CN101042064A - 封堵的蜂窝结构体的制造方法 - Google Patents

Abstract

该方法是一种封堵的蜂窝结构体的制造方法，该结构体包括多孔质隔壁和封堵部分，所述隔壁形成被分割为以蜂窝形式作为流体通道的小室，所述封堵部分形成于圆柱形蜂窝结构体的预定小室的一个开口末端部分。使用浆状的封堵材料填充蜂窝结构体的所有小室的开口。分别地，用照相机获取蜂窝结构体的端面小室图像。光固化或者热固化树脂薄膜附着于所有小室都被封堵的蜂窝结构体的端面。在封堵图案印刷在薄膜上以后，通过使用光或者热源，用光或者热照射印刷薄膜所附着的蜂窝结构体。结果，仅目标薄膜部分能够固化。在还未固化的小室部分中，用高压空气或者喷砂来去除还未固化的薄膜部分与封堵材料。

Description

封堵的蜂窝结构体的制造方法

技术领域

本发明涉及封堵的蜂窝结构体的制造方法。具体地本发明涉及封堵的蜂窝结构体的制造方法，该方法能够容易地和廉价地制造封堵的蜂窝结构体，所以在用作过滤器等的过程中，沉积于该结构体端面上的沉积物被减少。更具体地本发明涉及封堵的蜂窝结构体的制造方法，该方法能够容易地使蜂窝结构体的封堵深度均匀化。

背景技术

近年来，在包括化学、能源、钢铁和工业废物处理的各种领域中，具有优良的耐热性和抗腐蚀性的由陶瓷制成的封堵蜂窝结构体，已被用作环境措施如污染防治措施、由高温气体等回收产品等应用领域中的集尘过滤器。例如，这种封堵的蜂窝结构体优选用作集尘过滤器如柴油机微粒过滤器(DPF)，该柴油机微粒过滤器在腐蚀性气体的气氛中和高温条件下捕获由柴油机引擎释放出来的微粒(如专利文献1)。

如图7所示，用作以上集尘过滤器的封堵蜂窝结构体包括圆柱形的蜂窝结构体23和封堵部分26，所述蜂窝结构体23具有多孔质隔壁22，该隔壁形成被分隔作为流体通道的多个小室24；所述封堵部分26封堵每个预定小室的一个开口和每个剩余小室的其它开口。在如图7所示的封堵蜂窝结构体21中，封堵部分26交替地封堵小室24的入口边的端面B和出口边的端面C。

通过挤压材料以获得未煅烧的、具有多孔质隔壁的圆柱形蜂窝结构体，所述隔壁形成被分隔作为流体通道的多个小室；然后用包括陶瓷的封堵浆料，填充所得到的未煅烧蜂窝结构体或者通过煅烧所述未煅烧的蜂窝结构体而获得的蜂窝结构体的每个预定小室的一个开口和每个剩下小室的其它开口；然后煅烧该结构体，可以制造封堵的蜂窝结构体21。

此外，用作以上集尘过滤器的封堵蜂窝结构体的传统制造方法如图6(a)和6(b)所示。如图6(a)所示，例如，薄膜2附着在所形成的蜂窝体1的一端上，该蜂窝体1是未煅烧的陶瓷干燥体。用图像处理获得掩模4，仅在相应于待封堵的、薄膜2的小室(封堵小室)的部分3处通过激光加工等制造孔。接着，如图6(b)所示，将所形成蜂窝体1的、掩模所附着的端面浸入浆料(陶瓷浆料)5中。所形成蜂窝体1的、待封堵的小室用浆料5来填充，形成封堵部分。所形成蜂窝体1的其它端面也进行类似于以上的步骤。随后，干燥和煅烧该蜂窝体，由此，获得封堵的蜂窝结构体。该方法已经被提出(如专利文献2)。

[专利文献1]日本专利申请特开No.2001-300922；以及

[专利文献2]日本专利申请特开No.2005-270755

在以上封堵的蜂窝结构体的制造方法中，通过激光在薄膜中制备孔。在该方法中，由于该孔倾向比小室开口更小，因此，在有些情况中，用封堵材料填充小室的过程中，封堵材料不容易进入小室。在蜂窝结构体的外周部分的未完成小室上所制造的孔的直径需要减小。因此，需要改变激光照射条件。存在使制造孔变得复杂化的问题。

本发明者的目标是提供一种制造方法，其中，制备与每个小室开口具有相同形状的孔，由此，解决如下问题：在用封堵材料填充小室的过程中，封堵材料不容易进入小室；使打孔更容易。本发明者已经获得本发明。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种制造如下的封堵的蜂窝结构体的方法。

[1]一种封堵的蜂窝结构体的制造方法，该结构体包括多孔质隔壁和封堵部分，所述隔壁形成以蜂窝形式被分隔为作为流体通道的多个小室，所述封堵部分形成于圆柱形蜂窝结构体的预定小室的一个开口末端部分，所述方法包括：预先获取蜂窝结构体的端面图像；然后，通过加工所获取的端面图像，在蜂窝结构体端面的端面小室组上合成预定的封堵图案；将所得到的合成图象印刷在形成于蜂窝结构体端面上光固化或者热固化树脂薄膜上；然后，用光或者热照射蜂窝结构体端面；留下已经固化的部分，而去除薄膜，以形成在光固化或者热固化树脂薄膜上具有预定封堵图案的开口；以及用封堵材料填充蜂窝结构体的小室，以形成封堵部分。

[2]根据以上[1]所述的封堵蜂窝结构体的制造方法，其中，所述合成的封堵图案预先被印刷在光固化或者热固化树脂薄膜上；薄膜附着在蜂窝结构体的端面上。

[3]一种封堵的蜂窝结构体的制造方法，该结构体包括多孔质隔壁和封堵部分，所述隔壁形成以蜂窝形式被分隔为作为流体通道的多个小室，所述封堵部分形成于圆柱形蜂窝结构体的预定小室的一个开口末端部分，所述方法包括：预先用封堵材料填充蜂窝结构体端面的所有小室；然后在端面上形成光固化或者热固化树脂薄膜；预先获取蜂窝结构体的端面图像；然后，通过加工所获取的端面图像，在蜂窝结构体端面的端面小室组上合成预定的封堵图案；将所得到的合成图象印刷在形成于蜂窝结构体端面上的、光固化或者热固化树脂薄膜上；然后，用光或者热照射蜂窝结构体端面，以便预定小室的光固化或者热固化树脂薄膜固化；去除还未与封堵材料固化在一起的光固化或者热固化树脂薄膜；然后，去除已经固化的光固化或者热固化树脂薄膜，形成封堵部分。

[4]一种封堵的蜂窝结构体的制造方法，该结构体包括多孔质隔壁和封堵部分，所述隔壁形成以蜂窝形式被分隔为作为流体通道的多个小室；所述封堵部分形成于圆柱形蜂窝结构体的预定小室的一个开口末端部分，所述方法包括：预先用包含光固化或者热固化树脂的封堵材料填充蜂窝结构体的所有小室，基于预先获取的蜂窝结构体端面图像的信息，使用激光以封堵图案的形式照射端面，以便预定小室的封堵材料固化；以及去除还未固化的封堵材料，以由此形成封堵部分。

[5]一种封堵的蜂窝结构体的制造方法，该结构体包括多孔质隔壁和封堵部分，所述隔壁形成以蜂窝形式被分隔为作为流体通道的多个小室，所述封堵部分形成于圆柱形蜂窝结构体的预定小室的一个开口末端部分，所述方法包括：预先用封堵材料填充蜂窝结构体端面的所有小室；然后在蜂窝结构体的端面上形成光固化或者热固化树脂薄膜；然后，基于预先获取的蜂窝结构体端面图像的信息，使用激光以封堵图案的形式照射端面，以便预定小室的光固化或者热固化树脂薄膜固化；去除还未与封堵材料固化在一起的光固化或者热固化树脂薄膜；然后，去除已经固化的光固化或者热固化树脂薄膜，以形成封堵部分。

根据本发明的制造方法，产生如下效应。即，沿着封堵图案来制造孔，所述封堵图案是基于所照像端面的小室形状来印刷在薄膜上的封堵图案。因此，该孔可以基本上与小室开口相同。从而，封堵材料容易地进入小室。这解决了在用封堵材料填充小室过程中，封堵材料不容易进入小室的问题。即使在蜂窝结构体最外围的未完成小室中，可以类似地加工出与小室开口基本上相同的孔。因此，有利于制造孔的问题也被解决。而且，根据本发明的另一结构，用封堵材料预先填充蜂窝结构体端面的所有小室以后，光固化或者热固化树脂薄膜形成于该端面上。作为选择，仅仅在通过用包含光固化或者热固化树脂的封堵材料来填充该小室而封堵的小室部分，树脂被固化；该结构解决了在用封堵材料填充小室过程中，封堵材料不容易进入小室的问题。另外，可以容易地被去除未固化的树脂，有利于打孔的问题因此可以解决。

附图说明

图1(a)-1(e)是根据本发明一种实施方式在形成于蜂窝结构体端面的薄膜上印刷的步骤图；

图2(a)-2(d)是在图1(a)-1(e)步骤之后的步骤图，所示的是通过用光或者热照射蜂窝结构体来固化的固化步骤和固定封堵材料的步骤；

图3(a)-3(g)是本发明另一种实施方式的步骤图；

图4(a)-4(d)是本发明再一种实施方式的步骤图；

图5(a)-5(e)是本发明再一种实施方式的步骤图；

图6(a)-6(b)是封堵的蜂窝结构体的传统制造方法的步骤图；以及

图7是封堵的蜂窝结构体的结构截面图。

具体实施方式

参考图1-5所示的本发明具体结构，此后将描述根据本发明封堵的蜂窝结构体的制造方法的实施方式。然而，在解释的时候，本发明并不被该描述所限制，在没有偏离本发明范围的条件下，基于本技术领域人员的常识，可以进行各种各样地改变、修改和改进。

通过将粘合剂、分散介质等加入陶瓷粉末如堇青石粉末中并捏制该材料所获得的封堵材料，优选可用作本发明的封堵构件。例如，封堵构件可以通过将水、粘合剂和甘油加入堇青石粉末中来制备。

此外，作为本发明的蜂窝结构体的材料，从强度、耐热性等方面来看，优选从以下组成的组中选择一种材料作为主结晶相：堇青石、碳化硅、氧化铝、富铝红柱石、钛酸铝和铝硅酸锂(LAS)。应该指出的是，当与蜂窝结构体的材料相同的浆料被用作封堵材料的浆料时，存在如下的效应，即两种浆料的热膨胀系数相符。

包括多孔质隔壁的圆柱形蜂窝结构体由在例如专利文献2中所述的方法来制造，该多孔质隔壁形成以蜂窝形式被分隔为作为流体通道的多个小室。例如，可以挤压包含陶瓷的成形材料，获得具有多孔质隔壁的、、未煅烧的圆柱形蜂窝结构体，该多孔质隔壁形成以蜂窝形式被分隔为作为流体通道的多个小室。作为包含陶瓷的成形材料，可优选使用如下材料，该材料通过将粘合剂、分散介质等加入陶瓷粉如堇青石、富铝红柱石、氧化铝、尖晶石、碳化硅、氮化硅、铝硅酸锂或者钛酸铝中并捏制该材料来获得。对挤压成形方法没有任何特别的限制，但是，可以使用此前已知的方法如使用真空挤压机的挤压成形法。

图1(a)-1(e)是在形成于本发明的蜂窝结构体端面的薄膜上印刷的印刷步骤的示意图。在该实施方式中，如图1(a)所示，首先，用照相机拍摄蜂窝结构体11的端面的小室像，获取如图1(b)所示的小室图像14。接着，通过图像处理，由所得到的小室像14合成预定的封堵图案，获得如图1(c)所示的合成图象15。另一方面，如图1(d)所示，光固化或者热固化树脂薄膜16预先附着在蜂窝结构体的端面上，如以上所述获得的合成图象15印刷在如图1(e)中所示的、光固化或者热固化树脂薄膜16上，获得印刷的薄膜17。

在本发明中，光固化的树脂是用紫外光或者可见光固化的树脂。例如，用脉冲激光、He-Cd激光或者氩激光来照射的树脂部分被聚合固化，环氧基树脂是优选，因为它具有通用性。

此外，热固性树脂是液体或者粉末的低分子或者热塑性大分子树脂，该树脂具有以下性能，即每当在加热等过程中，在该分子之间发生交联反应时，该树脂转变成具有三维筛网结构的、不可溶的大分子树脂。树脂的例子包括尿素树脂、三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚脂树脂、丙烯酸树脂等。这些树脂在其分子中具有化学反应性的官能团。

为了印刷封堵图案，该图案可以用光吸收油墨、热吸收油墨来等印刷在光固化或者热固化树脂薄膜上，或者光固化或热固化树脂印刷在承载膜上。作为其上印刷有光固化或者热固化树脂的承载膜，可以使用聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜或者聚酯薄膜。可以预先进行处理该薄膜，然后使用。特别是对于喷墨打印，优选使用例如聚丙烯酰基粉末(polyacryl powder)、不饱和的聚酯粉末等来处理薄膜表面。在表面处理期间，可以进行电晕放电处理。

接着，参考图2(a)-2(d)，描述以下步骤。用光或者热照射如图1(a)-1(e)所示获得的、在其端面上具有印刷薄膜的蜂窝结构体，所以，薄膜被固化，封堵材料被固定。通过使用源37，例如，如图2(b)所示的光源如紫外射线或者热源如卤素灯，用光或者热照射印刷薄膜32所附着的蜂窝结构体31。结果，只有薄膜的目标部分33被固化(如图2(c)所示)。小室部分34的、已经固化的薄膜33被固定在蜂窝结构体31的端面上。另一方面，在未固化的小室部分35上，如图2(c)和2(d)所示，用加压空气或者喷沙Y(standblastY)，去除该部分的、没有固化的薄膜36。应该指出的是，在下一步骤中，通过此前已知的方法，用封堵构材来填充该小室以后，可以去除已经固化的薄膜33，或者可以通过煅烧蜂窝结构体来烧掉。因此，可以制造具有以所希望的方式来封堵的端面的封堵蜂窝结构体。

接着，参考附图3(a)-3(g)，描述本发明的另一种实施方式。如图3(a)所示，首先，用像浆料的封堵材料43来填充蜂窝结构体41的所有小室42。个别地，如图3(b)所示，用照相机40来获取蜂窝结构体41的端面小室像。因此，如图3(c)所示，光固化或者热固化树脂薄膜44附着在蜂窝结构体41的端面上，在该蜂窝结构体中，所有的小室被封堵。因此，以如图2(a)-2(d)所示的相同方式，将封堵图案印刷在薄膜44上(如图3(d)所示)以后，通过使用光或者热源50(如图3(e)所示)，用光或者热来照射印刷薄膜44a所附着的蜂窝结构体41。结果，如图3(f)所示，仅目标薄膜部分45被固化。已经固化的、小室部分46的薄膜部分45被固定在蜂窝结构体的端面上。另一方面，在未固化的小室47上，如图3(g)所示，用加压空气或者喷沙Y，未固化的薄膜部分48与封堵材料49一起被去除。应该指出的是，用通常的方法去除已经固化在端面上的、剩下的薄膜部分45，或者可以通过煅烧来烧掉。

参考附图4(a)4(d)，描述本发明的另一种实施方式。如图4(a)所示，用包含光固化或者热固化树脂的封堵材料52来预先填充蜂窝结构体51的所有小室的开口。因此，如图4(b)所示，蜂窝结构体51的端面提供有封堵材料52，基于预先所获取的、蜂窝结构体51的端面图像的信息，用以封堵图案形式(如Z字形)的激光X照射该蜂窝结构体的端面。因此，如图4(c)所示，预定小室53的封堵材料52的表面部分54被固化，已经固化的表面部分54被固定在蜂窝结构体51的端面上。另一方面，如图4(c)和4(d)所示，通过喷沙Y等去除未固化的、小室部分55的封堵材料56。

参考附图5(a)-5(e)，描述本发明的另一种实施方式。如图5(a)所示，用封堵材料62预先填充在蜂窝结构体61的端面上的所有小室的开口。因此，如图5(b)所示，光固化或者热固化树脂薄膜63形成于提供有封堵材料62的端面上。因此，如图5(c)所示，基于预先选取的、蜂窝结构体61的端面图像的信息，用以封堵图案形式(如Z字形图案)的激光来照射提供有蜂窝结构体61的光固化或者热固化树脂薄膜63的端面。结果，如图5(d)所示，预定小室64的薄膜65被固化，已经固化的薄膜65被固定在蜂窝结构体61的端面上。另一方面，如图5(d)、5(e)所示，通过喷砂等，未固化的、小室部分66的薄膜67与封堵材料68一起被去除。

应该指出，光固化或者热固化树脂薄膜63可以通过将薄膜附着在端面上或者用光固化或者热固化的树脂涂敷在端面上来形成。可以通过常见的方法去除已经固化的薄膜65，或者通过煅烧来烧掉。

应该指出，根据本实施方式的、封堵蜂窝结构体的制造方法，催化剂可以承载在通过以上方法所获得的封堵蜂窝结构体的隔壁的内表面和/或者内部。当封堵的蜂窝结构体被用作例如DPF时，优选负载具有促使由隔壁所捕获的沉积物燃烧的功能的催化剂。这种催化剂的优选例子包括贵重金属如Pt、Pd和Rh以及非金属基的钙钛矿型催化剂。依照承载催化剂的传统方法，通过过滤器如DPF，来进行承载催化剂方法的操作。

实施例

此后，依据实施例更具体地描述本发明。

实施例1

将原料如形成堇青石的材料(包含作为其主要材料的滑石、高岭土和氧化铝)与水、粘合剂、表面活性剂等进行混合、分散、混合和捏制，以获得成型材料。用粘土捏和机，使该材料成型为柱状，用挤压机挤压，以获得成型为圆柱具有隔壁和外壁的小室(蜂窝)体，其中隔壁形成被分隔为流体通道的多个小室，外壁与隔壁被整体形成。为了通过使用以该方式所获得的成型体来制造蜂窝结构体，干燥所得到的成形体，然后切成预定长度，获得干燥体。交替地封堵每个干燥体的相对端面的小室组以后，干燥并获得该干燥体。为了用封堵材料来填充小室的开口，当振动封堵材料时，填充被促进。这是优选的，因为获得了一致的封堵深度。接着，磨削和去除外周壁和存在于干燥体最外围的大约1～3个小室以后，用陶瓷涂层材料涂敷外围，以形成外周壁。结果，可以获得由堇青石制成的蜂窝结构体。

具体地，可能制造如下蜂窝结构体，该蜂窝结构体具有四边形的小室截面形状、0.3mm的隔壁厚度、300cpsi(46.5小室/cm²)的比小室密度、柱状(外径：191mm，长度：203mm)、具有涂层外周的蜂窝结构体的外形、10mm的封堵深度。类似地，可能获得如下蜂窝形结构体，该蜂窝结构体具有四边形的小室截面形状、0.3mm的隔壁厚度、200cpsi(31小室/cm²)的比小室密度、(蜂窝形结构体的外周被涂层以后)柱状(外径：330mm，长度：305mm)外形。还可能获得如下蜂窝结构体，该结构体具有在蜂窝形结构体的外周被涂层以后的柱状(外径：460mm，长度：500mm)外形。

这些小室结构体具有如下特征：其孔隙率是在40-80％范围内，平均孔直径是在5-50μm的范围内，在40-800℃条件下，轴向上的平均热膨胀系数是0.1-2.0×10^-6/℃。

而且，使用相同的原料，制造具有191-460mm外径的蜂窝结构体，使得小室具有由八边形和四边形结合所形成的截面形状。其隔壁厚度为0.41mm，比小室密度为300cpsi(46.5小室/cm²)。而且，制造小室结构体，使得所整体成型的外形(包括非加工的外周)为柱状(外径：144mm，长度：152mm)，小室具有由八边形和四边形结合所形成的截面形状，隔壁厚度是0.41mm，比小室密度为300cpsi(46.5小室/cm²)，封堵深度为3mm。还制造具有相同维度和相同封堵深度的小室结构体，使得该小室具有四边形的截面形状，隔壁厚度为0.43mm，比小室密度为100cpsi(15.5小室/cm²)。

在涂敷外围型的蜂窝结构体中，所述涂敷外围是通过加工和去除封堵体的外周部分，并用陶瓷涂敷外围以形成外壁而形成的，不必封堵位于蜂窝结构体最外围部分的部分小室。然而，在整体形成外壁型的蜂窝结构体中，优选如下过滤器操作，封堵位于最外围待封堵的部分小室，不封堵其它的小室。根据本发明方法，部分小室也被如实地拍照，形成封堵图案。因此，在整体形成外壁型的蜂窝结构体中，可以封堵位于最外周的、待封堵的部分小室，而不封堵其它的小室。

在包括化学、能源、钢铁和工业废物处理的各种领域中，由本发明的制造方法所获得的封堵蜂窝结构体，已经被用作环境措施如污染防治措施、由高温气体等回收产品等应用领域中的集尘过滤器。蜂窝结构体尤其用作集尘过滤器如柴油机颗粒过滤器(DPF)，在腐蚀性气体的气氛中和在高温条件下，该过滤器捕获由柴油机的引擎所释放出来的颗粒物。

Claims (5)

1.一种封堵的蜂窝结构体的制造方法，该结构体包括多孔质隔壁和封堵部分，所述隔壁形成以蜂窝形式被分隔为作为流体通道的多个小室，所述封堵部分形成于圆柱形蜂窝结构体的预定小室的一个开口末端部分，其中，

所述方法包括：预先获取蜂窝结构体的端面图像；

然后，通过加工所获取的端面图像，在蜂窝结构体端面的端面小室组上合成预定的封堵图案；

将所得到的合成图象印刷在形成于蜂窝结构体端面上的光固化或者热固化树脂薄膜上；

然后，用光或者热照射蜂窝结构体端面；

留下已经固化的部分，而去除薄膜，以形成在光固化或者热固化树脂薄膜上具有预定封堵图案的开口；以及

用封堵材料填充蜂窝结构体的小室，以形成封堵部分。

2.根据权利要求1所述的封堵的蜂窝结构体的制造方法，其中，所合成的封堵图案被预先印刷在光固化或者热固化树脂薄膜上；薄膜附着到蜂窝结构体的端面上。

3.一种封堵的蜂窝结构体的制造方法，该结构体包括多孔质隔壁和封堵部分，所述隔壁形成以蜂窝形式被分隔为作为流体通道的多个小室，所述封堵部分形成于圆柱形蜂窝结构体的预定小室的一个开口末端部分，其中，

所述方法包括：

预先用封堵材料填充蜂窝结构体端面的所有小室；

然后在端面上形成光固化或者热固化树脂薄膜；

预先获取蜂窝结构体的端面图像；

然后，通过加工所获取的端面图像，在蜂窝结构体端面的端面小室组上合成预定的封堵图案；

将所得到的合成图象印刷在形成于蜂窝结构体端面上的光固化或者热固化树脂薄膜上；

然后，用光或者热照射蜂窝结构体端面，以便预定小室的光固化或者热固化树脂薄膜固化；

去除还未与封堵材料固化在一起的光固化或者热固化树脂薄膜；

然后，去除已经固化的光固化或者热固化树脂薄膜，以形成封堵部分。

4.一种封堵的蜂窝结构体的制造方法，该结构体包括多孔质隔壁和封堵部分，所述隔壁形成以蜂窝形式被分隔为作为流体通道的多个小室，所述封堵部分形成于圆柱形蜂窝结构体的预定小室的一个开口末端部分，其中，

所述方法包括：

预先用包含光固化或者热固化树脂的封堵材料填充蜂窝结构体的所有小室；

基于预先获取的蜂窝结构体端面图像信息，使用激光以封堵图案的形式照射端面，以便预定小室的封堵材料固化；以及

去除还未固化的封堵材料，以由此形成封堵部分。

5.一种封堵的蜂窝结构体的制造方法，该结构体包括多孔质隔壁和封堵部分，所述隔壁形成以蜂窝形式被分隔为作为流体通道的多个小室，所述封堵部分形成于圆柱形蜂窝结构体的预定小室的一个开口末端部分，其中，

所述方法包括：

预先用封堵材料填充蜂窝结构体端面的所有小室；

然后在蜂窝结构体的端面上形成光固化或者热固化树脂薄膜；

然后，基于预先获取的蜂窝结构体端面图像信息，使用激光以封堵图案的形式照射端面，以便预定小室的光固化或者热固化树脂薄膜固化；

去除还未与封堵材料固化在一起的光固化或者热固化树脂薄膜；

然后，去除已经固化的光固化或者热固化树脂薄膜，形成封堵部分。

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