WO2012101285A1 - Keramischer körper aus einer aluminiumtitanatmischung - Google Patents

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ceramic body
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μιη
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Jochen Linhart
Frank Ehlen
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Mann+Hummel Gmbh
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    • F01N2330/06—Ceramic, e.g. monoliths
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • F01N3/0222—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs

Definitions

  • the invention generally relates to ceramic bodies.
  • the invention relates to such ceramic bodies based on aluminum titanate.
  • Such ceramic bodies are used, for example, as filter devices for
  • Ceramic bodies can also be used as thermal insulation material.
  • filters are made of a ceramic material, for example cordierite or silicon carbide. Find ceramic bodies made of cordierite
  • cordierite In the filtration of diesel exhaust gases, cordierite has long been the material of choice as a low cost material that has a low thermal expansion coefficient. Porous cordierite ceramic filters have been used in the form of wall flow filters since the early 1980's to remove particulates in the exhaust flow of diesel engines.
  • Wand Let usuate usually have a cylindrical shape with two end faces and a lateral surface and are traversed by the first end face to the second end face of a plurality of lying substantially parallel to the cylinder axis flow channels for the exhaust gases of diesel engines.
  • the cross-sectional shape of the wall flow filter depends on the installation requirements of the motor vehicle. Widely used are filter bodies with a round, elliptical or triangular cross-section.
  • the flow channels usually have a square or hexagonal cross section and are arranged in a narrow grid over the entire cross section of the filter body.
  • a diesel particulate filter ideally combines a low thermal
  • SiC silicon carbide
  • aluminum titanate based ceramic filter elements have become known which have suitable properties for use at high temperatures (e.g., hot gas filtration), e.g. Vehicle exhaust control and diesel exhaust aftertreatment systems such as diesel particulate filter or particulate filter for
  • Aluminum titanate is the stoichiometric mixed phase of alumina and titania. It is characterized by a low
  • honeycomb structure with a plurality of honeycomb segments is known, which are connected to a unitary body.
  • the major component of each of the honeycomb segments comprises at least one of silicon carbide, silicon nitride, cordierite, alumina, mullite, zirconia, zirconium phosphate, aluminum titanate, titanium dioxide, and combinations thereof.
  • DE 10 2006 040 739 A1 discloses a filter for removing particles from a gas stream, in particular soot particles from an exhaust gas stream of an internal combustion engine, with a filter body made of a ceramic filter substrate, wherein the filter substrate with a porous protective layer of a coating material is coated.
  • the coating material is selected from the group consisting of aluminum oxides, aluminum hydroxide, titanium dioxide, silicon dioxide, zirconium dioxide, cerium oxide, aluminum silicates, magnesium aluminum silicates, cordierite, mullite,
  • Silicon carbide aluminum titanate, zeolites, quartz, glasses, mixtures and mixed oxides thereof.
  • WO 2005/046840 discloses a ceramic body for use as a diesel particulate filter having a composition comprising:
  • Blend a mineral phase such as barium, calcium and strontium feldspars.
  • the ceramic body is molded by plastic molding techniques, e.g. Extruding, made.
  • the disadvantage of this is that Feldsharite represent natural resources that
  • Strontium feldspar is also extremely difficult to obtain. Further disadvantages of the barium, calcium and strontium feldspars are the high sintering temperature and the difficult ones
  • such ceramic body or filter devices are also prepared in such a way that a non-combustible carrier web impregnated with a ceramic slurry and then a rigid filter body is formed.
  • 63134020 A for example, describes a ceramic filter element for an exhaust gas filter in an internal combustion engine, which is constructed from a corrugated, spirally wound filter web.
  • the filter web are heat-resistant,
  • inorganic fibers mixed in an aqueous suspension with ceramic powder and to processed a web.
  • Several superimposed webs are rolled up to the desired shape of the filter body, wherein honeycomb flow channels are formed between adjacent filter webs. The filter body is then fired at high temperature.
  • WO 2006/005668 discloses another method for producing a ceramic filter element in an exhaust gas filter for internal combustion engines.
  • a combustible, non-ceramic carrier web is first soaked with a ceramic slip and then burned out in the desired geometric shape until the
  • Carrier track burned and a rigid filter body is formed.
  • the invention is based on the object, ceramic body on the basis of
  • Aluminum titanate to provide high thermal and chemical resistance, high long-term stability / decay resistance in reducing and oxidizing
  • Atmosphere and good material properties have.
  • the present invention achieves this object by providing a ceramic body based on aluminum titanate, which by adding special
  • inorganic compounds is phase-stabilized, wherein the ceramic body has a specific composition. Furthermore, the object is achieved by providing a ceramic slurry which can be used for the production of the ceramic body.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine with a
  • Filter device comprising a ceramic body according to the invention.
  • Fig. 2 Viscosity curves of various formulations of the ceramic body according to the invention.
  • Embodiment (s) of the invention The ceramic body according to the invention can be used, for example, as a catalyst. Above all, however, it can be used as a hot gas filter, liquid filter and especially as
  • Diesel particulate filter or particulate filter can be used for a gasoline engine.
  • the following is an example of the use as a diesel particulate filter described.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine with a filter device having a ceramic body according to the invention.
  • the internal combustion engine 10 is connected via an exhaust pipe 12 in which the
  • Filter device 14 is arranged with the ceramic body according to the invention. With the filter device 14 soot particles are filtered out of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 12. This is especially necessary in diesel engines to
  • the filter device 14 comprises a cylindrical housing 16, in which, for example, a rotationally symmetrical, generally also cylindrical filter element 18 made of a ceramic body according to the invention is arranged.
  • the filter element 18 comprises
  • the ceramic body according to the invention has the following elemental composition (indicated as oxide):
  • iii about 0.1 to about 5.0 wt% MgO; iv) 0 - about 2.0 wt.% Fe 2 O 3 ; v) 0 - about 1.0 wt.% BeO, BaO or CaO; vi) 0 - about 1.0 wt .-% Li 2 0, Na 2 0 or
  • the ceramic body according to the invention has the following elemental composition (indicated as oxide):
  • the ceramic body according to the invention has the following elemental composition (indicated as oxide):
  • oxide elemental composition
  • the ceramic body according to the invention has the following composition: 1.> 95 wt .-% (A1 2 0 3 ⁇ Ti0 2 ); 2. 0, 1 - 5 wt .-% Si0 2 ; 3. 0.7-5 wt.% MgO; 4. 0-2% by weight Fe 2 O 3 ; 5. 0-1% by weight of CaO; and 0.1-2% by weight impurities.
  • the ceramic body according to the invention has the following composition: 1.> 95 wt .-% (A1 2 0 3 ⁇ Ti0 2 ); 2. 0, 1 - 5 wt .-% Si0 2 ; 3. 0.7-5 wt.% MgO; 4. 0-2% by weight Fe 2 O 3 ; 5. 0-1% by weight of CaO; and 0.5-2% by weight impurities.
  • MgO serves to stabilize the aluminum titanate phase under reducing conditions in the critical temperature range of about 900 ° C-1300 ° C.
  • MgO source come, for example, MgTi0 3 , Mg 2 Ti0 4 , MgTi 2 0 5 and MgAl 2 0 4 in question.
  • Si0 2 or optionally additionally also CaO or Fe 2 0 3 is advantageous for the stabilization of the aluminum titanate phase under oxidizing conditions in critical temperature range of about 900 ° C-1300 ° C.
  • the stabilization of the phase is determined by measuring and comparing the thermal expansion coefficient (CTE) before and after the aging. All WAK measurements listed here were carried out by means of an ETZSCH push rod dilatometer - Model 402 C with a heating rate of 5 K / min under air atmosphere in a Netzsch application laboratory.
  • Si0 2 is also important for increasing the mechanical strength of the ceramic bodies on aluminum titanate B asi s.
  • Si0 2 source is the use of a CaO glass frit.
  • glass frits of the types 40 580 TF, 10 083 or 10 1911-D from Ferro are used.
  • SiO 2 which is in a range from about 0.1 to about 5.0% by weight is advantageous.
  • Particularly preferred ranges of Si0 2 are between about 1.0 to about 4.5 weight percent, between about 1.0 and about 4.0 weight percent, and between about 2.5 and about 3.6 weight percent. -%, and between about 3.0 and about 3.1 wt .-%.
  • iron oxide is present in the ceramic body, it is preferably used in amounts ranging from about 0.1 to about 1.1 wt%. Be particularly advantageous amounts of Fe 2 0 3 have proven between about 0.2 and about 0.3 wt .-%.
  • the ratio of A1 2 0 3 to Ti0 2 in the aluminum titanate is designed so that a mass ratio of Ti0 2 : Al 2 0 3 is in the range of about 0.75 to about 0.95.
  • a ratio has been found in which a molar excess of titanium dioxide is present such as a mass ratio Ti0 2 : Al 2 0 3 of> 0.8 (molar ratio> 1.02).
  • mass ratios of TiO 2 : Al 2 O 3 between about 0.80 and about 0.90, and between about 0.80 and about 0.85, and between about 0.81 and about 0.82 proved.
  • a ceramic body according to the invention can be produced by plastic forming methods, such as e.g. Extruders are produced.
  • plastic forming methods such as e.g. Extruders are produced.
  • a ceramic slip it is also possible to impregnate a non-ceramic carrier web with a ceramic slip and then burn out in the desired geometric shape until the carrier web is burned and a rigid filter body is formed.
  • Slurry properties such as a better rheology, which is characterized by eg a viscosity of less than about 0.2 Pa s.
  • the viscosity is less than about 0.1 Pa s, less than about 0.05 Pa s, and less than about 0.02 Pa s.
  • the viscosity was measured with a Brookfield rheometer type RVDV III + CP with cone / plate (cone 42) between 5 and 100 revolutions per minute at a temperature of about 25 ° C.
  • the viscosity was measured between 5 to 30 revolutions per minute or between 15 to 25 revolutions per minute, eg at 20 revolutions per minute.
  • the properties that characterize better rheology also include increased long-term stability, as well as a higher solids content (FSG), etc. Without being bound to a particular theory, it is believed that the reason for the improved properties is the avoidance of the formation of Mg 2+ ions in the ceramic slurry. These 2-fold charged Mg ions lead to a strong increase in the charge density in the electrical
  • Double layer thickness reduced so far that the attractive interactions (van der- Waals attraction) dominate over the repulsive forces, occurs coagulation of the particles and possibly also on particle sedimentation.
  • curve Sl and S6 are basically for the production of filter bodies on the o.g. Impregnation technique suitable. However, it may occur that the channels of the filter body run and thus block the pore structure, which is not preferred. Under the increased long-term stability of the slurry is understood in particular a substantially unchanged viscosity over a period of 12 h, 24 h, preferably 48 h. Under one in
  • Substantially unchanged viscosity is understood to mean that said change in viscosity is in a range of less than about ⁇ 20%, preferably in a range of less than about ⁇ 10%, even more preferably in a range of less than about ⁇ 5%. In a preferred embodiment, no substantial or no sedimentation occurs for a period of more than 12 hours, 24 hours, preferably more than 48 hours. The increased long-term stability enables production with consistent quality and high efficiency.
  • an amount of MgO which is in a range from about 0.4 to about 3.0% by weight has proven advantageous for the ceramic body.
  • amounts of MgO have been found to be between about 0.5 and about 1.5 weight percent, and between about 0.8 and about 1.3 weight percent, between about 0.9 and about 1.3 Wt .-%, between about 0.9 and about 1.1 wt .-%.
  • the ceramic body of the present invention may have a porosity between about 25% and about 70%.
  • the porosity is between about 30% and about 60%, more preferably between about 35% and about 55%.
  • the porosity of the ceramic body is determined by means of mercury (Hg) porosimetry, device type, for example, the device Pascal 140/440 Thermo Fischer was used.
  • the median pore radius may be between about 0.1 ⁇ and about 20.0 ⁇ , more preferably between about 1.0 ⁇ and about 20.0 ⁇ , more preferably between about 10.0 ⁇ and about 18.0 ⁇ further preferred between about 13.0 ⁇ and about 17.0 ⁇ and most preferably between about 14.5 ⁇ and about 15.5 ⁇ amount.
  • the mean pore radius and the median pore radius is determined by means of Hg porosimetry, the device type Pascal 140/440 from Thermo Fischer was used. Alternatively, for measuring the
  • the present invention also relates to a ceramic slurry.
  • the slip according to the invention has the following in one embodiment
  • the alcohol is selected from the group consisting of methanol, ethanol, isopropanol, butanol, glycerol, ethylene glycol, n-propyl alcohol, n-hexyl alcohol, secondary butyl alcohol, isobutyl alcohol, tertiary butyl alcohol, trimethylcarbinol, isoamyl alcohol, 1,2-glycol, propylene glycol, Trimethylene glycol, tetramethylene glycol, hexamethylene glycol, octamethylene glycol, nonamethylene glycol or the like.
  • the stated percentages by weight are based on the dry mass of the slip, without addition of the solvent.
  • Ceramic slips refer to the proportions of the respective
  • Metal oxides If a component in the ceramic slurry is not present in the form of the oxide, then the proportion of the respective metal or metal ion to the amount of its Oxide related. If, for example in the slurry an Mg 2+ ion and / or MgTi0 3, Mg 2 Ti0 4, MgTi 2 0 5, MgAl 2 0 4 is present, the wt .-% given are for MgO.
  • Dispersing aid ranging from about 0.1 to about 4.0% by weight. Amounts of dispersing aid have proven to be particularly advantageous between about 0.1 and about 3.0% by weight. Suitable dispersants are for example C 20 acids or carboxylic acids, Carbonklareester, and salts of polycarboxylic or polyacrylic acid preparations or mixtures of the foregoing. A preferred dispersing aid is Dolapix CE64 from Zschimmer & Schwarz,
  • Ceramic slip comprising an amount of A1 2 0 3 between about 52.0 and about 55.0 wt .-%, preferably between about 53.0 and about 54.0 wt .-% A1 2 0 3 .
  • a ceramic slurry comprising an amount of TiO 2 between about 42.0 and about 43.0 wt% TiO 2 , preferably between about 42.0 and about 42.2 wt% TiO 2 .
  • Ceramic slurry comprising an amount of Si0 2 between about 2.0 and about 3.0 wt .-% Si0 2 , preferably between about 2.7 and about 2.9 wt .-% Si0 2 .
  • a ceramic slurry comprising an amount of MgO between about 1.0 and about 2.0 wt.% MgO, preferably between about 1.2 and about 1.5 wt.% MgO.
  • the solids content of the slip of the present invention should preferably range from about 45 to about 75%. Most preferably, a solids content has been found to be between about 55 and about 75 percent, most preferably between about 58 and about 68 percent.
  • Improved rheology of the slurry can have a positive effect on the properties of the ceramic slurry.
  • a ceramic slip is preferred Slip having a viscosity of less than about 0.2 Pa s, preferably less than about 0.1 Pa s, more preferably less than about 0.05 Pa s and most preferably less than about 0.02 Pa s.
  • the viscosity of the slurry is measured with a Brookfield rheometer type RVDV III + CP with cone / plate (cone 42) between about 5 and 100 revolutions per minute at a temperature of about 25 ° C.
  • the constituents of the ceramic slurry preferably have suitable particle size distributions, so that they can penetrate into the pores of the carrier material.
  • the AI 2 O 3 component of the ceramic slurry preferably has a particle size distribution d 90 between approximately 0.1 ⁇ m and approximately 4.0 ⁇ m. Particularly advantageous is a particle size distribution d90 has been found between about 1.0 and about 3.0 ⁇ , more preferably between about 2.0 and about 3.0 ⁇ and most preferably between about 2.5 and about 2.8 ⁇ .
  • a particle size distribution d90 has been found between about 1.0 and about 3.0 ⁇ , more preferably between about 2.0 and about 3.0 ⁇ and most preferably between about 2.5 and about 2.8 ⁇ .
  • the A1 2 0 3 component of the ceramic slurry has a particle size distribution d50 between about 0.1 ⁇ and about 1.5 ⁇ .
  • a particle size distribution d50 has been found between about 0.1 and about 1.0 ⁇ , more preferably between about 0.4 and about 0.8 ⁇ and most preferably between about 0.6 and about 0.8 ⁇ .
  • Particle size distribution d90 and d50 refers to the volume distribution.
  • the TiO 2 component of the ceramic slurry preferably has a particle size distribution d90 between approximately 0.1 ⁇ m and approximately 1.0 ⁇ m. Particularly advantageous is a particle size distribution d90 between about 0.2 and about 0.8 ⁇ proven, preferably between about 0.4 and about 0.6 ⁇ and most preferably between about 0.5 and about 0.6 ⁇ .
  • the Ti0 2 component of the ceramic slurry has a particle size distribution d50 between about 0.1 ⁇ and about 1.0 ⁇ . Particularly advantageous is a particle size distribution d50 has been found between about 0, 1 and about 0.5 ⁇ and most preferably between about 0.2 and about 0.3 ⁇ .
  • the glass frit as Si0 2 source which is added to the ceramic slurry, preferably has a particle size distribution d90 between about 5.0 ⁇ and about 20.0 ⁇ on. Particularly advantageous is a particle size distribution d90 between about 10.0 and about 15.0 ⁇ proven, preferably between about 13.0 and about 14.0 ⁇ and most preferably between about 13.0 and about 13.5 ⁇ .
  • the glass frit as Si0 2 component of the ceramic slurry has a particle size distribution d50 between about 0, 1 ⁇ and about 10.0 ⁇ on.
  • a particle size distribution d50 between about 2.0 and about 8.0 ⁇ proven, preferably between about 6.0 and about 7.0 ⁇ and most preferably between about 6.4 and about 6.6 ⁇ .
  • the MgO source (eg added as MgTi0 3 , Mg 2 Ti0 4 , MgTi 2 0 5 or MgAl 2 0 4) of the ceramic slurry preferably has a particle size distribution d90 between about 0.1 ⁇ and about 5.0 ⁇ .
  • a particularly advantageous has a
  • the MgO source of the ceramic slurry preferably has a particle size distribution d50 between approximately 0.1 ⁇ m and approximately 5.0 ⁇ m.
  • Particularly advantageous has a particle size distribution d50 between about 1.0 and about 3.0 ⁇ proven, preferably between about 1.0 and about 2.0 ⁇ and most preferably between about 1.2 and about 1.4 ⁇ .
  • a ceramic slip has proved to be advantageous, which is characterized in that the particles are present in the mixture as non-agglomerated particles with d90 values of less than approximately 3.2 ⁇ m. Not particularly advantageous
  • Non-agglomerated particles with d90 values less than about 2.0 ⁇ proven, preferably less than about 1.0 ⁇ and most preferably less than about 0.3 ⁇ .
  • the particles in the mixture as non-agglomerated particles have a d50 value of less than approximately 0.4 ⁇ m.
  • Non-agglomerated particles having d 50 values of less than about 0.3 ⁇ m, preferably less than about 0.2 ⁇ m, and most preferably less than about 0.1 ⁇ m, have proven to be particularly advantageous.
  • Non-agglomerated particles are particles which have been ground up to size on primary particles and are also present as such disperse in the slurry.
  • the ceramic slurry may contain proportionally nanoscale particles less than 100 nm in size.
  • the starting ceramic slurry contains organic additives, e.g. organic polymers, e.g. Polyvinyl acetate (PVA),
  • organic polymers e.g. Polyvinyl acetate (PVA)
  • Polyvinylpyrrolidone PVP
  • polyamides polystyrenes, polyurethanes, polypropylene,
  • Schlicker suitable thixotropic agents, wetting agents, pore formers, defoamers and rheology additives or combinations thereof are added. These additives can be added in each case in an amount of 0-5 wt .-%, preferably from 0 to 2.5 wt .-%, wherein the weights are based on the total weight of the slurry, without the solvent content.
  • additives can be added either singly or in combination.
  • the addition of these substances has a positive influence on the slip rheology as well as the flow and wetting properties result and allows a targeted adjustment of the porosity and pore size / distribution, which leads to an improvement in filter performance, component homogeneity and mechanical strength.
  • these additives improve the infiltration behavior of the slips in the paper and the adhesion of the individual ceramic particles to the paper fibers and thus enable a targeted improvement of wet-ceramized paper body to avoid drying damage, such as cracks, Schlickerauswaschungen, structural inhomogeneities, etc.
  • a shaping of the body is possible either before or after soaking with the ceramic slurry.
  • thixotropic agents all substances which cause a thixotropic behavior of liquids are referred to as thixotropic agents.
  • suitable thixotropic agents are solutions of modified ureas, such as a solution of (BYK-420 from BYK Chemie.
  • the pore-forming agent is any substance which is added to the slurry and which leads to the formation of pores in the finished ceramic body.
  • suitable pore formers are carbon or polymers such as e.g. Polyamides, polystyrenes, polyurethanes, polypropylene, polyethylene, polyvinyl acetate, polyvinylpyrrolidone, acrylates, and starch or other wheat starch and wood flour, or combinations of the foregoing.
  • polyamide is used with a size of 0.5 - 90 ⁇ such. Vestosint 2070 natural color (Evonik).
  • wetting agent refers to any substance which is added to the slurry in order to improve the wetting and wettability of the material
  • wetting agents are used to increase the contact between carrier webs (solid phase) and slip (liquid phase), as well as the
  • suitable wetting agents are modified siloxanes, such as e.g. polyether-modified siloxane such as e.g. BYK-348 from BYK Chemie or non-ionic solutions of an acrylate copolymer such as e.g. BYK-380N from BYK Chemie.
  • modified siloxanes such as e.g. polyether-modified siloxane such as e.g. BYK-348 from BYK Chemie or non-ionic solutions of an acrylate copolymer such as e.g. BYK-380N from BYK Chemie.
  • any substance is added which is added to the slurry in order to increase the rheology properties of the slurry.
  • Defoamer for the purposes of the present invention is any substance which is added to the slurry in order to avoid foaming.
  • An example of a suitable defoamer is a mixture of polysiloxanes and hydrophobic solids in polyglycol, such as: BYK-028 from BYK Chemie, which is a mixture of a polysiloxane and hydrophobic solids in polyglycol.
  • the amount of antifoaming agent is preferably between about 0 and about 0.5% by weight, based on the total slip including the solvent.
  • Another criterion for evaluating the properties of the ceramic slurry is electrical conductivity, which indicates the ability of the ceramic body
  • an electrical conductivity of the ceramic slurry of the present invention which is less than 1500 ⁇ 8 / ⁇ , preferably less than 1000 ⁇ 8 / ⁇ , more preferably less than 800 ⁇ 8 / ⁇ , and most preferably less than 600 ⁇ / ⁇ .
  • the present invention is also directed to a method of making a
  • directed ceramic body comprising the following steps: (a) providing a combustible, non-ceramic carrier web, (b) impregnating the carrier web with a ceramic slurry, (c) optionally pyrolysis of the carrier web, (d) sintering under oxidic and / or non-oxidic atmosphere and thus formation of a rigid body.
  • the carrier web is any web which is suitable for being wetted by a slurry.
  • the carrier web can off
  • the carrier web may be selected from synthetic material, wherein the synthetic material preferably comprises plastic fibers.
  • the carrier web is brought into the desired geometric shape, which is preferably maintained during the process.
  • the method of manufacturing a ceramic body involves the use of a ceramic slurry of the present invention.
  • the ceramic slip can be ground until a desired particle size is achieved.
  • the constituents of the ceramic slurry can be ground until a particle size distribution d90 of less than about 3.2 ⁇ is reached, preferably less about 2.0 ⁇ , more preferably less about 1.0 ⁇ and most preferably less about 0, 3 ⁇ .
  • the constituents of the ceramic slurry can be ground until a
  • Particle size distribution d50 of less than about 0.4 ⁇ is achieved, preferably less about 0.3 ⁇ , more preferably less about 0.2 ⁇ and most preferably less than about 0.1 ⁇ .
  • a stirred ball mill can be used to grind the ceramic slurry.
  • the step (b) of the method for producing a ceramic body according to the present invention comprises soaking the carrier web with a ceramic slurry for less than about 10 minutes, more preferably less than about 5 minutes, more preferably less than about 2 minutes more preferably less than about 1.5 minutes, and most preferably less than about 1 minute.
  • the impregnated carrier web can be drained off after process step (b).
  • the impregnated carrier web can be turned during draining, preferably being turned twice.
  • the dripping time is approximately less than 1 hour, preferably less than about 45 minutes, and most preferably less than about 30 minutes.
  • the impregnated carrier web can be additionally dried after dripping after process step (b).
  • the drying of the impregnated carrier web comprises about 20 minutes to about 6 hours, preferably about 40 minutes to about 4 hours, most preferably about 1 to about 3 hours.
  • the drying of the impregnated carrier web may comprise electromagnetic radiation, preferably
  • the drying of the impregnated carrier web can be carried out in a continuous dryer and / or in a drying oven.
  • the optional step (c) of the method for producing a ceramic body according to the present invention comprises the pyrolysis of the dried ones
  • Carrier web wherein the pyrolysis is preferably carried out under an inert gas atmosphere.
  • the inert gas atmosphere comprises nitrogen, argon and / or all noble gases, as well as combinations thereof).
  • the pyrolysis takes place at a temperature between about 20 and about 1000 ° C, preferably at about 1000 ° C. In a further preferred embodiment, the pyrolysis is carried out for a period between about 1 and about 10 hours, preferably between about 2 and about 6 hours.
  • the skilled person can the required pyrolysis time depending on Adjusting the maximum temperature, ie comparable or identical results at lower temperatures such as 800 ° C, if the period is adjusted accordingly.
  • the step (d) of the method for producing a ceramic body according to the present invention includes burnout, with sintering being preferred.
  • the sintering can take place in an oxidizing atmosphere.
  • the burnout of the carrier web comprises a maximum temperature between about 1000 ° C and 2000 ° C, more preferably between about 1200 ° C and 1800 ° C, more preferably between about 1300 ° C and 1600 ° C, and most preferably between about 1360 ° C and 1500 ° C.
  • an outer layer may be applied to the rigid filter body.
  • the materials used for the outer layer include the same material as the filter body or a
  • Aluminosilicate cements such as e.g. the ceramic cement CC 180W from Ceprotec or a mixture of special filter material (aluminum titanate) and an aluminum silicate ceramic cement as binder.
  • aluminum titanate aluminum titanate
  • aluminum silicate ceramic cement as binder.
  • the outer layer used material comprises one of the embodiments disclosed in the documents DE102009001820A1, DE102009010207A1, EP000001688171B1, US000007560154B2, US000007591918B2, US000007651755B2, US020090286041A1, and WO002009070250A1.
  • the method further comprises the step of sawing off the end faces of the ceramic body.
  • the ceramic body according to the invention consists of a temperature-resistant material and is therefore z. B. suitable for use as a diesel particulate filter.
  • the material properties can be better influenced and the microstructural properties adjusted better.
  • the filter device according to the invention shows a good thermal shock resistance and a low thermal expansion.
  • the coefficient of thermal expansion is a parameter that describes the behavior of a substance with respect to changes in its dimensions when the temperature changes.
  • CTE coefficients of thermal expansion
  • Aluminum titanate has CTE values of 1.0 * 10-6 1 / K (20-1000 ° C) without thermal aging and even 4.2 * 10-6 1 / K (20-1000 ° C) after thermal aging into oxidizing Atmosphere (same conditions as in the above table) measured.
  • the thermal expansion coefficients for the ceramic bodies of the present invention before swapping are between about -0.5 and about 2.0 * 10 -6 " 1 / K, preferably between about -0.5 and about 1.5 * 10 -6 " / K, more preferably between about -0.5 and about 1.2 x 10 -6 1 / K, and most preferably between about -0.5 and about 0.6 * 10 -6 1 / K, in a range from about 20 ° C - 1000 ° C.
  • the coefficient of thermal expansion of the present invention be in a range of about 20 ° C - 1000 ° C values is between about -0.5 * 10 "6 to about 2.0 x 10" 6 1 / K, preferably, between about -0.5 and about 1.5 * 10 "6 1 / K, more preferably between about -0.5 and about 1.2 * 10" 6 1 / K, and most preferably between about -0.5 and about 0 , 8 * 10 "6 1 / K or in a range of 20 ° C - 800 ° C values is between about -0.5 * 10" 6 to about 2.0 x 10 "6 1 / K, preferably between about -0 , 5 and about 1.2 * 10 "6 1 / K, more preferably between about -0.5 and about 1.0 * 10 -6 1 / K, and most preferably between about -0.5 and about 0.6 * 10 "6 1 / K.
  • the aging under oxidizing conditions can be carried out, for example, in air for a period of 40 hours
  • the coefficient of thermal expansion of the present invention be in a range of about 20 ° C - 1000 ° C values is between about -0.5 * 10 "6 and about 2.4 x 10" 6 1 / K, preferably, between about -0.5 and about 2.0 * 10 "6 1 / K, more preferably between about -0.5 and about 1.7 * 10" 6 1 / K, and most preferably between about 0.5 and about 1.5 * 10 "6 1 / K or in a range of 20 ° C - 800 ° C values between about -0.5 * 10 " 6 and about 2.4 x 10 -6 1 / K, preferably between about -0.5 and about 1.7 * 10 -6 " 1 / K, more preferably between about -0.5 and about 1.5 * 10 -6 1 / K, and most preferably between about -0.5 and about 1.0 * 10 -6 1 / K.
  • the aging under reducing conditions can be carried out, for example, in a CO atmosphere for a period of 20 hours at 1050 ° C (
  • the viscosity curve of the formulation S1 shows a pseudoplastic behavior, ie a decreasing viscosity with an increase in the shear rate.
  • the cause is the use of illite as the Si0 2 and iron source.
  • This clay mineral contains besides Si0 2 , A1 2 0 3 and Fe 2 0 3 also foreign substances such as MgO, CaO, etc.
  • foreign substances such as Mg 2+ , Ca 2+ , etc.
  • pseudoplastic behavior of the slip system Sl is based on compression of the electric double layer by the presence of polyvalent counterions (Mg 2+ ). These originate from the used MgO source (MgO or MgTi0 3 ). This behavior is very unfavorable for the impregnation process of paper wraps, since during the impregnation process and during subsequent drying hardly or no shear forces act on the slurry. As a result, the slip viscosity remains high and the slip surplus runs badly from the winding after the impregnation process. Thus, ceramic layers with low porosity form in the channels, which greatly increases the pressure loss of the component. Consequently, inventive ceramic bodies produced from the formulation S1 exhibit considerable inhomogeneities (inhomogeneous structure or porosity, etc.), as well as frequently macroscopic defects (accrued channels, cracks, deformations, etc.). The pronounced
  • Intrinsic viscosity of the slip formulation S6 results from a crosslinking reaction of the silica sol used (Si0 2 source). This aging process is noticeable after a very short time ("lh). The polysilicic acid particles form Si-O-Si bonds among each other, resulting in gelation of the entire ceramic slurry.
  • the viscosity curves of the formulations S14 and S15 show only a very slight or no shear-thinning behavior (Newtonian viscosity behavior).
  • the slip process after the impregnation process is greatly facilitated so that no or hardly any ceramic layers block the porous bulk structure of the channels.
  • Magnesium titanate was used as the source of MgO in formulas S14 and S15, which prevents Mg 2+ ions from dissolving.
  • the mechanical properties of components based on the Formulations S14 and S15 for example, fully meet the requirements for diesel particulate filters and particulate filters for gasoline engines. The bursting pressures of corresponding filters can reach> 10 bar.
  • Wetting agent or combinations thereof.
  • the following properties can be positively influenced both by the ceramic slip systems and by the ceramic bodies produced therefrom: rheological properties, homogeneity,
  • Step 1 Production of the basic loader
  • Dolapix CE64 Zschimmer & Schwarz
  • 36.4 kg of demineralized water as a dispersant.
  • 43.332 kg A1 2 0 3 type APA-05, Sasol
  • 34.056 kg Ti0 2 type X200, Kemira
  • 2.48 kg MgTi0 3 magnesium titanium oxide, 99% metal base, Alfa Aesar, Johnson Mattey
  • 3.593 kg of a glass frit type 10191 1, Ferro
  • the slurry After stirring for 5 hours, the slurry is ground by means of a stirred ball mill, the total energy input being approximately 13.0 kWh. After grinding, the electrical conductivity of the slurry is about 500 to about 550 ⁇ 8 / ⁇ , where the pH is about 8.6. Then the slurry is stirred for about 2 hours.
  • Step 2 Making the diver
  • the Luvitec K-90 solution can be prepared by dissolving 20% by weight of Luvitec K 90 powder (BASF) in 80% by weight of water.
  • the mixture is stirred vigorously for about 2 hours and then slowly stirred for about 1 hour.
  • Step 3 soaking process
  • a paper blank (reel) is selected which is submerged for about 30 seconds in the ready-to-stir dipping schicker obtained from step 2. Subsequently, the soaked paper roll is drained for about 30 minutes under room conditions, turning the paper roll after about 15 minutes each.
  • the soaked carrier web is dried for about 20 to about 30 minutes in a microwave or radio wave dryer at about 100-130 W microwave power (per component).
  • the dried carrier web is dried for a period of about 48 to about 72 hours in a climatic chamber at about 60 ° C and about 10% relative humidity.
  • Step 5 Pyrolysis Subsequently, the dried carrier web is pyrolyzed under an inert gas atmosphere at 1000 ° C. with a holding time of 6 hours.
  • Step 6 Sintering process
  • a sintering process is performed under an oxidizing air atmosphere at a temperature between about 1400 ° C and about 1600 ° C for a period of about 5 to 20 hours.

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Abstract

Es wird ein keramischer Körper basierend auf einem Aluminiumtitanat-System bereit gestellt, wobei der keramische Körper folgende Zusammensetzung aufweist: i) ungefähr > 95 Gew.-% Al2O3 TiO2; ii) ungefähr 0,1- ungefähr 5,0 Gew.-% SiO2; iii) ungefähr 0,1 - ungefähr 5,0 Gew.-% MgO; iv) 0 - ungefähr 2,0 Gew.-% Fe2O3; v)0 - ungefähr 1,0 Gew.-% BeO, BaO oder CaO; vi) 0 - ungefähr 1,0 Gew.-% Li2O, Na2O oder K2O; vii) 0 - ungefähr 2 Gew.-% Verunreinigungen.

Description

Keramischer Körper aus einer Aluminiumtitanatmischung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft allgemein keramische Körper. Insbesondere betrifft die Erfindung solche keramischen Körper auf der Basis von Aluminiumtitanat.
Derartige keramische Körper werden zum Beispiel als Filtereinrichtungen zur
Rußpartikelentfernung, Heißgasfiltration, Flüssigfiltration, sowie bei der
Abgasnachbehandlung selbstentzündender Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere in dieselbetriebenen als auch benzinbetriebenen Kraftfahrzeugen eingesetzt. Desweiteren können die genannten keramischen Körper auch als Wärmeisolationsmaterial eingesetzt werden. Üblicherweise sind solche Filter aus einem keramischen Material, zum Beispiel Cordierit oder Siliziumcarbid gefertigt. Keramische Körper aus Cordierit finden
Verwendung in einer Vielzahl von Hochtemperatur-Anwendungen, wie zum Beispiel katalytischen Konvertern, NOx-Adsorbern, elektrisch geheizten Katalysatoren, chemischen Prozesssubstraten und eben auch Dieselpartikelfilter.
Bei der Filtration von Dieselabgasen war Cordierit als kostengünstiges Material, das einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, lange das Material der Wahl. Poröse Cordierit-Keramikfilter wurden in Form von Wandflussfiltern seit den frühen 80er Jahren zur Entfernung von Partikeln im Abgasstrom von Dieselmotoren verwendet.
Wandflussfilter besitzen in der Regel eine zylindrische Form mit zwei Stirnflächen und einer Mantelfläche und werden von der ersten Stirnfläche zur zweiten Stirnfläche von einer Vielzahl von im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse liegenden Strömungskanälen für die Abgase von Dieselmotoren durchzogen. Die Querschnittsform der Wandflussfilter hängt von den Einbauerfordernissen am Kraftfahrzeug ab. Weit verbreitet sind Filterkörper mit rundem, elliptischem oder dreiecksförmigem Querschnitt. Die Strömungskanäle weisen meist einen quadratischen oder hexagonalen Querschnitt auf und sind in einem engen Raster über den gesamten Querschnitt der Filterkörper angeordnet.
Ein Dieselpartikelfilter vereint idealerweise einen niedrigen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten, einen geringen Druckabfall, hohe Festigkeit und geringe Kosten. Probleme, die bei der Verwendung von Cordierit auftauchen können, umfassen sowohl eine niedrige volumetrische Wärmekapazität und niedrige thermische
Leitfähigkeit, was zu nicht akzeptablen hohen Temperaturen oder Temperaturspitzen während des Betriebs führen kann, als auch eine geringe thermische und chemische Beständigkeit. Des Weiteren können im Dieselabgas vorhandene anorganische Partikel mit dem Cordierit reagieren und Filterausfälle hervorrufen.
Ein alternatives Material zu Cordierit bei der Herstellung von Diesel-Partikelfiltern ist Siliciumcarbid (SiC). Obwohl dieses Material sowohl eine hohe volumetrische
Wärmekapazität als auch eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, besitzt es, als Ergebnis einer relativ hohen Wärmeausdehnung und eines hohen Elastizitätsmoduls auch eine schlechte Temperaturwechselbeständigkeit. Dies macht es notwendig, SiC-Filter zu segmentieren, um bei der Verwendung Ausfälle zu verhindern. Auch resultieren die Verarbeitungserfordernisse (d.h., hohe Temperaturen, Inertatmosphäre und Segmentation) in hohen Herstellungskosten.
In neuerer Zeit sind keramische Filterelemente auf der Basis von Aluminiumtitanat bekannt geworden, die geeignete Eigenschaften zur Anwendung bei hohen Temperaturen (z.B. Heißgasfiltration), wie z.B. Fahrzeug- Abgaskontrolle und Dieselabgas- Nachbehandlungssysteme wie Dieselpartikelfilter oder auch Partikelfilter für
Benzinmotoren, aufweisen. Aluminiumtitanat ist die stöchiometrische Mischphase von Aluminiumoxid und Titandioxid. Es zeichnet sich aus durch eine niedrige
Wärmeleitfähigkeit, einen niedrigen E-Modul sowie einen makroskopisch geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine damit verbundene herausragende
Temperaturwechselbeständigkeit.
Stand der Technik
Aus DE 602 17 084 T2 ist eine Wabenstruktur mit einer Vielzahl von Wabensegmenten bekannt, die zu einem Einheitskörper verbunden sind. Die Hauptkomponente jedes der Wabensegmente umfasst zumindest eine aus Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Cordierit, Aluminiumoxid, Mullit, Zirkoniumdioxid, Zirkoniumphosphat, Aluminiumtitanat, Titandioxid und Kombinationen davon.
Die DE 10 2006 040 739 AI offenbart einen Filter zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere von Rußpartikeln aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Filterkörper aus einem keramischen Filtersubstrat, wobei das Filtersubstrat mit einer porösen Schutzschicht aus einem Beschichtungsmaterial beschichtet ist. Das Beschichtungsmaterial ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxide, Aluminiumhydroxid, Titandioxid, Siliziumdioxid, Zirkondioxid, Ceroxid, Aluminiumsilikate, Magnesium- Aluminiumsilikate, Cordierit, Mullite,
Siliciumcarbid, Aluminiumtitanat, Zeolithe, Quarz, Gläser, Mischungen und Mischoxide daraus.
Schließlich offenbart die WO 2005/046840 einen keramischen Körper zur Verwendung als Dieselpartikelfilter mit einer Zusammensetzung, die umfasst:
a(Al203 Ti02) + b(CaO A1203 2Si02) + c(SrO A1203 2Si02) + d(BaO A1203 2Si02) + e(3Al203 -2Si02) + f(Al203) + g(Si02) + h(Fe203 Ti02) + i(MgO 2Ti02), worin a, b, c, d, e, f, g, h, und i Gewichtsfraktionen jeder Komponente darstellen, so dass
(a+b+c+d+e+f+g+h+i)=l, und die folgenden Bedingungen erfüllt sind 0.5 < a < 0.95; 0 <b
<0,5; 0 <c <0.5; 0 <d <0.5; 0 < e <0.5; 0 <f <0.5; 0 <g <0.1; 0 <h <0.3; 0 <i <0.3; b+d >
0,01. Es handelt sich hierbei um eine Mischung aus Aluminiumtitanat und einer Glasphase, wobei es sich bei den Gläsern um solche aus Erdalkalien, Alkalien, Siliziumdioxid, Aluminiumdioxid, Alkali- und Erdalkaligläsern handelt. Des Weiteren enthält die
Mischung eine Mineralphase, wie bspw. Barium-, Calcium- und Strontium-Feldspäte. Der keramische Körper wird durch plastische Formgebungsverfahren, z.B. Strangpressen, hergestellt. Nachteilig daran ist, dass Feldspäte natürliche Rohstoffe darstellen, die
Schwankungen unterliegen und auch Verunreinigungen enthalten können. Strontium- Feldspat ist zudem extrem schwer erhältlich. Weitere Nachteile der Barium-, Calcium- und Strontiumfeldspäte liegen in der hohen Sintertemperatur und der schwierigen
Verarbeitbarkeit. Calcium- und insbesondere Bariumverbindungen sind sehr reizend, Strontiumverbindungen sind schwach radioaktiv.
Neben der Herstellung durch plastische Formgebungsverfahren, wie z.B. Strangpressen, werden solche keramischen Körper bzw. Filtereinrichtungen auch in der Weise hergestellt, dass eine nicht-brennbare Trägerbahn mit einem keramischen Schlicker getränkt und anschließend ein starrer Filterkörper gebildet wird. In Patent Abstracts of Japan JP
63134020 A wird bspw. ein keramisches Filterelement für einen Abgasfilter in einer Brennkraftmaschine beschrieben, das aus einer gewellten, spiralförmig aufgewickelten Filterbahn aufgebaut ist. Zur Herstellung der Filterbahn werden hitzeresistente,
anorganische Fasern in einer wässrigen Suspension mit Keramikpulver vermischt und zu einer Bahn verarbeitet. Mehrere übereinander liegende Bahnen werden zu der gewünschten Form des Filterkörpers zusammengerollt, wobei zwischen benachbarten Filterbahnen wabenförmige Strömungskanäle gebildet sind. Der Filterkörper wird anschließend bei hoher Temperatur gebrannt.
Die WO 2006/005668 offenbart ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines keramischen Filterelements in einem Abgasfilter für Brennkraftmaschinen. Hierbei wird zunächst eine brennbare, nicht-keramische Trägerbahn mit einem keramischen Schlicker getränkt und anschließend in der gewünschten geometrischen Form soweit ausgebrannt, bis die
Trägerbahn verbrannt und ein starrer Filterkörper gebildet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, keramische Körper auf der Basis von
Aluminiumtitanat bereit zu stellen, die eine hohe thermische und chemische Beständigkeit, hohe Langzeitstabilität / Zerfallsbeständigkeit in reduzierender und oxidierender
Atmosphäre sowie gute Materialkennwerte (insbesondere Wärmeausdehnungskoeffizienten und damit verbunden sehr gute Temperaturwechselbeständigkeit) aufweisen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellen eines keramischen Körpers auf der Basis von Aluminiumtitanat, welches durch Zugabe spezieller
anorganischer Verbindungen phasenstabilisiert ist, wobei der keramische Körper eine bestimmte Zusammensetzung aufweist. Ferner wird die Aufgabe durch Bereitstellung eines keramischen Schlickers gelöst, der für die Herstellung der keramischen Körper eingesetzt werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer
Filtereinrichtung, die einen erfindungsgemäßen keramischen Körper aufweist; und
Fig. 2 Viskositätskurven verschiedener Rezepturen des erfindungsgemäßen keramischen Körpers.
Ausführungsform(en) der Erfindung Der erfindungsgemäße keramische Körper kann bspw. als Katalysator eingesetzt werden. Vor allem kann er jedoch als Heißgasfilter, Flüssigfilter und insbesondere als
Dieselpartikelfilter oder Partikelfilter für einen Benzinmotor eingesetzt werden. Im Folgenden wird beispielhaft der Einsatz als Dieselpartikelfilter geschildert.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Filtereinrichtung, die einen erfindungsgemäßen keramischen Körper aufweist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist über ein Abgasrohr 12 verbunden, in dem die
Filtereinrichtung 14 mit dem erfindungsgemäßen keramischen Körper angeordnet ist. Mit der Filtereinrichtung 14 werden Rußpartikel aus dem im Abgasrohr 12 strömenden Abgas herausgefiltert. Dies ist insbesondere bei Dieselkraftmaschinen erforderlich, um
gesetzliche Bestimmungen einzuhalten.
Die Filtereinrichtung 14 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel ein zylindrisches Gehäuse 16, in dem bspw. ein rotationssymmetrisches, insgesamt ebenfalls zylindrisches Filterelement 18 aus einem erfindungsgemäßen keramischen Körper angeordnet ist.
Andere Gehäuseformen sind ebenfalls möglich. Das Filterelement 18 umfasst
Aluminiumtitanat.
In einer ersten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße keramische Körper die folgende Elementzusammensetzung (angegeben als Oxid) auf:
i) ungefähr > 95 Gew.-% A1203 i02; ii) ungefähr 0,1- ungefähr 5,0 Gew.-% Si02;
iii) ungefähr 0, 1 - ungefähr 5,0 Gew.-% MgO; iv) 0 - ungefähr 2,0 Gew.-% Fe203; v) 0 - ungefähr 1,0 Gew.-% BeO, BaO oder CaO; vi) 0 - ungefähr 1,0 Gew.-% Li20, Na20 oder
K20; vii) 0 - ungefähr 2 Gew.-% Verunreinigungen.
In einer weiteren Ausführungsform weist der erfindungsgemäße keramische Körper die folgende Elementzusammensetzung (angegeben als Oxid) auf:
i) ungefähr > 95 Gew.-% A1203 i02; ii) ungefähr 0,1- ungefähr 5,0 Gew.-% Si02; iii) ungefähr 0, 1 - ungefähr 5,0 Gew.-% MgO; iv) 0 - ungefähr 2,0 Gew.-% Fe203; v) 0 - ungefähr 1,0 Gew.-% BeO, BaO oder CaO; vi) 0 - ungefähr 1,0 Gew.-% Li20, Na20 oder K20; vii) 0 - ungefähr 2,0 Gew.-% Verunreinigungen und weist ein Verhältnis von Ti02 zu A1203 auf, das in einem Bereich zwischen ungefähr 0,75 und ungefähr 0,95 liegt. In einer weiteren Ausführungsform weist der erfindungsgemäße keramische Körper die folgende Elementzusammensetzung (angegeben als Oxid) auf:
i) > 95 Gew.-% Al203.Ti02; ü) 0,1- 5,0 Gew.-% Si02; iii) 0, 1 - 5,0 Gew.-% MgO; iv) 0 - 2,0 Gew.-% Fe203; v) 0 - 1,0 Gew.-% BeO, BaO oder CaO; vi) 0 - 1,0 Gew.-% Li20, Na20 oder K20; wobei die Verunreinigungen (vii) < 0,5 bis 2,0 Gew.-% beträgt.
In einer weiteren Ausführungsform weist der erfindungsgemäße keramische Körper die folgende Elementzusammensetzung (angegeben als Oxid) auf: 1. > 95 Gew.-% (A1203 · Ti02); 2. 0, 1 - 5 Gew.-% Si02; 3. 0,1 - 5 Gew.-% MgO; 4. 0 - 2 Gew.-% Fe203; 5. 0 - 1 Gew.-% RO (R = Be, Ca, Ba); 0 - 1 Gew.-% R20 (R'= Li, Na, K); sowie 0, 1 - 2 Gew.-% Verunreinigungen.
In einer weiteren Ausführungsform weist der erfindungsgemäße keramische Körper die folgende Elementzusammensetzung (angegeben als Oxid) auf: 1. > 95 Gew.-% (A1203 · Ti02); 2. 0, 1 - 5 Gew.-% Si02; 3. 0,1 - 5 Gew.-% MgO; 4. 0 - 2 Gew.-% Fe203; 5. 0 - 1 Gew.-% RO (R = Be, Ca, Ba); 0 - 1 Gew.-% R20 (R'= Li, Na, K); sowie 0,5 - 2 Gew.-% Verunreinigungen.
In einer weiteren Ausführungsform weist der erfindungsgemäße keramische Körper die folgende Zusammensetzung auf: 1. > 95 Gew.-% (A1203 · Ti02); 2. 0, 1 - 5 Gew.-% Si02; 3. 0,7 - 5 Gew.-% MgO; 4. 0 - 2 Gew.-% Fe203; 5. 0 - 1 Gew.-% CaO; sowie 0,1 - 2 Gew.-% Verunreinigungen.
In einer weiteren Ausführungsform weist der erfindungsgemäße keramische Körper die folgende Zusammensetzung auf: 1. > 95 Gew.-% (A1203 · Ti02); 2. 0, 1 - 5 Gew.-% Si02; 3. 0,7 - 5 Gew.-% MgO; 4. 0 - 2 Gew.-% Fe203; 5. 0 - 1 Gew.-% CaO; sowie 0,5 - 2 Gew.-% Verunreinigungen.
Die Zugabe von MgO dient der Stabilisierung der Aluminiumtitanat-Phase unter reduzierenden Bedingungen im kritischen Temperaturbereich von ca. 900 °C-1300°C. Als MgO-Quelle kommen bspw. MgTi03, Mg2Ti04, MgTi205 und MgAl204 in Frage.
Eine Zugabe von Si02 oder optional zusätzlich auch noch CaO oder Fe203 ist vorteilhaft zur Stabilisierung der Aluminiumtitanat-Phase unter oxidierenden Bedingungen im kritischen Temperaturbereich von ca. 900°C-1300°C. Die Stabilisierung der Phase wird durch Messung und Vergleich des Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) vor und nach der Auslagerung ermittelt. Alle hier aufgeführten WAK Messungen wurden mittels eines ETZSCH-Schubstangendilatometers - Modell 402 C mit einer Aufheizrate von 5 K/min unter Luftatmosphäre in einem Netzsch Applikationslabor durchgeführt. Si02 ist darüber hinaus wichtig für die Erhöhung der mechanischen Festigkeit der keramischen Körper auf Aluminiumtitanat-B asi s .
Vorteilhaft als Si02-Quelle ist die Verwendung einer CaO-Glasfritte. In einer bevorzugten Ausführungsform werden Glasfritten der Typen 40 580 TF, 10 083 oder 10 1911-D der Firma Ferro verwendet. Die Verwendung einer Glasfritte als Si02-Quelle, wobei eine CaO-Glasfritte besonders vorteilhaft ist, bietet den Vorteil einer niedrigeren
Schmelztemperatur (1000-1200°C) und eines besseren Fließverhaltens und somit auch einer homogeneren Verteilung als bei Verwendung von reinem Si02. Daraus resultiert eine höhere mechanische Festigkeit des Aluminiumtitanat-Werkstoffs, eine effektivere Wirkung des Si02 als Phasenstabilisator und ein positiver Einfluss von CaO auf die
Phasenstabilisierung.
Als vorteilhaft hat sich dabei eine Menge an Si02 erweisen, die in einem Bereich von ungefähr 0, 1 bis ungefähr 5,0 Gew.-% liegt. Besonders bevorzugte Bereiche an Si02 sind zwischen ungefähr 1,0 bis ungefähr 4,5 Gew.-%, zwischen ungefähr 1,0 und ungefähr 4,0 Gew.-%, sowie zwischen ungefähr 2,5 und ungefähr 3,6 Gew.-%, und zwischen ungefähr 3,0 und ungefähr 3,1 Gew.-%.
Sofern Eisenoxid in dem keramischen Körper zugegen ist, wird es bevorzugt in Mengen in einem Bereich von ungefähr 0, 1 bis ungefähr 1,1 Gew.-% eingesetzt. Als besonders vorteilhaft haben sich Mengen an Fe203 zwischen ungefähr 0,2 und ungefähr 0,3 Gew.-% erwiesen.
Vorteilhafterweise ist das Verhältnis von A1203 zu Ti02 im Aluminiumtitanat so ausgelegt, dass ein Massenverhältnis von Ti02:Al203 im Bereich von ungefähr 0,75 bis ungefähr 0,95 vorliegt. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Verhältnis herausgestellt, bei dem ein molarer Titandioxid-Überschuss vorliegt wie z.B. ein Massenverhältnis Ti02:Al203 von > 0,8 (Molverhältnis > 1,02). Als besonders vorteilhaft hat sich ein Massenverhältnis von zwischen ungefähr 0,80 und ungefähr 0,95 erwiesen. Als besonders vorteilhaft haben sich zudem Massenverhältnisse von Ti02:Al203 zwischen ungefähr 0,80 und ungefähr 0,90, sowie zwischen ungefähr 0,80 und ungefähr 0,85, und zwischen ungefähr 0,81 und ungefähr 0,82 erwiesen.
Wie bereits erwähnt, kann ein erfindungsgemäßer keramischer Körper durch plastische Formgebungsverfahren, wie z.B. Strangpressen, hergestellt werden. Es ist jedoch auch möglich, eine nicht-keramische Trägerbahn mit einem keramischen Schlicker zu tränken und anschließend in der gewünschten geometrischen Form soweit auszubrennen, bis die Trägerbahn verbrannt und ein starrer Filterkörper gebildet ist. Bei dieser Art der
Herstellung sind dafür Schlickereigenschaften erforderlich, die sich wesentlich von den Eigenschaften einer Masse für ein plastisches Formgebungsverfahren unterschieden. Bei der Herstellung eines Schlickers für einen Tränkprozess führt die Zugabe von Magnesium in Form von MgTi03, Mg2Ti04, MgTi205 oder MgAl204 zu verbesserten
Schlickereigenschaften wie beispielsweise einer besseren Rheologie, die sich durch z.B. eine Viskosität von weniger als ungefähr 0,2 Pa s auszeichnet. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Viskosität weniger als ungefähr 0,1 Pa s, sowie weniger als ungefähr 0,05 Pa s und weniger als ungefähr 0,02 Pa s. Sofern nicht anders angegeben, wurde die Viskosität mit einem Brookfield Rheometer Typ RVDV III+ CP mit Kegel / Platte (Kegel 42) zwischen 5 und 100 Umdrehungen pro Minute bei einer Temperatur von ungefähr 25°C gemessen. In einer bevorzugten Ausführungsform wurde die Viskosität zwischen 5 bis 30 Umdrehungen pro Minute oder zwischen 15 bis 25 Umdrehungen pro Minute, z.B. bei 20 Umdrehungen pro Minute gemessen. Zu den Eigenschaften, die eine bessere Rheologie auszeichnen gehören zudem eine erhöhte Langzeitstabilität, sowie ein höherer Feststoffgehalt (FSG), etc. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass der Grund für die verbesserten Eigenschaften die Vermeidung der Entstehung von Mg2+-Ionen im keramischen Schlicker ist. Diese 2-fach geladenen Mg- Ionen führen zu einer starken Zunahme der Ladungsdichte in der elektrischen
Doppelschicht und somit zu einer deutlichen Verstärkung in der Abschirmung der Oberflächenladung der Partikel, was mit einer Herabsetzung der Dicke der
elektrochemischen Doppelschicht einhergeht. Die Reduzierung der elektrischen
Doppelschichtdicke im kolloidalen Schlickersystem wirkt sich direkt auf die
Schlickerrheologie aus (starker Viskositätsanstieg verbunden mit einem ausgeprägten strukturviskosen Verhalten). Wird der Partikelabstand durch die Kompression der
Doppelschichtdicke soweit verringert, dass die attraktiven Wechselwirkungen (van-der- Waals- Anziehung) über die Abstoßungskräfte dominieren, tritt eine Koagulation der Teilchen auf sowie evtl. auch Partikelsedimentation auf. Schlickersysteme mit
ausgeprägtem strukturviskosen Verhalten (siehe Fig.2, Kurve Sl und S6) sind zwar grundsätzlich für die Herstellung von Filterkörpern über die o.g. Tränktechnik geeignet. Es kann aber ein Zulaufen der Kanäle des Filterkörpers und somit eine Verblockung der Porenstruktur auftreten, welches nicht bevorzugt ist. Unter der erhöhten Langzeitstabilität des Schlickers wird dabei insbesondere eine im Wesentlichen unveränderte Viskosität über einen Zeitraum von 12 h, 24 h, bevorzugt von 48 h verstanden. Unter einer im
Wesentlichen unveränderten Viskosität wird verstanden, dass die genannte Veränderung der Viskosität in einem Bereich von weniger als ungefähr ± 20%, bevorzugt in einem Bereich von weniger als ungefähr ± 10%, noch mehr bevorzugt in einem Bereich von weniger als ungefähr ± 5% liegt. In einer bevorzugten Ausführungsform tritt keine wesentliche oder keine Sedimentation für einen Zeitraum von mehr als 12 h, 24 h, bevorzugt von mehr als 48h auf. Die erhöhte Langzeitstabilität ermöglicht eine Produktion mit gleichbleibender Qualität und hoher Wirtschaftlichkeit.
Als vorteilhaft für den keramischen Körper hat sich dabei eine Menge an MgO erweisen, die in einem Bereich von ungefähr 0,4 bis ungefähr 3,0 Gew.-% liegt. Als besonders vorteilhaft haben sich Mengen an MgO zwischen ungefähr 0,5 und ungefähr 1,5 Gew.-% erwiesen, sowie zwischen ungefähr 0,8 und ungefähr 1,3 Gew.-%, zwischen ungefähr 0,9 und ungefähr 1,3 Gew.-%, zwischen ungefähr 0,9 und ungefähr 1,1 Gew.-%.
Der keramische Körper der vorliegenden Erfindung kann eine Porosität zwischen ungefähr 25% und ungefähr 70% aufweisen. Bevorzugt liegt die Porosität zwischen ungefähr 30% und ungefähr 60%, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 35% und ungefähr 55%. Die Porosität des keramischen Körpers wird mit Hilfe von Quecksilber (Hg)Porosimetrie bestimmt, wobei Gerätetyp beispielsweise das Gerät Pascal 140/440 der Firma Thermo Fischer verwendet wurde.
Dabei kann der mittlere arithmetische Porenradius des keramischen Körpers zwischen ungefähr 0, 1 μιη und ungefähr 20 μιτι, bevorzugt zwischen ungefähr 0,5 μιη und ungefähr 15 μιη, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 0,8 μιη und ungefähr 10,0 μιτι, weiterbevorzugt zwischen ungefähr 1,0 μιη und ungefähr 5,0 μιτι, und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 2,0 und ungefähr 3,0 μιη liegen. Der Median des Porenradius kann zwischen ungefähr 0,1 μιη und ungefähr 20,0 μιη, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 1,0 μιη und ungefähr 20,0 μπι, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 10,0 μιη und ungefähr 18,0 μπι, weiter bevorzugt zwischen ungefähr 13,0 μιη und ungefähr 17,0 μιη und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 14,5 μιη und ungefähr 15,5 μιη betragen.
Der mittlere Porenradius und der Median des Porenradius wird mit Hilfe von Hg- Porosimetrie bestimmt, wobei als Gerätetyp das Gerät Pascal 140/440 der Firma Thermo Fischer verwendet wurde. Alternativ kann zur Messung auch die
Rasterelektronenmikroskopie (REM) eingesetzt werden.
Die vorliegenden Erfindung betrifft ebenfalls einen keramischen Schlicker. Der erfindungsgemäße Schlicker weist in einer Ausführungsform die folgende
Zusammensetzung auf: i) zwischen ungefähr 50,0 Gew.-% und ungefähr 60,0 Gew.-% A1203; ii) zwischen ungefähr 40,0 und ungefähr 46,0 Gew.-% Ti02; iii) zwischen ungefähr 0,0 und ungefähr 5,0 Gew.-% Si02; iv) zwischen ungefähr 0,0 und ungefähr 4,0 Gew.-% MgO; v) zwischen ungefähr 0,0 und ungefähr 5,0 Gew.-% Dispergierhilfsmittel; vi) zwischen ungefähr 0,0 - ungefähr 1,0 Gew.-% CaO; und vii) optional Lösungsmittel, wobei das Lösungsmittel bevorzugt Wasser oder Alkohol oder ein Alkohol/Wassergemisch ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Wasser voll-entsalztes Wasser.
Bevorzugt wird der Alkohol ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, Isopropanol, Butanol, Glycerin, Ethylenglycol, n-Propylalkohol, n-Hexylalkohol, sekundärer Butylalkohol, Isobutylalkohol, tertiärer Butylalkohol, Trimethylcarbinol, Isoamylalkohol, 1,2-Glycol, Propylenglycol, Trimethylenglycol, Tetram ethylenglycol, Hexamethylenglycol, Octamethylenglycol, Nonamethylenglycol oder dergleichen. Die genannten Gewichtsprozente beziehen sich auf die Trockenmasse des Schlickers, ohne Zugabe des Lösungsmittels.
Die unter den Punkten (i) bis (iv) und (vi) angeführten Prozentangaben für den
keramischen Schlicker beziehen sich auf die Mengenverhältnisse der jeweiligen
Metalloxide. Sollte eine Komponente im keramischen Schlicker nicht in Form des Oxids vorliegen, so wird der Anteil des jeweiligen Metalls oder Metallions auf die Menge seines Oxids bezogen. Liegt z.B. im Schlicker ein Mg2+-Ion, und/oder MgTi03, Mg2Ti04, MgTi205, MgAl204 vor, so werden die Gew.-% für MgO angegeben.
Als vorteilhaft hat sich ein keramischer Schlicker erwiesen, der eine Menge an
Dispergierhilfsmittel umfasst, die in einem Bereich von ungefähr 0, 1 bis ungefähr 4,0 Gew.-% liegt. Als besonders vorteilhaft haben sich Mengen an Dispergierhilfsmittel zwischen ungefähr 0,1 und ungefähr 3,0 Gew.-% erwiesen. Geeignete Dispergierhilfsmittel sind z.B. Ci-C20 Carbonsäuren, Carbonsäureester, sowie Salze von Polycarbonsäuren oder Polyacryl säuren oder Carbonsäurezubereitungen oder Mischungen der vorgenannten. Ein bevorzugtes Dispergierhilfsmittel ist Dolapix CE64 von Zschimmer & Schwarz,
Als besonders vorteilhaft hat sich ein keramischer Schlicker erwiesen, der eine Menge an A1203 zwischen ungefähr 52,0 und ungefähr 55,0 Gew.-% umfasst, bevorzugt zwischen ungefähr 53,0 und ungefähr 54,0 Gew.-% A1203.
Als besonders vorteilhaft hat sich ein keramischer Schlicker erwiesen, der eine Menge an Ti02 zwischen ungefähr 42,0 und ungefähr 43,0 Gew.-% Ti02 umfasst, bevorzugt zwischen ungefähr 42,0 und ungefähr 42,2 Gew.-% Ti02.
Als besonders vorteilhaft hat sich ein keramischer Schlicker erwiesen, der eine Menge an Si02 zwischen ungefähr 2,0 und ungefähr 3,0 Gew.-% Si02 umfasst, bevorzugt zwischen ungefähr 2,7 und ungefähr 2,9 Gew.-% Si02.
Als besonders vorteilhaft hat sich ein keramischer Schlicker erwiesen, der eine Menge an MgO zwischen ungefähr 1,0 und ungefähr 2,0 Gew.-% MgO umfasst, bevorzugt zwischen ungefähr 1,2 und ungefähr 1,5 Gew.-% MgO.
Der Feststoffgehalt des erfindungsgemäßen Schlickers sollte bevorzugt im Bereich von ungefähr 45 bis ungefähr 75 % liegen. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Feststoffgehalt zwischen ungefähr 55 und ungefähr 75 % erwiesen, am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 58 und ungefähr 68 %.
Eine verbesserte Rheologie des Schlickers kann sich positiv auf die Eigenschaften des keramischen Schlickers auswirken. Als keramischer Schlicker wird bevorzugt ein Schlicker verwendet, der eine Viskosität von weniger als ungefähr 0,2 Pa s aufweist, bevorzugt weniger als ungefähr 0, 1 Pa s, mehr bevorzugt weniger als ungefähr 0,05 Pa s und am meisten bevorzugt weniger als ungefähr 0,02 Pa s. Dabei wird die Viskosität des Schlickers mit einem Brookfield Rheometer Typ RVDV III+ CP mit Kegel / Platte (Kegel 42) zwischen ungefähr 5 und 100 Umdrehungen pro Minute bei einer Temperatur von ungefähr 25 °C gemessen.
Um eine einheitliche Durchtränkung des Trägermaterials mit dem keramischen Schlicker zu ermöglichen, weisen die Bestandteile des keramischen Schlickers bevorzugt geeignete Partikelgrößenverteilungen auf, damit sie in die Poren des Trägermaterials eindringen können.
Der AI2O3 Bestandteil des keramischen Schlickers weist bevorzugt eine Partikelgrößenverteilung d90 zwischen ungefähr 0, 1 μιη und ungefähr 4,0 μιη auf. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Partikelgrößenverteilung d90 zwischen ungefähr 1,0 und ungefähr 3,0 μιη erwiesen, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 2,0 und ungefähr 3,0 μιη und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 2,5 und ungefähr 2,8 μιη. In einer weiteren
Ausführungsform weist der A1203 Bestandteil des keramischen Schlickers eine Partikelgrößenverteilung d50 zwischen ungefähr 0,1 μιη und ungefähr 1,5 μιη auf. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Partikelgrößenverteilung d50 zwischen ungefähr 0,1 und ungefähr 1,0 μιη erwiesen, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 0,4 und ungefähr 0,8 μιη und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 0,6 und ungefähr 0,8 μιη. Die
Partikelgrößenverteilung d90 und d50 bezieht sich, wenn nicht anders angegeben, auf die Volumenverteilung.
Der Ti02 Bestandteil des keramischen Schlickers weist bevorzugt eine Partikelgrößenverteilung d90 zwischen ungefähr 0, 1 μιη und ungefähr 1,0 μιη auf. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Partikelgrößenverteilung d90 zwischen ungefähr 0,2 und ungefähr 0,8 μιη erwiesen, bevorzugt zwischen ungefähr 0,4 und ungefähr 0,6 μιη und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 0,5 und ungefähr 0,6 μιη. In einer weiteren Ausführungsform weist der Ti02 Bestandteil des keramischen Schlickers eine Partikelgrößenverteilung d50 zwischen ungefähr 0,1 μιη und ungefähr 1,0 μιη auf. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Partikelgrößenverteilung d50 zwischen ungefähr 0, 1 und ungefähr 0,5 μιη erwiesen und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 0,2 und ungefähr 0,3 μιη. Die Glasfritte als Si02 Quelle, die zum keramischen Schlicker zugegeben wird, weist bevorzugt eine Partikelgrößenverteilung d90 zwischen ungefähr 5,0 μιη und ungefähr 20,0 μηι auf. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Partikelgrößenverteilung d90 zwischen ungefähr 10,0 und ungefähr 15,0 μιη erwiesen, bevorzugt zwischen ungefähr 13,0 und ungefähr 14,0 μιη und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 13,0 und ungefähr 13,5 μιη. In einer weiteren Ausführungsform weist die Glasfritte als Si02 Bestandteil des keramischen Schlickers eine Partikelgrößenverteilung d50 zwischen ungefähr 0, 1 μιη und ungefähr 10,0 μιη auf. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Partikelgrößenverteilung d50 zwischen ungefähr 2,0 und ungefähr 8,0 μιη erwiesen, bevorzugt zwischen ungefähr 6,0 und ungefähr 7,0 μιη und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 6,4 und ungefähr 6,6 μιη.
Die MgO-Quelle (z.B. zugegeben als MgTi03, Mg2Ti04, MgTi205 oder MgAl204) des keramischen Schlickers weist bevorzugt eine Partikelgrößenverteilung d90 zwischen ungefähr 0, 1 μιη und ungefähr 5,0 μιη auf. Als besonders vorteilhaft hat sich eine
Partikelgrößenverteilung d90 zwischen ungefähr 1,0 und ungefähr 4,0 μιη erwiesen, bevorzugt zwischen ungefähr 2,0 und ungefähr 3,0 μιη und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 2,9 und ungefähr 3,0 μιη. In einer weiteren Ausführungsform weist die MgO-Quelle des keramischen Schlickers bevorzugt eine Partikelgrößenverteilung d50 zwischen ungefähr 0, 1 μιη und ungefähr 5,0 μιη auf. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Partikelgrößenverteilung d50 zwischen ungefähr 1,0 und ungefähr 3,0 μιη erwiesen, bevorzugt zwischen ungefähr 1,0 und ungefähr 2,0 μιη und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 1,2 und ungefähr 1,4 μιη.
Als vorteilhaft hat sich ein keramischer Schlicker erwiesen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Partikel im Gemisch als nicht agglomerierte Partikel mit d90-Werten von kleiner ungefähr 3,2 μιη vorliegen. Als besonders vorteilhaft haben sich nicht
agglomerierte Partikel mit d90-Werten kleiner ungefähr 2,0 μιη erwiesen, bevorzugt kleiner ungefähr 1,0 μιη und am meisten bevorzugt kleiner ungefähr 0,3 μιη. In einer weiteren Ausführungsform weisen die Partikel im Gemisch als nicht agglomerierte Partikel einen d50-Wert von kleiner ungefähr 0,4 μιη auf. Als besonders vorteilhaft haben sich nicht agglomerierte Partikel mit d50-Werten kleiner ungefähr 0,3 μιη erwiesen, bevorzugt kleiner ungefähr 0,2 μιη und am meisten bevorzugt kleiner ungefähr 0, 1 μιη. Als nicht agglomerierte Partikel werden Partikel bezeichnet, die auf Primärpartikel große aufgemahlen wurden und auch als solche dispers im Schlicker vorliegen. Der keramische Schlicker kann anteilig nanoskalige Partikel mit einer Größe von weniger als 100 nm enthalten.
Die Bestimmung der verschiedenen Partikelgrößenverteilungen wurde mittels
Laserbeugung mit dem Gerät CILAS 1090L der Firma Quantachrome durchgeführt. Die Messung erfolgt in Wasser in verdünnter Form und unter Zugabe von 1,5ml einer 5%-igen Lösung BYK180 der Firma BYK Chemie als Dispergierhilfsmittel in das Dispergierbecken und gegebenenfalls unter Einsatz von Ultraschall. Die Auswertung erfolgte nach der Fraunhofer Theorie.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen keramischen Körpers enthält der als Ausgangsprodukt dienende keramische Schlicker organische Additive, wie z.B. organische Polymere, wie z.B. Polyvinylacetat (PVA),
Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyamide, Polystyrole, Polyurethane, Polypropylen,
Polyethylen, oder Polypropylen-Polyethylen-Copolymere. Außerdem können dem
Schlicker geeignete Thixotropi ermittel, Benetzungsmittel, Porenbildner, Entschäumer und Rheologieadditive oder Kombinationen davon zugesetzt werden. Diese Zusätze können jeweils in einer Menge von 0 - 5 Gew.-%, bevorzugt von 0 - 2,5 Gew.-% hinzugegeben werden, wobei sich die Gewichtangaben auf das Gesamtgewicht des Schlickers, ohne das Lösungsmittelanteil bezieht.
Diese Zusätze können entweder einzeln oder in Kombination zugegeben werden. Die Zugabe dieser Stoffe hat eine positive Beeinflussung der Schlickerrheologie sowie der Verlaufs- und Benetzungseigenschaften zur Folge und erlaubt eine gezielte Einstellung der Porosität und Porengröße/-verteilung, was zu einer Verbesserung der Filterleistung, der Bauteilhomogenität und der mechanischen Festigkeit führt. Des Weiteren verbessern diese Zusätze das Infiltrationsverhalten der Schlicker im Papier sowie die Haftung der einzelnen Keramikpartikel an den Papierfasern und ermöglichen somit eine gezielte Verbesserung nass-keramisierter Papierkörper zur Vermeidung von Trocknungsschäden, wie bspw. Risse, Schlickerauswaschungen, Gefügeinhomogenitäten, etc. Eine Formgebung des Körpers ist entweder vor oder nach dem Tränken mit dem keramischen Schlicker möglich. Als Thixotropi ermittel im Sinne der vorliegenden Erfindung werden alle Substanzen bezeichnet, die ein thixotropi sches Verhalten von Flüssigkeiten hervorrufen. Beispiele für geeignete Thixotropiermittel sind Lösungen modifizierter Harnstoffe, wie z.B. eine Lösung von (BYK-420 der Firma BYK Chemie.
Als Porenbildner im Sinne der vorliegenden Erfindung wird jede Substanz bezeichnet, die in den Schlicker zugegeben wird und die in dem fertig gebrannten keramischen Körper zu Bildung von Poren führt. Beispiele für geeignete Porenbildner sind Kohlenstoff oder Polymere wie z.B. Polyamide , Polystyrole, Polyurethane, Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylacetat, Polyvinylpyrrolidon, Acrylate, sowie Stärke odernative Weizenstärke und Holzmehl oder Kombinationen der vorgenannten. In einer bevorzugten Ausführungsform wird Polyamid mit einer Größe von 0.5 - 90 μπι verwendet wie z.B. Vestosint 2070 natural color (Firma Evonik).
Als Benetzungsmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung wird jede Substanz bezeichnet, die in den Schlicker zugegeben wird, um die Benetzung und Benetzbarkeit von
Oberflächen zu erhöhen. Benetzungsmittel werden eingesetzt um den Kontakt zwischen Trägerbahnen (fest Phase) und Schlicker (flüssige Phase) zu erhöhen, sowie die
Einarbeitung von hydrophoben organischen Komponenten wie z.B. Polyamid als
Porenbildner in wässrige Schlickersysteme zu ermöglichen. Beispiele für geeignete Benetzungsmittel sind modifizierte Siloxane, wie z.B. polyethermodifiziertes Siloxan wie z.B. BYK-348 der Firma BYK Chemie oder nicht ionogene Lösungen eines Acrylat- Copolymeren wie z.B. BYK-380N der Firma BYK Chemie.
Als Rheologieadditive im Sinne der vorliegenden Erfindung wird jede Substanz bezeichnet, die in den Schlicker zugegeben wird, um die Rheologieeigenschaften des Schlickers zu erhöhen.
Als Entschäumer im Sinne der vorliegenden Erfindung wird jede Substanz bezeichnet, die in den Schlicker zugegeben wird, um eine Schaumbildung zu vermeiden. Beispiel für einen geeigneten Entschäumer ist eine Mischung von Polysiloxane und hydrophober Feststoffe in Polyglykol, wie z.B: BYK-028 der Firma BYK Chemie, bei dem es sich um eine Mischung eines Polysiloxans und hydrophober Feststoffe in Polyglycol handelt. Die Menge des Entschäumers beträgt bevorzugt zwischen ungefähr 0 und ungefähr 0,5 Gew - % bezogen auf den Gesamtschiicker inklusive Lösungsmittel.
Ein weiteres Kriterium zur Bewertung der Eigenschaften des keramischen Schlickers ist die elektrische Leitfähigkeit, die die Fähigkeit des keramischen Körpers angibt
elektrischen Strom zu leiten. Als vorteilhaft wird eine elektrische Leitfähigkeit des keramischen Schlickers der vorliegenden Erfindung angesehen, die weniger als 1500 μ8/αη beträgt, bevorzugt weniger als 1000 μ8/αη , mehr bevorzugt weniger als 800 μ8/αη und am meisten bevorzugt weniger als 600 μδ/αη.
Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls auf ein Verfahren zur Herstellung eines
keramischen Körpers gerichtet, das die folgenden Schritte umfasst: (a) Bereitstellung einer brennbaren, nicht-keramischen Trägerbahn, (b) Tränken der Trägerbahn mit einem keramischen Schlicker, (c) optional Pyrolyse der Trägerbahn, (d) Sintern unter oxidischer und/oder nicht oxidischer Atmosphäre und somit Bildung eines starren Körpers.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird als Trägerbahn jede Bahn bezeichnet, die geeignet ist durch einen Schlicker benetzt zu werden. Die Trägerbahn kann aus
organischem Material ausgewählt werden, wobei das organische Material bevorzugt Papier und Cellulose umfasst. Alternativ kann die Trägerbahn aus synthetischem Material ausgewählt werden, wobei das synthetische Material bevorzugt Kunststofffasern umfasst. Die Trägerbahn wird in die gewünschte geometrische Form gebracht wird, die bevorzugt während des Verfahrens beibehalten wird.
Das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers umfasst die Verwendung eines keramischen Schlickers der vorliegenden Erfindung. Der keramische Schlicker kann aufgemahlen werden, bis eine gewünschte Partikelgröße erreicht ist. Die Bestandteile des keramische Schlicker können aufgemahlen werden, bis eine Partikelgrößenverteilung d90 von weniger ungefähr 3,2 μπι erreicht wird, bevorzugt weniger ungefähr 2,0 μπι, mehr bevorzugt weniger ungefähr 1,0 μπι und am meisten bevorzugt weniger ungefähr 0, 3 μπι. Die Bestandteile des keramische Schlicker können aufgemahlen werden, bis eine
Partikelgrößenverteilung d50 von weniger ungefähr 0,4 μπι erreicht wird, bevorzugt weniger ungefähr 0,3 μπι, mehr bevorzugt weniger ungefähr 0,2 μπι und am meisten bevorzugt weniger ungefähr 0, 1 μιη. Zum Aufmahlen des keramischen Schlickers kann eine Rührwerkskugelmühle verwendet werden.
Der Schritt (b) des Verfahrens zur Herstellung eines keramischen Körpers entsprechend der vorliegenden Erfindung, umfasst das Tränken der Trägerbahn mit einem keramischen Schlicker für weniger als ungefähr 10 Minuten, mehr bevorzugt weniger als ungefähr 5 Minuten, weiter bevorzugt weniger als ungefähr 2 Minuten, noch mehr bevorzugt weniger als ungefähr 1,5 Minuten und am meisten bevorzugt weniger als ungefähr 1 Minute.
Die getränkte Trägerbahn kann nach dem Verfahrensschritt (b) abgetropft werden. Die getränkte Trägerbahn kann während des Abtropfens gewendet werden, wobei sie bevorzugt zweimal gewendet wird. Die Abtropfzeit umfasst ungefähr weniger als 1 Stunde, bevorzugt weniger als ungefähr 45 Minuten und am meisten bevorzugt weniger als ungefähr 30 Minuten.
Die getränkte Trägerbahn kann nach dem Abtropfen nach dem Verfahrensschritt (b) zusätzlich getrocknet werden. Das Trocknen der getränkten Trägerbahn umfasst ungefähr 20 Minuten bis ungefähr 6 Stunden, bevorzugt ungefähr 40 Minuten bis ungefähr 4 Stunden, am meisten bevorzugt ungefähr 1 bis ungefähr 3 Stunden. Das Trocknen der getränkten Trägerbahn kann elektromagnetische Strahlung umfassen, bevorzugt
Radiostrahlung oder Mikrowellenstrahlung. Das Trocknen der getränkten Trägerbahn kann in einem Durchlauftrockner und/oder in einem Trockenschrank durchgeführt werden.
Der optionale Schritt (c) des Verfahrens zur Herstellung eines keramischen Körpers entsprechend der vorliegenden Erfindung umfasst die Pyrolyse der getrockneten
Trägerbahn, wobei die Pyrolyse bevorzugt unter Intergasatmosphäre durchgeführt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Inertgasatmosphäre Stickstoff, Argon und/oder sämtliche Edelgase, sowie Kombinationen davon).
In einer bevorzugten Ausführungsform findet die Pyrolyse bei einer Temperatur zwischen ungefähr 20 und ungefähr 1000 °C statt, bevorzugt bei ungefähr 1000 °C. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Pyrolyse für einen Zeitraum zwischen ungefähr 1 und ungefähr 10 Stunden durchgeführt, bevorzugt zwischen ungefähr 2 und ungefähr 6 Stunden. Der Fachmann kann die erforderliche Pyrolysezeit in Abhängigkeit der Maximaltemperatur anpassen, d.h. dass vergleichbare oder identische Ergebnisse bei niedrigeren Temperaturen wie z.B. 800 °C erzielt werden, wenn der Zeitraum entsprechend angepasst wird.
Der Schritt (d) des Verfahrens zur Herstellung eines keramischen Körpers entsprechend der vorliegenden Erfindung umfasst das Ausbrennen, wobei Sintern bevorzugt ist. Das Sintern kann in oxidierender Atmosphäre stattfinden. Das Ausbrennen der Trägerbahn umfasst eine Maximaltemperatur zwischen ungefähr 1000°C und 2000°C, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 1200°C und 1800°C, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 1300°C und 1600°C und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 1360°C und 1500°C.
Ferner kann in einer Ausführungsform eine Außenschicht auf den starren Filterkörper aufgebracht werden. Insbesondere umfassen die Materialien, die für die Außenschicht verwendet werden das gleiche Material wie der Filterkörper oder ein
Aluminumsilikatkeramik-Zement wie z.B. der Keramikzement CC 180Wder Firma Ceprotec oder eine Mischung aus arteigenem Filtermaterial (Aluminiumtitanat) und einem Aluminumsilikatkeramik-Zement als Bindemittel. Beispielsweise kann das für die
Außenschicht verwendete Material eine der in den Dokumenten DE102009001820A1, DE102009010207A1, EP000001688171B1, US000007560154B2, US000007591918B2, US000007651755B2, US020090286041A1, und WO002009070250A1 offenbarten Ausführungsformen umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner den Schritt, dass die Stirnseiten des keramischen Körpers abgesägt werden.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen keramischen Körper durch Verwendung eines keramischen Schlickers zur Tränkung von nicht-keramischen Trägerbahnen wie bspw. Papier, Cellulose, etc. ist es vorteilhaft, eine Partikelgrößenverteilung von d90 < 2 μπι zu verwenden, denn nur diese Partikel können vollständig in die Faserstruktur infiltrieren. Vor allem durch die nach einem Nassmahlvorgang vorliegenden sehr kleinen und nicht agglomerierten Teilchen / Partikel im Submikron-Bereich von < 0,50μπι (d90),
insbesondere jedoch < 0,25 μπι (d90) und < 0, 15μπι (d50), gelingt eine besonders gleichmäßige, homogene kolloid disperse Verteilung der einzelnen Rohstoffpartikel (z. B. AI2O3, T1O2, S1O2, MgTiC"3 usw.) sowohl im Schlickersystem als auch im späteren Bauteil. In der hiermit erzielbaren stabilen kolloiddispersen Partikelverteilung besteht auch ein großer Vorteil im Herstellungsverfahren gegenüber dem normalerweise üblichen
Formgebungsverfahren (Strangpressen/Extrusion). Dadurch und aufgrund der sehr kurzen Diffusionswege bei solch submikronen Teilchen ist eine äußerst homogene und hochgradige (vollständige) Ausbildung der Aluminiumtitanat-Phase sowie eine sehr effektive und gleichmäßige Phasenstabilisierung durch anorganische Zusätze (wie z.B. Si02, MgO, CaO, Fe203 etc.) gewährleistet. Das Ergebnis einer geeigneten Material- bzw. Rohstoffauswahl, einer sehr homogenen Materialverteilung sowie von kurzen
Diffusionswegen zeigt sich deutlich in der hohen Zerfallsbeständigkeit (äußerst niedrige WAK- Werte (vgl. Tabelle)) nach thermischer (in oxidierender bzw. reduzierender Atmosphäre) Auslagerung.
Der erfindungsgemäße keramische Körper besteht aus einem temperaturbeständigen Material und ist daher z. B. für den Einsatz als Dieselpartikelfilter geeignet. Durch die Auswahl der erfindungsgemäßen Zusammensetzung lassen sich die Materialeigenschaften besser beeinflussen und die Gefügeeigenschaften besser einstellen. Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung zeigt eine gute Temperaturwechselbeständigkeit und eine niedrige Wärmeausdehnung.
In der folgenden Tabelle sind einige Beispiele von keramischen Körpern mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen mit entsprechenden Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) und einer Bewertung der Schlickereigenschaften aufgeführt.
Tabelle 1
Figure imgf000022_0001
Figure imgf000023_0001
WAK: Wärmeausdehnungskoeffizient
Tabelle 2
Die Bewertung der gemessenen Eigenschaften des keramischen Körpers und des Schlickers wurde wie folgt durchgeführt.
Figure imgf000024_0001
- O + ++ sehr schlecht schlecht Mittel gut sehr gut
Schlickereigenschaft Beurteilung über >0, 1 Pa s > 0,6 ... 0,1 > 0,3 ... 0,6 > 0,2 ... 0,3 < 0,2 Pa s
(SE) Viskositätsmessung Pa s Pa s Pa s
Beurteilung visuelle Beurteilung Sehr Dickflüssig Dickflüssig und Dünnflüssig und Sehr
dickflüssig oder leichte keine keine dünnflüssig oder starke Sedimentation Sedimentation Sedimentation keine
Sedimentation Sedimentati
Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist ein Kennwert, der das Verhalten eines Stoffes bezüglich Veränderungen seiner Abmessungen bei Temperaturänderung beschreibt.
Die Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) von Körpern insbesondere auf Basis der Rezepturen S14 bzw. S15 zeigen extrem niedrige Werte, die auch nach thermischer Auslagerung unter oxidierenden sowie reduzierenden Bedingungen deutlich unter 1,5* 10-6 1/K (20-1000°C) liegen, was auf eine gute Zerfallsbeständigkeit des Aluminiumtitanats hinweist. An handelsüblichen Dieselpartikelfilter-Bauteilen auf Basis von
Aluminiumtitanat wurden WAK- Werte von 1,0* 10-6 1/K (20-1000°C) ohne thermische Auslagerung sowie sogar 4,2* 10-6 1/K (20-1000°C) nach thermischer Auslagerung in oxidierender Atmosphäre (gleiche Bedingungen wie in obiger Tabelle) gemessen.
Bevorzugt liegen die Wärmeausdehnungskoeffizienten für die keramischen Körper der vorliegenden Erfindung vor einer Auslagerung zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 2,0 * 10"6 1/K, bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,5 * 10"6 1/K, weiter bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,2 x * 10"6 1/K und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 0,6 * 10"6 1/K, in einem Bereich von ungefähr 20°C - 1000°C. Nach Auslagerung unter oxidierenden Bedingungen betragen die Wärmeausdehnungskoeffizienten der vorliegenden Erfindung in einem Bereich von ungefähr 20°C - 1000 °C Werte zwischen ungefähr -0,5 * 10"6 und ungefähr 2,0 x 10"6 1/K, bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,5 * 10"6 1/K, weiter bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,2 * 10"6 1/K und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 0,8 * 10"6 1/K oder in einen Bereich von 20°C - 800°C Werte zwischen ungefähr -0,5 * 10"6 und ungefähr 2,0 x 10"6 1/K, bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,2 * 10"6 1/K, weiter bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,0 * 10"6 1/K und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 0,6 * 10"6 1/K. Die Auslagerung unter oxidierenden Bedingungen kann beispielsweise in Luft für einen Zeitraum von 40 Stunden bei 1100 °C durchgeführt werden (statisch).
Nach Auslagerung unter reduzierenden Bedingungen betragen die Wärmeausdehnungskoeffizienten der vorliegenden Erfindung in einem Bereich von ungefähr 20°C - 1000 °C Werte zwischen ungefähr -0,5 * 10"6 und ungefähr 2,4 x 10"6 1/K, bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 2,0 * 10"6 1/K, weiter bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,7 * 10"6 1/K, und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,5 * 10"6 1/K oder in einen Bereich von 20°C - 800°C Werte zwischen ungefähr -0,5 * 10"6 und ungefähr 2,4 x 10"6 1/K, bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,7 * 10"6 1/K, weiter bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,5 * 10"6 1/K, und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,0 * 10"6 1/K. Die Auslagerung unter reduzierenden Bedingungen kann beispielsweise in einer CO-Atmosphäre für einen Zeitraum von 20 Stunden bei 1050 °C durchgeführt werden (100 1/h).
Die Viskositätskurve der Rezeptur Sl (vgl. Figur 2) zeigt ein strukturviskoses Verhalten, d.h. eine abnehmende Viskosität mit Zunahme der Schergeschwindigkeit. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen dass die Ursache die Verwendung von Illit als Si02- und Eisen-Quelle ist. Dieses Tonmineral enthält neben Si02, A1203 und Fe203 auch noch Fremdstoffe wie z.B. MgO, CaO, etc. In Verbindung mit Wasser werden geringe Mengen an Fremdionen wie Mg2+, Ca2+, etc. im Wasser gelöst. Das
strukturviskose Verhalten des Schlickersystems Sl basiert auf einer Kompression der elektrischen Doppelschicht durch das Vorhandensein mehrwertiger Gegenionen (Mg2+). Diese stammen aus der verwendeten MgO-Quelle (MgO bzw. MgTi03). Dieses Verhalten ist für das Tränkverfahren der Papierwickel sehr ungünstig, da beim Tränkprozess sowie bei der anschließenden Trocknung kaum oder keine Scherkräfte auf den Schlicker wirken. Dadurch bleibt die Schlickerviskosität hoch und der Schlickerüberschuss läuft nach dem Tränkprozess schlecht vom Wickel ab. Somit bilden sich keramische Schichten mit geringer Porosität in den Kanälen, was den Druckverlust des Bauteils stark erhöht. Aus der Rezeptur Sl hergestellte erfindungsgemäße keramische Körper zeigen folglich erhebliche Inhomogenitäten (inhomogenes Gefüge bzw. Porosität, etc.), sowie häufig makroskopische Defekte (zugelaufene Kanäle, Risse, Deformationen, etc.). Die ausgeprägte
Strukturviskosität der Schlickerrezeptur S6 resultiert aus einer Vernetzungsreaktion des eingesetzten Kieselsols (Si02-Quelle). Dieser Alterungsprozess macht sich bereits nach sehr kurzer Zeit bemerkbar (« lh). Die Polykieselsäureteilchen bilden untereinander Si- O-Si Bindungen aus, was zu einer Vergelung des gesamten keramischen Schlickers führt.
Die Viskositätskurven der Rezepturen S14 und S15 zeigen dagegen nur eine sehr geringes bzw. kein scherverdünnendes Verhalten (Newton'sches Viskositätsverhalten). Dadurch wird der Schlickerablauf nach dem Tränkprozess stark erleichtert, so dass keine oder kaum keramische Schichten die poröse Bulkstruktur der Kanäle verblocken. Als MgO-Quelle wurde bei den Rezepturen S14 und S15 Magnesiumtitanat verwendet, wodurch keine Mg2+ Ionen in Lösung gelangen. Die mechanischen Eigenschaften von Bauteilen auf Basis der Rezepturen S14 und S15 genügen bspw. den Anforderungen für Dieselpartikelfilter und Partikelfilter für Benzinmotoren in vollem Umfang. Die Berstdrücke entsprechender Filter können > 10 bar erreichen.
Durch die Zugabe von bestimmten organischen Additiven wie bspw. Polyvinylacetat (PVA), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyamide, Polystyrole, Polyurethane, Polypropylen, Polyethylen, oder Polypropylen-Polyethylen-Copolymere, Thixotropi ermittel,
Benetzungsmittel, oder Kombinationen davon. können folgende Eigenschaften sowohl von den keramischen Schlickersystemen als auch von den daraus hergestellten keramischen Körpern positiv beeinflusst werden: rheologische Eigenschaften, Homogenität,
Infiltrationseignung, mechanische Festigkeit, Porosität.
Der Begriff„ungefähr" im Sinne der vorliegenden Anmeldung bedeutet eine Abweichung von ±10%, bevorzugt eine Abweichung von ±5% vom angegebenen Zahlenwert.
Im Folgenden wird beispielhaft die Herstellung eines erfindungsgemäßen keramischen Körpers beschrieben. Das Beispiel dient der Erläuterung der Erfindung und soll keineswegs den Gegenstand der vorliegenden Erfindung einschränken.
Beispiel 1
Schritt 1 : Herstellung des Grundschiickers
Zu 36,4 kg vollentsalztem Wasser werden unter Rühren 250 g Dolapix CE64 (Firma Zschimmer & Schwarz) als Dispergiermittel zugegeben. Anschließend werden 43,332 kg A1203 (Typ APA-05, Firma Sasol), 34,056 kg Ti02 (Typ X200, Firma Kemira), 2,48 kg MgTi03 (Magnesium Titanium Oxid, 99% Metallbasis, Firma Alfa Aesar, Johnson Mattey), sowie 3,593 kg einer Glasfritte (Typ 10191 1, Firma Ferro) unter starkem Rühren portionsweise zugegeben.
Nach 5 Stunden Rühren wird der Schlicker über eine Rührwerkskugelmühle aufgemahlen, wobei der Gesamtenergieeintrag ungefähr 13,0 kWh beträgt. Nach dem Aufmahlen beträgt die elektrische Leitfähigkeit des Schlickers ungefähr 500 bis ungefähr 550 μ8/αη, wobei der pH-Wert bei ungefähr 8,6 liegt. Anschließend wird der Schlicker noch für ungefähr 2 Stunden gerührt.
Schritt 2: Herstellung des Tauchschiickers
Zum unter Schritt 1 hergestellten Grundschiicker werden unter starkem Rühren 14,753 kg vollentsalztes Wasser zur Verdünnung des Grundschiickers zugegeben. Anschließend werden 134 g BYK 380N (Firma BYK-Chemie) 2,697 kg Vestosint 2070 natural color (Firma Evonik), 2,697 kg PVP Luvitec K-90 Lösung, 20 Gew.%, , sowie 134 g BYK 028 (Firma BYK Chemie) zugegeben. Die Luvitec K-90 Lösung kann durch Auflösen von 20 Gew.-% Luvitec K 90 Pulvers (Firma BASF) in 80 Gew.-% Wasser hergestellt werden.
Die Mischung wird für ungefähr 2 Stunden stark gerührt und dann für ungefähr 1 Stunde langsam gerührt.
Schritt 3 : Tränkprozess
Als nicht-keramische Trägerbahn wird ein Papierrohling (Wickel) ausgewählt, der für ungefähr 30 Sekunden in den fertig gerührten Tauchschiicker, der aus Schritt 2 erhalten wird, getaucht wird. Anschließend wird der getränkte Papierwickel für ungefähr 30 Minuten unter Raumbedingungen abgetropft, wobei der Papierwickel nach jeweils ungefähr 15 Minuten gewendet wird.
Schritt 4: Trocknungsprozess
Nach dem in Schritt 3 beschriebenen Abtropfprozess wird die getränkte Trägerbahn für ungefähr 20 bis ungefähr 30 Minuten in einer Mikro- oder Radiowellentrocknungsanlage bei ungefähr 100-130 W Mikrowellenleistung (pro Bauteil), getrocknet.
Anschließend wird die getrocknete Trägerbahn für einen Zeitraum von ungefähr 48 bis ungefähr 72 Stunden in einer Klimakammer bei ungefähr 60°C und ungefähr 10% relativer Luftfeuchte getrocknet.
Schritt 5 : Pyrolyse Anschließend wird die getrocknete Trägerbahn unter Intergasatmosphäre bei 1000 °C mit 6 Stunden Haltezeit pyrolisiert.
Schritt 6: Sinterprozess
Nach abgeschlossener Pyrolyse (Schritt 5) erfolgt ein Sinterprozess unter oxidierender Luftatmosphäre bei einer Temperatur zwischen ungefähr 1400 °C und ungefähr 1600 °C für einen Zeitraum von ungefähr 5 bis 20 Stunden.

Claims

Ansprüche
1. Keramischer Körper basierend auf einem Aluminiumtitanat- System, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Körper folgende Zusammensetzung umfasst: i) ungefähr > 95 Gew.-% A1203 · Ti02,
ii) ungefähr 0, 1- ungefähr 5,0 Gew.-% Si02,
iii) ungefähr 0, 1- ungefähr 5,0 Gew.-% MgO,
iv) ungefähr 0 - ungefähr 2,0 Gew.-% Fe203,
v) ungefähr 0 - ungefähr 1,0 Gew. -% BeO, BaO, oder CaO,
vi) ungefähr 0 - ungefähr 1,0 Gew. -% Li20, Na20, oder K20,
vii) ungefähr 0 - ungefähr 2,0 Gew.-% Verunreinigungen, wobei das Massenverhältnis Ti02:Al203 in einem Bereich zwischen ungefähr 0,75 und ungefähr 0,95 liegt.
2. Keramischer Körper nach Anspruch 1, wobei die Menge der Verunreinigungen (vii) < 0,5 - 2,0 Gew.-% beträgt.
3. Keramischer Körper nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Massenverhältnis Ti02:Al203 in einem Bereich zwischen ungefähr 0,80 und ungefähr 0,95 liegt, bevorzugt zwischen ungefähr 0,80 und ungefähr 0,90, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 0,80 und ungefähr 0,85 und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 0,81 und ungefähr 0,82.
4. Keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an A1203 · Ti02 zwischen ungefähr 95 und ungefähr 98 Gew.-% beträgt, bevorzugt zwischen ungefähr 95 und ungefähr 97 Gew.-%, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 95, 1 und ungefähr 96,5 Gew.-%, und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 95, 1 und ungefähr 95,8 Gew.-%.
5. Keramischer Körper nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Si02 zwischen ungefähr 1,0 und ungefähr 4,5 Gew.-% beträgt, bevorzugt zwischen ungefähr 1,0 und ungefähr 4,0 Gew.-%, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 2,5 und ungefähr 3,6 Gew.-%, und mehr bevorzugt zwischen ungefähr 3,0 und ungefähr 3,1 Gew.-%.
6. Keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an MgO zwischen ungefähr 0,4 und ungefähr 3,0 Gew.-% beträgt, bevorzugt zwischen ungefähr 0,5 und ungefähr 1,5 Gew.-%, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 0,8 und ungefähr 1,3 Gew.-%, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 0,9 und ungefähr 1,3 Gew.-% und am meisten bevorzugt ungefähr 0,9 und ungefähr 1,1 Gew.-%.
7. Keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Fe203 zwischen ungefähr 0, 1 und ungefähr 1, 1 Gew.-% beträgt, bevorzugt zwischen ungefähr 0,2 und ungefähr 0,3 Gew.-%.
8. Keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an BeO, BaO, oder CaO zwischen ungefähr 0,2 und ungefähr 0,6 Gew.-% beträgt, bevorzugt zwischen ungefähr 0,4 und ungefähr 0,5 Gew.-%.
9. Keramischer Körper nach Ansprüche 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an CaO zwischen ungefähr 0,2 und ungefähr 0,6 Gew.-%, bevorzugt zwischen ungefähr 0,4 und ungefähr 0,5 Gew.-% beträgt.
10. Keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Li20, Na20, oder K20 zwischen ungefähr 0,2 und ungefähr 0,8 Gew.-% beträgt, bevorzugt zwischen ungefähr 0,3 und ungefähr 0,5 Gew.-%.
11. Keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Na20 zwischen ungefähr 0,2 und ungefähr 0,8 Gew.-% beträgt, bevorzugt zwischen ungefähr 0,3 und ungefähr 0,5 Gew.-%.
12. Keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Verunreinigungen zwischen ungefähr 0, 1 und ungefähr 1,7 Gew.-%, zwischen ungefähr 0,2 und ungefähr 0,7 Gew.-% beträgt, bevorzugt zwischen ungefähr 0,2 und ungefähr 0,3 Gew.-%.
13. Keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper folgende Zusammensetzung aufweist:
i) zwischen ungefähr 51,5 und ungefähr 53,5 Gew.-% A1203
ii) zwischen ungefähr 41,5 und ungefähr 44,0 Gew.-% Ti02
iii) zwischen ungefähr 2,8 und ungefähr 3,3% Gew.-Si02
iv) zwischen ungefähr 0,9 und ungefähr 1,1 Gew.-% MgO
v) zwischen ungefähr 0,3 und ungefähr 0,6 Gew.-% CaO
vi) zwischen ungefähr 0,1 und ungefähr 0,4 Gew.-% Verunreinigungen.
14. Keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit der ungefähren Zusammensetzung: 52,2% A1203, 43,0% Ti02, 3, 1% Si02, 1,0 % MgO, 0,4 % CaO und 0,3 % Verunreinigungen.
15. Keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit der ungefähren Zusammensetzung: 52,9% A1203, 42,4% Ti02, 3,0% Si02, 1,0 % MgO, 0,5 % CaO und 0,2 % Verunreinigungen.
16. Keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der keramische Körper eine Porosität zwischen ungefähr 25% und ungefähr 70% aufweist, bevorzugt zwischen ungefähr 30% und ungefähr 60% und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 35% und ungefähr 55%.
17. Keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der keramische Körper einen mittleren arithmetischen Porenradius zwischen ungefähr 0,1 und ungefähr 20 μιη aufweist, bevorzugt zwischen ungefähr 0,5 und ungefähr 15,0 μιτι, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 0,8 und ungefähr 10,0 μιτι, weiter bevorzugt zwischen ungefähr 1,0 und 5,0 μιη und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 2,0und ungefähr3^m.
18. Keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei der keramische Körper einen Median Porenradius zwischen ungefähr 0, 1 und ungefähr 20,0 μιη aufweist, bevorzugt zwischen ungefähr 1,0 und ungefähr 20,0 μιτι, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 10,0 und ungefähr 18,0 μιτι, weiter bevorzugt zwischen ungefähr 13,0 und ungefähr 17,0 μιη und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 14,5 und ungefähr 15,5 μιη.
19. Keramischer Schlicker, umfassend folgende Zusammensetzung:
i) zwischen ungefähr 50,0 und ungefähr 60,0 Gew.-% A1203
ii) zwischen ungefähr 40,0 und ungefähr 46,0 Gew.-% Ti02
iii) zwischen ungefähr 0,0 und ungefähr 5,0 Gew.-% Si02
iv) zwischen ungefähr 0,0 und ungefähr 4,0 Gew.-% MgO
v) zwischen ungefähr 0,0 und ungefähr 5,0 Gew.-% Dispergierhilfsmittel
vi) zwischen ungefähr 0,0 und ungefähr 1,0 Gew.-% CaO
vii) optional Lösungsmittel.
20. Keramischer Schlicker nach Anspruch 19, wobei das Lösungsmittel bevorzugt Wasser, Alkohol oder Alkohol/Wassergemische umfasst, weiter bevorzugt Wasser oder Ethanol /W as sergemische.
21. Keramischer Schlicker nach Anspruch 19 oder 20, wobei das Wasser vollentsalztes Wasser umfasst.
22. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei der Schlicker zwischen ungefähr 52,0 und ungefähr 55,0 Gew.-% A1203 umfasst, bevorzugt zwischen ungefähr 53,0 und ungefähr 54,0 Gew.-% A1203.
23. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei der Schlicker zwischen ungefähr 42,0 und ungefähr 43,0 Gew.-% Ti02 umfasst, bevorzugt zwischen ungefähr 42,0 und ungefähr 42,2 Gew.-% Ti02.
24. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei der Schlicker zwischen ungefähr 2,0 und ungefähr 3,0 Gew.-% Si02 umfasst, bevorzugt zwischen ungefähr 2,7 und ungefähr 2,9 Gew.-% Si02.
25. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei der Schlicker zwischen ungefähr 1,0 und ungefähr 2,0 Gew.-% MgO umfasst, am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 1,2 und ungefähr 1,5 Gew.-% MgO.
26. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 25, wobei der Schlicker zwischen ungefähr 0,1 und ungefähr 4,0 Gew.-% Dispergierhilfsmittel umfasst, am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 0, 1 und ungefähr 3,0 Gew.-% Dispergierhilfsmittel, wobei die Dispergierhilfsmittel bevorzugt ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend ausCi-C2o Carbonsäuren, Carbonsäurezubereitungen, Carbonsäureester, sowie Salze von Polycarbonsäuren, Polyacryl säuren oder Kombinationen davon.
27. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 26, wobei der
Feststoffgehalt zwischen ungefähr 45 und ungefähr 75 % liegt, bevorzugt zwischen ungefähr 55 und ungefähr 75 %, am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 58 und ungefähr 68 %.
28. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch
gekennzeichnet, dass der A1203 Bestandteil des keramischen Schlickers eine
Partikelgrößenverteilung d90 zwischen ungefähr 0, 1 und ungefähr 4,0 μιη aufweist, bevorzugt zwischen ungefähr 1,0 und ungefähr 3,0 μιτι, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 2,0 und ungefähr 3,0 μιτι, am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 2,5 und ungefähr 2,8 μιη.
29. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch
gekennzeichnet, dass der Ti02 Bestandteil des keramischen Schlickers eine
Partikelgrößenverteilung d90 zwischen ungefähr 0, 1 und ungefähr 1,0 μιη aufweist, bevorzugt zwischen ungefähr 0,2 und ungefähr 0,8 μιτι, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 0,4 und ungefähr 0,6 μιτι, am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 0,5 und ungefähr 0,6 μιη.
30. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch
gekennzeichnet, dass der Si02 Bestandteil des keramischen Schlickers eine
Partikelgrößenverteilung d90 zwischen ungefähr 5,0 und ungefähr 20,0 μιη aufweist, bevorzugt zwischen ungefähr 10,0 und ungefähr 15,0 μιτι, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 13,0 und ungefähr 14,0 μιτι, und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 13,0 und ungefähr 13,5 μιη.
31. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 30, dadurch
gekennzeichnet, dass der MgO Bestandteil des keramischen Schlickers eine
Partikelgrößenverteilung d90 zwischen ungefähr 0, 1 und ungefähr 5,0 μιη aufweist, bevorzugt zwischen ungefähr 1,0 und ungefähr 4,0 μιτι, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 2,0 und ungefähr 3,0 μιτι, und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 2,9 und ungefähr 3,0 μιη.
32. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 31, dadurch
gekennzeichnet, dass die Partikel im Gemisch einen d90-Wert von kleiner ungefähr 3,2 μηι, bevorzugt kleiner ungefähr 2,0 μιτι, mehr bevorzugt kleiner ungefähr 1,0 μιη und am meisten bevorzugt kleiner ungefähr 0, 3 μιη vorliegen.
33. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 32, dadurch
gekennzeichnet, dass der A1203 Bestandteil des keramischen Schlickers eine
Partikelgrößenverteilung d50 zwischen ungefähr 0, 1 und ungefähr 1,5 μιη aufweist, bevorzugt zwischen ungefähr 0, 1 und ungefähr 1,0 μιτι, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 0,4 und ungefähr 0,8 μιτι, am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 0,6 und ungefähr 0,8 μιη.
34. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 33, dadurch
gekennzeichnet, dass der Ti02 Bestandteil des keramischen Schlickers eine
Partikelgrößenverteilung d50 zwischen ungefähr 0,1 und ungefähr 1,0 μιη aufweist, bevorzugt zwischen ungefähr 0, 1 und ungefähr 0,5 μιτι, am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 0,2 und ungefähr 0,3 μιη.
35. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 34, dadurch
gekennzeichnet, dass der Si02 Bestandteil des keramischen Schlickers eine
Partikelgrößenverteilung d50 zwischen ungefähr 0, 1 und ungefähr 10,0 μιη aufweist, bevorzugt zwischen ungefähr 2,0 und ungefähr 8,0 μιτι, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 6,0 und ungefähr 7,0 μιτι, und am meisten bevorzugt von zwischen ungefähr 6,4 und ungefähr 6,6 μιη.
36. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 35, dadurch
gekennzeichnet, dass der MgO Bestandteil des keramischen Schlickers eine
Partikelgrößenverteilung d50 zwischen ungefähr 0, 1 und ungefähr 5,0 μιη aufweist, bevorzugt zwischen ungefähr 1,0 und ungefähr 3,0 μιτι, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 1,0 und ungefähr 2,0 μιτι, und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 1,2 und ungefähr 1,4 μιη.
37. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 36, dadurch
gekennzeichnet, dass die Partikel im Gemisch einen d50-Wert von kleiner ungefähr 0,4 μιη vorliegen, bevorzugt kleiner ungefähr 0,3 μιτι, mehr bevorzugt kleiner ungefähr 0,2 μιη und am meisten bevorzugt kleiner ungefähr 0, 1 μιη.
38. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 37, dadurch
gekennzeichnet, dass der Schlicker gemahlen wird.
39. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 38, dadurch
gekennzeichnet, dass der keramische Schlicker zusätzlich organische Additive enthält, wobei die organischen Additive ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus
Thixotropiermittel, Benetzungsmittel Porenbildner, Entschäumer, Rheologieadditive oder Kombinationen davon.
40. Keramischer Schlicker nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Schlicker Polyvinylacetat (PVA), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyamide, Polystyrole, Polyurethane, Polypropylen, Polyethylen, Polypropylen-Polyethylen- Copolymere oder Kombinationen davon als organisches Additiv enthält.
41. Keramischer Schlicker nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Schlicker Polyvinylpyrrolidon (PVP) als organisches Additiv enthält.
42. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 39 bis 41, wobei die Menge jedes der organischen Additive bezogen auf die Gesamtmenge des Schlickers unabhängig in einem Bereich zwischen 0 und ungefähr 5 Gew.-% liegt.
43. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 39 bis 42, dadurch
gekennzeichnet, dass die Menge jedes der organischen Additiven unabhängig in einem Bereich zwischen 0 Gew.-% und ungefähr 2,5 Gew.-% liegt.
44. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 43, dadurch
gekennzeichnet dass der Schlicker eine Viskosität von weniger als ungefähr 0,2 Pa s aufweist, bevorzugt weniger als ungefähr 0,1 Pa s, mehr bevorzugt weniger als ungefähr 0,05 Pa s und am meisten bevorzugt weniger als ungefähr 0,02 Pa s.
45. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 44, wobei die Quelle für das MgO MgTi03, Mg2Ti04, MgTi205 und MgAl204 umfasst, wobei MgTi03 bevorzugt ist.
46. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 45, wobei die Viskosität über einen Zeitraum von mindestens 12 Stunden im Wesentlichen unverändert bleibt.
47. Keramischer Schlicker nach Anspruch 46, wobei die Viskosität über einen Zeitraum von mindestens 24 Stunden im Wesentlichen unverändert bleibt.
48. Keramischer Schlicker nach Anspruch 46 oder 47, wobei die Viskosität über einen Zeitraum von mindestens 48 Stunden im Wesentlichen unverändert bleibt.
49. Keramischer Schlicker nach einem der Ansprüche 19 bis 48, wobei der keramische Schlicker eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 1500 μ8/αη aufweist, bevorzugt weniger als 1000 μ8/αη , mehr bevorzugt von weniger als 800 μ8/αη und am meisten bevorzugt von weniger als 600 μ8/αη aufweist.
50. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers, bei dem
(a) eine brennbare, nicht-keramische Trägerbahn bereitgestellt wird,
(b) die Trägerbahn mit einem keramischen Schlicker getränkt wird, (c) optional Pyrolyse der Trägerbahn
(d) Sintern unter oxidischer und/oder nicht oxidischer Atmosphäre.
51. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-keramische Trägerbahn aus organischem Material ausgewählt wird.
52. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-keramische Trägerbahn aus der Gruppe bestehend aus Papier und Cellulose ausgewählt wird.
53. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach Anspruch 51 , dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-keramische Trägerbahn aus synthetischem Material ausgewählt wird.
54. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach einem der Ansprüche 50 oder 53, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-keramische Trägerbahn aus
Kunststofffasern ausgewählt wird.
55. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach einem der Ansprüche 50 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-keramische Trägerbahn in eine gewünschte geometrische Form gebracht wird.
56. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach einem der Ansprüche 50 bis 55, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Schlicker gemäß einem der Ansprüche 19 bis 49 ausgewählt wird.
57. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers gemäß einem der Ansprüche 50 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Schlicker aufgemahlen wird, bis die gewünschte Partikelgröße erreicht ist.
58. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Bestandteile des keramische Schlicker aufgemahlen werden, bis eine Partikelgrößenverteilung d90 kleiner ungefähr 3,2 μιη erreicht wird, bevorzugt kleiner ungefähr 2,0 μιτι, mehr bevorzugt kleiner ungefähr 1,0 μιη und am meisten bevorzugt kleiner ungefähr 0, 3 μιη.
59. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach Anspruch 57 oder 58, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Bestandteile des keramische Schlicker aufgemahlen werden, bis eine Partikelgrößenverteilung d50 kleiner ungefähr 0,4 μιη erreicht wird, bevorzugt kleiner ungefähr 0,3 μιτι, mehr bevorzugt kleiner ungefähr 0,2 μιη und am meisten bevorzugt kleiner ungefähr 0, 1 μιη.
60. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach einem der Ansprüche 57 bis 59, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Schlicker in einer
Rührwerkskugelmühle aufgemahlen wird.
61. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach einem der Ansprüche 50 bis 60, dadurch gekennzeichnet, dass das Tränken der Trägerbahn mit einem
keramischen Schlicker weniger als ungefähr 10 Minuten umfasst, mehr bevorzugt weniger als ungefähr 5 Minuten, weiter bevorzugt weniger als ungefähr 2 Minuten, noch mehr bevorzugt weniger als ungefähr 1,5 Minuten und am meisten bevorzugt weniger als ungefähr 1 Minute.
62. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach einem der Ansprüche 50 bis 61, dadurch gekennzeichnet, dass die getränkte Trägerbahn, nach dem
Verfahrensschritt (b) abgetropft wird.
63. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass die getränkte Trägerbahn während des Abtropfens gewendet wird.
64. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach Anspruch 62 oder 63, dadurch gekennzeichnet, dass die getränkte Trägerbahn während des Abtropfens zweimal gewendet wird.
65. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach einem der Ansprüche 62 bis 64, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtropfzeit ungefähr weniger als 1 Stunde umfasst, bevorzugt weniger als ungefähr 45 Minuten und am meisten bevorzugt weniger als ungefähr 30 Minuten.
66. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach einem der Ansprüche 50 bis 65, dadurch gekennzeichnet, dass die getränkte Trägerbahn nach dem Abtropfen nach Verfahrensschritt (b) getrocknet wird.
67. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen der getränkten Trägerbahn ungefähr 20 Minuten bis ungefähr 6 Stunden umfasst, bevorzugt ungefähr 40 Minuten bis ungefähr 4 Stunden, am meisten bevorzugt ungefähr 1 bis ungefähr 3 Stunden.
68. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach Anspruch 66 oder 67, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen der getränkten Trägerbahn elektromagnetische Strahlung umfasst, bevorzugt Radiostrahlung oder Mikrowellenstrahlung.
69. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach einem der Ansprüche 66 bis 68, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen der getränkten Trägerbahn das Trocknen in einem Durchlauftrockner umfasst.
70. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach einem der Ansprüche 66 bis 69, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen der getränkten Trägerbahn das Trocknen in einem Trockenschrank umfasst.
71. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach einem der Ansprüche 50 bis 70, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c) die Pyrolyse unter
Inertgasatmosphäre durchgeführt wird
72. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach Anspruch 71, dadurch gekennzeichnet, dass die Inertgasatmosphäre als Bestandteile Stickstoff, Argon und/oder weitere Edelgase, sowie Kombination daraus, umfasst.
73. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach Anspruch 71 oder 72, dadurch gekennzeichnet, dass die Pyrolyse bei einer Temperatur zwischen ungefähr 20 und ungefähr 1000°C. bevorzugt bei ungefähr 1000 °C, durchgeführt wird.
74. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers gemäß den Ansprüchen 71 bis 73, dadurch gekennzeichnet, dass die Pyrolyse für einen Zeitraum zwischen 1 und 10 Stunden, bevorzugt zwischen 2 und 6 Stunden, durchgeführt wird.
75. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers gemäß einem der Ansprüche 50 bis 74, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbrennen im Verfahrensschritt (d) Sintern umfasst.
76. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach Anspruch 75, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintern in oxidierender Atmosphäre erfolgt.
77. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach Ansprüche 75 oder 76, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbrennen eine Maximaltemperatur zwischen ungefähr 1000°C und 2000°C umfasst, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 1200°C und 1800°C, weiter bevorzugt zwischen ungefähr 1300°C und 1600°C und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr 1360°C und 1500°C.
78. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach einem der Ansprüche 50 bis 77, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenschicht auf den starren Filterkörper aufgebracht wird.
79. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Körpers nach einem der Ansprüche 50 bis 78, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten des keramischen Körpers abgesägt werden.
80. Ein keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 18, der durch ein
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 50 bis 79 erhältlich ist.
81. Keramischer Körper nach Anspruch 80, wobei
(i) die Quelle von Aluminium im keramischen Körper A1203 umfasst;
(ii) die Quelle von Titan im keramischen Körper Ti02 umfasst;
(iii) die Quelle von Silicium im keramischen Körper Si02 umfasst;
(iv) die Quelle von MgO im keramischen Körper MgO umfasst; und
(v) optional die Quelle von Calcium im keramischen Körper CaO umfasst.
82. Keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1-18, 80 oder 81, wobei als Quelle von MgO im keramischen Körper, eine Verbindung aus der Gruppe bestehend aus
MgTi03, Mg2Ti04, MgTi205 und MgAl204 ausgewählt wird.
83. Keramischer Körper nach einem der Ansprüche 80 bis 82, wobei als Quelle von Si02 im keramischen Körper eine Glasfritte ausgewählt wird.
84. Keramischer Körper nach Anspruch 83, wobei die Glasfritte eine CaO-Glasfritte ist.
85. Keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 18, sowie 80 bis 84, wobei der keramische Körper einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α vor einer Auslagerung zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 2,0 * 10"6 1/K, bevorzugt zwischen ungefähr -0.5 und ungefähr 1,5 x * 10"6 1/K, weiter bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,2 x * 10" 6 1/K und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 0,6 * 10"6 1/K, in einem Bereich von ungefähr 20°C - 1000°C aufweist.
86. Keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 18, sowie 80 bis 85, wobei der keramische Körper einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α nach Auslagerung unter oxidierenden Bedingungen in einem Messbereich von 20°C - 1000 °C Werte zwischen ungefähr -0,5 * 10"6 und ungefähr 2,0 x 10"6 1/K, bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,5 * 10"6 1/K, weiter bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,2 * 10"6 1/K und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 0,8 * 10"6 1/K oder in einen Bereich von 20°C - 800°C Werte zwischen ungefähr -0,5 * 10"6 und ungefähr 2,0 x 10"6 1/K, bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,2 * 10"6 1/K, weiter bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,0 * 10"6 1/K und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 0,6 * 10"6 1/K aufweist.
87. Keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 18, sowie 80 bis 86, wobei der keramische Körper einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α nach Auslagerung unter reduzierenden Bedingungen in einem Messbereich von 20°C - 1000 °C Werte zwischen ungefähr -0,5 * 10"6 und ungefähr 2,4 x 10"6 1/K, bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 2,0 * 10"6 1/K weiter bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,7 * 10"6 1/K und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,5 * 10"6 1/K oder in einen Messbereich von 20°C - 800°C Werte zwischen ungefähr -0,5 * 10"6 und ungefähr 2,4 x 10"6 1/K, bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,7 * 10"6 1/K weiter bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,5 * 10"6 1/K und am meisten bevorzugt zwischen ungefähr -0,5 und ungefähr 1,0 * 10"6 1/K aufweist.
88. Keramischer Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 18, sowie 80 bis 87 dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der einzelnen Bestandteile des keramischen Körpers 100% ergibt.
89. Verwendung eines keramischen Körpers nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und 80 bis 88 als Partikelfilter.
90. Verwendung eines keramischen Körpers nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und 80 bis 88 als Partikelfilter in einem Heißgasfiltrations- oder
Flüssigkeitsfiltrationsverfahren.
91. Verwendung eines keramischen Körpers nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und 80 bis 88 als Wärmeisolationsmaterial.
92. Verwendung eines keramischen Körpers nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und 80 bis 88 als Katalysator.
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