KR20090057392A - An extruded porous substrate having inorganic bonds - Google Patents

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빌랄 주베리
로버트 지. 라체나우어
써닐쿠마르 씨. 필라이
윌리엄 엠. 카르티
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지이오2 테크놀로지스 인코포레이티드
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Abstract

A method is provided for producing a highly porous substrate. More particularly, the present invention enables fibers, such as organic, inorganic, glass, ceramic, polymer, or metal fibers, to be combined with binders and additives, and extruded, to form a porous substrate. Depending on the selection of the constituents used to form an extrudable mixture, the present invention enables substrate porosities of about 60% to about 90%, and enables process advantages at other porosities, as well. The extrudable mixture may use a wide variety of fibers and additives, and is adaptable to a wide variety of operating environments and applications. Additives can be selected that form inorganic bonds between overlapping fibers in the extruded substrate that provide enhanced strength and performance of the porous substrate in a variety of applications, such as, for example, filtration and as a host for catalytic processes, such as catalytic converters.

Description

무기 결합 구조를 갖는 압출 성형 다공성 기판 {An Extruded Porous Substrate Having Inorganic Bonds}Extruded Porous Substrate Having Inorganic Bonds

일반적으로 본 발명은 다공성 기판의 압출 성형에 대한 압출 공정에 관한 것으로, 한 특정한 구현에 있어서는 다공성 세라믹 기판의 압출 성형에 대한 압출 공정에 관한 것이다.In general, the present invention relates to an extrusion process for extrusion of a porous substrate and, in one particular embodiment, relates to an extrusion process for extrusion of a porous ceramic substrate.

많은 공정에는 다양한 공정을 원활하게 수행하고 지원하기 위해서는 강화 기판이 필요하다. 예를 들어, 기판은 입자 물질의 여과, 서로 다른 물질의 분리, 또는 공기 중의 박테리아나 세균을 제거하기 위한 여과 분야에 사용된다. 이러한 기판은 공기, 배출 가스나 액체에서 작동하도록 구성될 수 있으며 상당한 환경적 또는 화학적 스트레스(stress)를 견뎌내도록 제작될 수 있다. 또 다른 예로는, 화학 반응을 촉진하기 위해 촉매제를 기판 상에 증착한다. 예를 들어, 적절한 기판에 귀금속을 증착하면, 기판은 촉매 작용을 통해 유해 배출 가스를 덜 유독한 가스로 변환시키는 역할을 할 수 있다. 일반적으로 이러한 강화 기판은 더 높은 공극률에서 보다 효율적으로 작동한다.Many processes require reinforcement substrates to smoothly perform and support various processes. For example, substrates are used in the field of filtration of particulate matter, separation of different materials, or filtration to remove bacteria or bacteria in the air. Such substrates can be configured to operate in air, exhaust gases or liquids and can be fabricated to withstand significant environmental or chemical stresses. In another example, a catalyst is deposited on a substrate to promote chemical reactions. For example, depositing a noble metal on a suitable substrate can serve to convert the hazardous emissions into less toxic gases through catalysis. In general, such reinforced substrates operate more efficiently at higher porosities.

보통 고체 물질의 속성으로 정의되는 공극률은 재료에서 비어 있는 부분(공극)이 그 전체 부피에서 차지하는 비율을 말한다. 예를 들어, 50% 공극률을 갖는 기판은 기판에서 공극이 차지하는 비율이 절반이다. 이러한 방식으로 기판의 공극률이 높을수록 부피당 질량은 더욱 감소하게 된다. 일부 응용 분야에서, 저질량 기판은 여러 가지 장점을 가질 수 있다. 예를 들어, 기판이 촉매 과정을 촉진하는 데 사용되고 상기 촉매 반응이 높은 온도에서 일어나는 경우, 열질량이 낮은 기판이 해당 작동 온도에서 더욱 신속히 가열된다. 이런 방식으로, 다공성이 크고 열질량이 낮은 기판을 사용함으로써 촉매제가 작동 온도로 가열되기까지 소요되는 시간(light off time)을 줄일 수 있다.Porosity, usually defined as a property of solid materials, refers to the proportion of voids (porosity) in a material's total volume. For example, a substrate with 50% porosity has half the percentage of voids in the substrate. In this way, the higher the porosity of the substrate, the more the mass per volume decreases. In some applications, low mass substrates can have several advantages. For example, if a substrate is used to accelerate the catalytic process and the catalytic reaction takes place at a higher temperature, the substrate with lower thermal mass will heat up more quickly at that operating temperature. In this way, by using a substrate having a high porosity and a low thermal mass, it is possible to reduce the light off time before the catalyst is heated to the operating temperature.

투과성 또한 기판의 중요한 특성으로, 특히 필터 및 촉매 기판에 있어 중요한 특성이다. 투과성은 공극률과 관련되어 있으며, 액체나 가스와 같은 유체가 기판을 얼마나 쉽게 통과할 수 있는가 하는 척도를 말한다. 대부분의 응용 분야에서는 기판의 투과성이 높을수록 큰 이점을 얻을 수 있다. 예를 들어, 내연 엔진은 후처리 필터(after-treatment filter)가 엔진에 더 낮은 배압(back pressure)을 제공할 때 보다 효율적으로 작동한다. 투과성이 더 높은 기판을 사용할수록 낮은 배압이 구현된다. 투과성은 공극률에 비해 측정하기 더 어렵기 때문에, 기판의 투과성을 대신하는 가이드로 종종 공극률이 사용된다. 그러나, 기공이 대체로 개방되어 있지 않거나 상호 연결되어 있지 않은 경우, 기판의 다공성이 충분하다고 할지라도 투과성이 여전히 제한되기 때문에 이러한 방법으로는 정확한 특성을 측정할 수 없다. 예를 들어, 스티로폼 1회용 컵은 다공성이 높은 폼 재료로 구성되지만 액체를 투과시키지는 않는다. 따라서 공극률과 투과성의 중요성을 고려하여 기판의 기공 구조 또한 검사해야 한다. 스티로폼 컵을 예로 들면, 스트로폼 구성 재료는 폐쇄된 기공 조직을 갖고 있다. 즉, 이 폼(foam)에는 연결되지 않았거나 폐쇄된 수많은 기공이 포함되었음을 의미한다. 이러한 방식으로, 폼 내에 비어 있는 공간이나 개방된 공간이 많지만, 이러한 기공이 연결되어 있지 않으면 유체나 가스가 폼의 한쪽 면에서 다른 쪽으로 통과할 수 없다. 여기서 더 많은 채널이 상호 연결되면, 유체 경로가 한쪽에서 다른 쪽으로 형성된다. 그러한 경우 이 재료는 더 많은 개기공 조직(open pore network)을 가진다고 할 수 있다. 재료 전체에 연결 채널(conneected channel)이 더 많이 형성될수록, 기판의 투과성이 더 높아진다. 모든 기공이 최소 한 개의 채널과 연결되어 있고, 모든 기공에서 해당 재료에 형성된 벽면의 전체 두께를 통과하여 유체가 투과될 수 있는 경우, 이 기판이 완전한 개기공 조직을 가진 것으로 정의될 수 있다. 또한 셀과 기공 간의 차이를 구분하는 것이 필요하다. 셀은 허니콤 기판(honeycomb substrate)을 통과하는 채널을 말한다(일반적으로 서로 평행하게 흐르지만 필수 요소는 아님). 종종 허니콤 기판은 제곱인치당 포함된 셀 개수로 나타난다. 예를 들어, 제곱인치당 200개의 셀이 포함된 기판은 기판의 기본 축을 따라 200개의 채널을 포함한다. 반면, 기공은 재료에서 두 개의 평행한 채널 또는 셀을 분리하는 벽면이 형성되는 것과 같이, 재료 그 자체 내부의 갭(gap)을 나타낸다. 완전한 또는 거의 완전한 개기공 조직 기판은 여과 또는 촉매 산업에는 알려져 있지 않다. 대신, 다공성이 가장 높은 압출 성형 기판이라고 하더라도 개기공과 폐기공 공극률이 혼합된 것이다.Permeability is also an important property of the substrate, especially for filters and catalyst substrates. Permeability is related to porosity and is a measure of how easily a fluid such as a liquid or gas can pass through a substrate. In most applications, the higher the permeability of the substrate, the greater the benefits. For example, internal combustion engines operate more efficiently when an after-treatment filter provides a lower back pressure to the engine. The lower the back pressure, the higher the permeability of the substrate. Since permeability is more difficult to measure compared to porosity, porosity is often used as a guide in place of substrate permeability. However, if the pores are not generally open or interconnected, accurate methods cannot be measured in this way because the permeability is still limited even if the porosity of the substrate is sufficient. For example, a styrofoam disposable cup consists of a highly porous foam material but does not permeate the liquid. Therefore, the pore structure of the substrate should also be examined in consideration of the importance of porosity and permeability. Taking a styrofoam cup as an example, the strofoam constituent material has closed pore tissue. This means that the foam contained numerous pores that were not connected or closed. In this way, there are many empty or open spaces in the foam, but without these pores connected, fluids or gases cannot pass from one side of the foam to the other. If more channels are interconnected here, a fluid path is formed from one side to the other. In such cases, the material can be said to have more open pore networks. The more connected channels formed throughout the material, the higher the permeability of the substrate. If all pores are connected to at least one channel and fluid can permeate through all of the pores through the entire thickness of the wall formed in the material, the substrate can be defined as having complete open pore tissue. It is also necessary to distinguish the difference between the cell and the pores. A cell refers to a channel through a honeycomb substrate (typically flowing parallel to each other but not required). Often honeycomb substrates are represented by the number of cells contained per square inch. For example, a substrate containing 200 cells per square inch includes 200 channels along the base axis of the substrate. Pores, on the other hand, represent a gap inside the material itself, such as a wall surface separating two parallel channels or cells from the material is formed. Complete or nearly complete open pore tissue substrates are not known in the filtration or catalyst industry. Instead, even the extruded substrate with the highest porosity is a mixture of open and closed porosity.

이에 따라, 대부분의 응용 분야에서, 공극률이 높고 이와 유사한 높은 투과성을 지원하는 내부 기공 구조를 가진 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 특 정 분야의 구조적, 환경적 요구 사항을 지원하기 위해서 기판은 충분히 견고한 구조로 형성되어야 한다. 예를 들어, 내연 엔진에 부착된 필터나 촉매 컨버터의 경우에는, 가능한 환경적 충격, 열적 요구 사항, 제조 및 사용상의 스트레스를 견딜 수 있어야 한다. 마지막으로, 범용적으로 기판을 사용할 수 있도록 생산 비용이 저렴해야 한다. 예를 들어, 자동차에서 배출되는 전세계 오염물의 수준을 낮추기 위해서는, 선진국뿐만 아니라 개발도상국에서도 여과 기판을 부담없이 구입하고 사용할 수 있어야 한다. 따라서 필터 및 촉매 컨버터 기판에 대한 전체적인 비용 구조는 기판 설계와 선정된 공정에서 중요한 고려 요소이다.Accordingly, in most applications, it is desirable to use a substrate having an internal pore structure that has a high porosity and similarly high permeability. In addition, the substrate must be formed of a sufficiently rigid structure to support the structural and environmental requirements of the particular field. For example, filters or catalytic converters attached to internal combustion engines must be able to withstand possible environmental impacts, thermal requirements, and manufacturing and use stresses. Finally, production costs must be low so that the substrate can be used universally. For example, to reduce the level of global pollutants emitted from automobiles, filter substrates must be freely available and available in developing countries as well as developed countries. Therefore, the overall cost structure for the filter and catalytic converter substrate is an important consideration in substrate design and selected processes.

압출 성형은 일정한 단면의 강성 기판을 제조하는 데 있어 효과적이고 비용 효율적인 공정으로 입증되어 있다. 특히, 세라믹 분말 재료의 압출 성형은 내연 엔진을 위한 필터 및 촉매 기판을 제작하는 데 있어 가장 널리 사용되고 있는 공정이다. 수년에 걸쳐 분말형 세라믹의 압출 성형 공정은 기판의 공극률이 60%에 달하는 정도로 진보되어 왔다. 이러한 압출 성형 다공성 기판은 훌륭한 강성 특성을 갖고 있으며, 융통성이 있게 모든 스케일에서 제조가 가능하며 높은 수준의 품질을 유지하고 매우 비용 효율적인 특성을 갖추고 있다. 그러나 분말형 세라믹 재료의 압출 성형은 공극률 측면에서 실제적으로 상한선에 도달했으며, 공극률을 더욱 증가시킬 경우 용인할 수 없는 강성 저하 문제가 나타나고 있다. 예를 들어, 공극률이 60% 이상으로 증가함에 따라, 압출 성형 세라믹 분말 기판은 디젤 미립자 필터와 같은 혹독한 환경에서 작동할 수 있을 만큼의 충분한 강성을 유지할 수 없다. 압출 성형 공정에서 알려진 또 다른 한계로는 보다 효율적인 촉매 변환을 위해 기판내 표면적 을 증가시키려는 것이다. 표면적을 증가시키기 위해서는, 압출 성형 세라믹 분말 기판의 셀 밀도를 증가시켜야 하지만, 셀 밀도가 증가하면 엔진에 가해지는 배압이 크게 높아지게 된다. 이 때문에 압출 성형 세라믹 분말 기판이 매우 높은 공극률에서 충분한 강도를 갖지 못하며, 표면적을 증가시켜야 할 경우 용인할 수 없는 배압이 생성된다. 따라서 세라믹 분말의 압출 성형은 실제적인 효용 한계에 도달하였다.Extrusion has proven to be an effective and cost effective process for producing rigid substrates of constant cross section. In particular, extrusion of ceramic powder materials is the most widely used process for producing filter and catalyst substrates for internal combustion engines. Over the years, the extrusion process of powdered ceramics has advanced to 60% porosity of the substrate. These extruded porous substrates have excellent stiffness characteristics, are flexible and can be manufactured at all scales, maintain high levels of quality and are very cost effective. However, extrusion of powdered ceramic materials has actually reached the upper limit in terms of porosity, and there is an unacceptable stiffness drop problem when the porosity is further increased. For example, as the porosity increases above 60%, the extruded ceramic powder substrate may not maintain sufficient rigidity to operate in harsh environments such as diesel particulate filters. Another limitation known in the extrusion process is to increase the surface area in the substrate for more efficient catalytic conversion. In order to increase the surface area, it is necessary to increase the cell density of the extruded ceramic powder substrate, but as the cell density increases, the back pressure applied to the engine is greatly increased. This results in the extrusion ceramic powder substrate not having sufficient strength at very high porosity and creating unacceptable back pressure when the surface area must be increased. Extrusion of ceramic powders thus reached a practical utility limit.

더 높은 공극률을 구현하기 위해, 필터 공급업체에서는 플리트(pleated) 세라믹 페이퍼로 옮겨가는 시도를 하고 있다. 이러한 플리트 세라믹 페이퍼를 이용하면 매우 낮은 배압을 유지하면서 약 80%의 공극률을 달성할 수 있다. 낮은 배압 특성으로 이러한 필터는 매우 낮은 배압이 필수적인 채굴과 같은 분야에 사용되고 있다. 그러나 플리트 세라믹 페이퍼 필터의 이용 빈도는 극히 드물며 업계에서 널리 채택되고 있지 않다. 예를 들어, 플리트 세라믹 페이퍼는 극심한 환경에서는 효과적으로 사용할 수 없다. 플리트 세라믹 페이퍼를 제조하기 위해서는, 압출 성형 필터에 비해 상대적으로 취약한 세라믹 페이퍼 구조를 형성하고 비용적인 측면에서도 비효과적인 제지 공정을 통해 이용해야 한다. 세라믹 파이버를 고가의 화학 기상 증착법 공정(chemical vapor deposition type process)을 통해 SiC와 같은 강한 코팅제를 사용하여 코팅한 경우에도, 현장에서 플리트 페이퍼의 압축(telescoping) 또는 해체(unraveling)가 관찰되었다. 뿐만 아니라, 플리트 세라믹 페이퍼의 성형으로 인해 셀 모양과 밀도에 있어 융통성이 매우 낮아졌다. 예를 들어, 몇몇 여과 분야에서 요구될 수 있는 주입구 채널이 넓고 배출구 채널이 좁은 페이퍼 플리트 필터를 제작하는 것은 어려운 일이다. 따라서 플리트 세라믹 페이퍼 이용으로는 공극률이 높은 필터 및 촉매 기판의 요구 사항이 충족되지 않는다.To achieve higher porosity, filter suppliers are attempting to move to pleated ceramic paper. Using these pleated ceramic papers, a porosity of about 80% can be achieved while maintaining a very low back pressure. Due to their low back pressure characteristics, these filters are used in applications such as mining where very low back pressures are essential. However, the use of pleated ceramic paper filters is extremely rare and is not widely adopted in the industry. For example, pleated ceramic paper cannot be used effectively in extreme environments. In order to manufacture pleated ceramic paper, it is necessary to form a ceramic paper structure that is relatively weaker than an extruded filter, and to use it through an ineffective papermaking process in terms of cost. Even when ceramic fibers were coated with a strong coating such as SiC through an expensive chemical vapor deposition type process, telescoping or unraveling of the pleat paper was observed on site. In addition, the molding of the pleated ceramic paper provides very low flexibility in cell shape and density. For example, it is difficult to fabricate paper pleated filters with wide inlet channels and narrow outlet channels that may be required in some filtration applications. Therefore, the use of pleated ceramic paper does not meet the requirements of high porosity filters and catalyst substrates.

공극률을 높이고 플리트 페이퍼의 단점을 방지하기 위한 노력의 또 다른 예로, 몇몇은 세라믹 전구체를 사용하여 물질을 형성하고, 세심하게 상기 물질을 처리하여 다공성 패턴으로 단결정질 휘스커(whisker)를 성장시켜 기판을 제작하였다. 그러나 이러한 세라믹을 인 시추(in-situ)로 성장시키기 위해서는 경화 처리를 세밀하고 정확히 제어할 수 있어야 하기 때문에, 공정을 확장하기 어렵고 상대적으로 높은 비용이 소요되며 결함이 발생하기 쉽다. 또한 공정의 난이도에 비해 공극률이 불과 몇 퍼센트 정도만 높아진다. 즉, 이 공정은 멀라이트계 결정질 휘스커(mullite type crystalline whisker)만 성장시키기 때문에 기판의 적용 가능성이 제한된다. 예를 들어, 멀라이트는 높은 열 팽창 계수를 갖고 있는 것으로 알려져 있기 때문에, 폭넓은 작동 온도 범위와 급격한 전이 온도가 필요한 대부분의 응용 분야에서는 결정질 멀라이트 휘스커를 사용할 수가 없다.As another example of an effort to increase porosity and avoid the drawbacks of pleat paper, some have used ceramic precursors to form materials, and the materials are carefully treated to grow monocrystalline whiskers in porous patterns to form substrates. Produced. However, growing these ceramics in-situ requires precise and precise control of the hardening process, making the process difficult to scale, relatively expensive, and prone to defects. In addition, the porosity is only a few percent higher than the difficulty of the process. That is, the process grows only the mullite type crystalline whisker, thereby limiting the applicability of the substrate. For example, since mullite is known to have a high coefficient of thermal expansion, crystalline mullite whiskers cannot be used in most applications requiring a wide operating temperature range and rapid transition temperatures.

따라서, 업계에는 높은 공극률과, 연관된 높은 투과성을 가진 강성 기판이 필요하다. 더욱 바람직하게는, 높은 수준의 개방된 셀 네트워크를 갖도록 기판을 형성하는 것이고, 저렴한 비용으로 제작이 가능하며 물리적, 화학적, 반응 속성에서 뛰어난 유연성을 가진 기판을 제조하는 것이다.Thus, there is a need in the industry for rigid substrates with high porosity and associated high permeability. More preferably, the substrate is formed to have a high level of open cell network, and the substrate can be manufactured at low cost and has a great flexibility in physical, chemical and reaction properties.

발명 요약Invention Summary

간단히 말해, 본 발명은 압출 성형 시스템을 이용한 고다공성 기판을 제공한다. 보다 구체적으로, 본 발명은 고다공성 기판의 생산을 가능하게 한다. 특정 혼 합물에 따라, 본 발명은 약 60 내지 90%의 기판 공극률을 달성할 수 있으며, 다른 공극률에서와 마찬가지의 이점을 얻을 수 있다. 본 발명의 압출 성형 시스템은 다양한 종류의 파이버(fiber)와 첨가제(additive)를 사용할 수 있으며, 광범위한 작동 환경과 응용 분야에 적용할 수 있다. 기판 요구 사항에 따라 종횡비가 1 이상인 파이버가 선택되었으며, 일반적으로 바인더(binder), 기공 형성제(pore-former), 압출 성형 보조제(extrusion aid) 및 유체(fluid)와 함께 혼합하여 압출 성형 균등질을 형성한다. 균등질은 그린 기판(green substrate)으로 압출 성형된다. 휘발성이 더 높은 재료를 그린 기판에서 우선적으로 제거하여, 파이버가 상호 연결된 조직을 형성할 수 있도록 한다. 경화 처리(curing process)를 진행함으로써, 파이버간에 무기 결합이 형성되어 상당한 개기공 조직을 포함하는 생성한다. 이 결과 생성된 다공성 기판은 필터 또는 촉매 호스트, 촉매 컨버터용 기판과 같이 다양한 응용 분야에서 유용하게 사용할 수 있다.In short, the present invention provides a highly porous substrate using an extrusion system. More specifically, the present invention enables the production of highly porous substrates. Depending on the particular mixture, the present invention can achieve a substrate porosity of about 60 to 90%, with the same advantages as other porosities. The extrusion system of the present invention can use various kinds of fibers and additives, and can be applied to a wide range of operating environments and applications. Fibers with an aspect ratio of 1 or more were chosen according to the substrate requirements, and are typically extruded homogeneous by mixing with binders, pore-formers, extrusion aids and fluids. To form. The homogeneous is extruded into a green substrate. The more volatile material is preferentially removed from the green substrate, allowing the fibers to form interconnected tissue. By going through a curing process, inorganic bonds are formed between the fibers, producing a significant amount of open pore tissue. The resulting porous substrate can be usefully used in various applications such as a filter or a catalyst host, a substrate for a catalytic converter.

보다 구체적인 예로, 종횡비가 약 3 내지 1000 사이의 세라믹 파이버를 사용하지만, 더 일반적으로는 약 3 내지 500 범위에 있다. 종횡비(aspect ratio)는 파이버 길이를 파이버 직경으로 나눈 비율이다. 세라믹 파이버는 유기 바인더(0% 내지 20%의 중량비), 무기 바인더(0% 내지 30%의 중량비), 기공 형성제(0% 내지 60%의 중량비), 유체(10% 내지 40%의 중량비)와 함께 혼합하여 균등질로 만든다. 전단 혼합(shear mixing) 및 혼련(kneading) 공정을 채택하여, 상기 물질에 파이버를 전체적으로 균등하게 분배한다. 세라믹 재료는 물질의 부피로 약 8% 내지 60%일 수 있으며, 그 결과 약 92% 내지 60% 사이의 기판 공극률을 얻을 수 있다. 균등질은 그린 기판으로 압출 성형된다. 그린 기판에서 바인더 재료를 제거하여, 파이버가 중첩되어 접촉할 수 있도록 한다. 경화 처리를 진행함으로써, 파이버간에 무기 결합이 형성되어 견고한 개방형 셀 네트워크가 형성된다. 이 설명에서 사용된 "경화(curing)"에는 두 가지의 중요한 공정 단계가 포함된다. 1) 바인더 제거 및 2) 본드 형성이다. 바인더 제거 공정에서는 자유수(free water)를 제거하고, 첨가제를 제거하여, 파이버가 서로 접촉할 수 있게 한다. 이 결과 생성된 다공성 기판은 필터 또는 촉매 컨버터용 기판과 같이 다양한 응용 분야에서 유용하게 사용할 수 있다.As a more specific example, aspect ratios use ceramic fibers between about 3 and 1000, but more generally are in the range of about 3 to 500. Aspect ratio is the ratio of fiber length divided by fiber diameter. Ceramic fibers can contain organic binders (weight ratios from 0% to 20%), inorganic binders (weight ratios from 0% to 30%), pore formers (weight ratios from 0% to 60%), fluids (weight ratios from 10% to 40%) Mix with to make homogeneous. Shear mixing and kneading processes are employed to distribute the fibers evenly throughout the material. The ceramic material may be about 8% to 60% by volume of material, resulting in a substrate porosity between about 92% and 60%. The homogeneity is extruded into the green substrate. The binder material is removed from the green substrate, allowing the fibers to overlap and contact. By proceeding with the curing treatment, inorganic bonds are formed between the fibers, forming a robust open cell network. As used in this description, "curing" involves two important process steps. 1) binder removal and 2) bond formation. The binder removal process removes free water and removes additives, allowing the fibers to contact each other. The resulting porous substrate can be usefully used in various applications such as substrates for filters or catalytic converters.

또 다른 구체적인 예로, 기공 형성제를 사용하지 않고도 다공성 기판을 생성할 수 있다. 이 경우 세라믹 재료는 물질의 부피로 약 40% 내지 60%일 수 있으며, 약 60% 내지 40% 사이의 공극률을 가지는 기판을 형성할 수 있다. 기공 형성제가 사용되지 않았기 때문에, 압출 성형 공정이 간소화되고 제조 비용을 보다 줄일 수 있다. 또한 상당히 높은 수준의 개기공 조직 구조를 만든다.As another specific example, a porous substrate may be created without using a pore former. In this case, the ceramic material may be about 40% to 60% by volume of the material, and may form a substrate having a porosity between about 60% and 40%. Since no pore former is used, the extrusion process is simplified and manufacturing costs can be further reduced. It also creates a fairly high level of open pore tissue structure.

본 발명에 따른 파이버 압출 성형 시스템은 공극률이 높고, 연관된 투과성을 높일 수 있는 개기공 조직을 가지며, 응용 분야의 필요에 따라 충분한 강도를 가진 기판을 생성할 수 있다. 또한 파이버 압출 성형 시스템은, 결과물로 생성되는 필터와 촉매 컨버터가 널리 적용할 수 있도록 비용 측면에서 효율적인 기판을 생성한다. 압출 성형 시스템은 대량 생산에 맞게 쉽게 확장이 가능하며, 다양한 화학과 구조를 허용함으로써 다양한 분야를 지원할 수 있다. 본 발명은 압출 가능한 혼합물에서 파이버 재료를 사용하는 데 있어 선도적인 방법을 나타낸다. 이 섬유성 압 출 가능한 혼합물을 사용하면 저렴하고, 확장 가능하며, 공극률이 매우 높은 기판 압출 성형이 가능해진다. 파이버는 반복적이고 강건한(robust) 압출 성형 공정에서 사용될 수 있기 때문에, 본 발명은 전세계에서 널리 사용될 수 있는 필터와 촉매 기판의 대량 생산을 가능하게 한다.The fiber extrusion system according to the present invention has a high porosity, has open pore structure that can increase the permeability associated therewith, and can produce a substrate having sufficient strength according to the needs of the application. Fiber extrusion systems also create cost-effective substrates for widespread application of the resulting filters and catalytic converters. Extrusion systems are easily scalable for high volume production and can support a wide range of applications by allowing a variety of chemistries and structures. The present invention represents a leading method for using fiber materials in extrudable mixtures. The use of this fibrous extrudable mixture allows for inexpensive, scalable, and highly porous substrate extrusion. Since the fibers can be used in a repeating and robust extrusion process, the present invention enables the mass production of filters and catalyst substrates that can be widely used around the world.

본 발명의 이러한 특성을 비롯한 그 밖의 특징은 다음의 설명에 보다 명확하게 나타나 있으며, 특히 청구의 범위에 명시된 수단과 조합을 통해 실현할 수 있다.These and other features of the present invention are more clearly shown in the following description, and can be realized in particular by means and combinations specified in the claims.

여기서는 본 발명의 실시예들에 대한 자세한 설명이 제공된다. 그러나 본 발명은 다양한 형태로 실증될 수 있다는 점을 유념해야 한다. 따라서, 이하에서 개시된 구체적인 세부 사항은 한계가 아닌 숙련된 기술자에게 본 발명을 거의 모든 세부 시스템, 구조 또는 방식에 채용하는 방식을 알리기 위한 기반으로 해석되어야 한다.Detailed description of embodiments of the present invention is provided herein. It should be noted, however, that the present invention can be demonstrated in various forms. Accordingly, the specific details set forth below should be construed as a basis for informing the skilled artisan, and not by way of limitation, the manner in which the present invention may be employed in almost any detail system, structure or manner.

도 1은 다공성 기판의 압출 성형을 위한 시스템을 도시하고 있다. 일반적으로, 시스템(10)은 압출 성형 공정을 사용하여, 최종적으로 고다공성 기판 제품으로 경화될 수 있는 그린 기판을 압출 성형한다. 시스템(10)은 공극률이 높고, 연관된 투과성을 높일 수 있는 대량의 개기공 조직을 가지며, 응용 분야의 필요에 따라 충분한 강도를 가진 기판을 유용하게 생성할 수 있다. 또한, 시스템(10)은 비용 측면에서 효율적인 기판을 생성하여, 결과물로 생성되는 필터와 촉매 컨버터를 널리 적용할 수 있다. 시스템(10)은 대량 생산에 맞게 쉽게 확장이 가능하며, 다양한 화학과 구조를 허용함으로써 다양한 분야를 지원할 수 있다.1 shows a system for extrusion of a porous substrate. In general, the system 10 uses an extrusion process to extrude a green substrate that can finally be cured into a highly porous substrate product. System 10 has a high porosity, has a large amount of open pore tissue that can increase the permeability associated with it, and can be useful for producing substrates with sufficient strength, depending on the needs of the application. In addition, the system 10 can create a cost-effective substrate, which can be widely applied to the resulting filter and catalytic converter. System 10 is easily scalable for mass production and can support a variety of applications by allowing a variety of chemistries and structures.

시스템(10)을 사용하면 매우 융통성 있는 압출 성형 공정이 가능하므로, 여러 종류의 응용 분야에 적용될 수 있다. 시스템(10)을 사용할 때, 기판 설계자는 먼저 기판의 요구 사항을 설정한다. 이러한 요구 사항에는, 예를 들어 크기, 유체 투과성, 원하는 공극률, 기공 크기, 기계적 강도 및 충격 특성, 열 안정성, 화학 반응성 한계 등이 포함될 수 있다. 이러한 요구 사항과 기타 요구 사항에 따라, 설계자는 압출 가능한 혼합물의 형성에 사용할 재료를 선택한다. 중요한 점은, 시스템(10)을 사용하면 압출 성형 기판의 형성에 파이버(12)를 사용할 수 있다는 것이다. 이러한 파이버는, 예를 들어, 세라믹 파이버, 유기 파이버, 무기 파이버, 중합체(polymeric) 파이버, 산화 파이버, 유리체(vitreous) 파이버, 유리(glass) 파이버, 비결정질(amorphous) 파이버, 결정질(crystallone) 파이버, 단결정질 파이버, 다결정질 파이버, 비산화(non-oxide) 파이버, 카바이드(carbide) 파이버, 금속(metal) 파이버, 기타 무기 파이버 구조 또는 이러한 파이버의 조합이 될 수 있다. 그러나, 설명의 편의를 위해, 세라믹 파이버를 예로 들어 설명한다. 그러나, 이에 한정되지 않음은 물론이다. 또한, 기판은 여과 기판 또는 촉매 기판을 주로 설명하나, 본 발명의 범위 내에서 다른 용도로의 기판 사용도 고려할 수 있음은 물론이다. 설계자는 응용 분야 고유의 요구 사항을 기준으로 특정 유형의 파이버를 선택한다. 예를 들어, 멀라이트(mullite) 파이버, 규산알루미늄 파이버(aluminum silicate fiber) 또는 흔히 사용할 수 있는 기타 세라믹 파이버 재료를 세라믹 파이버로 선택할 수 있다. 일반적으로, 파이버를 가공 처리(14)하여 알맞은 크기로 절단해야 한다. 여기에는 파이버를 첨가제와 혼합하기 전에, 절단 공정이 포함될 수 있다. 또한 압출 성형 공정의 여러 가지의 혼합 및 성형 단계에서 추가로 파이버 절단이 이루어진다.The system 10 allows for a very flexible extrusion process, which can be applied to many types of applications. When using the system 10, the substrate designer first sets the requirements of the substrate. Such requirements may include, for example, size, fluid permeability, desired porosity, pore size, mechanical strength and impact properties, thermal stability, chemical reactivity limits, and the like. Based on these and other requirements, the designer selects the material to be used for the formation of an extrudable mixture. Importantly, the system 10 allows the use of the fibers 12 in the formation of an extruded substrate. Such fibers include, for example, ceramic fibers, organic fibers, inorganic fibers, polymeric fibers, oxide fibers, vitreous fibers, glass fibers, amorphous fibers, crystallone fibers, Monocrystalline fibers, polycrystalline fibers, non-oxide fibers, carbide fibers, metal fibers, other inorganic fiber structures, or combinations of these fibers. However, for convenience of description, the ceramic fiber will be described as an example. However, it is of course not limited to this. In addition, although the substrate mainly describes a filtration substrate or a catalyst substrate, it is of course possible to consider the use of the substrate for other purposes within the scope of the present invention. Designers choose specific types of fibers based on application-specific requirements. For example, mullite fibers, aluminum silicate fibers, or other commonly used ceramic fiber materials may be selected as the ceramic fibers. In general, the fibers must be processed 14 to cut to a suitable size. This may include a cutting process prior to mixing the fiber with the additive. Further fiber cutting takes place in various mixing and molding steps of the extrusion process.

특정 요구 사항에 따라 첨가제(16)를 추가한다. 이러한 첨가제(16)에는 바인더, 분산제(dispersant), 기공 형성제, 가소제(plasticizer), 가공 조제(processing aid), 강화제(strengthening material) 등이 포함될 수 있다. 또한, 일반적으로 물에 해당하는 유체(18)를 첨가제(16), 파이버(12)와 혼합한다. 파이버(12), 첨가제(16) 및 유체(18)를 혼합하여 압출 가능한 유동성 물질을 만든다(21). 이러한 혼합에는 건식 혼합, 습식 혼합 및 전단 혼합(shear mixing)을 사용할 수 있다. 파이버(12), 첨가제(16) 및 유체(18)는 균등질이 생성될 때까지 혼합되고, 물질 내에 파이버가 고르게 분포 및 정렬된다. 그런 다음 섬유성 균등질을 압출하여 그린 기판을 형성한다(23). 그린 기판은 충분한 강도를 가져 나머지 공정을 모두 견딜 수 있다.Add additive 16 according to specific requirements. Such additives 16 may include binders, dispersants, pore formers, plasticizers, processing aids, strengthening materials, and the like. In addition, a fluid 18, generally corresponding to water, is mixed with the additive 16 and the fiber 12. Fiber 12, additive 16 and fluid 18 are mixed to form an extrudable flowable material 21. Such mixing may use dry mixing, wet mixing and shear mixing. Fiber 12, additive 16 and fluid 18 are mixed until homogeneity is produced and the fibers are evenly distributed and aligned in the material. The fibrous homogeneous is then extruded to form a green substrate (23). The green substrate has sufficient strength to withstand the rest of the process.

이어서, 그린 기판이 경화 처리된다(25). 이 설명에서 사용된 "경화"에는 두 가지의 중요한 공정 단계가 포함된다. 1) 바인더 제거 및 2) 결합 형성이다. 바인더 제거 공정에서는 자유수를 제거하고, 대부분의 첨가제를 제거하여, 파이버가 서로 접촉할 수 있게 하였다. 종종 바인더는 바인더를 연소시키는 가열 처리를 통해 제거되지만, 사용된 특정 바인더에 따라 다른 제거 공정이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 몇몇 바인더는 증발 또는 승화 과정을 통해 제거될 수 있다. 일부 바인더 및/또는 다른 무기 성분은 증기 상(vapor phase)으로 분해되기 전에 용해될 수 있다. 경화 처리를 진행함으로써, 중첩한(overlapped) 파이버 사이에 무기 결합이 형성된다. 이러한 결합은 전체적인 구조적 강도를 높여줄 뿐만 아니라, 원하는 기판의 공극률과 투과성을 구현할 수 있도록 한다. 따라서 경화된 기판(30)은 대부분의 파이버가 개기공 네트워크(open pore network; 30)에 결합된 고다공성 기판이 된다. 그런 다음 이 기판을 여과 분야 및 촉매 변환 분야를 위한 기판을 포함하여, 다양한 응용 분야를 위한 기판으로 사용할 수 있다. 바람직하게, 시스템(10)은 압출 성형 공정을 통해 최대 90%에 이르는 공극률을 가진 기판을 생성할 수 있다.Next, the green substrate is cured 25. As used herein, "curing" involves two important process steps. 1) binder removal and 2) bond formation. In the binder removal process, free water was removed and most of the additives were removed to allow the fibers to contact each other. Often the binder is removed through a heat treatment that burns the binder, although other removal processes may be used depending on the particular binder used. For example, some binders may be removed through an evaporation or sublimation process. Some binders and / or other inorganic components may be dissolved prior to decomposition into the vapor phase. By carrying out the curing treatment, an inorganic bond is formed between the overlapped fibers. This combination not only increases the overall structural strength, but also enables the porosity and permeability of the desired substrate. The cured substrate 30 thus becomes a highly porous substrate with most fibers coupled to an open pore network 30. This substrate can then be used as a substrate for a variety of applications, including substrates for filtration and catalytic conversion. Preferably, the system 10 may produce a substrate having a porosity of up to 90% through an extrusion process.

도 2는 압출 가능한 재료(50)를 도시하고 있다. 압출 가능한 재료(50)는 피스톤 또는 스크류 압출기와 같은 압출기기(extruder)로부터 압출 성형하기 위한 것이다. 압출 가능한 혼합물(52)은 특정 분야에 따라 요구되는 파이버, 가소제 및 기타 첨가제를 포함하는 균등질(homogeneous mass)이다. 도 2는 균등질을 확대한 부분(54)을 나타낸다. 확대된 부분(54)은 배율에 맞추어 확대한 것이 아닌 설명을 돕기 위해 제공된 것이다. 압출 가능한 혼합물(52)에는 파이버(56, 57, 58)과 같은 파이버가 포함된다. 이러한 파이버는 원하는 열적, 화학적, 기계적 및 여과 특성을 갖춘 고다공성 및 강성의 최종 기판을 생성하기 위해 선택된다. 실질적으로 파이버 상태의 물질은 그 자체로 가소성이 없기 때문에, 압출 성형이 가능하다고 여겨지지 않았다. 그러나, 가소제와 공정 제어의 적절한 선택을 통해, 이러한 파이버를 포함하는 압출 가능한 혼합물(52)이 압출될 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 방식으로, 압출 공법의 비용, 규모 및 유연성의 장점을 확대하여 섬유성 재료의 사용에서 얻을 수 있는 이점을 포함시킬 수 있다.2 shows an extrudable material 50. The extrudable material 50 is for extruding from an extruder such as a piston or screw extruder. The extrudable mixture 52 is a homogeneous mass that includes the fibers, plasticizers, and other additives required for a particular application. 2 shows an enlarged portion 54 of the homogeneity. The enlarged portion 54 is provided to aid the explanation, not to enlarge the magnification. The extrudable mixture 52 includes fibers such as fibers 56, 57, 58. These fibers are selected to produce a highly porous and rigid final substrate with the desired thermal, chemical, mechanical and filtration properties. Substantially fibrous materials are not plastic in themselves and, therefore, were not considered to be extrudable. However, through appropriate selection of plasticizers and process control, it has been found that the extrudable mixture 52 comprising such fibers can be extruded. In this way, the benefits of the cost, scale and flexibility of the extrusion process can be extended to include the benefits gained from the use of fibrous materials.

일반적으로 파이버는 1 이상의 종횡비를 가지는 상대적으로 직경이 작은 재료로 간주된다. 종횡비는 파이버 길이를 파이버 직경으로 나눈 비율이다. 여기에 사용된 것과 같이, 파이버의 '직경'은 간단하게 파이버의 단면적을 원형으로 가정한 것이며, 이러한 단순 가정은 실제 단면적 모양에 상관없이 모든 파이버에 적용된다. 예를 들어, 종횡비가 10인 파이버는 파이버 직경의 10배에 달하는 길이를 갖는다. 약 1미크론(micron)에서 25미크론 범위의 직경을 가지는 파이버를 쉽게 구할 수 있으나, 파이버 직경을 6미크론으로 가정할 수 있다. 시스템(10)에는 여러 가지 다른 직경과 종횡비를 가진 파이버가 사용될 수 있다. 뒤에 나오는 도면을 참조하여 보다 자세히 설명하겠지만, 여러 가지 방법으로 파이버에 대한 종횡비를 선택할 수 있다. 또한 파이버의 모양은 일반적인 세라믹 분말과는 확연히 구분된다. 각 세라믹 입자의 종횡비는 약 1이다.Fibers are generally considered to be relatively small diameter materials with one or more aspect ratios. Aspect ratio is the ratio of fiber length divided by fiber diameter. As used herein, the 'diameter' of a fiber simply assumes a circular cross-sectional area of the fiber, and this simple assumption applies to all fibers regardless of the actual cross-sectional shape. For example, a fiber with an aspect ratio of 10 has a length up to ten times the fiber diameter. Fibers with diameters ranging from about 1 micron to 25 microns are readily available, but the fiber diameter can be assumed to be 6 microns. System 10 may be used with fibers of various different diameters and aspect ratios. As will be described in more detail with reference to the following figures, there are several ways to select the aspect ratio for a fiber. Also, the shape of the fiber is clearly distinguished from the general ceramic powder. The aspect ratio of each ceramic particle is about 1.

도 2에서는 세라믹 파이버를 예로 들어 설명하지만, 압출 가능한 혼합물(52)에 사용할 수 있는 파이버는 금속 소재(또는 박막 금속 와이어(thin-diameter metallic wire)라고도 함)일 수 있다. 세라믹 파이버는 비결정질 상태, 유리체 상태, 결정질 상태, 다결정질 상태, 단결정질 상태 또는 유리-세라믹 상태일 수 있다. 압출 가능한 혼합물(52)를 만들 때, 상대적으로 적은 부피의 세라믹 파이버를 사용하여 다공성 기판을 제작한다. 예를 들어, 압출 가능한 혼합물(52)에서 세라믹 파이버는 약 10 내지 40%의 부피에 불과하다. 이러한 방식으로, 경화 처리 후 결과물로 생성되는 다공성 기판은 약 90 내지 약 60%의 공극률을 갖게 된다. 또 다른 양의 세라믹 파이버 재료를 선택하여 그 밖의 공극률 값을 구현할 수 있다.In FIG. 2, the ceramic fiber is described as an example, but the fiber that can be used for the extrudable mixture 52 may be a metallic material (also referred to as a thin-diameter metallic wire). The ceramic fiber may be in an amorphous state, a vitreous state, a crystalline state, a polycrystalline state, a monocrystalline state or a glass-ceramic state. When making the extrudable mixture 52, a relatively small volume of ceramic fiber is used to fabricate the porous substrate. For example, in the extrudable mixture 52 the ceramic fiber is only about 10-40% by volume. In this way, the resulting porous substrate after curing treatment will have a porosity of about 90 to about 60%. Another amount of ceramic fiber material can be selected to achieve other porosity values.

압출 가능한 혼합물을 생성하기 위해, 일반적으로 파이버와 가소제를 혼합한다. 이러한 방식으로, 파이버는 선택된 다른 유기 또는 무기 첨가제(60)와 혼합된다. 이러한 첨가제는 압출재(extrudate)에 대하여 세 가지의 주요 특성을 제공한다. 첫째, 첨가제를 사용하여 압출 가능한 혼합물이 압출에 적정한 유동성을 가지도록 할 수 있다. 둘째, 첨가제는, 보통 그린 기판이라고 부르는 압출된 기판이, 경화 처리 동안 이러한 첨가제가 제거될 때까지 기판의 형태와 파이버의 위치를 유지하기에 충분한 강도를 제공한다. 마지막으로, 중첩된 구조에 파이버가 쉽게 정렬하고 다공성 구조를 강화하기 위한 경화 처리 중 동안 연소되거나 반응하는 첨가제를 선택한다. 압출 성형된 혼합물(52)의 첨가제(60)로 포함된 무기 재료는, 경화 처리 중 반응하여 교차하는 파이버에서 또는 인접한 위치에서 무기 결합의 형성을 촉진함으로써 중첩된 파이버를 결합시킬 수 있다. 또한, 일반적으로 첨가제(60)에는 바인더(61)와 같은 바인더가 포함된다. 바인더(61)는 파이버를 제 위치에 유지시키고 그린 기판에 강성을 제공하기 위한 매개체 역할을 한다. 파이버와 바인더를 사용하여 상대적으로 높은 공극률을 가진 다공성 기판을 생성할 수 있다. 그러나, 공극률을 추가로 증가시키기 위해 기공 형성제(63)과 같은 기공 형성제를 추가할 수 있다. 기공 형성제를 추가하여, 경화 처리된 최종 기판에 공극을 증가시킨다. 기공 형성제는 구형, 신장형, 섬유성 또는 불규칙한 모양일 수 있다. 기공 형성제는 열분해 특성을 기준으로 공극을 형성하기 위한 용도뿐만 아니라, 파이버의 방향성을 지원하기 위한 용도로 선택된다. 이러한 방식으로, 경화 처리 후단계 동안, 기공 형성제는 , 중첩된 패턴으로 파이버가 배열하는 것을 도와, 파이버간의 적절한 결합을 촉진한다. 또한 기공 형성제는 기본 방향으로 파이버를 정렬하는 기능을 수행하는데, 이는 압출 성형된 재료의 열팽창과 서로 다른 축에 따르는 강도에 영향을 준다.In order to produce an extrudable mixture, fibers and plasticizers are generally mixed. In this way, the fiber is mixed with other selected organic or inorganic additives 60. These additives provide three main properties for extrudate. First, additives can be used to make the extrudable mixture have a suitable fluidity for extrusion. Secondly, the additive provides sufficient strength to maintain the shape of the substrate and the position of the fiber until the extruded substrate, commonly referred to as the green substrate, is removed during the curing process. Finally, an additive is selected that burns or reacts during the curing process to easily align the fibers in the superimposed structure and to strengthen the porous structure. Inorganic materials comprised as additives 60 of the extruded mixture 52 can bond overlapping fibers by promoting the formation of inorganic bonds in the intersecting fibers or at adjacent locations during reaction curing. In addition, additive 60 generally includes a binder, such as binder 61. The binder 61 serves as a medium for holding the fibers in place and providing rigidity to the green substrate. Fibers and binders can be used to create porous substrates with relatively high porosity. However, pore formers such as pore former 63 may be added to further increase the porosity. Pore formers are added to increase voids in the cured final substrate. Pore formers can be spherical, elongate, fibrous or irregular in shape. Pore formers are selected not only for forming voids based on pyrolytic properties, but also for supporting the orientation of the fibers. In this way, during the post curing step, the pore former helps the fibers to be arranged in an overlapping pattern, facilitating proper bonding between the fibers. The pore former also serves to align the fibers in the primary direction, which affects the thermal expansion of the extruded material and the strength along the different axes.

위에서 간략하게 설명한 바와 같이, 압출 가능한 혼합물(52)에는 이용가능한 여러 가지 파이버 유형 중 선택한 하나 또는 그 이상의 파이버가 사용될 수 있다. 나아가, 선택된 파이버는, 다양한 바인더 중 하나 또는 그 이상의 바인더와 결합될 수 있다. 또한, 다양한 기공 형성제 중에서 선택된 하나 또는 그 이상의 기공 형성제가 추가될 수 있다. 압출 가능한 혼합물에는 가소제로, 물 또는 다른 유체가 사용될 수 있으며, 또 다른 첨가제가 추가될 수 있다. 이러한 화학 조성에 있어서의 유연성 때문에, 압출 가능한 혼합물(52)을 다양한 응용 분야에 유용하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 필요한 환경적, 온도, 화학적, 물리적 또는 기타 요구 사항에 따라 혼합물 조합을 선택할 수 있다. 뿐만 아니라 압출 가능 혼합물(52)은 압출 공법에 맞게 제작되어, 최종 압출 성형된 제품을 융통성 있고 경제적인 방식으로 형성할 수 있다. 도 2에 도시하지는 않았으나. 압출 가능한 혼합물(52)은 스크류 또는 피스톤 압출기를 통해 압출하여 그린 기판을 형성하고, 이후 최종 다공성 기판 제품으로 경화된다.As outlined above, the extrudable mixture 52 may use one or more fibers selected from the various fiber types available. Furthermore, the selected fiber may be combined with one or more binders of various binders. In addition, one or more pore formers selected from a variety of pore formers may be added. As the plasticizer, water or other fluid may be used in the extrudable mixture, and another additive may be added. Because of the flexibility in this chemical composition, the extrudable mixture 52 can be usefully used for various applications. For example, mixture combinations can be selected according to the environmental, temperature, chemical, physical or other requirements required. In addition, the extrudable mixture 52 can be made to conform to the extrusion process to form the final extruded product in a flexible and economical manner. Although not shown in FIG. The extrudable mixture 52 is extruded through a screw or piston extruder to form a green substrate, which is then cured into a final porous substrate product.

본 발명은 압출 공법에 대한 플라스틱 배치(plastic batch) 또는 혼합물에서 파이버 재료를 사용하는 데 있어 선구적인 방법을 나타낸다. 이 섬유성 압출 가능한 혼합물을 사용하면, 저렴한 방식으로, 확장 가능한 생산 공정에서, 공극률이 매우 높은 기판 압출 성형이 가능해진다. 반복적이고 강건한 압출 성형 공정에서 파이버를 사용할 수 있기 때문에, 본 발명은 전세계에서 널리 사용될 수 있는 필터와 촉매 기판의 대량 생산을 가능하게 해준다.The present invention represents a pioneering method for using fiber materials in plastic batches or mixtures for extrusion processes. The use of this fibrous extrudable mixture enables inexpensive, highly scalable substrate extrusion in a scalable production process. Since the fibers can be used in an iterative and robust extrusion process, the present invention enables the mass production of filters and catalyst substrates that can be widely used around the world.

도 3a는 다공성 기판에서 경화 처리된 영역을 확대한 도면을 도시하고 있다. 기판 부분(100)은 바인더를 제거(102)하고, 경화 처리(110) 후의 모습을 나타낸다. 바인더를 제거(102)한 후, 파이버(103, 104)와 같은 파이버는 처음에 바인더 재료에 의해 제 자리에 유지되고, 바인더 재료가 연소함에 따라, 파이버가 노출되어 중첩되되 느슨한 구조가 된다. 또한, 기공 형성제(105)를 배치하여, 추가적인 공극을 생성하고 파이버를 정렬/배열할 수 있다. 파이버는 압출 가능한 혼합물에서 상대적으로 작은 부피를 형성하기 때문에, 파이버 사이에 많은 수의 공극(107)이 존재한다. 바인더와 기공 형성제가 연소함에 따라, 파이버가 약간 조정되어 서로 접촉할 수 있다. 중첩된 파이버(101)는 제 자리에 유지되거나 인접한 파이버 가까이에 배치되도록 조정할 수 있지만, 도면에 도시된 바와 같이 실제로 접촉하지는 않는다(106). 바인더와 기공 형성제는 파이버의 배열을 방해하거나 연소 시 기판을 붕괴하지 않는 통제된 방식으로 연소하는 제재가 선택된다. 일반적으로 바인더와 기공 형성제는 파이버간에 결합이 형성되기 이전에 분해 또는 연소되는 제재가 선택된다. 압출 가능한 혼합물(52)에 포함된 무기 바인더(108)는 바인더와 기공 형성제가 연소된 후에도 잔존한다. 경화 처리가 진행됨에 따라, 중첩 및 접촉한 파이버가 결합되기 시작하고, 무기 바인더(108)가 흐르거나 반응하여 무기 결합(119)이 형성되어 중첩한 파이버를 연결한다. 이러한 결합은 여러 가지 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 파이버를 가열하여 파이버 교차 지점 또는 노드에 액체 보조 소결 결합을 형성할 수 있다. 이 액상소결은 선택된 특정 파이버의 결과물로 얻을 수 있거나, 혼합물에 추가되거나 파이버에 코팅된 첨가제의 결과로 나타날 수 있다. 다른 경우에는 고상소결 결합을 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 이 경우 교차 결합은 중첩한 파이버를 연결하는 입자 구조를 형성한다. 그린 상태(green state)에서 파이버는 아직 서로에 대해 물리적인 결합 구조를 형성하지 않지만, 파이버가 서로 엉켜 있기 때문에 어느 정도의 그린 강도(green strength)가 나타날 수 있다. 특정 결합 유형은 기본 재료, 원하는 강도 및 작동 화학 및 환경에 따라 선택된다. 일부 경우, 파이버를 연결된 조직으로 유지하고 경화 처리 중 연소되지 않는 무기 바인더(108)가 혼합물에 존재하기 때문에 결합이 발생할 수도 있다.3A shows an enlarged view of a hardened region in a porous substrate. The substrate portion 100 removes the binder 102 and shows the state after the curing treatment 110. After removing the binder 102, fibers such as fibers 103 and 104 are initially held in place by the binder material, and as the binder material burns, the fibers are exposed and overlapped, resulting in a loose structure. In addition, the pore former 105 may be disposed to create additional voids and to align / arrange the fibers. Because the fibers form a relatively small volume in the extrudable mixture, there are a large number of voids 107 between the fibers. As the binder and pore former burn, the fibers may be slightly adjusted to contact each other. Overlapping fibers 101 can be adjusted to remain in place or to be placed close to adjacent fibers, but do not actually contact 106 as shown in the figure. Binders and pore formers are selected that burn in a controlled manner that does not interfere with the arrangement of the fibers or collapse the substrate upon combustion. In general, the binder and the pore former are selected from materials that decompose or burn before the bonds are formed between the fibers. The inorganic binder 108 contained in the extrudable mixture 52 remains after the binder and the pore former have been burned. As the curing process proceeds, the overlapped and contacted fibers begin to bond, and the inorganic binder 108 flows or reacts to form an inorganic bond 119 to connect the overlapped fibers. Such bonds can be formed in a number of ways. For example, the fibers may be heated to form liquid assisted sintered bonds at the fiber crossover points or nodes. This liquid sintering can be obtained as a result of the particular fiber selected, or it can appear as a result of additives added to the mixture or coated on the fiber. In other cases it may be desirable to form solid phase sintered bonds. In this case, the crosslinks form a particle structure connecting the overlapping fibers. In the green state, the fibers do not yet form a physical bonding structure to each other, but some degree of green strength may occur because the fibers are entangled with each other. The specific bond type is selected according to the base material, the desired strength and the working chemistry and the environment. In some cases, bonding may occur because the inorganic binder 108 is present in the mixture that keeps the fiber in the connected tissue and does not burn during the curing process.

결합(112) 및 무기 결합(119)과 같은 결합이 형성되면, 상당히 강도가 높은 파이버 구조를 형성할 수 있는 이점이 있다. 뿐만 아니라, 인접한 파이버와 접촉하지 않은 중첩 파이버가, 경화 단계 중 무기 바인더(108)의 반응에 의한 무기 결합으로 인해 결합된다(117). 또한 이러한 결합은 공극률이 매우 높은 개기공 조직을 형성한다. 예를 들어, 파이버 사이의 공간으로 인해 공극(116)이 자연적으로 생성된다. 공극(114)은 기공 형성제(105)가 분해 또는 연소되는 과정에서 만들어진다. 이러한 방식으로 파이버 결합 형성 과정을 통해 전혀 또는 거의 종단된 채널이 없는 개기공 조직이 생성된다. 이 개기공 조직은 높은 투과성, 높은 여과 효율을 생성하며, 예를 들면 촉매 추가 등에서 넓은 표면적을 제공한다. 결합 형성은 고상소결 또는 액체 보조/액상 소결, 경화 처리 중 존재하는 첨가제 등과 같이 필요한 결합 유형에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 첨가제, 특정 파이버 선택, 가열 시간, 가열 수준 및 반응 환경 모두를 조절하여, 특정 결합 유형을 만들 수 있다.If a bond, such as a bond 112 and an inorganic bond 119 is formed, there is an advantage in that it can form a fiber structure with a significantly higher strength. In addition, overlapping fibers that are not in contact with adjacent fibers are bonded 117 due to the inorganic bonding by the reaction of the inorganic binder 108 during the curing step. These bonds also form open pore tissues with very high porosity. For example, the voids 116 naturally create due to the spacing between the fibers. The voids 114 are made in the process in which the pore former 105 is decomposed or burned. In this way, fiber bond formation results in open pore tissue with no or nearly terminated channels. This open pore tissue produces high permeability, high filtration efficiency and provides a large surface area, for example in addition of catalysts. Bond formation may vary depending on the type of bonding required, such as solid phase sintering or liquid assisted / liquid sintering, additives present during curing treatment, and the like. For example, additives, specific fiber selection, heating time, heating level, and reaction environment can all be adjusted to create specific bond types.

도 3b는 다공성 기판에서 경화 처리된 영역을 확대한 다른 도면을 도시하고 있다. 기판 부분(120)은 바인더를 제거(122)하고 경화 처리(124) 후의 모습을 나타낸다. 기판 부분(120)은 도 3a에서 설명한 기판 부분(100)과 유사하므로 자세히 다루지 않는다. 무기 바인더(108)는 바인더 연소 후 그대로 남아 있으며, 중첩한 파이버(123)는 인접한 파이버에 접촉하거나 가까운 위치로 조정할 수 있다. 기판(120)은 특정 기공 형성제 없이 형성된 것으로, 바인더 물질을 사용하여 파이버를 배치한 결과 전체 개기공 조직(124)이 형성되었다. 다공성 구조의 강도는 인접한 파이버와 접촉하여 파이버 사이에 무기 결합을 형성(125)하거나, 인접한 파이버 가까이에 있는 파이버 사이에 결합을 형성(126)함으로써 유지될 수 있다. 이렇게 특정 기공 형성제를 사용하지 않고도 알맞은 수준의 공극률을 가진 기판을 형성할 수 있으므로, 비용과 제조상의 복잡성을 줄일 수 있다. 약 40% 내지 60%의 공극률을 갖는 기판은 이러한 방법으로 제조될 수 있다.3b shows another view in which the cured area of the porous substrate is enlarged. The substrate portion 120 removes the binder 122 and shows the appearance after the curing treatment 124. The substrate portion 120 is similar to the substrate portion 100 described in FIG. 3A and will not be discussed in detail. The inorganic binder 108 remains intact after the binder burns out, and the superimposed fibers 123 can be adjusted to be in contact with or adjacent to adjacent fibers. The substrate 120 is formed without a specific pore-forming agent. As a result of arranging fibers using a binder material, the entire open pore structure 124 is formed. The strength of the porous structure may be maintained by contacting adjacent fibers to form an inorganic bond 125 between the fibers, or forming a bond 126 between fibers adjacent to the adjacent fiber. Thus, a substrate having a suitable porosity can be formed without using a specific pore-forming agent, thereby reducing cost and manufacturing complexity. Substrates having a porosity of about 40% to 60% can be made in this manner.

도 4는 전자현미경 사진 세트(150)를 도시하고 있다. 사진 세트(150)는 먼저 섬유성 압출 가능 혼합물을 사용하여 생성된 개기공 조직(152)를 보여준다. 사진에서 볼 수 있듯이, 교차하는 파이버 노드에는 결합이 형성되었으며 기공 형성제와 바인더가 연소된 후 개기공 조직이 남았다. 무기 결합은 중첩한 파이버를 연결해주는 부분(151, 153)에서 확인할 수 있으며, 그 결과 다공성 기판의 강도가 개선되었다. 이와는 정반대로, 사진(154)에는 알려진 종래 기술 공정을 사용하여 제작된 일반적인 폐쇄형 셀 네트워크를 보여준다. 부분적으로 폐쇄된 기공 조직은 상대적으로 높은 공극률을 갖지만, 일부 공극률은 적어도 폐쇄된 채널에서부터 비롯된다. 이러한 폐쇄된 채널은 투과성을 제공하지 않는다. 이와 같이, 개기공 조직과 폐기공 조직이 동일한 공극률을 가질 경우, 개기공 조직이 보다 뛰어난 투과성을 가진다.4 shows an electron micrograph set 150. Photo set 150 first shows open pore tissue 152 created using a fibrous extrudable mixture. As can be seen in the picture, bonds were formed in the intersecting fiber nodes and the open pore structure remained after the pore former and binder were burned. Inorganic bonding can be confirmed in the portions 151 and 153 connecting the overlapping fibers, and as a result, the strength of the porous substrate is improved. In contrast, photo 154 shows a typical closed cell network fabricated using known prior art processes. Partially closed pore tissue has a relatively high porosity, but some porosity results from at least closed channels. Such closed channels do not provide permeability. As such, when the open pore structure and the closed pore structure have the same porosity, the open pore structure has more excellent permeability.

압출 가능한 혼합물과 지금까지 일반적으로 설명한 공정을 사용하여, 매우 유용한 다공성 기판을 제작한다. 일 예로, 다공성 기판은 도 5에 도시된 바와 같이, 필터 블록 기판(175)으로 압출 성형될 수 있다. 기판 블록(175)은 피스톤 또는 스크류 압출기를 사용하여 압출되었다. 압출기는 실내 온도나 약간 높은 온도, 또는 통제된 온도 범위에서 작동하도록 조절할 수 있다. 또한, 압출기의 몇몇 부분을 다른 온도로 가열하여, 압출 혼합물의 속도 저하 특성, 전단 이력, 겔화(gellation) 특성 등에 영향을 줄 수 있다. 그 밖에도 가열 및 소결 처리 중 기판의 예상된 수축 정도를 조정하기 위해 압출 크기를 변형할 수 있다. 유용하게도, 압출 가능 혼합물은 섬유성 재료의 압출 성형을 위해 충분한 가소제와 기타 첨가제를 추가한 섬유성 압출 가능 혼합물로 설정하였다. 압출된 그린 상태 블록을 경화 처리하여, 자유수를 제거하고, 첨가제를 연소하고, 파이버간의 구조적 결합을 형성하였다. 그 결과 블록(175)에는 높은 공극률뿐만 아니라 우수한 투과성, 사용 가능한 높은 표면적 특성이 나타났다. 또한, 선택된 특정 파이버와 첨가제에 따라, 블록(175)을 심층 여과에 맞게 구성할 수 있다. 블록(176)은 블록을 통과하여 세로로 연장된 채널(179)를 포함한다. 블록(178)의 주입구는 관통(flow-through) 공정을 위해 열어둔 채로 두거나, 하나 건너씩 입구를 막아 벽면 통과 효과를 형성할 수 있다. 블록(175)이 6각 채널로 표시되어 있지만, 다른 패턴과 크기를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 채널은 균일한 크기의 정사각형, 직사각형 또는 삼각형 채널 패턴을 비롯하여, 더 큰 주입구 채널을 가진 정사각형/직사각형, 8각형/직사각형 채널 패턴, 또는 또 다른 대칭/비대칭 채널 패턴으로 형성될 수 있다. 채널 또는 셀의 정밀한 모양과 크기는 다이 설계를 조절함으로써 조정이 가능하다. 예를 들어, EDM(전자 방전 가공: Electronic Discharge Machining)을 사용하여 정사각형 채널의 모서리가 굴곡이 지도록 형성하여, 다이(die)에 핀을 형성할 수 있다. 그러한 원형 모서리는 배압이 약간 더 높지만, 최종 제품의 강도를 개선해준다. 또한, 다이 설계를 수정하여, 벽면의 두께가 다르고 나머지 벽면에 비해 스킨 두께가 다른 허니콤 기판을 압출 성형할 수 있다. 마찬가지로 일부 응용 분야에서는 크기, 모양, 윤곽선, 및 강도의 최종 정의 시 압출된 기판에 외부 스킨을 적용할 수도 있다.Using extrudable mixtures and the processes generally described so far, very useful porous substrates are produced. For example, as illustrated in FIG. 5, the porous substrate may be extrusion molded into the filter block substrate 175. The substrate block 175 was extruded using a piston or screw extruder. The extruder can be adjusted to operate at room or slightly higher temperatures or in a controlled temperature range. In addition, some parts of the extruder may be heated to different temperatures, affecting slowing properties, shear history, gelation properties, and the like of the extrusion mixture. In addition, the extrusion size can be modified to adjust the expected degree of shrinkage of the substrate during heating and sintering. Usefully, the extrudable mixture is set up as a fibrous extrudable mixture which adds sufficient plasticizer and other additives for the extrusion of the fibrous material. The extruded green state blocks were cured to remove free water, burn off additives, and form structural bonds between the fibers. As a result, the block 175 exhibited not only high porosity but also excellent permeability and high surface area available. In addition, depending on the particular fiber and additive selected, block 175 can be configured for deep filtration. Block 176 includes a channel 179 extending longitudinally through the block. The inlet of block 178 can be left open for a flow-through process or block the inlet one by one to create a wall pass effect. Although block 175 is shown as a hexagonal channel, other patterns and sizes may be used. For example, the channel may be formed of a square, rectangular, or octagonal channel pattern with a larger inlet channel, or another symmetrical / asymmetric channel pattern, including uniformly sized square, rectangular, or triangular channel patterns. . The precise shape and size of the channel or cell can be adjusted by adjusting the die design. For example, EDM (Electronic Discharge Machining) may be used to form the corners of the square channel to bend to form fins in the die. Such circular edges have slightly higher back pressure, but improve the strength of the final product. In addition, the die design can be modified to extrude a honeycomb substrate with a different wall thickness and a different skin thickness than the rest of the wall surface. Similarly, in some applications, external skins may be applied to the extruded substrate in the final definition of size, shape, contour, and strength.

관통 장치를 사용하는 경우, 블록(176)의 높은 공극률로 인해 촉매 재료 적용을 위한 넓은 표면적이 생성된다. 이러한 방식으로, 낮은 열질량을 가진 보다 효과적이고 효율적인 촉매 컨버터를 만들 수 있다. 낮은 열질량을 통해, 결과로 나타나는 촉매 컨버터는 양호한 활성화(light off) 특성을 가지며, 촉매 재료를 효율적으로 사용할 수 있다. 벽면 통과 또는 벽면 여과 예에서 사용된 경우, 기판 벽면의 높은 투과성으로 인해 상대적으로 배압이 낮아지는 동시에 심층 여과가 촉진된다. 이 심층 여과는 효율적인 미립자 제거를 비롯하여, 보다 효과적인 재생성을 촉진한다. 그러나, 어떤 경우에서는, 대부분의 단단한 침전물이나 표면 여과가 관찰된다. 벽면 통과 설계에서, 기판을 통과하는 유체는 기판의 벽면을 통해 이동하기 때문에, 벽면을 형성하는 파이버와 보다 직접적으로 접촉하게 된다. 이러한 파이버는 촉매가 존재하는 경우와 같이 잠재적인 반응이 일어날 수 있는 높은 표면적을 제공한다. 압출 가능 혼합물은 다양한 파이버, 첨가제, 및 유체 등에서 형성될 수 있기 때문에, 압출 가능 혼합물의 화학적 성질을 조정하여 특정 특성을 가진 블록을 생성할 수 있다. 예를 들어, 최종 블록이 디젤 미립자형 필터인 경우, 재생을 통제할 수 없는 극심한 온도에서도 안전하게 작동할 수 있는 파이버를 선택한다. 또 다른 예로는, 블록을 사용하여 특정 유형의 배출 가스를 여과하는 경우, 예상되는 작동 온도 범위에 걸쳐 배출 가스와 반응을 일으키지 않는 파이버와 결합이 선택된다. 여기서는 필터와 촉매 컨버터를 예로 들어 공극률이 높은 기판의 이점을 설명하였지만, 다른 많은 분야에서도 마찬가지로 고다공성 기판이 필요하다.When using a penetrating device, the high porosity of block 176 creates a large surface area for catalytic material application. In this way, a more effective and efficient catalytic converter with low thermal mass can be made. Through low thermal mass, the resulting catalytic converter has good light off characteristics and can efficiently use the catalytic material. When used in wall passing or wall filtration examples, the high permeability of the substrate wall promotes deep filtration while at the same time lowering back pressure. This depth filtration promotes more effective regeneration, including efficient particulate removal. In some cases, however, most hard precipitates or surface filtration are observed. In a wall pass design, the fluid passing through the substrate travels through the wall of the substrate and thus comes in more direct contact with the fibers forming the wall. Such fibers provide a high surface area where potential reactions can occur, such as when a catalyst is present. Since the extrudable mixture can be formed from a variety of fibers, additives, fluids, and the like, the chemical properties of the extrudable mixture can be adjusted to produce blocks with specific properties. For example, if the final block is a diesel particulate filter, choose a fiber that can operate safely even at extreme temperatures beyond the control of regeneration. As another example, when a block is used to filter a particular type of exhaust gas, a combination with fibers is selected that does not react with the exhaust gas over the expected operating temperature range. Although the advantages of substrates with high porosity have been described here with filters and catalytic converters as examples, many other applications require high porosity substrates as well.

도 2에 도시된 바와 같이, 섬유성 압출 가능 혼합물은 다양한 기본 재료로 형성될 수 있다. 일반적으로 적합한 재료의 선택은 최종 기판이 사용되는 화학적, 기계적 및 환경적 조건을 기준으로 한다. 따라서, 다공성 기판 설계의 첫 번째 단계는 기판의 최종 응용 분야를 이해하는 것이다. 이러한 요구 사항에 따라 특정 파이버, 바인더, 기공 형성제, 유체 및 기타 재료를 선택할 수 있다. 또한, 선택한 재료에 적용된 공정이 최종 기판 제품에 영향을 줄 수 있다는 점에 유념해야 한다. 파이버는 최종 기판 제품에서 기본 구조를 이루는 재료이기 때문에, 최종 기판이 계획된 분야에서 원활하게 작동하기 위해서는 파이버 재료의 선택이 무엇보다 중요하다. 따라서, 필요한 결합 요구 사항 및 특정 결합 공정 유형에 따라 파이버를 선택해야 한다. 결합 공정은 액상소결, 고상소결 또는 유리-형성제, 유리, 진흙, 세라믹, 세라믹 전구체 또는 콜로이드상 졸과 같은 결합제가 필요한 결합 등일 수 있다. 결합제는 파이버 구조의 일부, 파이버의 코팅, 또는 첨가제의 한 성분일 수 있다. 또한, 둘 이상의 파이버 유형을 선택할 수 있다. 또한 경화 및 결합 공정 중 일부 파이버가 소모된다는 점을 이해해야 한다. 파이버 조성을 선택할 때, 파이버의 열적 안정성이 유지될 수 있도록 최종 작동 온도가 중요한 요소로 고려된다. 또 다른 예로는, 예상된 가스, 액체 또는 고체 상태 물질의 존재 하에서, 화학적으로 비활성 상태이거나 반응이 일어나지 않는 파이버를 선택한다. 또한 비용에 따라 파이버를 선택할 수 있으며, 일부 파이버의 경우 작은 크기 때문에 인체에 유해할 수 있으므로 그러한 파이버의 사용은 피해야 한다. 기계적 환경에 따라 견고한 구조를 형성할 수 있는지, 필요한 기계적 무결성을 유지할 수 있는지 여부에 따라 파이버를 선택한다. 적절한 파이버 또는 파이버 세트를 선택할 때는 성능과 응용 분야에 따른 상충관계(trade-off)를 고려해야 한다. 도 6a 및 도 6b의 표 1은 섬유성 압출 가능 혼합물의 형성에 사용할 수 있는 여러 가지 파이버 유형을 보여준다. 일반적으로 파이버는 산화 또는 비산화 세라믹, 유리, 유기, 무기 또는 금속 소재일 수 있다. 세라믹 재료의 경우, 파이버는 비결정질, 유리질, 다결정질 또는 단결정질 등 여러 가지 상태일 수 있다. 표 1에는 사용 가능한 여러 파이버가 설명되어 있지만, 다른 유형의 파이버 역시 사용할 수 있다.As shown in FIG. 2, the fibrous extrudable mixture may be formed from a variety of base materials. In general, the selection of suitable materials is based on the chemical, mechanical and environmental conditions in which the final substrate is used. Therefore, the first step in designing a porous substrate is to understand the end application of the substrate. These requirements allow the selection of specific fibers, binders, pore formers, fluids and other materials. It should also be noted that the process applied to the selected material may affect the final substrate product. Since fiber is the material that forms the basic structure in the final substrate product, the choice of fiber material is of paramount importance for the final substrate to function smoothly in the intended area. Therefore, fiber should be selected based on the required bonding requirements and the specific bonding process type. The bonding process can be liquid sintering, solid sintering or glass-forming agent, glass, mud, ceramic, ceramic precursors, or a binder requiring a binder such as a colloidal sol and the like. The binder may be part of the fiber structure, a coating of the fiber, or one component of an additive. In addition, more than one fiber type can be selected. It should also be understood that some fibers are consumed during the curing and bonding process. When choosing a fiber composition, the final operating temperature is considered to be an important factor so that the thermal stability of the fiber can be maintained. In another example, select fibers that are chemically inert or do not react in the presence of the expected gas, liquid or solid state material. Fibers can also be selected at a cost, and some fibers can be harmful to the human body because of their small size and should be avoided. Fibers are chosen depending on whether the mechanical environment can form a rigid structure and maintain the required mechanical integrity. When choosing the appropriate fiber or fiber set, trade-offs should be considered in terms of performance and application. 6A and 6B show the various fiber types that can be used to form the fibrous extrudable mixture. In general, the fiber may be an oxidized or non-oxidized ceramic, glass, organic, inorganic or metallic material. In the case of ceramic materials, the fibers can be in various states such as amorphous, glassy, polycrystalline or monocrystalline. Table 1 describes the different fibers available, but other types of fibers can also be used.

이어서, 선택한 파이버 유형과 또 다른 원하는 특성에 따라, 바인더와 기공 형성제를 선택할 수 있다. 한 예로, 선택한 파이버 사이에 특정 유형의 액상소결 결합을 촉진할 수 있는 바인더를 선택한다. 보다 구체적으로, 바인더는 결합 온도에서 반응하여 교차 파이버의 노드로 액상 결합 흐름을 촉진시키는 성분이 포함된다. 또한, 선택한 파이버를 가소화하고 그린 상태 강도를 유지할 수 있는 능력을 가진 바인더를 선택한다. 한 예로, 사용될 압출 공법 유형과 해당 공법에 필요한 온도에 따라 바인더를 선택할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 바인더는 너무 많이 가열할 경우 젤라틴 모양의 물질을 형성하며, 이 때문에 저온 압출 공법에서만 사용되어야 한다. 또 다른 예로는, 전단 혼합 특성에 대한 영향에 따라 바인더를 선택할 수 있다. 이러한 방식으로, 바인더는 혼합 공정 중 원하는 종횡비로 파이버 절단을 촉진할 수 있다. 또한 바인더는 해당하는 분해 또는 연소 특성에 따라서도 선택이 가능하다. 바인더는 일반적으로 파이버를 제 자리에 유지할 수 있어야 하고, 연소 중 파이버 구조 형성을 저해해서는 안 된다. 예를 들어, 바인더가 너무 빨리 또는 격렬히 연소되면 탈출 가스로 인해 구조 형성이 중단될 수 있다. 또한, 바인더가 연소된 후 남게 되는 잔여물의 양에 따라서 바인더를 선택할 수 있다. 일부 응용 분야의 경우 그러한 잔여물에 매우 민감할 수 있다. The binder and pore former may then be selected, depending on the fiber type selected and other desired properties. As an example, a binder is selected that can promote certain types of liquid sintered bonds between the selected fibers. More specifically, the binder includes a component that reacts at the bonding temperature to promote the liquid bond flow to the node of the cross-fiber. In addition, a binder having the ability to plasticize the selected fiber and maintain the green state strength is selected. As an example, the binder may be selected according to the type of extrusion process to be used and the temperature required for the process. For example, some binders form gelatinous materials when heated too much, and therefore should only be used in low temperature extrusion processes. As another example, the binder may be selected according to the influence on the shear mixing properties. In this way, the binder can promote fiber cutting at the desired aspect ratio during the mixing process. The binder can also be selected depending on the decomposition or combustion characteristics. The binder should generally be able to hold the fibers in place and should not inhibit the formation of the fiber structure during combustion. For example, if the binder burns too quickly or violently, the escape gas may stop the formation of the structure. In addition, the binder may be selected according to the amount of residue remaining after the binder is burned. Some applications may be very sensitive to such residues.

상대적으로 중간 정도의 공극률을 형성하는 데에는 기공 형성제가 필요하지 않을 수 있다. 예를 들어, 바인더 내의 파이버의 자연적인 배열과 패킹이 함께 작용하여 약 40 내지60%의 공극률을 구현할 수 있다. 이러한 방식으로, 중간 정도의 공극률을 가진 기판은 기공 형성제 없이 압출 공법을 통해 생성될 수 있다. 일부 경우, 기공 형성제를 제거하면 기존의 알려진 공정에 비해 보다 저렴한 비용으로 다공성 기판을 제작할 수도 있다. 그러나, 60% 이상의 공극률이 필요한 경우, 경화 처리 후 기판 내에 추가적인 기공을 형성하기 위해서는 기공 형성제가 필요할 수 있다. 또한 분해, 연소 특성이나 크기, 모양에 따라 기공 형성제를 선택할 수 있다. 예를 들어, 특정 유형의 미립자를 포획하거나 특히 높은 투과성이 필요한 경우 등에서 기공 크기가 중요한 요소가 될 수 있다. 또한, 기공의 모양을 조정하여, 예를 들면 파이버를 적절히 정렬할 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 기공 모양이 길이가 긴 경우, 파이버를 보다 정렬된 패턴으로 배열할 수 있는 반면, 불규칙하거나 타원형일 경우 파이버가 무작위 패턴으로 배열될 수 있다.Pore formers may not be required to form relatively moderate porosity. For example, the natural arrangement of the fibers and the packing in the binder can work together to achieve a porosity of about 40-60%. In this way, substrates with moderate porosity can be produced through extrusion processes without pore formers. In some cases, removing the pore former may produce a porous substrate at a lower cost than existing known processes. However, if porosity of 60% or more is required, pore formers may be needed to form additional pores in the substrate after curing. In addition, the pore former may be selected according to decomposition, combustion characteristics, size and shape. For example, pore size can be an important factor in capturing certain types of particulates, especially where high permeability is required. In addition, by adjusting the shape of the pores, for example, the fibers can be properly aligned. For example, if the length of the pore is relatively long, the fibers may be arranged in a more ordered pattern, while if irregular or elliptical, the fibers may be arranged in a random pattern.

파이버는 제조업체에서 절단된 파이버로 공정에 직접 사용할 수 있는 상태로 제공되거나, 일반적으로 사용하기 전에 처리해야 할 수도 있는 대량의 형태(bulk format)로 제공될 수 있다. 두 가지 모두의 경우 파이버를 원하는 최종 종횡비 분포를 갖도록 처리하는 방식을 공정에 고려해야 한다. 일반적으로, 파이버는 다른 첨가제와 혼합하기 전에 먼저 절단되고, 혼합, 전단 및 압출 성형 단계 동안 추가로 절단된다. 그러나, 적당한 압출 압력에서 압출 다이 표면에 압력이 가해졌을 때 압출 혼합물에 체적팽창(dilatency) 흐름을 일으키지 않고도 압출 혼합물을 압출 가능하도록 유동성을 설정함으로써 절단되지 않은 파이버를 압출할 수도 있다. 이 경우 전체 공정의 여러 지점에서 적절한 종횡비 분포를 갖도록 파이버 절단이 이루어질 수 있다. 파이버가 선택되고 알맞은 크기로 절단되면, 바인더 및 기공 형성제와 혼합된다. 이 혼합은 건식 형태로 수행하여 우선 혼합 공정을 시작하거나, 습식 혼합 공정으로 수행될 수 있다. 이 혼합물에 유체(일반적으로 물)가 추가된다. 필요한 수준의 균일한 분포를 얻기 위해, 하나 또는 그 이상의 단계를 통해 혼합물이 전단 혼합된다. 전단 혼합 또는 분산 혼합은 혼합물에서 파이버의 고른 분포와 원하는 종횡비로 파이버를 추가로 절단할 수 있는 탁월한 균일 혼합 공정이다. Fibers are either cut fibers from the manufacturer and can be used directly in the process, or they can be provided in bulk format, which may normally have to be processed before use. In both cases, the process should be considered in the way the fibers are treated to have the desired final aspect ratio distribution. Generally, the fibers are first cut before mixing with other additives and further cut during the mixing, shearing and extrusion steps. However, it is also possible to extrude the uncut fiber by setting the fluidity so that the extrusion mixture can be extruded when pressure is applied to the extrusion die surface at an appropriate extrusion pressure without causing a volumetric flow to the extrusion mixture. In this case fiber cutting can be made to have an appropriate aspect ratio distribution at various points in the overall process. Once the fibers are selected and cut to the appropriate size, they are mixed with binders and pore formers. This mixing may be carried out in dry form to start the mixing process first, or may be carried out in a wet mixing process. To this mixture a fluid (usually water) is added. In order to obtain the required level of uniform distribution, the mixture is shear mixed in one or more steps. Shear mixing or dispersion mixing is an excellent homogeneous mixing process that allows the fibers to be further cut to an even distribution of fibers and the desired aspect ratio in the mixture.

도 6c의 표 2는 사용 가능한 여러 가지 바인더를 보여 준다. 단 하나의 바인더를 사용하거나, 여러 개의 바인더를 함께 사용할 수 있다. 일반적으로 바인더는 유기와 무기질로 분류된다. 유기 바인더는 보통 경화 처리 중 저온에서 연소되는 반면, 무기 바인더는 일반적으로 더 높은 온도에서 최종 구조의 일부를 형성한다. 표 2에 선택 가능한 여러 개의 바인더를 개시하였으나, 또 다른 바인더 역시 사용할 수 있다. 예를 들어, 무기 결합을 촉진하기 위한 무기 바인더를 선택할 수 있으며, 여기에는 콜로이드(colloidal), 알루미노규산염(aluminosilicate), 실리카(silica), 알루미나(alumina), 이산화지르코니움(zirconium dioxide), 이산화티타늄(titanium dioxide)을 비롯하여 규산나트륨(sodium silicate), 붕규산염(borosilicate), 알루미노포스페이트(aluminophosphate), 칼슘 시멘트(calcium cement) 등을 포함한 기타 화합물이 포함될 수 있다. 또한, 테트라에톡시실란(TEOS)과 같은 세라믹 전구체를 무기 바인더로 추가하여, 파이버간의 무기 결합을 촉진할 수도 있다. 도 6d의 표 3은 사용 가능한 기공 형성제 목록을 나타낸다. 일반적으로 기공 형성제는 유기 또는 무기제로 정의될 수 있으며, 유기제는 보통 무기제에 비해 저온에서 연소되는 특성을 갖고 있다. 표 3에는 여러 가지 기공 형성제가 나와 있지만 그 밖에 다른 기공 형성제를 사용할 수도 있다. 도 6d의 표 4에는 사용 가능한 여러 유체가 나와 있다. 물은 가장 경제적이고 널리 사용되는 유체이지만, 일부 분야에서는 다른 유체가 필요할 수도 있다. 표 4에는 사용할 수 있는 여러 유체가 나와 있지만 특정 분야와 공정 요구 사항에 따라 다른 유체를 선택할 수 있다.Table 2 of FIG. 6C shows the various binders available. Only one binder may be used or several binders may be used together. In general, binders are classified into organic and inorganic. Organic binders are usually burned at low temperatures during curing treatment, while inorganic binders generally form part of the final structure at higher temperatures. Although several binders are disclosed in Table 2, other binders may also be used. For example, an inorganic binder may be selected to promote inorganic binding, including colloidal, aluminosilicate, silica, alumina, zirconium dioxide, Titanium dioxide, as well as other compounds including sodium silicate, borosilicate, aluminophosphate, calcium cement, and the like. In addition, a ceramic precursor such as tetraethoxysilane (TEOS) may be added as an inorganic binder to promote inorganic bonding between the fibers. Table 3 in FIG. 6D shows a list of available pore formers. In general, the pore former may be defined as an organic or inorganic agent, and the organic agent has a characteristic of burning at a low temperature than the inorganic agent. Various pore formers are shown in Table 3, but other pore formers may be used. Table 4 of FIG. 6D shows the various fluids available. Water is the most economical and widely used fluid, but other fluids may be needed in some applications. Table 4 lists the different fluids that can be used, but other fluids can be selected depending on the specific application and process requirements.

일반적으로, 혼합물을 조정하여 유리한 압출 공법에 맞는 유동성을 갖도록 할 수 있다. 보통 최적의 유동성은 파이버, 바인더, 분산제, 가소제, 기공 형성제, 및 유체의 적절한 선택과 혼합을 통해 나타난다. 파이버에 적절한 가소성을 제공하기 위해서는 고도의 혼합이 필요하다. 적절한 파이버, 바인더 및 기공 형성제를 선택한 후, 유체의 양을 보통 마지막으로 조절하여 적절한 유동성을 충족시킨다. 적합한 유동성은 두 가지 테스트 중 한 방법으로 결정할 수 있다. 첫 번째 테스트는 주관적인 비공식 테스트로, 혼합물을 취하여 숙련된 압출 기술자의 손가락 사이에 넣어 구슬을 만든다. 기술자는 손가락 사이에서 혼합물이 적절히 미끄러질 때 혼합물이 압출 공정을 위한 적절한 상태가 되었음을 알 수 있다. 보다 객관적인 두 번째 테스트는 혼합물의 물리적 특성을 측정하는 것이다. 일반적으로, 한정된(예, 고압) 환상 레오미터(annular rheometer)를 사용하여 전단력(shear strength) 대 압착력(compaction pressure)을 측정할 수 있다. 측정값을 수집하고, 그래프를 그려 응집력 대 압력 의존성을 비교한다. 다양한 혼합 및 유체 수준에서 혼합물을 측정함으로써, 유동성 지점을 나타내는 유동성 차트를 작성할 수 있다. 예를 들어, 도 6e의 표 5은 섬유성 세라믹 혼합물의 유동성 차트를 보여준다. 세로 축(232)는 응착력을, 가로 축(234)는 압력 의존성을 나타낸다. 압출 가능 영역(236)은 섬유성 재료의 압출이 가능한 영역을 나타낸다. 따라서, 압출 가능 영역(236)에 속하는 측정값을 가진 혼합물은 압출 성형이 성공할 확률이 높음을 의미한다. 물론, 유동성 차트에는 여러 가지 변동이 발생할 수 있으므로 상기 영역(236)의 위치가 어느 정도 변동할 것을 예상해야 한다. 그 밖에도 유동성과 가소성을 측정하기 위한 여러 가지 직/간접 테스트가 존재하므로 혼합물이 원하는 최종 제품 모양으로 압출 성형하는 데 적합한 유동성을 갖고 있는지 여부를 파악하기 위해 수많은 방법이 사용될 수 있다.In general, the mixture may be adjusted to have fluidity suitable for advantageous extrusion techniques. Optimal fluidity is usually achieved through proper selection and mixing of fibers, binders, dispersants, plasticizers, pore formers, and fluids. A high degree of mixing is required to provide adequate plasticity to the fiber. After selecting the appropriate fiber, binder, and pore former, the amount of fluid is usually last adjusted to meet the proper fluidity. Appropriate fluidity can be determined by one of two tests. The first test is a subjective informal test in which a mixture is taken and placed between the fingers of a skilled extrusion technician to make beads. The skilled person will know that the mixture is in a suitable state for the extrusion process when the mixture is properly slipped between the fingers. The second, more objective test is to measure the physical properties of the mixture. In general, shear strength versus compaction pressure can be measured using a defined (eg high pressure) annular rheometer. Collect the measurements and draw a graph to compare the cohesion versus pressure dependencies. By measuring the mixture at various mixing and fluid levels, one can create a flow chart showing the points of flow. For example, Table 5 of FIG. 6E shows a flow chart of the fibrous ceramic mixture. The vertical axis 232 represents adhesion and the horizontal axis 234 represents pressure dependence. Extrudeable region 236 represents an area in which the fibrous material can be extruded. Thus, a mixture with measurements belonging to the extrudable region 236 means that the extrusion is likely to succeed. Of course, various variations may occur in the liquidity chart, so it should be expected that the position of the region 236 will fluctuate to some extent. In addition, there are several direct and indirect tests for measuring fluidity and plasticity, so a number of methods can be used to determine whether the mixture has adequate fluidity to extrude into the desired final product shape.

적합한 유동성에 도달하면 압출기를 통해 혼합물을 압출한다. 압출기는 피스톤 압출기, 단일 스크류 압출기 또는 트윈 스크류 압출기를 사용할 수 있다. 압출 공정은 대부분 고도로 자동화하거나 작업자의 개입이 필요할 수도 있다. 혼합물은 기판 블록에 대해 원하는 단면적 모양을 가진 다이를 통해 압출된다. 다이는 그린 기판을 형성할 수 있는 것으로 선택되었다. 이를 통해 모양과 파이버 배열을 유지하면서 경화 공정을 통해 처리할 수 있는 안정된 그린 기판이 만들어진다.Once the proper fluidity is reached, the mixture is extruded through an extruder. The extruder can use a piston extruder, a single screw extruder or a twin screw extruder. Most extrusion processes may be highly automated or require operator intervention. The mixture is extruded through a die having the desired cross sectional shape for the substrate block. The die was chosen to be able to form a green substrate. This results in a stable green substrate that can be processed through a curing process while maintaining its shape and fiber arrangement.

이어서, 그린 기판은 건조 및 경화 처리된다. 건조는 실내 조건, 통제된 온도 및 습도 조건(예: 제어식 오븐), 마이크로웨이브 오븐, RF 오븐, 대류식 오븐 등에서 이루어진다. 일반적으로 경화 공정에서는 그린 기판을 건조시키기 위해 자유수를 제거해야 한다. 기판에 균열 또는 다른 구조상의 결함이 발생하지 않도록 통제된 방식으로 그린 기판을 건조하는 것이 중요하다. 그런 다음 온도를 높여, 바인더, 및 기공 형성제와 같은 첨가제를 연소시킬 수 있다. 온도를 조절하여 통제된 방식으로 첨가제가 연소될 수 있도록 한다. 첨가제를 연소시키려면 여러 시간 주기와 여러 가열 단계에 걸쳐 온도 순환이 필요할 수도 있다. 첨가제가 연소되면, 기판을 필요한 온도로 가열하여 파이버 교차 지점 또는 노드에서 구조적 결합을 형성한다. 필요한 온도는 필요한 결합 유형 및 파이버 화학 성질에 따라 선택된다. 예를 들어, 액체 보조 소결 결합의 경우 일반적으로 고상소결 결합에 비해 낮은 온도에서 형성된다. 또한 생성할 특정 결합 유형에 따라 결합 온도의 적용 시간을 조절할 수 있다. 전체 열 주기를 동일한 고온로(furnace)에서 수행하거나 다른 고온로에서 수행할 수 있으며, 배치(batch) 또는 연속 공정, 대기 중 또는 통제된 환경 조건에서 수행할 수도 있다. 파이버 결합이 형성된 후 기판을 실내 온도로 서서히 냉각한다. 경화 공정은 하나의 오븐이나 여러 오븐/고온로에서 수행할 수 있으며 터널가마(tunnel kiln)와 같은 생산 오븐/고온로에서 자동화할 수도 있다.The green substrate is then dried and cured. Drying takes place in room conditions, controlled temperature and humidity conditions (eg controlled ovens), microwave ovens, RF ovens, convection ovens, etc. In general, the hardening process requires the removal of free water to dry the green substrate. It is important to dry the green substrate in a controlled manner to prevent cracking or other structural defects in the substrate. The temperature can then be raised to burn the binder and additives such as pore formers. The temperature is adjusted to allow the additive to burn in a controlled manner. Burning the additive may require temperature cycling over several time periods and several heating stages. Once the additive is burned, the substrate is heated to the required temperature to form structural bonds at the fiber crossover points or nodes. The required temperature is selected depending on the type of bond required and the fiber chemistry. For example, liquid assisted sintered bonds are generally formed at lower temperatures compared to solid-state sintered bonds. The application time of the bonding temperature can also be adjusted depending on the specific bonding type to be produced. The entire heat cycle can be carried out in the same furnace or in other furnaces, or in batch or continuous processes, in the atmosphere or in controlled environmental conditions. After the fiber bond is formed, the substrate is slowly cooled to room temperature. The curing process can be carried out in one oven or in several ovens / hot furnaces and can also be automated in production ovens / hot furnaces such as tunnel kilns.

도 7은 다공성 기판의 압출 성형을 위한 시스템을 도시한다. 시스템(250)은 다공성 기판 생성에 사용할 수 있는 매우 융통성이 있는 공정을 나타낸다. 기판을 설계하기 위한 기판 요구 사항은 블록에서 나온 대로 정의된다(252). 예를 들어, 일반적으로 기판의 최종 용도에 따라 기판 요구 사항이 결정되며, 여기에는 크기 제약, 온도 제약, 강도 제약, 화학 반응 제약 등이 포함될 수 있다. 또한 비용과 기판의 대량 제조 가능성 및 비용에 따라 특정 선택 항목이 결정될 수 있다. 예를 들어, 생산 속도가 높을 경우 상대적으로 압출 다이에서 높은 온도가 생성될 수 있으므로, 경화 또는 젤화 없이 상승한 온도에서 가공할 수 있는 바인더를 선택해야 한다. 고온 바인더를 사용한 압출 성형의 경우, 다이와 배럴(barrel)을 60 내지 180℃에 이르는 고온에서 유지해야 할 필요가 있을 수 있다. 그러한 경우 바인더가 용융되므로 따라서 추가적인 유체의 양이 감소되거나 전혀 사용할 필요가 없을 수도 있다. 또 다른 예로는, 미립자 물질을 수집하는 필터를 설계할 수 있다. 이 경우 상승한 온도에서도 미립자 물질과 무반응 상태로 유지되는 파이버를 선택해야 한다. 여러 가지 가능한 혼합물과 공정을 사용하여 광범위한 응용 분야에 적용할 수 있다. 숙련된 기술자는 파이버, 바인더, 기공 형성제, 유체 및 공정 단계 선택에 수반되는 상충 관계를 파악할 수 있어야 한다. 실제로, 시스템(250)의 중요한 이점 중 하나는 혼합물 선택과 공정 조정에 있어 융통성이라 할 수 있다.7 shows a system for extrusion of a porous substrate. System 250 represents a very flexible process that can be used to create porous substrates. Substrate requirements for designing the substrate are defined (252) as derived from the block. For example, substrate requirements are typically determined by the end use of the substrate, which may include size constraints, temperature constraints, strength constraints, chemical reaction constraints, and the like. In addition, specific choices can be determined by cost and the feasibility and cost of mass production of the substrate. For example, high production rates can produce relatively high temperatures in the extrusion die, so a binder that can be processed at elevated temperatures without curing or gelling should be selected. In the case of extrusion using a high temperature binder, it may be necessary to maintain the die and barrel at high temperatures ranging from 60 to 180 ° C. In such a case the binder melts and therefore the amount of additional fluid may be reduced or not needed at all. As another example, a filter may be designed to collect particulate matter. In this case, a fiber must be selected that remains unreacted with particulate matter even at elevated temperatures. Many possible mixtures and processes can be used for a wide range of applications. The skilled person should be able to identify the trade-offs involved in the selection of fibers, binders, pore formers, fluids and process steps. Indeed, one of the important advantages of system 250 is its flexibility in mixture selection and process adjustment.

기판 요구 사항이 정의되면 도 6a 및 도 6b의 표 1에서 파이버를 선택한다(253). 파이버는 단일 유형이거나 두 가지 이상의 조합이 될 수 있다. 또한 경화 공정 중 일부 파이버가 소모될 수도 있다는 점을 확인할 수 있을 것이다. 파이버상의 코팅제와 같은 첨가제를 파이버에 추가하여, 혼합물에 다른 재료를 주입할 수 있다. 예를 들어, 파이버의 분리와 배열을 촉진하기 위해 분산제를 적용하거나 파이버에 결합조제를 코팅할 수도 있다. 결합조제를 사용하는 경우 파이버가 경화 온도에 도달하면 결합조제가 액상 결합 형성과 흐름을 지원한다.Once the substrate requirements are defined, a fiber is selected from Table 1 of FIGS. 6A and 6B (253). Fiber can be a single type or a combination of two or more. It will also be seen that some fibers may be consumed during the curing process. Additives, such as coatings on fibers, can be added to the fibers to inject other materials into the mixture. For example, a dispersant may be applied or a binding aid may be coated on the fiber to facilitate separation and arrangement of the fiber. In the case of binder aids, when the fiber reaches the curing temperature, the binder aids in the formation and flow of liquid bonds.

80% 를 초과하는 공극률을 얻기 위한 일반적인 조성Typical composition for obtaining porosity in excess of 80%

밀도 (g/cc)Density (g / cc) 질량 (g)Mass (g) 부피 (cc)Volume (cc) 부피 (%)volume (%) 파이버Fiber 멀라이트Mullite 3.503.50 300.0300.0 85.7485.74 11.2111.21 무기 바인더Inorganic binder 벤토나이트 콜로이드 실리카Bentonite Colloidal Silica 2.89 4.402.89 4.40 30.0 120.030.0 120.0 10.38 27.310.38 27.3 1.36 3.571.36 3.57 유기 바인더Organic binder HPMC(하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스)HPMC (hydroxypropyl methyl cellulose) 1.301.30 96.096.0 73.8673.86 9.669.66 기공 형성제Pore former 탄소(그래파이트)Carbon (graphite) 2.202.20 390.0390.0 177.30177.30 23.1923.19 유체Fluid water 1.001.00 390.0390.0 390.00390.00 51.0151.01 총합total 1326.01326.0 764.58764.58 100.0100.0

이어서,도 6c의 표 2에서 바인더를 선택한다(255). 그린 상태 강도를 높이고 연소를 조절할 수 있는 바인더를 선택한다. 또한, 혼합물에 충분한 가소성을 생성할 수 있는 바인더를 선택한다. 필요할 경우, 도 6d의 표 3에서 기공 형성제를 선택한다(256). 일부 경우 파이버와 바인더를 사용하는 것만으로 충분한 공극률을 얻을 수 있다. 공극률은 파이버 본래의 패킹 특성뿐만 아니라 바인더와, 용제와 해제 및 경화 단계 동안 방출되는 기타 휘발성 성분이 차지한 공간에 의해 구현된다. 더 높은 공극률을 구현하기 위해 기공 형성제를 추가할 수 있다. 기공 형성제는 통제된 연소 능력에 따라 선택되며, 혼합물의 가소화를 지원하는 데 사용될 수 있다. 도 6d의 표 4에서 유체(보통 물)를 선택한다(257). 도 6c의 표 2에서 무기 바인더를 선택한다(259). 파이버의 분리와 배열을 촉진하기 위해 분산제를, 혼합물의 흐름 능력을 개선하기 위한 가소제나 압출 조제와 같은 기타 액상 재료를 추가할 수도 있다. 이러한 분산제는 파이버의 표면 전하량을 조절하는 데 사용될 수도 있다. 이러한 방식으로 개별 파이버가 서로 반발하도록 전하를 조절할 수 있다. 이렇게 하면 파이버의 균일 및 임의 분포가 더욱 촉진된다. 80%를 초과하는 공극률을 가진 기판을 제작하기 위한 혼합물의 일반적인 조성은 아래에 나와 있다. 목표 공극률, 특정 응용 분야, 공정 고려 사항에 따라 혼합물을 조정할 수 있다.Next, a binder is selected from Table 2 of FIG. 6C (255). Choose a binder that can increase green strength and control combustion. In addition, a binder is selected that can produce sufficient plasticity in the mixture. If necessary, the pore former is selected from Table 3 in FIG. 6D (256). In some cases, sufficient porosity can be achieved by simply using fibers and binders. Porosity is achieved not only by the fiber's original packing properties, but also by the space occupied by the binder and other volatile components released during the releasing and curing steps. Pore formers may be added to achieve higher porosity. Pore formers are selected according to the controlled combustion capacity and can be used to support plasticization of the mixture. A fluid (usually water) is selected from Table 4 in FIG. 6D (257). Inorganic binder is selected in Table 2 of FIG. 6C (259). Dispersants may be added to facilitate fiber separation and alignment, and other liquid materials such as plasticizers or extrusion aids to improve the flow capacity of the mixture. Such dispersants may be used to control the amount of surface charge of the fiber. In this way, the charge can be adjusted so that the individual fibers repel each other. This further promotes uniform and arbitrary distribution of the fibers. The general composition of the mixture for producing substrates with porosities in excess of 80% is shown below. The mixture can be adjusted according to the target porosity, the specific application and the process considerations.

선택한 파이버(252)는 적절한 종횡비를 가지도록 처리되어야 한다(254). 선호되는 종횡비는 약 3 내지 약500으로, 하나 또는 그 이상의 분포 모드를 가질 수도 있다. 다른 범위의 종횡비는 예를 들면 약 1000으로 선택할 수도 있다. 한 예로, 종횡비 분포가 원하는 범위 전체에서 임의로 분포되고, 다른 예에서는 불연속 모드 값을 가진 종횡비가 선택될 수 있다. 종횡비는 파이버의 패킹 특성을 정의하는 데 있어 중요한 요소로 밝혀졌다. 따라서, 특정 강도와 공극률 요구 사항을 구현할 수 있도록 종횡비와 종횡비 분포를 선택해야 한다. 또한 파이버를 선호하는 종횡비 분포로 가공하는 것은 공정중 여러 지점에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 타사에서 파이버를 절단하여 원하는 종횡비 분포를 가진 파이버를 전달할 수 있다. 또 다른 예로는, 파이버가 대량으로 공급되어 압출 공정의 사전 준비 단계에서 적절한 종횡비로 가공될 수 있다. 공정(250)의 혼합, 전단 혼합 또는 분산 혼합, 압출 공법 역시 파이버의 절단 및 쵸핑에 영향을 미칠 수 있다. 이 때문에 원래 혼합물에 유입된 파이버의 종횡비는, 경화 처리된 최종 기판의 종횡비와 다르게 나타난다. 따라서 공정에 도입된 적합한 종횡비 분포를 선택할 때는(254), 혼합, 전단 혼합 및 압출 공법의 쵸핑 및 절단 효과를 반드시 고려해야 한다.The selected fiber 252 must be processed to have an appropriate aspect ratio (254). Preferred aspect ratios are from about 3 to about 500, and may have one or more distribution modes. Other range aspect ratios may be selected, for example, about 1000. As an example, the aspect ratio distribution is randomly distributed over the desired range, and in other examples an aspect ratio with discrete mode values may be selected. The aspect ratio has been found to be an important factor in defining the packing characteristics of the fiber. Therefore, the aspect ratio and aspect ratio distribution should be chosen to achieve specific strength and porosity requirements. In addition, processing the fibers to a preferred aspect ratio distribution can be performed at various points in the process. For example, a third party can cut the fiber and deliver the fiber with the desired aspect ratio distribution. In another example, fibers can be supplied in large quantities and processed to an appropriate aspect ratio in the preliminary stages of the extrusion process. Mixing, shear mixing or dispersion mixing, and extrusion of process 250 may also affect the cutting and chopping of the fibers. For this reason, the aspect ratio of the fibers originally introduced into the mixture appears different from that of the final substrate cured. Therefore, when selecting the appropriate aspect ratio distribution introduced into the process (254), the chopping and cutting effects of the mixing, shear mixing, and extrusion processes must be considered.

적절한 종횡비 분포로 처리된 파이버의 경우 파이버, 바인더, 기공 형성제 및 유체를 혼합하여 균등질로 만든다(262). 이 혼합 공정에는 건식 혼합, 습식 혼합 및 전단 혼합이 포함될 수 있다. 물질 내에서 파이버의 균일한 분포를 위해서는 전단 또는 분산 혼합을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 분포는 혼합물에서 세라믹 물질의 농도가 상대적으로 낮기 때문에 특히 중요하다. 균질 혼합물이 혼합될 때, 혼합물의 유동성을 조정할 수 있다(264). 혼합물이 혼합될 때 유동성은 계속해서 변하게 된다. 유동성은 주관적인 방식으로 테스트하거나 도 6e의 표 5와 같이 권장되는 영역을 준수할 수 있도록 측정할 수 있다. 이 영역에 속하는 혼합물은 적절하게 압출 성형될 가능성이 높다. 그런 다음 혼합물이 그린 기판으로 압출된다(268). 스크류 압출기의 경우 별도의 혼합기가 아닌 압출기 내부 자체에서 혼합이 일어날 수 있다. 그러한 경우 혼합물의 전단 이력이 신중하게 관리 및 통제되어야 한다. 그린 기판은 충분한 그린 강도를 가지고, 경화 처리 중 모양과 파이버의 배열을 그대로 유지할 수 있다. 이어서, 그린 기판이 경화 처리된다(270). 경화 공정에는 잔여수 제거, 대부분 첨가제의 통제된 연소 및 무기 결합 형성 등이 포함된다. 연소 과정 중, 파이버가 연결되고 서로 교차된 상태를 유지하며, 경화 처리를 진행함으로써, 교차 지점 또는 노드에 결합이 형성된다. 결합은 액상소결 또는 고상소결 과정을 통해 이루어질 수 있다. 또한 일부 결합은 바인더, 기공 형성제, 파이버의 코팅제로서 또는 파이버 자체 내에서 제공된 첨가제와의 반응에 의하여 형성될 수 있다. 결합이 형성된 후 기판을 실내 온도까지 서서히 냉각시킨다.For fibers treated with an appropriate aspect ratio distribution, the fibers, binders, pore formers and fluids are mixed and homogenized (262). This mixing process may include dry mixing, wet mixing, and shear mixing. It is preferable to use shear or dispersion mixing for uniform distribution of the fibers in the material. This distribution is particularly important because the concentration of ceramic material in the mixture is relatively low. When the homogeneous mixture is mixed, the fluidity of the mixture can be adjusted (264). When the mixture is mixed the fluidity continues to change. The fluidity can be tested in a subjective manner or measured to comply with the recommended areas as shown in Table 5 of FIG. 6E. Mixtures belonging to this region are likely to be appropriately extruded. The mixture is then extruded 268 to the green substrate. In the case of a screw extruder, mixing may take place in the extruder itself rather than in a separate mixer. In such cases, the shear history of the mixture should be carefully managed and controlled. The green substrate has sufficient green strength and can maintain the shape and arrangement of the fibers as they are during the curing process. Next, the green substrate is cured 270. Curing processes include removal of residual water, controlled combustion of most additives and the formation of inorganic bonds. During the combustion process, the fibers are connected and remain crossed with each other, and a hardening process is performed, whereby bonds are formed at intersections or nodes. Bonding can be achieved through liquid phase sintering or solid state sintering. Some bonds may also be formed as a binder, pore former, coating of the fiber or by reaction with additives provided within the fiber itself. After the bond is formed, the substrate is slowly cooled to room temperature.

도 8은 다공성 기판을 경화하는 방법을 도시하고 있다. 상기 방법(275)에는 섬유성 세라믹 내용물이 포함된 그린 기판을 포함한다. 먼저 경화 처리를 통해 기판에 남아 있는 수분을 서서히 제거한다(277). 일반적으로 수분 제거는 오븐에서 상대적으로 저온에서 수행할 수 있다. 잔여수가 제거된 후, 유기 첨가제를 연소시킨다(279). 이러한 첨가제를 통제된 방식으로 연소하여, 파이버의 적절한 배열을 촉진하고 탈출 가스 및 잔여물이 파이버 구조를 손상시키지 않도록 한다. 첨가제가 연소됨에 따라, 파이버는 중첩된 배열을 유지하고, 교차 지점이나 노드에 더 가까이 접촉할 수 있다(281). 바인더를 사용하여 파이버가 이러한 중첩된 배열에 배치되며, 기공 형성제를 사용하면 특정 패턴이 형성될 수 있다. 일부 경우 무기 첨가제가 사용될 수 있으며, 이러한 첨가제는 파이버와 결합하거나, 결합 형성 과정 중 소모되거나, 최종 기판 구조의 일부로 유지될 수도 있다. 경화 처리를 지속하여, 무기 결합을 형성한다(285). 사용된 파이버 유형, 사용된 결합조제나 결합제 및 원하는 결합 유형에 따라 결합을 형성하는 데 특정 시간과 온도가 필요하다. 한 예로, 파이버 사이에 액상소결 결합이 생성될 수 있다(286). 이러한 결합은 시스템에 존재하는 유리-형성제, 유리, 세라믹 전구체 또는 무기 유체의 도움을 받는다. 다른 예로, 소결조제나 소결제를 사용하여 액상소결 결합이 생성될 수 있다(288). 소결조제는 파이버의 코팅제, 첨가제로 제공되거나 바인더, 기공 형성제 또는 파이버 자체의 화학 성질로부터 제공될 수도 있다. 또한, 고상소결을 통해 파이버 사이에 무기 결합이 형성될 수 있다(291). 이 경우 교차하는 파이버에서 입자가 커지고 물질 이동이 나타나며, 이로써 노드에 화학적 결합이 형성되고 전체적으로 견고한 구조가 구현된다. 액상소결의 경우, 결합제 물질이 파이버가 교차하는 노드에 축적되어 견고한 구조를 형성한다. 경화 공정은 하나 또는 그 이상의 오븐에서 수행될 수 있으며 산업용 터널 또는 가마형 고온로에서 자동화될 수 있다. 8 illustrates a method of curing a porous substrate. The method 275 includes a green substrate with fibrous ceramic contents. First, the moisture remaining on the substrate is gradually removed through the curing process (277). In general, moisture removal can be performed at a relatively low temperature in the oven. After the residual water is removed, the organic additive is burned (279). These additives are burned in a controlled manner to promote proper alignment of the fibers and to ensure that the escape gases and residues do not damage the fiber structure. As the additive burns, the fiber maintains an overlapping arrangement and may be closer to the intersection or node (281). The binder is used to place the fibers in this overlapping arrangement, and the use of pore formers can form specific patterns. In some cases inorganic additives may be used, which may be combined with the fiber, consumed during the bond formation process, or may remain as part of the final substrate structure. The curing treatment is continued to form an inorganic bond (285). Depending on the fiber type used, the binder or binder used and the type of bond desired, certain times and temperatures are required to form the bond. As an example, a liquid phase sintered bond may be created between the fibers (286). Such bonding is aided by glass-forming agents, glass, ceramic precursors or inorganic fluids present in the system. As another example, the liquid phase sintering bond may be generated using the sintering aid or the sintering agent (288). The sintering aid may be provided as a coating, additive, or from the chemistry of the binder, pore former or the fiber itself. In addition, an inorganic bond may be formed between the fibers through solid state sintering (291). This results in larger particles and mass transfer in the intersecting fibers, resulting in chemical bonds at the nodes and an overall robust structure. In the case of liquid phase sintering, the binder material accumulates at the nodes where the fibers cross, forming a rigid structure. The curing process can be performed in one or more ovens and can be automated in industrial tunnels or kiln type furnaces.

도 9에 다공성 기판을 생성하는 방법(350)이 설명되어 있다. 이 경우, 블록 353에서 낮은 열팽창 계수, 양호한 강도 및 서로 맞물린 입자 구조로부터 발생하는 열 충격에 대한 높은 저항 및 열 스트레스 분산과 같은 초고온 특성이 있는 멀라이트 파이버가 선택되었다. 멀라이트는 또한 상대적으로 낮은 열 전도성과 높은 마모 저항성을 갖고 있다. 이러한 특성은 온도가 상승해도 크게 영향을 받지 않기 때문에, 고온에서도 다공성 기판을 사용할 수 있다. 멀라이트는 SiO2-Al2O3 시스템에서 유일하게 화학적으로 안정적인 중간 단계에 지정된 광물학적 명칭이다. 천연 광물은 극히 드물며 스코틀랜드 서부 해안의 뮬섬에서 발견되고 있다. 흔히 멀라이트는 3Al2O3·SiO2로 표기된다(즉, 60 mol% Al2O3 및 40 mol% SiO2). 그러나 실제로 멀라이트는 섭씨 1600도 미만에서 약 60 내지 63 mol% 사이의 알루미나에 대한 평형 조성 제한을 가진 고용체이기 때문에, 잘못된 결과를 가져올 수 있다. 파이버는 적절한 종횡비 분포를 위해 선택적으로 처리된다(354). 선호되는 종횡비는 약 3 내지 500의 범위를 가지며, 하나 또는 그 이상의 분포 모드를 가질 수도 있다. 다른 범위의 종횡비를, 예를 들어 약 1000으로 선택할 수도 있다. 예를 들자면, 종횡비 분포가 원하는 범위 전체에서 임의로 분포되고, 다른 예에서는 불연속 모드 값을 가지는 종횡비가 선택될 수 있다. 종횡비는 파이버의 패킹 특성을 정의하는 데 있어 중요한 요소로 밝혀졌다. 따라서, 특정 강도와 공극률 요구 사항을 구현하기 위해서는 종횡비와 종횡비 분포를 선택해야 한다. 또한 파이버 공급업체에서 또는 혼합 전 사전 공정 단계로서 공정의 여러 지점에서 멀라이트 파이버를 원하는 종횡비 분포를 갖도록 처리할 수 있다. 공정(350) 동안의 혼합, 전단 혼합 또는 분산 혼합, 그리고 이후의 압출 공정 역시 파이버의 절단 및 쵸핑에 영향을 미칠 수 있다. 이 때문에, 혼합물에 유입된 파이버의 종횡비는 경화 처리된 최종 기판의 종횡비와 다르게 나타난다. 뿐만 아니라, 선택적 단계(358)을 수행하여, 파이버의 분리와 배열을 촉진하기 위한 분산제나, 혼합물의 흐름 특성을 개선하기 위한 가소제 및 압출 조제와 같이 다른 재료를 추가하여 표면 개질을 위한 멀라이트 파이버 처리를 할 수 있다. 이러한 분산제는 파이버의 표면 전하량을 조절하는 데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로 개별 파이버가 서로 반발할 수 있도록 전하를 조절할 수 있다. 이렇게 하면 파이버의 균일 및 임의 분포가 더욱 촉진된다. 9 illustrates a method 350 of creating a porous substrate. In this case, in block 353, a mullite fiber with ultra-high temperature characteristics such as low coefficient of thermal expansion, good strength and high resistance to thermal shock resulting from interlocking grain structures and thermal stress distribution was selected. Mullite also has a relatively low thermal conductivity and high abrasion resistance. Since such characteristics are not significantly affected even when the temperature rises, a porous substrate can be used even at a high temperature. Mullite is the mineralogy name assigned to the only chemically stable intermediate stage in a SiO 2 -Al 2 O 3 system. Natural minerals are extremely rare and are found on Mule Island on the west coast of Scotland. Often mullite 3Al 2 O 3 · SiO 2 is denoted by (i.e., 60 mol% Al 2 O 3 and 40 mol% SiO 2). In practice, however, mullite is misleading because it is a solid solution with an equilibrium composition limit for alumina between about 60 and 63 mol% at less than 1600 degrees Celsius. Fibers are optionally processed 354 for proper aspect ratio distribution. Preferred aspect ratios range from about 3 to 500 and may have one or more distribution modes. Other ranges of aspect ratios may be selected, for example, about 1000. For example, an aspect ratio distribution may be arbitrarily distributed over a desired range, and in another example, an aspect ratio having a discontinuous mode value may be selected. The aspect ratio has been found to be an important factor in defining the packing characteristics of the fiber. Therefore, the aspect ratio and aspect ratio distribution should be chosen to achieve specific strength and porosity requirements. Mullite fibers can also be processed to have the desired aspect ratio distribution at different points in the process, either at the fiber supplier or as a preprocessing step before mixing. Mixing, shear mixing or dispersion mixing, and subsequent extrusion processes during process 350 may also affect the cutting and chopping of the fibers. For this reason, the aspect ratio of the fibers introduced into the mixture appears different from that of the final substrate cured. In addition, optional step 358 is performed to add mullite fibers for surface modification by adding other materials, such as dispersants to promote separation and alignment of the fibers, or plasticizers and extrusion aids to improve the flow characteristics of the mixture. You can do it. Such dispersants can be used to control the amount of surface charge of the fiber. In this way, the charge can be controlled so that the individual fibers can repel each other. This further promotes uniform and arbitrary distribution of the fibers.

도 9에서는 혼합물에 충분한 가소성을 생성하기 위해, 바인더로 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스(HPMC)를 사용할 것이 권장되어 있다(355). 그래파이트는 기공 형성제로 사용되어(356), 혼합 및 압출 공정 중 공극을 차지하여 공극률을 증가시키는 동시에 후속 경화 처리 중 산소존재 하에 분해될 수 있다. 콜로이드 실리카는 무기 바인더로 권장된다(359). 실제 구현에서는 약 25% 멀라이트 파이버, 10% HPMC 바인더, 30% 그래파이트 기공 형성제, 5% 콜라이드 실리카 무기 바인더, 및 30% 물 중량의 비율을 사용하여 70%의 목표 공극률을 달성할 수 있다. 실제 구현에 사용된 혼합물 구성 비율은 도 9와 같이 55 내지 85% 공극률을 얻는 데 필요한 비율에 따라 비례적으로 조절할 수 있다.In Figure 9 it is recommended to use hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC) as a binder (355) to create sufficient plasticity in the mixture. Graphite may be used as a pore former (356) to occupy the pores during the mixing and extrusion process to increase the porosity while decomposing in the presence of oxygen during subsequent curing treatment. Colloidal silica is recommended as an inorganic binder (359). In a practical implementation, a target porosity of 70% can be achieved using a ratio of about 25% mullite fiber, 10% HPMC binder, 30% graphite pore former, 5% collide silica inorganic binder, and 30% water weight. . The mixture composition ratio used in the actual implementation can be proportionally adjusted according to the ratio required to obtain 55 to 85% porosity as shown in FIG.

파이버, 바인더, 기공 형성제, 무기 바인더 및 유체를 혼합하여 균등질로 만든다(362). 혼합 단계에는 건식 혼합, 습식 혼합 및 전단 혼합이 포함될 수 있다. 물질 내에서 파이버의 균일한 분포를 위해서는 전단 또는 분산 혼합을 사용하는 것이 바람직하다. 세라믹 물질, 특히 혼합물의 멀라이트 재료의 상대적으로 낮은 농도로 인해 이러한 분포는 특히 중요하다. 균질 혼합물이 혼합될 때, 혼합물의 유동성을 조정할 수 있다(364). 혼합물이 혼합될 때 유동성은 계속해서 변하게 된다. 유동성은 주관적인 방식으로 테스트하거나 도 6e의 표 5와 같이 권장되는 영역을 준수할 수 있도록 측정할 수 있다. 이 영역에 속하는 혼합물은 적절히 압출 성형될 가능성이 높다. 그런 다음 혼합물을 그린 기판으로 압출한다(368). 스크류 압출기의 경우, 별도의 혼합기가 아닌 압출기 내부 자체에서 혼합이 일어날 수 있다. 그러한 경우 혼합물의 전단 이력이 신중하게 관리 및 통제되어야 한다. 그린 기판은 경화 처리 중 모양과 파이버의 배열을 그대로 유지할 수 있는 충분한 그린 강도를 갖고 있다. 그런 다음 그린 기판을 경화 처리한다(370).Fibers, binders, pore formers, inorganic binders and fluids are mixed and homogenized (362). Mixing steps may include dry mixing, wet mixing, and shear mixing. It is preferable to use shear or dispersion mixing for uniform distribution of the fibers in the material. This distribution is particularly important because of the relatively low concentration of ceramic material, in particular the mullite material of the mixture. When the homogeneous mixture is mixed, the fluidity of the mixture can be adjusted (364). When the mixture is mixed the fluidity continues to change. The fluidity can be tested in a subjective manner or measured to comply with the recommended areas as shown in Table 5 of FIG. 6E. The mixture belonging to this region is likely to be appropriately extruded. The mixture is then extruded onto the green substrate (368). In the case of a screw extruder, the mixing may take place in the extruder itself rather than in a separate mixer. In such cases, the shear history of the mixture should be carefully managed and controlled. The green substrate has sufficient green strength to keep the shape and the arrangement of the fibers intact during the curing process. Then, the green substrate is cured (370).

경화 단계에서는 그린 기판에서 유체가 제거되고 바인더 및 기공 형성제와 같은 유기 재료의 통제된 연소가 이루어진다(370). 경화 처리가 계속되면, 증가된 온도에서 중첩하는 파이버를 연결하는 무기 결합이 형성된다. 실제 구현에서 경화 단계(370) 중에 형성된 무기 결합에는 알루미노규산염 결합, 유리 결합, 비결정질 결합, 결정질 결합, 세라믹 결합 및/또는 기계적 결합이 포함될 수 있다. The curing step removes fluid from the green substrate and results in controlled combustion of organic materials such as binders and pore formers (370). If the curing treatment continues, an inorganic bond is formed that connects the overlapping fibers at increased temperature. In practice, the inorganic bonds formed during the curing step 370 may include aluminosilicate bonds, glass bonds, amorphous bonds, crystalline bonds, ceramic bonds, and / or mechanical bonds.

도 10은 다공성 기판을 생성하는 대체 방법(400)을 도시하고 있다. 이 구현의 경우, 세라믹 또는 금속 파이버가 선택되었으며(403), 앞서 도 9에 도시된 바와 같이, 종횡비 분포에 맞게 선택적으로 처리된다(404). 마찬가지로, 파이버의 전하량을 변경하는 분산제 및/또는 재료를 적용함으로써 표면 개질을 위해 파이버를 선택적으로 처리할 수 있다. 압출 성형 중 충분한 가소성을 제공하고 그린 기판의 강도를 비롯하여 경화 단계 중 통제된 연소 능력을 촉진하기 위해, 도 6c의 표 2에서 바인더를 선택한다(405). 이 구현에서는 파이버와 바인더(무기 바인더 포함)만으로 충분한 공극률을 확보할 수 있기 때문에, 다공성 기판의 공극률을 개선하기 위해 기공 형성제가 필요하지 않다. 무기 바인더로 퓸드(fumed) 실리카가 선택되었으며(409), 도 6d의 표 4에서 유체(보통 물)를 선택할 수 있다(407). 목표 공극률, 특정 응용 분야 및 공정 고려 사항에 따라 혼합물을 조정할 수 있는 것으로 파악된다.10 illustrates an alternative method 400 for creating a porous substrate. For this implementation, a ceramic or metal fiber has been selected (403) and optionally processed (404) for the aspect ratio distribution, as shown earlier in FIG. Likewise, the fibers can be selectively treated for surface modification by applying dispersants and / or materials that change the amount of charge of the fibers. In order to provide sufficient plasticity during the extrusion and to promote controlled combustion capability during the curing step, including the strength of the green substrate, the binder is selected (405) in Table 2 of FIG. 6C. In this embodiment, only a fiber and a binder (including an inorganic binder) can secure sufficient porosity, so that a pore former is not required to improve the porosity of the porous substrate. Fumed silica was chosen as the inorganic binder (409) and a fluid (usually water) can be selected from Table 4 of FIG. 6D (407). It is found that the mixture can be adjusted according to the target porosity, specific application and process considerations.

파이버, 바인더, 무기 바인더 및 유체의 혼합이 수행되고(412), 유동성이 조정된다(414). 압출 공법을 통해 혼합물이 그린 기판으로 압출된다(418, 예: 다공성 기판에 주입구를 제공하는 최소 하나 이상의 채널로 구성된 허니콤 기판). 이후, 경화 단계가 계속해서 수행된다(420). 이 구현에서 경화 처리를 통해 건조 공정 중 그린 기판에서 유체가 제거된다. 기공 형성제가 사용되지 않았기 때문에, 경화 처리 중 실질적으로 유기 바인더인 유기 재료가 연소된다. 다음 경화 단계에서는 중첩하는 파이버를 연결하는 무기 결합이 형성된다. 무기 결합은 파이버간 노드에서 형성된다. 예를 들어, 유리 결합은 인접한 파이버 노드로 흐르는 퓸드 실리카 무기 바인더로부터 형성된다. 알루미노규산염 결합, 비결정질 결합, 결정질 결합, 세라믹 결합 및 기계적 결합과 같은 기타 무기 결합은 이와 유사하게 형성된다.Mixing of the fiber, binder, inorganic binder, and fluid is performed (412), and the fluidity is adjusted (414). The extrusion method extrudes the mixture into the green substrate (418, eg, a honeycomb substrate consisting of at least one channel providing an inlet to the porous substrate). Thereafter, the curing step is continued (420). In this embodiment, the hardening treatment removes fluid from the green substrate during the drying process. Since no pore former is used, the organic material which is substantially an organic binder is burned out during the curing treatment. In the next curing step, inorganic bonds are formed that connect the overlapping fibers. Inorganic bonds are formed at interfiber nodes. For example, glass bonds are formed from fumed silica inorganic binders that flow to adjacent fiber nodes. Other inorganic bonds such as aluminosilicate bonds, amorphous bonds, crystalline bonds, ceramic bonds and mechanical bonds are similarly formed.

도 11은 다공성 기판을 생성하는 대체 방법(450)을 도시하고 있다. 이 구현의 경우 세라믹 또는 금속 파이버가 선택되었으며(453), 도 9에 도시된 바와 같이, 파이버는 종횡비 분포에 맞게 선택적으로 처리된다(454). 마찬가지로 파이버의 전하량을 변경하는 분산제 및/또는 재료를 적용함으로써 표면 개질을 위해 파이버를 선택적으로 처리할 수 있다. 압출 성형 중 충분한 가소성을 제공하고 그린 기판의 강도를 비롯하여 경화 단계 중 통제된 연소 능력을 촉진하기 위해 도 6c의 표 2에서 바인더를 선택한다(455). 이 구현에서는 도 6d의 표 3에서 기공 형성제를 선택한다(456). 그러나 일부 경우 파이버와 바인더만으로 충분한 공극률을 확보할 수 있다. 공극률은 파이버 본래의 패킹 특성뿐만 아니라 바인더, 용제와 해제 및 경화 단계 동안 방출되는 기타 휘발성 성분이 차지한 공간에 의해 구현된다. 기공 형성제를 추가하여, 더 높은 공극률을 구현할 수 있다. 기공 형성제는 통제된 연소 능력에 따라 선택되며, 혼합물의 가소화를 지원하는 데 사용될 수 있다. 도 6d의 표 4에서 유체(보통 물)를 선택한다(457). 파이버의 분리와 배열을 촉진하기 위해서 분산제를 추가할 수 있으며, 혼합물의 흐름 특성을 개선하기 위해 가소제나 압출 조제와 같은 기타 액상 재료를 추가할 수도 있다. 11 illustrates an alternative method 450 of creating a porous substrate. For this implementation a ceramic or metal fiber was selected (453), and as shown in FIG. 9, the fiber is optionally processed (454) to fit the aspect ratio distribution. Likewise, the fibers can be selectively treated for surface modification by applying dispersants and / or materials that change the amount of charge in the fibers. The binder is selected from Table 2 of FIG. 6C to provide sufficient plasticity during the extrusion and to promote controlled combustion capability during the curing step, including the strength of the green substrate (455). In this embodiment, the pore former is selected from Table 3 of FIG. 6D (456). In some cases, however, fiber and binders alone can provide sufficient porosity. Porosity is achieved by the fiber's inherent packing properties as well as the space occupied by the binder, solvent and other volatile components released during the releasing and curing steps. Pore formers can be added to achieve higher porosity. Pore formers are selected according to the controlled combustion capacity and can be used to support plasticization of the mixture. A fluid (usually water) is selected from Table 4 in FIG. 6D (457). Dispersants may be added to facilitate fiber separation and alignment, and other liquid materials such as plasticizers or extrusion aids may be added to improve the flow characteristics of the mixture.

파이버, 바인더, 무기 바인더 및 유체의 혼합이 수행되고(462), 유동성이 조정된다(464). 압출 공법을 통해 혼합물이 그린 기판으로 압출된다(468, 예: 주입구를 제공하는 최소 하나 이상의 채널로 구성된 허니콤 기판). 이 구현에서 경화 공정은 두 단계로 수행된다. 첫 번째 경화 단계에서는 유체가 건조되고 유기 바인더 및 기공 형성제가 연소된다(470). 이 단계에서 최종 경화 단계를 완료하기 전에 기판이 처리하기에 충분한 강도를 가질 수 있도록, 서로 접촉하는 파이버 사이에 소결 결합을 형성해야 할 필요가 있을 수도 있다. 액상소결 결합은 상승한 소결 온도에서 형성되고 고상소결 결합은 파이버 사이에서 형성될 수 있다.Mixing of the fiber, the binder, the inorganic binder and the fluid is performed (462) and the fluidity is adjusted (464). The extrusion process extrudes the green substrate to the green substrate (468, eg a honeycomb substrate consisting of at least one channel providing an inlet). In this embodiment the curing process is carried out in two steps. In the first curing step, the fluid is dried and the organic binder and pore former are burned (470). It may be necessary to form sintered bonds between the fibers in contact with each other so that the substrate can have sufficient strength to process before completing the final curing step at this stage. Liquid phase sintered bonds may be formed at elevated sintering temperatures and solid phase sintered bonds may be formed between fibers.

첫 번째 경화 단계(472) 이후, 도 6c의 표 2에서 선택한 무기 바인더(예: 콜로이드 실리카)가 다공성 기판에 적용된다(456). 여기서 기판을 액체에 분사된 무기 바인더 용액에 담그거나, 무기 바인더가 함유된 용제를 붓거나 분상상의 무기 바인더를 포함한 액체나 가스를 기판에 통과시키는 등의 방식으로 기판에 무기 바인더를 침투시킬 수 있다. 그런 다음 두 번째 경화 단계를 계속 진행한다(474). 여기서 무기 바인더가 포함된 기판을 가열 처리하여 중첩한 파이버를 연결해주는 무기 결합이 형성되도록 한다. 두 번째 경화 단계(474)에서 형성된 무기 결합에는 알루미노규산염 결합, 유리 결합, 유리-세라믹 결합, 비결정질 결합, 결정질 결합, 세라믹 결합 및/또는 기계적 결합이 포함될 수 있다.After the first curing step 472, an inorganic binder (eg, colloidal silica) selected from Table 2 of FIG. 6C is applied 456 to the porous substrate. Here, the inorganic binder can be infiltrated into the substrate by immersing the substrate in an inorganic binder solution injected into the liquid, pouring a solvent containing the inorganic binder, or passing a liquid or gas containing a powdery inorganic binder through the substrate. have. The second curing step then continues (474). Herein, the substrate including the inorganic binder is heat-treated to form an inorganic bond connecting the overlapping fibers. Inorganic bonds formed in the second curing step 474 may include aluminosilicate bonds, glass bonds, glass-ceramic bonds, amorphous bonds, crystalline bonds, ceramic bonds, and / or mechanical bonds.

파이버 압출 성형 시스템은 구현에 있어 큰 융통성을 제공한다. 예를 들어, 혼합물을 형성할 때 다양한 종류의 파이버 및 첨가제를 선택할 수 있다. 또한 여러 가지 혼합 및 압출 방법을 비롯하여 경화 방법, 시간 및 온도와 관련된 옵션도 제공된다. 공개된 교육을 통해 압출 성형 담당 기술자는 여러 가지 변형이 사용 가능함을 이해한다. 허니콤 기판은 본 발명에 설명된 기법을 사용하여 생성할 수 있는 일반적인 설계이지만, 다양한 응용 분야에 맞게 다른 모양, 크기, 윤곽선 및 디자인 등으로 압출될 수 있다. Fiber extrusion systems provide great flexibility in implementation. For example, various types of fibers and additives can be selected when forming the mixture. There are also various mixing and extrusion methods, as well as options related to the curing method, time and temperature. Open training provides the extrusion technician with the understanding that a number of variations are available. Honeycomb substrates are a general design that can be produced using the techniques described herein, but can be extruded in different shapes, sizes, contours, designs, etc. to suit a variety of applications.

여과 장치(DPF, 오일/공기 필터, 가열 가스 필터, 공기 필터, 용수 필터 등) 또는 촉매 장치(3방향 촉매 컨버터, SCR 촉매 장치, 오존제거제, 탈취제, 생물학적 반응기, 화학 반응기, 산화 촉매 장치)에서의 사용과 같이 특정 응용 분야의 경우, 압출된 기판의 채널을 막아야 할 수도 있다. 기판을 충전하는 데에는 압출된 기판과 유사한 조성의 재료가 사용된다. 이러한 충전은 그린 상태 또는 소결 기판에서 수행할 수 있다. 대부분의 충전 조성물은 경화 및 압출된 기판과의 결합을 위해 열 처리가 필요하다. 이러한 여과 장치 또는 촉매 장치는 일반적으로 하우징 내부에 장착되거나 하우징에 연결된 입/출력 라인과 함께 장착될 수 있다. 이러한 방식으로 차량 공기 필터, 차량의 배출 가스 처리를 위한 배출 필터, 차량 캐빈 필터를 포함한 다양한 응용 분야에 다공성 기판을 적용할 수 있다.In filtration units (DPF, oil / air filters, heating gas filters, air filters, water filters, etc.) or catalytic units (three-way catalytic converters, SCR catalyst units, ozone deodorizers, deodorants, biological reactors, chemical reactors, oxidation catalyst units) For certain applications, such as the use of, it may be necessary to block the channels of the extruded substrate. To fill the substrate, a material of similar composition to the extruded substrate is used. This filling can be carried out in a green state or in a sintered substrate. Most filling compositions require heat treatment to bond with the cured and extruded substrates. Such filtration or catalytic devices may generally be mounted within the housing or with an input / output line connected to the housing. In this way, porous substrates can be applied to a variety of applications, including vehicle air filters, exhaust filters for vehicle exhaust gas treatment, and vehicle cabin filters.

본 발명에 대한 기본 및 대안 구현이 공개되었지만 보통의 기술자는 여기에 설명된 본 발명에 대한 지침을 사용하여 설명된 기술 이상으로 다양한 확장과 변형을 구현할 수 있다. 그러한 모든 확장 및 변형은 첨부된 청구의 범위에 논의된 바와 같이 진정한 발명 정신 및 범위 내에 포함되어 있다.While basic and alternative implementations of the invention have been disclosed, those skilled in the art can implement various extensions and modifications beyond the techniques described using the guidelines for the invention described herein. All such extensions and modifications are included within the true spirit and scope as discussed in the appended claims.

도면은 이 사양의 일부로 구성되며, 다양한 형태로 구현될 수 있는 본 발명의 대표적인 결과물이 포함되어 있다. 일부 예에서 본 발명의 여러 가지 양상은 발명에 대한 이해를 촉진하기 위해 다소 과장되거나 확대될 수 있다.The drawings constitute part of this specification and include representative results of the invention, which can be embodied in various forms. In some instances, various aspects of the invention may be somewhat exaggerated or enlarged to facilitate understanding of the invention.

도 1은 본 발명에 따른 다공성 기판의 압출 성형을 위한 시스템의 블록 다이어그램이다. 1 is a block diagram of a system for extrusion of a porous substrate according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 섬유성 압출 가능한 혼합물의 그림을 나타낸다. 2 shows a picture of a fibrous extrudable mixture according to the present invention.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 개방형 셀 네트워크의 그림이다. 3A and 3B are illustrations of an open cell network according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 개방형 셀 네트워크와 이전 기술을 사용한 폐쇄형 셀 네트워크의 전자현미경 사진이다.4 is an electron micrograph of an open cell network according to the present invention and a closed cell network using the prior art.

도 5는 본 발명에 따라 다공성 기판을 사용한 필터 블록의 그림을 나타낸다. 5 shows a picture of a filter block using a porous substrate in accordance with the present invention.

도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 유용한 파이버, 바인더, 기공 형성제, 유체 및 유동성에 대한 표이다. 6A-6E are tables for fibers, binders, pore formers, fluids and fluidities useful in the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 다공성 기판의 압출 성형을 위한 시스템의 블록 다이어그램이다.7 is a block diagram of a system for extrusion of a porous substrate in accordance with the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 다공성 기판의 경화를 위한 시스템의 블록 다이어그램이다.8 is a block diagram of a system for curing a porous substrate in accordance with the present invention.

도 9는 본 발명에 따라 다공성 기판을 생성하기 위한 방법을 실제로 구현한 블록 다이어그램이다.9 is a block diagram that actually implements a method for producing a porous substrate in accordance with the present invention.

도 10은 본 발명에 따라 다공성 기판을 생성하기 위한 방법의 첫 번째 대안을 구체화한 블록 다이어그램이다.10 is a block diagram embodying a first alternative of a method for producing a porous substrate in accordance with the present invention.

도 11은 본 발명에 따라 다공성 기판을 생성하기 위한 방법의 두 번째 대안을 구체화한 블록 다이어그램이다.11 is a block diagram embodying a second alternative of a method for producing a porous substrate in accordance with the present invention.

Claims (79)

중첩된 세라믹 파이버;Superimposed ceramic fibers; 상기 중첩된 세라믹 파이버 사이에 형성된 무기 결합; 및An inorganic bond formed between the superimposed ceramic fibers; And 압출 공법에 의해 생성된 기판을 포함하되, 상기 압출 공법은,Including a substrate produced by the extrusion method, the extrusion method, 세라믹 재료 파이버, 첨가제, 및 유체를 혼합하여 압출 가능 혼합물을 형성하되, 상기 첨가제는 무기 바인더를 포함하고,Ceramic material fibers, additives, and fluids are mixed to form an extrudable mixture, the additives comprising an inorganic binder, 상기 압출 가능 혼합물을 그린 기판으로 압출하고,Extruding the extrudable mixture into a green substrate, 상기 그린 기판을 다공성 기판으로 경화하는 것을 포함하는 다공성 세라믹 기판.Porous ceramic substrate comprising curing the green substrate to a porous substrate. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 무기 결합은 유리, 비결정질 또는 결정질인 다공성 세라믹 기판.The inorganic bond is a glass, amorphous or crystalline porous ceramic substrate. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 경화 처리된 다공성 세라믹 기판은 세라믹 파이버와 무기 결합으로 구성된 다공성 세라믹 기판.The cured porous ceramic substrate is a porous ceramic substrate composed of a ceramic fiber and an inorganic bond. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 경화 처리된 다공성 세라믹 기판은 약 60 내지 95% 중량의 세라믹 파이 버를 포함하는 다공성 세라믹 기판.And the cured porous ceramic substrate comprises about 60 to 95% by weight of ceramic fiber. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 경화 처리된 다공성 세라믹 기판은 약 40% 중량의 무기 결합제를 포함하는 다공성 세라믹 기판.And the cured porous ceramic substrate comprises about 40% by weight of an inorganic binder. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 경화 처리된 다공성 세라믹 기판은 약 75% 중량의 세라믹 파이버와 약 25% 중량의 무기 결합제를 포함하는 다공성 세라믹 기판.Wherein the cured porous ceramic substrate comprises about 75% by weight ceramic fiber and about 25% by weight inorganic binder. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 경화 처리된 다공성 세라믹 기판은 결합된 세라믹 파이버의 개기공 네트워크로 구성된 다공성 세라믹 기판.The hardened porous ceramic substrate is a porous ceramic substrate composed of an open pore network of bonded ceramic fibers. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 무기 결합의 일부는 서로 접촉하고 있는 상기 중첩된 세라믹 파이버 사이에 형성된 것인 다공성 세라믹 기판. A portion of the inorganic bond is formed between the superimposed ceramic fibers in contact with each other. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 무기 결합의 일부는 서로 떨어져 있는 상기 중첩된 세라믹 파이버 사이 에 형성된 것인 다공성 세라믹 기판. And a portion of the inorganic bond is formed between the superimposed ceramic fibers that are spaced apart from each other. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 경화하는 것은, 상기 무기 바인더를 이용하여 상기 무기 결합을 형성하는 것을 포함하는 다공성 세라믹 기판.The hardening includes forming the inorganic bond using the inorganic binder. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 압출하는 것은, 상기 압출 가능 혼합물을 그린 허니콤 기판으로 압출하는 것을 더 포함하는 다공성 세라믹 기판.The extruding further comprises extruding the extrudable mixture to a green honeycomb substrate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 무기 바인더는 콜로이드 실리카를 포함하는 다공성 세라믹 기판.The inorganic binder comprises colloidal silica. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 무기 바인더는 알루미노규산염 유리, 콜로이드 알루미나 또는 콜로이드 지르코니아를 포함하는 다공성 세라믹 기판.The inorganic binder comprises aluminosilicate glass, colloidal alumina or colloidal zirconia. 약 60 - 90% 범위의 공극률을 가지고, 결합된 무기 파이버로 형성된 구조를 가지며, 압출 공법에 의해 생성된 다공성 기판으로, 상기 압출 공법은,A porous substrate produced by an extrusion process, having a porosity in the range of about 60-90% and having a structure formed of bonded inorganic fibers, wherein the extrusion process comprises: 무기 파이버, 첨가제, 및 유체를 혼합하여 압출 가능 혼합물을 형성하되, 상 기 첨가제는 무기 바인더를 포함하고,Inorganic fibers, additives, and fluids are mixed to form an extrudable mixture, the additives comprising an inorganic binder, 상기 압출 가능 혼합물을 그린 기판으로 압출하고,Extruding the extrudable mixture into a green substrate, 상기 무기 바인더를 사용하여 무기 파이버간에 결합을 형성하는 것을 포함하는 다공성 기판.Forming a bond between the inorganic fibers using the inorganic binder. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 무기 파이버는 실질적으로 한 종류의 파이버인 다공성 기판.And the inorganic fiber is substantially one kind of fiber. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 무기 파이버는 복수의 재료의 파이버를 포함하는 다공성 기판.The inorganic fiber comprises a fiber of a plurality of materials. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 결합은 소결에 의해서 또는 유리, 유리-세라믹, 또는 세라믹 결합에 의해 형성된 다공성 기판.Wherein said bond is formed by sintering or by glass, glass-ceramic, or ceramic bonding. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 무기 파이버는 그림 6의 표 1에서 선택된 다공성 기판.The inorganic fiber is a porous substrate selected from Table 1 in Figure 6. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 무기 파이버는 멀라이트 파이버인 다공성 기판.The inorganic fiber is a mullite fiber. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 무기 바인더는 콜로이드 졸을 포함하는 다공성 기판.The inorganic binder comprises a colloidal sol. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 무기 바인더는 테트라에톡시실란(TEOS)을 포함하는 다공성 기판.The inorganic binder comprises tetraethoxysilane (TEOS). 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 무기 바인더는 콜로이드 실리카를 포함하는 다공성 기판.The inorganic binder includes colloidal silica. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 결합의 일부는 서로 접촉하고 있는 중첩된 무기 파이버 사이에 형성된 다공성 기판. A portion of the bond formed between overlapped inorganic fibers in contact with each other. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 결합의 일부는 서로 접촉하지 않은 중첩된 무기 파이버 사이에 형성된 다공성 기판. A portion of the bond formed between overlapping inorganic fibers not in contact with each other. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 무기 파이버는 금속 파이버, 금속 합금 또는 세라믹 파이버인 다공성 기판. The inorganic fiber is a metal fiber, a metal alloy or a ceramic fiber. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 압출 가능 혼합물은 유기 파이버를 더 포함하는 다공성 기판.The extrudable mixture further comprises an organic fiber. 무기적으로 결합된 세라믹 파이버로 구성된 압출된 허니콤 기판.An extruded honeycomb substrate composed of inorganically bonded ceramic fibers. 제27항에 있어서,The method of claim 27, 상기 무기 결합은 중첩하는 세라믹 파이버간의 결정질, 비결정질 또는 유리 결합인 기판.The inorganic bond is a crystalline, amorphous or glass bond between overlapping ceramic fibers. 제27항에 있어서,The method of claim 27, 상기 허니콤 패턴에서 평행하는 주입 및 배출 채널을 더 포함하는 다공성 기판.The porous substrate further comprises an injection and discharge channel parallel to the honeycomb pattern. 유리 결합된 멀라이트 파이버를 포함하는 압출된 허니콤 기판.An extruded honeycomb substrate comprising a glass bonded mullite fiber. 무기 결합 파이버를 포함하는 압출된 기판;An extruded substrate comprising an inorganic bonded fiber; 상기 기판을 지탱하는 하우징; 및A housing supporting the substrate; And 유체를 수용하는 주입구 및 여과된 유체를 제공하는 배출구를 포함하는 필터 제품.A filter product comprising an inlet for receiving a fluid and an outlet for providing a filtered fluid. 제31항에 있어서,The method of claim 31, wherein 상기 유체는 배출 가스 또는 액체인 필터 제품. Said fluid is an exhaust gas or a liquid. 제31항에 있어서,The method of claim 31, wherein 상기 필터 제품은 차량 공기 필터, 차량 배출 필터 또는 차량 캐빈 필터인 필터 제품.The filter product is a vehicle air filter, a vehicle exhaust filter or a vehicle cabin filter. 제31항에 있어서,The method of claim 31, wherein 상기 압출된 기판 상에 배치된 촉매를 더 포함하는 필터 제품.A filter product further comprising a catalyst disposed on the extruded substrate. 무기적으로 결합된 파이버를 포함하는 압출된 기판;An extruded substrate comprising an inorganically bonded fiber; 상기 압출된 기판 상에 배치된 촉매;A catalyst disposed on the extruded substrate; 상기 기판을 유지하는 하우징; 및A housing holding the substrate; And 유체를 수용하는 주입구 및 여과된 유체를 제공하는 배출구를 포함하는 촉매 컨버터 제품.A catalytic converter product comprising an inlet for receiving a fluid and an outlet for providing a filtered fluid. 제35항에 있어서,36. The method of claim 35 wherein 상기 유체는 배출 가스 또는 액체인 촉매 컨버터 제품. Said fluid is an exhaust gas or a liquid. 제35항에 있어서,36. The method of claim 35 wherein 상기 필터 제품은 차량 공기 필터, 차량 배출 필터 또는 차량 캐빈 필터인 촉매 컨버터 제품.Said filter product is a vehicle air filter, a vehicle exhaust filter or a vehicle cabin filter. 제35항에 있어서,36. The method of claim 35 wherein 상기 압출된 기판 상에 배치된 촉매를 더 포함하는 촉매 컨버터 제품.A catalytic converter product further comprising a catalyst disposed on the extruded substrate. 세라믹 재료 파이버, 유기 바인더, 무기 바인더, 기공 형성제 및 유체를 균등질로 혼합하고,Homogeneously mix ceramic material fibers, organic binders, inorganic binders, pore formers and fluids, 상기 균등질을 그린 기판으로 압출하고,Extrude the homogeneous to the green substrate, 상기 세라믹 재료 파이버 사이의 무기 결합을 형성하는 것을 포함하는 다공성 기판의 제조 방법.Forming an inorganic bond between the ceramic material fibers. 제39항에 있어서,The method of claim 39, 상기 무기 바인더는 무기 결합을 위한 전구체 물질인 다공성 기판의 제조 방법.The inorganic binder is a method for producing a porous substrate is a precursor material for inorganic bonding. 제39항에 있어서,The method of claim 39, 상기 무기 바인더는 콜로이드 형태인 다공성 기판의 제조 방법.The inorganic binder is a colloidal porous substrate manufacturing method. 제39항에 있어서,The method of claim 39, 상기 무기 바인더는 퓸드(fumed) 또는 용융된(fused) 형태인 다공성 기판의 제조 방법.The inorganic binder is a method of producing a porous substrate in the fumed (fumed) or fused (fused) form. 제39항에 있어서,The method of claim 39, 상기 무기 바인더는 무기 결합을 위한 전구체인 실리카를 포함하는 다공성 기판의 제조 방법.The inorganic binder is a method for producing a porous substrate containing silica which is a precursor for inorganic bonding. 제39항에 있어서,The method of claim 39, 상기 균등질은 약 10 내지 30% 중량의 세라믹 재료 파이버를 포함하는 다공성 기판의 제조 방법.Wherein said homogeneous comprises about 10-30% weight of ceramic material fiber. 제39항에 있어서,The method of claim 39, 상기 균등질은 약 5 내지 60% 중량의 기공 형성제를 포함하는 다공성 기판의 제조 방법.Wherein said homogeneous comprises about 5 to 60% of a pore former by weight. 제39항에 있어서,The method of claim 39, 상기 균등질은 약 5 내지 20% 중량의 유기 바인더를 포함하는 다공성 기판의 제조 방법.Wherein said homogeneous comprises about 5 to 20% by weight of an organic binder. 제39항에 있어서,The method of claim 39, 상기 균등질은 약 5 내지 30% 중량의 무기 바인더를 포함하는 다공성 기판의 제조 방법.Wherein said homogeneous comprises about 5-30% by weight of an inorganic binder. 제39항에 있어서,The method of claim 39, 상기 균등질은 약 10 내지 30% 중량의 유체를 포함하는 다공성 기판의 제조 방법.Wherein said homogeneous comprises about 10 to 30% by weight of fluid. 제39항에 있어서, 상기 균등질은,The method of claim 39, wherein the homogeneity is, 약 10% 내지 60% 중량의 세라믹 재료 파이버와,About 10% to 60% by weight of ceramic material fiber, 최대 약 60% 중량의 기공 형성제와,Up to about 60% by weight of the pore former, 최대 약 20% 중량의 유기 바인더와,Up to about 20% by weight organic binder, 최대 약 30% 중량의 무기 바인더와,Up to about 30% by weight of an inorganic binder, 약 10% 내지 40% 중량의 유체를 포함하는 다공성 기판의 제조 방법.A method of making a porous substrate comprising about 10% to 40% by weight of fluid. 제39항에 있어서, 상기 균등질은,The method of claim 39, wherein the homogeneity is, 약 10% 내지 60% 중량의 멀라이트 파이버와,About 10% to 60% by weight of the mullite fiber, 도 6d의 표 3에서 선택된 약 5% 내지 60% 중량의 기공 형성제와,About 5% to 60% by weight of the pore formers selected from Table 3 in FIG. 약 5% 내지 20% 중량의 유기 바인더와,About 5% to 20% by weight of the organic binder, 약 5% 내지 30% 중량의 콜로이드 실리카와,About 5% to 30% by weight of colloidal silica, 약 10% 내지 40% 중량의 물을 포함하는 다공성 기판의 제조 방법.A method of making a porous substrate comprising about 10% to 40% by weight of water. 제39항에 있어서,The method of claim 39, 상기 무기 결합중 일부는 서로 접촉하고 있는 중첩된 세라믹 파이버 사이에 형성된 다공성 기판의 제조 방법.And some of the inorganic bonds are formed between overlapping ceramic fibers in contact with each other. 제39항에 있어서,The method of claim 39, 상기 무기 결합중 일부는 서로 접촉하지 않는 중첩된 세라믹 파이버 사이에 형성된 다공성 기판의 제조 방법. And some of the inorganic bonds are formed between overlapping ceramic fibers that are not in contact with each other. 제39항에 있어서,The method of claim 39, 상기 중첩된 파이버 중 일부는 결합되지 않은 다공성 기판의 제조 방법.Wherein some of the overlapped fibers are unbonded porous substrate. 제39항에 있어서,The method of claim 39, 상기 형성 단계를 통해 상기 그린 기판을 소결하는 것을 포함하는 다공성 기판의 제조 방법.A method of manufacturing a porous substrate comprising sintering the green substrate through the forming step. 제54항에 있어서,The method of claim 54, 상기 소결하는 것은 중첩된 세라믹 파이버 간의 결합을 형성하여 다공성 기 판의 구조를 형성하는 것을 포함하는 다공성 기판의 제조 방법.The sintering method of forming a porous substrate by forming a bond between the overlapping ceramic fibers to form a porous substrate. 제54항에 있어서,The method of claim 54, 상기 무기 결합은 유리, 유리-세라믹, 비결정질 또는 세라믹 결합인 다공성 기판의 제조 방법.The inorganic bond is a glass, glass-ceramic, amorphous or ceramic bond. 제54항에 있어서,The method of claim 54, 상기 무기 결합은 파이버에 대한 메니스커스 결합(meniscus attachment)을 포함하는 다공성 기판의 제조 방법.Wherein said inorganic bond comprises a meniscus attachment to a fiber. 제39항에 있어서,The method of claim 39, 유체, 기공 형성제 및 유기 바인더를 실질적으로 모두 연소시키는 단계를 더 포함하는 다공성 기판의 제조 방법.And substantially combusting all of the fluid, the pore former, and the organic binder. 제39항에 있어서,The method of claim 39, 상기 세라믹 파이버에 결합을 형성하여 개기공 조직을 생성하는 것을 포함하는 다공성 기판의 제조 방법.Forming a bond to the ceramic fiber to produce a porous pore tissue comprising a. 도 6a 및 도 6b의 표 1에서 파이버를 선택하고,Choose the fiber from Table 1 of Figures 6A and 6B, 도 6c의 표 2에서 무기 바인더를 선택하고,In Table 2 of Figure 6c is selected an inorganic binder, 도 6d의 표 4에서 유체를 선택하고,Select a fluid from Table 4 of FIG. 상기 파이버, 상기 무기 바인더 및 상기 유체를 균등질로 혼합하고,Homogeneously mix the fiber, the inorganic binder and the fluid, 상기 균등질의 유동성을 조절하여 압출 가능한 균등질을 형성하고,By adjusting the fluidity of the homogeneous to form an extrudable homogeneous, 상기 균등질을 그린 기판으로 압출하고,Extrude the homogeneous to the green substrate, 상기 파이버 간에 무기 결합을 형성하는 것을 포함하는 다공성 기판의 제조 방법.A method of manufacturing a porous substrate comprising forming an inorganic bond between the fibers. 제60항에 있어서,The method of claim 60, 기공 형성제, 강화제, 유백제, 압출 조제, 분산제, pH 개질제, 유기 바인더, 점토, 워시코트 재료, 및 촉매 중에서 선택된 첨가제를 선택하고,Selecting an additive selected from pore formers, reinforcing agents, milking agents, extrusion aids, dispersants, pH modifiers, organic binders, clays, washcoat materials, and catalysts, 상기 첨가제를 상기 균등질에 혼합하는 것을 더 포함하는 다공성 기판의 제조 방법.The method of manufacturing a porous substrate further comprising mixing the additive in the homogeneous. 제60항에 있어서,The method of claim 60, 상기 압출하는 것은, 허니콤 기판을 압출 성형하는 것을 더 포함하는 다공성 기판의 제조 방법.The extruding further comprises extrusion molding the honeycomb substrate. 적어도 하나의 채널을 포함하는 다공성 블록으로 그린 기판을 경화하는 공정으로, In the process of curing the green substrate with a porous block containing at least one channel, 상기 그린 기판에서 유체를 제거하고,Remove the fluid from the green substrate, 유기 재료를 연소하고,Burning organic materials, 무기 결합을 형성하여 중첩한 파이버를 연결시키되,Form an inorganic bond to connect the overlapping fibers, 상기 적어도 하나의 채널은 상기 다공성 블록으로의 주입구를 제공하는 것을 포함하는 경화 공정.Wherein the at least one channel comprises providing an inlet to the porous block. 제63항에 있어서,The method of claim 63, wherein 상기 무기 결합은 유리, 유리-세라믹, 비결정질 또는 세라믹 결합인 경화 공정.Wherein said inorganic bond is a glass, glass-ceramic, amorphous or ceramic bond. 제63항에 있어서,The method of claim 63, wherein 무기 재료를 유동하여 무기 결합을 형성하는 것을 더 포함하는 경화 공정. Curing the inorganic material to form an inorganic bond. 제63항에 있어서,The method of claim 63, wherein 중첩하는 파이버 사이에 무기 재료를 배치하는 것을 더 포함하는 경화 공정.And curing the inorganic material between the overlapping fibers. 제63항에 있어서,The method of claim 63, wherein 중첩하는 파이버 주위에 무기 재료를 배치하는 것을 더 포함하는 경화 공정.And curing the inorganic material around the overlapping fibers. 제63항에 있어서,The method of claim 63, wherein 상기 파이버를 연결하는 것은, 무기 메니스커스를 형성하는 것을 포함하는 경화 공정.Coupling the fibers comprises forming an inorganic meniscus. 채널을 포함하는 다공성 블록으로 그린 기판을 경화하는 공정으로,In the process of curing the green substrate with a porous block including a channel, 상기 그린 기판에서 유체를 제거하고,Remove the fluid from the green substrate, 유기 재료를 연소하고,Burning organic materials, 무기 결합을 형성하여 중첩한 파이버를 연결하고,Form a weapon bond to connect the overlapping fibers, 상기 형성 과정 동안, 채널의 구조적 무결성을 유지하는 것을 포함하는 경화 공정.During the forming process, comprising maintaining the structural integrity of the channel. 제69항에 있어서,The method of claim 69, wherein 상기 무기 결합은 유리, 유리-세라믹, 비결정질 또는 세라믹 결합인 경화 공정. Wherein said inorganic bond is a glass, glass-ceramic, amorphous or ceramic bond. 제69항에 있어서,The method of claim 69, wherein 무기 재료를 유동하여 무기 결합을 형성하는 것을 더 포함하는 경화 공정. Curing the inorganic material to form an inorganic bond. 제69항에 있어서,The method of claim 69, wherein 중첩하는 파이버간에 무기 재료를 배치하는 것을 더 포함하는 경화 공정. And curing the inorganic material between the overlapping fibers. 제69항에 있어서,The method of claim 69, wherein 중첩하는 파이버 주위에 무기 재료를 배치하는 것을 더 포함하는 경화 공정. And curing the inorganic material around the overlapping fibers. 제69항에 있어서,The method of claim 69, wherein 상기 파이버를 연결하는 것은 무기 메니스커스를 형성하는 것을 포함하는 경화 공정.Joining the fibers comprises forming an inorganic meniscus. 세라믹 재료 파이버, 유기 바인더, 무기 바인더 및 유체를 균등질로 혼합하고,Homogeneously mix ceramic material fibers, organic binders, inorganic binders and fluids, 상기 균등질을 그린 기판으로 압출하고,Extrude the homogeneous to the green substrate, 상기 세라믹 파이버 간에 무기 결합을 형성하는 것을 포함하는 다공성 기판의 제조 방법.A method of manufacturing a porous substrate comprising forming an inorganic bond between the ceramic fibers. 제75항에 있어서,76. The method of claim 75, 상기 무기 바인더는 무기 결합을 위한 전구체인 다공성 기판의 제조 방법.The inorganic binder is a method for producing a porous substrate is a precursor for inorganic bonding. 제75항에 있어서,76. The method of claim 75, 상기 무기 바인더는 콜로이드 형태인 다공성 기판의 제조 방법.The inorganic binder is a colloidal porous substrate manufacturing method. 제75항에 있어서,76. The method of claim 75, 상기 무기 바인더는 퓸드 또는 용융 형태인 다공성 기판의 제조 방법.The inorganic binder is a method for producing a porous substrate in the fumed or molten form. 제75항에 있어서,76. The method of claim 75, 상기 무기 바인더는 무기 결합을 위한 전구체 물질인 실리카를 포함하는 다공성 기판의 제조 방법.The inorganic binder is a method of manufacturing a porous substrate comprising silica which is a precursor material for inorganic bonding.
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