Schädigung von Dieselpartikelfiltern aus Cordierit durch Aschen: Mechanismen und Schutzmaßnahmen

Aufgrund seiner geringen Herstellungskosten und positiven Werkstoffeigenschaften ist Cordierit Mg2Al4Si5O18 ein attraktives Material zur Herstellung von Dieselpartikelfiltern (DPF). Allerdings zeigt das Material eine relativ hohe Anfälligkeit gegen korrosive Schädigung durch Aschen, welche während des Betriebs im Filter abgeschieden werden. Unter ungünstigen Bedingungen können in Filtern kurzzeitig Temperaturspitzen im Bereich 1000 °C = T = 1200 °C auftreten. Bei solchen Bedingungen können Aschen das Filtersubstrat angreifen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden der Schädigungsmechanismus für den einsatzrelevanten Temperaturbereich und seine Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung der Asche aufgeklärt.Folgender Schädigungsprozess wurde als kritisch identifiziert: Bei hohen Temperaturen bilden sich Schmelzen aus Aschen, welche in Poren eines Filtersubstrats eindringen. Durch inkompatible thermische Ausdehnungskoeffizienten zwischen Filtermaterial und eingedrungenen Fremdphasen entstehen bei Temperaturwechseln Risse. Diese können die mechanische Festigkeit des Materials deutlich verringern. Weitere Materialschädigung ist möglich durch Reaktionen zwischen Cordierit und Schmelze (Auflösung des Cordierit oder Bildung neuer kristalliner Phasen). Der identifizierte Mechanismus ist kritischer als bislang in der Literatur diskutierte Mechanismen, da er bereits bei relativ geringen Temperaturen und in kurzen Zeiträumen relativ große Volumina von Filtermaterial schädigen kann. Bei besonders kritischen Aschezusammensetzungen tritt bereits innerhalb von 30 Sekunden bei 1000 °C eine signifikante Schädigung auf.