[發(fā)明專利]用來制造多孔堇青石陶瓷制品的批料組合物和制備多孔堇青石陶瓷制品的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680051843.8
• 申請日: 2006-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN101336215A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: W·P·安迪葛;I·M·梅爾斯科特－查威爾
• 申請（專利權(quán)）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/195
• 分類號(hào): C04B35/195;C04B38/00
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 沙永生

技術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多孔堇青石陶瓷蜂窩體制品及其制造批料和方法。更具體 來說，本發(fā)明涉及一種堇青石蜂窩體制品，其具有改進(jìn)的或者基本相同的 孔隙率，同時(shí)在批料中使用少得多的成孔劑。

發(fā)明背景

與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排放量較低，燃料經(jīng)濟(jì)性較高；但 是，柴油機(jī)廢氣排放物帶來了環(huán)境問題和健康問題。具體來說，柴油機(jī)顆 粒過濾器將炭黑顆粒物理俘獲在其結(jié)構(gòu)中，從而控制顆粒排放物。

柴油機(jī)顆粒過濾器優(yōu)選構(gòu)建成蜂窩體壁流式整體料(monolith)的形式， 其允許廢氣流過多孔的陶瓷壁，廢氣中包含的任意顆粒被收集在壁的上游 側(cè)。一旦滿足了預(yù)定的條件，所述過濾器可通過再生循環(huán)進(jìn)行清潔，在此過 程中廢氣的溫度足夠高，足以引燃和燒掉任意炭黑顆粒。所述再生循環(huán)將 柴油機(jī)顆粒過濾器的背壓減小到接近新的過濾器的水平。

柴油機(jī)顆粒過濾器的壁表面或壁的多孔內(nèi)部可以具有含催化劑的催化 劑外涂層(washcoat)，所述催化劑是例如鉑(Pt)、鈀(Pd)、鐵(Fe)、鍶(Sr)、 鈰(Ce)或者其它過渡金屬或稀土元素。這些催化劑可以用來降低過濾器再生 所需的溫度，將廢氣中的烴類、一氧化碳和/或氮的氧化物轉(zhuǎn)化為水蒸氣、 二氧化碳和/或無害的氮化物。

一種優(yōu)選的制備高溫部件的材料是堇青石(Mg₂Al₄Si₅O₁₈)，這是一種鎂 鋁硅酸鹽，其經(jīng)常包含少量的鐵或其它雜質(zhì)。堇青石陶瓷體具有低的熱膨 脹系數(shù)(CTE)、高強(qiáng)度，而且能夠抗熱沖擊。堇青石材料可通過對包含滑石、 氧化鋁、氫氧化鋁、高嶺土和二氧化硅等的原始批料進(jìn)行混合來制備。然 后將所述批料與甲基纖維素之類的粘合劑和硬脂酸鈉之類的潤滑劑混合， 形成塑性混合物，該塑性混合物成形制成生坯，進(jìn)行干燥，然后反應(yīng)燒結(jié)。

通常，用于顆粒過濾器之類的應(yīng)用的高孔隙率蜂窩體包含高濃度的成 孔劑，例如石墨、淀粉或其它成孔材料。優(yōu)選使用石墨，但是在蜂窩體的 制備中存在許多困難。通常，具有高的石墨加入量的蜂窩體的介電常數(shù)會(huì) 減小，這會(huì)降低介電或微波干燥的效率。石墨造成的另一個(gè)難題是在 650-1000℃的初始加熱溫度范圍內(nèi)造成的放熱反應(yīng)，這會(huì)引發(fā)石墨燃燒。 在石墨燒盡階段，需要小心地控制燒制過程，以控制石墨的燃燒速率。

共同轉(zhuǎn)讓的美國專利第6,864,198號(hào)揭示了一種形成堇青石蜂窩體結(jié)構(gòu) 的方法，該方法包括根據(jù)該專利、通過使用包含細(xì)小滑石的批料制備蜂窩 體，該蜂窩體能夠滿足低壓降過濾器的特殊的孔隙率和孔徑分布的要求。 但是，高孔隙堇青石陶瓷的一個(gè)難題是可能造成強(qiáng)度減小，這是因?yàn)樾枰? 高的孔隙率，以便在廢氣過濾器中達(dá)成低的壓降，這樣會(huì)降低蜂窩體壁結(jié) 構(gòu)的結(jié)構(gòu)密度和/或韌性。其它的制造高孔隙堇青石蜂窩體的方法見述于美 國專利第5,258,150號(hào)和美國專利第6,818,580號(hào)，后一個(gè)專利揭示了形成堇 青石的批料，其中中等粒度的氧化鋁屬于批料的一種組分。

基于以上問題，人們在探索可以用較低的成孔劑濃度制備的具有增大 的或基本類似的孔隙率的堇青石蜂窩體制品，特別是希望在包含較低的石 墨加入量的條件下進(jìn)行制備。但是，這種成孔劑加入量的減少不能造成其 它直接受孔隙率影響的重要性質(zhì)的降低，例如清潔(無炭黑顆粒)壓降和過 濾效率。因此，人們?nèi)匀恍枰哂懈呖紫堵屎瓦^濾效率以及高強(qiáng)度的堇青石 陶瓷蜂窩體，該蜂窩體能夠在減少堇青石批料中所用成孔劑用量的條件下 制備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了采用減少的石墨成孔劑材料用量制造蜂窩體壁流式過濾 器的方法，同時(shí)使得過濾器產(chǎn)品保持高過濾器孔隙率和高過濾效率。在該 方法的一個(gè)方面，通過在批料中包含較粗的高表面積氧化鋁粉末，由包含加 入量減少的成孔劑(例如石墨)的批料制備高孔隙陶瓷基質(zhì)。例如，可以用粗 的高表面積過渡相氧化鋁代替現(xiàn)有技術(shù)的壁流式過濾器批料中通常使用的 大部分或全部的水合氧化鋁。所述粗的過渡相氧化鋁能夠產(chǎn)生原位孔隙率， 允許減少批料中石墨之類會(huì)帶來問題的成孔劑的用量。