JP5572102B2 - 異方性多孔質セラミック物品およびその製造 - Google Patents

Description

関連出願

本出願は、「Acicular Porous Ceramic Article and Manufacture Thereof」と題する、２００８年２月２９日に出願された米国仮特許出願第６１／０６７６１５号の恩恵を主張するものである。

本発明は、異方性微細構造を有するセラミックおよび多孔質セラミック物品並びにそれら物品の製造方法に関し、特に、触媒担体または基体もしくはフィルタとして使用できるような、異方性微細構造を有する多結晶質セラミックからなる低熱膨張多孔質物品に関する。

典型的にハニカム体の形態にある、チタン酸アルミニウム系基体は、触媒基体およびディーゼル粒状排出物のためのフィルタなどの様々な用途に用いられている。

ある態様において、異方性微細構造を有する多結晶質セラミックからなる多孔質セラミック体がここに開示されており、ここで、異方性微細構造は、配向された多結晶質多相網様体(reticular formations)からなり、多孔質体はチタン酸アルミニウムからなる。網様体は微結晶からなることが都合よい。網様体は、主固相および１つ以上の副固相からなっいていもよい。微細構造は、配向を示す部分と一緒には配向を示さない部分をさらに含んでいてもよい。ある実施の形態において、網様体の外部領域は主固相からなり、網様体の内部領域は副固相からなる。ある実施の形態において、多孔質体は、４０％より大きい気孔率を有し、他の実施の形態においては４５％より大きく、さらに他の実施の形態においては５０％より大きく、さらにまた他の実施の形態においては５５％より大きく、他の実施の形態においては６０％より大きく、また他の実施の形態においては６５％より大きい。ある実施の形態において、多孔質体はハニカム構造に形成される。

別の態様において、異方性微細構造を有する多結晶質セラミックからなる多孔質体がここに開示されており、ここで、この異方性微細構造は、チタン酸アルミニウムの主固相を有する、配向された多結晶質網様体からなる。ある実施の形態において、多結晶質網様体は、多相多結晶質網様体である。

さらに別の態様において、複数のセラミック形成前駆体の反応生成物を含む異方性微細構造からなる無機組成物がここに開示されており、ここで、その反応生成物は、多結晶質網様体として存在する。この無機多結晶質組成物は、低熱膨張セラミックからなることが都合よい。ある実施の形態において、セラミックには微小亀裂が形成されている。

さらに別の態様において、チタン酸アルミニウムの第１のセラミック相からなる多孔質体を形成する方法であって、第１の前駆体を含む複数の無機セラミック形成前駆体を含む可塑化混合物を調製する工程であって、第１の前駆体の少なくとも一部が、繊維形態で混合物中に存在するものである工程；可塑化混合物を未焼成体に成形する工程；および前駆体を反応させ、第１のセラミック相を生成するのに十分に未焼成体を加熱する工程であって、第１のセラミック相の少なくとも一部が、多結晶質網様体からなる部分的に異方性である微細構造からなり、前駆体の繊維の少なくともある程度が網様体のテンプレートとして働くものである工程を有してなる方法がここに開示されている。それゆえ、前駆体材料混合物中の連結したテンプレートの全体の形態(morphology)が高温反応中に部分的に保存され、ここで、繊維が、第１のセラミック相に転化される前駆体材料を提供するものである。ある実施の形態において、前駆体繊維の一部分は、第１のセラミック相への加熱中に反応するのに対し、前駆体繊維の過剰の分は未反応のままであり、これらの実施の形態のあるものにおいて、その過剰の分の少なくともある程度は、多結晶質網様体の少なくともいくらかの内部領域に配置される。

さらに別の態様において、フィルタおよび基体用途のための高多孔質チタン酸アルミニウム系セラミック物品の製造、並びに繊維状であり、反応性焼成中に微細構造テンプレートとして機能し、最終的な焼成セラミック物品において異方性微細構造を形成する少なくとも１種類の原材料を利用した、セラミック物品を製造するためのバッチ組成物およびプロセスがここに開示されている。これにしたがって製造されるセラミック物品は、高強度、低熱膨張係数（ＣＴＥ）および高気孔率を示す。代わりに、さらに好ましくはそれに加え、前記セラミック物品は、高い破壊靭性、低熱膨張、高強度、または低い弾性率、もしくはそれらの組合せによる高い耐熱衝撃性、および低背圧での高い濾過効率（高気孔率、高い細孔相互連絡性、狭い細孔径分布、または小さい細孔の比率が低いこと、もしくはそれらの組合せによる）を示す。

さらに別の態様において、高気孔率で低熱膨張のセラミック物品を製造するプロセスがここに開示されている。このプロセスは、微粒子原材料の供給源および繊維状原材料の少なくとも１つの供給源を含む低膨張材料形成バッチ（例えば、低膨張チタン酸アルミニウム系セラミックを形成するための）を調製する工程を含む。ある実施の形態において、無機繊維状原材料は、アルミニウム、ケイ素、マグネシウム、チタン、ジルコニウム、および鉄、並びにそれらの組合せの酸化物を含んで差し支えない。例えば、チタン酸アルミニウム系複合体について、長石−チタン酸アルミニウム複合体に関する組合せは、チタニア、アルミナ、シリカ、酸化ストロンチウムおよび随意的な他の添加物または焼成助剤の供給源を含んで差し支えない。そのような無機物質を有機細孔形成剤、結合剤、滑剤または可塑剤、もしくはそれらの組合せと混合して、以下に限られないが、ダイに通す押出しにより、成形物品、例えば、ハニカム構造に形成される、可塑化（または「可塑性」）セラミック形成混合物を得ても差し支えない。この方法は、成形物品を低熱膨張セラミック物品に転化するのに効果的な温度と時間でその成形物品を乾燥し、加熱する各工程をさらに含んでもよい。

さらに別の態様において、異方性セラミック微細構造を生成し、高気孔率、狭い細孔径分布、所望のＣＴＥ、低弾性率、または高強度、もしくはそれらの組合せを提供できる繊維状原材料を含むバッチ組成物がここに開示されている。そのような性質は、低い圧力降下、高い濾過効率および高強度での高い耐熱衝撃性などの、改善された基体またはフィルタ特徴を提供するのに役立つことができる。

繊維状アルミナにより得られたここに開示された材料の異方性微細構造のＳＥＭ画像 繊維状アルミナにより得られたここに開示された材料の異方性微細構造のＳＥＭ画像 繊維状アルミナにより得られたここに開示された材料の異方性微細構造のＳＥＭ画像 繊維状アルミナにより得られたここに開示された材料の異方性微細構造のＳＥＭ画像 図２は、バッチに過剰の繊維状アルミナを含む繊維状アルミナにより得られた材料の異方性微細構造のＳＥＭ画像 図２Ａは、３００セル／平方インチおよび１４ミルの壁厚に押し出された様々なハニカム体に関する加熱および冷却中に温度の関数のとしてプロットされた軸方向弾性率のグラフ バッチ中の繊維状アルミナ原材料から得られた、押し出されたままの乾燥および未反応（未焼成）ウェアのハニカム壁の研磨された縦断面のＳＥＭ顕微鏡写真 バッチ中の繊維状アルミナ原材料から得られた、押し出されたままの乾燥および未反応（未焼成）ウェアのハニカム壁の研磨された横断面のＳＥＭ顕微鏡写真 圧縮により繊維状アルミナ原材料から得られたセラミックＡ１６の焼成されたままのペレット表面のＳＥＭ顕微鏡写真 圧縮により繊維状アルミナ原材料から得られたセラミックＡ１６の圧縮力の方向に対して平行な研磨された壁の縦断面のＳＥＭ顕微鏡写真 ラム押出しにより繊維状アルミナ原材料から得られたセラミックＣ４の焼成されたままのハニカム壁表面のＳＥＭ顕微鏡写真 ラム押出しにより繊維状アルミナ原材料から得られたセラミックＣ４の研磨されたハニカム壁の横断面のＳＥＭ顕微鏡写真 ラム押出しにより繊維状アルミナ原材料から得られたセラミックＣ４の研磨されたハニカム壁の縦断面のＳＥＭ顕微鏡写真 二軸スクリュー押出しにより繊維状アルミナ原材料から得られたセラミックＣＴ１の焼成されたままのハニカム壁表面のＳＥＭ顕微鏡写真 二軸スクリュー押出しにより繊維状アルミナ原材料から得られたセラミックＣＴ１の研磨されたハニカム壁の横断面のＳＥＭ顕微鏡写真 二軸スクリュー押出しにより繊維状アルミナ原材料から得られたセラミックＣＴ１の研磨されたハニカム壁の縦断面のＳＥＭ顕微鏡写真 ラム押出しにより繊維状および粒状のアルミナ原材料および過剰なアルミナから形成されたセラミックＢ１の焼成されたままのハニカム壁表面のＳＥＭ顕微鏡写真 ラム押出しにより１：２の比率の繊維状および粒状のアルミナ原材料および過剰なアルミナから形成されたセラミックＢ１の研磨されたハニカム壁の横断面のＳＥＭ顕微鏡写真 ラム押出しにより１：２の比率の繊維状および粒状のアルミナ原材料および過剰なアルミナから形成されたセラミックＢ１の研磨されたハニカム壁の縦断面のＳＥＭ顕微鏡写真 ラム押出しにより粗い粒状アルミナ原材料から得られたセラミックＰ２の焼成されたままのハニカム壁表面のＳＥＭ顕微鏡写真 ラム押出しにより粗い粒状アルミナ原材料から得られたセラミックＰ２の研磨されたハニカム壁の横断面のＳＥＭ顕微鏡写真 ラム押出しにより粗い粒状アルミナ原材料から得られたセラミックＰ２の研磨されたハニカム壁の縦断面のＳＥＭ顕微鏡写真 ラム押出しによるようなプレス加工または圧縮ペレットの（Ａ）圧縮方向（矢印）に対して垂直な面における断面および（Ｂ）圧縮方向に対して平行な面における断面を示す斜視図 二軸スクリュー押出しによるような押出部品（例えば、ハニカム構造）の（Ａ）押出方向（矢印）に対して垂直な面における断面および（Ｂ）押出方向に対して平行な面における断面を示す斜視図 破壊係数（ＭＯＲ）を評価するための４点曲げテストのための検体構成を示す斜視図 壁強度を評価するのに用いたハニカム構造の一部と様々な変数を示す概略図 ここに開示された様々な材料の様々な細孔径分布のグラフ 粗い粒状アルミナと共にバッチ中に含まれた繊維状アルミナの濃度の関数として気孔率を示すグラフ ここに開示された異なる材料に関する加熱および冷却サイクル中の熱膨張と収縮を比較したグラフ ３００セル／平方インチおよび１４ミルの壁厚に押し出され、焼成されたた様々なタイプのバッチアルミナ（粒状または繊維状）を用い手製造した開示された様々なハニカム体の気孔率の関数としてＭＯＲを示すグラフ 繊維状アルミナ原材料から得られた材料に関するチタン酸アルミニウムの負の膨張のｃ軸に関する極点図 粗い粒状アルミナ原材料から得られた材料に関するチタン酸アルミニウムの負の膨張のｃ軸に関する極点図

ここに開示された組成物は、異方性微細構造を備えた、低熱膨張であることが都合よい、多孔質セラミックである。ここに開示された様々な実施の形態において、多孔質セラミック体は、異方性微細構造を備えた多結晶質セラミックからなっていて差し支えなく、この異方性微細構造は、配向された多相多結晶質網様体からなる。ある実施の形態において、多相多結晶質網様体は、少なくとも広く、例えば、押出しにより形成された物体の押出方向において、一方向に配向された多相多結晶質網様体を含む。ある実施の形態において、多相多結晶質網様体の大半は、共通方向に配向されている。ここに開示された多孔質セラミック体の異方性微細構造中の多相多結晶質網様体中の粒子は、優先的な配向を示し得る。ここに開示された多孔質セラミック体の、粒子の優先的配列、または網様体の優先的配列、もしくはその両方は、微細構造中の気孔率および／または物質分布(matter distributino)において異方性を表し得る。ここに用いたように、優先的配列とは、細孔、粒子または網様体などの構造の全てまたはその一部が、特定の方向に配向されている、ある実施の形態においては、そのような構造の大半が特定の方向に配向されていることを意味する。

図１Ａ〜１Ｄは、バッチ中の繊維状アルミナから得られた例示のチタン酸アルミニウム−長石組成物の異方性微細構造の例示のＳＥＭ画像を示している。図１Ａの低倍率画像は高気孔率セラミックの異方性微細構造を示しており、図１Ｂおよび１Ｃの、丸で囲まれた区域の連続拡大画像は、前駆体繊維状原材料を含有するバッチ混合物から形成された物体の焼成中の固体反応により形成された網様体の多結晶質特性および多相特徴を示している。図１Ａ〜１Ｃにおいて、チタン酸アルミニウム（ＡＴ）相は灰色に見え、ストロンチウム長石相は白色に見える。この例におけるチタン酸アルミニウム相の化学組成は５６質量％のアルミナおよび４４質量％のチタニアであり、長石は、微量のカルシウムおよびチタンを含むストロンチウム長石である。チタン酸アルミニウムは斜方晶系偽板チタン石構造を取り、ストロンチウム長石は三斜晶系であった。この材料中に少量のガラス質相も、透過型電子顕微鏡研究によって観察されたが、ガラスポケットのサイズが小さいために、図１Ａ〜１ＣのＳＥＭ画像においては全てが見えるわけではない。このガラスは、シリカに加え、アルミニウム、チタン、ストロンチウム、カルシウム、およびランタンも含有していた。これらのＳＥＭ画像は、セラミックに微小亀裂が形成されていることをさらに示しており、ここで、図面においてチタン酸アルミニウムおよび長石の粒子と交差する細い黒色線が微小亀裂である。異方性ＡＴ系材料は、粒子の結合(interlocking)を生じ得、結合を可能にする、図１Ｃ〜１Ｄに示されるような、細長いダンベル型特徴を有するＡＴ粒子の粒子形態も示し得る。

ある実施の形態において、ここに開示された組成物は、バッチ中に過剰の量の繊維状アルミナ前駆体材料を意図的に含ませることによって生成される。過剰のアルミナ繊維を含むそのような組成物により、微細構造が異方性であって、多相多結晶質網様体を含有するという点で、アルミナ繊維を著しくは過剰に含まない材料と同様の微細構造が生じ得る。しかしながら、過剰に存在した場合、全ての繊維状アルミナが最終的な反応生成物へと反応するわけではなく（すなわち、過剰のアルミナ分は反応しない）、バッチからのわずかなアルミナ繊維状前駆体は最終的な焼成体において未反応のままである。例えば、バッチ組成物中の過剰な繊維状アルミナについて、繊維状アルミナの全てが最終的な反応生成物へと反応するわけではなく、わずかな繊維状アルミナが最終的な材料中に残り得る。

図２は、バッチ中の繊維状アルミナにより得られた材料の異方性微細構造のＳＥＭ画像であり、ここで、バッチは過剰の繊維状アルミナを含んでいた。図２は、通路方向に対して垂直であり、押出方向に対して垂直な研磨されたハニカム横断面の壁の詳細を示している。この画像は、チタン酸アルミニウム（中程度の灰色のコントラスト）により囲まれた、アルミナ相（濃い灰色のコントラスト）を有する、前駆体アルミナ繊維の未反応部分を有する複合体微細構造を示している。ストロンチウム長石は、画像中に薄い灰色のコントラストとして見える。いくつかの三角形の小さなガラスポケットが長石相中に見られる。微小亀裂が、細い黒色線として図２にも見える。ＡＴ系組成物などのセラミックの強度は、ある実施の形態において、バッチ中に繊維状アルミナなどの繊維状原材料を過剰に使用して、必要に応じて改善することができ、ここで、どのような理論により拘束されるものではないが、材料中の繊維の未反応部分は、複合体の随意的な補強材として働き、材料の強化を提示するであろうと考えられる。

チタン酸アルミニウムなどの異方性微細構造を備えたセラミックの様々な例が、以下においてと図面に開示されているが、本発明は、それらの例示の材料には制限されず、他のモノリスまたは複合体セラミック、特に低膨張セラミックに適用できる。

ある態様において、ここに開示された異方性微細構造を備えた低膨張セラミックは、主反応生成物の形成のための微細構造テンプレートとして未焼成ウェアの反応焼結中に作用し、よって、繊維状原材料前駆体の形状の痕跡がほぼ保存され、反応生成物の粒子が、異方性多孔質微細構造へと結合される多結晶質網様体に成長するバッチ中の繊維状原材料を使用することによって得られる。

例えば、チタン酸アルミニウムを含むセラミック材料を備えた実施の形態において、バッチ中に繊維状アルミナ前駆体を使用すると、繊維状アルミナテンプレートを含有するバッチから固体反応によって形成されるチタン酸アルミニウム粒子の結晶テキスチャーが与えられる。それゆえ、チタン酸アルミニウムの結晶ｃ軸の優先的な結晶配向性が観察され、ここで、ｃ軸は負の膨張軸と定義され、一方で、この定義にしたがって、ａ軸とｂ軸は正の膨張を示す。圧縮により形成された部品においては、チタン酸アルミニウムのｃ軸は、圧縮軸に対して垂直な面に優先的に配向する。押出しにより形成された部品においては、チタン酸アルミニウムは、押出（ハニカムの通路）方向におけるｃ軸の優先的な結晶配向を示す。

その上、前記テキスチャーは、ハニカム押出しの前にバッチ中の繊維状アルミナ原材料の予備配向(prealignment)により向上させることができ、ここで、ハニカム軸の方向におけるチタン酸アルミニウムのｃ方向の非常に強力なテキスチャーを達成できる。例えば、繊維状アルミナ材料を含有するバッチ材料は、粗いダイに通して押し出して、例えば、スパゲッティー状押出物を生成することができ、次いで、この押出物を、同じ押出方向に、例えば、、押出物にハニカム構造を与えるダイに通して、さらに押し出すことができ、ここで、その押出物は、セラミック物品に焼成できる未焼成体にさらに形成される。ある実施の形態と実施例に示されるように、テキスチャーは、短い前駆体繊維を使用するのに対して長い前駆体繊維を使用することによって、強調しても差し支えない。テキスチャーは、前駆体繊維の破壊を低減するように機械的処理(solicitation)を低減させる手法による押出しの前に、前駆体および他の原材料などのバッチ材料の混合中に強調しても差し支えない。ある実施の形態において、実施できる最低の機械的処理が都合よい。テキスチャーは、前駆体繊維を、押出ダイなどの成形ダイを通る前に配向させられる１つ以上の装置を利用して強調しても差し支えない。例えば、二軸スクリュー押出機は、押出ダイを通る前に繊維を配向させるのを補助できる。ＭＯＲは、粒子由来材料と比べて配向方向に垂直な方向におけるＭＯＲを大幅に損なわずに、配向方向において著しく改善できる。押出方向におけるチタン酸アルミニウムのｃ軸の優先的な結晶配向のために、この方向における材料のＣＴＥは、ゼロに非常に近いかまたは負であるのに対し、配向に対して垂直な方向においては、ＣＴＥは正であり、優先的な配向のない粒子由来材料と比べて、正でより大きい。

図２Ａに見られるように、チタン酸アルミニウム−長石複合体の弾性率は、温度の上昇と共に上昇し、加熱サイクルと冷却サイクルの間に著しい履歴現象を示す。粒状アルミナにより得られた材料（例えば、図２ＡにおけるＰ４、▲−加熱、△−冷却）と比べると、繊維状アルミナにより製造された材料（例えば、図２ＡにおけるＣＴ４、◆−加熱、◇−冷却）は、室温の弾性率では著しい変化は示さないが、１２００℃ではずっと低い弾性率を示し、広い温度範囲内での１２００℃からの冷却中にずっと低い弾性率を示し、履歴現象がずっと少なくなる。どのような理論により拘束するものではなく、微細構造における網様体およびバッチ中の繊維状アルミナの使用から得られた材料における優先的な結晶配向のために、微小亀裂の量または長さは、粒状アルミナから得られた対応する材料におけるよりも、減少しているか、または異なるレベルの微小亀裂エネルギーに関連している。

バッチ組成物および原材料
セラミック形成バッチ混合物に使用できるアルミニウム含有繊維状材料の例としては、アルミナ、アルミノケイ酸塩、チタン酸アルミニウム、およびマグネシオアルミノケイ酸塩が挙げられる。以下の例においては、中央繊維長が３ｍｍであり、直径が３〜２５マイクロメートルである、９６〜９７％のＡｌ₂Ｏ₃および３〜４％のＳｉＯ₂の組成を有する繊維を、繊維状原材料として使用した。繊維のこれらの組成および寸法は、例示であって、制限ではない。他の繊維の寸法または組成を使用して差し支えない。

例示のチタン酸アルミニウム−長石セラミック複合体の調製について、以下のバッチ材料を、アルミナ源として異なる組合せで用いた：約１０μｍの平均粒径および広い粒径分布の粗い粒状アルミナ、１μｍ以下の平均粒径および広い粒径分布の微細な粒状アルミナ、水和アルミナおよびアルミナ繊維。バッチ成分は、マイクロメートル未満の粒径の微細なチタニア、粗いまたは微細なシリカおよび粗い炭酸ストロンチウムをさらに含有した。このバッチは、異なる細孔径を生じる、細孔形成剤、すなわち、ジャガイモデンプンなどの粗いデンプン、またはトウモロコシデンプンなどの微細なデンプン、および／またはグラファイトを含み、粗いデンプンは、微細なデンプンよりも大きな細孔を生じる。チタン酸アルミニウム−長石バッチの例示の原材料特性が表１に列記されている。

チタン酸アルミニウム−長石複合体を形成するための例示のバッチ組成が表２に列記されている。３．５：１のおおよその範囲のチタン酸アルミニウムと長石の混合物を生るバッチ組成物を選択した。

表２において、ＣＳ＝トウモロコシデンプン、ＰＳ＝ジャガイモデンプン、ｇ＝グラファイト、Ａは１０と１５マイクロメートルの間の中央粒径を有する粗いアルミナ粉末であり、Ｂはマイクロメートル未満の中央粒径を有する微細なアルミナであり、％は無機物の％で与えられており、細孔形成剤（ジャガイモデンプン、トウモロコシデンプンおよびグラファイト）は、無機物に対する上乗せ添加として報告されている。押出バッチは典型的に、約３０％のレベルで水を含んだ。いくつかのバッチは追加の滑剤を含んだ。

ここに開示された異方性微細構造を有する低膨張セラミックを異なる成形プロセスにより得た。ある実施の形態において、原材料のスラリーをある形状に加圧することができる。他の実施の形態において、原材料のペースト（結合剤および水を含む）を、例えば、ラム押出機または二軸スクリュー押出機もしくは両方の組合せを使用することによって、ハニカム形状に押し出すことができる。ある実施の形態において、１つ以上の装置を用いて、後に微細なダイを備えた押出機に投入できるスパゲッティー状押出物を生成する粗いダイを備えたラム押出機などの、押出ダイに通す押出し前に、前駆体繊維を配向させてもよい。得られた成形体、すなわち、未焼成ウェアを乾燥させ、次いで、焼成しても差し支えない。焼成中、繊維状前駆体を含む無機原材料は、最終的なセラミック製品に反応されるか、または転化される。

成形例１：異方性ＡＴ−長石複合体を形成するための圧縮スラリー
表２に示されたバッチ組成Ａ１６は、繊維平均長が３．２ｍｍ、平均直径が３マイクロメートルである、９７％のＡｌ₂Ｏ₃および３％のＳｉＯ₂の組成の繊維状原材料を使用した。繊維は、３０分間に亘る三軸回転乾燥混合によりバッチ中に含ませた。１４質量％の水および１％の界面活性剤（Ｐｌｕｒｏｎｉｃ Ｆ１２７、ＢＡＳＦ）を、アルミナミル粉砕媒質と共に２時間に亘りボールミル粉砕を使用してバッチ中に混合した。過剰の液体を他に静かに移し、ペレット（湿った）を５ＭＰａの圧力で打ち抜いた。これらのペレットをマイクロ波乾燥し、１５ＭＰａの圧力で再度加圧した。ペレットを、１３９０℃と１４４０℃の間の最終温度で反応焼結した。Ｘ線回折パターンによれば、最終組成は、チタン酸アルミニウム、長石および残留量のアルミナとチタニアを含んだ。Ｘ線回折パターンにおけるピーク強度比は、加圧ペレットにおいて、加圧方向に対して垂直な面におけるチタン酸アルミニウムの結晶ｃ軸の優先的な配向を示した。ＳＥＭ画像は、反応生成物であるチタン酸アルミニウムおよび長石は、多結晶質網様体への圧縮方向に対して垂直に配向し、例えば、図４Ａおよび４Ｂに見られるように、指向性気孔率を備えた異方性微細構造を形成することを示す。異方性微細構造は、チタン酸アルミニウムおよび長石の小さな粒子両方からなる多結晶質網様体からなった。負の熱膨張係数に関連するチタン酸アルミニウム粒子の結晶ｃ軸は、加圧面に優先的に配向された。

成形例２：異方性ＡＴ−長石複合体からなる押出ハニカム（ラム、二軸スクリュー）
異方性微細構造を備えたハニカム多孔質セラミックをラムおよび二軸スクリュー押出しにより製造した。粉末状バッチ成分、細孔形成剤および結合剤を予混した。乾燥成分を混練用パン内で混ぜ合わせ、混練しながら、繊維状アルミナおよびバッチ水を、混練混合物に加えて混合するか、または予め混練して、繊維の結合網状構造を短い繊維の粉末状ミックスに破壊し、次いで、これを他の原材料と共に混練機に加えた。適切なペーストテキスチャーに到達するまで、混練中に蒸留水を加えた。

ある場合には、バッチ材料の均一性および可塑性を改善するために、ペーストを、最初の運転と二回目の運転で９ｍｍの直径の棒材または１ｍｍの直径のスパゲッティーに予め押し出すのにラム押出機を使用した。次いで、このペーストをラム押出機で適切なサイズのハニカムダイとシムにより、ハニカム形状に押し出した。ここに別記しない限り、１インチ（約２．５ｃｍ）の部品について、２００セル／平方インチ（約６．２５ｃｍ²）および１６ミル（約０．０４ｍｍ）の壁厚を有するダイ構造（２００／１６）により、ラム押出しを行って、直径１インチ（約２．５ｃｍ）の押出部品を提供した。

繊維状対粒状の異なる比率のバッチ原材料による未焼成ウェアを押し出した。全ての場合において、優れた未焼成ウェアが得られた。

ここに別記しない限り、３００セル／平方インチ（約４８セル／ｃｍ²）および１４ミル（約０．０３５ｍｍ）の壁厚を有するダイ構造（３００／１４）により、連続供給二軸スクリュー押出しを行って、直径２インチ（約５ｃｍ）のハニカム押出部品を提供した。

ここに別記しない限り、押し出した未焼成ハニカム部品を、５分間に亘り中程度の出力でマイクロ波加熱炉内で乾燥させ、次いで、２４時間に亘り８５℃で乾燥炉内においてさらに乾燥させた。

ある実施の形態において、棒材の直径が１〜２ｍｍまたは６〜８ｍｍの固体棒材予備押出体をハニカム押出機に用い、ハニカム押出しの供給における棒材配向を保存し、これらの場合において、アルミナ原材料繊維は、押し出された未焼成ハニカムの押出方向により優先的な配向を示した。図３Ａ〜３Ｂは、バッチ中の繊維状アルミナ原材料により得られたバッチ１０から形成された押し出されたままの、乾燥された未反応（未焼成）ウェアのハニカム壁の、それぞれ、研磨された縦断面および横断面のＳＥＭ顕微鏡写真を示しており、未焼成ウェアの押出方向におけるアルミナ繊維の優先的配向を示している。

１３９０℃から１４４０℃に及ぶ、表５に示された細孔焼成温度まで１２０℃／時の加熱速度、１５時間に亘る保持時間、および約６０℃／時の冷却速度を用いた空気中での炉内の乾燥後、４から１０インチ（約１０から２５ｃｍ）長の押出部品を焼成した。

ある程度焼成した部品の強度は、バッチ中に繊維状アルミナ原材料を含ませた場合に、著しく改善された。４００℃〜８００℃の温度範囲において、バッチ中で粒状アルミナをアルミナ繊維と置き換えた場合、焼成強度は少なくとも１０倍改善された。

Ｘ線回折によれば、ＡＴバッチからの完全に焼成された材料は、チタン酸アルミニウム、長石および残留量のアルミナ、ムライトおよびチタニアを含有した。生成物の主相は、全ての場合において、チタン酸アルミニウムであった。様々な組成物の相含有量が、表５に見られる。

バッチ中の繊維状アルミナ原材料から得られた材料の微細構造は、全ての成形条件について異方性であり、異方性の程度は、粒状アルミナ対繊維状アルミナの比に依存したが、このとき、バッチ中に存在する繊維状材料が多いほど、得られた微細構造がより異方性であった。少なくともいくつかの実施の形態において、長い繊維が、スクリーンでの閉塞によるものなどの押出しを妨げないという条件で、バッチ中の前駆体アルミナ繊維が長い（長さが）ほど、焼成されたセラミック部品における微細構造の異方性の程度または量が大きいことが分かった。

図４Ａ〜４Ｎは、粒状対繊維状のアルミナ原材料の異なる比と異なる成形プロセスにより得られた材料に関する様々なハニカム壁の微細構造の図を示す。

図４Ａは、圧縮により繊維状アルミナ原材料から得られたセラミックＡ１６の焼成されたままのペレット表面のＳＥＭ顕微鏡写真である。図４Ｂは、圧縮により繊維状アルミナ原材料から得られたセラミックＡ１６の圧縮力の方向に対して平行な研磨された壁の縦断面のＳＥＭ顕微鏡写真である。図４Ｃは、ラム押出しにより繊維状アルミナ原材料から得られたセラミックＣ４の焼成されたままのハニカム壁表面のＳＥＭ顕微鏡写真である。図４Ｄは、ラム押出しにより繊維状アルミナ原材料から得られたセラミックＣ４の研磨されたハニカム壁の横断面のＳＥＭ顕微鏡写真である。図４Ｅは、ラム押出しにより繊維状アルミナ原材料から得られたセラミックＣ４の研磨されたハニカム壁の縦断面のＳＥＭ顕微鏡写真である。図４Ｆは、二軸スクリュー押出しにより繊維状アルミナ原材料から得られたセラミックＣＴ１の焼成されたままのハニカム壁表面のＳＥＭ顕微鏡写真である。図４Ｇは、二軸スクリュー押出しにより繊維状アルミナ原材料から得られたセラミックＣＴ１の研磨されたハニカム壁の横断面のＳＥＭ顕微鏡写真である。図４Ｈは、二軸スクリュー押出しにより繊維状アルミナ原材料から得られたセラミックＣＴ１の研磨されたハニカム壁の縦断面のＳＥＭ顕微鏡写真である。図４Ｉは、ラム押出しにより、適切な比率１：２（表２参照）の繊維状および粒状のアルミナ原材料および過剰なアルミナから形成されたセラミックＢ１の焼成されたままのハニカム壁表面のＳＥＭ顕微鏡写真である。図４Ｊは、ラム押出しにより１：２の比率の繊維状および粒状のアルミナ原材料および過剰なアルミナから形成されたセラミックＢ１の研磨されたハニカム壁の横断面のＳＥＭ顕微鏡写真である。図４Ｋは、ラム押出しにより１：２の比率の繊維状および粒状のアルミナ原材料および過剰なアルミナから形成されたセラミックＢ１の研磨されたハニカム壁の縦断面のＳＥＭ顕微鏡写真である。図４Ｌは、ラム押出しにより粗い粒状アルミナ原材料から得られたセラミックＰ２の焼成されたままのハニカム壁表面のＳＥＭ顕微鏡写真である。図４Ｍは、ラム押出しにより粗い粒状アルミナ原材料から得られたセラミックＰ２の研磨されたハニカム壁の横断面のＳＥＭ顕微鏡写真である。図４Ｎは、ラム押出しにより粗い粒状アルミナ原材料から得られたセラミックＰ２の研磨されたハニカム壁の縦断面のＳＥＭ顕微鏡写真である。

図４Ｏは、ラム押出しによるようなプレス加工または圧縮ペレットの（Ａ）圧縮方向（矢印）に対して垂直な面における断面および（Ｂ）圧縮方向に対して平行な面における断面を示す斜視図である。

図４Ｐは、二軸スクリュー押出しによるような押出部品（例えば、ハニカム構造）の（Ａ）押出方向（矢印）に対して垂直な面における断面および（Ｂ）押出方向に対して平行な面における断面を示す斜視図である。

様々な材料の性質を、様々な技法と手法により評価した。焼成したセラミック部品に存在する相は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）により特定した。Ｘ線回折には、Ｐｈｉｌｉｐｓ ＰＷ１８３０回折計（Ｃｏ Ｋα放射線）を用いた。スペクトルは一般に２０から１００°（２θ）まで得た。相の寄与の定量化について、リートベルト(Rietveld)リファインメントを用いた。

ハニカム壁表面および研磨したハニカム壁の縦断面（ハニカム通路の方向に切断）および研磨したハニカムの断面（ハニカム通路に対して垂直に切断）について、標準的な走査型電子顕微鏡ＳＥＭ特徴付けを行った。研磨断面の観察について、焼成ウェアにエポキシを入り込ませ、スライスし、研磨した。顕微鏡レベルで存在する気孔率と相の空間分布を、研磨サンプルの断面で視覚化した。材料の気孔率は、表５に列記した、ＳＥＭ画像処理技法によって、％で表されたＰＳＥＭとして評価した。ＰＳＥＭを用いて、気孔率分布における空間異方性を決定した。ＳＥＭ画像処理は、平均細孔径も提供する。いくつかのサンプルについては、平均細孔表面／細孔体積の比（「細孔−表面／体積」）も、画像処理によって画像から導かれた。ＳＥＭを用いて、細孔形状分布の画像も得た。次いで、これを定量化して、気孔率に関する細孔異方性要因を導き出した。高解像度ＳＥＭを用いて、異方性微細構造および相分布の詳細を評価した。

存在する相の球状テキスチャーを、焼成セラミック部品の大きな研磨縦断面と横断面上の大規模電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ）マッピングから走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）を行い、次いで、ハニカムの軸方向と接線方向におけるチタン酸アルミニウムおよび他の相の選択された結晶方向の強度分布を比較することによって導き出した。

異なる相および元素分布の化学組成を、ＳＥＭについてのエネルギー分散Ｘ線分光法による（定性）分析および元素マッピングから得た。

別記しない限り、気孔率、中央細孔径および細孔径分布は、水銀圧入式ポロシメータにより測定した測定値に相当する。ここに報告された値は、マイクロメリティクス社(Micromeritics)からのソフトウェアによりＡｕｔｏｐｏｒｅ ＩＶ９５００ポロシメータから得た。水銀圧入法では、ウォッシュバーンの式（ｉ）

により表されるような、非湿潤液体および円筒細孔に関する毛管の法則を用いており、ここで、Ｄは細孔径であり、Ｐは印加した圧力であり、ｙは表面張力であり、θは接触角である。水銀の体積は圧力に正比例する。データの整理では、微分および対数微分を用いて、計算した対数直径の関数としての累積比圧入体積の一次導関数を計算した。

水銀ポロシメトリーを用いて、浸透率を計算することもできる。浸透率は、圧力を印加した状態での材料を通るガス流量である。Ａｕｔｏｐｏｒｅ装置において、圧力を増加させ、臨界圧力に到達するまで、水銀がより小さな細孔を充填し、ここで、水銀は、式（ｉｉ）

により表され、ミリダルシーで報告されるように、サンプルに亘り、ここで、σは長さＬｃでの導電率であり、σ_Oは細孔中のコンダクタンスである。水銀気孔率データをさらに用いて、屈曲(tortuosity)を演繹することもできる。屈曲係数は、細孔の連絡性に強く依存している。材料の内部表面とのガスの相互作用が高いほど、屈曲係数が大きい。J.Hager（PhD thesis, Lund University, Sweden 1999）は、細孔が無作為の方向に均一に分布している毛管束モデルに基づいて材料の浸透率の式を導き出した。円筒形状の流体流に関するハーゲン・ポアズイユの相関性を用い、測定可能なパラメータにより置換を行い、ダルシーの法則と組み合わせて、総細孔体積、材料の密度、細孔径による細孔体積分布、および材料の屈曲に関して材料の浸透率について式を導くことができる。総細孔体積、材料の密度、および細孔径による細孔体積分布は、水銀ポロシメトリーテストから得られる。KatzおよびThompsonも、水銀ポロシメトリーから得られる測定値に基づき、材料の屈曲の知識に依存しない、材料の浸透率についての式を導いた。Hagerの式およびKatz-Thompsonの式を組み合わせると、水銀ポロシメトリーにより収集されたデータから屈曲を決定するための手段が得られる。

熱膨張を、４℃／分の速度で室温から１２００℃までの加熱およびその後の室温までの冷却中に、０．２５インチ×０．２５インチ×２インチ（約０．６２５ｃｍ×０．６２５ｃｍ×５ｃｍ）の寸法の棒形サンプルについて測定した。ここに別記しない限り、テスト用棒材の縦軸をハニカム通路の方向に向け、よってハニカム部品の軸方向における熱膨張を提供した。ここに別記しない限り、ここに述べられた室温は２５℃を称する。

様々な温度範囲に関する平均熱膨張係数、室温から８００℃までの温度範囲における平均熱膨張係数としてＬ（８００℃）−Ｌ（２０℃）／７８０℃として定義される室温から８００℃の平均熱膨張係数であるＫ^-1で表されたＣＴＥ^20-800；室温から１０００℃までの温度範囲における平均熱膨張係数としてＬ（１０００℃）−Ｌ（２０℃）／９８０℃として定義される室温から１０００℃の平均熱膨張係数であるＫ^-1で表されたＣＴＥ^20-1000；５００℃から９００℃までの温度範囲における平均熱膨張係数としてＬ（９００℃）−Ｌ（５００℃）／４００℃として定義される５００℃から９００℃の平均熱膨張係数であるＫ^-1で表されたＣＴＥ^500-900が、表５に列記されている。ＣＴＥ^500-900は、セラミック物品、特に自動車の車両における排ガス後処理のためのハニカム部品を評価または特徴付けるための適切なパラメータであり得、ここで、ハニカム部品は、厳しい急激な温度変化に曝され、それゆえ、５００〜９００℃の温度範囲は、そのような部品がしばしば出くわす動作温度範囲を表すであろう。

セラミックの強度は、横方向曲げ技法を用いてテストすることができ、この技法では、３つまたは４つの曲げ点を用いて、テスト検体に、破損するまで荷重をかける。破損前の最大応力が、破壊係数すなわちＭＯＲと称されることが多い。別記しない限り、強度値は、ここでは、４点曲げを用いて報告されている。ＭＯＲは、２インチ（５０．８ｍｍ）の下部スパン（Ｌ）および３／４インチ（１９ｍｍ）の上部スパン（Ｕ）の４点曲げを用いて測定される。図５を参照すると、４点曲げテストのための検体形状は、長さが２と１／２インチ（６３．５ｍｍ）、幅（ｂ）が０．５インチ（１２．７ｍｍ）、厚さ（ｄ）が１／４インチ（６．４ｍｍ）であった。使用した力測定システムは、最大力（Ｐ）の読み出し表示装置および校正ロードセルを備えていた。ＭＯＲ値は、矩形検体についてよく知られた曲げ強度式（式１）：

を用いて計算した。

テストした全ての検体は、ハニカムの長手方向に通路を備えた正方形セルラ（ハニカム）構造を有した。表５には、Ｎ／ｍ²とｐｓｉで表されたＭＯＲが報告それており、この表は、ハニカム構造体に具体的に形成された材料を表している。しばしば壁強度（σ_wall）と称される物体の構造に関係ない材料強度は、ハニカムテストバーのセルラ構造を説明する従来のＭＯＲ式を変更することによって決定した。

ここで、Ｐは最大力であり、Ｌは下部スパン長さであり、ｂはテストバーの幅であり、ｄはテストバーの厚さであり、ｍは幅方向におけるセルの数であり、ｎは厚さ方向におけるセルの数であり、ｔは壁厚であり、ｐはセルのピッチである。ＡＳＴＭ基準Ｃ１６７４−０８を参照のこと。

図６は、壁強度を評価するために用いた式に使用したパラメータを表している。

５インチ×１インチ×０．５インチ（約１２５ｍｍ×２５ｍｍ×１２．５ｍｍ）の寸法を有し、縦軸がハニカム通路の方向に向けられた棒形サンプルを用いて、曲げ共振周波数により弾性率を測定した。サンプルを１２００℃に加熱し、室温まで冷却した。各温度について、弾性率を、共振周波数から直接導き、ＡＳＴＭ Ｃ１１９８−０１によってサンプルの形状と質量について正規化した。微小亀裂の生じたセラミックの弾性率は、対応する微小亀裂の生じていないセラミックのものよりも小さい。微小亀裂の生じたセラミックに関する加熱および冷却サイクルにおいて得られた弾性率は広い履歴現象を示しており、この履歴現象は、７００℃より高い温度までの加熱中に材料の微小亀裂が閉じ始め、これにより、約７００℃から１２００℃の温度範囲における加熱中の弾性率の増加を生じるという事実に関連している。１２００℃辺りでは、微小亀裂の一部は、典型的に、チタン酸アルミニウム系材料においては既に閉じており、微小亀裂のより少ないセラミックが得られる。１２００℃から室温までの冷却サイクルにおいて、弾性率曲線は、微小亀裂が部分的に閉じた、それゆえ、微小亀裂密度の減少したセラミックのものに最初にしたがい、これは、勾配がわずかに負である直線により特徴付けられ、その勾配は、微小亀裂密度が減少したセラミックの固有弾性率により決定される。冷却中に臨界局部応力に達した場合、さらなる冷却中に、さらに微小亀裂が形成および／または再開放し始める。冷却中の追加の微小亀裂形成の始まりは、９００℃未満の温度に関する弾性率冷却曲線に観察される。次いで、弾性率は、温度の降下と共に減少し、増加する微小亀裂形成を反映する。室温では、冷却曲線の弾性率は最終的に、加熱曲線の元の出発値に到達し、これは、微小亀裂の生じたセラミックの室温弾性率Ｅ_mc ^RTである。加熱および冷却弾性率曲線の間の履歴現象の程度は、室温での材料と１２００℃で材料の微小亀裂密度の変化を反映する。別記しない限り、弾性率（ＥＭＯＤ）データは、ここでは室温（２５℃）で：ＥＭＯＤ^RT、高温（１０００℃）で：ＥＭＯＤ^1000C、または冷却中の異なる温度で、報告されている。

耐歪み性は、ある材料が歪みに対処する能力を記載するために、その材料の強度およびそのヤング率から導くことができる。耐歪み性が高いほど、その材料が破損しにくくなる。耐歪み性は、ハニカムの形状には関係なく、異なるセル密度または壁厚を持つ部品について、直接比較することができる。ここに用いたように、同じセル形状と壁形状について、耐歪み性は、無次元の、ＥＭＯＤにより割られたＭＯＲに比例し、表において、室温について評価されている。

部品は急激な加熱と冷却中に厳しい熱サイクルを経験するので、耐熱衝撃性は、排ガス後処理用のハニカム部品を評価するまたは特徴付けるための意味のあるパラメータであり得る。ハニカム構造体の耐熱衝撃性は、その材料の強度が高いほど、弾性率が低いほど、および／または熱膨張が小さいほど、改善する。熱衝撃パラメータＴＳＰは、耐熱衝撃性の性能指数であり、ここで、ＴＳＰ＝ＭＯＲ／（Ｅ・ＣＴＥ）である。５００〜９００℃の温度範囲における耐熱衝撃性の性能指数を得るために、以下の値を用いた：室温でのＰａで表された破壊係数ＭＯＲ、５００℃でのＰａで表された弾性率Ｅ、および５００から９００℃の１／Ｋで表された平均熱膨張係数ＣＴＥ。

ここに開示された異方性材料は、物質における異方性、または気孔率における異方性、もしくはその両方を有していて差し支えない。ハニカムセル壁内の物質および気孔率の空間分布における異方性の定量化法を以下に提示する。

物質および気孔率の異方性分布に関する特徴数は、研磨された壁の縦断面および横断面のＳＥＭ画像から導かれた。

サンプルの調製：焼成された押出ハニカム部品の研磨した壁の横断面は、ハニカムにエポキシを入り込ませ、押出方向（ハニカム軸）に垂直にハニカムを切断し、切断表面をダイヤモンド媒体で３マイクロメートルの最終研磨状態まで研磨することによって得た。

焼成された押出ハニカム部品の研磨した壁の縦断面は、ハニカムの１つの壁を切り出し、ハニカムにエポキシを入り込ませ、ハニカムを半分の厚さまで研削し、ハニカムをダイヤモンド媒体で３マイクロメートルの最終研磨状態まで研磨することによって得た。

ＳＥＭにおける画像の取得：研磨した壁の横断面と縦断面は、２５ＫＶの加速電圧を使用した後方散乱電子（ＢＳＥ）による走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって画像化した。両断面について、画像は、少なくとも０．７９５μｍ毎ピクセルの画像解像度および画像サイズにおける±２ピクセル（１．５９０μｍ）の精度となるように、１５０倍の倍率で獲得した。

各画像は、関心のある（８４０×２）ピクセル×（３６０×２）ピクセルの操作区域を用いて走査した。ウェブを横切る１８０本の走査線およびウェブに沿った３６０本の走査線を使用した。

画像処理手法：例えば、Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏなどの画像処理プログラムを使用し、各画像の選択された区域に適用して差し支えない。その区域は、研磨した壁の断面の内側にあり、壁表面を含まないように選択される。この区域はまた、ウェブの横断面とならないように選択される。画像定義は、少なくとも（８４０×２）ピクセル×（３６０×２）ピクセルであるように選択される。その区域は、ｘ方向およびｙ方向に広がる。以下に報告した結果は、Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏ画像処理プログラムを使用して得た。

横断面−方向１−因子を得るために、選択した画像区域を方向１に垂直な方向において幅２ピクセルのバンドに分割する。バンドは、隣接しており、重複せず、それらの合計が全画像を網羅する。各バンドについて、全ての個々の細孔および物質（固体）のセグメントの長さを測定する（画像処理において黒−白コントラスト識別を使用して）。これを全てのバンドについて繰り返す。画像における各個々の細孔セグメントの長さを、方向１の横断面についての細孔長さの分布プロットにおいて報告する。この分布は、方向１における平均細孔長さｄ５０ｐｏｒｅ−ｃｒｏｓｓ−ｄｉｒ１により特徴付けられる。分布幅および他のｄｘなどの、分布の他の特徴を導いても差し支えなく、ここで、ｘは、例えば、１から９９までの値（単なる「ｄ５０」ではない）であり得る。画像における各個々の物質セグメントの長さを、方向１における横断面の物質セグメントの長さの分布プロットにおいて報告する。この分布は、方向１における平均物質セグメント長さｄ５０ｍａｔｔｅｒ−ｃｒｏｓｓ−ｄｉｒ１により特徴付けられる。

この手法を、横断面画像について方向１に垂直な方向、すなわち、方向２に繰り返して、横断面−方向２−因子を決定する。重ねて、画像における各個々の細孔セグメントの長さは、方向２における横断面における細孔長さの分布プロットにおいて報告し、画像における各個々の物質セグメントの長さを、方向２の横断面についての物質セグメントの長さの分布プロットにおいて報告する。細孔セグメント長さ分布は、方向２における平均細孔長さｄ５０ｐｏｒｅ−ｃｒｏｓｓ−ｄｉｒ２により特徴付けられる。分布幅および他のｄｘなどの、分布の他の特徴を導いても差し支えなく、ここで、ｘは、例えば、１から９９までの値（単なる「ｄ５０」ではない）であり得る。

物質セグメント長さ分布は、方向２における平均物質セグメント長さｄ５０ｍａｔｔｅｒ−ｃｒｏｓｓ−ｄｉｒ２により特徴付けられる。

異方性因子は、横断面における細孔および物質分布について定義される：

縦断面−押出方向における−因子を得るために、選択した画像区域を、ハニカムの長軸であり壁の長軸である、押出方向に対して垂直な方向において、幅２ピクセルのバンドに分割する。バンドは隣接し、重複せず、それらの合計が全画像を網羅する。各バンドについて、全ての個々の細孔および物質（固体）セグメントの長さを測定する（画像処理において白−黒コントラスト識別を使用して）。これを全てのバンドについて繰り返す。画像における各個々の細孔セグメントの長さを、押出方向の縦断面についての細孔長さの分布プロットにおいて報告する。この分布は、押出方向における平均細孔長さｄ５０ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ−ｅｘｔｒｄｉｒにより特徴付けられる。分布幅および他のｄｘなどの、分布の他の特徴を導いても差し支えなく、ここで、ｘは、例えば、１から９９までの値（単なる「ｄ５０」ではない）であり得る。画像における各個々の物質セグメントの長さを、押出方向における縦断面の物質セグメントの長さの分布プロットにおいて報告する。この分布は、押出方向における平均物質セグメント長さｄ５０ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ−ｅｘｔｒｄｉｒにより特徴付けられる。

この手法を、縦断面画像について押出方向に垂直な方向に繰り返して、縦断面−垂直方向−因子を決定する。重ねて、画像における各個々の細孔セグメントの長さは、押出方向に対して垂直な方向における縦断面における細孔長さの分布プロットにおいて報告し、画像における各個々の物質セグメントの長さを、押出方向に対して垂直な方向の縦断面についての物質セグメントの長さの分布プロットにおいて報告する。細孔セグメント長さ分布は、押出方向に対して垂直な方向における平均細孔長さｄ５０ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ−ｐｅｒｐｅｘｔｒｄｉｒにより特徴付けられる。分布幅および他のｄｘなどの、分布の他の特徴を導いても差し支えなく、ここで、ｘは、例えば、１から９９までの値（単なる「ｄ５０」ではない）であり得る。

物質セグメント長さ分布は、押出方向に対して垂直な方向における平均物質セグメント長さｄ５０ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ−ｐｅｒｐｅｘｔｒｄｉｒにより特徴付けられる。

異方性因子は、縦断面における細孔および物質分布について、押出方向における上述した導いた数の、押出方向に対して垂直な方向における上述した導いた数の比として、定義される：

完全に等方性である微細構造について、４つの比、Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ、Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ、Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｃｒｏｓｓ、Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｃｒｏｓｓは、全て１に等しい。

微細構造における異方性について、１つまたはいくつかの因子は１から外れる。

物質分布における異方性は、因子Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇまたはＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｃｒｏｓｓの１からの偏差により特徴付けられる。１からの偏差が大きいほど、異方性が大きい。

気孔率の空間分布における異方性は、因子Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇまたはＡｆ−ｐｏｒｅ−ｃｒｏｓｓの１からの偏差により特徴付けられる。１からの偏差が大きいほど、異方性が大きい。単純化した実例は、単純な形状を有する一連の個々の細孔を有する材料によって提供できる。例えば、球状の細孔について、気孔率は等方性であり、異方性比は、両方の方向において１に等しい。長軸が空間のある方向に優先的に向いている楕円細孔について、空間における気孔率分布は異方性となり、それらの比は１から外れる。異方性と１からの偏差が大きいほど、楕円は空間において優先的に配向され、楕円の平均アスペクト比が大きい。これらの単純な例は、例示としてのみ意味を持つ。理想化されていない細孔形状を有する材料において、細孔は単純な形状を有さず、強固に相互接続されていないであろうし、それゆえ、上述したより複雑な画像分析が必要である。

ここに開示したような異方性微細構造を備えた材料について、格子熱膨張が異方性である粒子の異方性微細構造および結晶テキスチャーの両方が、部品に高い靭性を提供するのに役立ち、亀裂の伝搬とマクロ亀裂の形成を減少させるのに役立つ。以下の表は、ここに開示された材料の高強度を示している。

表３は、粒状アルミナ（繊維を含まない）バッチからの１インチ（約２．５ｃｍ）のラム押出しおよびその後の焼成により形成されたセラミック物品の例を示している。

表４は、粒状アルミナと繊維状アルミナが混合されたバッチからの１インチ（約２．５ｃｍ）のラム押出しにより押し出されたセラミックハニカムの性質の例を示している。

表５は、繊維状アルミナ（粒状を含まない）、ＣＳ細孔形成剤を含むバッチからの１インチ（約２．５ｃｍ）ラム押出しにより押し出されたセラミックハニカムの性質の例を列記している。Ｃ１は、バッチ中に細孔形成剤を含まなかった。Ｃ４〜Ｃ６は、バッチ中に過剰の量のアルミナ繊維を有した。

表６は、繊維状アルミナ（粒状を含まない）、ＣＳ細孔形成剤を含むバッチからの１インチ（約２．５ｃｍ）ラム押出しにより押し出されたセラミックハニカムの性質の追加の例を列記している。Ｃ９およびＣ１０は、より高レベルのトウモロコシデンプンを有した。

表７は、表５は、繊維状アルミナ（粒状を含まない）、ＰＳ細孔形成剤を含むバッチからの１インチ（約２．５ｃｍ）ラム押出しにより押し出されたセラミックハニカムの性質の例を列記している。様々なＰＳ細孔形成剤レベルを使用した。

表８は、繊維状アルミナ（粒状を含まない）、ＰＳ細孔形成剤を含むバッチからの１インチ（約２．５ｃｍ）ラム押出しにより押し出されたセラミックハニカムの性質の例を列記している。Ｃ１６は、バッチ中にトール油を含み、篩にかけなかった。Ｃ１７は、バッチ中に繊維を過剰に有した。Ｃ１８において、繊維は予め混練した。Ｃ１８およびＣ１９において、繊維は、バッチ中で異なる長さ（Ｃ１９は長い繊維を含んだ）であった。Ｃ２０は水酸化物は使用しなかった。Ｃ２１は３％の長石を生成した。

表９は、異なるタイプの繊維状アルミナ（粒状を含まない）、ＰＳ細孔形成剤を含むバッチからの１インチ（約２．５ｃｍ）ラム押出しにより押し出されたセラミックハニカムの性質のさらに別の例を列記している。

表１０は、異なるタイプの繊維状アルミナ（粒状を含まない）、ＰＳ細孔形成剤を含むバッチからの１インチ（約２．５ｃｍ）ラム押出しにより押し出され、より薄い壁が形成されたセラミックハニカムの性質のさらに別の例を列記している。

表１１は、二軸スクリュー押出機により形成された２インチ（約５ｃｍ）の直径のセラミックハニカム物品の例を示している。表に挙げられたＭＯＲ値は、多数のＭＯＲ測定値に基づく平均である。ＣＴ６では、押出前にリトルフォード・ミキサにおいて長いバッチ混練時間を使用した。

表１２は、同じバッチを用いたが、焼成温度が異なる、二軸スクリュー押出機によって繊維状原材料により形成された２インチ（約５ｃｍ）の直径のセラミックハニカム物品のさらに別の例を示している。

表１３は、繊維状原材料により製造され、二軸スクリュー押出機により形成された薄壁で、２インチ（約５ｃｍ）の直径のセラミックハニカム物品のさらに別の例を示している。ＣＴ３の例では、バッチ中に１５％のトウモロコシデンプンを使用し、押出しは、二軸スクリュー押出機に通して行って、４００セル／平方インチ（約６４セル／ｃｍ²）および８ミル（０．００８インチ（約０．２ｍｍ））の壁厚のウェブを有する薄壁の２インチ（約５ｃｍ）の直径のセラミックハニカムを形成した。ＣＴ４では、バッチ中に１５％のジャガイモデンプンを使用し、押出しは、二軸スクリュー押出機に通して行って、４００セル／平方インチ（約６４セル／ｃｍ²）および８ミル（０．００８インチ（約０．２ｍｍ））の壁厚のウェブを有する薄壁の２インチ（約５ｃｍ）の直径のセラミックハニカムを形成した。

表３から分かるように、ここに開示したバッチの実施の形態は、高い気孔率を生じることができる。バッチ中に細孔形成剤を使用しなくとも、バッチ中のアルミナ繊維により、例えば、Ｃ１の例により、９マイクロメートルの中央細孔径で４６％の気孔率を有する部品が得られた。Ｃ２〜Ｃ８の例などの、平均細孔径が１２〜１５マイクロメートルの範囲にある焼成ウェアにおいて、細孔形成剤としてのたった１５％のトウモロコシデンプンの添加により、気孔率を６０％に到達させることができた。Ｃ１２、Ｃ１６、およびＣ１８〜２０の例などのように、バッチにおいてトウモロコシデンプンの代わりにジャガイモデンプンを１５％使用して、約５５〜６０％の気孔率で、１５〜１７マイクロメートルの範囲にある大きな平均細孔径が生じた。５０％のジャガイモデンプンの添加で、例えば、Ｃ１５の例で、高い気孔率、例えば、６９％が生じた。

図７は、狭い細孔径分布での幅広い中央細孔径を示す、ここに開示した様々な材料の細孔径分布を示すグラフである。図７は、全てが、１５％の細孔形成剤（Ｂ１−ジャガイモデンプン；Ｂ６，Ｃ５，ＣＴ１，Ｂ８−トウモロコシデンプン）および様々なレベルの繊維状アルミナと異なるサイズの粒状アルミナにより得られた、５０％と６２％の間の気孔率を有する、ここに開示された材料を示している。このグラフは、異方性微細構造を有するここに開示された高気孔率の材料が、ここに開示されたような達成可能な幅広い範囲の中央細孔径分布から選択することによって提供できることを示している。例えば、ジャガイモデンプンにより製造された異方性材料は、１２から２５マイクロメートルの範囲にある中央細孔径を提供でき、これは、ディーゼル微粒子フィルタに適しており、トウモロコシデンプンおよび粗いアルミナまたは非常に低レベルの粒状アルミナにより製造された異方性材料は、１０〜１５マイクロメートルに及ぶ細孔径を有する非常に高気孔率の材料を提供でき、これは、高い気孔率および細孔の相互接続性のために、ディーゼル微粒子フィルタの用途において有用であり得る。ここに開示された材料は、５０％より大きいまたはさらには６０％より大きい、さらには６５％より大きい、ある実施の形態においては、６８％より大きい気孔率を提供でき、そのような材料は、自動車用基体、ディーゼルまたはガソリン微粒子フィルタなどの用途、および部分または完全ＮＯｘ添加の機能が組み込まれた触媒フィルタなどの機能性フィルタにおいて使用できる。

同様の細孔形成剤レベルで、他のバッチ原材料（細孔形成剤を含む）が同じままであれば、粒状アルミナバッチ原材料を繊維状アルミナ原材料と置き換えることによって、約５〜１５％高い気孔率（粒状アルミナバッチ原材料と比較して）が達成できることが分かった。同じ量とタイプの細孔形成剤で、適した繊維状アルミナおよび適切な加工処理によるバッチで、典型的に、５〜１５％高い気孔率を達成し、一方で、大きなサイズの粒状アルミナ原材料のバッチから得られた比較材料の中央細孔径を維持したことが観察された。図８は、全てが同じ量の細孔形成剤（すなわち、１５％のジャガイモデンプンまたはトウモロコシデンプン）を使用した、達成できる気孔率の範囲を示す、粗い粒状アルミナと共に、バッチ中の繊維状アルミナの濃度の関数としての気孔率のグラフを示している。ある実施の形態において、バッチに２５％未満の原材料繊維を使用した場合、気孔率は５０％より大きかった。他の実施の形態において、バッチに４５％より多く原材料繊維を使用した場合、気孔率は５５％より大きく、さらには６０％より大きかった。

一般に、ここに開示された材料は、狭い細孔径分布を示した。特に、非常に大きい細孔と非常に小さい細孔の寄与が、ここに開示した異方性材料において、著しく低下した。ｄ因子（ｄｆ＝（ｄ５０−ｄ１０）／ｄ５０）が０．５未満であることが好ましく、０．４未満がより好ましく、０．３未満がさらにより好ましい。このｄ因子は、フィルタに触媒を使用するための材料の適用性に関する有用な指標であり得、この値が低いほど、触媒を収容し、それを効率的に使用するための基体として、一般により適している。細孔構造の適性への他の指標は、その両方とも未被覆基体の背圧への兆候を提供する、細孔径分布（ｄ９０−ｄ１０）／ｄ５０の幅または浸透率などの、細孔網状構造特徴である。低い圧力降下は、高い気孔率および狭い細孔径分布および大きい細孔径により向上し、濾過効率は、小さい細孔径での狭い細孔径分布により向上する。

一般に、ここに開示された材料は、高い壁気孔率を示し、粒状原材料により得られた対応する製品と比較して、それらの材料は、低い圧力降下および高い濾過効率の利点を組み合わせるのに有用な、小さい平均細孔径および狭い細孔径分布で高い浸透率を示した。

セラミック物品は、押出しの代わりに、バッチＡ１６を加圧成形することによって形成したことに留意されたい。

ここに開示した材料は、熱膨張が非常に小さい相を含むことが好ましく、チタン酸アルミニウムの主相がより好ましい。チタン酸アルミニウム結晶は、熱膨張において異方性を示す。両方の結晶構造は、加熱下で、ａ軸とｂ軸の膨張を示し、ｃ軸で収縮を示す。室温から８００℃までの完全に負の平均熱膨張係数から、正の平均係数までに及ぶ、ここに開示された異方性ＡＴ系材料の実施の形態に関する熱膨張における幅広い範囲の応答が示された。ある材料は、室温から８００℃までの範囲において、非常に小さい、ほとんどゼロの平均熱膨張係数を有し、例えば、この温度範囲において、その軸方向に沿って、Ｂ１の材料は０．２×１０^-7／Ｋの係数を有し、Ｃ２の材料は−１．１×１０^-7／Ｋの係数を有する。ある材料（Ｃ９，Ｃ１０の例などの）は、この温度範囲において、その軸方向に−６×１０^-7／Ｋの負の係数を有する。平均係数が異なるだけでなく、加熱および冷却曲線の形状も異なる。その上、膨張曲線の傾斜の差も観察される。いくつかの非常に平らな曲線は、高温範囲用途について非常に低い熱膨張を提供できる。結論として、ここに開示した異方性ＡＴ系材料は、異なる量の繊維状アルミナ、異なるサイズの粒状アルミナおよび異なるタイプの細孔形成剤を使用することによって達成されるように、様々な熱膨張挙動、絶対値、および温度依存性を提供できる。

図９は、ここに開示した異なる材料に関する加熱および冷却サイクル中の熱膨張および収縮を比較したグラフであり、これらの材料が満たせる幅広い熱膨張を示している。実線は加熱の際の膨張を表し、点線は冷却の際の収縮を表す。図９において、所定の加熱曲線に対応するそれぞれの冷却曲線（点線）は、１０００℃での対応する加熱曲線（実線）以下で確認できる。

異方性微細構造により、強度が改善される。異方性微細構造を持たない現行の従来技術の材料および対照検体（Ｐ２）に対する、（３００／１４）構造のハニカムのＭＯＲおよび気孔率の比較により、ＭＯＲの改善が示される。原材料として、粒状アルミナにより製造された材料と比較すると、繊維状アルミナにより製造された材料は、非常に高い気孔率でさえ、高い強度を示す。

図１０は、気孔率の関数としての様々なハニカムのＭＯＲのグラフである。これらの材料は、様々なタイプのバッチ用アルミナ（粒状または繊維状）から製造され、３００セル／平方インチ（約４８セル／ｃｍ²）および１４ミル（０．０１４インチ（約０．３５ｍｍ））のハニカム体に押し出され、焼成された。これらのハニカム体は、全て粒状アルミナ（○）、Ｆ１アルミナ繊維（◆）、Ｆ２アルミナ繊維（□）、Ｆ３アルミナ繊維（Ｘ）、またはＦ３アルミナ繊維（△）を含むバッチから製造した。ここに開示した異方性材料のいくつかの実施の形態において、ＭＯＲは、（３００／１４）ハニカム構造について、３５０ｐｓｉ（約２．４１ＭＰａ）より大きく、他の実施の形態において、３８０ｐｓｉ（約２．６２ＭＰａ）より大きく、他の実施の形態において、さらには４００ｐｓｉ（約２．７６ＭＰａ）より大きい。ある実施の形態において、ディーゼル微粒子フィルタなどの微粒子フィルタは、異方性ＡＴ系材料から製造でき、これは、おそらく６０％の高い気孔率による低い圧力降下、および小さい細孔径による高い濾過効率を提供するが、それでもまだ要求される低い背圧は満たすであろう。

どのような特定の理論に拘束することを意図するものではなく、チタン酸アルミニウムセラミックの熱膨張は、相の混合物およびそれらの結晶配向により影響を受け、微小亀裂形成によっても低下させることができる。一般に、微小亀裂密度が高いほど、ＣＴＥが低くなる。セラミックにおける微小亀裂密度は、微細構造中の粒子間の局部的な方位差および冷却中に蓄積する局部的な歪みと相関する。モノリスＡＴセラミックに考えられる極端な場合は、ほとんど単結晶のように挙動し、微小亀裂を形成しないほとんど方位差のない粒子を有する微細構造および冷却中に高い応力を蓄積し、かなりの微小亀裂の形成を誘発するであろう大きなｃ−ａ，ｂ方位差（ｃ−は、負の熱膨張係数を示すチタン酸アルミニウムの結晶軸であり、ａ，ｂは正の膨張を示す）のある粒子を有する微細構造である。アルミニウム−長石複合体としての多相セラミックにおいて、冷却中の応力は、チタン酸アルミニウム相の膨張の異方性によって生じるだけでなく、熱膨張係数の大きい副相が、局部的な歪みの蓄積に寄与し、チタン酸アルミニウム粒子のさらなる微小亀裂の形成に影響する。

したがって、チタン酸アルミニウムの粒径、テキスチャーおよび主相と副相の分布が、材料における微小亀裂密度、および材料のＣＴＥと強度に直接影響する。

ここに開示された材料は、公知のチタン酸アルミニウム系材料と比べて、微細構造およびＡＴテキスチャーに差を示す。

例えば、平均微粒子サイズが１０マイクロメートルである粗い粒状アルミナ原材料から得られたチタン酸アルミニウム−長石複合体において、チタン酸アルミニウムの平均粒径は１０〜１５マイクロメートルに及び；３／２の、平均微粒子サイズが１０マイクロメートルの粒状アルミナ原材料、および１／３の繊維状アルミナ原材料から得られたチタン酸アルミニウム−長石複合体において、チタン酸アルミニウムの平均粒径は５〜１０マイクロメートルに及び；平均の繊維直径が３〜２０マイクロメートルで長さが３ｍｍの繊維状アルミナ原材料から得られたチタン酸アルミニウム−長石複合体において、チタン酸アルミニウムの平均粒径は５マイクロメートル未満である。

力を印加された単純な圧縮により製造されたここに開示された材料は、加圧面において原材料のアルミナ繊維の優先的な配向を示し、対応する焼成ウェアにおいては、これもまたこの面において主な反応生成物のチタン酸アルミニウムのｃ軸の優先的な配向を示す。

繊維状アルミナを有する押出部品は、ハニカムの軸方向において負の膨張ｃ軸の強力な優先的な全体配向を示す。図１１は、繊維状アルミナ原材料により得られた材料に関する負の膨張ｃ軸に関するチタン酸アルミニウムの極点図を示している。ハニカム断面での、繊維から得られた材料に関する極点図の中心における高い強度が、ハニカムの通路方向におけるチタン酸アルミニウム結晶のｃ軸の強力な優先配向を示している。図１１において、黒い陰影は３〜４の優先的な配向因子を示している。図１２は、粗い粒状アルミナ原材料から得られた材料に関する負の膨張ｃ軸に関するチタン酸アルミニウムの極点図を示しており、空間内のチタン酸アルミニウムのｃ軸について、無作為分布を示しており、ここで、この極点図は、チタン酸アルミニウムのｃ軸の方向に撮られ、これは、そのような優先的な結晶配向が実質的に観察されないことを示している。

対応するＸ線スペクトルは、チタン酸アルミニウムのｃ軸からの著しい寄与により、ピークからの軸方向における相対強度の差を示している。

少なくとも１種類の繊維状原材料から得られたチタン酸アルミニウム系セラミックは、粒状（のみの）無機セラミック形成原材料から得られたチタン酸アルミニウム系セラミックと比較して、より高温でより低い弾性率を示すことが分かった。微粒子のみから得られたセラミックの弾性率（ＥＭＯＤ）は一般に、セラミックの加熱および冷却中に強い履歴現象を示す。同様のバッチであるが、原材料として繊維状アルミナ含むバッチにより得られた材料に関する履歴現象は、加熱−冷却サイクルにおいてそれほど強くない。粒状の粗いアルミナにより得られた比較のセラミックと繊維状アルミナ原材料から得られた材料に関するＥＭＯＤは、室温で非常に似ている、すなわち、約３０００００ｐｓｉ（約２０７０ＭＰａ）であり、冷却の際のＥＭＯＤ＠１０００℃／ＥＭＯＤ＠２５℃の比は、粒状アルミナから得られた材料については６より大きいのに対し、その比は、繊維状原材料については約４未満であった。それゆえ、繊維状アルミナ原材料により得られたここに開示された材料が、微粒子由来の材料と同様の室温値を示し、加熱−冷却サイクルにおいて履歴挙動を示すが、繊維状原材料により得られた開示の材料が高温では低い弾性率を示す例を見つけた。高温のＥ−ｍｏｄの改善により、高温での耐歪み性、それゆえ、高温でのより良好な耐熱衝撃性が改善され得る。何故ならば、改善された高温ＭＯＲ、より低い高温弾性率およびより小さいＣＴＥの全ての組合せが、非常に高い耐熱衝撃性に寄与するからである。

本開示の多孔質セラミック体の様々な実施の形態は、上述した実施例により示されるような高い強度および低いＣＴＥを示す。

本開示の多孔質セラミック体のある実施の形態は、３００ｐｓｉ（約２．０７ＭＰａ）より大きいＭＯＲおよび１５未満、これらの実施の形態のあるものは１０未満、これらの実施の形態の他のものは５未満、これらの実施の形態のさらに他のものは５以下であり−５以上である、２０から１０００℃のＣＴＥ（１０^-7／Ｋで表して）を含む。他の実施の形態において、多孔質セラミック体は、３５０ｐｓｉ（約２．４１ＭＰａ）より大きいＭＯＲおよび１５未満、これらの実施の形態のあるものは１０未満、これらの実施の形態の他のものは５未満、これらの実施の形態のさらに他のものは５以下であり−５以上である、２０から１０００℃のＣＴＥ（１０^-7／Ｋで表して）を含む。

本開示の多孔質セラミック体のある実施の形態は、３００／１４のハニカム構造（すなわち、３００セル／平方インチ（約４８セル／ｃｍ²）および１４ミルすなわち０．０１４インチ（約０．０３５ｍｍ）のウェブの壁厚）について６００ｐｓｉ（約４．１４ＭＰａ）より大きい、「比ＭＯＲ」＝ＭＯＲ／（１−０．０１×気孔率）として定義される比ＭＯＲ（ここで、ＭＯＲはｐｓｉで表され、気孔率は％で表される）、および１５×１０^-7／Ｋ未満の、これらの実施の形態のあるものにおいては１０×１０^-7／Ｋ未満の、これらの実施の形態の他のものにおいては５×１０^-7／Ｋ未満の、これらの実施の形態のさらに他のものにおいては５×１０^-7／Ｋ以下であり−５×１０^-7／Ｋ以上である、２０℃から１０００℃のＣＴＥを含む。他の実施の形態において、本開示の多孔質セラミック体は、７００ｐｓｉ（約４．８３ＭＰａ）より大きい、比ＭＯＲ（＝ＭＯＲ／（１−０．０１×気孔率））（ここで、ＭＯＲはｐｓｉで表され、気孔率は％で表される）、および１５×１０^-7／Ｋ未満の、これらの実施の形態のあるものにおいては１０×１０^-7／Ｋ未満の、これらの実施の形態の他のものにおいては５×１０^-7／Ｋ未満の、これらの実施の形態のさらに他のものにおいては５×１０^-7／Ｋ以下であり−５×１０^-7／Ｋ以上である、２０℃から１０００℃のＣＴＥを含む。他の実施の形態において、本開示の多孔質セラミック体は、８００ｐｓｉ（約５．５２ＭＰａ）より大きい、比ＭＯＲ（＝ＭＯＲ／（１−０．０１×気孔率））（ここで、ＭＯＲはｐｓｉで表され、気孔率は％で表される）、および１５×１０^-7／Ｋ未満の、これらの実施の形態のあるものにおいては１０×１０^-7／Ｋ未満の、これらの実施の形態の他のものにおいては５×１０^-7／Ｋ未満の、これらの実施の形態のさらに他のものにおいては５×１０^-7／Ｋ以下であり−５×１０^-7／Ｋ以上である、２０℃から１０００℃のＣＴＥを含む。他の実施の形態において、本開示の多孔質セラミック体は、９００ｐｓｉ（約６．２１ＭＰａ）より大きい、比ＭＯＲ（＝ＭＯＲ／（１−０．０１×気孔率））（ここで、ＭＯＲはｐｓｉで表され、気孔率は％で表される）、および１５×１０^-7／Ｋ未満の、これらの実施の形態のあるものにおいては１０×１０^-7／Ｋ未満の、２０℃から１０００℃のＣＴＥを含む。

本開示の多孔質セラミック体のある実施の形態は、３００／１４のハニカム構造について３００ｐｓｉ（約２．０７ＭＰａ）より大きいＭＯＲ、および１５×１０^-7／Ｋ未満の、これらの実施の形態のあるものにおいては１０×１０^-7／Ｋ未満の、これらの実施の形態の他のものにおいては５×１０^-7／Ｋ未満の、これらの実施の形態のさらに他のものにおいては５×１０^-7／Ｋ以下であり−５×１０^-7／Ｋ以上である、２０℃から８００℃のＣＴＥを含む。他の実施の形態において、本開示の多孔質セラミック体は、３５０ｐｓｉ（約２．４１ＭＰａ）より大きいＭＯＲ、および１５×１０^-7／Ｋ未満の、これらの実施の形態のあるものにおいては１０×１０^-7／Ｋ未満の、これらの実施の形態の他のものにおいては５×１０^-7／Ｋ未満の、これらの実施の形態のさらに他のものにおいては５×１０^-7／Ｋ以下であり−５×１０^-7／Ｋ以上である、２０℃から１０００℃のＣＴＥを含む。

本開示の多孔質セラミック体のある実施の形態は、５４％より大きい気孔率、および３００／１４のハニカム構造について、１５０ｐｓｉ（約１．０４ＭＰａ）より大きい、あるものは２００ｐｓｉ（約１．３８ＭＰａ）より大きい、あるものは３００ｐｓｉ（約２．０７ＭＰａ）より大きい、あるものは３５０ｐｓｉ（約２．４１ＭＰａ）より大きいＭＯＲを含む。本開示の多孔質セラミック体のある実施の形態は、６０％より大きい気孔率、および１５０ｐｓｉ（約１．０４ＭＰａ）より大きい、あるものは２００ｐｓｉ（約１．３８ＭＰａ）より大きい、あるものは３００ｐｓｉ（約２．０７ＭＰａ）より大きい、あるものは３５０ｐｓｉ（約２．４１ＭＰａ）より大きいＭＯＲを含む。本開示の多孔質セラミック体のある実施の形態は、６４％より大きい気孔率、および１５０ｐｓｉ（約１．０４ＭＰａ）より大きい、あるものは２００ｐｓｉ（約１．３８ＭＰａ）より大きいＭＯＲを含む。本開示の多孔質セラミック体のある実施の形態は、６８％より大きい気孔率、および１５０ｐｓｉ（約１．０４ＭＰａ）より大きいＭＯＲを含む。

本開示のある実施の形態において、バッチ中の無機原材料に１０質量％より多い前駆体繊維を含むバッチから多孔質セラミック体が提供され、このセラミック体は、３００／１４ハニカムセルの構造またはその類似物について、３００ｐｓｉ（約２．０７ＭＰａ）より大きい、これらの実施の形態のあるものにおいては３５０ｐｓｉ（約２．４１ＭＰａ）より大きいＭＯＲを有する。

本開示のある実施の形態において、バッチ中の無機原材料に３０質量％より多い前駆体繊維を含むバッチから多孔質セラミック体が提供され、このセラミック体は、３００／１４ハニカムセルの構造またはその類似物について、２５０ｐｓｉ（約１．７２ＭＰａ）より大きい、これらの実施の形態のあるものにおいては３００ｐｓｉ（約２．０７ＭＰａ）より大きいＭＯＲを有する。

本開示のある実施の形態において、バッチ中の無機原材料に４０質量％より多い前駆体繊維を含むバッチから多孔質セラミック体が提供され、このセラミック体は、３００／１４ハニカムセルの構造またはその類似物について、２５０ｐｓｉ（約１．７２ＭＰａ）より大きい、これらの実施の形態のあるものにおいては３００ｐｓｉ（約２．０７ＭＰａ）より大きい、これらの実施の形態のあるものにおいては３５０ｐｓｉ（約２．４１ＭＰａ）より大きい、あるものにおいては４００ｐｓｉ（約２．７６ＭＰａ）より大きいＭＯＲを有する。

本開示のある実施の形態において、バッチ中の無機原材料に５０質量％より多い前駆体繊維を含むバッチから多孔質セラミック体が提供され、このセラミック体は、３００／１４ハニカムセルの構造またはその類似物について、３００ｐｓｉ（約２．０７ＭＰａ）より大きい、これらの実施の形態のあるものにおいては３５０ｐｓｉ（約２．４１ＭＰａ）より大きいＭＯＲを有する。

本開示のある実施の形態において、バッチ中の無機原材料に５質量％より多い前駆体繊維を含むバッチから多孔質セラミック体が提供され、このセラミック体は、６００ｐｓｉ（約４．１４ＭＰａ）より大きい比ＭＯＲ＝（１−気孔率（％で表して））として定義される比ＭＯＲ（ｐｓｉで表される）を有する。ある実施の形態において、多孔質セラミックは、比ＭＯＲが、７００ｐｓｉ（約４．８２ＭＰａ）より大きい、これらの実施の形態のあるものにおいては８００ｐｓｉ（約５．５２ＭＰａ）より大きくなるように、バッチ中の無機原材料に１０質量％より多い前駆体繊維を含むバッチから製造される。

本開示のある実施の形態において、バッチ中の無機原材料に４０質量％より多い前駆体繊維を含むバッチから多孔質セラミック体が提供され、このセラミック体は、比ＭＯＲが、４００ｐｓｉ（約２．７６ＭＰａ）より大きい、これらの実施の形態のあるものにおいては５００ｐｓｉ（約３．４５ＭＰａ）より大きい、６００ｐｓｉ（約４．１４ＭＰａ）より大きい、７００ｐｓｉ（約４．８２ＭＰａ）より大きい、８００ｐｓｉ（約５．５２ＭＰａ）より大きい、さらには９００ｐｓｉ（約６．２１ＭＰａ）より大きいように比ＭＯＲ（ｐｓｉで表される）を有する。本開示のある実施の形態において、比ＭＯＲが、４００ｐｓｉ（約２．７６ＭＰａ）より大きい、これらの実施の形態のあるものにおいては５００ｐｓｉ（約３．４５ＭＰａ）より大きい、６００ｐｓｉ（約４．１４ＭＰａ）より大きい、７００ｐｓｉ（約４．８２ＭＰａ）より大きい、さらには８００ｐｓｉ（約５．５２ＭＰａ）より大きいように、バッチ中の無機原材料に５０質量％より多い前駆体繊維を含むバッチから多孔質セラミック体が提供される。本開示のある実施の形態において、比ＭＯＲが、４００ｐｓｉ（約２．７６ＭＰａ）より大きい、これらの実施の形態のあるものにおいては５００ｐｓｉ（約３．４５ＭＰａ）より大きい、６００ｐｓｉ（約４．１４ＭＰａ）より大きい、７００ｐｓｉ（約４．８２ＭＰａ）より大きい、さらには８００ｐｓｉ（約５．５２ＭＰａ）より大きいように、バッチ中の無機原材料に５５質量％より多い前駆体繊維を含むバッチから多孔質セラミック体が提供される。

本開示のある実施の形態において、多孔質セラミック体は、１．００未満の、これらの実施の形態のあるものにおいては０．９０未満、他のものにおいては０．７０未満の（ｄ５０−ｄ１０）／ｄ５０の値を示す。ある実施の形態において、（ｄ５０−ｄ１０）／ｄ５０は０．２５より大きく、０．９０未満である。他の実施の形態において、（ｄ５０−ｄ１０）／ｄ５０は０．６未満である。さらに他の実施の形態において、（ｄ５０−ｄ１０）／ｄ５０は０．３５未満である。

本開示のある実施の形態において、多孔質セラミック体は、５．０未満の、これらの実施の形態のあるものにおいては３．０未満、他のものにおいては２．０未満の（ｄ９０−ｄ１０）／ｄ５０の値を示す。ある実施の形態において、（ｄ９０−ｄ１０）／ｄ５０は０．５より大きく、３．００未満である。

本開示のある実施の形態において、多孔質セラミック体は、２０未満の、これらの実施の形態のあるものにおいては１５未満の屈曲を示す。他の実施の形態において、多孔質セラミック体は、２０未満の、これらの実施の形態のあるものにおいては１５未満の屈曲を示す。他の実施の形態において、多孔質セラミック体は、２より大きい、これらの実施の形態のあるものにおいては５より大きい屈曲を示す。ある実施の形態において、屈曲は５より大きく１５未満である。

表１４は、焼成された組成物における結晶相とガラスを示している。

表１５は、異方性微細構造を有するセラミック組成物の様々な例を列記している。Ｃ４およびＰ２の例は、ラムにより押し出され、表１５の残りの例は、二軸スクリューにより押し出された。

ここに開示されたセラミックのある実施の形態において、異方性微細構造を備えた多結晶質セラミックからなる多孔質セラミック体は、異方性因子であるＡｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇにより特徴付けられ、ここで、１．２＜Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ＜５、ある実施の形態において、１．２５＜Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ＜３。

ここに開示されたセラミックのある実施の形態において、異方性微細構造を備えた多結晶質セラミックからなる多孔質セラミック体は、異方性因子であるＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇにより特徴付けられ、ここで、１．２＜Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ＜５、ある実施の形態において、１．２５＜Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ＜３。

ここに開示されたセラミックのある実施の形態において、異方性微細構造を備えた多結晶質セラミックからなる多孔質セラミック体は、第１の異方性因子であるＡｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ、第２の異方性因子であるＡｆ−ｐｏｒｅ−ｃｒｏｓｓ、第３の異方性因子であるＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ、および第４の異方性因子であるＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｃｒｏｓｓにより特徴付けられ、ここで、５＞Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ＞１．２および５＞Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ＞１．２。

ここに開示されたセラミックのある実施の形態において、異方性微細構造を備えた多結晶質セラミックからなる多孔質セラミック体は、第１の異方性因子であるＡｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ、第２の異方性因子であるＡｆ−ｐｏｒｅ−ｃｒｏｓｓ、第３の異方性因子であるＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ、および第４の異方性因子であるＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｃｒｏｓｓにより特徴付けられ、ここで、３＞Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ＞１．２５および３＞Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ＞１．３。

ここに開示されたセラミックの一組の実施の形態において、Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ＞１．２５およびＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ＞１．３。別の組の実施の形態において、セラミックは、１．２５＜Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ＜３と０．９＜Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｃｒｏｓｓ＜１．１の空間気孔率分布の異方性、および１．２＜Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ＜３と０．８５＜Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｃｒｏｓｓ＜１．１５の空間物質分布の異方性により特徴付けられる。

多孔質のチタン酸アルミニウム系ハニカムセラミック物品は、低熱膨張、高気孔率、低ヤング率および高強度を併せ持つここに開示された材料により製造でき、触媒用基体（例えば、自動車用触媒コンバータ）およびフィルタ（例えば、微粒子フィルタまたはディーゼル微粒子フィルタ）用途にとって魅力的である。

形成されたチタン酸アルミニウム複合体製品の加工処理中、アルミナ、チタニアなどの原材料、および例えば、酸化ストロンチウム、長石を形成するためのシリカなどの、第２相を形成するための原材料を、有機結合剤、細孔形成剤および水と混合して、可塑化または可塑性混合物を形成することができる。

この可塑性混合物は、「未焼成体(green body)」としてこの業界において知られている所望の形状に押し出されるかまたは他の様式で成形される。成形は、混合された原材料をダイに通して押し出すことによって行うことができる。次いで、未焼成体を乾燥させ、その後焼成することができる（例えば、原材料の組合せに依存して、約１３５０℃から約１４５０℃までの温度に）。乾燥および焼成プロセス中に、原材料が反応し、様々な中間体を経てもよく、最終的な結晶質チタン酸アルミニウム複合体が形成される。成形された未焼成部品は、焼成によって、固形化した耐久性のセラミック物品に変わる。ある実施の形態において、このセラミックの主な固相は、チタン酸アルミニウム相の強力な結晶テキスチャーを示し、チタン酸アルミニウムの結晶ｃ軸の強い優先的な配向は押出方向（または加圧されたときのみ、加圧方向に対して垂直な方向）にある。

ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）などのフィルタは、ハニカム多孔質セラミックから、通路（例えば、両端でなどの、市松模様にある周囲の通路）を施栓して、入口通路と出口通路を備えたフィルタを形成することによって得ることができる。次いで、排ガスがハニカムの壁を流通する。多孔質ハニカム壁の通過中に、排ガスからの小さな微粒子が細孔表面上に堆積し、それゆえ、排ガスを濾過する。このように形成された煤のケーキは、例えば、ＤＰＦが車両の寿命と同程度の寿命を有するように、再生サイクル中に定期的に燃焼される。

ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）などのフィルタは、ここに開示された組成物から製造して、高い気孔率および強度を有することができ、そのようなフィルタは、機能を持たせて、部分または完全ＮＯｘ除去などの追加の排ガス後処理機能を可能にしても差し支えない。

ここに開示されたある態様において、多孔質セラミック体は、異方性因子Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇにより特徴付けられる異方性微細構造を備えた多結晶質セラミックからなり、ここで、１．２＜Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ＜５である。ある実施の形態において、１．２５＜Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ＜３である。

ここに開示された別の態様において、多孔質セラミック体は、異方性因子Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇにより特徴付けられる異方性微細構造を備えた多結晶質セラミックからなり、ここで、１．２＜Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ＜５である。ある実施の形態において、１．２５＜Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ＜３である。

ここに開示されたセラミックの別の態様において、多孔質セラミック体は、第１の異方性因子であるＡｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ、第２の異方性因子であるＡｆ−ｐｏｒｅ−ｃｒｏｓｓ、第３の異方性因子であるＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ、および第４の異方性因子であるＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｃｒｏｓｓにより特徴付けられる異方性微細構造を備えた多結晶質セラミックからなり、ここで、５＞Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ＞１．２および５＞Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ＞１．２である。

ここに開示されたセラミックの別の態様において、多孔質セラミック体は、第１の異方性因子であるＡｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ、第２の異方性因子であるＡｆ−ｐｏｒｅ−ｃｒｏｓｓ、第３の異方性因子であるＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ、および第４の異方性因子であるＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｃｒｏｓｓにより特徴付けられる異方性微細構造を備えた多結晶質セラミックからなり、ここで、３＞Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ＞１．２５および３＞Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ＞１．３である。

ここに開示されたセラミックの別の態様において、多孔質セラミック体は、第１の異方性因子であるＡｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ、第２の異方性因子であるＡｆ−ｐｏｒｅ−ｃｒｏｓｓ、第３の異方性因子であるＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ、および第４の異方性因子であるＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｃｒｏｓｓにより特徴付けられる異方性微細構造を備えた多結晶質セラミックからなり、ここで、１．２５＜Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ＜３および０．９＜Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｃｒｏｓｓ＜１．１である。

ここに開示されたセラミックの別の態様において、多孔質セラミック体は、第１の異方性因子であるＡｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ、第２の異方性因子であるＡｆ−ｐｏｒｅ−ｃｒｏｓｓ、第３の異方性因子であるＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ、および第４の異方性因子であるＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｃｒｏｓｓにより特徴付けられる異方性微細構造を備えた多結晶質セラミックからなり、ここで、１．２＜Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ＜３および０．８５＜Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｃｒｏｓｓ＜１．１５である。

ここに開示されたセラミックの別の態様において、多孔質セラミック体は、第１の異方性因子であるＡｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ、第２の異方性因子であるＡｆ−ｐｏｒｅ−ｃｒｏｓｓ、第３の異方性因子であるＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ、および第４の異方性因子であるＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｃｒｏｓｓにより特徴付けられる異方性微細構造を備えた多結晶質セラミックからなり、ここで、１．２５＜Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ＜３および０．９＜Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｃｒｏｓｓ＜１．１、並びに１．２＜Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ＜３および０．８５＜Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｃｒｏｓｓ＜１．１５である。

ここに開示された別の態様において、多孔質セラミック体は、異方性微細構造を備えた多結晶質セラミックからなり、この異方性微細構造は、配向された多相多結晶質網様体からなる。ある実施の形態において、この網様体は、主固相と少なくとも副固相からなる。ある実施の形態において、その微細構造は、配向されていない構成体をさらに含む。ある実施の形態において、微細構造は微小亀裂を含む。ある実施の形態において、微細構造は、異方性因子５＞Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ＞１．２を有する。ある実施の形態において、微細構造は、異方性因子３＞Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ＞１．２を有する。ある実施の形態において、微細構造は、異方性因子５＞Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ＞１．２を有する。ある実施の形態において、微細構造は、異方性因子３＞Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ＞１．２を有する。ある実施の形態において、微細構造は、異方性因子Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇおよびＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇを有し、５＞Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ＞１．２５および５＞Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ＞１．３である。ある実施の形態において、微細構造は、異方性因子Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇおよびＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇを有し、３＞Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ＞１．２５および３＞Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ＞１．３である。ある実施の形態において、微細構造は、異方性因子Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇおよびＡｆ−ｐｏｒｅ−ｃｒｏｓｓを有し、１．２５＜Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ＜３および０．９＜Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｃｒｏｓｓ＜１．１である。ある実施の形態において、微細構造は、異方性因子Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇおよびＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｃｒｏｓｓを有し、１．２＜Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ＜３および０．８５＜Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｃｒｏｓｓ＜１．１５である。ある実施の形態において、微細構造は、異方性因子Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ、Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｃｒｏｓｓ、Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇおよびＡｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｃｒｏｓｓを有し、１．２５＜Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ＜３および０．９＜Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｃｒｏｓｓ＜１．１、並びに１．２＜Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ＜３および０．８５＜Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｃｒｏｓｓ＜１．１５である。

本開示のこの態様のある実施の形態において、網様体は多結晶質である。ある実施の形態において、それらの結晶は、０．５および１００マイクロメートルの間の最大寸法を有する。ある実施の形態において、主相の結晶の大半は、１および５０マイクロメートルの間の最大寸法を有する。ある実施の形態において、主相の結晶の大半は、１および１０マイクロメートルの間の最大寸法を有する。ある実施の形態において、網様体は、セラミック体の５質量％より多くを構成する。ある実施の形態において、網様体は、セラミック体の５質量％と６０質量％の間を構成する。ある実施の形態において、網様体はセラミック体の６０質量％より多くを構成する。

この態様のある実施の形態において、網様体は、主固相および少なくとも１つの副固相からなる。この主固相はチタン酸アルミニウムである。ある実施の形態において、副固相は、長石、ムライト、コージエライト、スピネル、チタン酸ストロンチウム、およびそれらの組合せからなる群より選択される。ある実施の形態において、副固相は、アルミニウム、チタン、ケイ素、マグネシウム、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属、遷移金属の酸化物、並びにそれらの組合せからなる群より選択される。ある実施の形態において、第１の副固相は、長石、ムライト、コージエライト、スピネル、チタン酸ストロンチウム、およびそれらの組合せからなる群より選択される。ある実施の形態において、第２の副固相は、アルミニウム、チタン、ケイ素、マグネシウム、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属、遷移金属の酸化物、並びにそれらの組合せからなる群より選択される。ある実施の形態において、網様体の少なくともあるものの外部領域は主固相からなり、その網様体の内部領域は副固相からなる。ある実施の形態において、副固相はセラミック形成前駆体からなる。ある実施の形態において、副固相は、アルミニウム、チタン、ケイ素、マグネシウム、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属、遷移金属の酸化物、並びにそれらの組合せからなる群より選択される。

この態様の好ましい実施の形態において、網様体は、チタン酸アルミニウムの主固相からなる。ある実施の形態において、微細構造は、多相結晶質凝集塊体をさらに含む。

この態様のある実施の形態において、多孔質体は、４０％より大きい、または５０％より大きい、または５５％より大きい、または６０％より大きい、またはさらには６５％より大きい気孔率を有する。

この態様のある実施の形態において、多孔質体は、１０マイクロメートルより大きい中央細孔径を有する細孔を含む。ある実施の形態において、多孔質体は、５マイクロメートルより大きい中央細孔径を有する細孔を含む。ある実施の形態において、多孔質体は、１０マイクロメートル未満の中央細孔径を有する細孔を含む。ある実施の形態において、多孔質体は、２０マイクロメートル未満の中央細孔径を有する細孔を含む。ある実施の形態において、多孔質体は、１０マイクロメートルより大きく２０マイクロメートル未満の中央細孔径を有する細孔を含む。

この態様のある実施の形態において、多孔質体は、２０℃から１０００℃の温度範囲において２５×１０^-7／Ｋ未満の大きさの平均ＣＴＥを有する。ある実施の形態において、多孔質体は、軸方向において、２０℃から１０００℃の温度範囲にある全温度において５×１０^-7／Ｋ未満の大きさの平均ＣＴＥを有する。ある実施の形態において、多孔質体は、軸方向において、２０℃から１０００℃の温度範囲において負の平均熱膨張係数を有する。ある実施の形態において、多孔質体は、軸方向において、２０℃から１０００℃の全温度について１，４００，０００ｐｓｉ（約９．６５ＧＰａ）未満の弾性率を有する。ある実施の形態において、多孔質体は、軸方向において、２０℃で３００，０００ｐｓｉ（約２．０７ＧＰａ）未満の弾性率を有する。ある実施の形態において、多孔質体は、軸方向、半径方向、またはその両方において、ＥＭＯＤ_1000℃／ＥＭＯＤ_20℃＜５の比を示す。ある実施の形態において、多孔質体は、３ＭＰａより大きい壁強度を有する。ある実施の形態において、多孔質体は、５ＭＰａより大きい壁強度を有する。ある実施の形態において、多孔質体は、８ＭＰａより大きい壁強度を有する。ある実施の形態において、多孔質ハニカムは、（３００／１４）のセル構造において、３００ｐｓｉ（約２．０７ＭＰａ）より大きい、または３５０ｐｓｉ（約２．４１ＭＰａ）より大きい、またはさらには４００ｐｓｉ（約２．７６ＭＰａ）より大きいＭＯＲを有する。

この態様のある実施の形態において、多孔質体はハニカム構造の形状にある。ある実施の形態において、多孔質体は、ウォールフロー型フィルタまたはフロースルー型基体である。これらの実施の形態のあるものにおいて、多孔質体はチタン酸アルミニウムからなる。

この態様のある実施の形態において、多孔質体は、０．１０％より大きい耐歪み性を有する。ある実施の形態において、多孔質体は、少なくとも約１２５０℃の熱衝撃パラメータＴＳＰを示す。ある実施の形態において、多孔質体は少なくとも５００ミリダルシーの浸透率を有する。

本開示の別の態様において、無機組成物は、複数のセラミック形成前駆体の反応生成物を含む異方性微細構造からなり、この反応生成物は多結晶質多相網様体として存在する。

本開示の別の態様において、チタン酸アルミニウムの第１のセラミック相を含む多孔質体を形成する方法であって、第１の前駆体を含む複数の無機セラミック形成前駆体を含む可塑化混合物を形成する工程であって、第１の前駆体の少なくとも一部が前駆体繊維の形態で混合物中に存在するものである工程；可塑化混合物を未焼成体に形成する工程；および前駆体を互いに反応させて、第１のセラミック相を形成するのに十分に未焼成体を加熱する工程を有してなる方法が提供される。

この態様のある実施の形態において、多結晶質網様体が多結晶質多相網様体である。ある実施の形態において、第１の前駆体の少なくともいくらかが非繊維状粒子の形態で混合物中に存在する。ある実施の形態において、複数の無機セラミック形成前駆体が第２の前駆体をさらに含み、この第２の前駆体の少なくとも一部が第２の前駆体繊維の形態で混合物中に存在し、第２の前駆体が第１の前駆体とは異なる。これの実施の形態のあるものにおいて、第１の前駆体はアルミナであり、第２の前駆体はシリカである。

この態様のある実施の形態において、複数の無機セラミック形成前駆体は第２の前駆体をさらに含み、前駆体繊維の少なくともいくらかは、第１の前駆体および第２の前駆体の両方を含有する。ある実施の形態において、その混合物はセラミック材料をさらに含む。ある実施の形態において、セラミック材料は第１のセラミック相材料からなる。

この態様のある実施の形態において、前駆体繊維の反応生成物は、加熱中に反応して第１のセラミック相材料を形成し、前駆体繊維の過剰部分は、加熱中に反応して第１のセラミック相材料を形成したりしない。ある実施の形態において、その過剰部分の少なくともいくらかは、網様体の少なくともいくらかの内部領域中に配置される。

この態様のある実施の形態において、セラミック体中に前駆体繊維は存在しない。

この態様のある実施の形態において、混合物中に存在する第１の前駆体の全ては、前駆体繊維の形態にある。

この態様のある実施の形態において、第１のセラミックは、セラミック体中の主固相を構成する。ある実施の形態において、第１のセラミックは網様体中の主固相を構成する。

この態様のある実施の形態において、前駆体繊維は１から１０ｍｍの平均長さを有する。ある実施の形態において、前駆体繊維は１から１００マイクロメートルの平均直径を有する。ある実施の形態において、前駆体繊維は１００：１から１０，０００：１の平均の長さ対直径比を有する。

この態様のある実施の形態において、成形は、可塑化混合物を未焼成体に押し出す工程を含む。ある実施の形態において、押出し工程は、混合物を第１のダイに通して押し出して第１の押出物を形成し、次いで、第１の押出物を第２のダイに通して押し出してハニカム形状を形成する各工程を含む。

この態様のある実施の形態において、無機セラミック形成前駆体は、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化カルシウム、チタニア、または酸化鉄の少なくとも１種類の供給源をさらに含む。ある実施の形態において、複数の無機セラミック形成前駆体は、アルミナの供給源とシリカの供給源をさらに含む。ある実施の形態において、複数の無機セラミック形成前駆体はマグネシアの供給源をさらに含む。ある実施の形態において、前記混合物は少なくとも１種類の有機加工成分をさらに含む。ある実施の形態において、その混合物は、結合剤、滑剤、可塑剤、細孔形成剤および溶媒からなる群より選択される少なくとも１種類の加工成分をさらに含む。ある実施の形態において、混合物は、混合物の総質量に基づいて、３質量％から１２質量％のシリカを含む。ある実施の形態において、混合物は、混合物の総質量に基づいて、２５質量％から５４質量％のＳｉＯ₂を含む。ある実施の形態において、混合物は、混合物の総質量に基づいて、１０質量％から７０質量％のアルミナを含む。ある実施の形態において、混合物は、混合物の総質量に基づいて、１８質量％から６５質量％のＡｌ₂Ｏ₃を含む。ある実施の形態において、混合物は、混合物の総質量に基づいて、２５質量％から５０質量％のチタニアを含む。ある実施の形態において、混合物は、混合物の総質量に基づいて、１０質量％から６５質量％のアルミナ繊維を含む。ある実施の形態において、混合物は、混合物の総質量に基づいて、５質量％から２３質量％のＭｇＯを含む。

この態様のある実施の形態において、前駆体繊維は、混合物の総質量に基づいて、１８質量％から４８質量％のアルミナを構成する。ある実施の形態において、前駆体繊維は、混合物の総質量に基づいて、少なくとも７５質量％のアルミナを構成する。ある実施の形態において、第１のセラミックの少なくとも一部は、多結晶質網様体からなる異方性微細構造からなり、前駆体繊維の少なくともいくらかは網様体のテンプレートとして働く。

本開示の別の態様において、５０％以上の総気孔率、２０℃から９００℃までで、２×１０^-7／Ｋ未満の熱膨張係数（ＣＴＥ）、０．１０％以上の耐歪み性、および３００／１４のハニカムまたは相当する形状に関して３５０ｐｓｉ（約２．４１ＭＰａ）より大きいＭＯＲを有する多孔質セラミック体が提供される。ある実施の形態において、軸方向ＣＴＥは０．５×１０^-7／Ｋ未満である。ある実施の形態において、軸方向ＣＴＥは負である。ある実施の形態において、総気孔率は６０％より大きい。ある実施の形態において、セラミック体は、１２と２０マイクロメートルの間のｄ５０を有する。ある実施の形態において、セラミック体は、１５と２０マイクロメートルの間のｄ５０を有する。

本開示の別の態様において、５５％以上の総気孔率、１２マイクロメートルより大きいｄ５０、２０℃から９００℃までで、２×１０^-7／Ｋ未満の熱膨張係数（ＣＴＥ）、０．１０％以上の耐歪み性、および３５０ｐｓｉ（約２．４１ＭＰａ）より大きいＭＯＲを有する多孔質セラミック体が提供される。

本開示の別の態様において、５５％以上の総気孔率、３５０ｐｓｉ（約２．４１ＭＰａ）より大きいＭＯＲ、および１５と２０マイクロメートルの間のｄ５０を有する多孔質セラミック体が提供される。

Claims (3)

1. 異方性因子Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇにより特徴付けられる異方性微細構造を備えた多結晶質セラミックからなる多孔質チタン酸アルミニウム系セラミック体であって、１．２＜Ａｆ−ｐｏｒｅ−ｌｏｎｇ＜５であり、無機繊維状材料を含む原材料から得られることを特徴とする多孔質チタン酸アルミニウム系セラミック体。
2. 異方性因子Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇにより特徴付けられる異方性微細構造を備えた多結晶質セラミックからなる多孔質チタン酸アルミニウム系セラミック体であって、１．２＜Ａｆ−ｍａｔｔｅｒ−ｌｏｎｇ＜５であり、無機繊維状材料を含む原材料から得られることを特徴とする多孔質チタン酸アルミニウム系セラミック体。
3. 前記微細構造が微小亀裂を含むことを特徴とする請求項１または２記載の多孔質チタン酸アルミニウム系セラミック体。

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