(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハニカムセラミック物品を製造するプロセスにおいて、
焼成サイクルが施されたときに、コージエライト、ムライト、チタン酸アルミニウム、炭化ケイ素、またはアルミナの内の少なくとも１つを生成する無機セラミック形成材料および上乗せ添加により２０質量パーセント超を構成する有機細孔形成剤を含む未焼成ハニカム体を提供する工程、および
前記未焼成体を、蒸気が窯の雰囲気の４０体積％から１００体積％を占める窯内で焼成サイクルに施す工程、
を有してなるプロセス。
【請求項２】
前記窯の雰囲気への蒸気の添加が、少なくとも、前記焼成サイクルの１０００℃未満のの一部分の最中に行われる、請求項１記載のプロセス。
【請求項３】
前記窯の雰囲気への蒸気の添加が、前記焼成サイクルの最高均熱期間の最中にも行われる、請求項２記載のプロセス。
【請求項４】
前記窯の温度が、室温から少なくとも８００℃まで、５０℃／時から１００℃／時の速度で上昇させられる、請求項１記載のプロセス。
【請求項５】
前記窯の温度が、５０℃／時超の速度で前記焼成サイクル中に最高均熱温度から減少させられる、請求項３記載のプロセス。
【請求項６】
前記焼成サイクルが１００時間未満である、請求項１記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、全てがここに引用される、２０１０年１１月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／４１８１８１号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、広く、セラミック物品の製造に関し、詳しくは、蒸気支援焼成工程を使用したセラミック物品の製造に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来の加工法により製造されるセラミックは、加工助剤と滑剤（アルカン、アルケン、パラフィン、脂肪酸など）、結合剤（メチルセルロース、ＰＶＯＨなど）などの形成剤、および細孔形成剤（デンプン、グラファイト、合成高分子等の炭素系材料および炭化水素系材料）などの構造剤を含む多くの有機成分を含む。大寸法で複雑な形状のセラミック製品の焼成／加工は、バッチ組成物中に高レベルの有機結合剤、滑剤および細孔形成剤が含まれている場合、非常に難しい。それは、炭素化合物および／または炭化水素化合物を酸素（空気）で二酸化炭素と水に転化するときに、相当な量の熱が生じるからである。しばしば、セラミック部品の焼成の際の不均一な焼き払いプロセスにより、温度差および膨張または収縮の差が生じ、これにより、部品に亘り内部応力が引き起こされる。これは、焼成亀裂と変形の主要な原因である。
【０００４】
焼成収率を改善し、焼き払いプロセス中の温度の急上昇をなくすために、現行のセルラ形セラミック製造プロセスでは、空気を希釈するために多量の窒素を使用することなどにより、雰囲気中の酸素含有量を減少させること、および／または反応範囲（１５０℃〜１８０℃）中に非常に遅い昇温速度（＜１０℃／時）で焼き払い段階を長引かせることにより、酸化速度（発熱）を減少させなければならない。したがって、有機物質の焼き払いの遅い速度のために、材料とエネルギーの両方からセルラ形セラミックの製造に、多大なコストが加わる。例えば、従来のプロセスを使用すると、未焼成部品中に約１５％（上乗せ添加）の有機物質含有量（例えば、１０％の細孔形成剤＋５％の結合剤と滑剤）を有する大前面面積（ＬＦＡ）部品（例えば、１０インチ（約２５．４ｃｍ）超の直径×１３インチ（約３３．０ｃｍ）の高さ）を焼成するために、約２００時間もかかり得る。さらに、現行の製造プロセスを使用して、２５％超の細孔形成剤を含むＬＦＡ部品を焼成することは極めて難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それゆえ、焼成工程の時間を短縮したセラミック製造プロセスを有することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の１つの態様は、ハニカムセラミック物品を製造するプロセスであって、焼成サイクル中に焼成雰囲気に蒸気を添加することを含むプロセスを含む。焼成サイクル中ずっと雰囲気に加えられる蒸気の量は、約１０体積％から約１００体積％までであってよい。
【０００７】
別の態様において、本開示は、コージエライトセラミック形成成分、セルロース系結合剤、水性溶媒および細孔形成剤を提供し；前記コージエライトセラミック形成成分、前記結合剤、前記溶媒、および前記細孔形成剤を混合して、前駆体バッチを形成し；この前駆体バッチを未焼成ハニカム体に成形し；焼成サイクルの最高均熱温度の最中に窯の雰囲気に蒸気を加えながら、前記未焼成ハニカム体を焼成して、コージエライトセラミック物品を形成することによって製造されるコージエライトセラミック物品を含む。このコージエライトセラミック物品は、約７対１より大きい、約９対１より大きい、約１５対１より大きい、またはさらには約１７対１より大きい、斜方晶系コージエライト対六方晶系コージエライトの比率を有する。斜方晶系コージエライト対六方晶系コージエライトのこれらの高い比率は、焼成サイクルの最高均熱温度からの速い冷却速度（例えば、約５０℃／時より速いまたはさらには約１００℃／時より速い）で達成できる。
【０００８】
別の態様において、本開示は、チタン酸アルミニウムセラミック形成成分、セルロース系結合剤、水性溶媒および細孔形成剤を提供し；前記チタン酸アルミニウムセラミック形成成分、前記結合剤、前記溶媒、および前記細孔形成剤を混合して、前駆体バッチを形成し；この前駆体バッチを未焼成ハニカム体に成形し；焼成サイクルの最高均熱温度の最中に窯の雰囲気に蒸気を加えながら、前記未焼成ハニカム体を焼成して、チタン酸アルミニウムセラミック物品を形成することによって製造されるチタン酸アルミニウムセラミック物品を含む。
【０００９】
別の態様において、本開示は、ムライトセラミック形成成分、セルロース系結合剤、水性溶媒および細孔形成剤を提供し；前記ムライトセラミック形成成分、前記結合剤、前記溶媒、および前記細孔形成剤を混合して、前駆体バッチを形成し；この前駆体バッチを未焼成ハニカム体に成形し；焼成サイクルの最高均熱温度の最中に窯の雰囲気に蒸気を加えながら、前記未焼成ハニカム体を焼成して、ムライトセラミック物品を形成することによって製造されるムライトセラミック物品を含む。
【００１０】
請求項に記載された本発明の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者にとって容易に明らかなるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載された実施の形態を実施することによって認識されるであろう。
【００１１】
先の一般的な説明および以下の詳細の説明の両方とも、請求項に記載された本発明の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供することが意図された実施の形態を提示しているのが理解されよう。添付図面は、様々な実施の形態をさらに理解するように含まれており、本明細書に含まれ、その一部を構成する。図面は、様々な実施の形態を示しており、説明と共に、請求項に記載された本発明の原理および動作を説明する働きをする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】流入する雰囲気中に蒸気が加えられていない焼成サイクルに関する、焼成室を示す説明図
【図１Ｂ】蒸気支援焼成サイクルに関する、焼成室を示す説明図
【図２Ａ】雰囲気に蒸気が加えられない焼成サイクル中の、部品内の温度差を示すグラフ
【図２Ｂ】雰囲気に蒸気が加えられた焼成サイクル中の、部品内の温度差を示すグラフ
【図３】蒸気支援焼成サイクルの影響を示すために使用される例示の焼成サイクルを示すグラフ
【図４Ａ】雰囲気に蒸気が加えられた焼成サイクル中の部品温度への酸素濃度の影響を示すグラフ
【図４Ｂ】雰囲気に蒸気が加えられた焼成サイクル中の部品温度への酸素濃度の影響を示すグラフ
【図５】２％の酸素の雰囲気中での蒸気支援焼成サイクルの影響を示すグラフ
【図６】４％の酸素の雰囲気中での蒸気支援焼成サイクルの影響を示すグラフ
【図７】６％の酸素の雰囲気中での蒸気支援焼成サイクルの影響を示すグラフ
【図８】１２％の酸素の雰囲気中での蒸気支援焼成サイクルの影響を示すグラフ
【図９】炭素除去時間への酸素濃度と蒸気濃度の影響を示すグラフ
【図１０】焼成サイクル中の部品の表皮位置と中央コア位置との間の温度差への酸素濃度と蒸気濃度の影響を示すグラフ
【図１１Ａ】雰囲気の投入に蒸気が加えられて焼成されたコージエライト構造の物理的性質を比較した表
【図１１Ｂ】雰囲気の投入に蒸気が加えられずに焼成されたコージエライト構造の物理的性質を比較した表
【図１２Ａ】コージエライトの熱膨張係数への蒸気濃度と酸素濃度の影響を示すグラフ
【図１２Ｂ】コージエライトの熱膨張係数への蒸気濃度と酸素濃度の影響を示すグラフ
【図１３】コージエライト構造のＥModへの蒸気支援焼成の影響を示すグラフ
【図１４Ａ】コージエライトの平均細孔径への蒸気濃度と酸素濃度の影響を示すグラフ
【図１４Ｂ】コージエライトの平均細孔径への蒸気濃度の影響を示すグラフ
【図１４Ｃ】コージエライトの細孔径分布を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１３】
概して、本開示は、蒸気の存在下でセラミック物品を焼成する工程を含む、セラミック物品を製造するプロセスを提供する。酸素を使用する代わりに、または酸素の使用に加え、焼き払いプロセス中ずっと、未焼成体中の有機物質および炭素のある程度または全てを消費するための酸化剤として、水（蒸気）が使用される。それゆえ、炭素化合物を除去するために、吸熱性水性ガス反応および低発熱性水性ガスシフト反応が使用されるので、高発熱性酸化反応が避けられるか、または低減される。さらに、ここに記載されたプロセスは、５０〜１００℃／時の範囲の加熱速度および冷却速度を有し、いくつかの実施の形態では、約３０時間の総焼成サイクル時間である、非常に速い加熱昇温および冷却降温の焼成サイクルによる高気孔率セラミック物品を提供する。蒸気支援焼成プロセスから生成された熱流束は、Ｏ2からの通常の酸化反応から著しく低減されていることが、実験データから示される。その結果、蒸気支援焼成プロセスは、著しくコストを削減して、既存の製品と新規の製品のずっと高い生産能力を生じることができる。
【００１４】
ここに記載されたプロセスの焼成工程は、蒸気支援焼成を使用したより完全なセラミック形成を提供し、従来の長く高温の焼成サイクルを短縮できるとも考えられる。非限定的実施例により、ここに記載されたプロセスは、焼成サイクルを、従来の焼成プロセスにおける２００時間超から、蒸気支援焼成によって、６０時間未満まで、またはさらには５０時間未満まで、低減させるであろう。
【００１５】
ここに記載したプロセスには、空気（Ｏ2）による従来の焼成プロセスに勝る多くの利点がある。下記に示した実施の形態に説明されるように、蒸気中の有機物質の酸化からの低反応エンタルピー（ΔＨ）により、焼成速度が著しく増加し、部品のコアと表皮との間の温度差が減少し、そのように形成されたセラミック体の生産性と収率が改善される。固体有機物質の気体蒸気とのより遅い反応速度は、水性ガス（ＷＳ）反応（Ｈ2Ｏ＋Ｃ→Ｈ2＋ＣＯ）（約６００℃超の温度で生じる）および水性ガスシフト（ＷＧＳ）反応（Ｈ2Ｏ＋ＣＯ→Ｈ2＋ＣＯ2）の両方から生じる熱流束を減少させる。このことは、焼成速度にも利益になり（例えば、増加させ）、焼成プロセスの生産性および収率を改善する。生産性と収率は、蒸気がより低い温度（例えば、＜２５０℃）での不活性ガスである場合にも、改善されるであろう。より低い沸点の有機物質は、酸化反応による除去で熱を急激に生じるのではなく、熱の吸収によって、未焼成体から物理的に引き出される。
【００１６】
焼成雰囲気中の蒸気の存在には、他の利益も数多くある。蒸気は、酸化物の表面を活性化し、粒子を、焼成のために粒子反応に加速させることができる。これは、水が、無機バッチ成分のための「一時的な」融剤または粘度調節剤であり、無機バッチ成分をより速く結合させてセラミックの最終製品を形成させ、またより高結晶質の構造をもたらすからである。以下により詳しく説明するように、蒸気は、より高い耐熱衝撃性をコージエライトにもたらす微細亀裂形成プロセスに都合よく影響できる。蒸気支援焼成は、有機細孔形成剤が、酸素を含むが蒸気を含まない雰囲気と比べて、ずっと高い温度で完全に除去されるので、より高い気孔率のセラミックの最終製品を製造することができる。最後に、蒸気は、より良いセラミック形態のために内部応力を減少させるための可塑剤のように挙動するであろう。
【００１７】
１つの実施の形態において、蒸気支援焼成工程を含む、セラミック物品を製造する方法が提供される。セラミック前駆体バッチは、所望の無機セラミック形成材料および以下に限られないが、結合剤、細孔形成剤または滑剤および溶媒などの所望の任意の他の有機添加剤から形成してよい。次いで、セラミック前駆体バッチは、未焼成体を形成するために、通常は、成形または押出しによって造形してよい。次いで、未焼成体を、焼結または焼成する前に、乾燥させる。「焼結」および「焼成」という用語は、ここでは交換可能に使用される。蒸気支援焼成工程は、セラミック物品の焼成中に水または蒸気の形態にあるＨ2Ｏを添加する工程を含む。未焼成体を室（すなわち、窯）内に置き、温度を上昇させる。焼成室１０の説明図が、図１Ａおよび１Ｂに示されている。図１Ａは、有機物質の除去により、酸化プロセスから大量の熱が放出される、従来の焼成室を示している。図１Ｂにおいて、一旦、加熱素子１２（例えば、電気コイル、ガスバーナなど）が焼成室内の温度を、少なくとも、１気圧での水の沸点である１００℃まで上昇させたら、焼成室１０に蒸気が導入される（例えば、入口または他の適切な供給源を通じて）。
【００１８】
上述したように、Ｈ2Ｏは、蒸気の形態または水として添加してもよい。水として添加される場合、直ちに蒸気に転化される、微細な霧などの形態で加えるべきである。ここでは、「水」および「蒸気」という用語は交換可能に使用される。１つの説明のための実施の形態において、蒸気の量は、焼成室の全ての気体の体積に基づいて、約１０％から約１００％までである。別の説明のための実施の形態において、蒸気の量は、焼成室の全ての気体の体積に基づいて、約１０％から約６０％までである。さらに別の説明のための実施の形態において蒸気の量は、焼成室の全ての気体の体積に基づいて、約２０％から約６０％までである。さらに別の説明のための実施の形態において、蒸気の量は、焼成室の全ての気体の体積に基づいて、約４０％から約６０％までである。蒸気は、以下に限られないが、空気、酸素、窒素またはそれらの組合せを含む他の気体と混合されてもよい。
【００１９】
図２Ａおよび２Ｂは、それぞれ、空気中および１００％の蒸気中の例示のコージエライトセラミック物品の焼成を示しており、それぞれ、図１Ａおよび１Ｂの焼成室１０の使用に相当する。図２Ａおよび２Ｂの温度プロファイルを参照すると、一旦、未焼成体（「部品）を焼成室内に配置したら、焼成室内の温度２０を、熱源１２（例えば、電気加熱素子、ガスバーナなど）を作動させることによって上昇させる。この温度は、使用されるセラミック材料に応じて、通常は約１２００℃から約１５００℃までの、最高均熱焼成温度２２（ここでは「特性形成領域」と称する）まで上昇させてよい。
【００２０】
図２Ａおよび２Ｂの焼成サイクルの例に使用した部品は、１１インチ（２８ｃｍ）の直径および１３インチ（３３ｃｍ）の高さを有する大前面面積（ＬＦＡ）コージエライト部品からなった。この部品の幾何学的形状は、１４ミル（３５６μｍ）のセル壁厚で、２７５セル／平方インチ（ｃｐｓｉ）（４２．６セル／ｃｍ2）であった。図２Ａおよび２Ｂの例に使用したコージエライト組成は、以下の無機材料（質量パーセント）、並びに以下の上乗せ添加の有機材料（無機バッチの総質量への有機材料の上乗せ添加による質量パーセント）からなった：
0005875596.tif 000002
無機バッチの総質量への有機材料の上乗せ添加による質量パーセントは、ここと、上の表の例について示されたように、無機バッチ成分（シリカ、アルミナ、カオリン粘土およびタルクの組合せ）の１００ｋｇ毎に、各々２２ｋｇの架橋ジャガイモデンプンおよびグラファイト、６ｋｇのメチルセルロース、および１ｋｇのステアリン酸ナトリウムが加えられる。
【００２１】
図２Ａの焼成サイクルは、従来技術の焼成サイクルの例である。詳しくは、蒸気がない場合、未焼成体（デンプンおよびグラファイトなどの細孔形成剤を含む）中の有機材料の焼き払いは、温度が上昇しているので、発熱性である。図２Ａにおいて、それぞれ、デンプンおよびグラファイトの焼き払いに関連する発熱事象２６，２８が、温度差２４（部品のコアでの温度と部品の表皮での温度との間の差を示す）のプロットに見られる。したがって、部品の亀裂発生を避けるために極端な温度差２４により生じるであろうような、部品内の過剰の応力を避けるのに十分にゆっくりと焼成室の温度を上昇させるように注意を払わなければならない。小さい温度差を維持するのに必要な遅い昇温速度の結果として、図２Ａの焼成サイクルは、２００時間を超える長さである。ここに用いたように、「亀裂発生」という用語は、例えば、約２ｃｍを超える長さを有し、部品内の欠陥と考えられる亀裂を生じる、部品の巨視的亀裂発生（以下に定義される微細亀裂発生パラメータＮｂ3により特徴付けられる微細亀裂発生から区別される）を称する。
【００２２】
対照的に、図２Ｂを参照すると、焼成室の温度２０は、部品の巨視的亀裂発生を避けながら、非常に速い昇温速度で上昇させてよい。非限定的例として、昇温速度は、約５０℃／時から約２００℃／時までであってよいが、例えば、有機物質の含有量が約３５質量％（上乗せ添加）超である組成物について、約２００℃から約５００℃の温度範囲において、より遅い昇温速度が好ましいであろう。図２Ｂにおいて、焼成サイクルは、最高均熱温度２２までの真っ直ぐな傾斜、および６０時間未満の総サイクル時間を含む。
【００２３】
焼成サイクル中の蒸気の存在により、有機化合物と炭素化合物の除去における反応化学が変わり、デンプンおよびグラファイトなどの細孔形成剤の焼き払いは、わずかに吸熱性である（図２Ｂ）。発熱反応がなくなる（例えば、図２Ｂにおける温度差２４を参照のこと）と、高い微細亀裂パラメータＮｂ3を有益に有しながら、巨視的亀裂がないセラミック物品が生じるであろう。
【００２４】
微細亀裂パラメータＮｂ3は、室温と１２００℃の間の弾性率（Ｅmod）の加熱・冷却曲線から導かれ、物品の微細亀裂体積の間接的な尺度である。Ｎｂ3は：
【数１】
0005875596.tif 000003
【００２５】
として計算され、式中、Ｅは、微細亀裂を有する（すなわち、微細亀裂形成条件に曝した後）、室温での物品の弾性率であり、Ｅ0は、微細亀裂のない（すなわち、微細亀裂形成条件に曝する前）、室温での物品の弾性率であり、Ｎは微細亀裂の数であり、ｂは微細亀裂の平均長さである。微細亀裂パラメータＮｂ3は、平均亀裂長さｂが３乗されることを考えれば、体積の単位で測定される（D.P.H. Hasselman and J.P. Singh (1979) “Analysis of Thermal Stress Resistance of Microcracked Brittle Ceramics,” Ceramic Bulletin, 58 [9], 856-860）。
【００２６】
上述したように、セラミック物品の焼成中に蒸気が存在することにより、著しく短い焼成サイクルがもたらされるであろう。部品を焼成するのに要する時間は、以下に限られないが、部品のサイズ、部品の幾何学的形状（例えば、セル密度、壁厚など）、細孔形成剤のタイプとレベル、滑剤のタイプなどを含む、数多くの要因に依存する。約４リットルの体積および約１３質量％（絶対値）超または上乗せ添加で約１５質量％超の有機物質含有量を有する部品について、約１００時間未満の総焼成サイクル時間を達成できる。１つの説明のための実施の形態において、焼成サイクルの総時間は約２５時間から約１００時間までである。代わりの説明のための実施の形態において、焼成サイクルの総時間は約３０時間から約６０時間までである。
【００２７】
巨視的亀裂のない部品を製造するのに適した例示の焼成サイクルが図３に示されている。図３の焼成サイクルは、長さが６２．３時間である。温度プロファイル２０は、１１０℃から８００℃での有機物質を除去するための５０℃／時の昇温速度、次いで、８００℃から１０００℃までの２０℃／時の昇温速度、および全ての炭素を除去するための１０時間に亘る１０００℃での保持を含む。焼成プロセスは、１０００℃から６０℃／時で昇温した後に１２００℃で始まり、次いで、７５℃／時での１４２０℃のピーク（すなわち、「最高均熱」）温度まで急激に昇温させられ、１０時間に亘りそのピーク温度で保持される。冷却は、１１００℃までの５０℃／時の降温、次いで、３００℃／時での１１０℃までの冷却を含む。図３の焼成サイクルは、以下に記載する図４〜７の例に使用される。
【００２８】
表１および図４〜８は、様々な濃度の酸素（Ｏ2）および蒸気（Ｈ2Ｏ）での焼成サイクル中の蒸気の使用の影響を表している。焼成反応の動力学および熱力学への蒸気の役割を説明するために、蒸気は、２％と１２％の間の様々なレベルの酸素と混合される。熱電対の読取値は、燃焼の熱および反応の相対的速度への蒸気の影響の一般傾向を表す。
【表１】
0005875596.tif 000004
【００２９】
表１は、表示濃度の酸素（Ｏ2）および蒸気（Ｈ2Ｏ）を有する焼成雰囲気で、図３の焼成サイクルを行った場合の１つの部品の亀裂読取値、炭素の焼き払い時間、および物理的性質をまとめている。２％、４％、６％および１２％の酸素濃度で焼成された部品の全てが、蒸気のない状態で、亀裂が生じたのが分かる。しかしながら、亀裂挙動は、様々な酸素濃度で異なることに気付いた。詳しくは、２％の酸素で、重大な表面亀裂が観察され、部品の中央のコアで炭素の不完全な酸化の観察（短い焼成期間の結果）のためであった。表１に示されていないが、炭素の全てを除去するために１０００℃での焼成サイクルに追加の３０時間が加えられた場合（９３時間の総サイクル長さ）、２％のＯ2で亀裂のない部品が得られた。蒸気なしでの４％の酸素では、上面に髪の毛のように細いひびが特定され、中央のコア炭素は完全に除去された。蒸気なしでの６％の酸素では、裸眼では亀裂は観察できなかった。しかしながら、ＭＯＲ測定は、正常値の３０％未満であり、したがって、著しい構造の割れ目が焼成部品に存在すると推測される。蒸気なしの１２％の酸素では、表皮の亀裂が観察され、これは、高濃度の酸素のために、デンプンの速い酸化により生じたのであろう。
【００３０】
比較として、表１に述べられ、図５〜８に関して以下に記載された、０％、２％、４％、６％および１２％の酸素濃度、２０％、３０％、４０％、６０％および１００％の蒸気濃度について、蒸気が焼成雰囲気に導入されたときに、焼成条件の全てから、亀裂のない部品が得られた。
【００３１】
表１に述べられたように、対照実験として、有機材料の酸化速度への酸素濃度の影響を示すために、蒸気なしで、２％、４％、６％および１２％の酸素濃度を有する焼成雰囲気により、焼成研究を行った。部品の温度への４％および１２％の酸素濃度（ガス窯内の多低い酸素濃度と高い酸素濃度を表す）の影響が、図４Ａおよび４Ｂに示されている。
【００３２】
４％の酸素濃度（図４Ａ）では、最高表皮温度のデータは、約２５０℃で始まり、小さく滑らかな発熱事象が約１０００℃の温度まで続く、遅い炭素酸化反応（窯温度より高く上昇）を示している。これと同時に、中央のコア温度は、約８５０℃まで窯の温度未満のままであり、次いで、中央コア温度が窯の温度に到達する約３３時間後に、コアの中央にある残留炭素が完全に焼き払われるまで、窯の温度より高く上昇する。
【００３３】
比較として、より高い１２％の酸素濃度（図４Ｂ）では、表皮温度は約２５０℃で劇的な温度上昇を示し、大きい発熱事象を証拠付け、次いで、約５５０℃で窯の温度に急速に接近する。これと同時に、中央コア温度は５５０℃辺りの酸化反応の開始を示し、この酸化反応は、たった約１８時間の焼成時間後に（例えば、図４Ａの４％の酸素条件のものより１５時間短い）炭素が完全に燃焼したことを示す、中央のコア温度が窯の温度に近づく約８５０℃での著しい温度急上昇の発生まで続く。
【００３４】
図４Ａおよび４Ｂのデータは、表皮位置と中央コア位置に存在する有機デンプン材料（メトセル）が、以下の化学式により示されるような、２つの完全に異なる反応を経ることを示す。
【００３５】
高い酸素濃度により、表皮では、デンプンは、空気中の木の燃焼反応（反応１）と同様に、直ちに燃焼する。この燃焼プロセスは、著しい熱が生じる、従来の高速ラジカル連鎖反応である：
【化１】
0005875596.tif 000005
【００３６】
中央コアでは、発熱反応は、空気中の炭素の燃焼（反応２）と同様に、炭素酸化反応である。この炭素酸化反応は、高いエネルギーを発生し、高温で行われる：
【化２】
0005875596.tif 000006
【００３７】
表皮でデンプンが瞬時に燃焼するために、中央コア位置に炭素が形成され、これにより、中央コア位置は酸素欠乏条件のままとなると推測される。焼成プロセス中のデンプン脱水反応からの中央コアにおける結果としての炭化物の形成は、無酸素の閉塞窯内で木を加熱することにより木炭を製造する手法と似ている：
【化３】
0005875596.tif 000007
【００３８】
反応（１）、（２）および（３）は、酸素濃度に強く依存する。低い酸素濃度により、反応（１）および（２）の速度が減少するのに対し、反応（３）の確率が増加する。それゆえ、低酸素は、焼成サイクルを長引かせることを犠牲にして、熱流束を減少させるために有益である。
【００３９】
反応（１）、（２）および（３）から示されるように、蒸気（Ｈ2Ｏ）は、燃焼反応（１）とデンプン脱水反応（３）の生成ガスであるので、蒸気濃度は、酸化反応への有用な影響であり得る。炭素酸化反応（２）と比べると、さらに、Ｈ2Ｏは、石炭ガス反応において直接従事して、熱の吸収によって水素を生成する（反応４）ことができる：
【化４】
0005875596.tif 000008
【００４０】
図５を参照すると、酸素濃度は２％である。０％、２０％、４０％および６０％の蒸気（それぞれ、グラフ５ａ、５ｂ、５ｃおよび５ｄ）に関して、４つの蒸気条件が示されている。中央コアの熱電対の読取値から炭素焼き払い時間は、蒸気濃度の増加により、著しく短縮されているので、蒸気は、有機物質の除去速度を加速させる。例えば、蒸気がないと、約４０時間の焼成では、図５ａにおける中央コア温度は、窯温度よりまだ高く、それによって、酸素による発熱炭素酸化反応がまだ不完全であることを示す。しかしながら、たった２０％の蒸気を加えると、中央コア中の炭素を全て焼き払うには、２５．３時間かかる（グラフ５ｂ）。６０％の蒸気では、焼成のたった２２．３時間後に、窯温度が１０００℃に到達する前に、炭素は完全に除去される（グラフ５ｄ）。したがって、蒸気は、反応速度論の予測から、セラミックの高速焼成のための細孔形成剤の除去反応を加速させる。さらに、別のプラスの結果は、蒸気が、細孔形成剤の除去の反応熱力学にもプラスの影響を有する、すなわち、蒸気は、これらのより高い反応速度でさえ、燃焼の熱を減少できることである。７００℃〜１０００℃辺りの炭素除去反応の最中の、グラフ５ａの中央コア温度をグラフ５ｂ〜ｄの中央コア温度と比べることにより分かるように、２％のＯ2において２０％の蒸気を加えると、炭素酸化反応の温度プロファイルが、発熱反応（中央コア温度が窯温度よりも高い）から、吸熱反応（中央コア温度が窯温度より低い）に完全に変わる。
【００４１】
図６において、酸素濃度は４％である。グラフ６ａ、６ｂおよび６ｃは、蒸気濃度が、それぞれ、０％、２０％、および４０％である３つの焼成条件を示している。先の図５の条件（すなわち、２％の酸素）と同様に、中央コアの熱電対の読取値から炭素焼き払い時間は、蒸気濃度が増加すると共に、短縮されているので、蒸気は、有機物質の除去速度を明らかに加速させる。例えば、４％の酸素雰囲気に２０％および４０％の蒸気を加えると、中央コアでの炭素除去時間が、３３時間から、それぞれ、２６時間および２２時間に減少した。炭素は、４０％の蒸気により、１０００℃に到達する前に完全に除去されるので、１０００℃での１０時間の保持は、焼成サイクルに必要なく、なくしても差し支えない。図６のグラフは、図５に関して記載したようなプラスの熱力学的影響を示している、すなわち、４％の酸素に２０％以上の蒸気を加えると、炭素酸化反応の温度プロファイル（７００℃〜１０００℃）が、発熱反応（中央コア温度が窯温度よりも高い）から、吸熱反応（中央コア温度が窯温度より低い）に完全に変わることができる。
【００４２】
図７において、酸素濃度は６％である。グラフ７ａおよび７ｂは、３０％の蒸気の添加が、２％および４％の酸素レベルについて先に記載したもの（それぞれ、図５および６）と類似の反応速度論および熱力学に影響を与えることを示している。詳しくは、炭素を除去するための焼成時間が、２５．９時間から１９．７時間に減少している。反応は、８００℃辺りでまだ吸熱性であり、次いで、約９００℃で発熱性になる。
【００４３】
図８において、酸素濃度は１２％であり、これは、空気中の酸素濃度が２１％であり、酸素の一部はガス燃焼プロセスによる燃料で消費されるので、ガス窯内で得られるほぼ最高の酸素濃度である。図７と比べると、３０％の蒸気を加えても、炭素除去時間は１時間未満しか減少しなかった（１８．５時間から１７．８時間）ので、反応速度論にはわずかな影響しか示さなかった。２％、４％および６％の酸素の他の焼成条件とは異なり、３０％の蒸気では、中央コアが６００℃超の温度で発熱性のままであったので、炭素／酸素酸化反応は変わらなかった。しかしながら、中央コアと表皮との間の温度差は、３０％の蒸気の場合、ずっと小さいので、熱流束が８５０℃未満の温度で減少したことが分かる。
【００４４】
５〜８の例は、焼成サイクルの有機物質除去期間の最中に焼成雰囲気に蒸気を導入することの有用さと望ましさを実証している。１つの実施の形態において、蒸気は、ここに記載された利益を達成するために、焼成サイクルの有機物質除去期間の最中（すなわち、約１０００℃未満）のみに、焼成雰囲気中に導入される。他の実施の形態において、蒸気は、焼成サイクルの特性形成領域（すなわち、最高均熱温度）で導入してもよい。
【００４５】
先の反応（２）および（４）の熱力学に基づいて、最小の熱生成で、速い炭素除去反応速度を可能にする窯の雰囲気内の混合ガス（すなわち、Ｏ2＋Ｈ2Ｏ）が特定されるであろう。このプロセスの第１の工程は、特定の反応温度に関する最小の熱生成で最高の可能な酸素濃度と蒸気濃度（すなわち、最大の炭素除去パワー）を特定することである。
【００４６】
炭素除去時間は、焼成サイクルの全体の長さに深く影響する。炭素除去時間は、特定の焼成サイクルについて、窯の雰囲気の酸素濃度と蒸気濃度の関数である。窯の雰囲気の残りは、不活性成分である窒素（例えば、空気）であるので、炭素除去時間は、酸素濃度と蒸気濃度の両方の関数である。表１からのデータに基づいて、様々な酸素濃度と蒸気濃度による炭素除去時間のコンター・プロットを使用して、Ｒｅｎｋａ−Ｃｌｉｎｅアルゴリズム法によって行列表を作成して、米国、マサチューセッツ州、ノーサンプトン所在のOriginLab Corporation社から入手できるＯｒｉｇｉｎＬａｂ７．５などの、データ分析およびグラフ作成ソフトウェアを使用してコンター・プロットを生成する。様々な濃度のＨ2ＯおよびＯ2との炭素焼き払い時間の相関関係が、図９にコンター・プロットされている。この数学的手法を使用して、Ｏ2およびＨ2Ｏの２つの変量ーの反応速度依存性を決定することができる。
【００４７】
図９に示されるように、炭素除去時間（Ｔ）は、酸素濃度または蒸気濃度のいずれか（または両方）の増加と共に減少する。Ｏ2をＨ2Ｏと混合した場合、Ｏ2のみおよびＨ2Ｏのみと比べて、より短い炭素除去時間が常に観察される。同じ炭素除去時間の各等高線に従うことにより、Ｏ2のみ（蒸気なし）と混合ガス（Ｏ2とＨ2Ｏ）条件に関する全体の焼成サイクル長さについて、予測を行うことができる。例えば、７％の酸素および０％のＨ2Ｏに関する炭素除去時間は、約２４時間である。同じ炭素除去時間が、例えば、約４％のＯ2と約２０％のＨ2Ｏ、または約２％のＯ2と約４０％のＨ2Ｏを有する焼成雰囲気の使用により実現できる。
【００４８】
反応時間と酸素濃度に関する実験データの数学的モデリングにより、完全な炭素除去の時間（ＴＣＲ）は、酸素濃度の指数関数的減衰関数である。コンター・プロットデータおよび様々なＯ2濃度の実験結果に基づいて、先の全体的な有機／酸素反応（１）および（４）を一次化学反応による部品規模で近似して、以下の式：
【化５】
0005875596.tif 000009
【００４９】
を得ることができる。式中、ＴCR／Ｏ2は、Ｏ2雰囲気に関する炭素除去時間（時）であり、［Ｏ2］は、酸素の濃度（％）であり、ｋO2は、観察された酸素の反応定数である。コンター・プロットデータおよび様々なＯ2濃度の実験結果に基づいて、ｋO2＝２．８５である。
【００５０】
類似のモデリングにより、炭素除去時間が、蒸気濃度の指数関数的減衰関数でもあることが確認される。したがって、部品規模での有機材料の蒸気との全体的な反応は：
【化６】
0005875596.tif 000010
【００５１】
と記載できる一次反応でもある。式中、ＴCR／Ｈ2Ｏは、Ｈ2Ｏ雰囲気に関する炭素除去時間（時）であり、［Ｈ2Ｏ］は、蒸気の濃度（％）であり、ｋH2Oは、観察された蒸気の反応定数である。有機物質除去反応への酸素と蒸気の相対的反応速度定数は、約７．５：１である。すなわち、ＫO2／ＫH2O＝７．５。有機物質除去速度を考えると、焼成プロセスに３０％の蒸気を加えることは、約４％（３０／７．５）の酸素濃度の増加と等しく、焼成プロセス中の有機細孔形成剤除去速度を著しく増加させると予測される。
【００５２】
焼成プロセスに蒸気を加えることにより、反応（２）および（４）の熱力学に基づいて最小の熱管理で最速の見込まれる反応速度を可能にする炭素除去反応条件を特定することができる。すなわち、適切な比率の酸素／蒸気濃度で、炭素／酸素酸化反応から生じる熱の全てを炭素／水反応により吸収できるので、全体の炭素除去反応が、熱的に中性の条件に到達できる。反応（２）および（４）から、炭素／酸素反応速度で割った炭素／水反応速度が３２．８／７．４８＝４．４である場合、全体の炭素除去反応が、熱的に中性に近くなり得る。
【００５３】
最適な熱管理条件を特定するために、炭素除去時間計算に類似の数学的プロセスを、９００℃の窯温度でΔＴ（表皮温度と中央コア温度との間の差）に行う。Ｏ2濃度とＨ2Ｏ濃度へのΔＴの依存性が、図１０にコンター・プロットされている。一般に、より高い酸素濃度は、ΔＴにプラスの変化を生じ、一方で、より高い蒸気濃度は、ΔＴにマイナスの変化をもたらす。その結果、９００℃での所望のΔＴ条件は、コンター・プロットから計算できる。例えば、４％のＯ2および８％のＨ2Ｏの雰囲気が、９００℃でΔＴ＝０条件を生じることができるであろう。同じ等高線に従って、６％のＯ2および１４％のＨ2Ｏの雰囲気も、ΔＴ＝０条件を達成できるであろう。等である。プロットにおいて、ゼロΔＴ条件は、酸素のみ（蒸気なし）の条件で生じるのはほとんど不可能である。
【００５４】
９００℃での反応に関する熱的動態分析の例が、任意の規定の温度（７００、８００、１０００℃など）に適用できる。この方法に従って、最速の見込みのある炭素除去のための蒸気と酸素の動態比率を使用して、所望の熱管理条件のために、焼成サイクルおよび昇温速度を設計することができる。
【００５５】
焼成工程に蒸気を使用すると、蒸気を使用せずに焼成したセラミック物品よりも望ましい性質を有するセラミック物品も製造されるであろう。図１１Ａおよび１１Ｂは、最高均熱温度２２での特性形成領域の最中の蒸気の有無いずれかで焼成したコージエライト構造の間の数多くの性質の差を示している。図１１Ａおよび１１Ｂの組成は、３０％のデンプン、６％のメチルセルロース、および１％のステアリン酸ナトリウムを含んだ。
【００５６】
特性形成領域の最中に蒸気を使用した場合に改善された性質の中に、コージエライト構造の減少した収縮、およびより低下した熱膨張係数（ＣＴＥ）がある。微細亀裂パラメータＮｂ3により定量化されるように、蒸気焼成されたコージエライト構造中の微細亀裂の増加した密度が、より低下したＣＴＥに関連する。微細亀裂のこの増加が、上昇した温度に曝露されたときに、コージエライト構造の構造保全を維持するのに役立つ。
【００５７】
図１２Ａおよび１２Ｂに示されるように、蒸気濃度はＣＴＥの減少に直接関連しているのに対し、酸素濃度の影響はそれと比べると非常に小さい。図１２Ｂに示されるように、コージエライトのＣＴＥは、蒸気濃度と線形に減少する。実験データの線形フィッティングは、蒸気濃度が１０％増加すると、ＣＴＥが０．７×１０-8／℃減少し得ることを示唆した。
【００５８】
弾性率（ＥMod）は、好ましい微細亀裂の改善の別の指標である。図１３は、コージエライト構造に関するＥModへの蒸気支援焼成の影響を示しており、空気中で焼成された組成物１の、それぞれ、加熱サイクル５０および冷却サイクル５１を、性質形成領域で蒸気と共に焼成した組成物１の、それぞれ、加熱サイクル５２および冷却サイクル５３と比較している。
【００５９】
セラミック物品を製造するために蒸気支援焼成工程を使用するさらに別の利点は、セラミック物品中に結果として生じた細孔径分布であろう。図１４Ａから１４Ｃは、コージエライトの性質への蒸気と酸素の影響を示している。図１４Ａは、表１のｄ５０データを使用した、コージエライトの平均細孔径への酸素と蒸気の影響のコンター・プロットを示している。図１４Ａにおいて、蒸気濃度には、コージエライトの平均細孔径に大きい影響があるのに対し、酸素濃度の影響はそれに比べると非常に小さいのが分かる。図１４Ｂに示されるように、平均細孔径は、蒸気濃度の増加と線形に減少する。実験データの線形フィッティングは、蒸気濃度が１０％増加すると、平均細孔径が０．６７マイクロメートル減少し得ることを示唆している。図１４Ｃを参照すると、組成物１により蒸気支援焼成サイクルによって形成されたセラミック物品は、焼成サイクルの特性形成領域で蒸気を使用せずに焼成したセラミック物品の細孔径分布（曲線６２として示されている）よりも小さい細孔径分布（曲線６０として示されている）を有する。曲線６２は、５７．５％の気孔率、および１５．５μｍの平均細孔直径（ｄ５０）を示している。対照的に、曲線６０は、６０．３％の気孔率、および１１．８μｍの平均細孔直径（ｄ５０）を示している。したがって、特性形成領域において焼成サイクルに蒸気を添加することは、セラミック物品における細孔径分布を制御するのを支援するであろう。
【００６０】
下記の表２は、空気雰囲気中で焼成した場合と、蒸気雰囲気中で焼成した場合の、様々なコージエライトサンプル間の微細構造の差を示している。表２の例の各々に関して、焼成サイクルは、図３に示されるように、最高均熱温度から約１１００℃まで、５０℃／時の冷却速度、および約１１００℃から約４００℃まで、１００℃／時超の冷却速度を使用した。
【表２】
0005875596.tif 000011
【００６１】
表２の組成物１および図８〜１４は、以下の無機材料（質量パーセント）、並びに以下の有機材料の上乗せ添加（質量パーセント）を含む：
【表３】
0005875596.tif 000012
【００６２】
無機セラミック形成成分は、コージエライト、ムライト、粘土、タルク、ジルコン、ジルコニア、スピネル、アルミナとその前駆体、シリカとその前駆体、ケイ酸塩、アルミン酸塩、リチウムアルミノケイ酸塩、長石、チタニア、溶融シリカ、窒化物、炭化物、ホウ化物、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ソーダ石灰、アルミノケイ酸塩、ホウケイ酸塩、ソーダバリウムホウケイ酸塩またはこれらの組合せ、並びに他のものであってよい。これらの材料の組合せは、物理的組合せまたは化学的組合せ、例えば、それぞれ、混合物または複合体であってよい。
【００６３】
１つの例示の実施の形態において、無機セラミック形成成分は、焼成の際に、コージエライト、ムライト、チタン酸アルミニウム、炭化ケイ素、アルミナ、またはこれらの混合物を生じるものであってよい。ここに記載されたプロセスの実施に特に適したコージエライトを形成するためのいくつかのセラミックバッチ材料組成物は、ここに引用する米国特許第３８８５９７７号明細書に開示されたものである。
【００６４】
別の実施の形態において、本開示は、チタン酸アルミニウムセラミック形成成分、セルロース系結合剤、水性溶媒および細孔形成剤を提供し；前記チタン酸アルミニウムセラミック形成成分、前記結合剤、前記溶媒、および前記細孔形成剤を混合して、前駆体バッチを形成し；この前駆体バッチを未焼成ハニカム体に成形し；焼成サイクルの最高均熱温度の最中に窯の雰囲気に蒸気を加えながら、前記未焼成ハニカム体を焼成して、チタン酸アルミニウムセラミック物品を形成することによって製造されるチタン酸アルミニウムセラミック物品を含む。
【００６５】
別の実施の形態において、本開示は、ムライトセラミック形成成分、セルロース系結合剤、水性溶媒および細孔形成剤を提供し；前記ムライトセラミック形成成分、前記結合剤、前記溶媒、および前記細孔形成剤を混合して、前駆体バッチを形成し；この前駆体バッチを未焼成ハニカム体に成形し；焼成サイクルの最高均熱温度の最中に窯の雰囲気に蒸気を加えながら、前記未焼成ハニカム体を焼成して、ムライトセラミック物品を形成することによって製造されるムライトセラミック物品を含む。
【００６６】
非限定的例として、焼成の際にコージエライトを最終的に形成する１つの組成は、質量パーセントで以下のようなものであってよいが、請求項はそれらには制限されないことを理解すべきである：約３３〜４１、最も好ましくは約３４〜４０の酸化アルミニウム、約４６〜５３、最も好ましくは約４８〜５２のシリカ、および約１１〜１７、最も好ましくは約１２〜１６の酸化マグネシウム。
【００６７】
無機セラミック形成成分は、酸化物、水酸化物などの合成により製造された材料であっても、または粘土、タルク、またはこれらの任意の組合せなどの天然に生じる鉱物であってもよい。前記プロセスは、粉末または原材料のタイプには制限されない。これらは、セラミック体に望まれる性質に応じて選択してよい。
【００６８】
結合剤はセルロース系結合剤であってよく、このセルロース系結合剤は、以下に限られないが、メチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシブチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、およびそれらの混合物であってよい。メチルセルロースおよび／またはメチルセルロース誘導体が、本開示の実施に有機結合剤として特に適しているであろう。メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、またはこれらの組合せが好ましい。
【００６９】
メチルセルロースなどの好ましいセルロース系結合剤の性質は、保水性、水溶性、表面活性または湿潤性、混合物の増粘、未焼成体への湿潤および乾燥状態の未焼成強度の提供、熱ゲル化および水性環境中の疎水性会合であろう。溶媒との水素結合相互作用を促進するセルロースエーテル結合剤も望ましいであろう。極性溶媒、例えば、水との水素結合相互作用を最大にする置換基の非限定的例は、ヒドロキシプロピル基およびヒドロキシエチル基、および少ない程度で、ヒドロキシブチル基であろう。疎水的に修飾されたセルロースエーテル結合剤は、上乗せ添加として、無機セラミック形成成分の、典型的に約１〜１０質量％、より典型的に、約２〜６質量％を構成する。
【００７０】
本開示のセラミック前駆体バッチ組成物は、界面活性剤、潤滑油および細孔形成剤などの他の添加物をさらに含んでもよい。本開示の実施に使用してよい界面活性剤の非限定的例は、Ｃ8からＣ22の脂肪酸および／またはその誘導体である。これらの脂肪酸と共に使用してよい追加の界面活性剤成分は、Ｃ8からＣ22の脂肪酸エステル、Ｃ8からＣ22の脂肪族アルコール、およびこれらの組合せである。例示の界面活性剤は、ステアリン酸、ラウリン酸、オレイン酸、リノール酸、パルミトレイン酸、およびその誘導体、ラウリル硫酸ナトリウムと組み合わされたステアリン酸、およびこれらの全ての組合せである。説明のための実施の形態において、界面活性剤は、ラウリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、およびこれらの組合せであってよい。界面活性剤の量は、一般に、約０．５質量％から約２質量％までであろう。
【００７１】
潤滑油の非限定的例は、軽質鉱油、トウモロコシ油、低分子量ポリブテン、ポリオールエステル、軽質鉱油とワックスエマルションのブレンド、トウモロコシ油中のパラフィン蝋のブレンド、およびこれらの組合せであってよい。一般に、潤滑油の量は、約１質量％から約１０質量％までであってよい。例示の実施の形態において、潤滑油は、約３質量％から約６質量％まで存在してよい。
【００７２】
ディーゼル微粒子フィルタなどのフィルタ用途において、効率的な濾過に必要な気孔率を後で得るのに効果的な量で、混合物中に細孔形成剤を含ませることが望ましいであろう。細孔形成剤は、焼成工程中に未焼成体から焼き払われる任意の粒状物質（結合剤ではない）である。使用してよい細孔形成剤のいくつかのタイプとしては、以下に限られないが、室温で固体である非蝋系有機物質、元素の炭素、およびこれらの組合せが挙げられる。いくつかの例は、グラファイト、デンプン、セルロース、小麦などであってよい。１つの例示の実施の形態において、細孔形成剤は元素の炭素であってよい。別の例示の実施の形態において、細孔形成剤はグラファイトであってよく、グラファイトは、加工への悪影響が最小であろう。押出プロセスにおいて、例えば、グラファイトが使用される場合、混合物の流動性が良好であろう。あるいは、ガスまたはガス生成細孔形成剤も用いてよい。細孔形成剤は、上乗せ添加として約６０質量％まで加えてよい。典型的に、グラファイトの量は、無機セラミック形成成分に基づいて、約５質量％から約３０質量％まで、より典型的に、約１０質量％から約２０質量％までであってよい。グラファイトとセルロースまたはデンプンの組合せを使用する場合、細孔形成剤の量は、典型的に、約１０質量％から約５０質量％までであってよく、グラファイトは５質量％から４０質量％までであり、セルロースは５質量％から約４０質量％までであってよい。
【００７３】
別の実施の形態において、蒸気支援焼成工程を含む、コージエライトセラミックハニカム構造体を形成する方法が提供される。本開示のセラミック物品はどのような都合のよいサイズと形状を有してもよく、本開示は、塑性粉末混合物が成形される全てのプロセスに適用できることが認識されよう。そのプロセスは、ハニカムなどのセルラモノリス体の製造に特に適しているであろう。セルラ体には、触媒、吸着、電気加熱触媒、ディーゼル微粒子フィルタ、溶融金属フィルタなどのフィルタ、再生器のコアなどの数多くの用途への使用が見出されている。
【００７４】
ここに記載したように焼成雰囲気に蒸気を導入する利点が、組成物中の細孔形成剤（および一般に有機材料）のレベルが増加するにつれて、増加することが認識されよう。１つの実施の形態において、有機細孔形成剤は、上乗せ添加で約２０質量パーセント超、上乗せ添加で約３０質量パーセント超、上乗せ添加で約４０質量パーセント超、またはさらには上乗せ添加で約６０質量パーセント超を構成する。別の実施の形態において、バッチ中の有機材料は、上乗せ添加で約３０質量パーセント超、上乗せ添加で約４０質量パーセント超、上乗せ添加で約５０質量パーセント超、またはさらには上乗せ添加で約６０質量パーセント超を構成する。
【００７５】
一般に、ハニカムの密度は、約２３５セル／ｃｍ2（１５００セル／平方インチ）から約１５セル／ｃｍ2（１００セル／平方インチ）に及ぶ。本開示のプロセスにより製造されるハニカムの例は、その範囲を含み、約０．２から０．４ｍｍ（８から１４ミル）の壁厚を有するであろう。典型的な壁厚は約０．０７から約０．６ｍｍ（約３から約２５ミル）までであろうが、約０．０２〜０．０４８ｍｍ（１〜２ミル）の厚さも可能である。前記方法は、薄壁／高セル密度のハニカムを押し出すのに特に適しているであろう。
【００７６】
本開示のプロセスは、一般に、コージエライト物品、特に、コージエライトハニカムモノリス構造体の製造に特に有用であろう。コージエライトは、セラミック物品において、２つの主要な結晶形態、斜方晶系（コージエライト）および六方晶系（インディアライト）で存在する。斜方晶系の量はＣＴＥと反比例するので、斜方晶形態の量がより多いことが望ましい。したがって、斜方晶系の量が多いほど、ＣＴＥが低くなる。説明のための実施の形態において、本開示のプロセスを使用して製造されるコージエライトセラミック物品におけるコージエライトの総量は、約９０％超または約９５％超である。代わりの説明のための実施の形態において、斜方晶系コージエライト対六方晶系コージエライトの比率は、約７対１超、約９対１超、約１５対１超、またはさらには約１７対１超である。
【００７７】
表２のデータから分かるように、蒸気の存在下での焼成により、セラミック物品のガラス相を減少させることができる。減少したガラス相は、ＣＴＥ（すなわち、低下したＣＴＥ）および部品の長期安定性（例えば、耐クリープ性、改善された耐熱衝撃性、耐失透性）の利益になる。好ましい実施の形態において、ガラス相は、約５％未満、約２％未満、または約１％未満である。
【００７８】
請求項に記載された本発明の技術的範囲から逸脱せずに、ここに記載された実施の形態に様々な改変および変更を行えることが当業者には明白であろう。それゆえ、本開示は、そのような改変および変更を、それらが付随の特許請求の範囲およびその同等物に含まれるという条件で包含することが意図されている。
【図１Ａ】
0005875596.tif 000013
【図１Ｂ】
0005875596.tif 000014
【図２Ａ】
0005875596.tif 000015
【図２Ｂ】
0005875596.tif 000016
【図３】
0005875596.tif 000017
【図４Ａ】
0005875596.tif 000018
【図４Ｂ】
0005875596.tif 000019
【図５】
0005875596.tif 000020
【図６】
0005875596.tif 000021
【図７】
0005875596.tif 000022
【図８】
0005875596.tif 000023
【図９】
0005875596.tif 000024
【図１０】
0005875596.tif 000025
【図１１Ａ】
0005875596.tif 000026
【図１１Ｂ】
0005875596.tif 000027
【図１２Ａ】
0005875596.tif 000028
【図１２Ｂ】
0005875596.tif 000029
【図１３】
0005875596.tif 000030
【図１４Ａ】
0005875596.tif 000031
【図１４Ｂ】
0005875596.tif 000032
【図１４Ｃ】
0005875596.tif 000033