KR20020082211A - 다공질 벌집형 필터 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

미세 구멍 분포를 제어한 코디어라이트를 주된 결정상으로 하는 재료로 이루어지는 다공질 벌집형 필터이다. 미세 구멍 분포를 직경 10 ㎛ 미만인 미세 구멍의 용적은 전체 미세 구멍 용적의 15% 이하이고, 직경 10∼50 ㎛인 미세 구멍의 용적은 전체 미세 구멍 용적의 75% 이상이며, 직경 50 ㎛를 넘는 미세 구멍의 용적은 전체 미세 구멍 용적의 10% 이하로 한다. 이 다공질 벌집형 필터는 미립자(파티큘레이트: particulate) 등의 수집 효율이 높고, 또한 미세 구멍의 막힘에 의한 압력 손실의 증대를 방지할 수 있어, 특히, 최근의 고압 연료 분사, 커먼 레일 등을 채용한 디젤엔진에 대응하여 이들 특성을 발휘할 수 있다.

Description

다공질 벌집형 필터 및 그 제조 방법{POROUS HONEYCOMB FILTER AND METHOD FOR MANUFACTURE THEREOF}
최근, 배기 가스 중의 미립자를 제거하는 장치로서, 배기 가스 유입측 단부면과 배기 가스 배출측 단부면으로 개방되는 복수 개의 관통 구멍을, 양단부면에서 엇갈려서 봉한 구조를 지니고, 배기 가스 유입측 단부면으로부터 유입된 배기 가스를 강제적으로 각 관통 구멍 사이의 격벽(복수 개의 미세 구멍을 지님)을 통과시켜 배기 가스 중의 미립자를 포집, 제거하는 다공질 벌집형 필터가 이용되고 있다.
이 다공질 벌집형 필터에서는 배기 가스 중의 미립자의 입자 지름과의 관계에서, 각 관통 구멍 사이의 격벽에 형성되는 미세 구멍의 구멍 직경을 어느 정도로 하는지에 따라 포집 효율, 압력 손실 등의 성능이 달라지기 때문에, 미세 구멍 분포를 제어할 것이 요구되고 있다.
종래, 다공질 벌집형 필터로서는, 내열성이 우수한 코디어라이트(cordierite)제 또는 탄화규소제의 것이 많이 이용되고 있으며, 미세 구멍 직경의 제어가 용이한 탄화규소제의 다공질 벌집형 필터에 대해서는 미세 구멍 직경의 평균치가 1∼15 ㎛이고, 미세 구멍 분포가 표준편차(SD) 0.20 이하로 매우 좁은 범위에서 미세 구멍 직경을 제어한 것이 개시되어 있다(일본 특허 공개 평5-23512호 공보).
다른 한편, 미세 구멍의 구멍 직경을 제어한 코디어라이트제의 벌집형 필터로서는 카올린과 산화알루미늄을 코디어라이트화 원료에 함유시키지 않음으로써 기공율을 향상시키는 동시에, 입자 지름을 특정 범위에서 제어한 수산화알루미늄(입자 지름이 0.5∼3 ㎛인 분말과 입자 지름이 5∼15 ㎛인 분말이 수산화알루미늄 전체의 50∼100%를 차지함)과, 용융 실리카(평균 입자 지름이 30∼100 ㎛)와, 탈크로 이루어지는 코디어라이트화 원료에 소정의 유기 발포제 또는 가연성 물질을 첨가한 원료를 사용하는 제조 방법에 의해 생성된, 평균 구멍 직경이 25∼40 ㎛인 벌집형 필터가 개시되어 있다(일본 특허 공개 평9-77573호 공보).
그러나, 이 벌집형 필터에서는, 미세 구멍 직경을 주로 수산화알루미늄과, 유기 발포제 또는 가연성 물질에 의해 제어하기 때문에, 평균 미세 구멍 직경은 제어할 수 있더라도 미세 구멍 분포를 원하는 좁은 범위로 하는 것은 불가능했다. 또한, 수산화알루미늄을 거친 입자로 만들기 때문에, 열팽창 계수가 증대된다고 하는 문제도 갖고 있었다.
이에 반하여, 탈크, 실리카, 알루미나, 카올린의 각 성분을 특정 입자 지름의 분말로 하여 특정 함유율로 혼합한 코디어라이트화 원료에, 조공제(造孔劑)로서 그라파이트를 첨가한 원료를 이용하는 제조 방법에 의해 얻은, 미세 구멍 분포가, 각각 ① 구멍 직경 2 ㎛ 이하인 미세 구멍이 전체 미세 구멍 중 7 용적% 이하, ② 구멍 직경 100 ㎛ 이상인 미세 구멍이 전체 미세 구멍 중 10 용적% 이하인 벌집형 필터가 개시되어 있다(일본 특허 제2578176호 공보, 일본 특허 제2726616호 공보).
그러나, 이들 벌집형 필터에서는, 각 성분마다 미세 구멍 직경을 제어하는 용이성이 다르다는 점에 대해 특별히 고려되어 있지 않기 때문에, 미세 구멍 분포의 하한 또는 상한을 제어하는 것이 한계로, 미세 구멍 분포를 원하는 좁은 범위로 하는 것은 불가능했다.
이들에 반하여, 탈크, 실리카, 알루미나, 카올린의 각 성분마다 미세 구멍 직경을 제어하는 용이성이 다르다는 점에 착안하여, 탈크와 실리카의 양 성분에 관해서, 입자 지름 150 ㎛ 이상의 분말을 원료 전체적으로 3 질량% 이하로 하고, 또한 입지 지름 45 ㎛ 이하의 분말을 25 질량% 이하로 조정한 코디어라이트화 원료를 이용하는 제조 방법에 의해 얻은, 미세 구멍 직경 10∼50 ㎛의 미세 구멍이 전체 미세 구멍 중 52.0∼74.1 용적%를 차지하는 벌집형 필터가 제안되어 있다(일본 특허 공고 평7-38930호 공보).
이 벌집형 필터는 미세 구멍 직경을 10∼50 ㎛의 좁은 범위로 제어하는 것을 코디어라이트제의 벌집형 필터에서 처음으로 달성한 것으로, 전술한 여러 가지 코디어라이트제 벌집형 필터에 비하여, 포집 효율을 향상시킬 수 있는 동시에, 막힘 방지에 의해 압력 손실의 증대를 방지할 수 있는 것이다. 또, 탈크의 입자 지름을작게 함으로써, 열팽창 계수를 작게 할 수 있는 것이다.
그러나, 최근, 배기 가스 중의 미립자는 디젤엔진의 개량(고압 연료 분사, 커먼 레일 등이 채용되고 있음)에 의해, 배출량이 저감되는 동시에 미립자가 소직경화, 균일화되고 있다(미립자의 입자 지름은 대부분 대략 1 ㎛임). 이로 인해, 미세 구멍 직경을 매우 고도로 제어한 벌집형 필터가 강하게 요망되고 있다.
이에 반하여, 이 벌집형 필터는, 코디어라이트화 원료에 있어서 카올린이 10 ㎛ 이하의 미세 구멍의 형성에 깊게 관여하는 것에 대해서 전혀 고려하지 않고 제조되었기 때문에, 구멍 직경 10∼50 ㎛의 미세 구멍을 75.0 용적% 이상의 고율로 형성할 수 없어, 이러한 최근의 요망에 따를 수 있는 것이 아니었다.
본 발명은 상기한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 미립자(파티큘레이트) 등의 포집 효율이 높고, 또한 미세 구멍의 막힘에 의한 압력 손실의 증대를 방지할 수 있으며, 특히, 최근의 고압 연료 분사, 커먼 레일 등을 채용한 디젤엔진에 대응하여 이들 특성을 발휘할 수 있는 다공질 벌집형 필터 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 다공질 벌집형 필터 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 자세히 말하면, 미립자(파티큘레이트: particulate) 등의 수집 효율이 높고, 또한 미세 구멍의 막힘에 의한 압력 손실의 증대를 방지할 수 있어, 특히, 최근의 고압 연료 분사, 커먼 레일(common rail) 등을 채용한 디젤엔진에 대응하여 이들 특성을 발휘할 수 있는 다공질 벌집형 필터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명자는 전술한 과제를 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 코디어라이트화 원료의 실리카 성분의 입자 지름을 제어하는 동시에 카올린을 저농도화함으로써, 미세 구멍 직경 분포를 원하는 범위에서 고도로 제어할 수 있음을 알아내어 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명에 따르면, 미세 구멍 분포를 제어한 코디어라이트를 주된 결정상으로 하는 재료로 이루어지는 다공질 벌집형 필터로, 미세 구멍 분포는 직경 10 ㎛ 미만인 미세 구멍의 용적이 전체 미세 구멍 용적의 15% 이하이고, 직경 10∼50 ㎛인 미세 구멍의 용적이 전체 미세 구멍 용적의 75% 이상이며, 직경 50 ㎛을 넘는 미세 구멍의 용적이 전체 미세 구멍 용적의 10% 이하인 것을 특징으로 하는 다공질 벌집형 필터가 제공된다.
본 발명의 벌집형 필터에 있어서는, 벌집형 필터의 기공율이 50∼75%인 것이 바람직하며, 65∼75%인 것이 더욱 바람직하고, 68∼75%인 것이 특히 바람직하다. 또한, 벌집형 필터의 40∼800℃에서의 열팽창 계수가 1.0×10-6/℃ 이하인 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 따르면, 코디어라이트화 원료를 주원료로 하는 세라믹스 원료를 이용하는 다공질 벌집형 필터의 제조 방법으로서, 코디어라이트화 원료는 카올린을 10 질량% 이하로 함유하고, 또한 카올린 및 탈크 이외의 실리카(SiO2) 원성분이 입자 지름 75 ㎛ 이상인 분말을 1 질량% 이하로 함유하는 입자 지름 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 다공질 벌집형 필터의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 벌집형 필터의 제조 방법에서는, 일본 특허 공개 평9-77573호 공보에 기재된 제조 방법과 달리, 카올린을 1∼10 질량%의 비율로 함유시킬 수 있다.
또, 카올린 및 탈크 이외의 실리카(SiO2) 원성분은 석영 또는 용융 실리카 중 적어도 1종을 함유하는 것이 바람직하다.
또, 코디어라이트화 원료는 알루미나(Al2O3) 원성분으로서, 산화알루미늄 또는 수산화알루미늄 중 적어도 1종을 함유하는 것이 바람직하다. 이 때, 알루미나(Al2O3) 원성분으로서 입자 지름 1∼10 ㎛의 수산화알루미늄을 15∼45 질량% 함유하거나, 입자 지름 4∼8 ㎛의 산화알루미늄을 0∼20 질량% 함유하는 것이 바람직하다.
또, 코디어라이트화 원료는, 마그네시아(MgO) 원성분으로서 탈크를 37∼40 질량% 함유하는 것이 바람직하며, 이 때 탈크의 입자 지름은 5∼40 ㎛인 것이 바람직하다.
또, 세라믹스 원료로서, 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여 발포 수지를 1∼4 중량부 함유시킨 것을 이용하는 것도 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명한다.
1. 다공질 벌집형 필터
본 발명의 다공질 벌집형 필터는 미세 구멍 분포를 특정 범위로 고도로 제어한 코디어라이트를 주된 결정상으로 하는 다공질 벌집형 필터이다.
이하, 구체적으로 설명한다.
본 발명의 다공질 벌집형 필터는 코디어라이트를 주결정으로 하는 것인데, 코디어라이트는 배향, 무배향, α결정질, β결정질 등의 어느 것이라도 좋다.
또, 멀라이트(mullite), 지르콘, 티탄산알루미늄, 클레이본드탄화규소(clay bond silicon carbide), 지르코니아, 스피넬, 인디알라이트(indialite),사파린(sapphirine), 커런덤(corundum), 티타니아 등의 다른 결정상을 함유하는 것이라도 좋다.
또한, 이들 결정상은 1종 단독 또는 2종 이상을 동시에 함유하는 것이라도 좋다.
본 발명의 다공질 벌집형 필터에 있어서의 미세 구멍 분포는 구멍 직경 10 ㎛ 미만의 미세 구멍 용적이 전체 미세 구멍 용적의 15% 이하, 구멍 직경 10∼50 ㎛의 미세 구멍 용적이 전체 미세 구멍 용적의 75∼100%, 구멍 직경 50 ㎛을 넘는 미세 구멍 용적이 전체 미세 구멍 용적의 10% 이하이다.
구멍 직경 10∼50 ㎛의 미세 구멍 용적이 전체 미세 구멍 용적의 75% 미만이 되고, 구멍 직경 10 ㎛ 미만의 미세 구멍 용적이 전체 미세 구멍 용적의 15%를 넘으면, 미세 구멍의 막힘에 의해 압력 손실의 증대가 발생하며, 또한, 필터에 촉매를 붙이는 경우에, 촉매에 의한 미세 구멍의 막힘에 의해서 압력 손실의 증대를 일으켜 버린다. 한편, 구멍 직경 10∼50 ㎛의 미세 구멍 용적이 전체 미세 구멍 용적의 75% 미만이 되고, 구멍 직경 50 ㎛을 넘는 미세 구멍 용적이 전체 미세 구멍 용적의 10%를 넘으면, 파티큘레이트의 포집 효율이 저하되어 버린다.
특히, 최근의 디젤엔진의 개량에 따라 파티큘레이트의 직경이 작아지고 균일화되고 있으므로, 구멍 직경 10∼50 ㎛의 미세 구멍 용적이 전체 미세 구멍 용적의 75% 이상으로 고효율화되지 않으면, 이러한 디젤엔진의 개량에 대응하여 파티큘레이트의 포집 효율을 향상시키기가 곤란하게 된다.
본 발명의 벌집형 필터는 압력 손실의 저감 및 포집 효율의 향상이라는 점에서, 기공율이 50∼75%인 것이 바람직하고, 기공율이 65∼75%인 것이 더욱 바람직하며, 기공율이 68∼75%인 것이 특히 바람직하다. 또한, 고온 사용시의 내열충격성의 향상이라는 점에서, 40∼800℃에서의 열팽창 계수가 1.0×10-6/℃ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 벌집형 필터는, 통상, 배기 가스 유입측 단부면과 배기 가스 배출측 단부면으로 개방되는 복수 개의 관통 구멍을 양단면에서 엇갈려서 봉한 구조를 갖는 것이지만, 벌집형 필터의 형상에 대해 특별히 제한은 없으며, 예컨대, 단부면의 형상이 원 또는 타원인 원주, 단부면의 형상이 삼각, 사각 등의 다각형인 각주, 이들 원주, 각주의 측면이 く자형으로 만곡된 형상 등 어느 것이라도 좋다. 또한, 관통 구멍의 형상에 관해서도 특별히 제한은 없으며, 예컨대, 단면 형상이 4각, 8각 등의 다각형, 원, 타원 등 어느 것이라도 좋다.
또한, 본 발명의 다공질 벌집형 필터는 다음에 설명하는 방법 등으로 제조할 수 있다.
2. 다공질 벌집형 필터의 제조 방법
본 발명의 다공질 벌집형 필터의 제조 방법은 코디어라이트화 원료를 주원료로 하는 세라믹스 원료를 이용하는 다공질 벌집형 필터를 제조하는 방법으로서, 코디어라이트화 원료 중의 특정 성분의 함유율 및 입자 지름을 특정 범위로 제어하는 것이다.
이하, 구체적으로 설명한다.
본 발명에 이용되는 코디어라이트화 원료는 카올린 및 탈크 이외의 실리카(SiO2) 원성분의 입자 지름 75 ㎛ 이상인 분말이 1 질량% 이하, 바람직하게는 0.5 질량% 이하인 입자 지름 분포로 한 것이다.
이에 따라, 구멍 직경 10∼50 ㎛의 좁은 범위의 미세 구멍을 매우 고율로 형성할 수 있어, 포집 효율이 높고, 또한 미세 구멍의 막힘에 의한 압력 손실의 증대가 없는 벌집형 필터를 제조할 수 있다.
즉, 본 발명은 코디어라이트화 원료 중의 카올린 및 탈크 이외의 실리카(SiO2) 원성분이, 다른 성분과 달리, 성분 입자 지름에 대략 대응하는 미세한 구멍 직경의 미세 구멍을 형성할 수 있는 것과, 구멍 직경 10 ㎛ 이하의 미세 구멍의 형성에 거의 관여하지 않는 것에 착안하여, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 거친 입자 분말을 제거함으로써, 구멍 직경 10∼50 ㎛의 좁은 범위의 미세 구멍을 매우 고율로 형성할 수 있음을 발견한 것이다.
카올린 및 탈크 이외의 실리카(SiO2) 원성분으로서는 석영, 용융 실리카, 멀라이트 등을 예로 들 수 있지만, 그 중에서도, 소성시에 고온까지 안정적으로 존재하고, 미세 구멍 직경의 제어가 용이한 점에서, 석영과 용융 실리카 중 적어도 1종을 함유하는 것이 바람직하다.
이 실리카(SiO2) 원성분은, 코디어라이트화 원료 중 15∼20 질량% 함유시키는 것이 바람직하다. 또한, 불순물로서 Na2O, K2O 등을 함유하더라도 좋지만, 이들불순물의 함유율은 열팽창 계수의 증대를 방지할 수 있는 점에서, 실리카(SiO2) 원성분 중, 합계로 0.01 질량% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 사용되는 코디어라이트화 원료는 카올린을 10 질량% 이하의 함유한다.
카올린이 10 질량%를 초과하여 함유되면 구멍 직경 10 ㎛ 미만의 미세 구멍의 형성을 억제할 수 없기 때문에, 전술한 카올린 및 탈크 이외의 실리카(SiO2) 원성분의 입자 지름을 제어하더라도 구멍 직경 10∼50 ㎛의 미세 구멍 용적을 전체 미세 구멍 용적의 75% 이상으로 하는 것이 불가능하게 된다.
즉, 본 발명은 전술한 실리카(SiO2) 원성분의 입도 분포의 제어에 더하여, 코디어라이트화 원료 중의 카올린이 주로 구멍 직경 10 ㎛ 미만의 미세 구멍의 형성에 관여하고 있는 데에 착안하여, 카올린의 함유율을 10 질량% 이하의 저비율로 함으로써, 구멍 직경 10 ㎛ 미만의 미세 구멍의 형성을 거의 억제할 수 있음을 알아낸 것이다.
또한, 본 발명은 미세 구멍 분포의 제어라는 점에서 카올린의 함유율을 억제하기 때문에, 일본 특허 공개 평9-77573호 공보에 기재한 제조 방법과 달리 1∼10 질량%의 범위에서 함유시키더라도 좋다.
또, 카올린은 불순물로서 운모, 석영 등을 함유하더라도 좋지만, 이들 불순물의 함유율은 열팽창 계수의 증대를 방지할 수 있다는 점에서, 2 질량% 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 이용되는 코디어라이트화 원료는 코디어라이트 결정의 이론 조성이 되도록 각 성분을 배합하기 때문에, 상술한 실리카(SiO2) 원성분 및 카올린 이외에, 예컨대, 탈크 등의 마그네시아(MgO) 원성분, 산화알루미늄, 수산화알루미늄 등의 알루미나(Al2O3) 원성분 등을 배합할 필요가 있다.
알루미나(Al2O3) 원성분으로서는, 불순물이 적다고 하는 점에서 산화알루미늄 또는 수산화알루미늄 중 어느 1종 또는 이들 모두를 함유하는 것이 바람직하며, 그 중에서도 수산화알루미늄을 함유하는 것이 바람직하다.
또, 알루미나(Al2O3) 원성분의 입자 지름은 열팽창 계수를 낮게 할 수 있는 동시에, 전술한 실리카(SiO2) 원성분의 입자 지름 분포에 의한 구멍 직경 분포의 제어를 정밀하게 행할 수 있는 점에서, 수산화알루미늄의 경우는 1∼10 ㎛가 바람직하고, 산화알루미늄의 경우는 4∼8 ㎛가 바람직하다.
또, 알루미나(Al2O3) 원성분은 코디어라이트화 원료 중, 수산화알루미늄은 15∼45 질량% 함유시키는 것이 바람직하고, 산화알루미늄은 0∼20 질량% 함유시키는 것이 바람직하다.
마그네시아(MgO) 원성분으로서는, 예컨대 탈크, 마그네사이트 등을 예로 들 수 있고, 그 중에서도 탈크가 바람직하다. 탈크는 코디어라이트화 원료 중 37∼40 질량% 함유시키는 것이 바람직하며, 탈크의 입자 지름은 열팽창 계수를 낮게 한다는 점에서 5∼40 ㎛가 바람직하고, 10∼30 ㎛가 더욱 바람직하다.
또, 본 발명에 이용하는 탈크 등의 마그네시아(MgO) 원성분은 불순물로서 Fe2O3, CaO, Na2O, K2O 등을 함유하더라도 좋다.
단, Fe2O3의 함유율은, 마그네시아(MgO) 원성분중 0.1∼2.5 질량%로 하는 것이 바람직하다. 이 범위의 함유율이라면, 열팽창 계수를 낮게 할 수 있는 동시에, 높은 기공율을 얻을 수 있다.
또, CaO, Na2O, K2O의 함유율은 열팽창 계수를 낮게 한다고 하는 점에서, 마그네시아(MgO) 원성분 중 이들의 합계가 0.35 질량% 이하로 되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제조 방법에서는, 더욱 기공율을 증대시킴으로써 포집 효율을 향상시키고 또한 압력 손실을 저감시킬 수 있다는 점에서, 코디어라이트화 원료에 첨가제로서 기공을 형성하기 위한 조공제 등을 함유시키는 것이 바람직하다.
조공제로서는, 예컨대 아크릴계 마이크로캡슐 등의 발포 수지, 그라파이트, 밀가루, 전분, 페놀 수지, 폴리메타크릴산메틸, 폴리에틸렌, 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 등을 예로 들 수 있는데, 그 중에서도, 아크릴계 마이크로캡슐 등의 발포된 발포 수지가 바람직하다.
아크릴계 마이크로캡슐 등의 발포된 발포 수지는 중공형이므로 소량으로 높은 기공율의 벌집형 필터를 얻을 수 있어, 소성 공정에서의 조공재(造孔材)의 발열을 억제할 수 있기 때문에, 조공재를 첨가하여 높은 기공율의 벌집형 필터로 하는 경우라도 소성 공정에서의 발열이 적어 열응력의 발생을 저감시킬 수 있다.
다만, 발포 수지를 다량으로 첨가하면, 생성되는 벌집형 필터의 기공율이 매우 커지는 반면 강도가 저하되어, 캐닝 등을 할 때에 손상되기 쉽게 되기 때문에, 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여 1.0∼4.0 중량부 함유시키는 것이 바람직하고, 1.5∼3.0 중량부 함유시키는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에서는, 필요에 따라서 이 밖의 첨가제를 함유시킬 수 있으며, 예컨대 바인더, 매액(媒液)으로의 분산을 촉진하기 위한 분산제 등을 함유시키더라도 좋다.
또, 바인더로서는 예컨대, 히드록시프로필메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카르복실메틸셀룰로오스, 폴리비닐알콜 등을 예로 들 수 있고, 분산제로서는 예컨대, 에틸렌글리콜, 덱스트린, 지방산비누, 폴리알콜 등을 예로 들 수 있다.
또한, 이상 설명한 각 첨가제는 목적에 따라서 1종 단독 또는 2종 이상 조합하여 이용할 수 있다.
본 발명에서는 코디어라이트화 원료 중의 특정 성분의 함유율 및 입자 지름을 특정 범위로 제어하는 것 이외에 특별히 제한은 없으며, 예컨대, 이하에 나타내는 제조 공정으로 벌집형 필터를 제조할 수 있다.
우선, 상술한 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여, 바인더 3∼5 중량부, 조공제 2∼40 중량부, 분산제 0.5∼2 중량부, 물 10∼40 중량부를 투입한 후, 반죽하여, 가소성으로 만든다.
이어서, 가소성 원료의 성형은 압출 성형법, 사출 성형법, 프레스 성형법,세라믹스 원료를 원주형으로 성형한 후 관통 구멍을 형성하는 방법 등으로 행할 수 있고, 그 중에서도, 연속 성형이 용이한 동시에, 코디어라이트 결정을 배향시켜 저열 팽창성으로 할 수 있는 점에서 압출 성형법으로 하는 것이 바람직하다.
이어서, 갓 성형된 성형체의 건조는 열풍 건조, 마이크로파 건조, 유전 건조, 감압 건조, 진공 건조, 동결 건조 등으로 행할 수 있고, 그 중에서도, 전체를 신속하고 또한 균일하게 건조할 수 있는 점에서, 열풍 건조와 마이크로파 건조 또는 유전 건조를 조합한 건조 공정에서 행하는 것이 바람직하다.
마지막으로, 건조 성형체의 소성은 건조 성형체의 크기에 따라 다르기는 하지만, 통상, 1410∼1440℃의 온도에서, 3∼7시간 소성하는 것이 바람직하다. 또, 건조 공정과 소성 공정을 연속해서 행하더라도 좋다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것이 아니다.
1. 평가 방법
후술하는 실시예 및 비교예에서 얻어진 벌집형 필터에 대해 이하에 나타내는 방법으로 평가했다.
(1) 미세 구멍 분포, 미세 구멍의 평균 구멍 직경
마이크로메리틱스사 제조의 수은 압입식 포라시미터(porosimeter)로 미세 구멍 분포, 평균 구멍 직경을 측정했다.
(2) 기공율
코디어라이트의 진비중(眞比重)을 2.52 g/cc로 하여, 전체 미세 구멍 용적으로부터 기공율을 계산했다.
(3) 포집 효율
매연 발생기(soot generator)에 의해 그을음를 발생시킨 배기 가스를 각 실시예 및 비교예에서 만든 벌집형 필터에 일정 시간(2분) 통과시켜 필터 통과후 배기 가스에 포함되는 그을음을 여과지로 포집하여, 그을음의 중량(W1)을 측정했다. 또, 동일한 시간 동안 그을음을 발생시킨 배기 가스를 필터를 통과시키지 않고서 여과지로 포집하여, 그을음의 중량(W2)을 측정했다. 이어서, 얻은 각 중량(W1)(W2)을 이하에 나타내는 식 (1)에 대입하여 포집 효율을 구했다.
(W2-W1)/(W2)×100··· (1)
(4) 그을음 포집 압력 손실
우선, 각 실시예 및 비교예에서 얻은 벌집형 필터의 양단부면에, 내경 Φ130 mm의 링을 압접하고, 매연 발생기로 발생시킨 그을음을 이 링을 통해 벌집형 필터의 Φ130 mm의 범위 내로 유입하여, 10 g의 그을음을 포집하게 했다.
이어서, 벌집형 필터가 그을음을 포집한 상태에서, 2.27 Nm3/min의 공기를 흘려, 필터 전후의 압력차를 측정하여, 그을음을 포집한 상태에서의 압력 손실을 평가했다.
2. 실시예 및 비교예
실시예 1
표 1에 나타내는 평균 입자 지름 및 입자 지름 분포의 탈크(평균 입자 지름:20 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 4 질량%), 용융 실리카 B(평균 입자 지름: 35 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0.5 질량%), 수산화알루미늄(평균 입자 지름: 2 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0 질량%)을, 표 2에 나타낸 바와 같이, 탈크 37 질량%, 용융 실리카 B 19 질량%, 수산화알루미늄 44 질량%의 비율로 혼합하여 코디어라이트화 원료를 조제했다.
이어서, 표 2에 나타낸 바와 같이, 이 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여, 그라파이트 20 중량부, 폴리에틸렌테레프탈레이트 7 중량부, 폴리메타크릴산메틸 7 중량부, 히드록시프로필메틸셀룰로오스 4 중량부, 라우린산칼륨비누 0.5 중량부, 물 30 중량부를 투입, 반죽하여 가소성으로 만들고, 이 가소성의 원료를, 진공 토련기(土練機)로 실린더형의 배토(puddle)를 성형하고, 압출 성형기에 투입하여 벌집형으로 성형했다.
이어서, 생성된 성형체를 유전 건조한 후 열풍 건조로 절대 건조시켜 소정의 치수로 양단부면을 절단했다.
계속해서, 이 벌집형의 건조체에 있어서의 관통 구멍을 같은 조성의 코디어라이트화 원료로 이루어지는 슬러리로 관통 구멍이 개구되는 양단부면에서 엇갈려서 봉했다.
마지막으로, 1420℃에서 4시간 소성하여, 사이즈: Φ144 mm×L152mm, 격벽 두께: 300 ㎛, 셀수: 300 셀/inch2의 벌집형 필터를 얻었다.
실시예 2
실시예 1에 있어서, 용융 실리카 B(평균 입자 지름: 35 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0.5 질량%) 대신에, 석영 B(평균 입자 지름: 19 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0.3 질량%)를 혼합한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 벌집형 필터를 얻었다.
비교예 1
실시예 1에 있어서, 용융 실리카 B(평균 입자 지름: 35 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0.5 질량%) 대신에, 용융 실리카 A(평균 입자 지름: 40 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 6 질량%)를 혼합한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 벌집형 필터를 얻었다.
실시예 3
실시예 1에 있어서, 표 1에 나타내는 평균 입자 지름 및 입자 지름 분포의 탈크(평균 입자 지름: 20 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 4 질량%), 카올린(평균 입자 지름: 10 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 2 질량%), 석영 D(평균 입자 지름: 5 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0.1 질량%), 산화알루미늄(평균 입자 지름: 6 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0.2 질량%) 수산화알루미늄(평균 입자 지름: 2 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0 질량%)을, 표 2에 나타낸 바와 같이 탈크 40 질량%, 카올린 1 질량%, 석영 D 21 질량%, 산화알루미늄 19 질량%, 수산화알루미늄 19 질량%의 비율로 혼합하여 코디어라이트화 원료를 조제한 것과, 생성된 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여 조공제로서, 그라파이트 20 중량부, 폴리에틸렌테레프탈레이트 10 중량부, 폴리메타크릴산메틸 10 중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 벌집형 필터를 얻었다.
실시예 4
실시예 1에 있어서, 표 1에 나타내는 평균 입자 지름 및 입자 지름 분포의 탈크(평균 입자 지름: 20 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 4 질량%), 카올린(평균 입자 지름: 10 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 2 질량%), 석영 B(평균 입자 지름: 19 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0.3 질량%), 산화알루미늄(평균 입자 지름: 6 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0.2 질량%) 수산화알루미늄(평균 입자 지름: 2 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0 질량%)을, 표 2에 나타낸 바와 같이 탈크 40 질량%, 카올린 3 질량%, 석영 B 20 질량%, 산화알루미늄 18 질량%, 수산화알루미늄 19 질량%의 비율로 혼합하여 코디어라이트화 원료를 조제한 것과, 생성된 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여 조공제로서, 그라파이트 20 중량부, 폴리에틸렌테레프탈레이트 9 중량부, 폴리메타크릴산메틸 9 중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 하여 벌집형 필터를 얻었다.
실시예 5
실시예 4에 있어서, 표 2에 나타낸 바와 같이, 표 1에 나타내는 석영 B(평균 입자 지름: 19 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0.3 질량%) 대신에, 석영 D(평균 입자 지름: 5 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0.1 질량%)를 혼합한 것과, 생성된 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여 조공제로서, 그라파이트 25 중량부, 폴리에틸렌테레프탈레이트 5 중량부, 폴리메타크릴산메틸 10 중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 4와 같은 식으로 벌집형 필터를 얻었다.
실시예 6
실시예 4에 있어서, 표 2에 나타낸 바와 같이, 표 1에 나타내는 석영 B(평균 입자 지름: 19 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0.3 질량%) 대신에, 석영 E(평균 입자 지름: 10 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0.1 질량%)를 혼합한 것과, 생성된 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여, 조공제로서, 그라파이트 20 중량부, 폴리에틸렌테레프탈레이트 4 중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 4와 같은 식으로 하여 벌집형 필터를 얻었다.
실시예 7
실시예 4에 있어서, 표 2에 나타낸 바와 같이, 표 1에 나타내는 석영 B(평균 입자 지름: 19 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0.3 질량%) 대신에, 용융 실리카 B(평균 입자 지름: 35 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0.5 질량%)를 혼합한 것과, 생성된 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여 조공제로서, 그라파이트 20 중량부, 폴리에틸렌테레프탈레이트 3 중량부, 폴리메타크릴산메틸 9 중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 4와 같은 식으로 벌집형 필터를 얻었다.
실시예 8
실시예 4에 있어서, 표 2에 나타낸 바와 같이, 표 1에 나타내는 석영 B(평균 입자 지름: 19 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0.3 질량%) 대신에, 용융 실리카 C(평균 입자 지름: 16 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 1 질량%)를 혼합한 것과, 생성된 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여 조공제로서, 그라파이트 10 중량부, 폴리메타크릴산메틸 17 중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 4와 같은 식으로벌집형 필터를 얻었다.
비교예 2
실시예 4에 있어서, 표 2에 나타낸 바와 같이, 표 1에 나타내는 석영 B(평균 입자 지름: 19 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0.3 질량%) 대신에, 석영 A(평균 입자 지름: 20 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 8 질량%)를 혼합한 것과, 생성된 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여 조공제로서, 그라파이트 20 중량부, 폴리에틸렌테레프탈레이트 7 중량부, 폴리메타크릴산메틸 9 중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 4와 같은 식으로 벌집형 필터를 얻었다.
비교예 3
실시예 4에 있어서, 표 2에 나타낸 바와 같이, 표 1에 나타내는 석영 B(평균 입자 지름: 19 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0.3 질량%) 대신에, 석영 C(평균 입자 지름: 5 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 3 질량%)를 혼합한 것과, 생성된 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여 조공제로서, 그라파이트 20 중량부, 폴리에틸렌테레프탈레이트 10 중량부, 폴리메타크릴산메틸 10 중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 4와 같은 식으로 벌집형 필터를 얻었다.
비교예 4
실시예 4에 있어서, 표 2에 나타낸 바와 같이, 표 1에 나타내는 석영 B(평균 입자 지름: 19 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 0.3 질량%) 대신에, 용융 실리카 D(평균 입자 지름: 70 ㎛, 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말: 39 질량%)를 혼합한 것과, 생성된 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여 조공제로서, 그라파이트 20중량부, 폴리에틸렌테레프탈레이트 6 중량부, 폴리메타크릴산메틸 7 중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 4와 같은 식으로 벌집형 필터를 얻었다.
실시예 9
실시예 4에 있어서, 표 2에 나타낸 바와 같이, 탈크 40 질량%, 카올린 5 질량%, 석영 B 19 질량%, 산화알루미늄 17 질량%, 수산화알루미늄 19 질량%의 비율로 혼합하여 코디어라이트화 원료를 조제한 것과, 생성된 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여 조공제로서, 그라파이트 20 중량부, 폴리에틸렌테레프탈레이트 7 중량부, 폴리메타크릴산메틸 7 중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 4와 같은 식으로 하여 벌집형 필터를 얻었다.
실시예 10
실시예 4에 있어서, 표 2에 나타낸 바와 같이, 탈크 40 질량%, 카올린 10 질량%, 석영 B 17 질량%, 산화알루미늄 16 질량%, 수산화알루미늄 17 질량%의 비율로 혼합하여 코디어라이트화 원료를 조제한 것과, 생성된 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여, 조공제로서, 그라파이트 10 중량부, 폴리에틸렌테레프탈레이트 8 중량부, 폴리메타크릴산메틸 15 중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 4와 같은 식으로 벌집형 필터를 얻었다.
비교예 5
실시예 4에 있어서, 표 2에 나타낸 바와 같이, 탈크 40 질량%, 카올린 15 질량%, 석영 B 14 질량%, 산화알루미늄 15 질량%, 수산화알루미늄 16 질량%의 비율로 혼합하여 코디어라이트화 원료를 조제한 것과, 생성된 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여 조공제로서, 그라파이트 20 중량부, 폴리에틸렌테레프탈레이트 4 중량부, 폴리메타크릴산메틸 9 중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 4와 같은 식으로 벌집형 필터를 얻었다.
비교예 6
실시예 4에 있어서, 표 2에 나타낸 바와 같이, 탈크 40 질량%, 카올린 19 질량%, 석영 B 12 질량%, 산화알루미늄 14 질량%, 수산화알루미늄 15 질량%의 비율로 혼합하여 코디어라이트화 원료를 조제한 것과, 생성된 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여 조공제로서, 그라파이트 20 중량부, 폴리에틸렌테레프탈레이트 4 중량부, 폴리메타크릴산메틸 7 중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 4와 같은 식으로 하여 벌집형 필터를 얻었다.
실시예 11
실시예 10에 있어서, 표 2에 나타낸 바와 같이, 코디어라이트화 원료에, 조공제로서, 그라파이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 및 폴리메타크릴산메틸을 첨가하지 않고서, 발포 수지인 아크릴계 마이크로캡슐(상품명: F-50E, 마쓰모토유시세이야쿠(주) 제조)를, 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여 2.4 중량부 투입한 것 이외에는 실시예 10과 같은 식으로 벌집형 필터를 얻었다.
실시예 12
실시예 10에 있어서, 표 2에 나타낸 바와 같이, 탈크 40 질량%, 카올린 0 질량%, 석영 D 21 질량%, 산화알루미늄 16 질량%, 수산화알루미늄 23 질량%의 비율로 혼합하여 코디어라이트화 원료를 조제한 것과, 생성된 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여, 조공제로서, 그라파이트 10 중량부, 폴리에틸렌테레프탈레이트 5 중량부, 폴리메타크릴산메틸 5 중량부 및 발포 수지인 아크릴계 마이크로캡슐 1.8 중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 10과 같은 식으로 벌집형 필터를 얻었다.
실시예 13
실시예 10에 있어서, 표 2에 나타낸 바와 같이, 탈크 40 질량%, 카올린 5 질량%, 석영 B 19 질량%, 산화알루미늄 17 질량%, 수산화알루미늄 19 질량%의 비율로 혼합하여 코디어라이트화 원료를 조제한 것과, 생성된 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여, 조공제로서 그라파이트 20 중량부 및 발포 수지인 아크릴계 마이크로캡슐 2.8 중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 10과 같은 식으로 벌집형 필터를 얻었다.
3. 평가
카올린 및 탈크 이외의 실리카 원성분이 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말을 1.0 질량% 이하의 입자 지름 분포를 갖는 실시예 1∼13에서는, 50 ㎛를 넘는 미세 구멍의 용적이 전체 미세 구멍 용적의 10% 이하로 제어되어 있는 벌집형 필터를 얻을 수 있고, 이 벌집형 필터에서는 85% 이상으로 높은 포집 효율을 달성할 수 있었다. 특히, 카올린 및 탈크 이외의 실리카 원성분이 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말을 0.1 질량% 이하로 함유하는 입자 지름 분포를 갖는 실시예 3, 5에서는 50 ㎛를 넘는 미세 구멍의 용적이 전체 미세 구멍 용적의 2% 이하로 제어되어 있는 벌집형 필터를 얻을 수 있고, 이 벌집형 필터에서는 94% 이상으로 매우 높은 포집 효율을 달성할 수 있었다.
한편, 카올린 및 탈크 이외의 실리카 원성분의 입자 지름 분포가 입자 지름 75 ㎛ 이상의 분말을 1.0 질량% 초과로 함유하는 비교예 1∼4에서는 50 ㎛를 넘는 미세 구멍의 용적이, 전체 미세 구멍 용적의 10%를 넘는 벌집형 필터를 얻을 수 있고, 이 벌집형 필터에서는 75% 이하의 낮은 포집 효율로 되어 버렸다.
또, 카올린의 함유율이 10 질량% 이하인 실시예 1∼13에서는 10 ㎛ 미만의 미세 구멍 용적이, 전체 미세 구멍 용적의 15% 이하로 제어되어 있는 벌집형 필터를 얻을 수 있었다. 이 필터에 촉매를 붙인 경우, 촉매에 의한 미세 구멍의 막힘이 억제되어, 그을음 포집시의 압력 손실이 작은 것으로 추정된다.
한편, 카올린의 함유율이 10 질량%을 넘는 비교예 5, 6에서는 10 ㎛ 미만의 미세 구멍 용적이, 전체 미세 구멍 용적의 15%를 넘는 벌집형 필터를 얻을 수 있었다. 이 벌집형 필터에서는 촉매를 붙인 경우, 촉매에 의한 미세 구멍의 막힘에 의해 압력 손실이 큰 것으로 추정된다.
또, 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여, 발포제를 1.8∼2.8 중량부 첨가한 실시예 11∼13에서는 기공율이 68∼75%인 벌집형 필터를 얻을 수 있고, 이 벌집형 필터에서는 91% 이상으로 높은 포집 효율을 달성할 수 있으며, 더구나, 포집 압력 손실이 8.5(KPa) 이하로 그을음 포집 상태에서의 압력 손실이 작았다.
또한, 실시예 12에서, 발포 수지의 첨가량을 3.2 중량부로 변경하여 벌집형 필터를 제조한 바, 기공율 80%의 벌집형 필터를 얻을 수 있었지만, 구조 강도의 점에서 반드시 충분한 것은 아니었다.
원료
코디어라이트화 원료 성분 평균 입자 지름(㎛) 입자 지름 75 ㎛ 이상의분말 함유율(질량%)
탈크 20 4
카올린 10 2
석영 A 20 8
석영 B 19 0.3
석영 C 5 3
석영 D 5 0.1
석영 E 10 0.1
용융 실리카 A 40 6
용융 실리카 B 35 0.5
용융 실리카 C 16 1
용융 실리카 D 70 39
산화 알루미늄 6 0.2
수산화 알루미늄 2 0
원료 조합 조성
No. 코디어라이트화 원료 조공제
탈크(질량%) 카올린(질량%) 실리카원성분 산화알루미늄(질량%) 수산화알루미늄(질량%) 그라파이트(중량부) PET *1(중량부) PMM*2(중량부) 발포수지*3(중량부)
성분 함유율(질량%)
실시예1 37 0 용융실리카B 19 0 44 20 7 7 0
실시예2 37 0 석영B 19 0 44 20 7 7 0
실시예3 40 1 석영D 21 19 19 20 10 10 0
실시예4 40 3 석영B 20 18 19 20 9 9 0
실시예5 40 3 석영D 20 18 19 25 5 10 0
실시예6 40 3 석영E 20 18 19 20 4 0 0
실시예7 40 3 용융실리카B 20 18 19 20 3 9 0
실시예8 40 3 용융실리카C 20 18 19 10 0 17 0
실시예9 40 5 석영B 19 17 19 20 7 7 0
실시예10 40 10 석영B 17 16 17 10 8 15 0
실시예11 40 10 석영B 17 16 17 0 0 0 2.4
실시예12 40 0 석영D 21 16 23 10 5 5 1.8
실시예13 40 5 석영B 19 17 19 20 0 0 2.8
비교예1 37 0 용융실리카A 19 0 44 20 7 7 0
비교예2 40 3 석영A 20 18 19 20 7 9 0
비교예3 40 3 석영C 20 18 19 20 10 10 0
비교예4 40 3 용융실리카D 20 18 19 20 6 7 0
비교예5 40 15 석영B 14 15 16 20 4 9 0
비교예6 40 19 석영B 12 14 15 20 4 7 0
*1 PET : 폴리에티렌테레프탈레이트
*2 PMM : 폴리메타크릴산메틸
*3 발포수지 : 아크릴계 마이크로캡슐
특성
No. 기공율(%) 미세 구멍 분포(%) 평균 미세 구멍 직경(㎛) 열팽창계수(x10-6/℃) 포집압력손실(㎪) 포집효율(%)
∼10㎛ 10∼50㎛ 50㎛∼
실시예1 60 2 89 9 26 0.6 9.4 86
실시예2 62 2 91 7 22 0.7 8.9 88
실시예3 65 5 93 2 17 0.6 8.7 94
실시예4 63 5 88 7 21 0.7 9.0 87
실시예5 65 10 88 2 16 0.6 8.5 95
실시예6 54 7 90 3 19 0.6 10.4 93
실시예7 58 7 85 8 23 0.6 9.9 87
실시예8 55 13 77 10 20 0.5 10.2 85
실시예9 61 8 86 6 20 0.7 9.1 89
실시예10 59 15 80 5 19 0.7 9.2 90
실시예11 68 15 75 10 21 0.9 8.5 91
실시예12 72 12 82 6 18 0.9 7.8 98
실시예13 75 8 82 10 25 1.0 7.4 96
비교예1 60 2 83 15 28 0.6 9.4 71
비교예2 62 4 79 17 22 0.7 9.1 68
비교예3 65 11 77 12 17 0.6 8.7 75
비교예4 57 5 57 38 33 0.7 10.1 48
비교예5 58 19 75 6 19 0.7 9.7 90
비교예6 56 24 77 7 17 0.7 10.2 88
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 다공질 벌집형 필터 및 그 제조 방법에 따르면, 파티큘레이트 등의 포집 효율이 높고, 또한 미세 구멍의 막힘에 의한 압력 손실의 증대를 방지할 수 있어, 특히, 최근의 고압 연료 분사, 코먼레일 등을 채용한 디젤엔진에 대응하여 이들 특성을 발휘할 수 있는 다공질 벌집형 필터 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (13)

  1. 미세 구멍 분포를 제어한 코디어라이트를 주된 결정상으로 하는 재료로 이루어지는 다공질 벌집형 필터로서,
    상기 미세 구멍 분포는 직경 10 ㎛ 미만인 미세 구멍의 용적이 전체 미세 구멍 용적의 15% 이하이고, 직경 10 내지 50 ㎛인 미세 구멍의 용적이 전체 미세 구멍 용적의 75% 이상이며, 직경 50 ㎛를 넘는 미세 구멍의 용적이 전체 미세 구멍 용적의 10% 이하인 것을 특징으로 하는 다공질 벌집형 필터.
  2. 제1항에 있어서, 기공율이 50∼75%인 것을 특징으로 하는 다공질 벌집형 필터.
  3. 제2항에 있어서, 기공율이 65∼75%인 것을 특징으로 하는 다공질 벌집형 필터.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 40∼800℃에서의 열팽창 계수가 1.0×10-6/℃ 이하인 것을 특징으로 하는 다공질 벌집형 필터.
  5. 코디어라이트화 원료를 주원료로 하는 세라믹스 원료를 이용하는 다공질 벌집형 필터의 제조 방법으로서,
    상기 코디어라이트화 원료는 카올린을 0 내지 10 질량%로 함유하고, 또한 카올린 및 탈크 이외의 실리카(SiO2) 원성분이 입자 지름 75 ㎛ 이상인 분말을 1 질량 %이하로 함유하는 입자 지름 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 다공질 벌집형 필터의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 코디어라이트화 원료는 상기 카올린을 1 내지 10 질량%으로 함유하는 것을 특징으로 하는 다공질 벌집형 필터의 제조 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 카올린 및 상기 탈크 이외의 실리카(SiO2) 원성분이 석영과 용융 실리카 중 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 다공질 벌집형 필터의 제조 방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 코디어라이트화 원료는 알루미나(Al2O3) 원성분으로서 산화알루미늄과 수산화알루미늄 중 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 다공질 벌집형 필터의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 알루미나(Al2O3) 원성분으로서 입자 지름 1 내지 10 ㎛의 수산화알루미늄을 15 내지 45 질량% 함유하는 것을 특징으로 하는 다공질 벌집형 필터의 제조 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 알루미나(Al2O3) 원성분으로서 입자 지름 4 내지 8 ㎛의 산화알루미늄을 0 내지 20 질량% 함유하는 것을 특징으로 하는 다공질 벌집형 필터의 제조 방법.
  11. 제5항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 코디어라이트화 원료는 마그네시아(MgO) 원성분으로서 탈크를 37 내지 40 질량% 함유하는 것을 특징으로 하는 다공질 벌집형 필터의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 탈크의 입자 지름은 5 내지 40 ㎛인 것을 특징으로 하는 다공질 벌집형 필터의 제조 방법.
  13. 제5항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹스 원료는 상기 코디어라이트화 원료 100 중량부에 대하여 발포 수지를 1∼4 중량부 함유하는 것을 특징으로 하는 다공질 벌집형 필터의 제조 방법.
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