擠制多孔性基材的系統的制作方法

專利名稱：：擠制多孔性基材的系統的制作方法擠制多孔性基材的系統
技術領域：
：本案是中國專利申請200680037343.9(PCT/US2006/028530)的分案申請。一般而言，本發明是關于一種擠制多孔性基材的擠制方法；特定而言，是關于一種擠制多孔性陶瓷基材的擠制方法。
背景技術：
：許多制程會要求剛性基材以便能協助及支援各種制程。舉例言之，應用于過濾的基材可過濾微粒子、分離不同物質或從空氣除去細菌或微生物。可制造該等基材以在空氣、廢氣或液體中運作，且該等基材可經加工以抵抗實質環境壓力或化學壓力。再例如，沉積觸媒材料于基材上以便能促進化學反應。舉例言之，沉積一貴金屬于一適當的基材上，接著該基材將危險的廢氣催化轉化成較無毒的氣體。一般而言，具有高孔隙度(porosity)的剛性基材的操作效率較孔隙度通常視為固態材料的性質，定義為開放空間占材料的全部體積的百分比。例如，孔隙度50%的基材有一半體積為開放空間。據此，具有高孔隙度的基材，其單位體積的質量較具低孔隙度基材者為小。較低質量的基材是有利于某些應用；舉例言之，若基材是用于在催化過程中，且該催化過程是于高溫中運作，則具較低熱質量(thermalmass)的基材將會更快的加熱到操作溫度。因此，使用具較高孔隙度及較低熱質量的基材，可降低加熱催化劑至操作溫度的時間，即起燃時間(lightofftime)。滲透性(permeability)亦是基材的一種重要特性，特別是過濾及催化用基材。滲透性是與孔隙度相關，因滲透性是量測流體(例如液體或氣體)流穿過基材的難易度。高滲透性的基材是有利于大部分的應用。舉例言之，當后處理過濾器提供內燃機一較低背壓時，內燃機可更有效率地運作；其中，使用較高滲透性基材可產生低背壓。因為滲透性較孔隙度更難量測，所以孔隙度通常作為基材滲透性的替代指標。然而，這并非一精確的特性，其原因為若孔隙并未普遍地開放且連通，則高孔隙度的基材仍可能僅具有限的滲透性。例如，聚苯乙烯發泡體(Styrofoam)飲水杯是由高孔隙度材料所制成，但液體流無法滲透該飲水杯。所以，在考慮孔隙度及滲透性的重要性時，亦必須檢驗基材的孔隙結構。在前述聚苯乙烯發泡體飲水杯的例子中，聚苯乙烯發泡體材料具有密閉的孔隙網，意即該發泡體包含很多非連結及/或終端封閉的孔隙。因此，雖然發泡體內存有很多空隙及開放空間，但因孔隙間并未互相連結，故液體或氣體將不會從發泡體的一邊流向另一邊。當更多的通道開始連結時，開始形成自一邊通至另一邊的流動路徑。如此情況下，材料被稱為擁有更多的開放式孔隙網。越多貫穿基材的連接通道形成，該基材的滲透性越高。當每一孔隙連結至至少一個其他通道且所有孔隙容許流體穿過該材料所形成的壁面的全部厚度時，則定義該基材具有完全開放式孔隙網。須注意，胞室(cells)及孔隙(pores)間的差異是重要的。胞室是指穿通(通常互為平行，但并非一定)蜂巢狀(honeycomb)基材的通道。通常，蜂巢狀基材涉及每平方英寸有多少胞室的內容。例如，每平方英寸有200個胞室的基材在其主軸方向上具有200個通道。另一方面，孔隙是指材料本身內的裂縫，如存在于分開兩條平行通道或胞室所構成的壁面的材料里。在過濾或觸媒工業中，并不熟知具全部或大部分開放孔隙網的基材。反而，大部分具孔隙的經擠制基材甚至為開放式孔隙及封閉式孔隙的摻混體。因此，提供具高孔隙度及內孔隙結構(其可賦予相仿的高滲透性)的基材在許多應用領域中有高度的需求。而且所形成的基材必須擁有足夠的剛性結構來支持特殊應用所需的結構上及環境上的需求。例如，附于內燃機的過濾器或觸媒轉換器必需能夠禁得起環境的振動、熱需求及制造與使用上的壓力。最后，為能廣泛應用，還必須在足夠低成本的情況下生產基材。舉例言之，為改變全球的汽車污染的程度，已開發與正開發國家必須可以負擔及使用過濾基材。因此，在設計基材及選擇制程時，過濾器及觸媒轉化器基材的整體成本結構將是主要的考量。已證明擠制是生產固定截面的剛性基材的有效率且有成本效益的方法。尤其，陶瓷粉末材料的擠制是制造內燃機所用的過濾器及觸媒基材中最廣泛使用的制程。多年來，擠制粉末陶瓷的制程已經相當進步，因此經擠制基材可具有接近60%的孔隙度。這些經擠制多孔性基材具有好的強度特性、可變通地制造、可規模化生產、保持高品質水準，并具有成本效益。然而，粉末陶瓷材料的擠制已達到孔隙度的可實施的上限值，且進一步提升孔隙度似乎導致其具無法被接受的低強度。例如，當提高孔隙度超過60%時，已證實經擠制粉末陶瓷基材于柴油機粒子過濾器的惡劣環境中不具有可進行操作的足夠強度。在其他已知的擠制制程的限制中，期望增加基材內的表面積以使催化轉換更有效率。為增加表面積，己有增加經擠制陶瓷粉末基材的胞室密度的嘗試，但是增加胞室密度產生引擎無法接受的背壓。因此，經擠制陶瓷粉末基材在非常高的孔隙度下不具足夠的強度，且當需要增加表面積時亦產生無法接受的背壓。據此，陶器粉末的擠制顯然有其實際應用上的限制。為獲得更高的孔隙度，過濾器供應商已試圖使用褶式(pleated)陶瓷紙。使用此類褶式陶瓷紙，同時具約80%的孔隙度及非常低的背壓是可能的。因具有此低背壓，這些過濾器已經使用于例如需要極低背壓的采礦過程等應用中。不過，使用褶式陶瓷紙的過濾器的機會不多，其并未被廣泛地采用。舉例言之，褶式陶瓷紙在惡劣的環境里使用效果不彰。生產褶式陶瓷紙需利用生產相對弱的陶瓷紙結構的造紙過程，且與經擠制過濾器相比，似乎較不具成本效益。再者，褶式陶瓷紙的形成允許極少彈性運用的胞室形狀及密度。例如，在一些過濾應用中需要具有大入口通道及小出口通道的紙褶式過濾器，但生產此種紙褶式過濾器是困難的。因此，使用褶式陶瓷紙無法滿足高孔隙過濾器及觸媒基材的需求。另一試圖增加孔隙度并且避免褶式紙缺點的例子中，一些經由形成具有陶瓷前體(ceramicprecursors)的團料(mass)并且在一多孑L的模具(porouspattern)中仔細處理團料以成長單晶須(mono-crystallinewhiskers)，以提供基材。但是，就地成長這些結晶需要小心且準確的控制固化過程，使得大量生產的過程不易，相對昂貴，且易有缺陷。再者，此困難制程僅使孔隙度增加一些百分比。最后，此制程僅成長莫來(mullite)型晶須，此將限制基材的應用性。例如，眾所周知，莫來石(mullite)具有大的熱膨脹系數，在很多需要大范圍操作溫度帶及急劇溫度轉換過程的應用中，使用莫來型晶須是不甚理想。因此，工業上有具有高孔隙度及相關高滲透性的剛性基材的需求。較佳地，形成具高度合乎需要的開放胞室網、具生產的成本效益、且可以變通的物理、化學及反應性質制造的基材。
發明內容簡言之，本發明提供一種可經由利用擠制程序以生產高多孔性基材的可擠制混合物。尤其，本發明容許纖維(例如有機、無機、玻璃、陶瓷或金屬纖維)混入一團料中，當擠制及固化時，該團料可形成一高多孔性基材。取決于特別的混合物，本發明賦予孔隙度約60%至約90%的基材，并也具其他孔隙度的制程優點。可擠制混合物可使用非常多樣纖維及添加劑，且適合于多種操作環境及應用。根據基材的需求，選擇長寬比(aspectratio)大于1的纖維且與黏結劑、孔隙成形劑、擠制輔助劑及流體混合以形成均質可擠制團料。該均質團料是擠制成生胚基材(greensubstrate)。優先將較易揮發的材料從生胚基材中除去，此使得纖維互相連結及接觸。當固化制程持續進行，形成纖維與纖維間的連結以生產具有實質上開放式孔隙網的結構。所得多孔性基材可用于許多應用方面，例如，作為過濾器或觸媒基質(catalysthost)的基材或觸媒轉換器。在一個更為特定的方案中，選用具長寬比為約3至約1000的陶瓷纖維，雖然通常使用的范圍是為3至500。長寬比是纖維長度除以纖維直徑的比率。陶瓷纖維與黏結劑、孔隙成形劑及流體混合以形成均質團料。使用剪切混合制程(shearmixingprocess)以使纖維更完全平均地分散于團料中。陶瓷材料可占約8%至約40%的團料體積，此得到具有約92%至約60%孔隙度的基材。擠制該均質團料以形成一生胚基材。將黏結劑材料從生胚基材中除去，這將使纖維重疊與接觸。當固化制程持續進行時，形成纖維與纖維間的連結以產生剛性開放式胞室網。如本文所述，"固化"是定義為包含兩個重要制程步驟1)黏結劑移除及2)連結形成。黏結劑移除制程是移除自由水(freewater)及大部分添加劑，并可使纖維互相接觸。所得多孔性基材可用于很多應用中，例如，作為過濾器的基材或觸媒轉換器。在另一個具體實例中，可制造多孔性基材而無需使用孔隙成形劑。此一方案中，陶瓷材料可占約40%至約60%或更多的團料體積，此得到具有約60%至約40%孔隙度的基材。因為沒有使用孔隙成形劑，可簡化擠制程序且更具成本效益。此外，所得結構是實質上高度合乎要求的開放式孔隙網。所揭露的纖維擠制系統是有利于生產一基材，其具有高孔隙度、及具有可提供相關高滲透性的開放式孔隙網、以及具有可根據應用需要的足夠強度。纖維擠制系統也可以足夠成本效益生產基材，以廣泛的應用所得過濾器及觸媒轉換器。此擠制系統是易于進行大規模生產，且容許變通的化學性質及構造以支持許多應用。本發明代表著纖維材料于可擠制混合物中的創新使用。在一規模及具成本效益的生產中，此纖維性可擠制混合物可擠制出具非常高孔隙度的基材。透過在可重復及耐用擠制過程中使用纖維，本發明可規模性的生產廣泛用于全世界的過濾器與觸媒的基材。下文將使本發明上述與其他技術特征能更明顯易懂，且可透過后附的申請專利范圍中特別指出的手段及組合了解本發明的技術特征。附圖是構成本說明書的一部分并包含本發明示范性的具體實施方案，其具有各種形式。當然，于某些例子中，會夸大或放大方式解釋本發明各種方面，以協助了解本發明。圖1是一種根據本發明的擠制多孔性基材的系統的方框圖2是一種根據本發明的纖維性可擠制混合物的例示；圖3A和圖3B是一種根據本發明的開放式胞室網的例示；圖4是根據本發明及習知技術的開放式胞室網的電子顯微鏡圖5是一種根據本發明的利用多孔性基材的過濾團料的例示；圖6是可用于本發明的纖維陶瓷混合物的流變圖7是一種根據本發明的擠制多孔性基材的系統的方框圖8是一種根據本發明的固化多孔性基材的系統的方框圖9是一種根據本發明的多孔性基材的纖維處理系統的方框圖IO是一種根據本發明擠制梯度多孔性基材的示意圖11是一種根據本發明擠制梯度多孔性基材的示意圖；以及圖12是一種根據本發明擠制梯度多孔性基材的示意圖。圖中主要元件符號說明如下:10系統12纖維14纖維處理16添加劑18流體21混合成可擠制流變性23擠制形成生胚基材25固化移除水、移除黏結劑及形成纖維與纖維間連結30大部分纖維連結成一開放式孔隙網的多孔性基材50可擠制材料52可擠制混合物54均質團料的放大部分56、57、58纖維61黏結劑63孔隙成形劑100、120基材部份102黏結劑移除后103、104纖維105孔隙成形劑107開放空間110固化制程后112連結114、116開放空間122黏結劑移除后124固化程序后150電子顯微鏡照片組152開放式孔隙網154照片175基材176團塊178入口179通道232、234軸236區域250系統252定義基材需求253從表1選擇纖維254為長寬比分布處理纖維255從表2選擇黏結劑256視需要從表3選擇孔隙成形劑257從表4選擇流體258為表面修飾處理纖維262混合成均質團料264根據表5調整流變性268擠制成生胚基材270移除黏結劑及形成纖維與纖維間連結275方法277從生胚基材中移除自由水279燒除有機添加劑281使纖維交迭排列285形成纖維與纖維間連結286纖維間液態燒結288纖維間以燒結輔助劑液態燒結291纖維間固態燒結300制程305塊狀纖維307水309分散劑311漿料314激烈地混合316壓濾318干燥321調整濕氣含量323干式混合325濕式混合327黏結劑、孔隙成形劑329水332剪切混合335均質團料340斬取纖維350制程351第一材料353第二材料355層狀柱狀物357包裝375制程379柱狀物、管377內管、管381材料400方法術可擠制混合物403第一材料404第二材料406過濾器407區域、第一部分408區域、第二部分實施方式于此將詳細說明本發明的實施方案。然而，應了解本發明可具有多種類型的實施方式，所以于此揭露的具體的詳細內容非用于限制本發明，而是作為教導本領域技術人員如何運用本發明于實際上任何詳細系統、結構或手段的代表性基礎。參考圖l，是說明一種用于擠制多孔性基材的系統。通常，系統10使用一擠制制程以擠制一可形成最終高度多孔性基材產品的生胚基材。系統10有助地生產一基材，其具有高孔隙度，及具有可提供相關高滲透性的實質上開放式孔隙網，以及具有根據應用所需的足夠強度。系統10亦可以足夠的成本效益來制造基材，以廣泛地應用所得過濾器及觸媒轉換器。系統10易于進行大規模地生產，且容許變通的化學性質及構造以支援多方面的應用。系統10可提供高度變通性的擠制制程，故可符合大范圍的特殊應用。于系統10的使用中，基材設計者首先確定基材的要求。這些要求可能包含，例如尺寸、流體滲透性、所需孔隙度、孔隙尺寸、機械強度及震動特性、熱穩定性、及化學反應性限度。基于這些及其他要求，設計者選用材料用以形成可擠制混合物。重要地，系統IO可使用纖維12于經擠制基材的形成中。舉例言之，該纖維可能是陶瓷纖維、有機物纖維、無機物纖維、聚合纖維、氧化物纖維、玻璃質纖維(vitreousfibers)、玻璃纖維、非晶形纖維、結晶纖維、非氧化物纖維、碳化物纖維、金屬纖維、其他無機物纖維結構、或前述的組合。然而，雖然可使用其他纖維，為易于說明將以陶瓷纖維的使用進行說明。另外，雖然基材其它用途亦為教示可考量的范圍內，以下說明也將以過濾基材或觸媒基材進行說明。設計者基于應用上的特殊需求選擇特定型態的纖維；舉例言之，陶瓷纖維可選自莫來(mullite)纖維、硅酸鋁纖維、或其他一般常用的陶瓷纖維材料。這些纖維通常要加工14裁切成可用的長度，其中可包含在混合纖維與添加劑前的斬取(chopping)制程。于擠制制程中的各種混合及形成步驟也將進一步裁切纖維。根據特定需求，可添加添加劑16。添加劑16可包含黏結劑、分散劑、孔隙成形劑、塑化劑、制程輔助劑及強化材料。再者，流體18(通常為水)是與添加劑16及纖維12組合。將纖維、添加劑及流體相混合達到可擠制流變性(rheology)21。該混合可包含干式混合、濕式混合及剪切混合。混合纖維、添加劑及流體直到產生均質團料，使纖維平均地分布及排列于團料中。之后，擠制纖維性均質團料以形成生胚基材23。該生胚基材具有足夠強度以于后續剩余制程中保持完整。接著固化25生胚基材。如本文中所使用，"固化"是定義為包含兩個重要制程步驟l)黏結劑移除及2)連結形成。黏結劑移除制程是移除自由水及大部分的添加劑、及使纖維與纖維相接觸。通常使用燃燒黏結劑的熱制程以移除黏結劑，但應理解的是，視所用的特定黏結劑亦可使用其他移除制程。舉例言之，有些黏結劑可以蒸發或升華制程予以移除。有些黏結劑及/或其他有機成分于降解為汽相之前可熔融。當固化制程持續進行，將形成纖維與纖維間的連結。此連結將全面增加結構剛性且使基材具令人滿意的孔隙度及滲透性。因此，經固化基材30是大部分纖維連結至開放式孔隙網30的高多孔性基材。接著，該基材可作為供許多應用所用的基材，包含作為應用于過濾及觸媒轉換的基材。有利地，系統10提供合乎需求的擠制制程以生產具有孔隙度高達約90%的基材。現參考圖2，是說明一種可擠制材料50。可擠制材料50是可于擠出機進行擠制，例如活塞擠出機或螺桿擠出機。可擠制混合物52是依特定應用所需求的包含纖維、塑化劑及其他添加劑的均質團料。圖2是說明均質團料的放大部分54。為助于說明，可觀察到放大部分54并未依據尺寸比例描繪。可擠制混合物52包含纖維，例如纖維56、57及58。該些纖維是經選擇以生產具有所需熱特性、化學特性、機械特性及過濾特性的高孔隙度的剛性成品基材。應了解，實質上纖維狀的本體被認為是不可加以擠制的，因其本身不具塑性。然而，已經發現經由適當選擇塑化劑及制程控制，含有纖維的可擠制混合物52是可加以擠制的。基于此，擠制的成本、規模及具變通性等優點可延伸到包括使用該纖維材料所得的好處。一般認為纖維是具有長寬比大于1的相對小尺寸的材料。所謂長寬比是纖維長度除以纖維直徑的比例。于此，纖維"直徑"是為簡化而假設纖維的截面呈圓形，此假設是適用于各纖維，不管其真實的截面形狀為何。舉例言之，長寬比為10的纖維，其長度為直徑的10倍。雖然可利用的直徑范圍為約1微米至約25微米，但纖維直徑可為6微米。將可了解，可成功使用具有不同直徑及長寬比的纖維于系統10中。參考后述附圖可提供更詳細的說明，存在多種纖維長寬比可供選擇。應了解，纖維形狀與一般陶瓷粉末于形狀上呈鮮明的對比，各陶瓷顆粒的長寬比大約為1。雖然圖2是以陶瓷纖維作為說明，但用于可擠制混合物52的纖維亦可為金屬材質(有時也稱為薄直徑金屬線)。陶瓷纖維可為非晶形態、玻化態、結晶態、多晶態、單晶態或玻璃-陶瓷態。于可擠制混合物52的制造中，相對低體積的陶瓷纖維是用以生產多孔性基材。舉例言之，可擠制混合物52可僅具有約10至40體積％的陶瓷纖維材料。因此，固化之后，所得多孔性基材將具有約90%至約60%的孔隙度。應了解，亦可選用其他用量的陶瓷纖維材料以生產其他孔隙度。為生產可擠制混合物，纖維通常與塑化劑組合。于此，纖維與其他經選擇有機添加劑或無機物添加劑組合。添加劑提供擠出物的三種重要特性第一，添加劑使得可擠制混合物具有適用于擠制的流變性；第二，添加劑提供經擠制基材(通常稱為生胚基材)足夠強度，以保持其形狀及纖維位置直到于固化制程期間添加劑被移除；以及第三，經選用添加物可于固化制程中燒除，以促進纖維排列成重疊架構及不會減弱所形成的剛性結構。一般而言，添加劑包含黏結劑，例如黏結劑61。黏結劑61是作為媒介物以保持纖維于位置上且提供生胚基材強度。纖維及黏結劑可用于生產具相對高孔隙度的多孔性基材。然而，為更進一步提高孔隙度，可添加額外的孔隙成形劑，例如孔隙成形劑63。添加孔隙成形劑以提高最后經固化基材中的開放式空間。孔隙成形劑可呈球狀、長條狀、纖維狀或不規則形狀。選用孔隙成形劑不只為了其可以增加開放式空間及其熱分解行為的能力，也是為了協助纖維的排向。于此，孔隙成形劑協助將纖維排列成重疊圖案，以促進于后述固化步驟期間纖維間的適當連結。此外，孔隙成形劑亦于纖維排列于較佳方向中扮演其角色，此影響經擠制基材的熱膨脹及沿不同軸向的強度。如以上簡短地述明，可擠制混合物52可使用選自許多方案的可用纖維中的一種或多種纖維。進一步而言，所選用的纖維可與選自各種黏結劑的一種或多種的黏結劑組合。再者，可添加選自各種孔隙成形劑的一種或多種的孔隙成形劑。可擠制混合物可使用水或其他流體作為其塑化劑且可添加其他添加劑。形成化學性質中的變通性使可擠制混合物52有利地用于各種不同的應用中。舉例言之，依據所需環境上、溫度上、化學上、物理上或其他需求選用混合物組合。此外，因可擠制混合物52是供擠制，故可變通地且經濟地形成最后經擠制產品。圖2中雖未說明，但可擠制混合物52是經由螺桿擠出機或活塞擠出機擠制以形成生胚基材，之后固化形成最終多孔性基材產品。本發明是代表纖維材料于供擠制的塑性批料(plasticbatch)或混合物中的創新使用。此纖維性經擠制混合物可以規模化生產且以具生產效益的方式擠制具高孔隙度的基材。通過允許纖維用于重復性及耐用擠制制程，本發明可大量生產廣泛用于全世界的過濾器及觸媒基材。參考圖3A，是例示多孔性基材的放大經固化區域。說明于黏結劑移除后102及固化制程后110的基材部份100。黏結劑移除后102，一開始如纖維103及104的纖維與黏結劑材料保持于位置上，并且當黏結劑材料被燃除，纖維暴露出來以呈重疊但寬松的結構。此外，孔隙成形劑105可位于產生額外開放區域及排列或布置纖維的位置。因為纖維僅包含相對小體積的可擠制混合物，很多開放空間107存在于纖維之間。當黏結劑及孔隙成形劑被燃除，纖維可進行些微調整以進一步互相接觸。選用黏結劑及孔隙成形劑可在經控制手段中加以燒除，以免于燒除中破壞纖維排列或瓦解基材。通常，選用在纖維之間形成連結之前可降解或燒掉的黏結劑及孔隙成形劑。當固化制程持續進行，重疊及接觸的纖維開始形成連結。應了解，可以數種方式形成連結。舉例言之，可加熱纖維以于纖維交會或節點處形成液體輔助燒結連結(liquidassistedsinteredbond)。液態燒結可能起因于選用的特定纖維或加入混合物或覆蓋于纖維上的額外添加劑。在其他方案中，或許需要形成固態燒結連結(solidstatesinteredbond)。在此情況下，交會連結形成一連結重疊纖維的晶粒結構。在生胚狀態(greenstate)中，纖維彼此間仍未形成物理連結，但由于纖維彼此纏結故仍可展現某些程度的生胚強度(greenstrength)。所選的特定連結型態是與基本材料、所需強度、及操作化學性質及操作環境的選擇有關。在某些情況下，是因存在于混合物中使纖維在連接網中保持在一起的無機黏結劑的存在而產生連結，且不會在固化制程中被燒除。有利地，連結(例如連結112)的形成是幫助形成具纖維的實質上的剛性結構。連結也可形成具極高孔隙度的開放式孔隙網。舉例言之，開放空間116是自然地由纖維間的空間產生。當孔隙成形劑105降解或燒盡時，即形成開放空間114。如此，纖維連結形成制程可產生無或事實上無終端的通道的開放式孔隙網。舉例說明，開放式孔隙網提供高滲透性、高過濾效率且以有高表面積以添加觸媒。應了解，連結的形成與所需連結的類型(例如固態或液態輔助/液態燒結)及固化制程中的添加劑有關。舉例言之，可調整添加劑，特定纖維選擇、加熱時間、加熱程度及反應環境以產生特別的連結型態。現參考圖3B，例示另一多孔性基材的放大經固化區域。是說明黏結劑移除后122及固化程序后124的基材部分120。基材部分120與圖3A所示的基材部分100相似，故不再詳細描述。由于未使用特定孔隙成形劑而形成基材120，故整個開放式孔隙網124是由具黏結劑的纖維的位置而形成。因此，可不使用任何特定孔隙成形劑來形成適度高孔隙度的基材，由此降低制造此適度多孔性基材的成本及復雜度。已發現具有約40%至約60%孔隙度的基材可經由此方法而形成。參考圖4，是例示一電子顯微鏡照片組150。首先照片組150說明利用具纖維性可擠劑混合物制造所需的開放式孔隙網152。可發現，纖維在交會纖維結點處形成連結，且孔隙成形劑及黏結劑已被燒盡，留下多孔的開放式孔隙網。在明顯的對比中，照片154說明利用已知制程制作的典型封閉式胞室網。部分封閉式孔隙網具有相對高的孔隙度，然至少有些孔隙度是來自封閉式通道。封閉式通道對滲透性沒有貢獻。于此，開放式孔隙網及封閉式孔隙網具有相同的孔隙度，而開放式孔隙網將具有較令人滿意的滲透特性。因此到此所描述的可擠制混合物及制程通常用于生產高度有利的多孔性基材。在一實施方案中，可擠制多孔性基材成過濾器團料基材175，如圖5所示。使用活塞擠出機或螺桿擠出機擠制基材團料175。擠出機可于室溫、稍高的溫度或在經控制溫度區下操作。此外，擠出機的部分元件可加熱至不同溫度以影響擠制混合物的慢特性、剪切歷史及膠化特性。再者，擠制模具亦可按尺寸制作以于加熱及燒結程序期間調整預期的基材收縮。有利地，可擠制混合物是具有足夠塑化劑及其他添加劑的纖維性可擠制混合物，以得擠制纖維材料。固化經擠制生胚態狀團料(greenstateblock)以移除自由水、燒除添加劑及形成纖維間的連結結構。所得團料175具有高度令人滿意的孔隙度特性及優良滲透性與高度合用的表面積。同時，端視選用的特殊纖維及添加劑，也可形成利于深處過濾的團料175。團料176具有縱向延伸穿過該團料的通道179。團料的入口178可留下作為流體穿透(flow-through)過程的開口，或每一其他開口可經栓塞以產生壁面流效應(wallfloweffect)。雖然顯示團料175具有六角形通道，但應了解，亦可使用其他的樣式及尺寸。舉例言之，可形成具有平均尺寸的方形、矩形、或三角形樣式的通道；具有較大入口通道的方形/矩形、或八角形/方形通道樣式；或其他對稱或不對稱的通道樣式。可經由調整模具的設計以調整通道及胞室的精確形狀及尺寸。例如，可以于模具中利用放電加工(ElectronicDischargeMachining,EDM)制作釘(pins)，以生產具有曲線棱角的方形通道。盡管具稍高的背壓，但仍預期此圓角可增加最終產品的強度。再者，可修飾模具設計以擠制具不同厚度壁面及相較剩余壁面而言具不同厚度的殼層(skin)的蜂巢狀基材。同樣地，在一些應用中，外殼可應用于經擠制基材中以定義最終尺寸、形狀、輪廓及強度。當使用流體穿透裝置(flow-throughdevice)，團料176的高孔隙度賦予大表面積以應用于觸媒材料。如此，可制造高效率的觸媒轉換器，其中該轉換器具有低熱質量。具有此低熱質量，所得觸媒轉換器具有好的起燃特性(lightoffcharacteristics)且可有效使用觸媒材料。當用于壁面流(wallflow)或壁面過濾(wallfiltering)實施方案，基材壁面的高滲透性賦予相對低的背壓，且同時促進深處過濾時。深處過濾可有效地移除微粒及促進更有效的再生作用。在壁面流設計中，使流穿過基材的液體穿過基材壁面，因此可與形成壁面的纖維更直接的接觸。這些纖維提供高表面積以供可能發生的反應，例如觸媒存在時。因為可擠制混合物可由廣泛多樣的纖維、添加劑、及流體所形成，可調整可擠制混合物的化學性質以形成具有特別性質的團料。舉例言之，若希望最終團料為引擎微粒過濾器，可選擇即使在未受控制的再生作用的極限溫度中亦可安全操作的纖維。其他例子中，若將團料用于過濾微粒狀的廢氣，是選擇在預期操作溫度范圍中不會與廢氣反應的纖維及連結。雖然以過濾器及觸媒轉換器為例說明高孔隙度基材的優點，但應了解高多孔性基材可使用在許多應用中。可由廣泛多樣的基質材料形成如圖2所示的纖維性可擠制混合物。一般是基于最終基材必須操作下的化學性質條件、機械性條件及環境條件選擇適當的材料。據此，設計多孔性基材的第一步是去獲悉基材的最終應用。基于這些要求，可選用特定纖維、黏結劑、孔隙成形劑、流體及其他材料。亦應了解，對所選材料的加工可能影響最終基材產品。由于纖維是最終基材產品中的主要結構材料，纖維材料的選用對賦予最終基材于所需應用中的操作乃為關鍵處。是以，根據所需連結的要求選擇纖維，及選擇特定類型的連結制程。連結制程可為液態燒結、固態燒結或需連結劑的連結，例如玻璃成形劑、玻璃、黏土、陶瓷、陶瓷前體或溶膠(colloidalsols)。連結劑可為纖維結構其中之一的一部份、纖維上的覆蓋物或添加劑其中的一成分。亦應了解，可選用一種以上形式的纖維。亦應了解，有些纖維于固化及連結程序中毀滅。選擇纖維成分時，最終操作溫度為一重要考量，以可維持纖維的熱安定性。其他實施方案中，選用在所預期的廢氣、液體或固態微粒物質的存在下保持化學惰性及不反應性的纖維。也可基于成本選用纖維，有些纖維由于本身的小尺寸而存在健康上的考量，故避免使用。基于機械環境，根據形成強剛性結構及保持所要求的機械完整性選用纖維。應了解，適當纖維或一組纖維的選擇可能涉及性能及應用的取舍。表1列示幾種可用以形成纖維可擠制混合物的纖維類型。一般而言，纖維可為氧化或非氧化陶瓷、玻璃、有機物、無機物、或其可為金屬。對于陶瓷材料而言，纖維可具有不同狀態，如非晶形態、玻態、多晶態或單晶態。雖然表l揭示許多可用的纖維，但亦應了解，亦可使用其他種類的纖維。之后基于選用纖維的種類及其他所需特性而選用黏結劑及孔隙成形劑。于一例子中，選用促進所選纖維間特定方案之液態連結的黏結劑。更特定言之，黏結劑具有在連結溫度下會反應以促進液態連結流向交會纖維的節點的成分。再者，因連結劑塑化所選用纖維的能力及保持其生胚狀態強度而選擇連結劑。于一方案中，根據所用的擠制類型及擠制的要求溫度選用黏結劑。舉例言之，有些黏結劑在過度加熱時會形成一膠狀團料，所以只能用于低溫擠制制程。于其他方案中，可根據其對剪切混合特性的作用選用黏結劑。于此，于混合程序期間，黏結劑可促進纖維剪切成為所需的長寬比。也可基于其降解或燒除特性選用黏結劑。黏結劑必須可將纖維保持于一位置上且于燒除期間不會瓦解形成的纖維結構。舉例言之，若黏結劑燒除太快或太猛烈，溢出的氣體可能會瓦解形成的結構。此外，可基于燒除后剩余的黏結劑量選用黏結劑，有些應用對于這些剩余物具有高度敏感性。對于形成相對適中孔隙度而言，可不需要孔隙成形劑。例如，自然排列及黏結劑內纖維的填集可協助賦予約40%至約60%的孔隙度。據此，未使用孔隙成形劑的擠制制程可產生具適當孔隙度的基材。某些情況下，與已知制程相比較，移除孔隙成形劑可制造更經濟的多孔性基材。然而，當要求孔隙度超過約60%時，固化后可使用孔隙成形劑以于基材中提供額外氣體空間。此外，可根據降解或燒除特性及可根據形狀或尺寸，選用孔隙成形劑。孔隙尺寸對于如捕捉特別類型物質或提高特別高滲透性而言可能是重要的。可調整孔隙的形狀以協助如纖維適當排列；舉例言之，相對長的孔隙形狀可使纖維排列為更整齊的圖案，而不規則或球形可使纖維排列成更隨機的圖形。制造商所提供的纖維可為經斬取纖維以直接用于制程中，或提供呈塊狀型式的纖維，其于使用前通常需先加工處理。無論任何一種，制程應該考量纖維如何加工成最后所需的長寬比分布。通常，于與其他添加劑混合之前，先斬取纖維，之后于混合、剪切及擠制步驟中進一步斬取。然而，經由設定流變以使擠制混合物可于合理擠制壓力下擠壓及當置于擠制模具面的壓力下于擠制混合物中不會產生膨脹流，亦可使用未經斬取纖維進行擠制。應了解，可在全部的制程的各處完成具適合長寬比分布的纖維的斬取。一旦纖維經選用且斬取至可用長度，其是與黏結劑及孔隙成形劑混合。該混合可先以干形式進行以開始混合制程，或以濕混合制程進行。添加流體(通常為水)至混合物中。為獲得所需的均質分布的程度，利用單一或多階段剪切混合該混合物。剪切混合或分散混合提供令人非常滿意的均質混合制程于混合物中以均勻地分散纖維，及進一步剪切纖維至所需的長寬比。表2列示幾種可供選擇的黏結劑。應了解，可使用單一黏結劑或多種黏結劑。黏結劑通常劃分為有機類及無機類。有機物黏結劑通常于固化期間低溫下燒除，無機物黏結劑通常于較高溫度下成為最終結構的一部分。應了解，雖然表2列出了幾種黏結劑選擇，但亦可使用其他一些黏結劑。表3列示可用的孔隙成形劑。孔隙成形劑通常可為有機物或無機物，其中相較于無機物，有機物可于較低溫度下被燒除。雖然表3列出幾種孔隙成形劑，應了解，也可使用其他孔隙成形劑。表4列示可使用的不同流體。應了解，雖然水是最為經濟且常用的流體，有些應用可使用其他流體。雖然表4提供幾種可用的流體，應了解，根據特定應用及制程要求，可選用其他的流體。一般而言，可調整混合物成具有適用于有利擠制的流變性。通常，適當的流變性起因于適當選用及混合纖維、黏結劑、分散劑、塑化劑、孔隙成形劑、及流體。需要高度混合以充分地提供纖維塑性。一旦選用適當纖維、黏結劑、及孔隙成形劑，通常調整流體的量以符合適當流變性。可經由例如兩個測試其中之一表示適當流變性第一個測試是主觀且非正式的試驗，是于熟練擠制作業員的手指間，移動及形成混合物的珠粒。在作業員可辨認混合物于手指間適當滑動之時，即代表該混合物是于適當的擠制條件下。第二個較客觀的試驗是關于測量混合物的物理特性。通常，利用圍限(confined)(即高壓)環狀流變計測量剪切強度與壓實壓力(compactionpressure)之抗衡。根據內聚(cohesion)強度與壓力相關性的比較，進行量測及描繪。經由量測不同流體混合物及不同程度的混合物，得到指出流變點的流變圖。舉例言之，圖6例示纖維陶瓷混合物的流變圖。軸232代表內聚強度，軸234代表相關壓力。可擠制區域236代表高度可能發生纖維擠制的區域。因此，以落在區域236內的任何測量定性的混合物是可能成功地加以擠制。當然，應了解，流變圖受制于許多變數，所以可預期于區域236位置的某些變數。再者，用以量測流變性及塑性的幾個其他直接及間接的測試確實存在；及應了解，可利用該些測試中任何幾種檢查混合物是否具有供擠制為所需產品最終形狀的正確流變性。一旦獲得適當的流變性，混合物經由擠出機加以擠制。押出機可為活塞擠出機、單螺桿擠出機、或雙螺桿擠出機。擠制制程可為高度自動化或需要人工操作。以具有所需基材團料的截面形狀的模具擠制混合物。選用的模具可充分地形成生胚基材。如此，提供一安定生胚基材，可于固化程序期間操作且同時維持其形狀及纖維排列。之后，干燥及固化生胚基材。于室內條件、經控制的溫度及濕度條件(如在經控制的烤箱中)、微波烤箱、射頻烤箱(RFovens)以及對流烤箱中進行干燥。固化通常需要移除自由水以干燥生胚基材。重要地，于經控制的手段中干燥生胚基材，以避免破裂或其他結構缺陷。之后提高溫度以便燒除添加劑，例如黏結劑及孔隙成形劑。控制溫度以確保以經控制手段燒除添加劑。應了解，燒除添加物可能需要透過各種控時循環及各種加熱程度的溫度循環。一旦燒除添加劑后，加熱基材至所需溫度以于纖維交會處或節點形成結構連結。根據所需的連結種類及纖維化學性質選擇所需的溫度。舉例言之，相較于固態連結，液態輔助燒結連結通常是于較低溫度下形成。應了解，根據所產生的特定連結種類，可調整連結溫度的時間長短。全部熱循環可于相同爐中、不同爐中、分批或連續制程中及空氣或經控制大氣條件下進行。于形成纖維連結之后，慢慢地冷卻基材至室溫。應了解，固化程序可于單一烤箱或多個烤箱/爐中完成，且可在生產烤箱/爐(如隧道窯(tunnelkilns))中自動化進行。參考圖7，說明一種用于擠制多孔性基材的系統。系統250是一種制造多孔性基材的高變通性的方法。為設計基材，基材要求是如方塊252所定義。舉例言之，基材的最終用途通常決定基材的要求，可包含尺寸限制、溫度限制、強度限制、及化學反應限制。再者，基材的成本及量產可決定及強制某些選擇。舉例言之，高生產率可能需要于擠制模具中具相對高的溫度，故選用可在高溫中操作而不會硬化或膠化的黏結劑。于使用高溫黏結劑的擠制中，需要維持模具及圓筒在一相對較高的溫度下，例如攝氏60至180度。于此情況下，黏結劑可能會熔融，而減少或排除額外流體的需求。在其他方案中，可設計過濾器以捕捉微粒物質，故選用即便于高溫下亦不會與微粒物質產生反應的纖維。應了解，通過廣泛的可能混合物及制程，可考慮大范圍的應用領域。熟悉此技藝的人士將了解涉及纖維、黏結劑、孔隙成形劑、流體及制程步驟的選擇的變換。的確，系統250的重要優點之一是其在混合物組成的選擇與制程的調整上的變通性。一旦決定基材的要求，如方塊253所示自表1中選擇纖維。纖維可為單一種類或兩種或更多種種類的組成。亦應了解，有些選用的纖維于固化程序期間被燒毀。再者，可添加添加劑至纖維中，例如纖維上的涂料，以引進其他材料至混合物中。舉例言之，可使用分散劑于纖維中以促進纖維的分離及排列，或可涂覆連結輔助劑于纖維上。于使用連結輔助劑的情況下，當纖維達到固化溫度時，連結輔助劑協助液態連結的形成及流動。獲得大于80%孔隙度之典型組成<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>接著，如方塊255所示由表2中選擇纖維黏結劑。選用黏結劑以促進生胚狀態強度及控制其燒除。再者，選用黏結劑以于混合物中產生足夠的塑性。如有需要，如方塊256所示由表3中選擇孔隙成形劑。在某些情況下，經由僅使用纖維及黏結劑便可獲得足夠孔隙度。孔隙度不僅是藉由纖維的自然填集特性來達到，亦可于去連結及固化階段期間釋放的黏結劑、溶劑及其他揮發性成分所占空間來達到。為達到高孔隙度，可添加額外孔隙成形劑。根據其經控制的燒除能力選用孔隙成形劑，且其亦可協助塑化混合物。如方塊257所示由表4中選擇流體，通常為水。可添加其他液體材料，如協助纖維的分離及配向的分散劑及改善混合物流動行為的塑化劑及擠制輔助劑。分散劑可用于調整纖維上的表面電荷。于此，可控制纖維的電荷以形成互相排斥的個別纖維。這更促進纖維的均質及隨機分布。可獲得大于80%孔隙度的典型混合物組成是如下表所列。應了解，可根據欲達成的孔隙度、特定應用及制程條件以調整混合物。如方塊254所示，加工于方塊252中選定的纖維以具有適當的長寬比分布。較佳的長寬比是介于約3至約500的范圍及可具有一種或一種以上的分布類型。應了解，亦可選用其他范圍，如約1000的長寬比。于一方案中，長寬比的分布可隨機地分布于所需范圍內，于其他方案中，可選擇較不連續類型的長寬比值。已發現長寬比是定義纖維填集特性的一重要因素。因此，選擇長寬比及其分布以達成特定強度及孔隙度要求。再者，應了解，亦可于制程中的各階段加工纖維至較佳的長寬比分布。舉例言之，纖維可以第三組加工元件斬取并獲得預定的長寬比分布。在其他方案中，提供呈塊狀形式的纖維，并予以處理成具有適當長寬比以為擠制制程中的預備步驟。應了解，混合、剪切混合或分散混合及擠制制程250各方面亦可提供纖維的剪切及斬取。因此，初期引入混合物中的纖維的長寬比將與最后經固化基材中的長寬比不同。因此，當選擇引入制程的適當長寬比分布254時，亦應考慮混合、剪切混合及擠制的斬取及剪切影響。如方塊262所示，將纖維、黏結劑、孔隙成形劑、及流體是與經加工且具有適當長寬比分布的纖維混合以形成均質團料。混合制程可包含干式混合方面、濕式混合方面及剪切混合方面。已發現剪切或分散混合于團料中生產令人滿意的高度均質分布的纖維。由于混合物中相對低濃度的陶瓷材料，所以該分布特別地重要。當正在混合均質混合物時，可調整混合物的流變性，如方塊264所示。當混合混合物時，其流變性持續改變。可主觀地測試流變性，或可經測量以符合圖6所例示的合意的區域。落在所需區域的混合物展現適當擠制的高可能性。然后，如方塊268所示，將混合物擠制成生胚基材。于螺桿擠出機的情況下，混合亦可于擠出機本身的內部進行，而非于各別的混合機中進行。在此情況下，必須小心地處理及控制混合物的剪切歷史。生胚基材具足夠的生胚強度以保持其于固化程序期間的形狀及纖維排列。然后，如方塊270所示，固化生胚基材。固化制程包含移除任何剩余水分、經控制燒除大部份添加劑，及形成纖維間連結。燒除制程期間，纖維保持其糾結且交叉關系，當固化制程進行時，于交叉點或節點處形成連結。應了解，連結可因液態或固態連結制程而產生。當然，可獲悉部分連結可能是由于黏結劑中、孔隙成形劑、纖維上涂料、或纖維本身中提供的添加劑的反應而形成。連結形成之后，基材慢慢冷卻至室溫o參考圖8，例示一種固化多孔性纖維基材的方法。方法275具有含纖維陶瓷的生胚基材。固化制程首先慢慢移除基材中的剩余的水，如方塊277所示。通常，可在烤箱中的相對低溫下移除水分。移除剩余的水分后，燒除有機添加劑，如方塊279所示。在經控制方式中燒除該等添加劑以促進適當的纖維排列，及確保溢出的氣體及殘留物不會影響纖維結構。當燒除添加劑后，纖維保持其交疊排列，且可進一步在交叉點或節點處接觸，如方塊281所示。使用黏結劑使纖維成交疊排列，且通過使用孔隙成形劑可形成特定圖樣。于某些情況下，可使用可與纖維結合的無機添加劑，其于連結形成制程中被燒毀或成為最終基材結構的一部分。固化制程繼續進行以形成纖維與纖維間的連結，如方塊285所示。形成連接所需的具體時程及溫度是視所用纖維的種類、所用連結輔助劑或連結劑種類、及所需連結種類而定。在一方案中，連結可為形成于纖維間的液態燒結連結，如方塊286所示。存在系統中的玻璃成形劑、玻璃、陶瓷前驅物或無機助熔劑可促進此等連結。于其他方案中，使用燒結輔助劑或燒結劑可形成液態燒結連結，如方塊288所示。可提供燒結輔助劑作為纖維上的涂料或添加劑、或自黏結劑、自孔隙成形劑或自纖維本身的化學性質提供燒結輔助劑。同時，可以纖維間的固態燒結形成纖維與纖維間連結，如方塊291所示。于此情況下，交會纖維顯現出晶粒成長及質量轉移，以于節點處形成化學鍵及全面的剛性結構。于液態燒結的情況，連結材料團料積聚在纖維的交會節點并形成剛性結構。應了解，固化制程可于一或多個烤箱中進行，亦可能于工業隧道式爐或窯式爐內進行。現參考圖9，其例示一種制備纖維的方法。制程300顯示取得塊狀纖維，如方塊305所示。塊狀纖維通常具有團混雜排列的極長纖維。必須處理此大塊纖維以充分的分散及剪切纖維得于混合制程中使用。據此，塊狀纖維與水307及可能的分散劑309混合以形成漿料311。分散劑309可為例如pH調節劑或電荷調節劑，以促進纖維間互相排斥。應了解，可使用有幾種不同種類的分散劑。在一方案中，引入漿料之前，塊狀纖維先以分散劑加以涂敷。于其他方案中，是簡易地將分散劑加入漿料混合物311中。激烈地混合漿料混合物，如方塊314所示。此激烈地混合可斬取及分散塊狀纖維至可用的長寬比分布。如上文所述，因為混合及擠制制程會進一步斬取纖維，故最初所用纖維的長寬比與最終基材中的分布將完全不同。再將纖維斬取為適當長寬比分布之后，使用壓濾機316或于其他設備中對過濾器擠壓，以移除大部分的水份。應了解，可使用其他水份移除制程，例如冷凍干燥。壓濾機可能使用壓力、真空或其他手段以移除水分。于一方案中，進一步干燥經斬取纖維至完全干燥狀態，如方塊318所示。之后，將經干燥纖維用于干式混合制程323中，其中經干燥纖維與其他黏結劑及干式孔隙成形劑混合，如方塊327所示。最初干燥混合促進均質團料的產生。在其他方案中，將經過濾纖維的水含量調整到適當的含水量，如方塊321所示。尤其，足夠的水份保留于經斬取纖維餅中，幫助濕式混合，如方塊325所示。已發現通過保留一些漿料水分于纖維中，可達到纖維額外的分散及分布。于濕式混合階段，亦可添加黏結劑及孔隙成形劑，且可添加水份329以獲得適當流變性。亦可剪切混合該團料，如方塊332所示。使用螺桿擠出機、雙螺桿擠出機或剪切混合(例如西格馬葉片型混合器(sigmablade-typemixer))將混合物穿過意大利面狀的模具(spaghettish叩eddies)以完成剪切混合。亦可于西格馬混合器(sigmamixer)、高剪切混合器及螺桿擠出機內進行剪切混合。剪切制程可令人滿意地產生更均質團料335，其具有所需的供擠制作用的塑性及可擠制流變性。均質團料335具有均勻的纖維分布，其中纖維是呈重疊基質。據此，當均質團料擠制成為基材團料及加以固化，纖維可連結成為剛性結構。此外，剛性結構形成具高孔隙度、高滲透性及高表面積的開放式孔隙網。現參考圖10，是例示一種制造梯度基材團料的方法。制程350是設計為可制造及擠制具有梯度特性的基材團料。舉例言之，可生產于團料中心具有第一材料及團料外圍具有不同材料的基材。在一更具體的實施例中，團料中心使用具有較低熱膨脹系數的材料(預期會發生特定高熱度)，而外圍面積使用具有相對高熱膨脹系數的材料(預期會發生低熱度)。于此，對整體團料而言，可保持更為一致的膨脹特性。于其他實施例中，團料中選定的區域可具有較高密度陶瓷材料以提供加強的結構撐體(structuralsupport)。這些結構撐體構件是集中排列或軸向排列于團料中。因此，根據孔隙度、孔隙尺寸或依據應用要求的化學性質的所需梯度，選用特定材料。再者，梯度可能必須使用兩種以上的材料。在一方案中，經由提供柱狀體的第一材料351所制造的梯度結構。第二材料353的薄片是包覆柱狀物351，如圖解355所示。于此，層B353變成繞著內部的柱狀物351的同心管。然后將層狀柱狀物355置于活塞擠出機中、抽氣及經模具擠制。擠制制程期間，材料將于材料A及材料B間的界面處混合，有助于無縫的界面。此界面使得兩種不同材料間的纖維重疊及連結，從而加強整體結構。一旦材料經擠制、固化及包裝后，其制造具有梯度基材的過濾器或觸媒轉換器包裝357。尤其，材料A形成在基材的中心，而材料B361形成在外圍部份。應了解，可使用超過兩種的材料且可梯度地調整孔隙尺寸、孔隙度及化學特性。參考圖ll，是描述制造一梯度基材的其他制程375。于制程375中，提供一約為活塞擠制管尺寸大小的第一柱狀物379。在一方案中，外部柱狀物379是用于活塞擠出機的實際管。提供一具直徑較外管379小的內管377。該些管以同心方式排列，使內管377呈同心地置入管379的內部。第一可擠制混合物材料的顆粒狀物383置于管377的內部，第二可擠制混合物材料的顆粒狀物381置于管377與管379間的環狀區。小心地移開內管，使得材料381以同心方式圍繞材料A。之后，該經安排材料是置于擠制活塞里，空氣抽真空，并經模具擠制。一旦經擠制、經固化及經包裝后，制造出如圖10所示的梯度基材。應了解，可形成超過兩個的同心環，及可制造各種梯度種類。現參考圖12，例示制造梯度基材的另一種方法。方法400是具有交疊二種可擠制材料的盤狀物的可擠制混合物402的圓柱。可擠制混合物402具有鄰接第二材料404的第一材料403。在一方案中，材料A是相對多孔性，材料B是孔隙度較低。擠制期間，材料流經擠制模具，引起A部分及B部份的纖維相混合而呈重疊排列。據此，A及B部分各自互相連接成為纖維基材團料。在固化及包裝后時，形成過濾器406。過濾器406具有相對高孔隙度的第一部分407及較低孔隙度的第二部分408。于此，流穿過濾器406的氣體先經由具較大孔隙尺寸的高孔隙度區域加以過濾，然后經由具較小孔隙尺寸的低孔隙度區域加以過濾。是以，較大微粒被阻擋在區域407，較小微粒被阻擋在區域408。應了解，可根據應用所需，可調整材料盤狀物的尺寸及數目。該纖維擠制系統在實施過程中提供極大的變通性。舉例言之，可選用廣泛的纖維及添加劑以形成混合物。存在幾種混合及擠制選項，及關于固化方法、時間及溫度的選項。基于已公開的教示，擠制
技術領域：
中技術人員將了解可使用許多種變化。蜂巢狀基材是使用本發明所揭露的技術而可供制造的一般設計，但其他形狀、尺寸、輪廓及設計亦能加以擠制以供各種應用。對于某些應用來說，例如過濾裝置(柴油微粒過濾器(dieselparticulatefilter,DPF)、油/空氣過濾器、熱氣過濾器、空氣過濾器、水過濾器等等)或觸媒裝置(例如三方觸媒轉換器，選擇性觸媒催化還原(selectivecatalyticreduction,SCR)觸媒，脫臭氧器，防臭劑，生物反應器，化學反應氣，氧化催化劑等等)的用途，經擠制基材中的通道可能需要加以栓塞。使用與經擠制基材相似的組合物材料以封堵基材。可于生胚狀態中或經燒結基材上完成栓塞。大部分栓塞組合物需要熱處理以固化及連結到經擠制基材。雖然已揭露本發明特佳及供選擇的具體實施方案，對所屬
技術領域：
中普通技術人員而言，上述利用本發明所完成的技術的許多各種修飾及延伸是顯而易見的。所有這些修飾及延伸是在本發明的真正精神及范圍內，如所述申請專利范圍所討論。權利要求1.一種可擠制混合物，包含一實質上由長條狀纖維所構成的陶瓷材料；一黏結劑材料；一流體；以及其中該長條狀纖維、該黏結劑材料及該流體是一擠制成蜂巢狀結構的均質團料。2如權利要求1所述的可擠制混合物，其中該陶瓷材料體積小于該均質團料體積的約20%。3如權利要求1所述的可擠制混合物，其中該可擠制混合物進一步包含無機黏土、納米黏土、膠狀物、玻璃或非纖維陶瓷先驅物(precursors)。4如權利要求1所述的可擠制混合物，其中該陶瓷材料體積小于該均質團料體積的約40%。5如權利要求1所述的可擠制混合物，的約15%至約30%的范圍。6如權利要求1所述的可擠制混合物，約5且小于約200的長寬比。7如權利要求1所述的可擠制混合物，10至約1000的范圍的長寬比。8如權利要求1所述的可擠制混合物，9如權利要求1所述的可擠制混合物，定義群組的陶瓷纖維。10一種可擠制混合物，包含具有長寬比大于1的纖維；一黏結劑材料；一流體；以及其中該陶瓷材料體積在該均質團料體積其中實質上所有該長條狀纖維具有大于其中實質上所有該長條狀纖維具有在約其中該陶瓷材料包含陶瓷先驅物。其中該長條狀纖維是選自圖6表1中所其中該纖維、該黏結劑材料及該流體是一具有蜂巢狀結構的均質團料。11.如權利要求IO所述的可擠制混合物，其中該纖維具有一在約3至約1000的范圍的模式的長寬比分布。12.如權利要求10所述的可擠制混合物，其中該纖維具有一在約3至約1000的范圍的雙模式的長寬比多型態分布。13.如權利要求10所述的可擠制混合物，其中該纖維是陶瓷纖維。14.如權利要求10所述的可擠制混合物，其中該纖維實質上是一種選自以下群組的纖維類型有機纖維、聚合纖維、無機纖維、金屬纖維、玻璃纖維、玻璃-陶瓷纖維、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、非晶形、多晶形、及金屬合金。15.如權利要求10所述的可擠制混合物，其中該纖維是一復數種纖維類型的混合物，該纖維類型是選自以下群組有機纖維、聚合纖維、無機纖維、金屬纖維、玻璃纖維、玻璃-陶瓷纖維、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、非晶形、多晶形、及金屬合金。16.如權利要求10所述的可擠制混合物，其中該纖維是經涂覆。17.如權利要求10所述的可擠制混合物，其中該纖維體積為該可擠制混合物體積的約15%至約30%。18.如權利要求10所述的可擠制混合物，其中該纖維體積為該可擠制混合物體積的約8%至約40%。19.如權利要求10所述的可擠制混合物，其中該均質團料具有在x軸為壓力相關性且y軸為內聚力強度的圖中由以下點所界定的區域內的一流變性組0kPa/Pa,130kPa;0kPa/Pa,220kPa;975kPa/Pa,275kPa;1500kPa/Pa,200kPa;1500kPa/Pa,60kPa;以及475kPa/Pa，25kPa。20.如權利要求IO所述的可擠制混合物，其中該纖維是金屬纖維。21.如權利要求10所述的可擠制混合物，其中該纖維是選自圖6表1中所定義群組的陶瓷纖維。22.如權利要求10所述的可擠制混合物，其進一步包含孔隙成形劑，且其中該無機纖維、該黏結劑材料、該孔隙成形劑及該流體是在該均質團料中。23.如權利要求22所述的可擠制混合物，其中該孔隙成形劑是選自圖6表3中所定義的群組。24.—種可擠制混合物，包含一均質且可擠制的團料，該團料包含一陶瓷纖維材料、一無機黏結劑以及一流體，該均質團料是擠制成一蜂巢狀結構；其中該陶瓷纖維材料體積是小于該團料體積的約40%。25.如權利要求24所述的可擠制混合物，其中該陶瓷纖維材料體積是小于該團料體積的約20%。26.如權利要求24所述的可擠制混合物，其中該陶瓷纖維材料是一多晶體纖維、一單晶須(mono-crystallinewhisker)或一非晶形纖維。全文摘要一種可經由使用擠制程序以生產高多孔性基材的可擠制混合物。特定而言，本發明可將纖維(例如有機、無機、玻璃、陶瓷或金屬纖維)混入一團料中，當擠制及固化時，該團料可形成一高多孔性基材。視特定混合物而定，本發明提供具約60％至90％孔隙度的基材以及還同時提供其他孔隙度的優點。可擠制混合物可使用廣泛不同的纖維及添加劑，且適用于廣泛不同的操作環境及應用。根據基材的要求，選用具有長寬比大于1的纖維，并且與黏結劑、孔隙成形劑、擠制輔助劑及流體混合以形成一均質(homogeneous)可擠制團料。擠壓該均質團料以形成生胚基材(greensubstrate)。揮發性較高的材料優先自生胚基材中予以移除，使纖維互相連結及接觸。當固化持續進行時，形成纖維與纖維間連結以制造具有實質上開放式孔隙網的結構。所得多孔性基材可用于許多應用方面，例如過濾器或觸媒基質(catalysthost)的基材或觸媒轉換器。文檔編號B01D46/24GK101575202SQ20091013416公開日2009年11月11日申請日期2006年7月21日優先權日2005年11月16日發明者B·朱伯瑞,B·杜塔,R·G·拉舍納奧爾,S·C·皮萊,W·M·卡蒂申請人:美商績優圖科技股份有限公司