DE60314188T2

DE60314188T2 - Keramikfilter zur Abgasreinigung

Info

Publication number: DE60314188T2
Application number: DE60314188T
Authority: DE
Inventors: Noriyuki Taoka; Yutaka Yoshida
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2023-03-18
Also published as: DE60316607D1; ATE374067T1; DE60316608D1; EP1604725A2; DE60316608T2; EP1486242A1; ATE399049T1; WO2003078026A1; EP1604724B1; JPWO2003078026A1; EP1604724A2; DE60317778T2; EP1604723B1; EP1604722A2; ATE374069T1; EP1604719A3; EP1604721A3; DE60316609D1; EP1486242A4; EP1604725B1

Description

VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-72847 , die am 15. März 2002 eingereicht wurde.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Keramikfilter für die Abgasemissionskontrolle, und ganz besonders auf einen keramischen Filteraufbau, in dem eine Vielzahl von Filtern, die aus einem keramischen gesinterten Material hergestellt sind, aufgebaut werden, einen Hüllkörper und einen säulenförmigen Wabenfilter, der bei dessen Herstellung verwendet werden kann.
STAND DER TECHNIK
Die Anzahl der Automobile steigt stark an und im Verhältnis dazu steigt die Menge des Abgases, das aus den Verbrennungsmotoren der Automobile ausgestoßen wird, ebenso rasch an. Verschiedene Substanzen, die in dem Abgas enthalten sind, speziell aus Dieselmotoren, verursachen Umweltverschmutzung und beeinträchtigen daher gegenwärtig stark die Umwelt in der Welt. Es gibt jüngst Berichte aus Untersuchungsergebnissen, dass Feinstaub (Dieselpartikel) im Abgas manchmal allergische Symptome hervorrufen oder die Spermienzahl reduzieren kann. Eine Maßnahme zur Eliminierung des Feinstaubs im Abgas ist daher ein dringendes Problem, das zum Wohle der Menschheit bewältigt werden muss.
Demgemäß wurde eine Vielzahl an Abgasreinigungseinheiten im Stand der Technik vorgeschlagen. Eine typische Abgasreinigungseinheit weist eine Konfiguration auf, in welcher eine Hülle auf einem Abgasrohr angeordnet ist, welches an einen Abgaskrümmer eines Motors angeschlossen ist, und ein Filter, umfassend feine Löcher, ist darin angeordnet. Der Filter kann neben Metall und einer Metalllegierung aus Keramik bestehen. Ein bekanntes Beispiel eines Filters, der aus Keramik besteht, umfasst einen aus Cordierit hergestellten Wabenfilter. In letzter Zeit wird ein poröses gesintertes Siliziumcarbid-Material oft wegen der Vorteile z.B. hoher thermischer Widerstandfähigkeit, hoher mechanischer Stärke, hoher Sammeleffizienz, chemischer Stabilität und des geringen Druckverlusts (z.B. japanische offen gelegte Patentveröffentlichung Nr. 2001-162119 ) als das Material verwendet, das den Filter bildet.
Der Wabenfilter weist mehrere Zellen (Durchgangsbohrungen) auf, die sich davon in axialer Richtung erstrecken. Sobald Abgas durch den Filter passiert, werden die Feinpartikel an den Zellwänden des Filters gefangen. Als Ergebnis werden die Feinpartikel aus dem Abgas entfernt.
Da jedoch der Wabenfilter, der aus einem gesinterten Siliziumcarbid-Material hergestellt ist, eine große thermische Expansion aufweist, während sich die Größe des Filters erhöht, neigt der Filter dazu, dass während der Verwendung bei hoher Temperatur darin Risse auftreten. Daher wurde jüngst eine Technik zur Herstellung eines großen keramischen Filteraufbaus durch Aufbauen einer Vielzahl von kleinen Filterstücken als ein Mittel zur Vermeidung von Schaden, der durch Risse verursacht wird, vorgeschlagen.
Ein allgemeines Verfahren zur Herstellung des oben erwähnten Ausbaus wird nun kurz vorgestellt.
Zunächst wird ein viereckiges säulenförmiges wabenförmiges Produkt durch kontinuierliche Extrusion eines keramischen Materials durch eine Metallform eines Extruders gebildet. Nach Schneiden des wabenförmigen Produkts in gleiche Längen wird jedes geschnittene Teil gesintert, um einen Filter zu produzieren. Nach dem Sintern werden die äußeren Oberflächen der Filter durch eine keramische Dichtungsmaterialschicht aneinander gehaftet, um die Filter zu binden und einzugliedern. Folglich ist der erwünschte keramische Filteraufbau komplett. Ein thermisches Wärmeisolierungsmattenmaterial, umfassend keramische Fasern und Ähnliches, wird um die äußere Oberfläche des keramischen Filteraufbaus gewickelt. Der Aufbau in diesem Zustand wird innerhalb einer Hülle, der auf dem Abgasrohr angebracht ist, angeordnet.
[Patentveröffentlichung 1]

Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2001-162119

Im Falle eines Filters, der eine gegliederte Struktur und einen Querschnitt, der länglich ist, z.B. einen im Wesentlichen elliptischen Querschnitt, aufweist, findet man, dass Risse eher in den Filtern auftreten, die an den Teilen an der Außenfläche und weniger als in den zentralen Stellen des Aufbaus liegen. Wenn man den Filteraufbau nach wiederholter Nachbildung nach einer Vielzahl von Malen und nach Teilen des Filteraufbaus beobachtet, wurde eine kleine Menge an verbranntem Rest an Ruß zunächst in den Filtern gefunden, die an den Außenstellen gelegen sind. Es kann daher angenommen werden, dass ein Temperaturunterschied zwischen den einzelnen Wabenfiltern existiert. Dies verursacht einen Unterschied im Nachbildungsgrad während eines einzelnen Nachbildungsverfahrens. Weiterhin verursacht der Russrückstand einen Unterschied in der Menge in der folgenden Sammlung und die Temperaturbelastung aufgrund des Unterschieds in der Menge an Ruß während der Nachbildung verursacht Risse in dem Wabenfilter.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen keramischen Filteraufbau bereitzustellen, der eine ausgezeichnete Festigkeit aufweist. Es ist ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, einen säulenförmigen Wabenfilter bereitzustellen, der zur Herstellung eines derartigen keramischen Filteraufbaus geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung ist auf einen keramischen Filteraufbau gerichtet, aufgebaut durch Zusammenhaften einer Vielzahl von säulenförmigen Wabenfiltern, hergestellt aus einem porösen keramischen gesinterten Material mit einer keramischen Dichtungsmaterialschicht und mit einer hauptsächlich elliptischen Querschnittsform, wenn sie parallel zu den Endflächen der Vielzahl der Wabenfilter geschnitten werden, wobei der keramische Filteraufbau dadurch gekennzeichnet wird, dass die keramische Dichtungsmaterialschicht eine erste Dichtungsmaterialschicht parallel zu der Hauptachse der elliptischen Querschnittsform und eine zweite Dichtungsmaterialschicht orthogonal zu der Hauptachse der elliptischen Querschnittsform aufweist, wobei die erste Dichtungsmaterialschicht eine thermische Leitfähigkeit aufweist, die kleiner ist als die thermische Leitfähigkeit der zweiten Dichtungsmaterialschicht.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat erkannt, dass sich in einer Abgasreinigungseinheit, die durch ein Rohr an einen Motor verbunden ist, das einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Filter, zwischen einem zentralen Teil und einem außen liegenden Teil des Filteraufbaus ein Temperaturunterschied ergibt, wenn das Rohr direkt vor dem Filter konisch vergrößert wird.
Weiterhin hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannt, dass sich in einem Filteraufbau, der eine längliche Form, wie z.B. im Wesentlichen eine elliptische Form, aufweist, zwischen dem außen liegenden Teil in der Hauptachsenrichtung und dem außen liegenden Teil in der Nebenachsenrichtung aufgrund des Unterschiedes in dem Abstand von dem Zentralteil ein großer Temperaturunterschied ergibt. Der Erfinder hat bestätigt, dass dieser Temperaturunterschied eine einheitliche Nachbildung verhindert, Russrückstand bewirkt, und Risse hervorruft, sobald der Filter sein Festigkeitsmaß überschreitet.
Basierend auf den obigen Kenntnissen hat der Erfinder Tests und Forschung durchgeführt, um einen länglichen Filteraufbau herzustellen, der einen gleichmäßigen Temperaturanstieg ermöglicht. Als Ergebnis hat man verstanden, dass, falls der keramische Filteraufbau so hergestellt wurde, dass er gewisse Bedingungen erfüllt, die thermische Belastung absorbiert würde und ein keramischer Filteraufbau mit ausgezeichneter Festigkeit hergestellt würde.
Demgemäß ist man zu dem Schluss gelangt, dass, um die Hitze von dem Zentralteil zum außen liegenden Teil gleichmäßig zu transferieren, die Bedingung erfüllt sein müsste, dass die thermische Leitfähigkeit in der Hauptachsenrichtung höher als die Leitfähigkeit in der Nebenachsenrichtung sein müsste, und insbesondere eine Bedingung, dass der Hitze isolierende Effekt an dem außen liegenden Teil des Aufbaus in der Hauptachsenrichtung verglichen mit dem außen liegenden Teil in der Nebenachsenrichtung erhöht sei.
Die vorliegende Erfindung stellt einen keramischen Filteraufbau dar, aufgebaut durch Zusammenhaften einer Vielzahl von säulenförmigen Wabenfiltern, hergestellt aus einem porösen keramischen gesinterten Material mit einer keramischen Dichtungsmaterialschicht und mit einer im Wesentlichen elliptischen Querschnittsform, wenn sie parallel zu den Endflächen der Vielzahl der Wabenfilter geschnitten werden.
In einem Gesichtspunkt umfasst die keramische Dichtungsmaterialschicht eine erste Dichtungsmaterialschicht parallel zu der Hauptachse des Aufbaus und eine zweite Dichtungsmaterialschicht orthogonal zu der Hauptachse des Aufbaus. Die erste Dichtungsmaterialschicht weist eine thermische Leitfahigkeit auf, die niedriger ist als die thermische Leitfähigkeit der zweiten Dichtungsmaterialschicht.
Absatz 1: Keramischer Filteraufbau, aufgebaut durch Zusammenhaften einer Vielzahl von säulenförmigen Wabenfiltern, hergestellt aus einem porösen keramischen gesinterten Material mit einer keramischen Dichtungsmaterialschicht und mit einer hauptsächlich elliptischen Querschnittsform, wenn sie parallel zu den Endflächen der Vielzahl der Wabenfilter geschnitten werden, wobei der keramische Filteraufbau dadurch gekennzeichnet wird, dass:
die keramische Dichtungsmaterialschicht eine erste Dichtungsmaterialschicht parallel zur Hauptachse des Aufbaus und eine zweite Dichtungsmaterialschicht orthogonal zur Hauptachse des Aufbaus umfasst, wobei die erste Dichtungsmaterialschicht eine thermische Leitfähigkeit aufweist, die niedriger als die thermische Leitfähigkeit der zweiten Dichtungsmaterialschicht ist.
Absatz 2: Keramischer Filteraufbau gemäß Absatz 1, gekennzeichnet dadurch, dass, wenn die thermische Leitfähigkeit der ersten Dichtungsmaterialschicht durch G1 repräsentiert wird und die thermische Leitfahigkeit der zweiten Dichtungsmaterialschicht durch G2 repräsentiert wird, das Verhältnis G1/G2 0,2 oder größer und 0,7 oder weniger beträgt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Abgasreinigungseinheit zeigt, umfassend einen keramischen Filteraufbau gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die den keramischen Filteraufbau der 1 zeigt;
3(a) ist eine perspektivische Ansicht, die einen Wabenfilter zeigt, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist;
3(b) ist eine perspektivische Ansicht, die einen Wabenfilter zeigt, der eine rechteckige Zelle aufweist;
3(c) ist eine perspektivische Ansicht, die einen Wabenfilter zeigt, der eine Vielzahl von Zellen aufweist, die durch Zellwände geteilt sind, die orthogonal zueinander sind und verschiedene Dicken aufweisen;
4 ist eine Querschnittsansicht, die die Abgasreinigungseinheit der 1 zeigt;
5(a) bis 5(e) sind Ansichten, die die Querschnittsformen des keramischen Filteraufbaus zeigen;
6(a) ist eine Seitenansicht des Filteraufbaus, der aus einem Wabenfilter gebildet wird, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist;
6(b) und 6(c) sind Seitenansichten des Filteraufbaus, der aus einem Wabenfilter gebildet wird, der einen quadratischen Querschnitt aufweist;
7(a), 7(b) und 7(c) sind Seitenansichten des Filteraufbaus, der aus einem Wabenfilter gebildet wird, der Zellen verschiedener Formen aufweist;
8(a), 8(b) und 8(c) sind Seitenansichten eines Filteraufbaus, der aus einem Wabenfilter gebildet wird, der Wände verschiedener Dicken aufweist;
9(a), 9(b) und 9(c) sind Seitenansichten des Filteraufbaus, aufgebaut mit einer Dichtungsmaterialschicht unterschiedlicher Dicke;
10(a) ist eine Seitenansicht des Filteraufbaus aufgebaut mit einer Dichtungsmaterialschicht verschiedener thermischer Leitfähigkeit;
10(b) ist eine Seitenansicht des Filteraufbaus umfassend eine äußere Dichtungsmaterialschicht ungleichmäßiger Dicke; und
10(c) ist eine Seitenansicht des Filteraufbaus umfassend ein thermisches Isolationsmaterial ungleichmäßiger Dicke.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Abgasreinigungseinheit 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben werden.
Wie in 1 gezeigt, ist die Abgasreinigungseinheit 1 eine Einheit zum Reinigen von Abgasen, die aus einem Dieselmotor 2, der als Verbrennungsmotor dient, abgeführt werden. Der Dieselmotor 2 umfasst eine Vielzahl an Zylindern (nicht gezeigt). Jeder Zylinder ist an ein Abzweigrohr 4 eines Abgaskrümmers 3 angeschlossen, der aus einem metallischen Material hergestellt ist. Jedes Abzweigrohr 4 ist an einen einzelnen Krümmerkörper 5 angeschlossen. Demgemäß wird das Abgas, das aus jedem einzelnen Zylinderrohr abgeführt wird, an einem Ort konzentriert.
Ein erstes Abgasrohr 6 und ein zweites Abgasrohr 7, hergestellt aus einem metallischen Material, sind dem Abgaskrümmer 3 nachgelagert. Das vorgelagerte Ende des ersten Abgasrohres 6 ist mit dem Krümmerkörper 5 gekoppelt. Eine röhrenförmige Umhüllung 8, ebenfalls aus einem metallischen Material, ist zwischen dem ersten Abgasrohr 6 und dem zweiten Abgasrohr 7 angeordnet. Ein vorgelagertes Ende der Umhüllung 8 ist an ein nachgelagertes Ende des ersten Abgasrohres 6 gekoppelt, und ein nachgelagertes Ende der Umhüllung 8 ist an ein vorgelagertes Ende des zweiten Abgasrohres 7 gekoppelt. Das Abgas fließt durch das erste Abgasrohr 6, die Umhüllung 8 und das zweite Abgasrohr 7.
Wie in 1 gezeigt, weist ein zentraler Teil der Umhüllung 8 einen größeren Durchmesser auf als die Abgasrohre 6, 7. Das heißt, das Innere der Umhüllung 8 ist größer als das der Abgasrohre 6, 7. Der keramische Filteraufbau 9 ist in der Umhüllung 8 untergebracht. Die Abgasreinigungseinheit 1, die den keramischen Filteraufbau 9 in der Hülle 8 aufnimmt, wird als ein Hüllkörper gezeichnet.
Ein thermisches Isolationsmaterial 10 ist zwischen der äußeren Oberfläche des Aufbaus 9 und der inneren Oberfläche der Umhüllung 8 angeordnet. Das thermische Isolationsmaterial 10 ist ein mattenförmiger Körper, hergestellt aus keramischen Fasern, und weist eine Dicke von 2 mm bis 60 mm auf. Das thermische Isolationsmaterial 10 weist vorzugsweise eine elastische Struktur auf und hat die Funktion, von thermischer Belastung zu entlasten. Das thermische Isolationsmaterial 10 minimiert den Energieverlust während der Nachbildung, indem verhindert wird, dass Hitze aus dem äußersten Teil des Aufbaus 9 entweicht. Weiterhin wird aufgrund der elastischen Struktur verhindert, dass der keramische Filteraufbau 9 durch den Druck des Abgases und die Vibrationen während der Bewegung des Fahrzeugs verstellt wird.
Der keramische Filteraufbau 9 der vorliegenden Ausführungsform ist zum Entfernen von Dieselpartikeln, wie oben erwähnt, und wird daher normalerweise als ein Dieselpartikelfilter (DPF) bezeichnet. Wie in den 2 und 4 gezeigt, wird der Aufbau 9 der vorliegenden Ausführungsform durch Bündeln und Aufbauen einer Vielzahl von Wabenfiltern F1 gebildet. Unter der Vielzahl an Wabenfiltern F1 weisen die Wabenfilter F1, die an dem Zentralteil des Aufbaus 9 angeordnet sind, jede jeweils eine rechteckige säulenförmige Form auf, wie in den 3(a) bis 3(c) gezeigt ist. Wabenfilter F1, die eine andere Form als eine rechteckige säulenförmige Form aufweisen, sind um die rechteckigen säulenförmigen Wabenfilter F1 angeordnet. Als Ergebnis weist der keramische Filteraufbau 9, wenn er als Ganzes gesehen wird, eine im Wesentlichen elliptische Zylinderform mit einer im Wesentlichen elliptischen Querschnittsform auf.
Der Querschnitt des Aufbaus 9 der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen elliptisch. „Im Wesentlichen" elliptisch ist nicht nur auf eine Ellipse, die nur durch Kurven konfiguriert ist, begrenzt, wie in 5(a) gezeigt ist. Eine längliche elliptische Form, die zum Teil z.B. gerade Linien aufweist, wie in 5(b) gezeigt, genauer ein Paar von geraden zueinander parallelen Linien, ist ebenfalls eingeschlossen. Der gerade Teil kann sich nur an einem Abschnitt befinden, oder kann sich an mehr als drei Abschnitten befinden. „Länglich" umfasst Formen wie in 5(a), 5(b), 5(c), 5(d) und 5(e) gezeigt. Die Längen der Hauptachse und der Nebenachse des Aufbaus 9 sind als A1 bzw. A2 (A1 > A2) definiert. Falls die im Wesentlichen elliptische Form eine Ellipse ist, ist eine Längsachse, die einen Schwerpunkt passiert, die Hauptachse und eine kurze Achse, die dazu orthogonal ist, die Nebenachse. Die Größen A1 und A2 betragen vorzugsweise 500 mm oder weniger. Falls die Größen A1 und A2 größer als 500 mm sind, wird es schwierig, den Aufbau mit ausreichender Festigkeit herzustellen.
Die Länge L (mm) jedes Wabenfilters F1 ist definiert als die Größe der Richtung, in der das der Behandlung unterworfene Abgas oder die Flüssigkeit fließt (Richtung orthogonal zur Endfläche des Filters). Wenn jeder Wabenfilter F1 senkrecht zur Flussrichtung des Abgases geschnitten wird (d.h. parallel zur Endfläche des Filters), ist der Querschnitt rechteckig. Die Längen (Außengröße) der langen Seite und der kurzen Seite des Querschnitts des Wabenfilters F1 sind als B1 bzw. B2 (B1 ≥ B2) definiert. Jede der Größen B1 und B2 betragen vorzugsweise 110 mm oder weniger. Das kommt daher, weil die Festigkeit des Filters F1 stark abnimmt, wenn die Größen B1 und B2 größer als 110 mm sind.
Es ist bevorzugt, dass das Verhältnis B1/B2 3 oder weniger beträgt. Das kommt daher, weil, falls das Verhältnis von B1/B2 größer als 3 ist, thermische Belastung aufgrund eines thermischen Schocks eher auf den Filter F1 einwirkt und Risse eher auftreten.
Der Wabenfilter F1 ist aus einem porösen Siliziumcarbid gesinterten Material hergestellt, welches eine Art eines porösen keramischen gesinterten Materials ist. Das Siliziumcarbid gesinterte Material wird aufgrund seiner exzellenten thermischen Widerstandsfähigkeit und Hitzeleitfähigkeit, verglichen mit anderen Keramiken, verwendet. Anstatt von Siliziumcarbid kann das gesinterte Material z.B. aus Siliziumnitrid, Sialon, Aluminium, Cordierit, Mullit oder Ähnlichem hergestellt sein.
Siliziumkeramiken, in welchen Metall-Silizium zu der oben erwähnten Keramik gemischt, und Keramiken, welche mit Silizium- und Silikatverbindungen gebunden werden, können ebenfalls verwendet werden. Dies kommt daher, weil Metall-Silizium Risse, die durch einen thermischen Schock und Ähnliches verursacht werden, verhindert.
Es ist bevorzugt, dass 5 bis 50 Gewichtsanteile Metallsilizium pro 100 Gewichtsanteile Siliziumcarbid eingeschlossen werden. Falls die Menge an Metallsilizium zu klein ist, nimmt die Haftstärke des Filters F1 ab, und falls die Menge zu groß ist, wird der Filter F1 dicht und die nötigen Eigenschaften als Filter können nicht erreicht werden.
Wie z.B. in 3(a) bis 3(c) gezeigt, weist jeder Wabenfilter F1 eine so genannte Wabenstruktur auf. Die Wabenstruktur wird angenommen, weil der Druckverlust klein ist, sogar falls die gesammelte Menge an Feinpartikeln zunimmt. Jeder Wabenfilter F1 umfasst eine Vielzahl von Zellen 12 (Durchgangsbohrungen) mit einem rechteckigen Querschnitt, die regelmäßig in dessen axialer Richtung geformt sind. Die Längen der Seiten (Innendurchmesser) des rechteckigen Querschnitts jeder Zelle 12 sind als C1 und C2 (C1 ≥ C2) definiert. Die Zellen 12 sind voneinander durch dünne Zellwände 13a und 13b abgetrennt. Die Dicke der Zellwände 13a, 13b sind als D1 bzw. D2 (D1 ≥ D2) definiert.
Das Verhältnis C1/C2 ist vorzugsweise 3 oder weniger. Das kommt daher, weil, falls das Verhältnis C1/C2 größer als 3 ist, eine thermische Belastung aufgrund eines thermischen Schocks eher auf den Filter F1 einwirkt, und Risse eher auftreten.
Das Verhältnis D1/D2 ist vorzugsweise 3 oder weniger. Dies kommt daher, weil, falls das Verhältnis D1/D2 größer als 3 ist, eine thermische Belastung eher auf den Filter F1 aufgrund eines thermischen Schocks einwirkt, und Risse eher auftreten.
Ein Oxidationskatalysator, hergestellt aus Platingruppenelementen (z.B. Platin) und anderen Metallelementen und deren Oxiden, wird durch die Zellwände 13a und 13b gestützt. Jede Zelle 12 ist mit einem Stopfen 14 (hergestellt aus einem porösen Siliziumcarbid gesinterten Material in dieser Ausführungsform) an einer der Endflächen 9α und 9β des Filters F1 verschlossen. Ein schachbrettmusterähnliches Muster wird durch die verschlossenen Zellen 12 an den Endflächen 9α und 9β gebildet. Die Dichte der Zelle 12 ist vorzugsweise ungefähr 200 Zellen/Quadratinch. Ungefähr die Hälfte der Zellen 12 sind an der vorgelagerten Seitenendfläche 9α offen, und die restlichen Zellen 12 sind an der nachgelagerten Seitenendfläche 9β offen. Die Längen C1, C2 der Seiten der Zelle 12 betragen vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 5,0 mm. Falls die Größen C1, C2 mehr als 5,0 mm betragen, wird die Filteroberfläche der Zellwände 13a und 13b klein. Dies verringert die Leistung des Filters F1. Andererseits wird der Filter F1 sehr schwierig herzustellen, falls die Größen C1 und C2 kleiner als 0,5 mm sind. Die Dicken D1, D2 der Zellwände 13a, 13b liegen vorzugsweise zwischen 0,1 bis 0,5 mm. Dies kommt daher, weil, falls die Größen D1 und D2 mehr als 0,5 mm betragen, der Flüssigkeitswiderstand (Druckverlust), der durch den Filter F1 hervorgerufen wird, groß wird, und daher nicht zufrieden stellend ist. Falls andererseits die Größen D1 und D2 kleiner als 0,1 mm sind, wird die Festigkeit des Filters F1 unzureichend.
Der durchschnittliche Porendurchmesser des Wabenfilters F1 liegt vorzugsweise zwischen 1 μm und 50 μm, und noch bevorzugter zwischen 5 μm und 20 μm. Falls der durchschnittliche Porendurchmesser weniger als 1 μm beträgt, würde der Wabenfilter F1 oft durch die Ablage von Feinpartikeln verstopft werden. Falls der durchschnittliche Porendurchmesser andererseits 50 μm übersteigt, können kleine Feinpartikel nicht aufgefangen werden. Das würde die Auffangeffizienz reduzieren.
Die Porosität des Wabenfilters F1 liegt vorzugsweise zwischen 30% und 80%, und noch bevorzugter zwischen 40% und 60%. Falls die Porosität weniger als 30% beträgt, wird der Wabenfilter F1 zu dicht und kann vielleicht den Durchgang von Abgas nicht mehr zulassen. Falls die Porosität 80% übersteigt, wird die Menge an Löchern, die in dem Wabenfilter F1 gebildet wird, zu groß. Das würde die Festigkeit schwächen und die Auffangeffizienz an feinen Partikeln verringern.
Wenn ein poröses Siliziumcarbid gesintertes Material ausgewählt wird, liegt die thermische Leitfähigkeit des Wabenfilters F1 vorzugsweise zwischen 5 W/m·K und 80 W/m·K, und noch bevorzugter zwischen 30 W/m·K und 70 W/m·K.
Wie in 2, 4 und 10(a) gezeigt, sind die äußeren Oberflächen des Wabenfilters F1 durch keramische Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b aneinander gehaftet. Die keramischen Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b sind bei jenen von der selben Art, die parallel zueinander sind. Nachstehend werden die keramischen Dichtungsmaterialschichten parallel zu der langen Seite des Aufbaus 9 durch 15a bezeichnet, deren Dicke E1 und deren thermische Leitmhigkeit G1 ist. Die keramischen Dichtungsmaterialschichten parallel zur kurzen Seite des Aufbaus werden durch 15b bezeichnet, deren Dicke E2 (E1 ≥ E2) ist und deren thermische Leitfähigkeit G2 ist. Das Verhältnis von E1/E2 ist vorzugsweise gleich zu oder kleiner als 5. Falls das Verhältnis E1/E2 größer als 5 ist, kehrt sich die Hitzeleitung zwischen der Richtung der kurzen Seite und der Richtung der langen Seite um, und damit wird ein gleichförmiger Temperaturanstieg des Aufbaus 9 schwierig. Das Verhältnis E1/E2 beträgt vorzugsweise 1,05 oder mehr. Falls das Verhältnis E1/E2 weniger als 1,05 beträgt, wird die thermische Leitung in Richtung der langen Seite schwierig. Daher wird ein gleichförmiger Temperaturanstieg des Aufbaus 9 schwierig. Dies produziert Ruß, und Risse treten eher auf.
Falls die Dicken der Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b gleich sind, kann die thermische Leitmhigkeit G1 und G2 beider Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b durch Differenzieren der Zusammensetzungen (Verbindung) der Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b voneinander eingestellt werden. In diesem Falle beträgt das Verhältnis G1/G2 vorzugsweise 0,20 oder größer. Falls das Verhältnis G1/G2 kleiner als 0,20 ist, kehrt sich die thermische Leitung zwischen der Richtung der kurzen Seite und der Richtung der langen Seite um, und ein gleichförmiger Temperaturanstieg des Aufbaus 9 wird damit schwierig. Das Verhältnis G1/G2 beträgt vorzugsweise 0,7 oder weniger. Falls das Verhältnis G1/G2 mehr als 0,7 beträgt, wird die thermische Leitung in Richtung der langen Seite schwierig. Dies verursacht Ruß, und Risse treten eher auf.
Die keramischen Dichtungsmaterialschichten 15a, 15b der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail beschrieben.
Die Dicken E1 und E2 der Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b betragen vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 3 mm und noch bevorzugter zwischen 0,5 mm und 2 mm. Falls die Dicken E1 und E2 3 mm überschreiten, wird die thermische Widerstandsfähigkeit der Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b groß, selbst wenn die thermische Leitfähigkeit hoch ist, was damit die thermische Leitung zwischen den Wabenfiltern F1 hindert. Der Anteil an Wabenfiltern F1, der den Aufbau 9 belegt, nimmt ebenfalls relativ gesehen ab, was damit zu einer geringeren Filterleistung führt. Falls andererseits die Dicken E1 und E2 der Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b weniger als 0,3 mm betragen, wird die thermische Widerstandsfähigkeit nicht groß sein, aber die Kraft, die die Wabenfilter F1 aneinander haftet, wird unzureichend, und daher kann der Aufbau 9 leicht zerbrechen.
Die Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b umfassen zumindest anorganische Fasern, ein anorganisches Bindemittel, ein organisches Bindemittel und anorganische Partikel. Weiterhin sind die Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b bevorzugt aus einem elastischen Material hergestellt, das durch Binden der anorganischen Fasern und der anorganischen Partikel mit dem anorganischen Bindemittel und dem organischen Bindemittel gebildet wird.
Die anorganische Faser, die in den Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b enthalten ist, umfasst mindestens eine oder mehrere Arten an keramischen Fasern, ausgewählt aus Silika-Aluminiumoxidfasern, Mullitfasern, Aluminiumoxidfasern und Silikafasern. Unter diesen Fasern ist eine Silika-Aluminiumoxid Keramik-Faser besonders bevorzugt. Das resultiert daher, weil eine Silika-Aluminiumoxid Keramik-Faser eine exzellente Elastizität aufweist, und eine thermische Belastungsabsorbierende Leistung aufweist.
Der Gehalt der Silika-Aluminiumoxid Keramikfaser in den Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b beträgt 10 Gew.-% bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 10 Gew.-% bis 40 Gew.-%, und noch bevorzugter 20 Gew.-% bis 30 Gew.-% Festgehalt. Falls der Gehalt der Silika-Aluminiumoxid Keramik-Faser weniger als 10 Gew.-% im Festgehalt beträgt, reduziert sich der Effekt als elastischer Körper. Falls der Gehalt der Silika-Aluminiumoxid Keramik-Faser 70 Gew.-% übersteigt, nimmt nicht nur die thermische Leitfähigkeit ab, sondern auch die Elastizität.
Der Granaliengehalt in der Silika-Aluminiumoxid Keramikfaser beträgt 1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, und noch bevorzugter 1 Gew.-% bis 3 Gew.-%. Falls der Granaliengehalt weniger als 1 Gew.-% beträgt, wird die Herstellung schwierig.
Falls der Granaliengehalt andererseits 50 Gew.-% übersteigt, neigt die äußere Oberfläche des Wabenfilters F1 dazu, beschädigt zu werden.
Die Faserlänge der Silika-Aluminiumoxid Keramikfaser beträgt 1 μm bis 100 μm, vorzugsweise 1 μm bis 50 mm, und noch bevorzugter 1 μm bis 20 mm. Falls die Faserlänge kürzer als 1 μm ist, kann eine elastische Struktur nicht gebildet werden. Falls die Faserlänge 100 mm überschreitet, werden Fusselkugeln aus Fasern gebildet. Dies verringert die Dispersion der anorganischen Feinpartikel. Weiterhin wird es schwierig, die Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b weniger oder gleich 3 mm zu machen, und die thermische Leitfähigkeit zwischen den Wabenfiltern F1 kann nicht verbessert werden.
Das anorganische Bindemittel, das in den Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b enthalten ist, ist vorzugsweise mindestens eine oder mehrere Arten von kolloidalem Sol, ausgewählt aus Silikasol und Aluminiumoxidsol. Unter diesen Solen ist Silikasol besonders bevorzugt. Dies kommt daher, weil Silikasol leicht zu erhalten ist und leicht durch Sintern SiO₂ wird, und daher als Haftmittel bei hohen Temperaturen geeignet ist. Weiterhin weist Silikasol eine überragende Isolierung auf.
Der Gehalt an Silikasol in den Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b beträgt 1 Gew.-% bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 1 Gew.-% bis 15 Gew.-%, und noch bevorzugter 5 Gew.-% bis 9 Gew.-% im Festgehalt. Falls der Gehalt des Silikasols weniger als 1 Gew.-% beträgt, nimmt die Haftstärke ab. Falls der Gehalt des Silikasols 30 Gew.-% übersteigt, kann dies die thermische Leitfähigkeit reduzieren.
Das organische Bindemittel, das in den Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b enthalten ist, ist vorzugsweise ein hydrophiles organisches Makromolekül, und noch bevorzugter, mindestens eine oder mehrere Arten an Polysaccharid, ausgewählt aus Polyvinylalkohol, Methylcellulose, Ethylcellulose und Carboxymethylcellulose. Unter diesen ist Carboxymethylcellulose besonders bevorzugt. Dies kommt daher, weil Carboxymethylcellulose eine geeignete Fluidität für die Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b erzeugt und damit bei normalen Temperaturen eine exzellente Haftfähigkeit zeigt.
Der Gehalt der Carboxymethylcellulose in den Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b beträgt 0,1 Gew.-% bis 5,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 Gew.-% bis 1,0 Gew.-%, und noch bevorzugter 0,4 Gew.-% bis 0,6 Gew.-% im Festgehalt. Falls der Gehalt der Carboxymethylcellulose weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, kann die Migration nicht ausreichend unterdrückt werden. „Migration" ist eine Phänomen, bei der das Bindemittel in den Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b wandert, während das Lösemittel getrocknet und entfernt wird, wenn die Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b, die zwischen den Verschließkörper gefüllt werden, aushärten. Falls der Gehalt der Carboxymethylcellulose 5 Gew.-% übersteigt, wird das organische Bindemittel durch die hohe Temperatur verbrannt und die Festigkeit der Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b wird verringert.
Die anorganischen Partikel, die in den Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b enthalten sind, sind vorzugsweise ein elastisches Material, die ein „Whisker" verwenden, oder mindestens eine oder mehrere Arten an anorganischem Pulver, ausgewählt aus Siliziumcarbid, Siliziumnitrid und Bornitrid. Derartige Carbide und Nitride weisen sehr große thermische Leitfähigkeiten auf, und sind an der Oberfläche der Keramikfaser oder an der Oberfläche und der Innenseite des kolloidalen Sols angeordnet und tragen zur Verbesserung der thermischen Leitung bei.
Unter den anorganischen Partikeln der obigen Carbide und Nitride ist Siliziumcarbidpulver besonders bevorzugt. Dies kommt daher, weil Siliziumcarbid eine extrem hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, und zusätzlich eine Affinität für Keramikfasern aufweist. Außerdem kommt dies daher, weil der Wabenfilter F1, der als der Verschlusskörper dient, von der selben Art ist, mit anderen Worten in der vorliegenden Ausführungsform aus porösem Siliziumcarbid gefertigt ist.
Der Gehalt des Siliziumcarbidpulvers beträgt 3 Gew.-% bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 10 Gew.-% bis 60 Gew.-%, und noch bevorzugter 20 Gew.-% bis 40 Gew.-% im Festgehalt. Falls der Gehalt des Siliziumcarbidpulvers weniger als 3 Gew.-% beträgt, nimmt die thermische Leitfähigkeit der Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b ab und verursacht, dass die Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b mit einer großen thermischen Widerstandsfähigkeit verbleiben. Falls andererseits der Gehalt 80 Gew.-% übersteigt, nimmt die Haftstärke bei hoher Temperatur ab.
Der Partikeldurchmesser des Siliziumcarbidpulvers beträgt zwischen 0,01 μm und 100 μm, vorzugsweise zwischen 0,1 μm und 15 μm, und noch bevorzugter zwischen 0,1 μm und 10 μm. Falls der Partikeldurchmesser 100 μm übersteigt, nimmt die Haftkraft und thermische Leitfähigkeit ab. Falls der Partikeldurchmesser weniger als 0,01 μm beträgt, nehmen die Kosten der Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b zu.
Die Verfahren zur Herstellung des oben genannten keramischen Filteraufbaus 9 werden nun beschrieben werden.
Zunächst wird im Voraus eine Aufschlämmung keramischer Bestandteile, die in einem Extrusionsformungsverfahren verwendet wird, eine Verschlusspaste, die in einem Endflächenverschlussverfahren verwendet wird, und eine Dichtungsmaterialschicht-Bildungspaste, die in einem Filterhaftungsverfahren verwendet wird, vorbereitet.
Die Aufschlämmung keramischer Bestandteile wird durch Mischen und Kneten einer vorbestimmten Menge an Siliziumcarbidpulver, organischem Bindemittel und Wasser (in manchen Fällen wird auch Metallsilizium zugegeben) gebildet. Die Verschlusspaste wird durch Mischen und Kneten von Siliziumcarbidpulver, organischem Bindemittel, Gleitmittel, Weichmacher und Wasser gebildet. Die Dichtungsmaterialschicht bildende Paste wird durch Mischen und Kneten vorbestimmter Mengen anorganischer Fasern, anorganischer Bindemittel, organischer Bindemittel, anorganischer Partikel und Wasser gebildet.
Als nächstes wird die Aufschlämmung keramischer Bestandteile in den Extruder gegeben und durch eine Metallform kontinuierlich extrudiert. Das extrudierte wabenförmige Produkt wird in gleiche Längen geschnitten, um geschnittene Teile rechteckiger säulenförmiger wabenförmiger Produkte zu erhalten. Weiterhin wird eine vorbestimmte Menge an Verschlusspaste in eine Öffnung an einer Seite jeder Zelle des geschnittenen Teils gefüllt, um beide Endflächen jedes geschnittenen Teils zu verschließen.
Nachfolgend werden die Sintertemperatur, Sinterzeit und Ähnliches auf vorbestimmte Bedingungen eingestellt, um das Hauptsintern durchzuführen, und das wabenförmig geschnittene Produktstück und der Stopfen 14 werden komplett gesintert. Damit der durchschnittliche Porendurchmesser 6 μm bis 100 μm und die Porosität 30% bis 80% beträgt, wird in der vorliegenden Ausführungsform die Sintertemperatur auf 1400°C bis 2300°C eingestellt. Die Sinterzeit wird auf zwischen 0,1 Stunde und 5 Stunden eingestellt. Die Atmosphäre innerhalb des Ofens ist während des Sinterns inaktiv, und der Atmosphärendruck ist normal.
Als nächstes wird, nachdem, falls nötig, eine Grund-Beschichtungsschicht, die aus Keramik besteht, an der äußeren Oberfläche des Wabenfilters F1 gebildet wurde, die Dichtungsmaterialschicht bildende Paste darauf aufgebracht. Dann werden 4 bis 130 derartiger Wabenfilter F1 verwendet, um die äußeren Oberflächen der Wabenfilter F1 zusammenzuhaften und die Wabenfilter F1 aufzubauen.
In dem folgenden äußeren Form-Schneideprozess werden unnötige Teile des an der Außenfläche des Aufbaus 9 liegenden Teils, die einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, der durch den Filterzusammenhaftprozess entstanden ist, abgeschliffen und entfernt, die keramische Dichtungsmaterialschicht bildende Paste wird auf an der Außenfläche liegenden Teil aufgebracht, um eine äußere keramische Dichtungsmaterialschicht zu bilden. Dies stellt die äußere Form ein. Als Ergebnis wird der keramische Filteraufbau 9 mit einem im Wesentlichen elliptischen Querschnitt hergestellt.
Die äußere keramische Dichtungsmaterialschicht wird nun beschrieben werden. Die Dicke einer normalen äußeren keramischen Dichtungsmaterialschicht ist einheitlich. In der vorliegenden Ausführungsform ist in der äußeren keramischen Dichtungsmaterialschicht, wie in 10(b) gezeigt, der Teil, der die lange Seite des Aufbaus 9 kontaktiert, mit 15c bezeichnet, der Teil, der längs einer Verlängerung der Hauptachse des Aufbaus 9 gelegen ist, als 15c bezeichnet, der Teil, der längs einer Verlängerung der Nebenachse des Aufbaus 9 gelegen ist, als 15d bezeichnet, und die Dicke des Teils 15c als H1 bezeichnet und die Dicke des Teils 15d als H2 bezeichnet.
Abhängig von der Art des Aufbaus 9 werden die Zelle 12 oder die Aussparungen durch den Schleifprozess von der Außenoberfläche des Aufbaus 9 freigelegt. In diesem Falle wird die Dicke der keramischen Dichtungsmaterialschicht als der Abstand einer Kurvenoberfläche, die die Zellwände 13a und 13b der freigelegten Zellen 12 verbindet, definiert.
Die keramische Dichtungsmaterial bildende Paste wird so aufgebracht, dass die Dicke des mittleren Teils sich zwischen dem Teil 15c und dem Teil 15d schrittweise ändert. Die Einstellung der Dicke der keramischen Dichtungsmaterialschicht ist durch Durchführen einer Bearbeitung nach der Aufbringung der Paste möglich. Alternativ kann die Dichtungsmaterialschicht durch Injizieren und Trocknen des keramischen Dichtungsmaterials in der Form gebildet werden, so dass die Dichtungsmaterialschicht eine derartige Dicke aufweist.
Das Verhältnis H2/H1 beträgt vorzugsweise 0,95 oder weniger. Falls das Verhältnis H2/H1 größer als 0,95 ist, kühlt der Filter in der Richtung der langen Seite leicht ab, und ein einheitlicher Temperaturanstieg des Aufbaus 9 wird schwierig. Dies führt dazu, dass Ruß zurückbleibt, und es gibt eine Tendenz, dass Risse auftreten.
Das Verhältnis H2/H1 beträgt vorzugsweise 0,06 oder mehr. Falls das Verhältnis H2/H1 weniger als 0,06 beträgt, kehrt sich die Freisetzung der Hitze zwischen der Richtung der kurzen Seite und der Richtung der langen Seite um. Daher wird ein gleichförmiger Temperaturanstieg des Aufbaus 9 schwierig.
Der Aufbau 9 ist von dem thermischen Isolationsmaterial 10 (siehe 1 und 10(c)) umhüllt und ist in der Hülle 8 untergebracht. Das thermische Isolationsmaterial weist normalerweise eine gleichförmige Dicke auf. In der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich die Dicke des thermischen Isolationsmaterial zwischen Teil 16a, das längs einer Verlängerung der Hauptachse des Aufbaus 9 angeordnet ist, und einem Teil 16b, das längs einer Verlängerung der Nebenachse des Aufbaus 9 angeordnet ist. In der folgenden Beschreibung wird die Dicke des Teils 16a durch I1 bezeichnet und die Dicke des Teils 16b durch I2.
Das Verhältnis I2/I1 beträgt vorzugsweise 0,91 oder weniger. Falls das Verhältnis I2/I1 größer als 0,91 ist, kühlen die Filter F1 nahe an der äußeren Seite in Richtung der langen Seite leicht ab, und ein gleichförmiger Temperaturanstieg des Aufbaus 9 wird schwierig, und Ruß bleibt zurück, wodurch verursacht wird, dass Risse leicht auftreten. Es ist bevorzugt, dass das Verhältnis 12/I1 0,30 oder größer sei. Falls das Verhältnis I2/I1 weniger als 0,30 beträgt, kehrt sich die Hitzefreisetzung zwischen der Richtung der kurzen Seite und der Richtung der langen Seite um, und damit wird ein gleichförmiger Temperaturanstieg des Aufbaus 9 schwierig.
Für das thermische Isolationsmaterial 10 kann eine Matte aus typischen Keramikfasern, Aluminiumoxidfasern und Aluminiumoxidsilikatfasern verwendet werden.
Der Feinpartikelauffangeffekt des keramischen Filteraufbaus 9 wird nun kurz beschrieben werden.
Abgas, welches von der vorgelagerten Seitenendfläche 9a des keramischen Filteraufbaus 9 geliefert wird, fließt in die Zellen 12, die zu der vorgelagerten Seitenendfläche 9a geöffnet sind. Das Abgas passiert durch die Zellwände 13a und 13b und gelangt in das Innere der Zellen 12, die zu der angrenzenden nachgelagerten Endfläche 9β geöffnet sind. Das Gas, das durch die Wände 13a und 13b passiert, fließt aus der nachgelagerten Seitenendfläche 9β des Wabenfilters F1 durch die Öffnung der korrespondierenden Zellen 12. Die Feinpartikel, die in dem Abgas enthalten sind, passieren nicht durch die Zellwände 13a und 13b, und werden in den Wänden 13a und 13b aufgefangen. Das Gas, aus dem die Feinpartikel entfernt werden (gereinigtes Gas), wird aus der nachgelagerten Seitenendfläche 9β des Wabenfilters F1 abgeführt. Das gereinigte Gas passiert durch das zweite Abgasrohr 7 und wird in die Atmosphäre freigesetzt. Die aufgefangenen Feinpartikel werden entzündet und durch die Wirkung des oben erwähnten Katalysators verbrannt, sobald die innere Temperatur des Aufbaus 9 eine vorbestimmte Temperatur erreicht.
Ein thermischer Schocktest, der an dem Filter durchgeführt wurde, wird nun beschrieben werden.
[Test I]
Zunächst wurden 51,5 Gew.-% α-Siliziumcarbidpulver, das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 10 μm aufwies und 22 Gew.-% β-Siliziumcarbidpulver, das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,5 μm aufwies, nass vermischt, und 6,5 Gew.-% an organischem Bindemittel (Methylcellulose) und 20 Gew.-% Wasser wurden zu der erhaltenen Mischung zugefügt und geknetet. Dann wurde eine kleine Menge an Weichmacher und Gleitmittel zu der gekneteten Mischung hinzugefügt und es wurde weitergeknetet, und es wurde dann mit einer unterschiedlichen Metallform extrudiert, um ein wabenförmiges Produkt zu erhalten.
Nachfolgend wurden die Zellen (Durchgangsbohrungen) des geformten Produktes nach Trocknen des geformten Produkts mit einem Mikrowellentrockner mit der Verschlusspaste, die aus einem porösen Siliziumcarbid gesinterten Material hergestellt war, verschlossen. Dann wurde der Trockner noch einmal benutzt, um die Verschlusspaste zu trocknen. Im Folgenden wurde der getrocknete Körper bei 400 °C entfettet und dann für ungefähr 3 Stunden bei 2200 °C unter einer Argonatmosphäre bei Normaldruck gehärtet. Als Ergebnis wurde ein Wabenfilter F1 aus einem porösen Siliziumcarbid gesinterten Körper erhalten. Gemäß diesem Verfahren wurde ein Filter, aufweisend eine Größe wie die in Tabelle 1 gezeigt, hergestellt. Die Länge jedes Filters wurde auf 150 mm vereinheitlicht.
Jeder Filter wurde in einem elektrischen Ofen schrittweise auf 600 °C oder 800 °C geheizt und wurde für 3 Stunden bei einer Zieltemperatur gehalten. Danach wurde der Filter bei einer Normaltemperatur von 20 °C platziert, um einen thermischen Schock auf den Filter auszuüben. Das Auftreten von Rissen ist in Tabelle 1 gezeigt.
Bei einem thermischen Schock von 600 °C und 800 °C traten Risse auf, sobald das Verhältnis B1/B2 3,04 oder größer war. Es wurde gefunden, dass ein Filter einem thermischen Schock von ungefähr 800 °C, bei welchem er verwendet werden kann, ausreichend widerstehen kann, wenn das Verhältnis B1/B2 3,0 oder weniger beträgt.
[Test 2]
Zunächst wurden 51,5 Gew.-% Siliziumcarbidpulver, das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 10 μm aufwies, 12 Gew.-% an Siliziumcarbidpulver, das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,5 μm aufwies, und 10 Gew.-% Metallsilizium, das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,5 μm aufwies, nass vermischt, und 6,5 Gew.-% und 20 Gew.-% des organischen Bindemittels (Methylcellulose) und Wasser wurden jeweils zu der erhaltenen Mischung hinzugefügt und geknetet. Dann wurde eine kleine Menge an Weichmacher und Gleitmittel zu der gekneteten Mischung hinzugefügt und weitergeknetet, und wurde dann mit einer unterschiedlichen Metallform extrudiert, um ein wabenförmiges Produkt zu erhalten.
Im Folgenden wurden die Zellen (Durchgangsbohrungen) des geformten Produkts nach Trocknen des geformten Produkts mit einem Mikrowellentrockner mit der Verschlusspaste, die aus einem porösen Siliziumcarbid gesinterten Material hergestellt war, verschlossen. Der Trockner wurde noch einmal verwendet, um die Verschlusspaste zu trocknen. Danach wurde der getrocknete Körper bei 400 °C entfettet und dann für ungefähr 3 Stunden bei 1500 °C unter einer Argonatmosphäre bei Normaldruck gehärtet. Als Ergebnis wurde ein Wabenfilter F1, hergestellt aus porösem Siliziumcarbid-Metallsilizum gesinterten Material erhalten. Gemäß diesem Verfahren wurden Filter mit den Größen, die in Tabelle 2 gezeigt sind, hergestellt. Die Länge jedes Filters wurde auf 150 mm vereinheitlicht. Auf die selbe Weise wie in Test 1 wurde ein thermischer Schocktest durchgeführt. Wie in Tabelle 2 gezeigt, traten bei einem thermischen Schock von 600 °C Risse auf, wenn das Verhältnis B1/B2 3,09 oder größer war. Bei dem thermischen Schock von 800 °C traten Risse auf, wenn das Verhältnis B1/B2 3,04 oder größer war. Es wurde gefunden, dass ein Filter einem thermischen Schock von 800 °C, bei welchem er verwendet werden kann, ausreichend widerstehen kann, wenn das Verhältnis B1/B2 3,0 oder weniger beträgt.
[Test 3]
In Test 3 wurden Filter mit dem gleichen Verfahren wie in Test 1 hergestellt. Jedoch wurde der Innendurchmesser der Zellen (Durchgangsbohrungen) verändert. Das Ergebnis der Größen und des thermischen Schocktests ist in Tabelle 3 gezeigt. Es ist offensichtlich vom Ergebnis, dass bei einem thermischen Schock von 600 °C und 800 °C Risse auftraten, wenn das Verhältnis C1/C2 3,07 oder größer war. Es wurde gefunden, dass ein Filter einem thermischen Schock von ungefähr 800 °C, bei welchem er verwendet wird, ausreichend widerstehen kann, wenn das Verhältnis C1/C2 gleich 3,0 oder weniger ist.
[Test 4]
In Test 4 wurden Filter mit dem gleichen Verfahren wie in Test 2 hergestellt. Jedoch wurde der Innendurchmesser der Zellen (Durchgangsbohrungen) verändert. Das Ergebnis der Größen und des thermischen Schocktests ist in Tabelle 4 gezeigt. Es ist offensichtlich vom Ergebnis, dass bei einem thermischen Schock von 600 °C Risse auftraten, wenn das Verhältnis C1/C2 3,20 oder größer war, und dass bei einem thermischen Schock von 800 °C Risse auftraten, wenn das Verhältnis C1/C2 3,07 oder größer war. Es wurde gefunden, dass ein Filter einem thermischen Schock von ungefähr 800 °C, bei welchem er verwendet wird, ausreichend widerstehen kann, wenn das Verhältnis C1/C2 gleich 3,0 oder weniger ist.
[Test 5]
In Test 5 wurden Filter mit dem gleichen Verfahren wie in Test 1 hergestellt. Jedoch wurde die Wanddicke verändert. Das Ergebnis der Größen und des thermischen Schocktests ist in Tabelle 5 gezeigt. Es ist offensichtlich vom Ergebnis, dass bei einem thermischen Schock von 600 °C und 800 °C Risse auftraten, wenn das Verhältnis D1/D2 3,03 oder größer war. Es wurde gefunden, dass ein Filter einem thermischen Schock von ungefähr 800 °C, bei welchem er verwendet wird, ausreichend widerstehen kann, wenn das Verhältnis D1/D2 gleich 3,0 oder weniger ist.
[Test 6]
In Test 6 wurden Filter mit dem gleichen Verfahren wie in Test 2 hergestellt. Jedoch wurde die Wanddicke verändert. Die Größen und die Ergebnisse des thermischen Schocktests sind in Tabelle 6 gezeigt. Es ist offensichtlich von den Ergebnissen, dass bei einem thermischen Schock von 600 °C Risse auftraten, wenn das Verhältnis D1/D2 3,08 oder größer war, und dass bei einem thermischen Schock von 800 °C Risse auftraten, wenn das Verhältnis D1/D2 3,03 oder größer war. Es wurde gefunden, dass ein Filter einem thermischen Schock von ungefähr 800 °C, bei welchem er verwendet wird, ausreichend widerstehen kann, wenn das Verhältnis D1/D2 gleich 3,0 oder weniger ist.
BEISPIELE UND VERGLEICHSBEISPIELE
(Beispiel 1-1)
Zunächst wurden 51,5 Gew.-% α-Siliziumcarbidpulver und 22 Gew.-% β-Siliziumcarbidpulver feucht vermischt, und 6,5 Gew.-% eines organischen Bindemittels (Methylcellulose) und 20 Gew.-% Wasser wurden zu der erhaltenen Mischung hinzugefügt und geknetet. Dann wurden kleine Mengen an Weichmacher und Gleitmittel zu der gekneteten Mischung hinzugefügt und weitergeknetet, und es wurde dann mit einer unterschiedlichen Metallform extrudiert, um ein wabenförmiges Produkt zu erhalten.
Im Folgenden wurden die Zellen (Durchgangsbohrungen) 12 des geformten Produkts nach Trocknen des geformten Produkts mit einem Mikrowellentrockner mit der Verschlusspaste, hergestellt aus einem porösen Siliziumcarbid gesinterten Material, verschlossen. Dann wurde der Trockner noch einmal verwendet, um die Verschlusspaste zu trocknen. Im Folgenden wurde der getrocknete Körper bei 400 °C entfettet und wurde dann für ungefähr 3 Stunden bei 2200 °C unter einer Argonatmosphäre bei Normaldruck gehärtet. Als Ergebnis wurden Wabenfilter F1, hergestellt aus dem porösen Siliziumcarbid gesinterten Material, erhalten. In jedem Wabenfilter wurde die lange Seite B1 auf 66,9 mm fixiert, die kurze Seite B2 wurde auf 32,7 mm fixiert, die Länge L wurde auf 150 mm fixiert, beide Längen der langen Seite und der kurzen Seite der Zellen 12 wurden auf 1,5 mm fixiert, und beide Dicken D1 und D2 der Zellwände 13a und 13b wurden auf 0,3 mm fixiert (auf die gleiche Weise wie im Testbeispiel 1.2).
Dann wurden 23,3 Gew.-% Keramikfasern, 30,2 Gew.-% Siliziumcarbidpulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,3 μm, 7 Gew.-% Silikasol, das als anorganisches Bindemittel diente, 0,5 Gew.-% Carboxymethylcellulose, das als anorganisches Bindemittel diente, und 39 Gew.-% Wasser vermischt und geknetet. Durch Einstellen einer derartigen Mischung auf eine geeignete Viskosität wurde die Paste, die zum Formen der Dichtungsmaterialschichten 15a, 15b und 15c verwendet wurde, hergestellt. Die Keramikfasern waren Aluminiumoxidsilikat-Keramikfasern mit einem Granaliengehalt von 3 %, mit Faserlängen von 0,1 mm bis 100 mm, und der Umwandlungsgehalt von Silikasol im Hinblick auf SiO₂-Gehalt betrug 30 %.
Die Dichtungsmaterialschicht bildende Paste wurde dann gleichmäßig auf die äußeren Oberflächen der Wabenfilter F1 aufgebracht, um die Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b mit einer Dicke von 1,0 mm zu bilden. Neun Wabenfilter F1 wurden in der gleichen Richtung in drei Reihen und drei Spalten angeordnet und für 1 Stunde bei 100 °C getrocknet, wobei die äußeren Oberflächen aneinander gehaftet waren. Die Dichtungsmaterialschichten 15a und 15b wurden dann ausgehärtet, und die neun Wabenfilter F1 wurden aufgebaut. Das äußere Formschneideverfahren wurde durchgeführt, um eine Ellipse mit der Querschnittsform des Aufbaus der aufgebauten neun Wabenfilter F1 zu bilden. Die Hauptachse A1 der Ellipse betrug 160 mm, die Nebenachse A2 betrug 80 mm und das Verhältnis A1/A2 betrug 2. Die Dichtungsmaterialschicht 15c, aufweisend eine Dicke von 1,5 mm, wurde auf den außen liegenden Teil des Aufbaus aufgebracht, und die äußere Form wurde geschnitten und abgeglichen, um einen keramischen Filteraufbau 9a herzustellen, der einen im Wesentlichen elliptischen Querschnitt aufwies, wie in 6(a) gezeigt ist.
Das thermische Isolationsmaterial 10 wurde auf eine Dicke von 10 mm gleichförmig um den Aufbau 9a, der, wie oben beschrieben, erhalten wurde, gewickelt. Der Aufbau 9a wurde in der Hülle 8 untergebracht, und das Abgas wurde tatsächlich zugeführt. Wie in 3(a) gezeigt, wurde ein Thermoelement an einer Stelle P(Temp.) im Wesentlichen im Zentrum des Wabenfilters F1 eingebettet, und die Temperaturen Tα, Tβ und Tγ des Wabenfilters F1 an drei Stellen, die mit α, β und γ in 6(a) beschrieben sind, wurden mit der Zeit gemessen. Tα ist die Temperatur im Zentrum eines Filters, Tβ ist die Temperatur an einer Stelle 5 mm von der äußersten Oberfläche des Filters in Richtung der Nebenachse, und Tγ ist die Temperatur 5 mm von der äußersten Oberfläche des Filters in Richtung der Hauptachse. Die maximalen Temperaturunterschiede ΔT (°C) zwischen den Positionen α, β und γ wurden ebenfalls gemessen. Der schwarze Pfeil in 3 zeigt die Richtung des Abgasflusses.
Nach Wiederholen des Nachbildungstests eine Anzahl von Malen (10 mal) wurde der Aufbau 9 herausgenommen und jeder Wabenfilter F1 wurde in Augenschein genommen, um den Russrückstand und das Auftreten von Rissen zu untersuchen. Als Ergebnis war in Beispiel 1 der maximale Temperaturunterschied ΔT (°C) ungefähr 50°C, was ein sehr kleiner Wert ist. Weiterhin war kein Russrückstand in irgendeinem der Wabenfilter F1 vorhanden, und das Auftreten von Rissen wurde nicht bestätigt.
(Vergleichsbeispiele 1-1 bis 1-2)
In den Vergleichsbeispielen 1-1 und 1-2 wurde der Aufbau 9 grundsätzlich auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1-1 hergestellt. Jedoch wurde im Vergleichsbeispiel 1-1 die lange Seite B1 jedes Wabenfilters F1 auf 32,7 mm verändert, die kurze Seite B2 wurde auf 32,7 mm verändert, und die Länge L wurde auf 150 mm verändert (auf die gleiche Weise wie in Testreferenzbeispiel 1.1 (Tabelle 1)). Neun Filter wurden in drei Reihen und drei Spalten angeordnet, wobei die langen Seiten B1 parallel zueinander waren, um den Aufbau 9b herzustellen, mit einem kreisförmigen Querschnitt eines Durchmessers 80 mm, wie in 6(b) gezeigt. Im Vergleichsbeispiel 1-2 wurde die lange Seite B1 jedes Wabenfilters F1 auf 32,7 mm verändert, die kurze Seite B2 wurde auf 32,7 mm verändert, und die Länge L wurde auf 150 mm verändert (auf die gleiche Weise wie in Testreferenzbeispiel 1.1 (Tabelle 1)). Fünfzehn Filter wurden in drei Reihen und fünf Spalten angeordnet, wobei die langen Seiten B1 parallel zueinander waren, um Aufbau 9c herzustellen, mit einem im Wesentlichen elliptischen Querschnitt (160 mm × 80 mm), wie in 6(c) gezeigt.
Der gleiche Test wie in Beispiel 1-1 wurde an den zwei Arten von Aufbauten 9b und 9c durchgeführt. Als Ergebnis betrug der maximale Temperaturunterschied ΔT (°C) bei Vergleichsbeispiel 1-1 ungefähr 50 °C, was ein sehr kleiner Wert ist. Es war kein Russrückstand in irgendeinem der Wabenfilter F1 vorhanden, und das Auftreten von Rissen wurde nicht bestätigt.
Jedoch betrug ΔT im Vergleichsbeispiel 1-2 ungefähr 100 °C, was ein sehr großer Wert ist. Außerdem war Russrückstand vorhanden und es wurde das Auftreten von Rissen in dem Wabenfilter F1, der in Position γ angeordnet war, bestätigt.
Auf die gleiche Weise wurde ein ähnlicher Test an dem Siliziumcarbid-Metallsiliziumfilter im Hinblick auf den maximalen Temperaturunterschied ΔT (°C) und das Auftreten von Rissen durchgeführt.
Genauer gesagt wurde im Beispiel 1-2 der Aufbau, in welchem die Filter des Testbeispiels 2.2 (Tabelle 2) wie in 6(a) angeordnet waren, verwendet. Im Vergleichsbeispiel 1-3 wurde der Aufbau, in welchem die Filter des Testvergleichsbeispiels 2.1 wie in 6(b) angeordnet waren, verwendet. Im Vergleichsbeispiel 1-4 wurde der Aufbau, in welchem die Filter des Testvergleichsbeispiels 2-1 wie in 6(c) aufgebaut waren, verwendet.
Wie in Tabelle 7 gezeigt, betrug der maximale Temperaturunterschied ΔT (°C) 60 °C im Beispiel 1-2, während im Vergleichsbeispiel 1-4 der Temperaturunterschied 110 °C oder mehr betrug, und Risse wurden im Wabenfilter in Position 7 bestätigt.
(Beispiele 2-1 bis 2-4)
In den Beispielen 2-1 bis 2-4 wurde der Aufbau 9 grundsätzlich auf die gleiche Weise wie in Vergleichsbeispielen 1-3 hergestellt. Im Beispiel 2-1 wurde in den Zellen 12 jedes Wabenfilters F1, C1 auf 1,7 mm fixiert und C2 wurde auf 1,5 mm fixiert. Daher betrug C1/C2 = 1,13. Fünf Wabenfilter F1 wurden parallel zur langen Seite der Zelle 12 angeordnet, und drei Wabenfilter F1 wurden senkrecht zur langen Seite der Zellen 12 angeordnet, um einen Aufbau von fünfzehn Wabenfiltern F1 aufzubauen. Das äußere Formschneideverfahren wurde durchgeführt, um einen Aufbau 9d (160 mm × 80 mm × 150 mm) herzustellen, der einen im Wesentlichen elliptischen Querschnitt aufwies, wie in 7(a) gezeigt ist. Wie in Tabelle 8 gezeigt ist, unterscheiden sich die Beispiele 2-2 bis 2-4 vom Beispiel 2-1 nur in den Maßen der Zellen 12.
(Vergleichsbeispiele 2-1 bis 2-4)
Der Aufbau 9 wurde ebenfalls grundsätzlich auf die gleiche Weise wie im Beispiel 2-1 in den Vergleichsbeispielen 2-1 bis 2-4 hergestellt. Jedoch betrug im Vergleichsbeispiel 2-1 die Größe C1 der Zelle 12 1,5 mm, C2 betrug 1,5 mm und C1/C2 = 1. Nach Aufbauen der Wabenfilter F1 in drei Reihen und fünf Spalten wurde das Schneiden der äußeren Form durchgeführt, um einen Aufbau 9e (160 mm × 80 mm × 150 mm) herzustellen, der einen im Wesentlichen elliptischen Querschnitt aufwies, wie in 7(b) gezeigt. Im Vergleichsbeispiel 2-2 betrug die Größe C1 der Zelle 12 1,5 mm, C2 betrug 1,7 mm und C1/C2 = 0,88. Fünfzehn Wabenfilter F1 wurden durch Anordnen von fünf Sätzen der Filter F1 parallel zu der 1,5 mm-Seite aufgebaut, wobei drei Filter F1 in jedem Satz vertikal angeordnet wurden. Das Schneiden der äußeren Form wurde durchgeführt, um einen Aufbau 9f (160 mm × 80 mm × 150 mm) herzustellen, der einen im Wesentlichen elliptischen Querschnitt aufwies, wie in 7(c) gezeigt. Das Vergleichsbeispiel 2-3 wurde auf die gleiche Weise wie in Vergleichsbeispiel 2-2 hergestellt, und Vergleichsbeispiel 2-4 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2-1 hergestellt.
Der maximale Temperaturunterschied ΔT und das Auftreten von Rissen wurden im Hinblick auf die Aufbauten der Beispiele 2-1 bis 2-4 und die Vergleichsbeispiele 2-1 bis 2-4 untersucht. Als Ergebnis betrug der maximale Temperaturunterschied ΔT (°C) 93°C oder weniger in den Beispielen 2-1 bis 2-4, und es war kein Rußrest in irgendeinem der Wabenfilter F1 vorhanden, und das Auftreten von Rissen wurde nicht bestätigt.
Jedoch war der maximale Temperaturunterschied ΔT (°C) in Vergleichsbeispiel 2-1, Vergleichsbeispiel 2-2 und Vergleichsbeispiel 2-3 größer als oder gleich 100°C, was ein sehr großer Wert ist. Es war restlicher Ruß vorhanden, und das Auftreten von Rissen wurde im Wabenfilter F1 in der Position γ bestätigt. Weiterhin war im Vergleichsbeispiel 2-4 der Temperaturunterschied niedrig, aber Risse traten auf.
(Beispiele 2-5 bis 2-8, Vergleichsbeispiele 2-5 bis 2-8)
Auf die gleiche Weise wurden der maximale Temperaturunterschied ΔT (°C) und das Auftreten von Rissen in dem Siliziumcarbid-Metallsiliziumfilter untersucht.
Genauer gesagt, wurden die Filter in Beispielen 2-5 bis 2-8 der Testbeispiele 4.1 bis 4.4 (Tabelle 4) in einem Zustand, der so aufgebaut wurde, wie es in dem Aufbau der 7(a) aufgebaut wurde, verwendet. Im Vergleichsbeispiel 2-5 wurden die Filter des Testreferenzbeispiels 4.1 in einem Zustand, der wie in 7(b) gezeigt, aufgebaut wurde, verwendet. In den Vergleichsbeispielen 2-6, 2-7 wurden die Filter der Testbeispiele 4.1 und 4.2 in einem Zustand, der so aufgebaut wurde, wie in dem Aufbau der 7(c) gezeigt, verwendet. Im Vergleichsbeispiel 2-8 wurden die Filter des Testvergleichsbeispiels 4.1 in einem Zustand, der wie in dem Aufbau der 7(a) gezeigt, aufgebaut wurde, verwendet.
Der maximale Temperaturunterschied ΔT (°C) der Beispiele 2-5 bis 2-8 betrug 110°C oder weniger, während der maximale Temperaturunterschied ΔT (°C) der Vergleichsbeispiele 2-5 bis 2-8 110 °C oder größer war, und Risse in dem Wabenfilter, der in der Position γ angeordnet war, auftraten.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 8 gezeigt.
(Beispiele 3-1 bis 3-4)
In den Beispielen 3-1 bis 3-4 wurde der Aufbau 9 grundsätzlich auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel 1-3 hergestellt. Jedoch wurde im Beispiel 3-1 die Größe D1 der Zellwand 13 jedes Wabenfilters F1 auf 0,4 mm verändert, und D2 wurde auf 0,35 mm verändert. Daher betrug D1/D2 = 1,14. Fünf Wabenfilter F1 wurden parallel zu D1 angeordnet und drei Wabenfilter F1 wurden senkrecht zu D1 angeordnet, um einen Aufbau von fünfzehn Wabenfiltern F1 zu bilden. Der Schneideprozess für die äußere Form wurde durchgeführt, um einen Aufbau 9g (160 mm × 80 mm × 150 mm) herzustellen, der einen im Wesentlichen elliptischen Querschnitt aufwies, wie in 8(a) gezeigt. Auf die gleiche Weise wurde der Aufbau der Beispiele 3-2 bis 3-4 hergestellt.
(Vergleichsbeispiele 3-1 bis 3-4)
Der Aufbau wurde in Vergleichsbeispielen 3-1 bis 3-4 ebenfalls grundsätzlich auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3-1 hergestellt. Jedoch wurde in Vergleichsbeispiel 3-1 die Größe D1 auf 1,5 mm verändert und D2 wurde auf 1,5 mm verändert. Daher war das Verhältnis D1/D2 = 1. Nach Aufbauen der Wabenfilter F1 in drei Reihen und fünf Spalten wurde das Verfahren zum Schneiden der äußeren Form durchgeführt, um einen Aufbau 9h (160 mm × 80 mm × 150 mm) herzustellen, der einen im Wesentlichen elliptischen Querschnitt aufwies, wie in 8(b) gezeigt. Im Vergleichsbeispiel 3-2 betrug die Größe D1 0,35 mm und D2 betrug 0,4 mm. Daher war das Verhältnis D1/D2 = 0,88. Fünf derartiger Wabenfilter F1 waren parallel zu D2 angeordnet und drei Wabenfilter F1 waren senkrecht zu D2 angeordnet, um einen Aufbau von fünfzehn Wabenfiltern F1 zu bilden. Das Verfahren zum Schneiden der äußeren Form wurde durchgeführt, um einen Aufbau 9i (160 mm × 80 mm × 150 mm) herzustellen, der einen im Wesentlichen elliptischen Querschnitt aufwies, wie in 8(c) gezeigt. Das Vergleichsbeispiel 3-3 wurde auf die gleiche Weise wie in Vergleichsbeispiel 3-2 hergestellt und Vergleichsbeispiel 3-4 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3-1 hergestellt.
Der maximale Temperaturunterschied ΔT und das Auftreten von Rissen wurden im Hinblick auf den Aufbau der Beispiele 3-1 bis 3-4 und Vergleichsbeispiele 3-1 bis 3-4 untersucht. Als Ergebnis betrug, wie in Tabelle 9 gezeigt, der maximale Temperaturunterschied ΔT (°C) 91°C oder weniger in den Beispielen 3-1 bis 3-4. Weiterhin war kein verbliebener Ruß vorhanden und das Auftreten von Rissen wurde in keinem der Wabenfilter F1 erkannt.
Jedoch war der maximale Temperaturunterschied ΔT (°C) im Vergleichsbeispiel 3-1, Vergleichsbeispiel 3-2 und Vergleichsbeispiel 3-3 größer als oder gleich ungefähr 95 °C, was ein sehr großer Wert ist. Weiterhin war verbliebener Ruß vorhanden und das Auftreten von Rissen wurde im Wabenfilter F1 in der Position γ bestätigt. Weiterhin war im Vergleichsbeispiel 3-4 der Temperaturunterschied niedrig, aber Risse traten auf.
(Beispiele 3-5 bis 3-8, Vergleichsbeispiele 3-5 bis 3-8)
Auf die gleiche Weise wurden ähnliche Tests an einem Siliziumcarbid-Metallsiliziumfilter durchgeführt.
Insbesondere wurde in den Beispielen 3-5 bis 3-8 ein Aufbau, geformt durch Anordnen der Filter der Testbeispiele 6.1 bis 6.4 (Tabelle 6), wie in 8(a) gezeigt, verwendet. Im Vergleichsbeispiel 3-5 wurde ein Aufbau, geformt durch Anordnen der Filter des Testreferenzbeispiels 6.3, wie in 8(b) gezeigt, verwendet. Im Vergleichsbeispiel 3-6 und Vergleichsbeispiel 3-7 wurden Aufbauten, gebildet durch Anordnen der Filter der Testbeispiele 6.1 bzw. 6.4 (Tabelle 6), wie in 8(c) gezeigt, verwendet. Im Vergleichsbeispiel 3-8 wurde ein Aufbau, gebildet durch Anordnen der Filter des Testvergleichsbeispiels 6.1, wie in 8(a) gezeigt, verwendet.
Wie in Tabelle 9 gezeigt, betrug der maximale Temperaturunterschied der Beispiele 3-5 bis 3-8 101 °C oder weniger. Im Vergleich betrug der maximale Temperaturunterschied in Vergleichsbeispielen 3-5, 3-6 und 3-7 105 °C oder größer, und Risse traten in dem Wabenfilter, der an Position γ angeordnet war, auf. Im Vergleichsbeispiel 3-8 war der Temperaturunterschied niedrig, aber Risse traten auf.
(Beispiele 4-1 bis 4-5, Vergleichsbeispiele 4-1 bis 4-3)
In den Beispielen 4-1 bis 4-5 wurde ein Aufbau 9 grundsätzlich auf die gleiche Weise wie in Vergleichsbeispiel 1-2 hergestellt, wobei die Filter des Testreferenzbeispiels 1-1 (Tabelle 1) verwendet wurden. Im Beispiel 4-1 betrug jedoch die Dicke E1 der Dichtungsmaterialschicht 15a 1,05 mm, die Dicke E2 der Dichtungsmaterialschicht 15b betrug 1 mm, und das Verhältnis E1/E2 = 1.05 (siehe 9(a)).
In ähnlicher Weise wurden Beispiel 4-2 bis Beispiel 4-5 und Vergleichsbeispiel 4-3 gemäß der Beschreibung der Tabelle 10 hergestellt.
Im Vergleichsbeispiel 4-1 betrug die Dicke E1 der Dichtungsmaterialschicht 15a 1 mm, die Dicke E2 der Dichtungsmaterialschicht 15b betrug 1 mm, und E1/E2 = 1 (siehe 9(b)).
Im Vergleichsbeispiel 4-2 wurde der Aufbau grundsätzlich auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel 1-2 hergestellt, wobei die Filter des Testreferenzbeispiels 1.1 verwendet wurden. Im Beispiel 4-2 betrug jedoch die Dicke E1 der Dichtungsmaterialschicht 15a 1 mm, die Dicke E2 der Dichtungsmaterialschicht 15b betrug 2 mm, und das Verhältnis E1/E2 = 0,5 (siehe 9(c)).
Der maximale Temperaturunterschied Tβ–Tα und das Auftreten von Rissen wurden im Hinblick auf die Anordnungen der Beispiele 4-1 bis 4-5 und Vergleichsbeispiele 4-1 bis 4-3 untersucht. Als Ergebnis, wie in Tabelle 10 gezeigt, betrug der maximale Temperaturunterschied Tβ–Tα 75 °C oder weniger in den Beispielen 4-1 bis 4-5, und es war kein zurückbleibender Ruß vorhanden, und das Auftreten von Rissen wurde in keinem der Wabenfilter F1 bestätigt.
Jedoch war im Vergleichsbeispiel 4-1 und Vergleichsbeispiel 4-2 der maximale Temperaturunterschied Tβ–Tα größer als oder gleich 80 °C, was ein sehr großer Wert ist, und verbleibender Ruß war vorhanden, und das Auftreten von Rissen wurde in dem Wabenfilter F1, angeordnet in Position 7, bestätigt. Weiterhin kehrte sich im Vergleichsbeispiel 4-3 der Temperaturunterschied um, und es traten in Position β Risse auf.
(Beispiele 4-6 bis 4-10, Vergleichsbeispiele 4-4 bis 4-6)
Auf die gleiche Weise wurden ähnliche Tests an einem Siliziumcarbid-Metallsiliziumfilter durchgeführt.
Im Beispiel 4-6 bis Beispiel 4-10 wurde ein Aufbau grundsätzlich auf die gleiche Weise wie in Vergleichsbeispiel 1-2 hergestellt, wobei der Filter des Testreferenzbeispiels 2-1 verwendet wurde. Im Beispiel 4-6 war jedoch die Dicke der Dichtungsmaterialschicht parallel zu der langen Seite des Aufbaus 9 E1 (1,05 mm), und die Dicke der Dichtungsmaterialschicht parallel zu der kurzen Seite war E2 (1 mm) und damit E1/E2 = 1,05.
In ähnlicher Weise wurden Beispiel 4-6 bis Beispiel 4-10 und Vergleichsbeispiel 4-6 gemäß Tabelle 10 hergestellt.
In dem Aufbau des Vergleichsbeispiels 4-4 betrug die Dicke E1 der Dichtungsmaterialschicht 15a 1 mm, die Dicke E2 der Dichtungsmaterialschicht 15b betrug 1 mm und damit E1/E2 = 1 (siehe 9(b)).
Im Vergleichsbeispiel 4-5 wurde der Aufbau grundsätzlich auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel 1-2 hergestellt, wobei der Filter des Testreferenzbeispiels 2.1 verwendet wurde. Im Beispiel 4-5 betrug jedoch die Dicke E1 der Dichtungsmaterialschicht 15a 1 mm, die Dicke E2 der Dichtungsmaterialschicht 15b betrug 2 mm, und das Verhältnis E1/E2 = 0,5 (siehe 9(c)).
Es wurden im Hinblick auf den Aufbau der Beispiele 4-6 bis 4-10 und Vergleichsbeispiele 4-4 bis 4-6 der maximale Temperaturunterschied Tβ–Tα und das Auftreten von Rissen untersucht. Als Ergebnis betrug, wie in Tabelle 10 gezeigt, der maximale Temperaturunterschied Tβ–Tα 80°C oder weniger in den Beispielen und kein verbleibender Ruß war vorhanden, und das Auftreten von Rissen wurde in keinem der Wabenfilter F1 bestätigt.
Jedoch war im Vergleichsbeispiel 4-4 und Vergleichsbeispiel 4-5 der maximale Temperaturunterschied Tβ–Tα größer als oder gleich 100 °C, was ein sehr großer Wert ist, verbleibender Ruß war vorhanden, und das Auftreten von Rissen wurden in dem Wabenfilter F1, der in Position γ angeordnet war, bestätigt. Weiterhin war im Vergleichsbeispiel 4-6 der Temperaturunterschied umgekehrt und Risse traten in Position β auf.
(Beispiele 5-1 bis 5-4, Vergleichsbeispiele 5-1 bis 5-3)
In den Beispielen 5-1 bis 5-4 wurde ein Aufbau im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie in Vergleichsbeispiel 1-2 hergestellt, wobei der Filter des Testreferenzbeispiels 1.1 (Tabelle 1) verwendet wurde. Im Beispiel 5-1 betrug jedoch die thermische Leitfähigkeit G1 der Dichtungsmaterialschicht 15a 0,2W/m·K, die thermische Leitfähigkeit G2 der Dichtungsmaterialschicht 15b betrug 0,3W/m·K und G1/G2 = 0,67 (siehe 10(a)).
In ähnlicher Weise wurden in Beispiel 5-2 bis Beispiel 5-4 und Vergleichsbeispielen 5-1 bis 5-3 Aufbauten durch Anpassen von G1 gemäß der Beschreibung der Tabelle 11 hergestellt.
Im Vergleichsbeispiel 5-1 waren G1 und G2 gleich und damit G1/G2 = 1.
Der maximale Temperaturunterschied Tβ–Tα und das Auftreten von Rissen wurden im Hinblick auf die Aufbauten der Beispiele 5-1 bis 5-4 und Vergleichsbeispiele 5-1 bis 5-3 untersucht. Als Ergebnis betrug, wie in Tabelle 11 gezeigt, der maximale Temperaturunterschied Tβ–Tα 76 °C oder weniger in den Beispielen 5-1 bis 5-4, kein verbleibender Ruß war vorhanden, und das Auftreten von Rissen wurde in keinem der Wabenfilter F1 bestätigt.
Jedoch war in Vergleichsbeispiel 5-1 und Vergleichsbeispiel 5-2 der maximale Temperaturunterschied Tβ–Tα größer als oder gleich 80 °C, was ein sehr großer Wert ist, verbleibender Ruß war vorhanden, und das Auftreten von Rissen wurde in dem Wabenfilter F1, der in Position γ angeordnet war, bestätigt. Weiterhin wurde im Vergleichsbeispiel 5-3 der Temperaturunterschied umgekehrt und Risse traten in Position β auf.
(Beispiele 5-5 bis 5-8, Vergleichsbeispiele 5-4 bis 5-6)
Auf die gleiche Weise wurden ähnliche Tests an einem Siliziumcarbid-Metallsiliziumfilter durchgeführt.
Im Beispiel 5-5 bis Beispiel 5-8 und Vergleichsbeispiel 5-4 bis Vergleichsbeispiel 5-6 wurde ein Aufbau grundsätzlich gemäß der Beschreibung der Tabelle 11 hergestellt, wobei der Filter des Testreferenzbeispiels 2.1 verwendet wurde.
In Beispielen 5-5 bis 5-8 betrug der Temperaturunterschied Tβ–Tα 80 °C oder weniger, kein verbleibender Ruß war vorhanden, und das Auftreten von Rissen in irgendeinem der Wabenfilter F1 wurde nicht bestätigt.
Jedoch war im Vergleichsbeispiel 5-4 und Vergleichsbeispiel 5-5 der maximale Temperaturunterschied Tβ–Tα größer als oder gleich 80 °C, was ein sehr großer Wert ist, verbleibender Ruß war vorhanden, und das Auftreten von Rissen wurde in dem Wabenfilter F1, der in Position γ angeordnet war, bestätigt. Weiterhin wurde im Vergleichsbeispiel 5-6 der Temperaturunterschied umgekehrt und Risse traten in Position β auf.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 11 gezeigt.
(Beispiele 6-1 bis 6-4, Vergleichsbeispiele 6-1 bis 6-3)
In Beispielen 6-1 bis 6-4 wurde ein Aufbau grundsätzlich auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel 1-2 hergestellt, wobei der Filter des Testreferenzbeispiels 1.1 verwendet wurde. Im Beispiel 6-1 betrug jedoch die Dicke H1 der äußeren Dichtungsmaterialschicht 15c 1,6 mm, die Dicke H2 der äußeren Dichtungsmaterialschicht 15d 1,5 mm und damit H2/H1 = 0,94 (siehe 10(b)). Die Dicke zwischen den äußeren Dichtungsmaterialschichten 15c und 15d wurde so eingestellt, dass die Dicken der äußeren Dichtungsmaterialschichten schrittweise verändert wurde. Daher waren die Dicken H1 und H2 entweder die maximale Dicke oder die minimale Dicke der äußeren Dichtungsmaterialschicht.
Auf ähnliche Weise wurden der Aufbau des Beispiels 6-2 bis Beispiel 6-4 und Vergleichsbeispiele 6-1 bis 6-3 durch Einstellen der Dicke von H2 gemäß der Beschreibung der Tabelle 12 hergestellt.
Im Vergleichsbeispiel 6-1, H2/H1 = 1.
Wie in Tabelle 12 gezeigt, betrug in Beispielen 6-1 bis 6-4 der maximale Temperaturunterschied Tβ–Tα 73 °C oder weniger, es war kein verbleibender Ruß vorhanden, und das Auftreten von Rissen wurde in keinem der Wabenfilter F1 bestätigt.
Jedoch war im Vergleichsbeispiel 6-1 und Vergleichsbeispiel 6-2 der maximale Temperaturunterschied Tβ–Tα 80 °C oder größer, was ein sehr großer Wert ist, verbleibender Ruß war vorhanden, und das Auftreten von Rissen wurde in dem Wabenfilter F1, der in Position γ angeordnet war, bestätigt. Weiterhin wurde im Vergleichsbeispiel 6-3 der Temperaturunterschied umgekehrt und Risse traten in Position γ auf.
(Beispiele 6-5 bis 6-8, Vergleichsbeispiele 6-4 bis 6-6)
Auf die gleiche Weise wurden Tests an einem Siliziumcarbid-Metallsiliziumfilter durchgeführt.
Beispiel 6-5 bis Beispiel 6-8 und Vergleichsbeispiel 6-4 bis Vergleichsbeispiel 6-6 wurden grundsätzlich gemäß der Beschreibung der Tabelle 12 hergestellt, wobei der Filter des Testreferenzbeispiels 2.1 verwendet wurde.
Wie in Tabelle 12 gezeigt, betrug in den Beispielen 6-5 bis 6-8 der Temperaturunterschied Tβ–Tα 80 °C oder weniger. Weiterhin war kein verbleibender Ruß vorhanden und das Auftreten von Rissen wurde in keinem der Wabenfilter F1 bestätigt.
Jedoch war im Vergleichsbeispiel 6-4 und Vergleichsbeispiel 6-5 der maximale Temperaturunterschied Tβ–Tα größer als oder gleich 83 °C, was ein sehr großer Wert ist. Weiterhin war verbleibender Ruß vorhanden und das Auftreten von Rissen wurde in dem Wabenfilter F1, der in Position 7 angeordnet war, bestätigt. Weiterhin wurde im Vergleichsbeispiel 6-6 der Temperaturunterschied umgekehrt und Risse traten in Position β auf.
(Beispiele 7-1 bis 7-3, Vergleichsbeispiele 7-1 bis 7-3)
In Beispielen 7-1 bis 7-3 wurde ein Aufbau grundsätzlich auf die gleiche Weise wie im Vergleichsbeispiel 1-2 hergestellt, wobei der Filter des Testreferenzbeispiels 1.1 verwendet wurde. Im Beispiel 7-1 betrug jedoch die Dicke I1 des Teils 16a des äußeren thermischen Isolationsmaterials (Matte hergestellt aus Aluminiumoxidfasern) 10 mm, die Dicke I2 des Teils 16b betrug 11 mm und I2/I1 = 0,91 (siehe 10(c)). Die Dicke zwischen Teil 16a und 16b wurde so eingestellt, dass die Dicke des thermischen Isolationsmaterials 10 schrittweise verändert wurde. Daher waren die Dicken H1 und H2 entweder die maximale Dicke oder die minimale Dicke des thermischen Isolationsmaterials.
Auf die gleiche Weise wurden Beispiel 7-2 bis Beispiel 7-3 und Vergleichsbeispiel 7-3 durch Einstellen der Dicke von 12 gemäß der Beschreibung der Tabelle 13 hergestellt.
Im Vergleichsbeispiel 7-1 wiesen I1 und I2 dieselbe Dicke wie in H2/H1 = 1 auf.
Wie in Tabelle 13 gezeigt, betrug in den Beispielen 7-1 bis 7-8 der maximale Temperaturunterschied Tβ–Tα 73 °C oder weniger. Weiterhin war kein verbleibender Ruß vorhanden und das Auftreten von Rissen wurde in keinem der Wabenfilter F1 erkannt.
Jedoch war in Vergleichsbeispiel 7-1 und Vergleichsbeispiel 7-2 der maximale Temperaturunterschied Tβ–Tα größer als oder gleich 80 °C, was ein sehr großer Wert ist. Weiterhin war verbleibender Ruß vorhanden und das Auftreten von Rissen wurde im Wabenfilter F1, der in Position γ angeordnet war, bestätigt. Weiterhin war im Vergleichsbeispiel 7-3 der Temperaturunterschied umgekehrt und Risse traten in Position β auf.
(Beispiele 7-4 bis 7-6, Vergleichsbeispiele 7-4 bis 7-6)
Auf die gleiche Weise wurden ähnliche Tests an einem Siliziumcarbid-Metallsiliziumfilter durchgeführt.
Beispiel 7-4 bis Beispiel 7-6 und Vergleichsbeispiel 7-4 bis Vergleichsbeispiel 7-6 wurden grundsätzlich gemäß der Beschreibung der Tabelle 13 hergestellt, wobei der Filter des Testreferenzbeispiels 2.1 verwendet wurde.
Der Temperaturunterschied Tβ–Tα betrug 80 °C oder weniger in den Beispielen 7-4 bis 7-6. Weiterhin war kein verbleibender Ruß vorhanden und das Auftreten von Rissen wurde in keinem der Wabenfilter F1 bestätigt.
Jedoch war der maximale Temperaturunterschied Tβ–Tα in Vergleichsbeispiel 7-4 und Vergleichsbeispiel 7-5 größer als oder gleich 83 °C, was ein sehr großer Wert ist. Weiterhin war verbleibender Ruß vorhanden und das Auftreten von Rissen wurde in dem Wabenfilter F1, der in Position γ angeordnet war, bestätigt. Weiterhin war der Temperaturunterschied im Vergleichsbeispiel 7-6 umgekehrt und Risse traten in Position β auf.
Die vorliegende Ausführungsform weist die unten beschriebenen Vorteile auf.

(1) Der Aufbau 9 wird durch Zusammenhaften einer Vielzahl von Keramikfiltern F1 hergestellt, so dass die langen Seiten der Keramikfilter F1, aufweisend rechteckige Querschnitte, sich in Richtung der Hauptachse des Aufbaus 9 erstrecken, und die kurzen Seiten der Keramikfilter F1 sich in Richtung der Nebenachse des Aufbaus 9 erstrecken. Somit wird die Zahl der keramischen Dichtungsmaterialschichten 15b in der Hauptachsenrichtung des Aufbaus 9, die die thermische Leitfthigkeit beeinflussen können, reduziert. Daher ist die thermische Leitfahigkeit in der Hauptachsenrichtung höher als die thermische Leitfähigkeit in der Nebenachsenrichtung des Aufbaus während der Verwendung, und die Filter F1 in dem außen liegenden Teil in der Hauptachsenrichtung können leichter geheizt werden. Verbleibender Ruß ist somit nicht vorhanden, und Risse treten nicht auf. Weiterhin kann dies durch Verändern der keramischen Struktur ohne Veränderung des Materials des Keramikfilters erreicht werden, wodurch die Kosten reduziert werden. Weiterhin ist bei einem solchen Verfahren, wenn eine hypothetische erste gerade Linie die hauptsächlich elliptische Kontur an zwei Punkten schneidet, wobei der Abstand dazwischen maximal ist, und eine hypothetische zweite gerade Linie orthogonal zur ersten geraden Linie die hauptsächlich elliptische Kontur an zwei Punkten schneidet, wobei der Abstand dazwischen maximal ist, die Anzahl der Dichtungsmaterialschichten, die die erste gerade Linie des Aufbaus durchquert, weniger als oder gleich zu der Anzahl der Dichtungsmaterialschichten, die die zweite gerade Linie durchquert. Dies reduziert die Hindernisse für die thermische Leitung zwischen den Filtern.
(2) Die rechteckigen Zellen 12 in den säulenförmigen Wabenfiltern F1 ergeben eine Differenz der thermischen Leitung im Querschnitt des Filters. Das heißt, die thermische Leitfähigkeit in Richtung der langen Seite jeder Zelle ist höher als die thermische Leitfähigkeit in Richtung der kurzen Seite der Zelle. Der Aufbau kann gebildet werden, indem die Zellen so angeordnet werden, dass ihre langen Seiten parallel zur Hauptachsenrichtung und ihre kurzen Seiten parallel zur Nebenachsenrichtung des Aufbaus liegen. Das resultiert darin, dass die thermische Leitfähigkeit während der Verwendung in der Hauptachsenrichtung größer ist als die thermische Leitfahigkeit in der Nebenachsenrichtung des Aufbaus. Weiterhin können die Filter F1 an dem außen liegenden Teil in Richtung der Hauptachse leichter geheizt werden. Somit wird übrig gebliebener Ruß eliminiert und Risse treten nicht auf. Weiterhin wird dies leicht durch Verändern der keramischen Struktur erreicht, ohne das Material des keramischen Filters zu verändern. Somit werden die Kosten reduziert.
(3) Die Zellen 12 in dem säulenförmigen Wabenfilter F1 sind rechteckig. Durch Verändern der Dicken der Zellwände, die zueinander orthogonal sind, kann eine Differenz der thermischen Leitfähigkeit längs des Querschnitts des Filters bewirkt werden. Das heißt, die thermische Leitmhigkeit in der Richtung, in der sich die dicken Zellwände erstrecken, ist höher als die thermische Leitfähigkeit in der Richtung, in der sich die dünnen Zellwände erstrecken. Der Filteraufbau kann so geformt werden, dass die Hauptachsenrichtung des Aufbaus parallel zu der Richtung ist, in der sich die dicken Zellwände erstrecken, und die Nebenachsenrichtung des Aufbaus parallel ist zu der Richtung, in der sich die dünnen Zellwände erstrecken. Das resultiert darin, dass die thermische Leitfähigkeit während der Verwendung in Richtung der Hauptachse höher ist, als die thermische Leitfähigkeit in Richtung der Nebenachse des Aufbaus. Weiterhin können die Filter F1 am außen liegenden Teil in Richtung der Hauptachse leichter geheizt werden. Somit wird verbleibender Ruß eliminiert und Risse treten nicht auf. Weiterhin wird dies leicht durch Verändern der keramischen Struktur ohne Verändern des Materials des keramischen Filters erreicht. Somit werden Kosten reduziert.
(4) Indem man die Dichtungsmaterialschichten 15b, die senkrecht zu der Hauptachsenrichtung sind, relativ dünn macht, wird die thermische Leitfähigkeit in der Hauptachsenrichtung höher als die thermische Leitfähigkeit in Richtung der Nebenachse des Aufbaus 9. Somit können die Filter F1 am außen liegenden Teil in Richtung der Hauptachse leichter geheizt werden, verbleibender Ruß wird eliminiert und Risse treten nicht auf. Weiterhin wird dies leicht durch Verändern der keramischen Struktur ohne Verändern des Materials des keramischen Filters erreicht. Somit werden Kosten reduziert.
(5) Durch Verändern der thermischen Leitfähigkeit G2 der Dichtungsmaterialschichten 15b, die senkrecht zu der Richtung der Hauptachse sind, auf einen hohen Wert, wird die thermische Leitfähigkeit in Richtung der Hauptachse höher als in Richtung der Nebenachse des Aufbaus während der Verwendung. Damit können die Filter F1 am außen liegenden Teil in Richtung der Hauptachse leichter geheizt werden, verbleibender Ruß wird eliminiert und Risse treten nicht auf. Weiterhin wird dies leicht durch Verändern der keramischen Struktur ohne Verändern des Materials des keramischen Filters erreicht. Somit werden Kosten reduziert.
(6) In dem keramischen Filteraufbau mit einem hauptsächlich elliptischen Querschnitt ist im Hinblick auf die äußere Dichtungsmaterialschicht, die die thermische Leitung behindert, die Dicke H1 der äußeren Dichtungsmaterialschicht, angeordnet längs einer Verlängerung der Hauptachse, größer als die Dicke H2 der Dichtungsmaterialschicht angeordnet längs einer Verlängerung der Nebenachse, um die Hitzestrahlung von dem außen liegenden Teil in Richtung der Hauptachse zu unterdrücken. Dies bewirkt einen hohen thermischen Isolationseffekt am außen liegenden Teil in Richtung der Hauptachse. Somit wird verbleibender Ruß eliminiert und Risse treten nicht auf. Weiterhin wird dies leicht durch Verändern der keramischen Struktur ohne Verändern des Materials des keramischen Filters erreicht. Somit werden Kosten reduziert.
(7) In dem keramischen Filteraufbau 9 mit einer hauptsächlich elliptischen Querschnittsform ist im Hinblick auf die Dicke des thermischen Isolationsmaterials 10, das die thermische Leitung behindert, die Dicke I1 des Teils 16a, angeordnet längs einer Verlängerung der Hauptachse, größer als die Dicke 12 des Teils 16b, angeordnet längs einer Verlängerung der Nebenachse. Dies unterdrückt Hitzestrahlung von dem außen liegenden Teil in Richtung der Hauptachse. Somit wird ein hoher thermischer Isolationseffekt am außen liegenden Teil in Richtung der Hauptachse während der Verwendung des Aufbaus bewirkt. Somit wird verbleibender Ruß eliminiert und Risse treten nicht auf. Weiterhin wird dies durch Verändern der keramischen Struktur ohne Verändern des Materials des keramischen Filters erreicht. Somit werden Kosten reduziert.
(8) Gemäß den Tests 1 und 2 ist das Auftreten von Rissen aufgrund eines thermischen Schocks weniger wahrscheinlich, wenn die Querschnittsform eines säulenförmigen Wabenfilters, hergestellt aus einem porösen keramischen gesinterten Körpers rechteckig ist und die Länge der langen Seite B1 ist und die Länge der kurzen Seite B2 ist, falls das Verhältnis B1/B2 3,0 oder weniger beträgt. Somit wird angenommen, dass die Widerstandsfähigkeit gegenüber einem thermischen Schock ungefähr die gleiche ist, wie wenn die Querschnittsform quadratisch ist, und es wird eine Filtereinheit, die für einen gleichförmigen Temperaturanstieg des flach geformten Filteraufbaus 9 nötig ist, bereitgestellt. Da das Dichtungsmaterial und Ähnliches reduziert werden kann, werden die Kosten ebenfalls reduziert.
(9) Wenn die Querschnittsform einer Zelle (Durchgangsbohrung) eines säulenförmigen Wabenfilters, hergestellt aus einem porösen keramischen gesinterten Körper, rechteckig ist und die Länge der langen Seite C1 ist und die Länge der kurzen Seite C2 ist, ist das Auftreten von Rissen aufgrund eines thermischen Schocks gemäß Tests 3 und 4 weniger wahrscheinlich, falls das Verhältnis C1/C2 3,0 oder weniger beträgt. Somit wird angenommen, dass die Widerstandsfuhigkeit gegenüber einem thermischen Schock ungefähr die gleiche ist, als wenn die Querschnittsform der Zelle (Durchgangsbohrung) quadratisch ist, und eine Filtereinheit, die für einen gleichförmigen Temperaturanstieg des flach geformten Filteraufbaus 9 nötig ist, wird bereitgestellt.
(10) Wenn es zwei Wanddicken für eine Zelle eines säulenförmigen Wabenfilters, hergestellt aus einem porösen keramischen gesinterten Körper, gibt, und die Größe der dicken Wand D1 ist und die Größe der dünnen Wand D2 ist, ist gemäß Tests 5 und 6 das Auftreten von Rissen aufgrund eines thermischen Schocks weniger wahrscheinlich, falls das Verhältnis D1/D2 3,0 oder weniger beträgt. Somit wird angenommen, dass die Widerstandsfähigkeit gegenüber einem thermischen Schock ungefähr die gleiche ist, als wenn alle Wanddicken die gleichen sind, und eine Filtereinheit, nötig für einen gleichförmigen Temperaturanstieg des länglichen Filteraufbaus 9, wird bereitgestellt.

Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auf die folgende Weise modifiziert werden.
Die Querschnittsform der Wabenfilter F1 kann rechteckig sein, und die inneren Zellen 12 können in die gleiche Richtung rechteckig sein.
Die Querschnittsform der Wabenfilter F1 können rechteckig sein, und die dickere Wand 13a der inneren Zellwände 13a, 13b können in die gleiche Richtung wie die lange Seite rechteckig sein.
Jede Zelle des Wabenfilters kann rechteckig sein, und die Zellwand der langen Seite kann dicker sein als die Zellwand der kurzen Seite.
Die Dichtungsmaterialschicht, gebildet an der äußeren außen liegenden Fläche des Aufbaus, kann unter Verwendung von zwei oder mehr Arten von Beschichtungsmaterialien gebildet werden, die auf die äußere Oberfläche aufgebracht werden, wobei diese verschiedene thermische Leitfähigkeiten aufweisen.
Das thermische Isolationsmaterial 10 kann auf die außen liegenden Oberfläche des Aufbaus geformt werden, unter Verwendung von zwei oder mehr Arten von thermischen Isolationsmaterialien, die verschiedene thermische Leitfähigkeiten aufweisen.

Claims

Keramischer Filteraufbau aufgebaut durch Zusammenhaften einer Vielzahl von säulenförmigen Wabenfiltern hergestellt aus einem porösen keramischen gesinterten Material mit einer keramischen Dichtungsmaterialschicht und mit einer hauptsächlich elliptischen Querschnittsform, wenn sie parallel zu den Endflächen der Vielzahl der Wabenfilter geschnitten werden, wobei der keramische Filteraufbau dadurch charakterisiert wird, dass die keramische Dichtungsmaterialschicht eine erste Dichtungsmaterialschicht parallel zu der Hauptachse der elliptischen Querschnittsform und eine zweite Dichtungsmaterialschicht orthogonal zu der Hauptachse der elliptischen Querschnittsform aufweist, wobei die erste Dichtungsmaterialschicht eine thermische Leitmhigkeit aufweist, die kleiner ist als die thermische Leitfähigkeit der zweiten Dichtungsmaterialschicht.
Keramischer Filteraufbau gemäß Anspruch 1, dadurch charakterisiert, dass wenn die thermische Leitmhigkeit der ersten Dichtungsmaterialschicht durch G1 verkörpert wird und die thermische Leitfähigkeit der zweiten Dichtungsmaterialschicht durch G2 dargestellt wird, das Verhältnis G1/G2 0,2 oder größer und 0,7 oder kleiner ist.