KR20070022071A - 벌집형 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내열충격성이 우수한 벌집형 구조체 등을 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로, 본 발명의 벌집형 구조체는 다수개의 셀이 셀벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 것인 다공질 세라믹 부재가 접착재층을 통해 복수개 접착된 벌집형 구조체이며, 상기 접착재층은 상기 길이 방향을 배향축으로 했을 때에, 살티코프(Saltykov)의 방법에 의해 구한 상기 무기 섬유의 배향도 Ω가 0.2≤Ω≤0.7 또는 -0.7≤Ω≤-0.2인 것을 특징으로 한다.

벌집형 구조체, 내열충격성

Description

벌집형 구조체 {HONEYCOMB STRUCTURE}

본 발명은 디젤 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중 미립자 등을 포집(捕集), 제거하는 필터로서 사용되는 벌집형 구조체에 관한 것이다.

버스, 트럭 등의 차량이나 건설 기계 등의 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중에 함유되는 그을음 등의 미립자가 환경이나 인체에 해를 미치게 하는 것이 최근 문제가 되고 있다.

그래서, 배기 가스 중의 미립자를 포집하여 배기 가스를 정화하는 필터로서 다공질 세라믹으로 이루어진 벌집형 구조체를 사용한 것이 여러 가지 제안되어 있다.

종래, 이 종류의 벌집형 구조체로는, 예를 들면, 길이 방향을 따라 병렬하는 복수개의 관통공을 가지며, 이들 관통공의 각 단부 면은 각각 체크무늬상으로 밀봉되어 있음과 동시에, 가스의 입구측과 출구측에서는 개폐가 반대 관계에 있으며, 이들 관통공이 인접하는 것끼리 다공질인 격벽을 통하여 서로 통기 가능하게 구성된 세라믹 부재가 복수개 결속된 세라믹 구조체를 들 수 있다. 이 세라믹 구조체에서, 상기 각 세라믹 부재가 상호간에 시일(seal)제를 통해 결속되어 있고, 상기 시일제가 적어도 무기 섬유, 유기 바인더, 무기 바인더로 이루어지며, 상기 무기 섬유의 배향도가 섬유 길이 20 내지 300 ㎛, 섬유 직경 3 내지 15 ㎛의 조건에서 70％ 이상인 세라믹 구조체가 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 제2002-177719호 공보 참조).

<발명이 해결하고자 하는 과제>

상술한 벌집형 구조체는, 길이 방향의 배향도가 70％ 이상으로, 어느 정도 무기 섬유의 방향이 일치한다. 이러한 벌집형 구조체는 사용시 열 응력이 가해졌을 때에 무기 섬유 방향과 평행인 방향의 세라믹 부재 열팽창은 흡수할 수 있지만, 무기 섬유 방향과 수직인 방향의 세라믹 부재 열팽창은 흡수하는 것이 어렵고, 그 결과, 세라믹 부재간의 접착 강도가 저하된다는 문제가 있었다.

특히, 벌집형 구조체가 고온이 되었을 때에 이러한 문제가 발생하기 쉬워 내열충격성의 관점에서 개선의 여지가 있었다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

본원 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 검토한 결과, 내열충격성을 향상시키기 위해서는 살티코프(Saltykov)의 방법에 의해 구한 무기 섬유 배향도가 소정의 관계를 충족할 필요가 있다는 것을 새롭게 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 벌집형 구조체는 다수개의 셀이 셀벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 것인 벌집형 부재가 접착재층을 통해 복수개 접착된 벌집형 구조체이며,

상기 접착재층은 적어도 무기 섬유와 무기 바인더를 포함하여 이루어지고,

상기 접착재층은 상기 길이 방향을 배향축으로 했을 때에, 살티코프(Saltykov)의 방법에 의해 구한 상기 무기 섬유의 배향도 Ω가 0.2≤Ω≤0.7 또는 -0.7≤Ω≤-0.2인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 벌집형 구조체에서, 상기 무기 섬유는 종횡비(aspect ratio)가 3 내지 50인 것이 바람직하다.

또한, 상기 벌집형 구조체의 외주(外周) 부분에는, 코팅재층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 벌집형 구조체에서, 상기 셀은 어느 한쪽의 단부가 밀봉재에 의해 밀봉되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 벌집형 구조체에서, 상기 셀벽의 적어도 일부에는 촉매가 담지되어 있는 것이 바람직하다.

<발명의 효과>

본 발명의 벌집형 구조체에 따르면, 살티코프(Saltykov)의 방법에 의해 구한 무기 섬유의 배향도 Ω가 0.2≤Ω≤0.7 또는 -0.7≤Ω≤-0.2이기 때문에, 상기 접착재층은 무기 섬유가 충분히 얽혀 있어 우수한 접착 강도를 가지며, 방향에 관계없이 열 응력에 의한 벌집형 부재의 열팽창을 흡수할 수 있어 내열충격성이 우수한 것이 된다. 살티코프(Saltykov)의 방법에 의해 구한 무기 섬유의 배향도 Ω에 대해서는 후술한다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

본 발명의 벌집형 구조체는, 다수개의 셀이 셀벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 벌집형 부재가 접착재층을 통해 복수개 접착된 벌집형 구조체이며,

상기 접착재층은 적어도 무기 섬유와 무기 바인더를 포함하여 이루어지고,

상기 접착재층은 상기 길이 방향을 배향축으로 했을 때에, 살티코프(Saltykov)의 방법에 의해 구한 상기 무기 섬유의 배향도 Ω가 0.2≤Ω≤0.7 또는 -0.7≤Ω≤-0.2인 것을 특징으로 한다.

우선, 본 발명의 벌집형 구조체의 상기 길이 방향을 배향축으로 했을 때에, 살티코프(Saltykov)의 방법에 의해 구한 상기 무기 섬유의 배향도 Ω에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다.

도 1은 배향도 Ω의 산출 방법을 설명하기 위한 설명도이다.

상기 배향도 Ω는 하기 수학식 1로 산출할 수 있다.

여기서, (LV)_or는 단위 부피 당 완전 배향 선 요소의 길이이고, (LV)_is는 단위 부피 당 완전 랜덤(random) 선 요소의 길이이며, 이들은 배향축에 수직인 면(상기 길이 방향에 수직인 면), 및 배향축과 평행한 면(상기 길이 방향과 평행하며, 상기 접착재층을 형성한 상기 벌집형 부재의 외벽면과 평행한 면)의 2종의 시험면과 선 요소와의 교점의 수를 조사함으로써, 하기 수학식 2, 3으로부터 산출할 수 있다.

여기서, (PA)⊥과 (PA)∥란, 각각 배향축에 수직 및 평행한 단위 면적의 시험면과 선 요소와의 교점의 수이다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 배향축(도면 중, 좌우 방향)에 수직인 시험면 A와, 배향축에 평행한 시험면 B를 생각했을 때의 무기 섬유와 시험면 A, B와의 교점의 수이고, 도 1에서는, 배향축에 수직인 시험면 A와 무기 섬유와의 교점의 수는 4이며, 배향축에 평행한 시험면 B와 무기 섬유와의 교점의 수는 3이다.

상기 시험면과 선 요소의 교점의 수는, 각각의 시험면을 전자 현미경 등으로 관찰하고, 그 관찰 화상에서 시험면을 관통하는 섬유의 수를 계산함으로써 산출한다.

또한, 본 발명에서는, 관찰 화상에서 종횡비가 1.5 미만인 것을 관통하는 섬유라고 간주한다.

본 발명의 벌집형 구조체에서, 상술한 방법으로 산출하는 배향도 Ω는 0.2≤Ω≤0.7 또는 -0.7≤Ω≤-0.2이다.

상기 배향도 Ω가 Ω>0.7인 경우나 Ω<-0.7인 경우에는, 배향축에 수직인 방향과 배향축에 평행한 방향 중 어느 하나로 무기 섬유가 지나치게 배향하고 있다. 이 때문에, 상기 벌집형 구조체에 열 응력이 가해진 경우, 무기 섬유가 배향하고 있는 방향과 수직인 방향의 벌집형 부재 열팽창은 흡수할 수 없어 내열충격성이 불충분하다.

한편, 상기 배향도 Ω가 -0.2<Ω<0.2인 경우에는, 무기 섬유의 배향이 적고, 무기 섬유끼리 충분히 얽혀 있지 않다고 생각되어, 이 경우, 충분한 접착 강도를 발현할 수 없다.

또한, 상기 배향도 Ω는 0.2≤Ω≤0.5 또는 -0.5≤Ω≤-0.2인 것이 바람직하다.

또한, 벌집형 형상은 길이 방향과 그것에 수직인 방향(이하, 직경 방향이라 함) 간에 열 전도성의 이방성(異方性)이 발생하기 쉬운 형상이다. 이 때문에, 벌집형 형상에서는, 길이 방향의 열팽창이나 열 전도성이 상대적으로 직경 방향보다 높아지는 경향이 나타낸다.

본 발명의 벌집형 구조체는, 다수개의 셀이 셀벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 것인 벌집형 부재가 접착재층을 통해 복수개 접착되어 있다. 그리고, 상기 복수개의 셀은 어느 한쪽의 단부가 밀봉되어 있는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 벌집형 구조체에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 복수개의 셀 중 어느 한쪽의 단부가 밀봉된 벌집형 구조체에 대해서 설명하지만, 본 발명의 벌집형 구조체에서 복수개의 셀의 단부가 반드시 밀봉되어야 하는 것은 아니다.

도 2는, 본 발명의 벌집형 구조체의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이 고, 도 3(a)는 도 2에 도시한 벌집형 구조체를 구성하는 벌집형 부재의 사시도이며, (b)는 (a)에 도시한 벌집형 부재의 A-A선 단면도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 벌집형 구조체 (10)은, 탄화규소 등의 세라믹으로 이루어진 벌집형 부재 (20)이 접착재층 (11)을 통해 복수개 조합되어 원주상의 벌집형 블록 (15)를 구성하고, 이 벌집형 블록 (15)의 주위에 코팅재층 (12)가 형성되어 있다.

도 2에 도시한 벌집형 구조체 (10)에서는 벌집형 블록의 형상이 원주상이지만, 본 발명의 벌집형 구조체의 벌집형 블록은, 기둥상인 한, 원주상으로 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 타원기둥상이나 각기둥상 등 임의의 형상일 수도 있다.

벌집형 부재 (20)은 도 3(a), (b)에 도시한 바와 같이 길이 방향으로 다수개의 셀 (21)이 병설된 것이고, 셀 (21)들을 격리하는 셀벽(벽부) (23)이 필터로서 기능하도록 되어 있다. 즉, 벌집형 부재 (20)에 형성된 셀 (21)은, 도 3(b)에 도시한 바와 같이, 배기 가스의 입구측 또는 출구측의 단부 중 어느 하나가 밀봉재 (22)에 의해 밀봉되고, 하나의 셀 (21)에 유입된 배기 가스는 반드시 셀 (21)을 사이에 두는 셀벽 (23)을 통과한 후, 다른 셀 (21)로부터 유출하도록 되어 있다.

그리고, 접착재층 (11)의 길이 방향의 배향도 Ω는 상술한 범위에 있으며, 이 때문에 벌집형 구조체 (10)은 열 응력에 의해 발생한 벌집형 부재 (20)의 열팽창 등을 접착재층 (11)에서 흡수할 수 있으며, 그 결과, 벌집형 구조체 (10)은 내열충격성이 우수한 것이 된다.

벌집형 구조체 (10)은 주로 다공질 세라믹으로 이루어지고, 그 재료로는, 예 를 들면, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 질화티탄 등의 질화물 세라믹, 탄화규소, 탄화지르코늄, 탄화티탄, 탄화탄탈, 탄화텅스텐 등의 탄화물 세라믹, 알루미나, 지르코니아, 코디어라이트(cordierite), 멀라이트, 실리카, 티탄산알루미늄 등의 산화물 세라믹 등을 들 수 있다. 또한, 벌집형 구조체 (10)은 실리콘과 탄화규소와의 복합체와 같이 2종 이상의 재료로 형성되어 있는 것일 수도 있다. 실리콘과 탄화규소의 복합체를 사용하는 경우에는, 실리콘을 전체의 5 내지 45 중량％가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 다공질 세라믹의 재료로는 내열성이 높고, 기계적 특성이 우수하며, 열 전도율도 높은 탄화규소질 세라믹이 바람직하다. 또한, 탄화규소질 세라믹이란, 탄화규소가 60 중량％ 이상인 것을 말한다.

또한, 벌집형 구조체의 재료로서 금속을 사용할 수도 있다.

상기 벌집형 구조체(벌집형 부재)의 평균 기공 직경은 특별히 한정되지 않지만, 미립자를 포집하는 경우, 바람직한 하한은 1 ㎛이고, 바람직한 상한은 100 ㎛이다. 평균 기공 직경이 1 ㎛ 미만이면, 압력 손실이 높아지고, 한편 평균 기공 직경이 100 ㎛를 초과하면, 미립자가 기공을 통과해버려 상기 미립자를 포집할 수 없으므로 미립자의 포집 효율이 저하되는 경우가 있다.

상기 벌집형 구조체(벌집형 부재)의 기공률은 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 하한은 20％이고, 바람직한 상한은 80％이다. 20％ 미만이면, 미립자를 포집하는 경우에 벌집형 구조체가 바로 클로깅(clogging)을 일으키는 경우가 있고, 한편 80％를 초과하면, 벌집형 구조체의 강도가 낮아 쉽게 파괴되는 경우가 있다.

또한, 상기 기공률은 예를 들면 수은 압입법, 아르키메데스법 및 주사형 전자 현미경(SEM)에 의한 측정 등의 종래 공지된 방법에 의해 측정할 수 있다.

상기 벌집형 구조체(벌집형 부재)의 개구율은 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 하한은 50％이고, 바람직한 상한은 80％이다. 상기 개구율이 50％ 미만이면, 압력 손실이 높아지는 경우가 있고, 한편 80％를 초과하면, 벌집형 구조체의 강도가 저하되는 경우가 있다.

상기 벌집형 구조체(벌집형 부재)에서, 셀벽의 두께의 바람직한 하한은 0.1 mm이고, 바람직한 상한은 0.5 mm이다. 보다 바람직한 상한은 0.35 mm이다. 셀벽의 두께가 0.1 mm 미만이면, 벌집형 구조체의 강도가 지나치게 낮아지는 경우가 있고, 한편 셀벽의 두께가 0.5 mm를 초과하면, 압력 손실이 지나치게 커지는 경우가 있을 뿐만 아니라, 벌집형 구조체의 열용량이 커지고, 촉매를 담지시킨 경우에는 엔진의 시동 직후에 배기 가스를 정화할 수 없는 경우가 있다.

벌집형 부재 (20)을 구성하는 밀봉재 (22)와 셀벽 (23)은 동일한 다공질 세라믹으로 이루어지는 것이 보다 바람직하다. 이렇게 함으로써, 이 둘의 밀착 강도를 높게 할 수 있을 뿐만 아니라, 밀봉재 (22)의 기공률을 셀벽 (23)과 동일하게 조정함으로써, 셀벽 (23)의 열팽창률과 밀봉재 (22)의 열팽창률의 정합(整合)을 도모할 수 있고, 제조시나 사용시의 열 응력에 의해서 밀봉재 (22)와 셀벽 (23) 사이에 간극이 발생하거나, 밀봉재 (22)나 밀봉재 (22)에 접촉하는 부분의 셀벽 (23)에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 셀벽 (23)은 셀 (21)들을 격리하는 셀벽, 및 외주 부분을 모두 의미한다.

밀봉재 (22)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 밀봉재 (22)가 다공질 탄화규소로 이루어지는 경우, 바람직한 하한은 1 mm이고, 바람직한 상한은 20 mm이며, 보다 바람직한 하한은 3 mm이고, 보다 바람직한 상한이 10 mm이다.

또한, 상기 셀 중 어느 한쪽의 단부를 밀봉하는 밀봉재는, 필요에 따라 형성되어 있을 수도 있고, 본 발명의 벌집형 구조체를 사용하여 미립자를 포집하는 경우에는 상기 밀봉재를 형성한다.

본 발명의 벌집형 구조체 (10)에서, 접착재층 (11)은 상술한 벌집형 구조체의 열팽창을 흡수하는 기능을 가짐과 동시에, 벌집형 부재 (20) 사이에 형성되어 복수개의 벌집형 부재 (20)들을 서로 결속하는 접착재로서도 기능한다. 또한, 배기 가스가 누설되는 것을 방지하는 기능도 갖고 있다.

접착재층 (11)을 구성하는 재료는 적어도 무기 섬유와 무기 바인더를 포함하여 이루어진다.

상기 무기 섬유로는, 예를 들면, 실리카-알루미나, 멀라이트, 알루미나, 실리카, 붕산알루미늄 위스커(whisker) 등의 세라믹 섬유나 위스커 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하거나, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 상기 무기 섬유 중에서, 실리카-알루미나 섬유가 바람직하다.

상기 무기 섬유의 종횡비의 하한은 3인 것이 바람직하다. 상기 종횡비가 3 이상이면, 무기 섬유들을 서로 접합시키는 무기 바인더와의 접점이 증가하고, 그 결과, 접착 강도가 향상되기 때문이다.

한편, 상기 종횡비의 상한은 50인 것이 바람직하다. 상기 종횡비가 50을 초 과하면, 형성한 접착재층에서 무기 섬유들 간에 공극이 발생하는 경우가 있고, 그 결과, 충분한 접착 강도가 발현하지 않는 경우가 있기 때문이다.

또한, 상기 종횡비는 (무기 섬유의 평균 섬유 길이)÷(무기 섬유의 평균 섬유 직경)에 의해 산출한 값이다.

또한, 상기 무기 섬유의 평균 섬유 직경의 바람직한 하한은 0.5 ㎛이고, 바람직한 상한은 10 ㎛이다. 또한, 상기 무기 섬유의 평균 섬유 길이의 바람직한 하한은 1.5 ㎛, 보다 바람직한 하한은 10 ㎛이고, 바람직한 상한은 500 ㎛, 보다 바람직한 상한은 100 ㎛이다.

상기 무기 바인더로는, 예를 들면, 실리카 졸, 알루미나 졸 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하거나, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 상기 무기 바인더 중에서는 실리카졸이 바람직하다.

또한, 상기 접착재층은 유기 바인더를 포함할 수도 있다. 유기 바인더를 배합하여 접착제 페이스트의 점도를 조정함으로써, 접착제 페이스트의 부착성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 접착재층의 접착성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 또한, 접착제 페이스트의 점도는 20 내지 35 Pa·s가 바람직하다.

상기 유기 바인더로는, 예를 들면, 폴리비닐알코올, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하거나, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 상기 유기 바인더 중에서, 카르복시메틸셀룰로오스가 바람직하다.

또한, 상기 접착재층은 추가로 무기 입자를 포함하고 있을 수도 있다.

상기 무기 입자로는, 예를 들면, 탄화물, 질화물, 산화물 등을 들 수 있고, 구체적으로는, 탄화규소, 질화규소, 질화붕소, 알루미나, 실리카 등으로 이루어진 무기 입자 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하거나, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 상기 무기 입자 중에서, 열 전도성이 우수한 탄화규소가 바람직하다.

또한, 접착재층을 형성하기 위해서 사용하는 페이스트에는, 필요에 따라서 산화물계 세라믹을 성분으로 하는 미소 중공 구체인 벌룬(balloon)이나, 구상 아크릴 입자, 흑연 등의 조공제(造孔劑; pore forming agent)를 첨가할 수도 있다.

상기 벌룬으로는, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 알루미나 벌룬, 실리카-알루미나 벌룬, 유리 마이크로 벌룬, 시라스(shirasu) 벌룬, 플라이 애쉬 벌룬(FA 벌룬) 등을 들 수 있다. 이들 중에서는, 실리카-알루미나 벌룬이 바람직하다.

또한, 본 발명의 벌집형 구조체에서, 상술한 방법으로 배향도 Ω를 산출하는 경우, 접착재층에 상기 무기 섬유나 상기 벌룬이 배합되어 있으면, 시험면(관찰면)에서 이들의 단면이 상기 시험면을 관통하는 무기 섬유의 단면과 구별할 수 없는 상태로 관찰되는 경우가 있지만, 본 발명의 벌집형 구조체에서는, 상기 무기 입자의 단면 등, 무기 섬유의 단면과 구별할 수 없는 것도 포함시켜 배향도 Ω를 산출한다. 이들 입자는 이방성을 수반하지 않기 때문이다.

또한, 상기 접착재층은 무기 섬유의 쇼트(섬유화되지 않은 입상물)도 상기와 마찬가지로 무기 섬유의 단면과 구별할 수 없는 상태로 관찰되는 경우도 있지만, 이 경우도 무기 섬유의 단면과 구별할 수 없는 상기 쇼트의 단면을 포함해서 배향 도 Ω를 산출한다.

또한, 코팅재층 (12)는, 벌집형 블록 (15)의 외주면을 포위하도록 형성되고, 벌집형 구조체 (10)을 내연 기관의 배기 통로에 설치했을 때, 벌집형 블록 (15)의 외주면으로부터 배기 가스가 누설되는 것을 방지하기 위한 밀봉재, 벌집형 구조체의 형상을 갖추기 위한 부재, 및 보강재로서의 기능을 갖는 것이다.

또한, 상기 코팅재층은 필요에 따라 형성될 수도 있다.

코팅재층 (12)를 구성하는 재료로는, 접착재층 (11)을 구성하는 재료와 마찬가지의 것 등을 들 수 있다.

또한, 접착재층 (11)과 코팅재층 (12)는 동일한 재료로 이루어진 것일 수도 있고, 다른 재료로 이루어진 것일 수도 있다. 또한, 접착재층 (11) 및 코팅재층 (12)가 동일한 재료로 이루어지는 경우, 그 재료의 배합비는 동일하거나, 상이할 수 있다.

또한, 본 발명의 벌집형 구조체에서는, 셀은 벌집형 구조체의 단면 전체에서, 길이 방향에 수직인 단면의 면적의 총합이 상대적으로 커지도록 출구측의 단부를 밀봉재에 의해 밀봉(이들을 입구측 셀 군이라 함)하는 반면, 상기 단면의 면적의 총합이 상대적으로 작아지도록 입구측의 단부를 상기 밀봉재에 의해 밀봉하여(이들을 출구측 셀 군이라 함), 입구측 셀 군과 출구측 셀 군과의 개구 면적을 변경할 수도 있다.

또한, 상기 입구측 셀 군과 상기 출구측 셀 군의 조합으로는, (1) 입구측 셀 군을 구성하는 개별적인 셀과 출구측 셀 군을 구성하는 개별적인 셀로, 수직 단면 의 면적이 동일하며, 입구측 셀 군을 구성하는 셀의 수가 많은 경우, (2) 입구측 셀 군을 구성하는 개별적인 셀과 출구측 셀 군을 구성하는 개별적인 셀로, 상기 수직 단면의 면적이 다르고, 이 둘의 셀의 수도 다른 경우, (3) 입구측 셀 군을 구성하는 개별적인 셀과 출구측 셀 군을 구성하는 개별적인 셀로, 입구측 셀 군을 구성하는 셀의 상기 수직 단면의 면적이 크고, 이 둘의 셀의 수가 동일한 경우가 포함된다. 또한,입구측 셀 군을 구성하는 셀 및(또는) 출구측 셀 군을 구성하는 셀은, 그 형상이나 수직 단면의 면적 등이 동일한 1종의 셀로 각각 구성되어 있을 수도 있고, 그 형상이나 수직 단면의 면적 등이 다른 2종 이상의 셀로 각각 구성되어 있을 수도 있다.

또한, 본 발명의 벌집형 구조체에서는, 셀벽의 적어도 일부에 촉매가 담지되어 있을 수도 있다.

본 발명의 벌집형 구조체로는, CO, HC 및 NOx 등의 배기 가스 중 유해한 가스 성분을 정화할 수 있는 촉매를 셀벽에 담지시킴으로써, 촉매 반응에 의해 배기 가스 중의 유해한 가스 성분을 충분히 정화하는 것이 가능해진다.

또한, 미립자의 연소를 돕는 촉매를 담지시킴으로써, 미립자를 보다 용이하게 연소 제거할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 벌집형 구조체는 배기 가스의 정화 성능을 향상시킬 수 있으며, 미립자를 연소시키기 위한 에너지를 저하시키는 것도 가능해진다.

상기 촉매로는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 백금, 팔라듐, 로듐 등의 귀금속으로 이루어진 촉매를 들 수 있다. 또한, 이들 귀금속에 추가로, 알칼리 금속(원소 주기율표 1족), 알칼리 토금속(원소 주기율표 2족), 희토류 원소(원소 주기율표 3족), 전이 금속 원소를 포함한 화합물이 담지되어 있을 수도 있다.

또한, 상기 벌집형 구조체에 상기 촉매를 부착시킬 때에는, 미리 그 표면을 알루미나 등의 촉매 담지층으로 피복한 후에, 상기 촉매를 부착시킬 수도 있다.

상기 촉매 담지층으로는, 예를 들면, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 실리카 등의 산화물 세라믹을 들 수 있다.

상기 촉매가 담지된 벌집형 구조체는, 종래 공지된 촉매 부착 DPF(Diesel Particulate Filters; 디젤 미립자 필터)와 마찬가지의 가스 정화 장치로서 기능하는 것이다. 따라서, 여기서는 본 발명의 벌집형 구조체가 촉매 담지체로서도 기능하는 경우에 대한 자세한 설명을 생략한다.

이어서, 상기 벌집형 구조체의 제조 방법에 대해서 설명한다.

우선, 상술한 바와 같은 세라믹을 주성분으로 하는 원료 페이스트를 사용하여 압출 성형을 행하고, 사각기둥 형상 등의 세라믹 성형체를 제조한다.

상기 원료 페이스트로는 특별히 한정되지 않지만, 제조 후의 벌집형 구조체의 기공률이 20 내지 80％가 되는 것이 바람직하고, 예를 들면, 상술한 바와 같은 세라믹으로 이루어진 분말에 바인더, 분산 매질 등을 첨가한 것을 들 수 있다.

상기 세라믹 분말의 입경은 특별히 한정되지 않지만, 이후의 소성 공정에서 수축이 적은 것이 바람직하고, 예를 들면, 0.3 내지 70 ㎛ 정도의 평균 입경을 갖는 분말 100 중량부와 0.1 내지 1.0 ㎛ 정도의 평균 입경을 갖는 분말 5 내지 65 중량부를 조합한 것이 바람직하다.

벌집형 부재의 기공 직경 등의 조절은 소성 온도와 세라믹 분말의 입경을 조절함으로써 행할 수 있다.

상기 바인더로는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜, 페놀 수지, 에폭시 수지 등을 들 수 있다.

상기 바인더의 배합량은 통상 세라믹 분말 100 중량부에 대하여 1 내지 15 중량부 정도가 바람직하다.

상기 분산 매질로는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 벤젠 등의 유기 용매, 메탄올 등의 알코올, 물 등을 들 수 있다.

상기 분산 매질은 상기 원료 페이스트의 점도가 일정 범위 내가 되도록 적량 배합된다.

이들 세라믹 분말, 바인더 및 분산 매질은 아트라이터(attritor) 등으로 혼합하고, 혼련기 등으로 충분히 혼련한 후에 압출 성형한다.

또한, 상기 원료 페이스트에는 필요에 따라 성형 보조제를 첨가할 수도 있다.

상기 성형 보조제로는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 에틸렌글리콜, 덱스트린, 지방산, 지방산 비누, 폴리비닐알코올 등을 들 수 있다.

또한, 상기 원료 페이스트에는 필요에 따라서 산화물계 세라믹을 성분으로 하는 미소 중공 구체인 벌룬이나, 구상 아크릴 입자, 흑연 등의 조공제를 첨가할 수도 있다.

상기 벌룬으로는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 알루미나 벌룬, 유리 마이크로 벌룬, 시라스 벌룬, 플라이 애쉬 벌룬(FA 벌룬), 멀라이트 벌룬 등을 들 수 있다. 이들 중에서, 알루미나 벌룬이 바람직하다.

이어서, 상기 세라믹 성형체를 마이크로파 건조기, 열풍 건조기, 오븐, 유전(誘電) 건조기, 감압 건조기, 진공 건조기, 동결 건조기 등을 사용하여 건조시켜 세라믹 건조체로 한다. 이어서, 미립자를 포집하는 용도로 제조하는 경우에는, 입구측 셀 군의 출구측의 단부, 및 출구측 셀 군의 입구측의 단부에 밀봉재가 되는 밀봉재 페이스트를 소정량 충전하여 셀을 밀봉한다.

상기 밀봉재 페이스트로는 특별히 한정되지 않지만, 후속 공정을 거쳐 제조되는 밀봉재의 기공률이 30 내지 75％가 되는 것이 바람직하고, 예를 들면, 상기 원료 페이스트와 마찬가지의 것을 사용할 수 있다.

이어서, 상기 밀봉재 페이스트가 충전된 세라믹 건조체에 대하여, 소정의 조건으로 탈지(예를 들면, 200 내지 500℃), 소성(예를 들면, 1400 내지 2300℃)을 행함으로써, 다공질 세라믹으로 이루어지고 그 전체가 하나의 소결체로 구성된 벌집형 부재를 제조할 수 있다.

상기 세라믹 건조체의 탈지 및 소성의 조건은, 종래부터 다공질 세라믹으로 이루어진 필터를 제조할 때에 사용되고 있던 조건을 적용할 수 있다.

이어서, 공극 유지 부재를 개재시켜 벌집형 부재를 조립한다(도 4 참조).

도 4는 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법 중 한 공정에서 제조하는 벌집형 부재 집합체의 단면도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 상술한 방법으로 제조한 벌집형 부재 (30)을, 공극 유지 부재 (142)를 개재시켜 복수개 조립하여 벌집형 부재 집합체 (16)을 제조한다.

공극 유지 부재 (142)는 각 벌집형 부재 (30) 사이에 공극을 형성시키기 위해서 사용되는 것으로, 공극 유지 부재 (142)의 두께를 조정함으로써 각 벌집형 부재 (30) 사이의 접착재층의 두께를 조정할 수 있다.

상기 공극 유지 부재의 재질로는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 종이, 무기 물질, 세라믹, 유기 섬유, 수지 등을 들 수 있다. 그리고, 공극 유지 부재는 벌집형 구조체의 사용시에 가해지는 열에 의해 분해, 제거되지 않는 것을 사용할 수도 있다.

분해, 제거될 때에 발생하는 가스에 의해, 접착재층이 부식되는 것을 방지하기 때문이다. 단, 가열에 의해, 분해, 제거되는 것이어도, 부식성의 가스가 발생하지 않는 것이면 사용할 수 있다.

상기 공극 유지 부재의 구체예로는, 예를 들면, 판지(cardboard), 흑연, 탄화규소 등을 들 수 있다. 또한, 접착재층과 동일한 재질의 것을, 미리 두께를 조절하여 고형화시켜 둠으로써, 공극 유지 부재로 할 수도 있다.

또한, 상기 공극 유지 부재는 점착 기능 또는 접착 기능을 갖는 것일 수도 있고, 상술한 바와 같은 재질로 이루어진 기재의 양면에 점착성 또는 접착성을 갖는 물질의 층이 형성된 것일 수도 있다.

점착 기능 또는 접착 기능을 갖는 공극 유지 부재를 사용하면, 통상(筒狀) 지그(jig)의 밖에서 조립을 종료한 벌집형 부재 집합체를, 고정용 지그 등을 특별히 사용하지 않고서도, 통상 지그의 내부에 조립할 수 있으므로, 조립 공정이 용이해지고, 각 벌집형 부재의 위치가 어긋나는 것을 더욱 방지할 수 있다.

상기 공극 유지 부재의 형상으로는, 벌집형 부재를 유지할 수 있는 형상이면 특별히 한정되지 않으며, 원주상, 각 기둥상 등을 들 수 있다.

상기 공극 유지 부재의 크기로는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 공극 유지 부재가 원주상인 경우, 그 두께는 0.5 내지 30 mm인 것이 바람직하다. 세라믹의 열 전도율을 저하시키지 않는 범위이기 때문이다. 공극 유지 부재의 두께는 2.0 mm 이하가 보다 바람직하다.

또한, 공극 유지 부재가 원주상인 경우, 직경은 3.0 내지 10.0 mm인 것이 바람직하다. 벌집형 부재들 간의 접착 강도를 충분히 확보할 수 있기 때문이다.

상기 공극 유지 부재를 배치하는 벌집형 부재상의 위치로는 특별히 한정되지 않지만, 벌집형 부재의 측면의 네 모서리 근방에 배치하는 것이 바람직하다. 벌집형 부재를 평행하게 결속시킬 수 있기 때문이다.

이어서, 접착제 페이스트를, 벌집형 부재 집합체를 구성하는 벌집형 부재 사이의 공극에 충전한다. 여기서 접착제 페이스트의 충전은, 페이스트 충전용의 통상 지그 중에 벌집형 부재 집합체를 저장하여 행할 수도 있고, 상기 원통상 지그 내에서 벌집형 부재를 조립하여 행할 수도 있다.

구체적으로는, 예를 들면, 도 5에 도시한 바와 같은 통상 지그를 구비한 벌집형 구조체의 제조 장치를 이용하여 접착제 페이스트를 충전할 수 있다.

도 5(a), (b)는 접착제 페이스트를 충전할 때에 사용하는 통상 지그를 구비한 벌집형 구조체의 제조 장치를 설명하기 위한 단면도이다.

(a)는 내부에 벌집형 부재 집합체가 설치된 제조 장치의 길이 방향으로 수직인 단면을 나타내고, (b)는 내부에 벌집형 부재 집합체가 설치된 제조 장치의 길이 방향과 평행한 단면을 나타낸다.

제조 장치 (50)은 내부에 벌집형 부재 집합체를 저장하는 내부 공간 (502)를 갖는 통상체 (501)을 구비한다. 이 통상체 (501)의 외측 측면 및 한쪽의 외측 단부에 페이스트 공급실 (52, 52')가 부착되어 있다. 통상체 (501)에는, 이 공급실 (52, 52')와 내부 공간을 연통하는 개구 (51, 51')가 형성되어 있고, 이 개구 (51, 51')(이하의 설명에서는, 보다 구체적으로 공급공 또는 공급구라 표기함)을 경유하여 페이스트 (1400)이 측면 및 한쪽의 단부로부터 동시에 공급된다. 공급실 (52, 52')에는, 페이스트 (1400)을 밀어내기 위한 압출 기구 (503, 503')이 부착되어 있다. 벌집형 구조체의 제조 장치 (50)에는, 개폐식의 바닥판 (53)이 공급실 (52')가 부착된 측과 반대측의 단부에 부착되어 있다. 바닥판 (53)을 폐쇄하여 벌집형 부재 집합체 (16)을 구성하는 벌집형 부재 (30) 사이에 형성된 공극 (141)을 밀봉하면, 접착재 페이스트 (1400)이 벌집형 부재 집합체의 단부 면에 부착되는 것을 더욱 방지할 수 있다.

단, 접착제 페이스트 충전시에, 벌집형 구조체의 제조 장치 (50) 내에 접착제 페이스트 (1400)을 압입할 때에는, 벌집형 구조체의 제조 장치 (50) 내의 기체를 이 제조 장치 (50)의 단부 면을 통하여 배출하게 되기 때문에, 바닥판 (53)은 통기성의 재질로 이루어진 것, 또는 도 5에 도시한 바와 같이 통기공을 갖는 기밀성의 재질로 이루어질 필요가 있다.

그리고, 통기공을 갖는 기밀성의 재질로 이루어진 것을 사용하는 경우, 제조 장치 (50) 내의 기체는, 화살표 (C)와 같이, 벌집형 부재 (30)의 격벽을 통과하고, 추가로 벌집형 부재 (30)으로부터 바닥판 (53)의 통기공을 통과하여 외부로 배출되게 된다.

제조 장치 (50)으로는, 그 실내가 공급공(또는 공급 홈) (51, 51')을 통하여 내주부(內周部)와 연통한 페이스트 공급실 (52, 52')를 외주부(外周部)에 구비한 통상체이며, 내주부에 벌집형 부재 집합체 (16)을 설치하거나, 내주부에서 벌집형 부재 집합체 (16)을 조립할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 분해 가능한 조립형의 지그일 수도 있고, 일체형의 지그일 수도 있으며, 내주부가 소정의 크기 및(또는) 형상의 지그일 수도 있고, 내주부의 크기 및(또는) 형상이 변경 가능하며, 내주면을 좁혀 감으로써 벌집형 부재 집합체 (16)을 조일 수 있는 지그일 수도 있다. 또한, 제조 장치 (50)은 페이스트 공급실 (52, 52')가 제거 가능한 조립형의 지그일 수도 있다.

제조 장치 (50)이 분해 가능한 조립형의 지그이거나, 내주부의 크기 및(또는) 형상이 변경 가능한 지그인 경우에는, 벌집형 부재 (30)을 복수개 조립하여 벌집형 부재 집합체 (16)을 제조하는 공정을 제조 장치 (50)의 내주부에서 행하는 것이 가능하다. 물론, 벌집형 부재 집합체 (16)을 제조한 후에, 제조 장치 (50)의 내주부에 이것을 설치할 수도 있다.

페이스트 공급실 (52, 52')는 제조 장치 (50)의 외주부에 설치되고, 그 실내에 접착재 페이스트 (1400)을 투입하며, 이것을 가압하는 것이 가능한 용기이면 특별히 한정되는 것은 아니다.

또한, 공급공 (51, 51')의 형상, 크기 및 수는 특별히 한정되지 않지만, 벌집형 부재 집합체 (16)을 구성하는 벌집형 부재 (30) 사이에 형성된 공극 (141)과 대응하는 위치에 설치할 필요가 있고, 공극 (141)을 접착재 페이스트 (1400)에 의해 누설되지 않고 충전할 수 있도록 일정 간격으로 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 공급공은 페이스트를 균일하게 충전할 수 있도록 공급 홈으로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 제조 장치 (50) 내에 접착재 페이스트 (1400)을 압입할 때의 압력은 압입하는 접착재 페이스트 (1400)의 양, 점도, 공급공의 크기, 위치 및 수 등에 따라서 적절하게 조정되고, 필요에 따라 제조 장치 (50)의 공급실 (52')가 부착된 측과 반대측의 단부 면으로부터의 흡인을 병용할 수도 있다.

제조 장치 (50)은 다음과 같이 사용된다.

도 5에 도시한 바와 같이, 벌집형 부재 집합체 (16)을 조립한 후, 이것을 벌집형 구조체의 제조 장치 (50) 중에 저장하고, 이어서 페이스트 공급실 (52, 52')로부터 동시에 페이스트 (1400)을 주입한다. 또는, 벌집형 구조체의 제조 장치 (50) 내에서 벌집형 부재 집합체 (16)을 조립하고, 이어서 페이스트 공급실 (52, 52')로부터 동시에 페이스트 (1400)을 주입한다. 어느 방법이든지 사용할 수 있다.

또한, 벌집형 부재간에 충전하는 접착제 페이스트를 구성하는 재료는 이미 상술하였으므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.

이와 같이, 접착제 페이스트를 벌집형 부재의 간극에 측면과 단부 면의 양쪽으로부터 동시에 주입하는 방법을 사용함으로써, 후속 공정을 거쳐 접착재층의 무기 섬유의 배향도 Ω가 상기 범위에 있는 벌집형 구조체를 제조할 수 있다.

여기서 무기 섬유의 배향도 Ω는 측면으로부터의 주입압과 단부 면으로부터의 주입압을 적절하게 선택함으로써 조정할 수 있다.

또한, 접착제 페이스트를 주입한 벌집형 부재 집합체를 진동시킴으로써, 무기 섬유의 배향도를 조정할 수도 있다.

이어서, 벌집형 부재 집합체를 가열하여 접착제 페이스트층을, 예를 들면, 50 내지 150℃, 1시간의 조건으로 가열함으로써, 건조, 고화시켜 접착재층 (11)로 한다.

이어서, 다이아몬드 절삭기 등을 이용하여, 벌집형 부재 (20)이 접착재층 (11)을 통해 복수개 접착된 벌집형 부재 집합체에 절삭 가공을 실시하고, 원주 형상의 벌집형 블록 (15)를 제조한다.

그리고, 벌집형 블록 (15)의 외주에 상기 코팅재 페이스트를 사용하여 코팅재층 (12)를 형성함으로써, 벌집형 부재 (20)이 접착재층 (11)을 통해 복수개 접착된 원주 형상의 벌집형 블록 (15)의 외주부에 코팅재층 (12)가 설치된 벌집형 구조체 (10)을 제조할 수 있다.

그 후, 필요에 따라 열 처리를 행하여 접착재층 중의 유기 바인더나 공극 유 지 부재를 제거할 수도 있다.

또한, 필요에 따라 벌집형 구조체(셀벽)에 촉매를 담지시킨다. 상기 촉매의 담지는 집합체를 제조하기 전의 벌집형 부재에 행할 수도 있다.

촉매를 담지시키는 경우에는, 예를 들면, 셀벽의 표면에 높은 비표면적의 알루미나막을 형성하고, 이 알루미나막의 표면에 보조 촉매, 및 백금 등의 촉매를 부여할 수도 있다.

이하에 실시예를 들어 본 발명을 더욱 자세히 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

평균 입경 10 ㎛의 α형 탄화규소 분말 7000 중량부와, 평균 입경 0.5 ㎛의 α형 탄화규소 분말 3000 중량부를 습식 혼합하고, 얻어진 혼합물 10000 중량부에 대하여, 유기 바인더(메틸셀룰로오스)를 570 중량부, 물을 1770 중량부 첨가하고 혼련하여 혼합 조성물을 얻었다.

이어서, 상기 혼합 조성물에 가소제(닛본 유시사 제조 유니루베)를 330 중량부, 윤활제로서 글리세린을 150 중량부 첨가하고 더욱 혼련한 후, 압출 성형을 행하고, 도 2에 도시한 각 기둥 형상의 생성형체(生成形體; raw molded body)를 제조하였다.

이어서, 마이크로파 건조기 등을 이용하여 상기 생성형체를 건조시키고, 세라믹 건조체로 한 후, 상기 생성형체와 동일한 조성의 밀봉재 페이스트를 소정의 셀에 충전하였다.

이어서, 다시 건조기를 이용하여 건조시킨 후, 400℃에서 탈지하고, 상압의 아르곤 분위기하에 2200℃, 3시간 동안 소성을 행함으로써, 기공률이 42％, 평균 기공 직경이 11 ㎛, 그 크기가 34.3 mm×34.3 mm×150 mm, 셀의 수가 46.5개/㎠(300 cpsi), 실질적으로 모든 셀벽 (23)의 두께가 0.25 mm인 탄화규소 소결체로 이루어진 벌집형 부재를 제조하였다.

이어서, 섬유 길이 20 ㎛, 섬유 직경 2 ㎛의 알루미나 섬유 30 중량％, 평균 입경 0.6 ㎛의 탄화규소 입자 21 중량％, 실리카졸 15 중량％, 카르복시메틸셀룰로오스 5.6 중량％, 및 물 28.4 중량％를 포함하는 내열성의 접착제 페이스트를 제조하였다.

또한, 이 접착제 페이스트의 점도는 실온에서 30 Pa·s였다.

이어서, 벌집형 부재 (30)의 측면의 네 모서리 근처에 1개씩 합계 4개, 직경 5 mm×두께 1 mm의 양면에 점착재가 도포된 판지로 이루어진 공극 유지 부재 (142)를 장착, 고정하였다. 구체적으로는, 공극 유지 부재 (142)의 외주 부분과 상기 측면의 모서리를 형성하는 2개의 변과의 최단 거리가 각각 6.5 mm가 된 위치에 공극 유지 부재 (142)를 장착, 고정하였다. 그리고, 공극 유지 부재 (142)를 개재시켜 세로 4개×가로 4개의 벌집형 부재 (30)을 결속함으로써, 벌집형 부재 집합체 (16)을 조립하였다(도 4 참조).

이어서, 도 5에 도시한 바와 같은 페이스트 공급실 (52, 52')을 구비하고, 내주부의 크기가 세로 145 mm×가로 145 mm×길이 150 mm인 벌집형 구조체의 제조 장치 (50) 내에 벌집형 부재 집합체 (16)을 설치하였다. 벌집형 구조체의 제조 장치 (50)은, 벌집형 부재 집합체 (16)을 구성하는 벌집형 부재 (30) 사이의 공극 (141)과 대응하는 위치에, 페이스트 공급실 (52, 52')의 실내와 제조 장치 (50) 내를 연통하는 폭 5 mm의 공급구를 3개소씩 갖는 것이었다.

또한, 벌집형 구조체의 제조 장치 (50)의 페이스트 공급실을 부착한 측과 반대측의 단부에는, 단부 면에 접촉시키는 것이 가능한 개폐식의 바닥판 (53)이 부착되어 있고, 이 바닥판 (53)을 폐쇄하여 벌집형 부재 집합체 (16)의 단부 면에 접촉시킴으로써, 벌집형 부재 (30) 사이의 공극 (141)을 밀봉하였다.

이어서, 접착제 페이스트 (1400)을 벌집형 구조체의 제조 장치 (50)의 페이스트 공급실 (52, 52') 중에 투입하고, 추가로 공급실 (52)측(벌집형 부재 집합체의 측면측)으로부터는 압력 0.2 MPa, 공급실 (52')측(벌집형 부재 집합체의 단부 면측)으로부터는 압력 0.05 MPa로 가압하여 벌집형 구조체의 제조 장치 (50)의 내주부에 압입하고, 벌집형 부재간의 공극에 접착제 페이스트 (1400)을 충전하였다.

이어서, 접착제 페이스트 (1400)이 벌집형 부재 (30) 사이에 충전된 벌집형 부재 집합체 (16)을 100℃, 1시간 동안 건조하여 접착제 페이스트 (1400)을 경화시킴으로써, 1 mm의 두께의 접착재층 (14)를 형성하여 벌집형 부재 집합체를 얻었다.

이어서, 상기 벌집형 부재 집합체를, 다이아몬드 절삭기를 이용하여 직경 142 mm의 원주상 (15)로 절삭하고, 원주상의 벌집형 블록 (15)를 제조하였다.

이어서, 무기 섬유로서 알루미나실리케이트로 이루어진 세라믹 섬유(쇼트 함유율: 3％, 섬유 길이: 5 내지 100 ㎛) 23.3 중량％, 무기 입자로서 평균 입경 0.3 ㎛의 탄화규소 분말 30.2 중량％, 무기 바인더로서 실리카졸(졸 중 SiO₂의 함유율: 30 중량％) 7 중량％, 유기 바인더로서 카르복시메틸셀룰로오스 0.5 중량％ 및 물 39 중량％를 혼합, 혼련하여 코팅재 페이스트를 제조하였다.

이어서, 상기 코팅재 페이스트를 사용하여, 벌집형 블록 (15)의 외주부에 코팅재 페이스트층을 형성하였다. 그리고, 이 코팅재 페이스트층을 120℃에서 건조하여 직경 143.8 mm×길이 150 mm의 원주상의 벌집형 구조체를 제조하였다.

(실시예 2 내지 7)

페이스트 공급실 (52, 52')로부터 접착제 페이스트를 주입할 때의 압력을 각각 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 벌집형 구조체를 제조하였다.

(비교예 1 내지 3)

페이스트 공급실 (52, 52')로부터 접착제 페이스트를 주입할 때의 압력을 각각 표 1에 나타낸 바와 같이 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 벌집형 구조체를 제조하였다.

또한, 비교예 1에서는, 페이스트 공급실 (52)로부터만 접착제 페이스트를 주입하고, 비교예 2에서는, 페이스트 공급실 (52)로부터만 접착제 페이스트를 주입하였다.

(평가)

(1) 배향도 Ω의 측정

실시예 및 비교예의 벌집형 구조체의 접착재층의 배향축에 수직인 면 및 평행한 면을 각각 6개소씩에 대해서 SEM 사진(×350)을 촬영하고, 각각의 촬영면을 관통하는 무기 섬유의 개수를 측정하고, 그 평균값을 산출하여 배향축에 수직인 면 및 평행한 면을 관통하는 무기 섬유의 수로 하였다.

그리고, 이 무기 섬유의 수로부터, 상술한 수학식 1 내지 3을 이용하여 배향도 Ω를 산출하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.

또한, 이 배향도의 측정에서는, 상술한 바와 같이 촬영면에서, 종횡비 1.5 이하로 관찰되는 것을 관통하는 무기 섬유로 하였다.

또한, 이 측정 방법에서는, 촬영면에서 종횡비 1.5 이하로 관찰되는 것에는, 무기 입자나 무기 섬유의 쇼트가 포함될 가능성이 있지만, 이들도 포함시켜 배향도 Ω의 산출을 행하였다.

(2) 가열 순환(heat cycle) 시험 전후의 푸쉬-아웃 강도(push-out strength)의 측정

실시예 및 비교예의 벌집형 구조체의 푸쉬-아웃 강도를, 가열 순환 시험 전후에 하기의 방법으로 측정하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.

푸쉬-아웃 강도의 측정은, 도 6(a), (b)에 도시한 바와 같이, 벌집형 구조체 (10)을 받침대 (45) 위에 장착한 후, 그 중앙의 벌집형 부재에 직경 30 mm의 알루미늄제의 지그 (40)에서 푸쉬-아웃 하중(가압 속도 1 mm/분)을 가해 파괴 강도(푸쉬-아웃 강도)를 측정함으로써 행하였다. 또한, 강도의 측정에는 인스트론 만능 시험기(5582형)를 이용하였다.

또한, 가열 순환 시험은 200℃로 유지한 벌집형 구조체를 800℃까지 가열한 후, 200℃까지 냉각하는 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 100회 반복함으로써 행하였다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예의 벌집형 구조체는 배향도 Ω가 0.2≤Ω≤0.7 또는 -0.7≤Ω≤-0.2이기 때문에 가열 순환 시험 전에 푸쉬-아웃 하중이 크고(접착 강도가 높고), 가열 순환 시험 후에도 큰 푸쉬-아웃 하중(높은 접착 강도)을 유지하고 있었다.

이에 대하여, 비교예 1, 2의 벌집형 구조체는 배향도 Ω가 0.7보다 크거나 -0.7보다 작기 때문에, 가열 순환 시험 이전에는 어느 정도 큰 푸쉬-아웃 하중을 갖고 있었지만, 가열 순환 시험 후에 그 푸쉬-아웃 하중이 크게 저하(접착 강도가 저하)되어 있었다.

또한, 비교예 3의 벌집형 구조체에서는 배향도 Ω가 0.05이고, 가열 순환 시험 전에 푸쉬-아웃 하중이 작아져(접착 강도가 낮아져) 있었다.

도 1은 배향도 Ω의 산출 방법을 설명하기 위한 설명도이다.

도 2는 본 발명의 벌집형 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이다.

도 3의 (a)는 본 발명의 벌집형 구조체를 구성하는 벌집형 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이고, (b)는 그 A-A선 단면도이다.

도 4는 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법의 한 공정에서 제조하는 벌집형 부재 집합체의 단면도이다.

도 5의 (a), (b)는 접착제 페이스트를 충전할 때에 사용하는 통상 지그를 구비한 벌집형 구조체의 제조 장치를 설명하기 위한 단면도이다.

도 6의 (a), (b)는 푸쉬-아웃 강도 시험의 방법을 설명하기 위한 모식도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10: 벌집형 구조체

11: 접착재층

12: 코팅재층

15: 벌집형 블록

20: 벌집형 부재

21: 셀

22: 밀봉재

23: 셀벽

142: 공극 유지 부재

Claims (5)

1. 다수개의 셀이 셀벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 것인 벌집형 부재가 접착재층을 통해 복수개 접착된 벌집형 구조체이며,

   상기 접착재층은 적어도 무기 섬유와 무기 바인더를 포함하여 이루어지고,

   상기 길이 방향을 배향축으로 했을 때에, 살티코프(Saltykov)의 방법에 의해 구한 상기 무기 섬유의 배향도 Ω가 0.2≤Ω≤0.7 또는 -0.7≤Ω≤-0.2인 것을 특징으로 하는 벌집형 구조체.
2. 제1항에 있어서, 상기 무기 섬유는 종횡비가 3 내지 50인 것인 벌집형 구조체.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 벌집형 구조체의 외주 부분에 코팅재층이 형성되어 있는 벌집형 구조체.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀은 어느 한쪽의 단부가 밀봉재에 의해 밀봉되어 있는 것인 벌집형 구조체.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀벽의 적어도 일부에 촉매가 담지되어 있는 벌집형 구조체.

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