(57)【要約】  本開示は、多孔質セラミック組成物、並びにハニカム構造体および多孔質セラミックフィルタなどの多孔質セラミック物品に関する。様々な実施の形態において、微粒子フィルタがここに開示されており、これらの実施の形態の内のいくつかにおいて、その微粒子フィルタは、ガソリン微粒子フィルタ（ＧＰＦ）であり、ガソリンエンジンおよびその排ガスの処理に使用するのに適しており、その実施の形態の内のいくつかにおいて、微粒子フィルタはディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）であり、ディーゼルエンジンおよびその排ガスの処理に使用するのに適している。
2019505365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの多孔質セラミック壁を備えた微粒子フィルタにおいて、該壁が、
水銀ポロシメトリーにより測定して５５％超の平均バルク気孔率、
１６μｍ超のｄ５０、
３７μｍ未満のｄ９０、および
前記壁の中点での前記バルク気孔率の１０％以内にある、Ｘ線トポグラフィーにより測定した表面気孔率、
を有する微細構造を有する、微粒子フィルタ。
【請求項２】
水銀ポロシメトリーにより測定した前記平均バルク気孔率が６０％と７０％（含む）の間にある、請求項１記載のフィルタ。
【請求項３】
ｄ５０が１７〜２０μｍ（含む）である、請求項１記載のフィルタ。
【請求項４】
ｄ９０が２５〜３７μｍ（含む）である、請求項１記載のフィルタ。
【請求項５】
Ｘ線トポグラフィーにより測定した前記表面気孔率が、前記壁の中点での前記バルク気孔率の５％以内にある、請求項１記載のフィルタ。
【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、ここに全て引用される、２０１５年１２月９日に出願された米国仮特許出願第６２／２６５２１９号の優先権の恩恵を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、概して、多孔質セラミック材料、並びに施栓されたハニカム構造体から作られた多孔質セラミックフィルタなどのハニカム構造を備えた本体を含む、多孔質セラミック物品に関する。
【背景技術】
【０００３】
燃料効率がより高いガソリン車両を目指して、マルチポート噴射エンジンと比べて増加した出力およびより低い燃費のために、希薄燃焼直噴ガソリン（ＧＤＩ）技術が広まってきた。しかしながら、ＧＤＩエンジンは、作動中に非常に微細な煤を生じ得る。路上走行条件は様々であり、これにより、粒子数（ＰＮ）を減少させるためにいっそう多くの難題が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、エンジン排気からのこれらの微粒子を捕捉し除去する手段を含む、ＧＤＩエンジン車両などの車両の汚染対策の必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、多孔質セラミック組成物、並びにハニカム構造体および多孔質セラミックフィルタなどの多孔質セラミック物品に関する。様々な実施の形態において、微粒子フィルタがここに開示されており、これらの実施の形態の内のいくつかにおいて、その微粒子フィルタは、ガソリン微粒子フィルタ（ＧＰＦ）として適しており、ガソリンエンジンおよびその排ガスの処理に使用するのに適しており、その実施の形態の内のいくつかにおいて、微粒子フィルタはディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）であり、ディーゼルエンジンおよびその排ガスの処理に使用するのに適している。
【０００６】
いくつかの実施の形態において、ここに開示されたＧＰＦは、気孔率、細孔径、および表面気孔率を有し、これらの実施の形態の内のいくつかにおいて、他の性質および／または特徴がガソリン排気微粒子の除去に使用するのに適している。例えば、ここに開示されたいくつかの実施の形態は低い圧力降下を示し、これは、既存の高気孔率組成物を上回る増加した燃料経済性につながり、ここで、より低い圧力降下は、以下の内の１つ以上により与えられるであろう：例えば、被覆状態の圧力降下を改善できる、高いｄ１０を有する細孔径分布による、より少ない微細孔；壁の透過率および被覆性を増加させ得る、表面近くの高い気孔率；濾過効率を改善し得る、低いｄ５０および／または低いｄ９０；裸状態から被覆状態への圧力降下の増加を最小にし得る狭い細孔径分布、それゆえ、そのフィルタは、より大きいウォッシュコート容量を与えるであろう；キャニング(canning)に十分に高いアイソスタティック強度。
【０００７】
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、一部には、その説明から当業者に容易に明白となるか、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り認識されるであろう。
【０００８】
先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、様々な実施の形態を記載しており、請求項の主題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目的であるのが理解されよう。添付図面は、様々な実施の形態のさらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、ここに記載された様々な実施の形態を示しており、説明と共に、請求項の主題の原理および作動を説明する働きをする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】比較材料「Ｂ」の細孔径分布と一緒に、ここに開示された例示の多孔質セラミック材料「Ａ」の細孔径分布を示すグラフ
【図２ａ】図１の多孔質セラミック材料「Ａ」から作られた多孔質セラミック物品のＳＥＭ画像
【図２ｂ】図１の比較の多孔質セラミック材料「Ｂ」から作られた多孔質セラミック物品のＳＥＭ画像
【図３ａ】８０ｇ／ｌのＴＷＣウォッシュコートを有する、多孔質セラミック材料「Ａ」のＳＥＭ画像
【図３ｂ】８０ｇ／ｌのＴＷＣウォッシュコートを有する、比較「Ｂ」のＳＥＭ画像
【図４】両方とも、裸状態と被覆状態の、ここに開示された材料「Ａ」から作られた微粒子フィルタと、比較材料「Ｂ」から作られた微粒子フィルタとの間の濾過効率の差を示すグラフ
【図５】材料「Ａ」から作られた微粒子フィルタの壁の一端から壁の他端までの気孔率を示すＸ線トモグラフィー画像トレース
【図６】比較材料「Ｂ」から作られた微粒子フィルタの壁の一端から壁の他端までの気孔率を示すＸ線トモグラフィー画像トレース
【図７】各フィルタが約８０ｇ／ｌの内部コーティングで被覆された、材料「Ｂ」から作られた比較の３００／８フィルタと比較した材料「Ａ」から作られた３００／８フィルタの測定した被覆圧力降下を示すグラフ
【図８】裸状態と１ｇ／ｌの煤が付着した、材料「Ａ」のフィルタと材料「Ｂ」の比較フィルタの測定した裸状態と被覆状態の圧力降下を示すグラフ
【図９】３００／８のセル構造における、両方ともここに開示されたような、それぞれ、組成物１および組成物８から作られた微粒子フィルタの測定したアイソスタティック強度を示すグラフ
【図１０】ここに開示された実施の形態によるフィルタ（１００）の形態にあるセラミック体の等角図
【図１１】図１０のフィルタの切断図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ここで、その実施の形態が添付図面に示されている、多孔質セラミック組成物、並びにハニカム構造体および多孔質セラミックフィルタなどの多孔質セラミック物品の実施の形態を詳しく参照する。できるときはいつでも、同じまたは同様の部品を指すために、図面に亘り同じ参照番号が使用される。
【００１１】
ここに用いたように、セラミックバッチ混合物中の無機成分の「質量％」、「質量パーセント」、または「質量のパーセント」は、特に明記のない限り、その成分が含まれる全無機物の総質量に基づく。有機成分は、使用される無機成分の１００％に基づく上乗せ添加としてここに指定される。
【００１２】
例えば、ここに開示されたいくつかの実施の形態において、ここに開示されたような気孔率が６０％超のコージエライト組成物からなる３００ｃｐｓｉ（平方インチ当たりのセル数）（約４６．５ｃｐｓｃ（平方センチメートル当たりのセル数））の８ミル（約２０３マイクロメートル）の壁厚のフィルタは、キャニングにとって十分なアイソスタティック強度を有する。ここでの破壊係数（ＭＯＲ）、または曲げ強度の値は、ハニカム物品の軸方向に対して平行な試料のセル状棒材（１インチ×１／２インチ×５インチ長（約２．５４ｃｍ×１．２７ｃｍ×１２．７ｃｍ長））に対する４点法によって室温で測定した。弾性率値は、ＡＳＴＭ  Ｃ１１９８−０１にしたがって、またはその開示がここに引用される、「Methods and Apparatus For Measuring Elastic Modulus Of Non-Solid Ceramic Materials By Resonance」と題する、２００６年６月２７日に出願された一部係属出願である米国特許出願第１１／８２３１３８号に記載されているように、軸方向に対して平行なセル状棒材（１インチ×１／２インチ×５インチ長（約２．５４ｃｍ×１．２７ｃｍ×１２．７ｃｍ長））に対して、音響共振技術を使用して、室温で測定した。
【００１３】
様々な実施の形態において、細孔径分布が狭く、表面近くの気孔率が比較的高い、高気孔率を有するコージエライト組成物がここに開示されている。例えば、壁のマトリクスからなるハニカム構造体などのフィルタ体において実施した場合、低い圧力降下および高い濾過効率を与えられる実施の形態が開示されており、前記組成物は、被覆状態の圧力降下を改善するのに役立つ微細な端での狭さおよび濾過効率を増加させるのに役立つ粗い端での狭さを有する、狭い細孔径分布を有し得る；その上、これらの実施の形態が、多孔質セラミック材料を通る流れおよび被覆性を改善するのに役立つ表面下の気孔率と同様の表面近くの気孔率を有することが好ましい。
【００１４】
様々な実施の形態において、細孔径分布が狭く、表面近くの気孔率が比較的高い、高気孔率を有する多孔質セラミック材料からなる壁を備えた多孔質セラミック壁流フィルタがここに開示されている。低い圧力降下および高い濾過効率を与え、被覆状態の圧力降下を改善するのに役立つ微細な端での狭さおよび濾過効率を増加させるのに役立つ粗い端での狭さを有する、狭い細孔径分布を有する実施の形態が開示されており、その上、これらの実施の形態が、壁の多孔質セラミック材料を通る流れおよび被覆性（触媒ウォッシュコートによる被覆などの）を改善するのに役立ち得る壁の中央の表面気孔率と同様の表面近くの気孔率を有することが好ましい。様々な実施の形態において、フィルタ体の壁の表面での、またはその近くでのより高い表面近くの気孔率は、低い中央細孔径および緻密な細孔分布でさえも、濾過効率をまだ与えつつ、壁流フィルタ体の背圧を最小にする、または低下させる、または減少させる。
【００１５】
ここに開示された実施の形態の１つの例示の組において、微粒子フィルタは、６３〜６７％の全気孔率、１６から１９μｍ（含む）の中央細孔直径ｄ５０、ｄｆ＜０．４、および壁の中央３０％の気孔率の５％以内（５％以下しか大きくなく、５％以下しか小さくない）の表面近くの気孔率を有する多孔質セラミック壁を備え；これらの実施の形態の内のいくつかにおいて、そのフィルタは、８ミル（約２０３マイクロメートル）の壁厚で３００ｃｐｓｉ（約４６．５ｃｐｓｃ）のセル構造を有する。
【００１６】
ここに開示された実施の形態の別の例示の組において、多孔質セラミックフィルタは、主にコージエライトからなる施栓された壁流ハニカムフィルタ体であって、そのフィルタ体の前方入口端から出口端まで延在する複数のセル通路を画成する複数の縦壁を有するフィルタ体を含み、そのセル通路の少なくともいくらかが、入口端で、または出口端で、入口端と出口端との間で、もしくはその組合せなどで施栓されており、その壁が、（ａ）高いｄ１０（ウォッシュコートを有する状態で低い背圧を提供できる）、例えば、ｄ１０＞９μｍ、好ましくは＞１０μｍ、より好ましくは＞１１μｍ、またさらにより好ましくは＞１２μｍ、（ｂ）ｄ５０＞１５μｍかつ＜２０μｍ、いくつかの実施の形態において、＞１６μｍかつ＜１９μｍ、および他の実施の形態において、＞１６．５μｍかつ１８．５＜μｍ、（ｃ）向上した濾過効率を提供できる低いｄ９０、ここで、ｄ９０＜３８μｍ、好ましくは＜３５μｍ、より好ましくは＜３２μｍ、さらにより好ましくは＜２９μｍ、および（ｄ）例えば、＞５５％、いくつかの実施の形態において、６０％と７０％の間、いくつかの実施の形態において、６２％と６８％の間、いくつかの実施の形態において、６３％と６７％の間、他の実施の形態において、６７から７５％の高い気孔率；により記載される細孔径分布などの狭い細孔径分布を有する。これらの実施の形態の内のいくつかにおいて、その壁のｄ９０は、２５から３８μｍ（含む）、これらの実施の形態の内のいくつかにおいて、２５から３５μｍ（含む）、他の実施の形態において、３０から３３μｍ（含む）である。
【００１７】
ここに開示された実施の形態において、前記セラミック材料の細孔径分布は、ｄ因子のｄｆ＝（ｄ５０−ｄ１０）／ｄ５０により特徴付けられる、または測定される、分布の下端を有し、ここで、好ましくはｄｆ＜０．５０、より好ましくは＜０．４５、さらにより好ましくは＜０．４０、いくつかの実施の形態において、＜０．３５、低いｄ因子では、そのような狭い分布は、触媒で被覆されたときに改善された圧力降下を提供するのに役立ち得る。さらに、ここに開示された実施の形態において、分布の幅であるｄｂ＝（ｄ９０−ｄ１０）／ｄ５０により特徴付けられる、または測定される、細孔径分布の粗い端、ここで、ｄｂは、好ましくは約１．１５未満、より好ましくは＜１．０、いくつかの実施の形態において、＜０．９、またはいくつかの実施の形態において、＜０．８であり；そのような粗い端は、濾過効率に影響を与えるのに役立ち得、いくつかの実施の形態において、狭い全体の細孔径分布を提供することが都合よい。
【００１８】
様々な組の実施の形態において、微粒子フィルタがここに開示される；これらの実施の形態の内のいくつかにおいて、その微粒子フィルタは、ガソリン微粒子フィルタであり、それらの実施の形態の内のいくつかにおいて、微粒子フィルタはディーゼル微粒子フィルタである。これらの実施の形態の内のいくつかにおいて、微粒子フィルタは、（ａ）平方インチ当たり１９０から３２０（含む）のセル（ｃｐｓｉ）（約２９から５０ｃｐｓｃ）および６から１２ミル（約１５２から３０５マイクロメートル）（含む）のセル壁厚のセル構造；（ｂ）＞６２％またはいくつかの実施の形態において＞６３％の壁気孔率；（ｃ）ＭＯＲ＞１５０ｐｓｉ（約１．０３ＭＰａ）、好ましくは＞１６５ｐｓｉ（約１．１４ＭＰａ）、より好ましくは＞１８０ｐｓｉ（約１．２４ＭＰａ）、さらにより好ましくは＞１９５ｐｓｉ（約１．３５ＭＰａ）、様々な実施の形態において、ＭＯＲは、焼成部品の取扱いまたはキャニングを可能にするのに十分に大きい；（ｄ）アイソスタティック圧縮強度（ＩＳＯ）＞１０バール（１ＭＰａ）、または＞１０．５バール（１．０５ＭＰａ）、または好ましくは＞１２バール（１．２ＭＰａ）、またはさらに好ましくは＞１５バール（１．５ＭＰａ）であるようなフィルタ体のＩＳＯ、いくつかの実施の形態において、ＩＳＯは、向上したキャニング生存性を提供するために、押し出されたままの外皮を有する物体にとって十分に高い；および（ｅ）壁（またはウェブ）の中点でのバルク気孔率と同様の表面近くの気孔率、ここで、壁の表面から任意の点で、ウェブ中に垂直にウェブ表面の１５μｍ以内まで測定した最小気孔率が、Ｘ線トモグラフィーで測定して、好ましくは、壁またはウェブの中央３０％の平均気孔率（「平均中央ウェブ気孔率」）の少なくとも９０％（または１０％以下小さい）、より好ましくは、平均中央ウェブ気孔率の少なくとも９５％（または５％以下小さい）：を有するＧＰＦである。いくつかの実施の形態において、その最小の表面近くの気孔率は、効率的な触媒被覆、または低い圧力降下、もしくはその両方を可能にするなどのために、＞６０％、これらの実施の形態の内のいくつかにおいて、＞６２％である。いくつかの実施の形態において、高い表面近くの気孔率は、低下した被覆背圧を与えるのに役立ち得る。
【００１９】
表面または表面近くの気孔率は、ここに使用した技術であるＸ線トモグラフィーによって測定できる。Ｘ線トモグラフィーにより、壁の幅に亘る、さらには壁の全幅に亘る真の三次元画像が作成されることが分かった。Ｘ線トモグラフィーの使用により、高い表面近くの気孔率を生じ、また同時に、高いアイソスタティック強度、低い背圧、並びにここに記載された他の属性を生じる組成物が発見し易くなった。
【００２０】
ここに記載された、セラミックハニカムまたはセラミックハニカム体などのセラミック体が、主にコージエライト相であることが好ましい。そのコージエライト相は、反応焼結などの、前駆体の反応により生成されることが好ましい。
【００２１】
バッチ成分としての、粗いタルクおよびシリカなどの粗い前駆体材料が良好な強度を生じるであろうが、例えば、細孔径分布ｄ９０により特徴付けられるような、生じ得る大きい細孔は、一般に、細孔径分布を粗い端で、ガソリン微粒子フィルタのような微粒子フィルタにとって有用な範囲から外れさせることが分かった。微細なシリカは、ＧＰＦのような微粒子フィルタにとって有用な範囲を外れるｄ１０および／またはｄ５０の値を有する細孔径分布を生じるかもしれず、これは、焼成スケジュールの変更により補えるであろことも分かった。高度に架橋したデンプン、および特に狭い粒径の高度に架橋したエンドウ豆およびジャガイモデンプンが、最も狭い分布および良好な加工性のいくつかを提供できることも分かった。一般に、狭い粒径の前駆体が使用されるが、さらにより好ましくは、前駆体の特定の組合せを使用して、狭い細孔径、十分なアイソスタティック強度、および今まで知られていなかった有用な範囲の表面気孔率を生じる。ここに開示された様々な実施の形態において、セラミック前駆体材料成分は、約３０μｍ未満、好ましくは１５μｍと３０μｍの間（含む）、より好ましくは１５μｍと２５μｍの間（含む）、さらに好ましくは１７μｍと２３μｍの間（含む）の粒子ｄｐｓ５０を有し、約６０μｍ未満、より好ましくは５０μｍ未満、より好ましくは４５μｍ未満の粒子ｄｐｓ９０を有するタルクまたはタルクのブレンドを含むことができる；これらの実施の形態の内のいくつかにおいて、タルクは、２５μｍと６０μｍの間（含む）の粒子ｄｐｓ９０、他の実施の形態において、３５μｍと４５μｍの間（含む）の粒子ｄｐｓ９０を有する；いくつかの実施の形態において、２０μｍと３０μｍの間（含む）、より好ましくは２５μｍと３０μｍの間（含む）の粒子ｄｐｓ５０、約６０μｍ未満のｄｐｓ９０、および約２μｍ未満、より好ましくは１．６μｍ未満、さらにより好ましくは１．０μｍと１．６μｍの間（含む）の粒径分布の幅のｄｐｓｂ＝（ｄｐｓ９０−ｄｐｓ１０）／ｄｐｓ５０を有する結晶シリカが使用される。一組の実施の形態において、ＧＰＦなどの微粒子フィルタに適した細孔径分布および強度を有する物品を製造するために、約２２μｍのｄｐｓ５０および約４３μｍのｄｐｓ９０を有するタルクブレンドが、約２８μｍのｄｐｓ５０および約１．５１のｄｐｓｂを有するシリカと組み合わされる。
【００２２】
バッチ中のより小さいｄｐｓ５０を有するシリカ粒子は、最終焼成物品において望ましい範囲内の細孔径を与えるであろうが、十分な強度を与えないかもしれず、それでも、焼成スケジュールに変更を行うことができる一方で、より粗い分布のシリカ粒子は、十分な強度を与えるが、所望よりも大きいであろう細孔ｄ９０を生じることも分かった。いくつかの実施の形態において、好ましくは、バッチにおける、架橋したエンドウ豆デンプンと、狭い分布を有するシリカとの組合せが、焼成物品において、十分な強度、表面気孔率、および適切な細孔径分布を与えられることが分かった。他の実施の形態において、高度に架橋したエンドウ豆デンプンの、微細シリカとの組合せ、または未洗浄の高度に架橋したジャガイモデンプンの、微細なシリカとの組合せもバッチに使用してもよい。いくつかの実施の形態において、１部の微細なシリカ対９部の粗いシリカの比率での、約５．３μｍのｄｐｓ５０を有する微細なシリカの、２７．４μｍのｄｓｐ５０を有する粗いシリカとの組合せなどの、少量の微細なシリカの、粗いシリカとの狭い粒径分布の組合せをバッチに使用して、微細なシリカ粒子と粗いシリカ粒子の二峰性混合物を生成した。理論により束縛することを求めるものでも必要とするものでもないが、この混合物は、約１４００℃を超える温度に焼成された場合に細孔微細構造を向上させる粗いシリカを提供しつつ、微細なシリカに関する低温反応性を特に都合よく提供するであろうと考えられる。様々な実施の形態において、微細なシリカの含有量が０から５０質量％、好ましくは０から３０質量％、より好ましくは５から３０質量％、さらにより好ましくは５から２０質量％である微細なシリカと粗いシリカのブレンドが、バッチに使用されることがある。
【００２３】
ここに開示された様々な実施の形態は、高い強度および低い熱膨張係数（ＣＴＥ）を提供でき、バッチ原材料成分を列挙する表１においてアルミナＡおよびアルミナＢなどの微細なアルミナと粗いアルミナのブレンドにより、最も容易に達成されるであろうし、微細なアルミナのｄｓｐ５０が１μｍ未満であることが好ましいことも分かった。
【００２４】
【表１】
2019505365.tif 000003
【００２５】
微細なアルミナの存在は、質量で１：１０より大きく、微細なアルミナが粗いアルミナより少ない約１：１未満の微細対粗い比率で、好ましくは１：７と１：２（含む）の間の微細対粗い比率で、特に都合よいことが分かった。より高いおよびより低いレベルの微細アルミナが、有用であるとここに考えられるが、約１：１を超える非常な高レベルの微細アルミナでは、焼成物品にとって望ましい範囲内の、ｄ１０により測定される、微細な端および中央細孔直径ｄ５０を達成または維持することがより難しい。表３に、ここに開示された例示の実施の形態の物理的性質が列挙されている。
【００２６】
【表２】
2019505365.tif 000004
【００２７】
表４には、比較例のバッチ原材料成分が列挙されており、表５には、比較例の対応する物理的性質が列挙されている。
【００２８】
【表３】
2019505365.tif 000005
【００２９】
【表４】
2019505365.tif 000006
【００３０】
ここに開示された様々な実施の形態において、好ましくは１８０ｃｐｓｉ（約２７．９ｃｐｓｃ）と３２０ｃｐｓｉ（約５０ｃｐｓｃ）の間のセル密度を有するセル状セラミック体により、アイソスタティック強度とフィルタの背圧との間の釣り合いが達成されるであろうが、１００ｃｐｓｉ（約１５．５ｃｐｓｃ）ほど低いセル密度、および４００またさらには５００ｃｐｓｉ（約６２またさらには７７．５ｃｐｓｃ）ほど高いセル密度がここでは考えられることが分かった。これらのセル密度に関して、壁厚は、好ましくは５から２０ミル（約１２７から５０８マイクロメートル）（含む）、より好ましくは６と１６ミル（約１５２と４０６マイクロメートル）の間、いくつかの実施の形態において、６と１２ミル（約１５２と３０５マイクロメートル）の間（含む）、他の実施の形態において、７と１０ミル（約１７８と２５４マイクロメートル）の間（含む）、これらの実施の形態の内の下位群において、７と９ミル（約１７８と２２９マイクロメートル）の間（含む）である。一組の実施の形態において、多孔質セラミックハニカム物品は、６３から６７％のバルク壁気孔率および１６から１９マイクロメートル（含む）の細孔ｄ５０を有する細孔径分布と組み合わされた、約７と９マイクロメートル（含む）の間の壁厚を有し、これにより、ここに開示された前駆体原材料および焼成を使用して形成された場合など、ＧＰＦ用途にとって良好な被覆時濾過効率および十分な強度と共に、低い背圧を提供できる。
【００３１】
ここに開示されたいくつかの実施の形態において、その多孔質セラミックセル状体に、そのセラミック物品のアイソスタティック強度を改善するのに役立てる、選択的に肥厚された外周セル壁が与えられる。
【００３２】
ここに開示されたいくつかの実施の形態において、その多孔質セラミックセル状体に、押し出されたままの外皮が与えられる、すなわち、多孔質セラミック物品に焼成される未焼成体を形成する場合、交差する壁のマトリクスを取り囲む外周壁が、壁の押出しと同時に押し出された。
【００３３】
ここに開示されたいくつかの実施の形態において、前記多孔質セラミックセル状体は、押し出されたままの外皮および選択的に肥厚された外周セル壁の両方を有する；これらの実施の形態の内のいくつかにおいて、アイソスタティック強度は１０バール（１ＭＰａ）超、いくつかの実施の形態において＞１０．５バール（１．０５ＭＰａ）、いくつかの実施の形態において、＞１２バール（１．２ＭＰａ）、他の実施の形態において、＞１５バール（１．５ＭＰａ）である。ここに開示された微細構造と共に高いアイソスタティック強度を有する多孔質ハニカムセラミック物品の実施の形態は、例えば、触媒ウォッシュコート過程中に耐久性であり、それでも、有利な量のウォッシュコート材料を維持できるので、都合よいであろう。
【００３４】
ここに開示されたいくつかの実施の形態において、微粒子フィルタは、フィルタ体であって、フィルタ体の外周に向かって増加する壁厚を有する複数の壁を含むフィルタ体を備える；これらの実施の形態の内のいくつかにおいて、壁厚は、外皮から約５つのセルで増加し始め、その外皮で最大壁厚に到達する。外周での壁の肥厚は、フィルタのアイソスタティック強度を増加させるのに役立ち得、いくつかの実施の形態において、１０バール（１ＭＰａ）を超えるアイソスタティック強度を示す。例示の実施の形態において、その微粒子フィルタは、フィルタ体の大半の壁について８ミル（約２０３マイクロメートル）のウェブ厚を有し、外周から５セルの位置で８．５ミル（約２１６マイクロメートル）に、外周から４セルの位置で９ミル（約２２９マイクロメートル）に、外周から３セルの位置で９．５ミル（約２４１マイクロメートル）に、外周から２セルの位置で１０ミル（約２５４マイクロメートル）に、外皮に直接隣接した最も外側のセルで１０．５ミル（約２５３マイクロメートル）に厚さが増加する壁を有する。ここでは様々な構造が考えられ、この例は、内部より厚い壁を有する外周からのセルの数の制限を意図するものではない。一組の実施の形態において、微粒子フィルタの壁の大半より大きい厚さを有する壁は、外皮の１０セルと２セル（含む）の間の位置に配置されている。いくつかの実施の形態において、第２のセルの壁は、約０．２ミルと３ミル（約５．１マイクロメートルと７６マイクロメートル）（含む）の間、いくつかの実施の形態において、０．３ミルと１．０ミル（約７．６マイクロメートルと２５．４マイクロメートル）（含む）の間の範囲に及ぶ増分で厚さが増加する。同様に、最初の肥厚壁から外皮までの壁厚の増分は、０ミルから６ミル（０マイクロメートルから約１５２マイクロメートル）の範囲、他の実施の形態において、１．５から５ミル（約３８から１２７マイクロメートル）の範囲にあり得る。
【００３５】
使用に際して、微粒子フィルタは、頻繁で急激な加熱と冷却のサイクルに曝され、熱衝撃に耐えなければならない。多孔質コージエライト体について、約１５×１０−７／℃未満のＣＴＥの値は、粒子配向、気孔率および微小亀裂を含む許容される微細構造に関連付けられるという点で、ＣＴＥおよびＭＯＲはしばしば関連する。ハニカム構造に向上した耐熱衝撃性を与えるために、より低いＣＴＥの値が好ましい。その多孔質セラミック物品のＣＴＥは、未被覆のセラミック物品について、好ましくは１２×１０−７／℃未満であり、より好ましくはＣＴＥ＜１０×１０−７／℃、さらにより好ましくはＣＴＥ＜９×１０−７／℃である。触媒ウォッシュコートを塗布した際に、ＣＴＥは、２×１０−７／℃、または３×１０−７／℃、または５×１０−７／℃だけ上昇することがあり、これにより、被覆されたフィルタがそれほど耐熱衝撃性ではなくなり得る。記載されたような性質を有する、ここに開示されたフィルタは、裸の未被覆のフィルタ材料／体と比べて、被覆された場合、ＣＴＥの変化が最小であることが分かった。それゆえ、ここに開示された被覆フィルタは、裸の未被覆フィルタよりも５×１０−７／℃から１２×１０−７／℃未満大きい、好ましくは裸の未被覆フィルタよりも４×１０−７／℃から１２×１０−７／℃未満大きい、より好ましくは裸の未被覆フィルタよりも２×１０−７／℃から１２×１０−７／℃未満大きい、最も好ましくは裸の未被覆フィルタよりも１×１０−７／℃から１２×１０−７／℃未満大きいＣＴＥを示すことがある。理論により束縛することを求めるものでも必要とするものでもないが、これは、少なくとも一部には、ウェブに亘り均一な細孔微細構造およびここに開示されたフィルタ体に観察される微小亀裂の比較的低い程度のためであると考えられる。
【００３６】
様々な実施の形態におけるここに開示されたセラミック物品は、２４ｇ／リットル超、またはいくつかの実施の形態において、３０ｇ／リットル超、またはいくつかの実施の形態において、５０ｇ／リットル超、またさらには７５ｇ／リットル超の触媒ウォッシュコート添加量に適切な、表面と表面近くの気孔率およびバルク微細構造を有するガソリン微粒子フィルタを含む。ここに記載された微細構造は、約２４から１２０ｇ／リットルのウォッシュコート添加量範囲と組み合わされたときに、十分に低い背圧と十分に高い濾過効率を提供することができ、いくつかの実施の形態において、３０〜１００ｇ／リットルの、または他の実施の形態において、３０〜８０ｇ／リットルの、または他の実施の形態において、８０〜１２０ｇ／リットルのウォッシュコート添加レベルと組み合わされたときに、さらにより有益なことがある。
【００３７】
様々な実施の形態において、ここに開示されたガソリン微粒子フィルタは、適切に低い圧力降下性能、およびいくつかの実施の形態において、三元触媒基体を置き換えるほど十分に低い圧力降下性能を示す、または三元触媒基体を使用せずに、ガソリン排ガス後処理システムの一部である。ＧＰＦは、いくつかの実施の形態において、２４ｇ／リットル超の、いくつかの実施の形態において、３０ｇ／リットル超の、いくつかの実施の形態において、５０ｇ／リットル超の、またさらには７５ｇ／リットル超のウォッシュコート添加量で、０．３から１．０ｇ／リットルの煤による低い煤付着時圧力降下を提供するのに役立つ、ここに記載された微細構造を有する多孔質セラミック壁を備える；この範囲の煤付着は、頻繁に煤を除去する燃料カット事象および高い排気温度を前提として、ガソリン用途に特に関連している。例えば、低い煤付着時圧力降下は、同じ背圧でより高いウォッシュコート添加量を可能にできる。ＧＰＦは、ここに開示された狭い細孔径分布を有する多孔質セラミックから作られるので、圧力降下は、この方式でのウォッシュコート添加に対してかなり鈍感である。
【００３８】
ここに開示された微粒子フィルタは、煤粒子を効果的に捕捉できる。最新のウォッシュコート添加量範囲において、微細構造は、ウォッシュコートよりはむしろ、濾過性能を決定づけ得る。いくつかの実施の形態において、ここに開示された物品は、０．０２５ｇ／リットルの煤で８０％超の濾過効率および０．０５５ｇ／リットルの煤添加量について９５％超のＦＥを与える微細構造を備える。それゆえ、フィルタ中に付着した非常に少量の煤についてさえ、高い捕捉効率を達成できる。いくつかの実施の形態において、約２４ｇ／リットルと１２０ｇ／リットルの間のウォッシュコート添加量、全体の（ウォッシュコートされた状態の）ＣＴＥ＜１２×１０−７／℃、および０．０２５ｇ／リットルの煤の付着量で８０％超の濾過効率（ＦＥ）を有する被覆された微粒子フィルタが、ここに開示されている。
【００３９】
別の態様において、ガソリン排気用途のための低い圧力降下および高い濾過効率を与えられる、高気孔率のコージエライト材料が、ここに開示されている。いくつかの実施の形態において、コージエライト形成バッチ混合物が押出ダイに通して押し出されて、ハニカム構造などの交差壁のマトリクスからなる未焼成体を形成し、その未焼成体が焼成されて、主にコージエライトからなるセラミック構造を形成する；いくつかの実施の形態において、一端で通路の少なくともいくつかに、または反対端で通路の少なくともいくつかに、または各端面で交互の通路が施栓されるなど両方に栓が配置された、セラミック壁流ハニカムフィルタが形成される。そのフィルタは、ウォッシュコートなどにより被覆されるように設計することができるが、あるいは、裸（未被覆）のフィルタとして利用しても差し支えない。そのセラミック構造が多孔質セラミック材料からなることが好ましく、その壁は、壁を通るガス流を可能にし、壁内のウォッシュコート容量を与えるために多孔質である。気孔率が６０％超であり、中央細孔直径が約１６μｍと２０μｍの間であることが好ましい。１つの例示のフィルタにおいて、壁またはセル構造は、触媒の速いライトオフおよび低い圧力降下を与えるために、３００ｃｐｓｉ（約４６．５ｃｐｓｃ）および８ミル（約２０３マイクロメートル）の壁厚である；壁は高い気孔率および薄いウェブ厚を有するが、全体のフィルタ体は、フィルタ体のキャニング中に印加される力に耐えるのに十分な機械的強度を有する。いくつかの実施の形態において、そのようなフィルタ体の破壊係数は１８０ｐｓｉ（約１．２４ＭＰａ）超である。さらに、その多孔質コージエライト材料は、１０×１０−７／℃以下のＣＴＥ（２５〜８００℃）と共に良好な耐熱衝撃性を有する。他の実施の形態において、例えば、８から１２ミル（約２０３から３０５マイクロメートル）のより厚い壁は、極めて多い粒子数（ＰＮ）の排気を有するＧＤＩエンジンなどの非常の高い濾過効率の用途に使用することができる。
【００４０】
様々な実施の形態において、ここに開示されたコージエライト形成バッチ混合物は、１種類以上の細孔形成成分および有機成分と混合された、アルミナ、タルクおよび粘土（無機コージエライト形成成分として）を組み合わせることにより調製される。様々な例示の非限定的なコージエライト形成バッチ混合物が、表１〜３に列挙されている。
【００４１】
無機成分および細孔形成剤を２から６％のメチルセルロース結合剤および０．５から１．０％のステアリン酸ナトリウムと混合した。押出可能なバッチ（可塑化バッチと称されることがある）は、この混合物に溶媒、ここでは水を加え、次いで、ミューラー内で混合し、次いでラム押出しを行うことにより、またはプラウミキサ内でブレンドし、続いて、二軸スクリュー押出機により押出しを行うことにより、生成した。この混合物を、平方インチ当たり３００セル（約４６．５ｃｐｓｃ）の密度、８ミル（約２０３マイクロメートル）の壁厚のスロットダイなどの押出ダイに通して押し出して、直径２インチ（約５．０８ｃｍ）または４．６６インチ（約１１．８ｃｍ）のハニカムを形成し、これを乾燥させ、いくつかの実施の形態において、１４１５℃から１４３５℃に焼成し、その温度で８から１５時間保持し、次いで、室温に冷却した。Ｘ線回折で測定して、主結晶成分は８５％超がコージエライトであり、１５％未満が、スピネル、サファーリン、およびムライトを含む全微量結晶相であった；ここに用いたように、コージエライト体、またはコージエライト物品などは、８５％超の結晶コージエライトを含むものである。
【００４２】
高い壁透過率を有する実施の形態が、０．４０未満のｄｆおよび粗い端での１．１５未満のｄｂを有する狭い細孔径分布を有することが好ましい。図１は、比較の高気孔率材料よりも低いｄ９０およびｄ５０を有し、濾過効率にとって有益である、ここに開示された材料に対する３００ｃｐｓｉ（約４６．５ｃｐｓｃ）、８ミル（約２０３マイクロメートル）の壁における比較材料の、水銀ポロシメトリーにより測定した、細孔径分布を示す。ここに開示された物品は、濾過の改善のために、比較の物品よりも、著しく急な分布およびより低いｄ５０を有する。その上、ここに開示された材料のｄ１０は、比較材料よりも大きく、これは、被覆されたフィルタの圧力降下を減少させるのに役立つ。
【００４３】
表２は、ここに開示された物品を製造できるバッチ混合物を列挙しており、一方で、表４は、比較の物品のバッチ混合物を列挙している。
【００４４】
【表５】
2019505365.tif 000007
【００４５】
両方とも３００ｃｐｓｉ（約４６．５ｃｐｓｃ）、８ミル（約２０３マイクロメートル）の壁の同じ断面構造を有する、ここに開示された物品および比較の物品のＳＥＭ画像が、図２ａおよび２ｂに示されている。ここに開示された物品は、うまく繋がって均一な微細構造を有し、これは、高い壁透過率および高い濾過効率をもたらす。比較試料は、数が多いより大きい細孔を示し、これは、より低い濾過効率をもたらす。ＨｇポロシメトリーおよびＳＥＭデータの両方が、ここに開示された物品についてより急な細孔径分布を示す；そのような微細構造は、中程度のウォッシュコート添加量（例えば、５０〜１００ｇ／ｌ）に適切である。図２ａおよび２ｂは、比較の物品よりも、ここに開示された物品のほうが、より均一であり、うまく繋がった微細構造も示している；また、ここに開示された物品において、粗い細孔がより少なく、これは、Ｈｇポロシメトリーからの結果と相関する。より微細な無機材料および細孔形成剤を使用して、狭い細孔径分布を達成した。より急な分布の同じ利点が、裸状態、並びに被覆後に存在することが観察された。図３は、両方とも８０ｇ／ｌまで三元触媒（ＴＷＣ）のウォッシュコートで被覆した後の、比較のフィルタおよびここに開示された代表的な例示のフィルタの断面ＳＥＭ顕微鏡写真を示している；ここに開示された物品は、ウォッシュコートが壁全体の細孔を満たす被覆後の、うまく繋がった微細構造を維持し、ウォッシュコートおよび触媒への排ガスの改善されたアクセスを与える；また、コーティングが壁に亘りより均一にここに開示された微細構造を満たすことが、図３から分かる。
【００４６】
ここに開示された材料、および／または物品、および／または方法の結果として得られた微細構造が、例えば、裸（未被覆）の材料または構造または本体と比べて、被覆されたハニカム構造または体に関するような、触媒ウォッシュコートによる、被覆後でさえも、より低い気孔率およびより小さいｄ５０を有することが好ましい。ここでの実施の形態に関して開示された比較的小さいｄ５０およびｄ９０は結果として、裸状態と被覆状態の両方において、比較の物品と比べて、より高い濾過効率になる。選択的に施栓されたセルが通路であり、４．６６インチ（約１１．８ｃｍ）の直径および通路に沿った６インチ（約１５．２ｃｍ）の軸長を有する、ハニカム構造を有する円柱体を備えた微粒子フィルタを、１００ｎｍの煤を生じる市販の煤発生装置を使用した実験室の濾過設備で試験し、インラインフィルタの上流と下流で粒子の質量と数を測定した。粒子の質量は、煙測定器およびマイクロスート・センサで測定し、粒子の数は、ＣＰＣおよびＥＥＰＳ装置で測定した。その試験は、３７４ｓｌｐｍ（標準状態でのリットル毎分）で、定常状態において室温で行った。図４は、比較の物品に対するここに開示された例示の物品に関する、裸状態と被覆状態の清浄な（例えば、煤が付着していない）濾過効率における約１３〜１６％の改善を示す。両方のフィルタは、ＴＷＣウォッシュコートで約８０ｇ／ｌまで被覆されていた。壁の表面または表面近くの細孔は、図４に示された本開示の実施の形態の場合のように、壁内にウォッシュコートを収容する、またさらには完全に収容するのに十分に大きいが、ガソリン粒状物質、すなわち、ここに開示されたＧＰＦについて、ＧＤＩエンジンなどのガソリンエンジンにより生じた粒状物質を捕捉するのに十分に小さい細孔を含むことが好ましい。
【００４７】
ここに開示された材料、および／または物品、および／または方法の結果として得られた微細構造が、被覆された場合の圧力降下を改善するためなどの非常に小さい微細ｄｆ、並びに例えば、壁の最も外側の１０〜２０μｍにおいて、壁の表面での高い気孔率を有することが好ましい。壁透過率は、気孔率が高くなるにつれて増加し、気孔率が内部と比べて表面で低い場合、圧力降下が高くなるであろう。ここに開示された例示の物品および比較の物品に関する壁の気孔率は、トモグラフィーを使用して測定した。図５は、内部と比べた表面の例示の物品に関する気孔率の減少（約４％）を示す；図５から分かるように、ここに開示された物品において、内部の気孔率値は、表面の気孔率値と同様である。４つの壁に亘り気孔率を測定した；測定した気孔率は、表６に示されるように、互いに約１から２％以内であった。
【００４８】
【表６】
2019505365.tif 000008
【００４９】
比較の物品に関する壁を通る測定した透過率が、図６に示されており、壁の表面での気孔率は、内部と比べて、約１１％だけ減少している。他方で、本開示の例示の物品は、公知のまたは比較の物品と比べて、より高い表面近くの気孔率を得るために、より微細な無機物およびより微細で狭い粒径の細孔形成剤の組合せを使用することによって製造できる。比較の物品が、内部よりも表面（例えば、壁の両端）で著しく低い気孔率を有することが、（図５と比較して）図６から分かる。
【００５０】
様々な実施の形態において、ここに開示された多孔質セラミック物品の形成に、１種類以上の細孔形成剤を使用してもよい。バッチ混合物は、４５μｍ未満の中央細孔径などを有する、高度に架橋したデンプン細孔形成剤を含むことがある。いくつかの実施の形態において、バッチ混合物は、エンドウ豆デンプンを含むことが好ましく、エンドウ豆デンプンの代わりにまたはそれに加え、高度に架橋したジャガイモデンプンを含んでもよい。そのデンプン細孔形成剤が狭い粒径分布を有することが好ましい；それゆえ、いずれかのデンプンの粒径分布を低下させるまたは狭くするために使用してよい、分類法を利用することによって、他のデンプンを使用してもよい。ここに全てが引用される、米国特許出願公開第２００７／０１１９１３５号明細書に見られるように、他の細孔形成剤を単独または組合せのいずれかで使用して、狭い細孔径分布を生じてもよい。
【００５１】
ここに開示された様々な実施の形態において、多孔質セラミック隔壁（ハニカム構造の壁の交差するマトリクスなどの）を備えた物品は、セルの隔壁の中心近くの領域における気孔率値よりも、１つ以上の壁の表面近くの領域において、≦５％低い（または５％以下低い）気孔率を有する。
【００５２】
ここに開示された様々な実施の形態において、前記材料または物品は、高い表面気孔率のコージエライトを含み、押し出され、乾燥させ、多孔質コージエライト材料または物品に焼成されるコージエライト形成バッチ材料において、高度に架橋したジャガイモなどの粗い細孔形成剤と共に、シリカおよびタルクなどの微細な無機物を使用して製造される。
【００５３】
ここに開示された様々な実施の形態において、前記微粒子フィルタは、高い濾過効率を与え、かつ圧力降下試験により示されるように、低い圧力降下を維持する。２１０ｓｃｆｍ（標準状態での立方フィート毎分）（約５９５０ｓｌｐｍ）および室温で実験室の設備において、圧力降下を測定した。人工煤のＰｒｉｎｔｅｘ−Ｕを２１０ｓｃｆｍ（約５９５０ｓｌｐｍ）までの一連の流量でフィルタに導入した。圧力降下の反応を比較するために、各々が３００ｃｐｓｉ（約４６．５ｃｐｓｃ）、８ミル（約２０３マイクロメートル）のセル構造を有する、ここに開示されたフィルタ並びに比較のフィルタの両方を、８０ｇ／ｌのウォッシュコートで被覆した。
【００５４】
図７は、２１０ｓｃｆｍ（約５９５０ｓｌｐｍ）での煤付着の関数としての背圧反応を示し、ここに開示されたフィルタは、裸状態と煤付着状態の両方で有利な被覆状態での圧力降下を与え；煤付着による圧力降下のより浅い増加が見られ、これは、狭い細孔径分布、特に、より高いｄ１０のためであると考えている。すなわち、ここに開示されたフィルタは、清浄な状態と煤付着状態での圧力降下が、比較のフィルタよりも低く、これは、より高いｄ１０とより小さい表面と内部の気孔率の差の組合せによるものと考えている。使用に際して、排気温度（例えば、ガソリンエンジンの排気温度）が煤を酸化させるのに十分に高くない場合がいくつかあるであろう；それゆえ、エンジン性能を維持するために、低い圧力降下が望ましい。
【００５５】
ここに開示された様々な実施の形態において、前記微粒子フィルタは、図８に示されるように、比較のフィルタよりも、触媒ウォッシュコートなどによる被覆に対してそれほど敏感ではない。このように、同様の、またさらには同じレベルの圧力降下を達成しつつ、ここに開示されたフィルタの多孔質セラミック壁の細孔中にさらにコーティングを収容することができ、これは、いくつかの実施の形態において、ここに開示された材料／物品の高い表面気孔率および狭い細孔径分布の組合せの結果であろう。
【００５６】
ここに開示された様々な実施の形態において、ガソリン排ガス用途のためなどの、低い圧力降下および高い濾過効率を与えるために、高気孔率のコージエライト材料が提供される。前記バッチ混合物材料を押し出し、次いで、焼成し、各端面で交互の通路を施栓するセラミック壁流ハニカムフィルタとして施栓することができる。そのセラミック材料は、被覆用途に使用できるが、その代わりに裸のフィルタとして使用しても差し支えない。そのハニカム構造の壁は、ガス流を壁に通過させ、いくつかの実施の形態において、壁内のウォッシュコート容量を与えるために多孔質である。バルク気孔率が６０％超であり、中央細孔直径が約１６μｍと２０μｍの間であることが好ましい。１つの例示のセル構造は、触媒の速いライトオフおよび低い圧力降下を与えるために、３００ｃｐｓｉ（約４６．５ｃｐｓｃ）および８ミル（約２０３マイクロメートル）の壁厚である。これらの実施の形態において、この材料は高い気孔率および薄いウェブ厚を有するが、キャニングに十分な機械的強度を有する。これらの実施の形態における破壊係数は１８０ｐｓｉ（約１．２４ＭＰａ）超である。その材料は、１０×１０−７／℃のＣＴＥ（２５〜８００℃）と共に良好な耐熱衝撃性も有する。いくつかの実施の形態において、１０、１１、１２ミル（約２５４、２７９、３０４マイクロメートル）以上の壁が、非常に高い濾過効率の用途などのために、与えられることがある。様々な実施の形態において、放出されるＰＮが極めて多いＧＤＩエンジンに使用するためのＧＰＦ用に、前記材料が提供される。
【００５７】
ここに開示された様々な実施の形態において、前記材料および／または物品は、細孔形成剤および有機成分と混合された、アルミナ、タルクおよび粘土（コージエライトを形成するための）を組み合わせることによって製造される。コージエライトを形成するためのいくつかのバッチ混合物が、例として示されているが、表１〜３に列挙されたものに限定されない。いくつかの実施の形態において、無機成分および細孔形成剤が、２から６％のメチルセルロース結合剤および０．５から１．０％のステアリン酸ナトリウムと混合される。可塑化バッチは、この混合物に水を加え、ミューラー内で混合し、次いでラム押出しを行うことにより、またはプラウミキサ内でブレンドし、続いて、二軸スクリュー押出機により押出しを行うことにより、生成される。そのような混合物は、例えば、平方インチ当たり３００セル（約４６．５ｃｐｓｃ）の密度で８ミル（約２０３マイクロメートル）の壁のスロットダイに通して押し出して、ある場合には、２インチ（約５．０８ｃｍ）または４．６６インチ（約１１．８ｃｍ）の直径のハニカムを形成し、これを乾燥させ、１４１５℃から１４３５℃で焼成し、その均熱温度で８から１５時間に亘り保持し、次いで、室温まで冷却する。Ｘ線回折で測定して、主結晶成分が８５％超のコージエライドであり、スピネル、サファーリンおよびムライトを含む全微量結晶相が１５％未満であることが好ましい。
【００５８】
様々な実施の形態において、細孔径分布は、高い壁透過率を達成するなどのために、ｄｆ＜０．４０および粗い端でｄｂ＜１．１５と狭い。図１は、３００ｃｐｓｉ（約４６．５ｃｐｓｃ）、８ミル（約２０３マイクロメートル）の壁における比較の高気孔率材料、並びに比較材料よりも低いｄ９０とｄ５０を有し、濾過効率に有益な、ここに開示された材料の、水銀ポロシメトリーにより測定した細孔径分布を示す。その上、ここに開示された材料のｄ１０は、比較材料よりも高く、これにより、被覆フィルタの圧力降下が改善される。
【００５９】
本開示の実施の形態は、ガソリン微粒子フィルタ、ディーゼル微粒子フィルタとして、および／または壁流フィルタまたは流通基体などの触媒材料の基体支持体として、使用できるコージエライトセラミック体を含む。
【００６０】
ここに示され、記載された１つ以上の実施の形態によるセラミック体（１００）が図１０に示されている。コージエライトセラミック体（１００）は、概して、入口端（１３０）と出口端（１３５）の間で軸方向に延在する平行な通路（１１０）を画成する複数の交差する通路壁（１１５）を備えたハニカム構造（１０５）を有することがある。
【００６１】
前記微粒子フィルタが、十分に高い濾過性能を与えることが好ましく、例えば、高出力性能を維持するために、圧力降下を著しく増加させないことが好ましい。ガス状放出物の減少に必要な触媒機能性のレベルに応じて、ガソリン微粒子フィルタ（ＧＰＦ）は、エンジン（ターボ付きなど）の近くに連結して、もしくは床または車両の下に配置されることがある。完全または部分三元触媒（ＴＷＣ）の機能性用途のために、高気孔率体が望ましい。裸または軽く被覆された用途のためには、より低い気孔率の材料で十分なこともある。
【００６２】
ここに開示されたＧＰＦなどのフィルタは、ハニカムにより担持された三元触媒、ＮＯｘ吸着システム、および仕上げ(polishing)触媒を含み得る多成分後処理システムにおける１つの成分を含み得る。いくつかの実施の形態において、そのシステムは、１つ以上の成分上に多機能性を組み合わせることにより、例えば、ハニカム１リットル当たり約１２０ｇに、２４から３０ｇ／リットルの貴金属含有アルミナまたはセリア・ジルコニアウォッシュコートの塗布による、ＧＰＦ上の三元触媒の配置により、単純にすることができる。いくつかの実施の形態において、ここに開示されたＧＰＦは、約３０から８０ｇ／リットル、またさらには３０から１００ｇ／リットルの範囲に適することができ、これは、低い背圧で十分な濾過効率を与えるのに役立つことができ、チッピングまたは構造破損なく、キャニング過程の取扱いに生存するためのアイソスタティック強度を有する。すなわち、いくつかの実施の形態において、ここに開示されたＧＰＦは、低い背圧、高い濾過効率、高いキャニング強度、および十分な熱耐久性を与えるであろう。
【００６３】
請求項の主題の精神および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明白であろう。それゆえ、本明細書は、ここに記載された様々な実施の形態の改変および変更を、そのような改変および変更が付随の特許請求の範囲およびその等価物の範囲に入るという条件で、網羅することが意図されている。
【００６４】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００６５】
実施形態１
少なくとも１つの多孔質セラミック壁を備えた微粒子フィルタにおいて、該壁が、
水銀ポロシメトリーにより測定して５５％超の平均バルク気孔率、
１６μｍ超のｄ５０、
３７μｍ未満のｄ９０、および
前記壁の中点での前記バルク気孔率の１０％以内にある、Ｘ線トポグラフィーにより測定した表面気孔率、
を有する微細構造を有する、微粒子フィルタ。
【００６６】
実施形態２
水銀ポロシメトリーにより測定した前記平均バルク気孔率が６０％と７０％（含む）の間にある、実施形態１に記載のフィルタ。
【００６７】
実施形態３
水銀ポロシメトリーにより測定した前記平均バルク気孔率が６０％と６５％（含む）の間にある、実施形態１に記載のフィルタ。
【００６８】
実施形態４
水銀ポロシメトリーにより測定した前記平均バルク気孔率が６５％と７０％（含む）の間にある、実施形態１に記載のフィルタ。
【００６９】
実施形態５
ｄ５０が１７〜２０μｍ（含む）である、実施形態１に記載のフィルタ。
【００７０】
実施形態６
ｄ９０＜３５μｍである、実施形態１に記載のフィルタ。
【００７１】
実施形態７
ｄ９０＜３０μｍである、実施形態１に記載のフィルタ。
【００７２】
実施形態８
ｄ９０が２５〜３７μｍ（含む）である、実施形態１に記載のフィルタ。
【００７３】
実施形態９
ｄ９０が２５〜３５μｍ（含む）である、実施形態１に記載のフィルタ。
【００７４】
実施形態１０
ｄ９０が２５〜３０μｍ（含む）である、実施形態１に記載のフィルタ。
【００７５】
実施形態１１
Ｘ線トポグラフィーにより測定した前記表面気孔率が、前記壁の中点での前記バルク気孔率の５％以内にある、実施形態１に記載のフィルタ。
【００７６】
実施形態１２
Ｘ線トポグラフィーにより測定した前記表面気孔率が、前記壁の中点での前記バルク気孔率から１０％未満しか違わない、実施形態１に記載のフィルタ。
【００７７】
実施形態１３
Ｘ線トポグラフィーにより測定した前記表面気孔率が、前記壁の中点での前記バルク気孔率から５％未満しか違わない、実施形態１に記載のフィルタ。
【００７８】
実施形態１４
前記微細構造が１０μｍ超のｄ１０を有する、実施形態１に記載のフィルタ。
【００７９】
実施形態１５
前記微細構造が１１μｍ超のｄ１０を有する、実施形態１に記載のフィルタ。
【００８０】
実施形態１６
前記微細構造が１２μｍ超のｄ１０を有する、実施形態１に記載のフィルタ。
【００８１】
実施形態１７
前記壁内に少なくとも部分的に配置されたウォッシュコート材料をさらに含む、実施形態１に記載のフィルタ。
【００８２】
実施形態１８
前記ウォッシュコート材料が、三元触媒ＴＷＣ材料、ＳＣＲ材料、またはそれらの組合せを含む、実施形態１７に記載のフィルタ。
【００８３】
実施形態１９
前記ウォッシュコート材料が添加されたフィルタが、被覆されていない前記多孔質セラミック壁の１０％、５％以内のＣＴＥを有する、実施形態１７に記載のフィルタ。
【００８４】
実施形態２０
前記ウォッシュコート材料が、３０ｇ／ｌ超のウォッシュコート添加量で存在する、実施形態１７に記載のフィルタ。
【００８５】
実施形態２１
前記ウォッシュコート材料が、５０ｇ／ｌ超のウォッシュコート添加量で存在する、実施形態１７に記載のフィルタ。
【００８６】
実施形態２２
前記ウォッシュコート材料が、７５ｇ／ｌ超のウォッシュコート添加量で存在する、実施形態１７に記載のフィルタ。
【００８７】
実施形態２３
前記ウォッシュコート材料が、３０ｇ／ｌと１２０ｇ／ｌの間のウォッシュコート添加量で存在する、実施形態１７に記載のフィルタ。
【００８８】
実施形態２４
前記ウォッシュコート材料が、５０ｇ／ｌと１２０ｇ／ｌの間のウォッシュコート添加量で存在する、実施形態１７に記載のフィルタ。
【００８９】
実施形態２５
前記ウォッシュコート材料が、７５ｇ／ｌと１２０ｇ／ｌの間のウォッシュコート添加量で存在する、実施形態１７に記載のフィルタ。
【００９０】
実施形態２６
前記ウォッシュコート材料の実質的に全てが、前記多孔質セラミック壁の表面下に配置されている、実施形態１７に記載のフィルタ。
【００９１】
実施形態２７
前記多孔質セラミック壁が、（ｄ５０−ｄ１０）／ｄ５０＜０．４０を有する、実施形態１に記載のフィルタ。
【００９２】
実施形態２８
前記多孔質セラミック壁が、（ｄ９０−ｄ５０）／ｄ５０＜１．１５を有する、実施形態１に記載のフィルタ。
【００９３】
実施形態２９
前記多孔質セラミック壁の壁厚が４０μｍ超である、実施形態１に記載のフィルタ。
【００９４】
実施形態３０
前記フィルタが複数の多孔質セラミック壁を有する、実施形態１に記載のフィルタ。
【００９５】
実施形態３１
前記フィルタが複数の交差する多孔質セラミック壁を有する、実施形態１に記載のフィルタ。
【００９６】
実施形態３２
前記フィルタが多孔質セラミック壁のマトリクスを有する、実施形態１に記載のフィルタ。
【００９７】
実施形態３３
前記フィルタが多孔質セラミック壁のハニカムマトリクスを有する、実施形態１に記載のフィルタ。
【００９８】
実施形態３４
前記フィルタが、ガソリンエンジン排ガスのためのガソリン微粒子フィルタである、実施形態１に記載のフィルタ。
【符号の説明】
【００９９】
１００    セラミック体
１０５    ハニカム構造
１１０    平行な通路
１１５    交差する通路壁
【図１】
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【図２（ａ）】
2019505365.tif 000010
【図２（ｂ）】
2019505365.tif 000011
【図３（ａ）】
2019505365.tif 000012
【図３（ｂ）】
2019505365.tif 000013
【図４】
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【図５】
2019505365.tif 000015
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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