[發明專利]β-鋰輝石-堇青石組合物、制品和方法

無效

• 申請號: 201080053960.4
• 申請日: 2010-11-17
• 公開（公告）號: CN102630220A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: G·A·默克爾;C·W·坦納
• 申請（專利權）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號: C04B35/19
• 分類號: C04B35/19;C04B38/00;C04B35/64;C04B38/06
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 沙永生

相關申請的交叉參考

本申請要求2009年11月30日提交的題為“β-鋰輝石-堇青石組合物、制品和方法”的美國臨時專利申請第61/265106號的權益和優先權，本文以該申請的內容為依據并通過參考將其全文結合于此。

技術領域

本文所揭示的制品和方法一般涉及多孔陶瓷材料和相關的多孔陶瓷結構，如可用作陶瓷催化劑載體基材和微粒過濾器的蜂窩體結構。

背景技術

制造多孔陶瓷蜂窩體所面臨的一個重要挑戰是既要提供搬運、罐裝和使用所需的強度，又要提供高孔隙率和/或薄孔壁。

發明內容

本發明涉及鋰輝石-堇青石復合材料制品，這種制品包括這樣的實施方式，即該制品在鋰輝石-堇青石-二氧化硅三元材料中具有基礎組合物，同時還任選包含一個或多個選自多鋁紅柱石、尖晶石和剛玉的次晶相。這種制品包括體積密度小于0.3g/cm³的多孔鋰輝石-堇青石蜂窩體，可包括具有低微裂或者沒有微裂的制品。其他實施方式是軸向斷裂模量強度至少為200psi的多孔蜂窩體。

本發明還涉及形成鋰輝石-堇青石組合物的多孔陶瓷制品如陶瓷蜂窩體制品的方法。這些方法的實施方式包括以下步驟：首先，將無機批料成分與液體和有機黏結劑混合，形成塑化批料混合物，無機批料成分包含氧化鎂源、二氧化硅源、氧化鋁源和氧化鋰源，其中氧化鋰源包含一種或多種含鋰化合物，氧化鎂源包含一種或多種含鎂化合物，氧化鎂源在無機批料成分中所占比例小于25重量%。然后，將這樣提供的批料形成為生坯體，并將生坯體加熱到1180-1260℃的最高溫度，加熱足夠時間，使生坯體轉化為多孔陶瓷制品，所述制品由β-鋰輝石主相和堇青石次相組成。在所揭示的多孔制品的一些實施方式中，β-鋰輝石相和堇青石相在多孔陶瓷制品中所占總比例超過80重量%。本發明還提供了多孔陶瓷制品包含少于4重量%的玻璃的實施方式。

氧化鋰源可包含各種鋰的無機化合物中的任何化合物，但在一些實施方式中，氧化鋰源選自鋰輝石、透鋰長石及其組合。出于制備蜂窩體制品的目的，可通過蜂窩體擠出模頭擠出塑化批料混合物，形成蜂窩體擠出物，并對所述蜂窩體擠出物進行干燥和反應燒結，反應燒結達到的溫度至少足以產生鋰輝石-堇青石蜂窩體。

又一方面，本發明涉及包含β-鋰輝石主相和堇青石次相的多孔陶瓷體，其中β-鋰輝石相和堇青石相在所述多孔陶瓷體中所占總比例超過80重量%，且所述多孔陶瓷體包含少于4重量%的玻璃。包含少于2重量%的玻璃的陶瓷體包括在本發明的范圍之內，如β-鋰輝石相和堇青石相在陶瓷體中所占總比例超過90重量%的陶瓷體，以及基本上不含玻璃的陶瓷體。通過壓汞法測得的總孔隙率大于40%的多孔陶瓷體也包括在本發明的范圍之內，包括壓汞法總孔隙率為40-60%的陶瓷體。這種多孔體的其他實施方式的中值孔徑小于20μm。

本發明的鋰輝石-堇青石蜂窩體可用來制造諸如催化轉化器和過濾器之類的裝置，用于控制柴油機和汽油機的排放。這種裝置的實施方式包括結合了上述鋰輝石-堇青石蜂窩體的緊耦合（close-coupled）發動機廢氣轉化器，所述蜂窩體的孔隙率大于35體積%，孔壁厚度小于4×10^-3英寸。本發明還提供了包含孔隙率大于55體積%、孔壁厚度小于4×10^-3英寸的鋰輝石-堇青石蜂窩體的汽油機微粒廢氣過濾器，以及包含孔隙率大于55體積%、孔壁厚度小于12×10^-3英寸的鋰輝石-堇青石蜂窩體的NOx集成式發動機廢氣過濾器。在一些實施方式中，本文所述的用作催化劑基材載體的蜂窩體具有高孔隙率（大于55%）和薄壁（小于0.004英寸），可設置在污染控制系統中，如具有快速起燃（light-off）性能的緊耦合催化轉化器或低壓降汽油微粒過濾器。在一些實施方式中，用作NOx集成式過濾器的蜂窩體的孔隙率大于65%，提供了高催化劑負載容量。

本文所述的催化劑載體基材和過濾器可用于從汽油機和柴油機廢氣中除去污染物的先進系統中，所述污染物包括一氧化碳、氮氧化物、未燃燒的烴和含碳微粒。

附圖說明

下面結合附圖進一步描述了本發明的制品、方法和裝置，其中:

圖1呈現了有關水熱老化對具有不同組成的蜂窩體催化劑基材的催化性能的影響的數據；

圖2是呈現有關堇青石和鋰輝石-堇青石復合蜂窩體的加熱和轉化效率的數據的圖線；

圖3是說明由各種陶瓷材料形成并經受住愈加苛刻的熱沖擊處理的洗涂蜂窩體基材數量的圖線；