KR20090106483A - 탄화 규소를 기초로 한 다공성 구조물을 얻는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조물이 적어도

- 중간 직경이 5 미크론 미만인 α-SiC 알갱이의 첫 번째 분획물 ;

- 중간 직경이 α-SiC 알갱이의 첫 번째 분획물의 중간 직경 보다 2배 이상 더 크고, 중간 직경이 5 미크론보다 크거나 같은 α-SiC 알갱이의 두 번째 분획물; 및

- β-SiC 알갱이 또는 적어도 β-SiC 알갱이 전구체의 분획물

을 포함하는 SiC 알갱이의 혼합물로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는, 95% 이상의 탄화 규소 SiC를 포함하는 다공성 세라믹 물질로 만들어진 구조물의 제조 방법에 관한 것이다.

본 설명의 의미에서, 분획물을 구성하는 입자 또는 알갱이의 중간 직경 d₅₀은 알갱이 전체의 50 중량%가 그 보다 작은 직경에 있는 입자의 직경을 뜻한다.

본 발명은 또한 그 방법에 의해 얻어지는 다공성 구조물에 관한 것이다.

α-SiC 분획물, β-SiC 분획물, SiC를 포함하는 다공성 세라믹 물질로 만들어진 구조물

Description

탄화 규소를 기초로 한 다공성 구조물을 얻는 방법 {METHOD FOR OBTAINING A POROUS STRUCTURE BASED ON SILICON CARBIDE}

본 발명은 내연 기관의 배기 라인에서 사용되는 것과 같은, 촉매 화합물을 혼입하고 SiC에 기초한 가스 처리 구조물 분야에 관한 것이다. 전형적으로, 본 발명은 HCs, CO 또는 NO_x와 같은 오염 기체를 촉매 루트로 처리하기 위한 지지체에 또는 바람직하게는 디젤 또는 패트롤 엔진에서 연료의 연소에 의해 생산되는 오염 기체 또는 매연을 합동 제거하게 하는 촉매 필터에 관한 것이다.

본 발명이 이에 제한되는 것은 아니지만, 내연 기관 배기 라인의 미립자 필터의 경우가 나머지 상세한 설명에서 더욱 상세히 설명된다. 그러한 촉매 필터는 디젤 엔진으로부터 유래한 매연의 제거 및 기체의 처리를 가능하게 하고, 선행 기술에 공지되어 있다. 이러한 구조물은 모두 보통은 벌집형 구조를 가지고, 이 구조물의 한 면은 처리될 배기 가스의 흡입을 허용하며 다른 면은 처리된 배기 가스의 배출을 허용한다. 그 구조물은 흡입 및 배출 면 사이에, 다공성 벽에 의해 분리된 서로 평행한 축을 가지는 일련의 인접한 관 또는 채널을 포함한다. 그 관은, 가스 흡입 면으로 개방된 입구 챔버 및 가스 배출 면으로 개방된 출구 챔버의 범위 를 정하기 위해, 그들의 한쪽 또는 다른 쪽 끝이 막혀져 있다. 채널은 배기 가스가 벌집형 본체를 통과할 때, 출구 챔버에 결합되도록 배기 가스가 입구 챔버의 옆 벽을 강제 통과하게 하는 순서로 교대로 막힌다. 이러한 방식으로, 입자 또는 매연은 여과체의 다공성 벽에 침착되고 축적된다.

공지된 방식에서, 미립자 필터는, 그것의 사용 중에, 여과 상태 (매연의 축적) 및 재생 상태 (매연의 제거)의 연속에 있다. 여과 상태 동안, 엔진에 의해 방출된 매연 입자는 필터 안에 보유되고 침착된다. 재생 상태 동안, 매연 입자는 그곳의 여과 성질을 거기서 회복하기 위해서, 필터 안에서 타버린다. 다공성 구조물은 그 때 극도의 기계적 및 열기계적 응력을 받고, 이는 시간이 지날수록 단위 여과 능력의 심각한 손실 또는 심지어 그것의 불활성화 또는 그것의 완전한 품질 저하를 유발할 수 있는 미세균열을 만들 수 있다. 이러한 현상은 특히 큰 직경 모노리스 필터에서 관찰되지만, 또한 결집된 필터, 즉 시멘트로 서로 결합된 다수의 모노리스 여과 요소를 혼입한 것에서도 보다 적은 정도로 관찰된다.

보통 필터는 다공성 세라믹 물질, 예를 들어 탄화 규소 SiC로 만들어 진다.

그러한 촉매 필터 및 그의 제조 방법의 예는, 예를 들어 특허 출원 EP 816 065, EP 1 142 619, EP 1 455 923 또는 그 밖에 WO 2004/090294 및 WO 2004/065088에 기술되어 있고, 당업자는, 필요시, 본 발명에 따른 SiC-기초 구조물의 수행 및 제작의 실질적인 세부사항들을 찾을 수 있을 것이다.

매연 처리 문제에 추가하여, 기상 오염 배출 가스 (주로 질소 산화물 (NO_x) 및 일산화 탄소 (CO), 또는 불연소 탄화수소를 말한다)의 덜 유해한 기체(기체 질소(N₂) 또는 이산화 탄소(CO₂))로의 전환은 추가적인 촉매 처리를 요구한다.

기체 또는 고체 오염 물질을 하나 또는 동일 단계에서 처리하기 위하여, 상술된 미립자 필터에 촉매 기능을 추가하는 것이 요망된다. 종래에 사용된 방법에 따르면, 촉매 또는 촉매의 전구체를 포함하는 용액을 벌집형 구조물에 주입시킨다.

그러한 방법은 일반적으로 하나 이상의, 물 (또는 다른 극성 용매)에 용해된 촉매 전구체 또는 촉매를 함유하는 용액 또는 촉매 입자의 물 중 현탁액에의 담금에 의한 주입 단계를 포함한다. 그러한 방법의 예는 특허 US 5 866 210에 기술되어 있다.

공지된 방법에서, 주입 공정은 하나 이상의 단계로 수행될 수 있다. 주입 단계 또는 단계들은 구조물에 가능한 한 균일하게 촉매를 침착시키려고 한다.

보통 촉매는 귀금속 (Pt, Pd, Rh) 및 임의적으로 희토류 산화물, 예를 들어 백금과 세륨 산화물의 혼합물 Pt/CeO₂을 포함하는 활성 성분을 포함한다. 활성 성분은, 보통 높은 비표면적을 갖는 산화물 지지체, 예를 들어 알루미나, 티타늄 산화물, 실리카, 세린 또는 지르코늄 산화물의 기공에, 불균질 촉매에 잘 알려진 기술에 따라, 침착된다.

게다가, 상기한 것과 같은 미립자 필터의 엔진의 배기 라인으로의 도입은 종종 당업계에서 압력 강하로 불리며 엔진 성능을 약화시킬 수 있는 압력 손실을 가져온다. 필터의 공극률은, 그러므로 성능 약화와 같은 것을 피할 수 있을 정도로 높게 선택되고, 일반적으로 20 내지 75%이다.

압력 강하는, 하지만, 필터가 촉매 기능을 포함하는 경우 훨씬 더 크다. 이는 촉매 코팅, 특히 앞에 기술된 것과 같은 촉매 지지체의 벽 위의 및/또는 구조물의 공극 내의 침착물이 배기 라인에서 필터의 존재로 인한 압력 강하를 추가로 증가시키는 경향이 있기 때문이다. 이러한 제한 때문에, 침착된 촉매의 양 및 그 결과로서 배기 가스의 촉매 처리 효율은 현재 한계가 있다.

앞에 언급한 것의 결과로, 좋은 기계적 및 열기계적 강도를 갖고, 그것의 미세 구조체 (공극률, 기공의 비표면적)가 침착되는 촉매의 양을 증가시켜 가스 처리 효율을 증가시키지만, 배기 라인과 같은 가스 배기관으로의 필터 도입에 의한 중대한 압력 강하 증가는 없는 필터 구조물을 얻을 필요가 있다.

이미 기술된 첫 번째 해결책은 출원 EP 1 403 231에 기술된 바와 같이, 초기 혼합물에 일정량의 기공-형성제, 녹말과 같은 유기 중합체 유형 또는 아크릴 수지와 같은 합성 수지 유형을 존재시켜 탄화 규소 알갱이 네트워크의 공극률을 증가시키는 것으로 구성된다. 그러나, 공극률의 증가는 동시에 특히 미립자 필터와 같은 적용 분야에서, 필터의 작동 성능을 감소시키는, 필터의 기계적 성질의 심각한 감소를 가져온다.

예를 들어 출원 EP 1 142 619에, 초기 분말 혼합물 조성물로, 전형적으로 큰 분획에 대해서는 10 미크론 및 미세 분획에 대해서는 1 미크론 크기의, 알갱이 크기가 다른 α-SiC 입자의 두 분획을 사용하여 높은 공극률을 갖는 SiC 구조물을 얻을 수 있다는 것이 또한 알려져 있다. 구조체를 성형하는 전형적인 방법, 특히 적 당량의 물과 혼합, 압출, 건조 그 후 소성하는 주요 단계를 포함하는 방법을 통해, 약 40%의 개방 공극률 및 자동차 배기 라인에서의 응용에 대한 수용 가능한 압력 강하를 얻는 것이 가능하다. 그러나, 그러한 구조물에서 측정된 기공의 총 구축된 비표면적은 너무 낮아서, 배기 라인에서의 촉매된 필터에 의한 압력 강하의 중대한 증가 없이 충분한 양의 촉매의 침착 및 오염 가스 HCs, CO 및 NO_x 처리를 위한 충분한 효능을 얻지 못한다.

특허 출원 EP 1 541 817은 대신에, 평균 입자 크기가 10과 50 미크론 사이인 α-SiC의 굵은 분획물 및 평균 입자 크기가 0.1과 1 미크론 사이인 β-SiC의 미세 분획물을 혼합하는 것을 제시한다. 전과 마찬가지로, 그러한 구조물에서의 기공의 비표면적은 너무 낮아서, 촉매 필터에 의한 압력 강하의 중대한 증가 없이 충분한 양의 촉매의 침착 및 오염 가스 HCs, CO 및 NO_x 처리를 위한 충분한 효능을 얻지 못한다.

본 발명의 목적은 그러므로 SiC 함량이 95% 초과이고, 개방 공극률이 40% 초과이며, 앞에 설명된 문제에 대한 대답이 될 수 있는 다공성 구조물을 얻는 방법을 제공하는 것이며, 이때 상기 구조물은 특히:

- 증가된 양의 촉매 침착 및 CO, HC 및 NO_x 유형의 기체 오염 물질의 촉매 처리의 증가된 효능을 가능하게 하는 기공의 비표면적;

- 특히, 자동차 배기 라인에서 여과 시스템으로 사용되는, 상기 구조물의 존재와 연관된 연료의 과다 소비(overconsumption)를 제한하기 위한 낮은 압력 강하; 및

- 예상되는(envisioned) 응용, 특히 자동차 배기 라인에서의 사용과 연관된 강렬한 기계적 또는 열기계적 응력을 견디기 충분한 기계적 강도를 갖는다.

일반적인 형태에서, 본 발명은 구조물이 적어도

- 중간 직경이 5 미크론 미만인 α-SiC 알갱이의 첫 번째 분획물 ;

- 중간 직경이 α-SiC 알갱이의 첫 번째 분획물의 중간 직경 보다 2배 이상 더 크고, 중간 직경이 5 미크론보다 크거나 같은, 바람직하게는 10 미크론보다 크거나 같은 α-SiC 알갱이의 두 번째 분획물; 및

- β-SiC 알갱이 또는 적어도 β-SiC 알갱이 전구체의 분획물

을 포함하는 SiC 알갱이의 혼합물로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는, 95% 이상의 탄화 규소 SiC를 포함하는 다공성 세라믹 물질로 만들어진 구조물의 제조 방법에 관한 것이다.

본 설명의 의미에서, 분획물을 구성하는 알갱이 또는 입자의 중간 직경 d₅₀은 알갱이 전체의 50 중량%가 그보다 작은 직경에 있는 입자의 직경을 뜻한다.

예를 들어, α-SiC 알갱이의 첫 번째 분획물의 알갱이 중간 직경은 약 1 미크론 미만, 바람직하게는 0.8 미크론 미만이다.

α-SiC 알갱이의 두 번째 분획물의 알갱이 중간 직경은 예를 들어, 약 5 내지 약 100 미크론, 바람직하게는 약 10 내지 약 20 미크론이다.

본 발명에 따르면, β-SiC 알갱이의 분획물은 적어도 α-SiC 알갱이의 첫 번째 분획물의 중간 직경과 같고, 바람직하게는 약 3 내지 약 30 미크론인 중간 직경을 가질 수 있다.

α-SiC 알갱이의 첫 번째 분획물은, 예를 들어 SiC 알갱이 혼합물의 15 내지 50 중량%, 바람직하게는 SiC 알갱이 혼합물의 20 내지 40 중량%를 나타낸다.

α-SiC 알갱이의 두 번째 분획물은 SiC 알갱이 혼합물의 30 내지 80 중량%, 바람직하게는 SiC 알갱이 혼합물의 30 내지 60 중량%를 나타낼 수 있다.

본 발명의 가능한 형태에 따르면, β-SiC 알갱이의 분획물은 SiC 알갱이 혼합물의 5 내지 40 중량%, 바람직하게는 SiC 알갱이 혼합물의 10 내지 35 중량%를 나타낸다.

다른 방식에 따르면, β-SiC 알갱이의 전구체는, 무정형 탄소 또는 그래파이트 탄소와 조합된 실리콘 알콕시드에 의해, 무정형 탄소 또는 그래파이트 탄소와 조합된 규소 분말 또는 규소-기초의 유기금속 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.

예를 들어, 본 발명에 따른 탄화 규소 SiC를 95% 이상 포함하는 다공성 세라믹 물질로부터 만들어지는 구조물의 제조 방법은 다음의 단계를 포함한다:

- 상기 기술된 것과 같은 혼합물을 얻기 위해 SiC 알갱이의 다양한 분획물을 혼합하는 단계;

- 물과 같은 액체에 혼합물을 배합한 후, 예를 들어 압출로, 여과 구조물을 성형하는 단계;

- 예를 들어, 가열 또는 전자렌지 작동에 의해 건조하는 단계; 및

- 성형된 다공성 구조물을 비산화 대기 중에서 약 1450℃ 내지 약 2300℃의 온도에서 소성하는 단계.

가능하지만 제한되지 않는 본 발명의 방법의 실시 태양은 하기에 주어진다:

성형 단계 이전의 초기 분말 혼합물은 일시적 결합제 및 가소제 예를 들어, 폴리사카라이드 및 셀룰로오스 유도체, PVAs, PEGs, 또는 심지어 리그논(lignone) 유도체 범위로부터 선택된 것 또는 화학적 경화제(setting agent), 예를 들어 인산 또는 규산 나트륨 (후자가 소성 공정과 양립할 수 있는 한)을 포함할 수 있다.

그러나, 본 발명에 따른 구조물의 적절한 수행에 필수적이지는 않지만, 전통적으로 사용되었거나, 문헌에 기술된, 특히 출원 EP 1 403 231에서 기술된 유형의 기공 형성제를 혼합물에 첨가하는 것이 가능하다.

물질을 성형하는 단계는 바람직하게는 본 발명에 따라 압출에 의해 수행되지만, 다른 공정, 예를 들어 공지된 프레싱, 진동 또는 몰딩 공정을 배제하는 것은 아니다.

결합제를 제거하는 (또는 디바인딩) 중간 단계는, 실제 소성 또는 소결 단계 전에 충분한 기계적 강도를 얻고 SiC 또는 SiC 전구체의 산화를 막기 위해, 바람직하게는 공기 중에서, 바람직하게는 700℃ 미만의 온도에서 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 소성은 SiC의 분해를 막기 위해 1450℃ 초과, 바람직하게는 1600℃ 초과, 더욱 바람직하게는 1900℃ 초과 또는 심지어 2100℃ 초과, 하지만 일반적으로는 항상 2400℃ 미만의 온도에서 수행된다. 소성은 마지막에 높은 기계적 강도를 갖는 물질을 얻기 위하여 비산화 대기, 바람직하게는 아르곤 Ar 하에서 수행된다.

본 발명은 또한 청구항 중 하나에서 청구된 방법에 의해 얻을 수 있는 다공성 구조물에 관한 것이다.

예를 들어, 상기 구조물은 벌집형 여과 요소 또는 접합 시멘트로 함께 결합된 다수의 벌집형 여과 요소가 혼입된 중심부를 포함하고, 상기 요소(들)은 다공성 벽에 의해 분리되고 서로 평행한 축이 있는 일련의 인접한 관 또는 채널을 포함하고, 상기 관은 가스 흡입 면으로 개방된 입구 챔버 및 가스 배출 면으로 개방된 출구 챔버의 범위를 정하기 위해, 가스가 다공성 벽을 통과하는 방식으로, 그들의 한쪽 또는 다른 쪽 끝에서 플러그에 의해 막혀진다.

본 발명은 게다가, 통상적으로 적어도 1종 이상의 귀금속, 예를 들어 Pt 및/또는 Rh 및/또는 Pd 및 임의적으로 산화물, 예를 들어 CeO₂, ZrO₂, CeO₂/ZrO₂를 포함하는 하나 이상의 활성 촉매상의 침착, 바람직하게는 함침에 의해, 상기한 구조물로부터 얻은 촉매 필터 또는 지지체 관한 것이다. 이러한 촉매 지지체는 디젤 또는 페트롤 엔진의 배기 라인에 사용될 수 있다. 유사하게, 상기한 촉매 필터는 디젤 또는 페트롤 엔진의 배기 라인내 미립자 필터로서 사용될 수 있다.

본 발명 및 그의 이점은 이하의 비제한적인 실시예를 읽음으로써 더 잘 이해될 것이다. 실시예에서, 모든 퍼센트는 중량 퍼센트이다.

배합기에서, 다양한 α-SiC, β-SiC 또는 β-SiC 전구체 분말을 표 2에 주어진 중량 비율로 혼합하였다.

예를 들어, 선행 기술에 따른 실시예 1에서, 알갱이가 10 미크론의 중간 직경 d₅₀을 갖는 70 중량%의 α-SiC 분말을 먼저 0.5 미크론의 중간 직경 d₅₀을 갖는 두 번째 α-SiC 분말과, EP 1 142 619에 기술된 분말 혼합물에 상응하는 첫 번째 방식으로 혼합하였다. SiC 알갱이 총 중량의 5 중량%와 같은 비율의 폴리에틸렌 유형의 기공 형성제 및 SiC 알갱이 총 중량의 10 중량%와 같은 비율의 메틸셀룰로오스 유형의 성형 첨가제를 표 2에 나열된 대로 이 혼합물에 첨가하였다.

다음으로, 필요한 양의 물을 첨가하고, 혼합물을, 그것의 가소성이 다이를 통한 벌집형 구조물의 압출을 가능하게 하는 균일한 페이스트가 얻어질 때까지 배합하였다. 실시예 1에서, 물 요구 조건은, 예를 들어 혼합물에 도입되는 건조 SiC 알갱이의 총 중량에 대해 22 중량%의 물이다.

모든 실시예에 대해서 압출 후에 얻어진 구조물의 치수 특성은 표 1에 나타나 있다:

다음으로, 얻은 미처리 모노리스를 화학적으로 비결합된 물 함량을 1 중량% 미만으로 만들기에 충분한 시간 동안 전자렌지 작동에 의해 건조시켰다.

예를 들어, 출원 WO 2004/065088에 기술된 잘 알려진 기술에 따라, 모노리스 각 면의 채널을 교대로 막았다.

모노리스를 그리고 나서 공기 중에서 최고 온도 2200℃에 도달할 때까지 20℃/hr로 증가하고 6 시간 동안 유지되는 온도에 따라 소성하였다.

선행하는 방법에 따라 얻은 여과 물질 및 구조물의 특성 및 성질은 다음의 기술에 따라 평가된다:

공극률 및 비표면적의 측정:

다공도 측정기를 사용한 공극률 분석은 마이크로메리틱스(Micromeritics) 9500^® 고압 수은 다공도 측정기로 수행하였다.

다양한 다공성 물질의 기공의 구축된 비표면적은 BET 방법에 의한 통상적인 표면 분석에 의해 측정되었다. 불활성 기체의 흡착에 의해 비표면적을 측정하는 이 방법은 브루나우어(S.Brunauer), 에멋(P.H.Emmet) 및 텔러(J.Teller)에 의해 개발되었고, 당업자에게 잘 알려져 있다.

기계적 강도의 측정:

파열 강도는 주변 온도에서 각 실시예에 대해서 길이가 15.2 cm와 같고 폭이 3.6 cm와 같은 하나의 동일한 제조 배치로부터의 요소에 대응하는 10개의 모노리스 단위 상에서 측정되었다. ISO 5014 표준에 따라 두 개의 하부 베어링 표면 사이에서 140 mm 거리로 3점 굴곡 조립체를 구축하였다. 핀의 하강 속도는 약 10 mm/min으로 일정하였다.

파열 MOR의 굴곡 탄성률은 다음의 식에 따라 계산되었다:

여기서 F (N)는 파열 강도에 대응하고, l_e (mm)는 지지체가 걸쳐있는 길이에 대응하고, H (mm)는 단면 높이 그리고 I (mm⁴)는 관성 모멘트에 대응한다. 관성 모멘트는 당업자의 지식에 따라 내벽 및 외벽의 두께와 채널의 밀도의 함수로서 계산된다.

압력 강하의 측정:

"압력 강하"라는 표현은 본 발명의 의미 내에서 필터의 상류와 하류 사이에 존재하는 압력의 차이를 말하는 것으로 이해된다. 압력 강하는 당업계의 기술에 의해 주변 공기의 스트림에서 300 m³/h의 공기 유속으로 측정되었다. 측정은 표 1에 기술된 것과 같은 16 요소로부터 조립된 필터에서 수행되었다. 하나의 동일한 초기 혼합물에서 나온 이러한 요소는 WO 2004/065088에 기술된 원칙에 따라 다음과 같은 화학 조성을 가지는 시멘트를 사용하여 결합함으로써 함께 조립되었다: 72 중량%의 SiC, 15 중량%의 Al₂O₃, 11 중량%의 SiO₂, 불순물을 구성하는 나머지, 대부분은 Fe₂O₃ 및 알칼리 또는 알칼리 토금속 산화물. 이웃하는 두 블록 사이의 접합부의 평균 두께는 약 2 mm이다. 조립체는 그리고 나서 지름이 5.66 인치, 즉 약 14.4 cm인 원통형의 조립된 필터를 형성하기 위하여 기계가공되었다.

SiC를 초기 혼합물에 도입하기 위한 다양한 벡터의 함수로서, 앞에 서술된 기술에 따라 평가된 물질의 특성 및 성질은 다음의 표 2에 나타나 있다:

표 2에 나타난 결과에서, MOR×비표면적 값 또한 보고되어 있고, 이는 기계적 강도 성질에 비하여 필터를 형성하는 다공성 물질의 예상 촉매 성질 사이의 조정의 효율을 간단하게 그리고 직접적으로 나타낼 수 있게 만든다.

실시예 2 내지 5는 본 발명에 따른 예시적인 실시 태양이다.

실시예 1 및 6 내지 9는 본 발명의 이점을 강조하기 위해 실례의 방식으로 단순히 제시된 비교례를 나타낸다.

더욱 구체적으로:

본 발명에 따른 실시예 2 내지 4의 결과와 선행 기술에 따른 실시예 1의 비교는, 개방 공극률 OP 부피의 중대한 증가에도 불구하고, 비표면적의 중요한 증가 및 물질의 기계적 강도의 향상 또는 유지를 보여준다.

결과적으로, MOR×비표면적 값의 실질적인 향상은 본 발명에 따른 필터의 예상된 촉매 및 기계적 성질 사이의 더 나은 조정을 나타낸다.

비교례 6 내지 9는 본 발명의 SiC 분획물 중 하나가 초기 혼합물에서 빠진 형태를 나타낸다.

실시예 6 및 7에 따라 얻어진 결과 (표2 참조)는 두 α-SiC 분획물 중 하나의 부재로 충분한 기계적 강도를 갖는 물질이 얻어질 수 없다는 것을 보여준다. 추가적으로, MOR×비표면적 값은 실시예 7에 따라 얻어진 물질의 경우에 너무 낮고, 실시예 6에 따라 얻어진 물질의 경우에는 압력 강하가 매우 크다.

출원 EP 1 541 817의 실시예 1에 기술된 실험 방법에 따라 얻어진 실시예 8의 물질은 α-SiC 알갱이의 미세 분획물이 결여되고 β-SiC 분말의 중간 직경은 0.5 미크론 (미립자)인 SiC 분획물의 초기 혼합물 제제로부터 유도된다. 그 결과는 기계적 강도 MOR 및 비표면적이 본 발명의 실시예 2 내지 5에 따라 얻은 값보다 상당히 낮음을 나타낸다.

실시예 9는 너무 많이 첨가된 큰 β-SiC 입자의 양은 기계적 강도를 매우 불리하게 하고, 그 결과 매우 낮은 MOR×비표면적 조정을 가져온다는 것을 보여준다.

상기 상세한 설명 및 실시예에서, 간편성을 위해서, 본 발명은 디젤 엔진의 배기 라인을 빠져나오는 배기 가스에 존재하는 기체상 오염 물질 및 매연의 제거를 가능하게 하는 촉매 미립자 필터와 관련하여 기술되었다.

그러나, 본 발명은 또한 오염 가스를 처리하는 다른 구조물, 예를 들어 패트롤 또는 심지어 디젤 엔진의 배기구에 통상적으로 존재하는 기체상 오염 물질을 제거하기 위한 촉매 지지체에 관한 것이다. 이러한 유형의 구조물에서, 벌집형 채널은 그들의 하나 또는 다른 끝에서 막히지 않는다. 이러한 지지체에 적용된, 본 발명의 수행은, 지지체의 전반적인 기계적 강도에는 영향을 미치지 않으면서, 지지체의 비표면적 및 그 결과 지지체 내 존재하는 활성 상의 양을 증가시키는 이점을 갖는다.

Claims (14)

1. 구조물이 적어도

   - 중간 직경이 5 미크론 미만인 α-SiC 알갱이의 첫 번째 분획물 ;

   - 중간 직경이 α-SiC 알갱이의 첫 번째 분획물의 중간 직경 보다 2배 이상 더 크고, 중간 직경이 5 미크론보다 크거나 같은 α-SiC 알갱이의 두 번째 분획물; 및

   - β-SiC 알갱이 또는 적어도 β-SiC 알갱이 전구체의 분획물

   을 포함하는 SiC 알갱이의 혼합물로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는, 95% 이상의 탄화 규소 SiC를 포함하는 다공성 세라믹 물질로 만들어진 구조물의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, α-SiC 알갱이의 첫 번째 분획물의 알갱이 중간 직경이 약 1 미크론 미만, 바람직하게는 0.8 미크론 미만인 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, α-SiC 알갱이의 두 번째 분획물의 알갱이 중간 직경이 약 10 내지 약 100 미크론, 바람직하게는 약 10 내지 약 20 미크론인 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, β-SiC 알갱이의 분획물이 α-SiC 알갱이의 첫 번째 분획물과 적어도 같은, 바람직하게는 약 3 내지 약 30 미크 론의 중간 직경을 갖는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, α-SiC 알갱이의 첫 번째 분획물이 SiC 알갱이 혼합물의 15 내지 50 중량%, 바람직하게는 SiC 알갱이 혼합물의 20 내지 40 중량%를 나타내는 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, α-SiC 알갱이의 두 번째 분획물이 SiC 알갱이 혼합물의 30 내지 80 중량%, 바람직하게는 SiC 알갱이 혼합물의 30 내지 60 중량%를 나타내는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, β-SiC 알갱이의 분획물이 SiC 알갱이 혼합물의 5 내지 40 중량%, 바람직하게는 SiC 알갱이 혼합물의 10 내지 35 중량%를 나타내는 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, β-SiC 알갱이의 전구체가, 무정형 탄소 또는 그래파이트 탄소와 조합된 규소 알콕시드에 의해, 무정형 탄소 또는 그래파이트 탄소와 조합된 규소 분말 또는 규소-기재의 유기금속 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
9. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 혼합물을 얻기 위해 SiC 알갱이의 다양한 분획물을 혼합하는 단계;

   - 물과 같은 액체에 혼합물을 배합한 후, 예를 들어 압출로, 여과 구조물을 성형하는 단계;

   - 예를 들어, 가열 또는 전자렌지 작동에 의해 건조하는 단계; 및

   - 성형된 다공성 구조물을 비산화 대기 중에서 약 1450℃ 내지 약 2300℃의 온도에서 소성하는 단계

   를 포함하는, 탄화 규소 SiC를 95% 이상 포함하는 다공성 세라믹 물질로부터 만들어지는 구조물의 제조 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법에 의해 얻을 수 있는 다공성 구조물.
11. 제10항에 있어서, 중심부가 벌집형 여과 요소 또는 접합 시멘트로 함께 결합된 다수의 벌집형 여과 요소를 포함하고, 상기 요소(들)가 다공성 벽에 의해 분리되고 서로 평행한 축이 있는 일련의 인접한 관 또는 채널을 포함하고, 상기 관이 가스 흡입 면으로 개방된 입구 챔버 및 가스 배출 면으로 개방된 출구 챔버의 범위를 정하기 위해, 가스가 다공성 벽을 통과하는 방식으로, 그들의 한쪽 또는 다른 쪽 끝에서 플러그에 의해 막혀진 여과 다공성 구조물.
12. 통상적으로 1종 이상의 귀금속, 예를 들어 Pt 및/또는 Rh 및/또는 Pd 및 임 의적으로 산화물, 예를 들어 CeO₂, ZrO₂, CeO₂/ZrO₂를 포함하는 하나 이상의 활성 촉매 상의 침착, 바람직하게는 함침에 의해, 제10항 및 제11항의 구조물로부터 얻어지는 촉매 필터 또는 지지체.
13. 제12항의 촉매 지지체의 디젤 또는 페트롤 엔진의 배기 라인에서의 용도.
14. 제12항의 촉매 필터의 디젤 또는 페트롤 엔진의 배기 라인 내 미립자 필터로서의 용도.