MXPA02011870A

MXPA02011870A - Cuerpo de cordierita.

Info

Publication number: MXPA02011870A
Application number: MXPA02011870A
Authority: MX
Inventors: David L Hickman
Original assignee: Corning Inc
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2003-04-10
Also published as: EP1301261A4; EP1301261B1; USRE38888E1; US20020004445A1; JP2003534229A; WO2001091882A1; CN1277596C; US6541407B2; EP1301261A1; CN1430531A; AU2001261354A1; JP5468717B2; KR20030036205A; ATE516065T1; BR0110263A

Abstract

La presente invencion se refiere a una ceramica que comprende predominantemente una fase de tipo cordierita que se aproxima a la estequiometria Mg2AI4Si5O18 y que tiene un coeficiente de expansion termica (25-800(C), mayor de 4x10-7/(C y menor de 13x10-7/(C, y una permeabilidad y una distribucion de tamano de poro que satisfacen la relacion 2.108 (permeabilidad) + 18.511 (volumen total de poros) +0.1863 (por ciento del volumen total de poros formado de poros entre 4 y 40 micrometros) >24.6; la ceramica es adecuada en la fabricacion de filtros de particulas de diesel celulares de flujo a traves de la pared que tienen una caida de presion, en kPa, que a una carga de hollin de carbon artificial de 5 gramos/litro y una velocidad de flujo de 12.22 I/seg, es menor de 8.9-0.035 (numero de celulas por 6.45 cm2) + 300 (espesor de la pared de las celulas x 2.54 cm), una densidad global del filtro de por lo menos 0.60 g/cm3 y una capacidad termica volumetrica de por lo menos 0.67 J cm-3K-1 medida a 500(C.

Description

CUERPO DE CORDIERITA Esta solicitud reclama el beneficio de las solicitudes provisionales de E.U.A. Nos. 60/208,529, presentada en 6/1/00, titulada "Cordierite Body and Method of Making the Same", y 60/234,684, presentada en 9/22/00, titulada "Cordierite Body", ambas por Beall et al.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a cuerpos de cordierita de alta permeabilidad y microestructura adaptada adecuada para su uso como filtros de partículas de diesel en aplicaciones en donde se requiere una baja caída de presión a través de la longitud del filtro. Recientemente, mucho interés se ha dirigido hacia el motor a diesel debido a su eficiencia, durabilidad y aspectos económicos. Sin embargo, las emisiones diesel han sido atacadas tanto en los Estados Unidos como en Europa, debido a sus efectos nocivos sobre el ambiente y sobre los humanos. Como tales, las regulaciones ambientales más estrictas requerirán que los motores a diesel sean mantenidos a los mismos estándares que los motores a gasolina. Por io tanto, los fabricantes de motores a diesel y las compañías para el control de emisiones, están trabajando para lograr un motor a diesel que sea más rápido, más limpio y cumpla con los requisitos más estrictos bajo todas las condiciones de operación con costo mínimo para el consumidor. Uno de los retos más grandes en la disminución de las emisiones de diesel, es el control de los niveles de la materia en partículas de diesel presente en la corriente de descarga de diesel. En 1998, las partículas de diesel fueron declaradas como un contaminante atmosférico tóxico por el California Air Resources Board. Se ha aprobado la legislación que regula la concentración y el tamaño de partícula de la contaminación por partículas de diesel que se origina de fuentes móviles y estacionarias. La materia en partículas de diesel es principalmente hollín de carbón. Una forma de remover el hollín de carbón de la descarga de diesel, es a través de trampas de diesel. La trampa de diesel que se ha usado más ampliamente es el filtro de partículas de diesel que filtra la descarga de diesel capturando el hollín sobre las paredes porosas del cuerpo del filtro. El filtro de partículas de diesel está diseñado para proveer filtración casi completa de hollín sin impedir en forma significativa el flujo de descarga. En la industria, la cordierita (2MgO-2Al2?3-5SiO2) ha sido el material de elección efectivo en costos para filtros de partículas de diesel para vehículos para trabajo pesado debido a su combinación de resistencia al choque térmico, eficiencia de filtración y durabilidad excelentes, bajo la mayoría de las condiciones de operación. Históricamente, los filtros de cordierita de partículas de diesel han tenido geometrías de células tales como 100 células/6.45 cm2 con paredes de 0.043 cm y 200 células/6.45 cm2 con paredes de 0.030 cm, con canales alternos taponados sobre superficies opuestas para forzar al gas de descarga del motor para que pase a través de las paredes porosas del cuerpo del filtro. Conforme la capa de hollín se colecta sobre las superficies de los canales de entrada del filtro de partículas de diesel, la permeabilidad menor de la capa de hollín causa un aumento gradual en la contrapresión del filtro contra el motor, haciendo que el motor trabaje más difícilmente. Una vez que el carbón en el filtro se ha acumulado hasta cierto nivel, el filtro debe ser regenerado quemando el hollín, restaurando de esta manera la contrapresión hasta bajos niveles. Normalmente, la regeneración se logra bajo condiciones controladas de manejo del motor, con lo cual una combustión lenta se inicia y dura un número de minutos, durante lo cual la temperatura en el filtro aumenta de alrededor de 400-600°C hasta un máximo de aproximadamente 80-1000°C. Las temperaturas más altas durante la regeneración tienden a ocurrir cerca del extremo de salida del filtro debido a los efectos acumulativos de la onda de combustión de hollín que avanza de la cara de entrada a la cara de salida del filtro, conforme el flujo de descarga hace descender el calor de combustión del filtro. Bajo ciertas circunstancias inusuales, puede ocurrir la denominada "regeneración no controlada" cuando el inicio de la combustión coincide con, o va inmediatamente seguido de, alto contenido de oxígeno y bajas velocidades de flujo en el gas de descarga (tal como condiciones de inactividad del motor). Durante una regeneración no controlada, la combustión del hollín (una reacción que es ya altamente exotérmica) puede producir espigas de temperatura que superarían el punto de fusión de la cordierita, y puede chocar térmicamente y agrietar, o incluso fundir, el filtro. Además de capturar el hollín de carbón, el filtro atrapa también partículas de "ceniza" de óxido de metal, que son llevadas por el gas de descarga. Estas partículas no son combustibles y, por lo tanto, no son removidas durante la regeneración. Sin embargo, si las temperaturas durante las regeneraciones no controladas son suficientemente altas, la ceniza puede concrecionar finalmente el filtro o incluso reaccionar con el filtro, dando como resultado fusión parcial. Un problema importante asociado con los filtros de cordierita convencionales de partículas de diesel, es la susceptibilidad al daño durante la regeneración del filtro bajo condiciones no controladas que promueven temperaturas inusualmente altas. Se consideraría como un avance en la técnica obtener un filtro de cordierita de partículas de diesel que no sólo sobreviva a las numerosas regeneraciones controladas durante su vida útil, sino también las regeneraciones no controladas mucho menos frecuentes pero más severas. Esta supervivencia ¡ncluye no sólo que el filtro de partículas de diesel permanezca intacto y continúe filtrando, sino que la contrapresión contra el motor continúe siendo baja. La presente invención provee dicho filtro y un método para fabricar el mismo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente ¡nvención se basa en el descubrimiento de que una estructura de cordierita que posee alta permeabilidad y una microestructura con una combinación única de porosidad y distribución de tamaño de poros, es especialmente útil en la fabricación de filtros de partículas de diesel que poseen alta durabilidad térmica acoplada con una baja caída de presión a lo largo de la longitud del filtro, de modo que existe una baja contrapresión contra el motor, dando como resultado un motor más eficiente. La estructura de la invención comprende predominantemente una fase de tipo cordierita que se aproxima a la estequiometría Mg2AI SisOi8 y tiene un coeficiente de expansión térmica (25-800°C) mayor de 4x10"7/°C y menor de 13x10"7/°C y una permeabilidad y distribución de tamaño de poros que satisfacen la relación 2.108 (permeabilidad) + 18.511 (volumen total de poros) + 0.1863 (por ciento del volumen total de poros formado de poros entre 4 y 40 micrómetros) > 24.6. La estructura de la invención es adecuada en aplicaciones a alta temperatura tales como un filtro de partículas de diesel de alta capacidad térmica volumétrica y que exhibe una baja caída de presión a través de la longitud del filtro. En una modalidad preferida, el filtro es un diseño en panal que tiene un extremo de entrada y un extremo de salida y una multiplicidad de células que se extienden del extremo de entrada al extremo de salida, las células teniendo paredes porosas, en donde parte del número total de células en el extremo de entrada está taponado a lo largo de una porción de sus longitudes, y la parte restante de células que están abiertas en el extremo de entrada está taponada en el extremo de salida a lo largo de una porción de sus longitudes, de modo que una corriente de descarga de motor que pasa a través de las células del panal del extremo de entrada al extremo de salida fluye en las células abiertas, a través de las paredes de las células, y fuera de la estructura a través de las células abiertas en el extremo de salida. El filtro de la ¡nvención tiene una caída de presión a través de la longitud del filtro, expresada en kPa, a una carga de hollín de carbón artificial de 5 gramos/litro y una velocidad de flujo de 12.22 l/seg, menor de 8.9-0.035 (número de células por 6.45 cm2) + 300 (espesor de la pared de las células x 2.54 cm); una densidad global del filtro de por lo menos 0.60 g/cm3 y una capacidad térmica volumétrica de por lo menos 0.67 J cm^K"1 medida a 500°C. La invención se refiere también a un método para fabricar el cuerpo de cordierita con base en el uso de ciertas materias primas que tienen restricciones específicas del tamaño de partícula. En forma específica, el método incluye formar una mezcla de una fuente de talco que tiene un índice de morfología mayor de aproximadamente 0.75 y un tamaño de partícula promedio mayor de 15 micrómetros, pero menor de 35 micrómetros; una fuente de alúmina que tiene un tamaño de partícula medio entre 4.6 y 25 micrómetros; una fuente de sílice que tiene un tamaño de partícula medio entre 10 y 35 micrómetros; configurar la mezcla en una estructura cruda; y opcionalmente secando y horneando en una estructura de producto final. Se puede añadir caolín, pero no más que la cantidad (en por ciento en peso) dada por la ecuación 4.0 (tamaño de partícula medio de la fuente de alúmina) -18.4.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 ¡lustra la caída de presión a través de un filtro contra la carga de hollín de carbón para una velocidad de flujo de gas de 12.33 l/seg para filtros de cordierita que tienen aproximadamente 200 células por 6.45 cm2 y un espesor de la pared de los canales de alrededor de 0.055 cm. La figura 2 muestra la temperatura máxima alcanzada dentro de un filtro durante una regeneración no controlada a alto contenido de oxígeno gaseoso de descarga y bajas velocidades de flujo contra el nivel de carga de hollín para un filtro de baja densidad global y un filtro de alta densidad global. La figura 3 demuestra que bajas caídas de presión menores de 8.5 kPa, a una carga de hollín de 5 g/l y una velocidad de flujo de 12.33 l/seg, están asociadas con altos parámetros "P" computados, mayores de 24.6. La figura 4 muestra que el por ciento en peso de caolín en la mezcla de materias primas debe ser menor de 4 (tamaño de partícula medio promedio de las fuentes de alúmina) -18.4 cuando se usa un talco de 23 mieras y sílice de 25 mieras, para lograr un parámetro "P" mayor de 24.6. La figura 5 ilustra que ejemplos con CTEs menores de 4.0 tienen parámetros "P" menores de 24.6, asociados con altas caídas de presión.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a una estructura que está formada predominantemente de una fase de tipo cordierita, es decir, una fase cristalina en la cual la disposición de los átomos en la red cristalina es en general similar a la de los minerales cordierita o indialita. La composición de la fase de cordierita se aproxima de preferencia a la de Mg2Al4S¡5??g; sin embargo, es aceptable la sustitución limitada de otros constituyentes tales como Fe (hierro), Co (cobalto), Ni (níquel) y Mg (manganeso) por el Mg (magnesio), Ga (galio) para el Al (aluminio) y Ge (germanio) para ei Si (silicio). Asimismo, la fase de cordierita puede contener hasta tres átomos de un metal alcalino (grupo IA), dos átomos de un metal alcalino terreo (grupo HA), o un átomo de un metal de tierra rara (escandio, itrio o un metal lantánido) por 54 oxígenos. Se esperaría que estos sustituyentes ocupen los "sitios de los canales" normalmente vacantes en la estructura cristalina de la fase de tipo cordierita, aunque podría ocurrir también su sustitución limitada por Mg. La incorporación de estos elementos en la estructura cristalina de la cordierita se puede acoplar con otras sustituciones químicas, tales como un cambio en la relación Al/Si, para preservar el balance de cargas. La estructura de la ¡nvención tiene una distribución de tamaño de poros y permeabilidad que satisfacen la relación P>24.6, en donde P se define como: (1) P = 2.108 (permeabilidad) + 18.511 (volumen total de poros) + 0.1863 (por ciento del volumen total de poros formado de poros entre 4 y 40 micrómetros). En la ecuación (1), la permeabilidad está en unidades de 10" 12m2, y el volumen total de poros se mide mediante porosimetría de mercurio y está en unidades de ml/g. El por ciento del volumen total de poros formado de poros entre 4 y 40 micrómetros se calcula a partir de los datos de porosimetría de mercurio, calculando la diferencia entre la intrusión acumulativa de mercurio en ml/g a 4 micrómetros y 40 micrómetros, dividiendo entre la intrusión total de mercurio en ml/g, y multiplicando el resultado por 100. Por consiguiente, la permeabilidad de las estructuras de la invención es de por lo menos 0.7x10~12m2, de preferencia de por lo menos aproximadamente 1.0x10"12m2, más preferiblemente de por lo menos alrededor de 1.5x10"12m2, y aún más preferiblemente de por lo menos alrededor de 2.0x10"12m2. El volumen total de poros, conocido también como el volumen de intrusión, es de por lo menos 0.25 cm3/g, más preferiblemente de por lo menos 0.30 cm3/g, y aún más preferiblemente de por lo menos 0.35 cm3/g. El por ciento de porosidad del volumen total, medido mediante porosimetría de mercurio, es de preferencia de por lo menos aproximadamente 38% en volumen, más preferiblemente de por lo menos 42% en volumen, y aún más preferiblemente de por lo menos 47% en volumen.

El diámetro de poro medio de la estructura de la invención es de por lo menos 4 micrómetros y menor de 40 micrómetros, cuando la estructura de la invención se usa como un filtro de partículas de diesel. El diámetro de poro medio de la estructura de la invención es de preferencia de por lo menos 10 micrómetros y menor de 25 micrómetros. El diámetro de poro medio de la estructura de la ¡nvención es más preferiblemente de por lo menos 14 micrómetros y menor de 20 micrómetros. El por ciento del volumen total de poros formado de poros entre 4 y 40 micrómetros es de preferencia de por lo menos 80%, más preferiblemente por lo menos 85%, y aún más preferiblemente por lo menos 90%. El coeficiente de expansión térmica (CTE) media de 22° a 800°C, medido mediante dilatometría en las estructuras de cordierita de la invención, es mayor de 4x10"7/°C y menor de 13x10"7/°C, de preferencia mayor de 4x10" 7/°C y menor de 10x10"7/°C, más preferiblemente mayor de 4x10"7/°C y menor de 8x10"7/°C, y muy preferiblemente mayor de 4x10"7/°C y menor de 6x10"7/°C. El CTE de la estructura de la invención es menor que el CTE medio de la red de cordierita, el cual es de aproximadamente 15x10"7/°C a 18x10"7/°C, debido al microagrietamiento del cuerpo cerámico. Opcionalmente, el cuerpo de cordierita puede exhibir también una orientación cristalográfica no aleatoria preferida de los cristalitos de cordierita que forman el cuerpo. Cuando el cuerpo tiene una geometría de tipo tubular, celular o de panal, se prefiere que los cristales de cordierita estén orientados de preferencia con sus ejes c cristalográficos estando dentro de un plano que sea paralelo a la superficie formada de las paredes del cuerpo. Esta orientación preferida de los cristalitos favorece una reducción en la expansión térmica del cuerpo, medida a lo largo de una dirección paralela a la superficie de las paredes debido a que la cordierita exhibe un CTE negativo en la dirección del eje c de los cristales. Los cuerpos de cordierita de la invención son especialmente adecuados como filtros de partículas de diesel, especialmente en aplicaciones en donde la regeneración del filtro por combustión del hollín de carbón puede producir temperaturas localmente altas dentro del filtro, requiriendo de esta manera excelente resistencia al choque térmico y un alto punto de fusión del filtro. En forma específica, los cuerpos de cordierita de la invención son especialmente adecuados como estructuras multicelulares en panal que tienen una alta capacidad térmica volumétrica, una baja caída de presión entre las caras de entrada y de salida del filtro, un bajo CTE y una alta eficiencia de filtración. La estructura en panal tiene un extremo o cara de entrada y de salida, y una multiplicidad de células que se extienden del extremo de entrada al extremo de salida, las células teniendo paredes porosas. Los filtros de la invención tienen densidades celulares de alrededor de 15.5 células/cm2 a aproximadamente 62 células/cm2. Una porción de las células en el extremo o cara de entrada está taponada con una pasta que tiene una composición idéntica o similar a la del filtro, como se describe en la patente de E.U.A. No. 4,329,162, la cual se incorpora en la presente como referencia. El taponamiento es sólo en los extremos de las células que está típicamente a una proximidad de aproximadamente 5 a 20 mm, aunque esto puede variar. Una porción de las células en el extremo de salida, pero que no corresponde a las del extremo de entrada, está taponada. Por lo tanto, cada célula está taponada sólo en un extremo. La disposición preferida es tener cada tercer célula en una cara determinada, taponada como en un patrón a cuadros. Esta configuración de taponamiento permite un contacto más estrecho entre la corriente de descarga y la pared porosa del substrato. La corriente de descarga fluye en el substrato a través de las células abiertas en el extremo de entrada, después a través de las paredes porosas de las células, y fuera de la estructura a través de las células abiertas en el extremo de salida. Los filtros del tipo descrito en la presente invención se conocen como filtros de "flujo a través de la pared", puesto que las trayectorias de flujo que resultan del taponamiento alterno de los canales requieren que la descarga sea tratada para fluir a través de las paredes de las células cerámicas porosas antes de salir del filtro. Se han podido fabricar filtros de partículas de diesel que tienen una baja caída de presión a través de la longitud del filtro y menor contrapresión contra el motor, con filtros de cordierita de la técnica anterior. La caída de presión a través del filtro, es una función de la acumulación del hollín carbonáceo sobre las paredes del filtro de partículas de diesel. Conforme aumenta la cantidad de hollín acumulado, crea un incremento progresivo en la resistencia al flujo del gas de descarga a través de las paredes del filtro y la capa de hollín de carbón. Esta resistencia al flujo se manifiesta como una caída de presión que se puede medir a través de la longitud del filtro, y da como resultado una contrapresión incrementada contra el motor. El aumento de la caída de presión a una carga de hollín determinada (en gramos/litro), depende de la caída de presión inicial "limpia" del filtro; el área de superficie geométrica de los canales de entrada del filtro; la densidad de empacamiento del hollín sobre las paredes del filtro; y el grado al cual el hollín penetra la porosidad de las paredes del filtro, especialmente durante las primeras etapas de deposición del hollín. De esta manera, el número de canales por área unitaria y la porosidad y la distribución de tamaño de poros del filtro, influyen sobre la caída de presión que, a su vez, influye sobre la economía de combustible. Por consiguiente, la caída de presión en kilopascales (kPa) de los filtros de la invención, es menor de 8.9-0.035 (número de células por 6.45 cm2) + 300 (espesor de pared x 2.54 cm) cuando se mide a una velocidad de flujo de 12.33 l/seg, y cargada con 5 gramos/litro de hollín de carbón artificial. Además de una baja caída de presión, los filtros de la invención tienen también alta capacidad térmica volumétrica. La alta capacidad térmica volumétrica es deseable, debido a que reduce la magnitud del incremento de temperatura del filtro durante la regeneración. Temperaturas menores durante la regeneración, dan como resultado menos concreción de la ceniza de óxido de metal, y de esta manera remoción más fácil de la ceniza durante la limpieza del filtro, y dan como resultado menos reacción de la ceniza con el filtro, y de esta manera una vida útil incrementada del filtro. La capacidad térmica volumétrica del filtro, Cp,f, se expresa en unidades de julios centímetro-3 Kelvin"1 (J cm"3 K"1), y se define mediante la relación Cp,f = (Df)(Cp,c), en donde Df es la densidad global del filtro en unidades de gramos centímetro"3 (g cm"3), y Cp,c es la capacidad térmica específica de la cordierita en unidades de julios gramo"1 Kelvin"1 (J g"1 K"1). La densidad global del filtro es igual a la masa del filtro (en gramos) dividida entre el volumen del filtro (en cm3), definido por sus dimensiones extemas. La masa del filtro incluye la masa de la cubierta exterior del filtro, las paredes que forman los canales dentro del filtro, y los tapones localizados en los extremos de entrada o salida de los canales. El volumen del filtro incluye el volumen ocupado por la cubierta exterior del filtro, las paredes del filtro, los tapones en los extremos del filtro, y los canales abiertos dentro del filtro. De esta manera, la capacidad térmica volumétrica del filtro depende del número de canales por área unitaria de la cara del filtro (conocida también como la "densidad de células"), el espesor de las paredes, el grado de porosidad en las paredes, el espesor de la cubierta exterior, el número y profundidad de los tapones cerámicos, y ia porosidad de los tapones. De estos parámetros, la densidad de células, el espesor de las paredes y la porosidad de las paredes, son típicamente los más importantes porque favorecen fa capacidad térmica volumétrica del filtro.

Por consiguiente, se prefiere tener una capacidad térmica volumétrica del filtro de por lo menos 0.67 J cm"3 K"1, medida a aproximadamente 500°C. De preferencia, la capacidad térmica volumétrica del filtro a 500°C es de por lo menos 0.76 J cm"3 K"1, y más preferiblemente de por lo menos 0.85 J cm"3 K"1. En forma correspondiente, para lograr esta capacidad térmica volumétrica, la densidad global del filtro debe ser de por lo menos 0.60 g cm"3, de preferencia de 0.68 g cm"3, y más preferiblemente de 0.77 g cm"3. Aunque la modalidad preferida describe un filtro de partículas de diesel con una alta capacidad térmica volumétrica, la estructura de la invención es también adecuada para la fabricación de filtros de partículas de diesel de una capacidad térmica volumétrica menor. Eficiencias de filtración hasta de y mayores de 90% de la materia en partículas de descarga de diesel (en peso), se pueden lograr con los filtros de la invención. Las eficiencias variarán, de hecho, con la escala y distribución del tamaño de las partículas llevadas dentro de la corriente de descarga. La invención se refiere también a un método para fabricar la estructura o cuerpo de cordierita de la invención mediante la formación de una mezcla a partir de ciertas materias primas que tienen restricciones específicas del tamaño de partícula. Las materias primas incluyen una o más fuente de talco, una o más fuentes que forman alúmina y una o más fuentes que forman sílice. Opcionalmente, la mezcla de materias primas puede contener también caolín. Las materias primas se mezclan junto con constituyentes orgánicos que pueden incluir plastificadores, lubricantes, aglutinantes y solventes. Se puede añadir también opcionalmente agua. La mezcla es configurada en un cuerpo verde (crudo), opcionalmente secada, y entonces horneada para formar la estructura del producto.

Las materias primas En la presente invención, los tamaños de partícula medios de las materias primas se miden en micrómetros, y se derivan de la distribución volumétrica de tamaños de partícula medida mediante una técnica de difracción de rayo láser.

Fuente de talco El talco debe tener un tamaño de partícula medio promedio mayor de aproximadamente 15 micrómetros, y de preferencia mayor de alrededor de 20 micrómetros, pero debe tener un tamaño de partícula medio menor de 35 micrómetros. El talco debe tener una morfología de plaqueta para promover un bajo CTE en el cuerpo horneado. Se prefiere que el talco posea un índice de morfología mayor de aproximadamente 0.75. El índice de morfología es una medida del grado de carácter laminado del talco, como se describe en la patente de E.U.A. No. 5,141 ,686, incorporada en la presente como referencia. Un procedimiento típico para medir el índice de morfología, es colocar la muestra en un soporte, de modo que la orientación del talco laminado sea aumentada al máximo dentro del plano del soporte de muestras. Se determina entonces el patrón de difracción de rayos X para este talco orientado. El índice de morfología, M, se refiere semi-cuantitativamente al carácter laminado del talco respecto a sus intensidades máximas de XRD usando la siguiente ecuación: /. M = A + 2 en donde lx es la intensidad de la reflexión (004) e ly es la intensidad de la reflexión (020). El talco se puede proveer como una combinación de dos o más polvos de talco. Cuando se usan dos o más polvos de talco, el "promedio ponderado de los tamaños de partícula medios" de los polvos de talco, se calcula a partir de la fórmula: d¡0 (talco) _ (W?¡col) + (Wtalco2) + ... + (Wtalcon) en donde dso(talco) es el promedio ponderado de los tamaños de partícula medios de los talcos en la mezcla, en micrómetros; W es el por ciento en peso de cada talco en la mezcla total de materias primas; dso es el tamaño de partícula medio en micrómetros para cada talco; y taico-1, talco-2,...talco-n representa cada una de las fuentes de talco usadas en la mezcla de materias primas. Por ejemplo, si una mezcla de materias primas contiene 20% en peso de un primer talco que tiene un tamaño de partícula medio de 10 micrómetros y 20 por ciento en peso de un segundo talco que tiene un tamaño de partícula medio de 22 micrómetros, entonces el promedio ponderado de los tamaños de partícula medios de los talcos es de 16 micrómetros, satisfaciendo la restricción sobre el tamaño de partícula del talco. El talco se puede proveer también como un talco calcinado.

Fuente de alúmina La fuente que forma alúmina es un polvo que, cuando se calienta a una temperatura suficientemente alta en ausencia de otras materias primas, produce óxido de aluminio sustancialmente puro, e incluye alfa-alúmina, una alúmina de transición tal como una gamma-alúmina o rho-alúmina, boehmita, hidróxido de aluminio, y sus mezclas. Se prefiere que la cantidad de hidróxido de aluminio, AI(OH)3, comprenda por lo menos 10% en peso de la mezcla de materias primas. Cuando se usa más de una fuente que forma alúmina, el promedio ponderado de los tamaños de partícula medios de las fuentes que forman alúmina en una mezcla de materias primas, se define como d50 (fuente que forma Al203 ) (W?Í_l) + (WAl_2) + ... + (WA1_n) en donde Wes el por ciento en peso de cada fuente que forma alúmina en la mezcla de materias primas, dso es el tamaño de partícula medio en micrómetros de cada fuente que forma alúmina, y AI-1, AI-2,...AI-n representa cada fuente que forma alúmina usada en la mezcla. Se prefiere que el promedio ponderado de los tamaños de partícula medios de las fuentes que forman alúmina tengan un tamaño de partícula medio entre 4.6 micrómetros a 25 micrómetros. En una modalidad preferida, la fuente? de talco tiene un tamaño de partícula medio de 18-30 micrómetros, y la fuente de alúmina tiene un tamaño de partícula medio de 7 a 15 micrómetros.

Fuente de sílice La fuente que forma sílice incluye, pero no está limitada a, cuarzo, cristobalita, sílice no cristalina tal como sílice fusionada o una sílice de sol-gel, zeoiita y sílice diatomácea, y combinaciones de los mismos. El promedio ponderado de los tamaños de partícula medios de las fuentes de sílice, está entre 10 micrómetros y 35 micrómetros. Cuando se usa más de una fuente de sílice, el promedio ponderado de los tamaños de partícula medios de las fuentes de sílice se define en forma similar al parámetro análogo para las materias primas anteriores.

Fuente de caolín Opcionalmente, la mezcla puede contener caolín. Si está presente, el por ciento en peso de caolín debe ser menor que una cantidad definida por la cantidad 4.0 (tamaño de partícula medio de la fuente de alúmina) -18.4. Cantidades de caolín mayores que este valor, darán como resultado un valor P calculado menor de 24.6, y darán como resultado mayores caídas de presión. En las estructuras de la invención, la caída de presión disminuye con los tamaños de partícula medios crecientes del talco, fuentes que forman alúmina y fuentes de sílice, y con el por ciento en peso de AI(OH)3 en la mezcla de materias primas, y la caída de presión aumenta con la cantidad creciente de caolín en la mezcla. Una ventaja de la presente invención, es la eliminación de agentes que forman poros, tales como grafito, de la mezcla de materias primas. Un formador de poros, es un material en partículas fugitivo que se evapora o sufre vaporización por combustión durante el secado o calentamiento del cuerpo crudo para obtener una porosidad usualmente mayor y/o diámetro de poro medio ordinario deseados que los que se obtendrían de otra manera. Se obtiene un número de beneficios a partir de la eliminación de agentes que forman poros, incluyendo tiempos de horneado reducidos, variabilidad reducida en propiedades físicas, tales como contrapresión y coeficiente de expansión térmica, y gradientes reducidos en estas propiedades entre las porciones interior y exterior dentro de un filtro individual. Para ilustrar en más detalle la invención, se presentan los siguientes ejemplos no limitativos. Todas las partes, porciones y por cientos son sobre una base en peso, a menos que se indique de otra manera.

EJEMPLOS Se prepararon ejemplos comparativos y de la invención de cuerpos de cordierita ponderando los ingredientes secos, mezclándolos con agua y líquidos orgánicos, y amasando la mezcla en una moleta de acero inoxidable para formar una masa plástica, y extruyendo la mezcla en un cinta que tiene un espesor de aproximadamente 0.050 cm y cuerpos celulares en panal que consisten de canales paralelos múltiples de sección transversal cuadrada. Los cuerpos celulares contenían aproximadamente 100 ó 200 células por 6.45 cm2, y tenían espesores de pared de alrededor de 0.030 cm, 0.043 cm y 0.055 cm. Después del secado, las partes fueron horneadas a un régimen entre 15 y 100°C/hora a una temperatura máxima de 1405° a 1430°C, y mantenida durante 6 a 25 horas. Los cuerpos celulares tenían alrededor de 5.08 cm de diámetro, y fueron cortados a aproximadamente 15.24 cm de longitud. Por cada cuerpo horneado, los canales altemos de una cara fueron taponados a una profundidad de aproximadamente 6 a 12 mm con un material cementoso, después de lo cual los extremos de los canales que fueron abiertos en la primera cara fueron taponados en forma similar en sus extremos en la segunda cara, de modo que cada canal fuera taponado en un extremo y abierto en el otro extremo. Los canales que están abiertos (no taponados) en la cara del filtro a través del cual una corriente de gas entra, son referidos como los canales "de entrada". Los parámetros de por ciento de porosidad, volumen de poros (volumen de intrusión), distribución de tamaño de poro y tamaño de poro medio, se determinaron mediante porosimetría de mercurio. El por ciento en peso de mulita, alúmina y espinela en el cuerpo horneado, se midió mediante difractometría de polvos de rayos x usando estándares internos. Se midió la permeabilidad en la cinta o piezas horneadas de las paredes de células usando un Perm Automated Porometer® Versión 6.0 (Porous Materials, Inc., Ithaca, NY). El valor de la permeabilidad se obtiene de la manera siguiente: una pieza de cinta o pared de célula de cordierita horneada se monta con resina epóxica sobre un soporte de muestras en forma de disco que tiene una abertura circular. La resina epóxica se aplica alrededor del perímetro de la abertura, de modo que la muestra cubra la abertura y de modo que no pueda pasar aire a través de la abertura sin pasar a través de la muestra, y de modo que el área de la muestra a través de la cual el aire pasa, sea casi igual al área de la abertura circular del soporte de muestras. La muestra se coloca entonces en la cámara del porómetro automatizado, y se aplica una presión de aire diferencial a través de la muestra. El flujo de aire volumétrico en el extremo de salida de la muestra, se mide como una función de la presión aplicada a la cara de entrada de la muestra. La permeabilidad específica, k, se calcula entonces a partir de la siguiente ecuación: ÁP en donde ? es la viscosidad del aire a temperatura ambiente en unidades de megapascales segundos, L es el espesor de la muestra en unidades de metros, Q es la velocidad de flujo de volumen uniaxial de aire a través de la muestra en metros cúbicos por segundo, A es el área a través de la cual se deja que el aire pase a través de la muestra, casi igual al área de la abertura del soporte de muestras, en unidades de metros cuadrados, y P es la presión diferencial a través del espesor de la muestra en unidades de megapascales. La permeabilidad específica, referida también como permeabilidad, se expresa de esta manera en unidades de metros cuadrados, m2. La relación I es una medida del grado al cual los ejes c cristalográficos de los cristales de cordierita están orientados de preferencia paralelos a la superficie de las paredes de los canales del cuerpo del filtro. La relación I (IR), como se describió primero en la patente de E.U.A. No. 3,885,977, se usa para describir el grado de orientación preferida de acuerdo a la ecuación: t - (»») -* (110) "'" •' (002) en donde l(n0) e l(82) son las alturas máximas de las reflexiones de rayos X a partir de los planos cristalográficos (110) y (002), respectivamente, con base en la estructura cristalina de cordierita hexagonal; estas reflexiones corresponden a separaciones d de aproximadamente 4.90 A y 4.68 A, respectivamente. La denominada relación I transversal, se mide por la incidencia de rayos x sobre las superficies de paredes planas del cuerpo cerámico en panal. Esta medición de la relación I transversal se lleva a cabo cortando el substrato en panal de cordierita para exponer una sección plana de una pared del panal, y sometiendo esta superficie de la pared a difracción de rayos X, y calculando las intensidades de los valores máximos de difracción observados. Si el valor obtenido es mayor de 0.65, el cual es la relación I para un cuerpo de cristales completamente orientados en forma aleatoria (es decir, un polvo), se puede inferir entonces que los cristalitos de cordierita tienen una orientación preferida, es decir, la mayor parte de los cristalitos de cordierita están orientados con sus ejes c en el plano de la pared. Una relación I de 1.00 implicaría que todos los cristalitos de cordierita están orientados con sus ejes de expansión negativos dentro del plano de la pared, y de esta manera cuanto más se acerca la relación I transversal a un valor de 1.00, mayor es el grado de esta orientación plana. La caída de presión a través de los cuerpos celulares del filtro, se midió como sigue: cada filtro fue envuelto en una estera fibrosa cerámica y encerrado herméticamente en un soporte de metal cilindrico. El soporte y el filtro fueron unidos en cada extremo a tubos de metal a través de los cuales se hizo pasar una corriente de aire. La caída de presión a través del filtro, es decir, la diferencia de presión entre las caras de entrada y salida, se midió como una función de la velocidad de flujo de gas. Se usaron velocidades de flujo de 0.89 a 12.33 l/seg para todas las muestras. Las caídas de presión para estas muestras, antes de la introducción de partículas de carbón en los filtros, son referidas como las caídas de presión "limpias", y estas caídas de presión limpias aumentan conforme aumenta la velocidad de flujo. Después de que se midieron las caídas de presión limpias, las muestras se transfirieron a un segundo aparato, en donde fueron de nuevo unidas a un tubo de metal en el cual se hizo pasar una corriente de aire. Un hollín de carbón muy fino fue aspirado entonces en esta corriente de aire durante un cierto período, cargando parcialmente de esta manera el filtro con carbón revistiendo las paredes de los canales de entrada con una capa de partícula de carbón. La muestra fue regresada entonces al primer aparato, y se volvió a medir su caída de presión como una función de la velocidad de flujo. Este procedimiento se repitió para varios niveles crecientes de carga de hollín de carbón. De esta manera, se determinaron las caídas de presión como una función de la velocidad de flujo y la masa de hollín de carbón contenida dentro del filtro. En la mayoría de los casos, los niveles de carga de hollín de carbón variaron de aproximadamente 0.3 a 10.0 gramos por litro de volumen del filtro. Las condiciones del método de prueba descrito anteriormente, significa que proveen una comparación relativa de los comportamientos de los filtros en ambientes de gas fluyente y acumulación de hollín de carbón sobre las paredes del filtro, análogo al ambiente que un filtro experimentaría si fuera colocado en la trayectoria de descarga de un motor a diesel. Para reducir al máximo la reducción en el desempeño del motor, se desea que la caída de presión de un filtro que es cargado con una determinada masa por volumen de hollín de carbón, sea tan baja como sea posible.

La figura 1 muestra la caída de presión contra la carga de hollín de carbón para ejemplos comparativos y de la invención de los cuadros B a D. Se midieron las temperaturas máximas dentro de los filtros logradas durante la regeneración (combustión) del hollín de carbón bajo condiciones no controladas simuladas, a varias cargas de hollín para un filtro de baja densidad global y un filtro de alta densidad global. Para caracterizar la respuesta térmica de los filtros, filtros de 5.08 cm de diámetro y 15.24 cm de longitud que tienen densidades globales de 0.47 g/cm3 (49% de porosidad, 100 células por 6.45 cm2 y paredes de 0.043 cm) y 0.71 g/cm3 (45% de porosidad, 200 células por 6.45 cm2 y paredes de 0.048 cm), fueron envueltos en una estera dócil de fibras cerámicas, enlatados y cargados entonces con hollín artificial aireando el polvo de carbón fino en una corriente de aire. Después de la carga a una masa deseada de carbón por volumen unitario del filtro, el filtro fue transferido a una unidad de prueba de regeneración. Se colocó un termopar 25 mm dentro del centro del extremo de salida del filtro, el punto más caliente en el filtro según se encuentra a través de un termopar extensivo, monitoreando los filtros. Un gas que consiste de 18% de O2 + 82% de N2, se hizo fluir a una velocidad de 40 litros/minuto a través de la muestra, a una temperatura de entrada <100°C. La temperatura fue elevada gradualmente, y cuando la temperatura del filtro alcanzó ~600°C, se observó un exoterma, y la caída de presión comenzó a caer como resultado de la ignición del hollín. Esta baja velocidad de flujo y el alto contenido de oxígeno simulan condiciones de una regeneración no controlada severa que podría ocurrir en un vehículo de motor a diesel. Se registró la temperatura máxima dentro del filtro para cada nivel de carga de hollín. Los niveles de carga de hollín investigados, variaron de alrededor de 8 a aproximadamente 24 gramos/litro, el nivel máximo dependiendo del filtro. Los resultados de los experimentos de regeneración, mostrados en la figura 2, demuestran el beneficio del filtro de densidad global mayor para reducir la temperatura generada dentro dei filtro durante la regeneración bajo condiciones de baja velocidad de flujo y alto contenido de oxígeno del gas de descarga. El cuadro A provee los tamaños de partícula medios de las materias primas, medidos mediante una técnica de difracción de rayos láser tal como la usada por un analizador de tamaños de partícula Microtrac serie FRA9200. Una excepción a esto, es el tamaño de partícula del polvo de boehmita. El polvo de boehmita consiste de aglomerados de 15 mieras que se separan fácilmente en agregados más pequeños de partículas primarias durante el mezclado y amasado de las materias primas y la formación del cuerpo crudo. El vendedor ha reportado que el tamaño de partícula primario de este polvo es de aproximadamente 125 nanómetros. Los cuadros B y C proveen ejemplos de comparación para los cuales la caída de presión cargada con hollín, parámetro "P" calculado o CTE, están fuera de la escala de la presente invención. El cuadro D provee ejemplos para los cuales las propiedades están dentro de la escala de la presente invención.

El ejemplo B1 muestra que el uso de un talco de 50 mieras da como resultado un bajo por ciento de porosidad entre 4 y 40 micrómetros y una alta caída de presión. El ejemplo B2 demuestra que el uso de 16 por ciento en peso de caolín con fuentes de alúmina que tienen un tamaño de partícula medio promedio más fino que 4.6 micrómetros, da como resultado un filtro con una alta caída de presión. Los ejemplos B3 y B4 ilustran que el uso de 16 por ciento en peso de caolín con fuentes de alúmina que tienen un tamaño de partícula medio promedio más fino que 4.6 micrómetros, da como resultado un filtro con una alta caída de presión incluso cuando se añade 20% de formador de poros de grafito a la mezcla de materias primas. Los ejemplos C1 , C3 y C4 muestran que el uso de un talco de 40 mieras o 50 mieras, da como resultado un bajo por ciento de porosidad entre 4 y 40 micrómetros y una alta caída de presión. El ejemplo C2 demuestra que, aún cuando el talco y el cuarzo son de un tamaño de partícula ordinario, un promedio de los tamaños de partícula medios de la fuente de alúmina de 5.5 micrómetros es demasiado fino para lograr una baja caída de presión cuando está presente 4 por ciento en peso de caolín en la mezcla de materias primas. Los ejemplos D1 y D2 demuestran que altos valores para el parámetro "P" calculado dentro de la escala de la invención se logran con el uso de un talco de 23 mieras, un polvo de cuarzo de 25 mieras y fuentes de alúmina que tienen un tamaño de partícula medio promedio de 5.5 ó 8.7 micrómetros, cuando no está presente caolín en la mezcla de materias primas. Los ejemplos D3 a D6 ilustran que se obtienen altos valores para el parámetro "P" calculado dentro de la escala de la invención y bajas caídas de presión medidas, incluso cuando está presente de 8 a 16 por ciento de caolín en la mezcla de materias primas cuando el promedio de los tamaños de partícula medios de las fuentes de alúmina es suficientemente grueso. Ejemplos del aumento de la caída de presión contra la carga de hollín para una velocidad de flujo de 12.33 l/seg se dan en la figura 1 , demostrando la menor caída de presión de los ejemplos de la invención. La figura 3 demuestra que ejemplos con parámetros "P" calculados mayores de 24.6, se asocian con caídas de presión menores de 8.5 kPa medidas a una carga de hollín de 5 g/l y una velocidad de flujo de 12.33 l/seg. La figura 4 ilustra que la cantidad de caolín en una mezcla de materias primas que contiene un talco de 23 mieras y una sílice de 25 mieras, debe ser menor de 4.0 (tamaño de partícula medio promedio de las fuentes de alúmina) -18.4, para lograr parámetros "P" mayores de 24.6, asociados con bajas caídas de presión. La figura 5 muestra que ejemplos que tienen CTEs menores de 4 tienen también parámetros "P" calculados menores de 24.6, asociados con altas caídas de presión.

Para su aplicación como un filtro de partículas de diesel, también es necesario que el filtro cerámico posea un alto por ciento de eficiencia de filtración, definido como la masa de partículas capturadas por el filtro, dividido entre la masa de partículas que entraron al filtro, multiplicado por 100. Es deseable que filtro no sólo tenga una baja caída de presión, sino tenga también una eficiencia de filtración de por lo menos 90%. Como se observa en el cuadro D, el ejemplo D2 de la ¡nvención exhibe eficiencia de filtración excelente medida en el laboratorio, usando hollín de carbón artificial. Se debe entender que aunque la presente ¡nvención se ha descrito en detalle con respecto a ciertas modalidades ilustrativas y específicas de la misma, no debe considerarse que está limitada a las mismas, sino se puede usar de otras formas sin apartarse del espíritu de la invención y el alcance de las reivindicaciones anexas.

CUADRO A Propiedades de la materia prima CUADRO B Ejemplos comparativos - composiciones CUADRO B (CONTINUACIÓN) Ejemplos comparativos - propiedades CUADRO C Ejemplos comparativos - composiciones CUADRO C (CONTINUACIÓN) Ejemplos comparativos - propiedades CUADRO D Ejemplos de la invención - composiciones CUADRO D (CONTINUACIÓN) Ejemplos de la invención - propiedades

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Una cerámica que comprende predominantemente una fase de tipo cordierita de aproximadamente la estequiometría Mg2Al4Si5O?8 y que tiene un coeficiente de expansión térmica (25-800°C) mayor de 4x10"7/°C y menor de 13x10"7/°C, y una permeabilidad y una distribución de tamaño de poro que satisfacen la relación 2.108 (permeabilidad) + 18.511 (volumen total de poros) +0.1863 (por ciento del volumen total de poros formado de poros entre 4 y 40 micrómetros) >24.6. 2.- La estructura de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la permeabilidad es de por lo menos 0.70x10" ,2 rrr

2.

3.- La estructura de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada además porque la permeabilidad es de por lo menos 1.0x10" 12 m 2

4.- La estructura de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque la permeabilidad es de por lo menos 1.5x10" 12 m 2.

5.- La estructura de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada además porque la permeabilidad es de por lo menos 2.0x10" 12 2

6.- La estructura de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque ei volumen total de poros es de por lo menos 0.25 ml/g.

7.- La estructura de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada además porque el volumen total de poros es de por lo menos 0.30 ml/g.

8.- La estructura de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada además porque el volumen total de poros es de por lo menos 0.35 ml/g.

9.- La estructura de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el por ciento del volumen total de poros formado de poros entre 4 y 40 micrómetros, es de por lo menos 85%.

10.- La estructura de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada además porque el por ciento del volumen total de poros formado de poros entre 4 y 40 micrómetros, es de por lo menos 90%.

11.- La estructura de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el coeficiente de expansión térmica (25-800°C) es mayor de 4x10"7/°C y menor de 10x10"7/°C. 12.- La estructura de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizada además porque el coeficiente de expansión térmica (25-800°C) es mayor de 4x10"7/°C y menor de 8x10"7/°C. 13.- La estructura de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada además porque el coeficiente de expansión térmica (25-800°C) es mayor de 4x10"7/°C y menor de 6x10"7/°C. 14.- La estructura de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la estructura se usa para filtrar partículas de descarga de motor a diesel. 15.- Un filtro de partículas de diesel que comprende un cuerpo de cordierita que tiene un CTE (25-800°C) mayor de 4x10"7/°C y menor de 13x10'7/°C, una densidad global del filtro de por lo menos 0.60 g/cm3, y una caída de presión en kPa a través del filtro menor de 8.9-0.035 (número de células por 6.45 cm2) + 300 (espesor de la pared de las células x 2.54 cm) a una carga de hollín de carbón artificial de 5 gramos/litro y una velocidad de flujo de 12.22 l/seg, caracterizado porque el filtro tiene la forma de un panal, el panal teniendo un extremo de entrada y un extremo de salida, y una multiplicidad de células que se extienden del extremo de entrada al extremo de salida, las células teniendo paredes porosas, en donde parte del número total de células en el extremo de entrada está taponada a lo largo de una porción de sus longitudes, y la parte restante de las células que están abiertas en el extremo de entrada está taponada en el extremo de salida a lo largo de una porción de sus longitudes, de modo que una corriente de descarga del motor que pasa a través de las células del panal del extremo de entrada al extremo de salida fluye en las c^élulas abiertas, a través de las paredes de las células, y fuera de la estructura a través de las células abiertas en el extremo de salida. 16.- El filtro de partícu^s de diesel de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque la caída de presión es menor de 12.9 kPa a una carga de hollín de carbón artificial de 5 gramos/litro y una velocidad de flujo de 12.33 l/seg para una densidad de células de 100 células por 6.45 cm2 y un espesor de pared de las células de aproximadamente 0.063 cm. 17.- El filtro de partículas de diesel de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque la caída de presión es menor de 7.9 kPa a una carga de hollín de carbón artificial de 5 gramos/litro y una velocidad de flujo de 12.33 l/seg para una densidad de células de aproximadamente 200 células por 6.45 cm2 y un espesor de pared de las células de alrededor de 0.050 cm. 18.- El filtro de partículas de diesel de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque la densidad global del filtro es de 0.68 g/cm3 19.- El filtro de partículas de diesel de conformidad con ia reivindicación 18, caracterizado además porque la densidad global del filtro es de 0.77 g/cm3. 20.- El filtro de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el coeficiente de expansión térmica (25-800°C) es mayor de 4x10"7/°C y menor de 10x10"7/°C. 21.- Ei filtro de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque el coeficiente de expansión térmica (25-800°C) es mayor de 4x10"7/°C y menor de 8x10"7/°C. 22.- El filtro de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque el coeficiente de expansión térmica (25-800°C) es mayor de 4x10"7/°C y menor de 6x10"7/°C. 23.- Un filtro de flujo a través de la pared que comprende un cuerpo de cordierita que tiene un CTE (25-800°C) mayor de 4x10"7/°C y menor de 13x10"7/°C, una permeabilidad y una distribución de tamaño de poro que satisface la relación 2.108 (permeabilidad) + 18.511 (volumen totai de poros) +0.1863 (por ciento del volumen total de poros formado de poros entre 4 y 40 micrómetros) >24.6, tales que a una carga de hollín de carbón artificial de 5 gramos/litro y una velocidad de flujo de 12.22 l/seg, el filtro tiene una caída de presión en kPa a través del filtro menor de 8.9 - 0.035 (número de células por 6.45 cm2) + 300 (espesor de la pared de las células x 2.54 cm), en donde el filtro tiene una densidad global de por lo menos 0.60 g/cm3 caracterizado porque el filtro tiene la forma de un panal, el panal teniendo un extremo de entrada y un extremo de salida y una multiplicidad de células que se extienden del extremo de entrada al extremo de salida, las células teniendo paredes porosas, en donde parte del número total de las células en el extremo de entrada está taponada a lo largo de una porción de sus longitudes, y la parte restante de células que están abiertas en el extremo de entrada está taponada en el extremo de salida a lo largo de una porción de sus longitudes, de modo que una corriente de descarga del motor que pasa a través de las células del panal del extremo de entrada al extremo de salida fluye en las células abiertas, a través de las paredes de las células, y fuera de la estructura a través de las células abiertas en el extremo de salida. 24.- El filtro de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque tiene una capacidad térmica volumétrica de por io menos 0.67 J cm"3 K"1 medida a 500°C. 25.- El filtro de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque la capacidad térmica volumétrica es de por lo menos 0.76 J crrP3 K"1 medida a 500°C. 26.- El filtro de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque la capacidad térmica volumétrica es de por lo menos 0.85 J crrf3 K"1 medida a 500°C. 27.- El filtro de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque la permeabilidad es de por lo menos 0.70x10" 12 m 2. 28.- El filtro de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque la permeabilidad es de por lo menos 1.0x10" 12 m 2. 29.- El filtro de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque la permeabilidad es de por lo menos 1.5x10" 12 rrr 2. 30.- El filtro de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado además porque la permeabilidad es de por lo menos 2.0x10" 12 rrr 2. 31.- El filtro de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque el volumen total de poros es de por lo menos 0.25 ml/g. 32.- El filtro de conformidad con la reivindicación 31 , caracterizado además porque el volumen total de poros es de por lo menos 5 0.30 ml/g. 33.- El filtro de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado además porque el volumen total de poros es de por lo menos 0.35 ml/g. 34.- El filtro de conformidad con la reivindicación 24, 10 caracterizado además porque el por ciento del volumen total de poros formado de poros entre 4 y 40 micrómetros, es de por lo menos 85%. 35.- El filtro de conformidad con la reivindicación 34, e caracterizado además porque el por ciento del volumen total de poros formado •9- de poros entre 4 y 40 micrómetros, es de por lo menos 90%. 15 36.- El filtro de conformidad con ia reivindicación 24, caracterizado además porque el coeficiente de expansión térmica (25-800°C) es mayor de 4x10"7/°C y menor de 10x10"7/°C. 37.- El filtro de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado además porque el coeficiente de expansión térmica (25-800°C) 20 es mayor de 4x10"7/°C y menor de 8x10"7/°C. 38.- El filtro de conformidad con la reivindicación 37, caracterizado además porque el coeficiente de expansión térmica (25-800°C) es mayor de 4x10"7/°C y menor de 6x10"7/°C. 39.- El filtro de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque la caída de presión es menor de 12.9 kPa a una carga de hollín de carbón artificial de 5 gramos/litro y una velocidad de flujo de

12.33 l/seg para una densidad de células de 100 células por 6.45 cm2 y un espesor de pared de las células de aproximadamente 0.063 cm. 40.- El filtro de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque la caída de presión es menor de 7.9 kPa a una carga de hollín de carbón artificial de 5 gramos/litro y una velocidad de flujo de 12.33 l/seg para una densidad de células de aproximadamente 200 células por 6.45 cm2 y un espesor de pared de las células de alrededor de 0.050 cm. 41.- Un método para fabricar un cuerpo de cordierita, caracterizado porque comprende: a) formar una mezcla de materias primas que incluyen: una fuente de talco que tiene un índice de morfología mayor de aproximadamente 0.75 y un tamaño de partícula promedio mayor de 15 micrómetros, pero menor de 35 micrómetros; una fuente de alúmina que tiene un tamaño de partícula medio entre 4.6 y 25 micrómetros; una fuente de sílice que tiene un tamaño de partícula medio entre 10 y 35 micrómetros; b) configurar la mezcla en una estructura cruda; c) hornear la estructura cruda para producir una estructura horneada que comprende predominantemente una fase de tipo cordierita de aproximadamente la estequiometría Mg2Al4S¡5??s y que tiene un coeficiente de expansión térmica (25-800°C) mayor de 4x10"7/°C y menor de 13x10"7/°C, y una permeabilidad y una distribución de tamaño de poro que satisfacen la relación 2.108 consiste de cuarzo, cristobalita, sílice fusionada, sílice de sol-gel, zeolita, sílice diatomácea, y combinaciones de los mismos. 48.- El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado además porque la mezcla es configurada mediante extrusión. 49.- El método de conformidad con ia reivindicación 41 , caracterizado además porque la estructura cruda es horneada a una temperatura máxima de 1405-1430°C, a un régimen entre 15 y 100°C/hora, con una retención a la temperatura máxima entre 6 a 25 horas.