DE102020001984A1

DE102020001984A1 - Poröser Keramikkörper und Verfahren zu dessen Herstellung und Staubsammelfilter

Info

Publication number: DE102020001984A1
Application number: DE102020001984.6A
Authority: DE
Inventors: Suguru KODAMA; Taira Hayakawa
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2020-10-01
Also published as: US20200306742A1; CN111747751A; US11691137B2; CN111747751B

Abstract

Ein poröser Keramikkörper, umfassend: Gerüstabschnitte, umfassend ein Aggregat und mindestens ein Bindematerial; und Porenabschnitte, die zwischen den Gerüstabschnitten gebildet sind, wobei ein Fluid durch die Porenabschnitte strömen kann, wobei die Porenabschnitte ein Porenvolumenverhältnis von Poren, die einen Porendurchmesser von 10 bis 15 µm haben, von 4 bis 17 % oder mehr aufweisen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen porösen Keramikkörper und ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie einen Staubsammelfilter.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine große Menge an partikulären Substanzen wie Ruß (hierin nachstehend auch als „Feststoffteilchen“ oder „PM“ bezeichnet) ist in Abgasen enthalten, die aus Verbrennungsmotoren wie Dieselmotoren und Benzinmotoren und verschiedenen Verbrennungsvorrichtungen ausgestoßen werden. Werden die PM direkt in die Atmosphäre entladen, wird die Umwelt verschmutzt. Daher ist eine Abgasanlage mit einem Staubsammelfilter (hierin nachstehend auch als „Partikelfilter“ bezeichnet) zum Sammeln der PM ausgestattet. Beispiele für den Staubsammelfilter umfassen einen Dieselpartikelfilter (DPF) und einen Benzinpartikelfilter (GPF), die zum Reinigen von Abgasen verwendet werden, die aus Dieselmotoren oder Benzinmotoren ausgestoßen werden, und dergleichen. In einem solchen DPF und GPF wird ein poröser Keramikkörper verwendet, der über eine Wabenstruktur verfügt, bei der mehrere Zellen, die unter Bildung von Fließwegen für ein Abgas von einer ersten Endfläche zu einer zweiten Endfläche verlaufen, von Trennwänden definiert werden. Überdies muss der für diesen Zweck verwendete poröse Keramikkörper eine Porenstruktur aufweisen, die das PM-Sammelverhältnis erhöht.
Ferner werden, wenn der poröse Keramikkörper, der für den Staubsammelfilter verwendet wird, verwendet wird, Feststoffteilchen wie Ruß auf der Oberfläche oder einer Innenseite des porösen Keramikkörpers abgeschieden. Dies führt zu einer Erhöhung des Druckabfalls des porösen Keramikkörpers, so dass keine ausreichende Sammelfähigkeit eines Staubsammelfilters erhalten werden wird. Daher wird zur Regeneration der Sammelfähigkeit eines Staubsammelfilters regelmäßig eine Regenerationsbehandlung des Verbrennens und Entfernens der auf der Oberfläche oder Innenseite des porösen Keramikkörpers abgeschiedenen Feststoffteilchen vorgenommen. Hinsichtlich einer stabilen Durchführung der Regenerationsbehandlung muss der poröse Keramikkörper ebenso über Beständigkeit gegenüber der Regenerationsbehandlung verfügen.
Ferner enthält das Abgas, wie oben angegeben, außerdem schädliche Substanzen wie NO_x, CO und HC. Üblicherweise wird beim Verringern der Menge schädlicher Substanzen in dem Abgas zur Reinigung des Abgases eine katalytische Reaktion genutzt. Bei der Reinigung des Abgases unter Nutzung einer solchen katalytischen Reaktion wird ein poröser Keramikkörper mit der obigen Wabenstruktur auch als ein Träger zum Tragen eines Abgasreinigungskatalysators wie eines SCR-Katalysators verwendet. Hinsichtlich einer Verbesserung der Abgasreinigungsleistung muss der für diesen Zweck verwendete poröse Keramikkörper über eine Porenstruktur verfügen, die eine große Menge eines Abgasreinigungskatalysators tragen kann.
Als ein herkömmlicher poröser Keramikkörper, der für die obigen Anwendungen verwendet wird, offenbart beispielsweise Patentliteratur 1 einen porösen Keramikkörper, der aus Poren mit einem Porendurchmesser besteht, wobei ein mittlerer Porendurchmesser (d50) 10 µm oder mehr beträgt, ein Verhältnis:

(mittlerer Porendurchmesser (d50) - mittlerer Porendurchmesser (d10)) / mittlerer Porendurchmesser (d50) kleiner als 0,8 ist und weniger als 5 % der Gesamtporosität einen Porendurchmesser kleiner als 1,0 µm haben.
Patentliteratur 2 schlägt einen porösen Keramikkörper vor, bei dem ein Porenvolumen von 15 µm oder weniger und ein Porenvolumen von 40 µm oder
mehr pro Volumeneinheit jeweils 0,7 cm³/cm³ oder weniger betragen.

ZITATENLISTE
Patentliteratur

[Patentliteratur 1] japanisches Patent Nr. 5897242 B
[Patentliteratur 2] japanisches Patent Nr. 4954705 B

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Auch wenn sich Patentliteratur 1 und 2 auf die Porenstrukturen der porösen Keramikkörper konzentrieren, kann nicht gesagt werden, dass diese Porenstrukturen optimal sind. Daher verursacht die Verwendung jedes dieser porösen Keramikkörper als ein Staubsammelfilter ein Problem dahingehend, dass die Abgasreinigungsleistung nicht ausreichend ist. Es sei angemerkt, dass der Ausdruck „Abgasreinigungsleistung“, wie hierin verwendet, sowohl die PM-Auffangleistung als auch die Reinigungsleistung von Schadstoffen wie NO_x bedeutet.
Die vorliegende Erfindung entstand zur Lösung der obigen Probleme. Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines porösen Keramikkörpers, der über eine verbesserte Haltbarkeit verfügt und bei der Verwendung als ein Staubsammelfilter die Abgasreinigungsleistung verbessern kann, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Ferner ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Staubsammelfilters mit verbesserter Haltbarkeit und höherer Abgasreinigungsleistung.
Mittel zur Lösung des Problems
Im Ergebnis intensiver Studien zur Lösung der obigen Probleme haben sich die betreffenden Erfinder auf die Tatsache konzentriert, dass ein Porenvolumenverhältnis eines Porendurchmessers von 10 bis 15 µm eines porösen Keramikkörpers eng mit der Haltbarkeit und der Abgasreinigungsleistung im Zusammenhang steht, und herausgefunden, dass durch eine Kontrolle des Porenvolumenverhältnisses des Porendurchmessers von 10 bis 15 µm des porösen Keramikkörpers in einem bestimmten Bereich die Haltbarkeit und Abgasreinigungsleistung verbessert werden können, und sie haben die vorliegende Erfindung fertiggestellt.
Daher bezieht sich die vorliegende Erfindung auf:

einen porösen Keramikkörper, umfassend: Gerüstabschnitte, umfassend ein Aggregat und mindestens ein Bindematerial; und Porenabschnitte, die zwischen den Gerüstabschnitten gebildet sind, wobei ein Fluid durch die Porenabschnitte strömen kann, wobei die Porenabschnitte ein Porenvolumenverhältnis von Poren, die einen Porendurchmesser von 10 bis 15 µm haben, von 4 bis 17 % oder mehr aufweisen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenso auf:

ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Keramikkörpers, umfassend die Schritte des Bildens eines Grünkörpers zur Bereitstellung eines Formkörpers, wobei der Grünkörper: ein Aggregat; mindestens ein Bindematerial; mindestens ein Brennhilfsmittel und mindestens ein Bindemittel umfasst; und Brennen des Formkörpers;
wobei das Aggregat einen 50-%-Teilchendurchmesser D₅₀ von 15 bis 30 µm und ein Verhältnis: (90-%-Teilchendurchmesser D₉₀ - 10-%-Teilchendurchmesser D₁₀) / 50-%-Teilchendurchmesser D₅₀ von 1,0 oder weniger in einer kumulativen Teilchendurchmesserverteilung auf Volumenbasis hat; und
wobei das Brennhilfsmittel in einer Menge von 1,0 bis 4,0 Masseteilen, basierend auf einer Gesamtmenge von 100 Masseteilen des Aggregats und des Bindemittels, eingeschlossen wird.

Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Staubsammelfilter, der den porösen Keramikkörper umfasst.
Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein poröser Keramikkörper, der über verbesserte Haltbarkeit verfügt und bei der Verwendung als ein Staubsammelfilter die Abgasreinigungsleistung verbessern kann, und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitgestellt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Staubsammelfilter mit verbesserter Haltbarkeit und höherer Abgasreinigungsleistung bereitgestellt werden.
Figurenliste

1 ist ein REM-Bild von einem porösen Keramikkörper gemäß Ausführungsform 1.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen porösen Keramikkörper gemäß Ausführungsform 2 veranschaulicht.
3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt parallel zu einer Verlaufsrichtung der Zellen eines porösen Keramikkörpers gemäß Ausführungsform 2 veranschaulicht.
4 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die einen vergrößerten Teil eines Querschnitts orthogonal zu einer Verlaufsrichtung von Zellen in einem Katalysatorwabenkörper, umfassend einen porösen Keramikkörper gemäß Ausführungsform 2, veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend werden speziell bevorzugte Ausführungsformen eines porösen Keramikkörpers und eines Verfahrens zu dessen Herstellung sowie ein Staubsammelfilter gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, die vorliegende Erfindung sollte jedoch nicht als auf diese beschränkt ausgelegt werden, und es können verschiedene Modifikationen und Verbesserungen basierend auf den Kenntnissen eines Fachmannes vorgenommen werden, ohne vom Sinn der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Mehrere Elemente, die in jeder Ausführungsform offenbart sind, können durch richtige Kombinationen verschiedene Erfindungen bilden. Beispielsweise können einige Elemente aus allen in den Ausführungsformen beschriebenen Elementen gestrichen werden, oder gegebenenfalls können Elemente anderer Ausführungsformen kombiniert werden.
(Ausführungsform 1)
1 ist ein REM-Bild eines porösen Keramikkörpers der vorliegenden Ausführungsform.
Wie in 1 gezeigt, umfasst der poröse Keramikkörper der vorliegenden Ausführungsform: Gerüstabschnitte, umfassend ein Aggregat und ein Bindematerial; und Porenabschnitte, die zwischen den Gerüstabschnitten gebildet sind und durch die ein Fluid strömen kann.
Hierbei beziehen sich der Porendurchmesser und das Porenvolumenverhältnis in den Porenabschnitten auf verschiedene Merkmale wie Haltbarkeit und Abgasreinigungsleistung des porösen Keramikkörpers, und wenn das Porenvolumenverhältnis der Pore mit einem kleineren Porendurchmesser erhöht wird, wird sich die Haltbarkeit verbessern, während sich die Reinigungsleistung für Schadstoffe wie NO_x verschlechtern wird. Insbesondere wird allgemein angenommen, dass kleinere Poren mit einem Porendurchmesser von 15 µm oder weniger für ein niedrigeres Porenvolumenverhältnis wünschenswert sind, da ein Abgas nur schwer durch kleine Poren mit einem Porendurchmesser von 15 µm oder weniger strömen kann und sie nur wenig zur Verbesserung der Reinigungsleistung von Schadstoffen beitragen.
Im Ergebnis von Studien haben die betreffenden Erfinder jedoch herausgefunden, dass Poren mit einem Porendurchmesser von 10 bis 15 µm eine signifikante Wirkung auf die Reinigungsleistung von Schadstoffen haben, und die Kontrolle des Porenvolumenverhältnisses effektiv die Reinigungsleistung von Schadstoffen verbessert.
Daher wird bei dem porösen Keramikkörper der Ausführungsform das Porenvolumenverhältnis von Poren mit einem Porendurchmesser von 10 bis 15 µm bei 4 bis 17 % kontrolliert. Ein Porenvolumenverhältnis in dem obigen Bereich kann eine Verbesserung sowohl der Reinigungsleistung von Schadstoffen als auch der Haltbarkeit ermöglichen. Das Porenvolumenverhältnis beträgt vorzugsweise 5 bis 13 %, damit die oben beschriebenen Effekte stabil erzielt werden können.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der „Porendurchmesser“ auf einen Porendurchmesser in einer Porenverteilung, bestimmt mit Hilfe eines Quecksilberintrusionsverfahrens nach JIS R 1655: 2003.
Ferner tragen Poren mit einem Porendurchmesser von weniger als 10 µm nur wenig zur Verbesserung der Reinigungsleistung von Schadstoffen bei, und daher sind die Poren wünschenswerterweise kleiner. Daher beträgt das Porenvolumenverhältnis der Poren mit einem Porendurchmesser von weniger als 10 µm vorzugsweise 9,5 % oder weniger und stärker bevorzugt 7 % oder weniger. Ein Porenvolumenverhältnis in dem obigen Bereich kann zu einer Verbesserung der Reinigungsleistung von Schadstoffen führen.
Ferner ist die Anzahl an Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 40 µm vorzugsweise geringer, da eine höhere Anzahl an diesen Poren die Haltbarkeit und PM-Auffangleistung verschlechtern wird. Daher beträgt das Porenvolumenverhältnis der Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 40 µm vorzugsweise 17 % oder weniger, stärker bevorzugt 14 % oder weniger. Ein Porenvolumenverhältnis in dem obigen Bereich kann zu einer Verbesserung der Haltbarkeit und der PM-Auffangleistung führen.
Das für die Gerüstabschnitte verwendete Aggregat ist nicht besonders eingeschränkt, und es können die im technischen Bereich bekannten Aggregate verwendet werden. Von diesen ist das Aggregat vorzugsweise Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Mullit, Titanoxid oder ein Verbundoxid, enthaltend selbiges (beispielsweise Aluminiumtitanat). Durch die Verwendung eines solchen Materials als ein Aggregat kann ein poröser Keramikkörper mit verbesserter Festigkeit und verbesserter Wärmeschockbeständigkeit erhalten werden.
Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Aggregats beträgt vorzugsweise 40 µm oder weniger und stärker bevorzugt 30 µm oder weniger. Durch die Verwendung des Aggregats mit einem solchen durchschnittlichen Teilchendurchmesser können grobe Gerüstabschnitte nur schwer gebildet werden, und die Porenabschnitte mit guter Kommunikationsfähigkeit werden zwischen den Gerüstabschnitten leicht gebildet. Die Untergrenze des durchschnittlichen Teilchendurchmessers des Aggregats ist nicht besonders eingeschränkt, sie kann jedoch vorzugsweise 10 µm und stärker bevorzugt 15 µm betragen.
Der „durchschnittliche Teilchendurchmesser“, wie hierin verwendet, bezieht sich auf den Teilchendurchmesser bei einem Integralwert von 50 % in einer kumulativen Teilchengrößenverteilung (auf Volumenbasis), erhalten mit dem Laserdiffraktions/-streuungsverfahren.
Das für die Gerüstabschnitte verwendete Bindematerial ist nicht besonders eingeschränkt, und es können die im technischen Bereich bekannten Bindematerialien verwendet werden. Von diesen ist das Bindematerial vorzugsweise zumindest eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus metallischem Silicium, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid und einem Verbundoxid, enthaltend selbiges (beispielsweise Cordierit). Durch die Verwendung eines solchen Bindematerials mit einem geeignet gewählten Verhältnis zu dem Aggregat kann ein poröser Keramikkörper mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit erhalten werden.
Obgleich Siliciumcarbid auch als das Aggregat verwendet wird, fungiert es auch als das Bindematerial, in Abhängigkeit der Art der zusammen verwendeten Aggregate und der Brenntemperaturen. Beispielsweise fungiert, wenn ein organisches Material, enthaltend Si und C, als ein Rohmaterial zusammen mit Siliciumcarbid als ein Aggregat verwendet wird, Siliciumcarbid, das durch reaktives Sintern des organischen Materials bei etwa 1.800 °C erzeugt wird, als ein Bindematerial.
Jeder Gerüstabschnitt kann ferner von einem Brennhilfsmittel abgeleitete Oxide enthalten. Hierbei kann die Art der von dem Brennhilfsmittel abgeleiteten Oxide aus der Art des zu verwendenden Brennhilfsmittels und der Brenntemperatur identifiziert werden.
Das Brennhilfsmittel ist nicht besonders eingeschränkt, und es kann jedes in der Technik bekannte Material verwendet werden. Das Brennhilfsmittel enthält in der Regel eine Verbindung, die ein Erdalkalimetallelement(e) enthält. Beispiele für die Verbindung, die ein Erdalkalimetall(e) enthält, umfassen Fluoride, Carbide, Chloride, Silicide, Carbonate, Hydroxide, Oxide, anorganische Säuresalze und organische Säuresalze von Calcium, Magnesium oder Strontium. Diese können allein oder in Kombination aus zwei oder mehr verwendet werden. Das Brennhilfsmittel kann hinsichtlich der Kontrolle des Schmelzpunktes des Brennhilfsmittels ferner eine Verbindung enthalten, die ein anderes Element(e) als das Erdalkalimetallelement enthält.
Das Brennhilfsmittel ist vorzugsweise ein Gemisch, das eine Strontium-enthaltende Verbindung und eine Aluminium-enthaltende Verbindung enthält. Hierbei kann jede Verbindung zwei oder mehr Metallelemente enthalten. Beispielsweise ist das Brennhilfsmittel ein Gemisch, das Strontiumoxid und Aluminiumoxid umfasst, oder ein Rohmaterial, das das Gemisch während des Brennens liefert. Beispiele für das Rohmaterial, das Strontiumoxid während des Brennens liefert, umfassen Strontiumcarbonat. Beispiele für das Rohmaterial, das Aluminiumoxid während des Brennens liefert, umfassen Aluminiumhydroxid.
Die Porosität des porösen Keramikkörpers ist nicht besonders eingeschränkt, sie kann vorzugsweise aber 55 % oder mehr und stärker bevorzugt 60 % oder mehr betragen. Eine Porosität in einem solchen Bereich ermöglicht, dass ein leichtes Strömen eines Abgases sichergestellt ist. Andererseits ist die Obergrenze für die Porosität nicht besonders eingeschränkt, sie kann vorzugsweise aber 68 % und stärker bevorzugt 65 % betragen. Die Obergrenze für die Porosität kann die Haltbarkeit sicherstellen.
Wie hierin verwendet, bezieht sich die „Porosität“ auf eine Porosität, die mit Hilfe von Quecksilber-Porosimetrie nach JIS R 1655: 2003 gemessen wird.
Ein poröser Keramikkörper mit den obigen Merkmalen kann mit Hilfe eines Verfahrens hergestellt werden, der die Schritte des Bildens eines Grünkörpers, der ein Aggregat, ein Bindematerial, ein Brennhilfsmittel, einen Porenbildner und ein Bindemittel enthält, unter Erhalt eines Formkörpers und Brennen des Formkörpers umfasst.
In diesem Verfahren hat das Aggregat einen 50-%-Teilchendurchmesser D₅₀ von 15 bis 30 µm, vorzugsweise 16 bis 28 µm, stärker bevorzugt 18 bis 26 µm, in der kumulativen Teilchendurchmesserverteilung auf Volumenbasis. Das Aggregat hat ein Verhältnis: (90-%-Teilchendurchmesser D₉₀ - 10-%-Teilchendurchmesser D₁₀) / 50-%-Teilchendurchmesser D₅₀ von 1,0 oder weniger, vorzugsweise 0,8 oder weniger, in der kumulativen Teilchendurchmesserverteilung auf Volumenbasis. Die Verwendung eines Aggregats mit einer solchen Teilchendurchmesserverteilung als ein Rohmaterial kann Poren mit einem Porendurchmesser von weniger als 10 µm, die nur wenig zur Verbesserung der Reinigungsleistung von Schadstoffen beitragen, und Poren mit einem Porendurchmesser von mehr als 40 µm, die die Haltbarkeit und/oder PM-Auffangleistung verschlechtern können, reduzieren. So kann ein poröser Keramikkörper mit der gewünschten Porenstruktur erhalten werden.
Wie hierin verwendet, ist unter dem 50-%-Teilchendurchmesser D₅₀ ein Teilchendurchmesser bei einem Integralwert von 50 % in einer kumulativen Teilchendurchmesserverteilung (auf Volumenbasis), bestimmt mit Hilfe eines Laserdiffraktions-/-streuungsverfahrens, zu verstehen. Dem ähnlich sind unter dem 90-%-Teilchendurchmesser D₉₀ und dem 10-%-Teilchendurchmesser D₁₀ Teilchendurchmesser bei einem Integralwert von 90 % bzw. 10 % in einer kumulativen Teilchendurchmesserverteilung (auf Volumenbasis), bestimmt mit Hilfe eines Laserdiffraktions-/-streuungsverfahrens, zu verstehen.
Der 90-%-Teilchendurchmesser D₉₀ des Aggregats ist nicht besonders eingeschränkt, kann vorzugsweise aber 10 bis 45 µm und stärker bevorzugt 20 bis 40 µm betragen. Der 10-%-Teilchendurchmesser D₁₀ des Aggregats ist nicht besonders eingeschränkt, kann vorzugsweise aber 5 bis 20 µm und stärker bevorzugt 10 bis 18 µm betragen. Durch die Verwendung eines Aggregats mit einer solchen Teilchendurchmesserverteilung als ein Rohmaterial können die obigen Effekte stabil erzielt werden.
Die Menge an dem eingeschlossenen Aggregat und Bindematerial kann angemessen je nach Art festgelegt werden und ist nicht besonders eingeschränkt. Das Masseverhältnis des Aggregats und des Bindematerials beträgt vorzugsweise 70 : 30 bis 85 : 15. Durch einen Gehalt in einem solchen Bereich kann leicht ein poröser Keramikkörper mit einer gewünschten Porenstruktur erhalten werden.
Das Brennhilfsmittel erhöht die Benetzbarkeit zwischen dem Aggregat und dem Bindematerial. So vergrößert ein hoher Gehalt an dem Brennhilfsmittel die Kontaktfläche zwischen dem Aggregat und dem Bindematerial während des Brennens, so dass die Haltbarkeit (Festigkeit) verbessert wird, während die gewünschte Porenstruktur nur schwer erhalten werden kann.
Daher beträgt hinsichtlich des Erhalts der gewünschten Porenstruktur bei gleichzeitiger Verbesserung der Haltbarkeit das Verhältnis des eingeschlossenen Brennhilfsmittels 1,0 bis 4,0 Masseteile, vorzugsweise 1,8 bis 3,2 Masseteile, basierend auf der Gesamtmenge von 100 Masseteilen an dem Aggregat und dem Bindematerial.
Ferner wird der Porenbildner eingeschlossen, um die Porosität oder den Porendurchmesser des porösen Keramikkörpers anzupassen. Der Porenbildner ist nicht besonders eingeschränkt, und es kann jeder in der Technik bekannte Porenbildner verwendet werden. Beispiele für den Porenbildner umfassen Graphit, Weizenmehl, vernetzte Stärke, Schaumharze, Phenolharze, Poly(methylmethacrylat), Polyethylen, Polyethylenterephthalat und dergleichen. Diese können allein oder in Kombination aus zwei oder mehr verwendet werden.
Der 50-%-Teilchendurchmesser D₅₀ des Porenbildners ist nicht besonders eingeschränkt, kann vorzugsweise aber 25 bis 45 µm und stärker bevorzugt 30 bis 40 µm betragen. Ferner ist das Verhältnis: (90-%-Teilchendurchmesser D₉₀ - 10-%-Teilchendurchmesser D₁₀) / 50-%-Teilchendurchmesser D₅₀ des Porenbildners nicht besonders eingeschränkt, kann vorzugsweise aber 1,2 oder weniger und stärker bevorzugt 1,0 oder weniger betragen. Die Verwendung eines Porenbildners mit einer solchen Teilchendurchmesserverteilung als ein Rohmaterial kann leicht einen porösen Keramikkörper mit dem gewünschten Porendurchmesser und der gewünschten Porosität liefern.
Der 90-%-Teilchendurchmesser D₉₀ des Porenbildners ist nicht besonders eingeschränkt, kann vorzugsweise aber 10 bis 60 µm und stärker bevorzugt 20 bis 50 µm betragen. Der 10-%-Teilchendurchmesser D₁₀ des Porenbildners ist nicht besonders eingeschränkt, kann vorzugsweise aber 5 bis 23 µm und stärker bevorzugt 10 bis 22 µm betragen. Durch die Verwendung eines Porenbildners mit einer solchen Teilchendurchmesserverteilung als ein Rohmaterial können die obigen Effekte stabil erzielt werden.
Das Verhältnis des in den Grünkörper eingeschlossenen Porenbildners kann angemessen je nach der Art festgelegt werden und ist nicht besonders eingeschränkt. Vorzugsweise kann es 5 bis 35 Masseteile, stärker bevorzugt 10 bis 30 Masseteile, noch stärker bevorzugt 15 bis 25 Masseteile betragen, basierend auf 100 Masseteilen des Aggregats und des Bindematerials.
Das Bindemittel ist nicht besonders eingeschränkt, und es können in der Technik bekannte Bindemittel verwendet werden. Beispiele für das Bindemittel umfassen organische Bindemittel, wie Methylcellulose und Hydroxypropoxylmethylcellulose, und anorganische Bindemittel, wie Montmorillonit und Sepiolit. Diese können allein oder in Kombination aus zwei oder mehr verwendet werden.
Die Menge des in den Grünkörper eingeschlossenen Bindemittels kann angemessen je nach Art festgelegt werden und ist nicht besonders eingeschränkt. Sie kann vorzugsweise 3 bis 17 Masseteile, stärker bevorzugt 5 bis 15 Masseteile, noch stärker bevorzugt 7 bis 13 Masseteile betragen, basierend auf der Gesamtmenge von 100 Masseteilen des Aggregats und des Bindematerials.
Der Grünkörper kann durch Mischen und Kneten der obigen Rohmaterialien erhalten werden. Das Verfahren zum Mischen und Kneten der Rohmaterialien ist nicht besonders eingeschränkt, und es kann ein in der Technik bekanntes Verfahren ausgeführt werden. Beispielsweise kann das Mischen und Kneten der Rohmaterialien unter Verwendung eines Kneters, eines Vakuum-Grünkörper-Kneters oder dergleichen ausgeführt werden.
Dem ähnlich ist das Verfahren zur Bildung des Grünkörpers ist nicht besonders eingeschränkt, und es kann mit einem in der Technik bekannten Verfahren ausgeführt werden, beispielsweise einem Extrusionsverfahren.
Der Formkörper kann vor dem Brennen kalziniert werden, um das in dem Formkörper enthaltene Bindemittel zu entfernen (entfetten). Die Kalzinierung wird vorzugsweise bei einer Temperatur durchgeführt, die niedriger als die Temperatur ist, bei der metallisches Silicium geschmolzen wird. Stärker bevorzugt kann er einmalig bei einer vorbestimmten Temperatur von etwa 150 bis 700 °C gehalten werden, oder er kann kalziniert werden, indem die Rate des Temperaturanstiegs auf 50 °C/Stunde oder weniger in dem vorbestimmten Temperaturbereich verlangsamt wird.
Das Verfahren des einmaligen Haltens bei der vorbestimmten Temperatur kann das Halten nur bei einem Temperaturniveau oder das Halten bei mehreren Temperaturniveaus sein, in Abhängigkeit der Art und Menge des verwendeten organischen Bindemittels. Ferner können im Falle des Haltens bei mehreren Temperaturniveaus die Haltezeiten dieselben oder voneinander verschiedene sein. Dem ähnlich kann das Verfahren des Verlangsamens der Rate des Temperaturanstiegs das Verlangsamen nur innerhalb einer bestimmten Temperaturzone oder in mehreren Zonen sein. Ferner können im Falle der mehreren Zonen die Raten dieselben oder voneinander verschiedene sein.
Die Kalzinierungsatmosphäre kann eine oxidierende Atmosphäre sein. Enthält der Formkörper eine große Menge an organischem Bindemittel, brennt das organische Bindemittel mit Sauerstoff während der Kalzinierung jedoch kräftig aus, und die Temperatur des Formkörpers kann rasch erhöht werden. Daher kann die Kalzinierung in einer inerten Atmosphäre wie N₂ und Ar durchgeführt werden, um einen anomalen Temperaturanstieg des Formkörpers zu unterbinden. Das Unterbinden des anomalen Temperaturanstiegs ist eine wichtige Kontrolle, wenn ein Rohmaterial mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten (d. h., der schwach gegenüber Wärmeschock ist) verwendet wird. Neben dem Fall, wo es sich bei dem Aggregat um Siliciumcarbidteilchen handelt, selbst in dem Fall, wo die Oxidation bei erhöhter Temperatur betroffen ist, wird die Kalzinierung vorzugsweise in der inerten Atmosphäre durchgeführt, zumindest bei einer Temperatur, die höher als oder gleich einer Oxidation initiierenden Temperatur ist, um die Oxidation des Formkörpers zu unterbinden.
Die Kalzinierung und das anschließende Brennen können in verschiedenen Schritten in demselben Ofen oder in unterschiedlichen Öfen durchgeführt werden oder können kontinuierliche Schritte in demselben Ofen sein. Obgleich das bisherige Verfahren auch ein bevorzugter Ansatz ist, wenn die Kalzinierung und das Brennen in unterschiedlichen Atmosphären durchgeführt werden, ist letzteres Verfahren hinsichtlich der Gesamtbrenndauer, Betriebskosten des Ofens und dergleichen bevorzugt.
Die Brennatmosphäre kann gemäß der Art des Aggregats bestimmt werden. Beispielsweise ist, wenn ein Aggregat verwendet wird, dessen Oxidation bei einer erhöhten Temperatur befürchtet wird, eine nicht-oxidierende Atmosphäre wie N₂ und Ar bevorzugt, zumindest in einem Temperaturbereich von mehr als oder gleich einer Oxidation initiierenden Temperatur.
Bei dem wie oben beschrieben hergestellten porösen Keramikkörper gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das Porenvolumenverhältnis eines Porendurchmessers von 10 bis 15 µm innerhalb eines angemessenen Bereiches kontrolliert, so das Haltbarkeit und Abgasreinigungsleistung verbessert werden können.
(Ausführungsform 2)
Ein poröser Keramikkörper gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat eine Wabenstruktur, bei der mehrere Zellen, die von einer ersten Endfläche zu einer zweiten Endfläche unter Bildung von Fluidströmungswegen verlaufen, von Trennwänden definiert werden. Bei dem porösen Keramikkörper mit einer solchen Wabenstruktur entsprechen die Trennwände dem porösen Keramikkörper. Ferner bezieht sich bei dem porösen Keramikkörper mit der Wabenstruktur „eine Richtung parallel zur Strömungsrichtung eines Fluids“ auf eine Richtung orthogonal zur Zellenverlaufsrichtung, und „eine Strömungsrichtung eines Fluids“ bezieht sich auf eine Dickenrichtung der Trennwand.
Der poröse Keramikkörper gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist derselbe wie der poröse Keramikkörper von Ausführungsform 1, abgesehen davon, dass ersterer eine vorbestimmte Wabenstruktur hat. Daher wird hier auf die Beschreibungen der mit Ausführungsform 1 gemeinen Ausgestaltung verzichtet, und es werden nur die Abschnitte beschrieben, die sich von denen von Ausführungsform 1 unterscheiden.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch den porösen Keramikkörper gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. 3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt parallel zu einer Verlaufsrichtung von Zellen des porösen Keramikkörpers gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, umfasst der poröse Keramikkörper (nachstehend als eine „Wabenstruktur 100“ bezeichnet) gemäß der vorliegenden Ausführungsform: mehrere säulenförmige Wabensegmente 17 und Verbundschichten 15, die zwischen Seitenflächen der mehreren Wabensegmente 17 angeordnet sind. Eine solche Segmentstruktur kann zu einer Reduktion der Beanspruchung führen, die die Wabenstruktur 100 aufnimmt, wenn die Wabenstruktur 100 als ein Staubsammelfilter verwendet wird.
Jedes säulenförmige Wabensegment 17 umfasst Trennwände 1, die mehrere Zellen 2 definieren, die unter Bildung von Fließwegen für ein Fluid von einer ersten Endfläche 11 zu einer zweiten Endfläche 12 verlaufen.
Die Dicke jeder Trennwand 1 ist nicht besonders eingeschränkt, kann vorzugsweise aber 100 bis 500 µm und stärker bevorzugt 150 bis 450 µm und ferner vorzugsweise 125 bis 400 µm betragen. Eine Dicke jeder Trennwand 1 von 100 µm oder mehr stellt ausreichend Festigkeit der Trennwände 1 sicher, so dass die Wabenstruktur 100 nur schwer zu beschädigen ist, wenn die Wabenstruktur 100 in einem Zylinderkörper gelagert wird. Ferner kann mit einer Dicke jeder Trennwand 1 von 500 µm oder weniger eine Erhöhung des Druckabfalls unterbunden werden.
Die Zellendichte in jedem Wabensegment 17 ist nicht besonders eingeschränkt, sie kann vorzugsweise aber 15 bis 100 Zellen/cm² und stärker bevorzugt 30 bis 65 Zellen/cm² und noch stärker bevorzugt 30 bis 50 Zellen/cm² betragen. Eine Zellendichte von 15 Zellen/cm² oder mehr stellt die Festigkeit der Trennwände 1 sicher, so dass die Wabenstruktur 100 nur schwer zu beschädigen ist, wenn die Wabenstruktur 100 in einem Zylinderkörper gelagert wird. Mit einer Zellendichte von 100 Zellen/cm² oder weniger kann eine Erhöhung des Druckabfalls unterbunden werden.
Die Form der Zelle 2 ist nicht besonders eingeschränkt, und sie kann eine in der Technik bekannte Form sein. Wie hierin verwendet, bezieht sich „die Form der Zelle 2“ auf eine Form jeder Zelle 2 in einem Querschnitt in einer Richtung orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zelle 2. Beispiele für die Form der Zelle 2 umfassen Kreise, Vierecke, Sechsecke, Achtecke und dergleichen. Genauer gesagt sind von Vierecken ein Quadrat oder ein Rechteck bevorzugt.
Die Form der Wabenstruktur 100 ist nicht besonders eingeschränkt, und sie kann eine Säulenform sein, bei der Endflächen (die erste Endfläche 11 und die zweite Endfläche 12) kreisförmig sind (eine zylindrische Form), eine Säulenform bei der Endflächen oval sind, und eine Säulenform, bei der Endflächen vieleckig sind (beispielsweise fünfeckig, sechseckig, siebeneckig, achteckig usw.) und dergleichen.
Die Länge von der ersten Endfläche 11 zur zweiten Endfläche 12 der Wabenstruktur 100 und die Größe des Querschnitts orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 können gegebenenfalls entsprechend den Arbeitsbedingungen und der Anwendung der Wabenstruktur 100 festgelegt werden und sind nicht besonders eingeschränkt.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, kann die Wabenstruktur 100 verschlossene Abschnitte 8 umfassen, die an offenen Abschnitten bestimmter Zellen 2 (Ablaufzellen 2b) an der ersten Endfläche 11 und an offenen Abschnitten verbleibender Zellen 2 (Zulaufzellen 2a) an der zweiten Endfläche 12 angeordnet sind. Bei der Verwendung der Wabenstruktur 100 als ein DPF oder dergleichen, ist eine solche Struktur bevorzugt. Das heißt, aufgrund der verschlossenen Abschnitte 8 wird ein Abgas, das in der Wabenstruktur 100 strömt, von den Trennwänden 1 gefiltert, so dass Feststoffteilchen in dem Abgas zufriedenstellend gesammelt werden können. In der Wabenstruktur 100 sind die Zulaufzellen 2a und die Ablaufzellen 2b abwechselnd angeordnet. Demnach erscheint ein kariertes Muster, das von den verschlossenen Abschnitten 8 und den Öffnungen der Zellen 2 gebildet wird, an jeder von der ersten Endfläche 11 und der zweiten Endfläche 12 der Wabenstruktur 100.
Die verschlossenen Abschnitte 8 und die Wabensegmente 17 können aus demselben Material oder verschiedenen Materialien gefertigt sein.
Die Wabenstruktur 100 kann eine Außenumfangsbeschichtungsschicht 20 auf einer Außenumfangsfläche aufweisen. Die Außenumfangsbeschichtungsschicht 20 kann aus demselben Material gefertigt sein wie die Wabensegmente 17. Durch die Bildung der Außenumfangsbeschichtungsschicht 20 können nur schwer Defekte wie Brechen erzeugt werden, selbst wenn die Wabenstruktur 100 während des Transports oder dergleichen einer externen Kraft ausgesetzt ist.
Die Wabenstruktur 100 kann als ein Katalysatorwabenkörper zum Reinigen zu reinigender Komponenten wie Kohlenmonoxid, das in einem Abgas enthalten ist, verwendet werden, indem sie einen Katalysator auf den Trennwänden 1 trägt. Wie beispielsweise in 4 gezeigt, kann ein Katalysator 22 so aufgebracht werden, dass er die Poren der Trennwände 1, die die Zellen 2 definieren, füllt. 4 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die einen vergrößerten Teil eines Querschnitts orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen in dem Katalysatorwabenkörper, auf den der poröse Keramikkörper gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufgebracht worden ist, veranschaulicht. Ferner ist in 4 der Katalysator 22 in Form von Punkten verteilt, wenn auch der Verteilungszustand des Katalysators 22 nicht besonders eingeschränkt ist.
Als der Katalysator 22 können die in der Technik bekannten verwendet werden. Beispiele für den Katalysator 22 umfassen einen Drei-Wege-Katalysator zum Reinigen eines Abgases aus einem Benzinmotor, einen Oxidationskatalysator zum Reinigen eines Abgases aus einem Benzinmotor oder einem Dieselmotor und einen SCR-Katalysator zur selektiven Reduktion von NO_x. Spezielle Beispiele für den Katalysator 22, der verwendet werden kann, umfassen Edelmetalle wie Platin, Palladium, Rhodium, Iridium und Silber; Oxide wie Aluminiumoxid, Zirconiumdioxid, Titandioxid, Ceroxid und Eisenoxid; und einfache Substanzen oder Verbindungen, die Kupferionenaustausch-Zeolith enthalten. Diese können allein oder in Kombination aus zwei oder mehr verwendet werden.
Ein Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur 100 mit den obigen Merkmalen ist nicht besonders eingeschränkt und kann gemäß einem in der Technik bekannten Verfahren durchgeführt werden. Genauer gesagt, kann das Verfahren zur Herstellung der Wabenstruktur 100 wie folgt durchgeführt werden: Zunächst kann jedes Wabensegment 17 in demselben Verfahren wie dem von Ausführungsform 1 hergestellt werden, mit der Ausnahme, dass ein Grünkörper durch Extrudieren zu einem säulenförmigen Formkörper mit der Wabenstruktur (einem Formkörper, der der Form des Wabensegmentes 17 entspricht) geformt wird. Das Extrudieren kann unter Verwendung einer Düse mit der gewünschten Zellenform, Trennwanddicke und Zellendichte erfolgen. Der so erhaltene säulenförmige Formkörper kann vor dem Brennen getrocknet werden. Ein nicht einschränkendes Trocknungsverfahren kann Heißlufttrocknen, Mikrowellentrocknen, dielektrisches Trocknen, Trocknen unter vermindertem Druck, Vakuumtrocknen, Gefriertrocknen und dergleichen sein. Von diesen können dielektrisches Trocknen, Mikrowellentrocknen und Heißlufttrocknen allein oder in Kombination miteinander ausgeführt werden. Das Trocknen kann unter Bedingungen wie einer Trocknungstemperatur von 30 bis 150 °C für eine Trocknungszeit von 1 Minute bis 2 Stunden ausgeführt werden, was aber nicht speziell darauf beschränkt ist. Wie hierin verwendet, bezieht sich die „Trocknungstemperatur“ auf eine Temperatur einer Atmosphäre, in der das Trocknen ausgeführt wird.
Der erhaltene säulenförmige Formkörper oder sein getrockneter Körper wird verschlossen. Das Verfahren zum Verschließen der offenen Abschnitte der Zellen 2 kann ein Verfahren nutzen, in dem die offenen Abschnitte der Zellen 2 mit dem Verschlussmaterial gefüllt werden. Das Verfahren des Füllens mit dem Verschlussmaterial kann gemäß einem allgemein bekannten Verfahren für eine Wabenstruktur 100, die mit verschlossenen Abschnitten 8 versehen ist, ausgeführt werden. Als ein Rohmaterial zum Formen eines verschlossenen Abschnitts zum Verschließen kann ein Rohmaterial zum Formen eines verschlossenen Abschnitts verwendet werden, das für ein allgemein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur 100 verwendet wird.
Der verschlossene säulenförmige Formkörper oder sein getrockneter Körper wird zum Entfernen des organischen Bindemittels kalziniert (entfettet), und dann erfolgt das Hauptbrennen unter Erhalt eines Wabensegments 17. Das resultierende Wabensegment 17 kann unter Bildung eines Oxidfilms auf der Oberfläche ferner einer Wärmebehandlung in einer Sauerstoff-enthaltenden Atmosphäre unterzogen werden.
Dann wird ein Bindematerial auf die Seitenflächen der oben erhaltenen Wabensegmente 17 aufgebracht, und die Wabensegmente 17 werden nebeneinander angeordnet, so dass die Seitenflächen der Wabensegmente 17 einander zugewandt sind. Danach werden die nebeneinanderliegenden Wabensegmente 17 miteinander verpresst und durch Erhitzen unter Erzeugung der Wabenstruktur 100 getrocknet. Nun werden durch Erhitzen und Trocknen Verbundschichten aus dem Bindematerial gebildet.
Das Bindematerial ist nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise umfasst das Bindematerial, das verwendet werden kann, Materialien, die durch Mischen von Keramikpulver, einem Dispersionsmedium (z. B. Wasser) und gegebenenfalls Additiven wie einem Bindemittel, einem Dispergiermittel und einem Schaumharz erhalten werden. Nicht-einschränkende Beispiele für die Keramik umfassen Keramiken, die mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cordierit, Mullit, Zircon, Aluminiumtitanat, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Zirconiumdioxid, Spinell, Indialit, Saphirin, Korund und Titandioxid, enthalten. Vorzugsweise ist die Keramik aus demselben Material wie das des Wabensegments 17 gefertigt. Beispiele für das Bindemittel, das verwendet werden kann, umfassen Polyvinylalkohol, Methylcellulose, CMC (Carboxymethylcellulose) und dergleichen.
Als nächstes wird bezüglich der wie oben beschrieben erhaltenen Wabenstruktur 100 der Außenumfangsabschnitt nach Bedarf in eine gewünschte Form (beispielsweise eine Säulenform) geschliffen, und die Außenumfangsfläche kann mit einem Außenumfangsbeschichtungsmaterial beschichtet und dann durch Erhitzen unter Bildung einer Außenumfangswand getrocknet werden.
BEISPIELE
Nachstehend ist die vorliegende Erfindung, während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele ausführlicher beschrieben wird, nicht auf diese Beispiele beschränkt.
(Beispiel 1)
Siliciumcarbid (Aggregat) mit der in Tabelle 1 gezeigten Teilchengrößenverteilung, metallisches Silicium (Bindematerial), vernetzte Stärke (Porenbildner) mit der in Tabelle 1 gezeigten Teilchengrößenverteilung, Strontiumcarbonat (Brennhilfsmittel), Aluminiumhydroxid (Brennhilfsmittel) und Bindemittel (Hydroxypropylmethylcellulose (nachstehend abgekürzt mit „HPMC“) und Montmorillonit) wurden in den in Tabelle 1 gezeigten Anteilen vermengt, und Wasser wurde zugegeben und dann wurde gemischt. Anschließend wurde das Gemisch mit einer Knetmaschine geknetet und dann unter Erhalt eines Grünkörpers mit einem Vakuumtonkneter geknetet. Der so erhaltene Grünkörper wurde mittels eines Extruders zu einer viereckigen säulenförmigen Wabenstruktur mit einer Länge einer Seite der Endfläche von 36 mm, einer Dicke der Trennwand von 300 µm und einer Zellendichte von 46 Zellen/cm² geformt. Der resultierende Formkörper wurde dann dem Mikrowellentrocknen unterzogen und dann mit Heißluft bei 120 °C unter Erhalt eines getrockneten Körpers getrocknet. Als nächstes wurden bezüglich des resultierenden getrockneten Wabenkörpers verschlossene Abschnitte an einem Ende bestimmter Zellen und dem anderen Ende der verbleibenden Zellen gebildet. Die bestimmten Zellen und die verbleibenden Zellen waren abwechselnd angeordnet, so dass ein kariertes Muster auf beiden Endflächen von den offenen Abschnitten und den verschlossenen Abschnitten der Zellen gebildet wird. Als ein Füllstoff zum Verschließen wurde dasselbe Material wie das des Wabenformkörpers verwendet. Als nächstes wurde, nachdem der resultierende verschlossene getrocknete Wabenkörper an der Luft bei 450 °C für 5 Stunden entfettet worden war, der entfettete getrocknete Körper in einer Ar-Atmosphäre bei 1.430 °C für 2 Stunden unter Erhalt eines Wabensegments gebrannt.
Als nächstes wurde das Bindematerial auf die Seitenfläche des Wabensegments aufgebracht und mit der Seitenfläche des anderen Wabensegments verbunden. Dieser Schritt wurde wiederholt, wodurch ein Laminat mit insgesamt 16 Wabensegmenten erzeugt wurde, bei dem 4 Wabensegmente in der vertikalen Richtung mal 4 Wabensegmente in der Querrichtung verbunden waren. Die Wabensegmente wurden dann unter Erhalt eines Verbundkörpers unter Ausüben eines Druckes von außen zusammengedrückt und dann bei 140 °C für 2 Stunden getrocknet. Der Außenumfang des Verbundkörpers wurde so geschliffen, dass der Querschnitt orthogonal zur Zellenverlaufsrichtung des resultierenden Verbundkörpers kreisförmig war. Es wurde ein Außenumfangsbeschichtungsmaterial mit derselben Zusammensetzung wie der des Bindematerials auf die bearbeitete Fläche aufgebracht und dann bei 700 °C für 2 Stunden unter Bildung einer Außenumfangsbeschichtungsschicht getrocknet, wodurch eine Wabenstruktur erhalten wurde.
(Beispiele 2 bis 6 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3)

Jede Wabenstruktur wurde unter denselben Bedingungen wie denen von Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass die verwendeten Rohmaterialien und das Mischverhältnis wie in Tabelle 1 gezeigt verändert wurden. In Beispiel 5 wurden HPMC und Sepiolit als die Bindemittel verwendet. [Tabelle 1]

		Beispiel						Vergleichsbeispiel
		1	2	3	4	5	6	1	2	3
Aggregat	Siliciumcarbid [Masseteile]	80	80	80	80	80	80	75	75	80
	D10 [µm]	12,8	12,8	12,8	15,3	15,3	12,8	20,6	20,6	2,4
	D50 [µm]	19,3	19,3	19,3	25,2	25,2	19,3	31,5	31,5	26,9
	D90 [µm]	30,8	30,8	30,8	39,6	39,6	30,8	51,1	51,1	47,2
	(D₉₀-D₁₀)/D₅₀	0,9	0,9	0,9	1,0	1,0	0,9	1,0	1,0	1,7
Bindematerial	metallisches Silicium [Masseteile]	20	20	20	20	20	20	25	25	20
Poren bildner	vernetzte Stärke [Masseteile]	19	19	19	19	19	19	15	15	12
	D10 [µm]	15,3	15,3	21,5	21,5	21,5	15,3	23,6	23,6	23,6
	D50 [µm]	29,5	29,5	33,3	33,3	33,3	29,5	44,7	44,7	44,7
	D90 [µm]	48,8	48,8	46,7	46,7	46,7	48,8	75,0	75,0	75,0
	(D₉₀-D₁₀)/D₅₀	1,1	1,1	0,8	0,8	0,8	1,1	1,2	1,2	1,2
	Schaumharz [Masseteile]	--	--	--	--	--	--	--	5	--
	D10 [µm]	--	--	--	--	--	--	--	17,8	--
	D50 [µm\|	--	--	--	--	--	--	--	50,4	--
	D90 [µm]	-	-	--	--	--	--	--	84,3	--
	(D₉₀-D₁₀)/D₅₀	--	--	--	--	--	--	--	1,3
Brennhilfsmittel	Strontiumcarbonat [Masseteile]	1,4	2,8	2,1	2,1	2,1	2,1	--	--	1,4
Brennhilfsmittel	Aluminiumhydroxid [Masseteile]	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	--	--	0,4
Bindemittel [Masseteile)		10	10	10	10	10	10	8	8	8

An den in den obigen Beispielen und Vergleichsbeispielen erhaltenen Wabenstrukturen wurden die folgenden Bewertungen vorgenommen.
(Porenvolumenverhältnis und Porosität)
Unter Verwendung eines Quecksilber-Porosimeters (Autopore IV9500 von Micromeritics) wurde das Porenvolumen von Poren mit jedem Porendurchmesser gemessen. Beispielsweise wurde das Porenvolumen (ml/g) von Poren mit einem Porendurchmesser von 10 bis 15 µm durch Subtrahieren eines akkumulierten Porenvolumenwertes des Porendurchmessers von 10 µm von einem akkumulierten Porenvolumenwert des Porendurchmessers von 15 µm bestimmt. Das Porenvolumenverhältnis von Poren mit einem Porendurchmesser von 10 bis 15 µm wurde als ein Prozentsatz des Porenvolumens von Poren mit einem Porendurchmesser von 10 bis 15 µm zum gesamten Porenvolumen berechnet. Überdies sind unter dem gesamten Porenvolumen (ml/g) Volumen aller Poren pro 1 g der Wabenstruktur zu verstehen. Ferner wurden auch das Porenvolumen und das Porenvolumenverhältnis von Poren mit anderen Porendurchmessern in derselben Weise wie oben beschrieben bestimmt.
Die Porosität wurde mit der folgenden Gleichung unter Verwendung des gesamten Porenvolumens (ml/g) und der wahren Dichte (g/ml) der Wabenstruktur berechnet. $\begin{array}{l} Porosit \ddot{a} t = gesamtes Porenvolumen / (gesamtes Porenvolumen+1 / wahre Dichte \\ der Wabenstruktur) \times 100 \end{array}$
(NO_x-Reinigungsverhältnis)
100 g/l SCR-Katalysator (Kupferionenaustausch-Zeolith-Katalysator) zur selektiven Reduktion von NO_x wurden auf den Trennwänden jeder Wabenstruktur getragen. Im speziellen wurde die Wabenstruktur ausgehend von einer Endfläche in einen Behälter getaucht, der eine Aufschlämmung von dem SCR-Katalysator enthält, und die Aufschlämmung wurde ausgehend von der anderen Endfläche aufgesaugt, wodurch der SCR-Katalysator auf den Trennwänden getragen wurde. Es strömte ein NO_x-enthaltendes Testgas durch die Wabenstruktur, und die Menge an NO_x in dem Gas, das aus der Wabenstruktur abgelassen wurde, wurde mit einem Gas-Analysegerät zur Bestimmung des NO_x-Reinigungsverhältnisses analysiert.
Zu diesem Zeitpunkt betrug die Temperatur des in der Wabenstruktur strömenden Testgases 200 °C. Die Temperatur des Testgases wurde mit einem Heizgerät angepasst. Das Heizgerät war ein Infrarotbildofen. Das verwendete Testgas war ein Gas, in dem Stickstoff mit 5 Vol.-% Kohlendioxid, 14 Vol.-% Sauerstoff, 350 ppm (bezogen auf das Volumen) Stickoxid, 350 ppm (bezogen auf das Volumen) Ammoniak und 10 Vol.-% Wasser gemischt waren. Für das Testgas wurden separat Wasser und ein Mischgas, erhalten durch Mischen anderer Gase, vorbereitet, und diese wurden gemischt und in einer Leitung während des Tests verwendet. Das verwendete Gas-Analysegeräte war „MEXA9100EGR“ von HORIBA. Die Raumgeschwindigkeit, wenn das Testgas in den porösen Keramikkörper strömte, war mit 100.000 (Stunde^-1) festgelegt. Das „NO_x-Reinigungsverhältnis“ ist ein Wert, der durch Subtrahieren der NO_x-Menge in dem aus dem porösen Keramikkörper abgelassenen Gas von der NO_x-Menge in dem Testgas, Teilen des subtrahierten Wertes durch die NO_x-Menge in dem Testgas und Multiplizieren des geteilten Wertes mit 100 erhalten wurde (Einheit: %).
Bei der Bewertung gibt das Symbol „O“ an, dass das NO_x-Reinigungsverhältnis mehr als 70 % betrug, das Symbol „O“ gibt an, dass das NO_x-Reinigungsverhältnis mehr als 60 % und 70 % oder weniger betrug, und das Symbol „△“ gibt an, dass das NO_x-Reinigungsverhältnis mehr als 50 % und 60 % oder weniger betrug, und das Symbol „X“ gibt an, dass das NO_x-Reinigungsverhältnis 50 % oder weniger betrug. Betrug das NO_x-Reinigungsverhältnis mehr als 50 %
(Bewertungsergebnisse „△“, „O“ und „⊚“) gibt es kein praktisches Problem. Daher werden sie als akzeptabel betrachtet.
(PM-Sammelverhältnis)
Jede Wabenstruktur, die einen SCR-Katalysator mit Hilfe desselben Verfahrens wie bei der Bewertung des NO_x-Reinigungsverhältnisses trug, wurde an ein Auspuffrohr eines Personenkraftwagens, ausgestattet mit einem 2,0-Liter-Dieselmotor, angeschlossen. Der Personenkraftwagen fuhr dreimal in einem EUDC-(Außerortsfahrzyklus)-Modus, und wurde dann für 8 Stunden oder mehr einwirken gelassen (Einwirken: Motor gestoppt) und fuhr dann in einem NEDC-(neuer europäischer Fahrzyklus)-Modus. Basierend sowohl auf der kumulativen Anzahl von Feststoffteilchen (PM) am Abgasaustritt (Ablaufseite) der Wabenstruktur, die den SCR-Katalysator trug, beim Fahren im NEDC-Modus als auch der Gesamtanzahl an PM in dem Abgas wurde das PM-Sammelverhältnis mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnet:

PM-Sammelverhältnis [%] = (Gesamtanzahl an PM im Abgas - Gesamtanzahl an PM am Abgasaustritt (Ablaufseite) der Wabenstruktur) / Gesamtanzahl an PM im Abgas × 100.

Die Anzahl an PM wurde gemäß dem Verfahren gemessen, das im Partikelmessprogramm (abgekürzt mit „PMP“) von der Arbeitsgruppe Umweltverschmutzung und Energie des Weltwirtschaftsforums für Automobilvorschriften in der Wirtschaftskommission für Europa vorgeschlagen wurde.
Bei der Bewertung gibt das Symbol „O“ an, dass das PM-Sammelverhältnis mehr als 95 % betrug; das Symbol „O“ gibt an, dass das PM-Sammelverhältnis mehr als 90 % und 95 % oder weniger betrug; und das Symbol „△“ gibt an, dass das PM-Sammelverhältnis mehr als 80 % und 90 % oder weniger betrug, und das Symbol „X“ gibt an, dass das PM-Sammelverhältnis 80 % oder weniger betrug. Beträgt das PM-Sammelverhältnis 80 % (bei den Bewertungsergebnissen „△“, „O“ und „⊚“) kann ein EURO6-Regelwert von 6,0 × 10¹¹/km erfüllt werden und es gibt kein praktisches Problem, so dass das PM-Sammelverhältnis als akzeptabel betrachtet wurde.
(Isostatische Festigkeit)
Die Messung der isostatischen Festigkeit erfolgte basierend auf einem isostatischen Bruchfestigkeitstest, wie in M505-87 des Automobilstandards (JASO-Standard), ausgegeben von der Society of Automotive Engineers in Japan definiert. Der isostatische Bruchfestigkeitstest wird durchgeführt, indem eine Wabenstruktur in einem zylindrischen Behälter aus Gummi platziert, dieser mit einer Aluminiumplatte abgedeckt wird und isotrope Druckkompression in Wasser durchgeführt wird. Das heißt, der isostatische Bruchfestigkeitstest simuliert eine Druckbelastung, wenn die Außenumfangsfläche der Wabenstruktur von dem Zylinderkörper gegriffen wird. Die mit dem isostatischen Bruchfestigkeitstest gemessene isostatische Festigkeit wird als ein Druckwert (MPa), wenn die Wabenstruktur bricht, angegeben.
Bei der Bewertung gibt das Symbol „O“ an, dass die isostatische Festigkeit mehr als 2,0 MPa betrug; das Symbol „O“ gibt an, dass die isostatische Festigkeit mehr als 1,5 MPa und 2,0 MPa oder weniger betrug; dass Symbol „△“ gibt an, dass die isostatische Festigkeit mehr als 1,0 MPa und 1,5 MPa oder weniger betrug; und das Symbol „X“ gibt an, dass die isostatische Festigkeit 1,0 MPa oder weniger betrug. Beträgt die isostatische Festigkeit mehr als 1,0 MPa (bei den Bewertungsergebnissen „△“, „O“ und „⊚“), gibt es kein praktisches Problem, so das die isostatische Festigkeit als akzeptabel betrachtet wurde.
(kritische Riss-Temperatur)
Die kritische Riss-Temperatur (die maximale Temperatur, bei der keine Risse in einer Wabenstruktur erzeugt werden) wurde mit Hilfe eines Schnellerwärmungstests (Brenner-Temperaturwechselbeständigkeitsprüfung) zum Strömenlassen von mit einem Brenner erwärmter Luft durch die Wabenstruktur zur Erzeugung eines Temperaturunterschiedes zwischen einem zentralen Teil und einem äußeren Teil der Wabenstruktur und Bewerten der Wärmeschockbeständigkeit der Wabenstruktur bestimmt. Der Test wurde nacheinander bei Testtemperaturen (Temperaturen von erwärmter Luft) von 900 °C, 1.000 °C und 1.100 °C durchgeführt. Dann wurde die Erzeugung von Rissen in der Wabenstruktur nach dem Test begutachtet. Bezüglich der Bewertungskriterien wurde ein Fall, bei dem selbst bei einer Testtemperatur von 1.100 °C kein Riss erzeugt wurde, mit „⊚“ bewertet; ein Fall, bei dem, auch wenn bei einer Testtemperatur von 1.000 °C kein Riss erzeugt wurde, Risse bei einer Testtemperatur von 1.100 °C erzeugt wurden, wurde mit „O“ bewertet; ein Fall, bei dem, auch wenn bei einer Testtemperatur von 900 °C kein Riss erzeugt wurde, Risse bei einer Testtemperatur von 1.000 °C erzeugt wurden, wurde mit „△“ bewertet, und ein Fall, bei dem Risse bei einer Testtemperatur von 900 °C erzeugt wurden, wurde mit „X“ bewertet. Beträgt die kritische Riss-Temperatur 900 °C oder mehr (bei den Bewertungsergebnissen „△“, „O“ und „⊚“), gibt es kein praktisches Problem, so das die kritische Riss-Temperatur als akzeptabel betrachtet wurde.

Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der obigen Bewertungen. [Tabelle 2]

		Beispiel						Vergleichsbeispiel
		1	2	3	4	5	6	1	2	3
Porenvolumenverhältnis [%]	weniger als 10 µm	9,0	5,0	6,6	3,1	2,7	7,6	14,0	0,5	9,8
	10 bis 15 µm	16,6	12,3	12,0	6,9	4,5	14,5	24,4	17,2	3,5
	mehr als 15 µm und weniger als 20 µm	34,5	29,0	28,6	17,3	12,4	34,7	25,0	42,0	28,3
	mehr als 20 µm und 40 µm oder weniger	27,3	40,5	39,7	56,4	63,5	31,3	22,8	30,2	44,5
	mehr als 40 µm	12,6	13,1	13,1	16,4	16,9	11,9	13,8	10,0	14,0
Porosität [%]		63	62	63	62	61	63	60	70	62
NO_x-Reinigu ngsverhältnis		△	⊚	⊚	⊚	O	O	X	O	X
PM-Sammelverhältnis		⊚	⊚	⊚	O	△	⊚	O	O	O
isostatische Festigkeit		O	⊚	⊚	O	O	⊚	△	X	△
kritische Riss-Temperatur		O	O	O	O	O	O	X	X	△

Wie in Tabelle 2 gezeigt, konnten die Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 6, bei denen das Porenvolumenverhältnis der Poren, die einen Porendurchmesser von 10 bis 15 µm haben, im Bereich von 4 bis 17 % lag, die akzeptablen Kriterien für alle Bewertungspunkte erreichen. Die Wabenstrukturen der Vergleichsbeispiele 1 bis 3, bei denen das Porenvolumenverhältnis der Poren, die einen Porendurchmesser von 10 bis 15 µm haben, jenseits des Bereiches von 4 bis 17 % lag, konnten keine akzeptablen Kriterien für die Bewertungspunkte erreichen.
Wie aus den obigen Ergebnissen ersichtlich ist, können gemäß der vorliegenden Erfindung ein poröser Keramikkörper, der über verbesserte Haltbarkeit verfügt und die Abgasreinigungsleistung bei der Verwendung als ein Staubsammelfilter verbessern kann, und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitgestellt werden. Ferner kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Staubsammelfilter mit verbesserter Haltbarkeit und besserer Abgasreinigungsleistung bereitgestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Trennwand
2: Zelle
2a: Zulaufzelle
2b: Ablaufzelle
8: verschlossener Abschnitt
11: erste Endfläche
12: zweite Endfläche
15: Verbundschicht
17: Wabensegment
20: Außenumfangsbeschichtungsschicht
22: Katalysator
100: Wabenstruktur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5897242 B [0005]
JP 4954705 B [0005]

Claims

Poröser Keramikkörper, umfassend: Gerüstabschnitte, umfassend ein Aggregat und mindestens ein Bindematerial; und Porenabschnitte, die zwischen den Gerüstabschnitten gebildet sind, wobei ein Fluid durch die Porenabschnitte strömen kann, wobei die Porenabschnitte ein Porenvolumenverhältnis von Poren, die einen Porendurchmesser von 10 bis 15 µm haben, von 4 bis 17 % oder mehr aufweisen.
Poröser Keramikkörper nach Anspruch 1, wobei der poröse Keramikkörper eine Porosität von 55 % oder mehr hat.
Poröser Keramikkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder der Porenabschnitte ein Porenvolumenverhältnis von Poren, die einen Porendurchmesser von weniger als 10 µm haben, von 9,5 % oder weniger aufweist.
Poröser Keramikkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jeder der Porenabschnitte ein Porenvolumenverhältnis von Poren, die einen Porendurchmesser von mehr als 40 µm haben, von 17 % oder weniger aufweist.
Poröser Keramikkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Aggregat Siliciumcarbid, Titanoxid oder ein Gemisch davon ist.
Poröser Keramikkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Bindematerial mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus metallischem Silicium, Aluminiumoxid und Cordierit, ist.
Poröser Keramikkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Katalysator in den Poren getragen wird.
Poröser Keramikkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der poröse Keramikkörper eine Wabenstruktur aufweist, wobei die Wabenstruktur Trennwände umfasst, die mehrere Zellen definieren, wobei jede der Zellen unter Bildung eines Fließweges für ein Fluid von einer ersten Endfläche zu einer zweiten Endfläche verläuft.
Poröser Keramikkörper nach Anspruch 8, wobei die Wabenstruktur verschlossene Abschnitte umfasst, die an offenen Abschnitten bestimmter Zellen an der ersten Endfläche und an offenen Abschnitten der verbleibenden Zellen an der zweiten Endfläche vorgesehen sind.
Verfahren zur Herstellung eines porösen Keramikkörpers, umfassend die Schritte: Bilden eines Grünkörpers zur Bereitstellung eines Formkörpers, wobei der Grünkörper: ein Aggregat, mindestens ein Bindematerial, mindestens ein Brennhilfsmittel und mindestens ein Bindemittel umfasst; und Brennen des Formkörpers; wobei das Aggregat einen 50-%-Teilchendurchmesser D₅₀ von 15 bis 30 µm und ein Verhältnis: (90-%-Teilchendurchmesser D₉₀- 10-%-Teilchendurchmesser D₁₀) / 50-%-Teilchendurchmesser D₅₀ von 1,0 oder weiniger in einer kumulativen Teilchendurchmesserverteilung auf Volumenbasis hat; und wobei das Brennhilfsmittel in einer Menge von 1,0 bis 4,0 Masseteilen, basierend auf einer Gesamtmenge von 100 Masseteilen des Aggregats und des Bindemittels, eingeschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Porenbildner einen 50-%-Teilchendurchmesser D₅₀ von 25 bis 45 µm und ein Verhältnis: (90-%-Teilchendurchmesser D₉₀- 10-%-Teilchendurchmesser D₁₀) / 50-%-Teilchendurchmesser D₅₀ von 1,2 oder weniger in einer kumulativen Teilchendurchmesserverteilung auf Volumenbasis hat.
Staubsammelfilter, umfassend den porösen Keramikkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9.