(57)【要約】  （ａ）粒子の凝集体を含むガス流の流れを設けるステップ、および（ｂ）前記堆積した層を仮焼して、識別層を形成するステップにより、少なくとも１つの多孔質壁を有するセラミック担体上に多孔質識別層が形成される。これらの粒子の少なくとも一部は、耐焼結性材料または耐焼結性材料前駆体からなる。これらの粒子は０．０１〜５ミクロンの大きさを有し、また凝集体は１０〜２００ミクロンの大きさを有する。本方法は、多孔質壁上に識別層を形成する、安価かつ有効な１つの手段である。
2013542902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの多孔質壁を有するセラミック担体上に多孔質識別層を形成する方法であって、
（ａ）前記少なくとも１つの多孔質壁のガス入口側から前記少なくとも１つの多孔質壁のガス出口側まで、前記少なくとも１つの多孔質壁を貫通する、粒子凝集体を含むガス流の流れを設け、前記少なくとも１つの多孔質壁のガス入口側上に、前記凝集体の少なくとも一部が堆積して、前記凝集体、当該凝集体の成分粒子、もしくは前記凝集体及び前記成分粒子の両方からなる堆積層を形成するようにするステップであって、（１）前記粒子凝集体を構成する粒子の少なくとも一部が、セラミック材料もしくはセラミック材料への前駆体からなり、（２）前記粒子凝集体を構成する粒子が、０．０１〜５ミクロン（μｍ）の大きさを有し、（３）前記凝集体が、１０〜２００ミクロンの大きさを有し、また（４）前記堆積層が、前記少なくとも１つの多孔質壁の厚さの端から端までの一部だけに広がる、ステップと、
（ｂ）前記堆積層を仮焼して、前記識別層を形成するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記粒子凝集体がムライト前駆体の粒子を含み、また（ｂ）のステップの間に、前記ムライト前駆体粒子がムライトを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記担体が、針状ムライトである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記粒子凝集体が、少なくとも１種の機能性材料の粒子を含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記機能性材料が触媒または触媒前駆体である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記粒子凝集体が、静電気的に凝集され、噴霧乾燥によって凝集され、または仮焼によって凝集される、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記凝集体の少なくとも一部が、担体壁上に堆積する際分離して、一部もしくは全部分割されて前記凝集体の成分粒子に戻る、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記堆積層が、２５〜７５ミクロンの厚さである、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記多孔質壁が、１５〜３５ミクロンの体積平均気孔直径を有する、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記多孔質壁が、少なくとも６０％の気孔率を有する、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記多孔質識別層が、０．１〜３ミクロンの細孔径を有する、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記多孔質識別層が、４０〜９０％の気孔率を有する、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
機能性材料を、前記多孔質壁の気孔の中に、または前記多孔質壁のガス出口側の上に堆積させるステップをさらに含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
（ａ）のステップが２回行われて、１つまたは複数の前記多孔質壁の両側の上に堆積層を堆積させる、請求項１から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
気孔を有する少なくとも１つの多孔質壁と、前記多孔質壁内に開口をもたらしている少なくとも１つの欠陥とを有し、前記開口が前記気孔よりも大きいセラミック担体における欠陥を修復する方法であって、
（ａ）前記多孔質壁のガス入口側から前記少なくとも１つの多孔質壁のガス出口側まで、前記担体を通り、また前記多孔質壁内の欠陥を貫通する、複数の粒子凝集体を含むガス流の流れを設け、前記凝集体、当該凝集体の成分粒子、もしくは前記凝集体及び前記成分粒子の両方が、前記少なくとも１つの多孔質壁内の前記欠陥内に引っ掛かるようになって、少なくとも一部前記欠陥を塞ぐようにするステップであって、（１）前記凝集体を構成する粒子の少なくとも一部が、セラミック材料もしくは材料への前駆体からなり、（２）前記凝集体を構成する粒子が、０．０１〜５ミクロンの大きさを有し、また（３）前記凝集体が、１０〜２００ミクロンの大きさを有する、ステップと、
（ｂ）前記引っ掛かった凝集体または粒子を仮焼するステップとを含む方法。
【請求項１６】
前記粒子凝集体がムライト前駆体の粒子を含み、また（ｂ）のステップの間に、前記ムライト前駆体粒子がムライトを形成する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記担体が、針状ムライトである、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記粒子凝集体が、少なくとも１種の機能性材料の粒子を含む、請求項１５から１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記機能性材料が、触媒または触媒前駆体である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記凝集体が、静電気的に凝集され、噴霧乾燥によって凝集され、または仮焼によって凝集される、請求項１５から１９のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１０年９月１日出願の米国仮特許出願第６１／３７９，２１５号からの優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、多孔質セラミックフィルタおよび担体材料の調製方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
多孔質セラミック材料は、多くの濾過用途に使用され、また触媒担体として様々な用途に使用される。多孔質セラミック材料の重要な使用は、例えば、内燃機関からの排気ガスを含む、燃焼プロセスからの排気ガス処理における使用である。多孔質セラミック材料は、排気ガスからの煤（soot）粒子を濾過除去するために、また一部の場合、排気ガスのある種の成分（ＮＯx化合物など）を良性の（benign）化合物（Ｎ2およびＨ2Ｏなど）に化学的に変換する触媒作用を行うことができる触媒材料を持ち込むために動員される。
【０００４】
これらの用途において、例えば、針状ムライト、コーディエライトおよび炭化ケイ素を含む、種々の型のセラミックフィルタが使用される。
【０００５】
これらのフィルタについて、いくつかの注目に値する実際的な問題がある。
【０００６】
１つの問題は、これらのフィルタの気孔が、フィルタが除去するように設計された煤もしくは他の粒子よりも、しばしば著しく大きい点である。煤粒子は、具体的には、これらの気孔よりも小さく、２分の１以下の大きさである恐れがある。これらの粒子が小サイズであることにより、多くの粒子が捕集される代わりに、フィルタを通過することが可能になる。この問題は、フィルタが清浄である操作の初期段階において特に激烈である。操作が継続される間に、結局これらの小粒子の一部がフィルタ中に捕集されるようになり、捕集された粒子が蓄積されるにつれて、実際に細孔径が小さくなる。その結果、フィルタを暫く使用した後、濾過除去効率が幾分向上する。自動車排気ガスフィルタなどの一部の用途において、蓄積された煤は定期的に燃焼除去され、その後、他の煤層が蓄積されるまでフィルタは再び効率が悪くなる。このため、効率低下の問題、また煤粒子もしくは他の微粒子汚染源が漏れる問題は、フィルタの使用期間中しばしば発生する恐れがある。非常に小さい煤粒子を捕集することができる、また操作の初期段階の間も高い濾過除去効率を示すフィルタを提供することが望ましい。
【０００７】
このことを達成する１つの方法は、フィルタ壁を貫通する気孔の大きさを小さくすることであるが、気孔の大きさを極めて小さくすると、フィルタの圧力低下が大きくなる。圧力低下が大きいほど、操作圧力がより大きくなるか（これが、内燃機関などの上流の装置にフィルタが課する負担を増大させる）、またはフィルタを通るガス流速をより遅くするかのいずれか（または両方）となる。この理由で、フィルタ壁を貫通する気孔の大きさを単に小さくすることは、十分な解決策ではない。
【０００８】
他の取組みは、フィルタ壁の表面に薄い識別層（discriminating layer）を施すことである。施された識別層は、フィルタ壁よりも小さい気孔を有し、したがって、操作の初期段階の間であってもフィルタはより小さい粒子を捕集可能になる。原則として、この効果は、フィルタの圧力低下が過度に大きくならずに達成することができる（コーティングのないフィルタで見られるのと比較して）。それは、この識別層が薄く、したがってガスが、識別層の極めて制約された小気孔を、ほんの短い距離しか移動する必要がないからである。ガスは、この識別層を通過すると直ぐに、フィルタ壁のより大きな気孔に入りかつ通過して、その気孔を通ってより容易に、かつフィルタを通過する圧力低下がより小さくて流れることができる。
【０００９】
セラミックフィルタにこのような識別層を施す通常の方法は、スラリープロセスによってである。小粒子が液体中に分散されてスラリーを形成し、このスラリーは、次いで、フィルタを通過させる。これらの粒子が通過する間に、フィルタ壁表面上に堆積して、薄いコーティングを形成する。次いでこのコーティングを乾燥し、仮焼して識別層を生成させる。しかし、フィルタは多孔質であるので、スラリーは毛管作用によってフィルタ気孔中に侵入して、フィルタの気孔の一部分を占有する。これが気孔を閉塞して、圧力低下の増大、ならびにコーティング材料の浪費を招く。コーティングを乾燥させ、仮焼すると、他の問題が生じる。これらのステップを注意深く実行して、亀裂を避け、必要とされる物理的強度を達成しなければならない。担体液を除去しなければならないので、これらの乾燥および仮焼ステップは、ゆっくりとなりがちで、エネルギー集約的かつ費用が掛かりがちである。この方法についての他の問題は、フィルタ壁表面が高度に多孔質かつ／または大気孔を有する場合、十分に機能しない点である。これらの場合に、フィルタ壁内の気孔が、この気孔を通って多数の粒子が侵入するため、閉塞しがちである。これらの場合にこのプロセスを働かせるため、しばしば最初にこの壁の気孔に犠牲材料を充填し、続いて識別層を堆積させなければならない。次いで、犠牲層が焼却除去される。他の取組みは、大きな粒子から出発して、次いでより小さな粒子、より小さな粒子へと進む、いくつかの個々の層を１層ずつ順次堆積させることである。このプロセスはしばしば、個々の堆積ステップの間に熱処理／仮焼を必要とする。これらの取組みは両方とも、かなり費用が掛かる。
【００１０】
したがって、セラミックフィルタ上に識別層を形成する、より良好かつより効率的な方法が所望される。
【００１１】
ＥＰ１７７５０２２は、多孔質担体上への多孔質触媒コーティングの堆積プロセスを記述している。このプロセスでは、触媒または触媒前駆体の溶液からエアロゾルが形成される。このエアロゾルは、加熱帯を通って導かれ、そこで溶媒を駆出し、触媒または触媒前駆体の極めて微細な粒子を生成させる。次いで、これらの粒子を含有する空気流を、多孔質フィルタを通過させて導き、そこでそれらをフィルタ気孔の表面上に堆積させる。捕集した粒子を含むフィルタを再び加熱して、触媒層を形成する。ＥＰ１７７５０２２において記述されるプロセスでは、触媒または触媒前駆体材料は、フィルタ気孔の壁に沿って堆積する。これにより、付着（塗布、施工）された触媒の表面積が最大限となり、このことは、触媒の用途において急速な反応速度を得るため重要である。ＥＰ１７７５０２２は、識別層の形成については記述していない。
【００１２】
多くのセラミックフィルタについての他の問題は、セラミックフィルタを小さな欠陥なしに作製することが極めて困難である点である。これらの欠陥は、例えば、フィルタ材料の小さい亀裂および穴、ならびに、一部の場合結晶構造における欠陥を含む、いくつかの形態を取ることができる。これらの欠陥は、これらの欠陥を修復するための、いくつかの経済的方法が提供されない限り、多数の廃棄される部品につながる恐れがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、一態様において、少なくとも１つの多孔質壁を有するセラミック担体上に多孔質識別層を形成する方法であって、（ａ）前記少なくとも１つの多孔質壁のガス入口側から前記少なくとも１つの多孔質壁のガス出口側まで、前記少なくとも１つの多孔質壁を貫通する複数の粒子凝集体（particle agglomerates）を含むガス流の流れを設け、前記少なくとも１つの多孔質壁のガス入口側上に、凝集体の少なくとも一部が堆積して、これらの凝集体、当該凝集体の成分粒子もしくは凝集体及び成分粒子の両方からなる堆積層を形成するようにするステップであって、（１）これらの粒子凝集体を構成する粒子の少なくとも一部が、セラミック材料もしくはセラミック材料への前駆体からなり、（２）これらの粒子凝集体を構成する粒子が、０．０１〜５ミクロン（μｍ）の大きさを有し、（３）これらの凝集体が、１０〜２００ミクロンの大きさを有し、また（４）前記堆積層が、前記少なくとも１つの多孔質壁の厚さの端から端までの一部だけに広がる、ステップと、（ｂ）前記堆積層を仮焼して、識別層を形成するステップとを含む方法である。
【００１４】
本発明のこの態様のプロセスは、多孔質フィルタ上に識別層を形成する極めて効率的かつ経済的な取組みである。この方法において、付着される複数の粒子凝集体は、フィルタの多孔質壁のガス入口表面で（または壁の欠陥部内に）、ほとんど例外なく捕集されて、壁のガス入口表面で複数の凝集体および／または凝集体の成分粒子の極めて薄い（典型的には、僅か厚さ１００ミクロン以下、また好ましくはせいぜい厚さ３０〜５０ミクロン）層を形成する。これらの凝集体が幾分大きいにもかかわらず、捕集された材料がフィルタ壁において気孔を塞ぐことはなく、またフィルタ壁内の欠陥部位を除いて、凝集体および／または凝集体の成分粒子は、１つもしくは複数の担体壁の気孔の内部表面中にせいぜい極めて少量だけ堆積する傾向がある。したがって、識別層が付着（塗布、施工）される表面の付近もしくはその表面を除いて、担体壁の細孔径は大部分変化しない。仮焼ステップが行われると直ぐに、堆積した粒子が薄い多孔質の識別層を形成し、この識別層はコーティングのない担体壁の細孔径よりも著しく小さい細孔径を有する。その結果、フィルタは、しばしば、広い範囲の濾過粒子径にわたって極めて良好な濾過除去効率を有し、また良好な初期の濾過除去効率を示す。このフィルタはまた圧力低下を生じるが、多くの場合、同一の操作条件でコーティングのない担体によって生じる圧力低下よりも、さほど大きくない圧力低下である。
【００１５】
本発明の他の利点は、この識別層が、所望される場合、担体の１つもしくは複数の多孔質壁の一方の側だけにしか付着し得ない点である。これにより、所望される場合、１つもしくは複数の壁の他の側が、触媒材料または他の機能性材料を堆積させるのに利用可能な状態となる。これらの実施形態において、壁の他の側には識別層が付着されないので、識別層が付着された後、触媒材料または他の機能性材料を他の側の表面に、またはその多孔質壁の気孔内にさえも、引き続いて堆積することが可能なまま残っている。
【００１６】
本発明のさらに他の利点は、一部の実施形態において、仮焼ステップは、下側の担体および／または仕上げ部分を調製するのに必要とされる他の熱処理ステップと同時に行うことができる点である。例えば、仮焼ステップは、担体上で行われる焼却除去または他の仕上げ加熱ステップと同時に行い得る。このようなステップの一例は、針状ムライト担体から残留フッ素を除去する最終熱処理ステップである。仮焼ステップはまた、スキンもしくはチャンネルキャップ材料を焼成するのと同時に行うこともできる。これらの熱処理ステップを組み合わせる能力は、仮焼ステップが、多くの場合ほとんどもしくは全くコスト上昇分がなく行われることを意味する。
【００１７】
本発明はまた、気孔を有する少なくとも１つの多孔質壁と、前記多孔質壁内に開口をもたらしている少なくとも１つの欠陥とを有し、前記開口が気孔よりも大きいセラミック担体における欠陥を修復する方法であって、（ａ）前記多孔質壁のガス入口側から前記少なくとも１つの多孔質壁のガス出口側まで、前記担体を通り、また前記多孔質壁内の欠陥を貫通する、複数の粒子凝集体を含むガス流の流れを設け、これらの凝集体、凝集体の成分粒子もしくはその両方が、前記少なくとも１つの多孔質壁内の前記欠陥内に引っ掛かる（lodged）ようになって、少なくとも一部この欠陥を塞ぐようにするステップであり、（１）これらの凝集体を構成する粒子の少なくとも一部が、セラミック材料もしくは材料への前駆体からなり、（２）これらの凝集体を構成する粒子が、０．０１〜５ミクロンの大きさを有し、また（３）これらの凝集体が、１０〜２００ミクロンの大きさを有するステップと、（ｂ）前記引っ掛かった凝集体または粒子を仮焼するステップとを含む方法でもある。
【発明の効果】
【００１８】
本フィルタ製品は、熱交換器、触媒担体およびフィルタ（例えば、溶融金属フィルタおよび煤フィルタ）などの耐高温ガスもしくは液体性を要する任意の用途において使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のプロセスのための出発材料として有用な型のハニカムフィルタの上面図である。
【図２】本発明に従って付着された識別層を有するハニカムフィルタの側面（一部断面）図である。
【図３】本発明に従って、その上に堆積された粒子の層を有する多孔質担体壁を横断面図として示す顕微鏡写真である。
【図４】本発明に従って形成された、多孔質識別層を上面図として示す顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に注目すると、濾過除去および触媒担体用途において典型的に使用されるセラミック担体の一実施形態が示されている。担体１０は、周囲の壁２と、一連の、共通領域を分ける（intersecting）壁６とを含み、これらが軸方向に伸びるセル４を画定する。図２においてより詳細に示されるように、この特定の実施形態におけるセル４は、２つの型、すなわち入口セル４Ａと、出口セル４Ｂとからなる。入口セル４Ａと、出口セル４Ｂとは、担体内で交互の形で配置される。入口セル４Ａは、プラグ８により担体１０の出口端（矢印１１で示される）で塞がれる。出口セル４Ｂは、プラグ９により担体１０の入口端（矢印１２で示される）で塞がれる。操作中、処理されるガスは、担体１０の入口端１２でセル４Ａ中に導入される。壁６は多孔質であり、このことは、ガスが、壁６を透過して、出口セル４Ｂ中に入り、そこから、担体１０の出口端１１から出ることを可能にする。ガス流中の微粒子は、活性フィルタとして作用する多孔質壁６によって捕集される。壁６は触媒材料を保持することができ、この触媒材料がガス流中の１種または複数の成分の反応の触媒作用を行う。壁６はそれぞれ、そのそれぞれが入口セル４Ａに面する入口側５と、そのそれぞれが出口セル４Ｂに面する出口側７とを有する。本明細書において使用される「入口（inlet）」とは、フィルタの意図される最終用途の間、ガスを導入することができる担体の末端を指し、また「出口（outlet）」とは、フィルタの意図される最終用途の間、ガスを取り出すことができる担体の末端を指す。「入口」および「出口」の呼称がフィルタの最終用途に適合しており、識別層が堆積する間の、ガス流の方向に必ずしも適合するものではない点に注目されたい。
【００２１】
壁６の細孔径は、担体１０が設計される用途に応じて、かなり変動できる。「細孔径」は、本発明の目的のため、水銀気孔率測定法（円筒形気孔を仮定する）によって測定した見掛け体積平均気孔直径として表される。一部の実施形態において、壁６の細孔径は約１〜１００ミクロンである。燃焼排気ガスを濾過するため、より典型的な細孔径は５〜５０ミクロン、より典型的には約１０〜５０ミクロンまたは１５〜３５ミクロンである。
【００２２】
再び、壁６の厚さは、かなり変動することができるが、典型的には少なくとも１００ミクロン、またより典型的には少なくとも２００ミクロン、または少なくとも４００ミクロンである。壁６は、一部の実施形態において厚さ５ｃｍまでもしくはそれを超えることができ、他の実施形態において厚さ５ｍｍまで、またはさらに他の実施形態において厚さ４００ミクロンまでとすることができる。壁６の気孔率（porosity）は、５体積％まで低く、また約９０体積％まで高くすることができる。好ましい気孔率は、少なくとも２５体積％、より好ましい気孔率は、少なくとも４０体積％、またさらにより好ましい気孔率は、少なくとも６５体積％である。気孔率は、種々の浸漬もしくは水銀気孔率測定方法によって測定することができる。
【００２３】
本発明の方法は、大きな気孔および／または高い気孔率を有する担体に識別層を付着するため、または欠陥を修復するために特に有用である。スラリー方法を使用して、このような担体において、気孔に粒子を充填し、気孔を詰まらせ、または操作中の大きな圧力低下を招くことなしに、識別層を付着することは困難である。したがって、特に考察の対象となる担体は、１つまたは複数の壁の体積平均気孔直径が少なくとも１０ミクロン、また特に少なくとも１５ミクロンであり、５０ミクロンまで、３５ミクロンまでまたは２５ミクロンまでである担体である。他の考察の対象となる担体は、１つまたは複数の壁が、気孔率少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも６０％を有する担体である。上述のような細孔径および気孔率を共に有する担体は、特に考察の対象となる。
【００２４】
凝集した粒子を含むガスをこのような壁に通すことによって、担体１０の少なくとも１つの壁６に、識別層が付着される。
【００２５】
本発明のプロセスにおいて、識別層（図２において参照番号１３によって示される）は、担体１０の１つまたは複数の壁６に付着される。混入した複数の粒子凝集体を含むガス流が、少なくとも１つの壁６を貫通する設定である。図１に示した担体の実施形態および他のハニカム構造体において、このことは、１つまたは複数の出口セル４Ｂの出口端１１中にガス流を導入するステップ、ならびに１つまたは複数の壁６を通って隣接する入口セル４Ａを透過させ、そこから担体１０を出るステップによって、容易に達成される。この場合、凝集体または凝集体の成分粒子（または中には、両方）は、図２において示されるように、主として、少なくとも１つの壁６の出口側７上に堆積して、層１３を形成するであろう。しかし、このプロセスは、反対方向に流れて、入口セル４Ａの入口端１２に入り、１つまたは複数の壁６を貫通して隣接する出口セル４Ｂに入り、次いで出口セル４Ｂの出口端１１から出るガス流について、十分同様に行われ得る。後者の場合、凝集体および／または凝集体の成分粒子は、主として、少なくとも１つの壁６の入口側５上に堆積して、層を形成するであろう。典型的には、凝集体および／または凝集体の成分粒子は、ガス流が導入されるセルの境界をなす全ての壁６上に堆積されるであろう。
【００２６】
ガス流の流れは、担体のガスを取り出す側（「ガス出口」側）を真空に引くステップ、および／または担体のガスを導入する側（「ガス入口」側）に圧力を掛けるステップによって作り出される。図２に示される実施形態において、「ガス入口」側は、壁６の出口側７に対応する。
【００２７】
ガス流は、混入されたセラミック材料もしくはセラミック材料への前駆体の凝集粒子を含有する。この粒子凝集体は、例えば、粒子凝集体のベッドを通過させてガスを流すステップ、移動するガス流中に粒子凝集体を噴霧するステップによる、または他の有用なアプローチなどの任意の便利な形でガス流内に分散させることができる。１つの便利なアプローチでは、粒子凝集体は篩上に堆積され、この篩は、粒子凝集体を導入しようとする担体の末端もしくは末端付近の位置にある。次いで、ガス流は、粒子凝集体を通過させ、篩を通過させ、次いで担体を通過させる。この実施形態において、担体を通して真空を引くステップによってガス流を作り出すことが好ましい。
【００２８】
粒子凝集体は、小粒子の集合体である。粒子を一緒に保持して凝集体を形成する結合力は決定的ではないと考えられ、例えば、静電気力、粒子間の凝集力、一部の結合剤もしくは他の接着剤による粒子の付着力などが挙げられる。粒子が弱く一緒に結合されるだけで、凝集体を形成することが好ましく；粒子が静電気力によって結合される凝集体、かつ／または以下に記述する噴霧乾燥プロセスで調製される凝集体が特に適している。
【００２９】
凝集体を形成する少なくとも一部の粒子は、セラミック材料の粒子、またはセラミック材料への１種もしくは複数の前駆体の粒子である。本発明において有用であるセラミック材料の例としては、例えば、ムライト、コーディエライト、ペロブスカイト、酸化チタン、酸化亜鉛、ゼオライト、アルミナ、ジルコニア、シリカ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素、炭化タングステン、窒化アルミニウム、酸窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、ベータスポジュメン、チタン酸アルミニウム、ケイ酸ストロンチウムアルミニウム、ケイ酸リチウムアルミニウムなどが挙げられる。
【００３０】
セラミック材料の前駆体は、仮焼ステップの条件下で反応してセラミック材料を形成する１種または複数の材料である。前駆体の一例は、仮焼ステップの間にムライトを生成することができる、アルミン酸塩およびケイ酸塩材料の混合物である。
【００３１】
少なくとも５０重量％または少なくとも７５重量％の粒子が、セラミック材料またはセラミック材料への前駆体からなることが好ましい。全ての粒子は、耐焼結性材料または耐焼結性材料への前駆体からなることができる。
【００３２】
一部の実施形態において、これらの粒子は、担体または担体への前駆体と同一の材料からなり、さもなければ担体のそれと同一の、もしくは同一に近い熱膨張係数（±１ｐｐｍ／℃）を有する。したがって、例えば、ムライトまたはムライト前駆体の凝集粒子を、針状ムライト担体中に堆積させることができる。粒子および担体のために同一の材料、またはほぼ同様の熱膨張係数を有する材料を使用することは、しばしば熱サイクルの間、より少ない亀裂および／またはより少ない担体からの層間剥離を示す識別層をもたらし易い。
【００３３】
２種以上の型の粒子の凝集体を使用することができる。例えば、２種以上のセラミック材料の、または２種以上のセラミック材料への前躯体の粒子凝集体を堆積させることができる。ポロゲン粒子を、１種もしくは複数のセラミック材料または１種もしくは複数のセラミック材料前駆体の粒子と混合することができる。ポロゲン粒子は、それら自体で、セラミック材料および／もしくは前駆体の粒子と、またはその両方で凝集させることができる。ポロゲン粒子は、付着した層内に空隙（ボイド）を作り出すのに役立つ。典型的には、これらのポロゲンは、仮焼ステップまたは他の加熱ステップの間に分解、蒸発またはある場合揮発除去されて、空隙を残す材料である。例としては、コーンスターチ、コムギ粉、木粉、炭素微粒子（非晶質または黒鉛）、堅果殻粉またはこれらの組合せなどが挙げられる。
【００３４】
粒子凝集体は結合剤を含むこともできる。結合剤は、一般に、仮焼ステップが行われるまで、粒子が一時的に互いにもしくは担体に付着するのを助ける有機材料である。結合剤には、様々な有機ポリマーが含まれ、その中でセルロースエーテルが重要である。
【００３５】
一部の実施形態において凝集体は、触媒または触媒前駆体などの、１種もしくは複数の機能性材料の粒子を含む。このような場合、付着された識別層は、触媒作用などのいくつかの特殊な機能を果たすことができる。これらの機能性粒子が、凝集体を形成する唯一の粒子である場合、凝集体も、セラミック材料またはセラミック材料への前駆体でなければならない。機能性粒子が、他のセラミック粒子（または前駆体）と組み合わせて使用されて、凝集体を形成する場合、機能性材料の粒子が、それ自体セラミック材料もしくはセラミック材料への前駆体である必要はないであろう。触媒前駆体は、仮焼ステップを経て活性触媒に変換されるものであることが好ましい。このような触媒の例としては、例えば、白金、金、パラジウム、ルテニウム、酸化セリウム、希土類金属およびアルカリ金属酸化物などが挙げられる。一部の実施形態において、非機能性識別層が、１つもしくは複数の多孔質壁６の一方の側に付着され、また機能性層がこの多孔質壁の反対側に付着される。これらの層の一方もしくは両方を、本発明に従って付着することができる。他の実施形態において、機能性材料を含む層は、本発明に従って１つもしくは複数の多孔質壁の両側に付着される。
【００３６】
これらの粒子凝集体は、１０〜２００ミクロンの大きさを有する。粒子径および凝集体径は、本発明の目的のため、篩分け、または他のサイズに適した粒度分級方法によって測定した体積平均粒子径である。凝集体径は、１０〜１００ミクロン、またより好ましくは１５〜１００ミクロンであることが好ましい。凝集体を構成する粒子は、１つもしくは複数の担体壁の気孔直径の０．０１〜０．１倍の大きさを有するのが適正である。絶対値に関しては、これらの粒子は、０．０１〜５ミクロン、好ましくは０．０５〜１ミクロンの大きさを有することができる。
【００３７】
これらの凝集体は、いくつかの方法を使用して、凝集体の成分粒子から調製することができる。極めて微細な一次粒子は、単なる静電気力のためもともと幾分凝集し易い。このような静電気的に凝集した粒子は、例えば、単純なタンブリングまたは他の粒子の軽い撹拌によって形成することができる。他の有用な凝集方法は、粒子を溶解せずに材料を液体中に懸濁させ、次いで得られた懸濁液を噴霧して液体を除去することである。この液体は水または粒子の他の非溶媒とすることができる。この液体は、２種以上の流体の混合物とすることができ、以下に記述する結合剤を含有できる。懸濁液を噴霧すると、複数粒子を含む液滴が形成される。液滴の表面積が大きいため典型的には蒸発によって液体を除去すると、それぞれの液滴中に含まれる粒子は、弱く結合して凝集体となる傾向がある。存在する場合、結合剤もいくらかの粒子間の付着力をもたらすが、粒子の結合は、主として静電気力によると考えられる。
【００３８】
今記述した噴霧乾燥方法または他の適切な混合技術を使用し、粒子を結合剤と混合して、凝集させることができる。軽い仮焼方法を含む他の方法も、有用であろう。必要な場合、凝集体を篩分けして、より大きな凝集体、微粉および／または未凝集一次粒子を除去することができる。しかし、いくらかの量のより小さい粒子（１０ミクロン未満）が、凝集粒子と一緒に存在する可能性がある。このような場合、より小さい粒子は、ガス中に混入され担体中に広がる材料のせいぜい２５体積パーセント、好ましくはせいぜい１０体積パーセントを占めることが好ましい。
【００３９】
凝集体は、担体の１つまたは複数の壁に衝突した際少なくとも一部がばらばらに砕けるような、弱く一緒に結合されるだけであることが好ましい。凝集体は、ガス流に入って運ばれる間、さほどばらばらに砕けることがないよう、十分に強く一緒に結合されるべきである。主として静電気力によって一緒に保持される凝集体、および前述の「噴霧乾燥」方法により形成される凝集体は通常、このようにして互いに弱く結合されている粒子で構成される。
【００４０】
凝集体は、担体を通過して流れるガス中に混入される。ガス流速は、凝集体がガス中に混入されるようになり、かつガス流が１つもしくは複数の壁６と接触し、凝集体および／もしくは凝集体の構成粒子が、壁のガス入口側の表面に堆積するまで、ガス中に混入されたままとするに足る十分な速さとする。ガス流速が遅すぎると、凝集体は、十分に混入されなくなり、またはガス流から落下して、一様でないもしくは欠陥のある層が形成される原因となるであろう。凝集体を混入し、運ぶのに必要とされるガス流速よりも、大過剰なガス流速は、一般に必ずしも必要もしくは有利ではなく、いくつかの点で有害である恐れがある。過度に高いガス流速は、操作圧力を増大させ、これがコストを上昇させ、担体を損傷させる恐れがあり、またさらに、高いガス流速は、凝集体および／または凝集体の成分粒子を、壁６の気孔中にかなり押し込む恐れがある（または壁を通過させてしまうことさえある）。この最後の場合、得られたフィルタを通る圧力低下が極めて大きくなる可能性があり、識別層を持ち込む目的に反する（defeating）。この堆積プロセス間の圧力低下は、一般に、特定の担体および特定の凝集体のため、実験的に設定される必要があるであろう。
【００４１】
ガス流によって担体中に運ばれる凝集体またはその成分粒子は、１つもしくは複数の多孔質壁６のガス入口側の上に堆積されるようになる。操作の最初の段階の間、ガス流は、圧力低下が最小である担体の領域に向かって、またその領域を貫通して流れ易いであろう。これらの領域は、典型的には、１つもしくは複数の多孔質壁６内により大きい開口部が存在する領域である。これらのより大きい開口部は、例えば、異常に大きな気孔、結晶構造における欠陥（例えば、針状ムライト担体におけるような）、またはこの部品における亀裂もしくは他の欠陥が存在するため、存在する可能性がある。したがって、凝集体および／または凝集体の成分粒子は、欠陥が全くなく、かつ／またはより小さい気孔を有する、したがってより大きい圧力低下を生じる領域よりも、多孔質壁６のこれらの領域中により多く堆積し易い。このため、操作の初期の段階では、凝集体および／またはその成分粒子は、より大きい開口部内に引っ掛かり、これらの開口部を充填するようになるが、それは、このような１つもしくは複数の開口部を貫通するための圧力低下が、残りの多孔質壁を貫通するための圧力低下とおよそ平衡するようになるような時点までである。仮焼ステップが行われた後、引っ掛かった凝集体および／または成分粒子は、大きい開口部中に「パッチ（当て板）」を形成し、実際に担体中の大きい開口部および／または欠陥が修理されている。
【００４２】
多孔質壁６の細孔構造中の欠陥を修理しかつ／または大きい開口部を部分的に閉塞除去するだけが所望される場合、凝集体を搭載したガス流の流れは、この時点で中断することができる。より大きい開口部が充填され、圧力低下がより均一になれば直ぐに、さらなる凝集体の導入は即、多孔質壁６のガス入口側表面の多かれ少なかれ全体にわたる、凝集体および／または凝集体の成分粒子の薄い層の形成ということになる。凝集体を搭載したガス流の流れを任意の時間継続して、任意の所望の厚さの凝集体および／または成分粒子の層を構築することができる。
【００４３】
凝集体のサイズのため、凝集体は、担体壁の気孔中に深く貫入することができず、したがって、主として薄膜１３として、担体の１つもしくは複数の多孔質壁６のガス入口側５上に（凝集体および／または凝集体の成分粒子として）堆積する。識別層を施すため、堆積層の適切な厚さは、少なくとも１ミクロン、また好ましくは少なくとも１０ミクロンまたは少なくとも２０ミクロンである。この層は、約５００ミクロンの厚さとすることができるが、せいぜい厚さ２００ミクロン、またより好ましくはせいぜい厚さ約１００ミクロンであることが好ましい。特に有用な層厚は、２５〜７５ミクロン、または２５〜６０ミクロンである。
【００４４】
図３に示したように、堆積した層が、担体のガス入口表面に形成される。図３において、多孔質壁６の断面は、示した実施形態において、交差する針状物２３で構成されるよりも、多孔質セラミック２０で構成される。ガス入口側は、矢印２１によって示される。堆積した凝集体および／またはその成分粒子の層２２は、多孔質壁６のガス入口側上に堆積される。ガス入口側２１に沿うものを除くと、気孔２４内には、ほとんどまたは全く堆積が生じない。
【００４５】
好ましい実施形態において、少なくとも一部の凝集体は、担体壁に衝突すると分離して、一部分もしくは完全に分割されて個々の粒子に戻る。この現象は図３に例示され、そこでは堆積層は、凝集体よりもむしろ、大部分は成分粒子を含む。凝集体、特に静電気的に一緒に保持されるものおよび／または上述の噴霧乾燥プロセスで調製されるものなどの弱く結合された凝集体は、担体の多孔質壁６に接触すると少なくとも一部ばらばらに砕け易く、そのようにして、凝集体よりもむしろ、主として成分粒子を含む堆積層を形成することが見出されている。
【００４６】
凝集体および／または成分粒子が、多孔質壁６のガス入口側上に堆積すると、壁６の気孔中へのガスの流動経路がより制限されるようになり、担体を通る圧力低下が大きくなる。堆積層の厚さが増加すると、圧力低下は大きくなり続ける。この圧力低下は、多孔質壁６のガス入口側での付着した層内の気孔開口部の大きさと相関し、また付着した層の厚さと相関している。したがって、この圧力低下の増大を、製造設定におけるプロセス制御パラメータとして使用することができる。圧力低下の増大と、堆積層の厚さとの相関関係は、任意の特定の担体および特定の凝集体について、実験的に判定することができる。この相関により、任意に選択された目標層厚に対応する圧力低下を設定することができる。担体を貫通する圧力低下は、凝集体および／または成分粒子が堆積されるようになると測定することができ、目標層厚に対応する所定の圧力低下が得られるまでこの粒子浸透プロセスを継続することができ、その時点でこのプロセスは終結される。
【００４７】
他のプロセス制御方法としては、例えば、担体の重量増加を監視する、処理時間を制御する（ガス流速およびガス流中に混入される凝集体搭載量と一緒に）などが挙げられる。
【００４８】
このプロセスは、所望される場合、凝集体搭載ガスの流れの方向を逆転させて、１つもしくは複数の多孔質壁６の反対側上に粒子を堆積させるステップにより、繰り返すことができる。このようにして、この堆積プロセスを両側に適用する場合、多孔質壁６の反対側に施される層の組成は、同一としてもよいが、同一である必要はない。
【００４９】
堆積ステップは、堆積される材料の溶融もしくは分解温度未満の任意の便利な温度で行うことができる。通常、担体、粒子凝集体またはガスを加熱する必要はなく、本発明の一利点は、大抵の場合、堆積ステップを０〜４０℃などの周囲温度で行い得ることである。
【００５０】
堆積した凝集体および／または成分粒子は、次いで仮焼され、仮焼とは、溶融せずに凝集性多孔質塊体（coherent porous mass）を形成するように、堆積した凝集体および／または粒子に熱を加えることを意味する。仮焼温度は、もちろん、堆積される特定の１種もしくは複数の材料および特定の担体によって決まるであろう。この温度は、粒子を溶融させず、または付着した識別層の密度を著しく高めずに、堆積した凝集体および／または粒子を互いに、また好ましくは基板に結合させるに足る十分に高い温度である。堆積した凝集体または粒子にセラミック前駆体、または機能性材料への前駆体が含まれる場合、仮焼温度は、これらの１種もしくは複数の前駆体を、場合によって、対応するセラミックおよび／または機能性材料に変換させるに足る十分に高い温度とする。この温度は、使用できる任意のポロゲンまたは結合剤を焼きつくすに足る高い温度とすべきである。温度は、担体が熱的に分解せず、または歪むようにならないだけの低い温度とすべきである。堆積した１種もしくは複数の材料と担体との特定の組合せにより、より特定かつ狭い温度範囲の使用が要求される可能性があるが、一般に、仮焼温度６００℃〜２０００℃を使用することができる。好ましい仮焼温度は少なくとも８００℃であるが、１８００℃を超えない。一部の特定の場合、適切な仮焼温度は少なくとも１２００℃であり、約１７５０℃までである。
【００５１】
仮焼ステップは、識別層の密度を著しく高めずに、堆積した凝集体および／または粒子が多孔質塊を形成する所望の結合を達成するに足る十分に長い時間継続される。堆積した材料にセラミック前駆体、または機能性材料への前駆体が含まれる場合、仮焼ステップは、１種もしくは複数の前駆体を、対応するセラミックまたは機能性材料に変換し、新たに形成したセラミックまたは機能性材料を含む多孔質塊体を形成するに足る十分に長い時間継続される。例えば、堆積層中の１種もしくは複数のムライト前駆体が反応してムライト粒子を形成し、次いでこれが、粒成長機構により、隣接する粒子間の接触点で一緒に結合すると考えられる。この機構は、このプロセスにおいて、ムライト前駆体が堆積層の全部または一部を構成する場合に時々見られる、極めて高い気孔率に寄与すると考えられる。
【００５２】
一部の場合、仮焼ステップは、下側にあるフィルタおよび／または他の仕上げ部分の作製において必要とされる、他の熱処理ステップと同時に行うことができる。
【００５３】
仮焼ステップの間、堆積層は、担体への付着性のある凝集性の多孔質塊体を形成する。仮焼ステップの間に、隣接する粒子間、ならびに堆積粒子と担体の間で少量の粒成長が生じ、この粒成長が粒子間または堆積粒子と基板の間でのネッキングまたはブリッジングの形成の原因になると考えられる。さらに、いくつかの場合、セラミック前駆体からのセラミック材料の形成も、堆積粒子からの凝集性塊体の形成に寄与する可能性がある。得られた凝集性の多孔質塊体の厚さは、ほぼ仮焼ステップが行われる前の堆積層の厚さであり、堆積層の厚さに関連して上記で言及した範囲内にあることが好ましい。特に担体中の欠陥部位またはより大きい他の開口部では、より厚い部分が存在する可能性がある。仮焼した材料を識別層として機能させようとするならば、この層は、ガス入口側で多孔質壁の表面にわたる実質的な連続層を形成すべきである。この仮焼層により、１つもしくは複数の多孔質壁のガス入口側の表面積の、少なくとも７０％、好ましくは少なくとも９０％を被覆することができる。
【００５４】
仮焼層は、多孔質である。仮焼した識別層の気孔は、典型的には担体の気孔よりも小さい。その細孔径は０．０５〜５ミクロンとすることができる。好ましい細孔径は０．１〜３ミクロンである。仮焼した粒子層の気孔率は、少なくとも２５％、より好ましくは少なくとも４０％とすることが好ましく、高くて９０％とすることができる。図４において、付着した識別層のポロシティを見ることができ、粒子１５が、溶融して、気孔１６を含む凝集性塊体１４になっているものと見られる。
【００５５】
担体は、多孔質構造体として作り込むことができ、また粒子が仮焼される際に遭遇する温度に耐えることができる任意のセラミック材料で構成することができる。例示的な担体としては、針状ムライト、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素および窒化アルミニウム、酸窒化ケイ素および炭窒化ケイ素、ムライト、コーディエライト、ベータスポジュメン、チタン酸アルミニウム、ケイ酸ストロンチウムアルミニウムおよびケイ酸リチウムアルミニウム担体などが挙げられる。好ましい担体は、炭化ケイ素、コーディエライト、針状ムライトまたはこれらの組合せで作られる。担体として有用であるこのような針状ムライトセラミック体の例としては、米国特許第５，１９４，１５４号、第５，１７３，３４９号、第５，１９８，００７号、第５，０９８，４５５号、第５，３４０，５１６号、第６，５９６，６６５号および第６，３０６，３３５号；米国特許出願公開２００１／００３８８１０号；ならびに国際ＰＣＴ公開ＷＯ０３／０８２７７３によって記述されるものなどが挙げられる。炭化ケイ素は、米国特許第６，６６９，７５１Ｂ１号、ＥＰ１１４２６１９Ａ１またはＷＯ２００２／０７０１０６Ａ１中に記載されるものが好ましい。他の適切な担体は、米国特許第４，６５２，２８６号、米国特許第５，３２２，５３７号；ＷＯ２００４／０１１３８６Ａ１；ＷＯ２００４／０１１１２４Ａ１；米国特許出願公開第２００４／００２０３５９Ａ１号およびＷＯ２００３／０５１４８８Ａ１によって記述される。
【００５６】
多くの用途向け担体は、ハニカム構造を有することが好ましく、このハニカム構造において、複数の多孔質壁６が、末端プラグを除いて、複数の同軸方向配列したセルを画定し、これらのセルが入口端から出口端まで本体を通って伸びている。このようなハニカム構造において、入口セルおよび出口セルは交互に存在し、そのため、それぞれの入口セルは出口セルで取り囲まれ、またその逆も同様である。個々のセルの断面形状は、正方形（図１に示すように）、三角形、菱形、長方形、五角形、六角形、八角形または任意の他の便利な形状とすることができる。全てのセルが同一のサイズまたは同一の形状である必要はない。セルの周期的配列を有する必要もない。
【００５７】
この担体は、一体型とすることができ、または、一緒に接着される、さもなければ一緒に貼り付けられる２つ以上のセグメントで構成することができる。
【００５８】
特定の実施形態において、複数の軸方向セルを有するハニカム担体構造体の少なくとも一部のセルは、焼成を要するセメントまたは他の閉塞材料により、入口端または出口端で塞がれる。場合によって、ハニカムの周囲表面にスキンを施すことができ、このスキンも、熱処理を要するセメントまたは他のスキン処理材料を含む。次いで、粒子が、前述のようにセルの１つもしくは複数の壁上に堆積され、次いで、得られたコーティングのある担体は熱処理されて、同時にプラグおよび／またはスキンを焼成し、また堆積層を仮焼する。これらの実施形態では、堆積層を仮焼する別個のステップを行うことが不要となっている。
【００５９】
他の特定の実施形態において、この担体は、ムライト化反応からの残留フッ素を含む針状ムライトである。このような担体は、ハニカム構造を有することができ、焼成を必要とするセメントまたは他の閉塞材料で塞がれたセルを含むことができ、または熱処理を要するスキンを施すことができる。針状ムライト担体中に層を堆積し、次いで、この集合体は、針状ムライト担体から残留フッ素を除去するに足る温度で熱処理される。堆積した層は、この熱処理ステップの間に仮焼され、また存在する任意のプラグおよび／またはスキン材料も同時に焼成される。再び、これらの実施形態において、別個の仮焼ステップは必要とされない。
【００６０】
特定の考察対象である一実施形態において、この担体は針状ムライトであり、また堆積される粒子および／または凝集体は、仮焼ステップが完結するとムライトを形成するムライト前駆体である。堆積されるムライトは、下側に存在する針状ムライト担体と同一もしくは極めて同一に近い熱膨張係数を有し、これにより、製品を使用する間に生じる熱サイクル間の堆積層の亀裂もしくは破砕を著しく減らすことができる。
【００６１】
本発明に従って識別層を備えたフィルタは、通常、非常に厚い層を付着しない限り、コーティングしない担体の圧力低下から僅かに漸増的にしか増大しない圧力低下を示す。圧力低下の増大は、処理しない担体の圧力低下の１００％以下であるのが普通である。多くの場合、圧力低下の増大は僅か５０％、僅か２０％であり、また一部の場合僅か１０％以下または僅か５％でさえある。
【００６２】
本発明に従って形成されるムライト識別層は、フィルタの端から端まで極めて小さい圧力低下の増大をもたらすに過ぎないと見られてきた。下記の実施例中で見られるように、担体上にムライト前駆体凝集体を堆積した後、著しい圧力低下の増大がしばしば見られる。しかし、堆積層を仮焼した後、フィルタを貫通する圧力低下は、より小さくなり、しばしばコーティングのないフィルタで示される圧力低下に近づいていると見られる。この場合、仮焼ステップの結果として、ひょっとして前駆体のムライトへの変換に関連して、堆積層の気孔率および／または細孔径が増加するように見える。
【００６３】
識別層はまた、コーティングのない担体と比較して、操作の初期段階の間に、より高い濾過除去効率を有するフィルタをも提供する。
【００６４】
本発明の製品は、広い範囲の濾過用途、特に有機フィルタでは適切ではない恐れがある高温操作を包含する、かつ／または高度に腐食性および／もしくは反応性の環境での操作を包含する用途において有用である。このフィルタ向けの１つの使用は、ディーゼルフィルタおよび他の車両排気ガスフィルタを含む、燃焼排気ガス濾過用途における使用である。
【００６５】
本発明の製品はまた、広く様々な化学プロセスおよび／またはガス処理プロセスにおいて使用するための触媒担体としても有用である。これらの触媒担体用途では、担体は１種または複数の触媒材料を担持する。触媒材料は、本発明に従って施される１つもしくは複数の識別層中に含まれ（または識別層を構成し）得る。触媒材料は、本発明に従って施される識別層の下側または上面上に施すことができる他の層に含まれ、または構成することができる。触媒材料は、１つもしくは複数の多孔質壁６の細孔構造内に含まれ得る。触媒材料は、識別層がその上に存在する多孔質壁の反対側に施すことができる。触媒材料は、任意の便利な方法で、担体上に施すことができる。
【００６６】
触媒は、燃焼排気ガス中にしばしば見出されるＮＯx化合物を化学的に変換して良性の化合物、例えばＮ2およびＨ2Ｏとする触媒作用を行う白金、パラジウムまたは他の金属触媒とすることができる。一部の実施形態において、本発明の製品は同時に、ディーゼル機関排気ガス流などの燃焼排気ガス流からの煤粒子を除去し、かつＮＯx化合物を化学変換する触媒作用を行う、煤フィルタおよび触媒コンバータを組み合わせたものとして有用である。
【００６７】
下記の実施例は、本発明を例示するために提供されるが、本発明の範囲を限定することを意図していない。全ての部および百分率は、他に指示されない限り重量によるものである。
【００６８】
（実施例１）
２５．３５部のボールミル粉砕粘土、４６．４部のアルミナ粉末、２５．３５部のカオリン粉末、０．３部の酸化鉄および２．６部の未精製タルクを混合して、均一な粉末混合物を形成する。この混合物を水中に分散し、混合し、かつ噴霧乾燥して、体積平均粒子径２〜３ミクロンを有し、また２５〜１００ミクロンの大きさを有する軽く凝集した塊体であるムライト前駆体粉末を形成する。この粉末前駆体を４５ミクロン篩上に注ぎ、篩上に散布して、厚さ１〜２ｍｍの層を形成する。
【００６９】
交互セルにおいて未焼成プラグを有する、１．９０ｃｍ×１．９０ｃｍ×７．６ｃｍのムライト化したままの針状ムライトハニカム（セルサイズ、３１／ｃｍ2ハニカム断面積）の周囲スキン上をテープで包んで、真空漏れを防止する。一方の端部を真空源に接続する。このハニカムの開放端を、３２５メッシュ（４５ミクロン）篩の下側の位置とし、ハニカムおよび篩を通して真空を掛け、篩を通しかつハニカム中に凝集体を吸引する。この担体に約１２ｇ／Ｌの凝集体が装填されるまで真空を継続する。装填されたハニカムのＳＥＭ像により、装填された材料が、主として凝集体を構成する粒子の形態であること；これらの粒子は大部分、ハニカムの多孔質壁のガス入口側表面上に存在することが示される。
【００７０】
次いで、装填されたハニカムを１４００℃で６時間仮焼する。仮焼ステップの間、針状ムライトハニカムから残留フッ素が除去され、プラグが焼成され、また堆積されたムライト前駆体が反応して、ハニカムの多孔質壁のガス入口表面の約５０％の上に、多孔質ムライト識別層を生成する（Ｘ線回折により確認される）。この識別層は、ＳＥＭにより厚さ約１０ミクロンを有する。
【００７１】
開始時のハニカムを通過する圧力低下を、流速１００Ｌ／分において３０５１圧力発信器（Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ  Ｉｎｃ．）で測定し、再び堆積ステップ後に、また３回目は仮焼ステップ後に測定する。堆積ステップが完了すると圧力低下が３３％増大するが、仮焼ステップ後、最終生成物における圧力低下は、開始時ハニカムについての圧力低下よりも僅か３％大きいだけである。
【００７２】
（実施例２）
この時は堆積層の装填量を２７ｇ／Ｌとする点を除いて、実施例１を繰り返している。この場合、仮焼した識別層の厚さは約３０ミクロンであり、本質的に、ハニカムの気孔のガス入口表面の全体が被覆される。仮焼後、生成物は、未処理の開始時ハニカムについての圧力低下よりも僅か９％大きいだけの圧力低下を示している。
【００７３】
（実施例３）
この時は堆積層の装填量を４６ｇ／Ｌとする点を除いて、実施例１を繰り返している。仮焼した識別層の厚さは約６０ミクロンであり、本質的に、ハニカムの気孔のガス入口表面の全体が被覆される。焼成後、生成物は、未処理の開始時ハニカムについての圧力低下よりも僅か２３％大きいだけの圧力低下を示している。
【００７４】
（実施例４）
この時は、基板が、気孔率４２％を有する炭化ケイ素ハニカムである点を除いて、実施例１を再び繰り返している。堆積層の装填量は３１ｇ／Ｌである。装填されたハニカムを、実施例１の通りに仮焼している。
【００７５】
１０ミクロンの多孔質識別層が形成され、本質的に、炭化ケイ素ハニカムの壁のガス入口側表面の全体を被覆している。最終生成物の圧力低下は、開始時ハニカムの圧力低下よりも４５％大きい。
【００７６】
（実施例５）
この時は、基板が、気孔率４２％を有するセル１２個×セル１２個の炭化ケイ素ハニカム（セル４６個／ｃｍ2）である点を除いて、実施例１を再び繰り返している。堆積層の装填量は３８ｇ／Ｌである。装填されたハニカムを、実施例１の通りに仮焼する。
【００７７】
２０ミクロンの多孔質識別層が形成され、本質的に、炭化ケイ素ハニカムの壁のガス入口側の全体を被覆している。最終生成物の圧力低下は、開始時ハニカムの圧力低下よりも３１％大きい。
【００７８】
（実施例６）
実施例１において記述した一般的手順を使用して、約２〜３ミクロンの粒子径を有するアルミナ粉末を、２５〜１００ミクロンの凝集体として形成する。この凝集体を、交互セルにおいて未焼成プラグを有する１．９０ｃｍ×１．９０ｃｍ×７．６ｃｍのムライト化したままの針状ムライトハニカム（セルサイズ、３１／ｃｍ2）に装填する。約５０ｇ／Ｌの堆積層を、ハニカム中に導入する。装填されたハニカムを、実施例１のように仮焼して、厚さ約２０ミクロンの識別層を生成させる。このフィルタを通過させる圧力低下は、開始時のハニカムの圧力低下よりも約２５％大きい。
【００７９】
（実施例７〜１０）
４つのさらなるコーティングしたフィルタを、実施例１において記述した一般的方法で調製している。これらの実施例中に使用したハニカムは、壁厚２６５ミクロンおよび細孔径１５ミクロンを有する、実施例１において記述したものと同様の針状ムライトハニカムである。
【００８０】
実施例７〜１０における装填量は、それぞれ１７，２６，２７および４４ｇ／Ｌである。これらの凝集体を載せたハニカムを、実施例１において記述したように仮焼する。得られた識別層は、実施例７、８、９および１０について、それぞれ厚さ約１０、３０、３０および５０ミクロンである。
【００８１】
実施例７〜１０のそれぞれの濾過除去効率は、走査型移動度粒径（ＳＭＰＳ）分析器を使用して測定する。全濾過除去効率は、１０ｎｍから１０ミクロンを超える試験試料の全粒子径範囲にわたって測定する。サイズ特定濾過除去効率は、粒子径範囲１０ｎｍから２．５ミクロンにわたってのみ測定する。結果は、表１に示した通りである。
【００８２】
【表１】
2013542902.tif 000003
【００８３】
表１におけるデータから見ることができるように、１０ミクロンの識別層でさえも、優れた全濾過除去効率をもたらす。識別層を厚くすると、全濾過除去効率において少しずつ増加する利益をもたらす。２．５ミクロン以下の粒子については、実施例７の１０ミクロン識別層が、他のものよりも僅かにより悪く、主として２．５ミクロン未満の粒子を濾過除去するには、幾分より厚い識別層が好ましいことを示している。
【００８４】
表１における効率値は、初期の濾過除去効率を示している。見ることができるように、本発明は、広い範囲の粒子径について極めて高い濾過除去効率をもたらす。
【００８５】
（実施例１１〜１４）
４種のさらなる試料は、それぞれ粉末装填量１８、２６，２８および４４ｇ／Ｌとして、実施例１および８〜１１に記述した通り作製している。識別層を取り付けた仮焼ハニカムの透過性（permeability）は、ハニカムを通過して空気を流し、Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ３０５１圧力発信器を使用して、負圧を測定するステップによって測定される。空気流は、１０Ｌ／分の増分で逓増させ、次のステップに進むまで６０秒保持している。負圧は、１秒間隔で測定し、データをそれぞれの流速で平均する。透過性は下記の通りである：
実施例１１：２．１×１０-12ｋ／（ｍ2）、
実施例１２：１．５×１０-12ｋ／（ｍ2）、
実施例１３：１．９×１０-12ｋ／（ｍ2）、
実施例１４：０．７×１０-12ｋ／（ｍ2）。
コーティングのないハニカムの透過性は、約１．９×１０-12ｋ／（ｍ2）である。
【００８６】
（実施例１５）
セリアおよびジルコニア触媒粉末（Ｄａｒｉｓｏｎ  ＣａｔａｌｙｓｔからのＤａｒｉｃａｔ  ＣＥＺＲ  ６２０１）の混合物を、２５〜１００ミクロン集合体（aggregate）として形成し、実施例１において記述した一般的方法で針状ムライトハニカム中に堆積させる。装填量は１７ｇ／Ｌである。次いで、装填されたハニカムを７００℃で熱処理して、触媒粉末混合物を仮焼する。生成物のＳＥＭ像は、触媒がハニカムの壁のガス入口側表面上、またはこの表面直下の気孔の中に堆積されることを示している。このレベルの装填量では、壁のガス入口側の一部だけがコーティングされる。
【００８７】
コーティングしたフィルタを通過する圧力低下は、実施例１において記述した通りに測定される。この圧力低下は、コーティングのないハニカムの圧力低下よりも僅か１１％大きいだけである。
【００８８】
（実施例１６）
この時は、触媒装填量４４ｇ／Ｌ粉末で、実施例１５を繰り返している。
【００８９】
コーティングしたフィルタを通る圧力低下は、実施例１において記述した通りに測定される。圧力低下は、コーティングのないハニカムの圧力低下よりも僅か１１％大きいだけである。焼成後、ＳＥＭ像は、ハニカムの壁のガス入口表面が、触媒材料の層で完全に被覆されていることを示している。この生成物を通過する圧力低下は、開始時のハニカムの圧力低下よりも８１％大きい。
【００９０】
（実施例１７）
ＺＳＭ−５ゼオライト触媒粉末を、２５〜１００ミクロン集合体として形成し、実施例１において記述した一般的方法で針状ムライトハニカム中に堆積させる。装填量は２２ｇ／Ｌである。次いで、装填されたハニカムを７００℃で熱処理して、触媒粉末混合物を仮焼する。生成物のＳＥＭ像は、触媒が本質的にハニカムの壁のガス入口側表面全体上に堆積されることを示している。
【００９１】
コーティングしたフィルタを通過する圧力低下は、実施例１において記述した通り測定される。この圧力低下は、コーティングのないハニカムの圧力低下よりも４４％大きい。
【符号の説明】
【００９２】
２  周囲の壁
４  セル
４Ａ  入口セル
４Ｂ  出口セル
５  壁の入口側
６  共通領域を分ける壁、多孔質壁
７  壁の出口側
８、９  プラグ
１０  担体
１１  担体の出口端
１２  担体の入口端
１３  識別層
１４  溶融した凝集性塊体
１５  粒子
１６  仮焼した識別層の気孔
２０  多孔質セラミック
２１  ガス入口側の矢印
２２  凝集体および／または凝集体の成分粒子の層
２３  交差する針状物
２４  気孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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