Alkalimetallkomponenten bezogen auf ein Oxid größer als oder gleich 0,1 Masse-%.
Auch die Menge jeder Oxid-Komponente (SiO₂, MgO, Al₂O₃, CeO₂ und SrO) in dem gebrannten Presskörper wurde durch ICP-Emissionsspektroskopie unter der Annahme, dass die Masse des gesamten gebrannten Presskörpers 100 Masse-% betrug, bestimmt (siehe „Zusammensetzungsverhältnis Oxid“ in Tabelle 2). Hierbei wurde lediglich C quantitativ mit einem Verfahren gemäß JIS Z 2615 (quantitative Bestimmung von Kohlenstoff in metallischen Materialien) und JIS Z 2616 (quantitative Bestimmung von Schwefel in metallischen Materialien), d. h. durch ein Infrarotabsorptionsverfahren nach Verbrennung in einem Sauerstoffstrom, bestimmt. Die Menge von SiC wurde unter der Annahme berechnet, dass der gesamte C von SiC als die Teilchenkörper des Aggregats stammte, und die Menge von SiO₂, das in dem gesamten gebrannten Presskörper enthalten ist, wurde unter der Annahme erhalten, dass die verbleibende Si-Komponente, die durch Entfernen von SiC aus Si erhalten wurde, bestimmt durch ICP-Emissionsspektroskopie, von SiO₂ stammte. Die Menge jeder Komponente (SiO₂, MgO, Al₂O₃, CeO₂ und SrO), die in dem Bindematerial enthalten ist (Masse bezogen auf die Masse des gesamten Bindematerials), war ein Wert, der durch Subtrahieren des Massenverhältnisses von Cristobalit, bestimmt durch Röntgenbeugungsanalyse, von dem obigen Massenverhältnis von SiO₂, bestimmt durch die Anwendung der ICP-Emissionsspektroskopie, und unter der Annahme, dass die gesamte Masse des verbleibenden SiO₂ und die Massen von MgO, Al₂O₃, CeO₂ und SrO, bestimmt mit derselben ICP-Emissionsspektroskopie, 100 Masse-% betrugen, erhalten wurde (siehe „Zusammensetzungsverhältnis Bindematerial“ in Tabelle 2).
Als ein Verfahren zur Betrachtung der Oxidfilme (SiO₂-Filme) in dem Aggregat wurde ein Prüfkörper, erhalten durch Hochglanzpolieren eines in einem Harz enthaltenen gebrannten Presskörpers mit einer Diamantaufschlämmung oder anderen Materialen, als ein Betrachtungsprüfkörper verwendet, und eine polierte Querschnittsfläche dieses Prüfkörpers wurde mit einer 1.500-fachen Vergrößerung zur Betrachtung der Oxidfilme um das SiC überprüft. In Tabelle 3 sind Beispiele, für die die Gegenwart der Oxidfilme unter den vorstehend erwähnten Betrachtungsbedingungen bestätigt wurde, als „liegt vor“ gezeigt, und Beispiele, für die die Gegenwart der Oxidfilme nicht bestätigt wurde, sind als „fehlt“ gezeigt. Bei den gebrannten Presskörpern der Beispiele 1 bis 13 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4, die der Oxidationsbehandlung unterzogen worden waren, wurde die Gegenwart der Oxidfilme bestätigt und Cristobalit wurde detektiert, wohingegen bei den gebrannten Presskörpern der Beispiele 14 und 15, die der Oxidationsbehandlung nicht unterzogen worden waren, weder die Gegenwart der Oxidfilme bestätigt wurde, noch Cristobalit detektiert wurde. Daher kann man sagen, dass die Oxidfilme Cristobalit sind.
Als ein Verfahren zum Messen der Dicke der Oxidfilme (SiO₂-Filme) in dem Aggregat wurde ein Prüfkörper, erhalten durch Hochglanzpolieren eines in einem Harz enthaltenen gebrannten Presskörpers mit einer Diamantaufschlämmung oder anderen Materialen, als ein Betrachtungsprüfkörper verwendet, und eine polierte Querschnittsfläche dieses Prüfkörpers wurde mit einer 750-fachen Vergrößerung zur Betrachtung der Oxidfilme um das SiC überprüft. Dann wurde eine Dicke im Bereich einer Grenzfläche zwischen einem Oxidfilm und einer Pore zu einer Grenzfläche zwischen dem Oxidfilm und einem SiC-Teilchen als die Dicke des Oxidfilms gemessen. In dem Feld mit 750-facher Vergrößerung wurden willkürlich 15 Punkte gewählt, und ein Durchschnittswert für die Dicken der Oxidfilme, die an diesen Punkten gemessen wurden, wurde als die Dicke der Oxidfilme in dem gebrannten Presskörper genommen. Aus den Beispielen 6 und 7 ist ersichtlich, dass eine hohe Temperatur der Oxidationsbehandlung die Dicke der Oxidfilme und das Massenverhältnis von Cristobalit erhöhte.
Die offene Porosität wurde mit Hilfe der Archimedes-Methode unter Verwendung von reinem Wasser als ein Medium und eines Plattenstückes, erhalten durch Zuschneiden des gebrannten Presskörpers auf die Maße 20 mm × 20 mm × 0,3 mm, gemessen. Bei der Messung der Waben-Biegefestigkeit wurde ein Prüfkörper (3 Zellen × 5 Zellen × 30 bis 40 mm) der Wabenstruktur (gebrannter Presskörper), der in der Eindringrichtung der Zellen lang war, verwendet und einem Vier-Punkte-Biegetest gemäß JIS R1601, der senkrecht zur Längsrichtung der Zellen durchgeführt wurde, unterzogen. Bei der Messung der Biegefestigkeit wurde die Wabenstruktur zu einem Prüfkörper mit einer Höhe von 0,3 mm, einer Breite von 4 mm und einer Länge von 40 mm verarbeitet, und dieser Prüfkörper wurde einem Biegetest gemäß JIS R1601 wie bei der Messung der Waben-Biegefestigkeit unterzogen.
Veränderungen der NOx-Reinigungsrate vor und nach der Wärmebehandlung wurden wie folgt erhalten. Zunächst wurde der erhaltene gebrannte Presskörper in einem Mörser pulverisiert, bis es durch ein 100-Mesh-Sieb (mit einer Öffnungsgröße von 150 µm) ging. Das pulverisierte Grundmaterial und ein Zeolith-Katalysator zur Reinigung von NOx wurden in einem Gewichtsverhältnis von 3 : 1 gemischt, und das gemischte Pulver wurde dem uniaxialen Pressformen unter Verwendung einer Form mit einem Durchmesser von 30 mm unterzogen. Dann wurde ein durch den Formungsprozess erhaltenes Pellet zu Teilchen von 2 bis 3 Millimetern pulverisiert und als eine Bewertungsprobe verwendet. Die Probe wurde bei 900 °C für zwei Stunden in einer Oxidationsatmosphäre, die 10 % Wasserdampf enthielt, gehalten, und es wurde eine wärmebehandelte Bewertungsprobe erhalten.
Diese Proben wurden unter Anwendung eines Autoabgas-Analysegerätes (SIGU-1000, hergestellt von HORIBA, Ltd.) bewertet. Als die Bedingungen der Bewertung wurde die Temperatur im Bereich von 200 bis 500 °C festgelegt; ein Mischgas, enthaltend 10 % O₂, 8 % CO₂, 5 % H₂O, 150 ppm NO und 300 ppm NH₃, wurde als ein Reaktionsgas eingeführt; und die Konzentration jeder Komponente in dem Abgas, das eine Messprobe durchquerte, wurde unter Anwendung einer Abgas-Messvorrichtung (MEXA-6000FT, hergestellt von HORIBA, Ltd.) zur Bewertung eines Reduktionsverhältnisses des NO-Gases analysiert. Derselbe Test wurde sowohl an der wärmebehandelten Probe als auch der nicht wärmebehandelten Probe durchgeführt, und ein gebrannter Presskörper, dessen NOx-Umwandlungsverhältnis bei jeder Messtemperatur keine Veränderungen eines vorbestimmten Wertes oder mehr zwischen beiden zeigte, wurde mit einem offenen Kreis markiert, und ein gebrannter Presskörper, dessen NOx-Umwandlungsverhältnis bei einer Messtemperatur Veränderungen des vorbestimmten Wertes oder mehr zwischen den beiden zeigte, wurde mit dem Buchstaben X markiert. Nur der gebrannte Presskörper von Vergleichsbeispiel 4, in dem die Menge der Alkalimetallkomponente größer als oder gleich 0,1 Masse-% war, zeigte eine Veränderung des vorbestimmten Wertes oder mehr bezüglich des NOx-Umwandlungsverhältnisses.
9 veranschaulicht die Beziehung zwischen der offenen Porosität und der Waben-Biegefestigkeit für die gebrannten Presskörper (Wabenstrukturen), die als Beispiele 1 bis 15 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3 hergestellt wurden. In 9 sind die Messergebnisse für die gebrannten Presskörper der Beispiele 1 bis 15 als offene Kreise eingezeichnet, und die Messergebnisse für die gebrannten Presskörper der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 sind als gefüllte Kreise eingezeichnet. In 9 wurde eine Veranschaulichung der Messergebnisse für den gebrannten Presskörper von Vergleichsbeispiel 4, das Veränderungen des vorbestimmten Wertes oder mehr bei der NOx-Umwandlungsrate zeigte, weggelassen. 9 veranschaulicht ebenso eine gerade Linie L, die die Korrelation zwischen der offenen Porosität und der Waben-Biegefestigkeit kennzeichnet, die aus den gebrannte Presskörpern der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 erhalten wurde.
Wie in 9 veranschaulicht, liegen die Plots für die gebrannten Presskörper der Beispiele 1 bis 15 über der geraden Linie L, und man kann sagen, dass die gebrannten Presskörper der Beispiele 1 bis 15 über eine höhere mechanische Festigkeit verfügten als die gebrannten Presskörper der Vergleichsbeispiele 1 bis 3. Diese gerade Linie L zeigt, dass die Waben-Biegefestigkeit 1,9 MPa betrug, wenn die offene Porosität 65,0 % betrug. Im Gegensatz dazu hatte der gebrannte Presskörper von Beispiel 11, das 12,0 Masse-% der Sr-Komponente bezogen auf SrO in dem Bindematerial umfasst und dieselbe Porosität von 65,0 % hat, eine Waben-Biegefestigkeit von 2,7 MPa, d. h., verfügte über eine ausreichend hohe Biegefestigkeit. Daher ist denkbar, dass die mechanische Festigkeit des gebrannten Presskörpers erhöht werden kann, wenn das Massenverhältnis der Sr-Komponente in dem Bindematerial bezogen auf SrO kleiner als oder gleich 15,0 Masse-% ist. Die Messergebnisse für den gebrannten Presskörper von Beispiel 1, das 1,3 Masse-% der Sr-Komponente in dem Bindematerial enthielt, zeigen, dass dieser gebrannte Presskörper über eine ausreichend höhere Biegefestigkeit als der gebrannte Presskörper von Vergleichsbeispiel 1 mit einer äquivalenten offenen Porosität verfügt. Daher ist denkbar, dass die mechanische Festigkeit des gebrannten Presskörpers erhöht werden kann, wenn die Menge der Sr-Komponente in dem Bindematerial bezogen auf SrO größer als oder gleich 0,3 Masse-% ist. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, lag bei den gebrannten Presskörpern der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 die Menge der Sr-Komponente bezogen auf SrO bezogen auf die Masse des gesamten gebrannten Presskörpers außerhalb des Bereiches von 0,01 bis 5,5 Masse-%, wohingegen bei den gebrannten Presskörpern der Beispiele 1 bis 15 die Menge der Sr-Komponente innerhalb dieses Bereiches lag. Außerdem verfügten selbst die gebrannten Presskörper der Beispiele 5, 10 und 15, die kein CeO₂ in dem Rohmaterial eines Bindematerials enthielten, über eine hohe Biegefestigkeit. Dies zeigt, dass die Frage der Aufnahme von CeO₂ in das Rohmaterial eines Bindematerials willkürlich entschieden werden kann.
In Tabelle 3 ist ebenso ein repräsentativer Wert für den Steigungswinkel am Rand des Bindematerials in der Spalte „Steigungswinkel“ für die gebrannten Presskörper der Beispiele 1, 2, 4, 5, 11 und 15 und Vergleichsbeispiele 1, 2 und 4 gezeigt. Der Steigungswinkel am Rand des Bindematerials wurde mit Hilfe der bezogen auf die 7A und 7B beschriebene Technik erhalten. Hierbei wurden 10 Messpositionen in einem Bild festgelegt, das durch Fotografieren einer polierten Querschnittsfläche mit einer 1.500-fachen Vergrößerung erhalten wurde, und es wurde ein Durchschnittswert der 10 Steigungswinkel erhalten. Bei den gebrannten Presskörpern der Beispiele 1, 2, 4, 5, 11 und 15, die die Sr-Komponente in dem Bindematerial enthielten, betrug der repräsentative Wert für den Steigungswinkel weniger als oder gleich 25 Grad. Diese gebrannten Presskörper enthielten 0,3 bis 1,2 Masse-% der Sr-Komponente bezogen auf SrO bezogen auf die Masse des gesamten gebrannten Presskörpers (siehe Tabelle 2). Überdies enthielt das Bindematerial 1,3 bis 12,0 Masse-% der Sr-Komponente bezogen auf SrO bezogen auf die Masse des gesamten Bindematerials. Im Gegensatz dazu betrug bei den gebrannten Presskörpern der Vergleichsbeispiele 1, 2 und 4, die die Sr-Komponente in dem Bindematerial nicht enthielten, der repräsentative Wert für den Steigungswinkel mehr als 25 Grad. Die gebrannten Presskörper der Beispiele 5 und 15 enthielten kein CeO₂ in dem Bindematerial.
Der gebrannte Presskörper 1, die Wabenstruktur und das Verfahren zur Herstellung eines gebrannten Presskörpers können auf verschiedene Art und Weise modifiziert werden.
Der gebrannte Presskörper 1 kann auch anders als eine Wabenstruktur geformt werden und kann in verschiedenen anderen Anwendungen als Filter verwendet werden. In Abhängigkeit der Anwendung des gebrannten Presskörpers 1 kann das Aggregat 2 Teilchen mehrerer Arten von Substanzen enthalten.
Das Verfahren zur Herstellung des gebrannten Presskörpers 1 und die Wabenstruktur sind nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt und können auf verschiedene Art und Weise modifiziert werden.
Die Konfigurationen der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Varianten können entsprechend kombiniert werden, solange es keine gegenseitigen Widersprüche gibt.
Obgleich die Erfindung ausführlich aufgezeigt und beschrieben worden ist, ist die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen und Abänderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Industrielle Anwendbarkeit
Der gebrannte Presskörper gemäß der vorliegenden Erfindung kann als ein Material für beispielsweise Katalysatorträger und DPFs verwendet werden. Die Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise als ein Katalysatorträger oder ein DPF verwendet werden. Das Verfahren zur Herstellung eines gebrannten Presskörpers gemäß der vorliegenden Erfindung kann zur Herstellung des oben beschriebenen gebrannten Presskörpers verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Gebrannter Presskörper
2, 2a, 2b: Aggregat
3: Bindematerial
4: Pore
5: Sr-Komponente
S11 bis S13: Schritt

Claims

Unter Porenbildung gebrannter Presskörper, in welchem Aggregat, das SiC-Teilchen als Teilchenkörper enthält, mit einem Bindematerial verbunden ist, wobei der gebrannte Presskörper Mg, Al, Si und Sr aufweist, welche als Oxide angegeben zu 0,1 bis 4,5 Masse-% MgO, 0,5 bis 25,0 Masse-% Al₂O₃, 5,0 bis 45,0 Masse-% SiO₂ und 0,01 bis 5,5 Masse-% SrO jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des gebrannten Presskörpers enthalten sind, und wobei die Masse des Aggregats bezogen auf die Gesamtmasse des gebrannten Presskörpers größer als oder gleich 50 Masse-% ist.
Gebrannter poröser Presskörper nach Anspruch 1, wobei das Bindematerial 50 Masse-% oder mehr an Cordierit enthält, bezogen auf die Gesamtmasse des Bindematerials.
Gebrannter poröser Presskörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Masse des Bindematerials bezogen auf die Gesamtmasse des gebrannten Presskörpers im Bereich von 8 bis 40 Masse-% liegt.
Gebrannter poröser Presskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Alkalimetallkomponente in dem gebrannten Presskörper enthalten ist und die Masse der Alkalimetallkomponente bezogen auf ein Oxid davon weniger beträgt als 0,1 Masse-% bezogen auf die Gesamtmasse des gebrannten Presskörpers.
Gebrannter Presskörper nach Anspruch 4, wobei der gebrannte Presskörper Na oder K als die Alkalimetallkomponente enthält.
Gebrannter Presskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Aggregat ferner Oxidfilme enthält, die auf den Oberflächen der Teilchenkörper gebildet sind.
Gebrannter Presskörper nach Anspruch 6, wobei die Oxidfilme Cristobalit enthalten.
Gebrannter Presskörper nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Oxidfilme eine Dicke von 0,3 bis 5,0 µm haben.
Gebrannter Presskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zumindest ein Teil der in dem Bindematerial enthaltenen Sr-Komponente als SrAl₂Si₂O₈ existiert.
Gebrannter Presskörper nach Anspruch 9, wobei die Masse des SrAl₂Si₂O₈ bezogen auf die Gesamtmasse des gebrannten Presskörpers im Bereich von 0,1 bis 10,0 Masse-% liegt.
Gebrannter Presskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein Durchschnitt von 10 Werten für einen Winkel, bei dem der Rand des Bindematerials im Querschnitt des gebrannten Presskörpers bezogen auf die Richtungstangente zum Rand an einer Position, an der die Krümmung lokal am stärksten ist, zunimmt, größer als 0 Grad und kleiner als oder gleich 25 Grad ist.
Wabenstruktur, bei der es sich um ein rohrförmiges Element aus gebranntem Presskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und mit einem durch Trennwände in mehrere Zellen geteilten Inneren handelt.
Verfahren zur Herstellung eines gebrannten Presskörpers, umfassend: a) das Erhalten eines Presskörpers durch Formen eines Gemisches aus einem Aggregat-Rohmaterial, einem Rohmaterial eines Bindematerials und einem porenbildenden Material; und b) das Erhalten eines gebrannten Presskörpers durch Brennen des Presskörpers, wobei in dem gebrannten Presskörper Aggregat, das SiC-Teilchen als Teilchenkörper enthält, mit einem Bindematerial verbunden ist, wobei der gebrannte Presskörper Mg, Al, Si und Sr aufweist, welche als Oxide angegeben zu 0,1 bis 4,5 Masse-% MgO, 0,5 bis 25,0 Masse-% Al₂O₃, 5,0 bis 45,0 Masse-% SiO₂ und 0,01 bis 5,5 Masse-% SrO jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des gebrannten Presskörpers enthalten sind, und die Masse des Aggregats bezogen auf die Gesamtmasse des gebrannten Presskörpers größer als oder gleich 50 Masse-% ist.
Verfahren zur Herstellung eines gebrannten Presskörpers nach Anspruch 13, ferner umfassend: c) das Unterziehen des gebrannten Presskörpers einer Oxidationsbehandlung.
Verfahren zur Herstellung eines gebrannten Presskörpers nach Anspruch 14, wobei die Temperatur der Oxidationsbehandlung in Vorgang c) in einem Bereich von 1.200 bis 1.350 °C liegt.