KR20150035584A

KR20150035584A - 세라믹 허니콤 필터 내에 다공질 플러그를 제조하는 개선된 방법

Info

Publication number: KR20150035584A
Application number: KR20147034570A
Authority: KR
Inventors: 준 카이; 아시시 코트니스; 쟈넷 엠 고스; 폴 씨 보세지프카
Original assignee: 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2015-04-06
Also published as: DE112013002145T5; JP2015524377A; WO2014003836A1; US20150121827A1; JP6232060B2; CN104411658A

Abstract

본 발명은, 세라믹 미립자 및 유체 캐리어로 이루어지고, 세라믹 미립자는 50 마이크로미터 미만의 미립자를 수 기준으로 90 % 이상 갖고, 유체 캐리어는 플러깅 페이스트가 세라믹 허니콤 채널 내로 삽입되고 채널을 한정하는 허니콤의 벽을 제외한 임의의 다른 지지체 없이도 상기 채널 내에 보유되기에 충분히 유동성이도록 하기에 충분한 양으로 존재하는, 세라믹 허니콤 필터 내에 관통 홀을 갖는 플러그 (부분 플러그)를 제조하는데에 유용한 세라믹 플러깅 페이스트에 관한 것이다. 상기 페이스트는 통상적인 페이스트와 동일한 방식으로 쉽게 주입될 수 있다. 상기 페이스트 및 방법은 낮은 압력 강하를 가지면서도 여전히 미립자를 효과적으로 여과하는 허니콤 필터를 초래하는 관통 홀을 갖는 플러그를 유리하게 실현한다.

Description

세라믹 허니콤 필터 내에 다공질 플러그를 제조하는 개선된 방법 {IMPROVED METHOD OF MAKING POROUS PLUGS IN CERAMIC HONEYCOMB FILTER}

본 발명은 다공질 세라믹 허니콤 필터 내에 플러그를 형성하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 세라믹 허니콤 필터의 배압을 감소시키는 관통 통로를 갖는 플러그에 관한 것이다.

근래에, 유럽 및 미국에서는, 디젤 엔진 및 가솔린 엔진, 예컨대 가솔린 직접 분사 엔진에 의해 배출된 미립자 물질에 대한 보다 엄격한 규제가 통과되었거나 고려되고 있다. 이러한 규제를 충족시키기 위해서는, 미립자 필터가 일반적으로 필요하며 기대된다.

이들 미립자 필터는 다수의 상반된 까다로운 요건을 충족시켜야 한다. 예를 들어, 필터는 충분한 기공률 (일반적으로 55 % 초과의 기공률)을 가지면서도 대부분의 배출된 마이크로미터 크기의 디젤 미립자를 여전히 보유해야 한다 (일반적으로 배출된 미립자를 90 % 초과로 포획함). 또한 필터는 과도한 배압이 너무 빨리 생기지 않도록 충분히 투과성이면서도, 재생 전에 여전히 다량의 그을음을 포집할 수 있어야 한다. 필터는 오랜 시간 동안 부식성 배기 환경을 견딜 수 있어야 한다. 필터는 배기 시스템에 부착된 용기 내에 넣어지도록 초기 강도를 가져야 한다. 필터는 국부 온도가 1600 ℃ 정도로 높을 수 있는 수천 번의 사이클에 걸친 필터 내에 가두어진 그을음의 연소 (재생)로부터의 열적 사이클링을 견딜 수 있어야 한다 (즉 적당한 강도를 보유해야 한다). 이러한 엄격한 기준 때문에, 세라믹 필터는 디젤 미립자 필터를 개발하기 위한 재료로서 선택되어 왔다.

소결된 근청석(cordierite)의 세라믹 필터는 가능한 디젤 미립자 필터로서 연구되어 왔다. 근청석은 저렴한 가격 및 자동차 배기 시스템에서 삼원촉매 지지체로서의 용도를 갖기 때문에 연구되었다. 근청석 필터는 대형 트럭 용도에서 사용되어 왔지만, 높은 배압, 축적된 재를 털어낼 필요가 있기 전까지의 짧은 수명 및 국부적인 과열부(hot spot)로 인한 열적 열화라는 단점을 갖는다.

보다 근래에, 탄화규소는 대개 근청석보다 더 많은 그을음을 견딜 수 있고 열 안정성이 보다 우수하기 때문에 승용 디젤 엔진에서 사용되어 왔다. 그러나, 탄화규소는, 예를 들어, 값비싼 미세 탄화규소 분말을 사용하여 고온에서 소결시켜야 한다는 단점을 갖는다. 탄화규소가 소결되기 때문에, 생성된 기공 구조물은 근청석과 마찬가지로 과도한 배압이 생기기 전에 제한된 그을음 포집을 초래한다.

이들 필터에서 일어나는 큰 압력 강하를 고치기 위해서, 미국특허 제4,464,185호; 제6,790,248호 및 제7,008,461호; 및 PCT 공개 WO 2011/026071 및 WO 2009/148498 및 미국특허공개 U.S. 2009/0056546 및 일본특허공개 JP2002119867 및 JP 1986062216에 기술된 것과 같은 폐색되지 않은 채널 또는 관통 홀(through hole)을 갖는 플러그를 갖는 필터가 사용되어 왔다. 일반적으로, 플러그 내에 홀을 형성하는 방법은 플러그를 형성한 후에 원하는 홀을 기계 가공하는 것이었다. 미국특허 제6,790,248호에서는, 슬러리를 허니콤의 채널의 내부 표면 상에 조금씩 부착시킴으로써 개구를 점점 감소시킨다. 미국특허 제7,008,461호에는 부분 플러그를 형성하기 위해서, 주입된 페이스트 상에 액체를 뿜어서 적시는 방법이 기술되어 있다. 이들 방법은 복잡하거나 긴 가공 시간, 제어되지 않는 플러그 형성 및 플러그의 불충분한 접착이라는 문제점 중 하나 이상을 갖는다는 단점이 있다.

따라서, 종래 기술의 하나 이상의 문제점, 예컨대 상기에서 기술된 것 중 하나를 갖지 않는, 하나 이상의 관통 홀(들)을 갖는 플러그 (본원에서는 "부분 플러그"라고 지칭됨)를 제조하는 개선된 방법을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 종래 기술에서 기술된 폐색되지 않은 채널 또는 부분 플러그의 미립자 포획 효율을 개선하는 부분 플러그를 형성하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명은 개선된 부분 플러그를 초래하는 개선된 플러깅 페이스트로부터 형성된 부분 플러그를 갖는 개선된 세라믹 허니콤 필터에 관한 것이다. 따라서, 본 발명의 첫 번째 측면은 세라믹 미립자 및 유체 캐리어이고, 여기서 세라믹 미립자는 50 마이크로미터 미만의 미립자를 수 기준으로 90 % 이상 갖고, 유체 캐리어는 플러깅 페이스트가 세라믹 허니콤 채널 내로 삽입되고 채널을 한정하는 허니콤의 벽을 제외한 임의의 다른 지지체 없이도 상기 채널 내에 보유되기에 충분히 유동성이도록 하기에 충분한 양으로 존재한다. 두 번째 측면은 세라믹 미립자 및 유체 캐리어로 이루어지고, 5 % 내지 80 %의 부피 건조 수축률을 갖는 세라믹 허니콤 플러깅 페이스트이다. 세 번째 측면은 세라믹 미립자 및 유체 캐리어로 이루어지고, 25 % 초과 내지 80 %의 합산된 부피 건조 및 소결 수축률을 갖는 세라믹 허니콤 플러깅 페이스트이다. 상기 페이스트는 기존의 가공 장치 및 방법을 사용하여 상기 플러그를 쉽게 제조하는 것을 허용한다. 또한, 상기 부분 필터는 놀랍게도 바람직한 접착, 기계적 일체성 및 플러그 형상을 초래하여 개선된 세라믹 허니콤 성능을 초래한다. 예를 들어, 부분 플러그의 푸쉬 아웃(push out) 강도는 완전(full) 플러그의 푸쉬 아웃 강도의 두 배일 수 있다.

본 발명의 네 번째 측면은

(a) 세라믹 미립자 및 캐리어 유체로 이루어진 페이스트를 세라믹 허니콤의 채널 내로 삽입하여 관통 홀을 갖지 않는 초기 플러그를 형성하고,

(b) 단계 (a)의 상기 초기 플러그가 건조 플러그를 형성하도록 상기 페이스트의 유체 캐리어를 제거하고,

(c) 관통 홀을 갖는 소결 플러그를 형성하도록 가열하여 페이스트의 세라믹 미립자들이 함께 결합되고 소결 플러그가 세라믹 허니콤의 벽에 결합되는

것을 포함하는 세라믹 허니콤 내에 플러그를 형성하는 방법이다.

네 번째 측면의 방법을 사용하면, 놀랍게도, 그다지 복잡하지 않은 단순한 직선형 내강(bore) 또는 관통 홀에 비해 여과 효율을 개선하는 것으로 믿어지는, 부분압을 감소시키고 다양한 구불구불한 통로를 갖는 관통 홀을 갖는 바람직한 부분 플러그를 갖는 부분 필터를 갖는 허니콤 필터를 실현하게 된다.

본 발명의 마지막 측면은 채널의 한 쪽 말단부에 본 발명의 페이스트로부터 형성된 플러그를 갖는 하나 이상의 채널로 이루어진 세라믹 허니콤이고, 여기서 상기 플러그는 중심부 및 상기 중심부로부터 실질적으로 채널을 한정하는 벽의 표면까지 연장된 하나 이상의 방사상 살(spoke)로 이루어진 관통 홀을 갖고, 여기서 상기 중심부는 상기 채널에 내접한 원에 의해 한정되는 바와 같은 채널 직경의 길이의 50 %보다 작은 직경을 갖는다.

세라믹 허니콤 필터는 유체 및 기체를 여과하는 데 유용한 임의의 응용품에서 사용될 수 있다. 특히, 이는 내연 엔진으로부터 발생하는 기체를 여과하기 위한 미립자 필터에 적합하다.

도 1은 본 발명의 건조 플러그를 갖는 세라믹 허니콤의 광학현미경 사진이다.
도 2는 본 발명의 소결 플러그를 갖는 세라믹 허니콤의 광학현미경 사진이다.
도 3은 작은 입자 크기 및 허니콤 벽 내로의 침투를 보여주는 본 발명의 소결 플러그의 주사전자현미경 사진이다.

플러깅 페이스트

본 출원인은, 효율적이고 일관성 있고 균일하고 제어 가능한, 부분 플러그를 사용하여 허니콤 필터를 플러깅하는 방법을 허용하는 플러깅 페이스트를 발견하였다. 상기 페이스트는 유체 캐리어 및 세라믹 미립자로 이루어진다. 유체 캐리어는 보다 낮은 온도 (예를 들어, 250 ℃ 미만)에서의 증발 또는 단지 실온에서의 공기 건조 또는 진공 건조에 의해서 쉽게 제거되는 임의의 액체일 수 있다. 그 예는 물 및 임의의 유기 액체, 예컨대 알코올, 지방족, 글리콜, 케톤, 에테르, 알데히드, 에스테르, 방향족, 알켄, 알킨, 카르복실산, 카르복실산 클로라이드, 아미드, 아민, 니트릴, 니트로, 술파이드, 술폭시드, 술폰, 유기금속 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 바람직하게는, 유체 캐리어는 물, 지방족, 알켄 또는 알코올이다. 알코올은 메탄올, 프로판올, 에탄올 또는 이들의 조합일 수 있다. 전형적으로, 물이 사용된다.

페이스트는 또한 세라믹 미립자로 이루어진다. 세라믹 미립자 (분말이라고도 지칭됨)의 특정 화학적 성질은 디젤 엔진과 같은 내연 엔진의 배기 시스템에서 미립자 필터가 겪는 작동 조건을 견딜 수 있는 세라믹 플러그를 제조하기에 유용한 임의의 것일 수 있다. 예시적인 분말은 세라믹을 형성하는 세라믹 분말, 예컨대 산화물, 탄화물, 질화물 및 이들의 조합을 포함한다. 특정 예는 탄화규소, 질화규소, 뮬라이트, 근청석, 베타 스포듀멘, 인산염 세라믹 (예를 들어, 인산지르코늄), 티탄산알루미늄 및 가열 시 상기 화합물을 형성하는 전구체를 포함하지만 이로 제한되는 것은 아니다. 세라믹의 바람직한 예는 실리카, 알루미나, 플루오르화알루미늄, 점토, 플루오로토파즈, 제올라이트, 뮬라이트, 근청석 및 그의 혼합물을 포함한다.

세라믹 분말은 전형적으로 등방상이지만 (즉, 2 미만의 종횡비를 가짐), 이로 제한되는 것은 아니다. 세라믹 분말은 전형적으로 분쇄된 분말 또는 침전 공정을 통해 형성된 분말과 관련된 형태를 갖는다. 플러그가 세라믹 허니콤 채널 내로 삽입될 때 캐리어 유체의 제거 및 세라믹 미립자의 소결 시에 플러그 내에 관통 홀을 형성하기만 한다면 다른 형상도 사용될 수 있다.

본 발명의 플러깅 페이스트를 형성하기 위해서, 한 측면에서, 세라믹 미립자는 수 기준으로 90 % 이상인 미립자의 크기 (즉, d90 입자 크기)가 50 마이크로미터 미만일 필요가 있다는 것이 밝혀졌다. 입자 크기가 너무 크거나 입자 크기 분포가 넓어서 큰 미립자가 너무 많은 경우에, 페이스트는 캐리어 유체의 제거 및 플러그의 소결 시에 관통 홀을 형성하지 못 할 수 있고, 채널 내로 쉽게 삽입되고 임의의 다른 지지체 없이도 채널 내에 보유되는데 필요한 전단 박화(shear thinning) 거동을 갖는 페이스트를 획득하지 못할 수 있다. d90 크기는 바람직하게는 10, 15, 20, 30 및 40 마이크로미터일 수 있다. 그러나, d90 입자 크기는 바람직한 점도의 페이스트를 실현하는 데 필요한 유체 캐리어의 양이 너무 많을 정도로 작아서는 안 된다. 이는 일반적으로 0.02 마이크로미터의 d90 크기에 상응한다. 입자의 일부는 상기에서 기술된 크기보다 큰 크기를 가질 수 있지만, 모든 입자가 전술된 크기보다 작은 것이 바람직하다.

일반적으로, 세라믹 분말의 적어도 일부분 (예를 들어, 미립자의 10 % 이상)은 세라믹 허니콤의 벽의 평균 기공 크기보다 더 작은 크기를 갖는 것이 바람직하다. 세라믹 분말이 상기 크기를 가질 때, 세라믹 분말은 유리하게 벽의 기공 내로 스며들어서 벽과 부분 플러그 사이의 결합을 강화할 수 있다. 세라믹 분말 크기가 너무 작고 페이스트가 충분한 점도를 갖지 않으면, 과도한 침투가 일어나서, 바람직한 부분 플러그를 실현하기 위해서는, 바람직하지 못한 양의 분말 및 페이스트의 여러 번의 삽입이 필요하다는 것은 주목할만하다. 전형적으로, 세라믹 허니콤의 평균 기공 크기보다 작은 크기를 갖는 미립자의 양은 수 기준으로 세라믹 분말 입자의 25 %, 50 %, 75 % 또는 심지어는 80 % 이상이다.

세라믹 분말의 입자 크기는 본원에서 기술된 크기 범위에 대해 해당 분야에 공지된 것과 같은 임의의 기술에 의해 결정될 수 있다. 예시적인 기술은, 예를 들어, 체질, 광산란, 침강 및 현미경 사진 기술을 포함한다. 본원에서 언급된 크기는 입자의 등가 구상 직경(equivalent spherical diameter)이라는 것은 말할 나위가 없다. 허니콤의 벽의 기공 크기에 있어서, 이는 수은 기공측정법과 같은 충분히 공지된 기술에 의해 결정될 수 있다.

페이스트를 제조할 때, 캐리어 유체의 양은, 입자를 습윤시켜 이것이 허니콤의 채널 내로 삽입되고 허니콤의 벽을 제외한 임의의 다른 지지체 없이도 여전히 그의 형상을 보유하고 제자리에 머무르기에 충분히 유동성이도록 하기에 충분할 필요가 있다. 본원에서 삽입이란 플러깅 페이스트를 채널 내로 용이하게 주입하기 위해 압력을 가해야 함을 의미한다. 페이스트를 단지 중력 하에서 채널 내로 붓는 것 이상의 것이 필요하다는 것은 말할 나위가 없다. 즉, 페이스트를 채널 내로 펌핑 또는 주입하거나 진공을 사용하여 집어넣기에 충분히 유동성으로 만들도록 가소성 변형 또는 전단시켜야 한다. 또한 플러깅 페이스트는 삽입되고 나면 임의의 추가의 지지체 없이도 그의 형상을 보유해야 하며 단지 액체처럼 채널 밖으로 흘러나와서는 안 된다. 일반적으로, 플러깅 페이스트 내의 캐리어 유체의 양이 부피를 기준으로 플러깅 페이스트의 약 40 % 내지 약 95 %일 때, 필요한 점도를 수득할 수 있다. 바람직하게는, 유체의 양은 45 %, 50 %, 55 % 또는 60 % 이상 내지 90 % 또는 80 % 이하이다.

플러깅 페이스트는 허니콤의 채널 내로 주입되고 나면 그의 형상을 보유하는 펌핑 가능한 페이스트를 실현하도록 전단 박화 거동을 나타내는 것이 또한 바람직하다. "전단 박화"란 보다 높은 전단 속도에서의 점도가 보다 낮은 전단 속도에서의 점도보다 더 낮음을 의미한다. 예시적으로, 낮은 전단 속도 (즉, 브룩필드 RVDV-I 프라임(Brookfield RVDV-I Prime) 점도계의 4호 디스크 스핀들을 사용 시 0.5 rpm)에서의 점도는 전형적으로 약 50, 100, 200, 350, 또는 심지어는 500 Pa·s 이상이고, 높은 전단 속도 (즉, 동일한 4호 디스크 스핀들을 사용 시 50 rpm)에서의 점도는 전형적으로 약 10, 5, 2.5, 1, 0.5, 또는 심지어는 0.1 Pa·s 이하이다. 상기 점도 측정을, 본원에서 기술된 것과 같은 상기 전단 속도 및 점도에서 상기 페이스트를 측정하기 위한 점도계 또는 레오메터를 사용하여 수행할 수 있다.

플러깅 페이스트는, 예를 들어, 세라믹 페이스트의 제조 분야에 공지된 것을 포함하는 유기 첨가제와 같은 다른 유용한 성분을 함유할 수 있다. 다른 유용한 성분의 예는 분산제, 해교제, 응교제, 가소제, 소포제, 윤활제, 결합제, 기공형성제(porogen) 및 보존제, 예컨대 문헌 [Introduction to the Principles of Ceramic Processing, J. Reed, John Wiley and Sons, NY, 1988]의 제10 내지 제12 챕터에 기술된 것을 포함한다. 유기 가소제를 사용하는 경우에, 이것은 바람직하게는 폴리에틸렌 글리콜, 지방산, 지방산 에스테르 또는 이들의 조합이다.

결합제의 예는 셀룰로스 에테르, 예컨대 문헌 [Introduction to the Principles of Ceramic Processing, J. Reed, John Wiley and Sons, NY, NY, 1988]의 제11 챕터에 기술된 것을 포함한다. 바람직하게는, 결합제는 메틸셀룰로스 또는 에틸셀룰로스, 예컨대 더 다우 케미칼 캄파니(The Dow Chemical Company)에서 상표 메토셀(METHOCEL) 및 에토셀(ETHOCEL)로서 입수 가능한 것이다. 바람직하게는, 결합제는 캐리어 액체에 용해된다.

기공형성제는 세라믹 미립자들을 함께 결합시키도록 플러그를 가열한 후에 플러그 내에 기공을 형성하도록 특별히 첨가되는 물질이다. 전형적으로 기공형성제는 가열 동안에 분해, 증발 또는 어떻게 해서든지 휘발되어 플러그 내에 기공을 남기는 임의의 미립자이다. 그 예는 곡분, 유기 중합체 (예를 들어, 폴리올레핀, 라텍스, 나일론, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르 등), 목분, 전분 (예를 들어, 옥수수 전분), 탄소 미립자 (무정형 또는 흑연형), 견과 껍질분 또는 이들의 조합을 포함한다.

본 발명의 플러깅 페이스트는 바람직하게는 5 % 내지 80 %의 부피 건조 수축률을 갖는다. 건조 수축률이 너무 크면, 플러그는 너무 부서지기 쉬운 경향이 있을 수 있다. 건조 수축률이 너무 작으면, 플러그는 관통 홀을 형성하지 않는 경향이 있다. 전형적으로, 부피 건조 수축률은 10 %, 15 %, 20 %, 또는 25 % 이상 내지 80 %, 75 %, 70 %, 65 % 또는 60 %이다. 플러깅 유체가 제거될 때, 건조 플러그는 관통 홀을 가질 필요가 없지만, 채널에 빛을 비춤에 의해 시각적으로 쉽게 눈에 띄는, 현저하게 더 밝은 플러그의 중심에서 실제로 질량이 감소될 수 있다. 그러나, 플러그의 소성(firing) 수축 및 허니콤의 열팽창으로 인한, 허니콤 벽과의 계면에서의 응력 및 균열을 회피하도록 건조 플러그 내에 관통 홀이 있는 것이 바람직하다.

수축률을 측정하기에 유용한 기하학적 형상을 플러깅 페이스트로부터 형성하고, 이어서 이러한 초기 형상의 치수 (초기 부피)를 측정하고, 이어서 미립자들이 서로 접촉하고 추가의 수축이 일어나지 않도록 캐리어 유체를 제거하고 (전형적으로 플러깅 페이스트 내에 부피 기준으로 약 1 % 미만의 캐리어 유체가 존재하면 충분함) 이어서 그 결과의 "건조 형상"의 치수를 측정함으로써 부피 건조 수축률을 결정할 수 있다. % 부피 수축률은 단지 하기와 같다:

식에서 %V는 % 부피 수축률이고; V_in은 초기 부피이고; V_d는 건조 부피이다.

마찬가지로, 플러깅 페이스트는 바람직하게는 건조 수축률에 대해 기술된 바와 유사한 소성 수축률을 갖는다. 상기 방정식에서, V_in이 건조 부피의 부피이고 V_d가 소결 부피의 부피라는 것을 제외하고는 상기에서 기술된 바와 동일한 방식으로 소성 수축률을 결정한다는 것은 말할 나위가 없다.

건조 후에 관통 홀이 존재하는 경우에, 소결 플러그를 형성하기 위한 소결 후에 관통 홀을 형성하기 위해 소결 수축이 필요하지 않지만, 예를 들어, 원하는 경우에 관통 홀을 확대하기 위해 소결 수축이 존재할 수 있음은 물론이다. 건조 후에 관통 홀이 존재하지 않는 경우에, 플러그를 소성한 후에 플러그 내에 관통 홀을 형성하는데에는 일반적으로 부피 기준으로 5 % 초과의 소결 수축률이 요구된다.

일반적으로, 관통 홀을 효과적으로 형성하기 위해서 본 발명의 페이스트의 합산된 건조 부피 수축률과 소결 부피 수축률의 합 (즉, 상기 수축률들을 모두 합한 것)은 25 % 초과여야 한다는 것이 밝혀졌다. 합산된 부피 수축률은 바람직하게는 30 %, 40 %, 또는 50 % 이상 내지 85 %, 80 % 또는 75 % 이하이다.

플러깅 페이스트는 해당 분야에 공지된 바와 같은 슬러리, 분산액 또는 페이스트를 형성하는 임의의 적합한 방법에 의해 제조될 수 있다. 그 예는 미디어 밀링(media milling) (예를 들어, 볼(ball) 또는 아트리션(attrition) 밀링), 리본 블렌딩, 수직 스크류 혼합 등을 포함한다.

허니콤의 플러깅

본 발명의 플러깅 페이스트를 사용하여 세라믹 허니콤을 플러깅할 때에는, 페이스트를 세라믹 허니콤의 채널 내로 삽입한다. 세라믹 허니콤은 임의의 적합한 다공질 세라믹, 예를 들어, 예컨대 디젤 그을음을 여과하기 위한 것으로서 해당 분야에 공지된 것일 수 있다. 예시적인 세라믹은 알루미나, 지르코니아, 탄화규소, 질화규소 및 질화알루미늄, 실리콘 옥시니트라이드 및 실리콘 카르보니트라이드, 뮬라이트, 근청석, 베타 스포듀멘, 티탄산알루미늄, 스트론튬 알루미늄 규산염, 리튬 알루미늄 규산염을 포함한다. 바람직한 다공질 세라믹 소지(body)는 탄화규소, 근청석 및 뮬라이트 또는 이들의 조합을 포함한다. 탄화규소는 바람직하게는 미국특허 제US 6,669,751B1호 및 WO 공개 EP1142619A1, WO　2002/070106A1에 기술된 것이다. 다른 적합한 다공질 소지는 US 4,652,286; US 5,322,537; WO 2004/011386A1; WO　2004/011124A1; US 2004/0020359A1 및 WO 2003/051488A1에 기술되어 있다.

뮬라이트는 바람직하게는 침상 미세구조를 갖는 뮬라이트이다. 상기 침상 세라믹 다공질 소지의 예는 미국특허 제5,194,154호; 제5,173,349호; 제5,198,007호; 제5,098,455호; 제5,340,516호; 제6,596,665호 및 제6,306,335호; 미국특허출원공개 2001/0038810; 및 국제 PCT 공개 WO 03/082773에 기술된 것을 포함한다.

허니콤을 구성하는 세라믹은 일반적으로 약 30 % 내지 85 %의 기공률을 갖는다. 바람직하게는, 다공질 세라믹은 약 40 % 이상, 보다 바람직하게는 약 45 % 이상, 보다 더 바람직하게는 약 50 % 이상, 가장 바람직하게는 약 55 % 이상 내지 바람직하게는 약 80 % 이하, 보다 바람직하게는 약 75 % 이하, 가장 바람직하게는 약 70 % 이하의 기공률을 갖는다.

세라믹 허니콤은 모노리쓰형(monolithic) 세라믹 허니콤 또는 서로 접합된 다수의 보다 작은 허니콤들로 이루어진 허니콤 (세그먼트화 허니콤)일 수 있다. 모노리쓰형 허니콤 및 세그먼트화 허니콤을 이루는 허니콤 세그먼트는 세라믹 열 교환체, 촉매 및 필터 분야에서 충분히 공지된 것과 같은 임의의 유용한 양, 크기, 배열, 및 형상을 가질 수 있고, 그 예는 미국특허 제4,304,585호; 제4,335,783호; 제4,642,210호; 제4,953,627호; 제5,914,187호; 제6,669,751호; 및 제7,112,233호; EP 특허 제1508355호; 제1508356호; 제1516659호 및 일본특허공개 제6-47620호에 기술되어 있다. 또한, 모노리쓰형 허니콤 또는 허니콤 세그먼트는 상기에서 언급된 분야 및 미국특허 제4,416,676호 및 제4,417,908호에 기술된 바와 같은 임의의 유용한 크기 및 형상을 갖는 채널을 가질 수 있다. 벽의 두께는 전술된 특허 및 미국특허 제4,329,162호에서 기술된 바와 같은 임의의 유용한 두께일 수 있다.

예를 들어, 페이스트를 압력 하에서 노즐을 통해 주입하고, 원하는 채널의 말단부를 개구를 갖는 마스크로써 가리고, 페이스트를 마스크 내의 홀을 통해 채널 내로 압력을 사용하여 밀어넣거나 진공을 사용하여 집어넣음을 포함하는, 해당 분야에 공지된 것과 같은, 페이스트를 삽입하여 초기 플러그를 형성하는 임의의 유용한 방법을 사용하여 페이스트를 세라믹 허니콤의 채널 말단부 내로 삽입할 수 있다. 상기 방법에 대한 상세한 설명은 하기 특허들 미국특허 제4,559,193호; 제4,557,962호; 제4,715,576호; 및 제5,021,204호; 미국특허출원공개 제2007/0210485호 및 제2008/0017034호 및 EP 특허공개 제1586431호에 기술되어 있다.

이전에 기술된 바와 같이, 플러깅 페이스트의 세라믹 미립자의 적어도 일부분은 벽 내로 침투하는 것이 바람직할 수 있다. 세라믹 미립자가 허니콤 벽의 전체 두께를 통해 침투할 수 있다 하더라도, 전형적으로, 입자는 허니콤 벽 내로의 침투가 없는 경우에 비해 플러그의 결합이 향상되게 하는 백분율로 단지 약 50 %, 40 %, 30 %, 20 %, 10 % 또는 5 % 침투하는 것이 바람직하다.

초기 플러그는 플러그 내에 관통 홀을 가질 수 있지만 초기 플러그는 임의의 관통 홀을 갖지 않는 것이 바람직하다. 페이스트가 채널 말단부 내로 삽입되어 초기 플러그가 형성되고 나면, 이어서 캐리어 유체는 제거된다. 캐리어 유체는 임의의 적합한 방법, 예컨대 가열, 진공 또는 이들의 조합에 의한, 주위 조건 및 유동 기체 하에서의 증발에 의해 수행될 수 있는 증발 또는 해당 분야에 공지된 임의의 다른 유용한 방법에 의해 제거될 수 있다. 캐리어 유체의 제거는, 페이스트 내에 존재할 수 있는 임의의 유기 첨가제를 제거하기 위해 가열하는 동안에, 또는 페이스트의 세라믹 미립자들을 함께 또는 허니콤 벽에 결합시키기 위해 가열할 때 일어날 수도 있다. 결합이란 본원에서는 세라믹 미립자들을 함께 (이온결합, 공유결합 또는 이들의 조합을 통해) 소결시키거나 세라믹 허니콤 벽에 결합시킴을 의미한다.

예시적으로, 캐리어 유체의 제거 시에, 건조 플러그 (10)가 허니콤 벽 (40)에 의해 한정된 채널 (30) 내에서 그의 한 쪽 말단부에서 형성된다. 건조 플러그 (10)는 관통 홀 (20)을 갖고, 상기 관통 홀 (20)은, 초기 플러그 내에 임의의 관통 홀이 존재한다면, 이것보다 더 크다. 관통 홀이 초기 플러그 내에 존재하지 않는다면, 건조 플러그 (10)는 전형적으로 캐리어 유체의 제거 시에 관통 홀을 갖는다. 플러그 내의 단순한 기공은 관통 홀이 아니지만, 관통 홀 (20)은 도 1에 나타내어진 바와 같이 플러그의 한 쪽 말단부로부터 플러그의 다른 쪽 말단부까지 현저하게 명확한 통로라는 것은 말할 나위가 없다.

건조 플러그를 형성한 후에, 건조 플러그를 갖는 허니콤을 가열하여 플러깅 페이스트의 세라믹 미립자들을 함께 그리고 세라믹 허니콤 벽에 소결 또는 결합시킨다. 시간, 온도 및 대기는 특정 세라믹 허니콤 및 플러깅 페이스트에서 사용되는 세라믹 미립자에 따라 달라지는 임의의 적합한 것일 수 있다. 건조 플러그를 가열하여 소결시키기 전에, 임의의 유기 첨가제를 제거하기 위해 별도의 가열을 수행할 수 있다. 유기 첨가제를, 건조 플러그를 소결시켜 소결 플러그를 형성하기 위해 가열할 때 동일한 가열 사이클에서 제거할 수도 있다.

일반적으로, 소결 플러그를 형성하기 위한 가열을 세라믹 허니콤의 처짐 또는 다른 원치 않는 성질이 초래될 정도로 (예를 들어, 기공의 폐색, 균열 등이 일어날 정도로) 높은 온도에서 수행해서는 안 된다. 전형적으로, 온도는 약 600 ℃, 650 ℃, 700 ℃, 750 ℃ 또는 800 ℃ 이상 내지 약 2000 ℃, 1800 ℃, 1600 ℃, 1500 ℃ 또는 1400 ℃ 이하이다. 대기는 유동하는 또는 정적인 공기, 진공, 불활성 기체, 반응 기체, 기체의 과압 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 온도에서의 시간은 임의의 유용한 시간, 예컨대 2 내지 3 분 내지 수일일 수 있다.

관통 홀을 제외한 플러그의 기공은 임의의 유용한 기공이거나 심지어는 완전히 조밀한 것일 수 있다. 바람직하게는, 기공은 세라믹 허니콤에 대해 상기에서 기술된 바와 같다.

플러그는 바람직하게는 입자의 90 % 이상이 약 50 마이크로미터 미만의 수 기준 크기를 갖는 (d90이 50 마이크로미터 미만인) 세라믹 입자를 갖는다. 보다 더 바람직하게는 입자의 90 % 이상이 약 20, 15 또는 10 마이크로미터 미만의 크기를 갖는다. 입자의 100 %가 전술된 크기 미만인 것이 또한 바람직하다. 입자의 일부분 (즉, 개수를 기준으로 약 10 % 이상)이 비대칭적 (2 초과의 종횡비를 가짐)인 것이 또한 바람직하다. 바람직하게는, 세라믹 입자의 25 %, 50 %, 75 %, 90 % 이상 또는 심지어는 전부가 비대칭적이다. 상기 비대칭적 입자 (예를 들어, 침상 또는 판상 입자)가 미립자 여과 효율을 추가로 개선한다고 믿어지고 있다.

입자 크기 및 종횡비 (미세구조)를 연마된 부분 상에서 현미경 검사와 같은 공지된 방법을 사용하여 결정할 수 있다. 예를 들어, 평균 뮬라이트 입자 크기를 소결 플러그의 균열 표면의 연마된 부분의 주사전자현미경 (SEM) 사진을 통해 결정할 수 있고, 여기서 평균 입자 크기는 언더우드(Underwood)에 의해 문헌 [Quantitative Stereology, Addison Wesley, Reading, MA, (1970)]에 기술된 교차(intercept) 방법에 의해 결정될 수 있다.

관통 홀이 건조 플러그 내에 존재하지 않거나, 채널을 내려다볼 때 소결 플러그의 관통 홀의 총 면적이 건조 플러그의 관통 홀의 총 면적보다 크다면, 소결 플러그가 형성될 때 관통 홀이 형성되도록 소결 플러그가 수축하는 것이 또한 바람직하다. 관통 홀의 총 면적은 공지된 이미지 분석 기술 (블랙 픽셀(black pixel))에 의해 결정될 수 있다. 일반적으로, 소결 플러그 내의 관통 홀의 면적은, 건조 플러그 내에 관통 홀이 존재하는 경우에 이 관통 홀의 면적보다 약 10 % 이상 더 크다. 면적은 15 %, 20 %, 30 % 또는 심지어는 50 % 더 클 수 있다. 상기 면적 감소는 플러깅 페이스트에 대해 상기에서 기술된 소성 수축과 연관되어 있다.

세라믹 허니콤은 일반적으로 본원에서 기술된 바와 같은 하나 이상의 부분 소결 플러그를 갖는다. 바람직하게는, 허니콤의 각각의 말단부에 존재하는 플러그의 10 %, 25 %, 50 %, 75 %, 90 % 이상 또는 전부는 상기 부분 플러그이다.

실시예

실시예 1:

42.8 wt%의 M200 뮬라이트 전구체 물질 (프랑스 쌀랑드흐 소재의 세라미크 테크니크 앤드 인더스트리엘레 에스 아(Ceramiques Techniques & Industrielles S. A.)로부터 입수 가능한, Al/Si 비가 4인, M200 알루미나 및 실리카 혼합물), 0.9 wt%의 메틸 셀룰로스 (미국 미시간주 미들랜드 소재의 더 다우 케미칼 캄파니로부터 입수 가능한 메토셀 A15LV), 및 56.3 wt%의 물을 균일한 플러깅 머드를 제조하기 위해 특정 시간 동안 혼합하였다.

플러깅 머드를 미국 미시간주 미들랜드 소재의 더 다우 케미칼 캄파니에서 상표 에어리파이(AERIFY) 필터로서 입수 가능한 뮬라이트 세라믹 허니콤의 채널 내로 각 말단부에서 체커보드 방식으로 압력 하에서 노즐을 통해 주입함으로써 삽입하였다. 초기 플러그는 홀을 갖지 않았다. 또한 허니콤을 플러깅하기 위해서, 머드를 테플론 성형틀 (148 ㎜ × 63 ㎜ × 6.5 ㎜) 내로 캐스팅하여 머드의 부피 건조 및 소성 수축률을 결정하는데 사용된 바(bar)를 형성하였다. 바를 건조시키고 가열하여 건조 및 소결 플러그의 형성에 대해 하기에서 기술되는 바와 동일한 방식으로 플러그를 소결시켰다.

초기 플러그 및 성형된 바를 80 ℃에서 오븐에서 공기 중에서 12시간 동안 건조시켰다. 건조 시 (캐리어 유체인 "물"을 제거 시), 초기 플러그를 갖는 허니콤은 관통 홀을 갖는 건조 플러그를 가졌다. 건조 플러그를 갖는 허니콤을 공기 중에서 6시간 동안 1400 ℃의 온도로 가열하여 알루미나와 실리카 미립자를 반응시켜, 서로 결합되어 소결 플러그를 형성하는 뮬라이트 입자를 형성하였다. 소결 플러그는 건조 플러그 내의 관통 홀보다 현저하게 더 큰 면적을 갖는 관통 홀을 가졌다.

허니콤 내에 형성된 소결 플러그는 도 3에 나타나 있다. 이러한 도면을 통해, 미립자는 허니콤의 벽 내로 침투하였고 (현미경사진의 오른쪽에 있는 침상 입자) 입자 크기는 허니콤 벽의 기공보다 더 작다는 것은 명백하다. 직선 교차 방법에 의해 측정된 바와 같은 수 기준 d50 및 d90 입자 크기는 각각 2 및 5 마이크로미터였다. 플러깅 페이스트의 성질 및 허니콤 내에 형성된 건조 및 소성 플러그의 특성은 표 1에 나타나 있다. 소결 플러그의 푸쉬 아웃 강도는 플러그의 ㎜ 길이 당 11 MPa였다. 직경이 1.2 ㎜인 둥근 금속 핀을 플러그를 통해 밀어넣고 그렇게 하는데 필요한 힘을 측정함으로써 푸쉬 아웃 강도를 측정하였다.

그을음 여과 효율을 평가하기 위해서, 3.1" × 3.1" × 8" 세그먼트를 플러그 머드를 사용하여 플러깅하고 1400 ℃로 소성하였다. 이어서 플러깅된 필터에 대해, 영국 캠브리지 소재의 캄버스쳔 리미티드(Cambustion Limited)로부터 입수 가능한 DPG DPF 테스팅 시스템(DPG DPF Testing System)을 사용하여 다양한 그을음 포집량에서의 그을음 여과 효율 및 압력 강하를 평가하였다. 홀을 갖지 않는 표준 플러그로써 플러깅된 마스터 3.1" × 3.1" × 8" 세그먼트를 벽 유동식 필터에서의 그을음 축적 속도를 측정하기 위한 대조물로서 사용하였다. 이들 단일 세그먼트의 경우에, 전형적으로 8 내지 10 g/hr 그을음의 실제 그을음 포집 속도를 달성하는 5 g/hr의 프로그래밍된 그을음 포집 속도를 사용하였다. 여과 효율을 하기 식을 사용하여 측정할 수 있다:

여과 효율 = 부분 필터 세그먼트에서의 실제 그을음 축적 × 100 / 마스터 벽 유동식 필터 세그먼트에서의 그을음 축적 속도

본 실시예에서 플러그 페이스트로써 플러깅된 세그먼트의 여과 효율은 63 %였다.

실시예 2:

본 실시예에서는, 40.0 wt%의 M200 뮬라이트 전구체 물질, 0.9 wt%의 메틸 셀룰로스 (미국 미시간주 미들랜드 소재의 더 다우 케미칼 캄파니로부터 입수 가능한 메토셀 A15LV), 및 59.1 wt%의 물을 균일한 플러깅 머드를 제조하기 위해 잘 혼합하였다는 것을 제외하고는 모든 것이 실시예 1에 대해 기술된 바와 동일하였다. 즉, 물의 양은 증가하였고 세라믹 미립자의 양은 감소하였다. 건조 플러그 및 소결 플러그는 실시예 1의 건조 플러그 및 소결 플러그보다 더 큰 관통 홀을 가졌다.

플러깅 페이스트의 성질 및 허니콤 내에 형성된 건조 및 소성 플러그의 특성이 표 1에 나타나 있다. 소결 플러그의 푸쉬 아웃 강도는 플러그의 ㎜ 길이 당 9 MPa였다.

실시예 3:

본 실시예에서는, 38.7 wt%의 M200 뮬라이트 전구체 물질, 0.9 wt%의 메틸 셀룰로스 및 59.1 wt%의 물을 균일한 플러깅 머드를 제조하기 위해 잘 혼합하였다는 것을 제외하고는 모든 것이 실시예 1에 대해 기술된 바와 동일하였다. 즉, 물의 양은 실시예 1 및 2에 비해 증가하였고 세라믹 미립자의 양은 감소하였다. 건조 플러그 및 소결 플러그는 실시예 1 및 2의 건조 플러그 및 소결 플러그보다 더 큰 관통 홀을 가졌다. 본 실시예의 건조 플러그는 도 1에 나타나 있다. 여기서 볼 수 있는 바와 같이, 건조 플러그는 관통 홀을 갖는다. 본 실시예의 소결 플러그는 도 2에 나타나 있다. 도 1 및 2를 시각적으로 비교해 본 바에 따르면, 소결 플러그 내의 관통 홀 크기는 건조 플러그 내의 관통 홀보다 더 크다는 것이 명백하다.

플러깅 페이스트의 성질 및 허니콤 내에 형성된 건조 및 소성 플러그의 특성이 표 1에 나타나 있다. 소결 플러그의 푸쉬 아웃 강도는 플러그의 ㎜ 길이 당 7 MPa였다.

실시예 4:

본 실시예에서는, 20.0 wt%의 M200 뮬라이트 전구체 물질, 5.3 wt%의 메틸 셀룰로스 및 74.7 wt%의 물을 균일한 플러깅 머드를 제조하기 위해 잘 혼합하였다는 것을 제외하고는 모든 것이 실시예 1에 대해 기술된 바와 동일하였다. 즉, 물의 양은 실시예 1 내지 3에 비해 증가하였고 세라믹 미립자의 양은 감소하였다. 건조 플러그 및 소결 플러그는 실시예 1 내지 3의 건조 플러그 및 소결 플러그보다 더 큰 관통 홀을 가졌다.

플러깅 페이스트의 성질 및 허니콤 내에 형성된 건조 및 소성 플러그의 특성이 표 1에 나타나 있다. 본 실시예에서 플러그 페이스트로써 플러깅된 세그먼트의 여과 효율은 33 %였다.

실시예 5:

본 실시예에서는, 15.4 wt%의 M200 뮬라이트 전구체 물질, 6.0 wt%의 메틸 셀룰로스 및 78.6 wt%의 물을 균일한 플러깅 머드를 제조하기 위해 잘 혼합하였다는 것을 제외하고는 모든 것이 실시예 1에 대해 기술된 바와 동일하였다. 즉, 물의 양은 실시예 1 내지 4에 비해 증가하였고 세라믹 미립자의 양은 감소하였다. 건조 플러그 및 소결 플러그는 실시예 1 내지 4의 건조 플러그 및 소결 플러그보다 더 큰 관통 홀을 가졌다.

플러깅 페이스트의 성질 및 허니콤 내에 형성된 건조 및 소성 플러그의 특성이 표 1에 나타나 있다. 본 실시예에서 플러그 페이스트로써 플러깅된 세그먼트의 여과 효율은 18 %였다.

실시예 6:

본 실시예에서는, 50.3 wt%의 M100 뮬라이트 전구체 물질 (프랑스 쌀랑드흐 소재의 세라미크 테크니크 앤드 인더스트리엘레 에스 아로부터 입수 가능한 M100분말), 1.1 wt%의 메틸 셀룰로스 (미국 미시간주 미들랜드 소재의 더 다우 케미칼 캄파니로부터 입수 가능한 메토셀 A15LV), 및 48.6 wt%의 물을 균일한 플러깅 머드를 제조하기 위해 잘 혼합하였다는 것을 제외하고는 모든 것이 실시예 1에 대해 기술된 바와 동일하였다. M100 뮬라이트 전구체 물질은 하기 물질들의 혼합물이다: 25.35 wt%의 볼 밀링된 점토 (프랑스 쌀랑드흐 소재의 세라미크 테크니크 앤드 인더스트리엘레 에스 아로부터 입수 가능한 EUBC01 하이와이트 알룸(EUBC01 Hywite Alum)), 46.40 wt%의 알루미나 분말 (프랑스 쌀랑드흐 소재의 세라미크 테크니크 앤드 인더스트리엘레 에스 아로부터 입수 가능한 CTIKA01), 및 25.35 wt%의 고령토 분말 (프랑스 쌀랑드흐 소재의 세라미크 테크니크 앤드 인더스트리엘레 에스 아로부터 입수 가능한 EUBC03 아르기칼-C 88R(EUBC03 Argical-C 88R)), 0.30 wt%의 산화철 (미국 뉴저지주 버겐필드 소재의 아틀란틱 이퀴프먼트 엔지니어스(Atlantic Equipment Engineers)로부터 입수 가능한 Fe-601), 2.60 wt%의 미가공(raw) 활석 (미국 조지아주 아틀란타 소재의 어플라이드 세라믹스(Applied Ceramics)로부터 입수 가능한 WC&D 미가공 활석 MB50-60). 뮬라이트 전구체의 화학 조성은 69.7 wt%의 Al₂O₃, 27.3 wt%의 SiO₂, 1.0 wt%의 MgO, 1.0 wt%의 Fe₂O₃, 0.6 wt%의 TiO₂, 0.3 wt%의 K₂O, 및 0.1 wt%의 CaO이다.

소결 플러그는 건조 플러그 내의 관통 홀보다 면적이 현저하게 더 큰 관통 홀을 가졌다. 플러깅 페이스트의 성질 및 허니콤 내에 형성된 건조 및 소성 플러그의 특성이 표 1에 나타나 있다. 소결 플러그의 푸쉬 아웃 강도는 플러그의 ㎜ 길이 당 8 MPa였다.

비교 실시예 1:

본 실시예에서는, 57.3 wt%의 뮬라이트 분말 (미국 펜실배니아주 킹 오브 프러시아 소재의 씨. 이. 미네랄스(C. E. Minerals)로부터의 325 메쉬 분말인 뮬코아(MULCOA) 70), 5.2 wt%의 견과분 기공형성제 (미국 캘리포니아주 로스엔젤레스 소재의 아그라셀 인크(Agrashell Inc.)로부터 입수 가능한 WF-7 월넛 껍질분), 1.3 wt%의 메틸 셀룰로스 (미국 미시간주 미들랜드 소재의 더 다우 케미칼 캄파니로부터 입수 가능한 메토셀 A15LV), 및 36.2 wt%의 물을 균일한 플러깅 머드를 제조하기 위해 잘 혼합하였다는 것을 제외하고는 모든 것이 실시예 1에 대해 기술된 바와 동일하였다.

초기 플러그, 건조 플러그 및 소결 플러그는 임의의 관통 홀을 갖지 않았다. 플러깅 페이스트의 성질 및 허니콤 내에 형성된 건조 및 소성 플러그의 특성이 표 1에 나타나 있다. 소결 플러그의 푸쉬 아웃 강도는 플러그의 ㎜ 길이 당 3 MPa였다. 본 실시예에서 플러그 페이스트로써 플러깅된 세그먼트의 여과 효율은 99 %였다.

비교 실시예 2:

본 실시예에서는, 55.1 wt%의 뮬라이트 분말 (미국 펜실배니아주 킹 오브 프러시아 소재의 씨. 이. 미네랄스로부터의 325 메쉬 분말인 뮬코아 70), 5.8 wt%의 M200 뮬라이트 전구체 물질 (프랑스 쌀랑드흐 소재의 세라미크 테크니크 앤드 인더스트리엘레 에스 아로부터 입수 가능한, M200 알루미나 및 실리카 혼합물), 6.7 wt%의 나일론 12(Nylon 12) 분말 (미국 펜실배니아주 리스포트 소재의 에보니크 데구사 코포레이션(Evonik Degussa Corporation)으로부터 입수 가능한 베스토신트 2155 네츄럴(Vestosint 2155 Natural)), 1.1 wt%의 메틸 셀룰로스 (미국 미시간주 미들랜드 소재의 더 다우 케미칼 캄파니로부터 입수 가능한 메토셀 A15LV), 및 31.4 wt%의 물을 균일한 플러깅 머드를 제조하기 위해 잘 혼합하였다는 것을 제외하고는 모든 것이 실시예 1에 대해 기술된 바와 동일하였다.

초기 플러그, 건조 플러그 및 소결 플러그는 임의의 관통 홀을 갖지 않았다. 플러깅 페이스트의 성질 및 허니콤 내에 형성된 건조 및 소성 플러그의 특성이 표 1에 나타나 있다. 소결 플러그의 푸쉬 아웃 강도는 플러그의 ㎜ 길이 당 5 MPa였다. 본 실시예에서 플러그 페이스트로써 플러깅된 세그먼트의 여과 효율은 99 %였다.

표 1의 데이터 및 도면을 통해, 본 발명의 플러깅 페이스트를 사용하면 바람직한 형태 (복잡하고 구불구불한 통로)를 갖는 관통 홀을 효율적 및 효과적으로 제조할 수 있다는 것이 명백하다. 또한, 실시예의 소결 플러그의 푸쉬 아웃 강도는, 심지어는 이들 플러그가 관통 홀을 갖는다고 해도, 비교 실시예의 플러그의 것과 적어도 동일하다.

Claims

세라믹 미립자 및 유체 캐리어로 이루어진 세라믹 허니콤 플러깅 페이스트로서, 세라믹 미립자는 50 마이크로미터 미만의 미립자를 수 기준으로 90 % 이상 갖고, 유체 캐리어는 플러깅 페이스트가 세라믹 허니콤 채널 내로 삽입되고 채널을 한정하는 허니콤의 벽을 제외한 임의의 다른 지지체 없이도 상기 채널 내에 보유되기에 충분히 유동성이도록 충분한 양으로 존재하는 플러깅 페이스트.
제1항에 있어서, 페이스트가 5 % 이상의 부피 건조 수축률을 갖는 플러깅 페이스트.
제1항에 있어서, 플러깅 페이스트가 하나 이상의 유기 첨가제로 이루어진 플러깅 페이스트.
제3항에 있어서, 유기 첨가제가 계면활성제, 기공형성제(porogen), 결합제 또는 이들의 조합인 플러깅 페이스트.
제1항에 있어서, 유체 캐리어의 양이 부피 기준으로 플러깅 페이스트의 40 % 이상 내지 90 %인 플러깅 페이스트.
제1항에 있어서, 상기 플러깅 페이스트가 전단 박화(shear thinning)를 나타내는 플러깅 페이스트.
제2항에 있어서, 플러깅 페이스트가 5 % 이상의 부피 소결 수축률 및 25 % 초과의 합산된 부피 건조 및 소결 수축률을 갖는 플러깅 페이스트.
제1항에 있어서, 세라믹 미립자의 100 %가 50 마이크로미터 미만인 플러깅 페이스트.
세라믹 허니콤 내에 플러그를 형성하는 방법으로서,
(a) 세라믹 미립자 및 캐리어 유체로 이루어진 플러깅 페이스트를 세라믹 허니콤의 채널 내로 삽입하여 관통 홀을 갖지 않는 초기 플러그를 형성하고,
(b) 단계 (a)의 상기 초기 플러그가 건조 플러그를 형성하도록 상기 페이스트의 유체 캐리어를 제거하고,
(c) 관통 홀을 갖는 소결 플러그를 형성하도록 가열하여 페이스트의 세라믹 미립자들이 함께 결합되고 소결 플러그가 세라믹 허니콤의 벽에 결합되는
것을 포함하는 방법.
제9항에 있어서, 플러깅 페이스트의 세라믹 미립자의 일부분이 세라믹 허니콤의 채널을 한정하는 다공질 벽 내로 침투하는 방법.
제9항에 있어서, 건조 플러그가 관통 홀을 갖는 방법.
제11항에 있어서, 소결 플러그의 소결 관통 홀이 건조 플러그의 관통 홀보다 큰 면적을 갖는 방법.
제9항의 방법에 의해 제조된 세라믹 허니콤.
채널의 한 쪽 말단부에 플러그를 갖는 하나 이상의 채널로 이루어진 세라믹 허니콤으로서, 상기 플러그는 입자의 90 % 이상이 약 50 마이크로미터 미만의 수 기준 크기를 갖도록 세라믹 입자로 이루어진 관통 홀을 갖는 세라믹 허니콤.
제14항에 있어서, 입자의 적어도 일부분이 2 초과의 종횡비를 갖는 세라믹 허니콤.
제15항에 있어서, 입자의 90 %가 15 마이크로미터 미만의 크기를 갖는 세라믹 허니콤.
세라믹 미립자 및 유체 캐리어로 이루어진 세라믹 허니콤 플러깅 페이스트로서, 세라믹 미립자는 50 마이크로미터 미만의 미립자를 수 기준으로 90 % 이상 갖고, 유체 캐리어는 부피 기준으로 플러깅 페이스트의 40 % 내지 90 %의 양으로 존재하는 세라믹 허니콤 플러깅 페이스트.
세라믹 미립자 및 유체 캐리어로 이루어지고, 5 % 내지 80 %의 부피 건조 수축률을 갖는 세라믹 허니콤 플러깅 페이스트.
세라믹 미립자 및 유체 캐리어로 이루어지고, 25 % 초과 내지 80 %의 합산된 부피 건조 및 소결 수축률을 갖는 세라믹 허니콤 플러깅 페이스트.
제9항에 있어서, 플러깅 페이스트가 25 % 초과의 합산된 부피 건조 및 소결 수축률을 갖는 방법.