(57)【要約】  本開示は、特定の粒径分布を有する少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩を含む無機バッチ成分を含むチタン酸アルミニウム形成バッチ材料、当該材料を使用したセラミック体の製造方法、ならびに当該方法により製造されたセラミック体に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩を含む無機バッチ成分を含むチタン酸アルミニウム形成バッチ材料であって、
前記少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の少なくとも２５質量％が、２．５マイクロメートル未満の粒径を有し、および／または該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の少なくとも２５質量％が、１０マイクロメートルを超える粒径を有し、
前記少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の１０質量％未満が、２．５〜１０マイクロメートルの粒径を有する、チタン酸アルミニウム形成バッチ材料。
【請求項２】
前記少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩が、０．２〜２マイクロメートルの範囲のメジアン粒径（ｐｄ50）を有する第一粒径分布を有し、該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩が、１５〜３０マイクロメートルの範囲のメジアン粒径（ｐｄ50）を有する第二粒径分布を有する、請求項１に記載のチタン酸アルミニウム形成バッチ材料。
【請求項３】
前記少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩が、炭酸ストロンチウム、炭酸カルシウム、および炭酸マグネシウムからなる群より選択される、請求項１に記載のチタン酸アルミニウム形成バッチ材料。
【請求項４】
前記少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩が炭酸ストロンチウムである、請求項１に記載のチタン酸アルミニウム形成バッチ材料。
【請求項５】
前記少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の少なくとも２５質量％が前記第一粒径分布を有し、前記少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の少なくとも２５質量％が前記第二粒径分布を有する、請求項２に記載のチタン酸アルミニウム形成バッチ材料。
【発明の詳細な説明】
【関連技術の相互参照】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１２０条に基づいて、２０１２年５月３１日に出願された米国特許出願第１３／４８４，５７７号明細書の恩典を主張するものであり、なお、本出願は、当該特許出願の内容に依拠し、当該特許出願は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
【技術分野】
【０００２】
本明細書において、無機バッチ成分と特定の粒径分布を有する少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩とを含むチタン酸アルミニウム体形成バッチ材料について開示する。
【背景技術】
【０００３】
チタン酸アルミニウムを含むセラミック体は、様々な用途において使用することができる。例えば、そのようなセラミック体は、例えば触媒コンバーターおよびディーゼル微粒子フィルターなどとして、排気ガス環境の厳しい条件での使用に対して実施可能である。これらの用途においてフィルターにかけられる排気ガス中の多くの汚染物質の１つとして挙げられるのは、例えば、炭化水素および酸素含有化合物であり、後者としては、例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）および一酸化炭素（ＣＯ）、ならびに炭素ベースの煤および微粒子物質などが挙げられる。
【０００４】
セラミック体の物理特性および性能関連特性は、セラミック体の多孔特性によって影響され得るが、その一方で、当該多孔特性は、セラミック体を作成するために使用されるバッチ組成物に加えられる細孔形成剤のタイプおよび量によって影響され得る。例えば、セラミック体に様々な多孔特性を付与するために様々なタイプの一時的細孔形成剤（すなわち、蒸発するかまたは未焼成体の焼成の際に燃焼によって蒸発される）が使用されてきた。しかしながら、そのような細孔形成剤は、多くの場合、高価で、排出物を生じる場合があり、乾燥が困難で、ならびに、多くの場合、下の部品に亀裂を生じることなく燃やし尽くすためには複雑な焼成サイクルを必要とする。
【０００５】
本発明者らは、ここに、新規のセラミック体形成バッチ材料、セラミック体、ならびに、所望の多孔質特性を付与するために一時的細孔形成剤だけに頼ることなく、これらのセラミック体の特性、例えば、それらの孔径、多孔率、孔径分布、およびミクロ構造を変えるかまたは適合させる能力を可能にし得るような、それらの製造方法を発見した。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
詳細な説明および本明細書において説明される様々な例示的実施形態により、本開示は、チタン酸アルミニウム形成バッチ材料に関する。当該チタン酸アルミニウム形成バッチ材料は、少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩を含む無機バッチ成分を含む。当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の少なくとも２５質量％は、２．５マイクロメートル未満の粒径を有し、および／または当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の少なくとも２５質量％は、１０マイクロメートルを超える粒径を有する。当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の１０質量％未満は、２．５〜１０マイクロメートルの粒径を有する。
【０００７】
本開示はさらに、チタン酸アルミニウム体の製造方法にも関する。当該方法は、無機バッチ成分を含むバッチ材料を調製する工程を含み、この場合、当該無機バッチ成分は、少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩を含む。当該方法は、当該バッチ材料から未焼成体を形成する工程および当該未焼成体を焼成してセラミック体を得る工程も含む。当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の少なくとも２５質量％は、２．５マイクロメートル未満の粒径を有し、および／または当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の少なくとも２５質量％は、１０マイクロメートルを超える粒径を有する。当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の１０質量％未満は、２．５〜１０マイクロメートルの粒径を有する。
【０００８】
本開示は、無機バッチ成分を含むバッチ材料を調製する工程を含む方法により製造されたチタン酸アルミニウム体にも関し、この場合、当該無機バッチ成分は、少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩を含む。当該方法は、当該バッチ材料から未焼成体を形成する工程および当該未焼成体を焼成してセラミック体を得る工程も含む。当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の少なくとも２５質量％は、２．５マイクロメートル未満の粒径を有し、および／または当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の少なくとも２５質量％は、１０マイクロメートルを超える粒径を有する。当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の１０質量％未満は、２．５〜１０マイクロメートルの粒径を有する。
【０００９】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明において述べられ、ある程度はその説明から当業者には容易に明らかになるであろうし、あるい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など、本明細書に記載されるように本発明を実施することによって認識されるであろう。
【００１０】
前述の全般的な説明および以下の詳細な説明は両方とも、本発明の実施形態を提示するものであり、ならびに権利請求される本発明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を意図するものであることは理解されるべきである。添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み入れられて本明細書の一部を構成する。図面は、本発明の様々な実施形態を例示しており、説明と共に、本発明の原理および作用を説明するのに役立つ。
【００１１】
添付の図面は、権利請求される本発明のさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み入れられて本明細書の一部を構成する。図面は、制限であることを意図するものではなく、むしろ、例示的実施形態を示すものであり、説明と共に、権利請求される本発明の原理を説明する役に立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】「入手したままの」（微粒子化処理を施されていない）炭酸ストロンチウムおよび微細化処理を施された炭酸ストロンチウムの粒径分布のプロット。
【図２】バッチ成分として様々な粒径分布を有する炭酸ストロンチウムおよび様々な量の細孔形成剤を含む、焼成されたチタン酸アルミニウム体の物理特性データのプロット。
【図３】バッチ成分として、様々な粒径分布を有する炭酸ストロンチウムおよび様々な量の細孔形成剤を含む、焼成されたチタン酸アルミニウム体の物理特性データのプロット。
【図４】バッチ成分として、様々な粒径分布を有する炭酸ストロンチウムおよび様々な量の細孔形成剤を含む、焼成されたチタン酸アルミニウム体の物理特性データのプロット。
【図５】バッチ成分として、様々な粒径分布を有する炭酸ストロンチウムおよび様々な量の細孔形成剤を含む、焼成されたチタン酸アルミニウム体の物理特性データのプロット。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
前述の全般的な説明および以下の詳細な説明は両方とも例示および説明のためのみのものであり、権利請求される本発明を制限するものではないことは理解されるべきである。他の実施形態は、本明細書において開示される詳述を検討することにより当業者に明らかとなるであろう。詳述および実施例は、例示のためのみのものとして見なされることが意図される。
【００１４】
本明細書において使用される場合、単数形の名詞の使用は、「少なくとも１つ」を意味し、そうでないことが特に明記されない限り、「１つのみ」の意味に限定されるべきではない。したがって、例えば、「当該アルカリ土類炭酸塩」または「アルカリ土類」の使用は、「少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩」を意味することが意図される。
【００１５】
本開示は、少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩を含む無機バッチ成分を含むセラミック体形成バッチ材料に関する。
【００１６】
本明細書において使用される場合、「チタン酸アルミニウム形成バッチ材料」、「バッチ材料」、およびそれらの変形は、無機バッチ成分を含む実質的に均一な混合物を意味することが意図される。本開示のバッチ材料は、一次相材料としてチタン酸アルミニウムを含むセラミック体を製造するために使用することができ、当該セラミック体は、任意選択により、これらに限定されるわけではないが、コーディエライト、ムライト、アルカリおよびアルカリ土類長石相、ならびにシリコンカーバイドなどの１種または複数種の二次相材料を含んでいてもよい。
【００１７】
当該無機バッチ成分は、少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩を含む。アルカリ土類炭酸塩としては、炭酸ベリリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、および炭酸バリウムからなる群、例えば、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、および炭酸ストロンチウムからなる群、さらには、炭酸マグネシウムおよび炭酸ストロンチウムからなる群、さらには炭酸カルシウムおよび炭酸ストロンチウムからなる群など、より選択されるものが挙げられ、ある特定の例示的実施形態において、当該アルカリ土類炭酸塩は、炭酸ストロンチウムを含む。ある特定の例示的実施形態において、当該アルカリ土類炭酸塩は、炭酸カルシウムを含む。ある特定の例示的実施形態において、当該アルカリ土類炭酸塩は、炭酸マグネシウムを含む。
【００１８】
本明細書において使用される場合、「残存性細孔形成剤」なる用語は、バッチ原料成分とおよそ同じサイズおよび形状を有する孔隙を残すことを意図して加えられる当該バッチ原料成分を意味し、この場合、当該原料成分の少なくともいくらかは、最終製品組成物中に統合されることになる。本明細書において開示される実施形態において、当該アルカリ土類炭酸塩の少なくともいくらかは、残存性細孔形成剤として機能し、この場合、当該アルカリ土類炭酸塩のアルカリ土類金属イオンの少なくともいくらかは、焼成の際に少なくとも１種の他のバッチ原料成分と反応し（燃やし尽くされるのではなく）、同時に、結果として得られる焼成されたセラミック物品に多孔性を付与する。これは、一時的細孔形成剤とは対照的であり、当該細孔形成剤材料の実質的に全ては、蒸発するかまたは焼成の際に燃焼によって蒸発される。
【００１９】
本明細書において開示されるある特定の例示的実施形態において、少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の少なくとも２５質量％、例えば、少なくとも３０質量％、さらには少なくとも３５質量％、さらには少なくとも４０質量％、さらには少なくとも４５質量％、さらには少なくとも５０質量％など、は、２．５マイクロメートル未満の粒径を有し、ならびに当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の１０質量％未満、例えば、５質量％未満、さらには２質量％未満、さらには１質量％未満など、は、２．５〜１０マイクロメートルの粒径を有する。
【００２０】
本明細書において開示されるある特定の例示的実施形態において、少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の少なくとも２５質量％、例えば、少なくとも３０質量％、さらには少なくとも３５質量％、さらには少なくとも４０質量％、さらには少なくとも４５質量％、さらには少なくとも５０質量％など、は、１０マイクロメートルを超える粒径を有し、ならびに、当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の１０質量％未満、例えば、５質量％未満、さらには２質量％未満、さらには１質量％未満など、は、２．５〜１０マイクロメートルの粒径を有する。
【００２１】
本明細書において開示されるある特定の例示的実施形態において、少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の少なくとも２５質量％、例えば、少なくとも３０質量％、さらには少なくとも３５質量％、さらには少なくとも４０質量％、さらには少なくとも４５質量％、さらには少なくとも５０質量％など、は、２．５マイクロメートル未満の粒径を有し、同時に、当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の少なくとも２５質量％、例えば、少なくとも３０質量％、さらには少なくとも３５質量％、さらには少なくとも４０質量％、さらには少なくとも４５質量％、さらには少なくとも５０質量％など、は、１０マイクロメートルを超える粒径を有し、ならびに、当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の１０質量％未満、例えば、５質量％未満、さらには２質量％未満、さらには１質量％未満など、は、２．５〜１０マイクロメートルの粒径を有する。
【００２２】
例えば、ある特定の例示的実施形態において、当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の２５質量％〜７５質量％、例えば３０質量％〜６０質量％など、は、２．５マイクロメートル未満の粒径を有し、ならびに当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の１質量％〜１０質量％、例えば２質量％〜８質量％など、は、２．５〜１０マイクロメートルの粒径を有する。
【００２３】
ある特定の例示的実施形態において、当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の２５質量％〜７５質量％、例えば、３０質量％〜６０質量％など、は、１０マイクロメートルを超える粒径を有し、ならびに当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の１質量％〜１０質量％、例えば２質量％〜８質量％など、は、２．５〜１０マイクロメートルの粒径を有する。
【００２４】
ある特定の例示的実施形態において、当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の２５質量％〜７５質量％、例えば、３０質量％〜６０質量％など、は、２．５マイクロメートル未満の粒径を有し、同時に、当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の２５質量％〜７５質量％、例えば３０質量％〜６０質量％など、は、１０マイクロメートルを超える粒径を有し、ならびに当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の１質量％〜１０質量％、例えば２質量％〜８質量％など、は、２．５〜１０マイクロメートルの粒径を有する。
【００２５】
ある特定の例示的実施形態において、少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩は、０．２〜２マイクロメートルの範囲、例えば０．５〜１．５マイクロメートルの範囲など、のメジアン粒径（ｐｄ50）の第一粒径分布を有し、ならびに少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩は、１５〜３０マイクロメートルの範囲、例えば２０マイクロメートル〜２５マイクロメートルの範囲など、のメジアン粒径（ｐｄ50）の第二粒径分布を有する。
【００２６】
本明細書において使用される場合、ｐｄ10なる用語は、分布における粒子の９０％がその値より大きな粒径を有し、分布における粒子の１０％がその値より小さい粒径を有するような粒径を意味する。
【００２７】
本明細書において使用される場合、ｐｄ90なる用語は、分布における粒子の９０％がその値より小さい粒径を有し、分布における粒子の１０％がその値より大きい粒径を有するような粒径を意味する。
【００２８】
本明細書において使用される場合、ｐｄ50なる用語は、分布における粒子の５０％がその値より小さい粒径を有し、分布における粒子の５０％がその値より大きい粒径を有するような粒径を意味する。
【００２９】
本明細書において使用される場合、ｐｄ因子（ｐｄf）なる用語は、（ｐｄf）＝（ｐｄ50−ｐｄ10）／ｐｄ50を意味する。
【００３０】
本明細書において使用される場合、ｐｄ幅（ｐｄ幅）なる用語は、（ｐｄ幅）＝（ｐｄ90−ｐｄ10）／ｐｄ50を意味する。
【００３１】
様々な例示的実施形態において、少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩は、０．１〜１マイクロメートルの範囲、例えば０．２５〜０．７５マイクロメートルの範囲など、のｐｄ10を有する第一粒径分布を有し、ならびに少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩は、８〜１８マイクロメートルの範囲、例えば１０〜１５マイクロメートルの範囲など、のｐｄ10を有する第二粒径分布を有する。
【００３２】
様々な例示的実施形態において、少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩は、０．５〜３マイクロメートルの範囲、例えば１〜２．５マイクロメートルの範囲など、のｐｄ90を有する第一粒径分布を有し、ならびに少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩は、２５〜７５マイクロメートルの範囲、例えば３０〜６０マイクロメートルの範囲など、のｐｄ90を有する第二粒径分布を有する。
【００３３】
様々な例示的実施形態において、当該第一粒径分布は、０．４未満のｐｄ因子（ｐｄf）、例えば０．２５〜０．３５のｐｄfなど、を有し、当該第二粒径分布は、０．５未満のｐｆ因子（ｐｄf）、例えば０．３５〜０．４５のｐｄfなど、を有する。
【００３４】
様々な例示的実施形態において、当該第一粒径分布は、２未満のｐｄ幅、例えば１．３〜１．７のｐｄ幅など、を有し、第二粒径分布は、２未満のｐｄ幅、例えば１．３〜１．７のｐｄ幅など、を有する。
【００３５】
様々な例示的実施形態において、当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の少なくとも２５質量％、例えば、少なくとも３５質量％、さらには少なくとも５０質量％など、は当該第一粒径分布を有し、当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の少なくとも２５質量％、例えば、少なくとも３５質量％、さらには少なくとも５０質量％など、は当該第二粒径分布を有する。
【００３６】
例えば、様々な例示的実施形態において、当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の２５質量％〜７５質量％は当該第一粒径分布を有し、当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の２５％〜７５質量％は当該第二粒径分布を有する。
【００３７】
ある特定の例示的実施形態において、当該第一粒径分布を有する少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩と当該第二粒径分布を有する少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩との質量比は、０．２５：１〜４：１、例えば、０．５：１〜２：１、さらには０．８：１〜１．２〜１など、の範囲、例えば約１：１など、であり得る。
【００３８】
ある特定の例示的実施形態において、第一粒径分布および第二粒径分布を有する当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩は、炭酸ストロンチウムである。
【００３９】
ある特定の例示的実施形態において、第一粒径分布および第二粒径分布を有する当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩は、炭酸カルシウムである。
【００４０】
ある特定の例示的実施形態において、第一粒径分布および第二粒径分布を有する当該少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩は、炭酸マグネシウムである。
【００４１】
ある特定の例示的実施形態において、当該第一粒径分布を有する少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩は、少なくとも２種のアルカリ土類炭酸塩を含むことができる。ある特定の例示的実施形態において、当該第二粒径分布を有する少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩は、少なくとも２種のアルカリ土類炭酸塩を含むことができる。
【００４２】
例えば、ある特定の例示的実施形態において、当該第一粒径分布を有する少なくとも２種のアルカリ土類炭酸塩は、炭酸ストロンチウムおよび炭酸カルシウムであり得、ならびに当該第二粒径分布を有する少なくとも２種のアルカリ土類炭酸塩は、炭酸ストロンチウムおよび炭酸カルシウムであり得る。
【００４３】
ある特定の例示的実施形態において、当該第一粒径分布を有する少なくとも２種のアルカリ土類炭酸塩は、炭酸ストロンチウムおよび炭酸マグネシウムであり得、ならびに当該第二粒径分布を有する少なくとも２種の当該アルカリ土類炭酸塩は、炭酸ストロンチウムおよび炭酸マグネシウムであり得る。
【００４４】
ある特定の例示的実施形態において、当該第一粒径分布を有する少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩は、少なくとも３種のアルカリ土類炭酸塩を含むことができる。ある特定の例示的実施形態において、当該第二粒径分布を有する少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩は、少なくとも３種のアルカリ土類炭酸塩を含むことができる。
【００４５】
例えば、ある特定の例示的実施形態において、当該第一粒径分布を有する少なくとも３種のアルカリ土類炭酸塩は、炭酸ストロンチウム、炭酸マグネシウム、および炭酸カルシウムであり得、ならびに当該第二粒径分布を有する少なくとも３種のアルカリ土類炭酸塩は、炭酸ストロンチウム、炭酸マグネシウム、および炭酸カルシウムであり得る。
【００４６】
さらなる実施形態において、無機成分はさらに、様々なチタン酸アルミニウム体を形成するための成分を含んでいてもよく、そのような成分としては、これらに限定されるわけではないが、少なくとも１種のアルミナ供給源、少なくとも１種のチタニア供給源、少なくとも１種のシリカ供給源、および少なくとも１種の希土類金属酸化物供給源が挙げられる。
【００４７】
チタン酸アルミニウムハニカムＤＰＦを形成するためのバッチ材料の例は、米国特許第７，２５９，１２０号明細書において開示されており、なお、当該特許の開示全体は、参照により本明細書に組み入れられる。例えば、ある特定の実施形態において、当該無機バッチは、バッチ中の無機固体成分の総質量に対して、４８〜５２質量％のアルミナ、２８〜３２質量％のチタニア、８〜１２質量％のシリカ、７〜１０質量％の炭酸ストロンチウム、１〜３質量％の炭酸カルシウム、および０〜１質量％の酸化ランタンを含有し得る。
【００４８】
セラミック形成バッチ材料は、さらに、一時的細孔形成剤を含んでいてもよい。一時的細孔形成剤の例としては、炭素（例えば、グラファイト（天然または合成）、活性炭、石油コークス、およびカーボンブラックなど）、デンプン（例えば、トウモロコシ、大麦、豆、ジャガイモ、米、タピオカ、エンドウ、サゴヤシ、小麦、カンナ、およびクルミ殻粉など）、およびポリマー（例えば、ポリブチレン、ポリメチルペンテン、ポリエチレン（好ましくはビーズ）、ポリプロピレン（好ましくはビーズ）、ポリスチレン、ポリアミド（ナイロン）、エポキシ、ＡＢＳ、アクリル樹脂、およびポリエステル（ＰＥＴ）など）が挙げられる。少なくとも１つの実施形態において、当該細孔形成剤は、デンプンから選択され得る。単なる一例として、当該細孔形成剤は、ジャガイモデンプンおよびエンドウデンプンから選択されるデンプンであり得る。
【００４９】
一時的細孔形成剤の非限定的な例としては、ドイツの施設であるＫｙｒｉｔａおよびＥｍｌｉｃｈｈｅｉｍからＥｍｓｌａｎｄ  Ｓｔａｒｋｅ  ＧｍｂＨ社によって市販されているＮａｔｉｖｅ  Ｐｏｔａｔｏ  Ｓｔａｒｃｈ、ならびにドイツの施設であるＥｍｌｉｃｈｈｅｉｍからＥｍｓｌａｎｄ  Ｓｔａｒｋｅ  ＧｍｂＨ社によって市販されているＮａｔｉｖｅ  Ｐｅａ  Ｓｔａｒｃｈが挙げられる。
【００５０】
様々な例示的実施形態において、当該一時的細孔形成剤は、所望の結果を達成するための任意の量において存在するように選択され得る。例えば、当該一時的細孔形成剤は、上乗せ添加として加えられた、バッチ材料の少なくとも１質量％を占め得る（すなわち、当該無機成分はバッチ材料の１００％を占めており、そのため、総バッチ材料は１０１％である）。例えば、当該一時的細孔形成剤は、上乗せ添加として加えられた、バッチ材料の少なくとも５質量％、少なくとも１０質量％、少なくとも１５質量％、少なくとも２０質量％、少なくとも３０質量％、少なくとも４０質量％、または少なくとも５０質量％を占め得る。さらなる実施形態において、当該一時的細孔形成剤は、上乗せ添加として、バッチ材料の２５質量％未満、例えば、２０質量％未満、さらには１５質量％未満、さらには１０質量％未満など、を占め得る。ある特定の実施形態において、当該一時的細孔形成剤は、上乗せ添加として、バッチ材料の５％〜２０％、例えば、バッチ材料の５％〜１５％など、を占め得る。
【００５１】
本開示の様々な実施形態において、当該バッチ材料は、バッチ材料の製造にとって有用な任意の他の既知の成分と混合することができる。例えば、当該バッチ材料はさらに、少なくとも１種の有機バインダーを含んでいてもよい。そのような実施形態において、適切なバインダーを選択することは、当業者の能力の範囲内である。単なる一例として、有機バインダーは、セルロース含有成分、例えば、メチルセルロース、メチルセルロース誘導体、およびそれらの組み合わせなど、から選択され得る。
【００５２】
所望であれば、適切な溶媒を選択することも、当業者の能力の範囲内である。様々な例示的実施形態において、当該溶媒は、水、例えば脱イオン水など、であり得る。
【００５３】
追加の例示的実施形態において、当該バッチ材料は、バッチ材料の製造にとって有用な任意の他の既知の成分、例えば、少なくとも１種の潤滑剤など、と混合することができる。
【００５４】
本開示はさらに、本開示のバッチ材料を使用したセラミック体の製造方法であって、バッチ材料を調製する工程；当該バッチ材料から未焼成体を形成する工程；および当該未焼成体を焼成してセラミック体を得る工程、を含み得る方法にも関する。
【００５５】
当該セラミック体形成バッチ材料は、当業者に既知の任意の方法によって調製することができる。一例として、少なくとも１つの実施形態において、無機成分は、実質的に均一な混合物を形成するために、粉末化された材料として組み合わせられ、十分に混合され得る。細孔形成剤は、無機材料が十分に混合される前または後に、バッチ混合物を形成するために加えられ得る。様々な実施形態において、次いで、細孔形成剤および無機成分は、実質的に均一なバッチ材料を形成するために、十分に混合され得る。実質的に均一なバッチ材料を実現するために無機材料および細孔形成剤を組み合わせるための適切な工程および条件を決定することは、当業者の能力内である。
【００５６】
当該追加の成分、例えば、潤滑剤、有機バインダー、および溶媒など、は、実質的に均一な混合物を形成するために、個別に、任意の順序で、または一緒に、バッチ材料と混合することができる。実質的に均一な材料を実現するために、バッチ材料と当該追加の成分、例えば、有機バインダーおよび溶媒など、とを混合するための適切な条件を決定することは、当業者の能力の範囲内である。例えば、当該成分は、実質的に均一な混合物を形成するために、混練処理によって混合することができる。
【００５７】
様々な実施形態において、当該混合物は、当業者に既知の任意のプロセスによってセラミック体に形成することができる。一例として、当該混合物は、未焼成体を形成するために、射出成形または押出加工してもよく、ならびに任意選択により当業者に既知の従来の方法によって乾燥させてもよい。
【００５８】
様々な例示的実施形態において、当該未焼成体は、次に、セラミック体へと焼成され得る。セラミック体を実現するために、一部には未焼成体のサイズおよび組成に応じて、セラミック体を焼成するための適切な方法および条件、例えば、設備、温度、および焼成時間を含む焼成条件など、を決定することは、当業者の能力の範囲内である。
【００５９】
本開示はさらに、本開示の方法に従って製造されたセラミック体、特にチタン酸アルミニウムを含むセラミック体に関する。
【００６０】
少なくとも１つの実施形態において、当該セラミック体は、少なくとも４０％、例えば、少なくとも４５％、さらには少なくとも５０％、さらには少なくとも５５％など、の多孔率、例えば、約４０％〜約７０％の範囲、例えば約４０％〜６０％の範囲など、の多孔率、を有し得る。
【００６１】
ある特定の実施形態において、当該セラミック体は、１２〜１６マイクロメートル、例えば１３〜１５マイクロメートルなど、のメジアン孔径（Ｄ50）を有し得る。当該セラミック体は、８〜１２マイクロメートル、例えば９〜１１マイクロメートルのＤ10を有し得る。当該セラミック体は、１６〜２０マイクロメートル、例えば１７〜１９マイクロメートルなど、のＤ90を有し得る。当該セラミック体は、０．３０未満、例えば、０．２９未満、さらには０．２８未満など、のＤ因子（Ｄf＝（Ｄ50−Ｄ10／Ｄ50））を有し得る。
【００６２】
さらなる実施形態において、当該セラミック体は、約０．７０未満、例えば、約０．６０未満、約０．５０未満、約０．４５未満、例えば、約０．４１未満など、のＤ幅（すなわち、（Ｄ90−Ｄ10）／Ｄ50）の孔径分布を有し得る。
【００６３】
ある特定の実施形態において、当該セラミック体は、２５０ｐｓｉ（１．７２２５ＭＰａ）を超える、例えば、２７５ｐｓｉ（１．８９４７５ＭＰａ）を超える、さらには３００ｐｓｉ（２．０６７ＭＰａ）を超えるなど、の破壊係数（ＭＯＲ）を有し得る。破壊係数は、１平方インチ（６．４５１６ｃｍ2）あたり３００個のセルおよび１０ミル（０．２５４ｍｍ）厚の壁を有する部分について、４点たわみ試験を使用して測定した。
【００６４】
ある特定の実施形態において、当該セラミックは、７×１０-7／℃未満、例えば、６×１０-7／℃未満、さらには５×１０-7／℃など、のＣＴＥ（２５〜１０００℃）を有し得る。ある特定の実施形態において、当該セラミック体は、３×１０-7／℃未満、例えば、２×１０-7／℃未満、さらには１×１０-7／℃未満など、のＣＴＥ（２５〜８００℃）を有し得る。
【００６５】
様々な実施形態において、本明細書において開示される方法はさらに、無機バッチ成分を含む少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の粒径分布における変動性を低減する工程を含み得る。本明細書において使用される場合、「粒径分布における変動性を低減する」なる語句は、当該材料を特徴付ける様々な粒径パラメータが、慣習的に使用されている材料よりも、標準または仕様からの変化が少ないことを意味することが意図される。例えば、本開示の様々な実施形態において、アルカリ土類炭酸塩の粒径分布のメジアン粒径（ｐｄ50）の変動は、約±４μｍ以下、例えば、約±２μｍ以下または約１μｍ以下など、であり得る。他の実施形態において、アルカリ土類炭酸塩の粒径分布のｐｄ10の変動は、約±０．５μｍ以下、例えば、約±０．２５μｍ以下または約０．１２５μｍ以下など、であり得る。ならびに、他の実施形態において、アルカリ土類炭酸塩の粒径分布のｐｄ90の変動は、約±１０μｍ以下、例えば、約±５μｍ以下または約２．５μｍ以下など、であり得る。
【００６６】
少なくとも１種のアルカリ土類炭酸塩の粒径分布における変動性の低減は、当業者に既知の方法によって達成することができ、そのような方法としては、微粉化、磨砕、粉砕、および／または分級が挙げられる。例えば、微細な炭酸ストロンチウム（例えば、５マイクロメートル未満のｐｄ50を有する）は、多くの場合、凝集物を含有しており、これは、ｐｄ50および分布（例えば、ｐｄfおよびｐｄ幅）の両方を高める。微粉化または他の手段によってこれらの凝集物を破壊することは、結果として得られる分布のｐｄ50を下げるように働き、ならびに分布自体の変動性を低減する。図１は、微細な炭酸ストロンチウムの微粉化の結果を示している。図１から分かるように、微細化処理を施した炭酸ストロンチウム（試行１〜３）は、微粉化処理を施されていない（入手したままの）炭酸ストロンチウムと比べて、より低いｐｄ50ならびにより狭い（より小さい）ｐｄfおよびｐｄ幅を有していた。
【００６７】
焼成されると、当該アルカリ土類炭酸塩は、マトリックス中へと反応し、セラミック体中に穴もしくは細孔を残す。これらの穴の形状およびサイズは、それらを作り出すアルカリ土類炭酸塩粒子の形状およびサイズと同一であり得る。
【００６８】
当該アルカリ土類炭酸塩の粒径分布を慎重に選択することによって、セラミック体の特性、例えば、孔径分布など、を適合させることができ、および／または特性を向上させることができる。様々な実施形態において、本明細書において開示されるような粒径分布のアルカリ土類炭酸塩を選択することにより、結果として、一時的細孔形成剤の使用量を抑えつつ（これにより、より速くかつより効率的な焼成サイクルを可能にすることができる）、増加した強度、低減された熱膨張係数、低減された焼成の際の収縮変動性、向上したバッチレオロジー特性（すなわち、低減された壁面抵抗および向上したフェデレート）、向上したミクロ構造（および低減された物理特性の変動性）、ならびに向上した多孔質特性、例えば、より狭い孔径分布など（増加したろ過効率およびより低い圧力低下）、より正確な孔径分布の調節、および増加した多孔率、を有するセラミック体を得ることができる。
【実施例】
【００６９】
実施例１
それぞれ、米国特許第７，２５９，１２０号明細書を参照しながら上記において説明された質量パーセンテージの範囲内において加えた、無機原料成分の同じ組み合わせ、すなわち、アルミナ、チタニア、シリカ、炭酸ストロンチウム、炭酸カルシウム、および酸化ランタン、を含む４つのチタン酸アルミニウムバッチ組成物を調製した。各無機原料成分を、４つのバッチのそれぞれに同じ質量パーセンテージにおいて加え、この場合、各バッチは、同じパーセンテージおよび同じ水量において加えられた同じバインダー（メチルセルロース）を有していた。バッチ間の唯一の差は、バッチ中の無機原料成分の総質量に対して約８質量％含まれていた炭酸ストロンチウムの粒径分布であった。詳細には、各バッチは、図１に詳述される４つの分布のうちの１つにおいてプロットされる炭酸ストロンチウム粒径分布を有する（すなわち、ある１つのバッチは「入手したまま」の炭酸ストロンチウムを含み、他の３つのバッチは、バッチに加える前に微粉化処理を施された炭酸ストロンチウムを含む）。微粉化処理を施されたバッチはより柔らかく壁面抵抗が少ないので、微粉化処理を施された炭酸ストロンチウムを含むバッチは、「入手したまま」の炭酸ストロンチウムを含むバッチと比べて優れたレオロジー特性を有していた。
【００７０】
ハニカム形状体（例えば、３００セル／平方インチ（６．４５１６ｃｍ2）（ｃｐｓｉ）／１０ミル（０．２５４ｍｍ）のウェブ厚）への押出加工および乾燥の後、当該未焼成のハニカム形状体を、国際公開第２００６／１３０７５９号に記載されているような標準的なチタン酸アルミニウムの焼成スケジュールを使用して焼成し、なお、当該文献は、参照により本明細書に組み入れられる。
【００７１】
結果として得られる物理特性を表１に詳述した。
【００７２】
【表１】
2015521153.tif 000002
【００７３】
表１から分かるように、微粉化された試行は、平均して、多孔率および孔径が少し減少し、Ｄfがわずかに良好であり（より低い）、ＭＯＲがより高く、およびＣＴＥがより低かった。
【００７４】
実施例２
この実施例において、バッチおよびセラミック物品は、バッチが、異なる粒径分布を有する炭酸ストロンチウムと、下記においてより詳細に説明されるような、異なる量のエンドウデンプン細孔形成剤とを含有することを除いて、実施例１において説明したのと同じ方法において作成した。詳細には、当該バッチには、比較的狭い粒径分布および高いメジアン粒径を有する炭酸ストロンチウム（「タイプＤＦ」）か、または比較的広い粒径分布および低いメジアン粒径を有する炭酸ストロンチウム（「タイプＡ」）のどちらかを含有させた。詳細には、タイプＤＦは、約６．５マイクロメートルのメジアン粒径および約１．２のｐｄ幅を有し、タイプＡは、約２．２マイクロメートルのメジアン粒形および約２．７のｐｄ幅を有していた。この研究のポイントは、チタン酸アルミニウムにおける低多孔率から高多孔率までを包含する多孔率範囲にわたって、これらの原料成分を比較することであった。これは、特定の細孔形成剤制御戦略を用いることによって、すなわち、エンドウデンプンを６質量％から２０質量％まで変量しつつ、グラファイトを一定量（３．５質量％）に維持することによって実施した。物理特性の結果を図２〜５に示している。このシリーズ全体にわたっての平均多孔率および孔径データの分析は、タイプＤＦからタイプＡに変更することにより、結果として、多孔率がおよそ１％低下し、Ｄ10が約１μｍ上がり、Ｄ50が約０．１μｍ低下し、ならびにＤ90が約０．５μｍ低下したことを示している。さらに、ＣＴＥ（２５〜１０００度）は約７％低下し、ＭＯＲは平均約１０％上がった。
【００７５】
結果として得られる焼成物の物理特性を表２に示す。
【００７６】
【表２−１】
2015521153.tif 000003
【００７７】
【表２−２】
2015521153.tif 000004
【００７８】
本発明の趣旨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行うことができることは、当業者に明らかであろう。したがって、添付の特許請求の範囲およびその同等物の範囲内に含まれる限り、本発明が本発明の修正および変更を網羅することが意図される。
【図１】
2015521153.tif 000005
【図２】
2015521153.tif 000006
【図３】
2015521153.tif 000007
【図４】
2015521153.tif 000008
【図５】
2015521153.tif 000009
【国際調査報告】
2015521153.tif 000010
2015521153.tif 000011