DE102017205259A1

DE102017205259A1 - Poröser stoff, herstellungsverfahren eines porösen stoffes, und wabenstruktur

Info

Publication number: DE102017205259A1
Application number: DE102017205259.7A
Authority: DE
Inventors: Ryuta Kouno; Shuichi Ichikawa; Atsushi Mizuno
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2017-10-05
Also published as: US10493394B2; JP2017178721A; US20170282108A1; CN107266079A; JP6654085B2

Abstract

Vorgesehen ist ein poröser Werkstoff, welcher auch dann nicht ohne weiteres beschädigt wird, wenn dieser einer hohen Temperatur in einer sauerstoffarmen Atmosphäre ausgesetzt ist, und eine verbesserte Wärmebeständigkeit aufweist. Ein poröser Werkstoff enthält aus einem Silicium enthaltenden Nichtoxid gebildete Aggregate 30 und ein Bindemittel 32, welches aus einer Oxidkeramik gebildet ist, die die Aggregate 30 aneinander bindet, während eine Vielzahl von Poren beibehalten wird. Der poröse Werkstoff weist auf einer eine Grenzfläche mit dem Bindemittel 32 einschließenden Oberfläche der Aggregate 30 eine sauerstoffhaltige Phase 35 auf. In dem porösen Werkstoff ist ein Mengenverhältnis von Sauerstoff in den Aggregaten bevorzugt zwischen 2 und 25 Massen-% relativ zur Masse der Aggregate.

Description

Die vorliegende Anmeldung beruht auf der JP 2016-070651 , eingereicht am 31. März 2016 beim japanischen Patentamt, deren gesamter Inhalt durch Verweis hierin einbezogen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen porösen Werkstoff, ein Herstellungsverfahren eines porösen Werkstoffs und eine Wabenstruktur. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung einen porösen Werkstoff, welcher auch dann nicht ohne weiteres beschädigt wird, wenn er einer hohen Temperatur in einer sauerstoffarmen Atmosphäre ausgesetzt wird, und der eine verbesserte Wärmebeständigkeit aufweist, ein Herstellungsverfahren eines porösen Werkstoffs und eine Wabenstruktur.
Beschreibung des Stands der Technik
Herkömmlicherweise wurde eine Wabenstruktur zum Beispiel als ein Filter zum Auffangen und Entfernen von Feinstaub (Partikel) verwendet, welcher in einem Staub enthaltenden Fluid wie etwa einem Dieselmotorabgas enthalten ist (Dieselpartikelfilter (DPF)).
Feuerfestes Siliciumcarbid (SiC), Cordierit oder dergleichen, ein Verbundwerkstoff daraus oder dergleichen wird als ein Bestandteil dieser Wabenstruktur (Filter) verwendet (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).

[Patentdokument 1] JP-A-2003-292388

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In manchen Fällen tritt allerdings oxidative Zersetzung des Siliciumcarbids an der in dem Patentdokument 1 beschriebenen Wabenstruktur auf, wodurch die in Patentdokument 1 beschriebene Wabenstruktur beschädigt wird, wenn die in Patentdokument 1 beschriebene Wabenstruktur einer hohen Temperatur in einer sauerstoffarmen Atmosphäre ausgesetzt wird. Genauer ausgedrückt läuft dann, wenn Siliciumcarbid in einer sauerstoffarmen Atmosphäre erwärmt wird, eine von der üblichen passiven Oxidation verschiedene Oxidationsreaktion gemäß der Formel (1): SiC + O₂ SiO↑ + CO↑, genannt „aktive Oxidation” ab, wodurch SiO₂ gebildet wird. Wenn das bei dieser aktiven Oxidation erzeugte gasförmige SiO eine Oxidationsreaktion verursacht, wird Wärme exzessiv erzeugt. Folglich kann eine Wabenstruktur durch diese Wärmeerzeugung beschädigt werden.
Hierbei wird während der Regeneration eines Filters (das heißt während eines Vorganges zum Verbrennen und Entfernen von im Filter angesammelten Partikeln) durch Verbrennen der Partikel Sauerstoff verbraucht. Folglich ist der Filter während der Regeneration einer sauerstoffarmen Atmosphäre ausgesetzt. Das heißt, dass die in Patentdokument 1 beschriebene Wabenstruktur während ihrer Regeneration einer sauerstoffarmen Atmosphäre ausgesetzt ist und die vorstehende Oxidationsreaktion abläuft. Daraufhin wird in der Wabenstruktur exzessiv Wärme erzeugt und die Wabenstruktur kann aufgrund dieser Wärmeerzeugung beschädigt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorstehenden Probleme realisiert. Die vorliegende Erfindung stellt einen porösen Werkstoff, welcher auch dann nicht ohne weiteres beschädigt wird, wenn er einer hohen Temperatur in einer sauerstoffarmen Atmosphäre ausgesetzt ist, und der eine verbesserte Wärmebeständigkeit aufweist, ein Herstellungsverfahren eines porösen Werkstoffs und eine Wabenstruktur bereit.

[1] Poröser Werkstoff enthaltend; Aggregate, die aus einem Silicium enthaltenden Nichtoxid gebildet sind, und ein Bindemittel, welches aus einer Oxidkeramik gebildet ist, das die Aggregate aneinander bindet, während eine Vielzahl von Poren beibehalten werden, wobei der poröse Werkstoff auf einer eine Grenzfläche mit dem Bindemittel umfassenden Oberfläche der Aggregate eine sauerstoffhaltige Phase aufweist.
[2] In Punkt [1] beschriebener poröser Werkstoff, in welchem ein Mengenverhältnis von Sauerstoff in den Aggregaten zwischen 2 und 25 Massen-% relativ zur Masse der Aggregate ist.
[3] In Punkt [1] oder [2] beschriebener poröser Werkstoff, in welchem die sauerstoffhaltige Phase Cristobalit enthält.
[4] In einem der Punkte [1] bis [3] beschriebener poröser Werkstoff, in welchem das Bindemittel kristallines Cordierit in einer Menge von 50 Massen-% oder mehr relativ zur Gesamtmenge des Bindemittels enthält.
[5] In Punkt [4] beschriebener poröser Werkstoff, in welchem das Bindemittel ferner mindestens ein Mittel aus einer Gruppe bestehend aus amorphem Cordierit, Aluminiumoxid, Mullit, Spinell, Sapphirin und Cristobalit enthält.
[6] In einem der Punkte [1] bis [5] beschriebener poröser Werkstoff, in welchem die sauerstoffhaltige Phase eine Filmdicke von 0,2 bis 3,0 μm aufweist.
[7] In einem der Punkte [1] bis [6] beschriebener poröser Werkstoff, in welchem die Aggregate aus Siliciumcarbid gebildet sind.
[8] In einem der Punkte [1] bis [7] beschriebener poröser Werkstoff, welcher eine Porosität von 35 bis 75% aufweist.
[9] In einem der Punkte [1] bis [8] beschriebener poröser Werkstoff, welcher einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 5,5 × 10^–6/K oder weniger aufweist.
[10] Herstellungsverfahren eines porösen Werkstoffs, enthaltend einen Formungsschritt zum Erhalten eines Gemisches durch Zusetzen und Mischen eines ein Cordierit-Form-Rohmaterial enthaltenden Rohmaterials für ein Bindemittel und eines organischen Bindemittels zu pulvrigen Aggregaten, die aus einem Silicium enthaltenden Nichtoxid gebildet sind, und dann Formen des Gemisches, um einen Formkörper zu erhalten, einen Brennschritt zum Calcinieren des erhaltenen Formkörpers in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, um das organische Bindemittel in dem Formkörper zu entfernen, und dann Brennen des Formkörpers in einem Temperaturbereich von 1370 bis 1450°C, um einen porösen gebrannten Körper zu erhalten, in welchem die pulvrigen Aggregate mittels einer Oxidkeramik aneinander gebunden sind, und einen Schritt um Bilden eines porösen Werkstoffs, in welchem der erhaltene gebrannte Körper einer Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 1000 bis 1400°C in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre unterzogen wird, wodurch eine sauerstoffhaltige Phase auf einer eine Grenzfläche mit der Oxidkeramik einschließenden Oberfläche der pulvrigen Aggregate gebildet wird, um einen porösen Werkstoff zu erhalten.
[11] In Punkt [10] beschriebenes Herstellungsverfahren eines porösen Werkstoffs, in welchem die sauerstoffhaltige Phase ein Alkalimetall in einer Menge von 0,05 Massen-% oder mehr relativ zum porösen Werkstoff enthält.
[12] Aus dem in einem der Punkte [1] bis [9] beschriebenen porösen Werkstoff gebildete Wabenstruktur, welche eine Form aufweist, die eine Trennwand aufweist, die eine Vielzahl von Waben bildet, welche sich von einer ersten Stirnseite als der einen Stirnseite zu einer zweiten Stirnseite als der anderen Stirnseite erstrecken.
[13] In Punkt [12] beschriebene Wabenstruktur, welche einen Verschlussteil aufweist, der jeweils in einem offenen Ende einer vorbestimmten Wabe auf der ersten Stirnseite und in einem offenen Ende einer verbleibenden Wabe auf der zweiten Stirnseite angeordnet ist.

Ein poröser Werkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch dann nicht ohne weiteres beschädigt, auch dieser einer hohen Temperatur in einer sauerstoffarmen Atmosphäre ausgesetzt wird, und weist eine verbesserte Wärmebeständigkeit auf.
Ein Herstellungsverfahren eines porösen Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen porösen Werkstoff herstellen, welcher auch dann nicht ohne weiteres beschädigt wird, wenn dieser einer hohen Temperatur in einer sauerstoffarmen Atmosphäre ausgesetzt wird, und eine verbesserte Wärmebeständigkeit aufweist.
Eine Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch dann nicht ohne weiteres beschädigt, wenn diese einer hohen Temperatur in einer sauerstoffarmen Atmosphäre ausgesetzt wird, und weist eine verbesserte Wärmebeständigkeit auf.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche eine Ausführungsform eines porösen Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
2 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Ausführungsform einer Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
3 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt parallel zu einer Richtung, in welcher sich eine Wabe einer Ausführungsform einer Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung erstreckt, schematisch zeigt;
4 ist ein erläuterndes Schaubild über die Messung einer Erweichungstemperatur; und
5 ist ein Diagramm, welches ein Messergebnis (Maßverkleinerungskurve) einer Erweichungstemperatur in Beispiel 1 und in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung speziell unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt. Es ist zu beachten, dass Gegenstände, welche durch Modifikation, Verbesserung oder dergleichen der folgenden Ausführungsform auf der Grundlage des üblichen Wissens von Fachleuten innerhalb eines Umfangs, der nicht von dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abweicht, erhalten werden, ebenfalls in dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
(1) Poröser Werkstoff:
Wie in 1 dargestellt, enthält eine Ausführungsform eines porösen Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung aus einem Nichtoxidsilicium gebildete Aggregate 30 und ein Bindemittel 32, welches aus einer Oxidkeramik gebildet ist, die die Aggregate 30 aneinander bindet, während sie eine Vielzahl von Poren 37 beibehält. Der poröse Werkstoff der vorliegenden Ausführungsform weist auf einer eine Grenzfläche mit dem Bindemittel 32 umfassenden Oberfläche der Aggregate 30 eine sauerstoffhaltige Phase 35 auf. 1 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche eine Ausführungsform eines porösen Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
Ein solcher poröser Werkstoff weist auf einer eine Grenzfläche mit dem Bindemittel einschließenden Oberfläche der Aggregate eine sauerstoffhaltige Phase (nachfolgend auch als „Oxidationsfilm” bezeichnet) auf und wird deshalb auch dann nicht ohne weiteres beschädigt, wenn er einer hohen Temperatur in einer sauerstoffarmen Atmosphäre ausgesetzt ist, und weist eine verbesserte Wärmebeständigkeit auf.
Hierbei kann in einem herkömmlichen porösen Körper, der Siliciumcarbid als Aggregate und Siliciummetall als ein Bindemittel enthält, eine zur Außenluft freiliegende Oberfläche des herkömmlichen porösen Körpers mit einem Oxidationsfilm bedeckt werden, um Oxidation auf einer Oberfläche des herkömmlichen porösen Körpers zu verhindern. Wie vorstehend beschrieben ist eine Technik bekannt, in welcher Oxidation auf einer Oberfläche eines porösen Körpers durch Bedecken einer zur Außenluft freiliegenden Oberfläche mit einem Oxidationsfilm verhindert wird. Allerdings wird in der vorliegenden Erfindung auch auf einer eine Grenzfläche zwischen Aggregaten und einem Bindemittel umfassenden Oberfläche ein Oxidationsfilm gebildet, und ein hervorragender Wärmewiderstand des porösen Werkstoffs wird aufgrund des Bildens dieses Oxidationsfilms erreicht.
(1-1) Aggregate:
Aggregate werden aus einem Nichtoxidsilicium gebildet. Beispiele für die Aggregate umfassen Siliciumcarbid-(SiC)Partikel, Siliciumnitrid-(Si₃N₄)Partikel und Mullit-(Al₆Si₂O₁₃)Partikel. Von diesen Partikeln sind Siliciumcarbid-(SiC)Partikel oder Siliciumnitrid-(Si₃N₄)Partikel bevorzugt und Siliciumcarbid-(SiC)Partikel sind bevorzugter. Eine Wärmeleitfähigkeit wird durch die Verwendung von Siliciumcarbid-(SiC)Partikeln als die Aggregate vorteilhaft erhöht.
Ein Mengenverhältnis von Sauerstoff in den Aggregaten ist bevorzugt zwischen 2 und 25 Massen-% und noch bevorzugter zwischen 7 und 17 Massen-% relativ zur Masse der Aggregate. Durch Einstellen des Mengenverhältnisses auf den vorstehenden Bereich können sowohl Wärmewiderstand als auch Stoßfestigkeit erhalten werden. Wenn das Mengenverhältnis von Sauerstoff in den Aggregaten weniger als der vorstehende untere Grenzwert ist, wird das als die Aggregate verwendete SiC oxidiert und daher kann ein Filter in einer sauerstoffarmen Atmosphäre beschädigt werden. Wenn das Mengenverhältnis von Sauerstoff in den Aggregaten mehr als der vorstehende obere Grenzwert ist, wird die Wärmeausdehnung erhöht und kann dadurch die Temperaturwechselbeständigkeit verringert werden. Es ist zu beachten, dass ”Mengenverhältnis von Sauerstoff in den Aggregaten” ein mittels Rietvelt-Analyse unter Verwendung von Röntgenbeugung berechneter Wert ist. Das Rietvelt-Analyse-Verfahren ist ein Verfahren, bei dem ein Kristallstruktur-Parameter in jedem Kristall für das Verfeinern eines erhaltenen Beugungsbildes verwendet wird.
Ein mittlerer Partikeldurchmesser der Aggregate ist bevorzugt zwischen 8 und 52 μm, bevorzugter zwischen 10 und 45 μm und besonders bevorzugt zwischen 13 und 35 μm. Wenn der mittlere Partikeldurchmesser der Aggregate weniger als der vorstehende untere Grenzwert ist, kann ein Druckverlust erhöht werden. Wenn der mittlere Partikeldurchmesser der Aggregate mehr als der vorstehende obere Grenzwert ist, kann in einem Fall, in dem eine Wabenstruktur gebildet wird, eine Düse verstopft werden und eine schlechte Formung kann verursacht werden. Es ist zu beachten, dass „der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Aggregate” ein mittels eines Laserbeugungsverfahrens gemessener Wert ist.
(1-2) Sauerstoffhaltige Phase:
Die sauerstoffhaltige Phase ist auf einer eine Grenzfläche zwischen den Aggregaten und dem Bindemittel umfassenden Oberfläche gebildet. Wie vorstehend beschrieben, wird durch Bilden der sauerstoffhaltigen Phase auf der eine Grenzfläche umfassenden Oberfläche ein hervorragender Wärmewiderstand des porösen Werkstoffs erreicht.
Für die sauerstoffhaltige Phase (Oxidationsfilm) ist nur erforderlich, dass sie auf einer eine Grenzfläche zwischen den Aggregaten und dem Bindemittel umfassenden Oberfläche gebildet ist. Das heißt, dass in der vorliegenden Erfindung ein Oxidationsfilm auf der gesamten Oberfläche der Aggregate (einschließlich einer Grenzfläche zwischen den Aggregaten und dem Bindemittel) gebildet sein kann oder auf einer Oberfläche gebildet sein kann, die wenigstens einen Teil der Grenzfläche in den Aggregaten umfasst. Es ist zu beachten, dass ein Fall, in welchem ein Oxidationsfilm auf der gesamten Oberfläche der Aggregate gebildet ist, ein Fall ist, bei welchem unter Verwendung einer Elektronenstrahlmikroanalyse (EPMA) bestätigt wurde, dass in jedem Sichtfeld (200 bis 5000 mal) zum Bestätigen eines Oxidationsfilms alle Aggregate in diesem Sichtfeld mit einer Oxidationsschicht bedeckt sind.
Die sauerstoffhaltige Phase enthält bevorzugt Cristobalit (kristallines Siliciumdioxid). Eine solche Phase ist auch in einer Motorantrieb-Umgebung stabil vorhanden und kann eine durch die aktive Oxidation von SiC bedingte Wärmeerzeugung vermeiden. Es ist zu beachten, dass das Vorhandensein von Cristobalit in der sauerstoffhaltigen Phase mittels Röntgenbeugung bestätigt werden kann.
Ein Mengenverhältnis von Cristobalit in der sauerstoffhaltigen Phase ist bevorzugt von 5 bis 25 Massen-% und bevorzugter von 8 bis 21 Massen-%. Die durch die Oxidation von SiC bedingte Wärmeerzeugung kann durch Einstellen des Mengenverhältnisses auf den vorstehenden Bereich vermieden werden. Wenn das Mengenverhältnis von Cristobalit in der sauerstoffhaltigen Phase weniger als der vorstehende untere Grenzwert ist, findet eine Wärmeerzeugung durch die aktive Oxidation von SiC statt und ein Filter kann dadurch beschädigt werden. Wenn das Mengenverhältnis von Cristobalit in der sauerstoffhaltigen Phase mehr als der vorstehende obere Grenzwert ist, nimmt die Wärmeausdehnung zu und dadurch kann die Temperaturwechselbeständigkeit reduziert werden. Es ist zu beachten, dass „Mengenverhältnis von Cristobalit in der sauerstoffhaltigen Phase” ein mittels Röntgenbeugung gemessener Wert ist.
Die sauerstoffhaltige Phase kann zusätzlich zu Cristobalit Ce, Na, Mg, Al oder Fe enthalten.
Eine Filmdicke der sauerstoffhaltigen Phase ist bevorzugt von 0,2 bis 3,0 μm, bevorzugter von 0,5 bis 2,5 μm und besonders bevorzugt von 0,6 bis 2,0 μm. Durch Einstellen der Filmdicke der sauerstoffhaltigen Phase auf den vorstehenden Bereich kann eine durch die aktive Oxidation von SiC bedingte Wärmeerzeugung vermieden werden. Wenn die Filmdicke der sauerstoffhaltigen Phase weniger als der vorstehende untere Grenzwert ist, findet eine Wärmeerzeugung durch die aktive Oxidation von SiC statt und ein Filter kann dadurch beschädigt werden. Wenn die Filmdicke der sauerstoffhaltigen Phase mehr als der vorstehende obere Grenzwert ist, wird eine Wärmeleitfähigkeit verringert, wodurch ein Temperaturunterschied in einem Filter einfach erzeugt wird und die Temperaturwechselbeständigkeit verringert werden kann. Es ist zu beachten, dass die Filmdicke der sauerstoffhaltigen Phase einen Wert darstellt, der durch das mehrmalige Messen einer Position einer um SiC vorhandenen sauerstoffhaltigen Phase mittels eines Rasterelektronenmikroskops (REM) oder EPMA und Mitteln der vorstehend gemessenen Werte erhalten wird.
Es ist zu beachten, dass die Filmdicke der sauerstoffhaltigen Phase durch Einstellen einer Wärmebehandlungstemperatur oder einer Wärmebehandlungsdauer eingestellt werden kann.
(1-3) Bindemittel:
Das Bindemittel wird aus einer Oxidkeramik gebildet, welche die Aggregate aneinander bindet, während sie eine Vielzahl von Poren beibehält. Auf diese Weise bindet das Bindemittel die Aggregate aneinander, während es eine Vielzahl von Poren beibehält, und somit kann ein poröser Werkstoff erhalten werden, in welchem eine Vielzahl von Poren gebildet ist.
Konkrete Beispiele der Oxidkeramik umfassen Cordierit, Mullit und Aluminiumoxid.
Das Bindemittel enthält kristallinen Cordierit, bevorzugt in einer Menge von 50 Massen-% oder mehr und bevorzugter von 70 bis 95 Massen-% relativ zur Gesamtmenge des Bindemittels. Durch Einstellen des Mengenverhältnisses von kristallinem Cordierit in dem Bindemittel auf den vorstehenden Bereich kann Wärmeausdehnung verringert und eine Wärmespannung vermieden werden. Wenn das Mengenverhältnis von kristallinem Cordierit in dem Bindemittel weniger als 50 Massen-% ist, wird die Wärmeausdehnung erhöht und dadurch wird die Temperaturwechselbeständigkeit verschlechtert und kann ein Filter beschädigt werden. Es ist zu beachten, dass „Mengenverhältnis von kristallinem Cordierit in dem Bindemittel” ein mittels Röntgenbeugung gemessener Wert ist.
Das Bindemittel enthält bevorzugt mindestens ein Mittel aus einer Gruppe bestehend aus amorphem Cordierit, Aluminiumoxid, Mullit, Spinell, Sapphirin und Cristobalit. Das Bindemittel enthält ferner diese Komponenten und dadurch kann ein Fortschreiten eines Risses bis zu einem Verbindungsteil vermieden werden. Ob das Bindemittel diese Komponenten enthält, kann mittels REM oder Röntgenbeugung bestätigt werden.
Eine Porosität des porösen Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt zwischen 35 und 75%, bevorzugter zwischen 40 und 72% und besonders bevorzugt zwischen 50 und 70%. Wenn die Porosität des porösen Werkstoffs weniger als der vorstehende untere Grenzwert ist, kann ein Druckverlust erhöht werden. Wenn die Porosität des porösen Werkstoffs mehr als der vorstehende obere Grenzwert ist, wird die Festigkeit verringert und eine Wabenstruktur kann brechen, wenn die Wabenstruktur aus dem porösen Werkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet und in einem Gehäusekörper angeordnet ist. Es ist zu beachten, dass „die Porosität des porösen Werkstoffs” ein Wert ist, der aus einem Gesamtporenvolumen (Einheit: cm³/g) mittels eines Quecksilber-Einpressverfahrens (gemäß JIS R 1655) und einer scheinbaren Dichte (Einheit: g/cm³) mittels eines Unterwasser-Archimedes-Verfahrens berechnet wird.
Ein mittlerer Porendurchmesser des porösen Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt zwischen 8 und 32 μm, bevorzugter zwischen 10 und 27 μm und besonders bevorzugt zwischen 12 und 23 μm. Wenn der mittlere Porendurchmesser des porösen Werkstoffs weniger als der vorstehende untere Grenzwert ist, kann ein Druckverlust erhöht werden. Wenn der mittlere Porendurchmesser des porösen Werkstoffs mehr als der vorstehende obere Grenzwert ist, kann in einem Fall, in dem der poröse Werkstoff der vorliegenden Ausführungsform als ein DPF oder dergleichen verwendet wird, ein Teil des Feinstaubs in einem Autoabgas durch den DPF oder dergleichen passieren, ohne aufgefangen zu werden. Hierbei ist der mittlere Porendurchmesser ein mittels eines Quecksilber-Einpressverfahrens (gemäß JIS R 1655) gemessener Wert.
Die Biegefestigkeit des porösen Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt bevorzugt 5 MPa oder mehr, bevorzugter 7 MPa oder mehr und besonders bevorzugt 9 MPa oder mehr. Wenn die Biegefestigkeit des porösen Werkstoffs weniger als der vorstehende untere Grenzwert ist, kann die Temperaturwechselbeständigkeit verringert werden. Der obere Grenzwert beträgt im Hinblick auf eine Konfiguration des porösen Werkstoffs der vorliegenden Ausführungsform 50 MPa. Hierbei ist die Biegefestigkeit ein Wert, der durch „einen Biegeversuch” gemäß JIS R 1601 gemessen wird.
Ein Wärmeausdehnungskoeffizient des porösen Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt 5,5 × 10^–6/K oder weniger, bevorzugter zwischen 2,0 × 10^–6/K und 5,3 × 10^–6/K und besonders bevorzugt zwischen 2,0 × 10^–6/K und 5,0 × 10^–6/K. Es ist zu beachten, dass ein geringerer Wärmeausdehnungskoeffizient vorzuziehen ist. Der untere Grenzwert ist allerdings 2,0 × 10^–6/K im Hinblick auf eine Konfiguration der vorliegenden Erfindung. Wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient des porösen Werkstoffs größer als der vorstehende obere Grenzwert ist, wird die Temperaturwechselbeständigkeit verringert und kann dadurch ein Filter beschädigt werden. Es ist zu beachten, dass „der Wärmeausdehnungskoeffizient ein Wert ist, der durch ein Verfahren gemäß JIS R 1618 gemessen wird. Genauer ausgedrückt wird der Wärmeausdehnungskoeffizient, wenn der poröse Werkstoff zum Beispiel eine Wabenstruktur ist, dadurch erhalten, dass eine Probe aus senkrecht 3 Waben × waagerecht 3 Waben × Länge 20 mm aus der Wabenstruktur geschnitten wird und ein Wärmeausdehnungskoeffizient in einer A-Achsenrichtung (Erstreckungsrichtung einer Wabe der Wabenstruktur) bei 40 bis 800°C gemessen wird.
(2) Wabenstruktur:
Eine Ausführungsform einer Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine in 2 und 3 gezeigte Wabenstruktur 100. Die Wabenstruktur 100 wird aus dem vorstehend beschriebenen porösen Werkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet. Die Wabenstruktur 100 hat eine Form, die eine Trennwand 1 aufweist, die eine Vielzahl von Waben 2 bildet, die sich von einer ersten Stirnseite 11 als der einen Stirnseite zu einer zweiten Stirnseite 12 als der anderen Stirnseite erstrecken.
Die Wabenstruktur 100 wird aus dem vorstehend beschriebenen porösen Werkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet und wird deshalb auch dann nicht ohne weiteres beschädigt, wenn sie einer hohen Temperatur in einer sauerstoffarmen Atmosphäre ausgesetzt ist, und weist eine verbesserte Wärmebeständigkeit auf.
Die Dicke der Trennwand 1 ist bevorzugt von 100 bis 500 μm und bevorzugter von 125 bis 400 μm. Wenn die Dicke der Trennwand 1 geringer als der vorstehende untere Grenzwert ist, wird die Festigkeit verringert und folglich kann eine Wabenstruktur brechen, wenn die Wabenstruktur in einem Gehäusekörper angeordnet ist. Wenn die Dicke der Trennwand 1 größer als der vorstehende obere Grenzwert ist, kann ein Druckverlust erhöht werden.
Eine Wabenform (Wabenform in einem Querschnitt senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung einer Wabe) der Wabenstruktur 100 ist nicht besonders beschränkt. Beispiele der Wabenform umfassen ein Dreieck, ein Viereck, ein Sechseck, ein Achteck, einen Kreis und eine Kombination daraus. Unter den Vierecken sind ein Quadrat oder ein Rechteck bevorzugt.
Eine Wabendichte der Wabenstruktur 100 beträgt bevorzugt 15 bis 77 Waben/cm², bevorzugter 20 bis 62 Waben/cm² und besonders bevorzugt 23 bis 54 Waben/cm². Wenn die Wabendichte geringer als der vorstehende untere Grenzwert ist, wird die Festigkeit verringert und folglich kann eine Wabenstruktur brechen, wenn die Wabenstruktur in einem Gehäusekörper angeordnet ist. Wenn die Wabendichte höher als der vorstehende obere Grenzwert ist, kann ein Druckverlust erhöht werden.
Die Form einer Wabenstruktur ist nicht besonders beschränkt, aber Beispiele dieser umfassen eine runde Säulenform und eine Säulenform mit einer polygonalen (Dreieck, Viereck, Fünfeck, Sechseck, oder dergleichen) Bodenfläche.
Wie in 2 und 3 gezeigt, weist die Wabenstruktur 100 eine Vielzahl von säulenförmigen Wabensegmenten 17 und eine Verbindungsschicht 15 auf, welche so angeordnet ist, dass sie die Seitenflächen der Wabensegmente 17 aneinander bindet. Durch das Bilden eines solchen segmentierten Aufbaus kann eine Belastung, welche an einer Wabenstruktur angelegt wird, wenn die Wabenstruktur als ein Filter verwendet wird, verringert werden.
Die Wabenstruktur 100 weist einen Verschlussteil 8 auf, der in einem offenen Ende einer vorbestimmten Wabe 2 (Ausflusswabe 2b) auf der ersten Stirnseite 11 und in einem offenen Ende einer übrigen Wabe 2 (Zuflusswabe 2a) auf der zweiten Stirnseite 12 jeweils angeordnet ist. Wenn die Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung als ein DPF oder dergleichen verwendet wird, weist die Wabenstruktur bevorzugt einen solchen Aufbau auf (einen den Verschlussteil 8 wie vorstehend beschrieben umfassenden Aufbau). Das heißt, dass ein Autoabgas, das in die Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung geströmt ist, von einer Trennwand gefiltert wird, weil die Wabenstruktur den Verschlussteil 8 aufweist. Folglich können Schwebstoffe in dem Autoabgas vorteilhaft aufgefangen werden. Es ist zu beachten, dass die Zuflusswabe 2a und die Ausflusswabe 2b in der Wabenstruktur 100 wechselweise angeordnet sind. Dadurch wird ein kariertes Muster durch den Verschlussteil 8 und die „offenen Enden von Waben” jeweils auf der ersten Stirnseite 11 und der zweiten Stirnseite 12 in der Wabenstruktur 100 gebildet.
Ein Werkstoff des Verschlussteils 8 kann aus einem anderen oder aus dem gleichen Werkstoff wie die Wabensegmente 17 gebildet werden.
Wie in 2 und 3 gezeigt, kann die Wabenstruktur 100 eine Außenumfangs-Überzugschicht 20 an ihrem äußeren Umfang aufweisen. Die Außenumfangs-Überzugschicht 20 kann aus dem gleichen Werkstoff wie die Wabensegmente gebildet werden. Durch das Bilden der Außenumfangs-Überzugschicht 20 entsteht kaum ein Defekt wie etwa ein Bruch, auch wenn an der Wabenstruktur 100 während ihres Transports eine externe Kraft angelegt wird.
(3) Herstellungsverfahren eines porösen Werkstoffs:
Der poröse Werkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch das folgende Verfahren hergestellt werden. Das heißt, dass der poröse Werkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren hergestellt werden kann, welches einen Formungsschritt, einen Brennschritt und einen Schritt zum Bilden eines porösen Werkstoffs umfasst. Der Formungsschritt ist ein Schritt zum Erhalten eines Gemisches durch Zusetzen und Mischen eines ein Cordierit-Form-Rohmaterial enthaltenden Rohmaterials für ein Bindemittel und eines organischen Bindemittels zu aus einem Silicium enthaltenden Nichtoxid gebildeten pulvrigen Aggregaten und dann Formen des Gemisches, um einen Formkörper zu erhalten. Der Brennschritt ist ein Schritt zum Calcinieren des Formkörpers in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, um das organische Bindemittel in dem Formkörper zu entfernen, und dann Brennen des Formkörpers in einem Temperaturbereich von 1370 bis 1450°C, um einen porösen gebrannten Körper zu erhalten, in welchem die pulvrigen Aggregate mittels einer Oxidkeramik aneinander gebunden sind. Der den porösen Werkstoff bildende Schritt ist ein Schritt, in dem der erhaltene gebrannte Körper einer Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 1000 bis 1400°C in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre unterzogen wird und dadurch auf einer eine Grenzfläche mit der Oxidkeramik einschließenden Oberfläche der pulvrigen Aggregate eine sauerstoffhaltige Phase gebildet wird, um einen porösen Werkstoff zu erhalten.
Das Herstellungsverfahren eines porösen Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung bildet auf einer Oberfläche der Aggregate (einschließlich einer Grenzfläche zwischen den Aggregaten und dem Bindemittel) eine sauerstoffhaltige Phase. Folglich kann ein poröser Werkstoff hergestellt werden, der auch dann nicht ohne weiteres beschädigt wird, wenn er einer hohen Temperatur in einer sauerstoffarmen Atmosphäre ausgesetzt wird, und der eine verbesserte Wärmebeständigkeit aufweist.
Es ist zu beachten, dass gemäß dem vorliegenden Herstellungsverfahren, wenn das Bindemittel aus Cordierit gebildet ist, in dem Bindemittel enthaltene Verunreinigungen wie etwa Natrium sich zu einem Oxidationsfilm auf der Grenzfläche zwischen dem Bindemittel und den Aggregaten bewegen. Daher wird die Reinheit des aus Cordierit gebildeten Bindemittels erhöht (das heißt, dass ein Schmelzpunkt des Bindemittels erhöht wird) und der Wärmewiderstand verbessert.
Im Folgenden wird das Herstellungsverfahren eines porösen Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung anhand der jeweiligen Schritte beschrieben.
(3-1) Formungsschritt:
Zuerst werden ein Cordierit-Form-Rohmaterial enthaltendes Rohmaterial für ein Bindemittel und ein organisches Bindemittel den pulvrigen Aggregaten zugesetzt und mit diesen vermischt, und dann wird dem ein Netzmittel, ein Porenbildner, Wasser oder dergleichen nach Bedarf zugesetzt, um ein Gemisch zu erhalten. Daraufhin wird das erhaltene Gemisch geformt, um einen Formkörper zu erhalten. Das Rohmaterial für ein Bindemittel wird durch Brennen zu einem Bindemittel. Das Rohmaterial für ein Bindemittel enthält ein Seltenerdelement oder ein Zirconiumelement zusätzlich zum Cordierit-Form-Rohmaterial.
Beispiele für die aus einem Silicium enthaltenden Nichtoxid gebildeten Aggregate umfassen Siliciumcarbid-(SiC)Partikel, Siliciumnitrid-(Si₃N₄) Partikel und Mullit-(Al₆Si₂O₁₃)Partikel. Von diesen Partikeln sind Siliciumcarbid-(SiC)Partikel und Siliciumnitrid-(Si₃N₄)Partikel bevorzugt und sind Siliciumcarbid-(SiC)Partikel bevorzugter.
Der mittlere Partikeldurchmesser der pulvrigen Aggregate beträgt bevorzugt 8 bis 52 μm und bevorzugter 10 bis 45 μm. Der mittlere Partikeldurchmesser der pulvrigen Aggregate ist ein mittels eines Laserbeugungsverfahrens gemessener Wert.
Das Cordierit-Form-Rohmaterial ist ein Rohmaterial, welches durch Brennen zu Cordierit wird. Genauer ausgedrückt ist das Cordierit-Form-Rohmaterial ein Keramik-Rohmaterial, welches durch Mischen „vorbestimmter Rohmaterialien” so erhalten wird, dass chemische Zusammensetzungen von Siliciumdioxid·(SiO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃) und Magnesia (MgO) jeweils innerhalb von Bereichen von 42 bis 56 Massen-%, 30 bis 45 Massen-% und 12 bis 16 Massen-% sind. Beispiele der „vorbestimmten Rohmaterialien” umfassen Talk, Kaolin, ein Aluminiumoxidausgangsstoff-Rohmaterial und Siliciumdioxid. Das Aluminiumoxidausgangsstoff-Rohmaterial ist ein Rohmaterial zum Bilden eines Oxids durch Brennen und Formen eines Cordieritteils, wie etwa Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid oder Boehmit.
Beispiele des organischen Bindemittels umfassen Methylcellulose, Hydroxypropoxylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Carboxymethylcellulose und Polyvinylalkohol. Die Menge des organischen Bindemittels ist bevorzugt zwischen 3 und 10 Gewichtsteile relativ zu den insgesamt 100 Gewichtsteilen der pulvrigen Aggregate und des Rohmaterials für ein Bindemittel.
Beispiele des Netzmittels umfassen Ethylenglykol, Dextrin, Fettsäureseife und Polyalkohol. Diese Stoffe können einzeln oder in Kombination von zwei oder mehreren Arten derselben verwendet werden. Die Menge des Netzmittels ist bevorzugt 3 Gewichtsteile oder weniger relativ zu den insgesamt 100 Gewichtsteilen der pulvrigen Aggregate und des Rohmaterials für ein Bindemittel.
Der Porenbildner ist nicht besonders beschränkt, solange er nach dem Brennen Poren erzeugt, und Beispiele hierfür umfassen Graphit, Stärke, ein schäumbares Harz, ein Wasser absorbierendes Harz und Silikagel. Diese Stoffe können einzeln oder in Kombination von zwei oder mehreren Arten derselben verwendet werden.
Die Menge des Porenbildners ist bevorzugt zwischen 0,3 und 40 Gewichtsteilen relativ zu den insgesamt 100 Gewichtsteilen der pulvrigen Aggregate und des Rohmaterials für ein Bindemittel.
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Porenbildners ist bevorzugt zwischen 10 und 70 μm.
Das Gemisch kann zu einer gewünschten Form geformt werden. Eine zu formende Form oder ein Formverfahren sind nicht besonders beschränkt, können aber so bestimmt werden, dass sie für eine Anwendung geeignet sind.
Es ist zu beachten, dass ein Rohmaterial für einen porösen Werkstoff (ein Formkörper in einem Fall, in welchem dieses Rohmaterial für einen porösen Werkstoff in eine spezielle Form geformt wurde) bevorzugt getrocknet wird. Ein Trocknungsverfahren ist nicht besonders beschränkt. Beispiel dafür umfassen ein elektromagnetische Wellen nutzendes Erwärmungsverfahren wie Mikrowellentrocknung oder Hochfrequenzinduktionstrocknung und ein externes Erwärmungsverfahren wie Heißlufttrocknung oder Heißdampftrocknung.
(3-2) Brennschritt:
In diesem Schritt kann Calcinieren in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre bei 200 bis 600°C für 0,5 bis 20 Stunden durchgeführt werden. Die „sauerstoffhaltige Atmosphäre” ist bevorzugt eine Luftatmosphäre.
Brennen wird in einem Temperaturbereich von 1370 bis 1450°C, bevorzugt in einem Temperaturbereich von 1380 bis 1420°C, durchgeführt. Durch das Durchführen des Brennens in einem solchen Temperaturbereich wird das Cordierit-Form-Rohmaterial aufgeweicht und bleibt an den Aggregaten haften, die Aggregate und das Bindemittel werden zureichend gebunden und eine ausreichende Festigkeit wird erhalten. Wenn die Brenntemperatur niedriger als der vorstehende untere Grenzwert ist, sind die Aggregate und das Bindemittel unzureichend gebunden und die Festigkeit wird nachtteilhaft verringert. Wenn andererseits die Brenntemperatur höher als der vorstehende obere Grenzwert ist, wird der kristalline Cordierit amorph. Folglich wird ein Wärmeausdehnungskoeffizient erhöht und die Temperaturwechselbeständigkeit wird nachteilhaft verringert.
Eine Atmosphäre beim Brennen ist vorzugsweise eine nicht oxidierende Atmosphäre wie etwa Stickstoff oder Argon, oder eine Atmosphäre, welche einen Sauerstoffpartialdruck von 10% oder weniger aufweist. Außerdem wird das Brennen vorzugsweise bei einem Normaldruck durchgeführt. Außerdem beträgt die Brenndauer bevorzugt zwischen 1 und 20 Stunden. Es ist zu beachten, dass Calcinieren und Brennen zum Beispiel mittels eines Elektroofens oder eines Gasofens durchgeführt werden kann.
(3-3) Schritt zu Bilden des porösen Werkstoffs:
In diesem Schritt wird ein gebrannter Körper einer Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 1000 bis 1400°C in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre unterzogen. Dieser Temperaturbereich ist bevorzugt von 1050 bis 1350°C. Durch das Durchführen der Wärmebehandlung in einem solchen Temperaturbereich wird eine sauerstoffhaltige Phase auf einer Oberfläche der Aggregate (einschließlich einer Grenzfläche zwischen den Aggregaten und dem Bindemittel) gebildet. Demzufolge kann ein poröser Werkstoff erhalten werden, welcher auch dann nicht ohne weiteres beschädigt wird, wenn er einer hohen Temperatur in einer sauerstoffarmen Atmosphäre ausgesetzt wird, und eine verbesserte Wärmebeständigkeit aufweist. Wenn die Temperatur für die Wärmebehandlung niedriger als der vorstehende untere Grenzwert ist, ist eine sauerstoffhaltige Phase auf einer Oberfläche von SiC unzureichend und ein Filter wird dadurch nachteilhaft beschädigt. Wenn andererseits die Temperatur für die Wärmebehandlung höher als der vorstehende obere Grenzwert ist, wird die Menge des auf einer Oberfläche von SiC gebildeten Cristobalits erhöht, ein Wärmeausdehnungskoeffizient erhöht und dadurch die Temperaturwechselbeständigkeit nachteilhaft reduziert.
Die Wärmebehandlungsdauer des gebrannten Körpers ist bevorzugt zwischen 1 und 20 Stunden und bevorzugter zwischen 2 und 10 Stunden. Die Wärmebehandlungsdauer bedeutet hierbei die Haltezeit für die maximale Temperatur. Wenn die Wärmebehandlungsdauer weniger als der vorstehende untere Grenzwert ist, ist eine sauerstoffhaltige Phase auf einer Oberfläche von SiC unzureichend und ein Filter wird dadurch nachteilhaft beschädigt. Wenn andererseits die Wärmebehandlungsdauer mehr als der vorstehende obere Grenzwert ist, wird die Menge des auf einer Oberfläche von SiC gebildeten Cristobalits erhöht, ein Wärmeausdehnungskoeffizient erhöht und dadurch die Temperaturwechselbeständigkeit nachteilhaft verringert.
In diesem Schritt ist „sauerstoffhaltige Atmosphäre” bevorzugt ein Zustand mit einer Sauerstoffkonzentration von 0,1% oder mehr.
Wie vorstehend beschrieben ist zu beachten, dass gemäß dem vorliegenden Herstellungsverfahren, wenn das Bindemittel aus Cordierit gebildet ist, in dem Bindemittel enthaltene Verunreinigungen, welche aus einem Alkalimetall wie etwa Natrium gebildet sind, sich zu einer Grenzfläche zwischen dem Bindemittel und den Aggregaten bewegen. Folglich enthält die sauerstoffhaltige Phase Verunreinigungen wie etwa ein Alkalimetall. Hierbei enthält die sauerstoffhaltige Phase bevorzugt ein Alkalimetall in einer Menge von 0,05 Massen-% oder mehr relativ zu einem porösen Werkstoff (0,05 Massen-% oder mehr relativ zu einer Wabenstruktur in einem Fall, in welchem der poröse Werkstoff die Wabenstruktur ist). Die sauerstoffhaltige Phase enthält ein Alkalimetall bevorzugter in einer Menge von 0,06 bis 0,5 Massen-%, besonders bevorzugt in einer Menge von 0,08 bis 0,3 Massen-% relativ zu einem porösen Werkstoff. Durch Einhalten eines solchen Bereichs kann die sauerstoffhaltige Phase ein Alkalimetall in einer Bindungsphase auffangen. Dadurch kann eine Erweichungstemperatur der Bindungsphase verbessert werden. Wenn ein Mengenverhältnis eines Alkalimetalls in der sauerstoffhaltigen Phase weniger als 0,05 Massen-% beträgt, fängt die sauerstoffhaltige Phase ein Alkalimetall nicht auf und eine Bindungsphase wird bei einer niedrigen Temperatur aufgeweicht. Folglich besteht ein Risiko, dass eine gewünschte Form (zum Beispiel eine Wabenform) nicht aufrechterhalten werden kann.
(4) Herstellungsverfahren einer Wabenstruktur:
Als ein Herstellungsverfahren einer Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren eingesetzt werden, welches dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren eines porösen Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung ähnlich ist, mit dem Unterschied, dass ein Waben-Formkörper dadurch erhalten wird, dass Strangpressen mittels einer Pressform so ausgeführt wird, dass das Gemisch in dem Formschritt in dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren eines porösen Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung eine Wabenform aufweist.
(Beispiele)
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen genauer beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist durch diese Beispiele keineswegs beschränkt.
(Beispiel 1)
Zuerst wurden pulvriges Siliciumcarbid (pulvrige Aggregate) und ein Rohmaterial für ein Bindemittel in einem Gewichtsverhältnis von 76,5:23,5 gemischt. Ein organisches Bindemittel, ein Porenbildner, ein Netzmittel und Wasser wurden dem zugesetzt, um einen plastischen Knetwerkstoff (Gemisch) zu erhalten. Es ist zu beachten, dass für das Rohmaterial für ein Bindemittel ein Cordierit-Form-Rohmaterial verwendet wurde, das 7,8 Massen-% Talkum, 10,0 Massen-% Aluminiumoxid und 12,9 Massen-% von Kolloid-Siliciumdioxid enthält. Methylcellulose wurde als das organische Bindemittel verwendet. Das pulvrige Siliciumcarbid wies einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 20 μm auf.
Der erhaltene Knetwerkstoff wurde stranggepresst, um einen viereckigen säulenförmigen Waben-Formkörper (Formkörper) zu erhalten, welcher eine Trennwanddicke von 300 μm, eine Wabendichte von 50 Waben/cm², eine quadratische Stirnseite mit einer Seite von 35 mm und eine Länge von 150 mm aufweist.
Dieser Waben-Formkörper wurde in einer Luftatmosphäre bei 450°C für 10 Stunden calciniert. Daraufhin wurde Brennen bei 1400°C für fünf Stunden durchgeführt, um einen porösen gebrannten Körper (gebrannten Wabenkörper) zu erhalten.
Anschließend wurde der erhaltene gebrannte Wabenkörper einer Wärmebehandlung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre (in einer Luftatmosphäre) bei 1220°C für sieben Stunden ausgesetzt, um eine Wabenstruktur (porösen Werkstoff) zu erhalten. Diese Wabenstruktur umfasst eine Trennwand, die eine Vielzahl von Waben bildet, welche sich von einer ersten Stirnseite als der einen Stirnseite zu einer zweiten Stirnseite als der anderen Stirnseite erstrecken. In der erhaltenen Wabenstruktur wurde eine sauerstoffhaltige Phase (Phase, welche 12,8 Massen-% Cristobalit enthält) auf der gesamten Oberfläche der pulvrigen Aggregate einschließlich einer Grenzfläche mit einem Bindemittel (Cordierit) gebildet. Die sauerstoffhaltige Phase wies eine Dicke von 1,3 μm auf.
Für die erhaltene Wabenstruktur wurde die Messung folgender Punkte durchgeführt. Es ist zu beachten, dass eine „Erweichungstemperatur” wie folgt gemessen wurde. Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse davon.
Die Porosität wurde aus einem Gesamtporenvolumen (Einheit: cm³/g) mittels eines Quecksilber-Einpressverfahrens (gemäß JIS R 1655) und einer scheinbaren Dichte (Einheit: g/cm³) mittels eines Unterwasser-Archimedes-Verfahrens berechnet.
Ein mittlerer Porendurchmesser wurde mittels eines Quecksilber-Einpressverfahrens (gemäß JIS R 1655) gemessen.
Ein Wärmeausdehnungskoeffizient wurde mittels eines Verfahrens gemäß JIS R 1618 gemessen.
Die Biegefestigkeit wurde mittels „eines Biegeversuchs” gemäß JIS R 1601 gemessen.
(Messung der Erweichungstemperatur)
Zuerst wurde ein viereckiges säulenförmiges Teststück 50, welches eine quadratische Stirnseite mit einer Seite der Länge 6,4 mm und einer Länge von 50 mm aufweist, aus der erhaltenen Wabenstruktur herausgeschnitten. Daraufhin wurde dieses Teststück 50 in einer Messvorrichtung 45 wie in 4 dargestellt eingebaut, ein Gewicht (Ausgleichsgewicht 40 von 50 g) darauf platziert und eine Belastung daran angelegt. Während an dem Teststück 50 die Belastung angelegt wurde, wurde das Teststück 50 bei einer Temperaturanstiegsrate von 7,5°C/min auf 1500°C erwärmt. Währenddessen wurde das Maß des Teststücks 50 kontinuierlich gemessen und eine Maßverkleinerungskurve (siehe 5) aufgezeichnet. In der erhaltenen Maßverkleinerungskurve wurden Tangenten A und B vor und nachdem eine große Maßveränderung bestätigt wurde gezeichnet und an einem Schnittpunkt P, an welchem sich diese Tangenten A und B überschneiden, wurde eine Temperatur bestimmt (siehe 5). Die Temperatur an dem Schnittpunkt P wurde als eine „Erweichungstemperatur” verwendet.
(Gesamtbewertung)

Aus den Ergebnissen der vorstehenden Punkte wurde eine Gesamtbewertung durchgeführt. Als ein Auswertungskriterium wurde ein Fall, in welchem eine Porosität, ein mittlerer Porendurchmesser, ein Wärmeausdehnungskoeffizient, eine Biegefestigkeit und eine Erweichungstemperatur jeweils einen besonders bevorzugten Bereich ausreichend einhalten, als „A” bewertet. Ein Fall, in welchem eine Porosität, ein mittlerer Porendurchmesser, ein Wärmeausdehnungskoeffizient, eine Biegefestigkeit oder eine Erweichungstemperatur einen bevorzugten Bereich ausreichend einhalten, aber außerhalb eines besonders bevorzugten Bereichs waren, wurde als „B” bewertet. Ein Fall, in welchem eine Porosität, ein mittlerer Porendurchmesser, ein Wärmeausdehnungskoeffizient oder eine Biegefestigkeit außerhalb eines bevorzugten Bereichs waren, wurde als „C” bewertet. Ein Fall, in welchem eine Erweichungstemperatur außerhalb eines bevorzugten Bereichs (1420°C oder höher) war, wurde als „D” bewertet.

[Tabelle 2]

	Physikalischen Eigenschaften von Werkstoffen					Gesamtbewertung
	Porosität	Mittlerer Porendurchmesser	Wärmeausdehnungskoeffizient	Biegefestigkeit	Erweichungstemperatur
	%	μm	ppm/K	MPa	°C
Beispiel 1	65,2	19	4,6	10,2	1460	A
Beispiel 2	65,2	18,9	4,5	10,1	1460	A
Beispiel 3	64,1	19,2	4,6	9,8	1451	A
Beispiel 4	62,5	19,3	5,0	10,2	1475	B
Beispiel 5	60,2	19,9	5,4	10,9	1450	B
Beispiel 6	66,2	18,2	4,3	10,3	1430	B
Beispiel 7	66,2	18,2	4,3	10,9	1420	B
Beispiel 8	61,8	18,6	5,1	9,8	1465	B
Beispiel 9	65,6	18,0	4,0	10,8	1420	B
Beispiel 10	64,6	18,9	4,5	9,9	1453	A
Beispiel 11	63,9	19,2	4,7	10,9	1461	A
Beispiel 12	65,2	18,2	4,5	9,7	1451	A
Beispiel 13	64,8	18,8	4,6	10,2	1455	A
Beispiel 14	66,1	17,8	5,1	11,1	1439	B
Beispiel 15	64,5	18,7	4,4	9	1460	A
Beispiel 16	67	15,5	5,1	8,5	1472	B
Beispiel 17	65,6	18,2	4,8	9,3	1460	A
Beispiel 18	64,5	19,8	4,5	11,2	1461	A
Beispiel 19	63,4	21,5	4,2	12,6	1468	A
Beispiel 20	64,8	19	4,6	10,2	1456	A
Beispiel 21	65,3	18,5	4,7	9,5	1455	A
Beispiel 22	64,1	19,5	4,5	10	1450	A
Beispiel 23	65,1	19,6	4,5	10,1	1459	A
Beispiel 24	57,5	20,5	5,8	16,8	1450	C
Beispiel 25	58,9	21,2	5,8	16	1445	C
Beispiel 26	64,6	18,9	4,5	4,9	1453	C
Beispiel 27	66,2	17,8	5,6	13,1	1429	C
Beispiel 28	59,2	20,1	5,9	15,5	1432	C
Vergleichsbeispiel 1	63,9	20,9	1,9	8,5	1416	D
Vergleichsbeispiel 2	64,8	18,8	3,8	10,9	1418	D
Vergleichsbeispiel 3	64,2	20,1	1,8	8,3	1395	D

(Beispiele 2 bis 28 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3)
Eine Wabenstruktur wurde auf eine dem Beispiel 1 ähnliche Weise erhalten, mit dem Unterschied, dass wie in Tabelle 1 dargestellt die Bedingungen geändert wurden. Für die erhaltene Wabenstruktur wurden die Messung einer „Erweichungstemperatur” und Messung der vorstehenden Punkte auf eine dem Beispiel 1 ähnliche Weise durchgeführt. Die Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse davon.
Tabellen 1 und 2 geben an, dass poröse Werkstoffe (Wabenstrukturen) in den Beispielen 1 bis 28 auch dann nicht ohne weiteres beschädigt werden, wenn sie einer hohen Temperatur in einer sauerstoffarmen Atmosphäre ausgesetzt sind, und im Vergleich zu den porösen Werkstoffen (Wabenstrukturen) aus den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 eine verbesserte Wärmebeständigkeit aufweisen. Dabei ist die Erweichungstemperatur bevorzugt 1420°C oder höher, bevorzugter von 1435 bis 1475°C und besonders bevorzugt von 1440 bis 1470°C. Durch Einhalten eines solchen Bereiches kann eine Wärmebeständigkeit einer Bindungsphase verbessert und eine thermische Verformung eines Filters vermieden werden. Wenn die Erweichungstemperatur geringer als 1420°C ist, wird die Wärmebeständigkeit verringert und ein Filter kann beschädigt werden.
(Gewerbliche Anwendbarkeit)
Der poröse Werkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung kann für einen Filter zum Reinigen eines Abgases eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen verwendet werden. Außerdem kann die Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Filter zum Reinigen eines Abgases eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen verwendet werden. Das Herstellungsverfahren eines porösen Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung kann als ein Herstellungsverfahren für einen Werkstoff verwendet werden, welcher für einen Filter zum Reinigen eines Abgases eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen verwendet werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Trennwand, 2: Wabe, 2a: Zuflusswabe, 2b: Ausflusswabe, 8: Verschlussteil, 11: erste Stirnseite, 12: zweite Stirnseite, 15: Verbindungsschicht, 17: Wabensegmente, 20: Außenumfangs-Überzugschicht, 30: Aggregate, 32: Bindemittel, 35: sauerstoffhaltige Phase, 37: Pore, 40: Ausgleichsgewicht, 45: Messvorrichtung, 50: Teststück, 100: Wabenstruktur.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2016-070651 [0001]
JP 2003-292388 A [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS R 1655 [0034]
JIS R 1655 [0035]
JIS R 1601 [0036]
JIS R 1618 [0037]
JIS R 1655 [0077]
JIS R 1655 [0078]
JIS R 1618 [0079]
JIS R 1601 [0080]

Claims

Poröser Werkstoff, enthaltend: aus einem Silicium enthaltenden Nichtoxid gebildete Aggregate und ein Bindemittel, welches aus einer Oxidkeramik gebildet ist, die die Aggregate aneinander bindet, während eine Vielzahl von Poren beibehalten werden, wobei der poröse Werkstoff auf einer eine Grenzfläche mit dem Bindemittel einschließenden Oberfläche der Aggregate eine sauerstoffhaltige Phase aufweist.
Poröser Werkstoff nach Anspruch 1, wobei ein Mengenverhältnis von Sauerstoff in den Aggregaten zwischen 2 und 25 Massen-% relativ zu der Masse der Aggregate ist.
Poröser Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, wobei die sauerstoffhaltige Phase Cristobalit enthält.
Poröser Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Bindemittel kristallines Cordierit in einer Menge von 50 Massen-% oder mehr relativ zur Gesamtmenge des Bindemittels enthält.
Poröser Werkstoff nach Anspruch 4, wobei das Bindemittel weiter mindestens ein Mittel aus einer Gruppe bestehend aus amorphem Cordierit, Aluminiumoxid, Mullit, Spinell, Sapphirin und Cristobalit enthält.
Poröser Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die sauerstoffhaltige Phase eine Filmdicke von 0,2 bis 3,0 μm aufweist.
Poröser Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Aggregate aus Siliciumcarbid gebildet sind.
Poröser Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welcher eine Porosität von 35 bis 75% aufweist.
Poröser Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welcher einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 5,5 × 10^–6/K oder weniger aufweist.
Herstellungsverfahren eines porösen Werkstoffs, enthaltend: einen Formungsschritt zum Erhalten eines Gemisches durch Zusetzen und Mischen eines ein Cordierit-Form-Rohmaterial enthaltenden Rohmaterials für ein Bindemittel und eines organischen Bindemittels zu pulvrigen Aggregaten, die aus einem Silicium enthaltenden Nichtoxid gebildet sind, und dann Formen des Gemisches, um einen Formkörper zu erhalten; einen Brennschritt zum Calcinieren des erhaltenen Formkörpers in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, um das organische Bindemittel in dem Formkörper zu entfernen, und dann Brennen des Formkörpers in einem Temperaturbereich von 1370 bis 1450°C, um einen porösen gebrannten Körper zu erhalten, in welchem die pulvrigen Aggregate mittels einer Oxidkeramik aneinander gebunden sind; und einen Schritt um Bilden eines porösen Werkstoffs, in welchem der erhaltene gebrannte Körper einer Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 1000 bis 1400°C in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre unterzogen wird, wodurch eine sauerstoffhaltige Phase auf einer eine Grenzfläche mit der Oxidkeramik einschließenden Oberfläche der pulvrigen Aggregate gebildet wird, um einen porösen Werkstoff zu erhalten.
Herstellungsverfahren eines porösen Werkstoffs nach Anspruch 10, wobei die sauerstoffhaltige Phase ein Alkalimetall in einer Menge von 0,05 Massen-% oder mehr relativ zum porösen Werkstoff enthält.
Aus dem porösen Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9 gebildete Wabenstruktur, welche eine Form aufweist, die eine Trennwand umfasst, die eine Vielzahl von Waben bildet, welche sich von einer ersten Stirnseite als der einen Stirnseite zu einer zweiten Stirnseite als der anderen Stirnseite erstrecken.
Wabenstruktur nach Anspruch 12, welche einen Verschlussteil aufweist, der in einem offenen Ende einer vorbestimmten Wabe auf der ersten Stirnseite und in einem offenen Ende einer übrigen Wabe auf der zweiten Stirnseite jeweils angeordnet ist.