(57)【要約】  多孔質壁を含む閉塞したハニカム体に表面処理を施す方法は、無機材料の粒子を噴霧して、水性ビヒクル、結合剤材料、及び粒子からなる液体−微粒子−結合剤液滴とし、液滴から水性ビヒクルの実質的にすべてを蒸発させて、粒子と結合剤材料とからなる凝集体を形成し、閉塞したハニカム体の多孔質壁に凝集体を堆積させることを含み、ここで、凝集体は、多孔質壁上、又は多孔質壁内、若しくは多孔質壁上及び多孔質壁内の両方に配置される。多孔質壁及びその上に堆積した無機材料を含む閉塞したハニカム体もまた開示される。
2021535066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質壁を含む閉塞したハニカム体に表面処理を施す方法であって、該方法が、
無機材料の粒子を噴霧して、水性ビヒクル、結合剤材料、及び前記粒子からなる液体−微粒子−結合剤液滴とする工程；
前記液滴から前記水性ビヒクルの実質的にすべてを蒸発させて、前記粒子及び前記結合剤材料からなる凝集体を形成する工程；
前記閉塞したハニカム体の前記多孔質壁に前記凝集体を堆積させる工程
を含み、
前記堆積した凝集体が、前記多孔質壁上、又は多孔質壁内、若しくは多孔質壁上及び多孔質壁内の両方に配置される、
方法。
【請求項２】
前記結合剤材料の有機成分が、前記堆積した凝集体から除去される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記凝集体を加熱することにより、前記堆積した凝集体中の前記結合剤材料の無機成分を前記ハニカム体の前記多孔質壁と物理的に結合させる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
濾過物品であって、
細孔を有する多孔質壁を備えたハニカムフィルタ体；及び
前記ハニカムフィルタ体内に配置された、無機材料ナノ粒子及び結合剤を含む無機堆積物
を含み、
前記無機堆積物が、前記無機材料ナノ粒子と前記結合剤との集合した凝集体のネットワークを含み、前記結合剤が水溶性結合剤を含む、
濾過物品。
【請求項５】
前記凝集体が無機材料のナノ粒子からなり、前記凝集体のネットワークが凝集体の集合体を含む、請求項４に記載の濾過物品。
【請求項６】
前記無機材料が、０．１〜２０ｇ／Ｌから０．１〜５ｇ／Ｌの負荷で前記ハニカムフィルタ体に存在する、請求項４又は５に記載の濾過物品。
【請求項７】
水溶性結合剤がケイ素含有結合剤を含む、請求項４から６のいずれか一項に記載の濾過物品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、その全体がここに参照することによって本願に援用される、２０１８年８月３１日出願の米国仮特許出願第６２／７２６，１９２号及び２０１８年９月３日出願の国際出願第ＰＣＴ／ＣＮ２０１８／１０３８０７号に対する米国法典第３５編特許法１１９条に基づく優先権の利益を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、無機堆積物を含み、該堆積物が無機濾過材料からなる、多孔質セラミックハニカム体などの多孔質体を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ウォールフロー型フィルタは、燃焼機関の排気などの流体排気流から微粒子を除去するために用いられる。例として、ディーゼルエンジン排ガスから微粒子を除去するのに用いられるディーゼル微粒子フィルタ、及びガソリンエンジン排ガスから微粒子を除去するのに用いられるガソリン微粒子フィルタ（ＧＰＦ）が挙げられる。濾過される排ガスは、入口セルに入り、セル壁を通過し、出口チャネルを介してフィルタから出る。ガスが横断してフィルタから出るときに、入口セルの壁の上又は内部に微粒子が捕捉される。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の態様は、多孔質体、並びにそれらの製造及び使用方法に関する。
【０００５】
一態様では、閉塞したハニカムフィルタ体などのハニカムフィルタ体に無機堆積物を施すための方法が本明細書に開示され、該フィルタ体は多孔質壁を備えており、該方法は、供給混合物を噴霧して液体−微粒子−結合剤液滴とする工程であって、供給混合物が水性ビヒクル、結合剤材料、及び無機材料の粒子からなる、工程；例えばガス状キャリア流を用いて液体−微粒子−結合剤液滴をエアロゾル化する工程；液滴から実質的にすべての水性ビヒクルを除去、例えば蒸発させて、粒子と結合剤材料とからなるエアロゾル化した微粒子−結合剤凝集体を形成する工程；エアロゾル化した凝集体をハニカムフィルタ体の多孔質壁へと向け、それによって多孔質壁上、又は多孔質壁内、若しくは多孔質壁上及び多孔質壁内の両方に凝集体を堆積させる工程を含む。特定の実施形態では、該方法は、凝集体を含むハニカムフィルタ体を、結合剤が凝集体を多孔質壁に結合させるのに十分な時間及び温度、又は凝集体の少なくとも幾つかを互いに結合させるのに十分な時間及び温度、又はその両方に十分な時間及び温度で加熱する工程をさらに含む。幾つかの実施形態では、該方法は、凝集体を含むハニカムフィルタ体を、結合剤を分解させるのに十分な時間及び温度で加熱する工程をさらに含む。幾つかの実施形態では、結合剤材料はケイ素を含み、該方法は、凝集体を含むハニカムフィルタ体を、結合剤材料からシリカを形成するのに十分な時間及び温度で加熱する工程をさらに含む。１つ以上の実施形態では、結合剤材料はケイ素含有化合物である。１つ以上の実施形態では、ケイ素含有化合物は、シロキサン又はポリシロキサン、シリコーン、ケイ酸塩、若しくはそれらの組合せからなる。１つ以上の実施形態では、ケイ素含有化合物は、シリコーン化合物、ポリシロキサン、シリコーン樹脂、シロキサン、アルコキシシロキサン、又はそれらの組合せからなる。１つ以上の実施形態では、ケイ素含有化合物は、ケイ酸塩、アルカリケイ酸塩、ケイ酸ナトリウム、又はそれらの組合せからなる。
【０００６】
別の態様では、ハニカム濾過体を製造する方法が本明細書に開示されており、該方法は、無機材料の粒子を水性ビヒクル及び結合剤材料と一緒に混合して、液体−微粒子−結合剤混合物、例えば懸濁液又はコロイドを形成する工程；液体−微粒子−結合剤混合物を噴霧ガスとともに噴霧して、例えば、液体−微粒子−結合剤混合物を噴霧ノズル内へと向け、強制噴霧ガスで噴霧することによって、水性ビヒクル、結合剤材料、及び粒子からなる液体−微粒子−結合剤液滴を形成する工程；ガス状キャリア流を用いて液滴をエアロゾル化し、ハニカムフィルタ体と密接に結合されたダクトを通るキャリアガス流とともに液滴をハニカム体の方へと運ぶ工程を含み、該キャリアガス流はガス状キャリア流を含む。１つ以上の実施形態では、ダクトは、ハニカムフィルタ体に近接する出口端を有しており、ダクトの内面がチャンバを画成する。１つ以上の実施形態では、キャリアガス流は、噴霧ガスをさらに含む。該方法は、エアロゾル化された液滴から実質的にすべての水性ビヒクルを蒸発させて、粒子と結合剤材料とからなるエアロゾル化された微粒子−結合剤凝集体を形成する工程、及びハニカムフィルタ体の多孔質壁に凝集体を堆積させる工程をさらに含む。１つ以上の実施形態では、堆積した凝集体は、多孔質壁上、又は多孔質壁内、若しくは多孔質壁上及び多孔質壁内の両方に配置される。１つ以上の実施形態では、キャリアガス流は、水性ビヒクルの気相をさらに含む。１つ以上の実施形態では、凝集体が噴霧ガスによってハニカムフィルタ体の多孔質壁に堆積されている間に、キャリアガス流は、ハニカムフィルタ体の壁を通過する。
【０００７】
１つ以上の実施形態では、キャリアガス流は、ノズルを出る液滴の周りの共流における噴霧ノズルを取り囲む環状流で、ダクトのチャンバに送給される。１つ以上の実施形態では、実質的にすべての水性ビヒクルが液滴から蒸発して、粒子と結合剤材料とからなるエアロゾル化された微粒子−結合剤凝集体を形成し；微粒子−結合剤凝集体のエアロゾル化された集合体が作られ；かつ、集合体及び個別の、例えば集合していない凝集体が、ハニカムフィルタ体の多孔質壁に堆積される。１つ以上の実施形態では、堆積した集合体及び凝集体は、多孔質壁上、又は多孔質壁内、若しくは多孔質壁上及び多孔質壁内の両方に配置される。１つ以上の実施形態では、堆積中、ダクトはハニカムフィルタ体と密閉流体連通している。
【０００８】
前述の概要及び以下の詳細な説明はいずれも、さまざまな実施形態を説明しており、特許請求される主題の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図していることが理解されるべきである。
【０００９】
前述の概要及び以下の詳細な説明はいずれも、さまざまな実施形態を説明しており、特許請求される主題の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図していることが理解されるべきである。添付の図面は、さまざまな実施形態のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれて、その一部を構成する。図面は、本明細書に記載されるさまざまな実施形態を例証しており、その説明とともに、特許請求の範囲の主題の原理及び動作を説明する役割を担う。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本明細書に開示される実施形態による材料を形成するプロセスの例示的な実施形態を示すフローチャート
【図２】本明細書に開示される実施形態による無機材料を堆積させるための装置の概略図
【図３】本明細書に開示される実施形態による無機材料を堆積させるための装置の概略図
【図４】本明細書に開示される実施形態による無機材料を堆積させるための装置の概略図
【図５】本明細書に開示される実施形態による無機材料を堆積させるための装置の概略図
【図６】本明細書に開示される実施形態による無機材料を堆積させるための装置の概略図
【図７】閉塞していないハニカム体の概略図
【図８】本明細書に開示及び記載される実施形態によるウォールフロー型微粒子フィルタの概略図
【図９】図８に示される微粒子フィルタの断面縦断図
【図１０】微粒子が負荷されたハニカム体の壁の概略図
【図１１】本明細書に開示される実施形態による材料を形成する水性ベースのプロセスの例示的な実施形態を示すフローチャート
【図１２】本明細書に開示される実施形態に従って調製されたさまざまな試料の硬化前後の濾過効率を示すグラフ
【図１３】本明細書に開示される実施形態に従って調製されたさまざまな試料の硬化前後の圧力降下を示すグラフ
【図１４Ａ】エタノールベースの懸濁液（ＤＫ−２４０５−５％）から生成したアルミナ凝集体を示すＳＥＭ写真
【図１４Ｂ】水性ベースの懸濁液（Ａｌｌｉｅｄ−８８０−２０％）から生成したアルミナ凝集体を示すＳＥＭ写真
【図１４Ｃ】水性ベースの懸濁液（ＤＫ−８８０−２０％）から生成したアルミナ凝集体を示すＳＥＭ写真
【図１４Ｄ】水性ベースの懸濁液（ＤＫ−８８０−５０％）から生成したアルミナ凝集体を示すＳＥＭ写真
【図１４Ｅ】水性ベースの懸濁液（ＤＫ−９９５０−５０％）から生成したアルミナ凝集体を示すＳＥＭ写真
【図１４Ｆ】水性ベースの懸濁液（ＤＫ−２４０４−２０％）から生成したアルミナ凝集体を示すＳＥＭ写真
【図１５Ａ】本明細書に開示される実施形態に従って調製されたさまざまな試料について、ＦＥ／ｄＰ性能に関する水性プロセス及びエタノールベースのプロセスを示すグラフ
【図１５Ｂ】本明細書に開示される実施形態に従って調製されたさまざまな試料について、堆積物負荷に対するＦＥに関する水性プロセス及びエタノールベースのプロセスを示すグラフ
【図１６Ａ】エタノールベースの懸濁液から生成したアルミナ凝集体を示すＳＥＭ写真
【図１６Ｂ】水性ベースの懸濁液から生成し、多孔質セラミック壁上に堆積したアルミナ凝集体を示すＳＥＭ写真
【図１６Ｃ】エタノールベースのプロセス及び水性ベースのプロセスによって生成した凝集体についての凝集体の粒径を示すグラフ
【図１６Ｄ】エタノールベースのプロセス及び水性ベースのプロセスによって生成した凝集体の累積サイズ分布を示すグラフ
【図１７Ａ】本明細書に開示される実施形態に従って調製された試料の耐水性に関して、濾過効率の耐久性に対する異なる熱処理温度の影響を示すグラフ
【図１７Ｂ】本明細書に開示される実施形態に従って調製された試料の耐水性に関して、圧力降下に対する異なる熱処理温度の影響を示すグラフ
【図１８Ａ】本明細書に開示される実施形態に従って調製された試料の耐水性における、異なる熱処理温度での濾過効率に対する熱処理の影響を示すグラフ
【図１８Ｂ】本明細書に開示される実施形態に従って調製された試料について異なる熱処理温度での圧力降下に対する熱処理の影響を示すグラフ
【図１９】高流量試験、低温振動試験、ビヒクル試験、及び２段階耐水性試験を含むさまざまな耐久性試験後の濾過効率を示すグラフ
【図２０】本明細書に開示される実施形態に従って調製された閉塞したハニカム体の入口チャネルの入口領域の上面図のＳＥＭ写真
【図２１】本明細書に開示される実施形態に従って調製された閉塞したハニカム体の入口チャネルの入口領域の切欠き側面図のＳＥＭ写真
【図２２】本明細書に開示される実施形態に従って調製された閉塞したハニカム体の入口チャネルの中央領域の上面図のＳＥＭ写真
【図２３】本明細書に開示される実施形態に従って調製された閉塞したハニカム体の入口チャネルの中央領域の切欠き側面図のＳＥＭ写真
【図２４】本明細書に開示される実施形態に従って調製された閉塞したハニカム体の入口チャネルの出口領域の上面図のＳＥＭ写真
【図２５】本明細書に開示される実施形態に従って調製された閉塞したハニカム体の入口チャネルの出口領域の切欠き側面図のＳＥＭ写真
【図２６】本明細書に開示される実施形態に従って調製された閉塞したハニカム体の入口チャネルの出口領域の拡大した切欠き側面図のＳＥＭ写真
【図２７】色を反転させた図２６のＳＥＭ写真
【図２８Ａ】集合体１５００を破線で取り囲んだ、図２７のＳＥＭ写真の一部
【図２８Ｂ】図２８Ａにおいて輪郭を破線で囲んだ、集合体１５００の領域を形成する、凝集体１５０２の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
これより、その実施形態が添付の図面に示されている、ハニカム体マトリクスの多孔質セラミック壁上、又は多孔質セラミック壁内、又は多孔質セラミック壁上及び多孔質セラミック壁内の両方に無機堆積物（又は「濾過堆積物」）を含む多孔質ハニカム体を含む、ハニカム体を形成するための方法の実施形態について詳細に参照する。濾過堆積物は、ハニカム体に堆積された材料、並びに、元々堆積されていた１つ以上の材料から、例えば加熱によって、形成されうる化合物を含む。例えば、結合剤材料は、加熱することによって有機成分へと変換することができ、これは最終的には燃焼又は揮発するが、無機成分（シリカなど）は、ハニカムフィルタ体内に含まれたままである。可能な場合はいつでも、同一又は類似した部分についての言及には、図面全体を通して同じ参照番号が用いられる。
【００１２】
定義
本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられる場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、内容が明確に別段の指示をしない限り、複数の指示対象を有する実施形態を包含する。本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられる場合、「又は」という用語は、内容が明確に別段の指示をしない限り、「及び／又は」を含むその意味で一般に用いられる。
【００１３】
本明細書で用いられる場合、「有する」、「有している」、「含む」、「含んでいる」、「備える」、「備えている」などは、オープンエンドの意味で用いられており、一般に「含むがそれらに限定されない」ことを意味する。
【００１４】
本明細書で言及される「ハニカム体」は、チャネルを画成するセルを形成する交差する壁のマトリクスのセラミックハニカム構造を含む。セラミックハニカム構造は、可塑化されたセラミック又はセラミック形成バッチ混合物、又はペーストから形成、押し出し、又は成形することができる。ハニカム体は、壁のマトリクスとともに押し出された、又はマトリクスの押出し後に施された、外周壁又は外皮を含みうる。例えば、ハニカム体は、コージエライト又は他の適切なセラミック材料からなる濾過本体を形成する、閉塞したセラミックハニカム構造でありうる。閉塞したハニカム体は、本体の端部の一方又は両方が閉塞した１つ以上のチャネルを有する。
【００１５】
本明細書に開示されるハニカム体は、ガスの流れから微粒子物質を濾過するように構成された、１つ以上の濾過材料堆積物を担持する少なくとも１つの壁を備えたセラミックハニカム構造を含む。濾過材料堆積物は、離散した領域に存在してよく、あるいは、幾つかの部分又は幾つかの実施形態では、ハニカム体の壁上の所与の位置に濾過材料の１つ以上の層を形成してもよい。幾つかの実施形態による濾過材料堆積物は無機材料を含み、幾つかの実施形態では有機材料を含み、幾つかの実施形態では無機材料及び有機材料の両方を含む。例えば、ハニカム体は、１つ以上の実施形態では、コージエライト又は他の多孔質セラミック材料から形成することができ、コージエライトハニカム構造の壁面上又は壁面下に配置された無機材料堆積物をさらに含む。
【００１６】
幾つかの実施形態では、濾過材料は、１つ以上の無機材料、例えば１つ以上のセラミック又は耐火材料などを含む。
【００１７】
本明細書で用いられる場合、「未焼成」又は「未焼成セラミック」は同じ意味で用いられ、特に明記されていない限り、未焼結又は未焼成の材料を指す。
【００１８】
方法
本開示の態様は、無機材料などの濾過材料、例えばセラミック又は耐火材料、又はさらには多孔質のセラミック又は耐火材料などの材料を含む、多孔質セラミックハニカム体などの多孔質体を形成する方法に関する。特定の実施形態では、濾過材料は、エアロゾル−堆積濾過材料である。幾つかの好ましい実施形態では、濾過材料は、複数の無機粒子凝集体を含み、該凝集体は、セラミック又は耐火性の材料などの無機物からなる。幾つかの実施形態では、凝集体は多孔質であり、これにより、ガスが凝集体を通って流れることを可能にしうる。
【００１９】
エアロゾル堆積は、多孔質セラミック壁への濾過材料の堆積を可能にし、これは、単一の凝集体と同程度に小さいか、又は例えば複数の凝集体のように大きい離散した領域であってよく、幾つかの実施形態では、セラミックハニカム体の壁の少なくとも幾つかの表面上又は表面内、若しくは表面上及び表面内の両方に、濾過材料の多孔質層の形態で存在している。ある特定の実施形態では、１つ以上の実施形態によるエアロゾル堆積法の利点は、濾過性能が向上したセラミックハニカム体を経済的に、及び／又はより効率的に製造することができることである。
【００２０】
ある特定の実施形態では、本明細書に開示されるエアロゾル堆積プロセスは、混合物の調製（例えば、無機材料、液体ビヒクル、及び結合剤）、混合物を噴霧ガスとともにノズルを用いて噴霧して、無機材料、水性ビヒクル、及びもしあれば結合剤からなる凝集体及び／又は集合体を形成する工程、キャリアガス又はガス状キャリア流の存在下で凝集体及び／又は集合体を乾燥させる工程、集合体及び／又は凝集体をハニカム体に堆積させる工程、並びに任意選択的に材料を硬化させる工程を含む。幾つかの実施形態では、装置の壁を加熱して、集合体及び／又は凝集体の乾燥を助けることができる。
【００２１】
さまざまな実施形態では、液体ビヒクルが凝集体からより速く蒸発することができるように、装置の壁を加熱することに加えて、又は壁を加熱するのではなく、キャリアガスを加熱することができ、これにより、凝集体をより効率的に生成することができる。加熱されたガス状キャリア流は、噴霧された液滴と装置を通して形成された凝集体との両方をハニカム体内へと運ぶ。幾つかの実施形態では、噴霧ガスは、単独で、又はキャリアガスの加熱と組み合わせて、加熱される。幾つかの実施形態では、装置のチャンバ内へと実質的に同じ方向に向かう、エアロゾル化された液滴及び／又は凝集体とガス状キャリア流との共流が、装置の壁上の材料損失又は過剰噴霧の低減に役立ちうる。さらには、ガスの流れと粒子の追跡が装置全体にわたってより均一になるのを助けるために、凝集体がセラミックハニカム体に入る前に収束セクションを装置に追加することができる。不均一な粒子堆積の境界効果を低減又は排除するために、収束セクションの端部の内径はセラミックハニカム体の外径よりもわずかに大きくすることができる。
【００２２】
噴霧ノズル又は噴霧器では、高圧及び／又は高速の噴霧ガスを使用して、液体ビヒクル、結合剤、及び固体粒子の混合物を含む懸濁液を、例えば平均液滴サイズが４〜６マイクロメートルの小さい液滴へと細分化することができる。これらの液滴の加熱及び水性ビヒクルの迅速な蒸発は、多孔質の無機の特徴又は構造としてハニカム体の壁に堆積する前に、多孔質の無機凝集体を生成する。幾つかの実施形態では、場合によっては同じ動作条件下でも、複数のノズルを用いると、各ノズルを通る液体の流れが減少し、液滴サイズがより小さくなりうる。
【００２３】
１つ以上の実施形態によれば、結合剤を用いてエアロゾルを形成することを含むプロセスが本明細書に開示されており、該結合剤は、高濾過効率材料を提供するためにハニカム体上に堆積されており、該材料は、微粒子フィルタを提供するために、ハニカム体上の離散領域に及び／又は幾つかの部分又は幾つかの実施形態では無機層に存在しうる。１つ以上の実施形態によれば、性能は、むき出しのフィルタと比較して濾過効率は９０％を超え、圧力降下ペナルティは１０％未満である。１つ以上の実施形態によれば、図１に示されるように、プロセス４００は、例えば、ハニカム体の多孔質壁上、又は多孔質壁内、若しくは多孔質壁上及び多孔質壁内の両方に材料を結合するために、混合物を調製する工程４０５、噴霧して液滴を形成する工程４１０、液滴とガス状キャリア流を混合する工程４１５；液体ビヒクルを蒸発させて凝集体を形成する工程４２０、例えば凝集体などの材料をウォールフロー型フィルタの壁に堆積させる工程４２５、及び任意選択的な後処理工程４３０を含む。結合剤を含む凝集体の形態でのエアロゾル堆積法は、高温硬化工程（例えば、１０００℃を超える温度への加熱）がなくても、高い機械的完全性を提供することができ、幾つかの実施形態では、高温（例えば、１０００℃を超える温度への加熱）硬化工程などの硬化工程後に、さらに高い機械的完全性を提供することができる。図１のプロセスでは、エアロゾル堆積は、無機材料堆積物を形成し、これは、幾つかの特定の実施形態では、多孔質材料堆積物である。幾つかの実施形態では、材料堆積物は、濾過材料の離散領域の形態をしている。幾つかの実施形態では、材料堆積物の少なくとも幾つかの部分は、多孔質無機層の形態でありうる。
【００２４】
さまざまな実施形態では、このプロセスはさらに、閉塞したハニカム体の多孔質壁への凝集体の堆積が半連続的又は連続的に行われるように部品を切り替えることを含み、これにより装置のアイドリング時間が短縮される。１つ以上の実施形態では、部品の切り替えは、堆積が複数のセラミックハニカム体内及び／又は上で実質的に連続するようなタイミングで行われる。連続とは、動作装置が動作温度及び圧力、並びに原料の供給流れの下で維持されること、及びウォールフロー型フィルタなどの部品へのガス状キャリア流及び凝集体の流れが、負荷のかかった部品を負荷のかかっていない部品に切り替えるためだけに中断されることを意味する。半連続は、原料の供給流れのわずかな中断及び、動作温度及び圧力の調整も可能にする。１つ以上の実施形態では、半連続流とは、０．５％以上、１％以上、１．５％以上、２％以上、２．５％以上、及び／又は４．５％以下、４％以下、３．５％以下、３％以下を含む、動作時間の０．１％以上〜５％以下の間、流れが中断されることを意味する。１つ以上の実施形態では、流れは、９６％以上、９７％以上、９８％以上、９９％以上、９９．５％以上、及び／又は９９．９％以下、９９％以下、９８％以下、９７％以下を含む、動作時間の９５％以上〜１００％以下の間、継続する。
【００２５】
混合物の調製４０５。市販の無機粒子は、堆積用の無機材料の形成における混合物の原料として使用することができる。１つ以上の実施形態によれば、粒子は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＳｉＣ、ＭｇＯ、及びそれらの組合せから選択される。１つ以上の実施形態では、混合物は懸濁液である。粒子は、さらなる液体ビヒクルが任意選択的に添加される水性ビヒクル中に懸濁された原料として供給されうる。
【００２６】
したがって、幾つかの実施形態では、混合物は水性ベースである；例えば、懸濁液の水性ビヒクルは水でありうる。１つ以上の実施形態では、水性ビヒクルは、実質的に水からなる。
【００２７】
幾つかの実施形態では、懸濁液は、５〜２０質量％の粒子及び８０〜９５質量％の液体、並びにそれらの間のすべての値及び部分範囲を含む。一実施形態では、懸濁液は、１１質量パーセント±１質量％のアルミナと、８９質量パーセント±１質量％の水とを含む。
【００２８】
１つ以上の実施形態では、粒子は、約１０ｎｍ〜約４マイクロメートル、約２０ｎｍ〜約３マイクロメートル、又は約５０ｎｍ〜約２マイクロメートル、又は約５０ｎｍ〜約９００ｎｍ、又は約５０ｎｍ〜約６００ｎｍの範囲の平均一次粒子サイズを有する。特定の実施形態では、平均一次粒子サイズは、約１００ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲、例えば１５０ｎｍである。平均一次粒子サイズは、幾つかの実施形態では現在１０ｍ２／ｇである、エアロゾル粒子のＢＥＴ表面積から計算された値として決定することができる。
【００２９】
１つ以上の実施形態では、一次粒子は、酸化物粒子などのセラミック粒子、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＣａＯ、ＴｉＯ２、コージエライト、ムライト、ＳｉＣ、チタン酸アルミニウム、及びそれらの混合物を含む。
【００３０】
混合物は、必要に応じて懸濁液を希釈するために添加される溶媒を使用して形成される。噴霧によって生成された液滴が同様のサイズを有している場合、混合物中の固形分を減らすことにより、それに比例して集合体のサイズを縮小することができる。溶媒は上記の懸濁液と混和性があり、かつ、結合剤及び他の成分のための溶媒である必要がある。
【００３１】
結合剤は、凝集体を強化し、粘着性又は接着性を提供するために任意選択的に添加されており、該結合剤は、堆積された材料に機械的完全性を提供するために無機結合剤を含みうる。結合剤は、高温（＞５００℃）で粒子間の結合強度を提供することができる。出発材料は有機であってもよい。約１５０℃を超える高温に曝露された後、有機出発材料は分解するか、あるいは空気中の水分及び酸素と反応し、最終的に堆積される材料組成物は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＣａＯ、ＴｉＯ２、コージエライト、ムライト、ＳｉＣ、チタン酸アルミニウム、及びそれらの混合物を含むことができる。適切な結合剤の一例は、両方ともＴｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＤｏｗｓｉｌ（商標）ＵＳ−ＣＦ−２４０５及びＤｏｗｓｉｌ（商標）ＵＳ−ＣＦ−２４０３である。例示的な結合剤含有量は、粒子含有量の５質量％以上〜２５質量％以下の範囲である。一実施形態では、結合剤含有量は、１５〜２０質量％±１％である。
【００３２】
結合剤の硬化反応を加速するために、触媒を加えることができる。Ｄｏｗｓｉｌ（商標）ＵＳ−ＣＦ−２４０５の硬化反応を加速するために用いられる例示的な触媒は、チタンブトキシドである。例示的な触媒含有量は、結合剤の１質量％である。
【００３３】
保管中及び／又はノズルへの送給を待つ間の混合物又は懸濁液の攪拌は、所望の攪拌技術を使用することによって行うことができる。１つ以上の実施形態では、撹拌は、機械的撹拌器によって行われる。一実施形態では、機械的撹拌器の使用は、磁気攪拌システムで用いられる保持容器と接触しているプラスチックでコーティングされたミキシングロッドからの潜在的な汚染の低減及び／又は排除を促進する。
【００３４】
噴霧によって液滴を形成する工程４１０。混合物は、ノズルを介した高圧ガスによって噴霧されて微細な液滴となる。ノズルの一例は、Ｓｐｒａｙｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃｏ．社の１／４Ｊ−ＳＳ＋ＳＵ１１−ＳＳである。このセットアップは、ノズル本体と、流体キャップ２０５０及びエアキャップ６７１４７とで構成される。噴霧ガスは、液体−微粒子−結合剤の流れを液滴へと細分化するのに寄与しうる。
【００３５】
１つ以上の実施形態では、本明細書のノズルは、例えば、部品番号が上に与えられている内部混合ノズルなど、内部混合を利用するノズルである。１つ以上の実施形態では、本明細書のノズルは、外部混合を利用するノズルであり、例えば、Ｓｐｒａｙｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社の外部混合ノズルのセットアップ：６４エアキャップ及び１６５０流体キャップからなる１／４Ｊ−ＳＳ＋ＳＵ１Ａなどである。別の有用なセットアップは、６４エアキャップ及び１２５０流体キャップで構成される。外部混合ノズルは、より小さい粒径を可能にし、材料の利用及び濾過効率を改善する、より狭い粒径分布を可能にするために有利でありうる。外部混合ノズルは、内部混合ノズルと比較して目詰まりが少ない傾向がある。１つ以上の実施形態では、本明細書のノズルは収束ノズルである。本明細書で用いられる場合、収束ノズルとは、入口から出口へと断面積が減少し、それによって流体の流れを加速する流体流路を有するノズルを指す。収束ノズルは、内部で混合することも、外部で混合することもできる。
【００３６】
１つ以上の実施形態では、液体−微粒子−結合剤液滴は、ノズルによってチャンバに向けられる。
【００３７】
１つ以上の実施形態では、液体−微粒子−結合剤液滴は、複数のノズルによってチャンバに向けられる。１つ以上の実施形態では、複数の液体−微粒子−結合剤の流れを噴霧する工程は、複数の噴霧ノズルを用いて行われる。複数のノズルは、２以上のノズル、３以上、４以上、５以上、６以上、７以上、８以上、９以上、１０以上などを含みうる。複数のノズルは、チャンバ内に等間隔に配置されうる。１つ以上の実施形態では、複数のノズルの各々は、装置の中心に向かって角度が付いている。ノズルの角度は鋭角であってよく、装置の側壁に対して９０°未満から１０°を超える範囲、並びに２０°〜４５°を含めた、それらの間のすべての値及び部分範囲でありうる。
【００３８】
噴霧ガスの圧力は、２０ｐｓｉ（約１３８ｋＰａ）〜１５０ｐｓｉ（約１０３４ｋＰａ）の範囲でありうる。液体の圧力は、１〜１００ｐｓｉ（約６．９〜６８９ｋＰａ）の範囲でありうる。１つ以上の実施形態による平均液滴サイズは、１マイクロメートル〜４０マイクロメートルの範囲であってよく、例えば、１マイクロメートル以上〜１５マイクロメートル以下；２マイクロメートル以上〜８マイクロメートル以下；４マイクロメートル以上〜８マイクロメートル以下；及び、４マイクロメートル以上〜６マイクロメートル以下の範囲；並びに、それらの間のすべての値及び部分範囲を含む。液滴サイズは、混合物の表面張力、混合物の粘度、混合物の密度、ガス流量、ガス圧、液体流量、液体圧力、及びノズル設計を調整することによって調整することができる。１つ以上の実施形態では、噴霧ガスは窒素を含む。１つ以上の実施形態では、噴霧ガスは実質的に不活性ガスからなりうる。１つ以上の実施形態では、噴霧ガスは、主に１つ以上の不活性ガスでありうる。１つ以上の実施形態では、噴霧ガスは、主に窒素ガスでありうる。１つ以上の実施形態では、噴霧ガスは、主に空気でありうる。１つ以上の実施形態では、噴霧ガスは、実質的に窒素又は空気からなりうる。１つ以上の実施形態では、噴霧ガスは乾燥していてよい。１つ以上の実施形態では、噴霧ガスは、チャンバに入るときに液体ビヒクルを実質的に含まない可能性がある。
【００３９】
幾つかの実施形態では、懸濁液流量は、１８ｇ／分を含む、それらの間のすべての値及び部分範囲を含めた、１０〜２５ｇ／分の範囲である。
【００４０】
幾つかの実施形態では、噴霧ガス流量、窒素流量は、５〜６Ｎｍ３／時を含む、それらの間のすべての値及び部分範囲を含めた、２〜１０Ｎｍ３／時の範囲である。
【００４１】
懸濁液の流れ及び対応する凝集体のサイズは、装置に応じて適切に、圧力制御システム又は流れ制御システムによって制御することができる。圧力制御システムでは、圧力コントローラはチューブ又は配管などの供給導管と連通しており、液体中の一次粒子の懸濁液が供給導管に導入され、これが次にノズルへと流れる。流量制御システムには、液体中の一次粒子の懸濁液をノズルへと送給するインジェクタポンプが設けられている。噴霧ガスは通常、ノズルへと個別に供給される。好ましい実施形態では、ポンプは、液体−微粒子−結合剤混合物を実質的に一定の流量で噴霧ノズルへと向ける。一定の流量は、一定の圧力を維持するのとは対照的に、粒径の変動を低減し、ひいては材料の利用を改善するのに役立ちうることから、有利でありうる。
【００４２】
１つ以上の実施形態では、懸濁液は、無機材料、水性ビヒクル、及び幾つかの実施形態では結合剤を含み、これが液体−微粒子−結合剤の流れとしてノズルに供給される。すなわち、無機材料の粒子は、水性ビヒクル及び結合剤材料と混合されて、液体−微粒子−結合剤の流れを形成しうる。液体−微粒子−結合剤の流れは、ノズルによって噴霧ガスとともに噴霧されて、液体−微粒子−結合剤液滴となる。１つ以上の実施形態では、液体−微粒子−結合剤の流れは噴霧ガスと混合される。１つ以上の実施形態では、液体−微粒子−結合剤の流れは噴霧ノズルに向けられ、それによって粒子を噴霧し、液体−微粒子−結合剤液滴となる。液体−微粒子−結合剤液滴は、水性ビヒクル、結合剤材料、及び粒子からなる。
【００４３】
１つ以上の実施形態では、液体−微粒子−結合剤の流れは、噴霧ノズルを介して噴霧ガスと混合される。１つ以上の実施形態では、液体−微粒子−結合剤の流れは、噴霧ノズルに入る。１つ以上の実施形態では、液体−微粒子−結合剤の流れと噴霧ガスとの混合は、噴霧ノズルの内側で行われる。１つ以上の実施形態では、液体−微粒子−結合剤の流れと噴霧ガスとの混合は、噴霧ノズルの外側で行われる。
【００４４】
液滴及びガス状キャリア流の混合４１５。液滴は、ガス状キャリア流によってハニカム体の方へと運ばれる。１つ以上の実施形態では、ガス状キャリア流は、キャリアガス及び噴霧ガスを含む。１つ以上の実施形態では、キャリアガスの少なくとも一部は、噴霧ノズルと接触する。１つ以上の実施形態では、実質的にすべての水性ビヒクルが液滴から蒸発して、粒子と結合剤材料とからなる凝集体を形成する。
【００４５】
１つ以上の実施形態では、ガス状キャリア流は、液滴と混合される前に加熱される。１つ以上の実施形態では、ガス状キャリア流は、８０℃以上〜３００℃以下のすべて、５０℃以上〜１５０℃以下、並びにそれらの間のすべての値及び部分範囲を含む、５０℃以上〜５００℃以下の範囲の温度である。理論にとらわれはしないが、より高い温度の利点は、液滴がより速く蒸発することであり、液体の大部分が蒸発する場合に、それらが衝突するときにそれらが付着する可能性が低いことであると考えられる。ある特定の実施形態では、より小さい凝集体は、より良好な濾過材料堆積物の形成に寄与する。さらには、液滴が衝突するが、少量の液体しか含まない場合（内部のみなど）、液滴は球状形態へと合体しない可能性があると考えられる。幾つかの実施形態では、非球状の凝集体は望ましい濾過性能を提供しうる。
【００４６】
１つ以上の実施形態では、噴霧ガスは加熱されて、加熱された噴霧ガスを形成し、これが次にノズルを通って流れ、及び／又はノズルと接触する。１つ以上の実施形態では、加熱された噴霧ガスは、８０℃以上〜３００℃以下のすべて、５０℃以上〜１５０℃以下、並びにそれらの間のすべての値及び部分範囲を含む、５０℃以上〜５００℃以下の範囲の温度である。
【００４７】
１つ以上の実施形態では、キャリアガス及び噴霧ガスは両方とも、独立して加熱され、ノズルと接触する。１つ以上の実施形態では、ガス状の蒸気は加熱されるが、噴霧ガスとノズルは低温（室温にほぼ等しい、例えば２５〜４０℃）に維持される。１つ以上の実施形態では、噴霧ノズルは、噴霧中に冷却される。１つ以上の実施形態では、噴霧ノズルの温度は、水性ビヒクルの沸点未満で維持される。
【００４８】
キャリアガスは、装置に供給されて、液体−微粒子−結合剤液滴の乾燥及び運搬を容易にし、結果として生じる凝集体は、装置を通ってハニカム体に入る。１つ以上の実施形態では、キャリアガスは主に、窒素などの不活性ガスである。１つ以上の実施形態では、キャリアガスは、実質的に不活性ガスからなる。１つ以上の実施形態では、キャリアガスは主に、１つ以上の不活性ガスである。１つ以上の実施形態では、キャリアガスは、主に窒素ガスである。１つ以上の実施形態では、キャリアガスは、主に空気である。１つ以上の実施形態では、キャリアガスは、実質的に窒素又は空気からなる。１つ以上の実施形態では、キャリアガスは乾燥している。１つ以上の実施形態では、キャリアガスは、チャンバに入るときに液体ビヒクルを含んでいない。１つ以上の実施形態では、キャリアガスは、水蒸気を５質量パーセント未満で含む。１つ以上の実施形態では、キャリアガスは、液滴と混合される前に加熱される。１つ以上の実施形態では、キャリアガスは、８０℃以上〜３００℃以下のすべて、５０℃以上〜１５０℃以下、並びにそれらの間のすべての値及び部分範囲を含む、５０℃以上〜５００℃以下の範囲の温度である。
【００４９】
１つ以上の実施形態では、噴霧ガス及びキャリアガスは、独立して、９５ｐｓｉ（約６５５ｋＰａ）以上、１００ｐｓｉ（約６８９ｋＰａ）以上、１０５ｐｓｉ（約７２４ｋＰａ）以上、１００ｐｓｉ（約６８９ｋＰａ）以上、１１５ｐｓｉ（約７９３ｋＰａ）以上、又は１２０ｐｓｉ（約８２７ｋＰａ）以上を含む、９０ｐｓｉ（約６２１ｋＰａ）以上の圧力で装置に送給される。１つ以上の実施形態では、ブースターは、噴霧ガス及びキャリアガスを所望の圧力で供給する。
【００５０】
装置は、ノズルの下流に拡散領域を含みうる。ガス状キャリア流と液体−微粒子−結合剤液滴との混合の少なくとも一部は、拡散領域で行われる。
【００５１】
ガス状キャリア流をチャンバ内で液体−微粒子−結合剤液滴と混合するときに、ガス−液体−微粒子−結合剤混合物が形成される。ガス−液体−微粒子−結合剤混合物は、混合ゾーンで加熱される。１つ以上の実施形態では、粒子及び結合剤を含む液体の液滴は、混合中に存在する。１つ以上の実施形態では、ガス状キャリア流は、液体−微粒子−結合剤液滴と混合する前に加熱される。
【００５２】
一実施形態では、キャリアガスは、ノズルを取り囲む環状の共流でチャンバに送給される。一実施形態では、キャリアガスは、ノズルの端部の液滴の周りの共流における、ノズルを取り囲む環状の流れでダクトのチャンバに送給される。
【００５３】
凝集体を形成するための蒸発４２０。高い圧力降下ペナルティをもたらしうる不均一な材料を形成する可能性のある液体毛管力の衝撃を回避するために、液滴は、装置の蒸発セクションで乾燥されて、一次ナノ粒子と結合剤タイプの材料とから構成される二次粒子又は「微小粒子」と呼ばれうる乾燥固体凝集体を形成する。水性ビヒクル又は溶媒は蒸発し、ガス相又は気相でハニカム体を通過するため、材料の堆積中に液体溶媒の残留又は凝縮が最小限に抑えられる。凝集体がガス流によってハニカム体に運ばれるときには、無機材料中の残留液体は１０質量％未満でなければならない。幾つかの実施形態では、乾燥の結果として、すべての液体が蒸発し、ガス相又は気相へと変換される。幾つかの実施形態における残留液体は、気相から凝縮した水など、混合物中の溶媒を含む。結合剤の一部又はすべてが硬化前に液体又は他の非固体状態でありうる場合でも、結合剤は液体残留物とは見なされない。１つ以上の実施形態では、チャンバを通る全容積流量は、５Ｎｍ３／時以上及び／又は２００Ｎｍ３／時以下であり；２０Ｎｍ３／時以上及び／又は１００Ｎｍ３／時以下；並びに、それらの間のすべての値及び部分範囲を含む。より高い流量は、より低い流量よりも多くの材料を堆積させることができる。より大きい断面積のフィルタを製造する際に、より高い流量は有用でありうる。より大きい断面積のフィルタは、建物用の濾過システム又は屋外の濾過システムに応用できる可能性がある。
【００５４】
１つ以上の実施形態では、実質的にすべての水性ビヒクルが液滴から蒸発して、粒子及び結合剤材料の凝集体を形成し、該凝集体はガス状キャリア流中に散在している。１つ以上の実施形態では、装置は、凝集体からの水性ビヒクルの実質的な部分及び／又はすべてを含む、水性ビヒクルの少なくとも一部の蒸発を可能にするのに十分な軸方向長さを有する蒸発セクションを有している。
【００５５】
流れに関して、一実施形態では、液滴の経路とガス状キャリア流の経路とは、蒸発セクションに入る前に、実質的に垂直である。１つ以上の実施形態では、キャリアガスは、第１の経路を介して噴霧ノズルに接触し、液滴の経路とキャリアガスの第２の経路とは、ダクトの蒸発セクションに入る前に、互いに実質的に垂直である。
【００５６】
別の実施形態では、液滴の経路とガス状キャリア流の経路とは、蒸発セクションに入るときに、実質的に平行である。１つ以上の実施形態では、液滴の経路とガス状キャリア流の経路とは、ダクトの蒸発セクションに入るときに、互いに実質的に平行である。１つ以上の実施形態では、液滴の経路とキャリアガスの経路とは、ダクトの蒸発セクションに入るときに、互いに実質的に平行である。
【００５７】
一実施形態では、ガス状キャリア流は、重力に実質的に平行な方向にチャンバから出る。一実施形態では、ガス状キャリア流は、実質的に下向きにチャンバから出る。一実施形態では、ガス状キャリア流は、実質的に上向きにチャンバから出る。
【００５８】
ハニカム体における堆積４２５。二次粒子、又は一次粒子の凝集体は、ガス流で運ばれ、二次粒子又は凝集体、及び／又はそれらの集合体は、ガスがハニカム本体を通過するときにハニカム体の入口壁面に堆積する。１つ以上の実施形態では、凝集体及び／又はそれらの集合体は、閉塞したハニカム体の多孔質壁に堆積される。堆積した凝集体は、多孔質壁上、又は多孔質壁内、若しくは多孔質壁上及び多孔質壁内の両方に配置されうる。１つ以上の実施形態では、閉塞したハニカム体は、ハニカム体の遠位端で閉塞している入口チャネルと、ハニカム体の近位端で閉塞している出口チャネルとを含む。１つ以上の実施形態では、凝集体及び／又はそれらの集合体は、入口チャネルを画成する壁上、又は壁内、若しくは壁上及び壁内の両方に堆積される。
【００５９】
流れは、ファン、ブロワ、又は真空ポンプによって駆動されうる。追加の空気をシステムに引き込んで、所望の流量を実現することができる。望ましい流量は、５〜２００ｍ３／時の範囲である。
【００６０】
１つの例示的なハニカム体は、ガソリン微粒子フィルタ（ＧＰＦ）としての使用に適しており、以下の非限定的な特性を有する：直径４．０５５インチ（１０．３ｃｍ）、長さ５．４７インチ（１３．９ｃｍ）、１平方インチあたりのセル数（ＣＰＳＩ）２００（約３１．０セル／ｃｍ２）、壁厚８ミル（２０３マイクロメートル）、及び平均細孔径１４μｍ。
【００６１】
１つ以上の実施形態では、二次粒子又は凝集体の平均直径は、３００ｎｍ〜１０マイクロメートル、３００ｎｍ〜８マイクロメートル、３００ｎｍ〜７マイクロメートル、３００ｎｍ〜６マイクロメートル、３００ｎｍ〜５マイクロメートル、３００ｎｍ〜４マイクロメートル、又は３００ｎｍ〜３マイクロメートルの範囲である。特定の実施形態では、二次粒子又は凝集体の平均直径は、約２マイクロメートルを含めた、１．５マイクロメートル〜３マイクロメートルの範囲である。二次粒子又は凝集体の平均直径は、走査型電子顕微鏡によって測定することができる。
【００６２】
１つ以上の実施形態では、二次粒子又は凝集体の平均直径は、３００ｎｍ〜１０マイクロメートル、３００ｎｍ〜８マイクロメートル、３００ｎｍ〜７マイクロメートル、３００ｎｍ〜６マイクロメートル、３００ｎｍ〜５マイクロメートル、３００ｎｍ〜４マイクロメートル、又は３００ｎｍ〜３マイクロメートルの範囲であり、１．５マイクロメートル〜３マイクロメートルを含み、かつ約２マイクロメートルを含み、また、二次粒子又は凝集体の平均直径の一次粒子の平均直径に対する比が存在し、これは、約２：１〜約６７：１；約２：１〜約９：１；約２：１〜約８：１；約２：１〜約７：１；約２：１〜約６：１；約２：１〜約５：１；約３：１〜約１０：１；約３：１〜約９：１；約３：１〜約８：１；約３：１〜約７：１；約３：１〜約６：１；約３：１〜約５：１；約４：１〜約１０：１；約４：１〜約９：１；約４：１〜約８：１；約４：１〜約７：１；約４：１〜約６：１；約４：１〜約５：１；約５：１〜約１０：１；約５：１〜約９：１；約５：１〜約８：１；約５：１〜約７：１；又は約５：１〜約６：１の範囲であり、約１０：１〜約２０：１を含む。
【００６３】
１つ以上の実施形態では、多孔質壁上に凝集体を堆積させる工程は、ガス状キャリア流をハニカム体の多孔質壁に通すことをさらに含み、濾過された凝集体をハニカム体の壁上又は壁内に捕捉することによって、該ハニカム体の壁が凝集体の少なくとも幾つかを濾過して取り除く。１つ以上の実施形態では、多孔質壁上に凝集体を堆積させる工程は、閉塞したハニカム体の多孔質壁を用いてガス状キャリア流から凝集体を濾過することを含む。
【００６４】
後処理４３０。後処理は、任意選択的に、凝集体をハニカム体に、及び／又は互いに接着させるために使用することができる。すなわち、１つ以上の実施形態では、凝集体の少なくとも幾つかは、多孔質壁に付着する。１つ以上の実施形態では、後処理は、１つ以上の実施形態に従って、存在する場合に、結合剤を加熱及び／又は硬化することを含む。１つ以上の実施形態では、結合剤材料は、凝集体をハニカム体の壁に付着又は接着させる。１つ以上の実施形態では、結合剤材料は、凝集体の粘着性を高める。
【００６５】
結合剤組成に応じて、硬化条件は異なる。幾つかの実施形態によれば、例えば１００℃以下の温度など、低温の硬化反応が用いられる。幾つかの実施形態では、硬化は、９５０℃以下の温度の車両排気ガス中で完了することができる。焼成処理は任意選択的であり、６５０℃以下の温度で行うことができる。例示的な硬化条件は、４０℃〜２００℃の範囲の温度で１０分〜４８時間である。
【００６６】
１つ以上の実施形態では、凝集体及び／又はそれらの集合体は、ハニカム体上に堆積された後に加熱される。１つ以上の実施形態では、凝集体の加熱により、堆積した凝集体から結合剤材料の有機成分を除去させる。１つ以上の実施形態では、凝集体の加熱により、結合剤材料の無機成分が凝集体をハニカム体の壁に物理的に結合する。１つ以上の実施形態では、凝集体の加熱により、結合剤の無機成分がハニカム体の多孔質壁上に多孔質無機構造を形成する。１つ以上の実施形態では、堆積した凝集体の加熱により、堆積した凝集体から結合剤材料の有機成分を燃焼又は揮発させる。
【００６７】
一態様では、多孔質壁を含む閉塞したハニカム体に表面処理を施す方法は、無機材料の粒子を水性ビヒクル及び結合剤材料と混合して、液体−微粒子−結合剤の流れを形成する工程；液体−微粒子−結合剤の流れを噴霧ガスと混合する工程、液体−微粒子−結合剤の流れを噴霧ノズル内へと向け、それによって粒子を噴霧して、水性ビヒクル、結合剤材料、及び粒子からなる液体−微粒子−結合剤液滴にする工程；ガス状キャリア流によって閉塞したハニカム体の方へと液滴を運ぶ工程であって、ガス状キャリア流がキャリアガス及び噴霧ガスを含む、工程；液滴から水性ビヒクルの実質的にすべてを蒸発させて、粒子と結合剤材料とからなる凝集体を形成する工程；閉塞したハニカム体の多孔質壁に凝集体を堆積させる工程；を含み、堆積した凝集体は、多孔質壁上、又は多孔質壁内、若しくは多孔質壁上及び多孔質壁内の両方に配置される。
【００６８】
別の態様では、ハニカム体を形成する方法は、蒸発セクションを備えているダクトと流体連通しているノズルに懸濁液を供給する工程であって、該懸濁液が、無機材料、結合剤材料、及び水性ビヒクルを含む、工程；ダクトにキャリアガスを供給する工程；ノズルをキャリアガスと接触させる工程；蒸発セクションにおいて、水性ビヒクルの少なくとも一部を蒸発させ、それによって無機材料の凝集体を形成する工程；ハニカム体の壁に凝集体を堆積させる工程；並びに、無機材料をハニカム体に結合して多孔質無機材料を形成する工程を含む。多孔質無機材料は、一次粒子及びこれらの一次粒子の凝集体を含みうる。
【００６９】
さらなる態様は、多孔質壁を含む閉塞したハニカム体に無機材料を施す方法であり、該方法は、無機材料の粒子及び水性ビヒクルを含む懸濁液を、蒸発セクションを含むダクトと流体連通しているノズルに供給する工程；噴霧ガスを用いて懸濁液を噴霧して液滴を形成する工程；加熱されたキャリアガスを供給する工程；ダクトのチャンバ内で加熱されたキャリアガスを含むガス状キャリア流を液滴と混合して、ガス−液体−微粒子−結合剤混合物を形成する工程；液滴から水性ビヒクルの少なくとも一部を蒸発させて、粒子の凝集体を形成する工程であって、該凝集体がガス状キャリア流中に散在している、工程；凝集体及びガス状キャリア流を、ダクトと流体連通している閉塞したハニカム体内を通過させることによって、ガス状キャリア流が閉塞したハニカム体の多孔質壁を通過し、該閉塞したハニカム体の壁が凝集体を捕捉する、工程を含み、凝集体及び／又はそれらの集合体は、ハニカム体の壁上又は壁内に堆積される。
【００７０】
装置
セラミックハニカム体上に結合剤とともに無機材料を堆積させるためのプロセスに用いることができる装置の例が、図２〜６に示されている。概して、本明細書に記載の方法に適した装置は、チャンバを画成するダクトを備えている。ダクトは、異なる空間及びチャンバを画成する幾つかのセクションを有しうる。１つ以上の実施形態では、液滴及びガス状キャリア流は、閉塞したハニカム体に近接した出口端を有するダクトを通って運ばれる。ダクトは、ハニカム体の近位端に係合するための収束セクションを含みうる。収束セクションは、流体の対流が強化されるという点で有利である。ダクトは、堆積工程中、閉塞したハニカム体と密閉流体連通しうる。１つ以上の実施形態では、ダクトは、断熱性又は実質的に断熱性である。幾つかの実施形態では、ノズル温度は、好ましい噴霧を達成するために調整される。
【００７１】
幾つかの実施形態では、丸い断面のチャンバは、凝集体をガス状キャリア流に巻き込まれたまま保持することを容易にしうる。さまざまな実施形態では、丸い断面のダクトは、例えば、隅部が存在することの結果でありうる再循環領域又は「デッドゾーン」を低減及び／又は防止する。
【００７２】
１つ以上の実施形態では、ダクトの壁の平均温度は、ガス状キャリア流の温度より低い。１つ以上の実施形態では、ダクトの壁の平均温度は、ガス状キャリア流の温度より高い。
【００７３】
以下において、装置Ａ〜Ｄ（図２〜３及び５〜６）は、液滴の経路とガス状キャリア流の経路とが蒸発セクションに入るときに実質的に平行である、共流を概略的に示している。装置「Ｔ」（図４）は、第１の経路を介して噴霧ノズルに接触するキャリアガスを示しており、液滴の経路とキャリアガスの第２の経路とは、ダクトの蒸発セクションに入る前に、互いに実質的に垂直である。
【００７４】
図２は、ハニカム体を形成するための装置５００（装置「Ａ」）を示しており、該装置５００は、ダクト５５１、堆積ゾーン５３１、出口ゾーン５３６、出口導管５４０、及び流れドライバ５４５を備えている。
【００７５】
ダクト５５１は、第１の端部５５０から第２の端部５５５にわたり、第１の端部５５０のプレナム空間５０３と該プレナム空間５０３の下流の蒸発チャンバ５２３とを含むダクトのチャンバを画成する。１つ以上の実施形態では、ダクト５５１は実質的に断熱性である。すなわち、ダクト５５１は外部熱源を有していなくてもよい。蒸発チャンバ５２３は、ダクト５５１の蒸発セクション５５３によって画成され、これは、この実施形態では、不均一な直径の第１のセクション５２７と、実質的に均一な直径の第２のセクション５２９とを含む。蒸発セクション５５３は、入口端５２１及び出口端５２５を含む。不均一な直径の第１のセクション５２７は、入口端５２１から均一な直径のセクション５２９に向かって増加する直径を有しており、これは、流れが占拠するための発散空間を作り出す。
【００７６】
キャリアガスは導管５０１によってダクト５５１に供給され、該ダクト５５１は加熱されたキャリアガス５０５を生成するための熱源を有しうる。噴霧ガス５１５及び懸濁液５１０は、チューブ又は配管などの個別の供給導管によってノズル５２０に別々に供給され、該ノズル５２０は、蒸発セクション５５３の入口端５２１にあり、ダクト５５１（具体的には、この実施形態では蒸発チャンバ５２３）と流体連通している。懸濁液５１０は、噴霧ガス５１５とともにノズル５２０内に噴霧される。１つ以上の実施形態では、懸濁液５１０は、本明細書で定義されるように、無機材料、水性ビヒクル、及び結合剤を含み、これは、ノズルに供給される際には、液体−微粒子−結合剤の流れである。液体−微粒子−結合剤の流れは、ノズル５２０によって噴霧ガス５１５とともに噴霧されて、液体−微粒子−結合剤液滴となる。
【００７７】
１つ以上の実施形態では、加熱されたキャリアガス５０５は、ノズル５２０を流れる。噴霧ガス５１５を加熱して、加熱された噴霧ガスを形成することができる。ノズルの温度は、必要に応じて調整することができる。
【００７８】
ノズル５２０からの出口流及び加熱されたキャリアガス５０５の流れは、図２に示されるように、どちらも「Ｚ」方向にある。ノズルの下流に、少なくとも幾らかの混合が生じる拡散領域５２２が存在しうる。この実施形態では、拡散領域５２２は蒸発チャンバ５２３に位置しているが、他の実施形態では、拡散領域５２２はノズルの位置に応じてプレナム空間５０３に位置していてもよい。
【００７９】
ノズルからの出口流は、加熱されたキャリアガス５０５と混合され、それによって、ガス−液体−微粒子−結合剤混合物を形成し、これがダクト５５１のチャンバを通って流れる。具体的には、ガス−液体−微粒子−結合剤混合物は、蒸発セクション５５３の蒸発チャンバ５２３を通って、蒸発セクション５５３の出口端５２５にある堆積ゾーン５３１内へと流れる。混合時に、ガス−液体−微粒子−結合剤混合物は、加熱されたキャリアガスによってチャンバ内で加熱される。
【００８０】
この実施形態では、ノズルの出口流及び加熱されたキャリアガスは、実質的に同じ方向から蒸発セクション５５３の蒸発チャンバ５２３に入る。蒸発チャンバ５２３では、液滴から実質的にすべての水性ビヒクルが蒸発し、それによって粒子及び結合剤材料の凝集体を形成し、該凝集体は、キャリアガスと噴霧ガスとからなるガス状キャリア流内に散在している。
【００８１】
ダクト５５１と流体連通している堆積ゾーン５３１は、例えばウォールフロー型微粒子フィルタなどの閉塞したセラミックハニカム体５３０を収容する。堆積ゾーン５３１は、セラミックハニカム体５３０の外径より大きい内径を有する。セラミック粉末を担持するガスの漏れを回避するために、セラミックハニカム体５３０は、堆積ゾーン５３１の内径に封止されており、適切な封止は、例えば、膨張可能な「内管」である。「ＰＧ」とラベル付けされた圧力計は、微粒子フィルタの上流と下流の圧力差を測定する。
【００８２】
ガス−液体−微粒子−結合剤混合物は、セラミックハニカム体５３０に流入し、それによって、懸濁液の無機材料をセラミックハニカム体上に堆積させる。具体的には、凝集体及びガス状キャリア流は、該ガス状キャリア流がハニカム体の多孔質壁を通過するようにハニカム体に入り、ハニカム体の壁が凝集体を捕捉し、凝集体及び／又はそれらの集合体がハニカム体の壁上又は壁内に堆積される。無機材料は、セラミックハニカム体への後処理時に、セラミックハニカム体に結合する。一実施形態では、結合剤材料は、凝集体をハニカム体の壁に付着又は接着させる。
【００８３】
セラミックハニカム体５３０の下流は、出口チャンバ５３５を画成する出口ゾーン５３６である。流れドライバ５４５は、セラミックハニカム体５３０の下流にあり、出口導管５４０を介して堆積ゾーン５３１及び出口ゾーン５３６と流体連通している。流れドライバの非限定的な例は、ファン、ブロワ、及び真空ポンプである。エアロゾル化された懸濁液は乾燥され、濾過材料の離散領域として存在する濾過材料の凝集体として、あるいは幾つかの部分又は幾つかの実施形態では層として、あるいはその両方として微粒子フィルタの１つ以上の壁に堆積され、ここで、凝集体は、無機材料の一次粒子からなる。
【００８４】
装置５００などのフロースルー型の実施形態は、下方向、例えば、重力の方向に実質的に平行であると見なされる。他の実施形態では、装置は、流れが実質的に上方向又は垂直方向に向けられるように構成される。
【００８５】
図３では、ダクト６５１、堆積ゾーン６３１、出口ゾーン６３６、出口導管６４０、及び流れドライバ６４５を備えた、ハニカム体を形成するための装置６００（装置「Ｂ」）が示されている。
【００８６】
ダクト６５１は、第１の端部６５０から第２の端部６５５にわたり、第１の端部６５０のプレナム空間６０３とプレナム空間６０３の下流の蒸発チャンバ６２３とを含むダクトのチャンバを画成する。１つ以上の実施形態では、プレナム空間６０３を画成するダクト６５１の直径は、蒸発チャンバ６２３を画成するダクト６５１の蒸発セクション６５３の直径と等しくなりうる。１つ以上の実施形態では、ダクト６５１は実質的に断熱性である。すなわち、ダクト６５１は外部熱源を有していなくてもよい。蒸発チャンバ６２３は、この実施形態では、実質的に均一な直径６２９の単一のセクションを含む。蒸発セクション６５３は、入口端６２１及び出口端６２５を含む。
【００８７】
キャリアガスは導管６０１によってダクト６５１に供給され、該ダクト５５１は加熱されたキャリアガス６０５を生成するための熱源を有しうる。噴霧ガス６１５及び懸濁液６１０は、チューブ又は配管などの個別の供給導管によってノズル６２０に別々に供給され、該ノズル５２０は、蒸発セクション６５３の入口端６２１にあり、ダクト６５１（具体的には、この実施形態では蒸発チャンバ６２３）と流体連通している。懸濁液６１０は、噴霧ガス６１５とともにノズル６２０内に噴霧される。１つ以上の実施形態では、懸濁液６１０は、本明細書で定義されるように、無機材料、水性ビヒクル、及び結合剤を含み、これは、ノズルに供給される際には、液体−微粒子−結合剤の流れである。液体−微粒子−結合剤の流れは、噴霧ガス６１５とともにノズル６２０によって噴霧されて、液体−微粒子−結合剤液滴となる。
【００８８】
１つ以上の実施形態では、加熱されたキャリアガス６０５は、ノズル６２０を流れる。噴霧ガス６１５を加熱して、加熱された噴霧ガスを形成することができる。ノズルの温度は、必要に応じて調整することができる。
【００８９】
ノズル６２０からの出口流及び加熱されたキャリアガス６０５の流れは、図３に示されるように、どちらも「Ｚ」方向にある。特定の実施形態では、ノズルの下流に、少なくとも幾らかの混合が生じる拡散領域６２２が存在する。この実施形態では、拡散領域６２２は蒸発チャンバ６２３に位置しているが、他の実施形態では、拡散領域はノズルの位置に応じてプレナム空間６０３に位置していてもよい。
【００９０】
ノズルからの出口流は、加熱されたキャリアガス６０５と混合され、それによって、ガス−液体−微粒子−結合剤混合物を形成し、これがダクト６５１のチャンバを通って流れる。具体的には、ガス−液体−微粒子−結合剤混合物は、蒸発セクション６５３の蒸発チャンバ６２３を通って、蒸発セクション６５３の出口端６２５にある堆積ゾーン６３１内へと流れる。混合時に、ガス−液体−微粒子−結合剤混合物は、加熱されたキャリアガスによってチャンバ内で加熱される。
【００９１】
この実施形態では、ノズルの出口流及びキャリアガスは、実質的に同じ方向から蒸発セクション６５３の蒸発チャンバ６２３に入る。蒸発チャンバ６２３では、液滴から実質的にすべての水性ビヒクルが蒸発し、それによって粒子及び結合剤材料の凝集体を形成し、該凝集体は、キャリアガスと噴霧ガスとからなるガス状キャリア流内に散在している。
【００９２】
ダクト６５１と流体連通している堆積ゾーン６３１は、例えばウォールフロー型微粒子フィルタなどの閉塞したセラミックハニカム体６３０を収容する。堆積ゾーン６３１は、セラミックハニカム体６３０の外径より大きい内径を有する。セラミック粉末を担持するガスの漏れを回避するために、セラミックハニカム体６３０は、堆積ゾーン６３１の内径に封止されており、適切な封止は、例えば、膨張可能な「内管」である。「ＰＧ」とラベル付けされた圧力計は、微粒子フィルタの上流と下流の圧力差を測定する。ガス−液体−微粒子−結合剤混合物は、セラミックハニカム体６３０に流入し、それによって、懸濁液の無機材料をセラミックハニカム体上に堆積させる。具体的には、凝集体及びガス状キャリア流は、該ガス状キャリア流がハニカム体の多孔質壁を通過するようにハニカム体に入り、ハニカム体の壁が凝集体を捕捉し、該凝集体がハニカム体の壁上又は壁内に堆積される。無機材料は、セラミックハニカム体への後処理時に、セラミックハニカム体に結合する。一実施形態では、結合剤材料は、凝集体をハニカム体の壁に付着又は接着させる。
【００９３】
セラミックハニカム体６３０の下流は、出口チャンバ６３５を画成する出口ゾーン６３６である。流れドライバ６４５は、セラミックハニカム体６３０の下流にあり、出口導管６４０を介して堆積ゾーン６３１及び出口ゾーン６３６と流体連通している。流れドライバの非限定的な例は、ファン、ブロワ、及び真空ポンプである。エアロゾル化された懸濁液は乾燥され、濾過材料の離散領域として存在する濾過材料の凝集体として、あるいは幾つかの部分又は幾つかの実施形態では層として、あるいはその両方として微粒子フィルタの１つ以上の壁に堆積され、ここで、凝集体は、無機材料の一次粒子からなる。
【００９４】
装置６００などのフロースルー型の実施形態は、下方向、例えば、重力の方向に実質的に平行であると見なされる。他の実施形態では、装置は、流れが実質的に上方向又は垂直方向に向けられるように構成される。
【００９５】
図４では、ダクト９５１、堆積ゾーン９３１、出口ゾーン９３６、出口導管９４０、及び流れドライバ９４５を備えた、ハニカム体を形成するための装置９００（装置「Ｔ」）が示されている。
【００９６】
ダクト９５１は、第１の端部９５０から第２の端部９５５にわたり、直円筒形セクション９２８を備えており、すべてが、第１の端部９５０の第１のプレナム空間９０３、該第１のプレナム空間９０３の下流の蒸発チャンバ９２３、及び直円筒形セクション９２８によって画成される第２のプレナム空間９２９を含むダクトのチャンバを画成する。１つ以上の実施形態では、プレナム空間９０３を画成するダクト９５１の直径は、ダクト９５１の蒸発セクション９５３の第１の入口位置９２１の直径と等しくなりうる。１つ以上の実施形態では、ダクト９５１は実質的に断熱性である。すなわち、ダクト９５１は外部熱源を有していなくてもよい。蒸発チャンバ９２３は、ダクト９５１の蒸発セクション９５３によって画成される。蒸発セクション９５３は、第１のプレナム空間９０３からの第１の入口位置９２１、第２のプレナム空間９２９からの第２の入口位置９２４、及び出口端９２５を含む。幾つかの実施形態では、直円筒形セクション９２８によって画成される第２のプレナム空間９２９の少なくとも一部において、幾らかの蒸発が起こりうる。
【００９７】
キャリアガスは、導管９０１によってダクト９５１への第１の経路で供給され、これは、第１のプレナム空間９０３に入る一次加熱キャリアガス９０５ａ、及び任意選択的に、第２の経路で第２のプレナム空間９２９に入る別の二次加熱キャリアガス９０５ｂを生成するための熱源９０６ａを有しうる。噴霧ガス９１５及び懸濁液９１０は、チューブ又は配管などの個別の供給導管によって、ノズル９２０に別々に供給され、該ノズル９２０は、直円筒形セクション９２８の第２のプレナム空間９２９にあり、蒸発セクション９５３の蒸発チャンバ９２３と流体連通している。懸濁液９１０は、噴霧ガス９１５とともにノズル９２０内に噴霧される。１つ以上の実施形態では、懸濁液９１０は、本明細書で定義されるように、無機材料、水性ビヒクル、及び結合剤を含み、これは、ノズルに供給される際には、液体−微粒子−結合剤の流れである。液体−微粒子−結合剤の流れは、噴霧ガス９１５とともにノズル９２０によって噴霧されて、液体−微粒子−結合剤液滴となる。
【００９８】
１つ以上の実施形態では、二次加熱キャリアガス９０５ｂはノズル９２０を流れ、ノズルの温度は、必要に応じて調整することができる。
【００９９】
ノズル９２０からの出口流及び、存在する場合には、二次加熱キャリアガス９０５ｂの流れは、図４に示されるように、どちらも「Ｘ」方向にある。一次加熱キャリアガス９０５ａの流れは、図４に示されるように「Ｚ」方向である。ノズルの下流に、少なくとも幾らかの混合が生じる拡散領域９２２が存在しうる。この実施形態では、拡散領域９２２は、少なくとも部分的に第２のプレナム空間９２９内に配置されているが、他の実施形態では、拡散領域９２２は、ノズルの位置に応じて蒸発チャンバ９２３に位置していてもよい。
【０１００】
ノズルからの出口流は、加熱されたキャリアガス９０５ａ及び９０５ｂと混合され、それによって、ガス−液体−微粒子−結合剤混合物を形成し、これがダクト９５１のチャンバを通って流れる。具体的には、ガス−液体−微粒子−結合剤混合物は、蒸発セクション９５３の蒸発チャンバ９２３を通って、蒸発セクション９５３の出口端９２５にある堆積ゾーン９３１内へと流れる。混合時に、ガス−液体−微粒子−結合剤混合物は、加熱されたキャリアガスによってチャンバ内で加熱される。
【０１０１】
この実施形態では、ノズルの出口流及び一次キャリアガス９０５ａは、実質的に垂直方向から蒸発セクション９５３の蒸発チャンバ９２３に入る。蒸発チャンバ９２３では、液滴から実質的にすべての水性ビヒクルが蒸発し、それによって粒子及び結合剤材料の凝集体を形成し、該凝集体は、キャリアガスと噴霧ガスとからなるガス状キャリア流中に散在している。
【０１０２】
ダクト９５１と流体連通している堆積ゾーン９３１は、例えばウォールフロー型微粒子フィルタなどの閉塞したセラミックハニカム体９３０を収容する。堆積ゾーン９３１は、セラミックハニカム体９３０の外径より大きい内径を有する。セラミック粉末を担持するガスの漏れを回避するために、セラミックハニカム体９３０は、堆積ゾーン９３１の内径に封止されており、適切な封止は、例えば、膨張可能な「内管」である。「ＰＧ」とラベル付けされた圧力計は、微粒子フィルタの上流と下流の圧力差を測定する。ガス−液体−微粒子−結合剤混合物は、セラミックハニカム体９３０に流入し、それによって、懸濁液の無機材料をセラミックハニカム体上に堆積させる。具体的には、凝集体及びガス状キャリア流は、該ガス状キャリア流がハニカム体の多孔質壁を通過するようにハニカム体に入り、ハニカム体の壁が凝集体を捕捉し、該凝集体がハニカム体の壁上又は壁内に堆積される。無機材料は、セラミックハニカム体への後処理時に、セラミックハニカム体に結合する。一実施形態では、結合剤材料は、凝集体をハニカム体の壁に付着又は接着させる。
【０１０３】
セラミックハニカム体９３０の下流は、出口チャンバ９３５を画成する出口ゾーン９３６である。流れドライバ９４５は、セラミックハニカム体９３０の下流にあり、出口導管９４０を介して堆積ゾーン９３１及び出口ゾーン９３６と流体連通している。流れドライバの非限定的な例は、ファン、ブロワ、及び真空ポンプである。エアロゾル化された懸濁液は乾燥され、濾過材料の離散領域として存在する濾過材料の凝集体として、あるいは幾つかの部分又は幾つかの実施形態では層として、あるいはその両方として微粒子フィルタの１つ以上の壁に堆積され、ここで、凝集体は、無機材料の一次粒子からなる。
【０１０４】
装置９００などの全体的なフロースルー型の実施形態は、下方向、例えば、重力の方向に実質的に平行であると見なされる。他の実施形態では、装置は、流れが実質的に上方向又は垂直方向に向けられるように構成される。
【０１０５】
図５は、ハニカム体を形成するための装置７００（装置「Ｃ」）を示しており、該装置７００は、ダクト７５１、堆積ゾーン７３１、出口ゾーン７３６、出口導管７４０、及び流れドライバ７４５を備えている。
【０１０６】
ダクト７５１は、第１の端部７５０から第２の端部７５５にわたり、第１の端部７５０のプレナム空間７０３とプレナム空間７０３の下流の蒸発チャンバ７２３とを含むダクトのチャンバを画成する。１つ以上の実施形態では、プレナム空間７０３を画成するダクト７５１の直径は、入口端７２１における蒸発セクション７５３の直径と等しくなりうる。１つ以上の実施形態では、ダクト７５１は実質的に断熱性である。すなわち、ダクト７５１は外部熱源を有していなくてもよい。蒸発チャンバ７２３は、ダクト７５１の蒸発セクション７５３によって画成され、これは、この実施形態では、不均一な直径の第１のセクション７２７と、実質的に均一な直径の第２のセクション７２９とを含む。蒸発セクション７５３は、入口端７２１及び出口端７２５を含む。不均一な直径の第１のセクション７２７は、出口端７２５から均一な直径のセクション７２９に向かって縮小する直径を有しており、これは、流れが堆積ゾーン７３１に入るときに流れのための収束空間を作り出す。
【０１０７】
キャリアガスは導管７０１によってダクト７５１に供給され、該ダクト５５１は加熱されたキャリアガス７０５を生成するための熱源を有しうる。噴霧ガス７１５及び懸濁液７１０は、チューブ又は配管などの個別の供給導管によってノズル７２０に別々に供給され、該ノズル５２０は、蒸発セクション７５３の入口端７２１にあり、ダクト７５１（具体的には、この実施形態では蒸発チャンバ７２３）と流体連通している。懸濁液７１０は、噴霧ガス７１５とともにノズル７２０内に噴霧される。１つ以上の実施形態では、懸濁液７１０は、本明細書で定義されるように、無機材料、水性ビヒクル、及び結合剤を含み、これは、ノズルに供給される際には、液体−微粒子−結合剤の流れである。液体−微粒子−結合剤の流れは、ノズル７２０によって噴霧ガス７１５とともに噴霧されて、液体−微粒子−結合剤液滴となる。
【０１０８】
１つ以上の実施形態では、加熱されたキャリアガス７０５は、ノズル７２０を流れる。噴霧ガス７１５を加熱して、加熱された噴霧ガスを形成することができる。ノズルの温度は、必要に応じて調整することができる。
【０１０９】
ノズル７２０からの出口流及び加熱されたキャリアガス７０５の流れは、図５に示されるように、どちらも「Ｚ」方向にある。ノズルの下流に、少なくとも幾らかの混合が生じる拡散領域７２２が存在しうる。この実施形態では、拡散領域７２２は蒸発チャンバ７２３に位置しているが、他の実施形態では、拡散領域はノズルの位置に応じてプレナム空間７０３に位置していてもよい。
【０１１０】
ノズルからの出口流は、加熱されたキャリアガス７０５と混合され、それによって、ガス−液体−微粒子−結合剤混合物を形成し、これがダクト７５１のチャンバを通って流れる。具体的には、ガス−液体−微粒子−結合剤混合物は、蒸発セクション７５３の蒸発チャンバ７２３を通って、蒸発セクション７５３の出口端７２５にある堆積ゾーン７３１内へと流れる。混合時に、ガス−液体−微粒子−結合剤混合物は、加熱されたキャリアガスによってチャンバ内で加熱される。
【０１１１】
この実施形態では、ノズルの出口流及び加熱されたキャリアガスは、実質的に同じ方向から蒸発セクション７５３の蒸発チャンバ７２３に入る。蒸発チャンバ７２３では、液滴から実質的にすべての水性ビヒクルが蒸発し、それによって粒子及び結合剤材料の凝集体を形成し、該凝集体は、キャリアガスと噴霧ガスとからなるガス状キャリア流内に散在している。
【０１１２】
ダクト７５１と流体連通している堆積ゾーン７３１は、例えばウォールフロー型微粒子フィルタなどの閉塞したセラミックハニカム体７３０を収容する。堆積ゾーン７３１は、セラミックハニカム体７３０の外径より大きい内径を有する。セラミック粉末を担持するガスの漏れを回避するために、セラミックハニカム体７３０は、堆積ゾーン７３１の内径に封止されており、適切な封止は、例えば、膨張可能な「内管」である。「ＰＧ」とラベル付けされた圧力計は、微粒子フィルタの上流と下流の圧力差を測定する。ガス−液体−微粒子−結合剤混合物は、セラミックハニカム体７３０に流入し、それによって、懸濁液の無機材料をセラミックハニカム体上に堆積させる。具体的には、凝集体及びガス状キャリア流は、該ガス状キャリア流がハニカム体の多孔質壁を通過するようにハニカム体に入り、ハニカム体の壁が凝集体を捕捉し、凝集体及び／又はそれらの集合体がハニカム体の壁上又は壁内に堆積される。無機材料は、セラミックハニカム体への後処理時に、セラミックハニカム体に結合する。一実施形態では、結合剤材料は、凝集体をハニカム体の壁に付着又は接着させる。
【０１１３】
セラミックハニカム体７３０の下流は、出口チャンバ７３５を画成する出口ゾーン７３６である。流れドライバ７４５は、セラミックハニカム体７３０の下流にあり、出口導管７４０を介して堆積ゾーン７３１及び出口ゾーン７３６と流体連通している。流れドライバの非限定的な例は、ファン、ブロワ、及び真空ポンプである。噴霧された懸濁液の液滴は、エアロゾル化され、乾燥されて、濾過材料の離散領域として存在する濾過材料の凝集体として、あるいは幾つかの部分又は幾つかの実施形態では層として、あるいはその両方として微粒子フィルタの１つ以上の壁に堆積され、ここで、凝集体は、無機材料の一次粒子からなる。
【０１１４】
装置７００などのフロースルー型の実施形態は、下方向、例えば、重力の方向に実質的に平行であると見なされる。他の実施形態では、装置は、流れが実質的に上方向又は垂直方向に向けられるように構成される。
【０１１５】
図６は、ハニカム体を形成するための装置８００（装置「Ｄ」）を示しており、該装置８００は、ダクト８５１、堆積ゾーン８３１、出口ゾーン８３６、出口導管８４０、及び流れドライバ８４５を備えている。
【０１１６】
ダクト８５１は、第１の端部８５０から第２の端部８５５にわたり、第１の端部８５０のプレナム空間８０３とプレナム空間８０３の下流の蒸発チャンバ８２３とを含むダクトのチャンバを画成する。１つ以上の実施形態では、ダクト８５１は実質的に断熱性である。すなわち、ダクト８５１は外部熱源を有していなくてもよい。蒸発チャンバ８２３は、ダクト８５１の蒸発セクション８５３によって画成され、これは、この実施形態では、不均一な直径の第１のセクション８２７と、実質的に均一な直径の第２のセクション８２９とを含む。蒸発セクション８５３は、入口端８２１及び出口端８２５を含む。不均一な直径の第１のセクション８２７は、出口端８２５から均一な直径のセクション８２９に向かって縮小する直径を有しており、これは、流れが堆積ゾーン８３１に入るときに流れのための収束空間を作り出す。幾つかの実施形態では、蒸発セクション８５３は、装置「Ｂ」に類似した実質的に均一な直径の単一のセクションを有するように構成される。あるいは、蒸発セクション８５３は、装置「Ａ」に類似した、入口端８２１から均一な直径のセクションへと増加する不均一な直径のセクションを有する。
【０１１７】
キャリアガスは導管８０１によってダクト８５１に供給され、該ダクト５５１は加熱されたキャリアガス８０５を生成するための熱源を有しうる。噴霧ガス８１５及び懸濁液８１０は、チューブ又は配管などの個別の供給導管を介して、プレナム空間８０３と流体連通している複数のノズル８２０ａ、８２０ｂ、及び８２０ｃに別々に供給される。各ノズルは噴霧ガスの流入を有しており、例えば、８１５ａはノズル８２０ａに、８１５ｂはノズル８２０ｂに供給する。各ノズルは懸濁液の流入を有しており、例えば、８１０ａはノズル８２０ａに、８１０ｂはノズル８２０ｂに供給する。任意選択的に、各ノズルは加熱されたキャリアガスの供給を有しており、例えば、８０２ａはノズル８２０ａに、８０２ｂはノズル８２０ｂに供給する。図６の実施形態は３つのノズルを示しているが、他の実施形態では、任意の数の複数のノズルが用いられる。懸濁液８１０は、噴霧ガス８１５とともにノズル８２０内に噴霧される。１つ以上の実施形態では、懸濁液８１０は、本明細書で定義されるように、無機材料、水性ビヒクル、及び結合剤を含み、これは、ノズルに供給される際には、液体−微粒子−結合剤の流れである。液体−微粒子−結合剤の流れは、噴霧ガス８１５とともにノズル８２０によって噴霧されて、液体−微粒子−結合剤液滴となる。
【０１１８】
１つ以上の実施形態では、加熱されたキャリアガス８０５並びに任意選択的に８０２ａ及び８０２ｂは、ノズルを流れる。噴霧ガス８１５ａ及び８１５ｂを加熱して、加熱された噴霧ガスを形成することができる。ノズルの温度は、必要に応じて、個別に又は集合的に調整することができる。
【０１１９】
加熱されたキャリアガス８０５の流れは、図６に示されるように「Ｚ」方向である。ノズル８２０ａ、８２０ｂ、及び８２０ｃからの出口流はダクト８５１の中心に向かって角度が付いている場合があるが、加熱されたキャリアガス８０５と混合すると、ノズルの出口流は、概して「Ｚ」方向になる。ノズルの下流に、少なくとも幾らかの混合が生じる拡散領域８２２が存在しうる。この実施形態では、拡散領域８２２はプレナム空間８０３に位置しているが、他の実施形態では、拡散領域は、ノズルの位置に応じて蒸発チャンバ８２３に位置していてもよい。
【０１２０】
ノズルからの出口流は、加熱されたキャリアガス８０５と混合され、それによって、ガス−液体−微粒子−結合剤混合物を形成し、これがダクト８５１のチャンバを通って流れる。具体的には、ガス−液体−微粒子−結合剤混合物は、蒸発セクション８５３の蒸発チャンバ８２３を通って、蒸発セクション８５３の出口端８２５にある堆積ゾーン８３１内へと流れる。混合時に、ガス−液体−微粒子−結合剤混合物は、加熱されたキャリアガスによってチャンバ内で加熱される。
【０１２１】
この実施形態では、ノズルの出口流及び加熱されたガスは、実質的に同じ方向から蒸発セクション８５３の蒸発チャンバ８２３に入る。蒸発チャンバ８２３では、液滴から実質的にすべての水性ビヒクルが蒸発し、それによって粒子及び結合剤材料の凝集体を形成し、該凝集体は、キャリアガスと噴霧ガスとからなるガス状キャリア流内に散在している。
【０１２２】
ダクト８５１と流体連通している堆積ゾーン８３１は、閉塞したセラミックハニカム体８３０、例えばウォールフロー型微粒子フィルタ又は「ウォールフロー型フィルタ」などを収容する。堆積ゾーン８３１は、セラミックハニカム体８３０の外径より大きい内径を有する。セラミック粉末を担持するガスの漏れを回避するために、セラミックハニカム体８３０は、堆積ゾーン８３１の内径に封止されており、適切な封止は、例えば、膨張可能な「内管」である。「ＰＧ」とラベル付けされた圧力計は、微粒子フィルタの上流と下流の圧力差を測定する。ガス−液体−微粒子−結合剤混合物は、セラミックハニカム体８３０に流入し、それによって、懸濁液の無機材料をセラミックハニカム体上に堆積させる。具体的には、凝集体及びガス状キャリア流は、該ガス状キャリア流がハニカム体の多孔質壁を通過するようにハニカム体に入り、ハニカム体の壁が凝集体を捕捉し、凝集体及び／又はそれらの集合体がハニカム体の壁上又は壁内に堆積される。無機材料は、セラミックハニカム体への後処理時に、セラミックハニカム体に結合する。一実施形態では、結合剤材料は、凝集体をハニカム体の壁に付着又は接着させる。
【０１２３】
セラミックハニカム体８３０の下流は、出口チャンバ８３５を画成する出口ゾーン８３６である。流れドライバ８４５は、セラミックハニカム体８３０の下流にあり、出口導管８４０を介して堆積ゾーン８３１及び出口ゾーン８３６と流体連通している。流れドライバの非限定的な例は、ファン、ブロワ、及び真空ポンプである。噴霧された懸濁液の液滴は、エアロゾル化され、乾燥されて、濾過材料の離散領域として存在する濾過材料の凝集体として、あるいは幾つかの部分又は幾つかの実施形態では層として、あるいはその両方として微粒子フィルタの１つ以上の壁に堆積され、ここで、凝集体は、無機材料の一次粒子からなる。
【０１２４】
装置８００などのフロースルー型の実施形態は、下方向、例えば、重力の方向に実質的に平行であると見なされる。他の実施形態では、装置は、流れが実質的に上方向又は垂直方向に向けられるように構成されうる。
【０１２５】
ハニカム体の概要
本明細書に記載されるセラミック物品は、複数の内部チャネルを画成する壁面を有する多孔質壁の多孔質セラミックハニカム構造からなるハニカム体を含む。
【０１２６】
幾つかの実施形態では、多孔質セラミック壁は、幾つかの部分又は幾つかの実施形態では、壁の１つ以上の壁の表面に配置された多孔質無機層を含みうる濾過材料などの材料を含む。幾つかの実施形態では、濾過材料は、１つ以上の無機材料、例えば１つ以上のセラミック又は耐火材料などを含む。幾つかの実施形態では、濾過材料は壁に配置されて、例えば、ハニカム体をフィルタとして長期間使用した後、ハニカム体の内側に灰及び／又は煤が実質的に蓄積する前など、少なくとも、ハニカム体のクリーン状態又は再生状態の後のフィルタとしてのハニカム体の初期使用において、壁を通して及び壁に局所的に、並びにハニカム体を通して全体的に、の両方において、濾過効率を高める。
【０１２７】
一態様では、濾過材料は、ハニカム構造の１つ以上の壁の表面上に配置された層として、幾つかの部分又は幾つかの実施形態に存在する。幾つかの実施形態における層は、ガスが壁を通って流れることを可能にするように、多孔質である。幾つかの実施形態では、層は、１つ以上の壁の表面の少なくとも一部、又は表面全体にわたって連続コーティングとして存在する。この態様の幾つかの実施形態では、濾過材料は、火炎堆積濾過材料である。
【０１２８】
別の態様では、濾過材料は、ハニカム構造の１つ以上の壁の表面に配置された濾過材料の複数の離散領域として存在する。濾過材料は、多孔質壁の幾つかの細孔の一部を部分的に遮断する一方で、ガスの流れが壁を通ることを可能にしうる。この態様の幾つかの実施形態では、濾過材料は、エアロゾル−堆積濾過材料である。幾つかの好ましい実施形態では、濾過材料は、複数の無機粒子凝集体を含み、該凝集体は、無機又はセラミック又は耐火材料からなる。幾つかの実施形態では、凝集体は多孔質であり、それによって、ガスが凝集体を通って流れることを可能にしうる。
【０１２９】
幾つかの実施形態では、ハニカム体は、第１の端部、第２の端部、及び複数の内部チャネルを画成する壁面を有する複数の壁を備えた多孔質セラミックハニカム体を含む。幾つかの部分又は幾つかの実施形態では多孔質無機層でありうる濾過材料などの堆積した材料が、ハニカム体の１つ以上の壁面に配置される。多孔質無機層でありうる濾過材料などの堆積した材料は、水銀圧入ポロシメトリー、ＳＥＭ、又はＸ線トモグラフィで測定して、約２０％〜約９５％、又は約２５％〜約９５％、又は約３０％〜約９５％、又は約４０％〜約９５％、又は約４５％〜約９５％、又は約５０％〜約９５％、又は約５５％〜約９５％、又は約６０％〜約９５％、又は約６５％〜約９５％、又は約７０％〜約９５％、又は約７５％〜約９５％、又は約８０％〜約９５％、又は約８５％〜約９５％、約３０％〜約９５％、又は約４０％〜約９５％、又は約４５％〜約９５％、又は約５０％〜約９５％、又は約５５％〜約９５％、又は約６０％〜約９５％、又は約６５％〜約９５％、又は約７０％〜約９５％、又は約７５％〜約９５％、又は約８０％〜約９５％、又は約８５％〜約９５％、又は約２０％〜約９０％、又は約２５％〜約９０％、又は約３０％〜約９０％、又は約４０％〜約９０％、又は約４５％〜約９０％、又は約５０％〜約９０％、又は約５５％〜約９０％、又は約６０％〜約９０％、又は約６５％〜約９０％、又は約７０％〜約９０％、又は約７５％〜約９０％、又は約８０％〜約９０％、又は約８５％〜約９０％、又は約２０％〜約８５％、又は約２５％〜約８５％、又は約３０％〜約８５％、又は約４０％〜約８５％、又は約４５％〜約８５％、又は約５０％〜約８５％、又は約５５％〜約８５％、又は約６０％〜約８５％、又は約６５％〜約８５％、又は約７０％〜約８５％、又は約７５％〜約８５％、又は約８０％〜約８５％、又は約２０％〜約８０％、又は約２５％〜約８０％、又は約３０％〜約８０％、又は約４０％〜約８０％、又は約４５％〜約８０％、又は約５０％〜約８０％、又は約５５％〜約８０％、又は約６０％〜約８０％、又は約６５％〜約８０％、又は約７０％〜約８０％、又は約７５％〜約８０％の範囲の空隙率を有しており、該多孔質無機層でありうる濾過材料などの堆積した材料は、０．５μｍ以上かつ５０μｍ以下、又は０．５μｍ以上かつ４５μｍ以下、０．５μｍ以上かつ４０μｍ以下、又は０．５μｍ以上かつ３５μｍ以下、又は０．５μｍ以上かつ３０μｍ以下、０．５μｍ以上かつ２５μｍ以下、又は０．５μｍ以上かつ２０μｍ以下、又は０．５μｍ以上かつ１５μｍ以下、０．５μｍ以上かつ１０μｍ以下の平均厚さを有している。ハニカム体のさまざまな実施形態及びこのようなハニカム体の形成方法が、添付の図面を特に参照して本明細書に記載される。
【０１３０】
幾つかの実施形態における材料は濾過材料を含み、幾つかの実施形態では、無機濾過材料を含む。１つ以上の実施形態によれば、本明細書で提供される無機濾過材料は、実質的に球形である二次粒子又は凝集体における一次粒子からなる、材料又は濾過材料及び結合剤の離散した、接続していないパッチを含む、入口端から出口端まで形成された離散領域及び／又は不連続層を含む。１つ以上の実施形態では、一次粒子は非球形である。１つ以上の実施形態では、「実質的に球形」とは、断面積が約０．８〜約１、又は約０．９〜約１の範囲の真円度を有する凝集体を指し、１は完全な円を表す。１つ以上の実施形態では、ハニカム体に堆積した一次粒子の７５％は、０．８未満の真円度を有する。１つ以上の実施形態では、ハニカム体に堆積した二次粒子又は凝集体は、０．９超、０．９５超、０．９６超、０．９７超、０．９８超、又は０．９９超の平均真円度を有する。
【０１３１】
真円度は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して測定することができる。「断面の真円度（又は、単純に真円度）」という用語は、以下に示す式を使用して表される値である。真円度１を有する円は完全な円である：
真円度＝（４π×断面積）／（断面の円周の長さ）２。
【０１３２】
１つ以上の実施形態のハニカム体は、ハニカム構造と、該ハニカム構造の１つ以上の壁に配置された濾過材料などの堆積した材料とを含みうる。幾つかの実施形態では、濾過材料などの堆積した材料は、ハニカム構造内に存在する壁の表面に施され、この壁は、複数の内部チャネルを画成する表面を有する。
【０１３３】
内部チャネルは、存在する場合には、例えば、円、楕円形、三角形、正方形、五角形、六角形、又はこれらのいずれかのモザイク式の組合せなど、さまざまな断面形状を有することができ、任意の適切な幾何学的構成で配置することができる。内部チャネルは、存在する場合には、離散又は交差することができ、ハニカム体を通って、その第１の端部から該第１の端部の反対側にある第２の端部まで延在しうる。
【０１３４】
次に、図７を参照すると、本明細書に示され、説明される１つ以上の実施形態によるハニカム体１００が示されている。ハニカム体１００は、実施形態では、複数の内部チャネル１１０を画成する複数の壁１１５を含みうる。複数の内部チャネル１１０及び交差するチャネル壁１１５は、ハニカム体の入口端出口端でありうる第１の端部１０５と出口端でありうる第２の端部１３５との間に延在する。ハニカム体は、第１の端部１０５及び第２の端部１３５の一方又は両方が閉塞した１つ以上のチャネルを有しうる。ハニカム体の閉塞したチャネルのパターンは限定されない。幾つかの実施形態では、ハニカム体の一方の端部の閉塞しているチャネル及び閉塞していないチャネルのパターンは、ハニカム体の一方の端部の交互のチャネルが閉塞しているチェッカーボードパターンでありうる。幾つかの実施形態では、ハニカム体の一方の端部の閉塞したチャネルは、他方の端部に、対応する閉塞していないチャネルを有しており、ハニカム体の一方の端部の閉塞していないチャネルは、他方の端部に、対応する閉塞したチャネルを有している。
【０１３５】
１つ以上の実施形態では、ハニカム体は、コージエライト、チタン酸アルミニウム、頑火輝石、ムライト、フォルステライト、コランダム（ＳｉＣ）、スピネル、サフィリン、及びペリクレースから形成することができる。概して、コージエライトは、式Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８に従う組成を有する。幾つかの実施形態では、セラミック材料の細孔径、セラミック材料の空隙率、及びセラミック材料の細孔径分布は、例えば、セラミック原料の粒径を変化させることによって制御される。加えて、ハニカム体を形成するために用いられるセラミックバッチに、細孔形成剤を含めることができる。
【０１３６】
幾つかの実施形態では、ハニカム体の壁は、２５μｍ以上〜２５０μｍ以下、例えば４５μｍ以上〜２３０μｍ以下、６５μｍ以上〜２１０μｍ以下、６５μｍ以上〜１９０μｍ以下、又は８５μｍ以上〜１７０μｍ以下の平均厚さを有しうる。ハニカム体の壁は、バルク部分（本明細書ではバルクとも呼ばれる）及び表面部分（本明細書では表面とも呼ばれる）からなるベース部分を有するものと説明することができる。壁の表面部分は、ハニカム体のバルク部分に向かって、ハニカム体の壁の表面から壁内へと延びる。表面部分は、ハニカム本体の壁のベース部分に０（ゼロ）から約１０μｍの深さまで延在しうる。幾つかの実施形態では、表面部分は、壁のベース部分内へと約５μｍ、約７μｍ、又は約９μｍ（すなわち、深さ０（ゼロ））延在しうる。ハニカム体のバルク部分は、表面部分を差し引いた壁の厚さを構成する。したがって、ハニカム体のバルク部分は、次式によって決定することができる：
Ｔ全体−２ｔ表面
ここで、ｔ全体は壁の全厚であり、ｔ表面は壁の表面の厚さである。
【０１３７】
１つ以上の実施形態では、ハニカム体のバルク（任意の濾過材料を施す前）は、７μｍ以上〜２５μｍ以下、例えば１２μｍ以上〜２２μｍ以下、又は１２μｍ以上〜１８μｍ以下のバルク平均細孔径を有する。例えば、幾つかの実施形態では、ハニカム体のバルクは、約１０μｍ、約１１μｍ、約１２μｍ、約１３μｍ、約１４μｍ、約１５μｍ、約１６μｍ、約１７μｍ、約１８μｍ、約１９μｍ、又は約２０μｍのバルク平均細孔径を有しうる。概して、所与の材料の細孔径は、統計的分布で存在する。したがって、「平均細孔径」又は「ｄ５０」（濾過材料を施す前）という用語は、すべての細孔の統計的分布に基づいて、それより上に細孔の５０％の細孔径が存在し、それより下に細孔の残りの５０％の細孔径が存在する、長さの測定値を指す。セラミック体の細孔は、次のうちの少なくとも１つによって製造することができる：（１）無機バッチ材料の粒径及びサイズ分布；（２）炉／熱処理の焼成時間及び温度スケジュール；（３）炉の雰囲気（例えば、低い又は高い酸素及び／又は水分含有量）、並びに；（４）例えば、ポリマー及びポリマー粒子、デンプン、木粉、中空無機粒子、及び／又はグラファイト／炭素粒子などの細孔形成剤。
【０１３８】
特定の実施形態では、ハニカム体のバルク（濾過材料を施す前）の平均細孔径（ｄ５０）は、１０μｍ〜約１６μｍ、例えば１３〜１４μｍの範囲であり、ｄ１０は、すべての細孔の統計的分布に基づいて、それより上に、細孔の９０％の細孔径が存在し、それより下に、細孔の残りの１０％の細孔径が存在する、長さの測定値を指し、約７μｍである。特定の実施形態では、ｄ９０は、すべての細孔の統計的分布に基づいて、それより上に、ハニカム体のバルク（濾過材料を施す前）の細孔の１０％の細孔径が存在し、それより下に、細孔の残りの９０％の細孔径が存在する、長さの測定値を指し、約３０μｍである。特定の実施形態では、二次粒子又は凝集体の平均直径（Ｄ５０）は約２マイクロメートルである。特定の実施形態では、凝集体の平均サイズＤ５０及びバルクハニカム体の平均壁細孔径ｄ５０が、凝集体の平均サイズＤ５０のバルクハニカム体の平均壁細孔径ｄ５０に対する比が、５：１〜１６：１の範囲になるようなものである場合、優れた濾過効率結果及び低い圧力降下結果が達成されることが確認されている。より具体的な実施形態では、凝集体の平均サイズＤ５０のハニカム体のバルク（濾過材料を施す前）の平均壁細孔径ｄ５０に対する比は、６：１〜１６：１、７：１〜１６：１、８：１〜１６：１、９：１〜１６：１、１０：１〜１６：１、１１：１〜１６：１、又は１２：１〜６：１の範囲であり、優れた濾過効率の結果及び低い圧力降下の結果をもたらす。
【０１３９】
幾つかの実施形態では、ハニカム体のバルクは、水銀圧入ポロシメトリーで測定して、コーティングを除いて、５０％以上〜７５％以下のバルク空隙率を有しうる。空隙率を測定するための他の方法には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）及びＸ線トモグラフィが含まれ、これら２つの方法は、特に、互いに独立した表面空隙率及びバルク空隙率を測定するのに役立つ。１つ以上の実施形態では、ハニカム体のバルク空隙率は、例えば、約５０％〜約７５％の範囲、約５０％〜約７０％の範囲、約５０％〜約６５％の範囲、約５０％〜約６０％の範囲、約５０％〜約５８％の範囲、約５０％〜約５６％の範囲、又は約５０％〜約５４％の範囲でありうる。
【０１４０】
１つ以上の実施形態では、ハニカム体の表面部分は、７μｍ以上〜２０μｍ以下、例えば８μｍ以上〜１５μｍ以下、又は１０μｍ以上〜１４μｍ以下の表面平均細孔径を有する。例えば、幾つかの実施形態では、ハニカム体の表面は、約８μｍ、約９μｍ、約１０μｍ、約１１μｍ、約１２μｍ、約１３μｍ、約１４μｍ、又は約１５μｍの表面平均細孔径を有しうる。
【０１４１】
幾つかの実施形態では、ハニカム体の表面は、濾過材料堆積の適用前に、水銀圧入ポロシメトリー、ＳＥＭ、又はＸ線トモグラフィで測定して、３５％以上〜７５％以下の表面空隙率を有しうる。１つ以上の実施形態では、ハニカム体の表面空隙率は、６５％未満、例えば、６０％未満、５５％未満、５０％未満、４８％未満、４６％未満、４４％未満、４２％未満、４０％未満、４８％未満、又は３６％未満でありうる。
【０１４２】
次に図８及び９を参照すると、微粒子フィルタ２００の形態をしたハニカム体が概略的に示されている。微粒子フィルタ２００は、ガソリンエンジンから放出される排ガス流などの排ガス流２５０から微粒子物質濾過するためのウォールフロー型フィルタとして使用することができ、この場合、微粒子フィルタ２００はガソリン微粒子フィルタである。微粒子フィルタ２００は、概して、入口端２０２と出口端２０４との間に延在し、長さ全体Ｌａを画成する、複数のチャネル２０１又はセルを有するハニカム体を含む（図９に示される）。微粒子フィルタ２００のチャネル２０１は、入口端２０２から出口端２０４まで延在する複数の交差するチャネル壁２０６によって形成され、かつそれらによって少なくとも部分的に画成される。微粒子フィルタ２００はまた、複数のチャネル２０１を取り囲む外皮層２０５も含みうる。この外皮層２０５は、チャネル壁２０６の形成中に押し出されてもよく、あるいは、チャネルの外周部分に外皮用セメントを施すことなどによって、後で施された外皮層として後の処理において形成されてもよい。
【０１４３】
図８の微粒子フィルタ２００の軸方向断面が図９に示されている。幾つかの実施形態では、ある特定のチャネルが入口チャネル２０８として指定され、ある特定の他のチャネルが出口チャネル２１０として指定される。微粒子フィルタ２００の幾つかの実施形態では、チャネルの少なくとも第１のセットは、塞栓２１２で閉塞されうる。概して、塞栓２１２は、チャネル２０１の端部（すなわち、入口端又は出口端）に近接して配置される。塞栓は、概して、図８に示されるチェッカーボードパターンなど、事前定義されたパターンで配置され、チャネルは１つおきに端部が閉塞される。入口チャネル２０８は、出口端２０４又はその近くで閉塞されてよく、出口チャネル２１０は、図９に示されるように、入口チャネルには対応していないチャネルの入口端２０２又はその近くで閉塞されうる。したがって、各セルは、微粒子フィルタの一方の端部又はその近くでのみ、閉塞されうる。
【０１４４】
図８は、概して、チェッカーボードの閉塞パターンを示しているが、別の閉塞パターンを多孔質セラミックハニカム物品に使用しても良いことが理解されるべきである。本明細書に開示される実施形態では、微粒子フィルタ２００は、１平方インチあたり最大で約６００チャネル（ｃｐｓｉ）までのチャネル密度で形成されうる。例えば、幾つかの実施形態では、微粒子フィルタ１００は、約１００ｃｐｓｉ（約１５．５セル／ｃｍ２）〜約６００ｃｐｓｉ（約９３．０セル／ｃｍ２）の範囲のチャネル密度を有しうる。幾つかの他の実施形態では、微粒子フィルタ１００は、約１００ｃｐｓｉ（約１５．５セル／ｃｍ２）〜約４００ｃｐｓｉ（約６２．０セル／ｃｍ２）、又はさらには約２００ｃｐｓｉ（約３１．０セル／ｃｍ２）〜約３００ｃｐｓｉ（約４６．５セル／ｃｍ２）の範囲のチャネル密度を有しうる。
【０１４５】
本明細書に開示される実施形態では、微粒子フィルタ２００のチャネル壁２０６は、約４ミル（１０１．６マイクロメートル）を超える厚さを有しうる。例えば、幾つかの実施形態では、チャネル壁２０６の厚さは、約４ミルから最大で約３０ミル（７６２マイクロメートル）の範囲でありうる。幾つかの他の実施形態では、チャネル壁２０６の厚さは、約７ミル（１７７．８マイクロメートル）〜約２０ミル（５０８マイクロメートル）の範囲でありうる。
【０１４６】
本明細書に記載される微粒子フィルタ２００の幾つかの実施形態では、微粒子フィルタ２００のチャネル壁２０６は、微粒子フィルタ２００にコーティングを施す前に、むき出しの開放空隙率（すなわち、コーティングがハニカム体に施される前の空隙率）％Ｐ≧３５％を有しうる。幾つかの実施形態では、チャネル壁２０６のむき出しの開放空隙率は、４０％≦％Ｐ≦７５％になるようなものでありうる。他の実施形態では、チャネル壁２０６のむき出しの開放空隙率は、４５％≦％Ｐ≦７５％、５０％≦％Ｐ≦７５％、５５％≦％Ｐ≦７５％、６０％≦％Ｐ≦７５％、４５％≦％Ｐ≦７０％、５０％≦％Ｐ≦７０％、５５％≦％Ｐ≦７０％、又は６０％≦％Ｐ≦７０％になるようなものでありうる。
【０１４７】
さらには、幾つかの実施形態では、微粒子フィルタ２００のチャネル壁２０６は、チャネル壁２０６内の細孔分布が、任意のコーティングを施す前に（すなわち、むき出しで）、≦３０マイクロメートルの平均細孔径を有するように形成される。例えば、幾つかの実施形態では、平均細孔径は、８マイクロメートル以上かつ３０マイクロメートル未満又は以下でありうる。他の実施形態では、平均細孔径は、１０マイクロメートル以上かつ３０マイクロメートル未満又は以下でありうる。他の実施形態では、平均細孔径は、１０マイクロメートル以上かつ２５マイクロメートル未満又は以下でありうる。幾つかの実施形態では、平均細孔径が約３０マイクロメートルを超える微粒子フィルタは、濾過効率が低下するが、約８マイクロメートル未満の平均細孔径で製造された微粒子フィルタでは、触媒を含むウォッシュコートを用いて細孔に浸透させるのが困難でありうる。したがって、幾つかの実施形態では、約８マイクロメートル〜約３０マイクロメートルの範囲、例えば１０マイクロメートル〜約２０マイクロメートルの範囲のチャネル壁の平均細孔径を維持することが望ましい。
【０１４８】
本明細書に記載される１つ以上の実施形態では、微粒子フィルタ２００のハニカム体は、例えば、コージエライト、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、チタン酸アルミニウム、又は高温微粒子濾過用途での使用に適した他の任意のセラミック材料など、金属又はセラミック材料から形成される。例えば、微粒子フィルタ２００は、主にコージエライト結晶相を含むセラミック物品の製造に適した構成材料を含みうるセラミック前駆体材料のバッチを混合することによって、コージエライトから形成することができる。概して、コージエライト形成に適した構成材料には、タルク、シリカ形成源、及びアルミナ形成源を含む無機成分の組合せが含まれる。バッチ組成物は、例えばカオリン粘土などの粘土をさらに含みうる。コージエライト前駆体バッチ組成物はまた、有機細孔形成剤などの有機成分を含んでいてもよく、これらは、所望の細孔径分布を達成するためにバッチ混合物に添加される。例えば、バッチ組成物は、細孔形成剤及び／又は他の加工助剤としての使用に適したデンプンを含みうる。あるいは、構成材料は、焼成時に焼結されたコージエライトハニカム構造を形成するのに適した１つ以上のコージエライト粉末、並びに有機細孔形成剤材料を含みうる。
【０１４９】
バッチ組成物は、例えば、結合剤などの１つ以上の加工助剤、及び水又は適切な溶媒などの水性ビヒクルをさらに含みうる。加工助剤は、バッチ混合物を可塑化し、概して処理を改善し、乾燥時間を短縮し、焼成時の亀裂を低減し、及び／又はハニカム体に所望の特性を生成するのを助けるために、バッチ混合物に添加される。例えば、結合剤は、有機結合剤を含みうる。適切な有機結合剤には、水溶性セルロースエーテル結合剤、例えば、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、メチルセルロース誘導体、ヒドロキシエチルアクリレート、ポリビニルアルコール、及び／又はそれらの任意の組合せなどが含まれる。有機結合剤を可塑化バッチ組成物に組み込むことにより、可塑化バッチ組成物を容易に押し出すことが可能となる。幾つかの実施形態では、バッチ組成物は、例えば、可塑化されたバッチ混合物の押し出しを補助する潤滑剤など、１つ以上の任意選択的な成形助剤又は加工助剤を含みうる。例示的な潤滑剤には、トール油、ステアリン酸ナトリウム、又は他の適切な潤滑剤が含まれうる。
【０１５０】
セラミック前駆体材料のバッチが適切な加工助剤と混合された後、セラミック前駆体材料のバッチは、押し出され、乾燥されて、入口端と出口端との間に延びる複数のチャネル壁を備えた、入口端及び出口端を含む未焼成のハニカム体を形成する。その後、未焼成のハニカム体は、焼成ハニカム体の製造に適した焼成スケジュールに従って焼成される。次に、焼成されたハニカム体のチャネルの少なくとも第１のセットが、セラミック閉塞組成物を用いて事前定義された閉塞パターンで閉塞され、焼成されたハニカム体が再び焼成されて、塞栓をセラミック化し、塞栓をチャネルに固定する。
【０１５１】
さまざまな実施形態では、ハニカム体は、例えば、ガソリンエンジンからの排ガス流などのガスの流れから微粒子物質を濾過するように構成される。したがって、ハニカム体のバルク及び表面の両方の平均細孔径、空隙率、形状、及び他の設計の態様は、ハニカム体のこれらの濾過要件を考慮して選択される。一例として、図１０の実施形態に示されるように、図８及び９に示されるような微粒子フィルタの形態でありうるハニカム体３００の壁３１０は、その上に配置された濾過材料堆積物３２０を有しており、これは、幾つかの実施形態では、熱処理によって焼結又は他の方法で結合される。濾過材料堆積物３２０は、ハニカム体３００の壁３１０上に堆積され、例えば煤及び／又は灰などの微粒子物質がガスの流れ３３０と共にハニカム体から出るのを防ぐのに役立ち、ハニカム体３００の壁３１０のベース部分を詰まらせるのを防ぐのに役立つ、粒子３２５を含む。このように、実施形態によれば、濾過材料堆積物３２０は、一次濾過成分として機能することができ、一方、ハニカム体のベース部分は、例えばこのような濾過材料堆積物のないハニカム体と比較して、圧力降下を最小限に抑えるように構成することができる。濾過材料堆積物は、本明細書に開示されるエアロゾル堆積法によって送給される。
【０１５２】
上記のように、ハニカム体の壁上の幾つかの部分又は幾つかの実施形態では無機層でありうる材料は、ハニカム体の壁のベース部分の厚さと比較して非常に薄い。以下でさらに詳細に説明するように、ハニカム体上の無機層でありうる材料は、堆積した材料を、非常に薄い塗布で又は幾つかの部分では層でハニカム体の壁の表面に施すことを可能にする方法によって形成することができる。実施形態では、ハニカム体の壁のベース部分上の、堆積領域又は無機層でありうる、材料の平均厚さは、０．５μｍ以上かつ５０μｍ以下、又は０．５μｍ以上かつ４５μｍ以下、０．５μｍ以上かつ４０μｍ以下、又は０．５μｍ以上かつ３５μｍ以下、又は０．５μｍ以上かつ３０μｍ以下、０．５μｍ以上かつ２５μｍ以下、又は０．５μｍ以上かつ２０μｍ以下、又は０．５μｍ以上かつ１５μｍ以下、０．５μｍ以上かつ１０μｍ以下である。
【０１５３】
上で論じたように、幾つかの部分又は幾つかの実施形態では無機層でありうる堆積した材料は、無機層でありうる無機材料が小さい平均細孔径を有することを可能にする方法によって、ハニカム体の壁に施すことができる。この小さい平均細孔径は、無機層でありうる材料が微粒子を高い割合で濾過することを可能にし、微粒子がハニカムに浸透してハニカムの細孔内に沈降するのを防ぐ。実施形態による、無機層でありうる材料の小さい平均細孔径は、ハニカム体の濾過効率を高める。１つ以上の実施形態では、ハニカム体の壁上の、無機層でありうる材料は、０．１μｍ以上〜５μｍ以下、例えば、０．５μｍ以上〜４μｍ以下、又は０．６μｍ以上〜３μｍ以下の平均細孔径を有する。例えば、幾つかの実施形態では、ハニカム体の壁上の、無機層でありうる材料は、約０．５μｍ、約０．６μｍ、約０．７μｍ、約０．８μｍ、約０．９μｍ、約１μｍ、約２μｍ、約３μｍ、又は約４μｍの平均細孔径を有しうる。
【０１５４】
堆積したハニカム体の壁上の無機層でありうる材料は、幾つかの実施形態では、ハニカム体の内部チャネルを画成する壁面の実質的に１００％を覆うことができるが、他の実施形態では、ハニカム体の壁上の無機層でありうる材料は、ハニカム体の内部チャネルを画成する壁面の実質的に１００％未満を覆う。例えば、１つ以上の実施形態では、堆積したハニカム体の壁上の無機層でありうる材料は、ハニカム体の内部チャネルを画成する壁面の少なくとも７０％を覆う、ハニカム体の内部チャネルを画成する壁面の少なくとも７５％を覆う、ハニカム体の内部チャネルを画成する壁面の少なくとも８０％を覆う、ハニカム体の内部チャネルを画成する壁面の少なくとも８５％を覆う、ハニカム体の内部チャネルを画成する壁面の少なくとも９０％を覆う、又はハニカム体の内部チャネルを画成する壁面の少なくとも８５％を覆う。
【０１５５】
図８及び９に関して上述したように、ハニカム体は、第１の端部と第２の端部とを有しうる。第１の端部と第２の端部とは、軸方向長さによって分離されている。幾つかの実施形態では、ハニカム体の壁上の濾過材料堆積物は、ハニカム体の軸方向の全長に延在しうる（すなわち、軸方向長さの１００％に沿って延在する）。しかしながら、他の実施形態では、ハニカム体の壁上の無機層でありうる材料は、軸方向長さの少なくとも６０％に沿って延在し、例えば、軸方向長さの少なくとも６５％に沿って延在し、軸方向長さの少なくとも７０％に沿って延在し、軸方向長さの少なくとも７５％に沿って延在し、軸方向長さの少なくとも８０％に沿って延在し、軸方向長さの少なくとも８５％に沿って延在し、軸方向長さの少なくとも９０％に沿って延在し、又は軸方向長さの少なくとも９５％に沿って延在する。
【０１５６】
実施形態では、ハニカム体の壁上の材料（幾つかの部分又は幾つかの実施形態では無機層でありうる）は、ハニカム体の第１の端部からハニカム体の第２の端部まで延びる。幾つかの実施形態では、ハニカム体の壁上の無機層でありうる材料は、ハニカム体の第１の表面からハニカム体の第２の表面までの距離全体に延在する（すなわち、ハニカム体の第１の表面からハニカム体の第２の表面までの距離の１００％に沿って延在する）。しかしながら、１つ以上の実施形態では、ハニカム体の壁上の無機層でありうる層又は材料は、ハニカム体の第１の表面とハニカム体の第２の表面との間の距離の６０％に沿って延在し、例えば、ハニカム体の第１の表面とハニカム体の第２の表面との間の距離の６５％に沿って延在し、ハニカム体の第１の表面とハニカム体の第２の表面との間の距離の７０％に沿って延在し、ハニカム体の第１の表面とハニカム体の第２の表面との間の距離の７５％に沿って延在し、ハニカム体の第１の表面とハニカム体の第２の表面との間の距離の８０％に沿って延在し、ハニカム体の第１の表面とハニカム体の第２の表面との間の距離の８５％に沿って延在し、ハニカム体の第１の表面とハニカム体の第２の表面との間の距離の９０％に沿って延在し、又はハニカム体の第１の表面とハニカム体の第２の表面との間の距離の９５％に沿って延在する。
【０１５７】
実施形態によるハニカム体上の濾過材料の薄い厚さ及び空隙率と組み合わせて低い圧力降下を有するハニカム体を選択することにより、他のハニカム体と比較した場合に、実施形態のハニカム体が低い初期圧力降下を有することを可能にする。実施形態では、層の負荷は、ハニカム体上で０．３〜３０ｇ／Ｌの範囲にあり、例えば、ハニカム体上で１〜３０ｇ／Ｌの範囲、又はハニカム体上で３〜３０ｇ／Ｌの範囲にある。他の実施形態では、層の負荷は、ハニカム体上で１〜２０ｇ／Ｌの範囲、例えば、ハニカム体上で１〜１０ｇ／Ｌ、又は０．１〜１０ｇ／Ｌ、又は０．１〜５ｇ／Ｌの範囲である。特定の実施形態では、層の負荷は、ハニカム体上で、１〜９ｇ／Ｌ、１〜８ｇ／Ｌ、１〜７ｇ／Ｌ、１〜８ｇ／Ｌ、１〜５ｇ／Ｌ、１〜４ｇ／Ｌ、１〜３ｇ／Ｌ、２〜１０ｇ／Ｌ、２〜９ｇ／Ｌ、２〜８ｇ／Ｌ、２〜７ｇ／Ｌ、２〜６ｇ／Ｌ、２〜５ｇ／Ｌ、２〜４ｇ／Ｌ、３〜１０ｇ／Ｌ、３〜９ｇ／Ｌ、３〜８ｇ／Ｌ、３〜７ｇ／Ｌ、３〜６ｇ／Ｌ、３〜５ｇ／Ｌ、４〜１０ｇ／Ｌ、４〜９ｇ／Ｌ、４〜８ｇ／Ｌ、４〜７ｇ／Ｌ、又は４〜６ｇ／Ｌの範囲である。幾つかの実施形態では、全体に多孔質層を施すことによるハニカム全体にわたる圧力降下の増加は、コーティングされていないハニカムの２０％未満である。他の実施形態では、その増加は、９％以下、又は８％以下でありうる。他の実施形態では、ハニカム体全体にわたる圧力降下の増加は、７％以下、例えば６％以下である。さらに他の実施形態では、ハニカム体全体にわたる圧力降下の増加は、５％以下、例えば４％以下、又は３％以下である。
【０１５８】
特定の理論に縛られはしないが、ハニカム体の壁上の濾過材料堆積物の小さい細孔径は、ハニカム体に灰又は煤の蓄積が生じる前でさえ、ハニカム体が良好な濾過効率を有することを可能にすると考えられる。ハニカム体の濾過効率は、本明細書では、Tandon et al., 65 Chemical Engineering Science 4751-60 (2010)に概説されているプロトコルを使用して測定される。本明細書で用いられる場合、ハニカム体の初期濾過効率とは、測定可能な煤又は灰の負荷を含まない、新しい又は再生されたハニカム体を指す。実施形態では、ハニカム体の初期濾過効率（すなわち、クリーン濾過効率）は、７０％以上、例えば８０％以上、又は８５％以上である。さらに他の実施形態では、ハニカム体の初期濾過効率は、９０％より大きく、例えば９３％以上、又は９５％以上、又は９８％以上である。
【０１５９】
実施形態によるハニカム体の壁上の、幾つかの実施形態では無機濾過材料である材料は、薄く、空隙率を有しており、幾つかの実施形態では、良好な化学耐久性及び物理的安定性も有している。ハニカム体上の濾過材料堆積物の化学耐久性及び物理的安定性は、実施形態では、ハニカム体をバーンアウトサイクル及び老化試験を含む試験サイクルに供し、試験サイクルの前後の初期濾過効率を測定することによって決定することができる。例えば、ハニカム体の化学耐久性及び物理的安定性を測定するための１つの例示的な方法は、ハニカム体の初期濾過効率を測定する工程；シミュレートした動作条件下でハニカム体に煤を負荷する工程；蓄積した煤を約６５０℃で焼尽させる工程；１０５０℃及び１０％の湿度で１２時間の老化試験に供する工程；及び、ハニカム体の濾過効率を測定する工程を含む。煤の蓄積及びバーンアウトサイクルを複数回行うことができる。試験サイクル前から試験サイクル後までの濾過効率のわずかな変化（ΔＦＥ）は、ハニカム体上の濾過材料堆積物の化学耐久性及び物理的安定性がより優れていることを示している。幾つかの実施形態では、ΔＦＥは、５％以下、例えば４％以下、又は３％以下である。他の実施形態では、ΔＦＥは、２％以下、又は１％以下である。
【０１６０】
幾つかの実施形態では、ハニカム体の壁上の濾過材料堆積物は、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＣａＯ、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、Ｎａ２Ｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、及びそれらの混合物からなる群より選択されるセラミック成分などのセラミック成分の１つ又は混合物から構成されうる。したがって、ハニカム体の壁上の濾過材料堆積物は、酸化物セラミックを含みうる。以下でより詳細に論じられるように、実施形態によるハニカム体上に濾過材料堆積物を形成する方法は、所与の用途のための濾過材料組成物のカスタマイズを可能にすることができる。これは、例えば、ハニカム体の物理的特性（例えば、熱膨張係数（ＣＴＥ）及びヤング率など）に一致するようにセラミック成分を組み合わせることができ、これにより、ハニカム体の物理的安定性を改善することができることから、有益でありうる。幾つかの実施形態では、ハニカム体の壁上の濾過材料堆積物は、コージエライト、チタン酸アルミニウム、頑火輝石、ムライト、フォルステライト、コランダム（ＳｉＣ）、スピネル、サフィリン、及びペリクレースを含みうる。
【０１６１】
幾つかの実施形態では、ハニカム体の壁上の濾過材料堆積物の組成は、ハニカム体の組成と同じである。しかしながら、他の実施形態では、濾過材料の組成は、ハニカム体のマトリクスの壁の組成とは異なっている。
【０１６２】
濾過材料堆積物の特性、並びにハニカム体全体の特性は、ホストハニカム体と比較して小さいメジアン細孔径を有する、まばらな又は薄い多孔質濾過材料を施す能力に起因するものである。
【０１６３】
幾つかの実施形態では、ハニカム体を形成する方法は、セラミック前駆体材料及び溶媒を含む混合物又は懸濁液を形成又は得る工程を含む。濾過材料前駆体のセラミック前駆体材料は、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＣａＯ、ＣｅＯ２、Ｎａ２Ｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉなどの供給源として機能するセラミック材料を含む。
【０１６４】
１つ以上の実施形態では、懸濁液は、噴霧ガスとともに噴霧されて、水性ビヒクル、結合剤材料、及び粒子からなる液体−微粒子−結合剤液滴を形成し、ハニカム体へと向けられ、次に、水性ビヒクルの除去又は蒸発の際に形成される凝集体がハニカム体に堆積される。幾つかの実施形態では、ハニカム体は、ハニカム体へのエアロゾルの堆積中、例えばハニカム体の第１の端部などの一方の端部が閉塞された１つ以上のチャネルを有しうる。閉塞したチャネルは、幾つかの実施形態では、エアロゾルの堆積後に除去することができる。しかしながら、他の実施形態では、チャネルは、エアロゾルの堆積後でも閉塞したままでありうる。ハニカム体の閉塞チャネルのパターンは限定されず、幾つかの実施形態では、ハニカム体のすべてのチャネルは、一方の端部で閉塞されうる。他の実施形態では、ハニカム体のチャネルの一部のみを一方の端部で閉塞させることができる。このような実施形態では、ハニカム体の一方の端部の閉塞している及び閉塞していないチャネルのパターンは限定されず、例えば、ハニカム体の一方の端部の交互のチャネルが閉塞しているチェッカーボードパターンであってもよい。エアロゾルの堆積中にハニカム体の一方の端部でチャネルのすべて又は一部を閉塞させることによって、エアロゾルをハニカム体のチャネル内に均一に分布させることができる。
【０１６５】
１つ以上の実施形態によれば、高温（例えば、４００℃を超える）耐性を有する結合剤が凝集体及び濾過材料堆積物中に含まれており、排ガス排出処理システム内で遭遇する高温においてさえも凝集体及び堆積物の完全性を高める。特定の実施形態では、濾過材料は、アルコキシ−シロキサン樹脂であるＤｏｗｓｉｌ（商標）ＵＳ−ＣＦ−２４０５を約５〜２５質量％含みうる。濾過材料堆積物の微細構造は、以下に説明するさまざまな試験の後の堆積されたままの形態と類似していた。無機結合剤であるＡｒｅｍｃｏ  Ｃｅｒａｍａｂｉｎｄ（商標）６４４Ａ及び８３０もまた、１つ以上の実施形態に使用することができる。両方の試料の濾過効率は、８５０Ｎｍ３／時での高流量試験である高流量ブロー試験後に６０％を超えていた。試験では、有機及び無機結合剤を含む結合剤が一次粒子を結合させて二次粒子（凝集体とも呼ばれる）を形成し、エンジンの排ガス流で遭遇する高温にさらされた場合でさえも、フィルタ壁に結合することが実証された。１つ以上の実施形態によれば、ケイ酸塩（例えばＮａ２ＳｉＯ３）、リン酸塩（例えばＡｌＰＯ４、ＡｌＨ２（ＰＯ４）３）、水硬セメント（例えば、アルミン酸カルシウム）、ゾル（例えば、ｍＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ、Ａｌ（ＯＨ）ｘ・（Ｈ２Ｏ）６−ｘ）、及び金属アルコキシドなどの他の無機及び有機結合剤を利用して、例えば適切な硬化プロセスによって機械的強度を高めることもできる。
【０１６６】
水性ベースの方法
１つ以上の実施形態によれば、閉塞したハニカム体の多孔質壁上に無機材料の水性エアロゾルを堆積させる方法が開示される。閉塞したハニカム体の多孔質壁は、ハニカム体に複数のチャネルを形成する。特定の実施形態では、無機材料及び結合剤の水性ベースの懸濁液はノズルを通過し、ガスの流れとの接触後、ハニカム体の開放チャネル内へと強いられる前にエアロゾル粒子の流れを提供する。次に、無機材料の層が多孔質壁に堆積され、幾つかの凝集体又は無機材料が細孔に入る。層の硬化のために、オフラインでの熱処理プロセスが適用されてよく、これは、幾つかの実施形態では膜を形成する。１つ以上の実施形態によれば、硬化の前後の両方において、本明細書で製造及び本明細書に記載されるハニカム体は、むき出しのハニカム体基材部品よりも著しく高い濾過効率及び／又はより良好なＦＥ／ｄＰトレードオフを示す。
【０１６７】
次に図１１を参照すると、１つ以上の実施形態によれば、プロセス１４００は、水性ベースの懸濁液を調製する工程１４０５、噴霧して液滴を形成する工程１４１０、液滴とガス状キャリア流を混合する工程１４１５；液体ビヒクルを蒸発させて凝集体を形成する工程１４２０、例えば凝集体などの材料をウォールフロー型フィルタの壁に堆積させる工程１４２５、及びハニカム体の多孔質壁上、又は多孔質壁内、若しくは多孔質壁上及び多孔質壁内の両方に材料を結合する任意選択的な後処理工程１４３０、例えば、オフラインで硬化することを含む。結合剤を含む凝集体の形態でのエアロゾル堆積法は、高温硬化工程（例えば、１０００℃を超える温度への加熱）がなくても、高い機械的完全性を提供することができ、幾つかの実施形態では、高温（例えば、１０００℃を超える温度への加熱）硬化工程などの任意選択的なオフラインでの硬化工程の後に、さらに高い機械的完全性を提供することができる。１つ以上の実施形態では、「オフライン」とは、別個の装置などにおいて、エアロゾル堆積装置から別個に実行される硬化プロセスを指す。
【０１６８】
１つ以上の実施形態では、安定した水性無機材料懸濁液又はスラリーは、無機材料（例えば、アルミナ）の粉末を脱イオン水及び水性結合剤と混合することによって作られる。幾つかの実施形態では、このような懸濁液は、市販の水性ベースの有機物懸濁液を（例えば、水性ベースのアルミナ懸濁液を脱イオン水で）希釈し、次に水性ベースの結合剤を加えることによって作られる。幾つかの実施形態では、分散剤を添加することが望ましい場合がある。無機材料は、球形、棒状、平坦、又は不規則な粒子の形態であり、一次粒子サイズは３０ｎｍ〜５００ｎｍである。無機材料の濃度は、１つ以上の実施形態によれば、懸濁液の１質量％〜２０質量％の範囲で変化する。質量％での無機材料の例示的な範囲は、１〜２％、１〜３％、１〜４％、１〜５％、１〜６％、１〜８％、１〜９％、１〜１０％、１〜１５％、１〜２０％、２〜３％、２〜４％、２〜５％、２〜６％、２〜８％、２〜９％、２〜１０％、２〜１５％、２〜２０％、３〜４％、３〜５％、３〜６％、３〜８％、３〜９％、３〜１０％、３〜１５％、３〜２０％、４〜５％、４〜６％、４〜８％、４〜９％、４〜１０％、４〜１５％、４〜２０％、５〜６％、５〜８％、５〜９％、５〜１０％、５〜１５％、５〜２０％、１０〜１５％、１０〜１６％、１０〜１７％、１０〜１８％、１０〜１９％、１０〜２０％、１５〜１８％、１５〜１９％、及び１５〜２０％である。１つ以上の実施形態では、結合剤は、無機材料又は有機材料を含む。無機の非限定的な例には、シリカ、チタニア、ケイ酸塩、アルミン酸塩、リン酸塩、又は水硬セメントが含まれる。有機結合剤の非限定的な例には、シリコーン樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、又はポリエチレングリコール（ＰＥＧ）が含まれる。結合剤の濃度は、アルミナの５質量％〜１００質量％の範囲でありうる。質量％での無機材料の重量による結合剤の例示的な範囲は、５〜１００％、１０〜１００％、１５〜１００％、２０〜１００％、２５〜１００％、３０〜１００％、３５〜１００％、４０〜１００％、４５〜１００％、５０〜１００％、５５〜１００％、６０〜１００％、５〜９０％、１０〜９０％、１５〜９０％、２０〜９０％、２５〜９０％、３０〜９０％、３５〜９０％、４０〜９０％、４５〜９０％、５０〜９０％、５５〜９０％、６０〜９０％、５〜８０％、１０〜８０％、１５〜８０％、２０〜８０％、２５〜８０％、３０〜８０％、３５〜８０％、４０〜８０％、４５〜８０％、５０〜８０％、５５〜８０％、６０〜８０％、５〜７０％、１０〜７０％、１５〜７０％、２０〜７０％、２５〜７０％、３０〜７０％、３５〜７０％、４０〜７０％、４５〜７０％、５０〜７０％、５５〜７０％、６０〜７０％、５〜６０％、１０〜６０％、１５〜６０％、２０〜６０％、２５〜６０％、３０〜６０％、３５〜６０％、４０〜６０％、４５〜６０％、５０〜６０％、５５〜６０％、５〜５０％、１０〜５０％、１５〜５０％、２０〜５０％、２５〜５０％、３０〜５０％、３５〜５０％、４０〜５０％、４５〜５０％、５〜４０％、１０〜４０％、１５〜４０％、２０〜４０％、２５〜４０％、３０〜４０％、３５〜４０％、５〜３０％、１０〜３０％、１５〜３０％、２０〜３０％、２５〜３０％、５〜２５％、１０〜２５％、１５〜２５％、２０〜２５％、１〜２０％、２〜２０％、３〜２０％、４〜２０％、５〜２０％、６〜２０％、７〜２０％、８〜２０％、９〜２０％、１０〜２０％、１〜１５％、２〜１５％、３〜１５％、４〜１５％、５〜１５％、６〜１５％、７〜１５％、８〜１５％、９〜１５％、１０〜１５％、１〜１０％、２〜１０％、３〜１０％、４〜１０％、５〜１０％、６〜１０％、７〜１０％、及び８〜１０％である。１つ以上の実施形態では、混合は、機械的に又は音響的に行われる。幾つかの実施形態による調製されたままの懸濁液は、明確な沈降なしに、少なくとも１時間安定である。
【０１６９】
幾つかの実施形態では、テープ試験を使用して、異なる結合剤の有効性を大まかに評価し、懸濁液に添加される結合剤の量を決定することができる。試料懸濁液のウェットコーティングの層は、本明細書に記載される実施形態に従って調製され、次いで、調製されたままの無機材料懸濁液を使用して、１つの顕微鏡スライド上に塗布される。乾燥後、コーティングされたスライドをオーブンに入れ、１０分から最長で２時間の範囲の時間、硬化温度まで加熱する。硬化温度及びプロファイルは、用いられる結合剤に応じて異なる。硬化後、Ｈｉｇｈｌａｎｄ（商標）透明テープなどの通常のテープの一片を、硬化したコーティングに押し付け、次いでコーティングから持ち上げる。幾つかの実施形態によれば、無機材料の粒子がテープ上で観察される場合、硬化した懸濁液の凝集力は許容できない。より多くの結合剤又は異なる結合剤を使用することができ、試験を繰り返すことができる。
【０１７０】
上で論じた図４は、１つ以上の実施形態による、無機材料を含む水性ベースの懸濁液をエアロゾル堆積に使用することができる、堆積システムの概略図を示している。図４では、懸濁液は、懸濁液容器９０２に含まれ、液圧は、幾つかの実施形態ではシリンダの形態であるガス供給９０４によって適用及び制御された。１つ以上の実施形態では、圧力は、デジタル自動圧力調整器又はピエゾアクチュエータバルブによって制御される。１つ以上の実施形態による噴霧ガスは、窒素又は空気を含む。第１の熱源９０６ａは、第１のプレナム空間９０３に入るキャリアガス９０５ａを加熱する。第２の熱源９０６ｂは、ノズル９２０の下流に位置づけられて、ノズル９２０内で噴霧される懸濁液９１０を加熱する。第３の熱源９０６ｃは、蒸発チャンバ９２３に位置づけられ、ノズルの出口流及び一次キャリアガス９０５ａは、蒸発セクション９５３の蒸発チャンバ９２３に入る。
【０１７１】
１つ以上の実施形態では、水性ベースのエアロゾル堆積プロセス及それによって作られた製品が提供され、これは、他の方法によって調製されるものよりも著しく高い濾過効率及び最小の背圧ペナルティを示す、多孔質壁及びその上に堆積した無機材料を含む閉塞したハニカム体を提供する。幾つかの実施形態におけるこのようなハニカム体は、振動試験、ビヒクル試験、及び耐水性試験を含む、以下にさらに説明されるある特定の試験において、より高い耐久性を示す。
【０１７２】
特定の実施形態では、噴霧ノズルを通して、（例えば、水溶性ケイ酸塩結合剤）を含む結合剤を含む懸濁液中の無機材料（例えば、アルミナナノ粒子）の水性ベースの懸濁液を流して、乾燥ガス流との接触後に凝集体を形成するエアロゾル粒子の流れを提供することを含むプロセスが提供される。特定の実施形態では、凝集体は、閉塞したハニカム体の開放チャネル内、及び、チャネルを形成する多孔質壁の表面上及び／又表面内に押し込まれる。幾つかの実施形態では、凝集体は最初に表面の細孔に接触する。１つ以上の実施形態では、オフラインでの熱処理プロセスが、結合剤の硬化及び堆積物の強化に利用される。堆積及び熱処理の後、フィルタ部品は、むき出しの閉塞したハニカム体と比較して、改善された濾過効率又はＦＥ／ｄＰトレードオフ性能を示す。本明細書で作製された方法に従って作製された閉塞したハニカム体は、熱処理を伴う耐水性試験を含むさまざまな耐久性試験に合格する。１つ以上の実施形態によれば、水溶性結合剤又は水性適合性結合剤が用いられる。１つ以上の実施形態による水性プロセスは、高密度に充填された凝集体の微細構造を有する堆積物を形成する。
【０１７３】
１つ以上の実施形態によれば、水性ベースのプロセスは、エタノールベースのプロセスよりも複雑ではなく、かつ安価なプロセスを提供する。幾つかの実施形態では、水性ベースのプロセスによる、より低い堆積物負荷は、エタノールベースのプロセスと比較して同様のＦＥ／ｄＰ性能をもたらし、その結果、より低い材料コスト、より短い堆積時間、及びより高い生産率をもたらす。幾つかの実施形態では、エタノールベースのプロセスと比較して、同じ負荷でより高いＦＥを達成することができる。幾つかの実施形態では、堆積した無機材料の形態は、エタノールベースのプロセス及び水性ベースのプロセスについて、類似するように調整することができる。
【０１７４】
無機材料を含む閉塞したハニカム体
本開示の実施形態は、多孔質壁と、該多孔質壁上、又は多孔質壁内、若しくは多孔質壁上及び多孔質壁内の両方に堆積した無機材料とを含む閉塞したハニカム体に関し、これは、排ガス流から微粒子を濾過するように構成された濾過物品をもたらす。特定の実施形態では、濾過物品は、ガソリンエンジン排ガスから微粒子を除去するのに用いられるガソリン微粒子フィルタ（ＧＰＦ）を含む。濾過される排ガスは、入口セルに入り、セル壁を通過し、出口チャネルを介してフィルタから出る。ガスが横断してフィルタから出るときに、微粒子が入口セルの壁の上又は内部に捕捉される。１つ以上の実施形態によれば、多孔質壁上、又は多孔質壁内、若しくは多孔質壁上及び多孔質壁内の両方に無機材料が堆積した濾過物品の多孔質壁は、改善された濾過効率及び水に曝露されたときの耐久性を含めた優れた耐久性を提供する。
【０１７５】
１つ以上の実施形態では、無機材料は、無機材料の微粒子又は一次粒子（例えば、アルミナ）、粒子及び結合剤材料からなる微粒子−結合剤凝集体（「凝集体」と呼ばれる）、並びに微粒子−結合剤凝集体の集合体を含む。１つ以上の実施形態では、「微粒子」又は「一次粒子」とは、無機材料の最小の離散した塊を指す。１つ以上の実施形態では、「凝集体」とは、一次粒子又は微粒子と結合剤との塊を指し、一次粒子又は微粒子は、結合剤によって一緒に保持される。１つ以上の実施形態では、「微粒子−結合剤凝集体の集合体」又は「一次粒子−結合剤凝集体の集合体」（「集合体」と呼ばれる）とは、微粒子−結合剤凝集体又は一次粒子−結合剤凝集体のクラスタ化された塊を指し、これらは結合剤によって一緒に保持される。１つ以上の実施形態では、集合体及び個別の、例えば集合していない凝集体の幾つかは、ハニカムフィルタ体の多孔質壁に堆積される。１つ以上の実施形態では、一次粒子又は微粒子の少なくとも一部は、凝集体又は集合体の一部ではない離散した塊として、多孔質壁内、多孔質壁上、又は多孔質壁内及び多孔質壁上の両方に存在する。１つ以上の実施形態では、微粒子−結合剤凝集体又は一次粒子−結合剤凝集体の少なくとも一部は、集合体の一部ではない離散した塊として、多孔質壁内、多孔質壁上、又は多孔質壁内及び多孔質壁上に存在する。
【０１７６】
１つ以上の実施形態では、閉塞したハニカム体の形態をした濾過物品の多孔質壁内、又は多孔質壁上、若しくは多孔質壁内及び多孔質壁上の無機材料は、凝集体及び／又は集合体の「クラスタ」又は「鎖」として存在する。幾つかの実施形態では、クラスタ又は鎖は、指状、フィブリル状、又は、例えば海綿スポンジに似た形態などのスポンジ状のうちの１つ以上である、無機材料形態を提供する。
【０１７７】
本明細書で論じられるように、実施形態によれば、無機材料は、ナノ粒子（例えば、無機粒子、セラミック粒子、耐火性粒子、アルミナ粒子など）、結合剤（例えば、ケイ素含有結合剤及び／又は水性結合剤）、及び液体ビヒクル（例えば、アルコール又は水）からなる懸濁液から形成される。懸濁液はノズルに送給され、これがガス流の援助を受けて懸濁液の液滴を噴霧する。液体ビヒクルは、液滴から蒸発して、ナノ粒子の球状凝集体を形成する。結合剤は、凝集促進剤、集合促進剤、鎖促進剤、及びクラスタ促進剤のうちの１つ以上として機能する。幾つかの球状凝集体は、多孔質セラミック壁に運ばれ、多孔質セラミック壁の表面上（壁に存在する表面の細孔の上、中、又は全体）、若しくは多孔質セラミック壁内の細孔内（多孔質セラミック壁の表面の下）のいずれかにとどまるか、あるいは多孔質セラミック壁内又は上に配置された他の以前に堆積した凝集体と接触して、その中又はその上に球状凝集体の集合体を形成する。他の球状凝集体は、ハニカムフィルタ体に向かって運ばれている間にさらに他の球状凝集体と接触して、球状凝集体の集合体を形成し、次に、集合体は多孔質セラミック壁に向かって運ばれ、次いで、集合体は、多孔質セラミック壁の表面（壁に存在する表面の細孔の上、中、又は全体）、若しくは多孔質セラミック壁内の細孔（多孔質セラミック壁の表面の下）にとどまるか、あるいは、多孔質セラミック壁内又は上のいずれかに堆積した、他の以前に堆積した凝集体又は集合体と接触して、その中又はその上に球状凝集体の集合体を形成する。
【０１７８】
したがって、１つ以上の実施形態によれば、無機堆積物は、ナノ粒子の個々の凝集体（例えば、ナノ粒子の球状凝集体）、凝集体の集合体、及び／又は球状凝集体の集合体の多孔質クラスタ又は鎖からなり、ここで、幾つかのクラスタ又は鎖は、多孔質セラミック壁の表面内又は表面下の細孔内に配置され、及び／又は幾つかのクラスタは、多孔質セラミック壁の表面に配置される。幾つかの実施形態では、多孔質クラスタの幾つかは、凝集体の露出した集合体（例えば、球状凝集体）を含む多孔質クラスタ又はクラスタアイランドである。幾つかの実施形態では、多孔質クラスタ又はクラスタアイランドは、２つ以上の凝集体の１つ以上の鎖を含み、各鎖は、多孔質セラミック壁から実質的に外側方向に延びる。幾つかの実施形態では、複数の外向きに延びる鎖は、指、房、スポンジ（例えば、海綿スポンジ）、及び扇からなる群の成員に似ている形態を集合的に提供する。幾つかの実施形態では、少なくとも１つの鎖は、多孔質セラミック壁の表面より上に突出する鎖の自由端を含む。幾つかの実施形態では、ハニカム体上の無機材料は、無機材料粒子の集合した球状凝集体のネットワークを含む無機堆積物として存在する。
【０１７９】
実施形態では、無機材料の負荷は、ハニカム体上で０．３〜３０ｇ／Ｌの範囲、例えば、ハニカム体上で１〜３０ｇ／Ｌの範囲、又はハニカム体上で３〜３０ｇ／Ｌの範囲で、ハニカム体に存在する。他の実施形態では、無機材料の負荷は、ハニカム体上で１〜２０ｇ／Ｌの範囲、例えばハニカム体上で１〜１０ｇ／Ｌの範囲である。特定の実施形態では、無機材料の負荷は、ハニカム体上で１〜９ｇ／Ｌ、１〜８ｇ／Ｌ、１〜７ｇ／Ｌ、１〜８ｇ／Ｌ、１〜５ｇ／Ｌ、１〜４ｇ／Ｌ、１〜３ｇ／Ｌ、２〜１０ｇ／Ｌ、２〜９ｇ／Ｌ、２〜８ｇ／Ｌ、２〜７ｇ／Ｌ、２〜６ｇ／Ｌ、２〜５ｇ／Ｌ、２〜４ｇ／Ｌ、３〜１０ｇ／Ｌ、３〜９ｇ／Ｌ、３〜８ｇ／Ｌ、３〜７ｇ／Ｌ、３〜６ｇ／Ｌ、３〜５ｇ／Ｌ、４〜１０ｇ／Ｌ、４〜９ｇ／Ｌ、４〜８ｇ／Ｌ、４〜７ｇ／Ｌ、又は４〜６ｇ／Ｌの範囲である。無機材料の負荷は、グラム単位の添加する材料の重量をリットル単位の幾何学的部品（geometric part）の容積で割ったものである。幾何的部分の容積は、ハニカムフィルタ体（又は閉塞したハニカム体）の外形寸法に基づいている。
【０１８０】
１つ以上の実施形態では、無機材料の粒子は、５ｍ２／ｇ〜１５ｍ２／ｇ、５ｍ２／ｇ〜１４ｍ２／ｇ、５ｍ２／ｇ〜１３ｍ２／ｇ、５ｍ２／ｇ〜１２ｍ２／ｇ、５ｍ２／ｇ〜１２ｍ２／ｇ、又は５ｍ２／ｇ〜１０ｍ２／ｇの範囲の表面積を有する。
【０１８１】
１つ以上の実施形態では、ハニカム体上の無機材料堆積物は、セリア、ランタナ、及びイットリアなどの希土類酸化物を含まない。１つ以上の実施形態では、無機材料は、触媒、例えば、白金族金属（例えば、白金、パラジウム、及びロジウム）などの酸化触媒、若しくは銅、ニッケル、又は鉄で促進されたモレキュラーシーブ（例えば、ゼオライト）などの選択的触媒還元触媒を含まない。
【０１８２】
１つ以上の実施形態では、多孔質壁上、又は多孔質壁内、若しくは多孔質壁上及び多孔質壁内に無機材料を含むハニカム体の熱処理の前に、ハニカム体は、水溶性結合剤、例えば水溶性ケイ素含有結合剤、水溶性ケイ酸塩結合剤（例えば、ケイ酸ナトリウムなどの金属ケイ酸塩結合剤）、水溶性アルミン酸塩結合剤（例えば、アルミン酸ナトリウムなどの金属アルミン酸塩結合剤）をさらに含む。１つ以上の実施形態では、結合剤は、ハニカム体上の有機材料の重量に基づいて、５質量％〜４０質量％、５質量％〜３５質量％、５質量％〜３０質量％、５質量％〜２５質量％、５質量％〜２０質量％、５質量％〜１５質量％、又は５質量％〜１０質量％の範囲で存在する。１つ以上の実施形態では、結合剤又は結合剤材料は、前駆体結合剤又は前駆体結合剤材料によって供給される。１つ以上の実施形態では、前駆体結合剤又は前駆体結合剤材料は、ケイ素含有である。１つ以上の実施形態では、ケイ素含有前駆体結合剤は、シリコーン樹脂、又はシロキサン、又はアルカリシロキサン、又はアルコキシシロキサン、又はケイ酸塩、例えば、アルカリケイ酸塩又はケイ酸ナトリウムである。１つ以上の実施形態では、ケイ素含有前駆体結合剤は、無機成分及び有機成分からなる。１つ以上の実施形態では、ケイ素含有前駆体結合剤は、熱を加えると、シリカへと移行する。１つ以上の実施形態では、ケイ素含有前駆体結合剤は、無機成分及び有機成分からなり、熱を加えると、有機成分が追い出され、無機成分がシリカへと移行する。
【実施例】
【０１８３】
実施形態は、以下の非限定的な例によってさらに理解されるであろう。
【０１８４】
ウォールフロー型フィルタ。実施例に用いたウォールフロー型フィルタ基材の直径及び長さは、４．０５５インチ（約１０．３ｃｍ）及び５．４７インチ（約１３．９ｃｍ）であった。ＣＰＳＩは２００（約３１．０セル／ｃｍ２）であり、壁厚は８ミル（２０３マイクロメートル）であった。細孔径は１４マイクロメートルであった。
【０１８５】
原料。実施例で特に指定されていない限り、次の原料を使用した。堆積されている無機材料はアルミナであり、噴霧ガスは窒素であり、結合剤が存在していた。キャリアガスは、空気又は窒素のいずれかであった。
【０１８６】
原料の利用率。原料の利用率は、ハニカムの重量増加を測定し、それをプロセスに投入されたセラミックの計算量と比較することによって決定した。例えば、重量増加がプロセスに投入されたセラミックの量と等しかった場合、利用率は１００％と計算した；あるいは、重量増加がプロセスに投入されたセラミックの半分しかない場合、利用率は５０％と計算した。
【０１８７】
１つ以上の実施形態によれば、濾過物品を作製するためにハニカムフィルタ体内に配置された無機堆積物を含むハニカムフィルタ体は、以下の試験に従って特徴付けられる。
【０１８８】
煙濾過効率（ＦＥ）
煙濾過試験を使用して、ハニカムフィルタ体内に配置された堆積した無機材料の煙濾過効率性能を評価した。
【０１８９】
濾過効率（パーセント％単位）は次のように計算される：
【０１９０】
【数１】
2021535066.tif 000003
【０１９１】
ここで、Ｃは、それぞれ、部品の出口側及び入口側における煙の濃度である。
【０１９２】
２つの粒子カウンタユニット（Ｌｉｇｈｔｈｏｕｓｅ  ２０１６、米国製）は、希釈チャンバの床下位置にある物品に対して、上流及び下流の位置で同時に用いる。煙発生器内でタバコに火をつけ、希釈チャンバ内に所望の量の煤粒子を供給し、煙がトンネルの入口側に移動する前に、濃度をある特定のレベル（５００，０００粒子／ｃｍ３）に維持する。流れは、トンネルを通って最終的にはウォールフロー型フィルタ部品に煤粒子を運ぶ、ブロワによって駆動される。ＧＰＦの上流の濃度が安定状態に達したとき、２つの粒子カウンタをリセットして６０秒間のカウントを開始し、０．３μｍ以上の総粒子カウントの差に基づいて、濾過効率（ＦＥ）を計算した。物品の上流及び下流に位置した圧力計によって測定された圧力降下（ｄＰ）も、５１Ｎｍ３／時の固定流量で記録する。
【０１９３】
試験前キャニング。試験前のキャニングの際は、物品をセラミック繊維マット材料で包み、次いで金属缶に入れる。物品、マット、及び缶アセンブリをオーブンで６５０℃に加熱し、６５０℃で所定の期間、保持する。マットは膨張して、缶内の所定の位置に物品を保持するのに役立つ。このプロセスは、マットが膨張することからマットポップと呼ばれ、缶の内側で「ポップ」して物品を所定の位置に合わせる。試験前のキャニングの期間は、実行される後続の試験に基づいて選択される。
【０１９４】
試験後の洗浄。試験を実行した後、物品の試験後の洗浄を達成するために、次の手順を完了する。物品、マット、及び缶アセンブリを、６５０℃のオーブンに入れ、６５０℃で所定の時間（通常は約６時間）保持し、物品に充填された煤を物品から焼尽させる。
【０１９５】
クリーン濾過効率
本明細書で用いられる場合、ハニカム体又は濾過物品の「クリーン濾過効率」とは、測定可能な煤負荷を含まない、新しい又は再生されたハニカム体を指す。実施形態では、ハニカム体又は濾過物品のクリーン濾過効率は、７０％以上であり、例えば８０％以上、又は８５％以上である。さらに他の実施形態では、ハニカム体又は濾過物品の初期濾過効率は、９０％より大きく、例えば、９３％以上、又は９５％以上、又は９８％以上である。
【０１９６】
本明細書で用いられる場合、「クリーン濾過効率試験」とは、物品を次のように試験することを指す。
【０１９７】
試験前の６時間のキャニング後、ブロワによって物品の上流に急激な速度で空気流を供給し、室温（約２５℃）で差圧センサ／ゲージを使用してフィルタ全体にわたるクリーンな圧力降下を測定する。空気流の流量を、１０段階にわたる増加で、２５．５ｍ３／時から３５６．８ｍ３／時へと上昇させ、新しい段階の増加ごとに流量を１分間維持した。各段階の増加は、約８〜６８ｍ３／時の範囲であった。次に、濃度８ｍｇ／ｍ３及び流量２２．５ｍ３／時の煤粒子を含む空気流をフィルタの上流に４５分間導入する。煤は、市販のプロパンバーナから約１１０ｎｍの粒径で生成される。３０℃でのクリーン濾過効率は、物品に導入される微粒子の数と、流動条件への曝露の前後に物品から出る微粒子の数との差を測定することによって決定される。クリーン濾過効率を測定した後、試験後の洗浄を６時間行う。
【０１９８】
水曝露試験
本明細書に開示された濾過物品の耐久性を理解するために幾つかの評価プロトコルを利用した。エアロゾル堆積無機材料を有するハニカムフィルタ体に対するさまざまな強度の水曝露の影響の分析は、濾過物品の耐久性の指標である。
【０１９９】
水浸漬試験
本明細書で用いられる場合、「水浸漬試験」とは、物品を次のように試験することを指す。
【０２００】
車両の排気パイプラインが床下の状態で流入する水源を検出した状態をシミュレートするために、水浸漬試験を実施した。
【０２０１】
最初に、物品をクリーン濾過効率試験によって、ベースラインＦＥ／ｄＰ測定用に測定する。
【０２０２】
次に、物品の重量を７５℃で測定して初期重量を決定する。次に、物品をペトリ皿に横向きに、外皮層側を置き、車両の排気システムのフィルタの床下位置をシミュレートし、大量の脱イオン水に２時間浸漬する。部品に目標量まで水を染み込ませた後、完全に乾くまで７５℃で乾燥させる（重量は堆積されたままの状態に戻る）。水の目標量は事前に測定することができる。例えば、名目上３００グラムの水を使用することができる。１つ以上の実施形態では、吸収された水に面する物品の直径に沿った距離のパーセンテージとして説明することができる、吸水レベル（例えば、フィルタ直径の１／２から３／４）が存在する。次に、初期重量に達するまで、物品を１００℃で５〜６時間、加熱炉内で乾燥させる。次に、クリーン濾過効率を測定する。クリーン濾過効率を評価するために、濃度８ｍｇ／ｍ３及び流量２２．５ｍ３／時の煤粒子を含む空気流をフィルタの上流に４５分間導入する。煤は、市販のプロパンバーナから約１１０ｎｍの粒径で生成される。３０℃でのクリーン濾過効率は、物品に導入される微粒子の数と、物品から出る微粒子の数との間の差を測定することによって決定される。濾過効率を測定した後、試験後の洗浄を６時間行う。０ｇ／Ｌの煤での濾過効率を、物品を水浸漬試験に曝露する前後で比較する。
【０２０３】
浸水試験
濾過物品の耐久性を評価する別の方法は浸水試験であり、この試験では、排気パイプラインを水に沈めるという最悪のシナリオを模倣するために、部品を完全に水に浸す。
【０２０４】
本明細書で用いられる場合、「浸水試験」とは、物品を次のように試験することを指す。
【０２０５】
最初に、物品をクリーン濾過効率試験によってベースラインＦＥ／ｄＰ測定用に測定する。
【０２０６】
次に、物品の重量を７５℃で測定して初期重量を決定する。入口端を下に向けた物品を、所定の期間にわたってゆっくりと水の容器に浸漬する。水の量は、物品を完全に浸漬させるために、物品のサイズに依存する。試料を１分間水中にとどめ、その後ゆっくりと水から取り出し、２時間放置する。物品を計量する。次に、初期重量に達するまで、フィルタを１００℃で５〜６時間、加熱炉内で乾燥させる。水に曝露された後の濾過効率の変化を評価するために、別のクリーン濾過効率測定を行う。
【０２０７】
水ネブライザ試験
本明細書で用いられる場合、「水ネブライザ試験」とは、物品を次のように試験することを指す。ブラダーを含む缶内に物品を置く。ブラダーを空気で膨らませて、フィルタを所定の位置に保持する。次に、室温（約２５℃）で差圧センサ／ゲージを使用して、フィルタ全体にわたるクリーンな圧力降下を測定する。アセンブリの上流の排ガスの流量を、１０段階にわたる増加で、２５．５Ｎｍ３／時から３５６．８Ｎｍ３／時へと上昇させ、新しい段階の増加ごとに流量を１分間維持した。各段階の増加は、約８〜６８Ｎｍ３／時の範囲である。次に、濾過効率を３０℃で測定し、排気流量２１Ｎｍ３／時、メジアン粒径１２０ｎｍの煤粒子を８．５ｍｇ／ｍ３の濃度で、プロパンバーナを使用してフィルタの上流に４５分間導入する。粒子の質量及び粒子数は、それぞれ、ＡＶＬマイクロスートセンサー及びＴＳＩ  Ｅｎｇｉｎｅ  Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｓｉｚｅｒ（ＥＥＰＳ）を使用して、フィルタの上流及び下流で測定する。濾過効率を測定した後、物品を缶から取り出し、６５０℃のオーブンに入れ、６５０℃で９時間保持して、物品に充填された煤をハニカムから焼尽させた。
【０２０８】
物品は室温で計量する。物品は、部品が１５ｇ／Ｌの水に曝露されるまで、米国特許第７，５２０，９１８号明細書に記載されているように、ネブライザ又は噴霧器を使用して、水の微細なミスト又は噴霧に曝露される。次に、物品を、２５０℃を使用するオーブン内で３時間乾燥させる。次いで、物品及び缶アセンブリを、３０℃及び８．５ｍｇ／ｍ３で、２１Ｎｍ３／時での濾過効率について試験し、０ｇ／Ｌの煤での濾過効率を６５０℃の熱処理及びネブライザ水曝露の前に測定したものと比較する。次に、６５０℃のオーブン内で１２時間、物品に対して洗浄手順を実施する。次に、フィルタを缶から取り出し、部品が１５ｇ／Ｌの水に曝露されるまで、米国特許第７，５２０，９１８号明細書に記載されているように、ネブライザ又は噴霧器を使用して、水の微細なミスト又は噴霧に曝露する。次に、物品を、６５０℃を使用するオーブン内で９時間乾燥させる。次に、物品及び缶アセンブリを３０℃及び８．５ｍｇ／ｍ３で、２１Ｎｍ３／時での濾過効率について試験する。第２のネブライザ水曝露後に測定した０ｇ／Ｌの煤での濾過効率を、最初の６５０℃での熱処理及びネブライザ水曝露の前の０ｇ／Ｌの煤でのベースライン濾過効率と比較する。
【０２０９】
高流量試験
本明細書で用いられる場合、「高流量試験」とは、物品を次のように試験することを指す。
【０２１０】
最初に、物品をクリーン濾過効率試験によってベースラインＦＥ／ｄＰ測定用に測定する。
【０２１１】
その後、高流量を物品に導入する。アセンブリの上流の排ガスの流量を、約２５℃での１０段階にわたる増加で、８５ｍ３／時から８５０．８ｍ３／時へと上昇させ、新しい段階の増加ごとに流量を１分間維持した。各段階の増加は、約８５〜１７０ｍ３／時の範囲であった。次に、濃度８ｍｇ／ｍ３及び流量２２．５ｍ３／時の煤粒子を含む空気流をフィルタの上流に４５分間導入する。煤は、市販のプロパンバーナから約１１０ｎｍの粒径で生成される。３０℃でのクリーン濾過効率は、物品に導入される微粒子の数と、流動条件への曝露の前後に物品から出る微粒子の数との間の差を測定することによって決定される。濾過効率を測定した後、試験後の洗浄を６時間行う。０ｇ／Ｌの煤での濾過効率を、物品を高流量試験に曝露する前後で比較する。
【０２１２】
煤負荷圧力降下試験
試験前の６時間のキャニング後、物品に煤を充填し、アセンブリの上流の排ガスの流量を、約２５℃での１０段階にわたる増加で、２５．５ｍ３／時から３５６．８ｍ３／時へと上昇させ、新しい段階の増加ごとに流量を１分間維持した。各段階の増加は、約８〜６８ｍ３／時の範囲であった。煤負荷は、０ｇ／Ｌから３ｇ／Ｌへと増加した。フィルタに煤を充填した後、室温（約２５℃）で差圧センサ／ゲージを使用して、フィルタ全体にわたる煤負荷圧力降下を測定する。煤負荷圧力降下を測定した後、試験後の洗浄を６時間行う。
【０２１３】
低温振動試験
物品を、２方向に振動し、縦軸及び横軸に沿って７０６ｍ／ｓ２、２００Ｈｚで２時間、振動するシェーカーテーブル上に置く。
【０２１４】
車両試験
キャニングした物品を、加速とそれに続く「燃料カット」又は速度の低下をシミュレートする、高速道路を走行する車両に取り付ける。物品は、１０００ｍ３／時で３０秒以上を目標として、高温及び高流量の短パルスを５回経験する。
【０２１５】
実施例１
Ｃｅｒａｍａｂｉｎｄ（商標）８８０結合剤を使用し、Ａｌｌｉｅｄ０．３μｍアルミナ懸濁液を懸濁液の無機材料として、水性ベースの懸濁液を調製した。Ａｒｅｍｃｏから購入したＣｅｒａｍａｂｉｎｄ（商標）８８０は、高温の水分散性シリコーン樹脂である。これを２３２℃で１時間、又は２４９℃で４５分間、硬化させる。これは、ｐＨ＝６．５であり、５０質量％の固形分を有する。Ａｌｌｉｅｄ  Ｈｉｇｈ  Ｔｅｃｈ社から購入したＡｌｌｉｅｄ０．３μｍアルミナ懸濁液は、０．３μｍ又は３００ｎｍのメジアン粒径を有する。これは、１８．２質量％のアルミナ及び８１．８質量％の蒸留水を含んでいる。これは、ｐＨ＝９であり、水と完全に混和性である。この実施例では、受け取ったままのＡｌｌｉｅｄ０．３μｍアルミナ懸濁液を脱イオン（ＤＩ）水で希釈した後、さまざまな量のＣｅｒａｍａｂｉｎｄ（商標）８８０を添加して、４つの希釈アルミナ懸濁液を調製した。４つの試料はすべて、アルミナ濃度は３％で同じであったが、それぞれ、アルミナの１０％、３０％、５０％、及び１００質量％の異なる濃度の結合剤を有していた。表１に示すように、各試料のｐＨ値を測定した。１０％の結合剤を含む懸濁液の安定性は許容範囲内であり、試料は１〜２時間明確な分離を示さなかった。より多くの結合剤を含む他の懸濁液試料は良好な安定性を有し、試料は４時間以上にわたって明確な分離を示さなかった。テープ試験は、最大で５０％までの結合剤を添加した試料は試験に合格せず、１００％の結合剤を含む試料は試験に合格したことを示した。しかしながら、テープ試験は、懸濁液がハニカムフィルタ体の製造において機能するかどうかについての決定的な試験とは見なされない。
【０２１６】
【表１】
2021535066.tif 000004
【０２１７】
実施例２
ＢＩＮＤＺＩＬ９９５０コロイダルシリカとＳｋｙ  Ｓｐｒｉｎｇアルミナ粉末との懸濁液を含む水性ベースの懸濁液を調製した。結合剤であるＢＩＮＤＺＩＬ９９５０コロイダルシリカをＡｋｚｏＮｏｂｌｅ社から購入した。これは、水中に５０％のシリカを含み、１０〜２０ｎｍの範囲のサイズのコロイド粒子を有している。これは、ｐＨ＝９及び８０ｍ２／ｇの比表面積を有している。ＳｋｙＳｐｒｉｎｇ  Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社から購入したＳｋｙＳｐｒｉｎｇα−アルミナ粉末は、１５０ｎｍの平均アルミナ粒径及び１０ｍ２／ｇの比表面積を有している。この例では、ＳｋｙＳｐｒｉｎｇアルミナ粉末をＤＩ水と混合し、続いて、さまざまな量のＢＩＮＤＺＩＬ９９５０コロイダルシリカを添加することによって、５つの希釈アルミナ懸濁液を調製した。表２に示されるように、４つの試料はすべて、１０％の同じアルミナ濃度を有していたが、それぞれ、アルミナの重量で、２０質量％、３０質量％、５０質量％、及び１００質量％の異なる濃度の結合剤を有していた。懸濁液の安定性は良好であり、試料は４時間超にわたり、明確な分離を維持しなかった。テープ試験は、最大で５０％までの結合剤を添加した試料は試験に合格せず、１００％の結合剤を含む試料はかろうじて試験に合格したことを示した。
【０２１８】
【表２】
2021535066.tif 000005
【０２１９】
実施例３
実施例１及び２で用いたのと同じタイプのウォールフロー型フィルタ基材上で、エタノールをベースとしたエアロゾル堆積実験を実施した。
【０２２０】
１５０ｎｍのＡｌ２Ｏ３のエタノール懸濁液（固形分３０質量％、Ｂｅｉｊｉｎｇ  Ｄｋ  Ｎａｎｏ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏ．ＬＴＤ社製、http://www.nanoinglobal.com/en/ProductShow.asp?ID=189）を、エタノール（ＡＲ、Ｓｉｎｏｐｈａｒｍ  Ｇｒｏｕｐ  Ｃｏ．ＬＴＤ社製）で１１質量％に希釈した。Ｄｏｗｓｉｌ  ２４０５を結合剤として添加した。
【０２２１】
二相流体ノズル（１／４Ｊ−ＳＳ＋ＳＵ１１−ＳＳ、Ｓｐｒａｙｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃｏ．社製）を使用して溶液を噴霧した。噴霧ガスは９１．５ｐｓｉ（約６３１ｋＰａ）の窒素であり、液体噴霧速度は１８ｍｌ／分であった。
【０２２２】
図４に示されるように、液滴を堆積チャンバ内で乾燥させた。ガス流及び液滴を、チャンバの周りに置かれたヒータで加熱した。設定温度は、図４に示されるように、熱源９０６ａ、９０６ｂ及び９０６ｃについて、３５０℃、３５０℃、及び１２０℃であった。
【０２２３】
２５１８ＲＰＭのファン（Ｔｗｉｎ  ｃｉｔｙ  ｆａｎ（Ｓｈａｎｇｈａｉ）Ｃｏ．Ｌｔｄ．社のＴＢＲ  Ｒ１１Ｑ  ＣＬ．ＨＰ）によって、流れを駆動させた。総流量は２１．５Ｎｍ３／時であった。必要とする総流量を補うために、追加の空気をシステムに吸引させた。最終的なＡｌ２Ｏ３の負荷は４．４ｇ／部品であった。堆積後、部品を２００℃で１時間硬化させた。
【０２２４】
次に、中央値が３００ｎｍのタバコ煙微粒子を使用して、濾過効率を測定した。上流の濃度は３０秒間で５００，０００粒子であった。これは、Ｌｉｇｈｔｈｏｕｓｅ  Ｈａｎｄｈｅｌｄ３０１６粒子カウンタへの０．１ｃｆｍ（約２．８３Ｌ／分）の流量で約３５３粒子／ｃｍ３に相当する。粒子数を、上流で３０秒間、及び下流で３０秒間収集した。全体の試験は約１〜２分間で完了した。気流速度は５１ｍ３／時であった。濾過効率は、下流での粒子数濃度の減少に基づいて計算した。圧力降下は、差圧計で、同じ流量で測定した。濾過効率は８０％であり、圧力降下は１９５Ｐａであった。
【０２２５】
実施例４
ウォールフロー型フィルタでの水性エアロゾル堆積実験。
【０２２６】
２種類のＡｌ２Ｏ３水性ベースの懸濁液を使用した。一方の懸濁液はＡｌｌｉｅｄ０．３μｍアルミナ懸濁液であり、他方は０．１５μｍアルミナ懸濁液（固形分３０質量％、Ｂｅｉｊｉｎｇ  ＤＫ  Ｎａｎｏ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏ．ＬＴＤ社製、http://www.nanoinglobal.com/en/ProductShow.asp?ID=189）であった。懸濁液をＤＩ水で希釈し、結合剤と混合して、表３に示される溶液組成物を形成した。
【０２２７】
二相流体ノズル（１／４Ｊ−ＳＳ＋ＳＵ１１−ＳＳ、Ｓｐｒａｙｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃｏ．社製）を使用して溶液を噴霧した。噴霧ガスは窒素であり、液圧は、表３に記載されているように、約１０ｍｌ／分の液体流量を達成するように調整した。図１に示されるように、液滴を堆積チャンバ内で乾燥させた。ガス流及び液滴を、チャンバの周りに置かれたヒータで加熱した。図４に示される熱源９０６ａ、９０６ｂ及び９０６ｃの設定温度は、３５０℃、３５０℃、及び３００℃であった。２５１８ＲＰＭのファン（Ｔｗｉｎ  ｃｉｔｙ  ｆａｎ（Ｓｈａｎｇｈａｉ）Ｃｏ．Ｌｔｄ．社のＴＢＲ  Ｒ１１Ｑ  ＣＬ．ＨＰ）によって、流れを駆動させた。総流量は２１．５Ｎｍ３／時であった。必要とする総流量を補うために、追加の空気をシステムに吸引させた。
【０２２８】
堆積後、部品を表３に記載される温度で１時間硬化させた。メジアン粒径が３００ｎｍのタバコの煙微粒子を使用して、濾過効率を測定した。手順は上に記載されており、ＦＥとｄＰの比較は図１２及び１３に示されている。試料はすべて、コーティングされていないハニカム体と比較して、より高い濾過効率を有していた。硬化の前後でほとんど差はなかった。 
【０２２９】
【表３】
2021535066.tif 000006
【０２３０】
図１４Ａ〜Ｄは、エタノールベースの懸濁液及び水性ベースの懸濁液から形成されたアルミナ凝集体の形態のＳＥＭ画像を示している。水性ベースのプロセスは、エタノールベースのプロセス（例えば、ＤＫ−２４０５−５％）に似た１０マイクロメートル未満の凝集体を生成した。ＤＫ結合剤を使用して作られた水性ベースの試料、とりわけＤＫ懸濁液によって作られた試料では、バッチの配合（アルミナ濃度の低下など）及び噴霧条件（液体流量の低下など）を調整することを通じて、凝集体サイズを制御した。
【０２３１】
実施例５
Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社から購入したケイ酸ナトリウム溶液は試薬グレードであり、約１０．６％のＮａ２Ｏ及び約２６．５％のＳｉＯ２を含んでいる。その密度は２５℃で１．３９ｇ／ｍＬであり、ｐＨ値は１２．９である。Ｂｅｉｊｉｎｇ  ＤＫ  Ｎａｎｏ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏ．ＬＴＤ社から購入したアルミナ懸濁液（「ＤＫ懸濁液」）は、２１．７％の固形分濃度及びｐＨ約９を有しており、アルミナナノ粒子のサイズは約１５０ｎｍである。５グラムのＤＫ懸濁液をさまざまな量のケイ酸ナトリウム溶液と混合した後、３０００ｒｐｍの速度で１０秒間ボルテックス混合することにより、７つの試料を調製した。得られた懸濁液をスライドガラスに塗布し、薄層コーティングを形成し、続いて熱乾燥工程を行った。テープ試験は、５．１％の結合剤の有無にかかわらず、試料は試験に合格せず、７．７％以上の結合剤を含む試料は試験に合格したことを示した。
【０２３２】
【表４】
2021535066.tif 000007
【０２３３】
実施例６
一連の水性ベースのエアロゾル堆積実験をウォールフロー型フィルタに対して実施した。ウォールフロー型フィルタは、直径４．０５５インチ（１０．３ｃｍ）、長さ５．４７インチ（１３．９ｃｍ）、１平方インチあたりのセル数（ＣＰＳＩ）２００（約３１．０セル／ｃｍ２）、壁厚８ミル（２０３マイクロメートル）、及び平均細孔径１４μｍを有していた。表５に示される各試料について、同じ０．１５μｍアルミナ懸濁液（固形分２１．７質量％、Ｂｅｉｊｉｎｇ  ＤＫ  Ｎａｎｏ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏ．ＬＴＤ社製、http://www.nanoinglobal.com/en/ProductShow.asp?ID=189）を使用した。懸濁液をＤＩ水で希釈し、結合剤と混合して、表５に示される溶液組成物を形成した。
【０２３４】
二相流体ノズ（２０５０／７０、１／４Ｊ−ＳＳ＋ＳＵ１１−ＳＳ、Ｓｐｒａｙｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃｏ．社製）を使用して懸濁液を噴霧した。噴霧ガスは窒素であった。表５に記載されているように、シリンジポンプによって１０ｍｌ／分の流量でノズルに懸濁液を送給した。
【０２３５】
図３に示されるように、液滴が形成され、堆積チャンバ内でアルミナ凝集体へと乾燥させた。電気抵抗加熱テープの形態の熱源６０６は、出口端６２５の前の蒸発セクション６５３に位置づけた。乾燥ガスを熱伝達装置で２２０℃に加熱し、チャンバ表面加熱テープを１３０℃に設定しつつ、チャンバ混合温度を１２０℃で維持して水を蒸発させた。２５１８ＲＰＭのファン（Ｔｗｉｎ  ｃｉｔｙ  ｆａｎ（Ｓｈａｎｇｈａｉ）Ｃｏ．Ｌｔｄ．社のＴＢＲ  Ｒ１１Ｑ  ＣＬ．ＨＰ）によって、ガス流を駆動させた。総流量は４０Ｎｍ３／時である。必要とする総流量を補うために、追加の空気をシステムに吸引させた。堆積後、部品を２５０℃〜１１００℃の範囲の異なる温度で１時間熱処理した。
【０２３６】
【表５】
2021535066.tif 000008
【０２３７】
メジアン粒径が３００ｎｍのタバコの煙微粒子を使用して、濾過効率を試験した。手順は上に記載されており、ｄＰに対するＦＥ及び負荷に対するＦＥが図１５Ａ及び図１５Ｂに示されている。試料はすべて、コーティングされていないフロー型フィルタと比較して、より高い濾過効率を有していた。硬化前後の試料には違いがあった。圧力降下ペナルティは、同様の濾過効率レベルでエタノールベースのプロセスと同等であった。
【０２３８】
２段階水噴霧試験を使用して２段階耐水性試験を実施し、ミスト浸漬又は完全浸水の前後とその後の完全乾燥での完全浸水ＦＥ／ｄＰ性能を測定した。水噴霧試験は、堆積したチャネルがミストの流れに面するように行われたため、堆積した凝集体は水滴（ミスト）に直接接触して吸引し、細孔の毛管力によって細孔内に水滴を保持する。２段階水噴霧試験は、１５〜２０ｇの吸水を伴う第１段階と、第１段階の試験に合格した場合の６０〜７０ｇの吸水を伴う第２段階とを含んでいた。完全浸水試験は、フィルタを水槽に数分間、完全に浸漬させることによって実施し、基材の吸水量は少なくとも３００ｇであった。
【０２３９】
図１５Ａ及び１５Ｂは、水性ベースのプロセス及びエタノールベースのプロセスからの堆積物を含む部品の性能を、ＦＥ／ｄＰ性能並びに堆積物負荷の依存性としてのＦＥの観点から示している。懸濁液及び処理条件が表５に示されている。図１５Ａは、２つのプロセスの同様のＦＥ−ｄＰの傾向を示している。図１５Ｂは、同じ堆積物負荷で、水性プロセスがより高いＦＥ値を与えたことを示している。一例として、３ｇ／Ｌの堆積物の負荷では、水性ベースのプロセスは９０％ＦＥを生成し、エタノールベースのプロセスは８４％ＦＥを生成した。
【０２４０】
図１６Ａ及び１６Ｂは、水性ベースのプロセス堆積物及びエタノールベースのプロセスについてのウォールフロー型フィルタの表面に形成されたアルミナ凝集体の形態及びサイズを示している。水性ベースのプロセスは、ハニカム壁の細孔に部分的に浸透する、充填された球状凝集体の堆積物微細構造を形成することが分かる。
【０２４１】
これらの特定の実施例及びこれらの特定のプロセス条件について、観察された別の違いは、水性プロセスがエタノールベースのプロセスよりも大きい凝集体をもたらしたことである。図１６Ｂに示されるように、凝集体サイズは、エタノールベースのプロセス及び水性プロセスについて、それぞれ、１．７２μｍ及び１．７８μｍであった。しかしながら、流体の流れ（ガス及び懸濁液）並びにノズルの設計変更についてのさらなる実験では、２つのプロセス間で同様の凝集体サイズを実現できることが示された。
【０２４２】
表６は、それぞれ、１０質量％、２０質量％、及び３０質量％の異なる量のケイ酸ナトリウム結合剤を用いて作製したフィルタのＦＥ／ｄＰ性能を示している。
【０２４３】
【表６】
2021535066.tif 000009
【０２４４】
図１６Ｃは、水性ベース及びエタノールベースの実施例の凝集体サイズ分布を示すグラフである。凝集体サイズは、走査型電子顕微鏡を使用して測定した。図１６Ｄは、２つのプロセスの実施形態間の凝集体の累積サイズ分布を示すグラフである。エタノールベースのプロセスのデータは点線で示されており、水性ベースのプロセスのデータは実線で示されている。表７は、両方のプロセスの粒径の詳細を示している。ｄ１０、ｄ５０及びｄ９０の値は、試料の堆積質量の１０％、５０％、及び９０％が、提供された値よりも小さい直径を有する粒子で構成される直径を指す。
【０２４５】
【表７】
2021535066.tif 000010
【０２４６】
図１７Ａ及び１７Ｂは、耐水性に対する熱処理温度の影響を示している。試料は、表８に示されるように、１つの試料Ｌ−０４１１−０２を除き、２０質量％のケイ酸ナトリウム結合剤を含む同じ５質量％のアルミナ懸濁液を用いて作製された。６００℃以上、好ましくは６５０℃以上の温度での熱処理は、ＦＥ性能の耐水性を大幅に改善することが分かり、耐水性試験（Ｎｅｂ−１、Ｎｅｂ−２、浸水）の１つに曝露された後のＦＥ降下が６％未満であることが好ましい。より高温の熱処理は、水試験に曝露された後のＦＥの低下が少ないという結果をもたらした。例えば、２段階噴霧試験及び完全浸水試験の完了後、１１００℃処理フィルタではＦＥの低下はなく、６５０℃処理試料では正味の全体の低下は５．９％であった。４２５℃処理フィルタは、水への曝露後、正味のＦＥで３６％を失った。幾つかの実施形態では、１〜１５質量％のアルミナナノ粒子及び５〜２５質量％の結合剤からなる凝集体を含む多孔質セラミックハニカム体は、６００〜１２００℃、例えば６５０〜１１００℃の最高温度で１〜２４時間、アルミナナノ粒子を含むハニカム体の温度を上昇させることによって熱処理される。
【０２４７】
【表８】
2021535066.tif 000011
【０２４８】
図１８Ａ及び１８Ｂに示されるように、堆積後の熱処理により、ＦＥ、ｄＰ、又はＦＥとｄＰの両方が低下する可能性があることがわかった。図１８Ａに示されるように、表８の実施例のより低い処理温度では、熱処理による濾過効率の低下が少なくなる（ＦＥの低下が少なくなる）；例えば、１１００℃処理はフィルタのＦＥ値が６．３％低下し、６５０℃処理後、同様にアルミナを負荷したフィルタのＦＥが約２％低下した（図１８Ａの２つの例は、２．２％〜２．５％のＦＥの正味の低下を示している）。図１８Ｂに示されるように、表８の実施例のより低い処理温度では、より低い熱処理温度（６００℃未満、又は４００〜６００℃の範囲。図１８Ｂは、４２５℃の熱処理温度での２つの例を示している）についてのフィルタ全体にわたる圧力降下の増加を示したのに対し、より高い熱処理温度では、堆積されたままの状態と比較して、圧力降下の減少をもたらした（図１８Ｂの例は、６００度を超える熱処理温度での１０Ｐａ以上の圧力降下の減少を示しており、図１８Ｂの例は、６５０、９１０、及び１１００℃に対応する）。したがって、６００〜７００℃、好ましくは６２５〜６７５℃の最高熱処理温度では、圧力降下、熱処理後の圧力降下の有利な減少とともに、ＦＥのわずかな低下を示した。
【０２４９】
図１９は、熱処理及び各耐久性（例えば耐水性）試験の後に測定した煙のＦＥデータを示している。耐水性試験は３つの段階を含む。１）１５〜２０ｇの水の負荷を伴う第１のネブライザ試験；２）６０〜７０ｇの水の負荷を伴う第２の水ネブライザ試験；３）＞３００ｇの水の負荷を伴う水浸漬試験。試験中の総ＦＥの正味の損失は、２５０℃処理フィルタで１．６６％、６５０℃処理フィルタで８．７４％であった。２５０℃で処理された試料は、車両試験及び水試験の前に、ホットキャニング中に６５０℃に１０時間曝露されたため、堆積物の強度及び耐水性が向上したことに留意すべきである。
【０２５０】
実施例７−無機堆積物の形態
この実施例は、濾過物品の形態、例えば、閉塞したハニカム体の多孔質壁上又は壁内、若しくは壁上及び壁内に堆積した無機材料を有する閉塞したハニカム体を実証する。このような形態は、無機材料のエアロゾル堆積プロセスによって達成される。
【０２５１】
２００ＣＰＳＩ（約３１．０セル／ｃｍ２）、壁厚８ミル（２０３マイクロメートル）、並びに平均細孔径１３．５μｍ及び平均空隙率５５％を有する、直径４．２５２インチ及び長さ４．７２４インチのウォールフロー型フィルタ基材で、エタノールベースのエアロゾル堆積実験を実施した。無機材料を６．９５ｇ／Ｌの負荷で堆積させた。図５に示されるチャンバと同様の共流型のチャンバを、１１％固形アルミナ（ＤＫ−２４０５）、１５％Ｄｏｗ２４０５結合剤、噴霧ノズル、外部混合ノズル（ＳＵ１Ａ、２０５０／７）とともに使用した。液体の流量は２４ｇ／分であった（３つのノズルから８ｇ／分）。噴霧ガス流量は全体で３０Ｎｍ３／時であった（それぞれ３つノズルから１０Ｎｍ３／時）。キャリアガス流量は７０Ｎｍ３／時であった。熱伝達装置７０６ａを使用して、ノズル７２０より上の入口温度を上昇させた。熱伝達装置７０６ａの設定値は、約１５０℃の測定温度を提供するために２３０℃であった。第１のヒータ７０６ｂは２７０℃（実際には１５０℃）に設定し、第２のヒータ７０６ｃは３００℃（実際には１５５℃）に設定し、第３のヒータ７０６ｄは３００℃（実際には１２０℃）に設定した。
【０２５２】
ウォールフロー型フィルタ上で得られたエアロゾル堆積アルミナを含むウォールフロー型フィルタのＳＥＭ写真を以下のように取得した。
【０２５３】
図２０は、入口チャネルの入口領域の上面図のＳＥＭ写真であり；
図２１は、入口チャネルの入口領域の切欠き側面図のＳＥＭ写真であり；
図２２は、入口チャネルの中央領域の上面図のＳＥＭ写真であり；
図２３は、入口チャネルの中央領域の切欠き側面図のＳＥＭ写真であり；
図２４は、入口チャネルの出口領域の上面図のＳＥＭ写真であり；
図２５は、入口チャネルの出口領域の切欠き側面図のＳＥＭ写真であり；
図２６は、入口チャネルの出口領域の拡大した切欠き側面図のＳＥＭ写真であり；
図２７は、色を反転させた図２６のＳＥＭ写真であり；
図２８Ａは、集合体１５００を破線で取り囲んでいる、図２７のＳＥＭ写真の一部であり；
図２８Ｂは、図２８Ａで輪郭が破線で囲まれている集合体１５００の領域を形成する、凝集体１５０２の概略図である。
【０２５４】
図２６、２７、及び２８Ａ〜Ｂに最もよく示されるように、多孔質壁上の無機材料は、無機材料の微粒子又は一次粒子（この特定の例では、アルミナ）、粒子と結合剤材料とからなる微粒子−結合剤凝集体、及び微粒子−結合剤凝集体の集合体を含む。閉塞したハニカム体の形態をした濾過物品の多孔質壁内、又は多孔質壁上、若しくは多孔質壁内及び多孔質壁上の無機材料は、凝集体及び／又は集合体の「クラスタ」又は「鎖」として存在する。幾つかの実施形態では、クラスタ又は鎖は、指状、フィブリル状、又は、例えば海綿スポンジに似た形態などのスポンジ状のうちの１つ以上である、無機材料形態を提供する。
【０２５５】
特許請求の範囲に記載の主題の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載される実施形態にさまざまな修正及び変更を加えることができることは、当業者にとって明らかであろう。したがって、本明細書は、このような修正及び変更が添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内に入る限り、本明細書、に記載されるさまざまな実施形態の修正及び変更に及ぶことが意図されている。
【０２５６】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０２５７】
実施形態１
多孔質壁を含む閉塞したハニカム体に表面処理を施す方法であって、該方法が、
無機材料の粒子を噴霧して、水性ビヒクル、結合剤材料、及び前記粒子からなる液体−微粒子−結合剤液滴とする工程；
前記液滴から前記水性ビヒクルの実質的にすべてを蒸発させて、前記粒子及び前記結合剤材料からなる凝集体を形成する工程；
前記閉塞したハニカム体の前記多孔質壁に前記凝集体を堆積させる工程
を含み、
前記堆積した凝集体が、前記多孔質壁上、又は多孔質壁内、若しくは多孔質壁上及び多孔質壁内の両方に配置される、
方法。
【０２５８】
実施形態２
前記噴霧する工程が、前記粒子、前記水性ビヒクル、及び前記結合剤材料の懸濁液を供給することをさらに含む、実施形態１に記載の方法。
【０２５９】
実施形態３
前記凝集体の少なくとも幾つかが前記多孔質壁に付着する、実施形態１又は２に記載の方法。
【０２６０】
実施形態４
前記結合剤材料が、前記凝集体の粘着性を高める、実施形態１から３のいずれかに記載の方法。
【０２６１】
実施形態５
前記粒子が前記水性ビヒクル及び前記結合剤材料と混合されて、液体−微粒子−結合剤の流れを形成し、前記液体−微粒子−結合剤の流れが噴霧ノズルに向けられる、実施形態１から４のいずれかに記載の方法。
【０２６２】
実施形態６
前記液体−微粒子−結合剤液滴をエアロゾル化する工程をさらに含む、実施形態１から５のいずれかに記載の方法。
【０２６３】
実施形態７
前記液体−微粒子−結合剤の流れが、前記噴霧ノズルを介して噴霧ガスと混合される、実施形態１から６のいずれかに記載の方法。
【０２６４】
実施形態８
前記液体−微粒子−結合剤の流れが前記噴霧ノズルに入る、実施形態１から７のいずれかに記載の方法。
【０２６５】
実施形態９
前記液体−微粒子−結合剤の流れを前記噴霧ガスと混合する工程が、前記噴霧ノズルの内側で行われる、実施形態６から８のいずれかに記載の方法。
【０２６６】
実施形態１０
前記液体−微粒子−結合剤の流れを前記噴霧ガスと混合する工程が、前記噴霧ノズルの外側で行われる、実施形態６から８のいずれかに記載の方法。
【０２６７】
実施形態１１
前記噴霧ノズルが前記エアロゾル化中に冷却される、実施形態１から１０のいずれかに記載の方法。
【０２６８】
実施形態１２
前記噴霧ノズルの温度が、前記水性ビヒクルの沸点未満で維持される、実施形態１から１１のいずれかに記載の方法。
【０２６９】
実施形態１３
前記液滴が、エアロゾル化され、ガス状キャリア流によって前記閉塞したハニカム体の方へと運ばれる、実施形態１から１２のいずれかに記載の方法。
【０２７０】
実施形態１４
前記ガス状キャリア流が、前記噴霧ガス及びキャリアガスからなる、実施形態１から１３のいずれかに記載の方法。
【０２７１】
実施形態１５
前記ガス状キャリア流が、前記液滴と混合される前に加熱される、実施形態１から１４のいずれかに記載の方法。
【０２７２】
実施形態１６
前記ガス状キャリア流が、５０℃以上から５００℃以下の範囲の温度に加熱される、実施形態１から１５のいずれかに記載の方法。
【０２７３】
実施形態１７
前記ガス状キャリア流が、８０℃以上から３００℃以下の範囲の温度に加熱される、実施形態１から１６のいずれかに記載の方法。
【０２７４】
実施形態１８
前記ガス状キャリア流が、８０℃以上から１５０℃以下の範囲の温度に加熱される、実施形態１から１７のいずれかに記載の方法。
【０２７５】
実施形態１９
前記液滴及び前記ガス状キャリア流が、前記閉塞したハニカム体に近接した出口端を有するダクトを通って運ばれる、実施形態１３から１８のいずれかに記載の方法。
【０２７６】
実施形態２０ 
前記ダクトが、前記堆積工程中、前記閉塞したハニカム体と密閉流体連通している、実施形態１から１９のいずれかに記載の方法。
【０２７７】
実施形態２１
前記ダクトを通る全容積流量が、５Ｎｍ３／時以上及び／又は２００Ｎｍ３／時以下である、実施形態１９又は２０に記載の方法。
【０２７８】
実施形態２２
前記全容積流量が、２０Ｎｍ３／時以上及び／又は１００Ｎｍ３／時以下である、実施形態１から２１のいずれかに記載の方法。
【０２７９】
実施形態２３
前記ダクトが実質的に断熱性である、実施形態１９から２２のいずれかに記載の方法。
【０２８０】
実施形態２４
前記ダクトの壁の平均温度が前記ガス状キャリア流の温度より低い、実施形態１９から２３のいずれかに記載の方法。
【０２８１】
実施形態２５
前記ダクトの壁の平均温度が前記ガス状キャリア流の温度より高い、実施形態１９から２４のいずれかに記載の方法。
【０２８２】
実施形態２６
複数の噴霧ノズルを用いて複数の液体−微粒子−結合剤の流れを噴霧する工程をさらに含む、実施形態１から２５のいずれかに記載の方法。
【０２８３】
実施形態２７
前記複数の噴霧ノズルが、前記ダクトのチャンバ内に等間隔に配置される、実施形態１９から２６のいずれかに記載の方法。
【０２８４】
実施形態２８
前記複数の噴霧ノズルの各々が、前記ダクトの中心に向かって角度が付いている、実施形態２６に記載の方法。
【０２８５】
実施形態２９
前記噴霧ガスが、前記液体−微粒子−結合剤の流れを前記液滴へと細分化するのに寄与する、実施形態２６から２８のいずれかに記載の方法。
【０２８６】
実施形態３０
前記多孔質壁に前記凝集体を堆積させる工程が、前記ガス状キャリア流を前記ハニカム体の前記多孔質壁に通すことをさらに含み、前記ハニカム体の前記壁上又は壁内に前記濾過された凝集体を捕捉することによって、前記ハニカム体の前記壁が前記凝集体の少なくとも幾つかを濾過して取り除く、実施形態１３から２９のいずれかに記載の方法。
【０２８７】
実施形態３１
前記多孔質壁に前記凝集体を堆積させる工程が、前記閉塞したハニカム体の前記多孔質壁を用いて前記ガス状キャリア流から前記凝集体を濾過することを含む、実施形態１３から３０のいずれかに記載の方法。
【０２８８】
実施形態３２
前記結合剤材料の有機成分が、前記堆積した凝集体から除去される、実施形態１から３１のいずれかに記載の方法。
【０２８９】
実施形態３３
前記堆積した凝集体を加熱する工程をさらに含む、実施形態１から３２のいずれかに記載の方法。
【０２９０】
実施形態３４
前記堆積した凝集体を加熱することにより、前記堆積した凝集体から前記結合剤材料の有機成分を燃焼又は揮発させる、実施形態１から３３のいずれかに記載の方法。
【０２９１】
実施形態３５
前記前記凝集体を加熱することにより、前記堆積した凝集体中の前記結合剤材料の無機成分を前記ハニカム体の前記多孔質壁と物理的に結合させる、実施形態１から３４のいずれかに記載の方法。
【０２９２】
実施形態３６
前記凝集体を加熱することにより、前記堆積した凝集体中の前記結合剤材料の無機成分が前記ハニカム体の前記多孔質壁上に多孔質無機構造を形成する、実施形態３４又は３５に記載の方法。
【０２９３】
実施形態３７
前記キャリアガスが窒素である、実施形態１４に記載の方法。
【０２９４】
実施形態３８
前記キャリアガスが実質的に不活性ガスからなる、実施形態１４に記載の方法。
【０２９５】
実施形態３９
前記キャリアガスが主に１つ以上の不活性ガスである、実施形態１４に記載の方法。
【０２９６】
実施形態４０
前記キャリアガスが主に窒素ガスである、実施形態１４に記載の方法。
【０２９７】
実施形態４１
前記キャリアガスが主に空気である、実施形態１４に記載の方法。
【０２９８】
実施形態４２
前記キャリアガスが、実質的に窒素又は空気からなる、実施形態１４に記載の方法。
【０２９９】
実施形態４３
前記キャリアガスが乾燥している、実施形態１４に記載の方法。
【０３００】
実施形態４４
前記キャリアガスが、水蒸気を５質量パーセント未満で含む、実施形態１４に記載の方法。
【０３０１】
実施形態４５
前記キャリアガスが、前記ダクトのチャンバに入るときに液体ビヒクルを実質的に含まない、実施形態１９から４４のいずれかに記載の方法。
【０３０２】
実施形態４６
前記ダクトが、前記凝集体から前記水性ビヒクルの実質的な部分又はすべての蒸発を可能にするように構成された軸方向長さを有する蒸発セクションを含む、実施形態１９から４５のいずれかに記載の方法。
【０３０３】
実施形態４７
前記液滴の経路及び前記ガス状キャリア流の経路が、前記ダクトの蒸発セクションに入る前に互いに実質的に垂直である、実施形態１９から４６のいずれかに記載の方法。
【０３０４】
実施形態４８
前記液滴の経路及び前記ガス流の経路が、前記ダクトの蒸発セクションに入るときに互いに実質的に平行である、実施形態１９から４６のいずれかに記載の方法。
【０３０５】
実施形態４９
前記キャリアガスが、前記ノズルの端部の前記液滴の周りの共流における前記ノズルを取り囲む環状の流れで前記ダクトのチャンバに送給される、実施形態１９から４８のいずれかに記載の方法。
【０３０６】
実施形態５０
前記液滴の経路及び前記キャリアガスの経路が、前記ダクトの蒸発セクションに入る前に互いに実質的に垂直である、実施形態１９から４６のいずれかに記載の方法。
【０３０７】
実施形態５１
前記液滴の経路及び前記キャリアガスの経路が、前記ダクトの蒸発セクションに入る前に互いに実質的に平行である、実施形態１９から４６のいずれかに記載の方法。
【０３０８】
実施形態５２
前記ダクトが、前記ノズルの下流に拡散領域を含む、実施形態１９に記載の方法。
【０３０９】
実施形態５３
前記ダクトが、前記ハニカム体の近位端に係合するための収束セクションを含む、実施形態１９に記載の方法。
【０３１０】
実施形態５４
前記閉塞したハニカム体が、前記ハニカム体の遠位端で閉塞している入口チャネルと、前記ハニカム体の近位端で閉塞している出口チャネルとを備えている、実施形態１から５３のいずれかに記載の方法。
【０３１１】
実施形態５５
前記凝集体が、前記入口チャネルを画成する前記壁上に堆積される、実施形態１から５４のいずれかに記載の方法。
【０３１２】
実施形態５６
前記水性ビヒクルが、前記ガス状キャリア流の前記温度において、水の蒸気圧より高い蒸気圧を有する、実施形態１から５５のいずれかに記載の方法。
【０３１３】
実施形態５７
前記水性ビヒクルが、前記ガス状キャリア流の前記温度において、水の沸点より低い沸点を有する材料から実質的になる、実施形態１から５６のいずれかに記載の方法。
【０３１４】
実施形態５８
前記凝集体が、ｄ５０が１．５マイクロメートル超かつ５マイクロメートル未満であり、ｄ９０が２マイクロメートル超かつ５マイクロメートル未満であり、ｄ１０が１マイクロメートル超かつ２マイクロメートル未満である粒径を含む、実施形態１から５７のいずれかに記載の方法。
【０３１５】
実施形態５９
前記凝集体が、充填球状凝集体の堆積物微細構造を形成する、実施形態１から５８のいずれかに記載の方法。
【０３１６】
実施形態６０
前記凝集体が高密度に充填されている、実施形態１から５９のいずれかに記載の方法。
【０３１７】
実施形態６１
前記水性ビヒクルが実質的に水からなる、実施形態１から６０のいずれかに記載の方法。
【０３１８】
実施形態６２
前記ガス状キャリア流が、重力に実質的に平行な方向に前記チャンバから出る、実施形態１３から６１のいずれかに記載の方法。
【０３１９】
実施形態６３
前記ガス状キャリア流が、実質的に下向きに前記チャンバから出る、実施形態１３から６１のいずれかに記載の方法。
【０３２０】
実施形態６４
前記ガス状キャリア流が、実質的に上向きに前記チャンバから出る、実施形態１３から６１のいずれかに記載の方法。
【０３２１】
実施形態６５
前記液体−微粒子−結合剤液滴が、複数のノズルによって前記チャンバ内へと向けられる、実施形態１から６４のいずれかに記載の方法。
【０３２２】
実施形態６６
前記液体−微粒子−液滴の平均サイズが１μｍ以上かつ１５μｍ以下である、実施形態１から６５のいずれかに記載の方法。
【０３２３】
実施形態６７
前記液体−微粒子−液滴の平均サイズが２μｍ以上かつ８μｍ以下である、実施形態１から６６のいずれかに記載の方法。
【０３２４】
実施形態６８
前記液体−微粒子−液滴の平均サイズが４μｍ以上かつ８μｍ以下である、実施形態１から６７のいずれかに記載の方法。
【０３２５】
実施形態６９
前記液体−微粒子−液滴の平均サイズが４μｍ以上かつ６μｍ以下である、実施形態１から６８のいずれかに記載の方法。
【０３２６】
実施形態７０
多孔質壁を含む閉塞したハニカム体に表面処理を施す方法であって、該方法が、
無機材料の粒子を水性ビヒクル及び結合剤材料と混合して、液体−微粒子−結合剤の流れを形成する工程；
前記液体−微粒子−結合剤の流れを噴霧ガスと混合する工程；
前記液体−微粒子−結合剤の流れを噴霧ノズル内へと向け、それによって前記粒子を前記水性ビヒクル、前記結合剤材料、及び前記粒子からなる液体−微粒子−結合剤液滴へとエアロゾル化する工程；
前記閉塞したハニカム体に近接した出口端を有するダクトを通るガス状キャリア流によって前記液滴を前記閉塞したハニカム体の方へと運ぶ工程であって、前記ガス状キャリア流がキャリアガス及び前記噴霧ガスを含む、工程；
前記液滴から前記水性ビヒクルの実質的にすべてを蒸発させて、前記粒子及び前記結合剤材料からなる凝集体を形成する工程；及び
前記閉塞したハニカム体の前記多孔質壁に前記凝集体を堆積させる工程
を含み、
前記堆積した凝集体が、前記多孔質壁上、又は多孔質壁内、若しくは多孔質壁上及び多孔質壁内の両方に配置される、
方法。
【０３２７】
実施形態７１
前記ダクトが、前記堆積工程中、前記閉塞したハニカム体と密閉流体連通している、実施形態７０に記載の方法。
【０３２８】
実施形態７２
前記キャリアガスが、前記ノズルの端部の前記液滴の周りの共流における前記ノズルを取り囲む環状で前記ダクトのチャンバに送給される、実施形態７０又は７１に記載の方法。
【０３２９】
実施形態７３
前記ダクトが、前記ハニカム体の近位端に係合するための収束セクションを含む、実施形態７０から７２のいずれかに記載の方法。
【０３３０】
実施形態７４
前記ダクトが丸い断面形状を含む、実施形態７０から７３のいずれかに記載の方法。
【０３３１】
実施形態７５
前記液体−微粒子−結合剤の流れを前記噴霧ガスと混合する工程が、前記噴霧ノズルの外側で行われる、実施形態７０から７４のいずれかに記載の方法。
【０３３２】
実施形態７６
前記噴霧ノズルが収束ノズルである、実施形態７０から７５のいずれかに記載の方法。
【０３３３】
実施形態７７
前記粒子を液体−微粒子−結合剤液滴へとエアロゾル化する工程が、複数の噴霧ノズルを用いて複数の液体−微粒子−結合剤の流れをエアロゾル化することを含む、実施形態７０から７６のいずれかに記載の方法。
【０３３４】
実施形態７８
前記複数の噴霧ノズルが、前記ダクトのチャンバ内に等間隔に配置される、実施形態１から７７のいずれかに記載の方法。
【０３３５】
実施形態７９
前記複数の噴霧ノズルの各々が、前記ダクトの中心に向かって角度が付いている、実施形態１から７８のいずれかに記載の方法。
【０３３６】
実施形態８０
前記閉塞したハニカム体の前記多孔質壁に前記凝集体を堆積させる工程が、複数の閉塞したハニカム体に対して半連続的に行われる、実施形態７０から７９のいずれかに記載の方法。
【０３３７】
実施形態８１
凝集体を有する第１の閉塞したハニカム体と前記ダクトとの間の密閉流体連通を解く工程、及び前記ダクトと密閉流体連通している第２の閉塞したハニカム体を係合する工程をさらに含む、実施形態１から８０のいずれかに記載の方法。
【０３３８】
実施形態８２
前記第２の閉塞したハニカム体が、前記第１の閉塞したハニカム体の密閉を解いた後、３０秒以下で係合される、実施形態８１に記載の方法。
【０３３９】
実施形態８３
前記第２の閉塞したハニカム体が、前記第１の閉塞したハニカム体の密閉を解いた後、１５秒以下で係合される、実施形態１から８２のいずれかに記載の方法。
【０３４０】
実施形態８４
前記第２の閉塞したハニカム体が、前記第１の閉塞したハニカム体の密閉を解いた後、５秒未満で係合される、実施形態１から８３のいずれかに記載の方法。
【０３４１】
実施形態８５
前記第２の閉塞したハニカム体が、前記第１の閉塞したハニカム体の密閉を解いた後、２秒未満で係合される、実施形態１から８４のいずれかに記載の方法。
【０３４２】
実施形態８６
前記液体−微粒子−結合剤の流れを前記噴霧ノズルへと向ける工程が、実質的に一定の流量で行われる、実施形態７０から８５のいずれかに記載の方法。
【０３４３】
実施形態８７
前記無機材料の前記粒子を前記水性ビヒクル及び前記結合剤材料と混合する工程が、機械的撹拌によって行われる、実施形態７０から８６のいずれかに記載の方法。
【０３４４】
実施形態８８
前記噴霧ガス及び前記キャリアガスが、９０ｐｓｉ（約６２１ｋＰａ）以上の圧力で独立して供給される、実施形態７０から８７のいずれかに記載の方法。
【０３４５】
実施形態８９
前記噴霧ガス及び前記キャリアガスがそれぞれ、１２５ｐｓｉ（約８６２ｋＰａ）以下の圧力で独立して供給される、実施形態７０から８８のいずれかに記載の方法。
【０３４６】
実施形態９０
前記噴霧ノズルの温度が、前記水性ビヒクルの沸点未満で維持される、実施形態７０から８９のいずれかに記載の方法。
【０３４７】
実施形態９１
前記ガス状キャリア流が、前記液滴と混合される前に加熱される、実施形態７０から９０のいずれかに記載の方法。
【０３４８】
実施形態９２
多孔質壁を含む閉塞したハニカム体に表面処理を施す方法であって、該方法が、
噴霧ガスを液体−微粒子−結合剤の流れと混合する工程であって、前記液体−微粒子−結合剤の流れが、無機材料の粒子、水性ビヒクル、及び結合剤材料を含む、工程；
前記液体−微粒子−結合剤の流れを噴霧ノズル内へと向け、それによって前記粒子を前記水性ビヒクル、前記結合剤材料、及び前記粒子からなる液体−微粒子−結合剤液滴へとエアロゾル化する工程；
前記閉塞したハニカム体に近接した出口端を有するダクトを通るガス状キャリア流によって前記液滴を前記閉塞したハニカム体の方へと運ぶ工程であって、前記ガス状キャリア流がキャリアガス及び前記噴霧ガスを含む、工程；
前記ノズルの端部の前記液滴の周りの共流における前記ノズルを取り囲む環状の流れで、前記キャリアガスを前記ダクトのチャンバに送給する工程；
前記液滴から前記水性ビヒクルの実質的にすべてを蒸発させて、前記粒子及び前記結合剤材料からなる凝集体を形成する工程；及び
前記閉塞したハニカム体の前記多孔質壁に前記凝集体を堆積させる工程
を含み、
前記堆積した凝集体が、前記多孔質壁上、又は多孔質壁内、若しくは多孔質壁上及び多孔質壁内の両方に配置され；
前記堆積工程中、前記ダクトが、前記閉塞したハニカム体を収容する堆積ゾーンと密閉流体連通している、
方法。
【０３４９】
実施形態９３
前記閉塞したハニカム体の前記多孔質壁に前記凝集体を堆積させる工程が、複数の閉塞したハニカム体に対して半連続的に行われる、実施形態１から９２のいずれかに記載の方法。
【０３５０】
実施形態９４
前記ダクトと前記堆積ゾーンとの間の密閉流体連通を解く工程、堆積した凝集体を有する第１の閉塞したハニカム体を前記ダクトから離れた位置へと移動させる工程、及び前記ダクトと密閉流体連通している第２の閉塞したハニカム体を係合する工程をさらに含む、実施形態１から９３のいずれかに記載の方法。
【０３５１】
実施形態９５
次の特徴：
前記ダクトが、前記ハニカム体の近位端に係合するための収束セクションを含む；
前記ダクトが丸い断面形状を含む；
前記噴霧ノズルが収束ノズルである；
前記噴霧ノズルが外部混合ノズルである；
複数の液体−微粒子−結合剤の流れをエアロゾル化する複数の噴霧ノズル；
前記無機材料の前記粒子を前記水性ビヒクル及び前記結合剤材料と混合して、前記液体−微粒子−結合剤の流れを形成する機械的撹拌器；
前記液体−微粒子−結合剤の流れを実質的に一定の流量で前記噴霧ノズルに向けるポンプ；
前記噴霧ガス及び前記キャリアガスを、９０ｐｓｉ（約６２１ｋＰａ）以上の圧力で独立して供給するブースター；
前記閉塞したハニカム体の外径と前記堆積ゾーンの内径との間の膨張可能な封止；及び
堆積した凝集体を有する前記第１の閉塞したハニカム体と前記ダクトとの間の流体連通の密閉が解かれたときに、前記ダクトの開放端を覆うバルブ
のうちの１つ又はそれらの組合せをさらに含む、実施形態９２から９４のいずれかに記載の方法。
【０３５２】
実施形態９６
多孔質壁を含む閉塞したハニカム体に表面処理を施すための装置であって、該装置が、
第１の端部から第２の端部にわたって丸い断面形状を有するダクト；
前記ダクトの前記第２の端部で前記ダクトと流体連通する前記閉塞したハニカム体を収容するための堆積ゾーン；及び
前記ダクトのチャンバと流体連通する噴霧ノズル
を含む、装置。
【０３５３】
実施形態９７
次の特徴：
前記ダクトが、前記堆積ゾーンと係合するための収束セクションを含む；
前記噴霧ノズルが収束ノズルである；
前記噴霧ノズルが外部混合ノズルである；
複数の噴霧ノズル；
前記噴霧ノズルと流体連通している前記ダクトの前記第１の端部又はその近くでの液体−微粒子−結合剤の流れの供給であって、前記無機材料の粒子を水性ビヒクル及び結合剤材料と混合する機械的撹拌器、及び／又は前記液体−微粒子−結合剤の流れを実質的に一定の流量で前記噴霧ノズルに向けるポンプを含む、液体−微粒子−結合剤の流れの供給；
前記ノズルに９０ｐｓｉ（約６２１ｋＰａ）以上の圧力で噴霧ガスを供給するブースター；
前記閉塞したハニカム体の外径と前記堆積ゾーンの内径との間の膨張可能な封止；及び
堆積した凝集体を有する閉塞したハニカム体と前記ダクトとの間の流体連通の密閉が解かれたときに前記ダクトの開放端を覆うバルブ
のうちの１つ又はそれらの組合せをさらに含む、実施形態９６に記載の装置。
【０３５４】
実施形態９８
濾過物品であって、
細孔を有する多孔質壁を備えたハニカムフィルタ体；及び
前記ハニカムフィルタ体内に配置された、無機材料ナノ粒子及び結合剤を含む無機堆積物
を含み、
前記無機堆積物が、前記無機材料ナノ粒子と前記結合剤との集合した凝集体のネットワークを含み、前記結合剤が水溶性結合剤を含む、
濾過物品。
【０３５５】
実施形態９９
前記凝集体が無機材料のナノ粒子からなり、前記凝集体のネットワークが凝集体の集合体を含む、実施形態９８に記載の濾過物品。
【０３５６】
実施形態１００
前記凝集体のネットワークが前記集合体のクラスタ又は鎖を含む、実施形態９９に記載の濾過物品。
【０３５７】
実施形態１０１
前記クラスタ又は鎖の少なくとも一部が前記多孔質壁の前記表面内又は前記表面下の前記細孔内に配置され、前記クラスタ又は鎖の少なくとも一部が前記多孔質壁の前記表面上に配置される、実施形態１００に記載の濾過物品。
【０３５８】
実施形態１０２
前記クラスタの一部が、凝集体の露出した集合体を含む多孔質クラスタである、実施形態１００又は１０１に記載の濾過物品。
【０３５９】
実施形態１０３
前記多孔質クラスタが２つ以上の凝集体の１つ以上の鎖を含み、各鎖が前記多孔質壁から外側方向に延びる、実施形態１０２に記載の濾過物品。
【０３６０】
実施形態１０４
前記多孔質クラスタが、指、房、及びスポンジからなる群の成員に似ている形態を集合的に提供する、複数の前記外向きに延びる鎖を含む、実施形態１０２に記載の濾過物品。
【０３６１】
実施形態１０５
前記無機材料が、セラミック粒子、金属酸化物粒子、及び耐火金属酸化物粒子のうちの１つ以上を含む、実施形態９８から１０４のいずれかに記載の濾過物品。
【０３６２】
実施形態１０６
前記無機材料がアルミナを含む、実施形態９８から１０５のいずれかに記載の濾過物品。
【０３６３】
実施形態１０７
前記無機材料が、０．１〜２０ｇ／Ｌから０．１〜５ｇ／Ｌの負荷で前記ハニカムフィルタ体上に存在する、実施形態９８から１０６のいずれかに記載の濾過物品。
【０３６４】
実施形態１０８
前記無機材料が、０．１〜５ｇ／Ｌから０．１〜２ｇ／Ｌの負荷で前記ハニカムフィルタ体上に存在する、実施形態９８から１０７のいずれかに記載の濾過物品。
【０３６５】
実施形態１０９
水溶性結合剤がケイ素含有結合剤を含む、実施形態９８から１０８のいずれかに記載の濾過物品。
【０３６６】
実施形態１１０
前記結合剤が、ケイ酸塩又はアルミン酸塩を含む、実施形態９８から１０９のいずれかに記載の濾過物品。
【０３６７】
実施形態１１１
前記結合剤がケイ酸ナトリウムを含む、実施形態９８から１１０のいずれかに記載の濾過物品。
【０３６８】
実施形態１１２
前記結合剤が、前記ハニカムフィルタ体上に、前記無機材料の５質量％〜約３０質量％の範囲の量で存在する、実施形態９８から１１１のいずれかに記載の濾過物品。  
【０３６９】
実施形態１１３
前記無機堆積物が、希土類酸化物、白金族金属、及びモレキュラーシーブを含まない、実施形態９８から１１２のいずれかに記載の濾過物品。
【符号の説明】
【０３７０】
１００  ハニカム体
１０５  第１の端部
１１０  内部チャネル
１１５  壁
１３５  第２の端部
２００  微粒子フィルタ
２０１  チャネル
２０２  入口端
２０４  出口端
２０５  外皮層
２０６  チャネル壁
２０８  入口チャネル
２１０  出口チャネル
２５０  排ガス流
３００  ハニカム体
３１０  壁
３２０  濾過材料堆積物
３２５  粒子
３３０  ガスの流れ
５００，６００，７００，８００，９００  装置
５０１，６０１，７０１，８０１，９０１  導管
５０３，６０３，７０３，８０３，９０３  プレナム空間
５０５，６０５，７０５，８０５  キャリアガス
５１０，６１０，７１０，８１０  懸濁液
５１５，６１５，７１５，８１５ａ，８１５ｂ，９１５  噴霧ガス
５２０，６２０，７２０，８２０ａ，８２０ｂ，８２０ｃ，９２０  ノズル
５２１，６２１，７２１，８２１  入口端
５２２，６２２，７２２，８２２，９２２  拡散領域
５２３，６２３，７２３，８２３，９２３  蒸発チャンバ
５２５，６２５，７２５，８２５，９２５  出口端
５２７，７２７，８２７  第１のセクション
５２９，７２９，８２９  第２のセクション
５３１，６３１，７３１，８３１，９３１  堆積ゾーン
５３６，６３６，７３６，８３６，９３６  出口ゾーン
５４０，６４０，７４０，８４０，９４０  出口導管
５４５，６４５，７４５，８４５，９４５  流れドライバ
５５０，６５０，７５０，８５０，９５０  第１の端部
５５１，６５１，７５１，８５１，９５１  ダクト
５５３，６５３，７５３，９５３  蒸発セクション
５５５，６５５，７５５，８５５，９５５  第２の端部
９０５ａ  一次加熱キャリアガス
９０５ｂ  二次加熱キャリアガス
９２１  第１の入口位置
９２４  第２の入口位置
９２８  直円筒形セクション
９２９  第２のプレナム空間
【図１】
2021535066.tif 000012
【図２】
2021535066.tif 000013
【図３】
2021535066.tif 000014
【図４】
2021535066.tif 000015
【図５】
2021535066.tif 000016
【図６】
2021535066.tif 000017
【図７】
2021535066.tif 000018
【図８】
2021535066.tif 000019
【図９】
2021535066.tif 000020
【図１０】
2021535066.tif 000021
【図１１】
2021535066.tif 000022
【図１２】
2021535066.tif 000023
【図１３】
2021535066.tif 000024
【図１４Ａ】
2021535066.tif 000025
【図１４Ｂ】
2021535066.tif 000026
【図１４Ｃ】
2021535066.tif 000027
【図１４Ｄ】
2021535066.tif 000028
【図１４Ｅ】
2021535066.tif 000029
【図１４Ｆ】
2021535066.tif 000030
【図１５Ａ】
2021535066.tif 000031
【図１５Ｂ】
2021535066.tif 000032
【図１６Ａ】
2021535066.tif 000033
【図１６Ｂ】
2021535066.tif 000034
【図１６Ｃ】
2021535066.tif 000035
【図１６Ｄ】
2021535066.tif 000036
【図１７Ａ】
2021535066.tif 000037
【図１７Ｂ】
2021535066.tif 000038
【図１８Ａ】
2021535066.tif 000039
【図１８Ｂ】
2021535066.tif 000040
【図１９】
2021535066.tif 000041
【図２０】
2021535066.tif 000042
【図２１】
2021535066.tif 000043
【図２２】
2021535066.tif 000044
【図２３】
2021535066.tif 000045
【図２４】
2021535066.tif 000046
【図２５】
2021535066.tif 000047
【図２６】
2021535066.tif 000048
【図２７】
2021535066.tif 000049
【図２８Ａ】
2021535066.tif 000050
【図２８Ｂ】
2021535066.tif 000051
【国際調査報告】
2021535066.tif 000052
2021535066.tif 000053
2021535066.tif 000054