DE10301959B4

DE10301959B4 - Poröser Körper mit Honigwabenstruktur, dessen Verwendung und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE10301959B4
Application number: DE10301959.6A
Authority: DE
Inventors: Yasushi Noguchi; Yukihisa Wada; Yumi Muroi
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2022-06-09
Anticipated expiration: 2023-01-21
Also published as: JP2003277162A; CN1434001A; BE1018254A3; DE10301959A1; US6803086B2; US20030143370A1; CN1224594C

Abstract

Poröser Körper mit Honigwabenstruktur, der Trennungswände aufweist, welche Cordierit als eine primäre Kristallphase enthalten und eine Porösität von 40 bis 75 % und einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 10 bis 50 µm besitzen, wobei die Porosität und der durchschnittliche Porendurchmesser in einem Mittelteil des Körpers mit Honigwabenstruktur größer sind als diejenigen in einem peripheren Teil des Körpers mit Honigwabenstruktur und sich der Porendurchmesser von dem peripheren Teil zu dem Mittelteil kontinuierlich ändert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen porösen Körper mit Honigwabenstruktur, dessen Verwendung und ein Verfahren für die Herstellung desselben. Im einzelnen bezieht sich diese auf einen porösen Körper mit Honigwabenstruktur, der einen verminderten Druckverlust aufweist, isostatische Festigkeit behält, durch Steuerung der Verteilungen der Porösität und eines Porendurchmessers des Strukturkörpers, auf dessen Verwendung und auf ein Verfahren zur Herstellung des Strukturkörpers. Der poröse Körper mit Honigwabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise insbesondere als ein Teilchenfilter zur Abgasreinigung, und ein Träger für Katalysator verwendet werden.
In letzter Zeit hat der Einfluss von feinteiliger Materie und NOx, das aus einem Automobilmotor, insbesondere einem Dieselmotor oder dergleichen, in die Umwelt entladen wird, zunehmend die Aufmerksamkeit an sich gezogen. Daher sind verschiedene Forschungs- und Entwicklungsarbeiten bezüglich der Verwendung des porösen Körpers mit Honigwabenstruktur als eine wichtige Einrichtung zum Sammeln und Entfernung von derartigen schädlichen Substanzen gemacht worden.
Zum Beispiel ist ein Körper mit Honigwabenstruktur zum Sammeln und Entfernen von feinteiligen Materialien in Abgasen in der Entwicklung, in dem Abgas in individuelle Durchlöcher mit Öffnungen an einer der Endflächen des Körpers mit Honigwabenstruktur, der eine Vielzahl von Durchlöchern umfasst, geströmt wird, welche durch poröse Trennwände abgeteilt sind und dessen Öffnungen an einer Endfläche, an der Abgas in eine Endfläche strömt, an der Abgas hinausströmt, alternierend versiegelt sind, und dieses zwangsläufig deren Trennwände passiert. Eine Entwicklungsarbeit ist auch im Fortschritt, als ein neuer Lösungsansatz, um die Reinigungsfähigkeit von derartigen Substanzen zu verbessern, um einen Katalysator, der aus einem Körper mit Honigwabenstruktur hergestellt ist, bereitzustellen, der aus einer porösen Struktur zusammengesetzt ist, von welcher Trennwände eine hohe Porösität besitzen, auf welche Katalysatoren zum Zersetzen von HC und NOx in einer relativ größeren Menge geladen sind.
Bei Verwendung eines derartigen porösen Körpers mit Honigwabenstruktur, der in einer Metallumhüllung oder dergleichen mittels einer Halterung mit einer fixierten Presskraft eingehaust ist, so dass der Strukturkörper aus der Metallumhüllung unter kontinuierlichen Vibrationen aus einem Motor oder dergleichen nicht versetzt wird. Daher muss der Strukturkörper eine isostatische Festigkeit besitzen, die ermöglicht, dass der Strukturkörper die Presskraft aushält. Insbesondere ist ein Versuch gemacht worden, um die Porösität eines Körpers mit Honigwabenstruktur größer zu machen, wobei auf die Anforderungen bei der Verminderung des Druckverlusts für geringeren Treibstoffverbrauch und höhere Leistung reagiert wird, oder auf den Bedarf nach Erhöhung der geladenen Menge der Katalysatoren zur Verbesserung der Reinigungsfähigkeit. Demgemäß ist es sehr erwünscht worden, einen Körper mit Honigwabenstruktur, der mit einer ausreichenden isostatischen Festigkeit ausgestattet ist, zu haben, wobei der Bedarf nach Erhöhung der Porösität des Körpers mit Honigwabenstruktur erfüllt wird. Im übrigen ist im Fall eines Körpers mit Honigwabenstruktur, der in den Abgasweg eingebaut ist, die Strommenge des Abgases in dem Mittelteil des Körpers mit Honigwabenstruktur entlang der senkrechten Richtung des Abgasrichtung. Daher gibt die Leichtigkeit der Strömbarkeit des Abgases und der zersetzten Menge des HC, NOx oder dergleichen in dem Mittelteil des Körpers mit Honigwabenstruktur in unerwünschter Weise Einfluss auf den Gesamtdruckverlust und die Reinigungsfähigkeit. Folglich ist die Entwicklung der Strukturkörper und Katalysatorkörper mit einer Struktur, die mit den Unterschieden der Verteilung in strömenden Gasen umgehen kann, sehr erwünscht.
Es ist als ein poröser Körper mit Honigwabenstruktur des Stands der Technik ein poröser Körper mit Honigwabenstruktur vorgeschlagen worden, um die vorstehend erwähnten Ziele zu erreichen, der eine verlängerte Haltbarkeitszeit zum Sammeln von teilchenförmigen Materialien aufweist, wobei die Häufigkeit der Regenerationsbehandlung verringert ist, indem der Körper mit Honigwabenstruktur so zusammengesetzt ist, dass er „eine Porösität von 45 bis 60 %, Poren mit einem Porendurchmesser von 100 µm oder mehr in einem Volumen, das 10% oder weniger eines Gesamtvolumens von allen Poren entspricht aufweist, und ein Zusammenhang zwischen einer Gesamtheit von spezifischen Oberflächen (Mm²/g) von allen Poren, die sich auf der Oberfläche des Strukturkörpers öffnen und den Strukturkörper innen durchdringen, und Oberflächenrauhheit (Nµm) auf der Oberfläche des Strukturkörpers von 1000M + 85N ≥ 530“ (siehe Japanisches Patent Nr. 2726616 ) aufweist.
Ferner ist ein poröser keramischer Körper mit Honigwabenstruktur offenbart, mit der gleichen Sammeleffizienz und dem gleichen Druckverlust, indem dieser „eine Porosität von 40 bis 45 % und ein Gesamtvolumen von Poren mit einem Durchmesser von 2 µm oder weniger aufweist, das 0,015 cc/g oder weniger beträgt“ (siehe Japanisches Patent No. 2578176 ).
Zudem ist auch eine Cordierit-Honigwabenstruktur offenbart, die eine hohe Sammelrate, einen kleinen Druckverlust und einen kleinen Koeffizienten der thermischen Expansion gleichzeitig besitzt, indem dieser „einen thermischen Expansionskoeffizienten zwischen 25°C und 800°C von 0,3 × 10^-6°C oder weniger, eine Porosität von 55 bis 80 %, einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 25 bis 40 µm, und kleine Poren, die jeweils einen Durchmesser von 5 bis 40 µm und große Poren, die jeweils einen Durchmesser von 40 bis 100 µm als Poren auf Oberflächen von Trennwänden besitzen, wobei die Zahl der kleinen Poren 5 bis 40 mal so groß wie die Zahl der großen Poren ist“ ( JP-A-9-77573 ).
Die EP 0 834 949 A2 beschreibt einen porösen Körper mit Honigwabenstruktur, der aus einer Mehrzahl einzelner Schichten besteht, die sich in ihren durchschnittlichen Porendurchmessern unterscheiden.
Jedoch hat man hinsichtlich dieser Körper mit Honigwabenstruktur nie in Betracht gezogen, gleichzeitig derartige Eigenschaften wie die Verminderung des Druckverlusts und des Erreichen der isostatischen Festigkeit zu berücksichtigen, welche sich gegenseitig widersprechen, indem die Porenverteilung gesteuert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist angesichts der vorstehenden Probleme vervollständigt worden. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen porösen Körper mit Honigwabenstruktur bereitzustellen, der gleichzeitig die Eigenschaften des Druckverlusts und der isostatischen Festigkeit erfüllen kann, welche sich widersprechende Eigenschaften sind, insbesondere zur Verwendung in einer Abgasreinigungsvorrichtung, die in einer Verbrennungsausrüstung eingebaut ist, geeignet ist, und welche zum Beispiel für eine Strukturkörper zum Sammeln und Entfernen von teilchenförmigen Substanzen verwendbar ist, der in Abgas oder einem Katalysatorkörper zum Zersetzen von HC, NOx und dergleichen enthalten ist, um diese davon zu entfernen, genauso wie ein Verfahren zum Herstellen des porösen Körpers mit Honigwabenstruktur.
Es sind intensive Untersuchungen angestellt worden, um die vorstehenden Probleme zu lösen. Folglich haben die Erfinder zunächst das Phänomen gefunden, dass die Brennschrumpfung eines geformten Honigwabengegenstandes, der ein Cordierit bildendes Rohmaterial als eine Hauptkomponente und Kohlenstoff als ein Poren bildendes Mittel enthält, extrem evident wird, wenn die Produkttemperatur des geformten Gegenstandes innerhalb einer Temperatur von 1000 bis 1200°C ist, aber die Brennschrumpfung des geformten Gegenstandes kaum auftritt, wenn die Temperatur des geformten Gegenstandes außerhalb des vorstehend erwähnten Temperaturbereichs von 1000 bis 1200°C ist.
Dann haben die Erfinder weitere Studien angestellt und herausgefunden, dass ein Körper mit Honigwabenstruktur, der einen großen Porendurchmesser und Porösität in einem Mittelteil aufweist, welche in erheblicher Weise eine Verminderung des Druckverlustes beeinflusst, erhalten werden kann, indem Kohlenstoff als ein Poren bildendes Mittel verwendet wird, und eine Temperaturerhöhungsrate einer Brennumwelt erhöht wird, um so zu verhindern, dass Kohlenstoff in dem Mittelteil des geformten Gegenstandes ausbrennt bis der Mittelteil des geformten Gegenstandes den vorstehend erwähnten Temperaturbereich übersteigt. Die vorliegende Erfindung ist basierend auf der vorliegenden Feststellung vervollständigt worden.
Das heißt gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein poröser Körper mit Honigwabenstruktur bereitgestellt, der Trennwände aufweist, welche Cordierit als eine Primärphase, eine Porösität von 40 bis 75 % und einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 10 bis 50 µm enthalten, wobei die Porösität und der Porendurchmesser in ein Mittelteil des Körpers mit Honigwabenstruktur größer sind als diejenigen in einem peripheren Teil des Körpers mit Honigwabenstruktur und sich der Porendurchmesser von dem peripheren Teil zu dem Mittelteil kontinuierlich ändert. In der vorliegenden Druckschrift bezieht sich der Ausdruck „Mittelteil“ auf einen Mittelpunkt der Zentralachse eines Körpers mit Honigwabenstruktur oder geformten Körpers oder einem Trennwandteil, welcher dem Mittelpunkt am nächsten ist, während der Ausdruck „peripherer Teil“ sich auf den äußersten Trennwandteil von einem Mittelpunkt der Mittelachse eines Körpers mit Honigwabenstruktur oder geformten Gegenstands in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse bezieht. In dem Körper mit Honigwabenstruktur der vorliegenden Erfindung sind die Porosität und der Porendurchmesser im Hinblick auf den „Mittelteil“ definiert. Jedoch kann eine Fläche mit einer größeren Porosität und einem größeren Porendurchmesser als der periphere Teil eine bestimmte Streufläche von dem Mittelteil besitzen. Zusätzlich bedeuten in der vorliegenden Druckschrift die Ausdrücke „Porosität“ und „Porendurchmesser“ die durchschnittliche Porösität und der durchschnittliche Porendurchmesser, wenn nicht anders angegeben.
In der vorliegenden Erfindung ist die Porösität in dem Mittelteil des Körpers mit Honigwabenstruktur vorzugsweise um 2 % oder mehr, weiter bevorzugt um 3 % oder mehr größer als die Porösität in dem peripheren Teil des Körpers mit Honigwabenstruktur, und der Porendurchmesser in dem Mittelteil des Körpers mit Honigwabenstruktur ist vorzugsweise um 2 µm oder mehr, weiter bevorzugt um 3 µm oder mehr größer als der Porendurchmesser in dem peripheren Teil des Körpers mit Honigwabenstruktur.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines porösen Körpers mit Honigwabenstruktur bereitgestellt, welches die folgenden Schritte umfasst:
Herstellen eines geformten Gegenstands mit einer Honigwabenstruktur durch Verwendung einer Tonmischung, die ein Cordierit bildendes Rohmaterial als ein primäres Rohmaterial und Kohlenstoff in einer Menge von wenigstens 5 Massenteilen, basierend auf 100 Massenteilen des Cordierit bildenden Rohmaterials enthält und
Trocknen und Brennen des erhaltenen geformten Körpers, wobei der getrocknete Gegenstand gebrannt wird, indem die Brennumgebungstemperatur mit einer Rate erhöht wird, bei welcher Kohlenstoff, der in einem Mittelteil des Gegenstands existiert, innerhalb einer Temperatur ausgebrannt wird, die von 1200°C bis niedriger als 1430°C im Mittelteil des Gegenstands reicht.
In der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, die Temperatur der Brennumgebung, obwohl abhängig von der Art des verwendeten Kohlenstoffs, gewöhnlich bei einer Rate von 20 bis 60°C/Stunde innerhalb eines Temperaturbereichs von 400 bis 1150°C zu erhöhen.
Ferner wird die Temperatur der Brennumgebung vorzugsweise innerhalb eines Temperaturbereichs von 1150 bis 1200°C für wenigstens 5 Stunden gehalten, nachdem die Temperatur 1150°C erreicht.
Zudem wird in dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung der geformte Gegenstand mit einer Honigwabenstruktur vorzugsweise durch Verwendung einer Tonmischung hergestellt, die wenigstens Kohlenstoff in einer Mengevon 25 Massenteilen oder weniger bezogen auf 100 Massenteile des Cordierit bildenden Rohmaterials enthält, hergestellt. Darüber hinaus wird der geformte Gegenstand mit einer Honigwabenstruktur vorzugsweise durch Verwendung einer Tonmischung hergestellt, die ein formbares Harz in einer Menge von 5 Massenteilen oder weniger bezogen auf 100 Massenteilen des Cordierit bildenden Rohmaterials enthält. Darüber hinaus wird die Atmosphäre in dem Brennofen, in welchem der geformte Gegenstand gebrannt wird, vorzugsweise auf eine Sauerstoffkonzentration von 7 bis 17 Volumenprozent eingestellt, wenigstens wenn die Temperatur der Brennumgebung von 400 bis 1150°C beträgt.
Als nächstes wird anhand von 1 ein Zusammenhang zwischen einer Temperaturerhöhungsrate und einer Porenbildung in einem Brennschritt in dem Verfahren zum Herstellen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. 1 ist ein Diagramm, das den Zustand der Temperatur einer Brennumgebung und die Temperatur eines Mittelteils des Körpers mit Honigwabenstruktur in einem Brennschritt in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In 1 repräsentiert eine durchgezogene Linie die Temperatur des Mittelteils des geformten Gegenstands, und gestrichelte Linien repräsentieren die Temperatur der Brennumgebung. Ferner wurden die Temperaturen des Mittelteils des geformten Gegenstands gemessen, indem ein R-Thermopaar in ein Durchloch geschoben wurde und das R-Thermopaar in dem Mittelteil des geformten Gegenstandes gestellt wurde.
Wie in 1 gezeigt, das ein Beispiel zeigt, bei dem Graphit als eine Kohlenstoffquelle verwendet wird, wird in dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung, wenn die Temperatur der Brennumgebung eine Temperatur erreicht, welcher Kohlenstoff, das ein Poren bildendes Mittel enthält, brennen kann, das heißt ungefähr 600°C in 1, eine Temperatur eines Mittelteils eines geformten Gegenstandes höher als die Umgebungstemperatur. Dies gibt an, dass der Kohlenstoff, der als ein Poren bildendes Mittel enthalten ist, anfängt zu brennen und die Temperatur innerhalb des geformten Gegenstandes dadurch erhöht wurde. Wenn die Temperatur des geformten Gegenstandes 1000 bis 1200°C erreicht, indem die Umgebungstemperatur weiter erhöht wird, wird die Brennschrumpfung des geformten Gegenstandes, das ein Cordierit bildendes Rohmaterial umfasst, am meisten bemerkbar, obwohl ein derartiges Phänomen in dem Diagramm nicht offensichtlich wurde.
An diesem Punkt, wenn Kohlenstoff bereits ausgebrannt wurde und Poren bereits in der Honigwabenstruktur gebildet wurden, schrumpft der Porendurchmesser, der in der Honigwabenstruktur gebildet wurde, aufgrund der Brennschrumpfung. Wenn der Kohlenstoff noch wie in dem Beispiel, das in 1 gezeigt wird, verbleibt, schreitet das Brennen jedoch unter Beibehaltung der Durchmesser der Poren bei den Kohlenstoffdurchmesser voran. Wenn die Temperatur des geformten Gegenstands ferner 1200°C unter Erhöhung der Brennumgebungstemperatur übersteigt, wird die Brennschrumpfung des geformten Gegenstands klein. Wenn darüber hinaus Kohlenstoff vollständig bei diesem Punkt ausgebrannt ist, werden Poren gebildet, die im wesentlichen den Durchmessern entsprechen, die ursprünglich durch Kohlenstoff geschaffen wurden. Somit können die so gebildeten Poren größere Durchmesser besitzen, verglichen mit dem Durchmesser der Poren, die als Geschrumpfte aufgrund des Hinausbrennens von Kohlenstoff unterhalb der Temperatur von 1000°C gebildet worden sind.
Wenn Kohlenstoff in dem geformten Gegenstand in einem bestimmten Teil ausgebrannt wurde, verringert sich die Temperatur desjenigen Teils des geformten Gegenstandes scharf auf die Umgebungstemperatur oder darunter. Das heißt, wenn der Teil der Mittelteil des geformten Gegenstandes ist, kann man das Auftreten eines Peaks bzw. Spitzenwerts bei einer Temperatur von 1200 bis 1300°C, wie in 1 gezeigt, beobachten. Das heißt, wenn eine innere Temperatur des geformten Gegenstandes, bei welcher eine derartig scharfe Temperaturänderung, wie vorstehend erwähnt, auftritt, 1000 bis 1200°C der Umgebungstemperatur überlappt, bei welcher die Brennschrumpfung des geformten Gegenstandes am stärksten bemerkbar beobachtbar ist, wird die Brennschrumpfung verstärkt. Folglich werden Risse in der Struktur aufgrund der Brennschrumpfung beobachtet.
Daher können in der vorliegenden Erfindung, da die zuvor erwähnte Peaktemperatur, das heißt die innere Temperatur des geformten Gegenstandes zur Zeit, wenn Kohlenstoff, der in dem Mittelteil des geformten Gegenstandes vorhanden ist, ausgebrannt wird, derart gesteuert wird, dass diese 1200°C übersteigt, indem die Temperaturerhöhungsgrate der Brennumgebung gesteuert wird, Poren der Honigwabenstruktur, die in deren Mittelteil vorhanden sind, einen Durchmesser aufweisen, der demjenigen des Kohlenstoffs entspricht, der in dem Mittelteil vorhanden war, ohne dass Risse aufgrund von Brennschrumpfung verursacht werden.
Ferner wird Kohlenstoff, der in einem peripheren Teil des geformten Gegenstandes vorhanden ist, wobei der Teil in einer stärker aeroben Umgebung ist, leichter ausgebrannt, als Kohlenstoff, der in einem zentralen Teil, der den Mittelteil einschließt, vorhanden ist, und wird häufig bei einer relativ niedrigen Temperatur ausgebrannt und bildet Poren. So schrumpfen deren Durchmesser häufig aufgrund der nachfolgenden Brennschrumpfung. Demgemäß werden häufig der Unterschied der Porösität und des Porendurchmessers zwischen dem zentralen Teil und dem periphären Teil beobachtet.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das veranschaulicht, wie sich die Temperatur eines Mittelteils eines geformten Gegenstandes und die Temperatur einer Brennumgebung in einem Brennschritt in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhöhte.
2 ist eine erläuternde schematische Ansicht, um Stellen zu zeigen, bei welchen die Porösität und der Porendurchmesser eines porösen Körpers mit Honigwabenstruktur in den Beispielen und Vergleichsbeispielen gemessen wurden.
3 ist ein Diagramm, das veranschaulicht, wie sich die Temperatur der Mittelteile der geformten Gegenstände und die Temperatur einer Brennumgebung in den Brennschritten in den Beispielen und Vergleichsbeispielen erhöhte.
4 ist ein Diagramm, das veranschaulicht, wie sich die Temperatur der Mittelteile von geformten Gegenständen und die Temperatur einer Brennumgebung in den Brennschritten in Beispielen und Vergleichsbeispielen erhöhte.
5 ist eine erläuternde schematische Ansicht, um Stellen zu zeigen, bei welchen die Porösität und der Porendurchmesser eines porösen Körpers mit Honigwabenstruktur in Beispiel 1 gemessen wurden.
6 ist ein Diagramm, dass die Ergebnisse der Messung der Porösität des porösen Körpers mit Honigwabenstruktur in Beispiel 1 bei verschiedenen Stellen zwischen dem Mittelteil und dem peripheren Teil zeigt.
7 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung des Porendurchmessers des porösen Körpers mit Honigwabenstruktur in Beispiel 1 bei verschiedenen Stellen zwischen dem Mittelteil und dem peripheren Teil zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben werden.
1. Poröser Körper mit Honigwabenstruktur
Der vorliegende poröse Körper mit Honigwabenstruktur bezieht sich auf einen porösen Körper mit Honigwabenstruktur, der Trennwände aufweist, die Cordierit als eine primäre Kristallphase enthalten und eine Porosität von 40 bis 75 % und einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 10 bis 50 µm besitzen, und dieser besitzt einen derartig charakteristischen Punkt, dass die Porösität und der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwände in dem Mittelteil des Körpers mit Honigwabenstruktur größer sind als die Porösität und der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwände in dem peripheren Teil des Körpers mit Honigwabenstruktur, und sich der Porendurchmesser von dem peripheren Teil zu dem Mittelteil kontinuierlich ändert. Die Verminderung des Druckverlustes und die Verbesserung der Reinigungsfähigkeit kann effektiv erhalten werden, wobei die isostatische Festigkeit erhalten wird, die zur Zeit des Haltens des Strukturkörpers in einer Umhüllung benötigt wird, in dem so verfahren wird. Das heißt, man stellt einen Körper mit Honigwabenstruktur her, der eine größere isostatische Festigkeit und einen höheren Widerstand nicht nur gegen den Bruch der peripheren Wände aufgrund des physikalischen Stoßes aufweist, welcher diesem durch Zufall gegeben wird, wenn der Körper mit Honigwabenstruktur in einer Umhüllungsperiode eingehaust wird, aber auch der Stoß aufgrund der Vibration nach Umhausung, verglichen mit derjenigen mit dem gleichen Porendurchmesser, aber ohne praktische Differenz in dem Porendurchmesser zwischen dem peripheren Teil und dem Mittelteil, da der Porendurchmesser und die Porösität des peripheren Teils kleiner sind als diejenigen in dem Mittelteil.
In der vorliegenden Erfindung wird die Porösität der Trennwand innerhalb eines Bereichs von 40 bis 45 % eingestellt, da eine Zunahme des Druckverlustes beträchtlich ist, wenn diese unterhalb 40 % beträgt, und andererseits eine Verminderung der isostatischen Festigkeit beträchtlich ist, wenn diese 75 % übersteigt. Aus diesem Grund betragen in der vorliegenden Erfindung die Porösitäten von allen Trennwänden vorzugsweise 50 bis 75 %, weiter bevorzugt 57 bis 70 %, insbesondere bevorzugt 65 bis 70 %.
Ferner sollte man in der vorliegenden Erfindung die Porösität der Trennwände in dem Mittelteil des Körpers mit Honigwabenstruktur um vorzugsweise wenigstens 2 % größer machen als die Porösität der Trennwände in dem peripheren Teil des Körpers mit Honigwabenstruktur, weiter bevorzugt wenigstens 3 %, insbesondere wenigstens 5 % im Bezug auf den absoluten Wert, wodurch der Effekt der Verminderung des Druckverlustes bemerkbar wird. Das heißt, die Porösität in dem Mittelteil beträgt 52 bis 72 %, vorzugsweise 55 bis 73 %, weiter bevorzugt 68 bis 75 %. Sobald die Porösität des Körpers mit Honigwabenstruktur als ein ganzes innerhalb des vorstehend erwähnten Bereichs ist, sollte jedoch eine kleine Abweichung von den vorstehend erwähnten Zahlen aufgrund der Herstellungsbedingungen noch innerhalb des erlaubten Niveaus der vorliegenden Erfindung sein.
Ferner ist es in der vorliegenden Erfindung nicht besonders begrenzt, wie die Porosität sich von dem peripheren Teil zu dem Mittelteil ändert. Jedoch ist es bevorzugt, dass die Porösität sich vorzugsweise kontinuierlich von dem peripheren Teil zu dem Mittelteil ändert. Dies ist, da man einen Körper mit Honigwabenstruktur herstellen kann, der einen hohen thermischen Widerstand und einen hohen Stoßwiderstand besitzt, indem die Porösität kontinuierlich geändert wird. Ferner ist es in diesem Fall bevorzugt, dass die sich ändernde Menge der Porösität in dem Teil bis zu den Trennwänden, die eine Serie von Zellen bilden, die bei der Ein-Drittel-Position des Abstandes von der äußersten Peripherie zu der Zentralachse des Körpers mit Honigwabenstruktur lokalisiert sind, vorzugsweise 30 % oder mehr, insbesondere bevorzugt 50 % oder mehr der sich insgesamt ändernden Menge der Porösität zwischen der äußersten Peripherie und der Mitte des Körpers mit Honigwabenstruktur teilt, vom Gesichtspunkt der effektiven Verminderung des Druckverlustes.
Mittlerweile wird in der vorliegenden Erfindung der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwände innerhalb eines Bereichs von 10 bis 50 µm gesteuert. Dies ist, da eine Zunahme des Druckverlustes wahrscheinlich früh aufgrund des Verstopfens von Poren auftritt, wenn der durchschnittliche Porendurchmesser unterhalb 10 µm ist, aber eine Verminderung der Sammlungseffizienz von Teilchen beträchtlich wird, während diese 50 µm übersteigt. Aus diesem Grund beträgt in der vorliegenden Erfindung der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwände vorzugsweise 15 bis 40 µm , weiter bevorzugt 20 bis 35 µm, insbesondere bevorzugt 25 bis 30 µm.
Ferner ist in der vorliegenden Erfindung der Porendurchmesser der Trennwände in dem Mittelteil des Körpers mit Honigwabenstruktur um wenigstens 2 µm, weiter bevorzugt wenigstens 3 µm, insbesondere bevorzugt wenigstens 5 µm größer als der Porendurchmesser der Trennwände in dem am meißten äußeren peripheren Teil des Körpers mit Honigwabenstruktur. Dies ist, da der Effekt des Vermindern des Druckverlustes bemerkbar wird, indem der Porendurchmesser wie vorstehend erwähnt zusammengesetzt ist. Das heißt der Porendurchmesser in dem Mittelteil beträgt 12 bis 52 µm, vorzugsweise 17 bis 42 µm, weiter bevorzugt 25 bis 37 µm. Soweit der durchschnittliche Porendurchmesser des Körpers mit Honigwabenstruktur als ein Ganzes innerhalb des vorstehend erwähnten Bereichs ist, sollte jedoch eine kleine Abweichung von den vorstehend erwähnten Zahlen aufgrund der Herstellungsbedingungen noch innerhalb des erlaubbaren Niveaus in der vorliegenden Erfindung sein.
Der Porendurchmesser ändert sich von dem peripheren Teil zu dem Mittelteil kontinuierlich. Dadurch erreicht man einen hohen thermischen Widerstand und einen hohen Stoßwiderstand. Ferner ist es in diesem Fall bevorzugt, die Änderung des durchschnittlichen Porendurchmessers in dem Teil, der zwischen den Trennwänden des äußersten peripheren Teils und den Trennwänden, die eine Serie von Zellen bilden, die bei Ein-Drittel-Positionen des Abstandes von der äußersten Peripherie der Zentralachse des Körpers mit Honigwabenstruktur angeordnet sind, 30 % oder mehr als die Änderung als ein Ganzes zu machen; weiter bevorzugt, die Änderung in diesem Teil größer als bevorzugt zu machen, insbesondere bevorzugt 50 % oder mehr größer als die Änderung als ein Ganzes, von dem Gesichtspunkt der effektiven Verminderung des Druckverlustes. Ferner sind in der vorliegenden Erfindung die Zusammensetzung der Trennwand nicht besonders begrenzt, bis darauf, dass dessen wesentliche Komponente Cordierit ist. Cordierit kann orientiertes Cordierit, unorientiertes Cordierit, α-kristallines Cordierit, β-kristallines Cordierit oder dergleichen sein.
Ferner können die Trennungswände auch andere Kristallphasen, wie etwa Mullit, Zirkon, Aluminiumtitanat, tongebundenes Siliciumcarbid, Zirkoniumoxid, Spinel, Indialit, Sapphirin, Korund und Titandioxid, enthalten. Diese Kristallphasen können allein oder in Kombination aus zwei oder mehreren gleichzeitig enthalten sein.
Jedoch beträgt in der vorliegenden Erfindung ein thermischer Expansionskoeffizient von Rohmaterialien, die die Trennwände zusammensetzen, vorzugsweise 1,0 × 10 ^-6/°C oder weniger bei einer Temperatur zwischen 40°C und 800°C, von dem Standpunkt der Verbesserung des Stoßwiderstands unter einer erhöhten Temperatur während der Verwendung bei einer höheren Temperatur.
Zudem ist in der vorliegenden Erfindung die Gestalt des Körpers mit Honigwabenstruktur auch nicht besonders begrenzt und kann zum Beispiel ein Zylinder mit zirkulären oder ovalen Endoberflächen, ein Prisma mit Endoberflächen mit der Gestalt eines Polygons, wie etwa eines Dreiecks und eines Rechtecks, oder der Zylinder oder das Prisma, dessen Seiten in der Gestalt eines Knicks gebogen sind, sein. Ferner ist die Gestalt des Durchloches auch nicht besonders begrenzt, dessen Querschnitt kann eine polygonale Gestalt, wie etwa ein Quadrat oder ein Achteck, eine zirkuläre Gestalt oder eine ovale Gestalt sein.
Ferner kann man einen Honigwabenfilter aus dem Körper mit Honigwabenstruktur der vorliegenden Erfindung herstellen, indem an verschiedenen Endflächen alternierend eine Vielzahl von Durchlöchern mit Öffnungen verstopft werden. In diesem Fall gibt es keine besondere Begrenzung des Verstopfungsmittels zum Verstopfen der Öffnungen, und es kann jedes beliebige herkömmlich verwendbare Verstopfungsmittel sein.
Man kann einen monolithischen Katalysatorkörper aus dem Körper mit Honigwabenstruktur der vorliegenden Erfindung herstellen, indem die Trennwände des Körpers mit einem Katalysator beladen werden. In dem Fall, dass der Körper mit Honigwabenstruktur als ein Träger für einen Katalysatorkörper verwendet wird, ist es bevorzugt, einen Körper mit Honigwabenstruktur zu haben, der eine Zelldichte von 6 bis 1500 Zellen/inch² (0,9 bis 233 Zellen/cm²) und eine Trennwanddicke von 50 bis 300 µm aufweist. Zusätzlich beträgt die Länge des Honigwabenträgers in dessen axialer Richtung, d.h. die Strömungsrichtung des Abgases gewöhnlicherweise 60 bis 300 mm, vorzugsweise 100 bis 250 mm.
Man kann eine Adsorptionsschicht auf dem Honigwabenträger bilden. Ein Adsorptionsmittel, wie etwa Aluminiumoxid mit einer hohen spezifischen Oberfläche oder diejenige, die Zeolith als eine Hauptkomponente enthält, wird gewöhnlicherweise bevorzugt verwendet. Es gibt keine besondere Begrenzung beim Zeolith, und folglich können sowohl natürlich vorkommender Zeolith oder synthetischer Zeolith verwendet werden. Es ist jedoch bevorzugt, denjenigen mit einem Si/Al-Verhältnis von 40 oder mehr vom Standpunkt der thermischen Stabilität, der Haltbarkeit und der Hydrophobizität zu verwenden. Man kann vorzugsweise zum Beispiel ZSM-5, USY, β-Zeolith, Silicalit, Metarosilicat oder dergleichen verwenden.
Die Katalysatorkomponente(n) können direkt auf den Körper mit Honigwabenstruktur oder über die adsorbierende Schicht geladen werden.
Der vorstehend beschriebene poröse Körper mit Honigwabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann durch ein Verfahren hergestellt werden, welches nachstehend beschrieben werden wird oder durch andere Verfahren.
2. Verfahren zum Herstellen des porösen Körpers mit Honigwabenstruktur
In einem Verfahren zum Herstellen des porösen Körpers mit Honigwabenstruktur der vorliegenden Erfindung wird zunächst ein geformter Körper mit einer Honigwabenstruktur durch Verwendung einer Tonmischung, die Cordierit bildendes Rohmaterial als ein Hauptrohmaterial und wenigstens Kohlenstoff als ein porenbildendes Mittel enthält, hergestellt.
Als ein Cordierit bildendes Rohmaterial, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, werden gewöhnlich diejenigen im allgemeinen verwendet, welche erhalten werden, indem eine Siliciumdioxid (SiO₂) Quellenkomponente, wie etwa Kaolin, Talk, Quartz, geschmolzenes Siliciumdioxid oder Mullit, eine Magnesiumoxid (MgO) Quellenkomponente, wie etwa Talk oder Magnesit, und eine Aluminiumoxid (AL₂O₃) Quellenkomponente, wie etwa Kaolin, Aluminiumoxid oder Aluminiumhydroxid, vermischt werden, um so die theoretische Zusammensetzung eines Cordieritkristalls zu erreichen. Jedoch können für einige Anwendungen diejenigen auch verwendet werden, dessen Zusammensetzungen freiwillig von der theoretischen Zusammensetzung variieren oder diejenigen, welche Glimmer, Quartz, Fe₂O₃, CaO, Na₂O oder K₂O als eine Verunreinigung enthalten. Alternativ können auch diejenigen verwendet werden, die gesteuerte Typen, Verhältnisse oder Teilchendurchmesser von Konstituenten aufweisen, während die theoretische Zusammensetzung beibehalten wird, um so die Porösität und den durchschnittlichen Porendurchmesser eines Strukturkörpers zu steuern, der erhalten wird.
Veranschaulichungsbeispiele von Kohlenstoff, der als ein porenbildendes Mittel in der vorliegenden Erfindung enthalten ist, beinhalten Graphit und aktivierten Kohlenstoff. Graphit kann als ein porenbildendes Mittel verwendet werden, welcher bei 600 bis 1200°C gebrannt wird, und aktivierter Kohlenstoff kann als ein porenbildendes Mittel verwendet werden, welcher bei 400 bis 1200°C gebrannt wird. Ferner ist in der vorliegenden Erfindung Kohlenstoff in die Tonmischung in einer Menge von 5 % oder mehr Massenprozent eingebaut, weiter bevorzugt 7 % oder mehr Massenprozent, insbesondere bevorzugt 10 Massenprozent oder mehr. Wenn die Menge an Kohlenstoff, das als ein porenbildendes Mittel eingebaut ist, unterhalb 5 Massenprozent ist, ist es schwierig, zu verursachen, dass Kohlenstoff in dem Zentralteil des geschmolzenen Gegenstandes, der bei 1200°C oder höher gebrannt wird, enthalten ist, sogar wenn eine Temperaturerhöhungsrate zur Zeit des Brennens gesteuert wird, wodurch derartige Probleme verursacht werden, dass die Porösität und der durchschnittliche Porendurchmesser in dem Mittelteil des Strukturkörpers nicht größer gemacht werden kann, verglichen mit demjenigen in dem peripheren Teil des Strukturkörpers.
Folglich treten häufig aufgrund der Brennschrumpfung Risse in dem Honigwabenstrukturkörper auf.
Jedoch wird, wenn dielektrisches Trocknen in einem Trocknungsschritt durchgeführt wird, Kohlenstoff vorzugsweise in einer Menge von 25 Massenprozent oder weniger, weiter bevorzugt 23 Massenprozent oder weniger, insbesondere bevorzugt 21 Massenprozent oder weniger eingebaut, um so eine exzessive Leitfähigkeit zu verhindern.
In der vorliegenden Erfindung können auch andere Materialien als ein porenbildendes Mittel eingebaut werden. Veranschaulichungsbeispiele von derartigen Materialien beinhalten ein schäumbares Harz, ein geschäumtes Harz, Weizenmehl, Stärke, Phenolharz, ein Polymethylmethacrylat, ein Polyethylen und ein Polyethylenterephthalat.
Da von diesen das geschäumte Harz, wie etwa eine Mikrokapsel anfangs hohl ist, ist es bevorzugt, dass ein hochporöser Körper mit Honigwabenstruktur mit der Verwendung einer kleinen Menge davon erhalten werden kann.
Wenn jedoch ein schäumbares Harz, welches bei einer niedrigeren Temperatur als Kohlenstoff ausgebrannt wird, in einer großen Menge zugegeben wird, werden Poren bei einer relativ niedrigen Temperatur gebildet, wenn die Temperatur erhöht wird, und es wird eine Umgebung, in welcher Kohlenstoff leicht verbrennt, gebildet, so dass es schwierig wird, eine Temperaturerhöhungsrate zu steuern. Daher wird das schäumbare Harz vorzugsweise in eine Tonmischung in einer Menge von unterhalb 5,0 Massenprozent, weiter bevorzugt 3,0 Massenprozent oder weniger eingebaut.
In der vorliegenden Erfindung können, sofern benötigt, andere Zusatzstoffe wie etwa Bindemittel und ein Dispergiermittel, in eine Tonmischung eingebaut werden.
Veranschaulichungsbeispiele des Bindemittels beinhalten Hydroxypropylmethylcellulose, Methylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxylmethylcellulose, und einen Polyvinylalkohol. Veranschaulichungsbeispiele des Dispergiermittels beinhalten Ethylenglycol, Dextrin, eine Fettsäureseife, und einen Polyalkohol. Diese Zusatzstoffe können allein oder in Kombination von zwei oder mehreren gemäß den Zwecken verwendet werden.
In der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Tonmischung nicht besonders begrenzt. Zum Beispiel kann eine Tonmischung hergestellt werden, indem 5 bis 40 Massenteile des ganzen porenbildenden Mittels einschließlich Kohlenstoff, 10 bis 40 Massenteile Wasser, und optional 3 bis 5 Massenteile Bindemittel und 0,5 bis 2 Massenteile eines Dispergiermittels zu 100 Massenteile Cordierit bildendes Rohmaterial gegeben werden und diese Materialien zusammengeknetet werden.
Ferner kann man als ein Verfahren zum Herstellen eines geformten Gegenstandes mit einer Honigwabenstruktur mit Verwendung von einer so erhaltenen Tonmischung zum Beispiel Extrusionsformen, Einspritzformen oder Pressformen anwenden. Von diesen ist das Extrusionsformen bevorzugt, da dies kontinuierliches Formen erleichtert und verursachen kann, dass Cordieritkristalle sich orientieren, um so dem geformten Gegenstand eine niedrige thermische Ausdehnbarkeit zu verleihen.
Als ein Verfahren zum Trocknen des geformten Gegenstandes kann zum Beispiel Heißlufttrocknen, Mikrowellentrocknen, dielektrisches Trocknen, Trocknen unter reduziertem Druck, Vakuumtrocknen oder Gefriertrocknen verwendet werden. Insbesondere ist es bevorzugt, den geformten Gegenstand in einem Trocknungsschritt zu trocknen, der eine Kombination aus Heißlufttrocknen und Mikrowellentrocknen oder dielektrischen Trocknen umfasst, da der ganze geformte Gegenstand schnell und gleichförmig getrocknet werden kann.
Dann wird in der vorliegenden Erfindung der getrocknete Gegenstand gebrannt, indem eine Brennumgebungstemperatur mit einer Rate erhöht wird, bei welcher Kohlenstoff, der in einem Mittelteil des geformten Gegenstandes existiert, innerhalb einer Temperatur ausgebrannt wird, die von 1200°C (inklusiv) bis 1430°C (nicht inklusiv) als eine Temperatur des Mittelteils des geformten Gegenstandes reicht.
Wie vorstehend beschrieben, besitzen bei einer Temperaturerhöhungsrate, bei welcher Kohlenstoff, der in dem Mittelteil des geformten Gegenstandes existiert, bei einer Temperatur unterhalb 1200°C ausgebrannt wird, Poren der Trennungswände in den Mittel- und peripheren Teilen eines Strukturkörpers, der erhalten wird, den gleichen Durchmesser oder es treten Risse aufgrund der Brennschrumpfung in dem Strukturkörper auf, so dass der Strukturkörper, der erhalten wird, nicht als ein Strukturkörper verwendet werden kann. Andererseits werden bei einer Temperaturerhöhungsrate, bei welcher Kohlenstoff, der in dem Mittelteil des geformten Gegenstandes existiert, sogar bei einer Temperatur, die 1430°C übersteigt, nicht vollständig ausgebrannt wird, Cordierit zusammensetzende Trennwände geschmolzen, wodurch Verstopfen von Poren verursacht wird oder aufgrund von Brennen Risse der Trennwände in dem erhaltenen Strukturkörper verursacht werden.
Um die Umgebungstemperaturerhöhungsrate zu bestimmen, um so Kohlenstoff, der in dem Mittelteil des geformten Gegenstandes existiert, bei einer Temperatur von 1200°C bis unterhalb 1430°C als eine Temperatur des Mittelteils des geformten Gegenstandes zu brennen, musste diese bestimmt werden, indem alle derartigen Faktoren, wie der Gehalt an Kohlenstoff, der Gehalt an Sauerstoff in der Brennumgebung, Typen und Gehalte von derartigen porenbildenen Mittel und die Größe des geformten Gegenstandes eingehend betrachtet wurden.
Wenn der Gehalt an Kohlenstoff zum Beispiel gering ist, muss eine Umgebungstemperaturerhöhungsrate bis die Temperatur des Mittelteils des geformten Gegenstandes wenigstens 1200°C erreicht, schnell sein, da es wahrscheinlich ist, dass der ganze Kohlenstoff ausgebrannt wird, bevor die Temperatur des Mittelteils des geformten Gegenstands 1200°C erreicht. In ähnlicher Weise, wenn der Gehalt an Sauerstoff in der Brennumgebung reich ist, wird die Umgebungstemperaturerhöhungsrate auch schnell sein, bis die Temperatur des Mittelteils des geformten Gegenstands wenigstens 1200°C erreicht, da Ausbrennen des Kohlenstoffs beschleunigt wird.
Wenn andererseits der geformte Gegenstand, der gebrannt wird, eine große Größe besitzt, muss die Umgebungstemperaturerhöhungsrate bis die Temperatur des Mittelteils des geformten Gegenstands wenigstens 1200°C erreicht, langsam sein, da eine Sauerstoffmenge, die in dem Mittelteil zugeführt wird, klein ist.
Wenn inzwischen ein anderes porenbildendes Mittel, wie etwa schäumbares Harz enthalten ist, beträgt eine Temperatur, bei welcher das formbare Harz ausgebrannt wird, 300 bis 400°C, welches geringer als eine Temperatur ist, bei welcher Kohlenstoff ausgebrannt wird. Daher werden bei einer Temperatur, bei welcher Kohlenstoff anfängt zu brennen, Poren bereits aufgrund des Ausbrennens des schäumbaren Harzes gebildet, und eine Umgebung, in welcher Ausbrennen des Kohlenstoffs beschleunigt werden kann, wird bereits gebildet. Wenn demgemäß ein anderes porenbildendes Mittel, wie etwa das schäumbare Harz oder dergleichen enthalten ist, muss, je größer der Gehalt des porenbildendes Mittels ist, desto schneller die Umgebungstemperaturerhöhungsrate sein. In der Tat kann man einen geformten Gegenstand brennen, indem eine geeignete Umgebungstemperaturerhöhungsrate innerhalb eines Bereichs von 20 bis 60°C/Stunde gewählt wird, wobei man die Größe des gebrannten geformten Gegenstandes, die Art, die Menge oder dergleichen des porenbildenden Mittels in Betracht zieht.
Wenn zum Beispiel im einzelnen ein Körper mit Honigwabenstruktur, der eine Porosität von 57 bis 61 % und eine Größe von Ø 190,5 mm × L203,2 mm bis ∅ 266,7 mm × L305,0 mm besitzt, durch Verwendung eines Rohmaterials, das 10 Massenteile aktivierten Kohlenstoff und 2 Massenteile schäumbares Harz, basierend auf 100 Massenteilen Cordierit bildendes Rohmaterial, enthält, hergestellt wird, wird vorzugsweise ein geformter Gegenstand vorzugsweise bei einer Umgebungstemperaturerhöhungsrate zwischen 400°C und 1150°C von 30 bis 35°C/Stunde (wenn der geformte Gegenstand bei der gleichen Temperaturerhöhungsrate gebrannt wird) gebrannt. Wenn ferner ein Körper mit Honigwabenstruktur, der eine größere Größe von ∅ 305,0 mm × L356,0 mm hergestellt wird, wird vorzugsweise ein geformter Gegenstand bei einer Umgebungstemperaturerhöhungsrate zwischen 400°C und 1150°C von 20 bis 30°C/Stunde gebrannt.
Ferner wird zum Beispiel, wenn ein Körper mit Honigwabenstruktur, der eine Porosität von 65 bis 70 % und eine Größe von ∅ 144,0 mm × L152,0 mm durch Verwendung eines Rohmaterials hergestellt wird, das 10 Massenteile aktivierten Kohlenstoff und 2,2 bis 2,6 Massenteile formbares Harz, basierend auf 100 Massenteilen Cordierit bildendes Rohmaterial, enthält, der geformte Gegenstand vorzugsweise bei einer Umgebungstemperaturerhöhungsrate zwischen 400°C und 1150°C von 50 bis 90°C/Stunde gebrannt (wenn der geformte Gegenstand bei der gleichen Temperaturerhöhungsrate gebrannt wird). Wenn zudem Graphit als ein Poren bildendes Mittel anstelle des aktivierten Kohlenstoffs verwendet wird, kann die vorstehende Temperaturerhöhungsrate auf Umgebungstemperaturen von 400°C bis 1150°C oder von 600°C bis 1150°C angewendet werden.
Ferner können Änderungen der Porosität und des durchschnittlichen Porendurchmessers von der äußersten Peripherie zu der zentralen Achse nahe der äußersten Peripherie groß gemacht werden, indem die Umgebungstemperaturerhöhungsrate schnell gemacht wird und können graduell von dem peripheren Teil zu dem Mittelteil gemacht werden, indem die Umgebungstemperaturerhöhungsrate langsam gemacht wird.
Beispiele
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung ferner anhand von Beispielen beschrieben werden. Jedoch soll die vorliegende Erfindung nicht durch diese Beispiele auf irgendeine Weise begrenzt sein.
1. Bewertungsverfahren
Körper mit Honigwabenstruktur, die in den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen erhalten wurden, wurden gemäß dem folgenden Verfahren bewertet.
(1) Porendurchmesser
Wie in 2 gezeigt wurden ein Porendurchmesser eines Trennwandteils (nachstehend als „Mittelteil“ bezeichnet), der an einem Mittelpunkt A einer Zentralachse X eines Körpers mit Honigwabenstruktur lokalisiert war, oder an einer Position, die dem Mittelpunkt am nächsten war, und ein Porendurchmesser einer Trennwand (nachstehend als „peripherer Teil“ bezeichnet), der an einer Position B lokalisiert war, welche von dem Mittelpunkt in einer Richtung senkrecht zu der Zentralachse am äußersten war, durch Verwendung eines Quecksilbereinspritzporösimeters, das durch Mikromeritics Corporation hergestellt wurde, gemessen.
(2) Porosität
Ein Gesamtvolumen von Poren in den Mittel- und peripheren Teilen des Körpers mit Honigwabenstruktur wurde durch Verwendung des Quecksilbereinspritzporösimeters gemessen, das durch Mikromeritics Corporation hergestellt wurde, und die Porosität wurde aus dem gesamten Porenvolumen mit einer absoluten spezifischen Dichte von Cordierit von 2,52 g/cc berechnet.
(3) Rußsammeldruckverlust
Zunächst wurde gegen beide Endoberflächen von jedem der Körper mit Honigwabenstruktur, die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen erhalten wurde, ein Ring mit einem internen Durchmesser von ∅ 215 mm gepresst, und durch die Ringe Ruß, das durch einen Rußgenerator erzeugt wurde, in einem Bereich von ∅ 215,0 mm des Körpers mit Honigwabenstruktur geströmt wurde, um 33 g Ruß zu sammeln. Dann wurde Luft mit 6,2 Nm³/min geströmt, wobei der Ruß auf dem Strukturkörper gesammelt wurde, und eine Differenz des Drucks zwischen beiden Seiten des Strukturkörpers wurde gemessen, um einen Druckverlust des Strukturkörpers, der den darauf gesammelten Ruß aufwies, zu bewerten.
(4) Isostatische Festigkeit
Zunächst wurden beide Seiten des Körpers mit Honigwabenstruktur mit einer Metallplatte bedeckt, die den gleichen Durchmesser besaß wie diejenige des Körpers mit Honigwabenstruktur, die Metallplatten wurden mit einem Kautschukrohr befestigt, der den gleichen Durchmesser wie derjenige des Körpers mit Honigwabenstruktur aufwies, und ein Kautschukband wurde auf und um die Kautschukrohre angewendet, um den Strukturkörper gegen den Eintritt von Wasser zu versiegen. Dann wurde der so versiegelte Körper mit Honigwabenstruktur in Wasser eingetaucht, ein Wasserdruck wurde erhöht bis der Strukturkörper gebrochen war, und die isostatische Festigkeit (Mpa) wurde basierend auf dem Wasserdruck, bei welchem der Strukturkörper gebrochen war, bewertet.
(5) Das Feststellungsverfahren zum Erhöhen des Verhältnisses von Druckverlust
Jeder der Katalysatorkörper, der hergestellt wurde, indem die jeweiligen Körper mit Honigwabenstruktur, die im Beispiel 9 und Vergleichsbeispiel 11 mit einem Katalysator erhalten wurden, wurde jeweils in eine Metallumhüllung eingeschlossen. Dann wurde Heißluft mit einer Temperatur von 400°C in jede der eingeschlossenen Katalysatorkörper mit einer Stromrate von 13 m³/min geströmt. Die Druckdifferenz zwischen dem Einlassteil und dem Auslassteil wurde gemessen, um den Druckverlust A1 zu erhalten. Das gleiche Verfahren wurde wiederholt, indem die jeweiligen eingeschlossenen Körper mit Honigwabenstrukturen verwendet wurden, in welchen kein Katalysator beladen war, um den Druckverlust A2 zu erhalten. Das Erhöhungsverhältnis des Druckverlustes wird aus der folgenden Gleichung erhalten: $Erh \ddot{o} hungsverh \ddot{a} ltnis des Druckverlustes = (A1 - A2) /A2 \times 100 .$
(6) Test auf die Reinigungseffizienz des Abgases
Jeder der Katalysatorkörper, der als eine Probe zur Feststellung des Druckverlusts hergestellt wurde, wurde auch zur Bestimmung der Reinigungseffizienz verwendet. Die Reinigungseffizienz des Abgases wurde bewertet, indem ein 5 Liter Dieselmotor verwendet wurde. Das Abgas aus dem Motor wurde in jeden der Katalysatorkörper geführt. Die HC-Konzentration in dem Abgas an dem Einlass des Katalysatorkörpers, B1, und die HC-Konzentration in dem Abgas an dessen Auslass, B2 wurden ermittelt. Die Reinigungseffizienz wurde aus der folgenden Gleichung berechnet: $Reinigungseffizienz = (B1 - B2) /B1 \times 100 .$
2. Beispiele, Vergleichsbeispiele und deren Bewertungen
Wie in Nr. 1 in der Tabelle gezeigt, wurden 39,8 Massenprozent Talk (durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 21 µm), 18,5 Massenprozent Kaolin (durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 11 µm), 14,0 Massenprozent Aluminiumoxid (durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 7 µm), 15,2 Massenprozent Aluminiumhydroxid (durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 2 µm), und 12,5 Massenprozent Siliciumoxid (durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 25 µm) zusammengemischt, um so ein Cordierit bildendes Rohmaterial herzustellen.
Dann wurden basierend auf 100 Massenteilen des Cordierit bildenden Rohmaterials 10 Massenteile Kohlenstoff (Graphit) (durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 53 µm), 2 Massenteile formbares Harz (durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 50 µm), 4 Massenteile Bindemittel, 0,5 Massenteile oberflächenaktives Mittel, und 31 Massenteile Wasser in eine Knetvorrichtung geladen und dann für 60 Minuten geknetet, um so eine Tonmischung zu erhalten.
Dann wurde die erhaltene Tonmischung in eine Vakuumzugmühle geladen und geknetet, um so eine zylindrische Tonmischung herzustellen, und die Tonmischung wurde dann in eine Extrudiervorrichtung geladen, um in eine Honigwabengestalt geformt zu werden. Dann wurde nach dem Unterziehen einer dielektrischen Trocknung, der geformte Gegenstand durch Heißlufttrocknen absolut getrocknet, und deren beide Endflächen wurden auf eine gegebene Größe abgeschnitten.
Dann wurden Öffnungen der Durchlöcher des getrockneten Honigwabengegenstandes an alternierend verschiedener Position an beiden Endflächen durch Verwendung einer Aufschlämmung aus Cordierit bildendem Rohmaterial mit der gleichen Zusammensetzung verstopft.
Schließlich wurde der Gegenstand bei 600 bis 1150°C in einer Sauerstoffkonzentration von 10 bis 15 Volumenprozent in Übereinstimmung mit einem Temperaturzeitplan, der in Nr. 1 in Tabelle 2 gezeigt wird, gebrannt, um so einen Körper mit Honigwabenstruktur (Honigwabenfilter) zu erhalten, der eine Größe von ∅ 229,0 mm × L 305,0 mm, eine Trennwanddicke von 300 µm, und 300 Zellen/Inch² (46,5 × 10^-2/mm²) aufwies.
Beispiel 2
Ein Körper mit Honigwabenstruktur (Honigwabenfilter) wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, bis darauf, dass ein geformter Gegenstand in Übereinstimmung mit einem Temperaturzeitplan, der in Nr. 2 in Tabelle 2 gezeigt wird, gebrannt wurde.
Beispiel 3
Ein Körper mit Honigwabenstruktur (Honigwabenfilter) wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, bis darauf, dass ein geformter Gegenstand in Übereinstimmung mit einem Temperaturzeitplan, der in Nr. 3 in Tabelle 2 gezeigt wird, gebrannt wurde.
Vergleichsbeispiel 2
Ein Körper mit Honigwabenstruktur (Honigwabenfilter) wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, bis darauf, dass, wie in Nr. 2 in Tabelle 1 gezeigt, Siliciumdioxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 35 µm verwendet wurde, basierend auf 100 Massenteilen eines Cordierit bildenden Rohmaterials, 20 Massenteile Kohlenstoff (Graphit, 1,5 Massenteile formbares Harz, 4 Massenteile Bindemittel, 0,5 Massenteile oberflächenaktives Mittel und 34 Massenteile Wasser in eine Knetvorrichtung geladen wurden und dann für 60 Minuten geknetet wurden, um so eine Tonmischung zu erhalten.
Beispiel 3
Ein Körper mit Honigwabenstruktur (Honigwabenfilter) wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, bis darauf, dass, wie in Nr. 2 in Tabelle 1 gezeigt, Siliciumdioxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 35 µm verwendet wurde, und basierend auf 100 Massenteilen eines Cordierit bildenden Rohmaterials, 20 Massenteile Kohlenstoff (Graphit), 1,5 Massenteile formbares Harz, 4 Massenteile Bindemittel, 0,5 Massenteile oberflächenaktives Mittel und 34 Massenteile Wasser in eine Knetvorrichtung geladen wurden und 60 Minuten geknetet wurden, um so eine Tonmischung zu erhalten, und ein geformter Gegenstand wurde in Übereinstimmung mit einem Temperaturzeitplan, der in Nr. 2 in Tabelle 2 gezeigt wird, gebrannt.
Vergleichsbeispiel 3
Ein Körper mit Honigwabenstruktur (Honigwabenfilter) wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, bis darauf, dass, wie in Nr. 2 in Tabelle 1 gezeigt, Siliciumdioxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 35 µm verwendet wurde, und basierend auf 100 Massenteilen Cordierit bildendes Rohmaterial, 20 Massenteile Kohlenstoff (Graphit), 1,5 Massenteile formbares Harz, 4 Massenteile Bindemittel, 0,5 Massenteile oberflächenaktives Mittel und 34 Massenteile Wasser in eine Knetvorrichtung geladen wurden und für 60 min geknetet wurden, um so eine Tonmischung zu erhalten, und ein geformter Gegenstand wurde in Übereinstimmung mit einem Temperaturzeitplan, der in Nr. 3 in Tabelle 2 gezeigt wird, gebrannt.
Beispiel 4
Ein Körper mit Honigwabenstruktur (Honigwabenfilter) wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, bis darauf, dass, wie in Nr. 3 in Tabelle 1 gezeigt, Siliciumdioxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 35 µm verwendet wurde, und basierend auf 100 Massenteilen eines Cordierit bildenden Rohmaterials 5 Massenteile Kohlenstoff (Graphit), 3 Massenteile formbares Harz, 4 Massenteile Bindemittel, 0,5 Massenteile oberflächenaktives Mittel und 30 Massenteile Wasser in eine Knetvorrichtung geladen wurden und für 60 min geknetet wurden, um so eine Tonmischung zu erhalten, und ein geformter Gegenstand wurde in Übereinstimmung mit einem Temperaturzeitplan, der in Nr. 4 in Tabelle 2 gezeigt wird, gebrannt.
Vergleichsbeispiel 4
Ein Körper mit Honigwabenstruktur (Honigwabenfilter) wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, bis darauf, dass, wie in Nr. 3 in Tabelle 1 gezeigt, Siliciumdioxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 35 µm verwendet wurde, und basierend auf 100 Massenteilen eines Cordierit bildenden Rohmaterials, 5,0 Massenteile Kohlenstoff (Graphit), 3,0 Massenteile formbares Harz, 4 Massenteile Bindemittel, 0,5 Massenteile oberflächenaktives Mittel und 30 Massenteile Wasser in eine Knetvorrichtung geladen wurden und für 60 Minuten geknetet wurden, um so eine Tonmischung zu erhalten, und ein geformter Gegenstand wurde in Übereinstimmung mit einem in Tabelle 2 in Nr. 3 gezeigten Temperaturzeitplan gebrannt.
Vergleichsbeispiel 5

Ein Körper mit Honigwabenstruktur (Honigwabenfilter) wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, bis darauf, dass, wie in Nr. 3 in Tabelle 1 gezeigt, Siliciumdioxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 35 µm verwendet wurde, und basierend auf 100 Gewichtsteilen Cordierit bildendes Rohmaterial, 5 Massenteile Kohlenstoff (Graphit), 3 Massenteile formbares Harz, 4 Massenteile Bindemittel, 0,5 Massenteile oberflächenaktives Mittel und 30 Massenteile Wasser in einer Knetvorrichtung geladen wurden und für 60 min geknetet wurden, um so eine Tonmischung zu erhalten und ein geformter Gegenstand wurde in Übereinstimmung mit einem in Nr. 1 in Tabelle 2 gezeigten Temperaturzeitplan gebrannt. Tabelle 1

Herstellungszusammensetzung
Nr.	Cordierit bildendes Rohmaterial (Gew. -%)					Kohlenstoff (Massenteile)	schäumbares Harz (Massenteile)	Wasser (Massenteile)	Bindemittel (Massenteile)	oberflächenaktives Mittel (Massenteile)
	Talk	Kaolin	Alumi niumoxid	Alumi niumhydro -xid	Siliciumoxid
1	39, 8 (21)	18, 5 (11)	14,0 (7)	15,2 (25)	12,5 (25)	10,0 (53)	2,0 (50)	31	4	0,5
2	39, 8 (21)	18,5 (11)	14,0 (7)	15, 2 (2)	12,5 (35)	20,0 (53)	1,5 (50)	34	4	0.5
3	39, 8 (21)	18,5 (11)	14,0 (7)	15, 2 (2)	12,5 (35)	5,0 (53)	3,0 (50)	30	4	0.5

Bemerkung: Zahl in Klammern bedeutet die durchschnittlichen Teilchendurchmesser (µm) Tabelle 2

Brennbedingungen
Nr.	Temperatur-Erhöhungsrate der Umgebung (°C/h)												Abkühlrate der Umgebung (°C/h)		Brenn zeit (h)
	RT bis 200	bis 300	bis 600	bis 900	bis 1000	1000	bis 1150	bis 1200	bis 1300	bis 1400	bis 1425	1425	bis 1200	bis 100
1	30	4	10	35	35	0	35	5	70	50	20	7	5	200	108, 4
2	30	4	10	20	20	0	20	5	70	50	20	7	50	200	120,2
3	30	4	10	20	10	10	50	50	70	50	20	7	50	200	121,7
4	30	4	10	60	60	0	60	5	70	50	20	7	50	200	101,8

Bewertungsergebnis
Bezüglich der Rußsammeleffizienz, obwohl nicht spezifisch in Tabelle 3 gezeigt, wurde eine Rußsammeleffizienz von 95 bis 98 %, welche von einem praktischen Standpunkt ausreichend war, in Beispielen und Vergleichsbeispielen erreicht.
(1) Beispiele 1 und 2 und Vergleichsbeispiel 1
Diese Beispiele und das Vergleichsbeispiel sind soweit gleich, dass der geformte Honigwabengegenstand durch Verwendung der Tonmischung, die 10,0 Massenteile Kohlenstoff (Graphit) und 2,0 Massenteile formbares Harz, basierend auf 100 Massenteile Cordierit bildendes Rohmaterial, hergestellt wurde und unterscheiden sich darin, dass die geformten Gegenstände in Übereinstimmung mit den Temperaturzeitplänen, die jeweils in Nr. 1 bis 3 in Tabelle 2 gezeigt werden, gebrannt wurden.
Wie in Tabelle 3 gezeigt, wurde in Beispiel 1, in welchem der geformte Gegenstand bei einer Umgebungstemperaturerhöhungsrate von 35°C/h zwischen 600°C und 1150°C gebrannt wurde, und im Beispiel 2, in welchem der geformte Gegenstand bei einer Umgebungstemperaturerhöhungsrate von 20°C/h zwischen 600°C und 1150°C gebrannt wurde, Kohlenstoff (Graphit) bei Temperaturen ausgebrannt, die von 1200°C bis unterhalb von 1430°C reichen, das heißt bei 1290°C (Temperatur des Mittelteils des geformten Gegenstands) in Beispiel 1 und bei 1220°C (Temperatur eines Mittelteils des geformten Gegenstands (in Beispiel 2, und die Körper mit Honigwabenstruktur konnten ohne Brennungsrisse erhalten werden. Ferner waren in allen der erhaltenen Körper mit Honigwabenstruktur ein Porendurchmesser und eine Porösität des Mittelteils größer als diejenigen eines peripheren Teils um jeweils mindestens 2 µm und mindestens 2 %. Daher waren trotz der großen isostatischen Festigkeiten von nicht weniger als 2,9 MPa die Rußsammeldruckverluste so klein wie 5,9 kpa oder kleiner. Insbesondere in Beispiel 1, in welchem die Umgebungstemperaturerhöhungsrate zwischen 600°C und 1150°C schnell war, waren ein Porendurchmesser und die Porosität eines Mittelteils größer als diejenigen eines peripheren Teils um jeweils 5 µm und 5 % und ein Rußsammeldruckverlust war insbesondere so klein wie 5,2 kpa.
Währenddessen wurde in Vergleichsbeispiel 1, in welchem der geformte Gegenstand unter gewöhnlich verwendeten Brennbedingungen gebrannt wurde, d.h. der Gegenstand wurde bei einer Umgebungstemperaturerhöhungsrate von 20°C/h zwischen 600°C und 900°C und 10°C/h zwischen 900°C und 1000°C gebrannt und dann bei 1000°C für 10 Stunden zurückgehalten, Kohlenstoff in einem Mittelteil des geformten Gegenstandes bei 1160°C (Temperatur des Mittelteils des geformten Gegenstands) ausgebrannt, und Brennungsrisse wurden in dem erhaltenen Körper mit Honigwabenstruktur beobachtet. So war der erhaltene Körper mit Honigwabenstruktur als ein Honigwabenfilter nicht praktisch verwendbar.
Ferner wurden hinsichtlich des Körpers mit Honigwabenstruktur, der im Beispiel 1 erhalten wurde, ein Porendurchmesser und eine Porösität einer Trennwand, die bei jeden 28,6 mm von dem Mittelpunkt A (Mitte) der Zentralachse in einer Richtung senkrecht zu der Zentralachse gemessen, wie in 5 gezeigt. Folglich hat sich herausgestellt, dass die Porösität und der Porendurchmesser sich kontinuierlich von dem peripheren Teil zu dem Mittelteil änderten und dass die Mengen der Änderungen der Porösität des Porendurchmessers zwischen dem peripheren Teil und einer Trennwand, welche eine Zelle bildet, die bei ein Drittel lokalisiert ist, von der äußersten Peripherie der Länge zwischen der äußersten Peripherie und der Zentralachse jeweils 71 % und 69 % der Gesamtmengen der Änderungen entsprachen, wie in 6 und 7 gezeigt.
(2) Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 2 und 3
Dieses Beispiel und Vergleichsbeispiele sind darin gleich, dass der Körper mit Honigwabenstruktur (Honigwabenfilter) durch Verwendung der Tonmischung hergestellt wurde, die 20,0 Massenteile Kohlenstoff und 1,5 Massenteile schäumbares Harz, basierend auf 100 Massenteile des Cordierit bildenden Rohmaterials (in welchem Kohlenstoff nicht leicht ausgebrannt wird bis die Temperatur der Tonmischung eine Temperatur erreicht, die höher als der Temperaturbereich des vorhergehenden Beispiels 1 ist) hergestellt wurde und sind darin verschieden, dass die geformten Gegenstände in Übereinstimmung mit Temperaturzeitplänen, die jeweils in Nummern 1 bis 3 in Tabelle 2 gezeigt werden, gebrannt wurden.
Wie in Tabelle 3 in Beispiel 3 gezeigt, welchem der geformte Gegenstand bei einer Umgebungstemperaturerhöhungsrate von 20°C/h zwischen 600°C und 1150°C gebrannt wurde, wurde Kohlenstoff in ein Mittelteil des geformten Gegenstandes bei Temperaturen ausgebrannt, die von 1200°C bis niedriger als 1430°C reichten, d.h. bei 1350°C (Temperatur des Mittelteils des geformten Gegenstands), und der Körper mit Honigwabenstruktur konnte ohne Brennriss erhalten werden. Ferner waren Unterschiede des Porendurchmessers und der Porösität zwischen dem Mittelteil und dem peripheren Teil des erhaltenen Körpers mit Honigwabenstruktur sehr groß wie jeweils 7 µm und 6 %. Daher war trotz der großen isostatischen Festigkeit von 2,0 MPa ein Rußsammeldruckverlust sehr klein wie 5,0 kpa.
Währenddessen wurde in Vergleichsbeispiel 2, in welchem der geformte Gegenstand bei einer Umgebungstemperaturerhöhungsrate von 35°C/h zwischen 600°C und 1150°C gebrannt wurde, Kohlenstoff in ein Mittelteil des geformten Gegenstands bei einer Temperatur von nicht weniger als 1430°C ausgebrannt, d.h. 1445°C (Temperatur des Mittelteils des geformten Gegenstands) welches der Schmelzpunkt des Cordierits war, und der erhaltene Körper mit Honigwabenstruktur besaß Brennrissteile aufgrund des Schmelzens einer Trennwand und war nicht praktisch als ein Strukturkörper. Ferner wurde in Vergleichsbeispiel 3, in welchem der geformte Gegenstand unter herkömmlicher Weise im allgemeinen verwendeten Brennbedingungen gebrannt wurde, das heißt der Gegenstand wurde bei einer Umgebungstemperaturerhöhungsrate von 20°C/h zwischen 600°C und 900°C und 10°C/h zwischen 900°C und 1000°C und dann bei 1000°C für 10 Stunden zurückgehalten, Kohlenstoff in ein Mittelteil des geformten Gegenstandes wurde bei 1135°C (Temperatur des Mittelteils des geformten Gegenstandes) ausgebrannt, und Brennrisse wurden in dem erhaltenen Honigwabenstrukturkörper beobachtet.
(3) Beispiel 4 und Vergleichsbeispiele 4 und 5
Dieses Beispiel und Vergleichsbeispiele sind darin gleich, dass der Körper mit Honigwabenstruktur (Honigwabenfilter) durch Verwendung der Tonmischung, die 5,0 Massenteile Kohlenstoff und 3,0 Massenteile schäumbares Harz, basierend auf 100 Massenteilen des Cordierit bildenden Rohmaterials enthielt (in welchem Kohlenstoff leicht bei einer Temperatur ausgebrannt wird, die geringer als der Temperaturbereich des vorhergehenden Beispiels 1 ist) und darin verschieden, dass die geformten Gegenstände in Übereinstimmung mit Temperaturzeitplänen, die jeweils in Nummern 1, 3 und 4 in Tabelle 2 gezeigt werden, gebrannt wurden.
Wie in Tabelle 3 gezeigt, wurde in Beispiel 4, in welchem der geformte Gegenstand bei einer Umgebungstemperaturerhöhungsrate von 60°C/h zwischen 600°C und 1150°C gebrannt wurde, Kohlenstoff in einem Mittelteil des geformten Gegenstandes bei Temperaturen ausgebrannt, die von 1200°C bis niedriger als 1430°C reichten, das heißt bei 1285°C (Temperatur des Mittelteils des geformten Gegenstands), und der Körper mit Honigwabenstruktur konnte ohne Brennrisse erhalten werden. Ferner waren Unterschiede im Porendurchmesser und der Porösität zwischen dem Mittelteil und dem peripheren Teil des erhaltenen Körpers mit Honigwabenstruktur so groß wie jeweils 3 µm und 3 %. Daher war, obwohl eine isostatische Festigkeit von 2,8 MPa erhalten wurde, welche vom Standpunkt der Praktikabilität fast ausreichend war, ein Rußsammeldruckverlust so klein wie 5,2 kpa.

Währenddessen wurde in Vergleichsbeispiel 4, in welchem der geformte Gegenstand unter herkömmlicher Weise im allgemeinen verwendeten Brennbedingungen gebrannt wurde, das heißt der Gegenstand bei einer Umgebungstemperaturerhöhungsrate von 20°C/h zwischen 600°C und 900°C von 10°C/h zwischen 900°C und 1000°C gebrannt und dann bei 1000°C für 10 Stunden zurückgehalten, Kohlenstoff in ein Mittelteil des geformten Gegenstandes ausgebrannt, bevor die Temperatur des geformten Gegenstandes einen Temperaturbereich erreichte, in welchem Brennschrumpfung wesentlich war, das heißt bei 950°C (Temperatur des Mittelteils des geformten Gegenstandes). Ferner gab es, obwohl keine Brennrisse in dem erhaltenen Körper mit Honigwabenstruktur beobachtet wurden, keine Unterschiede im Porendurchmesser und der Porosität zwischen dem peripheren Teil und dem Mittelteil des Strukturkörpers. So betrug, obwohl eine isostatische Festigkeit von 2,8 MPa, welche ähnlich zu derjenigen im Beispiel 3 war, erhalten wurde, ein Rußsammeldruckverlust 5,9 kpa, welches größer als derjenige in Beispiel 3 war. Ferner wurde in Vergleichsbeispiel 5, in welchem der geformte Gegenstand bei einer Umgebungstemperaturerhöhungsrate von 35°C/h zwischen 600°C und 1150°C gebrannt wurde, Kohlenstoff in einem Mittelteil des geformten Gegenstandes bei 1150°C (Temperatur des Mittelteils des geformten Gegenstands) ausgebrannt, und Brennrisse wurden in dem erhaltenen Körper mit Honigwabenstruktur beobachtet. Tabelle 3

Beispiele und Vergleichsbeispiele
	Herstellungsnummer	Brenn-Temp. - Programm	Temp. bei welcher Graphit ausgebra nnt wurde	Brennbruch	Porendurchmesser (µm)		Porosität (%)		Rußsammeldruckverlust (Kpa)	Isostatische Festigkeit (MPa)
	Herstellungsnummer	Brenn-Temp. - Programm	Temp. bei welcher Graphit ausgebra nnt wurde	Brennbruch	Peripherer Teil	MittelTeil	Peripherer Teil	MittelTeil	Rußsammeldruckverlust (Kpa)	Isostatische Festigkeit (MPa)
Bsp. 1	1	1	1290	nicht gesehen	19	24	59	64	5,2	2,9
Bsp. 2	1	2	1220	nicht gesehen	19	21	59	61	5, 9	3
Vglbsp.1	1	3	1160	gesehen	19	20	59	60	-	-
Vglbsp.2	2	1	1445	gesehen	18	-	60	-	-	-
Bsp. 3	2	2	1350	nicht gesehen	18	25	60	66	5,0	2,9
Vglbsp.3	2	3	1135	gesehen	18	19	60	61	-	-
Bsp. 4	3	4	1285	nicht gesehen	21	24	61	64	5,2	2,8
Vglbsp.4	3	3	950	nicht gesehen	21	21	61	61	5,9	2,8
Vgl.bsp5	3	1	1150	gesehen	21	22	61	62	-	-

Beispiele 5 bis 7 und Vergleichsbeispiele 6 und 7

Körper mit Honigwabenstruktur (Honigwabenfilter) wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, bis darauf, dass zu brennende geformte Honigwabengegenstände, die Größen von ∅ 5,66 Inch × L6,0 Inch ∅ 143,8 mm × L152,4 mm), ∅ 7,5 Inch × L8,0 Inch ∅ 190,5 mm × L203,2 mm), ∅ 9,0 Inch × L8,0 Inch (∅ 228, 6 mm × L203, 2 mm), ∅ 10,5 Inch × L12,0 Inch ∅ 266,7 mm × L304, 8 mm) und ∅ 12,0 Inch × L14,0 Inch (∅ 304,8 mm × L355,6 mm) aufwiesen, hergestellt wurden und dass diese Gegenstände in Übereinstimmung mit einem Temperaturprogramm von Nr. 5, das in Tabelle 4 gezeigt wird, gebrannt wurden. Tabelle 4

Brennbedingungen (2)
Nr.	Temperaturerhöhungsrate der Umgebung (°C/h)														Abkühlrate der Umgebung (°C/h)		Brenn -zeit (h)
	RT bis 120	bis 190	190	bis 300	bis 400	bis 600	bis 800	bis 1150	bis 1200	bis 1300	bis 1350	bis 1400	bis 1425	1425	bis 1200	bis 100
5	30	20	12	4	7	10	35	35	0	70	70	30	25	7	50	200	127,5
6	30	20	12	4	7	10	30	20	2	70	50	50	20	7	50	200	141,0

Bewertungsergebnisse
Wie in 3 gezeigt, wurde in Vergleichsbeispiel 6, in welchem der geformte Gegenstand, der eine Größe von ∅ 5,66 Inch × L6,0 Inch ∅ 143,8 mm × L152,4 mm) besaß, gebrannt wurde, ein Peak erkannt, der angab, dass Kohlenstoff in ein Mittelteil des geformten Gegenstandes bei 1080°C (Temperatur des Mittelteils des geformten Gegenstandes), bei welcher Brennschrumpfung groß war, ausgebrannt wurde. Ferner wurde in Vergleichsbeispiel 7, in welchem der geformte Gegenstand mit einer Größe von ∅ 12,0 Inch × L 14,0 Inch (∅ 304,8 mm × L355,6 mm) gebrannt wurde, ein Peak festgestellt, der angab, dass Kohlenstoff in einem Mittelteil des geformten Gegenstandes bei ungefähr 1310°C (Temperatur des Mittelteils des geformten Gegenstands) ausgebrannt wurde.
Im Gegensatz dazu, wurden in Beispielen 5 bis 7, in welchen die geformten Gegenstände mit Größen von ∅ 7,5 Inch × 11,80 Inch (∅ 190,5 mm × L203, 2 mm), ∅ 9,0 Inch × L8, 0 Inch (∅ 228,6 mm × L203,2 mm) und ∅ 10,5 Inch × L12,0 Inch (∅ 266,7 mm × L304,8 mm) gebrannt wurden, Peaks festgestellt, die angaben, dass Kohlenstoff in Mittelteilen der geformten Gegenstände bei Temperaturen, die von 1200°C bis niedriger als 1430°C reichten, das heißt bei jeweils 1220°C, 1250°C und 1290°C (Temperaturen der Mittelteile der geformten Gegenstände) ausgebrannt wurden.
(Beispiel 8 und Vergleichsbeispiele 8 bis 10)
Körper mit Honigwabenstruktur (Honigwabenfilter) wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, bis darauf, dass geformte Honigwabengegenstände, die gebrannt werden, mit Größen von ∅ 5,66 Inch × L6, 0 Inch (∅ 1434, 8 mm × L122,4 mm), ∅ 7,5 Inch × L8,0 Inch ∅ 190,5 mm × L203, 2 mm), ∅ 9,0 Inch × L8,0 Inch ∅ 228,6 mm × L203,2 mm) und ∅ 10,5 Inch × L12,0 Inch (∅ 266,7 mm × L304,8 mm) hergestellt wurden, und dass diese geformten Gegenstände in Übereinstimmung mit einem Temperaturprogramm von Nr. 6, das in Tabelle 4 gezeigt wird, gebrannt wurden.
Bewertungsergebnisse
Wie in 4 gezeigt, wurden in Vergleichsbeispielen 9 und 10, in welchen geformte Gegenstände mit Größen von ∅ 7,5 Inch × L8, 0 Inch (∅ 190,5 mm × L203, 2 mm) und ∅ 9,0 Inch × L8,0 Inch (∅ 228,6 mm × L203,2 mm) jeweils gebrannt wurden, Peaks festgestellt, die angaben, dass Kohlenstoff in Mittelteilen der geformten Gegenstände bei 1130°C und 1190°C (Temperaturen der Mittelteile der geformten Gegenstände), bei welchen Brennschrumpfung groß war, ausgebrannt wurde. Ferner wurden in Vergleichsbeispiel 8, in welchem der geformte Gegenstand mit einer Größe von ∅ 5,66 Inch × L6,0 Inch (∅ 143,8 mm × L152,4 mm) gebrannt wurde, ein Peak festgestellt, der angab, dass Kohlenstoff in einem Mittelteil des geformten Gegenstands bei 990°C (Temperatur des Mittelteils des geformten Gegenstandes) ausgebrannt wurde.
Im Gegensatz dazu, wurde im Beispiel 8, in welchem der geformte Gegenstand mit einer Größe von ∅ 10,5 Inch × L12,0 Inch (∅ 266,7 mm × L304,8 mm) gebrannt wurde, ein Peak festgestellt, der angab, dass Kohlenstoff in einem Mittelteil des geformten Gegenstandes bei Temperaturen, die von 1200°C bis niedriger als 1430°C reichten, d.h. bei 1310°C (Temperatur des Mittelteils des geformten Gegenstandes) ausgebrannt wurden.
Beispiel 9
Körper mit Honigwabenstruktur (Träger für Katalysator) mit der Größe von ∅ 229,0 mm × L152,0 mm), der Dicke der Trennwände von 300 µm, und der Zelldichte von 300 Zellen/Inch² wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, bis darauf, dass kein Verstopfen der Öffnungen an den Endflächen ausgeführt wurde. Jedes der so hergestellten Körper mit Honigwabenstruktur wurde mit 500g einer Mischung aus einem Aluminiumoxid mit einer hohen spezifischen Fläche und Pt-haltigem oxidativem Katalysator beladen, um jeweils einen Katalysatorkörper zu erhalten. Der Porendurchmesser in dem peripheren Teil und derjenige in dem zentralen Teil des resultierenden Katalysatorkörpers betrugen jeweils 14 µm und 19 µm . Die Porösität in dem peripheren Teil und diejenigen des zentralen Teils des resultierenden Katalysatorkörpers betrugen jeweils 54 % und 59 %.
Vergleichsbeispiel 11

Körper mit Honigwabenstruktur (Träger für Katalysator), die die Größe von ∅ 229,0 mm × L152,0 mm besaßen, die Dicke der Trennwände von 300 µm, und die Zelldichte von 300 Zellen/Inch² wurden auf die gleiche Weise wie in Vergleichsbeispiel 4 hergestellt, bis darauf, dass kein Verstopfen der Öffnungen an den Endflächen ausgeführt wurde. Jeder der so hergestellten Körper mit Honigwabenstruktur wurde mit 500 g einer Mischung aus Aluminiumoxid mit einer hohen spezifischen Oberfläche und Pt-haltigem oxidativem Katalysator beladen, um jeweils ein Katalysatorkörper zu erhalten. Der Porendurchmesser in dem peripheren Teil und derjenige in dem zentralen Teil des resultierenden Katalysatorkörpers betrugen jeweils 15 µm und 15 µm. Die Porosität in dem peripheren Teil und diejenige in dem zentralen Teil des resultierenden Katalysatorkörpers betrugen jeweils 55 % und 55 %. Tabelle 5

	Tonmischung Nr.	Brennprogramm	Temp. bei welcher Graphit ausgebrannt wird	Brennrisse	Porendurchmesser *1 (µm)		Porosität *1 (%)		Zunahme verhält nis des Druckverlusts (%)	Reinigungseffekte vom Abgas (%)	Isostatische Festigkeit (MPa)
	Tonmischung Nr.	Brennprogramm	Temp. bei welcher Graphit ausgebrannt wird	Brennrisse	Peripherer Teil	Zentraler Teil	Peripherer Teil	Zentraler Teil	Zunahme verhält nis des Druckverlusts (%)	Reinigungseffekte vom Abgas (%)	Isostatische Festigkeit (MPa)
Bsp. 9	1	1	1270°C	nicht beobachtet	14	19	54	59	5	70	5,8
Vg1.bsp 11	3	3	910°C	nicht beobachtet	15	15	55	55	11	58	5,5

Bemerkung: *1 bedeutet die Daten nach Katalysatorbeladung

Bewertungsergebnisse
Wie in Tabelle 5 gezeigt, sind in dem Fall, dass der Katalysatorkörper durch Beladen eines Körpers mit Honigwabenstruktur gemäß Beispiel 9 mit einem Katalysator hergestellt wurde, war die isostatische Festigkeit des Katalysatorkörpers so groß wie 5,8 MPa aufgrund des Erreichens einer höheren Porösität und der Zunahme der beladenen Katalysatormenge, die aus dem Erreichen eines größeren Porendurchmessers abgeleitet war, da der Strukturkörper jeweils einen Porendurchmesser und eine Porösität eines Mittelteils von mehr als diejenigen eines peripheren Teils um jeweils 4 µm und 4 % besaß, verglichen mit denjenigen in dem peripheren Teil. Daher waren trotz großer Ruß-Sammlung Trugverluste so gering wie 5,9 kpa oder kleiner. Darüber hinaus war die Zunahmerate des Druckverlustes so gering wie 5 %, und die Reinigungseffizienz des Abgases war so groß wie 70 %. Andererseits betrug im Fall, dass der Katalysatorkörper, der durch Beladen eines Körpers mit Honigwabenstruktur mit einem Porendurchmesser und einer Porösität in dem Mittelteil, der gleich demjenigen in dem peripheren Teil gemäß Vergleichsbeispiel 11 mit einem Katalysator hergestellt wurde, die isostatische Festigkeit des Katalysatorkörpers 5,5 MPa, welches kleiner war als diejenige des Körpers mit Honigwabenstruktur gemäß Beispiel 9. Darüber hinaus betrug die Zunahmerate des Druckverlustes 11 %, und die Reinigungseffizienz des Abgases betrug 58 %, von welchem beide schwächer als diejenigen von Beispiel 9 waren.
Wie vorstehend beschrieben können gemäß der vorliegenden Erfindung ein poröser Körper mit Honigwabenstruktur, der einen Druckverlust und eine isostatische Festigkeit, welche sich gegenseitig widersprechende Eigenschaften sind, gleichzeitig erfüllen kann und zur Verwendung insbesondere in einen Filter zum Sammeln und Entfernen von Teilchen in einem Abgas geeignet sind, oder einen Träger für Reinigungskatalysatoren zum Zersetzen und Entfernen von NOx und HC im Abgas genauso wie ein Verfahren zum Herstellen des Körpers mit Honigwabenstruktur bereitgestellt werden kann.
Es wird ein poröser Körper mit Honigwabenstruktur bereitgestellt, der einen Druckverlust und isostatische Festigkeit, welche sich gegenseitig widersprechende Eigenschaften sind, gleichzeitig erfüllen kann, und ein Verfahren zur Herstellung desselben bereitgestellt. In einem porösen Körper mit Honigwabenstruktur mit Trennwänden, welche Cordierit als eine primäre Kristallphase enthalten, und eine Porösität von 40 bis 75 % und einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 10 bis 50 µm besitzen, die Porösität und ein durchschnittlicher Porendurchmesser in ein Mittelteil des Strukturkörpers größer gemacht, als die Porösität und ein durchschnittlicher Porendurchmesser in einen peripheren Teil des Strukturkörpers.

Claims

Poröser Körper mit Honigwabenstruktur, der Trennungswände aufweist, welche Cordierit als eine primäre Kristallphase enthalten und eine Porösität von 40 bis 75 % und einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 10 bis 50 µm besitzen, wobei die Porosität und der durchschnittliche Porendurchmesser in einem Mittelteil des Körpers mit Honigwabenstruktur größer sind als diejenigen in einem peripheren Teil des Körpers mit Honigwabenstruktur und sich der Porendurchmesser von dem peripheren Teil zu dem Mittelteil kontinuierlich ändert.
Poröser Körper mit Honigwabenstruktur gemäß Anspruch 1, wobei die Porösität in dem Mittelteil des Körpers mit Honigwabenstruktur um wenigstens 2 % größer ist als diejenige in dem peripheren Teil des Körpers mit Honigwabenstruktur, und der durchschnittliche Porendurchmesser in dem Mittelteil des Körpers mit Honigwabenstruktur um wenigstens 2 µm größer ist als diejenige in dem peripheren Teil des Körpers mit Honigwabenstruktur.
Poröser Körper mit Honigwabenstruktur gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Porösität in dem Mittelteil des Körpers mit Honigwabenstruktur um wenigstens 3 % größer ist als diejenige in dem peripheren Teil des Körpers mit Honigwabenstruktur.
Poröser Körper mit Honigwabenstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der durchschnittliche Porendurchmesser in dem Mittelteil des Körpers mit Honigwabenstruktur um wenigstens 3 µm größer ist als derjenige in dem peripheren Teil des Körpers mit Honigwabenstruktur.
Verfahren zum Verwenden des porösen Körpers mit Honigwabenstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 als ein Filter zum Filtern von schädlichen Materialien oder als ein Träger zum Beladen eines Katalysators zur Reinigung eines Abgases.
Verfahren zum Herstellen eines porösen Körpers mit Honigwabenstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, welches die folgenden Schritte umfasst: Herstellen eines geformten Gegenstandes mit einer Honigwabenstruktur durch Verwendung einer Tonmischung, die ein Cordierit bildendes Rohmaterial als ein primäres Rohmaterial und Kohlenstoff in einer Menge von wenigstens 5 Massenteilen, basierend auf 100 Massenteilen des Cordierit bildenden Rohmaterials enthält, Trocknen und dann Brennen des geformten Gegenstandes, wobei der getrocknete Gegenstand gebrannt wird, indem die Brennumgebungstemperatur mit einer Rate erhöht wird, bei welcher Kohlenstoff, der in einem Mittelteil des Gegenstands existiert, innerhalb einer Temperatur ausgebrannt wird, die von 1200°C bis niedriger als 1430°C im Mittelteil des Gegenstands reicht.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Brennumgebungstemperatur mit einer Rate von 20 bis 60°C/h innerhalb eines Temperaturbereichs von 400 bis 1150°C erhöht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Brennumgebungstemperatur innerhalb eines Temperaturbereichs von 1150 bis 1200°C für wenigstens 5 Stunden gehalten wird,
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei eine Tonmischung, die Kohlenstoff in einer Menge von 25 Massenteilen oder weniger, basierend auf 100 Massenteilen des Cordierit bildenden Rohmaterials enthält, verwendet wird,
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei eine Umgebung, in welcher der geformte Gegenstand gebrannt wird, eine Brennumgebungstemperatur von 400 bis 1150°C und eine Sauerstoffkonzentration von 7 bis 17 Vol.-% umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei eine Tonmischung, die ein formbares Harz in einer Menge von unterhalb 5 Massenteilen, basierend auf 100 Massenteilen des Cordierit bildenden Rohmaterials enthält, verwendet wird.