DE69106866T2

DE69106866T2 - Herstellung von Cordieritkörpern.

Info

Publication number: DE69106866T2
Application number: DE69106866T
Authority: DE
Inventors: Douglas Munroe Beall; Evelyn Mcgee Deliso; Donald Lloyd Guile; Martin Joseph Murtagh
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1991-02-13
Filing date: 1991-11-12
Publication date: 1995-08-31
Anticipated expiration: 2011-11-13
Also published as: KR920016382A; BR9105621A; DE69106866D1; JPH0640779A; EP0498932A1; EP0498932B1; US5114644A; MX9200148A; JP3416750B2; KR100192747B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Cordierit-Körper, der einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des Körpers, wobei das Verfahren eine Zusammensetzung aus Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Siliciumdioxid enthaltendem Material ohne Ton und ohne Talkum verwendet. Insbesondere wird der Körper durch Extrusion geformt. Weiterhin weist der Körper noch bevorzugter eine Wabenkörperstruktur auf. Ein Cordierit-Körper mit einer Wabenkörperstruktur ist insbesondere zur Verwendung als Substrat (Träger) für einen Katalysator für Kraftfahrzeuge geeignet. Die Verwendung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Extrudierte Wabenkörper aus Cordierit werden zur Verwendung als Träger zur Unterstützung katalytisch aktiver Bestandteile für Katalysatoren bei Kraftfahrzeugen verwendet. Die Verwendung von Cordierit wird in der vorliegenden Anmeldung aufgrund seiner guten Wärmeschockbeständigkeit bevorzugt. Die Wärmeschockbeständigkeit (TSR) ist zum Wärmeausdehnungskoeffizienten umgekehrt proportional. D.h., daß Wabenkörper mit einer geringen Wärmeausdehnung eine gute Wärmeschockbeständigkeit aufweisen und die weiten Temperaturschwankungen, die bei der Anwendung auftreten, überstehen können.
Bis heute wurde Cordierit typischerweise aus Rohmaterialien mit Ton, Talkum und Aluminiumoxid hergestellt. Die US-Patentschrift 3 885 977 betrifft extrudierte, wabenförmige, gebrannte Monolith-Keramiken, die aus diesen Kohmaterialien hergestellt wurden. In dieser Patentschrift wird ausgeführt, daß die Orientierung der Cordierit-Kristalle im gebrannten Körper, bestimmt durch das I-Verhältnis, deshalb stattfindet, weil sich Cordierit auf den ausgerichteten Tonteilchen, die durch das Extrusionsverfahren ausgerichtet sind, ausbildet, was zum erwünschten niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten führt. Man glaubte deshalb, daß der Ton zur Herstellung von Cordierit mit einer geringen Ausdehnung notwendig ist.
Die US-Patentschrift 4 280 845 betrifft eine Cordierit-Keramik, die aus einer Mischung von Magnesiumoxid enthaltendem Material, Aluminiumoxid- und Siliciumdioxid-Rohmaterialien hergestellt wurde, wobei vor allem Ton und Talkum verwendet wurden. Das Magnesiumoxid enthaltende Rohmaterial weist eine Teilchengröße von 5-150 um auf. Die Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Siliciumdioxid ohne Ton oder Talkum ergebenden Rohmaterialbestandteile sind angegeben. Der Wärmeausdehnungskoeffizient liegt in diesen Fällen jedoch bei nicht unter etwa 10,5 x 10&supmin;&sup7;/ºC von Raumtemperatur bis etwa 1000ºC. Die Cordierit-Körper mit den niedrigsten Wärmeausdehnungskoeffizienten wurden mit Ton und Talkum enthaltenden Ansätzen erhalten. Die Brennrate über 1100ºC ist hoch. Man glaubt deshalb, daß eine vollständige Reaktion nicht erhalten wird. Man versteht gut, daß die Brenntemperatur und die Brennzeit ausreichend sein müssen, um eine vollständige Reaktion zu erhalten. Die Ergebnisse einer unvollständigen Reaktion ergeben einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, da auch andere Phasen als Cordierit vorliegen.
Die US-Patentschrift 4 434 117 schlug weiterhin vor, daß die Verwendung eines plättchenförmigen Talkums ohne Ton eine notwendige und ausreichende Bedingung sei, um einen Cordierit-Körper mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu erhalten, wenn dieses plättchenförmige Talkum mit anderen Nicht-Tonbestandteilen kombiniert wird, um die Cordierit-Zusammensetzung zu erhalten.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Körper bereitgestellt, der wenigstens etwa 90 Gew.-% Cordierit, eine mittlere Porengröße von weniger als etwa 10,0 pm und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht mehr als 9,0 x 10&supmin;&sup7;/ºC von 25ºC bis 1000ºC aufweist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das nachfolgende Verfahren zur Herstellung des Körpers bereitgestellt. Rohmaterialien werden ausgewählt, um eine im wesentlichen, ausgedrückt in Gew.-%, aus 12 bis 16 Magnesiumoxid, 35 bis 41 Aluminiumoxid und 43 bis 53 Siliciumdioxid bestehende Zusammensetzung zu bilden. Die Rohmaterialien enthalten kein Ton und Talkum. Das Magnesiumoxid wird von einem Magnesiumoxidbestandteil mit einer mittleren Teilchengröße von nicht mehr als 15,0 um im Durchmesser bereitgestellt. Das Aluminiumoxid wird von einem Aluminiumoxidbestandteil mit einer mittleren Teilchengröße von nicht mehr als 8,0 um Durchmesser bereitgestellt. Die Zusammensetzung ist im nachfolgenden Brennschritt zur Cordierit-Bildung befähigt. Die Rohmaterialien werden mit einer wirksamen Menge an Träger und Formgebungshilfsmitteln vermischt, um ihr eine plastische Formbarkeit und eine grüne Festigkeit zu verleihen und eine plastische Mischung auszubilden. Die Rohmaterialien werden zu einem grünen Körper geformt, der getrocknet und gebrannt wird. Das Brennen wird durch Erhitzen auf eine erste Temperatur von 1000ºC bis 1200ºC und anschließende Temperaturerhöhung mit einer Geschwindigkeit von weniger als 100ºC/Stunde auf eine zweite Temperatur, die ausreicht, um Cordierit zu bilden, durchgeführt, und die zweite Temperatur wird für einen ausreichend langen Zeitraum beibehalten, um den Cordierit-Körper zu bilden

Kurze Beschreibung der Figur

Die Fig. 1 zeigt ein ternäres Phasendiagramm des SiO&sub2;-Al&sub2;O&sub3;- MgO-Systems mit dem Bereich der erfindungsgemäß verwendeten Rohmaterialzusammensetzungen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung betrifft Cordierit-Körper und ein Verfahren zur Herstellung dieser Körper unter Verwendung einer Zusammensetzung aus Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Siliciumdioxid enthaltendem Material ohne Ton und ohne Talkum. Erfindungsgemäß werden Ton und Talkum in dem Sinne verwendet, daß sie Ton und Talkum als solches oder ihre calcinierten Äquivalente umfassen, d.h. Tone und Talkum, aus denen, beispielsweise durch Erhitzung, ihr Kristallwasser entfernt wurde. Der Körper weist einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf und ist, bestimmt durch das I-Verhältnis unter Verwendung von Röntgenstrahl-Beu gungstechniken, sehr gut ausgerichtet. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Cordierit-Körper können eine beliebige Form und Größe aufweisen, die sich für die Anwendung eignet. In einer bevorzugten Ausführungsform weist jedoch der Körper eine wabenförmige Struktur auf, die bevorzugt durch Extrusion formbar ist. Ein Cordierit-Körper mit einer Wabenkörperstruktur ist insbesondere als Träger für einen Katalysator für Kraftfahrzeuge geeignet; ein derartiger Cordierit-Körper ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt.
Wabenkörper enthalten offene Zellen, die durch dünne, poröse, sich kreuzende Wandungen gebildet werden. Die Gesamtheit der offenen Zellen wird von einer Außenwandung umschlossen, die die Form des Körpers bestimmt. Die Zellen erstrecken sich normalerweise entlang der Länge des Körpers und nehmen die gesamte Länge ein. Es kann eine beliebige Anzahl oder Dichte von Zellen vorliegen. Typischerweise weisen jedoch die Wabenkörper Querschnittszelldichten von 7,75 Zellen/cm² bis 400 Zellen/cm² oder darüber mit Wanddicken von 0,05 mm bis 1,27 mm auf, obwohl dies mit der Anwendung variieren kann.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient der erfindungsgemäßen Cordierit-Körper beträgt nicht mehr als 9,0 x 10&supmin;&sup7;/ºC von 25ºC bis 1000ºC.
Die Rohmaterialien der vorliegenden Erfindung werden ausgewählt, um eine Zusammensetzung auszubilden, die im wesentlichen aus, angegeben in Gew.-%, 12 bis 16 Magnesiumoxid, 35 bis 41 Aluminiumoxid und 43 bis 53 Siliciumdioxid besteht. Dieser Zusammensetzungsbereich ist in der Fig. 1 durch den Bereich A-B-C-D bezeichnet.
Das Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Siliciumdioxid werden von Magnesiumoxidbestandteilen, Aluminiumoxidbestandteilen und Siliciumdioxidbestandteilen geliefert, die die jeweiligen Oxide ergeben, die im Stand der Technik als Endelementoxide bekannt sind, die notwendig sind, um beim Brennen Cordierit auszubilden. Diese Bestandteile können Hydroxide, Carbonate, Nitrate usw. und ebenfalls Zwischenverbindungen innerhalb des ternären Systems umfassen.
Das Magnesiumoxid wird durch einen Magnesiumoxid ergebenden Bestandteil bereitgestellt, der typischerweise Magnesiumoxid, Magnesiumhydroxid, Magnesiumcarbonat, Magnesiumnitrat oder eine Kombination hiervon ist. Die mittlere Teilchengröße des Magnesiumoxidbestandteils ist nicht größer als etwa 15 um im Durchmesser. Die in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Messungen zur Bestimmung der mittleren Teilchengröße werden durch die Microtrac-Analyse erhalten.
Das Aluminiumoxid wird durch einen Aluminiumoxid bildenden Bestandteil bereitgestellt, der Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Aluminiumnitrat, Aluminiumcarbonat oder eine Kombination hiervon sein kann. Die mittlere Teilchengröße des Aluminiumoxidbestandteils liegt bevorzugt bei nicht über 8 um im Durchmesser. Es wurde gefunden, daß die Teilchengröße den Wärmeausdehnungskoeffizienten des resultierenden Cordierit-Körpers beeinflußt. Wenn beispielsweise Aluminiumoxid als Aluminiumoxidbestandteil mit einer mittleren Teilchengröße von nicht mehr als 2 um im Durchmesser verwendet wird, liegt der CTE-Wert von 25ºC bis 1000ºC bei nicht mehr als 6,0 x 10&supmin;&sup7;/ºC. Wenn Aluminiumoxid mit einer mittleren Teilchengröße von nicht mehr als 1 um im Durchmesser verwendet wird, liegt der CTE-Wert von 25ºC bis 1000ºC bei nicht über 4,0 x 10&supmin;&sup7;/ºC. Wenn Aluminiumhydroxid mit einer mittleren Teilchengröße von nicht mehr als 6,0 um im Durchmesser verwendet wird, liegt der axiale CTE-Wert von 25ºC bis 1000ºC bei nicht mehr als etwa 6,0 x 10&supmin;&supmin; &sup7;/ºC. Die CTE-Werte sind typischerweise axiale CTE-Werte, wenn es sich bei den Körpern um Wabenkörper handelt.
Das Siliciumdioxid kann von beliebiger Art und von den kommerziell erhältlichen Arten ausgewählt sein. Eine bevorzugte Siliciumdioxidquelle ist Alpha-Quarz mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 6,0 um im Durchmesser.
Vor der vorliegenden Anmeldung enthielt wenigstens ein Teil der Zusammensetzung Ton und/oder Talkum als Quellen für einige der oben beschriebenen Oxidbestandteile. Man nahm an, daß Ton notwendig sei, da sich Cordierit auf ausgerichteten Tonteilchen bildet, die durch das Extrusionsverfahren ausgerichtet werden, wodurch die gewünschten niedrigen CTE-Werte erhalten werden. Später nahm man an, daß die Verwendung von Talkum ohne Ton eine notwendige und ausreichende Bedingung war, um die Orientierung zu ergeben, die zu einem niedrigen CTE-Wert führt. Ein unterscheidbares Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß niedrige CTE-Werte erhalten werden, wenn sowohl Ton als auch Talkum nicht vorliegen.
Obwohl die Zusammensetzung relativ rein ist, sind auch Verunreinigungen in einer gewissen Menge zulässig. Verunreinigungen im Cordierit-Körper sind ein Problem, da sie die Eigenschaften, beispielsweise eine Erhöhung des CTE-Werts, beeinflussen können. Typischerweise werden Cordierit-Körper durch Verunreinigungen wie CaO, K&sub2;O, Na&sub2;O, Fe&sub2;O&sub3; usw. beeinflußt, und sie können insgesamt 3,0 Gew.-% an Verunreinigungen enthalten. Diese Verunreinigungen müssen stark reguliert werden. In den erfindungsgemäßen Cordierit-Körpern sind die ternären Endelementbestandteile im allgemeinen synthetische oder hochreine Bestandteile mit einem Gesamtverunreinigungsgehalt von 0,5 Gew.-% für den Endkörper.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen ergeben eine Cordierit- Bildung im anschließenden Brennschritt. Die obige Zusammensetzung an Rohmaterialien wird mit einem Träger und Formgebungshilfsmitteln innig vermischt, die den Rohmaterialien eine plastische Formbarkeit und eine grüne Festigkeit verleihen, wenn sie zu einem Körper geformt werden. Wenn die Formgebung durch Extrusion erfolgt, handelt es sich bei den typischerweise verwendeten Extrusionshilfsmitteln in den meisten Fällen um Methylcellulose, das als Bindemittel dient, und um ein Schmiermittel bzw. Gleitmittel wie Natriumstearat, obwohl die Erfindung nicht auf diese Mittel beschränkt ist.
Die relativen Mengen an Formgebungshilfsmitteln können in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, beispielsweise der Natur und den Mengen der verwendeten Rohmaterialien usw. abhängen. Wenn beispielsweise ternäre Endelementoxide verwendet werden, d.h. Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und Siliciumdioxid, sind die verwendeten typischen Mengen dieser Bestandteile 2 bis 10 Gew.-% Methylcellulose und bevorzugt 3 bis 6 Gew.-%, und 0,5 bis 1 Gew.-% Natriumstearat und bevorzugt 0,6 Gew.-%. Nachfolgend ein Beispiel, wie die Prozentgehalte der Formgebungshilfsmittel bestimmt werden: für einen 1000-g-Ansatz, bezogen auf den Oxidgehalt, würden für einen Gehalt an 5 Gew.-% Methylcellulose, 50 g Methylcellulose zum Ansatz zugegeben werden, und für einen 0,6 Gew.-% Gehalt an Natriumstearat würden etwa 6 g Natriumstearat zugegeben werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden für ein Extrusionsverfahren die Rohmaterialzusammensetzung und die Extrusionshilfsmittel zusammen in trockener Form vermischt und dann mit Wasser als Träger vermischt. Die Wassermenge kann von einem Materialansatz zum anderen variieren und wird deshalb durch Vortesten des jeweiligen Ansatzes auf seine Extrudierbarkeit bestimmt.
Die Rohmaterialien in der erhaltenen plastischen Mischung werden dann zu einem grünen Körper ausgebildet. Die Körper, die nicht gesintert sind, werden als grüne Körper bezeichnet.
Extrusionstechniken sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Einige Beispiele für bevorzugte Techniken werden in den nachfolgenden Beispielen genannt, die sich auf die Herstellung der bevorzugten Arten von Körpern beziehen. Eine bevorzugte Struktur ist eine Wabenkörperstruktur.
Nach Ausbildung des grünen Körpers wird er getrocknet und dann bei einer ausreichenden Temperatur für eine ausreichende Zeitdauer gebrannt, um einen Cordierit-Körper zu bilden. Das Brennen wird gemäß dem nachfolgenden Schema durchgeführt. Der Körper wird von Raumtemperatur (etwa 25ºC) auf eine erste Temperatur von 1000ºC bis 1200ºC erhitzt. Die Temperatur wird dann von der ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur mit einer Erhitzungsgeschwindigkeit von weniger als 100ºC/Stunde erhöht. Im typischsten Fall ist die Erhitzungsgeschwindigkeit jedoch nicht größer als 75ºC/Stunde. Bevorzugt ist die Erhitzungsgeschwindigkeit nicht größer als 50ºC/Stunde, wobei eine Erhitzungsgeschwindigkeit von nicht mehr als 25ºC/Stunde besonders bevorzugt ist. Die zweite Temperatur ist zur Bildung des Cordierits ausreichend. Die zweite Temperatur wird für eine ausreichende Zeitdauer aufrechterhalten, um einen Körper zu bilden, der wenigstens 90 Gew.-% Cordierit enthält. Die zweite Temperatur und die Zeitdauer, über die diese Temperatur gehalten wird, kann von der spezifischen Zusammensetzung, der Ausgestaltung der Anordnung usw. abhängen. Typischerweise liegt die zweite Temperatur jedoch bei 1350ºC bis 1450ºC, und sie wird typischerweise 6 bis 12 Stunden lang aufrechterhalten.
Der Körper ist, wie oben beschrieben, durch einen niedrigen CTE-Wert gekennzeichnet. Der CTE-Wert wird, wie oben beschrieben, von der Art des Aluminiumoxidbestandteils und von seiner Teilchengröße beeinflußt.
Der Körper ist, wenn er beispielsweise durch Extrusion als Wabenstruktur geformt wird, weiterhin durch das I-Verhältnis gekennzeichnet. Das I-Verhältnis ist durch die nachfolgende Formel gekennzeichnet:
I-Verhältnis = I(110)/I(110) + I(002)
wobei I(110) und I(002) die Peak-Höhen der Reflexionen von den (110)- und (002)-Ebenen sind, wie dies in der US-Patentschrift 3 885 977 beschrieben ist. Die axialen und Quer-I-Verhältnismessungen beziehen sich auf unterschiedliche Orientierungen einer Wabenkörperprobe im Röntgenstrahl. Der Röntgenstrahl trifft auf eine planare Fläche in einem Winkel auf. Bestimmungen des I-Querverhältnisses werden durchgeführt, wenn die planare Fläche der Probe die flache Fläche darstellt, die aus den geformten Wandflächen des Wabenkörpers besteht. Bestimmungen des axialen I-Verhältnisses werden von einer Ebene durchgeführt, die senkrecht zu derjenigen für ein Quer-I-Verhältnis ist, wo die planare Fläche, auf die die Röntgenstrahlen auftreffen, aus den Querschnittsenden der wabenförmigen Bahnen besteht. Für einen vollständig zufällig orientierten Cordierit wird das I-Verhältnis etwa 0,65 betragen. Falls das I-Verhältnis in Querrichtung in bezug auf die Extrusionsrichtung des Körpers etwa 0,69 überschreitet oder das axiale I-Verhältnis in bezug auf die Extrusionsrichtung unter etwa 0,61 liegt, werden die Cordierit-Kristallite dann im wesentlichen in bezug auf die Ebene der Bahnen ausgerichtet werden. Ein hohes I-Querverhältnis oder, umgekehrt, ein niedriges axiales I-Verhältnis wird eine niedrige Wärmeausdehnung ergeben, bestimmt in der Extrusions- oder axialen Richtung. Es sollte angemerkt werden, daß in einigen Fällen die Wärmeausdehnung niedriger sein kann als vom I-Verhältnis alleine erwartet würde, und dies kann auf den Einfluß einer Mikrorißbildung zurückzuführen sein, die im Stand der Technik für anisotrope polykristalline Körper gut bekannt ist. Die Körper der vorliegenden Erfindung weisen ein I-Querverhältnis von mehr als etwa 0,69 und ein axiales I- Verhältnis von weniger als etwa 0,61 auf.
Die erfindungsgemäßen Cordierit-Körper sind durch eine mittlere Porengröße von unter 10 um, bestimmt durch Quecksilberporosimetrie, gekennzeichnet. Die Porengröße ist als Hilfsmittel zur Entwicklung einer Mikrorißbildung mit einer ausreichenden Größe und Anzahl geeignet, um die Reduktion des CTE-Wertes zu unterstützen. Weiterhin fällt sie in den Bereich für eine geeignete Beschichtbarkeit für Endanwendungen.
Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung dient das nachfolgende Beispiel.

Beispiel

Verschiedene Ansätze mit 1000 g Trockenpulver werden aus den Bestandteilen Siliciumdioxid, Magnesiumoxid und Aluminiumoxid als Rohmaterialien für die anschließende Bildung eines Cordierit-Wabenkörpers hergestellt. Die Rohmaterialansätze werden je mit Methylcellulose als Bindemittel und Natriumstearat als Gleitmittel zum anschließenden Extrusionsvorgang vermischt. Die Rohmaterialoxide, Methylcellulose und Natriumstearat werden in einem Littleford-Mischer etwa 3 Minuten lang vermischt, um eine homogene trockene Mischung zu erhalten. Der Ansatz wird dann in einen Plastifizierungsmischer, beispielsweise einen Kollermischer, Sigmaschaufelmischer usw. überführt, und zu den trockenen Bestandteilen wird Wasser in einer Menge zugegeben, die ausreichend ist, um einen plastifizierten Ansatz zu bilden. Die so erhaltene Mischung wird etwa 10-15 Minuten lang vermischt, um eine plastische Mischung herzustellen. Grüne wabenförmige Stücke mit einem Durchmesser von 2,54 cm (1 inch) mit einer Geometrie von etwa 62 Zellen/cm² und 0,15 mm Wanddicke werden unter Verwendung eines 25-Tonnen-Kolbenextruders extrudiert. Nach dem Trocknen werden die grünen Stücke durch Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 1430ºC über einen Zeitraum von etwa 41 Stunden gebrannt, und die Temperatur wird etwa 10 Stunden lang aufrechterhalten. Die Eigenschaften der gebrannten Körper sind in der Tabelle 2, Ansätze 1-7 für die verschiedenen Zusammensetzungen angegeben. Die Ansätze 1, 2 und 3 sind aus der US-Patentschrift 4 280 845 zu Vergleichszwecken entnommen und sind in der Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 Beschreibung Stand der Technik Ansatz-Nr. Chemische Zusammensetzung (Gew.-%) Magnesiumcarbonat mittlere Teilchengröße um Magnesiumhydroxid mittlere Teilchengröße um Aluminiumhydroxid mittlere Teiichengröße um mittlere Teilchengröße um Brenngeschwindigkeit ºC/std. über 1100ºC Höchsttemperatur und -zeit ºC/Std. Eigenschaften des Cordierit-Körpers Porengröße, um Tabelle 2 Beschreibung Erfindung Ansatz-Nr. Chemische Zusammensetzung (Gew.-%) Mischzusammensetzung (Gew.-%) (Mittlere Teilchengröße um) Magnesiumnydroxid Magnesiumoxid Aluminiumhydroxid Aluminiumoxid Aipha-Quarz Brennbedingungen Brenngeschwindigkeit ºC/Std. über 1100ºC Höchsttemperatur und -zeit ºC/std. Eigenschaften des Cordierit-Körpers I-Querverhältnis Porengröße, um Tabelle 2 (Fortsetzung) Beschreibung Erfindung Ansatz-Nr. Chemische Zusammensetzung (Gew.-%) Mischzusammensetzung (Gew.-%) (Mittlere Teilchengröße um) Magnesiumhydroxid Magnesiumoxid Aluminiumhydroxid Aluminiumoxid Alpha-Quarz Amorphes Siliciumdioxid Brennbedingungen Brenngeschwindigkeit ºC/std. über 1100ºcC Höchsttemperatur und -zeit ºC/std. Eigenschaften des Cordierit-Körpers I-Querverhältnis Porengröße, um NA* - Werte nicht verfügbar
Aus den obigen Tabellen ist ersichtlich, daß die Zusammensetzungen der obigen Erfindung niedrige CTE-Werte aufweisen. Die hohen Werte des I-Querverhältnisses zeigen einen hohen Orientierungsgrad. Es ist interessant anzumerken, daß diese Ergebnisse ohne Verwendung von Ton oder Talkum im Körper erreicht wurden. Weiterhin zeigen diese Beispiele, daß Cordierit-Körper mit niedrigen CTE-Werten mit einer Anzahl verschiedener Kombinationen an Rohmaterialien erhältlich sind.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Cordieritkörpers, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte aufweist:

a) Auswählen von Rohmaterialien, um eine Zusammensetzung zu bilden, die im wesentlichen, ausgedrückt in Gewichtsprozent, besteht aus 12 - 16 Magnesiumoxid, 35 - 41 Aluminiumoxid, 43 - 53 Siliciumdioxid, wobei die Rohmaterialien keinen Ton und kein Talk enthalten, wobei das Magnesiumoxid durch einen Magnesiumoxid ergebenden Bestandteil mit einer mittleren Teilchengröße von nicht mehr als 15,0 um (Mikrometer) im Durchmesser bereitgestellt wird, wobei das Aluminiumoxid durch einen Aluminiumoxid ergebenden Bestandteil mit einer mittleren Teilchengröße von nicht mehr als 8,0 um (Mikrometer) im Durchmesser bereitgestellt wird und wobei die Zusammensetzung in der Lage ist, im nachfolgenden Brennschritt Cordierit zu bilden;

b) inniges Vermischen der Rohmaterialien mit einer wirksamen Menge eines Bindemittels und von Formgebungshilfsmitteln, um den Rohmaterialien eine plastische Formbarkeit und eine ungebrannte Festigkeit zu verleihen und Formen einer plastischen Mischung;

c) Formen der Rohmaterialien zu einem ungebrannten Körper;

d) Trocknen des ungebrannten Körpers; und

e) Brennen des ungebrannten Körpers durch Erhitzen des ungebrannten Körpers auf eine erste Temperatur von 1000ºC bis 1200ºC und anschließend Erhöhen der Temperatur mit einer Erhitzungsgeschwindigkeit von weniger als 100ºC pro Stunde auf eine zweite Temperatur, die ausreichend ist, um Cordierit zu bilden, und Aufrechterhalten der zweiten Temperatur für eine Zeitdauer, die ausreichend ist, um einen Cordieritkörper aus wenigstens 90 Gew.-% Cordierit zu bilden, wobei der Cordieritkörper eine mittlere Porengröße von weniger als 10,0 um (Mikron) und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht mehr als 9,0 x 10&supmin;&sup7;/ºC von 25ºC bis 1000ºC aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Magnesiumoxid-Bestandteil ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Magnesiumoxid, Magnesiumhydroxid, Magnesiumcarbonat, Magnesiumnitrat und Kombinationen hiervon.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Aluminiumoxidbestandteil ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Aluminiumnitrat, Aluminiumcarbonat und Kombinationen hiervon.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Aluminiumoxidbestandteil Aluminiumoxid mit einer mittleren Teilchengröße von nicht mehr als 2,0 um (Mikrometer) im Durchmesser oder nicht mehr als 1 um (Mikrometer) im Durchmesser ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient nicht mehr als 6,0 x 10&supmin;&sup7;/ºC von 25ºC bis 1000ºC oder nicht mehr als 4,0 x 10&supmin;&sup7;/ºC von 25ºC bis 1000ºC beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei der Aluminiumoxidbestandteil Aluminiumhydroxid mit einer mittleren Teilchengröße von nicht mehr als 6,0 um (Mikrometer) im Durchmesser ist.

7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 - 6, wobei die Erhitzungsgeschwindigkeit nicht mehr als 75ºC pro Stunde oder nicht mehr als 50ºC pro Stunde oder nicht mehr als 25ºC pro Stunde beträgt.

8. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Formgebung durch Extrudieren der Rohmaterialien zum ungebrannten Körper vorgenommen wird.

9. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Cordieritkörper eine wabenartige Struktur aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das transversale I-Verhältnis des Cordieritkörpers größer als 0,69 und das axiale I-Verhältnis weniger als 0,61 beträgt.