DE19756517A1 - Kordierit-Honigwabenstrukturkörper und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Honigwabenstruktur­ körper, der als Träger verwendet wird, der dazu dient, Kata­ lysatoren zur Reinigung von Abgas aus Verbrennungsmotoren, wie etwa Kraftfahrzeugmotoren, zu tragen, und insbesondere einen Honigwabenstrukturkörper, der hauptsächlich aus Kordie­ rit besteht und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Kordierit-Honigwabenstrukturkörper sind weit verbreitet als Katalysatoren-Träger in Abgasreinigern für Verbrennungsmoto­ ren verwendet worden. Herkömmliche Kordierit-Honigwabenstruk­ turkörper sind jedoch üblicherweise dick mit einer Zellen­ wanddicke von etwa 170 µm, und aufgrund ihrer großen Wärmeka­ pazitäten erfordern sie beträchtliche Zeit, um die Aktivie­ rungstemperatur des Katalysators ausgehend vom Motorstart­ zeitpunkt zu erreichen, während welcher Periode das ausgetra­ gene Abgas nicht gereinigt werden kann.

Versuche wurden durchgeführt, dünnere Zellenwanddicken be­ reitzustellen, um die Wärmekapazitäten von Kordierit-Honigwa­ benstrukturkörpern zu reduzieren und dadurch die Zeit zu ver­ kürzen, die zur Katalysatoraktivierung erforderlich ist. Bei­ spielsweise in der geprüften japanischen Patentschrift (Kokoku) Nr. 4-70053 ist ein Kordierit-Honigwabenstrukturkör­ per mit einer Porosität von 30% oder weniger erläutert, der durch Beschränken des Partikeldurchmessers des verwendeten Talks und Kaolins erhalten wird. Da dieses Verfahren jedoch lediglich Honigwabenstrukturkörper mit Porositäten von 18% und höher ergibt, nimmt die Porosität zu, wenn die Zellen­ wanddicke mit 70 µm oder sogar noch dünner mit 50 µm gewählt wird, was zu einem Mangel an Festigkeit und mitunter zu einer Beschädigung des Honigwabenstrukturkörpers aufgrund der Last bzw. Belastung des Aufbaus, beispielsweise während des Ein­ baus, führt. Außerdem haben große Wärmeausdehnungskoeffizien­ ten in der Größenordnung von 0,8×10^-6/°C für diese Honigwa­ benstrukturkörper zu den im folgenden erläuterten Problemen geführt.

Wenn ein Kordierit-Honigwabenstrukturkörper als Katalysator­ träger für einen Abgasreiniger verwendet wird, wird eine Tem­ peraturdifferenz in dem Katalysatorträger aufgrund von Wärme­ freisetzung durch die Oxidationsreaktion der unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid erzeugt, die im Abgas vorhanden sind. Die durch diese Temperaturdifferenz erzeugte Wärmespannung ist proportional zum Wärmeausdehnungskoeffi­ zienten und bei Wärmeausdehnungskoeffizienten in der Größe von 0,8×10^-6/°C besteht die Gefahr eines Zerberstens oder einer Beschädigung des Katalysatorträgers, was ein wesentli­ ches Problem bezüglich der Wärmeschockbeständigkeit bzw. einer niedrigen derartigen Beständigkeit bildet.

In der japanischen ungeprüften Patentschrift Nr. 53-82822 ist eine Kordierit-Keramik mit einem Wärmeausdehnungskoeffizien­ ten nicht größer als 1,6×10^-6/°C erläutert, die erhalten wird, indem der mittlere Partikeldurchmesser des Talks auf 5 bis 150 µm beschränkt wird. Selbst der kleinste Wärmeausdeh­ nungskoeffizient dieser Kordierit-Keramik hat jedoch eine Größe von etwa 0,9×10^-6/°C, weshalb sie eine geringe Wärme­ schockbeständigkeit hat.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen Kordierit-Honigwabenstrukturkörper mit hervorra­ gender hoher Festigkeit selbst für den Fall zu schaffen, daß die Zellenwand dünner gemacht ist, um die Wärmekapazität zu reduzieren, und der einen kleinen Wärmeexpansionskoeffizien­ ten und eine hervorragende Wärmeschockbeständigkeit hat. Außerdem soll durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstel­ lung dieses Strukturkörpers geschaffen werden.

Als Ergebnis sorgfältiger Forschung zur Überwindung der vor­ stehend erläuterten Probleme haben die Erfinder der vorlie­ genden Anmeldung entdeckt, daß ein Kordierit-Honigwabenstruk­ turkörper eine hohe Festigkeit und eine hervorragende Wärme­ schockbeständigkeit aufweist, bei dem es sich um einen Honig­ wabenstrukturkörper handelt, der hauptsächlich aus Kordierit besteht, zubereitet aus einem Startmaterial, das Talk mit einem Partikeldurchmesser eines mittleren Beobachtungswerts (nachfolgend wird auf "mittlerer Beobachtungswert" als "Mittelwert" bezug genommen), der 7 µm übersteigt und nicht größer als 20 µm ist und mit einem CaO-Gehalt von 0,2 Gew.-% oder darunter, und ein weiteres Kordierit-Rohmaterial mit einem mittleren Partikeldurchmesser nicht größer als 1 µm, wobei das Startmaterial derart geformt und aktiviert bzw. ge­ brannt wird, daß sich eine Zellenwanddicke von 130 µm oder weniger ergibt.

Die Erfindung erlaubt es, kleine Wärmeausdehnungskoeffizien­ ten nicht größer als 0,5×10^-6/°C bereitzustellen und die Kompressionsfestigkeit in der Strömungskanalrichtung der Ho­ nigwabenstrukturen zu verbessern, indem als Startmaterial eine Kombination aus Talk mit einem mittleren Partikeldurch­ messer größer 7 µm und nicht größer als 20 µm und einem CaO- Gehalt von 0,2 Gew.-% oder weniger, und ein weiteres Kordie­ rit-Rohmaterial mit einem mittleren Partikeldurchmesser nicht größer als 1 µm verwendet wird. Die "Kompressionsfestigkeit in der Strömungskanalrichtung einer Honigwabenstruktur" ist der Druck einer Last auf einen Zylinder in der Richtung der Achse des Zylinders mit einer Quer(crosshead)geschwindigkeit von 10 mm/min, der den Zylinder zerbricht bzw. zerstört, der mit einem Durchmesser von 1 Inch (2,54 cm) und eine Länge von 1 Inch (2,54 cm) aus einer Honigwabenstruktur ausgeschnitten ist, so daß die Achsen des Zylinders in der Richtung des Strömungskanals der Honigwabenstruktur verläuft. In derselben Weise handelt es sich bei einer "A-Achsenkompressionsfestig­ keit" oder einer "B-Achsenkompressionsfestigkeit", die nach­ folgend erläutert ist, um einen Druck, der in derselben Weise für einen Zylinder gemessen wird, der mit derselben Größe so ausgeschnitten ist, daß die Achse des Zylinders in der Rich­ tung der A-Achse oder B-Achse der Honigwabe verläuft. Da folglich ausreichende Festigkeit (eine Kompressionsfestigkeit von 15 MPa oder größer in der Strömungskanalrichtung der Ho­ nigwabenstruktur (welche Richtung in Fig. 1 durch die Achse A bezeichnet ist) mit einer Zellenwanddicke von 70 µm) selbst dann beibehalten werden kann, wenn die Zellenwanddicke auf 130 µm oder darunter reduziert wird, wobei während des Ein­ baus oder Einschließens keine Zerstörung aufgrund der Zusam­ menbaubelastung auftritt. Da die Wärmekapazität abgesenkt werden kann, können sowohl die Festigkeit wie die Wärme­ schockbeständigkeit beibehalten werden, und kann die Struktur als Katalysatorträger für Abgasreiniger verwendet werden, die eine rasche Aktivierung der Katalysatoren ermöglichen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen bei­ spielhaft näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung der A-Achsenrichtung und der B-Ach­ senrichtung eines Honigwabenstrukturkörpers,

Fig. 2 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen der A- Achsenfestigkeit und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten für den Körper gemäß der Erfindung und Vergleichsbeispielen,

Fig. 3 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen der Porosität und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten für den er­ findungsgemäßen Körper und die Vergleichsbeispiele.

Der mittlere Partikeldurchmesser des vorstehend genannten an­ deren bzw. zusätzlichen Kordierit-Rohmaterials ist bevorzugt nicht größer als 0,8 µm, um einen dichteren Honigwabenstruk­ turkörper höherer Festigkeit zu ergeben.

Wenn kalziniertes Kaolin als Kordieritmaterial verwendet wird, beträgt der Gehalt an kalziniertem Kaolin in dem Start­ material bevorzugt 36,5 Gew.-% oder weniger, um für den Kor­ dierit-Honigwabenstrukturkörper eine ausreichend hohe Festig­ keit zu erzielen.

Die Zellenwanddicke beträgt vorzugsweise 100 µm oder weniger, um eine weitere Reduktion der Wärmekapazität bei dünneren Wänden unter Beibehaltung der Festigkeit zu ermöglichen.

Der erfindungsgemäße Honigwabenstrukturkörper weist bevorzugt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten nicht größer als 0,5 × 10^-6/°C in der Strömungskanalrichtung auf, und die Porosität des Honigwabenstrukturkörpers ist geringer als 18%. Ein Wär­ meausdehnungskoeffizient nicht größer als 0,5×10^-6/°C stellt die Wärmeschockbeständigkeit sicher und eine Dichte mit einer Porosität von weniger als 18% führt zu einer hohen Festigkeit.

Das Kordierit, bei welchem es sich um einen Hauptbestandteil des Honigwabenstrukturkörpers handelt, hat eine auf das Ge­ wicht bezogene Zusammensetzung von 49,0 bis 53,0% SiO₂, 33,0 bis 37,0% Al₂O₃ und 11,5 bis 15,5% MgO.

Der erfindungsgemäße Kordierit -Honigwabenstrukturkörper kann durch Mischen von Talk mit einem mittleren Partikeldurchmes­ ser größer als 7 µm und nicht größer als 20 µm mit einem CaO- Gehalt von 0,2 Gew.-% oder weniger und einem weiteren Kordie­ rit-Rohmaterial mit einem mittleren Partikeldurchmesser nicht größer als 1 µm hergestellt werden, wobei das Gemisch in Ho­ nigwabenform mit einer Zellenwanddicke von 130 µm oder darun­ ter geformt wird, und wobei der geformte Gegenstand gebrannt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Kordierit-Honigwabenstrukturkörper handelt es sich um einen Honigwabenstrukturkörper, der Kor­ dierit als Hauptbestandteil enthält. Kordierit hat eine theo­ retische Zusammensetzung, die dargestellt ist durch 2 MgO.2 Al₂O₃ 5 SiO₂, wobei die Zusammensetzung üblicherweise SiO₂ mit 49,0 bis 53,0 Gew.-%, Al₂O₃ mit 33,0 bis 37,0 Gew.-% und MgO mit 11,5 bis 15,5 Gew.-% enthält.

Gemäß der Erfindung handelt es sich bei einem der Startmate­ rialien, die zur Herstellung des diese Zusammensetzung auf­ weisenden Kordierit-Honigwabenstrukturkörpers verwendet wird, um Talk mit einem mittleren Partikeldurchmesser größer als 7 µm und nicht größer als 20 µm und mit einem CaO-Gehalt von 0,2 Gew.-% oder weniger. Wenn der mittlere Partikeldurchmes­ ser des Talks 7 µm oder kleiner ist, weisen die Talkpartikel während des Extrusionsgießens bzw. -formens eine schlechtere Orientierung auf, was zu einem größeren Wärmeausdehnungskoef­ fizienten führt. Wenn der Partikeldurchmesser größer als 20 µm ist, wird die Größe der Poren, die in dem Honigwabenstruk­ turkörper gebildet werden, zu groß, wodurch die Festigkeit des Honigwabenstrukturkörpers verschlechtert bzw. erniedrigt wird. Dies kann zu einem Verstopfen des Formgebungs- bzw. Gießrahmens während des Formens bzw. Gießens des Honigwaben­ strukturkörpers führen, was Komplikationen verursacht, wenn der Honigwabenstrukturkörper geformt bzw. gegossen wird.

Das Ca, das in dem Talk enthalten ist, ersetzt das Mg in den Kordierit-Kristallen während des Brennens und vergrößert den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kordierit-Honigwabenstruk­ turkörpers. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Kordierit-Ho­ nigwabenstrukturkörpers ist durch die Dichte von Mikrorissen bestimmt bzw. festgelegt, die in dem Honigwabenstrukturkörper aufgrund der Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten auf bzw. entlang der a-, b-Achsen (positiver Wert) und dem Wärme­ ausdehnungskoeffizienten auf der c-Achse (negativer Wert) der Kordierit-Kristalle erzeugt sind, wobei eine größere Mikro­ rißdichte zu einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten führt. Der theoretische Wert des Wärmeausdehnungskoeffizien­ ten auf bzw. entlang der c-Achse(n) der Kordierit-Kristalle beträgt -1,5×10^-6/°C; wenn jedoch Ca Mg ersetzt, wächst der Wärmeausdehnungskoeffizient. Wenn folglich Talk mit einem CaO-Gehalt größer als 0,2 Gew.-% verwendet wird, liegt eine geringere Differenz zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizien­ ten auf den a-, b-Achsen und dem Wärmeausdehnungskoeffizien­ ten auf den c-Achsen der Kordierit-Kristalle vor, was zu einer niedrigeren Dichte an Mikrorissen führt, die in dem Ho­ nigwabenstrukturkörper erzeugt werden, und zu einer Vergröße­ rung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Honigwabenstruk­ turkörpers in der Strömungskanalrichtung (A-Achsenrichtung), 0,5×10^-6/°C übersteigend.

Bei den zusätzlichen zu Talk verwendeten Kordieritmaterialien kann es sich beispielsweise um Kaolin, durch Kalzinierung er­ haltenes Kaolin (nachfolgend als kalziniertes Kaolin bezeich­ net), Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid oder dergleichen han­ deln. Sämtliche dieser Kordieritmaterialien, die zusätzlich zum Talk verwendet werden sollen, müssen einen mittleren Par­ tikeldurchmesser nicht größer als 1 µm haben. Dies führt zu einem Honigwabenstrukturkörper mit einer Dichte einer Porosi­ tät von weniger bzw. geringer als 18% und verbesserter Fe­ stigkeit. Selbst dann, wenn eines der verwendeten Kordierit­ materialien einen mittleren Partikeldurchmesser größer 1 µm hat, wird die Porosität nicht erhöht bzw. vergrößert, wodurch die Kompressionsfestigkeit in der A-Achsenrichtung reduziert wird. Der mittlere Partikeldurchmesser des Kordieritmaterials ist bevorzugt nicht größer als 0,8 µm und besonders bevorzugt nicht größer als 0,5 µm. Die A-Achsen- und B-Achsenrichtungen des Honigwabenstrukturkörpers sind in Fig. 1 durch Pfeile be­ zeichnet.

Wenn kalziniertes Kaolin als Kordieritmaterial zusätzlich zu Talk verwendet wird, muß der Gewichtsanteil an kalziniertem Kaolin in dem gesamten Startmaterial 36,5% oder weniger be­ tragen. Wenn der Gehalt an kalziniertem Kaolin größer als 36,5 Gew.-% ist, wird die Kompressionsfestigkeit auf bzw. entlang der A-Achse aufgrund einer niedrigeren Kordierit-Re­ aktivität reduziert. Dies führt auch zu einer geringeren Dichte an Mikrorissen, die in dem Honigwabenstrukturkörper erzeugt werden, und einem Wärmeausdehnungskoeffizienten größer als 0,5×10^-6/°C in der Strömungskanalrichtung (A-Ach­ senrichtung). Die Porosität übertrifft ebenfalls 18%, wodurch es unmöglich ist, den Körper ausreichend dicht zu machen.

Die Kordieritmaterialien sind nicht auf die vorstehend ge­ nannten beschränkt, und bei den Quellen für Mg, Al und Si kann es sich um ihre Oxide, Hydroxide, Chloride usw. handeln. In diesem Fall darf der mittlere Partikeldurchmesser ihrer Materialpulver nicht größer als 1 µm sein.

Wenn Talk und eines der vorstehend genannten Kordieritmate­ rialien zusätzlich zu Talk als Startmaterial verwendet wer­ den, um den erfindungsgemäßen Kordierit-Honigwabenstruktur­ körper herzustellen, werden diese Materialien kombiniert, um die vorstehend genannte Kordierit-Zusammensetzung zu ergeben, und ein Bindemittel oder dergleichen wird zum Kneten in vis­ kosem Ton bzw. Lehm zugesetzt. Der Ton wird Extrusionsformen oder dergleichen ausgesetzt, um Honigwabenform mit einer Zel­ lenwanddicke von 130 µm oder geringer zu formen und daraufhin in einen Honigwabenstrukturkörper gebrannt. Die Zellenwand­ dicke des Honigwabenstrukturkörpers ist bevorzugt nicht größer als 100 µm, um eine weitere Reduktion der Wärmekapazität bereitzustellen.

Beispiele 1 bis 10

Pulverisiertes Talk, Kaolin, Aluminiumoxid und Aluminium­ hydroxid, die als Kordierit-Startmaterialien verwendet wer­ den, wurden unter den in der Tabelle 1 angegebenen Mischver­ hältnissen kombiniert bzw. verbunden, um Vorratsmaterialien herzustellen. Der Ca-Gehalt des verwendeten Talks betrug 0,12 bis 0,13 Gew.-%. Als nächstes wurden aus 7,5 Gew.-Teilen Me­ thylcellulose als Bindemittel, einer ausreichenden Menge an Wasser und 2,8 Gew.-Teilen an 100 Gew.-Teilen jedes Formmate­ rials hinzugefügt, und das Kneten mit einer Knetmaschine er­ zeugte viskosen Ton. Der Ton wurde durch eine Extrusionsgieß­ maschine geleitet, um eine Honigwabenform mit einer Zellen­ wanddicke von 70 µm, 400 Zellen pro Quadratinch und quadrati­ schen Zellenformen zu formen bzw. zu gießen, woraufhin diese Form einem Brennen in Luft in einem Elektroofen unterworfen wurde.

Um die Eigenschaften von jedem der resultierten Honigwaben­ strukturkörper zu ermitteln, wurden ihre Wärmeausdehnungs­ koeffizienten in der Strömungskanalrichtung (A-Achsenrich­ tung) und ihre Porositäten und A-Achsenkompressionsfestigkei­ ten gemessen, und zwar mit den in der Tabelle 1 aufgelisteten Ergebnissen. Die Zusammensetzung des Kordiert-Honigwaben­ strukturkörpers gemäß Beispiel 1 wurde untersucht und mit 49,6 Gew.-% SiO₂, 35,3 Gew.-% Al₂O₃ und 13,6 Gew.-% MgO ermit­ telt.

Vergleichsbeispiele 1 bis 12

Wie in Tabelle 2 zu Vergleichszwecken gezeigt, wurden Honig­ wabenstrukturkörper durch Mischen, Formen bzw. Gießen und Brennen von Materialien durch dasselbe Verfahren wie bei den vorstehend genannten Beispielen 1 bis 10, mit der Ausnahme, daß entweder die mittleren Partikeldurchmesser des Talks oder des Kordieritmaterials zusätzlich zu Talk außerhalb der er­ findungsgemäßen Bereiche liegen (Vergleichsbeispiele 1 bis 8). Honigwabenstrukturkörper wurden außerdem durch dasselbe Verfahren wie für die Beispiele 1 bis 10 mit der Ausnahme er­ halten, daß Talk mit einem CaO-Gehalt von 0,2 Gew.-% in dem Startmaterial verwendet wurde (Vergleichsbeispiele 9 bis 12). Die Wärmeausdehnungskoeffizienten, Porositäten und A-Achsen­ kompressionsfestigkeiten von jedem der resultierenden Honig­ wabenstrukturkörper wurden gemessen und erbrachten die in Ta­ belle 2 aufgelisteten Ergebnisse.

Die Ergebnisse in den Tabellen 1 und 2 werden nunmehr disku­ tiert.

Zunächst demonstrieren die Beispiele 2, 5, 8 und 10 in Ta­ belle 1, daß dann, wenn der mittlere Partikeldurchmesser des Talks reduziert wird, der Wärmeausdehnungskoeffizient in der Strömungskanalrichtung größer wird, während die Porosität ge­ ringer wird, und die A-Achsenkompressionsfestigkeit höher wird. Wenn der mittlere Partikeldurchmesser des Talks gerin­ ger als 7 µm, wie in den Vergleichsbeispielen 7 und 8 in Ta­ belle 2 ist, wird die A-Achsenkompressionsfestigkeit erhöht, der Wärmeausdehnungskoeffizient übertrifft jedoch 0,5×10 ^-6/°C. Auch dann, wenn der mittlere Partikeldurchmesser des Talks größer als 20 µm, wie im Vergleichsbeispiel 1 ist, ist der Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner bzw. geringer, die Porosität übersteigt jedoch 18% und die A-Achsenkompressions­ festigkeit hat den geringen Wert 1,2 MPa. Wenn außerdem der CaO-Gehalt des Talks größer als 0,2 Gew.-% ist, nimmt der Wärmeausdehnungskoeffizient auf einen größeren Wert als 0,5× 10^-6/°C selbst dann zu, wenn der mittlere Partikeldurchmesser des Talks innerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs liegt, wie bei den Vergleichsbeispielen 9 bis 12. Damit muß der im Startmaterial verwendete Talk einen mittleren Partikeldurch­ messer größer als 7 µm, jedoch nicht größer als 20 µm aufwei­ sen, und der Ca-Gehalt muß 0,2 Gew.-% oder weniger betragen.

Im Hinblick auf die Porosität und die A-Achsenkompressionsfe­ stigkeit demonstrieren die Beispiele 1 bis 10, daß die Poro­ sität kleiner ist und die A-Achsenkompressionsfestigkeit hö­ her bzw. größer ist, wenn der mittlere Partikeldurchmesser des Startmaterials abnimmt. Wenn der mittlere Partikeldurch­ messer von jedem der Kordieritmaterialien 1 µm übersteigt, wie bei den Vergleichsbeispielen 2 bis 6 und 10 bis 12, ist die Porosität größer als 18% und die A-Achsenkompressionsfe­ stigkeit ist niedriger als 15 MPa. Es ist deshalb erforder­ lich, daß der mittlere Partikeldurchmesser der Kordieritmate­ rialien außer Talk größer als 1 µm ist.

Beispiele 11 bis 22

Unter Verwendung von Talk, Kaolin, kalziniertem Kaolin und Aluminiumoxid als Startmaterialien wurden ihre Pulver mit Mischverhältnissen kombiniert, die in Tabelle 3 aufgeführt sind, um Vorratsmaterialien herzustellen. Diese Vorratsmate­ rialien wurden verwendet, um Honigwabenstrukturkörper durch Formen bzw. Gießen und Brennen durch dasselbe Verfahren wie bei den Beispielen 1 bis 10 zu erhalten. Die Wärmeausdeh­ nungskoeffizienten, Porositäten und A-Achsenkompressionsfe­ stigkeiten von jedem der resultierenden Honigwabenstruktur­ körper wurden gemessen und erbrachten die in Tabelle 3 aufge­ listeten Ergebnisse.

Vergleichsbeispiele 13 bis 24

Wie in Tabelle 4 aus Vergleichszwecken gezeigt, wurden Honig­ wabenstrukturkörper durch Mischen, Formen bzw. Gießen und Brennen von Materialien durch dasselbe Verfahren wie bei den Beispielen 11 bis 22 erhalten, mit der Ausnahme, daß die mittleren Partikeldurchmesser des Talks oder der Kordieritma­ terialien zusätzlich zu Talk außerhalb der erfindungsgemäßen Bereiche lagen (Vergleichsbeispiele 13 bis 16 und 18 bis 21) Honigwabenstrukturkörper wurden außerdem durch dasselbe Ver­ fahren mit der Ausnahme erhalten, daß in zwei Fällen Talk mit einem CaO-Gehalt von 0,28 Gew.-% im Startmaterial verwendet wurden (Vergleichsbeispiele 17, 22), während in zwei weiteren Fällen das Mischverhältnis des kalzinierten Kaolins außerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs lag (Vergleichsbeispiele 23, 24). Die Wärmeausdehnungskoeffizienten, Porositäten und A- Achsenkompressionsfestigkeiten von jedem der resultierenden Honigwabenstrukturkörper wurden gemessen und erbrachten die in Tabelle 4 aufgelisteten Ergebnisse.

Aus den Tabellen 3 und 4 kann die Bestätigung entnommen wer­ den, daß selbst dann, wenn kalziniertes Kaolin in dem Start­ material verwendet wurde, dieselben Effekte bezüglich des Wärmeausdehnungskoeffizienten durch den Partikeldurchmesser des Talks, wie bei den Beispielen 12, 13 und dem Vergleichs­ beispiel 13, und durch das Gewichtsverhältnis von CaO im Talk, wie beim Beispiel 12, 18 und den Vergleichsbeispielen 17 und 22, erzielt werden können. Dieselben Effekte wurden außerdem bezüglich der Porosität und der A-Achsenkompres­ sionsfestigkeit durch die Partikeldurchmesser der Kordierit­ materialien, wie durch einen Vergleich der Beispiele 11 bis 22 mit den Vergleichsbeispielen 13 bis 16 und 18 bis 21 her­ vorgeht.

Wenn das Mischverhältnis des kalzinierten Kaolins reduziert war, wie in den Beispielen 17, 18, 20 und 21, wurde der Wär­ meausdehnungskoeffizient offensichtlich reduziert, die Poro­ sität war niedriger und die A-Achsenkompressionsfestigkeit war höher im Vergleich zu den Beispielen 11, 12, 13 und 15. Wenn außerdem das Gewichtsverhältnis des kalzinierten Kaolins über 36,5%, wie bei den Vergleichsbeispielen 23 und 24, er­ höht wurde, überstieg die Porosität 18% und die A-Achsenkom­ pressionsfestigkeit war niedriger als 15 MPa, während der Wärmeausdehnungskoeffizient größer als 0,5×10^-6/°C war. Wenn deshalb kalziniertes Kaolin als Kordieritmaterial ver­ wendet wird, ist es bevorzugt, es in einem Gewichtsverhältnis nicht größer 36,5%, bezogen auf das gesamte Startmaterial, zu verwenden.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient und die Kompressionsfestig­ keit auf der B-Achse (in Fig. 1 durch einen Pfeil bezeichnet) wurden für das Beispiel 16 und das Vergleichsbeispiel 15 ge­ messen. Unter Bezugnahme auf diese Ergebnisse betrug der Wär­ meausdehnungskoeffizient 0,68×10^-6/°C und die B-Achsenkom­ pressionsfestigkeit betrug 1,36 MPa im Beispiel 16. In Ver­ gleichsbeispiel 15 betrug der Wärmeausdehnungskoeffizient 0,66×10^-6/°C und die B-Achsenkompressionsfestigkeit betrug 1,23 MPa.

Fig. 2 zeigt eine Kurvendarstellung, bei welcher die A-Ach­ senkompressionsfestigkeiten auf der horizontalen bzw. X-Achse aufgetragen sind und die Wärmeausdehnungskoeffizienten auf der vertikalen bzw. Y-Achse aufgetragen sind. Sämtliche Bei­ spiele gemäß der Erfindung hatten Wärmeausdehnungskoeffizien­ ten geringer als 0,5×10^-6/°C und A-Achsenkompressionsfe­ stigkeiten von 15 MPa oder größer bei einer Zellenwanddicke von 70 µm, was demonstriert, daß es erfindungsgemäß möglich ist, sowohl einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie eine hohe Festigkeit zu gewährleisten. Fig. 3 zeigt eine Kur­ vendarstellung, bei welcher die Porositäten auf der X-Achse aufgetragen sind und die Wärmeausdehnungskoeffizienten auf der Y-Achse aufgetragen sind, und aus dieser Kurvendarstel­ lung geht ebenfalls hervor, daß sämtliche erfindungsgemäßen Beispiele Wärmeausdehnungskoeffizienten geringer als 0,5× 10^-6/°C und Porositäten geringer als 18% hatten. Im Gegensatz hierzu, hatten die Vergleichsbeispiele entweder Wärmeausdeh­ nungskoeffizienten größer als 0,5×10^-6/°C oder Porositäten von 18% oder größer bei A-Achsenkompressionsfestigkeiten ge­ ringer als 15 MPa.

Demnach ist es in Übereinstimmung mit der Erfindung möglich, dünnwandige und hochfeste Kordierit-Honigwabenstrukturkörper mit niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu verwirklichen, indem der mittlere Partikeldurchmesser des CaO-Gehalts des Talks und der mittlere Partikeldurchmesser der Kordieritmate­ rialien außer Talk auf vorbestimmte Bereiche beschränkt wer­ den.

Claims (9)

1. Kordierit-Honigwabenstrukturkörper, dadurch gekennzeich­ net, daß es sich bei ihm um einen Honigwabenstrukturkör­ per handelt, der hauptsächlich aus Kordierit besteht, wo­ bei das Startmaterial Talk mit einem mittleren Partikel­ durchmesser größer 7 µm und nicht größer als 20 µm und mit einem CaO-Gehalt von 0,2 Gew.-% oder weniger auf­ weist, und weiteres Kordieritmaterial mit einem mittleren Partikeldurchmesser nicht größer als 1 µm, wobei das Startmaterial geformt bzw. gegossen bzw. gespritzt und so gebrannt wird, daß eine Zellenwanddicke von 130 µm oder weniger erhalten wird.

2. Kordierit-Honigwabenstrukturkörper nach Anspruch 1, wobei der mittlere Partikeldurchmesser des weiteren Kordierit­ materials nicht größer als 0,8 µm ist.

3. Kordierit-Honigwabenstrukturkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei das weitere Kordieritmaterial kalziniertes Kao­ lin enthält und der Gehalt an kalziniertem Kaolin in dem Startmaterial 36 Gew.-% oder weniger beträgt.

4. Kordierit-Honigwabenstrukturkörper nach einem der Ansprü­ che 1 bis 3, wobei das weitere Kordierit Kaolin und Alu­ miniumoxid aufweist.

5. Kordierit-Honigwabenstrukturkörper nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4, wobei die Zellenwanddicke 100 µm oder weni­ ger beträgt.

6. Kordierit-Honigwabenstrukturkörper nach einem der Ansprü­ che 1 bis 5, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des Honigwabenstrukturkörpers in der Richtung des Strömungs­ kanals nicht größer als 0,5×10^-6/°C ist, und die Poro­ sität des Honigwabenstrukturkörpers geringer als 18% ist.

7. Kordierit-Honigwabenstrukturkörper nach einem der Ansprü­ che 1 bis 6, wobei das Kordierit, bei welchem es sich um den Hauptbestandteil des Honigwabenstrukturkörpers han­ delt, eine auf das Gewicht bezogene Zusammensetzung von 49,0 bis 53,0% SiO₂, 33,0 bis 37,0% Al₂O₃ und 11,5 bis 15,5% MgO aufweist.

8. Verfahren zum Herstellen eines Kordierit-Honigwabenstruk­ turkörpers, gekennzeichnet durch Mischen von Talk mit einem mittleren Partikeldurchmesser größer als 7 µm und nicht größer als 20 µm und einem CaO-Gehalt von 0,2 Gew.­ % oder weniger, und einem weiteren Kordieritmaterial mit einem mittleren Partikeldurchmesser nicht größer als 1 µm, Gießen bzw. Formen bzw. Spritzen des Gemisches in eine Honigwabenstruktur mit einer Zellenwanddicke von 130 µm oder weniger und Brennen des Formlings.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das weitere Kordierit Kaolin und Aluminiumoxid enthält.