[發明專利]基本無微裂紋的高強度堇青石蜂窩體及其制造方法

無效

• 申請號: 200780032414.0
• 申請日: 2007-08-29
• 公開（公告）號: CN101511750A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: M·K·費伯;繆衛國;T·陶
• 申請（專利權）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號: C04B35/195
• 分類號: C04B35/195;C04B38/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 沙永生

相關發明

本申請要求2006年8月29日提交的標題為“高強度菁青石體”的美國專 利申請60/840,799的優先權和權益，該專利申請通過參考結合于本文。

發明領域

本發明涉及陶瓷體，更具體地，涉及多孔菁青石陶瓷體及其制造方法。

發明背景

為將低熱膨脹菁青石陶瓷蜂窩體用作諸如過濾器和催化劑的載體，以對卡 車和轎車排放的廢氣進行處理，而對所述蜂窩體所作的開發已經持續進行了近 30年。作為高度微裂和高度取向的物體，廣泛使用的這類蜂窩體的特征在于， 存在于蜂窩體中的菁青石晶體在燒制后的冷卻期間發生微裂，并因蜂窩體擠出 成形過程而發生優選排列。這兩個特征綜合起來，明顯減小了熱膨脹系數并提 高了所形成的蜂窩體對熱沖擊損害的耐受性。

但是，隨著對發動機排放的嚴格要求，需要進一步提高過濾器和催化劑載 體的機械性質和熱性質。例如，由于構成過濾器和催化劑載體材料的菁青石相 具有高度微裂的特性，目前的蜂窩體產品的機械強度在一定程度上受到限制。 隨著具有更薄蜂窩壁和/或明顯更高的壁孔隙率的新型蜂窩體基材的開發，需 要提高蜂窩體的強度。

存在微裂紋還可能導致其他方面的問題。例如，用于將控制排放的催化劑 負載在這些蜂窩體上的高表面積商業氧化鋁修補基面涂層(washcoating)材料 能容易地滲透通過菁青石中存在的微裂紋，在某些情況下會導致涂覆后的產品 的熱膨脹系數(CTE)和彈性模量增加到不能接受的程度。此外，存在于內燃機 排放物流中的煙炱和灰粒也能穿透微裂的結構，會對熱膨脹性和彈性產生類似 的影響。這些性質變化導致的最不利的結果是蜂窩體的耐熱沖擊性，即在經歷 快速溫度變化時的抗碎裂性下降。

發明概述

本發明提供了制造菁青石蜂窩體產品的方法，該產品中主菁青石相基本沒 有微裂紋。所得產品具有提高的強度和相應提高的耐熱沖擊性，以及對由修補 基面涂層材料或通常積累在蜂窩體壁上面或里面的煙炱和/或灰沉積物導致的 熱性質和機械性質變化的耐受性。

第一方面，本發明提供了具有高應變耐受性的高強度多孔菁青石體的制造 方法，該菁青石體基本上避免了微裂紋和菁青石晶體的優選取向。該方法的主 要步驟包括：第一步，將細粒度的菁青石粉末與液體載劑以及至少一種選自粘 結劑、潤滑劑、表面活性劑和成孔劑的有機添加劑混合，形成塑性批料混合物。 細粒度菁青石粉末優選由氧化鎂、氧化鋁和氧化硅的菁青石前體源通過預反應 形成的細粉末組成。通常存在粘結劑、潤滑劑、表面活性劑等，以改進批料的 塑性或其他加工特性。

然后，將這樣得到的塑性批料混合物成形為蜂窩形狀，并干燥除去部分或 所有液體載劑。成形通常可采用使塑性批料混合物從擠出模頭通過來實現。可 采用常規的輻射加熱方法來加速干燥。

最后，將這樣得到的成形并干燥的蜂窩體在一定溫度下燒制一定的時間， 足以將菁青石粉末燒結成高強度的整體菁青石體，但不足以形成具有優選取向 或者微裂紋的晶體特性的菁青石晶疇(crystal?domain)。燒制步驟是該方法特 別重要的方面，因為該步驟必須在足以達到所需蜂窩體強度的溫度下進行足夠 短的時間，以避免物理或化學的相互作用，這些相互作用可在燒制后產生具有 微裂紋的結構。經過適當燒制后，該方法的產物將是主要由細晶粒的菁青石組 成的陶瓷制品，其特征是沒有微裂紋和菁青石晶粒的優選取向。

上述微結構產生具有以下性質的菁青石陶瓷蜂窩體，所述性質為高耐熱沖 擊性、低彈性模量，以及可針對寬范圍的廢氣過濾和催化劑載體應用進行調整 的孔隙率和孔徑分布。這些蜂窩體的高耐熱沖擊性部分地歸功于其具有的低室 溫彈性模量，低室溫彈性模量使燒制后的材料具有高應變耐受性，即斷裂模量 (MOR)強度與室溫彈性模量的比值高。

依據本發明方法提供的產品包括多孔、高強度、超薄壁的菁青石陶瓷催化 劑載體，高強度、高孔隙率的陶瓷催化劑載體(該催化劑載體適合于負載用于 對含氮氧化物的廢氣流進行SCR(選擇性催化還原)處理的催化劑)，以及高強 度、高孔隙的壁流過濾器結構(該結構適合于從柴油發動機廢氣去除顆粒)。所 有這些產品都不具有微裂紋，沒有菁青石晶粒的優選取向，并提供了高強度、 高應變耐受性和相應的對熱沖擊損害的高耐受性。