DE20221728U1 - Poröser keramischer Sinterkörper, Dieselpartikelfilter - Google Patents

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Abstract

Poröser keramischer Sinterkörper mit in Verbindung stehenden Poren, dadurch gekennzeichnet, dass die in Verbindung stehenden Poren aus kleinen Poren mit einer kleineren Größe als der mittleren Partikelgröße der keramischen Partikel, welche den Sinterkörper bilden, und aus großen Poren, mit einer Porengröße, die größer als die der kleinen Poren ist, aufgebaut sind und dass wenigstens ein Teil der großen Poren in einer Oberfläche des Sinterkörpers in einem freiliegenden oder geöffneten Zustand vorhanden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen porösen keramischen Sinterkörper, wie auch einen Dieselpartikelfilter, welcher aus dem porösen keramischen Sinterkörper hergestellt ist, insbesondere aus einem Siliziumkarbidsinterkörper.
  • In letzter Zeit hat die Anzahl von Kraftfahrzeugen exponentiell zugenommen und die Menge des Abgases aus den Kraftfahrzeugen erhöht sich als eine Begleiterscheinung mit dieser Zunahme. Insbesondere sind verschiedene Substanzen, die in dem Abgas des Dieselmotors vorhanden sind, ein Grund für Umweltverschmutzung. Des Weiteren wurde berichtet, dass die feinen Partikel in dem Abgas (Dieselpartikel, im Folgenden als PM abgekürzt) ein Grund sind, die bei Gelegenheiten zu Gesundheitsstörungen führen können. Daher ist es ein wichtiger Grund für menschliche Familien Gegenmaßnahmen zu ergreifen, um die PM aus dem Abgas des Kraftfahrzeugs zu entfernen.
  • Unter diesen Umständen, wurden bisher verschiedene Geräte vorgeschlagen, um das Abgas zu reinigen. Eine sehr allgemeine Vorrichtung zur Reinigung von Abgas ist eine Struktur, wobei ein Gehäuse im Bereich eines Abgasrohres angeordnet ist, welches mit einem Abgasverteiler eines Motors verbunden ist und ein Dieselpartikelfilter (im Folgenden als DPF abgekürzt) ist in dem Gehäuse angeordnet. Als ein Material für den DPF werden zusätzlich zu Metallen oder Legierungen Keramiken verwendet. Als ein typischer Filter, welcher aus Keramik besteht, ist Kordierit gut bekannt. In jüngster Zeit wurde Siliziumkarbid mit einer hohen Wärmebeständigkeit und mechanischer Festigkeit, und welches chemisch stabil ist, als das Material für den DPF verwendet.
  • Nun soll der DPF Leistungen aufweisen, wie eine hohe PM Auffangfähigkeit (d.h. hohe Filtrationswirksamkeit), niedrigen Druckverlust und dergleichen. In dem Fall, dass der DPF auch als ein Katalysatorträger dient (Keramik), wird die Porengröße und Porosität des keramischen Sinterkörpers (Katalysatorträger) im Wesentlichen klein, da der Katalysator getragen wird, und daher wird der Druckverlust groß. Insbesondere ist solch ein Druckverlust im anfänglichen Stadium des Auffangens der PM nicht so groß, es gibt jedoch ein Problem, dass der Druckverlust heftig zunimmt, wenn die abgeschiedene Menge an PM groß wird.
  • Aus diesem Grund gibt es Überlegungen, die Porengrößen und Porosität des keramischen Sinterkörpers vorher auf große Werte einzustellen. Zum Beispiel werden keramische Sinterkörper vorgeschlagen, wobei die keramischen Partikel selbst groß sind, um die Porengröße oder die Porosität zu erhöhen, konkret solche mit einer mittleren Porengröße von nicht weniger als 15 μm und einer Porosität von nicht weniger als 50 %. Bestimmt können die DPFs, die durch solch ein Verfahren hergestellt werden, die beträchtliche Verringerung der Porengröße und der Porosität aufgrund des Tragens des Katalysators verhindern und die Verringerung des Druckverlustes realisieren.
  • Vorher gab es ein Verfahren, dass ein Reduktionskatalysator der NOx verschließt, von einem Dieselmotor im Hinblick auf die Umweltverschmutzung getragen wird (siehe JP-A-6-159037). Diese Methode ist ein Verfahren, wobei NOx in dem Dieselabgas in einem mageren Zustand in wenigstens einem Element eingeschlossen wird, gewählt aus einem Alkalimetall, einem Erdalkalimetall und einem Seltenerdelement, wie einem Nitrat. Das heißt, diese Methode ist ein Verfahren, wobei eine bestimmte Menge an NOx zunächst mit dem obigen Element in der Form von Nitrat eingeschlossen wird und wenn die Adsorption gesättigt ist, wird NO2-Gas aus dem Nitrat hergestellt, indem ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch eine Zündung eines Motors oder dergleichen erzielt wird und mit unverbrannten HC oder CO reagiert wird, um das unschädliche N2-Gas zu reinigen. Gemäß dieses Verfahrens ist es möglich, gleichzeitig PM und schädliche Gase in dem Abgas zu reinigen, es tritt jedoch ein Problem auf, dass der Kraftstoffverbrauch verschlechtert wird, da das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des fetten Zustands während des Verfahrens wiederholt werden sollte.
  • In dem Zusammenhang kann ein herkömmlicher DPF die Verringerung des Druckverlustes erzielen, da feine PM einfach durch die Zellwand geleitet werden, es ist jedoch umgekehrt schwierig, die PM zu fangen und es gibt ein Problem der Verringerung der Wirksamkeit der Filtration. Da der geringe Druckverlust und die hohe Wirksamkeit der Filtration einander entgegenstehende Eigenschaften bei der Abscheidung von PM sind, ist es daher schwierig, einen DPF zu erhalten, welcher beide vorteilhaften Eigenschaften enthält.
  • Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung der obigen Probleme durchgeführt, welche mit den herkömmlichen Verfahren zusammenhängen und ein Hauptgegenstand dieser Erfindung ist es, einen DPF (Dieselpartikelfilter) bereitzustellen, welcher einen geringen Druckverlust bei der Abscheidung von PM aufweist und eine hohe Wirksamkeit der Filtration.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, den DPF mit einer ausgezeichneten NOx Absorptionseigenschaft bereitzustellen.
  • Der andere Gegenstand der Erfindung ist es, einen porösen keramischen Sinterkörper bereitzustellen, welcher für die Herstellung von dem DPF geeignet ist, wie auch ein Verfahren zur Herstellung desselben.
  • Um die obigen Gegenstände zu erzielen, haben die Erfinder verschiedene Untersuchungen durchgeführt, und als ein Ergebnis, wurde die Erfindung mit dem folgenden Hauptinhalt und Aufbau durchgeführt.
  • Das heißt, die Erfindung schlägt einen porösen keramischen Sinterkörper mit in Verbindung stehenden Poren vor, dadurch gekennzeichnet, dass die in Verbindung stehenden Poren mit kleinen Poren mit einer Größe, die kleiner sind als die mittlere Partikelgröße der keramischen Partikel, welche den Sinterkörper bilden, und großen Poren mit einer Porengröße, die größer ist als die der kleinen Poren, aufgebaut sind und wobei wenigstens ein Teil der großen Poren auf einer Oberfläche des Sinterkörpers in einem freiliegenden oder geöffneten Zustand existiert.
  • Des Weiteren schlägt die Erfindung einen porösen keramischen Sinterkörper mit in Verbindung stehenden Poren vor, dadurch gekennzeichnet, dass die in Verbindung stehenden Poren mit kleinen Poren, mit einer Größe, welche kleiner ist als eine mittlere Partikelgröße der keramischen Partikel, welche den Sinterkörper bilden, und einer mittlere Porengröße von 5 μm bis 40 μm, und großen Poren mit einer Porengröße von mehr als der Größe der kleinen Poren und einer mittleren Porengröße von 30 μm bis 80 μm, auf gebaut sind und wobei wenigstens ein Teil der großen Poren auf einer Oberfläche des Sinterkörpers in einem freiliegenden oder geöffneten Zustand vorhanden sind, und ein Verhältnis der großen Poren, die in dem Sinterkörper vorhanden sind, 5 % bis 15 % als ein Volumenverhältnis beträgt.
  • Des Weiteren schlägt die Erfindung einen Dieselpartikelfilter vor, dadurch gekennzeichnet, dass ein Katalysator auf einer Oberfläche eines keramischen Trägers getragen wird, welcher aus dem porösen keramischen Sinterkörper besteht.
  • In der Erfindung sind bevorzugte Ausführungsformen, dass:
    • (1) der keramische Sinterkörper als ein struktureller Wabenkörper aufgebaut ist, bestehend aus einem oder mehreren aus Siliziumkarbid und Kordierit und viele Zellen aufweist;
    • (2) die großen Poren auch im Inneren des Sinterkörpers vorhanden sind;
    • (3) die großen Poren auf der Oberfläche des Sinterkörpers in einem freiliegenden oder geöffneten Zustand vorhanden sind und die Anzahl der geöffneten Poren 10 Poren/mm2-100 Poren/mm2 beträgt;
    • (4) das Verhältnis der großen Poren, welche in dem Sinterkörper vorhanden sind, 5 % -15 % als ein Volumenverhältnis beträgt;
    • (5) die mittlere Porengröße der großen Poren das 1,5 fache oder mehr der mittleren Porengröße der kleinen Poren beträgt;
    • (6) die mittlere Porengröße der großen Poren 30 μm-80 μm beträgt;
    • (7) die mittlere Porengröße der kleinen Poren 5 μm-40 μm beträgt;
    • (8) der Sinterkörper ein Anteil von Siliziumkarbid von nicht weniger als 60 Gew.-% aufweist;
    • (9) der Sinterkörper ein Anteil von Siliziumkarbid von nicht weniger als 95 Gew.-% aufweist und dass die Siliziumkarbidpartikel direkt miteinander über Hälse ohne Siliziumschicht verbunden sind;
    • (10) ein Gehalt an anderen Verunreinigungen als elementares Silizium und elementarer Kohlenstoff weniger als 2 % beträgt;
    • (11) als das porenbildende Material synthetischer Harzpartikel, metallischer Partikel, keramische Partikel und dergleichen verwendet werden;
    • (12) das porenbildende Material eine mittlere Partikelgröße von 30 μm-80 μm aufweist.
  • In der Erfindung sollte der obige DPF wenigstens wünschenswerter Weise einen NOx absorbierenden Reduktionskatalysator, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Edelmetallen, Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und Seltenerdelementen als eine Katalysatorschicht auf einem Bereich der Oberflächenschicht oder einem inneren Bereich (d.h. Innenfläche der obigen großen Poren und kleinen Poren getragen wird), auf einem Katalysatorträger mit einer Wabenstruktur, welche aus dem porösen keramischen Sinterkörper mit in Verbindung stehenden Poren hergestellt ist, welcher mit großen Poren aufgebaut ist, die wenigstens in einem Bereich der Oberflächenschicht des Sinterkörpers vorhanden sind und kleinen Poren, die in der Oberflächenschicht oder im Inneren des Sinterkörpers existieren und eine Größe besitzen, die etwas kleiner ist als die der großen Poren und eine Porosität von 40-80 %, um so vorzugsweise die Oberfläche jedes keramischen Partikels zu bedecken, die den Katalysatorträger bilden.
  • In dem porösen keramischen Sinterkörper gemäß der Erfindung mit dem obigen Aufbau, ist wenigstens ein Teil der großen Poren, welche die in Verbindung stehenden Poren bilden, an der Oberfläche des Sinterkörpers in einem freiliegenden oder geöffneten Zustand vorhanden. Daher wird, auch wenn die PM abgeschieden werden, die Abscheidungsdicke von den an der Oberfläche des Sinterkörpers haftenden PMs nicht so dick und der Druckverlust wird nicht so groß und daher können die PM wirksam filtriert und über einen langen Zeitraum entfernt werden.
  • Das heißt die Zunahme des Druckverlustes aufgrund der Dicke der gefangenen PM kann unterdrückt werden, indem ein Teil der PM, welche normalerweise auf der Oberfläche des Sinterkörpers abgeschieden werden, an den Innenflächen der großen Poren haften und abgeschieden werden, mit im Wesentlichen der gleichen Wirkung wie in dem Fall, dass die Filterfläche wesentlich erhöht wird.
  • Des Weiteren verstopfen bei dem keramischen Sinterkörper gemäß der Erfindung die in Verbindung stehenden Poren kaum, auch bei der Abscheidung der Partikel und der Verringerung des Druckverlusts im Vergleich mit dem keramischen Sinterkörper, welcher einfach nur große Poren enthält, da auch die kleinen Poren vorhanden sind. Daher weist der keramische Sinterkörper gemäß der Erfindung ein Merkmal auf, dass er eine höhere PM Auffangfähigkeit besitzt und ist als ein Katalysatorträger geeignet.
  • Des Weiteren kann die Bildung der kleinen Poren, welche mit den großen Poren in dem Sinterkörper in Verbindung stehen, in Bezug auf die Bildung der großen Poren durch die Zugabe des Porenbildungsmaterials erzielt werden, unter Verwendung einer Vielzahl von Arten an Keramiken, wie SiC oder dergleichen, als ein Matrixbestandteil, zum Beispiel aus einer Mischung aus SiC mit einer großen Partikelgröße und SiC mit einer kleinen Partikelgröße.
  • In der Erfindung können die großen Poren im Inneren des Sinterkörpers zusätzlich zu dem Bereich der Oberflächenschicht vorhanden sein. Dies ist besonders bevorzugt im Hinblick auf die Zunahme der Filterfläche des keramischen Sinterkörpers. Das heißt die Auffangfähigkeit der PM kann verbessert werden, indem die Flussrate des Abgases verändert wird, welches durch die großen Poren geleitet wird, die im Inneren des Sinterkörpers existieren, um noch weiter feine PM aufzufangen, welche nicht von den Innenflächen der großen Poren aufgefangen werden, die an der Oberfäche des Sinterkörpers existieren oder in einem Zustand, dass sie an der Oberfläche des Sinterkörpers geöffnet sind oder freiliegen, und werden in das Innere der in Verbindung stehenden Poren zusammen mit dem Abgas gedrängt, zusammen mit den PM in dem Abgas. Obwohl die großen Poren im Inneren des keramischen Sinterkörpers vorhanden sind, können die Partikel ohne Probleme wirksam aufgefangen werden, da sich fast alle großen Poren in einem Zustand befinden, dass sie durch die kleinen Poren miteinander verbunden werden.
  • Der keramische Sinterkörper weist eine Struktur auf, die eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit aufweist, zusätzlich zu der großen Filterfläche. In der Erfindung ist es daher wünschenswert, dass die Anzahl der großen Poren, die an der Oberfläche des Sinterkörpers freiliegen oder geöffnet sind, unter den obigen großen Poren per Einheitsfläche auf den obigen Bereich eingestellt wird. Durch solch eine Struktur kann die wirksame Filterfläche in dem Sinterkörper sicher erhöht werden. Das heißt, wenn die Anzahl weniger als 10 Poren je Quadratmillimeter beträgt, ist die Anzahl der großen Poren, welche an der Oberfläche des Sinterkörpers geöffnet sind oder freiliegend, zu gering und die wirksame und ausreichende Filterfläche in dem Sinterkörper kann nicht sichergestellt werden. Überschreitet die Anzahl dagegen 100 Poren je Quadratmillimeter, wird die Porosität erhöht und die mechanische Festigkeit des Sinterkörpers verringert, und es be steht die Gefahr, dass der Sinterkörper nicht als ein struktureller Körper zur Filtration bereitgestellt wird.
  • In der Erfindung ist es bevorzugt, dass das Volumenverhältnis der großen Poren, welche in dem keramischen Sinterkörper vorhanden sind, auf den obigen Bereich eingestellt wird. Auf diese Weise kann die Zunahme der Filterfläche in dem Sinterkörper erzielt werden. Das heißt, wenn die Anzahl der vorhandenen großen Poren weniger als 5 % als ein Volumenverhältnis beträgt, ist die Anzahl der großen Poren zu gering und die Erhöhung der wirksamen Filterfläche in dem Sinterkörper kann nicht erzielt werden. Überschreitet das Volumenverhältnis dagegen 15 %, verringert sich die mechanische Festigkeit des Sinterkörpers aufgrund der Zunahme der Porosität.
  • In der Erfindung wird die mittlere Porengröße der großen Pore auf das 1,5fache oder mehr der mittleren Porengröße der kleinen Pore eingestellt. Wenn die mittlere Porengröße der großen Pore weniger als das 1,5fache der mittleren Porengröße der kleinen Pore beträgt, kann die von der Erfindung gewünschte Filterfläche nicht ausreichend sichergestellt werden, wenn die mittlere Porengröße der kleinen Pore eine geeignete Größe aufweist, von dem Gesichtspunkt der Regenerationsfähigkeit aus und daher wird ein Verstopfen bereits zu einem relativ frühen Zeitpunkt bewirkt und die Wirkung des Unterdrückens der Zunahme des Druckverlustes wird nicht entwickelt. Weist die mittlere Porengröße der großen Poren dagegen eine geeignete Größe von dem Gesichtspunkt der Verringerung des Druckverlustes aus auf, können die PM als ein aufzufangendes Material einfach durchgeleitet werden und es ist schwierig, eine hohe Auffangfähigkeit zu erzielen.
  • In der Erfindung ist es bevorzugt, die mittlere Porengröße der kleinen Poren auf den obigen Bereich einzustellen. Auf diese Weise kann die Verringerung des Druckverlustes und die Verbesserung der hohen Filterwirksamkeit sicher erzielt werden. Wenn die mittlere Porengröße der kleinen Poren weniger als 5 μm beträgt, werden die kleinen Poren einfach und frühzeitig mit einer geringen Menge des Materials, welches aufgefangen werden soll, verstopft und es besteht die Gefahr, dass der Druckverlust stark ansteigt. Wenn die mittlere Porengröße der kleinen Poren 40 μm überschreitet, kann das Material, welches aufgefangen werden soll, einfach durchgleiten und die Filterwirksamkeit verrin gert sich und es besteht die Gefahr, dass sich die Funktion als ein struktureller Filterkörper nicht entwickelt.
  • In der Erfindung ist es bevorzugt, die mittlere Porengröße der großen Pore auf den obigen Bereich einzustellen. Daher kann die Verringerung des Druckverlusts und die hohe Filterwirksamkeit sicher erzielt werden. Wenn die mittlere Porengröße der großen Poren weniger als 30 μm beträgt, kann der effektive Filterbereich nicht ausreichend erhöht werden und Verstopfen kann leicht vorzeitig bewirkt werden. Als ein Ergebnis kann die Verringerung des Druckverlustes nicht ausreichend erzielt werden. Überschreitet dagegen die mittlere Porengröße der großen Pore 80 μm, wird die mechanische Festigkeit des Sinterkörpers durch die Zunahme der Porosität verringert, es besteht jedoch auch die Gefahr, dass der Sinterkörper nicht als struktureller Filterkörper eingesetzt werden kann.
  • Gemäß der bevorzugtesten Ausführungsform der Erfindung wird Siliziumkarbid als eine poröse Keramik verwendet. Der Grund hierfür ist, dass der poröse Sinterkörper eingesetzt werden kann, welcher eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit, Wärmebeständigkeit, chemische Stabilität und dergleichen aufweist, welche Siliziumkarbid eigen sind. Insbesondere ist Siliziumkarbid, das einen geringeren Verunreinigungsgehalt aufweist, wirksam, da sich der Anteil von Siliziumkarbid in dem Sinterkörper erhöht und die ausgezeichnete mechanische Festigkeit, Wärmebeständigkeit, chemische Stabilität und dergleichen, welche Siliziumkarbid eigen sind, kaum verringert werden.
  • Des Weiteren liegt die Eigenschaft des keramischen Sinterkörpers gemäß der Erfindung in der gleichzeitigen Erzielung zweier Eigenschaften, d.h. der Verringerung des Druckverlusts und der hohen Filterwirksamkeit. Um dem Sinterkörper diese Eigenschaft zu verleihen, setzt die Erfindung ein Verfahren ein, wobei vor dem Brennen des geformten Rohkörpers ein Porenbildungsmaterial zugegeben wird, und anschließend das Brennen durchgeführt wird. Insbesondere liegt die Eigenschaft des Herstellungsverfahrens darin, dass das Porenbildungsmaterial durch die Erwärmung bei dem Brennen während einer Stufe verschwindet, bevor die Keramik bei der Sintertemperatur gebildet wird und Luftspalten (große Poren) werden an Stellen erzeugt, an denen das porenbildende Material vorhanden war. Gemäß dieses Herstellungsverfahrens können relativ einfach und sicher große Poren mit gewünschter Größe und Form in dem Sinterkörper gebildet werden. Des Weiteren verschwindet das Porenbildungsmaterial und bleibt kaum in der Struktur des Sinterkörpers zurück. Daher kann verhindert werden, dass die Zerstörung der Eigenschaften des Sinterkörpers aufgrund des Einschlusses von Verunreinigungen auftritt.
  • Als das Porenbildungsmaterial werden organische synthetische Harze verwendet, mit einem niedrigen Schmelzpunkt, metallische Materialien und dergleichen. Wenn die Partikel, welche aus dem synthetischen Harz hergestellt sind, als Porenbildungsmaterial verwendet werden, verschwindet das Porenbildungsmaterial sicher bei einer relativ anfänglichen Stufe, bevor die Temperatur die Sintertemperatur der Keramik erreicht. Des Weiteren weist das synthetische Harz eine relativ einfache Molekularstruktur auf, so dass eine Möglichkeit , dass sich eine komplizierte Verbindung durch die Erwärmung bildet, relativ gering ist und es gibt eine Eigenschaft, dass die Verunreinigung, die zu einer Verschlechterung der Eigenschaften in dem Sinterkörper führen, kaum in dem Sinterkörper zurückbleiben. Des Weiteren ist synthetisches Harz ein relativ billiges Material, so dass die Herstellungskosten des Sinterkörpers, auch wenn dieses verwendet wird, nicht erhöht werden.
  • Des Weiteren wird das Porenbildungsmaterial mit einer mittleren Partikelgröße von 30-80 μm eingesetzt. Die Materialien, die solche Partikelgrößen aufweisen, sind bei der Herstellung poröser keramischer Sinterkörper, welche einen niedrigen Druckverlust und eine hohe Filterwirksamkeit aufweisen, wirksam. Wenn die mittlere Partikelgröße des Porenbildungsmaterials weniger als 30 μm beträgt, ist die mittlere Porengröße der großen Poren, welche durch das Brennen erzielt werden, zu klein und der Filterbereich wird nicht ausreichend erhöht und das Verstopfen wird leicht frühzeitig bewirkt. Als ein Ergebnis ist es schwierig, den Sinterkörper mit einem niedrigen Druckverlust herzustellen. Wenn auf der anderen Seite die mittlere Partikelgröße des Porenbildungsmaterials 80 μm überschreitet, ist die mittlere Porengröße der großen Poren, welche durch das Brennen erzielt werden, zu groß. Dies führt zu einer Erhöhung der Porosität und es ist schwierig, den Sinterkörper mit einer hohen Filtewirksamkeit herzustellen. Des Weiteren verringert sich die mechanische Festigkeit des Sinterkörpers, es besteht jedoch auch die Gefahr, dass der Sinterkörper nicht als struktureller Sinterkörper eingesetzt werden kann.
  • In dem porösen keramischen Sinterkörper gemäß der Erfindung wird durch Einstellen der Größe der großen Pore und der kleinen Pore, die an der Oberfläche des Sinterkör pers geöffnet sind oder freiliegen, eine große Menge an NOx Adsorptionskatalysator nicht nur auf der Oberfläche des Filters, sondern auch im Inneren dessen getragen bzw. bereitgestellt, wodurch versucht werden kann, die Absorptionsmenge von NOx in dem DPF, welcher unter Verwendung des obigen keramischen Sinterkörpers gebildet wird, zu erhöhen. Daher tritt die Reinigungswirkung nicht nur auf der Oberfläche des Filters, sondern auch im Inneren des Filters auf Grund auf den großen Poren auf, so dass der Reaktionsort (Verbrennung) sich erhöht. Als ein Ergebnis kann, auch wenn die thermische Leitfähigkeit des Materials niedrig ist, die Reaktion des gesamten Filters beschleunigt werden. Daher kann ein Zeitraum, bis der Motor einen fetten Zustand erreicht, verringert werden, was zu einer Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs führt.
  • 1 zeigt eine Übersicht einer gesamten Vorrichtung zur Reinigung eines Abgases unter Einsatz der Erfindung.
  • 2 zeigt eine Ansicht der Endfläche eines keramischen Filteraufbaus der obigen Ausführungsform.
  • 3 zeigt einen vergrößerten Bereich eines Hauptteils der Vorrichtung zur Reinigung des Abgases.
  • 4(a)-(c) sind vergrößerte Ansichten eines Hauptkörpers in einem geformten Körper und einem Sinterkörper der Ausführungsform der Erfindung, und (d) zeigt eine vergrößerte Konzeptansicht eines Sinterkörpers durch das herkömmliche Verfahren.
  • 5 zeigt eine schematische Ansicht, wobei (a) ein herkömmlicher keramischer Träger und (b) ein keramischer Träger der Erfindung dargestellt ist.
  • 6(a) und (b) sind SEM Aufnahmen der porösen Siliziumkarbidsinterkörper in der Ausführungsform der Erfindung
  • 7 zeigt eine Kurve, welche die Ergebnisse der Überprüfungen in Beispiel 1 darstellt.
  • 8 zeigt eine Kurve, welche die Ergebnisse der Überprüfung in Beispiel 2 darstellt.
  • Eine Ausführungsform des Einsatzes des DPF, welcher unter Verwendung eines keramischen Sinterkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wurde, in einer Vorrichtung zur Reinigung eines Abgases eines Dieselmotors wird im Detail unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 erläutert.
  • Wie in 5 dargestellt, ist die Vorrichtung 1 zur Reinigung des Abgases eine Vorrichtung zu Reinigung des Abgases einschließlich der Partikel, welche von einem Dieselmotor 2 als ein Verbrennungsmotor abgegeben werden. Der Dieselmotor 2 umfasst eine Vielzahl von Zylindern, die nicht dargestellt sind. Mit jedem Zylinder ist eine Verzweigung 4 eines Abgasleitungssystems 3 verbunden, welches aus einem metallischen Material hergestellt ist. Jede der Abzweigungen 4 ist mit einem Hauptverteilerkörper 5 verbunden. Daher wird das von jedem Zylinder abgegebene Abgas an einer Stelle gesammelt.
  • Ein erstes Abgasrohr 6 und ein zweites Abgasrohr 7, die jeweils aus einem metallischen Material hergestellt sind, sind an einer stromabwärts angeordneten Seite des Abgasverteilers 3 angeordnet. Ein stromaufwärts liegendes Seitenende des ersten Abgasrohres 6 ist mit dem Hauptverteilerkörper 5 verbunden. Ein zylindrisches Gehäuse 8, welches aus dem gleichen metallischen Material hergestellt ist, ist zwischen dem ersten Abgasrohr 6 und dem zweiten Abgasrohr 7 angeordnet. Ein stromaufwärts angeordnetes Ende des Gehäuses 8 ist mit dem stromabwärts angeordneten Ende des ersten Abgasrohrs 6 verbunden, und ein stromabwärts angeordnetes Ende des Gehäuses 8 ist mit dem stromaufwärts angeordneten Seitenende des zweiten Abgasrohres 7 verbunden. Des Weiteren steht das Innere des ersten Abgasrohres 6, des Gehäuses 8 und des zweiten Abgasrohres 7 miteinander in Verbindung, so dass das Abgas dadurch fließen kann.
  • Wie in 1 dargestellt, ist das Gehäuse 8 so gebildet, dass eine Größe eines zentralen Teils größer ist als die Abgasrohre 6, 7. Daher ist das Innere des Gehäuses 8 breiter als das Innere der Abgasrohre 6, 7. In dem Gehäuse 8 wird ein keramischer Filter 9 aufgenommen, um Dieselpartikel aufzufangen (d.h. DPF).
  • Es ist bevorzugt, ein wärmeisolierendes Material 10 zwischen der äußeren Umfangsfläche des keramischen Filters 9 und der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 8 anzu ordnen. Das Wärmeisolationsmaterial 10 ist ein verfilztes bzw. mattenförmiges Material, in welchem keramische Fasern eingeschlossen sind und weist eine Dicke von einigen mm bis einigen Dutzend mm auf. Der Grund für solch eine Struktur liegt in der Tatsache, dass das Austreten der Wärme aus dem äußersten Umfangsteil des keramischen Filters 9 verhindert wird, um den Energieverlust bei der Reproduktion auf ein Minimum zu unterdrücken. Des Weiteren ist es wirksam, die Verschiebung der Position des keramischen Filters 9 zu verhindern, welche durch einen Druck des Abgases, Vibrationen bei dem Betrieb oder dergleichen erzeugt werden.
  • Der keramische Filter 9 wird unter Verwendung des obigen porösen keramischen Sinterkörpers als ein Katalysatorträger aufgebaut und trägt darauf einen gewünschten Katalysator und wird als ein DPF zur Entfernung der obigen PM verwendet. Wie in den 2 und 3 dargestellt, ist der keramische Filter 9 zur Entfernung von PM durch das integrale Bündeln und Verbinden einer Vielzahl von kleineren Filtern F1, F2 aufgebaut, die jeweils eine Wabenkörperstruktur aufweisen, um ein Aggregat zu bilden. Eine große Masse an Filtern F1, welche in einem zentralen Bereich dieses Aggregats angeordnet sind, weisen quadratische Stäbe auf, und eine äußere Profilgröße beträgt zum Beispiel 34 mm × 34 mm × 150 mm. Um die quadratischen Stabfilter F1, die in dem zentralen Bereich angeordnet sind, sind eine Vielzahl von Filtern F2 angeordnet, die eine andere Form als ein quadratischer Stab aufweisen (polygonaler Stab, wie ein dreieckiger Stab oder dergleichen), wobei ein säulenförmiger keramischer Filter 9 (Durchmesser von ungefähr 135 mm) als eine Gesamtheit gebildet wird.
  • Jeder der Filter F1, F2 wird aus einem keramischen Sinterkörper aufgebaut, welcher aus Siliziumkarbid oder Kordierit besteht. Zum Beispiel weist ein Filter 20, welcher aus einem porösen Siliziumkarbidsinterkörper besteht, den Vorteil auf, dass die Wärmebeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit im Vergleich mit denen anderer Ingenieurkeramiken besonders gut ist. Das Folgende wird unter Bezugnahme auf den Filter des Siliziumkarbidsinterkörpers als eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Die in den 2 und 3 dargestellten Filter F1, F2 weisen sogenannte Wabenkörperstrukturen auf. Die Wabenkörperstruktur besitzt den Vorteil, dass der Druckverlust klein ist, auch wenn sich die Menge der aufgefangenen feinen Partikel erhöht. In jedem der Filter F1, F2, sind eine große Anzahl von Durchgangsbohrungen 12, die jeweils eine im Wesentlichen quadratische Form im Querschnitt aufweisen, regelmäßig entlang einer Richtung einer Achse ausgebildet. Die Durchgangsöffnungen 12 sind voneinander durch dünne Zellwände 13 abgetrennt. Ein Öffnungsteil jedes der Durchgangsöffnungen 12 ist an einer Endfläche 9a, 9b mit einem Dichtungskörper 14 abgedichtet (in diesem Fall poröses gesintertes Siliziumkarbid). Daher sind die Endflächen 9a, 9b in einem schachbrettartigen Muster als eine Gesamtheit geöffnet. Als ein Ergebnis, werden viele Zellen mit einer quadratischen Form im Querschnitt in den Filtern F1 gebildet. In diesem Fall wird die Zelldichte auf ungefähr 200 Zellen je inch eingestellt, und die Dicke der Zellenwand 13 wird auf ungefähr 0,3 mm eingestellt, und der Zellenabstand auf ungefähr 1,8 mm. Bei vielen Zellen sind stromabwärts liegende Endflächen 9a mit ungefähr einer Hälfte geöffnet und die stromaufwärts liegenden Endflächen 9b sind bei der übrigbleibenden Hälfte geöffnet.
  • Der DPF wird unter Verwendung des porösen Siliziumkarbidsinterkörpers mit in Verbindung stehenden Poren hergestellt, umfassend die großen Poren und die kleinen Poren als ein Katalysatorträger und welcher einen Katalysator auf dessen Oberfläche trägt. Bei dem DPF gemäß der Erfindung ist es möglich, dass verschiedene Katalysatoren nicht nur auf der Außenfläche der Zellenwand jedoch auch im Inneren der Zellenwand oder der Innenfläche der großen Poren getragen werden, so dass die Adsorptionsverringerung von NOx und die Verbrennung von DPF an der Oberfläche und im Inneren der Zellenwand wirksam beschleunigt wird. In diesem Zusammenhang kann PM verbrannt werden, so dass auch in dem Sinterkörper, welcher eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist, kein unverbrannter Teil zurückbleibt. Daher ist es natürlich bevorzugt, Siliziumkarbid als eine Keramik mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit einzusetzen.
  • Sechzehn Filter F1, F2, die insgesamt in 2 dargestellt sind, haften an ihren Außenflächen durch eine erste Adhäsionsschicht 15 aneinander, die im Wesentlichen aus einem adhäsiven Dichtungsmaterial besteht, unter Verwendung der folgenden Keramiken. Des Weiteren wird eine zweite Adhäsionsschicht 16, bestehend aus einem Adhäsionsbogen, der im Wesentlichen aus der folgenden Keramik besteht, an einer äußeren Umfangsfläche 9c eines Filters 9 gebildet, welcher aus den Filtern F1, F2 und einem säulenförmigen Diesel-Partikelaggregat besteht, um diese miteinander zu verbinden.
  • In der Zusammensetzung des Klebstoffes in der ersten Adhäsionsschicht 15 und der zweiten Adhäsionsschicht 16 sind eine anorganische Faser, ein anorganisches Bindemittel, ein organisches Bindemittel und anorganische Partikel enthalten. Als die anorganische Faser wird wenigstens eine keramische Faser verwendet, gewählt aus Siliziumdioxid-Aluminiumoxidfaser, Mullitfaser, Alumniumoxidfaser und Siliziumdioxidfaser oder dergleichen. Als das anorganische Bindemittel wird wenigstens ein kolloidales Sol verwendet, gewählt aus Siliziumdioxidsol und Aluminiumoxidsol. Als das organische Bindemittel ist ein hydrophiles organisches Polymer bevorzugt und wenigstens ein Polysaccharid gewählt aus Polyvinylalkohol, Methylcellulose, Ethylcellulose und Carboxymethylcellulose wird verwendet. Als das anorganische Partikel wird wenigstens ein anorganisches Pulver verwendet, gewählt aus Siliziumkarbid, Siliziumnitrid und Bornitrid oder einem elastisches Material unter Verwendung von kurzen Fasern.
  • Wie schematisch in 4 dargestellt, weist der poröse Siliziumkarbidsinterkörper 20 in der Ausführungsform der Erfindung in Verbindung stehende Poren auf, umfassend große Poren 21 und kleine Poren 22, die bis in das Innere gelangen. Das heißt die Poren in dem porösen Siliziumkarbidsinterkörper (große Poren, kleine Poren) sind nicht einzeln voneinander unabhängig, sondern stehen miteinander in Verbindung.
  • Die in Verbindung stehenden Poren umfassen die zuvor genannten zwei Arten von Poren (d.h. große Poren 21 und kleine Poren 22), wobei die kleinen Poren 22 im Vergleich mit den großen Poren 21 in der Größe relativ klein sind und gleichmäßig an der Oberflächenschicht und im Inneren des Sinterkörpers 20 verteilt sind.
  • Die mittlere Porengröße der kleinen Poren 22 beträgt vorzugsweise ungefähr 5 μm-40 μm, noch bevorzugter ungefähr 15 μm-35 μm. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die Größe ungefähr 20 μm-30 μm beträgt.
  • Wenn die mittlere Porengröße der kleinen Pore weniger als 5 μm beträgt, ist es einfach, dass die kleinen Poren 22 frühzeitig mit einer geringen Menge an PM verstopfen und es besteht die Gefahr, dass sich der Druckverlust in einem kurzen Zeitraum erhöht. Überschreitet die mittlere Porengröße der kleinen Poren 22 dagegen 40 μm, werden die PM einfach durch die in Verbindung stehenden Poren geleitet und daher verringert sich die Filterwirksamkeit und es besteht eine Gefahr, dass es nicht als ein struktureller Körper des Filters dient.
  • Auf der anderen Seite sind die großen Poren bezüglich ihrer Größe im Vergleich mit den kleinen Poren 22 relativ groß und sowohl in dem Bereich der Oberflächenschicht als auch im Inneren des Sinterkörpers 20 verteilt. Die mittlere Porengröße der großen Poren 21 beträgt vorzugsweise das 1,5fache oder mehr der mittleren Porengröße der kleinen Poren 22, noch bevorzugter das 2,0fache-10fache und insbesondere ungefähr das 2,0fache-6,0fache.
  • Die mittlere Porengröße der großen Pore 21 beträgt vorzugsweise 30 μm-80 μm, noch bevorzugter 40 μm-65 um, besonders bevorzugt 50 μm-60 μm. Bezüglich der Beschränkung der Porengröße kann, wenn die mittlere Porengröße der großen Pore 21 weniger als 30 μm beträgt, die Filterfläche nicht ausreichend sichergestellt werden, und das Verstopfen wird frühzeitig und einfach bewirkt und die Verringerung des Druckverlustes kann nicht ausreichend erzielt werden. Überschreitet die mittlere Porengröße der große Poren 21 dagegen 80 μm, wird die mechanische Festigkeit des Sinterkörpers 20 durch die Zunahme der Porosität verringert, es besteht jedoch auch eine Gefahr, dass der Sinterkörper nicht als struktureller Körper für den Filter geeignet ist. Das heißt viele große Poren 21 sind miteinander verbunden, um große kontinuierliche in Verbindung stehende Poren zu erzeugen, welche die Zellenwand 13 durchziehen und daher können die PM frei durch die Zellenwand 13 durchgeleitet werden. Um solch einen Zustand zu verhindern, ist es bevorzugt, dass der Wert der mittleren Porengröße der großen Pore 21 auf nicht mehr als eine Hälfte der Dicke der Zellenwand 13 eingestellt wird.
  • Der Anteil der großen Poren in dem porösen Siliziumkarbidsinterkörper 20 beträgt ungefähr 5 %-15 % als ein Volumenverhältnis. Noch bevorzugter beträgt der Anteil ungefähr 7-13 %. Wenn der Anteil weniger als 5 % beträgt, ist die Anzahl der großen Poren 21 zu gering und es kann nicht versucht werden, die wirksame Filterfläche in dem Sinterkörper 20 zu erhöhen. Überschreitet dagegen der Anteil der großen Poren, welche in dem Sinterkörper 20 vorhanden sind, 15 %, verringert sich die mechanische Festigkeit des Sinterkörpers 20 aufgrund der Zunahme der Porosität. Des Weiteren kann das Besetzungsverhältnis der großen Poren 21 basierend auf dem Gesamtvolumen eines porenbildenden Materials 24 berechnet werden, wie später erwähnt, und dem Volumen des Sinterkörpers 20 (das Volumen des Substrates selbst, statt der Zellen). Das heißt, dass Gesamtvolumen des porenbildenden Materials 24 kann berechnet werden, indem zum Beispiel die Zugabemenge des porenbildenden Materials 24 durch eine Dichte geteilt wird, und der berechnete Wert entspricht ungefähr dem Gesamtvolumen der großen Poren 21. Eine Prozentangabe eines Wertes, welcher durch das Teilen des so berechneten Gesamtvolumens der großen Poren 21 durch das Volumen des Sinterkörpers 20 erhalten wird, entspricht dem Besetzungsverhältnis der große Poren 21.
  • Hier beträgt die Anzahl der großen Poren 21, welche an der Oberfläche des Sinterkörpers 20 je Einheitsfläche freiliegen oder geöffnet sind, vorzugsweise 10 Poren/mm2 bis 100 Poren/mm2, noch bevorzugter 20 Poren/mm2 bis 70 Poren/mm2.
  • Wenn die Anzahl der großen Poren 21, welche an der Oberfläche des Sinterkörpers 20 freiliegen oder geöffnet sind, weniger als 10 Poren/mm2 beträgt, kann die Zunahme der wirksamen Filterfläche in dem Sinterkörper 20 nicht ausreichend erzielt werden. Überschreitet diese Zahl dagegen 100 Poren/mm2, verringert sich die mechanische Festigkeit des Sinterkörpers 20 aufgrund der Zunahme der Porosität, es besteht jedoch auch eine Gefahr, dass der Sinterkörper nicht als ein struktureller Körper für einen Filter geeignet ist.
  • Als ein Maß des Flächenanteiles, ist ein zufälliger Bereich von 1 mm im Quadrat in einer Aufnahme der Oberfläche des Sinterkörpers dargestellt, aufgenommen mittels eines Mikroskops und die Anzahl der großen Poren 21, die in diesem Bereich existieren (offene oder an der Sinterkörperoberfläche geöffnete) wird gezählt. Dieses Verfahren wird in einer Vielzahl von Bereichen durchgeführt und es ist erwünscht, einen Mittelwert zu berechnen.
  • Ein Anteil des Siliziumkarbids in dem porösen Siliziumkarbidsinterkörper 20 (Gewichtsanteil von Siliziumkarbid, welches in den Bestandteilen des Sinterkörpers 20 vorhanden ist) beträgt vorzugsweise nicht weniger als 60 Gew.-%, noch bevorzugter nicht weniger als 80 Gew.-% und besonders bevorzugt nicht weniger als 95 Gew.-%. Wenn der Siliziumkarbidanteil größer wird, wird ein poröser Sinterkörper erhalten, welcher sicher eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit, Wärmebeständigkeit, chemische Stabilität und dergleichen aufweist, die dem Siliziumkarbid eigen sind. Beträgt der Siliziumkarbidanteil dagegen weniger als 60 Gew.-%, verringern sich die Eigenschaften des Sinterkörpers 20 und es besteht eine Gefahr, dass es nicht als ein struktureller Körper für den Filter geeignet ist.
  • In dem porösen Siliziumkarbidsinterkörper 20 ist es bevorzugt, dass der Gehalt an anderen Verunreinigungen als elementaren Silizium (Si) und elementaren Kohlenstoff (C) weniger als 2 % beträgt, insbesondere weniger als 1 %. Ist das Verhältnis der Verunreinigung zu gering, erhöht sich der Siliziumkarbidanteil und die ausgezeichneten Eigenschaften, welche Siliziumkarbid eigen sind, werden kaum beschädigt. Der Ausdruck „Verunreinigung" wie hier verwendet, bedeutet Metalle, die beispielhaft durch Eisen (Fe), Aluminium (Al), Kupfer (Cu) und Natrium (Na) und deren Verbindungen genannt werden. Der Grund warum elementares Silizium und elementarer Kohlenstoff nicht als Verunreinigungen betrachtet wird, liegt an der Tatsache, dass sie Elemente sind, die Siliziumkarbid bilden und daher keinen kritischen Faktor darstellen, der die Eigenschaften des Sinterkörpers 20 verringert, auch wenn sie in dem Siliziumkarbid enthalten sind.
  • Als die Siliziumkarbidpartikel 23, welche den porösen Siliziumkarbidsinterkörper 20 bilden, ist es bevorzugt Partikel mit einer mittleren Partikelgröße von 5 μm-30 μm, vorzugsweise ungefähr 8 μm-15 μm, einzusetzen. Wenn die mittlere Partikelgröße der Siliziumkarbidpartikel zu klein ist, werden die kleinen Poren 22, die in dem Matrixbereich des Sinterkörpers gebildet werden, kleiner und daher kann Ruß kaum durch die in Verbindung stehenden Poren geleitet werden und das Verstopfen tritt frühzeitig auf. Ist dagegen die mittlere Partikelgröße der Siliziumkarbidpartikel zu groß, werden die kleinen Poren 22, welche in dem Matrixbereich gebildet sind, zu groß und Ruß kann einfach durch die in Verbindung stehenden Poren geführt werden und daher verringert sich die Filterwirksamkeit.
  • Als das in der Erfindung verwendete Siliziumkarbid ist es bevorzugt, ein gemischtes Partikel aus einem oder mehreren SiC Partikeln einzusetzen, bestehend aus kleinen Partikeln mit einer mittleren Partikelgröße von ungefähr 0,5-5 μm und großen Partikeln mit ungefähr 10-30 μm. Durch Verwendung solch eines gemischten Partikels, wird die Bildung von kleinen Poren möglich.
  • Des Weiteren können die Siliziumkarbidpartikel 23 direkt miteinander durch den Hals des Siliziumkarbids selbst (Netzwerkstruktur) ohne Siliziumschicht verbunden werden. Solch eine Struktur bietet eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit, obwohl der Körper ein poröser Körper ist.
  • Das Herstellungsverfahren des Siliziumkarbidsinterkörpers (keramischer Träger) als eine Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden beschrieben.
  • 1. Herstellungsschritt;
  • Zunächst wird eine Aufschlämmung der Ausgangskeramik, welche in einem Extrusionsformschritt eingesetzt wird, eine Dichtpaste, welche im Dichtschritt über eine Endfläche eines Filter eingesetzt wird, eine Paste zur Bildung einer ersten Schicht, welche in einem Filterklebeschritt eingesetzt wird, eine Paste zur Bildung einer zweiten Schicht, welche in einem Schritt zur Entfernung von Unreinregelmäßigkeit eingesetzt wird, und dergleichen bereitgestellt.
  • Die Dichtpaste wird hergestellt, indem Siliziumkarbidpulver mit einem organischen Bindemittel, einem Schmiermittel, einem Weichmacher und Wasser verbunden wird und diese gemahlen werden. Die Paste zur Bildung der ersten Adhäsionsschicht 15 wird durch das miteinander Verbinden gegebener Mengen an anorganischen Fasern, einem anorganischen Bindemittel, einem organischen Bindemittel, anorganischen Partikeln und Wasser erzielt und anschließendes Mahlen dieser. Die Paste zur Bildung der zweiten Adhäsionsschicht 16 wird durch das Verbinden gegebener Mengen anorganischer Fasern, einem anorganischen Bindemittel, einem organischen Bindemittel, anorganischer Partikel und Wasser erzielt und anschließendes Mahlen derselben. Des Weiteren können die anorganischen Partikel in der Paste zur Bildung der zweiten Adhäsionsschicht 16 weggelassen werden, wie oben erwähnt.
  • Die Aufschlämmung der Ausgangskeramik wird hergestellt, indem das Ausgangsmaterial bestehend im Wesentlichen aus Siliziumkarbidpulver mit gegebenen Mengen eines organischen Bindemittels, Wasser und dergleichen verbunden wird und durch anschließendes Mahlen dieser, um eine Aufschlämmung zu bilden.
  • Bei der Herstellung der Aufschlämmung der Ausgangskeramik ist es wichtig, ein porenbildendes Material 24 mit der Aufschlämmung zu verbinden und dieses gleichmäßig darin zu dispergieren. Als das porenbildende Material 24 wird eine Substanz eingesetzt, die durch Wärme während einer Stufe verschwindet, bevor die Sintertemperatur des Siliziumkarbids (ungefähr 2.200 °C) erreicht wird. In diesem Fall bedeutet das Verschwinden durch Wärme, dass es im Wesentlichen aus dem geformten Sinterkörper durch Sublimation, Verdampfung, Zersetzung, Reaktionssintern oder dergleichen durch die Wärme beim Sintern verschwindet. Die Verschwindungstemperatur ist vorzugsweise niedriger, vorzugsweise nicht höher als 1.000 °C, besonders bevorzugt nicht höher als 500 °C. Wenn die Verschwindungstemperatur niedriger wird, ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Verunreinigungen in dem Sinterkörper 20 zurückbleiben gering, was zu der Zunahme des Siliziumkarbidverhältnisses beitragen kann.
  • Des Weiteren ist bevorzugt, wenn das porenbildende Material 24 ein solches ist, das kein Schäumen bei dem Verschwinden bewirkt. In dem Fall, dass das porenbildende Material 24 Schäumen bewirkt, ist es schwierig, große Poren 21 mit gleichmäßiger Größe und Form zu bilden, wodurch die Gefahr besteht, dass die Qualität des Sinterkörpers 20 beeinflusst wird.
  • Als eine bevorzugte Ausführungsform des porenbildenden Materials 24 können die Partikel aus synthetischem Harz und dergleichen bestehen. Daneben können Partikel aus einem organischen Polymer, wie Stärke oder dergleichen, Metallpartikel, Keramikpartikel und dergleichen verwendet werden. Vorzugsweise werden sphärische Partikel bestehend aus einem synthetischen Harz als das porenbildende Material 24 verwendet. Des Weiteren ist die Partikelform des porenbildenden Materials nicht auf die sphärische Form beschränkt, und kann eine längliche sphärische Form, eine kubische Form, eine amorphe klumpenartige Form, säulenartige Form, Plättchenform und dergleichen aufweisen. Das porenbildende Material 24 weist vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße von 30 μm -80 μm auf. Indem die mittlere Partikelgröße des porenbildenden Materials 24 auf den obigen bevorzugten Bereich eingestellt wird, kann der poröse Siliziumkarbidsinterkörper 20 mit einem kleinen Druckverlust und hoher Filterwirksamkeit sicher hergestellt werden. Des Weiteren weist das porenbildende Material vorzugsweise die mittlere Partikelgröße von nicht mehr als ungefähr der Hälfte einer Zellenwand des Sinterkörpers auf. Solch eine mittlere Partikelgröße kann die Bildung der in Verbindung stehenden Poren bestehend nur aus den großen Poren verhindern.
  • Das porenbildende Material 24 wird vorzugsweise mit der Ausgangsaufschlämmung in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis 25 Gew.-% verbunden. Des Weiteren beträgt die Konzentration der Verunreinigungen, welche in dem porenbildenden Material 24 enthalten sind (mit Ausnahme von elementaren Si und elementaren C) vorzugsweise nicht mehr als 3 Gew.-%, noch bevorzugter nicht mehr als 1 Gew.-%. Wenn die Konzentration der Verunreinigung in dem porenbildenden Material 24 gering ist, wird die Wahrscheinlichkeit, dass die Verunreinigung in dem Sinterkörper 20 zurückbleibt, klein, was zu der Verbesserung des Siliziumkarbidverhältnisses beiträgt.
  • 2. Extrusionsformschritt;
  • Die zuvor genannte keramische Ausgangsaufschlämmung wird in eine Extrusionsformvorrichtung eingeführt und kontinuierlich durch eine Form extrudiert. In diesem Fall wird der Formdruck vorzugsweise auf 20 kgf/cm2-60 kgf/cm2 eingestellt. Anschließend wird der so extrusionsgeformte wabenförmige Körper in gleiche Längen geschnitten, um geschnittene Stücke eines wabenkörperförmigen Körpers mit quadratischen Enden zu erzielen. Des Weiteren wird eine gegebene Menge der Dichtungspaste in jeden geöffneten Seitenbereich der Zellen der geschnittenen Stücke mit einem schachbrettartigen Muster eingefüllt, um beide Endflächen der geschnittenen Stücke abzudichten.
  • 3. Brennschritt;
  • Die geschnittenen Stücke des wabenkörperförmigen Körpers werden getrocknet und einer Entfettungsbehandlung bei einer Temperatur von 300 °C-800 °C, vorzugsweise bei 500 °C-600 °C unterworfen, um das Bindemittel aus dem geformten Körper 19 zu entfernen. Bei diesem Entfettungsbehandlungsschritt verschwindet das porenbildende Material 24 bestehend aus synthetischen Harzteilchen, welche in dem geformten Körper enthalten sind, durch die Wärme und daher werden große Poren 21 an den Stellen gebildet, an denen das porenbildende Material 24 vorhanden war (siehe 4(a), (b)). Die so gebildeten großen Poren 21 entsprechen grundlegend der ungefähren Form und Größe des porenbildenden Materials 24. Nachfolgend wird die Temperatur angehoben, um das Brennen durchzuführen, wodurch die geschnittenen Stücke 19 des wabenförmigen Körpers und des Dichtungskörpers 14 vollständig gesintert werden. Auf diese Weise werden Filter F1 erhalten, die aus einem quadratischen porösen Siliziumkarbidsinterkörperstange 20 hergestellt sind (alle von diesen sind zu diesem Zeitpunkt quadratische Stäbe).
  • Des Weiteren beträgt die Brenntemperatur vorzugsweise 2.150 °C-2.300 °C. Ist die Brenntemperatur niedriger als 2.150 °C, ist die Temperatur zu gering und die Sinterreaktion schreitet nicht fort und daher kann die Verbesserung der mechanischen Festigkeit kaum erzielt werden. Ist die Brenntemperatur dagegen höher als 2.300 °C, schreitet das Sintern während des Brennens übermäßig fort und es besteht eine Gefahr, dass der Sinterkörper 20 verdichtet. Als ein Ergebnis kann dem porösen Siliziumkarbidsinterkörper 20 keine geeignete Poreneigenschaft verliehen werden. Die Brenndauer wird auf 0,1 Stunde-5 Stunden eingestellt, und die Ofenatmosphäre bei dem Brennen wird auf eine Schutzgasatmosphäre und einen Umgebungsdruck eingestellt.
  • (4) Zusammenbauschritt;
  • Sofern notwendig wird nachdem eine keramische Adhäsionsdichtung auf die äußere Umfangsfläche des Filters 1 aufgebracht wurde, die Paste zur Bildung der ersten Adhäsionsschicht darauf aufgebracht. 16 solcher Filter F1 werden integral miteinander verbunden, indem die Außenumfangsflächen miteinander verklebt werden. Zu diesem Zeitpunkt weist die verklebte Filterstruktur im Schnitt insgesamt eine quadratische Form auf.
  • (5) Schneideschritt des äußeren Profils;
  • Bei diesem Schritt wird die verklebte Filterstruktur mit der im Schnitt quadratisch ausgebildeten Form, die durch den Filterverklebeschritt erhalten wurde, poliert, um unnötige Teile von dem Außenumfangsbereich zu entfernen, und so das Außenprofil einzustellen. Als ein Ergebnis, wird eine verklebte Struktur von F1 und F2 erhalten, mit einer Scheibenform im Schnitt. Des Weiteren werden die Zellwände 13 teilweise an den neu freiliegenden Flächen durch das Schneiden des äußeren Profils freigelegt und daher werden Unregelmäßigkeiten auf der äußeren Umfangsfläche entwickelt.
  • (6) Formschritt;
  • Dieser Schritt ist ein Schritt des Entfernens der unregelmäßigen Fläche, die in dem obigen äußeren Profilschneideschritt erzeugt wird, wobei die Paste zur Bildung der zweiten Adhäsionsschicht gleichmäßig auf die äußere Umfangsfläche der geklebten Filterstruktur aufgebracht wird, um eine zweite Schicht 16 zu bilden. Als ein Ergebnis kann ein gewünschter scheibenförmiger Keramikfilter vervollständigt werden.
  • Das Verfahren des Bildens einer Katalysatorbeschichtung 28 auf der Oberfläche des obigen keramischen Filters 9 wird im Folgenden beschrieben.
  • Die Katalysatorbeschichtung 28 wird individuell auf jeder Oberfläche der keramischen Partikel in dem Kataysatorträger gebildet, welcher aus dem keramischen Sinterkörper besteht. Die Katalysatorbeschichtung 28 enthält vorzugsweise einen Oxidationskatalysator aus einem Edelmetall als einen aktiven Bestandteil, Titandioxid, Zirkondioxid als einen Co-Katalysator, einen NOx als einen Adsorptionskatalysator aus einem Alkalimetall und/oder einem Erdalkalimetall und dergleichen. Anschließend wird jeder Schritt (Bilden der Katalysatorbeschichtung, Aufbringen des aktiven Bestandteils) beschrieben, wenn Aluminiumoxid als Katalysatorbeschichtung eingesetzt wird, Cer als Co-Katalysator, Platin als aktiver Bestandteil, Kalium als ein NOx Adsorptionskatalysator und dergleichen.
  • (1) Bildung der Beschichtung der Katalysatorbeschichtung auf dem keramischen (Siliziumkarbid) Träger.
  • a. Tränkungsschritt mit einer Lösung
  • Dieser Schritt ist eine Behandlung zur Bildung einer Seltenerdoxid-haltigen Aluminiumoxidbeschichtung 28 auf jeder Oberfläche der keramischen Partikel indem jede Oberfläche der keramischen Partikel, welche die Zellwand des keramischen Filters 9 bilden, durch ein Sol-Gel-Verfahren (siehe 5) mit einer Lösung einer Metallverbindung, welche Aluminium und ein Seltenerdelement enthält, z.B. eine gemischte wässrige Lösung aus Aluminiumnitrat und Cernitrat oder dergleichen, getränkt wird.
  • Bezüglich der aluminiumhaltigen Lösung in der obigen gemischten wässrigen Lösung gibt es eine metallische anorganische Verbindung und eine metallische organische Verbindung als eine metallische Ausgangsverbindung. Als die metallische anorganische Verbindung werden Al(NO3)3, AlCl3, AlOCl, AlPO4, Al2(SO4)3, AlO2O3, Al(OH)3, Al und dergleichen verwendet. Unter diesen sind Al(NO3)3 oder AlCl3 bevorzugt, da sie einfach in einem Lösungsmittel aufgelöst werden können, wie Alkohol, Wasser oder dergleichen, und einfach in der Handhabung sind. Als die metallische organische Verbindung wird ein Metallalkoxid erwähnt, ein Metallacetylacetonat, ein Metallcarboxylat und dergleichen. Konkret gibt es Al(OCH3)3, AlOC2)H3)3, Al(Iso-OC3H7)3 und dergleichen.
  • Auf der anderen Seite gibt es bezüglich der cerhaltigen Verbindungslösung in der gemischten wässrigen Lösung Ce(NO3)3, CeCl3, Ce2(SO4)3, Ce(OH)3, Ce2(CO3)3 und dergleichen.
  • Als ein Lösungsmittel für die gemischte Lösung wird wenigstens eines von Wasser, Alkohol, Diol, mehrwertigem Alkohol, Ethylenglycol, Ethylenoxid, Triethanolamin, Xylol und dergleichen verwendet, unter Berücksichtigung der Auflösung der obigen Metallverbindung. Des Weiteren können Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Essigsäure oder Flusssäure als ein Katalysator bei der Herstellung der obigen Lösung zugegeben werden. Des Weiteren kann zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit der Aluminiumoxidbeschichtung elementares K, Ca, Sr, Ba, La, Pr, Nd, Si, Zr oder eine Verbindung dieser zu dem Ausgangsmaterial zusätzlich zu dem Seltenerdoxid zugegeben werden.
  • In der Erfindung können Al(NO3)3 und Ce(NO3)3 als eine bevorzugte Ausführungsform der metallischen Verbindung genannt werden, da sie in dem Lösungsmittel bei einer relativ niedrigen Temperatur aufgelöst werden und einfach in der Herstellung der Ausgangslösung sind. Als ein bevorzugtes Lösungsmittel wird 1,3-Butandiol empfohlen. Ein erster Grund für diese Empfehlung ist die Tatsache, dass die Viskosität geeignet ist und ein Gelfilm mit einer geeigneten Dicke auf den SiC-Partikeln in einem Gelzustand gebildet werden kann. Ein zweiter Grund ist, dass dieses Lösungsmittel ein Metallalkoxid in der Lösung bildet und dazu neigt, einfach ein Metalloxidpolymer mit Sauerstoff-Metall-Sauerstoffbindung zu bilden, d.h. einen Vorläufer eines Metalloxidgels.
  • Die Menge des Al(NO3)3 beträgt vorzugsweise 10-50 Masse-%. Beträgt die Menge weniger als 10 Masse-%, kann keine Aluminiumoxidmenge getragen werden, mit einer Oberfläche, welche die Aktivität des Katalysators über einen langen Zeitraum beibehält, überschreitet sie dagegen 50 Masse %, wird die Wärmeerzeugung bei der Auflösung größer und ein Gelieren wird bewirkt. Des Weiteren liegt die Menge des Ce(NO3)3 vorzugsweise bei 1-30 Masse-%. Beträgt die Menge weniger als 1 Masse-%, kann die Oxidation nicht bewirkt werden, überschreitet sie dagegen 30 Masse-%, tritt der Kornwachstum von CeO2 nach dem Brennen auf. Auf der anderen Seite ist das Verbundver hältnis von Al(NO3)3 zu Ce(NO3)3 vorzugsweise ungefähr 10:2. Das Dispersionsmaß der CeO2 Partikel nach dem Brennen kann durch die Herstellung von reichem Al(NO3)3 verbessert werden.
  • Bei der Herstellung der getränkten Lösung der obigen Metallverbindungen, beträgt die Temperatur vorzugsweise 50-130 °C. Ist die Temperatur niedriger als 50 °C, ist die Löslichkeit des Mediums gering, überschreitet sie dagegen 130 °C, schreitet die Reaktion stark voran und das Gelieren tritt auf und daher kann die Lösung nicht als eine Aufbringlösung eingesetzt werden. Die Rührdauer beträgt vorzugsweise 1-9 Stunden. Der Grund hierfür ist, dass die Stabilität der Lösung über diesen Zeitraum stabil ist.
  • Bezüglich der obigen cerhaltigen Metallverbindungen von Al(NO3)3 und Ce(NO3)3, ist es zur Herstellung eines Verbundoxids oder einer festen Lösung mit Zirkonium zusätzlich zu dem obigen Beispiel bevorzugt, dass Zr(NO3)2 oder ZrO2 als eine Zirkoniumquelle verwendet wird und in Wasser oder Ethylonglycol aufgelöst wird, um eine gemischte Lösung herzustellen, und diese werden in die gemischte Lösung imprägniert und getrocknet und gebrannt, um das Verbundoxid zu erhalten.
  • In der Erfindung ist es wichtig, dass die obige eingestellte Lösung der Metallverbindungen in alle Poren als einen Raum zwischen den keramischen (SiC) Partikeln in der Zellenwand eingeführt wird. Hierzu ist es bevorzugt, zum Beispiel ein Verfahren einzusetzen, wobei der Katalysatorträger (Filter) in einen Behälter eingeführt wird und dieser mit der obigen Metallverbindungslösung angefüllt wird, um eine Entlüftung durchzuführen, ein Verfahren wobei die Lösung von einem Ende in den Filter fließt und die Entlüftung an dem anderen Ende durchgeführt wird und dergleichen. In diesem Fall kann zusätzlich zu einem Entlüfter eine Vakuumpumpe als Vorrichtung zur Entlüftung eingesetzt werden. Wenn solch eine Vorrichtung verwendet wird, kann die Luft in den Poren der Zellenwand entfernt werden und daher kann die Lösung der obigen Metallverbindungen gleichförmig auf die Oberfläche jedes keramischen Partikels aufgebracht werden.
  • b. Trocknungsschritt
  • Dieser Schritt ist eine Behandlung, wobei flüchtige Bestandteile, wie NO2 oder dergleichen, durch Verdampfung entfernt werden und die Lösung als ein Gel zurückbleibt, um auf der Oberfläche der keramischen Partikel befestigt zu werden und um eine Extralö sung zu entfernen. Das Erwärmen wird bei 120-170 °C für ungefähr 2 Stunden durchgeführt. Wenn die Erwärmungstemperatur niedriger als 120 °C ist, können die flüchtigen Bestandteile kaum verdampfen, überschreitet sie dagegen 170 °C, wird die Dicke des gelierten Films gleichmäßig.
  • c. Brennschritt
  • Dieser Schritt ist eine vorausgehende Kalzinierbehandlung, wobei die restlichen Bestandteile entfernt werden, um einen amorphen Aluminiumoxidfilm zu bilden und ein Erwärmen bei 300-1.000 °C für 5-20 Stunden ist wünschenswert. Wenn die Kalziniertemperatur niedriger als 300 °C ist, ist es schwierig, die restlichen organischen Materien zu entfernen, überschreitet sie dagegen 1.000 °C, wird Al2O3 nicht amorph, sondern wird kristallisiert und die Oberfläche neigt dazu, niedriger zu sein.
  • (2) Aufbringen bzw. Tragen des aktiven Bestandteils
  • a. Herstellungsschritt der Lösung
  • Auf der Oberfläche des keramischen Siliziumkarbid (SiC) Trägers Filter) wird eine Seltenerdoxid-haltige Aluminiumoxidbeschichtung gebildet, und Platin als ein aktiver Bestandteil und Kalium als ein NOx Adsoprtionskatalysator werden auf der Oberfläche der Aluminiumoxidbeschichtung getragen. In diesem Fall kann ein anderes Edelmetall als Pt, wie Pd, Rh oder dergleichen, als der aktive Bestandteil enthalten sein. Diese Edelmetalle dienen zur Erzeugung von NO2 durch Reaktion mit NO und O2 in dem Abgas vor dem Einschluss von NOx durch das Alkalimetall oder das Erdalkalimetall oder um NOx durch Reaktion mit verbrennbaren Bestandteilen in dem Abgas zu entschärfen, wenn das adsorbierte NOx abgegeben wird. Des Weiteren ist die Art des Alkalimetalls und/oder Erdalkalimetalls, welches in der Katalysatorschicht als NOx Adsorptionsbestandteil enthalten ist, nicht besonders beschränkt. Als Alkalimetalle werden Li, Na, K, Cs genannt und als die Erdalkalimetalle Ca, Ba, Sr und dergleichen. Wenn ein Alkalimetall mit einem hohen Reaktionsvermögen mit Si, insbesondere K, als das NOx Adsorptionsbestandteil unter diesen verwendet wird, ist die Erfindung besonders wirksam.
  • In diesem Fall wird die Menge des getragenen aktiven Bestandteils bestimmt, so dass eine wässrige Lösung enthaltend Pt, K und dergleichen tropfenweise zugegeben wird und nur durch eine Wasserabsorptionsmenge auf dem Träger getränkt wird, um einen leicht nassen Zustand auf der Oberfläche zu halten. Zum Beispiel bedeutet eine Wasserabsorptionsmenge wie von dem SiC Keramikträger gehalten wird, dass wenn der gemessene Wert der Wasserabsorptionsmenge des getrockneten Trägers 22,46 Masse-% beträgt, wenn der Träger eine Masse von 110 g und ein Volumen von 0,163 l aufweist, der Träger 151,6 g/l Wasser absorbiert.
  • Als eine Ausgangssubstanz von Pt wird zum Beispiel eine Lösung aus Dinitrodiaminplatinnitrat ([Pt(NH3)2(NO2)2]HNO3, Pt Konzentration: 4,53 Masse-%) verwendet, während als ein Ausgangsmaterial von K, zum Beispiel eine wässrige Lösung aus Kaliumnitrat (KNO3) gemischt mit der obigen Platinnitratlösung verwendet wird.
  • Um eine gegebene Menge von 1,7 g/l Pt zu tragen, wird 1,7 (g/l × 0,163 (l) = 0,272 g Pt von dem Träger getragen, wohingegen um 0,2 Mol/l K zu tragen, 0,2 (Mol/l × 0,163 (l) = 0,0326 Mol K von dem Träger getragen wird, so dass die Lösung der Dinitrodiaminplatinnitratlösung (Pt Konzentration: 4,53 %) mit KNO3 und destillierten Wasser verdünnt wird. Das heißt ein Gewichtsverhältnis X (%) der Dinitrodiaminplatinnitratlösung (Pt Konzentration: 4,53 %)/(KNO3 und destilliertes Wasser) wird berechnet durch X = 0,272 (Pt Menge)/24,7 (Wassergehalt g)/4,53 (Pt Konzentration Masse-%) und beträgt 24,8 Masse-%.
  • In diesem Fall wird die Salpetersäurelösung (KNO3 Konzentration: 99 %) mit destilliertem Wasser verdünnt, um so KNO3 mit 0,0326 Mol zu erhalten.
  • b. Imprägnierschritt der Flüssigkeit
  • Die gegebene Menge der so eingestellten wässrigen Lösung aus Dinitrodiamplatinnitrat wird tropfenweise auf beide Endflächen des Trägers mit einer Pipette in konstanten Abständen aufgebracht. Zum Beispiel werden 40-80 Tröpfchen auf eine Seitenfläche mit einem konstanten Intervall aufgebracht, wodurch Pt gleichförmig dispergiert und an der Oberfläche des Aluminiumoxid getragenen Films, welcher den keramischen SiC Träger bedeckt, fixiert wird.
  • c. Trocknungs/Brennschritt
  • Nach der tropfenweise Zugabe der wässrigen Lösung wird der Träger bei 110 °C für ungefähr 2 Stunden getrocknet, um Wasser zu entfernen und in einen Exicator überführt und für 1 Stunde darin gelassen, um die Adhäsionsmenge in einem Elektronenmaßstab oder dergleichen zu messen. Anschließend wird das Brennen in N2 Atmosphäre unter Bedingungen von ungefähr 500 °C – ungefähr 1 Stunde durchgeführt, um Pt und K zu fixieren.
  • Das Verfahren des Auffangens von PM mit einem Filter 9 unter Verwendung des oben genannten keramischen Filters (hergestellt aus Siliziumkarbid) 9 wird nachfolgend erläutert.
  • Zu dem keramischen Filter 9, welcher in einem Gehäuse 8 aufgenommen ist, wird ein Abgas von einer Seite einer stromaufwärts gelegenen Endfläche 9a zugeführt. Das Abgas, welches durch ein erstes Abgasrohr 6 geleitet wird, wird zunächst in die Zellen mit den geöffneten stromaufwärts angeordneten Endflächen 9a geführt und anschließend durch die Zellwände 13 geleitet, um durch ein Inneres der Zellen, welche den obigen Zellen benachbart sind geleitet zu werden, oder Zellen mit geöffneten stromabwärts liegenden Endflächen 9b und anschließend aus den stromabwärts angeordneten Endflächen 9b des Filters F1 geleitet, durch die Öffnungen dieser Zelle zu einem zweiten Abgasrohr 7. Das in dem Abgas enthaltene PM kann jedoch nicht durch die Zellenwände 13 geführt werden und wird darin gespeichert. Als ein Ergebnis wird das gereinigte Abgas von den stromabwärts angeordneten Endflächen der Filter F1, F2 abgegeben. Das so gereinigte Abgas wird weiter durch ein. zweites Abgasrohr 7 geleitet und schließlich an die Luft abgegeben. Zu einem Zeitpunkt, zu dem eine bestimmte Menge an PM gespeichert wurde, wird der keramische Heizer 9 erwärmt, indem eine Heizvorrichtung angestellt wird, welche nicht dargestellt ist, um PM zu verbrennen und zu entfernen. Als ein Ergebnis wird der keramische Filter 9 reproduziert und in einen Zustand überführt, in dem er wieder PM aufnehmen kann.
  • Nachfolgend werden vier Merkmale als ein Faktor genannt, der Druckverlust in dem DPF erzeugt.
    • 1) Druckverlust, welcher erzeugt wird, wenn das Gas in die stromaufwärts liegenden Endflächen 9a fließt;
    • 2) Druckverlust, welcher erzeugt wird, wenn das Gas durch die Zellen geführt wird;
    • 3) Druckverlust, welcher erzeugt wird, wenn das Gas durch die Zellwände 13 geführt wird; und
    • 4) Druckverlust, welcher erzeugt wird, wenn das Gas durch die abgeschiedene PM Schicht 26 geführt wird.
  • Bezüglich der Faktoren 1 bis 3, wird die Änderung nicht grundlegend bewirkt, auch wenn der Benutzungszeitraum lang wird. Auf der anderen Seite, wird die PM Schicht 26, auf die in dem Merkmal 4 Bezug genommen wird, stufenweise dicker, wenn die Benutzungsdauer lang ist. Da die PM sehr feine Partikel sind, ist der Widerstand in dem Durchgang des Gases durch die PM Schicht 26 sehr groß und daher wird der Druckverlust groß, wenn die abgeschiedene Menge (aufgefangene Menge) der PM größer wird. Das heißt, der Grund warum der Druckverlust stufenweise zunimmt, liegt an der Tatsache, dass die Dicke der PM Schicht 26 zunimmt. Daher ist es wirksam, die Zunahme des Druckverlustes abzuschwächen, wenn die Zunahme der Dicke der PM Schicht 26 durch ein anderes Verfahren verhindert wird.
  • Da in diesem Zusammenhang große Poren 21 in dem Bereich der Oberflächenschicht vorhanden sind und im Inneren des Sinterkörpers in dem DPF der obigen Ausführungsform, wird ein Teil der PM, welche normalerweise auf der Oberfläche des Sinterkörpers abgeschieden würden, an den Innenflächen der großen Poren 21 abgeschieden (siehe 4(c)). Daher, auch wenn der DPF über den gleichen Zeitraum verwendet wird (d.h wenn die gleiche Menge an PM abgeschieden wird), nimmt die Dicke der PM Schicht 26 kaum zu, im Vergleich mit dem herkömmlichen Fall, welcher in 4(d) dargestellt ist. Als ein Ergebnis verstopfen die in Verbindung stehenden Poren durch die Abscheidung von PM kaum und daher wird eine Steuerung des Druckverlustes erzielt. Das heißt der DPF gemäß der Erfindung weist einen geringen Druckverlust während der Abscheidung von PM auf, im Vergleich mit dem DPF, welcher aus dem Sinterkörper hergestellt ist, der nur aus kleinen Poren 22 besteht. Des Weiteren ist der DPF gemäß der Erfindung hinsichtlich der Auffangfähigkeit von PM in dem DPF, welcher aus dem Sinterkörper besteht, der nur aus den großen Poren 21 besteht, überlegen.
  • Anschließend wird die Wirkung beschrieben, wenn der Katalysator, insbesondere NOx Absorptionsreduktionskatalysator auf dem obigen keramischen Filter 9 getragen wird, beschrieben.
  • Der keramische Filter 9 gemäß der Erfindung wird vorzugsweise in der Anwendung als ein Filter zur Reinigung von Abgas in Dieselmotoren (DPF) verwendet und insbesondere wird ein DPF verwendet, wobei der Wabenkörper abwechselnd auf eine schachbrettartige Weise verstopft ist. Dieser DPF selbst weist nur eine Funktion auf, dass Partikel (fließende Partikelmaterie: PM) durch die Filterwände (Zellwände) als ein Katalysatorträger aufgefangen werden. Wenn eine Katalysatorschicht 28 gebildet wird, indem die Zellwand des DPF einen aktiven Katalysatorbestandteil trägt, insbesondere auf den Oberflächen der keramischen Partikel als einen Bestandteil dieser, können Kohlenwasserstoff und Kohlenstoffmonoxid in dem Abgas oxidiert werden. Insbesondere wenn ein Katalysatorbestandteil vom Nox-selektiven Reduktionstyp, welcher in der Lage ist, NOx zu reduzieren oder ein Katalysatorbestandteil vom Adsorptionstyp auf der Oberfläche des keramischen Filters 9 in einer oxidierenden Atmosphäre des Dieselabgases getragen wird, ist die Reduktion von NOx möglich. Da des Weiteren die PM in dem DPF aufgefangen sind, was zu einer Zunahme des Druckverlustes in dem DPF mit dem Vorschreiten der Abscheidung führen, ist es normalerweise notwendig, diesen durch Verbrennungsbehandlung oder dergleichen zu reproduzieren. Eine Temperatur, bei welcher die Verbrennung des Rußes 26 (Kohlenstoff) als ein Hauptbestandteil der PM, das normalerweise in dem Dieselabgas enthalten ist, beginnt, beträgt 550-630 °C. Wenn der obige aktive Katalysatorbestandteil in dem DPF zu diesem Zeitpunkt getragen wird, ändert sich der Verbrennungsreaktionsweg des Rußes und die Energiebarriere kann verhindert werden und daher kann die Verbrennungstemperatur deutlich auf 300-400 °C verringert werden und die Energie, die zur Reproduktion notwendig ist, kann entfernt werden, wodurch ein DPF System mit einer hohen Reproduktionswirksamkeit zusammen mit der Wirkung des sogenannten Cerdioxids, das oben genannt wurde, erzielt werden.
  • Wenn bei dem DPF, welcher für eine Ausführungsform der Erfindung geeignet ist, wie in 5 dargestellt, die Katalysatorbeschichtung 28 auf dem keramischen Filter 9 gebildet ist, welcher die großen Poren 21 und kleinen Poren (Matrix) 22 in dem Bereich der Oberflächenschicht und im Inneren des Katalysatorträgers (Zellwände) aufweist, werden die geöffneten Poren sowohl der großen Poren 21 als auch der kleinen Poren 22 (Matrix) verengt, da der Katalysator gleichförmig auf der Oberfläche jedes der keramischen Partikel C in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgebracht wurde. Da die Wand, in welcher die großen Poren 21 existieren, im Vergleich mit dem umgebenden Bereich durch den Katalysator relativ verdünnt werden, verringert sich der Druckverlust. Daher kann das Abgas einfach in die großen Poren 21 fließen. Des Weiteren wird das NOx, wenn es in dem Abgas durch die Oberfläche der größeren Menge der getragenen Katalysatorbeschichtung geführt wird, durch den Kontakt mit dem NOx Adsorptionskatalysator absorbiert.
  • Zusätzlich wird die PM Schicht 26, welche als auf der ganzen Oberfläche des Katalysatorträgers, welcher aus dem keramischen Sinterkörper hergestellt ist, wie in 4(b), die oben genannt wurde dargestellt, natürlich abgeschieden betrachtet wird, durchgeführt wird, während sie die Katalysatorbeschichtung 28 auf den Innenflächen der großen Poren 21 kontaktiert, wodurch das Kontaktverhältnis von PM 27 mit der Katalysatorbeschichtung 28 erhöht wird.
  • Daher werden die PM 27, wie in 5 dargestellt, einfach durch die großen Poren 21 geführt und darin gespeichert, da jedoch eine größere Menge des Katalysators, Co-Katalysators und NOx Adsorptionskatalysators darin getragen wird, spielen sie eine Funktion als ein Filter, wodurch eine hohe aktive Katalysatorreaktion angegeben wird.
  • Solch ein Filter weist vorzugsweise eine Porosität von 50-80 % auf. Wenn die Porosität geringer als 50 % ist, wird ein Anteil der gebildeten geschlossenen Zellen durch das Bilden großer Poren 21 und der Beschichtung mit dem Katalysator groß, überschreitet sie dagegen 80 %, fließt das Gas durch alle Filterwände unabhängig von der Anwesenheit oder Abwesenheit großer Poren und es wird erwartet, dass sich die obige Wirkung nicht entwickelt.
  • Wie oben erwähnt, können die folgenden Wirkungen durch den Filter gemäß der vorliegenden Erfindung erwartet werden:
    • A. Funktion als ein Filter Geringer Druckverlust, hohe Auffangwirksamkeit, hohe Festigkeit
    • B. Funktion als ein Filter, welcher mit einem Katalysator bereitgestellt ist. Verbesserung der NOx-Reinigungswirksamkeit, Verringerung der reichen Spikezeit.
  • BEISPIELE
  • (Beispiel 1)
  • Dieses Beispiel bestätigt die Aktivität und die Wirkung des Druckverlustes bei dem Auffangen von Ruß in Bezug auf einen Filter mit großen Poren und kleinen Poren. In dem Beispiel werden 60 Gew.-% eines Siliziumkarbidpulvers vom α-Typ bestehend aus zwei Arten von Siliziumkarbid (SiC Pulver A mit 10 μm: 60 Gew.-% zu SiC-Pulver B von 0,5 μm: 40 Gew.-%) mit 10 Gew.-% eines organischen Bindemittels (Methylcellulose) als eine Formhilfe, 20 Gew.-% Wasser als eine Dispergierlösung und 10 Gew.-% sphärischen Acrylharzes (Dichte: 1,1 g/cm3) als ein porenbildendes Material vermahlen. Anschließend wird die obige gemahlene Masse weiter mit 1 Gew.-% Glyzerin als ein Weichmacher und 3 Gew.-% Uniloop als ein Schmiermittel vermahlen, welches durch Extrusion geformt wird, um einen wabenkörperartigen geformten Rohkörper 19 zu erhalten. Anschließend wird der geformte Rohkörper 19 bei 150 °C getrocknet und bei 500 °C entfettet und bei den in Tabelle 1 dargestellten Brennbedingungen gebrannt, um einen keramischen Träger herzustellen, welcher aus einem porösen gesinterten Siliziumkarbidkörper besteht.
  • Wenn der Sinterkörper (Filter F1 als ein Katalysatorträger) 20 unter Verwendung von SEM beobachtet wird, beträgt die mittlere Porengröße der großen Poren 21 50 μm und die mittlere Porengröße der kleinen Poren 22 15 μm, und eine mittlere Partikelgröße der Siliziumkarbidpartikel 10 μm. 6 zeigt eine SEM-Aufnahme des Sinterkörpers. 6(a) zeigt eine Aufnahme einer geschnittenen Fläche eines Zellwandbereichs in dem Sinterkörper 20 und 6(b) zeigt ist eine vergrößerte Aufnahme des Bereichs des Zellwandbereichs, aus welchem ein Zustand des Öffnens und des Freiliegens der geöffneten Poren 21 an der Oberfläche deutlich wird. Des Weiteren wird aus den Aufnahmen deutlich, dass das Besetzungsverhältnis der großen Poren 21 ungefähr 10 % als ein Volumenanteil beträgt und dass die Anzahl der großen Poren 21, welche an der Oberfläche des Sinterkörpers frei liegen und geöffnet sind ungefähr 40 Poren je mm2 beträgt. Der Siliziumkarbidanteil in dem Sinterkörper 20 beträgt ungefähr 97 Gew.-% und die Siliziumkarbidpartikel 23 sind direkt miteinander über Hälse ohne Siliziumschicht verbunden. Des Weiteren beträgt der Gehalt der Verunreinigungen in dem Sinterkörper 20 weniger als 7.000 ppm.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • In diesem Vergleichsbeispiel wird ein wabenkörperartig geformter Rohkörper 19 erhalten, in dem grundlegend das gleiche Formmaterial verwendet wird, wie in dem Beispiel und dieses durch Extrusion geformt wird. In diesem Fall wird das porenbildende Material 24 nicht zu dem Formmaterial zugegeben. Anschließend wird der geformte Rohkörper 19 einem Entbinden unterworfen und dieser unter den gleichen Bedingungen wie in dem Beispiel gebrannt. Als ein Ergebnis wird ein poröser Siliziumkarbidsinterkörper 20 erhalten, bei welchem eine mittlere Partikelgröße der Siliziumkarbidpartikel 23 10 μm beträgt und eine mittlere Porengröße 9 μm. Das heißt es wird ein Sinterkörper 20 erhalten, der nur kleine Poren 22 in der Matrix aufweist.
  • (Testbeispiel 1)
  • In diesem Testbeispiel wird ein wabenkörperartig geformter Rohkörper 19 im Wesentlichen unter Verwendung des gleichen Formmaterials erhalten, wie in dem Beispiel und dieser durch Extrusion geformt wird. In diesem Fall wird das porenbildende Material 24 nicht zu dem Formmaterial zugegeben und ein Siliziumkarbidpulver vom α-Typ mit großer Partikelgröße mit einer mittleren Partikelgröße des Siliziumkarbidpulvers mit einer mittleren Partikelgröße von 30 μm wird verwendet. Anschließend wird der geformte Körper 19 einem Entbinden unterworten und unter den gleichen Bedingungen wie in dem Beispiel gebrannt. Als ein Ergebnis wird ein poröser Siliziumkarbidsinterkörper 20 erhalten, wobei eine mittlere Partikelgröße der Siliziumkarbidpartikel 23 30 μm beträgt und eine mittlere Porengröße 30 μm. Das heißt, in dem Sinterkörper 20 werden nur große Poren 21 erhalten. In Bezug auf die Sinterkörper wurden verschiedene Untersuchungen durchgeführt, um die in Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse zu erhalten.
  • [Tabelle 1]
    Figure 00320001
  • Figure 00330001
  • (Verfahren und Ergebnisse des Vergleichstests)
  • Ein keramischer Filter 9 mit einem Durchmesser von 140 mm und einer Länge von 50 mm wurde durch das integrale Verbinden einer Vielzahl der Beispiel-Sinterkörper 20 (d.h. Filter F1) hergestellt. Auf ähnliche Weise wurden keramische Filter in Bezug auf das Vergleichsbeispiel 1 und das Testbeispiel 1 hergestellt.
  • Anschließend wurde jeder der so erhaltenen drei keramischen Filter 9 verwendet, um eine Abgasreinigungsvorrichtung 1 aufzubauen, welche in dem Abgasweg eines kontinuierlichen Betriebs eines Motors befestigt wird, betrieben durch das Einstellen der Umdrehungszahl auf 3.500 UpM bei keiner Last, wobei die Änderung des Druckverlustes mit dem Verstreichen der Zeit gemessen wurde, um die in 7 dargestellten Ergebnisse zu erhalten. In 7 zeigt die Abszisse eine Zeit (Minuten) und eine Ordinate gibt die Menge des Druckverlustes (kPa) an. In diesem Fall wird der Druckverlust an der stromaufwärts liegenden Seitenende und dem stromabwärts liegenden Seitenende des Gehäuses 8 gemessen und der Unterschied zwischen diesen ist der Wert des Druckverlustes.
  • Als ein Ergebnis beträgt der Druckverlust bei dem Vergleichsbeispiel bei der anfänglichen Auffangdauer des Rußes ungefähr 1,6 kPa. Anschließend erhöhte sich der Druckverlust im Wert mit dem Verstreichen der Zeit und insbesondere stieg der Druckverlustwert nach 10 bis 20 Minuten schnell an. Dies liegt an der Tatsache, dass eine größere Mengen der Poren durch das Ruß verstopft werden, welcher in die Zellwände 13 eindringt. Zu einem Zeitpunkt nach 100 Minuten erreicht der Druckverlustwert schließlich ungefähr 11,3 kPa, was ein sehr hoher Wert ist, im Vergleich mit den anderen Testelementen.
  • In dem Testbeispiel 1 beträgt der Wert des Druckverlustes nach der anfänglichen Auffangdauer des Rußes ungefähr 1,6 kPa. Anschließend nahm der Druckverlustwert mit dem Verstreichen der Zeit zu und insbesondere erhöhte sich der Druckverlustwert schnell nach 15-25 Minuten. Dies liegt an der Tatsache, dass eine größere Menge der Poren mit dem Ruß verstopfte, welcher in die Zellwände 13 eindrang. Zu einem Zeitpunkt nach 100 Minuten erreichte der Druckverlustwert schließlich ungefähr 9 kPa, was ein sehr hoher Wert ist im Vergleich mit den anderen Testelementen.
  • Im Gegensatz dazu, liegt der Druckverlustwert zu dem anfänglichen Auffangszeitpunkt von PM bei ungefähr 2 kPa bei Beispiel 1, welches für die Erfindung geeignet ist. Anschließend nahm der Druckverlustwert stufenweise mit dem Verstreichen der Zeit zu, betrug zu einem Zeitpunkt nach 100 Minuten jedoch ungefähr 7 kPa. Des Weiteren wird in diesem Beispiel kein Rußaustritt beobachtet.
  • Aus den obigen Testergebnissen wird das Folgende bestätigt.
    • (1) Da der Dieselpartikelfilter (DPF) gemäß der Erfindung in Verbindung stehende Poren aufweist, umfassend große Poren 21, die in einem Bereich der Oberflächenschicht und dem Inneren des Sinterkörpers existieren, und kleine Poren 22, die in einem Bereich der Oberflächenschicht und im Inneren des Sinterkörpers existieren, wird ein Zustand erzielt, dass sich die wirksame Filterfläche in dem Sinterkörper 20 erhöht. Daher nimmt die Dicke der PM Schicht 26, wenn die aufgefangene Menge an PM groß wird, kaum zu und ein geringer Wert des Druckverlustes wird über einen langen Zeitraum gehalten. Des Weiteren sind kleine Poren 22 in der Matrix des Sinterkörpers 20 vorhanden, so dass eine hohe Auffangfähigkeit bereitgestellt wird, im Vergleich mit herkömmlichen, die nur aus großen Poren 21 bestehen. Das heißt, die Filter gemäß der vorliegenden Erfindung stellen den keramischen Filter 9 mit zwei einander entgegenstehenden Eigenschaften zur Verfügung, einem niedrigen Druckverlust bei der Abscheidung des Ruß und einer hohen Filterwirksamkeit.
    • (2) Bei der Erfindung werden die Filter F1, F2 aus dem porösen Siliziumkarbidsinterkörper 20 durch Zugabe des porenbildenden Materials 24 zu dem geformten Körper 19 hergestellt und anschließend Brennen in diesem Zustand. Anschließend werden große Poren 21 an Orten gebildet, an denen das porenbildende Material 24 vor dem Brennen e xistiert. Als ein Ergebnis können die großen Poren 21 mit der gewünschten Größe und Form relativ einfach und sicher gebildet werden. Des Weiteren verschwindet das porenbildende Material 24 und bleibt kaum in der Struktur des Sinterkörpers zurück. Daher kann die Verschlechterung der Eigenschaften in dem Sinterkörper 20 aufgrund des Einschlusses der Verunreinigung verhindert werden und der DPF mit einer hohen Qualität kann sicher erhalten werden.
    • (3) Gemäß der Erfindung kann der poröse Siliziumkarbidsinterkörper 20 wirksam und sicher hergestellt werden. Das heißt, Partikel, die vorher aus dem synthetischen Harz oder dergleichen gebildet wurden, werden als das porenbildende Material 24 verwendet, so dass das porenbildende Material 24 sicher durch Wärme zu einem relativ frühen Stadium verschwinden, bevor die Sintertemperatur des Siliziumkarbids erzielt wird, das heißt während der Entbinderstufe. Des Weiteren, da das synthetische Harz im Vergleich mit dem organischen Hochpolymer oder dergleichen im Allgemeinen eine relativ einfache Molekularstruktur aufweist, ist die Möglichkeit, dass durch das Erwärmen eine komplizierte Verbindung erzeugt wird, relativ gering und die Verunreinigungen, welche Verschlechterungen der Eigenschaften des Sinterkörpers 20 bewirken, verbleiben kaum in dem Sinterkörper 20, so dass der Filter mit einer hohen Reinheit (hohen Siliziumkarbidverhältnis) aus einem relativ billigen Material hergestellt werden kann.
    • (4) Gemäß der Erfindung wird die mittlere Partikelgröße des porenbildenden Materials 24 auf den obigen bevorzugten Bereich eingestellt. Daher kann der poröse Siliziumkarbidsinterkörper 20 mit einem geringen Druckverlust und einer hohen Filterwirksamkeit sicher erzeugt werden.
  • Des Weiteren kann die Ausführungsform der Erfindung wie folgt modifiziert werden.
    • (a) Der DPF wird nicht nur auf den keramischen Filter 9, wie oben erwähnt, beschränkt, und kann zum Beispiel aus einem einzigen porösen Siliziumkarbidsinterkörper 20 bestehen.
    • (b) Der DPF kann unter Verwendung des Sinterkörpers 20 aufgebaut werden, wobei die großen Poren 21 nur in der Oberfläche des Sinterkörpers vorhanden sind.
    • (c) Die Kombinationsanzahl der Filter F1, F2 ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt, sondern kann wahlweise verändert werden. In diesem Fall ist es natürlich möglich, eine geeignete Kombination der Filter F1, F2 mit unterschiedlicher Größe, Form oder dergleichen zu verwenden.
    • (d) Die Filter F1, F2 sind nicht darauf beschränkt, eine wabenkörperartige Struktur aufzuweisen, wie in der obigen Ausführungsform dargestellt, und können zum Beispiel eine dreidimensionale Netzwerkstruktur aufweisen, eine schaumartige Struktur, eine nudelartige Struktur, eine faserartige Struktur und dergleichen.
    • (e) Obwohl die obige Ausführungsform konkret in Bezug auf die Verwendung des porösen keramischen Sinterkörpers 20 gemäß der Erfindung als ein Filter für die Abgasreinigungsvorrichtung beschrieben wurde, welche mit dem Dieselmotor 2 verbunden ist, kann der Sinterkörper auch als ein anderes Element eingesetzt werden als einen Filter für die Abgasreinigungseinrichtung und die damit verbundene Vorrichtung. Zum Beispiel kann ein Filtrierfilter für ein Hochtemperaturfluid oder ein Hochtemperaturdampf genannt werden, ein Filter für eine Plattierungsflüssigkeit oder dergleichen. Des Weiteren kann der keramische Sinterkörper 20 gemäß der Erfindung bei Anwendungen eingesetzt werden, wie als Element für eine Wärmetauschervorrichtung oder dergleichen, welche keine Filter sind.
  • (Beispiele 2-1 bis 2-3, Vergleichsbeispiele 2-1 bis 2-7)
  • Dieses Beispiel wird durchgeführt, um die Wirkungen zu bestätigen, wenn eine Aluminiumoxidbeschichtung, mit einer geänderten Porosität auf der Oberfläche des Filters ausgebildet wird als eine Katalysatorbeschichtung und einen darauf getragenen NOx Adsorptionsreduktionskatalysator.
  • In diesem Fall sind die Filterbedingungen der Beispiele 2-1 bis 2-3 und der Vergleichsbeispiele 2-1 bis 2-7 in Tabelle 2 dargestellt und der Filter wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
  • Auf den so erhaltenen Filter werden aufgebracht: Aluminiumoxid: 20 g/l und Pt: 2 g/l als eine Katalysatorbeschichtung und NOx Adsorptionskatalysator, um so eine K Tragemenge von 0,2 Mol/l und 0,3 mol/l aufzuweisen.
  • Ein säulenartiger DPF bestehend aus dem so erhaltenen keramischen Filteraggregat wird in die Abgasreinigungsvorrichtung eines Dieselmotors mit einem Hubraum von 2,0 Litern eingeführt. Anschließend wird der kontinuierliche Betrieb des Motors durchgeführt, indem die Umdrehungszahl auf 3.500 UpM ohne Last eingestellt wird, während welcher ein Reinigungsverhältnis von NOx gemessen wird, um die Ergebnisse zu erzielen, welche in 8 dargestellt sind.
  • Aus 8 wird deutlich, dass wenn die getragene Menge die gleiche ist, das NOx Reinigungsverhältnis dazu neigt, in dem gemischten System aus großen Poren und kleinen Poren (Matrix) höher zu sein als in dem System, welches nur aus kleinen Poren (Matrix) besteht. Wenn sich die Porosität des weiteren auf weniger als 50 % verringert, wird das NOx Reinigungsverhältnis nicht zu hoch, auch wenn große Poren vorhanden sind. Wenn die Porosität mehr als 80 % beträgt, kann das NOx Reinigungsverhältnis nicht erhöht werden, auch wenn große Poren vorhanden sind.
  • Daher wird das Folgende aus diesem Beispiel deutlich. Wenn das keramische Filteraggregat, welches für die Erfindung geeignet ist, verbundene Poren aufweist, die aus großen Poren bestehen, die in dem Bereich der Oberflächenschicht und dem Inneren des Sinterkörpers existieren und kleinen Poren, die in der Oberflächenschicht und im Inneren des Sinterkörpers existieren, und wenn die Katalysatorbeschichtung darauf ausgebildet ist, ist der Druckverlust gering, und PM und das Abgas fließen konzentriert in die großen Poren, so dass die NOx Adsorptionswirkung einfach an beiden Orten in dem Bereich der Oberflächenschicht und im Inneren des keramischen Trägers auftritt und das wirksame NOx Reinigungsverhältnis kann erzielt werden.
  • Beispiele 3-1 bis 3-3 (Vergleichsbeispiele 3-1 bis 3-7)
  • In diesem Beispiel werden Grafit und Kohlenstoff als ein porenbildendes Material mit dem gleichen Formungshilfsmittel und Dispersionsmedium wie in Beispiel 1 zu 100 Teilen des keramischen Ausgangsmaterials bestehend aus 40 Gew.-Teilen Talg, 10 Gew.- Teilen Kaolin, 17 Gew.-Teilen Aluminiumoxid, 16 Gew.-Teilen Aluminiumhydroxid und 17 Gew.-Teilen Siliziumdioxid gemahlen. Die so gemahlene Masse wird durch Extrusion auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 geformt, welche geschnitten, getrocknet und bei 1.400 °C für 3 Stunden gebrannt wird, um einen strukturellen wabenkörperartigen Körper aus Cordierit erhalten. Anschließend wird der strukturelle Körper auf eine schachbrettartige Weise verstopft unter Verwendung des gleichen Dichtungsmaterials wie in Beispiel 1 und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gebrannt, um einen Filter zur Reinigung des Abgases zu erhalten mit der gleichen Form wie in Beispiel 1.
  • Wenn die Oberfläche der Trennungswand des erhaltenen Filters zur Reinigung des Abgases durch ein Elektronenmikroskop beobachtet wird, zeigen sich große Poren mit einer Porengröße von 50 μm und kleine Poren mit einer Porengröße von 10 μm.
  • Des Weiteren wird der gleiche Filter wie in Beispiel 3 in den Vergleichsbeispielen hergestellt, mit der Ausnahme dass kein porenbildendes Material zugegeben wird. Die Verbundmaterialien in dem keramischen Sinterkörper, die Brennbedingungen und Porengrößen sind in Tabelle 3 dargestellt.
  • Figure 00390001
  • Figure 00400001
  • Wie oben angeführt, kann gemäß der vorliegenden Erfindung der poröse keramische Sinterkörper vorgeschlagen werden, welcher zur Herstellung des DPF mit einem geringen Druckverlust während des Abscheidens von Ruß geeignet ist und mit einer hohen Filterwirksamkeit.
  • Des Weiteren kann gemäß der technischen Lehre das Herstellungsverfahren vorgeschlagen werden, welches in der Lage ist, den obigen ausgezeichneten porösen keramischen Sinterkörper wirksam und einfach herzustellen.
  • Des Weiteren kann gemäß der Erfindung der DPF bereitgestellt werden, welcher einen geringen Druckverlust während des Abscheidens von Ruß aufweist und mit einer hohen Filterwirksamkeit, welcher zu einem DPF umgewandelt werden kann, mit einer hohen NOx Reinigungswirksamkeit und einer geringen reichen Spitzendauer.
  • Daher kann die Erfindung als eine Abgasreinigungsvorrichtung eingesetzt werden, welche mit einem Dieselmotor verbunden ist, für andere Abgasreinigungsvorrichtungen, einen Filtrierfilter für ein Hochtemperaturfluid oder Hochtemperaturdampf, einen Filter für eine Plattierungsflüssigkeit oder einen Filter, welcher für ein thermisches Austauschelement verwendet wird.

Claims (18)

  1. Poröser keramischer Sinterkörper mit in Verbindung stehenden Poren, dadurch gekennzeichnet, dass die in Verbindung stehenden Poren aus kleinen Poren mit einer kleineren Größe als der mittleren Partikelgröße der keramischen Partikel, welche den Sinterkörper bilden, und aus großen Poren, mit einer Porengröße, die größer als die der kleinen Poren ist, aufgebaut sind und dass wenigstens ein Teil der großen Poren in einer Oberfläche des Sinterkörpers in einem freiliegenden oder geöffneten Zustand vorhanden sind.
  2. Poröser keramischer Sinterkörper gemäß Anspruch 1, wobei der keramische Sinterkörper als ein wabenkörperartiger struktureller Körper aufgebaut ist, bestehend aus einem oder mehreren aus Siliziumkarbid und Kordierit, und viele Zellen aufweist.
  3. Keramischer Sinterkörper gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzahl der großen Poren, welche in einem offenen oder geöffneten Zustand an der Oberfläche des Sinterkörpers vorhanden sind, 10 Poren/mm2-100 Poren/mm2 beträgt.
  4. Poröser keramischer Sinterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Anteil der großen Poren, welche in dem Sinterkörper vorhanden sind, 5 %-15 % als ein Volumenanteil beträgt.
  5. Poröser keramischer Sinterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine mittlere Porengröße der großen Pore das 1,5fache oder mehr der mittleren Porengröße der kleinen Pore beträgt.
  6. Poröser keramischer Sinterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die mittlere Porengröße der großen Pore 30 μm-80 μm beträgt.
  7. Poröser keramischer Sinterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mittlere Porengröße der kleinen Pore 5 μm-40 μm beträgt.
  8. Poröser keramischer Sinterkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Sinterkörper einen Anteil von Siliziumkarbid von nicht weniger als 60 Gew.-% aufweist.
  9. Poröser keramischer Sinterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Sinterkörper ein Anteil von Siliziumkarbid von nicht weniger als 95 Gew.-% aufweist und wobei die Siliziumkarbidpartikel direkt aneinander ohne Siliziumschicht verbunden sind.
  10. Poröser keramischer Sinterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Gehalt an anderen Verunreinigungen als elementarem Silizium und elementarem Kohlenstoff weniger als 2 % beträgt.
  11. Poröser keramischer Sinterkörper mit in Verbindung stehenden Poren, dadurch gekennzeichnet, dass die in Verbindung stehenden Poren aus kleinen Poren mit einer kleineren Größe als der mittleren Partikelgröße der keramischen Partikel, welche den Sinterkörper bilden, und einer mittleren Porengröße von 5 μm-40 μm und aus großen Poren mit einer größeren Porengröße als die Größe der kleinen Poren und einer mittleren Porengröße von 30 μm-80 μm aufgebaut sind, und wobei wenigstens ein Teil der großen Poren an einer Oberfläche des Sinterkörpers in einem geöffneten oder offenen Zustand vorhanden sind, und ein Anteil der großen Poren, welche in dem Sinterkörper vorhanden sind, 5 %-15 % als ein Volumenanteil beträgt.
  12. Poröser keramischer Sinterkörper nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterkörper mittels einem porenbildenden Material hergestellt ist, bestehend aus einer Substanz, welche beim Erwärmen verschwindet, bevor eine Sintertemperatur einer Keramik erreicht wird, vorher zu dem geformten Rohkörper zugegeben worden ist und dieser anschließend gebrannt worden ist.
  13. Poröser keramischen Sinterkörpers nach Anspruch 12, wobei synthetische Harzteilchen, metallische Partikel, keramische Partikel und dergleichen als das porenbildende Material verwendet worden sind.
  14. Poröser keramischen Sinterkörpers gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei das porenbildende Material eine mittlere Partikelgröße von 30 μm bis 80 μm aufweist.
  15. Dieselpartikelfilter, dadurch gekennzeichnet, dass ein Katalysator auf der Oberfläche eines keramischen Trägers getragen bzw. aufgebracht wird, welcher aus einem porösen keramischen Sinterkörper besteht, wie in einem der Ansprüche 1 bis 11 beansprucht.
  16. Dieselpartikelfilter gemäß Anspruch 15, wobei eine Katalysatorbeschichtung gebildet wird auf einer Oberfläche eines porösen keramischen Sinterkörpers mit einer wabenkörperartigen Struktur, wobei der Sinterkörper in Verbindung stehende Poren aufweist, die aus kleinen Poren mit einer kleineren Größe als der mittleren Partikelgröße der keramischen Partikel, welche den Sinterkörper bilden, und aus großen Poren mit einer größeren Größe als eine Porengröße der kleinen Poren besteht, und mit einer Porosität von 40-80 % und auf den Oberfläche im Inneren der Poren.
  17. Dieselpartikelfilter nach einem der Anspruche 15 oder 16, wobei die Katalysatorbeschichtung auf jeder Oberfläche der keramischen Partikel gebildet wird, welche den Sinterkörper bilden, als ein Katalysatorträger.
  18. Dieselpartikelfilter gemäß Anspruch 15, wobei die Katalysatorbeschichtung mit wenigstens einem NOx Adsorptionsreduktionskatalysator aufgebaut wird, gewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Edelmetall, einem Alkalimetall, einem Erdalkalimetall und einem mit Element der seltenen Erden.
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WO2016155971A1 (de) * 2015-04-01 2016-10-06 Reishauer Ag Offenporige, keramisch gebundene schleifwerkzeuge, verfahren zu ihrer herstellung sowie für ihre herstellung verwendete porenbildnermischungen

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