[發明專利]穩定化的低微裂紋陶瓷蜂窩體及其方法

有效

• 申請號: 200980114733.5
• 申請日: 2009-02-27
• 公開（公告）號: CN102007088A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: G·A·默克爾
• 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 31100
• 代理人: 樊云飛;周承澤

相關申請

本申請要求2008年2月29日提交的題為“穩定化的低微裂紋的陶瓷蜂窩體及其方法(Stabilized?Low-Microcracked?Ceramic?Honeycombs?and?Methods?Thereof.)”的美國臨時申請第61/067,751號的優先權。

技術領域

本發明涉及多孔蜂窩體陶瓷及其制造方法，更具體地，涉及用于催化轉化器和微粒過濾器(如用于發動機廢氣的后處理)的多孔堇青石蜂窩體陶瓷及其制備方法。

背景技術

多孔陶瓷蜂窩體結構廣泛用作催化轉化器基材和/或柴油機微粒過濾器。最早用于這些應用的堇青石陶瓷蜂窩體由反應燒結的堇青石基材構成，所述堇青石基材通過將滑石、氧化鋁和高嶺土的混合物擠出制備，如US3,885,977中所述。發現這些陶瓷蜂窩體具有適合這些應用的化學耐久性，惰性，難熔性和抗熱震性，并且一般能以合理成本制造。為本文描述的目的，除非另外特別指出，否則只用術語“堇青石”表示正交晶系堇青石(orthorhombic?cordierite)(正交晶系Mg₂Al₄Si₅O₁₈及其固溶體)、印度石(六方晶系Mg₂Al₄Si₅O₁₈及其固溶體)，以及它們的混合物。

汽油和柴油發動機的廢氣后處理方面的最新趨勢對轉化器和DPF提出了更高的要求。對轉化器，已轉向更高孔密度和更薄的壁(如，900/2)，這種轉向在滿足強度和耐腐蝕性的要求方面將面臨許多挑戰。隨著對用于更快速點火以滿足排放標準的更低熱質量的更高孔隙率轉化器的關注，為降低背壓而要求低孔密度和薄壁(如，300/4或600/3構形(cpsi/t_壁))的最新應用提出類似的挑戰。在本文中，cpsi表示每平方英寸的孔道數，t_壁的單位是10^-3英寸(或密耳)。

類似地，盡管在過去，45％-50％孔隙率的DPF已經足以用于翻新改進應用，但是如果要開發催化的DPF，可能需要更高的孔隙率。

所有這些研究趨勢都提高了對蜂窩體強度的要求，但是，為保證堇青石陶瓷蜂窩體中低CTE的需要一直要求必須存在微裂紋。微裂紋限制了陶瓷基質本身所能達到的最大強度。

根據以上討論，很明顯，雖然微裂紋在過去是在反應燒結的堇青石陶瓷中實現低CTE并結合高抗熱震性所必需的，但是，這些微結構特征也產生了限制這些材料用于某些應用的問題。例如，微裂紋可能會造成強度降低的問題。因此，人們需要具有高強度的先進的蜂窩體。

概述

本發明提供了一種高孔隙率堇青石蜂窩體(例如基材或微粒過濾器)，其包含極少的微裂紋或不含微裂紋，即使在不存在微裂紋的情況下預期造成熱膨脹系數增大的時候，仍能保持高抗熱震性。

本發明提供了一些蜂窩體，其具有提高的強度，使其成為制造以下裝置的極佳的選擇，例如：催化轉化器基材，柴油機氧化催化劑基材，NOx吸附器基材，熱氣體微粒過濾器例如柴油機微粒過濾器(DPF)以及汽油發動機微粒過濾器(GPF)等。本發明特別可以用于具有極薄的壁以及(如果需要的話)低孔密度(用來降低背壓和/或減小熱質量，以便更快地點火)的蜂窩體。所述改進的強度還可以制造具有較高孔隙率的陶瓷體，用于轉化器基材、DPF和GPF，用來進一步減小熱質量、減小壓降、或者儲存大量的催化劑(例如用于SCR或4路催化的DPF)，同時保持足夠的強度。