KR20070006573A - 허니컴 구조체 - Google Patents

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KR20070006573A
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유타카 오구라
다카시 미즈타니
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니뽄 가이시 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 허니컴 구조체는 접합재층에 의해 그 접합면에서 일체형으로 접합된 복수 개의 허니컴 세그먼트를 포함하는 허니컴 세그먼트 접합체와, 이 허니컴 세그먼트 접합체의 외주면을 덮는 외주 피복층을 포함하며, 그 허니컴 구조체는 중앙 축선 방향으로 서로 평행하게 배치된 유체 통로로서 기능을 하는 복수 개의 셀을 구비한다. 중앙 축선 방향에 대한 직각 방향 단면에서 접합재층의 길이 방향으로의 단부면에 위치한 부분들(단부면 상의 부분들) 중 적어도 하나의 부분에서의 외주 피복층의 두께는 단부면 상의 부분들 이외의 부분들의 평균 두께보다 크다.

Description

허니컴 구조체{HONEYCOMB STRUCTURE}
도 1은 본 발명의 허니컴 구조체의 실시예(중앙 축선에 대한 직각 방향의 평면을 따라 취한 전체 단면이 원형)를 도시하는 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 허니컴 구조체의 다른 실시예(중앙 축선에 대한 직각 방향의 평면을 따라 취한 전체 단면이 정사각형)의 일부를 나타내는 단부면에서 본 정면도이다.
도 3은 본 발명의 허니컴 구조체의 다른 실시예에 사용되는 허니컴 세그먼트를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A선을 따라 취한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 허니컴 구조체의 실시예(허니컴 세그먼트 접합체의 단면이 거의 정사각형)에서 외주 피복층의 부분들에 따른 두께의 차이를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 허니컴 구조체의 실시예(허니컴 세그먼트 접합체의 단면이 거의 직사각형)에서 외주 피복층의 부분들에 따른 두께의 차이를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 허니컴 구조체의 실시예에서 외주 피복층의 두께의 정의를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 허니컴 구조체
2 : 허니컴 세그먼트
4 : 외주 피복층
5 : 셀
6 : 격벽
4a : 단부면 상의 부분들
4b : 단부면 상에서의 90°방향 부분들
9 : 접합재층
10 : 허니컴 세그먼트 접합체
7 : 충전재
본 발명은 접합재층에 의해 일체형으로 접합된 복수 개의 허니컴 세그먼트를 갖는 허니컴 구조체에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 배기 가스용 포획 필터, 특히 디젤 엔진으로부터의 배기 가스에 함유된 입자 물질 등을 포획하는 디젤 파티큘레이트 필터(diesel particulate filter; DPF)로서 유용하며, 제조 중에 생성되는 열응력의 영향을 저감시킴으로써 열응력으로 인한 크랙과 같은 결함을 효율적으로 방지할 수 있는 허니컴 구조체에 관한 것이다.
허니컴 구조체는 디젤 엔진 등으로부터의 배기 가스에 함유된 입자 물질을 포획 및 제거하기 위해 배기 가스용 포획 필터, 예를 들면 디젤 파티큘레이트 필터(DPF)로서 디젤 엔진의 배기 시스템 등에 채택되고 있다. 그러한 허니컴 구조체는 외주 피복층(특히, 중앙 축선 방향에 대한 직각 방향 단면에서 접합재층의 길이 방향으로의 단부면에 위치한 부분에서)에서 생성된 열응력으로 인해 크랙과 같은 결함이 생성된다는 문제점을 갖고 있었다. 그러한 결함을 감소시키기 위해, 냉각 속도를 낮추는 것을 고려할 수 있지만, 이는 생산성을 저하시키기 때문에 최선의 방안은 되지 못한다.
특히, 탄화규소질 허니컴 구조체는 그 우수한 내열성으로 인해 기대되고 있다. 그러나, 탄화규소질 허니컴 구조체는 코디어라이트(cordierite)질 허니컴 구조체와 비교할 때에 높은 열팽창계수(큰 열응력 생성) 및 낮은 내열충격성을 갖고 있어, 전술한 문제점이 증폭된다. 또한, 최근 들어 필터의 크기가 커짐에 따라 초래되는 열응력에서의 현저한 증가는 더 크게 보다 빈번하게 크랙과 같은 결함을 더욱 심각하게 생성하게 된다.
본 발명은 전술한 문제점의 견지에서 이루어진 것으로서, 배기 가스용 포획 필터, 특히 디젤 엔진으로부터의 배기 가스에 함유된 입자 물질 등을 포획하는 디젤 파티귤레이트 필터(DPF)로서 유용하며, 제조 중에 생성되는 열응력의 영향을 저감시킴으로써 열응력으로 인한 크랙과 같은 결함을 효율적으로 방지할 수 있는 허니컴 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 다음과 같은 허니컴 구조체를 제공한다.
[1] 허니컴 구조체로서,
접합재층에 의해 그 접합면에서 일체형으로 접합된 복수 개의 허니컴 세그먼트를 포함하는 허니컴 세그먼트 접합체와,
상기 허니컴 세그먼트 접합체의 외주면을 덮는 외주 피복층
을 포함하며, 상기 허니컴 구조체는 중앙 축선 방향으로 서로 평행하게 배치된 유체 통로로서 기능을 하는 복수 개의 셀을 구비하며,
상기 중앙 축선 방향에 대한 직각 방향 단면에서 상기 접합재층의 길이 방향으로의 단부면에 위치한 부분들(단부면 상의 부분들) 중 적어도 하나의 부분에서의 상기 외주 피복층의 두께는 상기 단부면 상의 부분들 이외의 부분들의 평균 두께보다 큰 것인 허니컴 구조체.
[2] 상기 [1]에 있어서, 상기 단부면 상의 부분들 중 최대 두께를 갖는 부분(최대 부분)에서의 최대 두께(t1)와 상기 외주 피복층의 단부면 상의 부분들 이외의 부분에서의 평균 두께(t2)는 (t1) ≥ 2×(t2)의 관계를 만족하는 것인 허니컴 구조체.
[3] 상기 [1]에 있어서, 상기 단부면 상의 부분들 중 최대 두께를 갖는 부분(최대 부분)에서의 최대 두께(t1)와 상기 외주 피복층의 단부면 상의 부분들 이외의 부분에서의 평균 두께(t2)는 (t1) ≥ (2 내지 40)×(t2)의 관계를 만족하는 것인 허니컴 구조체.
[4] 상기 [1]에 있어서, 중앙 축선 방향에 대한 직각 방향 단면에서 접합재층의 길이 방향으로의 단부면에서 서로 90°방향으로 위치하는 4개의 부분(단부면 상에서의 90°방향 부분들)에서의 상기 외주 피복층의 두께(t3)와 상기 외주 피복층의 단부면 상에서의 90°방향 부분들 이외의 부분들의 평균 두께(t4)는 (t3) ≥ (2 내지 40)×(t4)의 관계를 만족하는 것인 허니컴 구조체.
[5] 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 있어서, 상기 허니컴 세그먼트의 중앙 축선 방향에 대한 직각 방향 단면은 직사각형인 것인 허니컴 구조체.
[6] 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 있어서, 상기 허니컴 세그먼트 접합체의 중앙 축선 방향에 대한 직각 방향 단면은 원형, 타원형, 또는 레이스트랙(racetrack) 형상을 갖는 것인 허니컴 구조체.
[7] 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 있어서, 허니컴 구조체의 최외주를 구성하는 허니컴 세그먼트는 7셀 이상의 피치를 갖는 크러스트(crust)를 갖지 않는 것인 허니컴 구조체.
전술한 바와 같이, 본원 발명에 따르면, 배기 가스용 포획 필터, 특히 디젤 엔진으로부터의 배기 가스에 함유된 입자 물질 등을 포획하는 디젤 파티귤레이트 필터(DPF)로서 유용하며, 제조 중에 생성되는 열응력의 영향을 저감시킴으로써 열응력으로 인한 크랙과 같은 결함을 효율적으로 방지할 수 있는 허니컴 구조체가 제 공된다.
도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 허니컴 구조체(1)는 접합재층(9)에 의해 그 접합면에서 일체형으로 접합된 복수 개의 허니컴 세그먼트(2)를 포함하는 허니컴 세그먼트 접합체(10)와, 이 허니컴 세그먼트 접합체(10)의 외주면을 덮는 외주 피복층(4)을 포함하는 허니컴 구조체(1)이다. 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이[도 5는 허니컴 세그먼트 접합체(10)의 단면이 거의 정사각형인 경우를 나타내며, 도 6은 허니컴 세그먼트 접합체(10)의 단면이 거의 직사각형인 경우를 나타냄], 중앙 축선 방향에 대한 직각 방향 단면에서 접합재층(9)의 길이 방향으로의 단부면에 위치한 부분들(단부면 상의 부분들)(4a) 중 적어도 하나의 부분에서의 외주 피복층(4)의 두께는 단부면 상의 부분들(4a) 이외의 부분들의 평균 두께보다 큰 것을 특징으로 한다. 구체적으로 말하자면, 단부면 상의 부분들(4a) 중 최대 두께를 갖는 부분(최대 부분)에서의 최대 두께(t1)와 외주 피복층(4)의 단부면 상 부분들 이외의 부분에서의 평균 두께(t2)는 바람직하게는 (t1) ≥ 2×(t2)의 관계를 만족한다. 게다가, 단부면 상의 부분들(4a) 중 최대 두께를 갖는 부분(최대 부분)에서의 최대 두께(t1)와 외주 피복층(4)의 단부면 상 부분들(4a) 이외의 부분에서의 평균 두께(t2)는 바람직하게는 (t1) ≥ (2 내지 40)×(t2)의 관계를, 특히 바람직하게는 (t1) ≥ (15 내지 25)×(t2)의 관계를 더 만족한다. 여기서, 외주 피복층(4)의 두께는 허니컴 세그먼트(2)가 크러스트를 갖지 않는 경우에 도 7에 도시한 바와 같이 외주 피복층(4)과 접촉하는 격벽의 선단부(S)에서부터 외주 피복층(4)의 표면에 이르는 "거리(T)"를 의미한다. 허니컴 세그먼트(2)가 크러스트를 갖는 경우에는 도시하지는 않았지만 외주 피복층(4)과 접촉하는 허니컴 세그먼트의 크러스트(도시 생략) 표면에서부터 외주 피복층의 표면에 이르는 "거리"를 의미한다. 또한, 평균 두께(t2)는 외주 피복층의 최대 두께(t1)를 갖는 단부면 상의 부분들(4a) 이외의 부분에서 규칙적인 간격을 두고 위치한 12개의 지점에서 측정된 값의 "평균값"을 의미한다.
본 발명에 있어서, (t1)가 (t2)의 2배보다 작은 경우, 외주 피복층에 크랙과 같은 많은 결함이 간혹 생성된다. (t1)가 (t2)의 40배보다 크게 되면, 간혹 생산성이 현저히 저하하거나, 외주 피복층에 부분적이 박리가 간혹 형성된다.
본 발명에 있어서, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 중앙 축선 방향에 대한 직각 방향 단면에서 접합재층의 길이 방향으로의 단부면에서 서로 90°방향으로 위치하는 4개의 부분(단부면 상에서의 90°방향 부분들)에서의 외주 피복층의 두께(t3)와, 외주 피복층의 단부면 상에서의 90°방향 부분들 이외의 부분들의 평균 두께(t4)는 바람직하게는 (t3) ≥ (2 내지 40)×(t4)의 관계를, 특히 바람직하게는 (t3) ≥ (15 내지 25)×(t4)의 관계를 만족한다. 여기서, 평균 두께(t3)는 중앙 축선 방향에 대한 직각 방향 단면에서 접합재층의 길이 방향으로의 단부면에서 서로 90°방향으로 위치하는 단부면 상의 부분들(4b)에서의 외주 피복층의 두께의 평균 값을 의미하며, 평균 두께(t4)는 단부면 상의 부분들(4b) 이외의 부분들에서 규칙적인 간격을 두고 위치하는 12개의 지점에서 측정된 값의 평균값을 의미한다. (t3)가 (t4)의 2배보다 작은 경우, 외주 피복층에 크랙과 같은 많은 결함이 간혹 생성된다. (t3)가 (t4)의 40배보다 크게 되면, 간혹 생산성이 현저히 저하하거나, 외주 피복층(4)에 부분적이 박리가 간혹 형성된다. 본 발명에 있어서, 외주 피복층(4)은 단부면 상의 부분들(4a) 및 90°방향으로 위치하는 단부면 상의 부분들(4b)에서의 층 두께가 다른 부분에서의 두께보다 크도록 구성된다. 이는 그러한 부분들에서의 열응력의 영향으로 인한 크랙과 같은 결함의 가능성이 때문이며, 그러한 부분에서의 내열충격성을 개선하기 위함이다.
본 발명에 있어서, 허니컴 구조체(1)의 최외주를 구성하는 허니컴 세그먼트(2)가 7셀 이상의 피치를 갖는 크러스트를 갖지 않는 것이 바람직하다. 최외주면 상의 크러스트는 3셀 이하의 피치를 갖는 것이 보다 바람직하며, 허니컴 세그먼트(2)는 최외주면에서 크러스트를 전혀 갖지 않는 것이 특히 바람직하다. 허니컴 구조체(1)의 최외주를 구성하는 허니컴 세그먼트(2)가 그 최외주면에 크러스트를 갖는 경우, 셀 구조가 외주 피복층(4)과 직접 확실하게 접합되는 것이 방해받게 된다. 따라서, 그 부분에서의 접합 강도는 낮다. 최외주면 상의 크러스트의 두께가 7셀 이상의 피치를 갖는 경우, 그 부분에 인접한 외주 피복층(4)을 두껍게 하는 효과가 때로는 충분히 나타나지 않는다.
본 발명의 실시예의 허니컴 구조체(1)의 구조에 대해 보다 구체적으로 설명 할 것이다. 본 발명의 허니컴 구조체(1)는 복수 개의 허니컴 세그먼트(2)가 접합재층(9)에 의해 일체형으로 접합되어 있는 허니컴 세그먼트 접합체(10)와 이 허니컴 세그먼트 접합체(10)의 외주면을 덮는 외주 피복층(4)으로 이루어지며, 각 허니컴 세그먼트는 중앙 축선 방향으로 서로 평행하게 배치된 다공성 격벽(6)에 의해 분리되어 형성된 유체 통로로서 기능을 하는 복수 개의 셀(5)이 있는 구조를 갖고 있다. 허니컴 세그먼트(2)를 접합재층(9)에 의해 접합한 후에, 허니컴 구조체(1)의 중앙 축선에 대한 직각 방향 평면을 따라 취한 전체 단면이 원형, 타원형, 레이스트랙형 또는 이들의 부분적으로 변형된 형상을 갖도록 그라인딩 공정(grinding process)이 행해진다. 이어서, 외주면을 외주 피복층(4)으로 덮는다. 허니컴 구조체(1)가 DPF로서 사용되는 경우, 디젤 엔진으로부터 배출된 그을음을 함유하는 입자 물질은 디젤 엔진의 배기 시스템 등에 허니컴 구조체를 배치함으로써 포획될 수 있다. 도 1에서는 셀(5) 및 격벽(6)을 단지 하나의 허니컴 세그먼트(2)에만 도시하고 있다. 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 각각의 허니컴 세그먼트(2)는 허니컴 구조체(1)[허니컴 세그먼트 접합체(10)]의 전체 구조의 일부를 구성하는 형상을 갖고 있고(도 1 참조), 그러한 허니컴 세그먼트(2)는 허니컴 구조체(1)의 중앙 축선에 대한 직각 방향으로 서로 조합되어 전체 구조체를 구성한다(도 1 참조). 셀(5)은 허니컴 구조체(1)의 중앙 축선 방향에 대해 서로 평행하게 배치되며, 인접하는 셀(5)의 각 단부는 충전재(7)에 의해 번갈아 가면서 밀봉되어 있다.
도 3 및 도 4에서, 미리 정해진 셀(5)(유입용 셀)은 각각 그 좌측에 개방 단부를 갖고 있는 반면, 유입용 셀(5)에 인접하는 다른 셀(5)(유출용 셀)은 각각 그 좌측에 충전재(7)로 밀봉된 폐쇄 단부와 그 우측에 개방 단부를 갖고 있다. 그러한 밀봉은 도 2에 도시한 바와 같이 허니컴 세그먼트(2)의 각 단부면에 체크무늬 형태의 패턴을 부여한다. 복수 개의 그러한 허니컴 세그먼트(2)를 갖는 허니컴 구조체(1)가 배기 가스를 위해 배기 가스 시스템에 배치되는 경우, 배기 가스는 도 4의 좌측에서부터 각 허니컴 세그먼트(4) 안으로 흘러 우측을 향해 이동한다.
도 4에는 배기 가스 유입 포트가 허니컴 세그먼트(2)의 좌측에 위치하는 경우를 도시하고 있으며, 여기서 배기 가스는 밀봉되지 않은 개방 셀(5)(유입용 셀)로부터 허니컴 세그먼트(2) 안으로 흐른다. 셀(5)(유입용 셀) 안으로 유입된 배기 가스는 다공성 격벽(6)을 통과하여 다른 셀(5)(유출용 셀)로부터 유출된다. 배기 가스가 격벽(6)을 통과할 때에, 배기 가스 내에 그을음을 함유한 입자 물질은 격벽(6)에서 포획된다. 따라서, 배기 가스는 정화될 수 있다. 그을음을 함유한 입자 물질이 시간이 경과함에 따라 그러한 포획으로 인해 허니컴 세그먼트(2)의 내부에 축적됨으로써 압력 손실이 증가하기 때문에, 그을음 등을 연소시킴으로써 재생을 행한다. 도 2 내지 도 4에는 정사각형 전체 단면을 각각 구비하는 허니컴 세그먼트(2)를 도시하고 있지만, 그 형상은 정사각형, 부분적으로 변형된 정사각형, 삼각형, 육각형 등일 수 있다. 셀(5)의 단면 형상은 다각형, 원형, 타원형, 레이트트랙형 또는 이들의 부분적으로 변형된 형상일 수 있다.
허니컴 세그먼트(2)용 재료로는 강도 및 내열성의 견지에서 탄화규소, 규소-탄화규소계 복합재, 질화규소, 코디어라이트, 멀라이트, 알루미나, 스피넬, 탄화규소-코디어라이트계 복합재, 규소-탄화규소 복합재, 리튬 알루미늄 실리케이트, 알 루미늄 티타네이트, 및 Fe-Cr-Al계 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종이 바람직하다. 이들 중, 탄화규소 또는 규소-탄화규소계 복합재가 바람직하다.
허니컴 세그먼트(2)는 예를 들면 전술한 재료로부터 선택된 1종의 재료에 메틸 셀룰로스, 하이드록시프로폭실 셀룰로스, 하이드록시디에틸 셀룰로스, 카르복시메틸 셀룰로스, 및 폴리비닐알콜과 같은 바인더, 계면활성제, 용매로서 물 등을 첨가하여 소성을 갖는 배토를 마련하고, 이 배토를 전술한 형상을 갖도록 압출 성형하며, 압출 성형체를 마이크로파, 열풍 등으로 건조시키고, 이어서 소결함으로써 제조할 수 있다. 본 발명에 있어서, 허니컴 구조체(2)는 1×10-6/℃ 이상의 열팽창 계수를 갖는 것이 바람직하다. 열팽창 계수가 1×10-6/℃보다 낮은 경우, 상당한 열응력이 생성되는 한편 내열충격성이 악화되며, 때로는 외주벽에 크랙과 같은 결함의 발생이 증가한다.
셀(5)을 밀봉하는 데에 사용되는 충전재(7)로는 허니컴 세그먼트(2)의 재료와 유사한 재료가 사용될 수 있다. 충전재(7)를 사용한 밀봉은 밀봉이 필요치 않는 셀(5)은 마스킹(masking)한 상태로 허니컴 세그먼트의 단부면을 침지시켜, 개방된 셀(7) 내에 슬러리형 충전재(7)를 충전함으로써 행해진다. 충전재(7)의 충전은 허니컴 세그먼트(2)를 성형한 후 소성 전에 혹은 소성 후에 행할 수 있지만, 단지 1회의 소성 단계만이 필요하다는 점에서 소성 전에 행하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이 허니컴 세그먼트(2)를 제조한 후에, 슬러리형 접합재층(9)이 허니컴 세그먼트(2)의 외주면에 도포된다. 복수 개의 허니컴 세그먼트(2)는 미 리 정해진 솔리드 형상[허니컴 구조체(1)의 전체 구조]을 부여하도록 조합되어, 프레스 피팅(press fitting)을 거치고, 이어서 가열에 의해 건조된다. 이와 같이, 복수 개의 허니컴 세그먼트(2)가 서로 일체형으로 접합된 접합체를 제조할 수 있다. 이어서, 접합체는 전술한 형상을 갖도록 그라인딩 공정을 거치고, 그 외주면은 외주 피복층(4)으로 도포하고 가열 건조한다. 이와 같이 도 1에 도시한 허니컴 구조체(1)가 제조된다.
본 발명에 사용된 접합재층(9)은 허니컴 세그먼트(2)를 서로 접합하도록 허니컴 세그먼트(2)의 외주면에 도포된다. 접합재층(9)을 각 허니컴 세그먼트(2)의 외주면에 도포할 수 있지만, 인접하는 허니컴 세그먼트(2) 간의 대응하는 외주면 중 하나에만 도포할 수도 있다.
이와 같이 대응하는 표면 중 하나에만 도포하는 것이 접합재층(9)의 양을 절약할 수 있다는 점에서 바람직하다. 접합재층(9)의 두께는 허니컴 세그먼트(2) 간의 접합력을 고려하여 결정되며, 예를 들면 0.2 ㎜ 내지 4.0 ㎜ 범위 내에서 선택하는 것이 적합하다.
본 발명에서 사용되는 접합재층(9)은 바람직하게는 주성분으로서 세라믹과 과립(granular)형 충전제를 함유한다. 접합재층(9) 및 외주 피복층(4)에는 동일한 재료가 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 접합재층(9) 및 외주 피복층(4)에 주성분으로서 함유되는 세라믹의 예로는 탄화규소, 질화규소, 코디어라이트, 알루미나, 멀라이트가 있다. 그러한 재료는 콜로이드 실리카(colloidal silica), 콜로이드 알루미나와 같은 콜로이드 졸(colloidal sol) 및 필요한 경우 주성분으로서 세라믹 외에 금속 섬유 및 기공 형성제를 포함할 수 있다.
외주 피복층(4)은 허니컴 세그먼트 접합체(10)의 외주면에 대한 보호재로서 기능을 하도록 그 허니컴 세그먼트 접합체(10)의 외주면에 도포될 수 있다. 외주 피복층(4)의 두께는 예를 들면 0.1 ㎜ 내지 1.5 ㎜ 범위 내에서 적절히 선택할 수 있다.
접합재층(9) 및 외주 피복층(4)에 함유되는 과립형 충전제는 무기질 또는 유기질 재료로 이루어질 수 있다. 무기질 재료의 예로는 글라스 비드(glass bead) 및 플라이 애쉬 벌룬(fly ash balloon)이 있다. 유기질 재료의 예로는 녹말 또는 발포 수지가 있다.
과립형 충전제는 평균 지경이 바람직하게는 10 ㎛ 내지 300 ㎛, 보다 바람직하게는 15 ㎛ 내지 250 ㎛, 특히 바람직하게는 20 ㎛ 내지 200 ㎛이다. 과립형 충전제에 있어서, 그 중앙의 장축의 길이 대 중앙의 단축의 길이의 비는 바람직하게는 1.0 내지 4.0이며, 보다 바람직하게는 그 과립형은 정 구형인 것이 특히 바람직하다. 과립형 충전제는 접합재층(9) 및 외주 피복층(4) 내에 바람직하게는 20 내지 70 체적%의 비율, 보다 바람직하게는 25 내지 65 체적% 비율, 특히 바람직하게는 30 내지 60 체적% 비율로 함유된다. 과립형 충전제는 중공 구조를 갖는 것이 바람직하다. 중공 구조를 갖는 과립(중공형 과립)을 사용함으로써, 접합재층(9) 및 외주 피복층(4)의 경화에 의해 형성되는 접합부 및 외주 표면에서의 밀도가 낮아지고, 탄성계수(Young's modulus)를 낮출 수 있다. 이는 접합부와 외주면의 내열충격성을 개선하고, 사용시에 크랙이 생성되는 것을 방지할 수 있다.
접합재층(9) 및 외주 피복층(4)은 전술한 세라믹 및 과립형 충전제 외에도 무기질 입자, 산화물 섬유 및 콜로이드 산화물로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 5 내지 60 질량%의 비율로 더 함유할 수 있다. 이들을 함유함으로써, 접합재층(9) 및 외주 피복층(4)은 향상된 특성을 가질 수 있다. 무기질 입자의 예로는 탄화규소, 질화규소, 코디어라이트, 알루미나, 멀라이트, 지르코니아, 인산 지르코늄, 알루미늄 티타네이트, 티타니아로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 세라믹; Fe-Cr-Al계 금속; 니켈계 금속; 금속 규소; 및 SiC가 있다. 산화물 섬유의 예로는 알루미노실리케이트 섬유 및 기타 섬유가 있다. 콜로이드 산화물의 예로는 실리카 졸 및 알루미나 졸이 있다.
접합재층(9) 및 외주 피복층(4)은 바람직하게는 0.1 내지 5.0 W/m·k의 열전도성을 갖는다. 접합재층(9)과 외주 피복층(4)의 열팽창계수는 열충격 등으로 인해 크랙이 생성되는 것을 방지하도록 비교적 낮은 것이 바람직하며, 1×10-6 내지 8×10-6/℃가 바람직한 범위이다.
실시예
이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명할 것이다. 그러나, 본 발명이 이하의 예들에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
(허니컴 세그먼트의 제조)
3.5 ㎜×3.5 ㎜×150 ㎜L의 치수를 각각 가지며, 격벽의 두께가 약 300 ㎛ (12 mil), 그리고 셀의 밀도가 약 47 셀/㎠(300 셀/in2)인 허니컴 세그먼트를 제조하였다.
(허니컴 구조체의 제조)
허니컴 세그먼트를 함께 접합하기 위해, 그 허니컴 세그먼트 상에 슬러리형 접합재를 도포하고, 건조 및 경화시켜 허니컴 세그먼트 접합체를 제조하였으며, 이어서 그 허니컴 세그먼트 접합체를 그라인딩하였다. 그 후, 슬러리형 외주 피복 재료를 도포하여, 외주 피복층을 형성하였다. 이와 같이, 144 ㎜의 직경과 152 ㎜의 길이를 갖는 DPF용 칼럼형 허니컴 구조체를 제조하였다. 이 때에, 외주 피복층의 최대 두께(t1)는 최대 두께를 갖는 부분 이외의 부분에서의 평균 두께(t2)의 2배였다.
(실시예 2 내지 9 및 비교예 1)
외주 피복층의 두께를 표 1에 나타낸 바와 같이 변경한 것을 제외하면 실시예 1에서와 동일한 방식으로 9개의 허니컴 구조체를 제조하였다.
(평가)
실시예 및 비교예에서 얻어진 허니컴 구조체는 표 1에 나타낸 7가지의 설정 온도로 가열된 로(爐) 내에 배치하고, 각 허니컴 구조체의 내부가 설정 온도로 될 때까지 1시간 동안 유지하였다. 그 후, 허니컴 구조체를 꺼내어, 외주 피복층의 부분들에 따른 두께의 차이로 인해 발생한 크랙의 존재 유무를 확인하기 위해 관찰하였다. 크랙의 평가에 있어서, "양호"는 어떠한 크랙도 없는 경우에 부여하였으 며, "불량"은 크랙이 있는 경우에 대해 부여하였다. 그 결과가 표 1에 표시되어 있다. 비교예 1(t1 = t2 및 t3 = t4인 경우)에서, 설정 온도가 300℃일 때에 크랙이 생성되었다. 이와 달리, 두께 t1 및 t3을 t2 및 t4의 2배 이상(2 내지 40배)으로 각각 증가시킨 실시예 1 내지 9에 있어서, 크랙이 생성되는 설정 온도는 높았다. 즉, 외주 피복층의 미리 정해진 부분이 더 두꺼워질수록 크랙 생성의 억제는 더욱 향상되었다.
Figure 112006048230456-PAT00001
본 발명의 허니컴 구조체는 배기 가스용 포획 필터로서 예를 들면 디젤 엔진으로부터의 배기 가스 내의 함유된 입자 물질을 포획 제거하기 위한 디젤 파티큘레이트 필터(DPF)로서 유용하다.

Claims (7)

  1. 허니컴 구조체로서,
    접합재층에 의해 그 접합면에서 일체형으로 접합된 복수 개의 허니컴 세그먼트를 포함하는 허니컴 세그먼트 접합체와,
    상기 허니컴 세그먼트 접합체의 외주면을 덮는 외주 피복층
    을 포함하며, 상기 허니컴 구조체는 중앙 축선 방향으로 서로 평행하게 배치된 유체 통로로서 기능을 하는 복수 개의 셀을 구비하며,
    상기 중앙 축선 방향에 대한 직각 방향 단면에서 상기 접합재층의 길이 방향으로의 단부면에 위치한 부분들(단부면 상의 부분들) 중 적어도 하나의 부분에서의 상기 외주 피복층의 두께는 상기 단부면 상의 부분들 이외의 부분들의 평균 두께보다 큰 것인 허니컴 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단부면 상의 부분들 중 최대 두께를 갖는 부분(최대 부분)에서의 최대 두께(t1)와 상기 외주 피복층의 단부면 상의 부분들 이외의 부분에서의 평균 두께(t2)는 (t1) ≥ 2×(t2)의 관계를 만족하는 것인 허니컴 구조체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단부면 상의 부분들 중 최대 두께를 갖는 부분(최대 부분)에서의 최대 두께(t1)와 상기 외주 피복층의 단부면 상의 부분들 이외의 부분 에서의 평균 두께(t2)는 (t1) ≥ (2 내지 40)×(t2)의 관계를 만족하는 것인 허니컴 구조체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 중앙 축선 방향에 대한 직각 방향 단면에서 상기 접합재층의 길이 방향으로의 단부면에서 서로 90°방향으로 위치하는 4개의 부분(단부면 상에서의 90°방향 부분들)에서의 상기 외주 피복층의 두께(t3)와 상기 외주 피복층의 단부면 상에서의 90°방향 부분들 이외의 부분들의 평균 두께(t4)는 (t3) ≥ (2 내지 40)×(t4)의 관계를 만족하는 것인 허니컴 구조체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 허니컴 세그먼트의 중앙 축선 방향에 대한 직각 방향 단면은 직사각형인 것인 허니컴 구조체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 허니컴 세그먼트 접합체의 중앙 축선 방향에 대한 직각 방향 단면은 원형, 타원형, 또는 레이스트랙(racetrack) 형상을 갖는 것인 허니컴 구조체.
  7. 제1항에 있어서, 허니컴 구조체의 최외주를 구성하는 허니컴 세그먼트는 7셀 이상의 피치를 갖는 크러스트(crust)를 갖지 않는 것인 허니컴 구조체.
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