(57)【要約】【解決手段】高多孔質基材の製造方法を提供する。さらに詳しくは、本発明により、有機、無機、ガラス、セラミック、ポリマーまたは金属繊維などの繊維を、結合剤および添加剤と混合して押出し、多孔質基材を形成することが可能となる。押出可能混合物の形成に使用される構成成分の選択次第で、本発明では約60％から約90％の基材空隙率が可能となり、他の空隙率においてもプロセス上の利点を可能とする。押出可能混合物は、多種多様な繊維および添加物を使用してもよく、多様な運用環境および用途に適用できる。例えば、ろ過等、および触媒コンバータなど触媒プロセスのホストとして等さまざまな用途で多孔質基材の改善された強度および性能を提供する、押出基材の重複した繊維間に無機結合を形成する添加物を選択することができる。【選択図】図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
重複したセラミック繊維、及び、その重複したセラミック繊維間に形成された無機結合を備える多孔質セラミック基材であって、
当該基材は、以下の押出プロセス、即ち、
押出可能混合物を形成するために、無機結合剤を含む添加剤および流動体とセラミック材料繊維を混合し、
押出可能混合物を未焼成基材として押出し、
未焼成基材を硬化して多孔質基材とする、
という押出プロセスによって製造されることを特徴とする多孔質セラミック基材。
【請求項２】
前記無機結合が、ガラス、非晶質、または結晶からなる請求項1に記載の多孔質セラミック基材。
【請求項３】
硬化された多孔質セラミック基材が基本的に、セラミック繊維および無機結合から成る請求項1に記載の多孔質セラミック基材。
【請求項４】
硬化された多孔質セラミック基材が、重量で約60〜約95％のセラミック繊維を備える請求項1に記載の多孔質セラミック基材。
【請求項５】
硬化された多孔質セラミック基材が、重量で約40％までの無機結合材料を備える請求項1に記載の多孔質セラミック基材。
【請求項６】
硬化された多孔質セラミック基材が、重量で約75％のセラミック繊維および約25％の無機結合材料を備える請求項1に記載の多孔質セラミック基材。
【請求項７】
硬化された多孔質セラミック基材が基本的に、結合セラミック繊維の開放細孔網から成る請求項1に記載の多孔質セラミック基材。
【請求項８】
一部の無機結合が、互いに接触している重複セラミック繊維間で形成されている請求項1に記載の多孔質セラミック基材。
【請求項９】
一部の無機結合が、接触していない重複セラミック繊維間で形成されている請求項1に記載の多孔質セラミック基材。
【請求項１０】
前記硬化工程が、無機結合を形成するために無機結合剤を使用するものである請求項1に記載の多孔質セラミック基材。
【請求項１１】
前記押出プロセスがさらに、押出可能混合物を未焼成ハニカム基材として押出すことを備える請求項1に記載の多孔質セラミック基材。
【請求項１２】
前記無機結合剤がコロイド状シリカから成る請求項1に記載の多孔質セラミック基材。
【請求項１３】
前記無機結合剤が、アルミノケイ酸ガラス、コロイド状アルミナ、またはコロイド状二酸化ジルコニウムからなる請求項1に記載の多孔質セラミック基材。
【請求項１４】
約60％から約90％の範囲の空隙率を持ち、結合された無機繊維で形成される構造を有する多孔質基材であって、当該基材は、以下の押出プロセス、即ち、
押出可能混合物を形成するために、無機結合剤を含む添加剤および流動体と無機繊維とを混合し、
押出可能混合物を未焼成基材として押出し、
前記無機結合剤を使用して無機繊維間に結合を形成する、
という押出プロセスによって製造されることを特徴とする多孔質基材。
【請求項１５】
前記無機繊維が実質上1種類の繊維材料である請求項14に記載の多孔質基材。
【請求項１６】
前記無機繊維が複数材料の繊維から成る請求項14に記載の多孔質基材。
【請求項１７】
前記結合が、焼結により、又は、ガラス、ガラスセラミック、もしくはセラミック結合の生成によって形成される請求項14に記載の多孔質基材。
【請求項１８】
前記無機繊維が図6の表1から選択される請求項14に記載の多孔質基材。
【請求項１９】
前記無機繊維がムライト繊維である請求項14に記載の多孔質基材。
【請求項２０】
前記無機結合剤がコロイドゾルから成る請求項14に記載の多孔質基材。
【請求項２１】
前記無機結合剤がテトラエトキシシランから成る請求項14に記載の多孔質基材。
【請求項２２】
前記無機結合剤がコロイド状シリカから成る請求項14に記載の多孔質基材。
【請求項２３】
前記結合の一部が、互いに接触している重複無機繊維間で形成されている請求項14に記載の多孔質基材。
【請求項２４】
前記結合の一部が、接触していない重複無機繊維間で形成されている請求項14に記載の多孔質基材。
【請求項２５】
前記無機繊維が、金属繊維、金属合金またはセラミック繊維である請求項14に記載の多孔質基材。
【請求項２６】
前記押出可能混合物がさらに有機繊維を備える請求項14に記載の多孔質基材。
【請求項２７】
基本的に無機的に結合したセラミック繊維から成る押出ハニカム基材。
【請求項２８】
前記無機結合が、重複したセラミック繊維間の結晶、非晶質またはガラス結合である請求項27に記載の押出ハニカム基材。
【請求項２９】
ハニカム形態に並行な出入口経路を更に含む請求項27に記載の多孔質の押出ハニカム基材。
【請求項３０】
ガラス結合ムライト繊維を備えた押出ハニカム基材。
【請求項３１】
フィルタ製品であって、
無機的に結合した繊維を有する押出基材と、
前記基材を保持する筐体と、
流動体を受け入れる入口と、
ろ過済み流動体を提供する出口と、を備えるフィルタ製品。
【請求項３２】
流動体が排出ガスまたは液体である請求項31に記載のフィルタ製品。
【請求項３３】
前記フィルタ製品が、車両空気フィルタ、車両排気フィルタ、または車両車内フィルタである請求項31に記載のフィルタ製品。
【請求項３４】
前記押出基材上に配置された触媒を更に備える請求項31に記載のフィルタ製品。
【請求項３５】
触媒コンバータ製品であって、
無機的に結合した繊維を有する押出基材と、
前記押出基材上に配置された触媒と、
前記基材を保持する筐体と、
流動体を受け入れる入口と、
ろ過済み流動体を提供する出口と、を備える触媒コンバータ製品。
【請求項３６】
流動体が排出ガスまたは液体である請求項35に記載の触媒コンバータ製品。
【請求項３７】
前記フィルタ製品が、車両空気フィルタ、車両排気フィルタ、または車両車内フィルタである請求項35に記載の触媒コンバータ製品。
【請求項３８】
前記押出基材上に配置された触媒を更に備える請求項35に記載の触媒コンバータ製品。
【請求項３９】
多孔質基材を製造する方法であって、
セラミック材料繊維、有機結合剤、無機結合剤、細孔形成剤および流動体を混合して均一な塊とし、
当該均一塊を未焼成基材として押出し、
セラミック繊維間に無機結合を形成する、ことを特徴とする多孔質基材の製造方法。
【請求項４０】
前記無機結合剤が無機結合の前駆材料である請求項39に記載の方法。
【請求項４１】
前記無機結合剤がコロイド形態である請求項39に記載の方法。
【請求項４２】
前記無機結合剤が蒸気形態または溶融形態である請求項39に記載の方法。
【請求項４３】
前記無機結合剤が無機結合の前駆材料であるシリカを含む請求項39に記載の方法。
【請求項４４】
前記均一塊が重量で約10％から30％のセラミック材料繊維を有する請求項39に記載の方法。
【請求項４５】
前記均一塊が重量で約5％から約60％の細孔形成剤を有する請求項39に記載の方法。
【請求項４６】
前記均一塊が重量で約5％から約20％の有機結合剤を有する請求項39に記載の方法。
【請求項４７】
前記均一塊が重量で約5％から約30％の無機結合剤を有する請求項39に記載の方法。
【請求項４８】
前記均一塊が重量で約10％から約30％の流動体を有する請求項39に記載の方法。
【請求項４９】
前記均一塊が、重量％で以下のものを有する請求項39に記載の方法：
約10％から約60％のセラミック材料繊維、
約60％までの細孔形成剤、
約20％までの有機結合剤、
約30％までの無機結合剤、及び、
約10％から約40％の流動体。
【請求項５０】
前記均一塊が、重量％で以下のものを有する請求項39に記載の方法：
約10％から約60％のムライト繊維、
約5％から約60％の図6の表3から選択される細孔形成剤、
約5％から約20％の有機結合剤、
約5％から約30％のコロイド状シリカ、及び、
約10％から約40％の水。
【請求項５１】
前記無機結合の一部が、互いに接触している重複セラミック繊維間で形成されている請求項39に記載の方法。
【請求項５２】
前記無機結合の一部が、接触していない重複セラミック繊維間で形成されている請求項39に記載の方法。
【請求項５３】
一部の重複繊維が結合していない請求項39に記載の方法。
【請求項５４】
前記形成する工程が、未焼成基材を焼結することを備える請求項39に記載の方法。
【請求項５５】
前記焼結する工程が、重複セラミック繊維間の結合を生成して多孔質基材の構造を形成することを備える請求項54に記載の方法。
【請求項５６】
前記無機結合が、ガラス、ガラスセラミック、非晶質、またはセラミック結合からなる請求項54に記載の方法。
【請求項５７】
前記無機結合が、繊維へのメニスカス付着を含む請求項54に記載の方法。
【請求項５８】
前記流動体、細孔形成剤および有機結合剤のほぼ全てを焼却除去する工程を更に含む請求項39に記載の方法。
【請求項５９】
前記セラミック繊維が、開放細孔網を生成する結合を形成する請求項39に記載の方法。
【請求項６０】
多孔質基材を製造する方法であって、
図６の表１から繊維を選択し、
図６の表２から無機結合剤を選択し、
図６の表４から流動体を選択し、
前記繊維、無機結合剤および流動体を混合して均一な塊にし、
均一塊を押出可能にするために均一塊のレオロジーを調整し、
均一塊を押出して未焼成基材とし、
繊維間に無機結合を形成する、ことを特徴とする多孔質基材の製造方法。
【請求項６１】
細孔形成剤、強化剤、乳白剤、押出補助剤、分散剤、pH調整剤、有機結合剤、粘土、ウォッシュコート材料、および触媒からなる群から選択される添加物を選択する工程、並びに、
前記添加物を均一な塊に混合する工程、を更に備える請求項60に記載の方法。
【請求項６２】
前記押出工程が、ハニカム基材を押出すことを更に備える請求項60に記載の方法。
【請求項６３】
未焼成基材を、少なくとも１つの経路を有する多孔質ブロックに硬化する方法であって、
未焼成基材から流動体を除去すること、
有機材料を焼却除去すること、及び、
無機結合を形成して重複した繊維を連結することを備えており、
前記少なくとも1つの経路が多孔質ブロックに入口を提供する、ことを特徴とする硬化方法。
【請求項６４】
前記無機結合が、ガラス、ガラスセラミック、非晶質、またはセラミック結合からなる請求項63に記載の硬化方法。
【請求項６５】
前記無機結合を形成するために無機材料を流動させる工程を更に含む請求項63に記載の硬化方法。
【請求項６６】
重複した繊維間に無機材料を配置する工程を更に含む請求項63に記載の硬化方法。
【請求項６７】
重複した繊維の周辺に無機材料を配置する工程を更に含む請求項63に記載の硬化方法。
【請求項６８】
前記繊維を連結することが、無機メニスカスを形成することを含む請求項63に記載の硬化方法。
【請求項６９】
未焼成基材を、１つの経路を有する多孔質ブロックに硬化する方法であって、
未焼成基材から流動体を除去すること、
有機材料を焼却除去すること、
無機結合を形成して重複した繊維を連結すること、及び、
前記形成工程の間、経路の構造的完全性を維持すること、を備えてなる硬化方法。
【請求項７０】
前記無機結合が、ガラス、ガラスセラミック、非晶質、またはセラミック結合からなる請求項69に記載の硬化方法。
【請求項７１】
前記無機結合を形成するために無機材料を流動させる工程を更に含む請求項69に記載の硬化方法。
【請求項７２】
重複した繊維間に無機材料を配置する工程を更に含む請求項69に記載の硬化方法。
【請求項７３】
重複した繊維の周辺に無機材料を配置する工程を更に含む請求項69に記載の硬化方法。
【請求項７４】
前記繊維を連結することが、無機メニスカスを形成することを含む請求項69に記載の硬化方法。
【請求項７５】
多孔質基材を製造する方法であって、
セラミック材料繊維、有機結合剤、無機結合剤および流動体を混合して均一な塊とし、
当該均一塊を未焼成基材として押出し、
前記セラミック繊維間に無機結合を形成する、ことを特徴とする多孔質基材の製造方法。
【請求項７６】
前記無機結合剤が無機結合の前駆材料である請求項75に記載の方法。
【請求項７７】
前記無機結合剤がコロイド形態である請求項75に記載の方法。
【請求項７８】
前記無機結合剤が蒸気形態または溶融形態である請求項75に記載の方法。
【請求項７９】
前記無機結合剤が、前記無機結合の前駆材料であるシリカを含む請求項75に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は一般的には多孔質基材を押し出す押出プロセスに関するものであり、一つの特定の実装においては多孔質セラミック基材を押し出す押出プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
さまざまな工程（プロセス）を促進し支援するために、多くの工程（プロセス）では硬質基材を必要とする。例えば、基材は粒子状物質をろ過、異なる物質を分別、または空気から細菌または病原菌を除去するためのろ過用途に使用される。これらの基材は空気、排気ガスまたは液体中で使用するために構成される場合があり、また著しい環境的ストレスまたは化学的ストレスに耐えるように作られる場合もある。他の例では、化学反応を促進するために触媒素材を基材に蒸着させる。例えば、貴金属を適切な基材に蒸着させ、その後その基材は危険な排出ガスを有害性の少ないガスに触媒的に変換するように作動する場合がある。一般にこれらの硬質基材は、空隙率がより高い場合により効率的に働く。
【０００３】
空隙率は一般的に、空隙が占める、固体材料の全容積のパーセントを示す当該材料の特性として定義される。例えば、空隙率50％の基材は、その基材の容量の半分が空隙で占められる。このように、空隙率のより高い基材は、空隙率のより低い基材よりも容積あたりの質量が小さい。一部の用途では低質量基材により利益が得られる。例えば、基材が触媒工程を支援するのに使用され、当該触媒工程が高温で作用する場合、熱質量の低い基材はその動作温度までより速く加熱される。このように、触媒がその動作温度まで加熱される時間（即ち、点火時間）は、多孔性が高く熱質量の低い基材を使用することにより短縮される。
【０００４】
透過性も、特にろ過基材および触媒基材では重要な基材特性である。透過性は空隙率と関連しており、液体やガスなどの流動体がいかに容易に基材の中を流れるかの尺度である。大部分の用途では高透過性基材で利益が得られる。例えば、内燃エンジンは後処理フィルタのエンジンへの背圧が低い時により効率的に作動する。より高透過性の基材を使用することにより背圧は低くなる。透過性は空隙率よりも測定が困難なため、基材の透過性の代替目安としてしばしば空隙率が用いられる。しかし、細孔が一般に開いておらず相互連結している場合、基材が非常に多孔性であるにもかかわらず限られた透過性しか持たないことがあるため、これは特に正確な特性ではない。例えば、発泡スチロール製飲料カップは高多孔性の発泡材料で作られているが、液体の流れに対しては透過性はない。したがって、空隙率および透過性の重要性を考慮すると、基材の細孔構造もまた調査する必要がある。発泡スチロールカップの例では、発泡スチロール材料は閉鎖細孔網を有する。これは発泡スチロールが多くの非連結および／または閉端細孔を含むことを意味する。この場合、発泡スチロール内には多くの間隙および空隙があるが、細孔が連結していないため、流体またはガスは発泡スチロールの一側面から他側面へ流れることはできない。より多くの経路が相互連結し始めるにつれ、流動体流路が一側面から他側面へ形成され始める。このような場合、材料はより開いた細孔網を有すると言われている。材料により多くの連結経路が形成されるほど、その物質の透過性は高くなる。各細孔が少なくとも一つの他経路に連結しており、材料の形成された壁の全層を通して流動体が流れることを全細孔が可能にする場合、基材は完全に開いた細孔網を有すると定義される。セルと細孔の相違に注意することが重要である。セルはハニカム基材を貫通する（一般的に相互に並行であるがそうである必要はない）経路をさす。しばしば、ハニカム基材は平方インチあたりいくつのセルを有するかに照らして言及される。例えば、1平方インチあたり200のセルを持つ基材は、基材の主軸に沿って200の経路を有する。一方、細孔は2つの並行経路またはセルを分離する壁を構成する材料中など、材料自体の内部の間隙をさす。完全にまたはほぼ開いた細孔網基材は、ろ過または触媒業界では知られていない。むしろ、最も多孔性の高い市販押出基材であっても、開放細孔と閉鎖細孔空隙率の混成物である。
【０００５】
それ故に、多くの用途において、基材が高空隙率を持ち、類似の高透過性が可能となる内部細孔構造で形成されることが非常に望ましい。また、特定用途について構造的および環境的要件を支持するために、基材は十分に硬い構造で形成される必要がある。例えば、内燃エンジンに付属されるフィルタまたは触媒コンバータは、起こりうる環境的衝撃、温度要件、製造ストレスおよび使用ストレスに耐えることができなければならない。さらに、広範な使用を可能にするため、基材は十分に低いコストで製造される必要がある。例えば、車による世界的汚染レベルに影響を与えるためには、ろ過基材は先進国および開発途上国において購入可能な価格であり、かつ使用可能でなければならない。それ故、フィルタおよび触媒コンバータ基材の総合コスト構造は、基材のデザインおよび選択過程において重要な検討事項である。
【０００６】
等断面の硬質基材を製造するためには、押出は効率的で費用効率の高い工程であることが実証されている。さらに詳しくは、セラミック粉末材料の押出は、内燃エンジン用フィルタおよび触媒基材の製造過程で広く使用されている。長年にわたり、粉末セラミックの押出工程は進歩し、今や60％に近い空隙率を持つ基材を押出すことができる。これらの押出多孔質基材は、これまで良好な強度性能を有しており、柔軟に製造でき、大量に製造可能で、高品質レベルを維持し、非常に費用効率が高い。しかし、粉末セラミック材料の押出は空隙率の実際的上限に達しており、空隙率をさらに高めた場合、強度が許容範囲以下となる可能性が高い。例えば、空隙率が60％を超えると、ディーゼル微粒子除去装置の過酷な環境における使用には、押出されたセラミック粉末基材の強度が十分であるとは実証されていない。既知の押出工程のもう一つの制限は、触媒変換の効率を高めるために基材の表面積を増加させることが望まれてきたことである。表面積を増加させるために、押出セラミック粉末基材のセル密度を増大させることが試みられてきたが、セル密度を増加させた場合エンジンへの背圧が許容範囲を超える結果となっている。このように、押出セラミック粉末基材は非常に高い空隙率においては十分な強度を持たず、また表面積を増加させることが必要な場合、許容できない背圧を生じる。結果として、セラミック粉末の押出は、実際的使用限度に達していると思われる。
【０００７】
より高い空隙率を得るために、フィルタ供給業者はプリーツセラミック紙へ移行することを試みてきた。かかるプリーツセラミック紙の使用により、非常に低い背圧で約80％の空隙率が可能である。かかる低背圧において、これらのフィルタは鉱業など極度に低い背圧を必要とする用途で使用されている。しかし、プリーツセラミック紙フィルタの使用は散発的であり、広範には利用されていない。例えば、プリーツセラミック紙は過酷な環境においては事実上使用されていない。プリーツセラミック紙の製造には、比較的弱いセラミック紙構造を形成する紙製造工程の使用が必要であり、押出フィルタと比較して費用効率が高いとは思われない。高価な化学蒸着型工程を使用し、セラミック繊維がSiCなどの硬い被覆で覆われている場合であっても、プリーツ紙のはめ込みまたはほぐれが当該分野では見られる。さらに、プリーツセラミック紙の形成では、セル形状と密度においてほんのわずかの柔軟性しか得られない。例えば、いくつかのろ過用途で望ましい可能性のある、大きな注入経路と小さな出口経路を持つプリーツ紙フィルタを作るのは困難である。よって、プリーツセラミック紙の使用は、より空隙率の高いフィルタおよび触媒基材の要件を満たしていない。
【０００８】
空隙率を高めプリーツ紙の欠点を回避するためのもう一例として、セラミック前駆体で塊を形成し、注意深く当該塊を処理してひげ単結晶を多孔質型に成長させることにより、基材を構築した例がある。しかし、これらの結晶をin-situで成長させるには、硬化工程の慎重かつ正確な制御が必要であるため、規模の縮小・拡大が困難で、比較的高価となり、欠陥が起こりやすくなる。さらに、この困難な工程でも、空隙率をほんの数パーセント上げることしかできない。最後に、当該工程は基材の適用性を制限するムライト型ひげ結晶のみを生成する。例えば、ムライトの熱膨張係数は大きいことが知られており、これによりムライトひげ結晶は、広い動作温度幅および急激な温度推移が必要な多くの用途において不向きとなる。
【０００９】
故に、本業界は、高空隙率および関連した高透過性を有する硬質基材を必要としている。好ましくは、本基材は非常に望ましい開放セル網として形成され、製造の費用効率が高く、柔軟性のある物理特性、化学特性、反応特性を有する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
簡潔に述べると、本発明は、押出システムを使用した高多孔質基材を提供する。さらに詳しくは、本発明により高多孔質基材の製造が可能となる。特定の混合物により、本発明では約60％から約90％の空隙率が可能となり、他の空隙率においても優位性を得ることが可能である。押出システムでは様々な繊維および添加物の使用が可能となり、様々な運用環境および用途に適用できる。アスペクト比が１を超える繊維が基材要件に従って選択され、一般的には結合剤、細孔形成剤、押出補助剤、流動体を混合して均一な押出可能塊を形成する。均一塊は押し出されて未焼成基材となる。揮発性の高い材料は未焼成基材から選択的に除去され、繊維が相互連結網を形成する。硬化過程の継続により、無機結合が繊維間に形成され、十分に開放した細孔網を持つ構造が作られる。この結果得られる多孔質基材は、例えば、フィルタまたは触媒母体、または触媒コンバータの基材として、多くの用途において有益である。
【００１１】
さらに詳細な例では、セラミック繊維はアスペクト比分布の約3から約1000の間で選択されるが、さらに典型的には約3から約500の範囲となる。アスペクト比は繊維の長さを繊維の直径で割った比である。セラミック繊維は有機結合剤（重量0〜20％）、無機結合剤（重量0〜30％）、細孔形成材（重量0〜60％）および流動体（重量10〜40％）と混合され、均一塊となる。せん断混合および混練工程を用いて、当該塊においてさらに完全に繊維を均一化させる。セラミック材料は当該塊の体積で約8％から約60％であってよく、この結果、基材は約92％から約60％の間の空隙率を有する。均一塊は押し出されて未焼成基材となる。接合材料が未焼成基材から除去され、繊維が重複・接触する。硬化過程の継続により、無機結合が繊維間に形成され、硬質開放セル網が作られる。この説明で用いられたように、「硬化」は以下2つの重要な処理ステップを含むよう定義される。1）結合剤の除去、および2）結合形成である。結合剤の除去工程では遊離水が除去され、ほとんどの添加物が除去される結果、繊維同士の接触が可能となる。この結果得られる多孔質基材は、例えば、フィルタまたは触媒コンバータの基材として、多くの用途において有益である。
【００１２】
別の具体的な例では、多孔質基材は細孔形成剤を使用せずに製造することができる。この場合、セラミック材料は当該塊の体積で約40％から約60％以上であってよく、この結果、基材は約60％から約40％の空隙率を有する。細孔形成剤を使用しないため、押出工程が簡略化され、費用効率が高くなる。また、この結果得られる構造は非常に望ましい十分に開放した細孔網となる。
【００１３】
有利には、本公開繊維押出システムは高空隙率を持ち、関連する高透過性を可能にする開放細孔網を有し、さらに用途に応じて十分な強度を持つ基材を製造する。本繊維押出システムはまた、結果得られるフィルタおよび触媒コンバータの広範使用を可能にするために十分な費用効率を持つ基材を製造する。当該押出システムは、大量生産用に拡大縮小が容易で、柔軟性のある化学的性質と構造で数多くの用途に対応することが可能である。本発明は、押出可能混合物における繊維材料の先駆的な使用を示すものである。この繊維押出可能混合物により、拡大縮小可能な生産において費用効率の高い方法で、非常に空隙率の高い基材の押出が可能となる。反復可能で堅固な押出工程において繊維の使用を可能にすることにより、本発明では、世界中で広く使用されるフィルタおよび触媒基材の大量生産が可能となる。
【００１４】
本発明のこれらおよび他の特徴を、以下の説明により明らかにするが、これらは添付の請求項で特に示す手段および組み合わせにより実施することができる。
【００１５】
図の簡略説明
図はこの明細書の一部を成し、さまざまな形で具体化される可能性のある本発明の例示的実施形態を含む。一部の例では本発明の理解を容易にするため、本発明のさまざまな態様が誇張または拡大して示される場合があることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は本発明による多孔質基材を押出すシステムのブロック図である。
【図２】図２は本発明による繊維押出可能混合物の説明図である。
【図３】図３Ａおよび図３Ｂは本発明による開放セル網の説明図である。
【図４】図４は本発明による開放セル網、および従来技術の閉鎖セル網の電子顕微鏡写真である。
【図５】図５は本発明による多孔質基材を使用したフィルタブロックの説明図である。
【図６】図６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ及び６Ｅは、本発明に有用な繊維、結合剤、細孔形成剤、流動体、レオロジーの一覧表である。
【図７】図７は本発明による多孔質基材を押出すシステムのブロック図である。
【図８】図８は本発明による多孔質基材を硬化するシステムのブロック図である。
【図９】図９は本発明による多孔質基材製造方法の例示的実施形態のブロック図である。
【図１０】図１０は本発明による多孔質基材製造方法の第一代替実施形態のブロック図である。
【図１１】図１１は本発明による多孔質基材製造方法の第二代替実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
詳細な説明
本発明の例に関する詳細説明をここに示す。ただし、本発明はさまざまな形で例示される場合があることを理解すべきである。そのため、ここに開示する特定の詳細は制限として解釈されるべきではなく、むしろ実質的にすべての詳述したシステム、構造または様式において本発明を使用する方法を、当業者者に教えるための代表的基本として捉えられるべきである。
【００１８】
図1を参照して、多孔質基材の押出システムを示す。一般的に、システム10は押出工程を使用して、高多孔質基材最終製品に硬化できる未焼成基材を押し出す。システム10は、高空隙率を持ち、関連する高透過性を可能にする開放細孔網を有し、さらに用途に応じて十分な強度を持つ基材を有利に製造する。システム10はまた、結果得られるフィルタおよび触媒コンバータの広範使用を可能にするために十分な費用効率を持つ基材を製造する。システム10は、大量生産用に拡大縮小が容易で、柔軟性のある化学的性質と構造で数多くの用途に対応することが可能である。
【００１９】
システム10は高度に柔軟性のある押出工程を可能にするため、広範囲の特定用途に対応できる。システム10の使用において、基材設計者はまず基材の要件を確立する。例えば、これらの要件はサイズ、流動体透過性、目的空隙率、細孔サイズ、機械的強度および衝撃特性、温度安定性、化学反応制限を含む場合がある。これらおよび他の要件に従って、設計者は押出可能混合物を形成するために使用する材料を選択する。システム10では、押出基材の形成において繊維12の使用ができることは重要である。これらの繊維は、例えば、セラミック繊維、有機繊維、無機繊維、高分子繊維、酸化物繊維、ガラス繊維、非晶質繊維、結晶繊維、単結晶繊維、他結晶繊維、非酸化物繊維、炭化物繊維、金属繊維、他の無機繊維構造、またはこれらの組み合わせであってもよい。ただし、説明を簡単にするために、セラミック繊維の使用について説明するが、当然のことながら他の繊維を使用してもよい。また、当該基材はしばしばろ過基材または触媒基材として表されるが、他の使用が意図されており、この教示の範囲内である。設計者は、特定の型の繊維を用途の特定ニーズに基づいて選択する。例えば、セラミック繊維をムライト繊維、ケイ酸アルミニウム繊維、または他の一般的に利用できるセラミック繊維材料として選択してもよい。繊維は、利用可能な長さに切断するため一般的に処理が必要で（14）、繊維を添加剤と混合する前の切断工程を含む場合がある。また、押出工程のさまざまな混合および形成で、さらに繊維が切断される。
【００２０】
特定の要件に従って、添加剤16が加えられる。これらの添加剤16は、結合剤、分散剤、細孔形成剤、可塑剤、処理補助剤、強化材料を含む場合がある。また、一般的には水である流動体18は添加剤16および繊維12と混合される。繊維、添加剤、流動体は混合されて押出可能レオロジーとなる（21）。混合には、乾式混合、湿式混合、せん断混合が含まれることがある。繊維、添加剤、流動体は均一塊が生成されるまで混合され、当該塊中で繊維が均一に配分・配置される。繊維を含んだ均一塊はその後、押し出されて未焼成基材を形成する（23）。未焼成基材は、残りの工程を通して保持されるために十分な強度を有する。
【００２１】
未焼成基材はその後硬化される（25）。この説明で用いられたように、「硬化」は少なくとも以下2つの重要な処理ステップを含むよう定義される。1）結合剤の除去および2）結合形成である。結合剤の除去工程では遊離水が除去され、ほとんどの添加物が除去される結果、繊維同士の接触が可能となる。しばしば、結合剤を焼き払う加熱工程を用いて結合剤が除去されるが、当然のことながら、使用された特定の結合剤次第で他の除去工程が使用される場合がある。例えば、ある結合剤は蒸発または昇華工程を用いて除去されることがある。結合剤の一部および／または他の有機物成分は、気相へと分解する以前に融解する可能性がある。硬化工程の継続により、無機結合が重複繊維間に形成される。これらの結合は全体的構造剛性を促進し、並びに基材にとって望ましい空隙率および透過性を作り出す。結果として、硬化基材30は、主に開放細孔網に結合した繊維からなる高多孔質基材である（30）。当該基材はその後、ろ過用途および触媒変換用途の基材としてを含む、多くの用途の基材として使用することができる。有利には、システム10は、約90％までの空隙率を持つ基材を製造するための望ましい押出工程を可能にした。
【００２２】
図2を参照して、押出可能材料50を示す。押出可能材料50は、ピストンまたはスクリュー押出機などの押出機からいつでも押し出せる状態となっている。押出可能混合物52は、繊維、可塑剤、および特定の用途によって必要な他の添加剤を含む均一塊である。図2は、当該均一塊の拡大部分54を示す。当然のことながら、拡大部分54は縮尺で描かれていない場合があるが、この説明の補助として提供されている。押出可能混合物52は、繊維56、57、58などの繊維を含む。これらの繊維は、望ましい熱的、化学的、機械的およびろ過特性を持つ、高多孔性で堅固な最終基材を製造するために選択された。当然のことながら、実質上繊維状の物体はそれ自体に可塑性がないため、押出可能とは考えられていなかった。しかし、適正な可塑剤の選択および工程制御により、繊維から成る押出可能混合物52は押し出せることが明らかとなった。この場合、押出におけるコスト、スケール、柔軟性の利点が、繊維性材料の使用により可能になる利益を含むよう拡大される可能性がある。
【００２３】
一般的に、繊維はアスペクト比が1を超える、比較的直径の小さな材料と考えられている。アスペクト比は繊維の長さを繊維の直径で割った比である。ここで使用されているように、繊維の「直径」では簡素化のため繊維の断面形状が円であると仮定しており、実際の断面形状にかかわらずこの簡素化の仮定が適用される。例えば、アスペクト比10の繊維は、繊維の直径の10倍の長さを持つ。約1ミクロンから約25ミクロンの範囲の直径が容易に可能であるが、繊維の直径は6ミクロンでもよい。当然のことながら、多くの異なる直径およびアスペクト比の繊維がシステム10で成功裏に使用できる。後述の図においてさらに詳細に説明されるように、繊維のアスペクト比選択においていくつかの代替がある。これも当然のことながら、各セラミック粒子のアスペクト比が約1である典型的なセラミック粉末と比べ、繊維の形状は大きく異なっている。
【００２４】
押出可能混合物52のための繊維は、金属（時に小直径金属ワイヤと呼ばれる）であってもよいが、図2ではセラミック繊維に関して説明する。セラミック繊維は非晶質状態、ガラス状態、結晶状態、多結晶状態、単結晶状態、またはガラスセラミック状態であってもよい。押出可能混合物52を作る際、多孔質基材の生成には比較的低容量のセラミック繊維が使用される。例えば、押出可能混合物52は、容量でわずか約10％から約40％のセラミック繊維材料を含む場合がある。このように、硬化後、結果得られる多孔質基材は約90％から約60％の空隙率を有する。当然のことながら、他の量のセラミック繊維材料を選択して、他の空隙率値を実現してもよい。
【００２５】
押出可能混合物を製造するため、繊維は一般的に可塑剤と混合される。このように、繊維は他の選択された有機または無機添加剤60と混合される。これらの添加剤は押出成形物の3つの重要特性を提供する。第一に、添加剤により、押出可能混合物が押出しのためのレオロジー特性を持つことが可能になる。第二に、添加剤は、一般に未焼成基材と呼ばれる押出基材に構造を保持するために十分な強度を与え、硬化過程中にこれらの添加剤が除去されるまで繊維を位置付ける。第三に、繊維の重複構造への配置を促進し、多孔質構造を強化する方法で、添加剤は硬化過程中に燃え尽きるかまたは反応するように選択される。添加剤60として押出可能混合物52に含まれる無機材料は、硬化過程中に反応し、交差繊維におけるまたはその近くでの無機結合の形成を促進することにより、重複繊維を連結することができる。一般的には、添加剤60は結合剤61などの結合剤も含む。結合剤61は、繊維を適所に保持し、未焼成基材に強度を与える媒体として働く。当該繊維および結合剤は、比較的空隙率の高い多孔質基材を製造するために使用することができる。ただし、空隙率をさらに増加させるには、細孔形成剤63などの追加的細孔形成剤を加えてもよい。細孔形成剤は、最終硬化基材中の空隙を増加させるために加えられる。細孔形成剤は、球状、細長い形、繊維状、または不規則な形であってもよい。細孔形成剤は、空隙を作る能力および熱分解挙動のみに基づくのではなく、繊維の配置支援も考慮して選択される。このように、細孔形成剤は繊維の重複パターンへの配置を支援し、硬化工程後半において繊維間の適正な結合を促進する。さらに、細孔形成剤はまた繊維を好ましい方向に配置する役割を果たし、これは押出材料の熱膨張および異なる軸に沿った強度に影響する。
【００２６】
簡潔に前述したように、押出可能混合物52は、利用可能な繊維の多くの型から選択された1つまたは複数の繊維を使用してもよい。さらに、選択された繊維は、多種多様な結合剤から選択された1つまたは複数の結合剤と混合してもよい。また、1つまたは複数の細孔形成剤を、多種多様な細孔形成剤から選択して加えることもできる。押出可能混合物は、その可塑剤として水または他の流動体を使用でき、他の添加剤が加えられていてもよい。構造化学におけるこの柔軟性により、押出可能混合物52を多くの異なる用途に有利に使用することが可能となる。例えば、混合物の組み合わせは、所要の環境、温度、化学、物理または他の要件ニーズに応じて選択できる。さらに、押出可能混合物52は押出用に準備されているため、押出最終製品を柔軟的かつ経済的に形成することができる。図2では説明されていないが、押出可能混合物52は、スクリュー押出機またはピストン押出機から押し出されて未焼成基材を形成し、その後硬化されて最終多孔質基材製品となる。
本発明は、押出用プラスチックバッチまたは混合物中の繊維材料の先駆的使用を示すものである。この繊維押出可能混合物により、拡大縮小可能な生産において費用効率の高い方法で、非常に空隙率の高い基材の押出が可能となる。反復可能で堅固な押出工程において繊維の使用を可能にすることにより、本発明では、世界中で広く使用されるフィルタおよび触媒基材の大量生産が可能となる。
【００２７】
図3Aを参照して、多孔質基材の拡大硬化部分を示す。基材部分100は、結合剤除去102後および硬化過程110後で示されている。結合剤除去102後、繊維103および104などの繊維はまず結合剤材料で適所に保持され、結合材料が燃え尽きるにつれて繊維が露出し、重複してはいるが緩んだ構造となる。また、付加的空隙を作ると共に繊維を整列または配置するために、細孔形成剤105を配置することができる。繊維は押出可能混合物の比較的小さな容量しか占めないため、多くの空隙107は繊維間に存在する。結合剤および細孔形成剤が燃え尽きるにつれ、繊維はわずかに調節されてさらに相互に接触することがある。重複繊維101はその場に留まるかまたはわずかに調節して隣接繊維に接近して配置されることがあるが、106に示されるように実際には接触しない。繊維の配置を乱したり、燃え尽きる過程で基材が崩壊しないよう、結合剤および細孔形成剤は、制御された方法で燃え尽きるように選択される。通常、結合剤および細孔形成剤は、繊維間の結合が形成される前に分解または燃え尽きるように選択される。押出可能混合物52に含まれる無機結合剤108は、結合剤および細孔形成剤が燃え尽きた後、残存する。硬化過程が継続するにつれ、重複および接触繊維は結合を形成し始め、無機結合剤108が流動するかまたは反応し、重複繊維を連結する無機結合119を形成する。当然のことながら、当該結合はいくつかの方法で形成することができる。例えば、繊維の交差部または節点での液体補助焼結結合の形成を可能にするために、繊維を加熱してもよい。この液体状態焼結は、選択された特定の繊維に起因するか、または混合物に加えられたかまたは繊維を覆う付加的添加剤に起因する場合がある。別の事例では、固体状態焼結結合を形成することが望ましい場合がある。この場合、交差結合は重複繊維を結合する粒状構造を形成する。未焼成状態では、繊維は未だ相互に物理的結合を形成していないが、繊維同士の交錯によりある程度の未焼成強度を示す場合がある。選択される特定種類の結合は、基本材料、目的強度、運用化学的性質および環境に左右される。一部の例では、当該結合は結合網中で繊維をまとめる混合物中の無機結合剤108の存在により生じ、硬化過程中に燃え尽きない。
【００２８】
有利には、結合112および無機結合119などの結合の形成は、繊維を含む十分に堅固な構造の形成を促進する。さらに、117に示されるように、硬化段階中の無機結合剤108の反応のため、隣接繊維と接しない重複繊維は無機結合により連結される。当該結合は、非常に高い空隙率を持つ開放細孔網の形成も可能にする。例えば、空隙116は繊維間の空隙により自然に生じる。空隙114は、細孔形成剤105が分解または燃え尽きるにつれて生じる。このように、繊維結合形成過程により終端経路の全くないまたは事実上ない開放細孔網が生成される。この開放細孔網は、高透過性および高ろ過効率を作り出し、例えば触媒追加のための大きな表面積を可能にする。当然のことであるが、結合の形成は、固体状態または液体補助／液体状態焼結など目的結合の種類、および硬化過程中存在する添加剤に依存する場合がある。例えば、添加剤、特定繊維の選択、過熱時間、加熱レベル、反応環境はすべて特定種類の結合を生成するために調整してもよい。
【００２９】
図3Bを参照して、多孔質基材の別の拡大硬化部分を示す。基材部分120は、結合剤除去122後および硬化過程124後で示されている。基材部分120は、図3Aを参照して説明される基材部分100と類似しているため、詳細には説明されない。無機結合剤108は、結合剤が燃え尽きた後も残存し、123に示されるように、重複繊維は隣接繊維に接触するように、または隣接繊維に接近するように調整する場合がある。基材120は特定の細孔形成剤を使用せずに形成されているため、全開放細孔網124は結合剤材料と繊維の配置に起因する。多孔質構造の強度は、125に示されるように、隣接繊維と接触する繊維間の無機結合により、または126に示されるように、隣接繊維と接近している繊維間の結合により維持することができる。このように、適度に高空隙率の基材は、特定の細孔形成剤を使用することなく形成することができ、これにより、このように適度に高空隙率の基材を製造するコストおよび複雑性が低減される。約40％から約60％の範囲の空隙率を有する基材をこの方法で製造できる可能性があることが明らかになっている。
【００３０】
図4を参照して、電子顕微鏡写真セット150を示す。写真セット150はまず、繊維性押出可能混合物を使用して生成された望ましい開放細孔網152について図解する。図に示すように、繊維は交差繊維節で結合を形成し、細孔形成剤および結合剤が焼却除去され、多孔質開放細孔網を生成する。多孔質基材の強度の増加をもたらす重複繊維を連結する151および153で無機結合が見られる。これとは対照的に、写真154は既知の従来技術工程を使用して作られた典型的な閉鎖セル網を示している。部分的に閉鎖した細孔網は比較的高い空隙率を持つが、少なくとも空隙率の一部は閉鎖経路に由来する。これらの閉鎖経路は浸透性に寄与しない。このように、同じ空隙率を有する開放細孔網と閉鎖細孔網では、開放細孔網の方がより望ましい浸透特性を有する。
【００３１】
ここまでに一般的に述べられている押出可能混合物と工程が、非常に有利で多孔質の基材を製造するために使用される。一例を挙げれば、図5に示されるように、多孔質基材は押し出されてフィルタブロック基材となることがある。この基材ブロック175は、ピストンまたはスクリュー押出機を使用して押し出されている。押出機は、室温、わずかに高い温度または制御温度範囲で作動させるために調整することができる。さらに、押出機の部品のいくつかは、押出混合物の緩徐特性、せん断履歴、ゲル化特性に影響を与えるために、異なる温度に加熱することができる。さらに、押出ダイスのサイズもまた、加熱および焼結工程中に予想される収縮を調整するため適宜変えてもよい。有利には、当該押出可能混合物は、繊維材料の押出しを可能にする十分な可塑剤および他の添加剤を有する繊維性押出可能混合物であった。押出された未焼成状態のブロックは硬化され、遊離水が除去され、添加剤が焼却除去され、繊維間の構造的結合が形成された。結果得られるブロック175は非常に望ましい多孔質特性に加えて、優れた透過性および大きな利用可能表面積を有する。また、選択された特定の繊維および添加剤次第で、ブロック175は有利なデプス型ろ過用に構成することができる。ブロック176は、ブロック縦方向に伸びる経路179を有する。ブロック178への入口は流入工程用に開放しておくか、または壁流効果を生成するため1つおきに入口を塞いでもよい。ブロック175は六角形経路で示されているが、当然ながら他の形態およびサイズを使用してもよい。例えば、当該経路は均一な大きさの正方形、長方形、または三角形の経路形態、大きな入口経路を持つ正方形／長方形または八角形／正方形の経路形態、他の対称または非対称の経路形態で形成される場合がある。経路またはセルの正確な形状およびサイズはダイスの設計を調節することにより調整できる。例えば、正方形の経路は、EDM（電子放射加工）を使用してダイス中のピンを成形することにより、湾曲角を持つように作ることができる。このような角丸は、背圧はわずかに高いものの、最終製品の強度を増加させると期待される。さらに、ダイス設計は、壁が異なる厚みを持ち、膜が残りの壁とは異なる厚さを持つハニカム基材を押し出すよう変更することができる。同様に、いくつかの用途では、サイズ、形状、輪郭、強度の最終定義のために最終外部膜が押出基材に適用される場合がある。
【００３２】
流入装置として使用される場合、ブロック176の高空隙率により触媒材料用途のための大きな表面積が可能となる。このように、非常に効果的で効率的な触媒コンバータが生成でき、当該コンバータは低い熱質量を持つ。このような低熱質量と共に、結果得られる触媒コンバータは良好な点火特性を有し、触媒材料を効率的に利用する。壁流または壁ろ過事例で使用された場合、デプス型ろ過を促進する一方で、基材壁の高透過性により比較的低い背圧が可能となる。このデプス型ろ過により効率的な微粒子除去が可能となり、さらに効果的な再生も促進する。しかし、一部の例では、主にケークろ過または表面ろ過が見られる。壁流設計では、基材を流れる流動体は基材の壁を通って移動せざるをえないため、壁を構成する繊維とのさらに直接的な接触が可能となる。これらの繊維は、触媒が存在する場合反応が起こる可能性のある大きな表面積を示す。押出可能混合物は多種多様な繊維、添加物、流動体から形成されるので、特定の特性を有するブロックを生成するよう、押出可能混合物の化学的性質を調整してもよい。例えば、最終ブロックがディーゼル微粒子除去装置を目的とする場合、無制御再生の極度な温度においても安全に運用できるように繊維が選択される。他の例では、当該ブロックが特定種類の排気ガスのろ過に使用される場合、繊維および結合は、予想される動作温度範囲にわたって当該排気ガスと反応しないものが選択される。フィルタと触媒コンバータに関して高多孔質基材の利点が説明されてきたが、当然のことながら、高多孔質基材には他の多くの用途が存在する。
【００３３】
図2を参照して説明される繊維性押出可能混合物は、さまざまな基本材料から作られることがある。適正材料の選択は一般的に、最終基材が使用されるべき化学的、機械的、環境的条件に基づく。従って、多孔質基材設計の第一段階は基材の最終用途を理解することである。これらの要件に基づき、特定の繊維、結合剤、細孔形成剤、流動体、および他の材料が選択される。当然ながら、選択された材料に適用される工程は最終基材製品に影響する場合がある。繊維は最終基材製品の主要構造材料であるため、繊維材料の選択は最終基材の意図される用途での使用を可能にする上で重要である。従って、繊維は所要の結合要件に従って選択され、特定種類の結合過程が選択される。当該結合過程は液体状態焼結、固体状態焼結であってもよく、またはガラス形成剤、ガラス、粘土、セラミック、セラミック前駆体またはコロイドゾルなどの結合剤を要する結合形成であってもよい。当該結合剤は繊維構造の一つ、繊維の塗膜、または添加剤の成分の一部であってもよい。当然のことながら、複数種類の繊維を選択してもよい。これも当然ながら、いくつかの繊維は硬化および結合過程において消費されることがある。繊維組成の選択において、繊維の熱安定性が維持されるようにするため最終運用温度は重要な検討事項である。別の例では、予想されるガス、液体または固体粒子状物質の存在下、化学的に不活性で非反応性である繊維が選択される。繊維はまたコストに応じて選択され、一部の繊維はそのサイズが小さいために健康問題を提起することがあることから、使用を避ける場合がある。機械的環境に応じ、強く堅固な構造を形成する能力、および所要の機械的完全性を維持する能力に応じて繊維が選択される。当然のことであるが、適切な繊維または繊維一式の選択には、性能および適用の得失評価を伴うことがある。図６の表1は、繊維性押出可能混合物の形成に使用されることのあるいくつかの種類の繊維を示す。一般に、繊維は酸化物セラミックまたは非酸化物セラミック、ガラス、有機物、無機物、または金属であってもよい。セラミック材料において、繊維は非晶質、ガラス体、多結晶または単結晶などの異なる状態であってもよい。図６の表1では多くの利用可能な繊維を示しているが、当然のことながら他の種類の繊維も使用することができる。
【００３４】
次に結合剤および細孔形成剤が選択された繊維の種類、および他の望まれる特性に応じて選択されることがある。一例を挙げれば、結合剤は選択された繊維間における特定の種類の液体状態結合を促進するために選択される。さらに詳しくは、結合剤は、結合温度で反応し液体結合の交差繊維節への流れを促進する成分を有する。また、結合剤は選択した繊維を可塑化する能力に加えて、未焼成状態強度を維持する能力で選択される。一例を挙げれば、結合剤はまた使用される押出の種類および要求される押出温度に応じて選択される。例えば、いくつかの結合剤は過度に加熱されるとゲル状塊を形成するため、低温押出工程にのみ使用されることがある。別の例では、結合剤はそのせん断混合特性への影響に応じて選択してもよい。このように、結合剤は混合工程において望ましいアスペクト比に繊維を切断することを促進する可能性がある。結合剤はまたその分解または燃え尽き特性に応じて選択してもよい。結合剤は、繊維を一般に適所に保つことができ、燃え尽きる過程で繊維構造の形成を妨害しないことが必要である。例えば、結合剤が過度に急速にまたは激しく燃え尽きると、流出ガスが形成構造を妨げることがある。また、燃え尽きた後に結合剤が残す残渣量に応じて結合剤を選択してもよい。一部の用途はこの残渣に非常に影響を受けることがある。
【００３５】
細孔形成剤は、比較的中程度の空隙率の形成には必要ない場合がある。例えば、結合剤内での繊維の自然配置および充てんは、約40％から約60％の空隙率を実現するために協働することがある。このように、細孔形成剤を使用しない押出工程を使用して、中程度の空隙率を持つ基材を生成することができる。一部の例では、細孔形成剤の排除により、既知の工程と比較してより経済的に多孔質基材を製造することが可能となる。ただし、約60％を超える空隙率が必要な場合、硬化後の基材内に付加的空間をつくるために細孔形成剤を使用してもよい。細孔形成剤も、その分解または燃え尽き特性に応じて選択してもよく、サイズおよび形状に応じて選択してもよい。例えば、特定種類の粒子状物質を捕獲するため、または特に高い透過性を可能にするために細孔サイズは重要なことがある。細孔の形状もまた、例えば、繊維の適正な配置を援助するために調整することができる。例えば、比較的細長い細孔形状は繊維をより整列した形態に配置し、一方、より不規則または球状の形状は繊維をより不規則な形態に配置することがある。
【００３６】
繊維は製造業者から切断繊維として供給され、工程に直接使用されるか、またはバルク体裁で供給されてもよく、これは一般的に使用前に処理される。いずれにしても、繊維をどのように処理して望ましい最終アスペクト比配分とするかの工程考察を考慮に入れるべきである。一般的に、繊維は他の添加物との混合前にまず切断され、さらに混合、せん断、押出段階中に切断される。しかし、押出混合物を適度な押出圧力で押出可能とするためにレオロジーを設定することにより、押出ダイス面で圧力にさらされた際、押出混合物にダイラタンシー流を生じさせずに、未切断繊維で押出しを実施することもできる。当然のことながら、繊維を切断して適正なアスペクト比配分とすることは、全体的工程のさまざまな時点で行なってよい。繊維が選択されて使用可能な長さに切断されると、これが結合剤および細孔形成剤と混合される。この混合はまず混合工程を開始するために乾燥状態で行なっても、湿式混合工程として行なってもよい。典型的には水である流動体が、当該混合物に加えられる。必要レベルの均一配分を得るために、混合物は一つまたは複数の段階を通してせん断混合される。せん断混合または分散混合では、混合物中に繊維を均一に分配するため、およびさらに繊維を望ましいアスペクト比に切断するために非常に望ましい均一混合工程が提供される。
【００３７】
図6の表2は選択に利用できるいくつかの結合剤を示す。当然ながら、単一結合剤を使用してもよく、または複数の結合剤を使用してもよい。結合剤は一般的に有機と無機の区分に分類される。有機結合剤は一般的に硬化中に低温で燃え尽き、一方、無機結合剤は典型的には高温で最終構造の一部を形成する。いくつかの結合剤選択が図６の表2に示されているが、当然のことながら、他のいくつかの結合剤を使用してもよく、例えば、無機結合を促進するために選択されうる無機結合もコロイドを含むことができる。これらはアルミノケイ酸、シリカ、アルミナ、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン、およびケイ酸ナトリウム、ホウケイ酸塩、アルミノリン酸塩、カルシウムセメントを含むその他のものである。さらに、テトラエトキシシランなどのセラミック前駆体を繊維間の無機結合を促進するために無機結合剤として加えることができる。図6の表3には利用できる細孔形成剤を示す。細孔形成剤は一般的に、有機物または無機物と定義される場合があり、有機物は典型的には無機物よりも低い温度で燃え尽きる。いくつかの細孔形成剤を表3に示すが、当然ながら、他の細孔形成剤を使用してもよい。図6の表4には使用できる種々の流動体を示す。当然ながら、水が最も経済的で頻繁に使用される流動体であるかもしれないが、一部の用途では他の流動体を必要とすることがある。表4では使用できるいくつかの流動体を示すが、当然のことながら、特定の用途および工程要件に従って他の流動体を選択してもよい。
【００３８】
一般的に、有利な押出のために適当なレオロジーを持つよう混合物を調整できる。典型的には、適正なレオロジーは繊維、結合剤、分散剤、可塑剤、細孔形成剤、流動体の適正な選択および混合に起因する。繊維に可塑性を適切に与えるためには高度な混合が必要である。適正な繊維、結合剤、細孔形成剤が選択されると、一般に適正なレオロジーを満足するように流動体の量が最終的に調整される。適正なレオロジーは、2つの試験のうちの1つなどで示されることがある。第一の試験は主観的で非公式な試験で、熟練押出オペレータの指の間で混合物粒子が除去され形成される。オペレータは、混合物が指の間を適正に摺動するとき、当該混合物が押出に適正な状態であるということを特定できる。第二のより客観的な試験は、混合物の物理的特性を測定することに依存する。一般的に、せん断強度対圧密圧力は密閉（即ち、高圧）環状レオメータを使用して測定できる。測定値を凝集力対圧力依存の比較に応じて測定し表示する。さまざまな混合物および流動体レベルで混合物を測定することにより、レオロジーポイントを特定するレオロジーチャートを作成できる。例えば、図６の表５は繊維性セラミック混合物のレオロジーチャートを示す。軸232は凝集力を表し、軸234は圧力依存を表す。押出可能域236は、繊維性押出が高い確率で起こる領域を示す。そのため、領域236にある測定値により特徴付けられる混合物は、成功裏に押出される可能性が高い。もちろん当然のことながら、レオロジーチャートは多くの変動の影響を受け、領域236の位置決めの一部変動が予測される。さらに、レオロジーおよび可塑性の測定にはいくつかの他の直接および間接試験があり、当然のことながら、混合物が望ましい最終製品形状に押出されるための正しいレオロジーを有するかどうかを確認するために、それらをいくつ実施してもよい。
【００３９】
適正なレオロジーが達成されると、混合物は混合機を通して押出される。押出機はピストン押出機、単軸押出機、または2軸押出機であってもよい。押出工程は高度に自動化されるか、または人間の介入を必要とする場合がある。混合物は、基材ブロック用に望ましい断面形状を持つダイスを通して押出される。ダイスは未焼成基材を十分に形成するように選択されている。このように、その形状および繊維配置を維持しながら、硬化過程を通して対処できる安定した未焼成基材が生成される。
【００４０】
未焼成基材は、その後乾燥され硬化される。乾燥は室温状態、制御された温度および湿度の状態（制御されたオーブンなど）、電子レンジ、RFオーブン、対流式オーブンで行なうことができる。硬化は一般的に、未焼成基材を乾燥するために遊離水の除去を必要とする。亀裂や他の構造的欠陥を生じないよう、制御された方法で未焼成基材を乾燥することが重要である。その後、結合剤や細孔形成剤などの添加剤を焼却除去するために温度を上げてもよい。制御された方法で添加剤が燃え尽きるのを確実にするため、温度を制御する。当然のことであるが、添加剤を焼却除去するためにはさまざまな時間サイクルおよびさまざまな熱レベルで温度を循環させなければならない場合がある。添加剤が燃え尽きると、基材は目的温度まで加熱され、繊維交差部または節で構造結合を形成する。目的温度は、必要な結合の種類および繊維の化学的性質に従って選択される。例えば、液体補助焼結結合は一般に固体状態結合よりも低い温度で形成される。これもまた当然であるが、結合温度での時間は、生成される特定種類の結合に応じて調整してもよい。全温度サイクルは同一の炉内、異なる炉内、バッチまたは連続工程、空気中または制御された雰囲気状態で行なうことができる。繊維結合の形成後、基材は室温まで徐々に冷却される。当然ながら、硬化過程は1つまたは複数のオーブン／炉で行なうことができ、トンネル窯などの生産オーブン／炉で自動化してもよい。
【００４１】
図7を参照して、多孔質基材の押出システムを示す。システム250は、多孔質基材生産のための高度に柔軟的な工程である。基材を設計するため、ブロック252に示すように基材要件が定義される。例えば、基材の最終用途が一般的に基材要件を決定し、これにはサイズ制限、温度制限、強度制限、化学反応制限が含まれることがある。さらに、基材のコストおよび大量生産性により特定の選択が決定および推進される場合がある。例えば、高生産率のためには押出ダイスにおいて比較的高い温度の発生が必要となるため、硬化またはゲル化することなく高温で作用する結合剤が選択される。高温結合剤を使用した押出では、ダイスとシリンダーは例えば60〜180℃など比較的高温で維持される必要がある。このような場合、結合剤が溶融し付加的流動体の必要性を減少または除外することがある。別の例では、粒子状物質を捕獲するためにフィルタを設計する場合があり、繊維は高温でも粒子状物質と反応しないように選択される。当然のことながら、広範囲の潜在的混合物および工程により、広範囲の用途に対応できる可能性がある。当業者は、繊維、結合剤、細孔形成剤、工程段階の選択に関する得失評価を理解するであろう。実際、システム250の重要な利点の一つは混合物組成の選択および工程調整におけるその柔軟性である。
【００４２】
基材要件が定義されると、ブロック253に示されるように、図6の表1から繊維が選択される。当該繊維は単一種類、または2種類以上の組み合わせであってもよい。これも当然ながら、いくつかの繊維は硬化過程において消費されるように選択されることがある。また、繊維の被膜などの添加剤を繊維に加えて、混合物に他の材料を導入してもよい。例えば、分散剤を繊維に塗布して繊維の分離および配列を促進したり、または繊維に結合補助剤を塗布してもよい。結合補助剤の場合、繊維が硬化温度に達すると結合補助剤が液体状態結合の形成および流動を支援する。
【００４３】
>80%の空隙率を得るための典型的組成を次の表に示す。
【表１】
2010501451.tif 000002
【００４４】
ブロック255に示されるように、次に図6の表2から結合剤が選択される。結合剤は、未焼成強度および制御された焼却除去を促進するために選択される。また、結合剤は混合物に十分な可塑性を生じさせるために選択される。必要な場合、ブロック256に示されるように、細孔形成剤が図6の表3から選択される。一部の例では、繊維および結合剤のみを使用することにより十分な空隙率が得られることがある。繊維の自然充てん特性によってだけでなく、結合剤、溶媒、非結合化および硬化段階で放出される他の揮発性成分により占められる空間によっても、空隙率が達成される。より高い空隙率を達成するには、付加的細孔形成剤を加えてもよい。細孔形成剤もまた、その制御された燃え尽き能力に応じて選択され、混合物の可塑化を支援する場合がある。典型的には水である流動体は、ブロック257に示されるように図6の表4から選択される。ブロック259に示されるように、図6の表2から無機結合剤が選択される。分散剤など他の液体材料を、繊維の分離および配列を支援するために加えたり、可塑剤および押出補助剤を混合物の流動挙動向上のために加えてもよい。この分散剤は繊維の表面電子電荷を調整するために使用されることがある。このように、個々の繊維が相互に反発するように繊維の電荷を制御してもよい。これは、繊維のさらに均一で無作為な分配を促進する。以下に空隙率>80%（８０％以上）の基材を作成するように意図された混合物の典型的組成を示す。当然のことであるが、目標空隙率、特定用途、工程配慮に応じて混合物を調整してもよい。
【００４５】
ブロック254に示されるように、ブロック252で選択された繊維は適正なアスペクト比配分を持つように処理されるべきである。このアスペクト比は、約3から約500の範囲であることが好ましく、1つまたは複数の分配モードを有してもよい。当然のことながら、例えば約1000までのアスペクト比など、他の範囲を選択してもよい。一例を挙げれば、アスペクト比の配分は望ましい範囲にわたって無作為に分配されることがあり、別の例では、アスペクト比はより離散的なモード値で選択される場合がある。アスペクト比は、繊維の充てん特性を決定する上で重要な要因であることが知られている。従って、アスペクト比およびアスペクト比の配分は特定の強度および空隙率要件を実現するために選択される。また、当然のことながら、好ましいアスペクト比配分に繊維を処理することは、処理のさまざまな時点で行なわれることがある。例えば、繊維が第三者処理業者によって切断され、所定のアスペクト比配分で供給されてもよい。別の例としては、繊維はバルク形態で提供され、押出工程の前段階として適切なアスペクト比に処理されてもよい。当然ながら、混合、せん断混合または分散混合、および工程250の押出様態もまた、繊維の切断および細断に寄与する場合がある。従って、当初混合物に導入された繊維のアスペクト比は最終硬化基材のアスペクト比とは異なる。そのため、工程に導入される適正なアスペクト比配分254を選択する時、混合、せん断混合、および押出の切断および細断効果を考慮すべきである。
【００４６】
適切なアスペクト比配分に処理された繊維により、ブロック262に示されるように繊維、結合剤、細孔形成剤、流動体を混合して均一塊とする。この混合工程には、乾燥混合様態、湿式混合様態、せん断混合様態が含まれることがある。当該塊中で繊維を高度に均一配分するには、せん断または分散混合が望ましいことが明らかになっている。混合物のセラミック材料濃度が比較的低いため、この配分は特に重要である。均一混合物が混合されるにつれ、ブロック264に示されるように、混合物のレオロジーは調整される場合がある。混合物が混合されると、そのレオロジーは変化し続ける。レオロジーは主観的に試験するか、または図6の表5に示されるように望ましい領域に応じて測定してもよい。この望ましい領域中に収まる混合物は適正に押出せる確率が高い。ブロック268に示されるように、その後当該混合物は押出されて未焼成基材となる。スクリュー押出機の場合、混合もまた別の混合機中ではなく押出機自体の中で起こることがある。このような場合、混合物のせん断履歴を慎重に管理および制御しなければならない。当該未焼成基材は、硬化過程中、その形状および繊維配置を保持するために十分な未焼成強度を有する。ブロック270に示されるように、未焼成基材はその後硬化される。硬化過程には残存水の除去、大部分の添加剤の制御焼却、無機結合の形成が含まれる。焼却工程中、繊維は絡んだり交差した関係を維持し、硬化過程の進行につれ交点または節において結合が形成される。当然であるが、結合は液体状態または固体状態工程に起因することがある。また、当然のことながら、一部の結合は結合剤中の添加物との反応、細孔形成剤との反応、繊維上の被覆物としての反応、または繊維自体の中の反応に起因する場合がある。結合の形成後、基材は室温まで徐々に冷却される。
【００４７】
図8を参照して、多孔質基材の硬化方法を示す。方法275は、繊維性セラミック内容物を有する未焼成基材を示す。ブロック277に示されるように、まず硬化過程で残存水が基材から徐々に除去される。一般に、水の除去はオーブン中比較的低温で行なってもよい。ブロック279に示されるように、残存水の除去後、有機添加剤が焼却除去される場合がある。これらの添加剤は制御された方法で焼却除去され、繊維の適正な配置を促進し、流出ガスおよび残渣が繊維構造を妨げないことを確実にする。ブロック281に示されるように、添加物が燃え尽きるにつれ、繊維は重複配置を維持し、交点または節でさらに接触する場合がある。当該繊維は結合剤を使用してこれらの重複配置に配列されており、細孔形成剤の使用を通して特定のパターンが形成されることがある。一部の例では、繊維と混合して無機添加剤が使用されたか、結合形成過程で消費されたか、または最終製品の一部として残存する。ブロック285に示されるように、硬化過程が進行して無機結合を形成する。結合を生成するため必要な特定のタイミングおよび温度は、使用される繊維の種類、使用される結合補助剤または結合剤の種類、目的結合の種類に依存する。一例を挙げれば、ブロック286に示されるように、当該結合は、繊維間に生成された液体状態焼結結合であってもよい。この結合は、システムに存在するガラス形成剤、ガラス、セラミック前駆体または無機フラックスにより支援される。別の例では、ブロック288に示されるように、液体状態焼結結合は焼結補助剤または焼結剤を使用して生成してもよい。焼結補助剤は、繊維状の被膜として、添加剤として、結合剤から、細孔形成剤から、または繊維自体の化学的性質から提供される場合がある。また、ブロック291に示されるように、無機結合は繊維間の固体状態焼結により形成されてもよい。この場合、交差繊維は結晶粒成長および物質移動を示し、節点における化学結合および全体的剛構造の形成につながる。液体状態焼結の場合、結合材料の塊が繊維の交差節において蓄積し、強固な構造を形成する。当然のことながら、硬化過程は1つまたは複数のオーブン中で行なってもよく、工業用トンネル窯またはキルンタイプの炉中で自動化してもよい。
【００４８】
図9を参照して、多孔質基材350の製造方法の例示的実施形態を示す。この実施形態では、熱膨張係数が低いことによる熱衝撃および熱応力分布への高抵抗、良好な強度および連動粒子構造など、非常に高い温度特性のため、ムライト繊維はブロック353で選択される。ムライトはまた、比較的低い熱伝導性および高い耐摩耗性を特徴とする。これらの特性は高温においてあまり劣化せず、多孔質基材を高温でも使用可能としている。ムライトは、SiO2−Al2O3系の化学的に安定な中間相のみに与えられる鉱物学的名称である。当該天然鉱物はスコットランドの西海岸沖のマル島で見られるが、希少である。ムライトは一般に3Al2O3・2SiO2（例、60mol%Al2O3および40mol%SiO2）と表される。しかし、ムライトは実際には1600℃以下で平衡組成限界が約60〜63mol%のアルミナの固溶体であるため、これは誤解を招きやすい。ブロック354に示されるように、繊維は適正なアスペクト比配分を持つように任意に処理される。このアスペクト比は、約3から約500の範囲であることが好ましく、1つまたは複数の分配モードを有してもよい。当然のことながら、例えば約1000までのアスペクト比など、他の範囲を選択してもよい。一例を挙げれば、アスペクト比の配分は望ましい範囲にわたって無作為に分配されることがあり、別の例では、アスペクト比はより離散的なモード値で選択される場合がある。アスペクト比は、繊維の充てん特性を決定する上で重要な要因であることが知られている。従って、アスペクト比およびアスペクト比の配分は特定の強度および空隙率要件を実現するために選択される。また、当然ながら、ムライト繊維の望ましいアスペクト比配分への処理は、繊維供給業者によって実施される、または混合前の前処理として実施するなど、工程のさまざまな時点で行なうことができる。当然ながら、混合、せん断混合または分散混合、および工程350中の後続押出処理が、繊維の切断および細断に寄与する場合がある。従って、当初混合物に導入された繊維のアスペクト比は最終硬化基材のアスペクト比とは異なる。さらに、繊維の分離および配置を支援するための分散剤および混合物の流動挙動を向上させるための可塑剤および押出補助剤などの、他の材料を付加して表面改質するためのムライト繊維を処理するために、任意段階358を行なうことができる。この分散剤は繊維の表面電子電荷を調整するために使用されることがある。このように、個々の繊維が相互に反発するように繊維の電荷を制御してもよい。これは、繊維のさらに均一で無作為な分配を促進する。
【００４９】
図9をさらに参照して、混合物に十分な可塑性を持たせるために、ブロック355で結合剤としてヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）を使用することが提案されている。混合および押出中に空間を占有することによって、空隙率を増加させるために、ブロック356の細孔形成剤としてグラファイトが使用されるが、一方で後続の硬化工程中、酸素の存在下で分解する。ブロック359の流動体としては水が使用され、ブロック359の無機結合剤としてはコロイド状シリカが示されている。本例示的実施形態では、重量比で約25％のムライト繊維、10％のHPMC結合剤、30％のグラファイト細孔形成剤、5％のコロイド状シリカ無機結合剤、30％の水を使用して70％の目的空隙率を達成することができる。図9に示されるように、空隙率値55％〜85％を実現するためには、本例示的実施形態における混合物成分の比を比例的に変化させてもよい。
【００５０】
繊維、結合剤、細工形成剤、無機結合剤、流動体が混合されてブロック362の均一な塊を形成する。当然のことながら、当該混合段階には乾燥混合様態、湿式混合様態、せん断混合様態が含まれる。当該塊中で繊維を高度に均一配分するには、せん断または分散混合が望ましいことが明らかになっている。混合物中のセラミック、具体的にはムライト材料の濃度が比較的低いため、この配分は特に重要である。均一混合物が混合されるにつれ、ブロック364に示されるように、混合物のレオロジーは調整される場合がある。混合物が混合される時、そのレオロジーは変化し続ける。この望ましい領域中に収まる混合物は適正に押出せる確率が高いため、レオロジーは主観的に試験するか、または図6の表5に示されるように望ましい領域に応じて測定してもよい。ブロック368に示されるように、その後当該混合物は押出されて未焼成基材となる。スクリュー押出機の場合、混合もまた別の混合機中ではなく押出機自体の中で起こることがある。このような場合、混合物のせん断履歴を慎重に管理および制御しなければならない。当該未焼成基材は、硬化過程中、その形状および繊維配置を保持するために十分な未焼成強度を有する。ブロック370に示されるように、未焼成基材はその後硬化される。
【００５１】
ブロック370に示される硬化段階により、未焼成基材から流動体が除去され、結合剤および細孔形成剤などの有機材料の制御された焼却除去が不要となる。温度の上昇に伴って硬化過程が継続し、重複繊維を連結する無機結合が形成される。本例示的実施形態の硬化段階370中に形成された無機結合には、アルミノケイ酸塩結合、ガラス結合、非晶質結合、結晶結合、セラミック結合および／または機械的結合を含むことができる。
【００５２】
図10を参照して、多孔質基材の製造方法の代替例示的実施形態を400で示す。この実施形態では、ブロック403でセラミックまたは金属繊維が選択されており、図9のブロック354を参照して前述の通り、これらはブロック404のアスペクト比配分のために任意に処理される。同様に、繊維の電荷を変化させる分散剤および／または材料の塗布により表面改質のために繊維を任意に処理できる。ブロック405に示されるように、結合剤は図6の表2から選択され、押出中に十分な可塑性を与え、未焼成状態強度および硬化段階での制御された焼却除去を促進する。この実施形態では、繊維と結合剤（無機結合剤を含む）のみの使用で十分な空隙率が得られるので、多孔質基材の空隙率を高めるために細孔形成剤は必要ない。ブロック409では無機結合剤としてヒュームドシリカが選択され、ブロック407に示されるように一般的には水である流動体は図6の表4から選ぶことができる。当然のことであるが、目標空隙率、特定用途、工程配慮に応じて混合物を調整してもよい。
【００５３】
ブロック414でレオロジーを調整しつつ、ブロック412で繊維、結合剤、無機結合剤、流動体の混合が行なわれる。例えば、多孔質基材の入口を提供する経路の少なくとも1つから成るハニカム基材を押出すことによって、ブロック418で混合物は押し出されて未焼成基材となる。硬化段階は段階420でその後行なわれる。この実施形態では、硬化過程により乾燥過程の未焼成基材から流動体が除去される。細孔形成剤が使用されないため、基本的に有機結合材料である有機材料が、硬化過程で焼却除去される。硬化段階の次の相では、無機結合が形成され重複繊維を連結する。例えば、ヒュームドシリカ無機結合剤がことによって生じるガラス結合を形成することにより、無機結合が繊維間の節で形成される。アルミノケイ酸塩結合、非晶質結合、結晶結合、セラミック結合、機械的結合などの他の無機結合が同様に形成される。
【００５４】
図11を参照して、多孔質基材の製造方法の第二代替実施形態を450で示す。この実施形態では、ブロック453でセラミックまたは金属繊維が選択されており、図9のブロック354を参照して前述の通り、これらはブロック454のアスペクト比配分のために任意に処理される。同様に、繊維の電荷を変化させる分散剤および／または材料の塗布により表面改質のために繊維を任意に処理できる。ブロック455に示されるように、結合剤は図6の表2から選択され、押出中に十分な可塑性を与え、未焼成状態強度および硬化段階での制御された焼却除去を促進する。この実施形態では、ブロック456で示されるように、細孔形成剤は図6の表3から選択される。しかし、一部の例では、繊維および結合剤のみの使用によって十分な空隙率が得られる場合がある。繊維の自然充てん特性によってだけでなく、結合剤、溶媒、非結合化および硬化段階で放出される他の揮発性成分により占められる空間によっても、空隙率が達成される。より高い空隙率を達成するには、付加的細孔形成剤を加えてもよい。細孔形成剤もまた、その制御された燃え尽き能力に応じて選択され、混合物の可塑化を支援する場合がある。典型的には水である流動体は、ブロック457に示されるように図6の表4から選択される。分散剤など他の液体材料を、繊維の分離および配列を支援するために加えたり、可塑剤および押出補助剤を混合物の流動挙動向上のために加えてもよい。
【００５５】
ブロック464でレオロジーを調整しつつ、ブロック462で繊維、結合剤、無機結合剤、流動体の混合が行なわれる。例えば、多孔質基材の入口を提供する経路の少なくとも1つから成るハニカム基材を押出すことによって、ブロック468で混合物は押し出されて未焼成基材となる。この実施形態では、硬化段階は2つの相で実施される。第一の硬化相では、流動体が乾燥され、ブロック470に示されるように有機結合剤および細孔形成剤が焼却除去される。この第一の硬化相では、基材が最終硬化段階の完了前に処理されるために十分な強度を有するように、接触する繊維間の焼結結合を形成することが必要な場合がある。液体状態焼結結合は高温焼結温度で形成することができるか、または固体状態焼結結合は繊維間で形成することができる。
【００５６】
ブロック456で示されるように、例えば、コロイド状シリカなどの図6の表2から選択される無機結合剤は、ブロック472での第一の硬化相後に多孔質基材に塗布される。ここでは、基材を、液体中に懸濁する無機結合剤の溶液中に浸漬するか、無機結合剤を含む溶液を注ぐことにより基材に浸透させるか、または懸濁無機結合剤を含む液体またはガスの流れに基材をさらすことができる。ブロック474では硬化段階の第二相がその後継続され、ここでは無機結合剤を含む基材が加熱環境にさらされ、重複繊維を連結する無機結合を形成する。硬化段階474の第二相中に形成される無機結合には、アルミナケイ酸塩結合、ガラス結合、ガラスセラミック結合、非晶質結合、結晶結合、セラミック結合および／または機械的結合を含むことができる。
【００５７】
当該繊維押出システムは、実施において優れた柔軟性を提供する。例えば、混合物を形成するために広範囲の繊維および添加剤を選択してもよい。硬化方法、時間、温度に関する選択肢に加えて、いくつかの混合および押出の選択肢が存在する。公開された当該内容で、押出技術に熟練した者は多くの変法が使用できることを理解するであろう。ハニカム基材は、本発明で説明する技術を使用して製造される一般的な設計であるが、さまざまな用途に対して他の形状、サイズ、輪郭、設計として押出すことができる。
【００５８】
ろ過装置（DPF、オイル／空気フィルタ、高温ガスフィルタ、空気フィルタ、水フィルタ等）または触媒装置（3元触媒コンバータ、SCR触媒、脱オゾン器、脱臭剤、生物反応槽、化学反応器、酸化触媒等）における使用など特定の用途に対しては、押出基材の経路をふさがなければならないことがある。当該押出基材に類似する組成の材料が、基材をふさぐために使用される。閉塞は未焼成状態または焼結基材で行なうことができる。大部分の閉塞組成では、硬化および結合のための熱処理を押出基材に行なうことが必要である。これらのろ過装置または触媒装置は、一般に筺体中に取り付けるか、または筺体への出入口を通る出入回線と共に設置できる。このように、当該多孔質基材は車両空気フィルタ、排気ガス処理用車両排気フィルタ、または車両室内フィルタなどのさまざまな用途に適用できる。
【００５９】
本発明の特に好ましい実施形態および代替実施形態を説明したが、本技術に関する一般的能力を有する者であれば、ここに説明された発明の内容を使用して、上記技術の多くの多様な変更および拡張が実施できる可能性があることは明らかである。かかる変更および拡張のすべては、添付の請求項で論じられているように本発明の真意と範囲内に含まれることを意図する。
【図１】
2010501451.tif 000003
【図２】
2010501451.tif 000004
【図３Ａ】
2010501451.tif 000005
【図３Ｂ】
2010501451.tif 000006
【図５】
2010501451.tif 000007
【図６Ａ】
2010501451.tif 000008
【図６Ｂ】
2010501451.tif 000009
【図６Ｃ】
2010501451.tif 000010
【図６Ｄ】
2010501451.tif 000011
【図６Ｅ】
2010501451.tif 000012
【図７】
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【図８】
2010501451.tif 000014
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図４】
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【国際調査報告】
2010501451.tif 000019