KR101439510B1 - Multilayer Binding Structure of Honeycomb Ceramic Filter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 다공성 세라믹 세그먼트들을 상호 접합하여 형성된 하니컴 세라믹 필터로서, 다공성 세라믹 세그먼트들 사이의 결합력은, 세그먼트의 내부로 일부 바인더 성분들이 침투된 구조의 바탕층, 실질적인 접합강도를 제공하는 제 1 접합층, 및 상기 제 1 접합층보다 얇은 두께의 제 2 접합층을 포함하는 구성의 접합 구조에 의해 달성되는 하니컴 세라믹 필터를 제공한다.The present invention relates to a honeycomb ceramic filter formed by bonding a plurality of porous ceramic segments, wherein the bonding force between the porous ceramic segments comprises a base layer having a structure in which some of the binder components penetrate into the inside of the segment, A bonding layer, and a second bonding layer having a thickness thinner than that of the first bonding layer. The present invention also provides a honeycomb ceramic filter,
본 발명에 따른 하니컴 세라믹 필터는 다공성 세라믹 세그먼트를 접합하는 과정에서 접합층 구성 성분들이 세그먼트의 다공성 구조 내부로 흡입되어 접합층 내부에 거대 기공, 미세 기공 또는 이로 인한 크랙이 발생하는 현상을 방지함으로써, 필터의 열적, 기계적, 화학적 강도를 증대시킬 수 있으며 접합된 세그먼트들 간에 매우 우수한 결합력을 제공할 수 있다.The honeycomb ceramic filter according to the present invention prevents the phenomenon that the components of the bonding layer are sucked into the porous structure of the segment in the process of bonding the porous ceramic segments to cause the occurrence of macropores, micropores or cracks in the bonding layer, The thermal, mechanical, and chemical strength of the filter can be increased and very good bonding force can be provided between the bonded segments.
Description
도 1은 일반적인 다공성 세라믹 필터용 세라믹 세그먼트의 모식도이다;1 is a schematic diagram of a ceramic segment for a general porous ceramic filter;
도 2는 일반적인 다공성 세라믹 필터의 필터링 과정의 모식도이다;2 is a schematic diagram of a filtering process of a general porous ceramic filter;
도 3은 종래의 방법에 의해 접착되는 과정의 세라믹 세그먼트의 접합층에 대한 확대 단면도이다;3 is an enlarged cross-sectional view of a bonding layer of a ceramic segment in a process adhered by a conventional method;
도 4는 종래의 방법에 의해 접착된 다공성 세라믹 필터의 부분 확대도이다; 4 is a partial enlarged view of a porous ceramic filter bonded by a conventional method;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따라 접합된 다공성 세라믹 필터에서 소결 전의 부분 확대도이다.5 is a partial enlarged view of a bonded porous ceramic filter according to one embodiment of the present invention before sintering.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>DESCRIPTION OF THE RELATED ART [0002]
100: 세라믹 세그먼트 100: Ceramic segment
110: 바탕층 110: base layer
120: 제 1 접합층 120: first bonding layer
130: 제 2 접합층130: second bonding layer
본 발명은 하니컴 세라믹 필터의 다층 접합구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 다공성 세라믹 세그먼트들을 상호 접합하여 형성된 하니컴 세라믹 필터로서, 다공성 세라믹 세그먼트들 사이의 결합력은, 세그먼트의 내부로 일부 바인더 성분들이 침투된 구조의 바탕층, 실질적인 접합강도를 제공하는 제 1 접합층, 및 상기 제 1 접합층보다 얇은 두께의 제 2 접합층을 포함하는 구성의 접합 구조에 의해 달성되는 하니컴 세라믹 필터를 제공하는 것이다.More particularly, the present invention relates to a honeycomb ceramic filter formed by bonding a plurality of porous ceramic segments to each other. The bonding force between the porous ceramic segments is such that some binder components There is provided a honeycomb ceramic filter which is achieved by the bonding structure of the constitution comprising the base layer of the infiltrated structure, the first bonding layer which provides the substantial bonding strength, and the second bonding layer which is thinner than the first bonding layer .
최근 대기오염으로 인해 이상 기후 현상이 발생하는 등 심각한 환경문제가 대두됨에 따라, 가솔린 차량에 비해 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 등의 유해 가스의 배출량이 적은 경유 자동차에 대한 관심이 증가하는 추세이다. 그러나, 경유 자동차는 질소 산화물(NOX) 등과 같은 입자상 물질(Particle Material)이 다량 배출되는 문제를 갖고 있다. 이에 따라, 경유 자동차의 디젤기관으로부터 배출되는 유해가스 및 입자상 물질을 제거하기 위한 후처리 장치로서 매연여과장치(Diesel Particulate Filter, 이하, DPF라 함)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. Recently, there has been a serious environmental problem such as an abnormal weather phenomenon caused by air pollution, and there is a tendency to increase interest in diesel vehicles in which harmful gases such as carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) are less discharged than gasoline vehicles to be. However, the diesel vehicle has a problem that a large amount of particulate matter such as nitrogen oxides (NO x ) and the like is discharged. Accordingly, researches on a diesel particulate filter (hereinafter referred to as DPF) as a post-treatment device for removing harmful gas and particulate matter discharged from a diesel engine of a diesel vehicle have been actively conducted.
DPF는, 경유차 배출가스 중의 일산화탄소, 탄화수소, 입자상 물질 등을 포집하고, 소정의 간격으로 연료인 경유 등을 분사하며 차량의 운행 중에 발생하는 배기열을 이용하여, 세라믹 필터에 코팅되어 있는 촉매와의 반응에 의해, 포집된 물 질을 무해한 이산화탄소, 물 등으로 산화시킴으로써 필터를 재생시키는 장치이다. The DPF collects carbon monoxide, hydrocarbons, particulate matter, and the like in the diesel engine exhaust gas, injects diesel fuel at a predetermined interval, reacts with the catalyst coated on the ceramic filter by using exhaust heat generated during operation of the vehicle , The filter is regenerated by oxidizing the collected material with harmless carbon dioxide, water or the like.
이러한 DPF에는 하니컴 구조로 이루어진 하니컴 세라믹 필터(honeycomb ceramic filter)가 주로 사용되고 있다.A honeycomb ceramic filter having a honeycomb structure is mainly used as the DPF.
도 1은 일반적인 하니컴 세라믹 필터용 세그먼트(10)의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 하니컴 세라믹 필터의 필터링 과정의 모식도이다.FIG. 1 is a schematic perspective view of a
도 1 및 도 2를 참조하면, 세라믹 세그먼트(10)는 일반적으로 단면이 사각형인 육각 기둥의 형태를 가지고 있고, 그것의 양 단면(20, 30)에서 서로 연통되는 다수의 셀들(12, 13)이 형성될 수 있도록 격벽들(11)이 교차하는 격자 모양의 구조로 이루어져 있다. 이들 셀들(12, 13)은 교번 배열 방식으로 플러깅 됨으로써, 플러그에 의해 밀폐된 폐쇄 셀(closed cell: 12)과 플러그가 형성되어 있지 않은 오픈 셀(open cell: 13)로 이루어져 있어서, 전체적으로 체크 무늬 또는 바둑판 무늬를 나타낸다. 1 and 2, a
이와 같은 구조의 다공성 세라믹 필터용 세라믹 세그먼트(10)에서, 배출가스의 입자상 물질들(40)은 다공성 세라믹 필터(10)의 전면(20)에 개구되어 있는 오픈 셀(13)로 유입되어 인접한 다공성 격벽(11)을 통과한 후, 후면(30)이 개방되어 있는 오픈 셀(13)로 배출된다. 이때, 배출가스의 입자상 물질들은 격벽(11)에 형성되는 미세 기공(도시하지 않음) 또는 후면의 폐쇄 셀(12)에 위치한 플러그(15)의 내측 단부(15a)에 포집된다. 즉, 배출가스에 포함되어 있는 입자상 물질들은, 전면(20)에서는 개방된 셀(13)이지만 후면(30)에서는 폐쇄된 셀(12)을 통과하면서 다공성 격벽(11)에 걸리어 필터링이 행해진다. In the
이렇게 포집된 미립자가 다공성 세라믹 필터 내에 과량 축적되는 경우, 필터의 압력 손실이 커지고, 엔진(engine)의 출력 저하를 초래하게 되므로, 포집된 미립자를 정기적으로 전기 히터나 버너 등의 외부 착화 수단을 이용하여 연소시킴으로써 다공성 세라믹 필터의 재생이 행해진다. 따라서, 일반적으로 다공성 세라믹 필터는 어느 한 쪽이 재생중인 경우, 다른 한 쪽을 사용할 수 있도록 2 개/1 조 형식으로 탑재된 교대 재생 방식을 채택하고 있다. When the particulate matter collected in such a manner is accumulated excessively in the porous ceramic filter, the pressure loss of the filter becomes large and the output of the engine is lowered. Therefore, the collected particulate matter is periodically discharged through an external ignition means such as an electric heater or a burner So that the porous ceramic filter is regenerated. Therefore, in general, the porous ceramic filter adopts the alternate regeneration method that is installed in the form of two / one set so that one side can be used when one side is being regenerated.
도 3에는 일반적인 세라믹 세그먼트를 접합하는 공정이 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 종래의 방법에 의해 접합되는 과정의 다공성 세라믹 세그먼트들의 접착부분에 대한 확대도가 모식적으로 도시되어 있다. FIG. 3 schematically shows a process of bonding a general ceramic segment, and FIG. 4 schematically shows an enlarged view of a bonded portion of porous ceramic segments in a process of bonding by a conventional method.
도 3 및 도 4를 참조하면, 일반적으로 하니콤 세라믹 필터는, 다수의 다공성 세라믹 세그먼트들(60, 70, 80)의 표면에 접합층(52)를 도포하여 적층하고 건조 및 소결함으로써 제조된다. 경우에 따라서는, 접합층(52)과 세라믹 세그먼트(60, 70, 80)의 표면 사이에 버퍼층의 역할을 하는 또 다른 접합층(51)을 부가할 수도 있다. 이렇게 접합된 세라믹 세그먼트들은, 그것이 장착될 매연여과장치의 구조에 맞추어 소정의 형태로 그것의 외형을 재단한 후 외벽에 접합층(52)를 도포한 뒤, 건조 및 소결시켜 제조한다. Referring to Figs. 3 and 4, a honeycomb ceramic filter is generally manufactured by applying a
그러나, 점도가 높은 슬러리 상태로 접합층(52)을 도포할 때, 접합제 슬러리의 제조 공정에서 유입되거나 발생한 기체가 접합층의 내부에 포획되어 있으므로, 접합층(52)의 건조가 급격히 행해지는 경우, 외부로부터 내부로 건조가 진행되는 과정에서 접합제 내부에 필연적으로 기포나 미세기포가 발생하게 된다. 따라서, 이러한 기포 등으로 인해 접착 강도가 약해지는 문제가 발생한다. However, when the
또한, 기공율이 매우 큰 다공성 세라믹 세그먼트(60, 70, 80)의 표면에 접합층(52)을 구성하는 성분들인 무기 바인더, 유기 바인더 등이 세그먼트의 내부로 스며들어(migration) 거대 기공(55)이나 기공(55)을 연결하는 크랙이 발생하는 문제점도 존재한다.In addition, inorganic binders, organic binders, and the like, which are components of the
이러한 거대 기공(55)이나 크랙은 필터의 강도에 큰 영향을 미치는데, 첫째, 필터의 열처리 공정에서 국부적인 열팽창의 불균일성 때문에 접합층에 크랙이 발생할 수 있으며, 둘째, 촉매 함침 공정에서 촉매 함침 후 건조 및 열처리 과정에서 기공내에 적층된 촉매물질의 국부적 열팽창에 의해 접합층에 크랙이 발생할 수 있으며, 셋째, 엔진에 장착시 재생과정에서의 열충격에 의해 크랙이 발생할 수 있는 바, 이러한 요인을 거대 기공이나 미세 크랙이 제공하게 된다. These
이러한 접합층 구성 성분들의 흡입 현상을 방지하기 위한 기술로서, 한국 등록특허 제0595768호는 접합층과 세그먼트의 접착면 사이에 접합층보다 저점도로서 유기 바인더를 포함하지 않는 하지층을 별도로 포함하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 본 출원의 발명자들이 실험한 바에 의하면, 바탕층에 유기 바인더가 포함되어 있지 않은 경우, 무기 바인더는 대부분 세그먼트에 흡수되어 버리고, 무기 분말과 무기 섬유만이 남게 되어 세그먼트에 접합되지 못하고 쉽게 탈리되어 버리기 때문에 실질적으로 바탕층으로서의 기능을 수행할 수 없게 되고, 건조 강도가 충분하지 않기 때문에 접합층과의 결합력도 약해지는 등 많은 문제점들이 존재하는 것을 확인하였다. As a technique for preventing the suction phenomenon of these bonding layer constituents, Korea Patent No. 0595768 discloses a technique for separately including a base layer which has a viscosity lower than that of the bonding layer and does not contain an organic binder between the bonding layer and the bonding surface of the segment . However, according to the experiment of the inventors of the present application, when the organic binder is not contained in the background layer, most of the inorganic binder is absorbed in the segment, and only the inorganic powder and the inorganic fibers remain, It is impossible to perform the function as a base layer substantially, and the bonding strength with the bonding layer is also weak because the dry strength is not sufficient.
또한, 일본 특허출원공개 제2004-322097호에는 세그먼트 표면과 접합층 사이에 상기 접합층과 점도를 달리하는 바탕층을 도포하는 기술이 개시되어 있다. 즉, 상대적으로 저점도의 바탕층을 세그먼트 표면에 도포하여 균일한 도포를 행한 후 고점도의 접합층을 부가하여, 접합층이 세그먼트 표면에 균일하게 도포되지 않고 부분적인 얼룩이 발생하여 접착강도가 저하되는 것을 방지하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 상기와 같은 저점도 바탕층과 고점도 접합층의 조성에 대해 설명되어 있지 않으므로, 접착강도 증가에 기여하는 그것의 정확한 반응기전을 정확히 알 수는 없으나, 적어도 저점도 물질이 고점도 물질에 비해 다공성 세그먼트 표면에 과도하게 흡입되는 결과를 초래할 수 있을 것으로 예상된다. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-322097 discloses a technique of applying a base layer having a viscosity different from that of the bonding layer between the segment surface and the bonding layer. That is, a base layer having a relatively low viscosity is applied to the surface of the segment to uniformly apply the coating, and then a bonding layer having a high viscosity is added to prevent the bonding layer from being uniformly applied to the surface of the segment, resulting in partial unevenness, And the like. However, since the composition of the low-viscosity base layer and the high-viscosity bonding layer is not described, it is difficult to accurately determine the precise mechanism of the reaction contributing to the increase in the bonding strength. However, It is expected that it will result in excessive suction on the segment surface.
결과적으로, 상기 기술들은 바탕층의 부가라는 새로운 개념을 제시하고는 있으나, 종래기술의 문제점을 근본적으로 해결하지는 못하고 있다.As a result, although the above-described technologies provide a new concept of the addition of a base layer, they have not fundamentally solved the problems of the prior art.
따라서, 하니콤 세라믹 필터의 접합층 구성 성분들의 흡입 현상 및 접합층의 내부에 포획되어 있는 기포 및 미세 기포로 인해 발생하는 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다. Therefore, there is a great need for a technique capable of fundamentally solving the problem caused by the suction phenomenon of the components of the bonding layer of the honeycomb ceramic filter and the bubbles trapped in the bonding layer and microbubbles.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 다수의 다공성 세라믹 세그먼트들을 상호 접합하여 형성된 하니컴 세라믹 필터로서, 세그 먼트의 내부로 일부 바인더 성분들이 침투된 구조의 바탕층, 실질적인 접합강도를 제공하는 제 1 접합층, 및 상기 제 1 접합층보다 얇은 두께의 제 2 접합층을 포함하는 구성의 접합 구조를 가지는 경우, 접합층 내부에 포획되어 있는 기포 및 미세기포를 제거할 수 있고, 접합 성분들이 세그먼트의 다공성 구조로 과량 흡입(suction)되는 문제점을 근본적으로 해소할 수 있으므로 접착강도가 크게 향상됨을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments and have found that a honeycomb ceramic filter formed by bonding a plurality of porous ceramic segments together is a honeycomb ceramic filter in which a base layer having a structure in which some binder components penetrate into a segment, And a second bonding layer having a thickness thinner than that of the first bonding layer, it is possible to remove bubbles and minute bubbles trapped in the bonding layer, The problem that the bonding components are excessively suctioned into the porous structure of the segment can be fundamentally solved, so that the bonding strength is greatly improved, and the present invention has been accomplished.
따라서, 본 발명에 따른 하니컴 세라믹 필터는, 다수의 다공성 세라믹 세그먼트들을 상호 접합하여 형성된 하니컴 세라믹 필터로서, 다공성 세라믹 세그먼트들 사이의 결합력은, 세그먼트의 내부로 일부 바인더 성분들이 침투된 구조의 바탕층, 실질적인 접합강도를 제공하는 제 1 접합층, 및 상기 제 1 접합층보다 얇은 두께의 제 2 접합층을 포함하는 구성의 접합 구조에 의해 달성되는 것으로 구성되어 있다. Accordingly, the honeycomb ceramic filter according to the present invention is a honeycomb ceramic filter formed by bonding a plurality of porous ceramic segments, wherein the bonding force between the porous ceramic segments is a base layer having a structure in which some binder components penetrate into the inside of the segment, A first bonding layer which provides a substantial bonding strength, and a second bonding layer which is thinner than the first bonding layer.
상기와 같이, 접합 구조를 다층 구조로 형성함으로써, 접합제 슬러리의 제조 공정에서 발생한 기체가 접합층의 내부에 포획되어 존재함에 따라 내부 건조시 발생하는 기포 및 미세기포가 접합층 외부로 빠져나가기 위한 이동 거리가 짧아지게 된다. 따라서, 접합 강도의 저하를 방지할 수 있고, 접합층에 함유된 접합 성분들이 세그먼트의 다공성 구조로 지나치게 흡입됨으로써 발생하는 유발되는 문제점들을 근본적으로 해소할 수 있으므로, 필터의 열적, 기계적, 화학적 강도를 증대시킬 수 있으며, 결과적으로 접합한 세그먼트들 간에 매우 우수한 결합력을 제공할 수 있다. As described above, since the bonding structure is formed in a multilayer structure, since the gas generated in the manufacturing process of the bonding agent slurry is trapped in the bonding layer, the bubbles and minute bubbles generated during the drying of the bonding slurry escape to the outside of the bonding layer The moving distance becomes shorter. Therefore, it is possible to prevent deterioration of the bonding strength and fundamentally eliminate the problems caused by excessive suction of the bonding components contained in the bonding layer into the porous structure of the segment. Therefore, the thermal, mechanical, and chemical strength And as a result, it is possible to provide a very good bonding force between the bonded segments.
상기 바탕층을 미리 도포해 주는 이유는, 세그먼트를 구성하는 탄화규소의 입자 크기가 매우 크고 기공의 크기도 매우 크기 때문에 세그먼트 표면에 접합층을 코팅시 기공을 완전히 덮어줄 수 없기 때문이다. 즉, 상기 바탕층은 접합층을 다공성 세라믹 세그먼트 상에 직접 형성할 때 발생하는 접착 성분의 흡입을 방지하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 바탕층은 접합층들에 비하여 상대적으로 낮은 점도를 가질 수 있는 바, 이에 따라 세그먼트의 내부로 일부 바인더 성분들이 침투된 구조를 가진다. The reason why the base layer is applied in advance is that the pore can not be completely covered when the bonding layer is coated on the segment surface because the particle size of the silicon carbide constituting the segment is very large and the pore size is very large. That is, the base layer serves to prevent the suction of the adhesive component, which occurs when the bonding layer is directly formed on the porous ceramic segment. For this purpose, the base layer may have a relatively low viscosity as compared to the bonding layers, so that some of the binder components penetrate into the inside of the segment.
다만, 상기 바탕층의 두께가 너무 두꺼울 경우, 결과적으로 접합 구조 전체의 두께가 두꺼워지면서 오히려 열특성의 저하를 초래할 수 있으므로 바탕층은 제 1 접합층에 비해 얇은 것이 바람직하다. However, if the thickness of the base layer is too large, the overall thickness of the bonding structure may increase, which may result in deterioration of the thermal characteristics. Therefore, the base layer is preferably thinner than the first bonding layer.
상기 제 1 접합층은 실질적인 접합강도를 제공하는 층으로서, 도포된 후 소정 시간 동안 실온에서 건조시켜 형성할 경우, 도포층의 높은 점도에 불구하고 접합층 내부의 기포가 부력에 의해 표면으로 떠올라 터지면서 잔존 기포가 완전히 제거되어, 우수한 접합 강도를 갖게 된다. 이러한 제 1 접합층을 수회에 걸쳐 도포하는 방식으로 형성하는 경우, 접합제 내부에 포획되어 있던 기포들의 이동 거리가 더욱 짧아지게 되므로, 상기와 같은 잔존 기포의 제거에 더욱 바람직하다. When the first bonding layer is formed by drying at room temperature for a predetermined time after being applied, the bubbles inside the bonding layer float to the surface by buoyancy in spite of the high viscosity of the application layer, So that residual bubbles are completely removed and excellent bonding strength is obtained. When the first bonding layer is formed by applying the first bonding layer several times, the moving distance of the bubbles trapped in the bonding agent is further shortened, so that it is more preferable to remove the residual bubbles as described above.
상기 제 2 접합층은 단지 제 1 접합층 간의 접합 기능만을 수행하는 층으로서, 상기 제 1 접합층보다 얇은 두께를 가지므로 접합층 내부에는 기포가 거의 존 재하지 않거나, 일부 존재한다고 하더라도 접합층 외부로의 이동 거리가 매우 짧아 쉽게 제거될 수 있다. 상기 제 2 접합층은, 바람직하게는, 제 1 접합층 상에 충분한 두께로 제 2 접합층용 접합제를 도포한 후, 접합시 충분한 압력을 가하여 도포층 내부의 기포를 제거하면서 얇은 두께를 가지도록 만들 수도 있다. Since the second bonding layer has a thickness smaller than that of the first bonding layer only, the bubbles are hardly present in the bonding layer, or even if a part of the bubbles is present in the bonding layer, Can be easily removed because the moving distance to the substrate is very short. The second bonding layer is preferably formed by applying a bonding agent for the second bonding layer to a sufficient thickness on the first bonding layer and then applying sufficient pressure at the bonding to remove the bubbles in the coating layer so as to have a thin thickness It can also be made.
이러한 바탕층, 제 1 접합층 및 제 2 접합층의 두께는, 앞서 설명한 바와 같은 역할을 수행할 수 있는 범위에서 적절히 조절될 수 있으며, 하나의 바람직한 예에서, 상기 바탕층은 0.1 내지 0.5 mm의 두께, 바람직하게는 0.1 내지 0.3 mm의 두께로, 상기 제 1 접합층은 0.5 내지 1.5 mm의 두께로, 상기 제 2 접합층은 0.1 내지 0.5 mm의 두께, 바람직하게는 0.1 내지 0.3 mm의 두께로 각각 형성될 수 있다.The thickness of the base layer, the first bonding layer and the second bonding layer can be appropriately adjusted to the extent that they can perform the functions as described above. In one preferred example, the base layer has a thickness of 0.1 to 0.5 mm Preferably 0.1 to 0.3 mm, the first bonding layer has a thickness of 0.5 to 1.5 mm and the second bonding layer has a thickness of 0.1 to 0.5 mm, preferably 0.1 to 0.3 mm Respectively.
상기 바탕층의 두께가 너무 얇을 경우에는, 접합층 성분의 세그먼트 내부 기공으로의 흡입을 방지하기 위한 바탕층으로서의 역할을 다하지 못하고 제 1 접합층과 세그먼트와의 결합력을 제공하지 못한다. 상기 제 1 접합층의 두께가 너무 얇을 경우에는 소망하는 정도의 세그먼트 상호간의 결합력을 기대하기 어렵다. 또한, 상기 제 2 접합층의 두께는 너무 얇은 경우에는, 제 1 접합층 간의 접합이 불충분해지고, 공정상 취급이 용이하지 않은 문제가 있다. If the thickness of the underlying layer is too thin, it can not serve as a base layer for preventing the bonding layer component from being sucked into the pores in the segment and fails to provide bonding force between the first bonding layer and the segment. When the thickness of the first bonding layer is too thin, it is difficult to expect a bonding force between the segments to a desired degree. Further, when the thickness of the second bonding layer is too thin, the bonding between the first bonding layers becomes insufficient, and there is a problem that the handling is not easy in the process.
반대로, 상기 바탕층의 두께가 너무 두꺼울 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 접합 구조 전체의 두께가 두꺼워지면서 오히려 열특성의 저하를 초래할 수 있다. 상기 제 1 접합층의 두께가 너무 두꺼울 경우, 접합층의 내부에 지나치게 많은 기포가 포획되게 되므로, 이를 제거하기 위한 공정 시간이 길어지게 되어 생산 효율을 저하시킨다. 또한, 상기 제 2 접합층의 두께가 너무 두꺼운 경우에는 제 2 접 합층 내부에 기포가 포획될 수 있으므로 바람직하지 않다.On the other hand, if the thickness of the underlying layer is too large, the thickness of the entire bonding structure may become thicker as described above, and the thermal characteristics may be deteriorated. If the thickness of the first bonding layer is excessively large, too much air bubbles are trapped in the bonding layer, so that the process time for removing the bonding layer becomes long and the production efficiency is lowered. Further, when the thickness of the second bonding layer is too thick, bubbles can be trapped inside the second bonding layer, which is not preferable.
더욱이, 이들 바탕층 및 접합층들은 분진을 포집하는 기능, 촉매 담체로서의 기능 등을 하지는 않기 때문에, 상기 바탕층 및 접합층의 두께가 너무 두꺼운 경우에는 하니컴 세라믹 필터의 단위체적당 비표면적이 줄어들게 되어, 상대적으로 필터의 성능이 저하되므로 바람직하지 않다.Further, since these base layers and the bonding layers do not function to collect dust and function as a catalyst carrier, when the thicknesses of the base layer and the bonding layer are too thick, the specific surface area per unit volume of the honeycomb ceramic filter is reduced, The performance of the filter is deteriorated relatively.
하나의 바람직한 예에서, 상기 바탕층은 무기 분말, 세라믹 섬유, 무기 바인더 및 유기 바인더를 포함하는 바탕제에 의해 형성될 수 있다. 상기 바탕제에는 유기 바인더가 포함되는 바, 유기 바인더 및 무기 바인더가 세그먼트로 재빨리 스며들면서 무기 분말과 세라믹 섬유를 같이 스며들게 하여 건조한 후에는 바탕층과 세그먼트가 매우 강하게 결합될 수 있고, 이후에 도포될 제 1 접합층과도 강하게 접착되기 때문에 접합층과 세그먼트의 결합이 매우 강화된다. 따라서, 이후에 도포될 접합층의 구성 성분들이 세라믹 세그먼트의 다공성 구조 내로 과도하게 흡입됨으로써 접합층의 계면에 거대 기공 또는 크랙이 발생하는 현상을 방지할 수 있다. In one preferred example, the underlying layer may be formed by a background agent comprising inorganic powders, ceramic fibers, inorganic binders and organic binders. The base agent includes an organic binder. Since the organic binder and the inorganic binder quickly penetrate into the segments, the base layer and the segments can be bonded very strongly after the inorganic powder and the ceramic fibers are impregnated together and dried. The bonding strength between the bonding layer and the segment is greatly enhanced since the bonding strength is stronger than that of the first bonding layer. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of large pores or cracks at the interface of the bonding layer by excessively sucking the constituent components of the bonding layer to be subsequently applied into the porous structure of the ceramic segment.
상기 유기 바인더는 하니콤 세라믹 필터의 소결 공정이 행해지기 전에 접합층 구성 성분들 간에 결합력을 제공하는 물질로서, 그것의 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 메틸셀룰로우즈, 에틸셀룰로우즈, 폴리비닐알코올, 히드록시프로폭실메틸셀룰로우즈, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The organic binder is a material that provides a bonding force between the components of the bonding layer before the sintering process of the honeycomb ceramic filter is performed, and the kind thereof is not particularly limited. For example, it is selected from the group consisting of methylcellulose, ethylcellulose, polyvinyl alcohol, hydroxypropoxyl methylcellulose, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC) and the like , But the present invention is not limited thereto.
상기 무기 바인더 및 세라믹 섬유 등의 무기 성분들은 하니콤 필터의 소결 공정 후 접합층 구성 성분들 간의 결합력 및 접합층에 탄성을 제공하는 성분들이다. 상기 무기 바인더는, 예를 들어, 실리카 졸, 알루미나 졸 또는 이들의 혼합물 등의 콜로이달 졸이 사용될 수 있으며, 상기 세라믹 섬유는, 예를 들어, 실리카, 뮬라이트, 알루미나, 알루미나 실리케이트 등과 같은 세라믹 파이버 등과 탄화규소(SiC) 섬유, 질화규소(Si3N4) 섬유 등이 사용될 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The inorganic components such as the inorganic binder and the ceramic fiber are components that provide bonding force between the bonding layer constituents and elasticity to the bonding layer after the sintering process of the honeycomb filter. As the inorganic binder, a colloidal sol such as silica sol, alumina sol or a mixture thereof may be used. The ceramic fiber may be a ceramic fiber such as silica, mullite, alumina, alumina silicate, Silicon carbide (SiC) fiber, silicon nitride (Si 3 N 4 ) fiber, and the like, but are not limited thereto.
상기 제 1 접합층 및 상기 제 2 접합층은 각각 접합층으로서 공지의 접합층 구성성분들이 사용될 수 있으며, 세라믹 세그먼트를 다수 개 접합하여 제조되는 세라믹 필터는 고온의 소결 공정 또는 재생 과정 등을 거치게 되므로, 접합층 또한 고온에서 견딜 수 있어야 한다. 따라서, 세그먼트와 유사한 열전달 특성을 갖는 탄화규소(SiC)를 주요 성분으로 포함하는 것이 바람직하다.The first bonding layer and the second bonding layer may be formed of known bonding layer constituent components as the bonding layer. The ceramic filter manufactured by bonding a plurality of ceramic segments may be subjected to a sintering process or a regeneration process at a high temperature , The bonding layer should also be able to withstand high temperatures. Therefore, it is preferable to include silicon carbide (SiC) having heat transfer characteristics similar to the segments as a main component.
하나의 바람직한 예에서, 제 1 접합층과 제 2 접합층은 무기 분말, 세라믹 섬유, 무기 바인더 및 유기 바인더를 포함하는 것으로 구성된 접합제를 도포하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 세라믹 파이버, 무기물 졸, 유기 바인더 및 물은 바탕제의 성분과 관련하여 앞서 설명한 바와 같은 이유로 포함될 수 있으며, 접합제의 구성 성분은 동일하거나 유사할 수 있다. 다만, 바탕층을 구성하는 바탕제는 제 1 접합층과 제 2 접합층을 구성하는 접합제에 비해 상대적으로 낮은 점도를 가지도록 구성된다. In one preferred example, the first bonding layer and the second bonding layer may be formed by applying a bonding agent composed of inorganic powder, ceramic fiber, inorganic binder and organic binder. That is, the ceramic fiber, the inorganic sol, the organic binder and the water may be included for the reason described above in connection with the components of the base agent, and the constituents of the binder may be the same or similar. However, the base agent constituting the base layer is configured to have a relatively low viscosity as compared with the bonding agent constituting the first bonding layer and the second bonding layer.
이외에도 상기 바탕제 및 접합제에는 세라믹 세그먼트들의 결합력을 높이기 위한 각종 첨가제가 더 포함될 수 있음은 물론이다.It is needless to say that various additives for enhancing the bonding strength of the ceramic segments may be further included in the background agent and the bonding agent.
또한, 상기 접합제에는 바람직하게는 미세 직경의 무기 중공체(hollow sphere)가 추가로 포함될 수 있다. Further, the bonding agent may preferably further include an inorganic hollow sphere having a fine diameter.
상기 미세 직경의 무기 중공체는 예를 들어, 크기가 대략 30 ~ 50 ㎛ 정도의 직경을 갖는 것일 수 있고, 이러한 미세 직경을 가짐으로써, 접합층의 강도 저하를 초래하지 않으면서도, 접합 이후에도 기공 크기가 대략 유지되므로 열충격의 전파를 방지할 수 있으므로 우수한 내열 충격성을 발휘할 수 있다. 또한, 상기 무기 중공체는 상기 접합제 구성성분들의 보유력 및 담지력이 우수하고, 고온, 고압에 안정하며, 저비중인 동시에 적절한 강도를 갖기 때문에, 접합층에 소정의 접착력 및 강도를 부여할 수 있고, 접합제 페이스트 형성시 쉽게 파쇄되지 않으므로 취급이 용이한 장점을 가진다. For example, the inorganic hollow body having the fine diameter may have a diameter of about 30 to 50 占 퐉. By having such a small diameter, even if the strength of the bonding layer is not lowered, It is possible to prevent the propagation of the thermal shock, so that the excellent thermal shock resistance can be exhibited. In addition, since the inorganic hollow body is excellent in the holding power and the holding power of the binder components, is stable at high temperature and high pressure, and has a low specific gravity and an appropriate strength, it is possible to impart a predetermined adhesive strength and strength to the bonding layer And it is easy to handle since it is not easily broken when forming a bonding agent paste.
상기 미세 직경의 무기 중공체는 예를 들어, 실리카, 알루미나, 뮬라이트(Mullite), 플라이 애쉬 등으로 구성될 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. The inorganic hollow body having the fine diameter may be composed of, for example, silica, alumina, mullite, fly ash or the like, but is not limited thereto.
상기 무기 중공체는 바람직하게는 다수의 뮬라이트 위스커가 소정의 외경을 갖는 중공구조를 이루고 있는 것일 수 있다. 여기서, 상기 "위스커"란 인장강도가 매우 높은 바늘형상 단결정을 의미한다. 일반적으로, 위스커는 서브미크론 크기에서 수십 ㎛ 범위의 직경과 10 이상의 에스펙트비(길이/직경비)를 가지며, 위스커의 직경이 작을수록 인장강도가 더욱 높아져 이론적인 강도에 가깝게 된다. The inorganic hollow body may be a hollow structure in which a plurality of mullite whiskers have a predetermined outer diameter. Here, the "whisker" means a needle-like single crystal having a very high tensile strength. Generally, whiskers have a diameter ranging from submicron to tens of microns and an aspect ratio (length / diameter ratio) of 10 or more. The smaller the whisker diameter is, the higher the tensile strength becomes, and the theoretical strength becomes closer.
따라서, 뮬라이트 위스커는 강도가 매우 높고, 다공성 필터로 사용시 재생 공정 등의 고온의 열순환에 견딜 수 있으므로 상기 접합층에도 소정의 강도를 부여할 수 있다. 더욱이, 뮬라이트 위스커로 형성된 중공구는 상당한 온도까지 중공 구조를 유지한 이후에 접합제로서 작용하므로, 더욱 균일하고 안정적인 접합층이 형성될 수 있고, 우수한 내열 충격성을 발휘할 수 있다. Therefore, the mullite whisker has a very high strength and can withstand a high temperature thermal cycle such as a regeneration process when used as a porous filter, so that the bonding layer can be given a predetermined strength. Moreover, since the hollow spheres formed by the mullite whisker function as a bonding agent after maintaining the hollow structure to a considerable temperature, a more uniform and stable bonding layer can be formed, and excellent thermal shock resistance can be exhibited.
하나의 바람직한 예에서, 상기 제 1 접합층은 바탕층상에 제 1 접합제를 도포한 후 상온 건조를 거쳐 고온 건조하는 과정을 통해 형성될 수 있다. 상기 제 1 접합제는 제 1 접합층이 소망하는 두께가 되도록 수회에 걸쳐 도포할 수 있으며, 그에 따라 접합층 내부에 기포가 형성되는 것을 최소화할 수 있다. In one preferred embodiment, the first bonding layer may be formed by applying a first bonding agent on the base layer, followed by drying at room temperature and drying at a high temperature. The first bonding agent can be applied over several times so that the first bonding layer has a desired thickness, thereby minimizing the formation of bubbles in the bonding layer.
상기 상온 건조 공정은, 예를 들어, 접합제를 세그먼트 표면에 도포한 후 대기에 노출된 상태로 상온에서 서서히 건조함으로써 수행될 수 있으며, 이 과정에서 접합층 내부에 포획되어 있던 기포가 표면으로 떠올라 터지면서 완전히 제거되므로, 최종적으로 내부에 세그먼트의 결합강도를 현저히 낮아지게 하는 원인이 되는 기포 또는 미세기포가 존재하지 않아 접합층의 결합강도를 크게 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 상온 건조는 접합제 도포층 내부의 기포가 완전히 제거될 수 있는 수 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. The room temperature drying step may be performed, for example, by applying a bonding agent to the surface of the segment and gradually drying it at room temperature while exposed to the atmosphere. In this process, the air bubbles trapped in the bonding layer float to the surface The bonding strength of the bonding layer can be greatly improved because no bubbles or fine bubbles are present which ultimately cause the bond strength of the segment to be significantly reduced inside. Therefore, it is preferable that the above-mentioned normal-temperature drying is performed for a few hours so that the air bubbles inside the bonding agent application layer can be completely removed.
상기 상온 건조를 거친 후에도, 상기 바탕층 및 접합층들에는 수분, 용매 등이 포함되어 있는 바, 이러한 성분들은 소결 과정에서 소결 성분들의 결합을 방해하여 세그먼트간의 결합력 및 허니컴 세라믹 구조체의 전체적인 강도를 약화시키므로, 바람직하게는 이들 성분을 제거하기 위한 고온 건조공정을 추가로 수행한다. After drying at room temperature, the base layer and the bonding layers contain moisture and solvents. These components interfere with bonding of the sintered components in the sintering process and weaken the bond strength between the segments and the overall strength of the honeycomb ceramic structure , A high-temperature drying step for removing these components is preferably further carried out.
상기 고온 건조는 상기 바탕층 및 접합층들의 수분 및 용매가 완전히 제거될 수 있도록 70 내지 150℃에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 건조 공정은 접합층 및 수지층의 수분 및 용매를 완전히 제거하기 위해 수행되므로, 접합층 및 수지층에 포함되는 액상 성분들의 종류와 함량에 따라 적절히 선택될 수 있다. 건조 공정에 사용되는 건조기는, 예를 들어, 마이크로파 건조기(microwave dryer), 열풍 건조기(hot air dryer), 유전체 건조기(dielectric dryer), 감압건조기(reduced pressure dryer), 진공 건조기, 동결 건조기 등이 사용될 수 있다. The high-temperature drying is preferably performed at 70 to 150 ° C so that moisture and solvent of the base layer and the bonding layers can be completely removed. Since the drying process is performed to completely remove the moisture and the solvent of the bonding layer and the resin layer, the drying process can be appropriately selected depending on the type and content of the liquid components contained in the bonding layer and the resin layer. Dryers used in the drying process include, for example, microwave dryers, hot air dryers, dielectric dryers, reduced pressure dryers, vacuum dryers, freeze dryers, etc. .
상기 다공성 세라믹 세그먼트는 바람직하게는 탄화규소계 하니컴 구조로 이루어진 것일 수 있다. The porous ceramic segment may preferably be composed of a silicon carbide honeycomb structure.
즉, 내열성이 뛰어나고, 고온에서도 거의 변형이 없는 탄화규소(SiC)계 재료로서 만들어지며, 그 형상은 양 단면에서 서로 연통되는 다수의 셀들이 형성될 수 있도록 격벽들이 교차하는 격자 모양의 구조로서 이들 셀들이 교번 배열 방식으로 플러깅 됨으로써, 플러그에 의해 밀폐된 폐쇄 셀(closed cell)과 플러그가 형성되어 있지 않은 오픈 셀(open cell)로 이루어져 있어서, 전체적으로 체크 무늬 또는 바둑판 무늬를 나타낸 하니컴 구조의 다공성 세라믹 필터일 수 있다.That is, it is made as a silicon carbide (SiC) material excellent in heat resistance and hardly deformed even at a high temperature and has a lattice-like structure in which the partition walls intersect so that a plurality of cells communicating with each other at both end faces can be formed. The cells are plugged in an alternating arrangement manner to form a closed cell closed by a plug and an open cell in which a plug is not formed so that a porous ceramics having a honeycomb structure having a checkered pattern or a checkered pattern as a whole Filter.
상기 다공성 세라믹 필터는, 바탕층과 접합층들이 형성된 세라믹 세그먼트를 순차적으로 적층한 후 소결을 통한 경화 과정을 거친 탄화규소 소결체를 소정의 외형으로 재단하여 제조할 수 있다. 이 때, 바람직하게는 미리 상기 바탕층 및 제 1 접합층을 도포하여 상온 건조 및 고온 건조를 행한 다수 개의 세라믹 세그먼트를 준비한 다음, 제 2 접합층을 도포하여 세그먼트를 접착하는 방법으로 제조할 수 있 다. The porous ceramic filter can be manufactured by sequentially laminating ceramic segments on which a base layer and bonding layers are formed, and then sintering the sintered silicon carbide subjected to a curing process by sintering to a predetermined outer shape. At this time, preferably, a plurality of ceramic segments prepared by applying the base layer and the first bonding layer in advance and drying at room temperature and drying at a high temperature are prepared, and then the second bonding layer is applied to bond the segments All.
상기 세라믹 세그먼트의 형상은 다양할 수 있으며, 하나의 바람직한 예에서 단면상으로 사각형인 직육면체 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 서로 접합되는 세라믹 세그먼트들의 수는 촉매 성분이 담지되는 하니컴 세라믹 필터의 소망하는 규격에 따라서 적절히 결정된다.The shape of the ceramic segments may vary and, in one preferred embodiment, the ceramic segments may have a rectangular parallelepiped structure in cross section. Further, the number of the ceramic segments bonded to each other is appropriately determined in accordance with a desired standard of the honeycomb ceramic filter on which the catalyst component is carried.
상기 하니컴 세라믹 필터의 구조 및 제조방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 이에 관한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다. Since the structure and manufacturing method of the honeycomb ceramic filter are well known in the art, a detailed description thereof will be omitted in this specification.
본 발명은 또한, 각각의 다공성 세라믹 세그먼트 상에 도포층 및 제 1 접합층을 형성하고, 상기 제 1 접합층 상에 제 2 접합층을 도포한 후, 세그먼트들을 적층 및 가압하여 제 1 접합층보다 얇은 두께의 제 2 접합층을 형성하는 상기 하니컴 세라믹 필터의 제조 방법을 제공한다.The present invention also relates to a method of manufacturing a porous ceramic substrate, comprising the steps of forming a coating layer and a first bonding layer on each porous ceramic segment, applying a second bonding layer on the first bonding layer, A method of manufacturing a honeycomb ceramic filter for forming a second bonding layer of a thin thickness is provided.
구체적으로, 먼저 다공성 세라믹 세그먼트의 표면에 바탕제를 도포한 후 건조하여 바탕층을 형성하고 제 1 접합제를 도포한다. 이 때, 상기 제 1 접합제를 소망하는 두께로 도포하기 위해 바람직하게는 얇은 두께로 수회에 걸쳐 도포할 수 있다. 이에 따라 접합층 내부에 기포가 형성되는 것을 최소화할 수 있다. Specifically, first, a base agent is applied to the surface of the porous ceramic segment, followed by drying to form a base layer, and a first bonding agent is applied. At this time, the first bonding agent can be applied over several times, preferably at a thin thickness, in order to coat the first bonding agent with a desired thickness. Accordingly, the formation of bubbles in the bonding layer can be minimized.
상기 바탕층에는 유기 바인더가 포함되어 있으므로 건조 후에도 소정의 강도를 유지할 수 있다. 상기 제 1 접합층은 바람직하게는 상기 제 1 접합제를 도포한 후, 소정의 시간 동안 상온 건조한 후, 고온 건조 공정을 수행함으로써 형성할 수 있다. 또한, 상기 제 1 접합층을 실온에서 충분히 시간 동안 건조함으로써, 접합층 내부의 기포가 부력에 의해 상승하여 제거된다. Since the base layer contains an organic binder, a predetermined strength can be maintained even after drying. The first bonding layer is preferably formed by applying the first bonding agent, then drying at a room temperature for a predetermined period of time, and then performing a high-temperature drying process. Further, by drying the first bonding layer at room temperature for a sufficient time, the bubbles in the bonding layer rise due to buoyancy and are removed.
제 2 접합층은 제 1 접합층 상에 도포되는 바, 상기 제 1 접합층의 상온 건조 및 고온 건조 공정을 실시한 직후에 도포될 수도 있으나, 바람직하게는 앞서 설명한 바와 같이, 다수 개의 세그먼트들의 표면에 바탕층 및 제 1 접합층을 먼저 형성하여 건조시킨 후, 일괄적으로 제 2 접합제를 도포하여 제 2 접합층을 형성한 뒤, 세그먼트들을 순차적으로 적층하고 압력을 가하며 건조함으로써 세그먼트들을 상호 접합할 수 있다. 상기 접합된 세그먼트들을 소결 과정을 거쳐 소정의 형태로 외형을 재단함으로써 하니컴 세라믹 필터를 완성한다. The second bonding layer is applied on the first bonding layer. The second bonding layer may be applied immediately after the first bonding layer is dried at room temperature and dried at a high temperature. Preferably, as described above, After the base layer and the first bonding layer are formed and dried first and then the second bonding agent is applied in a lump to form the second bonding layer, the segments are sequentially laminated, pressure is applied and the segments are bonded to each other . After the bonded segments are sintered, the honeycomb ceramic filter is completed by cutting the outer shape into a predetermined shape.
바람직하게는, 예를 들어, 2 mm 이상의 충분한 두께로 도포하고 상기 세그먼트들에 충분한 압력을 가하여 제 1 접합층 보다 얇은 0.1 내지 0.5 mm의 두께를 갖도록 제 2 접합층을 형성하면, 제 2 접합층 내부에 기포가 잔존하는 것을 근본적으로 방지할 수 있다. Preferably, the second bonding layer is formed to have a thickness of 0.1 to 0.5 mm which is thinner than the first bonding layer by applying, for example, a sufficient thickness of 2 mm or more and applying sufficient pressure to the segments, It is possible to fundamentally prevent the bubbles from remaining inside.
따라서, 최종적으로 형성된 접합층에는 기공 또는 미세크랙이 전혀 형성되지 않으므로 접합강도를 크게 향상시킬 수 있다.Therefore, no pores or fine cracks are formed in the finally formed bonding layer, so that the bonding strength can be greatly improved.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 5에는 본 발명에 따른 다공성 세라믹 필터에서 소결 전의 접합 부분의 단면 확대도가 모식적으로 도시되어 있다. Fig. 5 schematically shows a cross-sectional enlarged view of a bonded portion before sintering in the porous ceramic filter according to the present invention.
도 5를 참조하면, 세라믹 세그먼트들(200, 300)의 표면에 바탕층(110)이 도 포되어 있고, 바탕층(110)과 제 2 접합층(130)의 사이에 제 1 접합층(120)이 개재되어 있는 구조로 이루어져 있다. 5, a
바탕층(110)은 제 1 접합층(120)의 접합층 성분이 세라믹 세그먼트들(200, 300)의 내부로 과도하게 흡입되는 것을 방지하기 위한 일종의 완충(buffer) 역할을 하는 층으로서, 0.1 내지 0.5 mm 의 두께를 가진다. 바탕층(110)을 구성하는 바탕제에는 유기 바인더를 포함하고 있으므로, 바탕층(110) 자체가 세그먼트(200, 300) 상에 안정적인 도포층을 형성함으로써, 제 1 접합층(120)의 부가 작업을 용이하게 해 준다. The
제 1 접합층(120)은 바탕층(110) 상에 접합제를 도포함으로써 형성되고, 실질적으로 세그먼트들(200, 300) 상호간의 접착력을 제공하는 역할을 하는 층으로서, 0.5 내지 1.5 mm 의 두께를 가지며, 주요 성분으로서 예를 들어, 내열성이 우수하고, 고온에서 변형이 일어나지 않는 탄화규소 분말이 사용될 수 있다. The
제 2 접합층(130)은 제 1 접합층(120) 상호간의 접합 기능을 수행하는 층으로서 두께가 0.1 내지 0.5 mm 정도로서 매우 얇으므로 내부에 실질적으로 기포나 미세 크랙이 존재할 여지가 없다. 제 2 접합층(130)은 바탕층(110)과 제 1 접합층(120)이 순차적으로 형성되어 있는 세그먼트(200) 상에 두터운 두께로 도포한 후, 바탕층(111)과 제 1 접합층(121)이 순차적으로 형성되어 있는 세그먼트(300)를 올려 넣고 압축하여 상기와 같은 두께로 만들므로, 두 세그먼트들(200, 300) 사이에는 실질적으로 1 개의 제 2 접합층(130) 만이 형성되어 있다. 그러나, 각각의 세그먼트(200, 300)에 제 2 접합층을 별도로 형성한 후에 상호 접합을 행할 수 있 음은 물론이다. The
이 때, 제 1 접합층(120, 121)은 제 1 접합제를 얇은 두께로 수회에 걸쳐 도포함으로써 소망하는 두께로 도포할 수 있다. 또한, 제 1 접합층(120, 121)을 형성한 후 제 2 접합층(130)을 형성하기 전에, 제 1 접합층(120, 121) 내부의 기포가 빠져나갈 수 있도록, 충분한 시간 동안 실온 건조 공정을 거칠 수 있다.At this time, the first bonding layers 120 and 121 can be coated to a desired thickness by applying the first bonding agent in several layers at a thin thickness. Before the formation of the
따라서, 제 1 접합층(120) 및 제 2 접합층(130)의 다층 구조로 구성함으로써, 종래 한번에 접합제를 도포하는 경우와 비교하여, 접착층 내부의 기포를 완전히 제거한 상태에서 세그먼트 간의 접합을 행할 수 있어 세그먼트들(200, 300) 간의 우수한 결합 강도를 발휘할 수 있도록 할 수 있다.Therefore, by constituting the multilayer structure of the
바탕층(110), 제 1 접합층(120) 및 제 2 접합층(130)에는 그것의 구성 성분들로서 무기분말, 세라믹 섬유, 무기 바인더 및 유기 바인더가 포함되어 있을 수 있다. The
이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in further detail with reference to the following examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.
[실시예 1][Example 1]
1-1.1-1. 세라믹 ceramic 세그먼트의Segment 제조 Produce
원료로서 탄화규소 분말 80 중량부와 무기산화물 분말 20 중량부의 혼합물에 메틸셀룰로우즈, 히드록시프로폭실메틸셀룰로우즈, 계면활성제 및 물을 첨가하여, 가소성의 페이스트를 제조하였다. 상기 페이스트를 압출 성형하고, 마이크로파 및 열풍으로 건조시킨 다음, 대기 분위기에서 가열 탈지하고 소결한 후 절단하여, 치수가 36 mm x 36 mm x 280 mm(높이)인 직육면체 형상의 세라믹 세그먼트를 제조하였다.Methyl cellulose, hydroxypropoxyl methylcellulose, a surfactant, and water were added to a mixture of 80 parts by weight of silicon carbide powder as a raw material and 20 parts by weight of an inorganic oxide powder to prepare a plastic paste. The paste was extruded, dried by microwave and hot air, and then heat-degreased, sintered and cut in an atmospheric environment to produce a rectangular parallelepiped ceramic segment having dimensions of 36 mm x 36 mm x 280 mm (height).
1-2.1-2. 바탕제Background 및 접합제의 제조 And bonding agent
SiC 25 중량%, 알루미나 실리케이트 파이버 25 중량%, 및 알루미나 졸 40 중량%, PVA 용액 10 중량%를 혼합 및 교반하여 바탕제를 제조하였다. 이 때, 바탕제의 점도는 약 10 P였다. 25 wt% of SiC, 25 wt% of alumina silicate fiber, 40 wt% of alumina sol, and 10 wt% of PVA solution were mixed and stirred to prepare a base agent. At this time, the viscosity of the base agent was about 10P.
또한, SiC 25 중량%, 알루미나 실리케이트 파이버 20 중량%, 및 알루미나 졸 35 중량%, PVA 용액 15 중량% 및 뮬라이트 중공구 5 중량%를 혼합 및 교반하여 접합제를 제조하였다.Further, a bonding agent was prepared by mixing and stirring 25 wt% of SiC, 20 wt% of alumina silicate fiber, 35 wt% of alumina sol, 15 wt% of PVA solution and 5 wt% of mullite hollow spheres.
1-3.1-3. 세그먼트Segment 접합체의 제조 Fabrication of the bonded body
상기 1-2에서 제조한 바탕제를 상기 1-1에서 제조한 세라믹 세그먼트의 표면에 약 0.2 mm 정도의 두께로 도포한 후 건조하여 바탕층을 형성하였다. 상기 바탕층 상에 상기 1-2에서 제조한 접합제를 두께 0.8 mm로 도포하여 제 1 접합층을 형성하고, 접합제 도포층 내부의 기포가 완전히 제거될 수 있도록 상온에서 약 1 시간 동안 1 차 건조한 다음, 1 시간 동안 100℃에서 고온 건조하여, 제 1 접합층을 형성하였다. The ground agent prepared in 1-2 above was applied to the surface of the ceramic segment prepared in 1-1 above to a thickness of about 0.2 mm and dried to form a ground layer. The bonding agent prepared in 1-2 above was applied on the base layer to a thickness of 0.8 mm to form a first bonding layer. The first bonding layer was formed on the base layer, Dried and then hot-dried at 100 ° C for 1 hour to form a first bonding layer.
마지막으로, 상기 1-2에서 제조한 접합제를 두께 2 mm로 도포한 다음, 2 개의 세라믹 세그먼트들을 상호 밀착시킨 상태에서 강하게 압력을 가하여 제 2 접합 층의 두께가 0.4 mm가 되게 하였다. Finally, the bonding agent prepared in 1-2 above was applied at a thickness of 2 mm, and then the two ceramic layers were strongly adhered to each other so that the thickness of the second bonding layer became 0.4 mm.
상기와 같은 방법으로 표면에 바탕층, 제 1 접합층, 및 제 2 접합층이 형성되어 있는 2 개의 세라믹 세그먼트들을 상호 밀착시킨 상태에서 상온에서 6 시간, 및 100℃의 건조 오븐에서 24 시간 동안 건조하여 세그먼트 접합체를 제조하였다. The two ceramic segments having the base layer, the first bonding layer, and the second bonding layer formed on the surface in contact with each other were dried for 6 hours at room temperature and in a drying oven at 100 ° C for 24 hours in the same manner as described above To prepare a segmented assembly.
[비교예 1][Comparative Example 1]
바탕층 및 제 1 접합층을 도포하지 않고 세라믹 세그먼트의 표면에 직접 두께 2 mm로 제 2 접합층을 형성하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 세그먼트 접합체를 제조하였다. A segment bonded body was prepared in the same manner as in Example 1, except that the base layer and the first bonding layer were not applied and the second bonding layer was formed directly on the surface of the ceramic segment with a thickness of 2 mm.
[비교예 2][Comparative Example 2]
세라믹 세그먼트의 표면에 바탕층을 도포한 후 그 위에 두께 2 mm 로 제 2 접합층을 형성하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 세그먼트 접합체를 제조하였다. A segment bonded body was prepared in the same manner as in Example 1, except that a base layer was applied on the surface of the ceramic segment and a second bonding layer was formed thereon with a thickness of 2 mm thereon.
[비교예 3][Comparative Example 3]
세라믹 세그먼트의 표면에 유기바인더가 포함되지 않은 바탕층을 도포한 후 그 위에 두께 2 mm로 제 2 접합층을 형성하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 세그먼트 접합체를 제조하였다. A segmented assembly was prepared in the same manner as in Example 1, except that a base layer not containing an organic binder was applied to the surface of the ceramic segment and a second bonding layer was formed thereon with a thickness of 2 mm thereon.
[실험예 1][Experimental Example 1]
상기 실시예 1과 비교예 1 내지 3에서 각각 제조된 세그먼트 접합체들의 결합 강도를 측정하기 위하여, 세그먼트들의 양 단부에 걸치도록 세그먼트 접합체를 소정의 다이 위에 위치시킨 상태에서 중앙에 하중을 인가하여 결합 부위가 파괴되는 하중의 크기를 측정하였다. In order to measure the bond strengths of the segment joint bodies manufactured in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, a load was applied to the center of the segment joint body in a state where the segment joint body was placed on both ends of the segments, And the magnitude of the load to be destroyed was measured.
그 결과, 실시예 1의 세그먼트 접합체는 비교예 1 내지 3에 비해 최고 50% 이상 증가된 높은 결합 강도를 갖는 것으로 확인되었다. As a result, it was confirmed that the segmented body of Example 1 had a higher bonding strength, which was increased by at least 50% as compared with Comparative Examples 1 to 3.
또한, 파단면의 부위에도 차이가 있었는데, 실시예 1의 경우는 비정형의 파단면을 보인 반면에, 비교예 1의 경우, 대부분 세그먼트와 접합층의 계면에서 떨어져 나감을 볼 수 있었고, 비교예 2에서는 접합층 중간부위에서 대부분 파단이 일어남을 볼 수 있었다. 이는 접합층 내부에 거대기공, 미세기공, 또는 미세크랙 등이 이미 잔존해 있어서, 이러한 부분들이 떨어져 나갔기 때문이다. In addition, there was also a difference in the area of the fracture surface. In the case of Example 1, an amorphous fracture surface was observed. On the other hand, in Comparative Example 1, most of the segments were separated from the interface of the bonding layer, Most of the fracture occurred at the middle part of the joint layer. This is because macropores, micropores, or microcracks already exist in the bonding layer, and these portions are separated.
유기 바인더를 포함하지 않은 바탕제를 사용한 비교예 3의 경우, 실험 과정에서 바탕층의 무기 분말들이 바람에 날릴 정도로 낮은 결합력을 나타내는 것으로 확인되었다. 따라서, 바탕층에 유기 바인더를 사용하지 않으면, 결합 강도의 저하 뿐만 아니라, 제조공정에서 작업성을 크게 악화시킬 수 있음이 확인되었다.In the case of Comparative Example 3 in which a base agent not containing an organic binder was used, it was confirmed that the inorganic powders of the base layer showed a low binding force to the wind during the experiment. Therefore, it was confirmed that not only the bonding strength was lowered but also the workability in the manufacturing process was deteriorated unless the organic binder was used for the base layer.
상기 실험 결과들이 하기 표 1에 정리되어 있다. The above experimental results are summarized in Table 1 below.
<표 1><Table 1>
이상, 본 발명에 따른 실시예를 참조하여 발명의 내용을 상술하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. will be.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 하니컴 세라믹 필터는 바탕층, 제 1 접합층, 제 2 접합층으로 접합층을 다층화하여 구성함으로써, 접합층 구성 성분들이 세그먼트의 다공성 구조 내부로 흡입되어 접합층 내부에 거대 기공, 미세 기공 또는 이로 인한 크랙이 발생하는 현상을 방지하므로 열적, 기계적, 화학적 강도가 우수하며, 불량률이 적어서 생산성 향상을 도모할 수 있다.As described above, in the honeycomb ceramic filter according to the present invention, the bonding layer is constituted by multilayering the base layer, the first bonding layer, and the second bonding layer so that the bonding layer constituent components are sucked into the porous structure of the segment, It is possible to prevent the occurrence of macropores, micropores or cracks due to the inside thereof, and thus it is excellent in thermal, mechanical and chemical strength, and it is possible to improve the productivity by reducing the defective rate.
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2006
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