(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コージエライトセラミックから形成され、かつ多孔質チャネル壁によって形成される複数のセルチャネルを備えたハニカム体を有してなる多孔質セラミックハニカム物品であって：
前記ハニカム体が、５５％以上の気孔率Ｐ％、および、１５０ｃｐｓｉ（２３セル／ｃｍ２）以上のセルチャネル密度ＣＤを有し；
前記ハニカム体の前記多孔質チャネル壁が、壁厚Ｔ（ここで、（１１＋（３００−ＣＤ）＊０．０３）≧Ｔ≧（８＋（３００−ＣＤ）＊０．０２）であり、前記壁厚Ｔがミルの単位で表される）を有するとともに、０．２０３ｍｍ（８ミル）≦Ｔ≦０．３０５ｍｍ（１２ミル）であり；
前記ハニカム体の前記多孔質チャネル壁が、
(i)２０マイクロメートル以下の中央細孔径；および
(ii)０．２６以下のｄ因子（ここで、前記ｄ因子＝（ｄ５０−ｄ１０）／ｄ５０である）を有する細孔径分布を有し；
前記ハニカム体の容積当たりの比細孔容積ＶＰが、０．２２以下であり、ここで、ＶＰ＝（１−ＯＦＡ）＊Ｐ％／１００であり、ＯＦＡが、前記ハニカム体の開口面積率であり；
前記多孔質セラミックハニカム物品が、１００ｇ／Ｌのウォッシュコート触媒で被覆され、５ｇ／Ｌの煤が負荷された場合、２６．５立方フィート（０．７５ｍ３）／分の流量で８ｋＰａ以下の被覆圧力降下の増加を示すものであることを特徴とする多孔質セラミックハニカム物品。
【請求項２】
非被覆初期ろ過効率が５０％以上であることを特徴とする、請求項１に記載の多孔質セラミックハニカム物品。
【請求項３】
前記ハニカム体が、３５％を超える非被覆表面気孔率を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の多孔質セラミックハニカム物品。
【請求項４】
前記細孔径分布の絶対幅ｄＡｂｓｂ（ここで、ｄＡｂｓｂ＝ｄ７５−ｄ２５である）が、１０マイクロメートル以下であることを特徴とする、請求項１から３いずれか１項に記載の多孔質セラミックハニカム物品。
【請求項５】
前記多孔質セラミックハニカム物品が、ＮＯＸ、ＣＯ、炭化水素あるいはそれらの組み合わせに関与する触媒反応を促進するための、触媒ウォッシュコートを有し、
前記触媒ウォッシュコートが、３０ｇ／Ｌより多い量で前記多孔質セラミックハニカム物品に施されていることを特徴とする、請求項１に記載の多孔質セラミックハニカム物品。
【請求項６】
被覆初期ろ過効率が５０％以上であることを特徴とする、請求項５に記載の多孔質セラミックハニカム物品。
【請求項７】
請求項１から４いずれか１項記載の多孔質セラミックハニカム物品を作製する方法であって、
(i) 無機成分のバッチを、単一の有機細孔形成剤および少なくとも１種の加工助剤と混合して、可塑化されたバッチを形成する工程であって、
無機成分の前記バッチが、１５マイクロメートル以下の中央無機粒径ｄ５０ＩＰを有し、１０μｍ以下のｄｐｔ５０を有するタルク、２０μｍ以下のｄｐｓ５０を有するシリカ形成源、および１０．０μｍ以下の中央粒径ｄｐａ５０を有するアルミナ形成源を含み、ここで、ｄｐｓ５０が、前記シリカ形成源の中央粒径であり、ｄｐａ５０が、前記アルミナ形成源の中央粒径であり、ｄｐｔ５０が、前記タルクの中央粒径であり；
前記有機細孔形成剤が、前記無機成分の少なくとも３０重量％を超える量で前記可塑化されたバッチ中に存在し、前記有機細孔形成剤が、２５μｍ以下のｄｐｐ５０を有し、ここで、ｄｐｐ５０が、前記有機細孔形成剤の中央粒径である
工程と；
(ii) 前記可塑化されたバッチを未焼成ハニカム物品へと成形する工程と；
(iii) 前記有機細孔形成剤を、前記未焼成ハニカム物品から燃焼し尽くす工程と；
(iv) 前記多孔質セラミックハニカム物品を形成するのに有効な条件下で、前記未焼成ハニカム物品を焼成する工程と；
(v) 焼成工程の後、前記多孔質セラミックハニカム物品を微小亀裂条件に曝す工程であって、前記微小亀裂条件に曝した後、前記多孔質セラミックハニカム物品が、前記微小亀裂条件に曝される前の微小亀裂パラメータより少なくとも２０％高い微小亀裂パラメータ（Ｎｂ３）を有するようにする、工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
ＮＯＸ、ＣＯ、炭化水素あるいはそれらの組み合わせに関与する触媒反応を促進するための触媒ウォッシュコートを、３０ｇ／Ｌより多い量で前記多孔質セラミックハニカム物品に施すことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【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条の下で、全体として内容が依拠され、参照により本明細書に援用される、２０１０年１１月２９日に出願された米国特許出願第１２／９５５，２６８号の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、一般に、多孔質セラミックハニカム物品に関し、より具体的には、フィルタ材料として使用するためのコージエライト多孔質セラミックハニカム物品に関する。
【背景技術】
【０００３】
セラミックハニカム物品は、自動車の触媒コンバータ基板として、およびディーゼル車の微粒子フィルタとして、自動車の排気系における汚染防止装置として広く使用されている。このような用途に使用するためのセラミックハニカム物品は、複数の平行なガス輸送チャネルを画定する薄い多孔質のセラミック壁のマトリクスから形成される。ガソリンエンジンを備えた自動車における触媒基板として使用されるセラミックハニカム物品では、ガス輸送チャネルは、両端が開口している。触媒コーティングが、壁の外面に施される。チャネルを通って流れる排気ガスが、壁の表面の触媒コーティングと接触する。これらのハニカム物品は、フロースルー型の（ｆｌｏｗ−ｔｈｒｏｕｇｈ）基板と呼ばれる。ディーゼル系では、排気ガスは同様に、壁の表面の触媒コーティングと接触する。ディーゼルの用途では、セラミックハニカム物品は、排気ガスの排出の前に煤および灰の微粒子を捕捉してろ過するために、排気ガスを多孔質チャネル壁に通すために、交互のガス輸送チャネルにエンドプラグを有することもある。これらのセラミックハニカム基板は、セラミック壁面流微粒子フィルタ、より具体的には、ディーゼル微粒子フィルタと呼ばれる。
【０００４】
ハニカム基板への触媒ウォッシュコートの施しにより、ウォッシュコートが壁におよびハニカム基板の細孔内に付着されるため、ハニカム構造の特性が改変される。これにより、ハニカムを通って流れる排気ガスの背圧が上昇される。さらに、自動車およびディーゼルの両方の用途に使用されるハニカム物品が受ける極端な温度変動により、セラミックハニカム物品が、温度によって誘発される亀裂を起こしやすくなり、ハニカム物品の劣化につながる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、触媒ウォッシュコートを施した後の背圧上昇が減少された代替的な多孔質セラミックハニカム構造の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態によれば、多孔質セラミックハニカム物品は、コージエライトセラミックから形成され、かつ多孔質チャネル壁によって形成される複数のセルチャネルを含むハニカム体を含む。ハニカム体は、５５％以上の気孔率Ｐ％、１５０ｃｐｓｉ（２３セル／ｃｍ２）以上のセルチャネル密度ＣＤ、および壁厚Ｔ（ここで、（１１＋（３００−ＣＤ）×０．０３）≧Ｔ≧（８＋（３００−ＣＤ）×０．０２）であり、壁厚Ｔは、ミルの単位で表される）を有する。ハニカム体の多孔質チャネル壁は、２０マイクロメートル以下の中央細孔径を有する。ハニカム体の多孔質チャネル壁は、０．３５以下のｄ因子（ここで、ｄ因子＝（ｄ５０−ｄ１０）／ｄ５０である）を有する細孔径分布を有する。ハニカム体の容積当たりの比細孔容積ＶＰは、０．２２以下であり、ここで、ＶＰ＝（１−ＯＦＡ）＊Ｐ％であり、ＯＦＡが、多孔質ハニカム体の開口面積率である。多孔質セラミックハニカム物品は、１００ｇ／Ｌのウォッシュコート触媒で被覆され、５ｇ／Ｌの煤が負荷された場合、２６．５立方フィート（０．７５ｍ３）／分の流量で８ｋＰａ以下の被覆圧力降下の増加を示す。
【０００７】
別の実施形態において、多孔質セラミックハニカム物品を作製する方法は、無機成分のバッチを、有機細孔形成剤および少なくとも１種の加工助剤と混合して、可塑化されたバッチを形成する工程を含む。無機成分のバッチは、１５マイクロメートル以下の中央無機粒径ｄ５０ＩＰを有し、１０μｍ以下のｄｐｔ５０を有するタルク、２０μｍ以下のｄｐｓ５０を有するシリカ形成源、および１０．０μｍ以下の中央粒径ｄｐａ５０を有するアルミナ形成源を含み、ここで、ｄｐｓ５０は、シリカ形成源の中央粒径であり、ｄｐａ５０は、アルミナ形成源の中央粒径であり、ｄｐｔ５０は、タルクの中央粒径である。有機細孔形成剤は、約３５重量％を超える量で可塑化されたバッチ中に存在し、有機細孔形成剤は、２５μｍ以下のｄｐｐ５０を有し、ここで、ｄｐｐ５０は、有機細孔形成剤の中央粒径である。可塑化されたバッチは、未焼成ハニカム物品へと成形され、有機細孔形成剤は、未焼成ハニカム物品から燃焼し尽くされる。未焼成ハニカム物品は、約０．０４〜約０．２５の微小亀裂パラメータ（Ｎｂ３）を有するコージエライト結晶相；５５％以上の気孔率Ｐ％；２０マイクロメートル以下の中央細孔径；壁厚Ｔ（ここで、（１１＋（３００−ＣＤ）＊０．０３）≧Ｔ≧（８＋（３００−ＣＤ）＊０．０２）であり、壁厚Ｔは、ミルの単位で表される）；および０．３５以下のｄ因子（ここで、ｄ因子＝（ｄ５０−ｄ１０）／ｄ５０である）を有する細孔径分布を有する多孔質セラミックハニカム物品を形成するのに有効な条件下で焼成される。焼成の後、多孔質セラミックハニカム物品は、微小亀裂条件に曝され、微小亀裂条件に曝された後、多孔質セラミックハニカム物品は、微小亀裂条件に曝される前の微小亀裂パラメータより少なくとも２０％高い微小亀裂パラメータ（Ｎｂ３）を有する。
【０００８】
さらなる特徴および利点が、以下の詳細な説明に記載され、ある程度、その説明から当業者に容易に明らかになり、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、ならびに添付の図面を含め、本明細書に記載される実施形態を実施することによって認識される。
【０００９】
上記の全般的な説明および以下の詳細な説明はいずれも、様々な実施形態を説明し、権利請求される主題の性質および特徴を理解するための概説または枠組みを提供することが意図されていることが理解されるべきである。添付の図面は、様々な実施形態のさらなる理解を与えるために含まれ、本明細書の一部に組み込まれ、本明細書の一部をなすものである。図面は、本明細書に記載される様々な実施形態を例示し、本明細書とともに、権利請求される主題の原理および作用を説明する役割を果たすものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態に係る多孔質セラミックハニカム物品を概略的に示す。
【図２】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態に係る多孔質セラミックハニカム物品を概略的に示す。
【図３】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態に係る触媒ウォッシュコートが施された多孔質セラミックハニカム物品の多孔質セルチャネル壁の研磨断面のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図４】図３の多孔質セルチャネル壁の一部のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図５】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態に係る触媒ウォッシュコートが施された多孔質セラミックハニカム物品の多孔質セルチャネル壁の表面のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図６】図５の多孔質セルチャネル壁の一部のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図７】非被覆（ｂａｒｅ）多孔質セラミックハニカム物品および様々な量の触媒ウォッシュコートが施された多孔質セラミックハニカム物品についての、煤負荷（ｘ軸）の関数としての圧力降下（ｙ軸）のプロットである。
【図８】微小亀裂条件に曝される前の、本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態に係る多孔質セラミックハニカム物品のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図９】微小亀裂条件に曝された後の、本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態に係る多孔質セラミックハニカム物品のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図１０】本明細書に示され、記載される１つ以上の実施形態に係る多孔質セラミックハニカム体を製造するための例示的な焼成スケジュールをグラフで示す。
【図１１】触媒ウォッシュコートが施された多孔質セラミックハニカム物品の本発明の実施例および触媒ウォッシュコートが施された多孔質セラミックハニカム物品の比較例についての、煤負荷（ｘ軸）の関数としての圧力降下（ｙ軸）のプロットである。
【図１２】触媒ウォッシュコートが施された多孔質セラミックハニカム物品の本発明の実施例および触媒ウォッシュコートが施された多孔質セラミックハニカム物品の比較例についての、触媒負荷（ｘ軸）の関数としての圧力降下（ｙ軸）のプロットである。
【図１３】触媒ウォッシュコートが施された多孔質セラミックハニカム物品の本発明の実施例についての煤負荷（ｘ軸）の関数としてのろ過効率（ｙ軸）のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
これより、多孔質セラミックハニカム物品の実施形態が詳細に言及され、その例が、添付の図面に示される。できる限り、図面全体を通して、同じかまたは類似の部分を指すのに同じ参照番号が使用される。多孔質セラミックハニカム物品の一実施形態が、図１に概略的に示される。多孔質セラミックハニカム物品は、コージエライトセラミックから形成され、かつ多孔質チャネル壁によって形成される複数のセルチャネルを含むハニカム体を含む。ハニカム体のチャネル壁は、５５％以上の気孔率Ｐ％、２０マイクロメートル以下の中央細孔径、および１５０ｃｐｓｉ（２３セル／ｃｍ２）以上のセルチャネル密度ＣＤを有する。ハニカム体の多孔質チャネル壁は、壁厚Ｔ（ここで、（１１＋（３００−ＣＤ）＊０．０３）≧Ｔ≧（８＋（３００−ＣＤ）＊０．０２）であり、壁厚Ｔは、ミルの単位で表される）を有する。ハニカム体は、０．２２以下の比細孔容積も有し、比細孔容積は、ハニカムの全容積に対する多孔質チャネル壁中に存在する細孔の全容積の比率を表す。ハニカム体の多孔質チャネル壁は、０．３５以下のｄ因子（ここで、ｄ因子＝（ｄ５０−ｄ１０）／ｄ５０である）を有する細孔径分布を有する。全バルク気孔率に対する表面気孔率の比率は、０．５以上である。多孔質セラミックハニカム物品は、１００ｇ／Ｌのウォッシュコート触媒で被覆され、５ｇ／Ｌの煤が負荷された場合、２６．５立方フィート（０．７５ｍ３）／分の流量で８ｋＰａ以下の被覆圧力降下の増加を有する。多孔質セラミックハニカム物品および多孔質セラミックハニカム物品を作製する方法は、本明細書により詳細に説明される。
【００１２】
本明細書において使用される際、単数形（「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」）は、文脈上、複数でないことが明白に示されない限り、複数形の指示対象を含む。したがって、例えば、単数形の「シリカ形成源」または単数形の「アルミナ形成源」への言及は、文脈上、複数でないことが明白に示されない限り、２つ以上のこのような形成源を有する態様を含み得る。
【００１３】
本明細書において使用される際、有機成分の「重量％」または「重量パーセント（ｗｅｉｇｈｔ  ｐｅｒｃｅｎｔ）」または「重量パーセント（ｐｅｒｃｅｎｔ  ｂｙ  ｗｅｉｇｈｔ）」は、矛盾する具体的な記載がない限り、成分が中に含まれる無機物全体の総重量を基準にしている。例えば、細孔形成剤およびバインダーなどの全ての有機物の添加は、使用される無機物の１００％を基準にした上乗せ添加（ｓｕｐｅｒａｄｄｉｔｉｏｎ）として本明細書において規定される。
【００１４】
ここで、図１を参照すると、多孔質セラミックハニカム物品１００が概略的に示される。多孔質セラミックハニカム物品１００は、粒状物質をろ過するための壁面流フィルタとして使用され得る。例えば、多孔質セラミックハニカム物品１００は、車両の排気ガスから粒状物質をろ過する際に使用され得る。多孔質セラミックハニカム物品１００は、一般に、第１の端部１０２と第２の端部１０４との間に延在する複数のセルチャネル１０１を有する多孔質コージエライトセラミックハニカム体を含む。複数のほぼ平行なセルチャネル１０１は、第１の端部１０２から第２の端部１０４へと延在する交差する多孔質チャネル壁１０６によって形成され、この交差する多孔質チャネル壁１０６によって少なくとも部分的に画定される。多孔質セラミックハニカム物品１００は、複数のセルチャネルの周りに形成されてそれを囲む外皮も含み得る。この外皮は、チャネル壁１０６の形成の際に押出し加工されてもよく、またはセルの外側周囲部分に表皮セメントを施すことによって、後で施される外皮として後の処理で形成されてもよい。
【００１５】
一実施形態において、複数の平行なセルチャネル１０１は、断面がほぼ正方形であり、ハニカム構造へと成形される。しかしながら、代替的な実施形態において、ハニカム構造中の複数の平行なセルチャネルは、矩形、円形、楕円形、三角形、八角形、六角形、またはそれらの組合せを含む他の断面形状を有していてもよい。
【００１６】
本明細書に記載される際の「ハニカム」という用語は、チャネル壁１０６から形成され、かつ好ましくは、一般に反復する格子状の模様を有する長手方向に延在するセルの構造として定義される。フィルタ用途に用いられるハニカムでは、特定のセルが、入口セル１０８として示され、特定の他のセルが、出口セル１１０として示される。さらに、多孔質セラミックハニカム物品１００では、セルの少なくとも一部が、プラグ１１２で塞がれ得る。一般に、プラグ１１２は、セルチャネルの端部またはその近傍に配置され、セルの端部が１つおきに塞がれている図１に示される市松模様などのある所定の模様で配置される。入口チャネル１０８は、第２の端部１０４またはその近傍で塞がれてもよく、出口チャネル１１０は、入口チャネルに対応しないチャネルにおける第１の端部１０２またはその近傍で塞がれてもよい。したがって、各セルが、多孔質セラミックハニカム物品の一端のみまたはその近傍で塞がれてもよい。
【００１７】
ここで、図２を参照すると、多孔質セラミックハニカム物品２００の代替的な実施形態が概略的に示される。この実施形態において、セルチャネルの中には、フロースロー型チャネル（全長に沿って塞がれていない）であるものも、いわゆる「部分フィルタ」構造となるように塞がれているものもあり得る。より具体的には、図２に示される多孔質セラミックハニカム物品は、一般に、交差している多孔質の壁２０６、出口端部２０４がプラグ（図示せず）で塞がれた入口セル２０８、入口端部がプラグ２１２で塞がれた出口セル２１０および少なくともいくつかのフロースルー型の（塞がれていない）チャネル２１４を含み、フロースルー型の（塞がれていない）チャネル２１４では、流れが、多孔質チャネル壁２０６を通過せずに多孔質セラミックハニカム物品の本体を直接通過する。例えば、一実施形態（図示せず）において、１つおきの列の１つおきのセルが、フロースルー型のチャネルである。したがって、この実施形態において、チャネルの５０％未満が、塞がれていなくてもよい。
【００１８】
図１および２が、チャネルの一部または全てが塞がれた多孔質セラミックハニカム物品１００、２００の実施形態を示す一方、代替的な実施形態において、多孔質セラミックハニカム物品１００、２００が、ガソリンエンジンとともに使用するためのフロースルー型の触媒基板として使用される場合のように、多孔質セラミックハニカム物品の全てのチャネルが塞がれていなくてもよいことが理解されるべきである。
【００１９】
本明細書に記載される多孔質セラミックハニカム物品１００、２００の一実施形態において、ミル（１／１０００インチまたは２５．４マイクロメートル）の単位の多孔質チャネル壁１０６、２０６の厚さＴは、ハニカム物品１００、２００のセル密度（単位ｃｐｓｉ）の関数である。特に、多孔質チャネル壁の厚さＴは、約（１１＋（３００−ＣＤ）＊０．０３）〜約（８＋（３００−ＣＤ）＊０．０２）の範囲であってもよく、ここで、ＣＤは、平方インチ当たりのセル数（ｃｐｓｉ）で表されるセルの密度である。他の実施形態において、チャネル壁の厚さは、約（１０＋（３００−ＣＤ）＊０．０３）〜約（６＋（３００−ＣＤ）＊０．０２）の範囲である。他の実施形態において、チャネル壁の厚さは、約（１２＋（３００−ＣＤ）＊０．０３）〜約（８＋（３００−ＣＤ）＊０．０２）の範囲である。
【００２０】
多孔質セラミックハニカム物品１００、２００のセル密度ＣＤは、約４００セル／ｉｎ２（６２セル／ｃｍ２）以下であり得る。別の実施形態において、多孔質セラミックハニカム物品１００、２００のセル密度は、約３００セル／ｉｎ２（４６セル／ｃｍ２）以下であり得る。さらに別の実施形態において、多孔質セラミックハニカム物品１００、２００のセル密度は、約１５０セル／ｉｎ２（２３セル／ｃｍ２）以上であり得る。したがって、本明細書に記載される実施形態において、多孔質セラミックハニカム物品１００、２００のセル密度が、約１５０セル／ｉｎ２（２３セル／ｃｍ２）以上かつ約４００セル／ｉｎ２（６２セル／ｃｍ２）以下であり得ることが理解されるべきである。
【００２１】
Ａ／Ｂの「幾何学形状」を有する多孔質セラミックハニカム物品が本明細書において言及されることがあり、ここで、Ａが、多孔質セラミックハニカム物品のセル密度であり、Ｂが、チャネル壁の厚さである。例として、限定はされないが、２００／１０の幾何学形状を有する多孔質セラミックハニカム物品が、２００セル／ｉｎ２（３１セル／ｃｍ２）のセル密度および１０ミル（０．２５４ｍｍ）のセルの壁厚を有する。本明細書に記載されるいくつかの実施形態において、多孔質セラミック物品は、３００／８の幾何学形状を有する。他の実施形態において、多孔質セラミック物品は、３００／１０の幾何学形状を有する。さらに他の実施形態において、多孔質セラミック物品は、２００／１２の幾何学形状を有する。しかしながら、他の幾何学形状が可能であることが理解されるべきである。
【００２２】
本明細書に記載される多孔質セラミックハニカム物品は、一般に、比較的高い全気孔率（％Ｐ）を有する。本明細書に記載される多孔質セラミックハニカム物品の実施形態において、全気孔率％Ｐは、水銀ポロシメトリーで測定した際に、約５０％以上かつ約７０％以下である。いくつかの実施形態において、全気孔率％Ｐは、約５５％以上かつ約６５％以下である。他の実施形態において、全気孔率％Ｐは、５８％以上かつ６２％以下である。さらに他の実施形態において、全気孔率％Ｐは、約６２％以上かつ６５％以下である。
【００２３】
図３〜６を参照すると、多孔質セラミックハニカム物品の細孔は、相互に貫通した網目構造を示すコージエライトセラミックのチャネル状のドメイン内で高度に連結される。特に、図３および４は、触媒ウォッシュコートが施されたセルチャネル壁の研磨軸方向断面の細孔形態のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。図５および６は、触媒ウォッシュコートが施された多孔質セラミックハニカム物品の表面細孔形態を示す。図３および４に示されるように、多孔質セラミックハニカムの細孔は、一般に、チャネルに十分に連結される。図５および６に示される表面細孔形態は、図３および４に示される軸方向断面の細孔形態とほぼ同様である。したがって、全体気孔率の形態とともに表面気孔率の形態は、一般に、共連続（ｂｉ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ）形態である。本明細書に記載される実施形態において、コージエライトドメインサイズは、一般に、約２０マイクロメートル以上あるいは４０マイクロメートルである。いくつかの実施形態において、コージエライトドメインサイズは、６０マイクロメートルを超える。他の実施形態において、多孔質セラミックハニカム物品中のコージエライトドメインサイズは、約２０マイクロメートル〜約８０マイクロメートルの範囲である。
【００２４】
ハニカム物品の比細孔容積は、多孔質セラミックハニカム物品の気孔率％Ｐの関数としてのチャネル壁の多孔質構造の内部で得られる総容積および多孔質ハニカム物品の開口面積率（ＯＦＡ）と本明細書において呼ばれる、多孔質セラミック物品中に存在するチャネル壁の総容積を特徴付ける。より具体的には、比細孔容積ＶＰは、以下の関係式によってＯＦＡおよび気孔率％Ｐに関連付けられる：
ＶＰ＝（１−ＯＦＡ）＊（％Ｐ）
本明細書に記載される多孔質セラミックハニカム物品は、一般に、比較的低い比細孔容積ＶＰを有する。本明細書に記載される実施形態において、多孔質セラミックハニカム物品は、０．２２未満の比細孔容積を有する。いくつかの実施形態において、比細孔容積は、０．２未満あるいは０．１８５未満であり得る。さらに別の実施形態において、比細孔容積は、０．１８未満であり得る。いくつかの他の実施形態において、比細孔容積は、０．２１≦ＶＰ≦０．１４の範囲であり得る。
【００２５】
ウォッシュコーティングの前の多孔質セラミックハニカム物品のＳＥＭ顕微鏡写真の画像分析によって測定した際の、多孔質セラミックハニカム物品の非被覆表面気孔率は、一般に、３０％以上あるいは３５％以上である。いくつかの実施形態において、多孔質セラミックハニカム物品の表面気孔率は、３８％以上あるいは４０％以上である。他の実施形態において、表面気孔率は、４２％以上である。自動車および／またはディーゼルの用途において微粒子フィルタとして使用される場合、表面気孔率が高くなるほど、透過性がより高く、それに対応する背圧の降下がより少ない多孔質セラミックハニカム物品が得られる。表面気孔率および全気孔率に基づいて、多孔質セラミックハニカム物品の実施形態は、０．５以上あるいは０．６以上の表面気孔率対全気孔率の比率を有する。いくつかの実施形態において、表面気孔率対全気孔率の比率は、０．７以上である。
【００２６】
本明細書に記載される多孔質セラミックハニカム物品は、一般に、約１２マイクロメートル〜約２０マイクロメートルの範囲の中央細孔径ｄ５０を有する。いくつかの実施形態において、多孔質セラミックハニカム物品の中央細孔径ｄ５０は、約２０マイクロメートル以下あるいは約１６マイクロメートル以下である。他の実施形態において、焼成された多孔質セラミックハニカム物品の中央細孔径ｄ５０は、約１２マイクロメートル〜約１４マイクロメートルの範囲である。中央細孔径ｄ５０がこれらの範囲内であるように気孔率を制御することにより、非常に小さい細孔の量を制限し、それによって、焼成された多孔質セラミック物品のウォッシュコートされた場合の背圧を最小限に抑える。
【００２７】
本明細書に記載される実施形態において、多孔質セラミックハニカム物品の細孔径分布は、５マイクロメートル以上あるいは８マイクロメートル以上のｄ１０値を含む。本明細書において使用される際の量ｄ１０は、細孔容積の１０％がｄ１０の値より小さい直径を有する細孔から構成される細孔径であり；したがって、水銀ポロシメトリー技術を用いて気孔率を測定する際、ｄ１０は、セラミックの開放気孔率の９０容積％がポロシメトリー測定の際に水銀によって侵入されている細孔径に等しい。
【００２８】
本明細書において使用される際、ｄ因子ｄｆは、中央細孔径ｄ５０より微細な細孔径の分布の相対幅の特性である。ｄ因子ｄｆは、以下のように定義される：
ｄｆ＝（ｄ５０−ｄ１０）／ｄ５０
式中、ｄ５０およびｄ１０が、上に定義されるとおりである。本明細書に記載される実施形態において、多孔質セラミックハニカム物品の多孔質の壁の開放相互連結気孔率の細孔径分布は、ｄｆ≦０．３５、ｄｆ≦０．３、ｄｆ≦０．２５、ｄｆ≦０．２２、あるいはｄｆ≦０．２であるように比較的狭い。いくつかの実施形態において、多孔質セラミックハニカム物品のｄ因子は、約０．１５〜約０．３５の範囲である。
【００２９】
本明細書に記載される実施形態において、多孔質セラミックハニカム物品は、４５マイクロメートル以下あるいは３５マイクロメートル以下のｄ９０値を有する細孔径分布を有する。多孔質セラミックハニカム物品のいくつかの実施形態は、３０マイクロメートル以下のｄ９０値を有する細孔径分布を有する。本明細書において使用される際の量ｄ９０は、細孔容積の９０％がｄ９０の値より小さい直径を有する細孔から構成される細孔径であり；したがって、水銀ポロシメトリー技術を用いて気孔率を測定する際、ｄ９０は、セラミックの開放気孔率の１０容積％が、ポロシメトリー測定の際に水銀によって侵入されている細孔径に等しい。
【００３０】
多孔質セラミックハニカム物品の極狭細孔径分布は、中央細孔径ｄ５０より微細な細孔径およびより粗い細孔径の両方の分布の幅ｄＡｂｓｂによっても特徴付けられ得る。本明細書において使用される際、ｄＡｂｓｂは、以下のように定義される：
ｄＡｂｓｂ＝（ｄ７５−ｄ２５）
式中、本明細書において使用される際の量ｄ２５は、細孔容積の２５％が、ｄ２５の値より小さい直径を有する細孔から構成される細孔径であり、本明細書において使用される際の量ｄ７５は、細孔容積の７５％が、ｄ７５の値より小さい直径を有する細孔から構成される細孔径である。本明細書に記載される多孔質セラミックハニカム物品は、１０マイクロメートル以下のｄＡｂｓｂを示す細孔径分布を有し得る。いくつかの実施形態において、多孔質セラミックハニカム物品は、８マイクロメートル以下のｄＡｂｓｂあるいは６マイクロメートル以下のｄＡｂｓｂを示す。中央細孔径値の周辺の幅が狭いと、細孔および孔隙／細孔容積の大部分が所望の範囲内に入り、多孔質セラミックハニカム物品の容積のほとんどが小さ過ぎるかまたは多き過ぎる細孔となって失われない。この狭い絶対幅が、触媒ウォッシュコートによる施しに伴う改良された触媒ウォッシュコート被覆性ならびに高い透過性（すなわち、流れのための細孔利用の高い効率）を与えることが予測されると考えられる。
【００３１】
本明細書に記載される実施形態において、全気孔率、表面気孔率、中央細孔径ｄ５０、ｄ因子ｄｆ、および比細孔容積の特性の組合せにより、非被覆条件および被覆条件のいずれにおいても比較的高い初期ろ過効率を有する多孔質セラミックハニカム物品が得られる。いくつかの実施形態において、非被覆初期ろ過効率は、５０％以上あるいは５５％以上である。本明細書に記載される多孔質セラミックハニカム物品の他の実施形態において、非被覆初期ろ過効率は、６０％以上あるいは７０％超である。さらに他の実施形態において、非被覆初期ろ過効率は、９０％以上である。同様に、いくつかの実施形態において、被覆初期ろ過効率は、触媒ウォッシュコートによる施し後に、５０％以上あるいは５５％以上である。本明細書に記載される多孔質セラミックハニカム物品のいくつかの実施形態において、被覆初期ろ過効率は、６０％以上あるいは７０％超である。他の実施形態において、被覆初期ろ過効率は、９０％以上である。
【００３２】
例として図１３を参照すると、煤負荷（ｘ軸）の関数としての被覆初期ろ過効率（ＦＥ）（ｙ軸）のプロットが、多孔質セラミックハニカム物品の１つの本発明の実施例についてグラフで示される。本発明の実施例は、３００／９のセル幾何学形状、６０％の気孔率、０．２６のｄ因子、１９．３マイクロメートルの中央細孔径、および０．１４４の比細孔容積を有していた。試料には、水中の１２重量％のＦｅ−ＺＳＭ−５ゼオライト（３マイクロメートルの粒径）の１２０ｇ／Ｌの触媒ウォッシュコートが施された。図１３に示されるように、多孔質セラミックハニカム物品の初期ろ過効率（ＦＥ０）（すなわち、０ｇ／Ｌの煤負荷におけるろ過効率）は、約６５％超であった。
【００３３】
さらに、ここで、本明細書に記載される全気孔率、表面気孔率、中央細孔径ｄ５０、ｄ因子ｄｆ、および比細孔容積の組合せが、一般に、１回のウォッシュコーティング工程でかなりの量の触媒ウォッシュコートを容易に施すことができ、このため、多孔質セラミックハニカム内に設けられた孔隙の独特の利用可能性を示す多孔質セラミックハニカム物品を提供することが分かった。本明細書に記載される実施形態において、触媒ウォッシュコートは、一般に、約３０ｇ／Ｌを超える量で多孔質セラミックハニカム物品中に存在する。本明細書に記載されるいくつかの実施形態において、多孔質セラミックハニカム物品は、３．３マイクロメートルのピーク粒径を有する、水中の１２重量％のＦｅ−ＺＳＭ−５ゼオライトを含有するウォッシュコートスラリーについて５０ｇ／Ｌ以上あるいは６０ｇ／Ｌを超える単回施し触媒ウォッシュコート負荷を有する。いくつかの実施形態では、単回施し触媒ウォッシュコート負荷が、６０ｇ／Ｌ以上であり得ると考えられる。
【００３４】
本明細書に記載される実施形態において、多孔質セラミック物品は、１００ｇ／Ｌのウォッシュコート触媒で被覆され、５ｇ／Ｌの煤が負荷された場合、２６．５立方フィート（０．７５ｍ３）／分の流量で８ｋＰａ以下の被覆圧力降下の増加を示す。いくつかの実施形態において、被覆圧力降下の増加は、同じ条件下で、７ｋＰａ以下、あるいは６．５ｋＰａ以下である。他の実施形態において、被覆圧力降下の増加は、同じ条件下で、６ｋＰａ以下、あるいは５．５ｋＰａ以下である。さらに他の実施形態において、被覆圧力降下の増加は、同じ条件下で、５ｋＰａ以下である。
【００３５】
本明細書に記載される実施形態において、多孔質セラミック物品は、５ｇ／Ｌの煤が負荷される場合、２６．５立方フィート（０．７５ｍ３）／分の流量で４ｋＰａ以下の非被覆圧力降下の増加を示す。いくつかの実施形態において、被覆圧力降下の増加は、同じ条件下で、３．５ｋＰａ以下、あるいは３．０ｋＰａ以下である。他の実施形態において、被覆圧力降下の増加は、同じ条件下で、２．５ｋＰａ以下、あるいは２．０ｋＰａ以下である。さらに他の実施形態において、被覆圧力降下の増加は、同じ条件下で、１．５ｋＰ以下である。
【００３６】
ここで、図７を参照すると、煤負荷の関数としての圧力降下（ｙ軸）のプロットが、非被覆（すなわち、施されていない）多孔質セラミック物品ならびに、特に６０ｇ／Ｌ、１０２ｇ／Ｌおよび１１９ｇ／Ｌの様々な量の触媒ウォッシュコートが負荷された多孔質セラミック物品についてグラフで示される。各多孔質セラミック物品は、３００／８のセル幾何学形状（すなわち、３００ｃｐｓｉ（４６セル／ｃｍ２）および８ミル（０．２０３ｍｍ）の壁厚）、１１．７マイクロメートルの中央細孔径、ウォッシュコーティングの前の６２％の気孔率、および０．２５のｄ因子ｄｆを有していた。実験に使用される多孔質セラミックハニカムは、２インチ（５．０８ｃｍ）の直径および６インチ（１５．２４ｃｍ）の長さを有していた。煤は、室温で１０〜３０標準立方フィート（０．２８〜０．８４ｍ３）／分のガス流量で、０．１ｇ／分〜０．３ｇ／分の速度で負荷されるＰｒｉｎｔｅｘ  Ｕであった。曲線は、２６．５立方フィート（０．７５ｍ３）／分の流量で得られた。表１には、クリーンな（ｃｌｅａｎ）背圧（すなわち、煤負荷がない場合の背圧）についての圧力値（ｋＰａ）、５ｇ／Ｌの煤が負荷された背圧（すなわち、多孔質セラミック物品に、多孔質セラミックハニカムのリットル当たり５ｇの煤が負荷された場合の背圧）、および多孔質セラミック物品のそれぞれについてのひざの高さ（ｋｎｅｅ  ｈｅｉｇｈｔ）が含まれる。本明細書において使用される際のひざの高さは、図７にグラフで示されるように求められ得るポイントＰｋにおける圧力降下として定義される。
【表１】
0006324472.tif 000002
【００３７】
図７にグラフで示されるように、非被覆多孔質セラミックハニカム物品は、クリーンな背圧の増加が１．２ｋＰａであった一方、水中の１２重量％のＦｅ−ＺＳＭ−５ゼオライトを含む約１００ｇ／Ｌの触媒ウォッシュコートが施された多孔質セラミックハニカム物品は、クリーンな背圧の増加が２．３ｋＰａであった。この値は、多孔質セラミックハニカム物品の低い比細孔容積（この例では０．１６）および低い中央細孔径を考慮すると、予想外に低い。したがって、１００ｇ／Ｌの触媒ウォッシュコートが施された多孔質セラミックハニカムは、１００ｇ／Ｌの触媒ウォッシュコートが施された後、クリーンな圧力降下の増加が約９１％であった。
【００３８】
同様に、非被覆多孔質セラミックハニカム物品は、５ｇ／Ｌの煤が負荷された背圧増加が２．５ｋＰａであった一方、水中の１２重量％のＦｅ−ＺＳＭ−５ゼオライトを含む約１００ｇ／Ｌの触媒ウォッシュコートが施された多孔質セラミックハニカム物品は、５ｇ／Ｌの煤が負荷された背圧の増加が５．５ｋＰａであった。この値は、多孔質セラミックハニカム物品の低い比細孔容積（この例では０．１６）および低い中央細孔径を考慮すると予想外に低い。したがって、１００ｇ／Ｌの触媒ウォッシュコートが施された多孔質セラミックハニカムは、５ｇ／Ｌの煤が負荷された圧力降下の増加が、１００ｇ／Ｌの触媒ウォッシュコートが施された後、約１２０％であった。
【００３９】
したがって、本明細書に記載されるいくつかの実施形態において、多孔質セラミックハニカム物品は、同一の試験条件下における施しの前の多孔質セラミック物品と比べて、１００ｇ／Ｌのウォッシュコート触媒が施された後、１００％以下のクリーンな圧力降下増加を示すことが理解されるべきである。いくつかの他の実施形態において、１００ｇ／Ｌのウォッシュコート触媒が施された後のクリーンな圧力降下増加は、施されていない多孔質セラミック物品と比べて９５％以下、あるいは施されていない多孔質セラミック物品と比べて９３％以下である。
【００４０】
さらに、本明細書に記載されるいくつかの実施形態において、多孔質セラミックハニカム物品は、同一の試験条件下における施しの前の多孔質セラミック物品と比べて、１００ｇ／Ｌのウォッシュコート触媒が施された後、１５０％以下の５ｇ／Ｌの煤が負荷された圧力降下増加を示すことも理解されるべきである。いくつかの他の実施形態において、１００ｇ／Ｌのウォッシュコート触媒が施された後の５ｇ／Ｌの煤が負荷された圧力降下増加は、施されていない多孔質セラミック物品と比べて１４０％以下、あるいは施されていない多孔質セラミック物品と比べて１３０％以下である。
【００４１】
理論によって制約されるものではないが、クリーンな条件および煤が負荷された条件の両方における高い単回施し触媒ウォッシュコート負荷および比較的低い圧力降下増加は、所定の範囲の中央細孔径、狭い細孔径分布、および表面気孔率対バルク気孔率の高い比率に起因することができ、フィルタにわたる流れに対する低い抵抗性を可能にする、壁構造ならびにセル幾何学形状の内部の孔隙の最適化された利用を可能にすると考えられる。例えば、流れに対するより低い抵抗性は、一般に、より高い開口面積率を有する多孔質セラミックハニカム物品に相関しているが、この多孔質セラミックハニカム物品は、より低い比細孔容積のために低い触媒ウォッシュコート充填容量を有するとこれまで認識されてきた。しかしながら、本明細書に記載される多孔質セラミックハニカム物品の独特の構造は、より多くの触媒ウォッシュコートを収容するための細孔容積の高い利用を可能にすることによって、これらの不足を補う。結果として、多孔質セラミックハニカム物品のより低い比細孔容積ＶＰにかかわらず、高いウォッシュコート負荷で低い圧力降下増加が達成可能である。例えば、図３および４を参照すると、多孔質セラミックハニカム物品は、均一なチャネル状のドメイン２５０（すなわち、顕微鏡写真の明るい部分）を有し、そこで、全ての触媒ウォッシュコートが、チャネルの壁ではなく細孔中に施される。より具体的には、触媒ウォッシュコート中のゼオライト粒子２６０が、触媒ウォッシュコートが多孔質セラミック物品中で乾燥される際のこれらの領域中のより高いマイクロキャピラリー力により、小さい細孔２６５、および小さい曲率半径を有するドメインの部分ならびにネック領域２６６を優先的に施す。比較すると、比較的大きい細孔２６７および／またはドメイン構造の平坦な領域などの、比較的大きい曲率半径を有する部分は、比較的低いマイクロキャピラリー力の結果としてのウォッシュコートの沸点の効果的な低下により、乾燥後にはるかに少ない触媒を有する。結果として、ゼオライトを含む触媒ウォッシュコートは、より小さい細孔中に優先的に流れ、そしてそれが最後に（すなわち、より大きい細孔の後）乾燥され、それによって、より小さい細孔中の触媒の濃度がより高くなる。
【００４２】
さらに、均一に分布した、十分に連結された細孔の高い密度により、多孔質セラミック物品を通って流れる排気ガスなどのガスに対する多孔質セラミック物品の透過性をそのまま維持しながら、より多い量のゼオライトを、多孔質セラミック物品中にウォッシュコートすることができる。同様に、多孔質セラミック物品は、比較的小さい中央細孔径とともに狭い細孔径分布を有するため、細孔は、高いマイクロキャピラリー力を有し、この高いマイクロキャピラリー力が、ゼオライトを細孔中に保持するのに役立つ。したがって、触媒ウォッシュコートによるウォッシュコーティング中に細孔中に付着されるゼオライトは、より大きい中央細孔径およびより広い細孔径分布を有する多孔質セラミック物品と比較して、多孔質セラミック物品を通って高容積のガスが流れる際に、細孔から容易に取り除かれない。
【００４３】
さらに、本明細書に記載される多孔質セラミックハニカム物品は、多孔質セラミックハニカム物品が微小亀裂条件に曝されるときに変化する一連の物理的特性（すなわち、熱膨張係数（ＣＴＥ）、熱衝撃限界（ＴＳＬ）、微小亀裂パラメータ（Ｎｂ３）など）を有し、それによって、熱衝撃に対するより改良された耐性を有する多孔質セラミックハニカム物品が生成される。より具体的には、本明細書に記載される多孔質セラミックハニカム物品は、約２５℃〜８００℃の温度範囲にわたる比較的高いＣＴＥおよびそれに対応する焼成後の低い熱衝撃限界（ＴＳＬ）を有することが分かった。しかしながら、微小亀裂条件に曝された後、本明細書に記載される多孔質セラミックコージエライトハニカム物品は、約２５℃〜８００℃の温度範囲にわたる比較的低いＣＴＥおよび比較的高い熱衝撃限界（ＴＳＬ）を有する。本明細書において使用される際のＣＴＥは、特に規定されない限り、所定の温度範囲にわたる物品の少なくとも１つの方向における熱膨張係数であることが理解されるべきである。微小亀裂条件に曝した後のＣＴＥおよびＴＳＬの改良は、微小亀裂条件に曝した後の微小亀裂パラメータＮｂ３の増加によって示される、微小亀裂条件に曝した後の微小亀裂の容積の増加による。より具体的には、多孔質セラミックハニカム物品の微小亀裂パラメータＮｂ３は、物品が微小亀裂条件に曝された後、少なくとも２０パーセントだけ増加する。
【００４４】
微小亀裂パラメータＮｂ３は、室温から１２００℃の間の弾性率（Ｅｍｏｄ）加熱および冷却曲線から導き出され、これは、物品の微小亀裂容積の間接的な指標である。Ｎｂ３は、以下のように計算される：
【数１】
0006324472.tif 000003
【００４５】
式中、Ｅが、微小亀裂がある場合（すなわち、微小亀裂条件に曝した後）の室温における物品の弾性率であり、Ｅ０が、微小亀裂がない場合（すなわち、微小亀裂条件に曝す前）の室温における物品の弾性率であり、Ｎが、微小亀裂の数であり、ｂが、微小亀裂の平均長さである。微小亀裂パラメータＮｂ３は、平均亀裂長さｂが３乗される場合、容積の単位で測定される。
【００４６】
本明細書において使用される際の熱衝撃限界（ＴＳＬ）は、以下のように定義される：
ＴＳＬ＝ＴＳＰ＋５００℃
式中、ＴＳＰが、以下のようになる熱衝撃パラメータであり：
ＴＳＰ＝ＭＯＲ／｛［Ｅｍｏｄ］［ＣＴＥＨ］｝
Ｅｍｏｄが、２５℃（すなわち、室温（ＲＴ））における物品の弾性率であり、ＭＯＲが、室温における破壊強度係数であり、ｐｓｉの単位で測定され、ＣＴＥＨが、５００℃〜９００℃で測定される高温熱膨張係数である。ＴＳＰが増加するにつれて、物品が温度勾配に耐える能力も増大する。ＭＯＲ、Ｅｍｏｄ、およびＣＴＥＨは全て、本明細書において軸方向と呼ばれるチャネルの長さに平行なセル試験片において測定される。４×１×０．５インチ（１０．１６×２．５４×１．２７ｃｍ）の寸法を有する矩形セルバーの軸方向における四点曲げ方法を用いてＭＯＲを測定した。
【００４７】
図８を参照すると、多孔質セラミックハニカム物品は、微小亀裂条件に曝される前に比較的少ない量の微小亀裂を有する。特に、図８のＳＥＭ顕微鏡写真は、非常に少ない微小亀裂２２０（図８に示されるもの）を有する微小亀裂が少ない多孔質セラミックハニカム物品の一部を示す。したがって、微小亀裂条件に曝される前の多孔質セラミックハニカム物品は、代わりに微小亀裂が少ない（ＬＭＣ）多孔質セラミックハニカム物品と呼ばれることがある。本明細書に記載される実施形態において、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品は、焼成後でかつ微小亀裂条件に曝される前に、約０．０４〜約０．２５の微小亀裂パラメータＮｂ３を有する。０．０４〜約０．２５の範囲の低い微小亀裂パラメータは、一般に、図８に示されるように、非常に少ない微小亀裂２２０を有する多孔質セラミックハニカム物品に対応する。いくつかの実施形態において、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品は、約７．０×１０−７／℃〜約１５×１０−７／℃あるいは約８．０×１０−７／℃〜約１３×１０−７／℃の、室温から８００℃の間で測定されるＣＴＥを有する。他の実施形態において、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品は、約９．０×１０−７／℃〜約１２×１０−７／℃のＣＴＥを有する。比較的低い微小亀裂パラメータＮｂ３により、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品は、本明細書に記載されるＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品の実施形態において、約８００℃〜約１１００℃の範囲である熱衝撃限界（ＴＳＬ）を有する。本明細書に記載される実施形態において、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品は、室温で３００ｐｓｉ（２０６８．２ｋＰａ）超あるいは４００ｐｓｉ（２７５７．６ｋＰａ）超の破壊係数（ＭＯＲ）を有する。例えば、３００／８のセル幾何学形状および１１．７マイクロメートルの中央細孔径、ウォッシュコーティングの前の６２％の気孔率、および０．２５のｄ因子ｄｆを有する多孔質セラミックハニカム物品のＭＯＲは、室温で約４５０ｐｓｉ（３１０２．３ｋＰａ）である。いくつかの実施形態において、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品のＭＯＲは、約５００ｐｓｉ（３４４７ｋＰａ）超である。
【００４８】
２００／１０の幾何学形状を有するように作製されたＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品は、一般に、３．０×１０５ｐｓｉ（２０．６８×１０５ｋＰａ）以上あるいは４．５×１０５ｐｓｉ（３１．０２×１０５ｋＰａ）超の、室温における弾性率（Ｅｍｏｄ）を有する。いくつかの実施形態において、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品の弾性率は、約３．０×１０５ｐｓｉ（２０．６８×１０５ｋＰａ）〜約５．５×１０５ｐｓｉ（３７．９２×１０５ｋＰａ）の範囲である。ＭＯＲおよびＥｍｏｄに基づいて、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品の実施形態は、少なくとも７００ｐｐｍ（０．０７％）の耐歪み性（すなわち、ＭＯＲ／Ｅｍｏｄ）を有する。他の実施形態は、８００ｐｐｍ（０．０８％）以上、あるいは１０００ｐｐｍ（０．１％）超の耐歪み性を有する。さらに他の実施形態において、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品は、１２００ｐｐｍ（０．１２％）以上の耐歪み性を有する。
【００４９】
図９を参照すると、基板の微小亀裂パラメータが、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカムを微小亀裂条件に曝すことによって増加され得る。特に、図９は、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品を微小亀裂条件に曝すことによって生成される微小亀裂のある（ＭＣ）多孔質セラミックハニカム物品の一部を示すＳＥＭ顕微鏡写真である。微小亀裂条件に曝した後、この時点で微小亀裂のある多孔質セラミックハニカム物品は、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品より比較的多い数の微小亀裂２２０（そのうちの複数が図９に示される）を有する（すなわち、図９の微小亀裂２２０の数が、図８の微小亀裂２２０の数より多い）。本明細書に記載される実施形態において、微小亀裂条件には、本明細書により詳細に説明されるように、熱サイクルまたは酸洗浄が含まれていてもよい。微小亀裂条件に曝される結果として、ＭＣ多孔質セラミックハニカム物品の微小亀裂パラメータＮｂ３は、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品の微小亀裂パラメータより少なくとも２０％高く、これはすなわち、ＭＣ多孔質セラミックハニカム物品は、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品より単位容積当たりより多くの微小亀裂を有することを示す。例えば、ＭＣ多孔質セラミックハニカム物品の微小亀裂パラメータＮｂ３は、少なくとも０．０６〜少なくとも０．３の範囲であり得る。この微小亀裂パラメータＮｂ３の増加には、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品と比べて、物品のＣＴＥの減少が伴う。例えば、ＭＣ多孔質セラミックハニカム物品のＣＴＥは、一般に、約２５℃〜約８００℃の範囲にわたって、約１．０×１０−７／℃〜約１０×１０−７／℃の範囲である。いくつかの実施形態において、ＭＣ多孔質セラミックハニカム物品のＣＴＥは、約２５℃〜約８００℃の範囲にわたって、約７．０×１０−７／℃以下あるいは約２５℃〜約８００℃の範囲にわたって、約５．０×１０−７／℃以下である。Ｎｂ３の増加には、多孔質セラミックハニカム物品のＴＳＬの増加が伴う。例えば、ＭＣ多孔質セラミックハニカム物品のＴＳＬは、９００℃以上あるいは１０００℃以上である。いくつかの実施形態において、ＭＣ多孔質セラミックハニカム物品のＴＳＬは、１１００℃以上である。
【００５０】
微小亀裂条件に曝すと、一般に、ＭＣ多孔質セラミックハニカム物品の微小亀裂パラメータＮｂ３およびＴＳＬが増加するが、単位容積当たりの微小亀裂の数の増加は、一般に、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品と比較して、室温における破壊係数（ＭＯＲ）ならびに室温における弾性率（Ｅｍｏｄ）を減少させる。したがって、本明細書に記載される実施形態において、ＭＣ多孔質セラミックハニカム物品のＭＯＲは、約２００ｐｓｉ（１３７８．８ｋＰａ）以上あるいは約３００ｐｓｉ（２０６８．２ｋＰａ）超である。ＭＣ多孔質セラミックハニカム物品のＥｍｏｄは、一般に、２００／１０の幾何学形状を有するＭＣ多孔質セラミックハニカム物品について約２．８×１０５ｐｓｉ（１９．３０×１０５ｋＰａ）〜約４．４×１０５ｐｓｉ（３０．３３×１０５ｋＰａ）の範囲である。いくつかの実施形態において、ＭＣ多孔質セラミックハニカム物品のＥｍｏｄは、２００／１０の幾何学形状について２．８×１０５ｐｓｉ（１９．３０×１０５ｋＰａ）以上であり得る。
【００５１】
本明細書に記載される多孔質セラミックハニカム物品は、微小亀裂が少ない（ＬＭＣ）多孔質セラミックハニカム物品を最初に生成するのに適した条件下で、コージエライト前駆体バッチ組成物をまず混合し、コージエライト前駆体バッチ組成物を未焼成ハニカム物品へと成形し、未焼成ハニカム物品を乾燥させ、未焼成ハニカム物品を焼成することによって形成される。一実施形態において、未焼成ハニカム物品を焼成して、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品を生成した後、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品には、微小亀裂条件に曝される前に触媒を含有するウォッシュコートが施され得る。ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品は、比較的少ない微小亀裂を有するため、ウォッシュコートの施しの前に、別の不動態化コーティングは必要ない。
【００５２】
一実施形態において、コージエライト前駆体バッチ組成物は、コージエライト結晶相を主に含むセラミック物品を生成するのに適した構成材料の組合せを含む。一般に、バッチ組成物は、比較的微細なタルク、比較的微細なシリカ形成源、およびアルミナ形成源を含む無機成分の組合せを含む。さらに他の実施形態において、バッチ組成物は、例えば、カオリン粘土などの粘土を含んでいてもよい。コージエライト前駆体バッチ組成物は、有機細孔形成剤などの有機成分も含有していてもよい。例えば、バッチ組成物は、細孔形成剤および／または他の加工助剤として使用するのに適したでんぷんを含んでいてもよい。本明細書に記載される実施形態において、有機細孔形成剤は、様々な有機材料の混合物と対照的に単一の材料を含み、それによって、コージエライト前駆体バッチ組成物中の構成材料の数が減少する。
【００５３】
本明細書に記載される実施形態において、無機バッチ成分および有機バッチ成分は、特定の微細構造を有する主なコージエライト結晶相を含む多孔質セラミックハニカム物品を生じるように特定の焼成サイクルに関連して選択される。しかしながら、焼成後、多孔質セラミックハニカム物品は、少量のムライト、スピネル、および／またはそれらの混合物も含み得ることが理解されるべきである。例えば、限定はされないが、いくつかの実施形態において、多孔質セラミックハニカム物品は、ｘ線回折によって測定した際に、少なくとも９０重量％、あるいは少なくとも９５重量％、あるいは少なくとも９８重量％〜９９重量％のコージエライト結晶相を含み得る。生成されるコージエライト結晶相は、酸化物の重量パーセント基準で特性決定した際、約４９重量％〜約５３重量％のＳｉＯ２、約３３重量％〜約３８重量％のＡｌ２Ｏ３、および約１２重量％〜約１６重量％のＭｇＯから本質的になる。さらに、コージエライト結晶相の化学量論量は、Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８に近似している。無機コージエライト前駆体バッチ組成物は、多孔質セラミックハニカム物品のコージエライト結晶相中に上記の酸化物重量を得るために適宜調整され得る。
【００５４】
本明細書に記載されるいくつかの実施形態において、コージエライト前駆体バッチ組成物は、約３５重量％〜約４５重量％のタルクを含む。他の実施形態において、コージエライト前駆体バッチ組成物は、約３８重量％〜約４３重量％のタルクを含み得る。タルクは、比較的微細な粒径を有し得る。例えば、いくつかの実施形態において、タルクは、１０マイクロメートル以下の中央粒径ｄｐｔ５０、あるいは９マイクロメートル以下のｄｐｔ５０を有する。他の実施形態において、タルクは、８マイクロメートル未満の中央粒径ｄｐｔ５０あるいは６マイクロメートル未満のｄｐｔ５０を有する。さらに他の実施形態において、タルクは、５マイクロメートル未満の中央粒径ｄｐｔ５０を有し得る。例示的一実施形態において、タルクは、約３マイクロメートル〜約１０マイクロメートルの範囲の中央粒径ｄｐｔ５０を有する。別の例示的実施形態において、タルクは、約８マイクロメートル〜約１０マイクロメートルの範囲の中央粒径ｄｐｔ５０を有する。本明細書に記載される全ての粒径は、粒径分布（ＰＳＤ）技術、好ましくはＭｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ製のＳｅｄｉｇｒａｐｈによって測定される。
【００５５】
いくつかの実施形態において、コージエライト前駆体バッチ組成物中のシリカ形成源の量は、約１３重量％〜約２４重量％である。他の実施形態において、コージエライト前駆体バッチ組成物中のシリカ形成源の量は、約１５重量％〜約１８重量％であり得る。シリカ形成源は、一般に、微細な粒径を有する。例えば、いくつかの実施形態において、シリカ形成源は、２０マイクロメートル以下の中央粒径ｄｐｓ５０、あるいは１５マイクロメートル以下のｄｐｓ５０を有する。他の実施形態において、シリカ形成源は、１０マイクロメートル未満の中央粒径ｄｐｓ５０を有する。一実施形態において、シリカ形成源は、Ｉｍｓｉｌ（登録商標）Ａ−２５などの微結晶質シリカである。しかしながら、他のシリカ形成源が使用されてもよいことが理解されるべきである。例えば、他の好適なシリカ形成源としては、石英ガラス；コロイドシリカ；または石英またはクリストバライトなどの結晶シリカが挙げられる。
【００５６】
いくつかの実施形態において、コージエライト前駆体バッチ組成物中のアルミナ形成源の量は、約２０重量％〜約３５重量％である一方、他の実施形態において、コージエライト前駆体バッチ組成物中のアルミナ形成源の量は、約２２重量％〜約３３重量％である。さらに他の実施形態において、コージエライト前駆体バッチ組成物中のアルミナ形成源の量は、約２６重量％〜約２９重量％である。アルミナ形成源は、一般に、微細な粒径を有する。例えば、いくつかの実施形態において、アルミナ形成源は、１０マイクロメートル以下の中央粒径ｄｐａ５０、あるいは８マイクロメートル以下のｄｐａ５０を有する。他の実施形態において、シリカ形成源は、６マイクロメートル未満の中央粒径ｄｐａ５０を有する。
【００５７】
例示的なアルミナ形成源としては、任意の酸化アルミニウムまたはアルミニウムを含有する化合物を挙げることができ、これを、十分に高い温度まで加熱すると、α−アルミナおよび／またはアルミナ水和物などの実質的に１００％の酸化アルミニウムが得られる。アルミナ形成源のさらなる非限定的な例としては、コランダム、γ−アルミナ、または遷移アルミナ（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ  ａｌｕｍｉｎａ）が挙げられる。水酸化アルミニウムは、ギブサイトおよびバイヤーライト、ベーマイト、ダイアスポア、アルミニウムイソプロポキシドなどを含み得る。必要に応じて、アルミナ形成源は、分散性アルミナ形成源も含み得る。本明細書において使用される際、分散性アルミナ形成源は、溶媒または液体媒体中で少なくとも実質的に分散可能であり、溶媒または液体媒体中のコロイド懸濁液を得るのに使用可能なものである。一態様において、分散性アルミナ形成源は、少なくとも２０ｍ２／ｇ、少なくとも５０ｍ２／ｇ、あるいは少なくとも１００ｍ２／ｇの比表面積を有する比較的大きい表面積のアルミナ源であり得る。好適な分散性アルミナ源は、ベーマイト、擬ベーマイト、およびアルミニウム一水和物と一般的に呼ばれるα−水酸化酸化アルミニウム（ＡｌＯＯＨ×Ｈ２Ｏ）を含む。代替的な実施形態において、分散性アルミナ源は、様々な量の化学結合された水またはヒドロキシル官能基を含有し得るいわゆる遷移アルミナまたは活性化アルミナ（すなわち、オキシ水酸化アルミニウムおよびχ、η、ρ、ι、κ、γ、δ、およびθアルミナ）を含み得る。
【００５８】
いくつかの実施形態において、コージエライト前駆体バッチ組成物は、粘土をさらに含み得る。コージエライト前駆体バッチ組成物中の粘土の量は、約０重量％〜約２０重量％であり得る。別の実施形態において、コージエライト前駆体バッチ組成物中の粘土の量は、約１０重量％〜約１８重量％あるいは約１２重量％〜約１６重量％である。コージエライトバッチ組成物に含まれる場合、粘土は、一般に、１０マイクロメートル以下の中央粒径ｄｐｃ５０を有する。いくつかの実施形態において、中央粒径ｄｐｃ５０は、５マイクロメートル以下あるいは３マイクロメートル以下である。コージエライト前駆体バッチ組成物に含まれ得る好適な粘土としては、限定はされないが、原料のままのカオリン粘土、か焼カオリン粘土、および／またはそれらの混合物が挙げられる。例示的で非限定的な粘土としては、剥離されていないカオリナイトの原料のままの粘土および剥離されたカオリナイトが挙げられる。
【００５９】
本明細書に記載される実施形態において、コージエライトバッチ組成物（すなわち、タルク、シリカ、アルミナおよび粘土）の無機成分は、１５マイクロメートル以下の中央無機粒径ｄ５０ＩＰを有する。
【００６０】
本明細書において上述されるように、コージエライト前駆体バッチ組成物は、比較的微細な細孔形成剤などの有機成分をさらに含む。本明細書に記載される実施形態において、有機細孔形成剤が、比較的小さい中央細孔径および比較的狭い細孔径分布とともに比較的高い細孔数密度を生じるのに十分な量でバッチ組成物に加えられる。本明細書に記載される実施形態において、コージエライト前駆体バッチ組成物は、約３０重量％以上の有機細孔形成剤を含み得る。いくつかの実施形態において、バッチ組成物に加えられる細孔形成剤の量は、約３０重量％を超える。他の実施形態において、バッチ組成物に加えられる細孔形成剤の量は、約３５重量％を超える。他の実施形態において、バッチ組成物に加えられる細孔形成剤の量は、約４０重量％を超える。他の実施形態において、バッチ組成物に加えられる細孔形成剤の量は、約５０重量％以上あるいは約５５重量％以上である。さらに他の実施形態において、バッチ組成物に加えられる細孔形成剤の量は、約６０重量％以上である。バッチ組成物中の細孔形成剤の量を増加させると、焼成後の多孔質セラミックハニカム物品の細孔数密度が増加されることが理解されるべきである。本明細書に記載される実施形態において、有機細孔形成剤は、一般に、２５マイクロメートル以下の中央粒径ｄｐｐ５０を有する。いくつかの実施形態において、有機細孔形成剤は、２０マイクロメートル以下あるいは１５マイクロメートル以下の中央粒径ｄｐｐ５０を有する。他の実施形態において、中央粒径ｄｐｐ５０は、１０マイクロメートル以下である。有機細孔形成剤は、架橋細孔形成剤（すなわち、架橋でんぷんなど）であってもまたは非架橋細孔形成剤であってもよい。好適な細孔形成材料の例としては、限定はされないが、架橋コーンスターチ、架橋コムギでんぷん、架橋ジャガイモでんぷん、非架橋ジャガイモでんぷん、非架橋コーンスターチ、サヤマメでんぷん、およびエンドウマメでんぷんが挙げられる。
【００６１】
上記の無機および有機成分は、例えば、バインダーなどの加工助剤、および液体媒体と組み合わされ、混合されて、可塑化バッチ混合物が生成される。これらの加工助剤は、加工を向上させ、および／または乾燥および／または焼成亀裂を減少させ、および／またはハニカム物品の望ましい特性を生じさせるのに役立ち得る。例えば、バインダーには、有機バインダーが含まれ得る。好適な有機バインダーとしては、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などの水溶性セルロースエーテルバインダー、ヒドロキシエチルアクリレート、ポリビニルアルコール、および／またはそれらの任意の組合せが挙げられる。好ましくは、有機バインダーは、無機粉末バッチ組成物の０．１重量％〜約１０．０重量％の範囲の量で上乗せ添加（ｓｕｐｅｒ  ａｄｄｉｔｉｏｎ）として組成物中に存在する。別の実施形態において、有機バインダーは、無機粉末バッチ組成物の２．０重量％〜８．０重量％の範囲の量で上乗せ添加として組成物中に存在し得る。可塑化バッチ組成物中への有機バインダーの組み込みにより、可塑化バッチ組成物の容易な押出しが可能になる。
【００６２】
流動性またはペースト様の稠度をバッチ組成物に与えるための液体媒体の１つは水であるが、好適な一時的な有機バインダーに対して溶媒作用を示す他の液体媒体が使用可能であることが理解されるべきである。液体媒体成分の量は、最適な取扱特性およびバッチ組成物中の他の成分との適合性を与えるために様々であり得る。いくつかの実施形態において、液体媒体含有物は、２０重量％〜５０重量％の範囲、他の実施形態において、２０重量％〜３５重量％の範囲の量で上乗せ添加として存在する。バッチ組成物中の液体成分を最小限に抑えることで、乾燥プロセス中の好ましくない乾燥収縮および亀裂の形成をさらに減少させることができる。
【００６３】
液体媒体およびバインダーに加えて、可塑化バッチ組成物は、例えば潤滑剤などの、１種以上の任意の形成助剤または加工助剤を含み得る。例示的な潤滑剤としては、トール油、ステアリン酸ナトリウムまたは他の好適な潤滑剤を挙げることができる。可塑化バッチ混合物中に存在する潤滑剤の量は、約０．５重量％〜約１０重量％であり得る。
【００６４】
バッチ組成物中に含まれる液体媒体、細孔形成剤、バインダー、潤滑剤および任意の他の加工助剤が、無機材料の１００％の重量％を基準にして上乗せ添加としてバッチ組成物に加えられることが理解されるべきである。
【００６５】
無機バッチ成分、細孔形成剤、バインダー、液体媒体、潤滑剤および任意の他の添加剤の組合せが、約５〜２０分間にわたってＬｉｔｔｌｅｆｏｒｄ混合機中で一緒に混合され、混練されて、可塑化バッチ組成物をハニカム物品へと成形することを可能にする所望のプラスチック成形性および生強度を有する可塑化バッチ組成物が生成される。
【００６６】
次に、得られた可塑化コージエライト前駆体バッチ組成物は、例えば、押出しなどの従来のセラミック成形プロセスによって、未焼成体（すなわち、未焼成ハニカム物品）へと成形される。未焼成ハニカム物品が、押出しによって成形される場合、押出しは、水圧ラム押出しプレス（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  ｒａｍ  ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ  ｐｒｅｓｓ）、あるいは、二段階脱気一軸オーガー押出機（ｔｗｏ  ｓｔａｇｅ  ｄｅ−ａｉｒｉｎｇ  ｓｉｎｇｌｅ  ａｕｇｅｒ  ｅｘｔｒｕｄｅｒ）、または吐出端にダイアセンブリが取り付けられた二軸混合機を用いて行うことができる。
【００６７】
可塑化コージエライト前駆体バッチ組成物が、未焼成ハニカム物品へと成形された後、未焼成ハニカム物品は、未焼成ハニカム物品から過剰な液体を除去するために乾燥される。好適な乾燥技術としては、マイクロ波乾燥、熱風乾燥、ＲＦ乾燥またはそれらの様々な組合せが挙げられる。乾燥後、未焼成ハニカム物品は、乾燥炉または炉に入れられ、本明細書に記載されるように、主なコージエライト結晶相を含むセラミックハニカム物品へと未焼成ハニカム物品を転化するのに有効な条件下で焼成される。
【００６８】
未焼成ハニカム体をセラミックハニカム物品へと転化するのに用いられる焼成条件が、例えば、特定の組成、未焼成ハニカム体のサイズ、および使用される装置の性質などのプロセス条件に応じて変わり得ることが理解されるべきである。このために、一態様において、本明細書において規定される最適な焼成条件は、例えば非常に大きいコージエライト構造に合わせて適応される（すなわち、減速される）必要があることがある。
【００６９】
本明細書に記載される特性を有する多孔質セラミックハニカム物品を生成するのに用いられる焼成スケジュールは、１２００℃から１４２０℃以上、あるいは１４２５℃以上の最高保持温度へと急に温度が上昇することがある。急な温度上昇速度は、５０℃／時以上であり得る。一実施形態において、温度上昇速度は、７５℃／時以上である。いくつかの実施形態において、未焼成ハニカム体は、５〜２０時間、最高温度（すなわち、浸漬温度）に保持され得る。他の実施形態において、未焼成ハニカム体は、約１０時間〜約１５時間、浸漬温度に保持され得る。さらに他の実施形態において、未焼成ハニカム体は、約１４２０℃〜約１４３５℃の範囲の浸漬温度で焼成され得る。さらに他の実施形態において、未焼成体は、約１４２５℃〜約１４３５℃の範囲の浸漬温度で焼成され得る。一実施形態において、焼成サイクルには、約１２００℃から５０℃／時以上の急な温度上昇速度および焼成体中にコージエライト結晶相を形成するのに十分な時間にわたる約１４２０℃〜約１４３５℃の範囲の浸漬温度が含まれる。
【００７０】
全焼成時間は、主として、焼成されるハニカム物品のサイズに応じて約４０〜２５０時間の範囲であってもよく、その時間の間に、最高浸漬温度に達し、上述されるように十分な時間にわたって保持される。一実施形態において、焼成スケジュールには、５０℃／時間を超える速度での１２００℃からの温度上昇および１０時間〜約１５時間にわたる約１４２５℃〜１４３５℃の浸漬温度での焼成が含まれる。
【００７１】
ここで、図１０を参照すると、本明細書に記載される特性を有する多孔質セラミックハニカム物品を生成するのに用いられる焼成スケジュールの一実施形態がグラフで示される。この実施形態において、平均焼成速度が、焼成スケジュールの第１の焼成部分１２０において用いられ得る。平均焼成速度は、室温から約１２００℃の間で約２０℃／時間〜約７０℃／時間である。焼成スケジュールの第１の部分１２０には、細孔形成剤燃焼段階１２５が含まれていてもよく、この燃焼段階１２５は、ハニカムの外皮とコアとの間の亀裂および温度差を最小限に抑えるために細孔形成剤燃焼温度の範囲内の温度保持またはわずかな温度上昇であり得る。一実施形態において、燃焼段階１２５の後に、約１２００℃への中間温度上昇１３５が続き得る。焼成スケジュールの上側部分１３０には、１２００℃を超える温度における比較的速い温度上昇速度が含まれる。上側部分１３０におけるこの速い温度上昇は、１４２０℃を超える、あるいは１４２５℃以上の温度、好ましくは１４２０℃〜１４３５℃における保持部分１４０と関連付けることができる。多孔質ハニカムセラミック物品のコージエライト結晶相は、この保持部分１４０の間に形成される。焼成サイクルの上側部分１３０における温度上昇速度は、５０℃／時間以上、７５℃／時間以上、１００℃／時間以上、あるいは１２０℃／時間以上であり得る。本明細書により詳細に説明されるように、約１２００℃を超える温度および比較的高い保持温度（１４２０℃超）の、上側部分１３０におけるより速い温度上昇速度を用いることによって、焼成されたセラミック体の独特の微細構造特性を得ることができる。
【００７２】
特に、本明細書に記載される焼成サイクルは、焼成されたセラミックハニカム物品中に存在する微細な気孔率の相対量を、約４．０マイクロメートル未満に減少させるのに役立つ。この減少の仕組みは、微細な細孔がコージエライト相の初期形成中に成分の粘性流によって満たされるようにコージエライト形成成分の粘性流を促進することによるものと考えられる。急速な温度上昇の後、ハニカムは、５〜２０時間などの好適な時間にわたって浸漬温度に保持されて、コージエライト相が形成される。この後、ハニカム物品は、焼成スケジュールの部分１５０において室温に冷まされる。冷却速度は、亀裂を防ぐのに十分にゆっくりであり、焼成される部分のサイズに応じて決まる。
【００７３】
本明細書に記載されるいくつかの実施形態において、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品には、焼成後に触媒ウォッシュコートが施される。例えば、微粒子触媒ウォッシュコーティング組成物のスラリーが、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品の（内部および外部の両方の）表面に施され得る。例えば、本明細書に記載される実施形態において、触媒ウォッシュコートは、多孔質セラミックハニカム物品を通って方向付けられる排気ガス流中のＮＯｘの還元および／またはＣＯ、炭化水素およびＮＯの酸化に関与する触媒反応を促進する触媒機能を有する。したがって、本明細書に記載される多孔質セラミックハニカム物品は、微粒子フィルタとして働くのに加えて、触媒機能性も示し得るため、４ウェイフィルタ脱ＮＯｘ一体型フィルタ（ＮＩＦ）として用いられ得ることが理解されるべきである。
【００７４】
いくつかの実施形態において、ウォッシュコーティングスラリーの主な微粒子成分はアルミナである。他の実施形態において、主な微粒子成分は、Ｆｅ−ＺＳＭ−５などのゼオライトであり、これは、約７重量％〜約１２重量％の量で水中に組み込まれて、触媒ウォッシュコートスラリーが形成され得る。しかしながら、他の実施形態において、触媒ウォッシュコートは、異なる主な微粒子成分を含んでいてもよいことが理解されるべきである。いくつかの実施形態において、触媒ウォッシュコートは、例として、限定はされないが、白金、パラジウム、ロジウム、または任意の他の触媒材料および／またはそれらの様々な合金などの微粒子触媒をさらに含んでいてもよい。
【００７５】
ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品が、単位容積当たり比較的少ない微小亀裂を含むため（すなわち、微小亀裂パラメータＮｂ３が、約０．０４〜約０．２５であるため）、より多い微小亀裂がある物品の場合のように、ウォッシュコーティング材料が微小亀裂に詰まるのを防ぐために多孔質セラミックハニカム物品に予備の不動態化コーティングを施す必要がない。
【００７６】
ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品にウォッシュコートを施した後、物品は、微小亀裂条件に曝され、微小亀裂条件では、上述されるように、多孔質セラミック物品における単位容積当たりの微小亀裂の数が増加する。一実施形態において、微小亀裂条件は、熱サイクルである。この実施形態において、ＬＭＣ多孔質セラミック物品は、ピーク温度まで加熱されてから、急冷される。加熱および急冷により、ＬＭＣ多孔質セラミック物品に、膨張と収縮が生じ、それによって、多孔質セラミック物品中で核形成されて成長する微小亀裂が生じる。いくつかの実施形態において、熱サイクルのピーク温度は、約４００℃以上あるいは約６００℃以上である。一般に、熱サイクルのピーク温度は、約４００℃〜約８００℃の範囲である。ピーク温度まで加熱した後、多孔質セラミックハニカム物品は、少なくとも２００℃／時の速度で急冷され、その時間の間に、微小亀裂が、多孔質セラミックハニカム物品の容積全体にわたって形成される。ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品を熱サイクルにかけることによって、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品は、微小亀裂のある（ＭＣ）多孔質セラミックハニカム物品になる。
【００７７】
別の実施形態において、微小亀裂条件は、酸洗浄である。この実施形態において、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品は、酸溶液に浸漬され、これにより、ハニカム物品全体に微小亀裂の核形成および成長が引き起こされる。例えば、いくつかの実施形態において、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品は、６未満あるいは５未満のｐＨを有する溶液に浸漬されて、ハニカム物品にさらなる微小亀裂を生じさせ得る。ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品を酸性溶液に曝露することによって、ＬＭＣ多孔質セラミックハニカム物品は、微小亀裂のある（ＭＣ）多孔質セラミックハニカム物品になる。
【実施例】
【００７８】
以下の実施例は、上記の多孔質セラミックハニカム物品の特定の実施形態を例示するために提供される。以下の実施例は、あくまでも説明のためのものであり、権利請求される主題の範囲を限定することが意図されていないことが理解されるべきである。
【００７９】
表２は、比較例Ａの組成物を列挙している。表３は、本発明の実施例１〜３の組成物を列挙している。表２に示されるように、比較例Ａは、複数の細孔形成剤（黒鉛およびジャガイモでんぷん）を含み、その両方とも、３０マイクロメートルを超える中央粒径を有する。さらに、無機成分の中央粒径（ｄＩＰ５０）は、１５マイクロメートルを超える。
【００８０】
本発明の実施例２〜３を、１５マイクロメートルの中央粒径を有する単一の有機細孔形成剤（コーンスターチ）を用いて形成した。本発明の実施例１および２の無機成分の組成は同一であった。ただし、本発明の実施例１が、３０重量％の細孔形成剤を含有していた一方、本発明の実施例２は、５０重量％の同じ細孔形成剤を含有していた。本発明の実施例３に使用されるアルミナ源は、本発明の実施例１および２に使用されるアルミナ形成源より大きい中央粒径を有していた。無機成分の中央粒径（ｄＩＰ５０）は、１５マイクロメートル未満であった。特に、本発明の実施例１〜３は、それぞれ６．３マイクロメートル、６．３マイクロメートルおよび７．１マイクロメートルの中央粒径を有していた。
【表２】
0006324472.tif 000004
【表３】
0006324472.tif 000005
【００８１】
表４は、比較例Ａおよび本発明の実施例１〜３についての細孔構造を列挙している。表４に示されるように、比較例Ａは、本発明の実施例１〜３より高い気孔率を有していた。さらに、比較例Ａは、より大きい中央細孔径ｄ５０ならびにより大きいｄ因子ｄｆおよび絶対幅ｄＡｂｓＢも示した。本発明の実施例および比較例についてのセル幾何学形状も、表４に列挙されている。比細孔容積を、列挙されるセル幾何学形状についての各試料の開口面積率および気孔率から計算した。様々な幾何学形状についての開口面積率も列挙されている。列挙される組成で調製した本発明の実施例についての非被覆表面気孔率は、３５％以上であると予測された。列挙される組成で調製した本発明の実施例はまた、５０％以上の非被覆初期ろ過効率を有すると予測された。
【表４】
0006324472.tif 000006
【００８２】
本発明の実施例および比較例の単回施し触媒ウォッシュコート負荷を比較した。本発明の実施例および比較例の試料を、表２および３に記載される組成物を用いて調製した。試料は、２インチ（５．０８ｃｍ）の直径および６インチ（１５．２４ｃｍ）の軸長さを有する円筒形であった。本発明の実施例１および２が、それぞれ３００／８および３００／９のセル幾何学形状を有するように構成されていた一方、比較例Ａは、３００／１４のセル幾何学形状を有するように構成されていた。「水の落下」プロセスを用いて水中の１２重量％のＦｅ−ＺＳＭ−５ゼオライトからなる触媒スラリーの単一コーティングを各試料に施した。試験の結果が、表５に示される。
【表５】
0006324472.tif 000007
【００８３】
表５に示されるように、本発明の実施例２が、６３ｇ／Ｌの単回施し触媒ウォッシュコート負荷を示した一方、本発明の実施例３は、５０ｇ／Ｌの単回施し触媒ウォッシュコート負荷を示した。しかしながら、より大きい気孔率、中央細孔径およびより高い比細孔容積ＶＰを有するにもかかわらず、比較例Ａは、４３ｇ／Ｌの単回施し触媒ウォッシュコート負荷を示したに過ぎなかった。これらの結果は、本発明の実施例が、比較例と比較して薄い壁厚（１４ミル（０．３５６ｍｍ）と比較して８および９ミル（０．２０３および０．２２９ｍｍ））および対応するより小さい比細孔容積（比較例のコーティング容積の約５８％）を有していた一方、本発明の実施例は、単回施し工程によって単位容積当たり比較例より多い触媒ウォッシュコートを施すことができることを意外にも実証している。
【００８４】
ここで、図１１を参照すると、煤負荷の関数としての圧力降下（ｙ軸）のプロットが、本発明の実施例２および比較例ＡおよびＢについてグラフで示される。本発明の実施例２の多孔質セラミック物品は、３００／９のセル幾何学形状（すなわち、３００ｃｐｓｉ（４６セル／ｃｍ２）および９ミル（０．２２９ｍｍ）の壁厚）、１１．７マイクロメートルの中央細孔径、ウォッシュコーティングの前の６２％の気孔率、および０．２５のｄ因子ｄｆを有していた。本発明の実施例２の多孔質セラミック物品に、水中の１２重量％のＦｅ−ＺＳＭ−５を含有する約１０１ｇ／Ｌの触媒ウォッシュコートを施した。比較例Ａは、３００／１４のセル幾何学形状、２３マイクロメートルの中央細孔径、６５％の気孔率および０．３９のｄ因子ｄｆを有していた。比較例Ａの多孔質セラミック物品に、水中の１２重量％のＦｅ−ＺＳＭ−５を含有する約１０６ｇ／Ｌの触媒ウォッシュコートを施した。比較例Ｂは、３００／１５のセル幾何学形状、１８マイクロメートルの中央細孔径、６５％の気孔率および０．４８のｄ因子ｄｆを有していた。比較例Ｂの多孔質セラミック物品に、水中の１２重量％のＦｅ−ＺＳＭ−５を含有する約８９ｇ／Ｌの触媒ウォッシュコートを施した。各試料は、長さが６インチ（１５．２４ｃｍ）であり、直径が２インチ（５．０８ｃｍ）であった。曲線が、２６．２５立方フィート（０．７４ｍ３）／分の流量で得られた。表６は、クリーンな背圧（すなわち、煤負荷がない場合の背圧）、および５ｇ／Ｌの煤が負荷された背圧（すなわち、多孔質セラミック物品に多孔質セラミックハニカムのリットル当たり５ｇの煤が負荷された場合の背圧）についての圧力値（単位ｋＰａ）を含む。Ｐｒｉｎｔｅｘ  Ｕを、煤として使用し、一定の流量で各試料中に負荷した。
【表６】
0006324472.tif 000008
【００８５】
表６に示されるように、本発明の実施例２は、より低い気孔率、より小さい比細孔容積ＶＰおよびより小さい中央細孔径を有するにもかかわらず、より高い触媒ウォッシュコート負荷で比較例ＡおよびＢより低い５ｇ／Ｌの煤が負荷された背圧降下を示した。
【００８６】
図１２を参照すると、触媒ウォッシュコート負荷の量の関数としての５ｇ／Ｌの煤が負荷された圧力降下のプロットがグラフで示される。結果が、２００／１２および３００／８の幾何学形状を有する本発明の実施例２の組成物から生成された試料について示される。結果が、２００／１５の幾何学形状および３００／１３の幾何学形状を有する比較例Ａの組成物から生成された試料についても示される。図１２に示されるように、本発明の実施例２は、最大で約１２０ｇ／Ｌの触媒ウォッシュコート負荷でより低い圧力降下を示した。図１２は、より小さい細孔径およびより狭い細孔径分布を有するにもかかわらず、３００／８の幾何学形状を有する本発明の実施例２についてより低い煤負荷圧力降下を示す。さらに、図１２は、３００／８の幾何学形状を有する本発明の実施例２の薄壁フィルタが、２００／１２の幾何学形状を有する以外は同じ組成を有するフィルタよりさらに低い圧力降下を示すことを示し、これは、ろ過効率を低下させずに小さい細孔径分布を有する薄壁フィルタを構成することが可能であることを示す。
【００８７】
権利請求される主題の趣旨および範囲から逸脱せずに、本明細書に記載される実施形態に様々な変更および変形を行うことができることが、当業者に明らかであろう。したがって、このような変更および変形が、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内に含まれる限り、本明細書が、本明細書に記載される様々な実施形態の変更および変形を包含することが意図される。
【図１】
0006324472.tif 000009
【図２】
0006324472.tif 000010
【図３】
0006324472.tif 000011
【図４】
0006324472.tif 000012
【図５】
0006324472.tif 000013
【図６】
0006324472.tif 000014
【図７】
0006324472.tif 000015
【図８】
0006324472.tif 000016
【図９】
0006324472.tif 000017
【図１０】
0006324472.tif 000018
【図１１】
0006324472.tif 000019
【図１２】
0006324472.tif 000020
【図１３】
0006324472.tif 000021