(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハニカム体の第１および第２の対向する端面の間で軸方向に延在する複数のセルを含み、前記セルが交差する多孔性壁を含んでなるハニカム体と、
前記ハニカム体の周囲上に配置された第１の乾燥セメント層と、
前記第１の乾燥セメント層上に配置された第２の乾燥セメント層と、
を含み、
前記第１の乾燥セメント層は、第１の間隙率、第１の破断係数、第１の弾性率を有し、
前記第２の乾燥セメント層は、前記第１の間隙率より低い第２の間隙率と、前記第１の破断係数より大きい第２の破断係数と、前記第１の弾性率よりも高い第２の弾性率を有する、
ことを特徴とするハニカム構造。
【請求項２】
６００℃から室温までの冷却時の前記第１の乾燥セメント層の平均熱膨張係数が、２０×１０−７／℃以下であり、
６００℃から室温までの冷却時の前記第２の乾燥セメント層の平均熱膨張係数が、前記第１の乾燥セメント層の平均熱膨張係数より高く、かつ
前記第１の乾燥セメント層の熱膨張係数が、前記ハニカム体の熱膨張係数と実質的に等しいことを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造。
【請求項３】
前記第１の乾燥セメント層が、前記第２の乾燥セメント層よりも高い厚さ可変性を有することを特徴とする請求項１または２に記載のハニカム構造。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１２０条の下、２０１２年１１月２９日出願の米国仮特許出願第１３／６８８，８９１号明細書に基づく優先権を主張する。なお上記仮特許出願の内容は依拠され、全体として参照によって本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示の例示的な実施形態は、概して、ハニカム構造、ならびに下にあるハニカム体との改善された熱膨張適合性、ハニカム構造の向上したアイソスタティック強度、および改善された製造プロセス時間を示す多層外側皮膜層を含んでなるセラミックハニカム微粒子フィルターおよび基材に関する。
【背景技術】
【０００３】
大きい直径を有する微粒子フィルターおよび基材は、予測不可能な乾燥および焼成収縮のため、相手先商標製造会社（ＯＥＭ）およびサプライチェーンによって規定される厳しい寸法必要条件に製造することが困難であり得る。したがって、ハニカムセグメントによって形成されたハニカムモノリスを含むハニカムモノリスの外側皮膜を形成するために、コールドセットセラミックセメントが使用されてもよい。コールドセットセラミックセメントを混合し、焼成された、または輪郭が形成された、またはセグメント化された基材に適用し、湿潤皮膜を、その後、周囲条件で乾燥するか、または高温で対流式もしくはマイクロ波乾燥によって乾燥することができる。次いで、乾燥させた部分は触媒コーティングできるようになっており、必要とされる場合、さらなる下流プロセスを行う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の皮膜デザインは、最終的な用途と、中間プロセスおよび取り扱いとの間で矛盾する物理的特性の必要条件を具体化する。使用時に、材料は、厳しい熱勾配に耐えるために、低い熱膨張および高い熱衝撃耐性（低い弾性率）を有さなければならない。これらの特性を達成するために、高い間隙率および弱い結合が、最大皮膜適応性のために望ましい。輸送、取り扱いおよび／またはプロセス（触媒化の間の極度のｐＨ曝露を含む）に耐えるように、高強度およびチップ／摩耗耐性が望ましい。これらの特性を達成するために、低い間隙率、ならびに皮膜とセラミック体との間の強い結合が、最大皮膜強度のために求められる。
【０００５】
本背景項で開示される上記の情報は、請求される本発明の背景の理解の向上のみのためであり、したがって、それは、従来技術のいずれの部分も、従来技術が当業者に暗示し得るものも形成しない情報を含有し得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
例示的な実施形態は、ハニカム体の第１および第２の対向する端面の間で軸方向に延在する複数のセルを含み、上記セルが交差する多孔性壁を含んでなるハニカム体と、ハニカム体の周囲上に被着した第１のセメント混合物層とを含んでなるハニカム構造を提供する。第１のセメント混合物層は、グリーンセメント混合物を含んでなってもよく、ここで、セメント混合物は、乾燥されてもよいが、か焼されなくてもよい、または、第１のセメント混合物層はか焼セメント混合物であってもよい。ハニカム構造は、第１のセメント混合物層上に被着された第２のセメント混合物層を含む。第２のセメント混合物層はグリーンセメント混合物を含んでなってもよいか、または第２のセメント混合物層はか焼セメント混合物であってもよい。
【０００７】
また例示的な実施形態は、ハニカム体の周囲を第１のセメント混合物でコーティングするステップと、ハニカム体の周囲上の第１のセメント混合物を乾燥して、第１の皮膜層を形成するステップと、第１の皮膜層を第２のセメント混合物でコーティングするステップと、ハニカム体の周囲上の第２のセメント混合物を乾燥して、第２の皮膜層を形成するステップとを含む、ハニカム構造を製造する方法も開示する。
【０００８】
また例示的な実施形態は、ハニカム体の周囲を第１のセメント混合物でコーティングするように構成される第１のセメント混合物アプリケーターユニットと、第１のセメント混合物を乾燥して、ハニカム体の周囲で第１の皮膜層を形成するように構成される乾燥ユニットと、第１の皮膜層を第２のセメント混合物でコーティングして、乾燥時にハニカム体の周囲上で第２の皮膜層となるように構成される第２のセメント混合物アプリケーターユニットとを含む、二重皮膜層をハニカム体に適用するためのシステムも開示する。
【０００９】
本発明の追加的な特徴および利点は、以下の説明に明らかにされ、かつ一部は、この説明から容易に明白となるか、または本発明を実施することによって認識されるであろう。
【００１０】
上記の一般的な説明および以下の詳細な説明は両方とも本発明の例示的な実施形態を表し、特許請求される本発明の特性および特徴を理解するための概要またはフレームワークを提供することが意図されることは理解されるであろう。
【００１１】
添付の図面は、本開示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、かつ本明細書の一部を構成する。図面は、特許請求される本発明の様々な例示的な実施形態を示し、説明と共に、特許請求される本発明の原理および動作を説明するために有用となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の例示的な実施形態によるハニカム構造の透視図である。
【図２】図１のハニカム構造の端面図である。
【図３】内部拡散および表面蒸発による乾燥のモデルを例示する概略図である。
【図４Ａ】一晩などの低速乾燥条件下で図３に示されるモデルの段階的な含水量勾配を示すグラフである。
【図４Ｂ】急速乾燥条件下で図３に示されるモデルの急勾配の含水量勾配を示すグラフである。
【図５Ａ】無孔性のハニカム体の存在下での、図３に示されるモデルの含水量勾配を示すグラフである。
【図５Ｂ】中程度の多孔性のハニカム体の存在下での、図３に示されるモデルの含水量勾配を示すグラフである。
【図５Ｃ】皮膜から水分を吸収し、したがって、水分勾配を緩和する高度に多孔性（図５Ｃ）のハニカム体の存在下での、図３に示されるモデルの含水量勾配を示すグラフである。
【図６】本開示の例示的な実施形態による二重皮膜製品を製造するための例示的なプロセスを示すフローチャートである。
【図７】本開示の例示的な実施形態によるハニカム体多層皮膜形成システムの概略図である。
【図８】本開示の例示的な実施形態によるハニカム構造の透視図である。
【図９Ａ】例示的な実施形態による直径２インチ（５．０８ｃｍ）のハニカム体上の実施例のコア皮膜を示す写真である。急速乾燥から生じる欠陥が見られる。
【図９Ｂ】例示的な実施形態による図９Ａに示すコア皮膜を有する直径２インチ（５．０８ｃｍ）のハニカム体上の実施例のクラッド皮膜を示す写真である。皮膜の第２の層によって、欠陥は排除される。
【図９Ｃ】図９Ａおよび９Ｂに示される実施例の相当する端面の写真である。
【図１０Ａ】例示的な実施形態による直径２インチ（５．０８ｃｍ）のハニカム体上の実施例のコア皮膜を示す写真である。急速乾燥から生じる欠陥が見られる。
【図１０Ｂ】例示的な実施形態による図１０Ａに示すコア皮膜を有する直径２インチ（５．０８ｃｍ）のハニカム体上の実施例のクラッド皮膜を示す写真である。皮膜の第２の層によって、欠陥は排除される。
【図１０Ｃ】図１０Ｂに示される実施例の相当する端面の写真である。
【図１１Ａ】例示的な実施形態による直径２インチ（５．０８ｃｍ）のハニカム体上の実施例の二重層皮膜の側面図を示す写真である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示される直径２インチ（５．０８ｃｍ）のハニカム体上の二重層皮膜の端面図を示す写真である。図１１Ａおよび１１Ｂに示される実施例によって実証されるような例示的な実施例によって、二重層皮膜は、中心がずれている場合であっても亀裂を含まないことが可能である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ここで、本開示の例示的な実施形態が詳細に参照され、その実施例は添付の図面に例示される。可能な場合は常に、図面を通して、同一参照番号が、同一または同様な部分を指すために使用される。要素または層が、別の要素または層「の上にある」、または別の要素または層「と連結する」と記載される場合、それは、他の要素または層の直接上にあるか、または他の要素または層に直接連結することができ、あるいは介在要素または層が存在してもよいことは理解されるであろう。対照的に、要素または層が、別の要素または層の「直接上にある」か、または別の要素または層と「直接連結する」と記載される場合、介在要素または層は存在しない。本開示の目的のために、「Ｘ、ＹおよびＺの少なくとも１つ」は、Ｘのみ、Ｙのみ、Ｚのみ、あるいはＸ、ＹおよびＺの２つ以上のいずれかの組合せ（例えば、ＸＹＺ、ＸＹＹ、ＹＺ、ＺＺ）として解釈することができることは理解されるであろう。
【００１４】
本明細書で使用される場合、グリーン材料とは、無機および／または有機材料の混合物を含んでなる焼成されていない材料である。グリーン材料には、様々な無機充填材、無機および／または有機結合材および液体媒体が含まれてよい。グリーン材料は、流体含有物（例えば水）を除去するために乾燥されてもよい。乾燥は、その部分を、一晩中周囲雰囲気に暴露することによって達成されることが多いが、乾燥を増加するため、温風、強制空気、マイクロ波、無線周波（ＲＦ）または赤外線（ＩＲ）が使用されてもよい。乾燥は、湿度制御された空気中で達成されてもよい。グリーン材料は、コールドセットセメントを含んでもよい。
【００１５】
本明細書で使用される場合、か焼は、材料中に含有される有機材料を燃やし尽くすのに十分な期間で、１０００℃未満の温度へのグリーン材料の加熱、例えば、約３時間、６００℃を指す。
【００１６】
本明細書で使用される場合、「さらなる添加」は、例えば、混合物の無機成分の１００重量パーセントに基づき、かつそれと比較しての有機結合剤、液体媒体、添加剤または細孔形成剤などの成分の重量パーセントを指す。
【００１７】
図１および２には、ハニカム体１２を含んでなる一実施形態による例示的なハニカム構造１０が示される。ハニカム体１２は、縦方向の軸１４および長さＬを有し、対向した端面２０および２２の間で軸方向に延在する相互に隣接するセルまたはチャネル１８を形成する、複数の交差する多孔性壁１６を含んでなる。セル密度は、１平方インチ（６．４５１６平方ｃｍ）あたり１００〜９００セルであることができる。典型的なセル壁厚さは、約０．０２５ｍｍ〜約１．５ｍｍの範囲であることができる。本明細書で使用される場合、「ハニカム」という用語は、一般に、ハニカム構造を含むように意図されるが、厳密に正方形の構造に限定されない。例えば、六角形、八角形、三形、長方形またはいずれかの他の適切な状態が使用されてもよい。多孔性壁内に含有される典型的な細孔径は、０．１μｍ〜約１００μｍであることができ、セル壁間隙率は、約１５％〜７５％、例えば、約２５％〜６０％である。
【００１８】
ハニカム体１２は、菫青石（２ＭｇＯ−２Ａｌ２Ｏ３−５ＳｉＯ２）などのセラミック材料から形成されてもよい。しかしながら、Ｍｇ（マグネシウム）に対するＦｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）およびＭｎ（マンガン）、Ａｌ（アルミニウム）に対するＧａ（ガリウム）、ならびにケイ素に対するＧｅ（ゲルマニウム）などの他の成分の限定的な置換は容認できる。また菫青石相は、アルカリ金属、アルカリ土類金属または希土類元素を含んでもよい。ハニカム体１２は、その他の場合、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸アルミニウム、アルミナおよび／またはムライト、あるいはそれの組合せなどの他のセラミック材料から製造されてもよい。
【００１９】
ハニカム体は、ハニカムモノリシック体を形成するために適切な、任意の従来のプロセスによって形成することもできる。例えば、可塑化セラミック形成バッチ組成物を、押出成形、射出成形、スリップキャスティング、遠心キャスティング、圧力キャスティング、乾燥プレスなどのいずれかの既知の従来のセラミック形成プロセスによって、グリーン体に成形することができる。典型的に、ハニカム構造は、最終的なセラミック構造を作成するためにグリーンフォームが焼成される前に、セラミック材料がグリーンフォームに押出成形される、押出成形プロセスによって形成される。例示的な実施形態において、押出成形は、水圧ラム押出成形プレス、２段階脱気シングルオーガー押出成形機またはツインスクリュー混合機であって、排出末端に取り付けられたダイアセンブリを有するものを使用して実行することができる。押出成形された材料を切断して、エンジン製造業者の要求を満たすように成形され、かつサイズ設定されたフィルター体などのハニカム構造を作製することができる。押出成形された材料は、ハニカム構造を形成するために互いに連結または結合されたハニカムセグメントであることができる。これらの押出成形されたグリーン体は、任意の径または形状であることができる。
【００２０】
一般に、セラミックハニカム構造が押出成形されると、固体外面は、構造の長さに沿って提供される。しかしながら、ある種の状況下では、それは外面を除去することが必要となり得る。例えば、グリーン押出成形ハニカム構造は、押出成形された外面を除去することによって、所望の形状および径に成形されてもよい。あるいは、グリーンハニカム構造を焼成し、次いで、所望の形状および径を達成するために必要な外部押出成形表面および多孔性壁構造のいずれかの部分の除去によって所望の形状および径に切削してもよい。成形は、所望の形状および径を達成するための、ハニカム構造の外側押出成形表面の切断、紙やすり研磨、または切削を含む当該技術において既知のいずれかの手段によって達成することができる。
【００２１】
同様に、ハニカムセグメントは、ハニカム構造に集積化する前に、押出成形された外面を除去することによって、所望の形状および径に成形されてもよい。あるいは、ハニカムセグメントは、ハニカム構造を形成するために集積化されてもよく、形成されたハニカム構造は、所望の形状および径に成形されてもよい。
【００２２】
所望の形状および径が達成されたら、サイズ設定された物体の外側周囲にセメント材料を適用して、物体上に新規の外面または皮膜を形成することができる。典型的に、ハニカム体の末端はセメントで被覆されないが、ある種の管は、所望であれば塞がれてもよい。セメント組成物がハニカム構造に適用されたら、セメント組成物を乾燥および／またはか焼することができる。いくつかの実施形態において、コールドセットセメント組成物をハニカム構造に適用してもよい。いくつかの実施形態において、セメントが適用されるハニカム体は、焼成されたセラミック材料を含んでなる。他の実施形態において、ハニカム体は、グリーン体またはか焼体を含んでなる。場合によっては、か焼ハニカム構造の最終焼成は、触媒化プロセスの間に生じ得る。
【００２３】
本明細書に記載される様式で、セメント材料がハニカム構造に適用されたら、セメント材料を任意選択で乾燥および／または焼成することができる。任意選択の乾燥ステップは、セメント材料に存在し得るいずれかの液体媒体を少なくとも実質的に除去するのに十分な温度および時間で、湿度が制御された雰囲気中でのセメント材料の第１の加熱とを含んでなることができる。本明細書で使用される場合、いずれかの液体媒体を少なくとも実質的に除去することには、焼成より前のセメント材料に存在する液体媒体の少なくとも９５％、少なくとも９８％、少なくとも９９％、または少なくとも９９．９％の除去が含まれる。液体媒体を除去するために適切な例示的かつ非限定的な乾燥条件には、少なくとも５０℃、少なくとも６０℃、少なくとも７０℃、少なくとも８０℃、少なくとも９０℃、少なくとも１００℃、少なくとも１１０℃、少なくとも１２０℃、少なくとも１３０℃、少なくとも１４０℃、少なくとも１５０℃、少なくとも１６０℃、少なくとも１７０℃、少なくとも１８０℃、少なくとも１９０℃または少なくとも２００℃の温度でのセメント材料の加熱が含まれる。一実施形態において、液体媒体を少なくとも実質的に除去するために有効な条件は、６０℃〜１２０℃の範囲の温度で、空気などの湿度が制御された雰囲気でセメント材料を加熱することを含んでなる。さらに加熱は、例えば、湿度が制御された雰囲気での温風乾燥、ＲＦおよび／またはマイクロ波乾燥を含む、いずれかの従来の既知の方法によっても提供することができる。
【００２４】
任意選択の焼成ステップは、セメント材料が適用されたハニカムを、８００℃、９００℃およびさらには１０００℃より高いピーク温度まで加熱することを含む、セメント材料を第一結晶質相セラミック組成物に変換するために適切な条件を含むことができる。加熱の間に約１２０℃／時間の上昇速度が使用されてよく、それに続いて、約３時間、ピーク温度で保持され、続いて、約２４０℃／時間で冷却されてよい。
【００２５】
本明細書に開示されるセメント材料は、２００℃未満の温度、例えば１００℃未満の温度、さらには例えば５０℃未満の温度で硬化するものを含むことができ、これには、「コールドセット」皮膜を利用する皮膜形成プロセスで使用することができるセメント材料が含まれる。コールドセット皮膜形成において、ハニカムのチャネル壁のシールを形成するために、皮膜形成混合物の乾燥のみが必要とされる。コールドセット皮膜形成プロセスが利用される場合、３５〜１１０℃の範囲の温度への皮膜形成ハニカムの加熱は、乾燥を促進するために有用であり得る。いくつかのコールドセット皮膜形成プロセスにおいて、残留する一時的な結合剤副産物の除去およびシールの強化を含む、最終的な皮膜圧密は、その後の処理ステップで（例えば、触媒化または缶形成の過程で）、あるいは最初の使用の間に（例えば、排気システムで）生じ得ることが予想される。
【００２６】
例えば、コールドセット皮膜形成が利用されてよい例示的な組成物には、１５〜５０μｍ、例えば単一サイズの場合、３０〜４０μｍ、および追加的に、二峰性サイズ組成物の第２の粒径に関して、約１５０μｍ〜約３００μｍ、例えば、約１５０μｍ〜約２５０μｍの範囲の中央粒径の二峰性または単一サイズの中央粒径（Ｄ５０）を有する少なくとも１種の無機粉末、例えば、チタン酸アルミニウム、菫青石、溶融シリカ、ムライトおよびアルミナの少なくとも１種を含んでなる耐火性充填剤と、ゲル化コロイド状シリカなどのゲル化無機結合剤とを含んでなるものが含まれる。少なくとも１種のゲル化剤、例えば塩酸、硫酸、硝酸、クエン酸および酢酸、水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウムおよびトリエタノールアミン（以下「ＴＥＡ」））の少なくとも１種が、無機結合剤をゲル化するために、バッチ化の前（例えば、ゲル化無機結合剤とのプレミックスとして）または間に添加されてもよい。あるいは、非ゲル化組成物が使用されてもよい。そのような組成物は、２００℃未満、例えば、１００℃未満、さらに例えば５０℃未満の温度（約２５℃を含む）で、多孔性セラミックハニカム体において硬化する（そして、それによってチャネル壁に永久に封着される）皮膜を提供することができる。皮膜形成のために使用されるセメント組成物のさらなる非限定的な例示的な実施形態を以下に記載する。
【００２７】
セメントの層をハニカム体１２に適用するために、様々な方法が利用されてもよい。例えば、セメント混合物の適切な量をハニカム体１２の外面に適用するために、分配デバイス（図示せず）を使用することができる。皮膜材料（例えばセメント）を適用する方法には、軸適用法、ドクターブレードスキージ適用法、スプレーキャスティング法、テープキャスティング法、スピンコーティング法などが含まれてよい。例えば、その全内容が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許出願第１３／４６３，１２５号明細書には、ハニカム体へのセラミック皮膜の様々な適用法が記載されている。別の例では、その全内容が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許出願第１２／２３１，１４０号明細書にも、ハニカム体へのセラミック皮膜の様々な適用法が記載されている。
【００２８】
湿度が制御された条件下で乾燥された場合、例えば、周囲条件で、高温温風ドライヤーで、マイクロ波加熱器で、無線周波（ＲＦ）加熱器で、または赤外線（ＩＲ）加熱器で、セメント皮膜に亀裂が入り得る。皮膜厚さの可変性は、皮膜乾燥亀裂の発現に寄付し得る。乾燥亀裂を回避するために、より長い時間およびより低い温度での加熱が利用されてよいが、プロセス処理能力効率が低下する。皮膜上の亀裂は、乾燥プロセスの後に手動で検出され得、次いで、皮膜セメントは手動で修正される。これは、乾燥亀裂の検出および修正に関する労力および時間に関して、さらなるコストを加え得る。乾燥の間の亀裂を低下させるため、低速蒸発速度が必要とされ得る。皮膜表面における低速蒸発速度によって、乾燥プロセスが、製造時間およびコストへの追加を遅れさせる。
【００２９】
図３は、皮膜層を形成するためのハニカム体の周囲上でのセメント混合物の乾燥を算出するためのモデルを例示する。このモデルは、内部拡散および表面蒸発による乾燥を算出する。ハニカム体１２は、ハニカム体１２の外側周囲に適用されたセメント混合物の層２８との界面２４を形成する。セメント混合物層２８とハニカム体１２との界面２４は、このモデルにおいて遮断として処理される。セメント混合物層表面および空気の界面３２は、このモデルにおいて対流物質輸送として処理される。
【００３０】
図３は、内部拡散および表面蒸発をベースとするモデルの概略図を示す。セメント混合物層２８（皮膜）およびハニカム体１２（フィルターまたは基材）の界面２４は、低間隙率ハニカム体１２を通しての水移動は制限されるため、低間隙率フィルターのために遮断層として処理される。対照的に、高間隙率フィルターに関して、別の物質輸送係数は、ハニカム体１２界面２４で提供される。空気界面３２へのセメント混合物層２８は、蒸発によって水分を失う。蒸発速度は、空気の温度、湿度および速度の関数である。
【００３１】
図４Ａは、一晩（天然対流）などの低速乾燥条件下で図３に示されるモデルの段階的な含水量勾配を示すグラフであり、図４Ｂは、急速乾燥条件下で図３に示されるモデルの急勾配の含水量勾配を示すグラフである。図４Ａおよび４Ｂにおいて、勾配は、乾燥時間の矢印によって示されるように乾燥が進行すると減少する。図４Ｂに示される急勾配は、強制的対流乾燥（温風吹きつけ）の場合に、皮膜の内側の拡散は、セメント混合物層２８の空気界面３２表面で、高い蒸発速度と調和することができないため、形成される。これに対して、図４Ａに示される一晩乾燥では、蒸発速度と内部拡散速度が同様であるので、穏やかな勾配が導かれる。
【００３２】
図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃは、図３に示されるモデルの含水量勾配を示すグラフである。図５Ａは、皮膜から水分をあまり吸収しない無孔性のハニカム体の存在下での、図３に示されるモデルの含水量勾配を示すグラフである。図５Ｂは、皮膜から水分をいくらか吸収する中程度の多孔性のハニカム体の存在下での、図３に示されるモデルの含水量勾配を示すグラフであり、図５Ｃは、皮膜から水分を吸収し、したがって、水分勾配を緩和する高度に多孔性のハニカム体の存在下での含水量勾配を示す。これらのモデルからの結果を、下記のように皮膜層を形成するためのハニカム体周囲でのセメント混合物の乾燥の実験に基づく観察と組み合わせた。
【００３３】
本発明者らは、薄い皮膜は厚い皮膜より亀裂が少ないということを観察したが、薄い皮膜は、いくつかの要因のため、一貫して得ることが困難である。例えば、セメント混合物によるコーティングのために回転プレート上にハニカム体を中央に配置することは困難であり得、フィルター体は、コーティング前に不均等に輪郭形成され得、またはこれらの組合せは、コーティングの厚さの可変性を生じ得る。皮膜厚さの可変性は、一般に、乾燥亀裂の発現しやすい皮膜を生じる。
【００３４】
多孔性基材／フィルターの上部の皮膜は、非多孔性（低間隙率）基材の上部の皮膜よりも亀裂が生じにくい。低間隙率基材上で亀裂のない皮膜を乾燥することは困難であることが多い。
【００３５】
薄い皮膜または繊維皮膜は、乾燥間に亀裂が生じる傾向が少ないが、それらは脆性であり、取り扱いまたは輸送の間に亀裂が生じる傾向がある。
【００３６】
本発明者らは、第１の皮膜を形成するための第１のセメント混合物層および第１の皮膜上の第２の皮膜を形成するための第２のセメント混合物層によってコーティングされたハニカム体が、短時間で驚くべき亀裂のない二重層外側セメント皮膜を与えることを発見した。図１を再度参照すると、第１のセメント混合物層はコア皮膜３６を形成し、第２のセメント混合物層はクラッド皮膜４０を形成する。コア皮膜３６およびクラッド皮膜４０は、同一組成物でもよい。また、コア皮膜３６およびクラッド皮膜４０は、互いに異なる組成物でもよい。第１のセメント混合物層を適用し、高温温風、強制空気、マイクロ波、ＲＦ、ＩＲ放射線などを使用するプロセスで急速乾燥されてもよい。急速乾燥プロセスによって、コア皮膜層に亀裂が生じ得るが、第２のセメント混合物が、皮膜コア層上で皮膜クラッド層へと形成される時に、それらの亀裂は除去される。クラッド皮膜層の厚さは、コア皮膜層の厚さより薄くてもよい。クラッド皮膜層の乾燥プロセスは、低温温風乾燥、低パワーマイクロ波、低パワーＲＦ、低パワーＩＲ放射線などの低速乾燥プロセスでもよい。クラッド層のより薄い層およびより遅い乾燥は、亀裂のない二重層外側セメント皮膜を導くことが発見された。
【００３７】
使用条件で耐える亀裂のない二重層外側セメント皮膜を達成するため、内部皮膜層（コア皮膜）は、厳しい熱勾配に耐えるために、低い熱膨張および高い熱衝撃耐性（低値弾性弾性率）を示す。これらの特性を達成するために、高い間隙率および弱い結合が、皮膜適応性のために達成されてもよい。コア皮膜は、ハニカム体に実質的に適合する熱膨張係数（ＣＴＥ）を有してもよい。
【００３８】
外側皮膜層（クラッド皮膜）は、輸送、取り扱いおよび／またはプロセス（触媒化の間の極度のｐＨ曝露を含む）に耐えるように形成されてもよい。輸送、取り扱いおよび／またはプロセスに耐える、亀裂を含まない二重層外側セメント皮膜を達成するために、高強度およびチップ／摩耗耐性が望ましい。これらの特性を達成するために、低い間隙率、およびクラッド皮膜とセラミック体のコア皮膜との間の強い結合が、最大皮膜強度のために求められる。
【００３９】
皮膜組成物は、その全内容が参照によって本明細書に組み込まれる米国仮特許出願第６１／６０２，８８３号明細書および米国特許出願第１３／３０２，２６２号明細書に記載されている。例示的な実施形態によると、皮膜組成物は、低熱膨張充填剤材料としてのガラス粉末、結合剤、およびガラスをベースとするセメントの固体成分を運搬する溶媒または媒体を含んでなるセメントを含む単一ガラス粉末組成物であってもよい。ガラス粉末充填剤材料のガラスは、非晶質溶融シリカ（ＳｉＯ２）、粉砕された菫青石、ＡＴグロッグまたはシリカすすでもよい。ガラス粉末充填剤材料は、１０〜２０μｍの中央粒径（Ｄ５０）を有することができ、最小粒径は７μｍ〜７５μｍであり、最大粒径は５０μｍ〜７０μｍである。粒径は、質量ベースの球相当径として決定される。ガラス粉末充填剤材料は、例えば、セメントの全無機成分の６０〜８０重量％を構成してもよい。適切なシリカ粉末充填剤材料は、例えば、Ｔｅｎｎｅｓｓｅｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｉｎｅｒａｌｓ  ＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄのＣＥ  Ｍｉｎｅｒａｌｓ、アメリカ合衆国テネシー州から入手可能な商標名Ｔｅｃｏ−Ｓｉｌで入手可能である。本明細書中、特に明記されない限り、全ての粒径測定は、Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ  Ｉｎｃ．の粒径分析器で実行された。
【００４０】
例示的な実施形態によると、皮膜組成物は、非晶質ガラスをベースとするセメントを含んでもよく、このセメントは、低熱膨張充填剤材料として第１の（微細）ガラス粉末、低熱膨張充填剤材料として第２の（粗製）ガラス粉末、結合剤、およびガラスをベースとするセメントの固体成分を運搬する溶媒または媒体を含んでなる二重ガラス粉末組成物から形成される。第１のガラス粉末充填剤材料および第２のガラス粉末充填剤材料のガラスは両方とも、約１μｍより大きい粒径を有する非晶質溶融シリカでもよい。ガラス粉末充填剤材料粒径の分布は、好ましくは多峰性であり、約１μｍより大きい粒径を有するガラス粉末充填剤材料の分布が粒径の複数のモード（局所的最大）を示す。一実施形態において、非晶質ガラスをベースとするセメントは、約１μｍより大きい粒径で、非晶質ガラス粒子の二峰性粒径分布を含んでなる。ガラスをベースとするセメントは、中央（Ｄ５０）粒径が好ましくは約１０〜約５０μｍ、約１５μｍ〜約５０μｍ、約２０μｍ〜約４５μｍまたは約３０μｍ〜約４５μｍの範囲であり、Ｄ１０が約１μｍ〜約１０μｍの範囲であり、かつＤ９０が約２５μｍ〜約１２５μｍの範囲である第１のガラス粉末充填剤材料を含んでもよい。第２のガラス粉末充填剤材料の中央（Ｄ５０）粒径は、好ましくは、約１５０μｍ〜約３００μｍの範囲、約１５０μｍ〜約２５０μｍの範囲、約１７０μｍ〜約２３０μｍの範囲、約１８０μｍ〜約２２０μｍの範囲であり、Ｄ１０は約１００μｍ〜約１５０μｍの範囲であり、かつＤ９０は約２５０μｍ〜約３５０μｍの範囲である。粒径は、質量ベースの球相当径として決定される。本明細書で使用される場合、用語Ｄ５０は、粒径の分布の中央を表し、Ｄ１０は、分布の１０％がその粒径より小さい、マイクロメートルでの粒径を表し、Ｄ９０は、分布の９０％がその粒径より小さい、マイクロメートルでの粒径を表す。二重ガラスをベースとするセメントは、例えば、セメントの無機固体成分の全重量の約２０〜約６０重量％の範囲、約２５重量％〜約５０重量％の範囲、約２５重量％〜約４０重量％の範囲、または約２５重量％〜約３５重量％の範囲の量の第１のガラス粉末充填剤材料を含有してもよい。ガラスをベースとするセメントは、例えば、セメントの無機固体成分の全重量の約１０〜約４０重量％の範囲、約１５重量％〜約４０重量％の範囲、約２０重量％〜約３５重量％の範囲の量の第２のガラス粉末充填剤材料を含有してもよい。
【００４１】
例示的な一実施形態において、第１のガラス粉末充填剤材料のＤ５０は、約３４μｍ〜約４０μｍの範囲であってよく、第２のガラス粉末充填剤材料の中央粒径は、約１９０μｍ〜約２８０μｍの範囲であってよい。一例において、第１のガラス粉末充填剤材料は、約６．０μｍのＤ１０、約３４．９μｍのＤ５０および約９９μｍのＤ９０を有する。別の例において、第１のガラス粉末充填剤材料は、約６．７μｍのＤ１０、約３９．８μｍのＤ５０および約１１０．９μｍのＤ９０を有する。さらに別の例において、第１のガラス粉末は、約２．７μｍのＤ１０、約１３．８μｍのＤ５０および約３７．８μｍのＤ９０を有し、なお別の例において、第１のガラス粉末充填剤材料は、約２．８μｍのＤ１０、約１７．２μｍのＤ５０および約４７．９μｍのＤ９０を有する。
【００４２】
第２のガラス粉末充填剤材料対第１のガラス粉末充填剤材料の比率は、約１：４〜約１：１、例えば約１：３．５〜約１：１、約１：３〜約１：１、約１：２．５〜約１：１、約１．２〜約１：１、または約１：１．５〜約１：１の範囲であってよい。例示的な実施形態において、第２のガラス粉末充填剤材料対第１のガラス粉末充填剤材料の比率は１：１である。
【００４３】
本開示のセメント組成物を提供するために、上記の無機粉末のいずれかと、いずれかの任意選択の無機添加剤成分とを含んでなる無機粉末を、適切な有機および／または無機結合材と一緒に混合することができる。有機結合材は、１種またはそれ以上の有機材料、例えば、セルロースエーテル、メチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシドなど、およびいくつかの実施形態において、ゴム様材料、例えば、Ａｃｔｉｇｕｍ（登録商標）、キサンタンガムまたはラテックスを含んでなってもよい。例えば、Ａ４  Ｍｅｔｈｏｃｅｌは、適切な有機結合剤である。Ｍｅｔｈｏｃｅｌ  Ａ４は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌから入手可能な水溶性メチルセルロース高分子結合剤である。適切な無機結合剤は、水などの適切な溶媒中に懸濁されたナノメートル規模のシリカまたはアルミナ粒子を含んでなるコロイド状シリカまたはアルミナを含んでなってもよい。無機結合材は、有機結合剤の流体部分を考慮して（流体部分の重量寄与は除外される）、好ましくは、セメント中に存在する無機固体の全重量の約１０重量％未満の量でセメント組成物に存在し、いくつかの例示的な実施形態においては、無機結合剤は、約５重量％以下の量で存在し、ある種の他の例示的な実施形態においては、約２重量％〜約４重量％の範囲で存在する。適切なコロイド状シリカ結合材は、Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ製のＬｕｄｏｘ  ＨＳ４０である。典型的なコロイド状結合材は、脱イオン水媒体中の懸濁液として、約４０重量％の固体材料を含んでなってもよい。
【００４４】
いくつかの例示的な実施形態において、上記単一および二重ガラス粉末セメントは、無機繊維強化材料を含んでもよい。例えば、皮膜の適用後にハニカム構造を強化するために、アルミノシリケート繊維がセメント混合物に添加されてもよい。例えば、セメントは、セメントの無機固体成分の全重量の約２５〜約５０重量％、約３０〜約５０重量％、いくつかの実施形態においては、約３５〜約４５重量％の無機繊維材料を含んでもよい。ある種の他の実施形態において、繊維無機強化材料は、セメント組成物の無機固体の全重量パーセントとして、約３６重量％〜約４３重量％の量で存在してもよい。適切な無機繊維強化している材料は、Ｕｎｉｆｒａｘから入手可能なＦｉｂｅｒｆｒａｘ  ＱＦ  １８０であるが、いずれの高アスペクト比の耐火性微粒子も使用することができるであろう。
【００４５】
典型的に、流動可能性またはペースト様粘稠性を提供するための好ましい液体媒体または溶媒には、水、例えば脱イオン水（ＤＩ）が含まれるが、他の材料が使用されてもよい。液状媒体含有物は、さらなる添加として、セメント混合物の無機成分の約３０重量％以下の量で、好ましくはセメント混合物の無機成分の約１０重量％〜約２５重量％の範囲で存在してもよい。しかしながら、液状媒体は、典型的に、セメントの適用を容易にさせるために適切な粘度を得るために調節される。
【００４６】
いくつかの実施形態において、セメントは、任意選択で、変性剤、例えば、セメントとハニカム体との間の接着性を向上させるために、接着促進剤をさらに含有してもよい。例えば、Ｍｉｃｈｅｍ  ４９８３がこの目的のために適切であることが発見された。
【００４７】
本明細書に開示される例示的な実施形態に従って、６００℃から室温までの冷却時のか焼セメントの平均熱膨張係数（ＣＴＥ）は、約１５×１０−７／℃以下、好ましくは約１２×１０−７／℃以下、好ましくは約１０×１０−７／℃以下、好ましくは約８×１０−７／℃以下である。本明細書で使用される場合、室温は約２３℃を意味する。好ましくは、か焼セメント混合物の熱膨張係数は、ハニカム体の熱膨張係数と等しい。ある種の実施形態において、ＣＴＥは、約７×１０−７／℃〜約１０×１０−７／℃の範囲であることができる。
【００４８】
本明細書に開示される実施形態に従って、未か焼セメントの破断係数（ＭＯＲ）は、約２０ｋｇ／ｃｍ２〜約６０ｋｇ／ｃｍ２の範囲、好ましくは約２０ｋｇ／ｃｍ２〜約５０ｋｇ／ｃｍ２の範囲、好ましくは約２０ｋｇ／ｃｍ２〜約４０ｋｇ／ｃｍ２の範囲、好ましくは約２０ｋｇ／ｃｍ２〜約３５ｋｇ／ｃｍ２の範囲である。未か焼セメントの破断係数は、いくつかの実施形態において、２２ｋｇ／ｃｍ２〜３５ｋｇ／ｃｍ２である。ある種の実施形態において、未か焼ＭＯＲは、約２４ｋｇ／ｃｍ２〜約３０ｋｇ／ｃｍ２の範囲である。
【００４９】
本明細書に開示される実施形態に従って、か焼セメントの破断係数（ＭＯＲ）は、約１４ｋｇ／ｃｍ２〜約４５ｋｇ／ｃｍ２の範囲、好ましくは約１４ｋｇ／ｃｍ２〜約４０ｋｇ／ｃｍ２の範囲、好ましくは約１４ｋｇ／ｃｍ２〜約３５ｋｇ／ｃｍ２の範囲、好ましくは約１４ｋｇ／ｃｍ２〜約３０ｋｇ／ｃｍ２の範囲である。か焼セメントの破断係数は、いくつかの実施形態において、１４ｋｇ／ｃｍ２〜２５ｋｇ／ｃｍ２である。ある種の実施形態において、か焼ＭＯＲは、約１４ｋｇ／ｃｍ２〜約２０ｋｇ／ｃｍ２の範囲である。
【００５０】
か焼セメント皮膜の間隙率は、約３０％〜約６０％の範囲、好ましくは約３５％〜約６０％の範囲、および好ましくは約３５％〜約５０％の範囲である。いくつかの実施形態において、間隙率は、約３５％〜約４８％の範囲であることができる。
【００５１】
本明細書に記載されるセメント組成物は、ハニカム体上に外部皮膜を形成するために良好に適切な粘度を示すことができる。例えば、本明細書の実施形態による組成物は、約１２パスカル秒（Ｐａ・秒）以下、約５Ｐａ・秒以下、または約４Ｐａ・秒以下の無限剪断粘度を有することができる。１０秒−１の剪断速度に関して、剪断粘度は、好ましくは約４００Ｐａ・秒以下、約３５０Ｐａ・秒以下、または約３００Ｐａ・秒以下である。粘度は、パラレルプレート粘度計を使用して測定した。
【００５２】
本明細書に記載されるか焼セメント組成物は、約１×１０６Ｐａ以下、約７×１０５Ｐａ以下、約５×１０５Ｐａ以下、または約４×１０５Ｐａ以下の弾性率を示すことができる。ある種の実施形態において、弾性率は、約２×１０５Ｐａ〜約６×１０５Ｐａの範囲である。
【００５３】
別の例示的な実施形態によると、皮膜組成物は、２５℃〜６００℃の第１の熱膨張係数を有する無機充填剤材料と、２５℃〜６００℃の第２の熱膨張係数を有する結晶質無機繊維材料とを含んでなるセメントを含んでもよい。
【００５４】
例示的な実施形態において、無機充填剤材料は、セメント混合物の無機固体成分の全重量の少なくとも１０％を構成し、結晶質無機繊維材料は、セメント混合物の無機固体成分の全重量の２５％未満を構成する。例示的な実施形態において、第１の熱膨張係数は、第２の熱膨張係数の５０％未満である。
【００５５】
例えば、無機充填剤材料は、セメント混合物の無機固体成分の全重量の２０％〜８０％、例えば２５％〜７５％、さらには例えば３０％〜７０％、なおさらには例えば３５％〜６５％を構成することができ、これには、少なくとも５０％、少なくとも６０％、または少なくとも７０％が含まれる。結晶質無機繊維材料は、セメント混合物の無機固体成分の全重量の３％〜２０％、例えば５％〜１５％、さらには例えば８％〜１２％を構成することができ、これには、１０％未満、１５％未満、または２０％未満が含まれる。
【００５６】
第１の熱膨張係数は、ある種の例示的な実施形態において、０．５×１０−７／℃〜２０×１０−７／℃、例えば１．０×１０−７／℃〜１０×１０−７／℃、さらには例えば２．０×１０−７／℃〜５×１０−７／℃の範囲であることができ、これには、７×１０−７／℃未満が含まれ、かつ約２．５×１０−７／℃が含まれる。第２の熱膨張係数は、ある種の例示的な実施形態において、１０×１０−７／℃〜１００×１０−７／℃、例えば２０×１０−７／℃〜９０×１０−７／℃、さらには例えば３０×１０−７／℃〜８０×１０−７／℃の範囲であることができ、これには、少なくとも５０×１０−７／℃未満が含まれ、かつ約６５×１０−７／℃が含まれる。第１の熱膨張係数は、ある種の例示的な実施形態において、５×１０−７／℃未満であることができるが、第２の熱膨張係数は、３０×１０−７／℃より大きいことができる。第１の熱膨張係数は、ある種の例示的な実施形態において、第２の熱膨張係数の２５％未満、例えば第２の熱膨張係数の２０％未満、さらには例えば第２の熱膨張係数の１５％未満、なおさらには例えば第２の熱膨張係数の１０％未満、なおさらには例えば第２の熱膨張係数の５％未満、例えば第２の熱膨張係数の１％〜２０％、さらには例えば第２の熱膨張係数の２％〜１０％であることができる。
【００５７】
ある種の例示的な実施形態において、結晶質無機繊維材料の少なくとも５０重量％は、３：１〜１０：１、例えば４：１〜８：１のアスペクト比（最短寸法で割った最長寸法）を有する。ある種の例示的な実施形態において、結晶質無機繊維材料の１０重量％未満は、３：１未満のアスペクト比を有する。ある種の例示的な実施形態において、結晶質無機繊維材料の５重量％未満は、３：１未満のアスペクト比を有する。ある種の例示的な実施形態において、結晶質無機繊維材料の平均アスペクト比は、３：１〜１０：１、例えば４：１〜８：１であり、これには約５：１が含まれる。
【００５８】
ある種の例示的な実施形態において、結晶質無機繊維材料は、２〜８０μｍ、例えば５〜５０μｍ、さらには例えば１０〜３０μｍの平均直径を有する。結晶質無機繊維材料は、ある種の例示的な実施形態において、１０〜５００μｍ、例えば５０〜４００μｍ、さらには例えば１００〜３００μｍの平均長さを有することができる。
【００５９】
ある種の例示的な実施形態において、結晶質無機繊維材料は、２〜１０μｍの平均寸法および１０〜５０μｍの平均長さを有する、より微細な繊維材料を含んでなることができる。結晶質無機繊維材料は、２０〜６０μｍの平均寸法および１００〜３００μｍの平均長さを有する、より粗い繊維材料を含んでなることができる。また結晶質無機繊維材料は、１０〜２０μｍの平均寸法および５０〜１００μｍの平均長さを有する、中間の粗さの繊維材料を含んでなってもよい。
【００６０】
結晶質無機繊維材料は、ある種の例示的な実施形態において、単一分布（例えば、より微細な繊維材料、より粗い繊維材料、および中間の粗さの繊維材料の１種のみ）、二峰性分布（例えば、より微細な繊維材料、より粗い繊維材料、および中間の粗さの繊維材料の２種）、または三峰性分布（例えば、より微細な繊維材料、より粗い繊維材料、および中間の粗さの繊維材料の３種）のセメント混合物で存在することができる。
【００６１】
より微細な繊維材料は、少なくとも１つの特性に関して同様の特徴を有する、ある種の例示的なセメント混合物に存在する上記繊維材料のより低量に相関してもよい。したがって、例示的な実施形態の１組には、セメント混合物の無機固体成分の全重量の３％〜１０％を構成し、２〜１０μｍの平均直径および１０〜５０μｍの平均長さを有する結晶質無機繊維材料を含んでなるセメント混合物が含まれる。また例示的な実施形態には、セメント混合物の無機固体成分の全重量の５％〜１５％を構成し、１０〜２０μｍの平均直径および５０〜１００μｍの平均長さを有する結晶質無機繊維材料を含んでなるセメント混合物を有するものが含まれる。また例示的な実施形態には、セメント混合物の無機固体成分の全重量の１０％〜２０％を構成し、２０〜６０μｍの平均直径および１００〜３００μｍの平均長さを有する結晶質無機繊維材料を含んでなるセメント混合物を有するものが含まれる。
【００６２】
ある種の例示的な実施形態において、５重量％未満、例えば２重量％未満、さらには例えば１重量％未満の結晶質無機繊維材料は、２５０μｍより大きい直径を有する。ある種の例示的な実施形態において、結晶質無機繊維材料は、２５０μｍより大きい直径を有する材料を本質的に含まない。
【００６３】
ある種の例示的な実施形態において、５重量％未満、例えば２重量％未満、さらには例えば１重量％未満の結晶質無機繊維材料は、２００μｍより大きい直径を有する。ある種の例示的な実施形態において、結晶質無機繊維材料は、２００μｍより大きい直径を有する材料を本質的に含まない。
【００６４】
ある種の例示的な実施形態において、５重量％未満、例えば２重量％未満、さらには例えば１重量％未満の結晶質無機繊維材料は、１５０μｍより大きい直径を有する。ある種の例示的な実施形態において、結晶質無機繊維材料は、１５０μｍより大きい直径を有する材料を本質的に含まない。
【００６５】
ある種の例示的な実施形態において、５重量％未満、例えば２重量％未満、さらには例えば１重量％未満の結晶質無機繊維材料は、１００μｍより大きい直径を有する。ある種の例示的な実施形態において、結晶質無機繊維材料は、１００μｍより大きい直径を有する材料を本質的に含まない。
【００６６】
ある種の例示的な実施形態において、５重量％未満、例えば２重量％未満、さらには例えば１重量％未満の結晶質無機繊維材料は、５０μｍより大きい直径を有する。ある種の例示的な実施形態において、結晶質無機繊維材料は、５０μｍより大きい直径を有する材料を本質的に含まない。
【００６７】
ある種の例示的な実施形態において、結晶質無機繊維材料は、少なくとも２：１のアスペクト比を有する無機繊維から本質的になる。ある種の例示的な実施形態において、結晶質無機繊維材料は、５重量％未満、例えば２重量％未満、さらには例えば１重量％未満のショットまたは充填剤材料を含有する。ある種の例示的な実施形態において、結晶質無機繊維材料は、ショットまたは充填剤材料を本質的に含まない。
【００６８】
ある種の例示的な実施形態において、少なくとも９５重量％、例えば少なくとも９８重量％、さらには例えば少なくとも９９重量％の結晶質無機繊維材料は、少なくとも２：１のアスペクト比を有する。ある種の例示的な実施形態において、実質的に全ての結晶質無機繊維材料は、少なくとも２：１のアスペクト比を有する。
【００６９】
ある種の例示的な実施形態において、結晶質無機繊維材料は、天然由来の結晶質無機繊維材料を含んでなる。ある種の例示的な実施形態において、結晶質無機繊維材料は、ケイ酸アルカリ土属、例えば天然由来のケイ酸アルカリ土属を含んでなる。適切なケイ酸アルカリ土属は、ウォラストナイト（ＣａＳｉＯ３）であり、例えば、ＮＹＣＯ  Ｍｉｎｅｒａｌｓ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ，Ｗｉｌｌｓｂｏｒｏ、アメリカ合衆国ニューヨーク州から入手可能な商標名Ｕｌｔｒａｆｉｂｅ  ＩＩで入手可能なものである。
【００７０】
ある種の例示的な実施形態において、無機充填剤材料は、粉砕された菫青石および溶融シリカガラス粉末の少なくとも１種を含んでなる。
【００７１】
ある種の例示的な実施形態において、無機充填剤材料は、菫青石、例えば、粉砕された菫青石を含んでなる。
【００７２】
ある種の例示的な実施形態において、無機充填剤材料は、ガラス粉末、例えば、溶融シリカガラス粉末を含んでなる。
【００７３】
ガラス粉末充填剤材料は、１０〜２０μｍの中央粒径（Ｄ５０）を有することができ、例えば、最小粒径は７μｍ〜７５μｍであり、最大粒径は５０μｍ〜７０μｍである。粒径は、質量ベースの球相当径として決定された。ガラス粉末充填剤材料は、例えば、セメントの全無機成分の６０重量％〜８０重量％を構成してもよい。適切なシリカ粉末充填剤材料は、例えば、Ｔｅｎｎｅｓｓｅｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｉｎｅｒａｌｓ  ＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄのＣＥ  Ｍｉｎｅｒａｌｓ、アメリカ合衆国テネシー州から入手可能な商標名Ｔｅｃｏ−Ｓｉｌで入手可能である。本明細書中、特に明記されない限り、全ての粒径測定は、Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ  Ｉｎｃ．の粒径分析器で実行された。
【００７４】
別の例示的な実施形態において、ハニカム構造の皮膜組成物は、非晶質ガラスをベースとするセメントを含んでなってもよく、このセメントは、低熱膨張充填剤材料として第１の（微細）ガラス粉末、低熱膨張充填剤材料として第２の（粗製）ガラス粉末、結晶質無機繊維材料、結合剤、およびガラスをベースとするセメントの固体成分を運搬する溶媒または媒体を含んでなる組成物から形成される。ある種の例示的な実施形態において、第１のガラス粉末充填剤材料および第２のガラス粉末充填剤材料のガラスは両方とも、約１μｍより大きい粒径を有する非晶質溶融シリカである。ガラス粉末充填剤材料粒径の分布は、多峰性であってもよく、約１μｍより大きい粒径を有するガラス粉末充填剤材料の分布が粒径の複数のモード（局所的最大）を示す。一実施形態において、非晶質ガラスをベースとするセメントは、約１μｍより大きい粒径で、非晶質ガラス粒子の二峰性粒径分布を含んでなる。ガラスをベースとするセメントは、中央（Ｄ５０）粒径が、約１０〜約５０μｍ、約１５μｍ〜約５０μｍ、約２０μｍ〜約４５μｍまたは約３０μｍ〜約４５μｍの範囲であることができ、Ｄ１０が約１μｍ〜約１０μｍの範囲であり、かつＤ９０が約２５μｍ〜約１２５μｍの範囲である第１のガラス粉末充填剤材料を含んでもよい。第２のガラス粉末充填剤材料の中央（Ｄ５０）粒径は、約１５０μｍ〜約３００μｍの範囲、約１５０μｍ〜約２５０μｍの範囲、約１７０μｍ〜約２３０μｍの範囲、約１８０μｍ〜約２２０μｍの範囲であり、Ｄ１０は約１００μｍ〜約１５０μｍの範囲であることができ、かつＤ９０は約２５０μｍ〜約３５０μｍの範囲である。粒径は、質量ベースの球相当径として決定される。
【００７５】
ガラスをベースとするセメントは、例えば、セメントの無機固体成分の全重量の約２０〜約６０重量％の範囲、約２５重量％〜約５０重量％の範囲、約２５重量％〜約４０重量％の範囲、または約２５重量％〜約３５重量％の範囲の量の第１のガラス粉末充填剤材料を含有してもよい。ガラスをベースとするセメントは、例えば、セメントの無機固体成分の全重量の約１０〜約４０重量％の範囲、約１５重量％〜約４０重量％の範囲、約２０重量％〜約３５重量％の範囲の量の第２のガラス粉末充填剤材料を含有してもよい。
【００７６】
一実施形態において、第１のガラス粉末充填剤材料のＤ５０は、約３４μｍ〜約４０μｍの範囲であってよく、第２のガラス粉末充填剤材料の中央粒径は、約１９０μｍ〜約２８０μｍの範囲であってよい。一例において、第１のガラス粉末充填剤材料は、約６．０μｍのＤ１０、約３４．９μｍのＤ５０および約９９μｍのＤ９０を有する。別の例において、第１のガラス粉末充填剤材料は、約６．７μｍのＤ１０、約３９．８μｍのＤ５０および約１１０．９μｍのＤ９０を有する。さらに別の例において、第１のガラス粉末は、約２．７μｍのＤ１０、約１３．８μｍのＤ５０および約３７．８μｍのＤ９０を有し、なお別の例において、第１のガラス粉末充填剤材料は、約２．８μｍのＤ１０、約１７．２μｍのＤ５０および約４７．９μｍのＤ９０を有する。
【００７７】
第２のガラス粉末充填剤材料対第１のガラス粉末充填剤材料の比率は、約１：４〜約１：１、例えば約１：３．５〜約１：１、約１：３〜約１：１、約１：２．５〜約１：１、約１．２〜約１：１、または約１：１．５〜約１：１の範囲であってよい。例示的な一実施形態において、第２のガラス粉末充填剤材料対第１のガラス粉末充填剤材料の比率は約１：１である。
【００７８】
本開示のセメント組成物を提供するために、上記の無機粉末のいずれかと、いずれかの任意選択の無機添加剤成分とを含んでなる無機粉末を、適切な有機および／または無機結合材と一緒に混合することができる。有機結合材は、１種またはそれ以上の有機材料、例えば、セルロースエーテル、メチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシドなど、およびいくつかの実施形態において、ゴム様材料、例えば、Ａｃｔｉｇｕｍ（登録商標）、キサンタンガムまたはラテックスを含んでなってもよい。例えば、Ａ４  Ｍｅｔｈｏｃｅｌは、適切な有機結合剤である。Ｍｅｔｈｏｃｅｌ  Ａ４は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌから入手可能な水溶性メチルセルロース高分子結合剤である。有機結合剤材料は、例えば、０．１重量％〜１０重量％、例えば０．２重量％〜５重量％、さらには例えば０．５重量％〜２重量％の量でセメント組成物中に存在してよい。
【００７９】
適切な無機結合剤は、水などの適切な溶媒中に懸濁されたナノメートル規模のシリカまたはアルミナ粒子を含んでなるコロイド状シリカまたはアルミナを含んでなってもよい。無機結合材は、例えば、セメント中に存在する無機固体の全重量の約２％〜３５％の量でセメント組成物に存在してよく、いくつかの実施形態においては、無機結合剤は、約５％〜３０％の量で存在し、ある種の他の実施形態においては、約１０％〜約２５％の範囲で存在する。適切なコロイド状シリカ結合材は、Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ製のＬｕｄｏｘ  ＨＳ４０である。典型的なコロイド状結合材は、脱イオン水媒体中の懸濁液として、約４０重量％の固体材料を含んでなってもよい。
【００８０】
典型的に、流動可能性またはペースト様粘稠性を提供するための好ましい液体媒体または溶媒には、水、例えば脱イオン水（ＤＩ）が含まれるが、他の材料が使用されてもよい。液状媒体含有物は、さらなる添加として、セメント混合物の無機成分の全重量の約３０％以下の量で、例えば、セメント混合物の無機成分の全重量の約１０％〜約２５％の範囲で存在してもよい。しかしながら、液状媒体は、典型的に、セメントの適用を容易にさせるために適切な粘度を得るために調節される。
【００８１】
いくつかの実施形態において、セメントは、任意選択で、変性剤、例えば、セメントとハニカム体との間の接着性を向上させるために、接着促進剤をさらに含有してもよい。例えば、Ｍｉｃｈｅｍ  ４９８３がこの目的のために適切であることが発見された。
【００８２】
ある種の例示的な実施形態において、セメント混合物は、１０００℃未満の温度、例えば８００℃未満の温度、さらには例えば６００℃未満の温度、なおさらには例えば４００℃未満の温度、さらには例えば２００℃未満の温度で硬化する。ある種の例示的な実施形態において、セメント混合物は室温（すなわち、約２３℃）で硬化可能である。
【００８３】
ある種の例示的な実施形態において、セメント混合物は、少なくとも５００ｐｓｉ（３４．４８×１０５Ｐａ）、例えば少なくとも５５０ｐｓｉ（３７．９２×１０５Ｐａ）、さらには例えば少なくとも６００ｐｓｉ（４１．３７×１０５Ｐａ）、なおさらには例えば少なくとも６５０ｐｓｉ（４４．８２×１０５Ｐａ）、さらには例えば少なくとも７００ｐｓｉ（４８．２７×１０５Ｐａ）、なおさらには例えば少なくとも７５０ｐｓｉ（５１．７１×１０５Ｐａ）の未か焼破断係数を有する。
【００８４】
ある種の例示的な実施形態において、セメント混合物は、少なくとも５００ｐｓｉ（３４．４８×１０５Ｐａ）の未か焼破断係数を有し、結晶質無機繊維材料は、セメント混合物の無機固体成分の全重量の２０％未満を構成する。ある種の例示的な実施形態において、セメント混合物は、５００ｐｓｉ（３４．４８×１０５Ｐａ）〜８００ｐｓｉ（５５．１６×１０５Ｐａ）の未か焼破断係数を有し、結晶質無機繊維材料は、セメント混合物の無機固体成分の全重量の３％〜２０％を構成する。ある種の例示的な実施形態において、セメント混合物は、５００ｐｓｉ（３４．４８×１０５Ｐａ）〜８００ｐｓｉ（５５．１６×１０５Ｐａ）の未か焼破断係数を有し、結晶質無機繊維材料は、セメント混合物の無機固体成分の全重量の５％〜１５％を構成する。
【００８５】
本明細書に記載されるセメント組成物は、ハニカム体上に外部皮膜を形成するために良好に適切な粘度を示すことができる。例えば、本明細書の実施形態による組成物は、約１２パスカル秒（Ｐａ・秒）以下、約５Ｐａ・秒以下、または約４Ｐａ・秒以下の無限剪断粘度を有することができる。１０秒−１の剪断速度に関して、剪断粘度は、例えば、好ましくは約４００Ｐａ・秒以下、約３５０Ｐａ・秒以下、または約３００Ｐａ・秒以下であってよい。粘度は、パラレルプレート粘度計を使用して測定した。
【００８６】
本明細書に開示されるセメント組成物のか焼は、箱形炉で、直線傾斜で３時間で６００℃まで、続いて３時間６００℃で保持し、次いで、３時間かけて室温に戻すことによって実行することができる。商用利用においては、セラミック物品は、触媒で洗浄コーティングされ、続いて、有機材料を除去するために熱処理されるであろう。セラミック物品は、有機材料を除去するために熱処理を必要と得るマット材料によっても可能である。か焼プロセスは、セラミック物品が経験する業務条件をシミュレーションする。
【００８７】
本明細書に記載されるか焼セメント組成物は、約１×１０６Ｐａ以下、約７×１０５Ｐａ以下、約５×１０５Ｐａ以下、または約４×１０５Ｐａ以下の弾性率を示すことができる。ある種の実施形態において、弾性率は、約２×１０５Ｐａ〜約６×１０５Ｐａの範囲である。
【００８８】
本明細書に記載されるか焼セメント組成物は、以下に記載される方法を使用して、少なくとも６００℃の平均熱衝撃最終パス温度を示すことができる。最初に、オーブンを第１の温度まで予熱し、安定させた。次いで、室温物品（すなわち、約２３℃）、例えば、本明細書に記載される実施形態のものなどのセラミック皮膜を含んでなるハニカム体を加熱されたオーブンに３０分間入れる。３０分後、加熱された物品をオーブンから取り出し、強制冷却（例えば、冷風吹込みなど）をすることなく、空気冷却によって室温まで戻す。物品を、低熱量セラミックセッター（菫青石セル状セラミックの１インチ（２．５４ｃｍ）立方体）上の温位置および冷位置から移動する。視覚検査（１０倍で補助）、透過光および超音波パルス−エコーを含んでいる非破壊法を使用して、物品の皮膜およびハニカム体において亀裂を検査する。ハニカム体またはセメント皮膜で亀裂が検出される場合、物品は不合格とみなされる。物品が合格した場合、オーブンをより高い温度に設定し、プロセスを繰り返す。合格した最終温度および不合格となった第１の温度は、物品の性能の限界を定める。本明細書に提示されるデータの場合、第１の温度は５００℃であり、各連続ステップで５０℃の上昇がある。合格した最終温度を報告する。１１００℃より高い温度は使用しない。
【００８９】
したがって、ある種の実施形態において、セラミック構造のか焼セメント皮膜は、６００℃の温度まで３０分間の加熱と、それに続く、２３℃までの非強制冷却後、１０倍の倍率で可視の亀裂を示さなかった。ある種の他の実施形態において、セラミック構造のか焼セメント皮膜は、１０００℃の温度まで３０分間の加熱と、それに続く、２３℃までの非強制冷却後、１０倍の倍率で可視の亀裂を示さなかった。
【００９０】
本明細書に開示されるセメント混合物組成物は、皮膜用途に関して記載されたが、それらは、ハニカム体のチャネルの末端の少なくともいくつかを塞ぐこと、またはハニカム体のセグメントを一緒に接着することを含む、ハニカム体およびセラミック微粒子フィルターに関連する他の用途に使用されてもよいと考えられる。
【００９１】
表１に、２組の異なる特性を有する２つの異なる実施例の皮膜セメントの物理的特性を示す。実施例１は、強く、固くて、グリーン条件で５１１ｐｓｉ（３５．２３×１０５Ｐａ）のＭＯＲおよび０．４９Ｍｐｓｉ（３３．７９×１０２ＭＰａ）の弾性率（Ｅｍｏｄ）、ならびにか焼後、２８０ｐｓｉ（１９．３０×１０５Ｐａ）のＭＯＲおよび０．５３Ｍｐｓｉ（３６．５４×１０２ＭＰａ）のＥｍｏｄによって示されるように低間隙率であり、間隙率は３７．８％である。実施例２は弱く、可撓性であり、グリーン条件で４５５ｐｓｉ（３１．３７×１０５Ｐａ）のＭＯＲおよび０．３９Ｍｐｓｉ（２６．８９×１０２ＭＰａ）のＥｍｏｄ、ならびにか焼後、５４ｐｓｉ（３７．２３×１０４Ｐａ）のＭＯＲおよび０．２９Ｍｐｓｉ（２０×１０２ＭＰａ）のＥｍｏｄによって示されるように高間隙率であり、間隙率は４８．６％である。２つの皮膜セメント間の１つの異る差異は、実施例１のＬｕｄｏｘ（登録商標）（コロイド状シリカ、無機結合剤）の存在であり、これは実施例２では存在しない。Ｌｕｄｏｘは、その小さい粒径、より高い表面積、高い表面電荷、ならびに小さい細孔、亀裂、ならびにセメントおよび物体の特徴に貫通する能力のため、密度、粒子パッキング、凝集および接着性を増加させる。
【００９２】
【表１】
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【００９３】
表１に記載される２種の皮膜セメント組成物の１種がセラミックハニカム構造の各ロット上に適用されたセラミックハニカム構造３００／５基材のいくつかのロットのオーブン熱衝撃性能は、薄い実施例１の皮膜層が厚い実施例１の皮膜層より良好に機能し、かつ厚い実施例２および薄い実施例２の試料は全ての条件で合格したことを示す。皮膜層は、厚く（標準）または薄く適用された。場合によっては、比較のために、マトリックス材料の厳密に同一のロットを使用した。それぞれの場合において、皮膜形成基材を３０分間、４５０℃からの温度でオーブンに入れ、続いて、急速抽出／室温まで冷却を行い、亀裂検査をした。亀裂のない試料には次のより高い温度を受けさせ、マトリックスに貫通した亀裂の形態で不合格が観察されるまで、２５℃ごとに７００℃まで温度を上昇させた。実施例１の薄い皮膜層が実施例１の厚い皮膜層より良好に機能し、かつ実施例２の試料は全ての条件で合格したことを示す。実施例２の皮膜はこの試験で良好に機能するが、それはより弱く、摩耗耐性が低く、取り扱いの際に、実施例１と同様に耐久性がなくなり得る。
【００９４】
本開示の例示的な実施形態によると、コア皮膜は、上記の組成物の少なくとも１種を含んでもよい。例えば、コア皮膜層は、低間隙率の強く固い組成物、高間隙率の弱くて可撓性の組成物、単一ガラス粉末組成物、二重ガラス粉末組成物、繊維強化材を有する単一ガラス粉末の組成物、繊維強化材を有する二重ガラス粉末の組成物、無機充填剤および結晶質無機繊維材料組成物、ならびに二重ガラス粉末および結晶質無機繊維材料組成物の少なくとも１種を含んでなってもよい。
【００９５】
本開示の例示的な実施形態によると、クラッド皮膜は、上記の組成物の少なくとも１種を含んでもよい。例えば、クラッド皮膜層は、低間隙率の強く固い組成物、高間隙率の弱くて可撓性の組成物、単一ガラス粉末組成物、二重ガラス粉末組成物、繊維強化材を有する単一ガラス粉末の組成物、繊維強化材を有する二重ガラス粉末の組成物、無機充填剤および結晶質無機繊維材料組成物、ならびに二重ガラス粉末および結晶質無機繊維材料組成物の少なくとも１種を含んでなってもよい。
【００９６】
クラッド皮膜は、コア皮膜と同一組成物であることができるか、またはクラッド皮膜は、コア皮膜とは異なる組成物であることができる。例えば、コア皮膜は、繊維強化材料を有する単一ガラス粉末の組成物でもよく、クラッド皮膜は、繊維強化材料を有する単一ガラス粉末の組成物でもよい。例えば、コア皮膜は、繊維強化材料を有する単一ガラス粉末の組成物でもよく、クラッド皮膜は、二重ガラス粉末組成物でもよい。例えば、コア皮膜は、実施例２などの弱くて可撓性の高隙率の組成物であってよく、クラッド皮膜は、実施例１などの強くて固い低間隙率の組成物であってもよい。
【００９７】
例示的な実施形態によると、コア皮膜は、上記の粉末粒子を含んでなる。コア皮膜の厚さは、数ミリメートルまでのいくつかの粉末粒径の範囲にあってもよい。例えば、０．１０ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲、または５．０ｍｍより大きい範囲である。例えば、０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲、０．２ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲、０．３ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲、または０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲である。
【００９８】
例示的な実施形態によると、クラッド皮膜は、上記の粉末粒子を含んでなる。クラッド皮膜の厚さは、数ミリメートルまでのいくつかの粉末粒径の範囲にあってもよい。例えば、０．１０ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲、または５．０ｍｍより大きい範囲である。例えば、０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲、０．２ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲、０．３ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲、または０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲である。コア皮膜層およびクラッド皮膜層の厚さは、適用装置の不正確さのため、例えば、ドクターブレード適用装置のためのセラミックハニカム体の中心配置のため、異なってもよい。図１０Ａおよび１０Ｂに関して以下に記載されるように、本開示の例示的な実施形態によると、二重皮膜層は、所望の用途によって厚さが異なってもよい。二重皮膜層のこのような可変性の厚さは、皮膜の厚さの変動によって生じる単一層皮膜の亀裂のため、単一皮膜層で不可能となり得る。
【００９９】
例示的な実施形態によると、コア皮膜の厚さが０．１０ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲である場合、クラッド皮膜の厚さは０．１０ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲であってもよい。例えば、コア皮膜の厚さが、０．１ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲、０．２ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲、または０．７ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲であってよい場合、クラッド皮膜の厚さは、０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲、０．２ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲、または０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲であってよい。コア皮膜の厚さが０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲である場合、クラッド皮膜の厚さは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲であってもよい。例えば、コア皮膜の厚さが、０．１ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲、０．２ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲、または０．７ｍｍ〜２．５ｍｍ．の範囲であってもよい場合、クラッド皮膜の厚さは、０．１ｍｍ〜０．９ｍｍの範囲、０．２ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲、または０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲であってもよい。二重皮膜層の全体の厚さは、０．２ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲、例えば、約０．２ｍｍ〜５．０ｍｍ、約０．２ｍｍ〜４．０ｍｍ、約０．２ｍｍ〜２．０ｍｍ、約０．４ｍｍ〜５．０ｍｍ、約０．４ｍｍ〜４．０ｍｍ、約０．４ｍｍ〜２．０ｍｍ、約０．９ｍｍ〜５．０ｍｍ、約０．９ｍｍ〜３．０ｍｍ、または約０．９ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲であってもよい。例示的な実施形態によると、厚いコアセメント層が適用されて、迅速に乾燥され、厚いコア皮膜層を形成してもよく、薄いクラッドセメント層が、厚いコア層に適用されて、よりゆっくり乾燥させて、薄いクラッド皮膜層および亀裂のない二重皮膜層を形成してもよい。
【０１００】
本開示の例示的な実施形態によると、コア層はクラッド層より厚くてもよく、容認できる使用時の性能のために、セラミックハニカム体のＣＴＥに近いＣＴＥを有し得る。クラッド層は、破断を生じず、容認できる取り扱い性能のため、コア層よりも低い間隙率、ならびにコア層よりも高いＭＯＲおよびＥｍｏｄを有し得る。
【０１０１】
例示的な実施形態において、クラッド皮膜層は、コア皮膜層の直接上にあることができ、あるいは介在皮膜層が存在してもよい。介在皮膜層は、１層またはそれ以上の層でもよい。各介在皮膜層は、クラッドおよびコア皮膜層と同一組成物または異なる組成物であってもよい。介在層は、コア皮膜層の特性とクラッド皮膜層の特性との中間の硬度、強度、可撓性、ＣＴＥ、間隙率または粒径などの特性を有する皮膜層でもよい。すなわち、例えば、コア皮膜層が比較的高い間隙率を有し、かつクラッド皮膜層が比較的低い間隙率を有する場合、介在皮膜層は、コア皮膜層の比較的高い間隙率とクラッド皮膜層の比較的低い間隙率との間の間隙率を有してよい。同様に、２層以上の介在層がある場合、各介在層は、その下の皮膜の特性とその上の皮膜の特性との中間の特性を有する皮膜層であってよい。別の例示的な実施形態において、介在皮膜層の特性は、コア皮膜層とクラッド皮膜層との間で、交互に、例えば、硬質／軟質／硬質／軟質となってもよい。
【０１０２】
例示的な実施形態において、二重層皮膜の適用方法が開示される。焼成され、直径および形状に輪郭形成されたハニカム構造は、二重層皮膜が適用されてもよく、同時押出皮膜層を含むハニカム構造は、二重層皮膜が適用されてもよく、またはハニカムセグメントを含むハニカム構造は、二重層皮膜が適用されてもよい。図６は、本開示の例示的な実施形態による二重皮膜生成物を製造するための例示的なプロセスを示すフローチャートである。
【０１０３】
図６に示すようなセラミックハニカム体上での二重層皮膜の適用方法の例示的な実施形態において、ハニカム体は、作業６００で提供される。セメント混合物の第１のコーティングは、作業６１０においてセラミックハニカム体に適用される。セメント混合物の第１のコーティングは迅速に乾燥されて、作業６２０で第１の皮膜層が形成される。セメント混合物の第１のコーティングは迅速に乾燥されて、作業６２２において温風乾燥器（高温および低湿度）によって、作業６２４においてマイクロ波乾燥器によって、作業６２６においてＩＲ乾燥器または他の同様の湿度制御乾燥器（図示せず）によって迅速に乾燥されもよい。セメント混合物の第２のコーティングは、作業６３０において適用され、作業６４０において穏やかに乾燥され、第１の皮膜層上に第２の皮膜層が形成される。二重層皮膜の適用方法の例示的な実施形態において、第１のコーティングセメント混合物は、適用されて、迅速に乾燥される。セメント混合物の適用された第１のコーティングの厚さは、０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲であってもよい。第１のコーティングセメント混合物組成物は、低間隙率の強く固い組成物、高間隙率の弱くて可撓性の組成物、単一ガラス粉末組成物、二重ガラス粉末組成物、繊維強化材を有する単一ガラス粉末の組成物、繊維強化材を有する二重ガラス粉末の組成物、無機充填剤および結晶質無機繊維材料組成物、ならびに二重ガラス粉末および結晶質無機繊維材料組成物の少なくとも１種を含んでもよい。第１のコーティングセメント混合物は、軸適用法、ドクターブレードスキージ適用法、スプレーキャスティング法、テープキャスティング法、スピンコーティング法などによって適用されてもよい。
【０１０４】
第１のコーティングセメント混合物層は、高温温風、強制空気、マイクロ波、ＲＦ、ＩＲ放射線などを使用するプロセスで急速乾燥されてもよい。例えば、第１のコーティングセメント層は、２５〜１５０℃の範囲の温度で、３０秒〜３時間の時間範囲で、高温強制空気下で乾燥されてもよい。例えば、第１のコーティングセメント層は、２５〜１５０℃の範囲の温度で、１２０分未満、例えば、９０分未満、６０分未満、または３０分未満の時間範囲で、高温強制空気下で乾燥されてもよい。例えば、第１のコーティングセメント層は、１０ｋＷ〜２００ｋＷのマイクロ波の下、１００〜１５０℃の範囲の温度で、１分未満の時間範囲で強制空気を用いて乾燥されてもよい。
【０１０５】
二重層皮膜の適用方法の例示的な実施形態において、セメント混合物の第２のコーティングは、第１の皮膜層に適用され、穏やかに乾燥される。適用された第２のコーティングセメント混合物の厚さは、０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲であってもよい。第２のコーティングセメント混合物組成物は、低間隙率の強く固い組成物、高間隙率の弱くて可撓性の組成物、単一ガラス粉末組成物、二重ガラス粉末組成物、繊維強化材を有する単一ガラス粉末の組成物、繊維強化材を有する二重ガラス粉末の組成物、無機充填剤および結晶質無機繊維材料組成物、ならびに二重ガラス粉末および結晶質無機繊維材料組成物の少なくとも１種を含んでもよい。第２のコーティングセメント混合物は、軸適用法、ドクターブレードスキージ適用法、スプレーキャスティング法、テープキャスティング法、スピンコーティング法などによって適用されてもよい。
【０１０６】
第２のコーティングセメント混合物層は、高温温風、強制空気、マイクロ波、ＲＦ、ＩＲ放射線などを使用するプロセスで穏やかに乾燥されてもよい。例えば、第２のコーティングセメント層は、１００〜１５０°Ｆの範囲の温度で、３０秒〜２時間の時間範囲で、高温強制空気下で乾燥されてもよい。例えば、第２のコーティングセメント層は、１００〜１５０°Ｆの範囲の温度で、１〜５分の時間範囲で、高温強制空気下で乾燥されてもよい。例えば、第２のコーティングセメント層は、１０ｋＷ〜２００ｋＷのマイクロ波の下、１００〜１５０°Ｆの範囲の温度で、１分未満の時間範囲で強制空気を用いて乾燥されてもよい。
【０１０７】
本開示の例示的な実施形態によると、コア層の急速乾燥と、それに続く、クラッド層の穏やかな乾燥のため、より短時間で、典型的な単一層皮膜に匹敵する厚さを有する、亀裂のない二重皮膜層が達成され得る。クラッド層は、単一皮膜層と同様に、穏やかに乾燥されるが（急速乾燥より低温加熱および長時間）、クラッド層が二重皮膜層の外部層であるため、乾燥のための時間はより短い。したがって、クラッド層は、典型的な単一層皮膜より薄い。
【０１０８】
第１のコーティングセメント混合物および第２のコーティングセメント混合物の適用方法は、同一であっても、または異なってもよい。例えば、第１のコーティングセメント混合物は、ドクターブレード法によって適用されてもよく、第２のコーティングセメント混合物は、軸適用法によって適用されてもよい。例えば、第１のコーティングセメント混合物は、ドクターブレード法によって適用されてもよく、第２のコーティングセメント混合物は、ドクターブレード法によって適用されてもよい。例えば、第１のコーティングセメント混合物は、軸適用法によって適用されてもよく、第２のコーティングセメント混合物は、ドクターブレード法によって適用されてもよい。
【０１０９】
さらにまた、セメント混合物の介在コーティングが、第２のコーティングセメント層を適用する前に、第１のコーティングセメント層上に適用されてもよい。介在層がコア層に適用される例示的な実施形態において、介在層は、第１および第２のコーティングセメント層に関して記載されるように適用されてもよい。したがって、ここでは、さらなる詳細説明は省略する。
【０１１０】
本開示の例示的な実施形態によると、二重層皮膜を適用するためのシステムが提供される。図７は、本開示の例示的な実施形態によるハニカム体多層皮膜形成システム７００の概略図である。このシステムは、第１の皮膜形成ユニット７１０、第１の乾燥器ユニット７２０、第２の皮膜形成ユニット７３０、および第２の乾燥器ユニット７４０を備えてなる。第１の皮膜形成ユニット７１０は、軸皮膜形成器、ドクターブレード皮膜形成器、スプレーキャスト皮膜形成器、テープキャスト皮膜形成器、スピンコート皮膜形成器などであってもよい。第１の皮膜形成ユニット７１０は、ハニカム体１２を受け取って、作業７１２で皮膜形成を行い、ハニカム体１２を第１のセメント層でコーティングする。第１の乾燥器ユニット７２０は、温風乾燥器、強制空気乾燥器、マイクロ波乾燥器、ＲＦ乾燥器、ＩＲ放射線乾燥器などであってもよい。第１の乾燥器ユニット７２０は、作業７２２で、第１のセメント層を有するハニカム体１２を受け取り、第１のセメント層を乾燥させ、図１および２に示す通り、第１の皮膜層３６を形成する。
【０１１１】
第２の皮膜形成ユニット７３０は、軸皮膜形成器、ドクターブレード皮膜形成器、スプレーキャスト皮膜形成器、テープキャスト皮膜形成器、スピンコート皮膜形成器などであってもよい。第２の皮膜形成ユニット７３０は、作業７３２で、第１の皮膜層３６を有するハニカム体１２を受け取り、第１の皮膜層３６を第２のセメント層でコーティングする。第２の乾燥器ユニット７４０は、温風乾燥器、強制空気乾燥器、マイクロ波乾燥器、ＲＦ乾燥器、ＩＲ放射線乾燥器などであってもよい。第２の乾燥器ユニット７４０は、作業７４２で、第２のセメント層を有するハニカム体１２を受け取り、第２のセメント層を乾燥させ、図１および２に示す通り、作業７５４で第２の皮膜層４０を形成する。第１の皮膜層３６はコア層であってよく、第２の皮膜層４０はクラッド層であってよい。任意選択で、このシステムは、介在皮膜層４４のための追加的なコーティングおよび乾燥ユニットを含んでもよい。介在皮膜層４４の例示的な実施形態は、図８に示される。
【０１１２】
例示的な実施形態によると、このシステムは、プロセス７３４によって第２の乾燥器ユニット７４０を省略してもよく、第１の乾燥器ユニット７２０で第２のセメント層を乾燥してもよい。任意選択で、このシステムは、プロセス７４４によって第２の皮膜形成ユニット７３０および第２の乾燥器ユニット７４０を省略してもよい。そのような例示的な実施形態において、第１の皮膜形成ユニット７１０は、作業７４４で第１の皮膜層３６を有するハニカム体１２を受け取って、第１の皮膜層３６を第２のセメント層でコーティングする。第１の乾燥器ユニット７２０は、作業７２２で、第２のセメント層を有するハニカム体１２を受け取り、第２のセメント層を乾燥させ、第２の皮膜層４０を形成する。さらにまた、介在皮膜層４４は、作業７４４および７２２によって作業７３２まで進行する前に、または作業７４２の前に作業７３４および７３２によって適用されてもよい。
【０１１３】
図９Ａは、例示的な実施形態による直径２インチ（５．０８ｃｍ）のハニカム体上の実施例のコア皮膜を示す写真である。急速乾燥から生じる欠陥を見ることができる。図９Ｂは、例示的な実施形態による図９Ａに示すコア皮膜を有する直径２インチ（５．０８ｃｍ）のハニカム体上の実施例のクラッド皮膜を示す写真である。欠陥は、皮膜の第２の層によって排除される。図９Ｃは、図９Ａおよび９Ｂに示される実施例の相当する末端の写真である。
【０１１４】
図１０Ａは、例示的な実施形態による直径２インチ（５．０８ｃｍ）のハニカム体上の実施例のコア皮膜を示す写真である。急速乾燥から生じる欠陥が見られる。図１０Ｂは、例示的な実施形態による図１０Ａに示すコア皮膜を有する直径２インチ（５．０８ｃｍ）のハニカム体上の実施例のクラッド皮膜を示す写真である。欠陥は、皮膜の第２の層によって排除される。図１０Ｃは、図１０Ｂに示される実施例の相当する末端の写真である。
【０１１５】
図１１Ａは、例示的な実施形態による直径２インチ（５．０８ｃｍ）のハニカム体上の実施例の二重層皮膜の側面図を示す写真である。図１１Ｂは、図１１Ａに示される直径２インチ（５．０８ｃｍ）のハニカム体上の二重層皮膜の端面図を示す写真である。図１１Ａおよび１１Ｂに示される実施例によって実証されるような例示的な実施例によって、二重層皮膜は、中心がずれている場合であっても亀裂を含まないことが可能である。
【０１１６】
本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明に様々な修正および変更を実施することができることは当業者には明らかであろう。したがって、添付の請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内である限り、本発明が、本発明の修正形態および変更形態を包括することが意図される。
【図１】
0006351084.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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