[發(fā)明專利]陶瓷結(jié)構(gòu)體

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380063532.3
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN104870401A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·A·艾拉瑞;P·加西亞-佩雷斯;J-P·吉勞德
• 申請（專利權(quán)）人: 伊梅斯公司
• 主分類號: C04B35/185
• 分類號: C04B35/185;C04B38/00;C04B35/478;F01N3/022
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 龐東成;武胐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種陶瓷組合物，其可選地為蜂窩結(jié)構(gòu)體的形式；涉及適于燒結(jié)以形成所述陶瓷組合物的陶瓷前體組合物；涉及一種制備所述陶瓷組合物和陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)體的方法；涉及包括所述陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)體的柴油機微粒過濾器；并涉及一種包括所述柴油機微粒過濾器的車輛。

背景技術(shù)

陶瓷結(jié)構(gòu)體、特別是陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)體在制造液體和氣體介質(zhì)的過濾器的領(lǐng)域中是已知的。如今最相關(guān)的應(yīng)用是將這些陶瓷結(jié)構(gòu)體作為顆粒過濾器，用于除去車輛柴油發(fā)動機廢氣中的細(xì)小顆粒(柴油機微粒)，因為已表明這些細(xì)小微粒對于人體健康具有負(fù)面影響。

陶瓷材料必須滿足一些要求。首先，該材料應(yīng)具有足夠的過濾效率，即，通過過濾器的廢氣應(yīng)基本不含柴油機微粒，但該過濾器不應(yīng)產(chǎn)生大幅的壓力降低，即，其必須顯示出足夠的使廢氣流穿過其壁的能力。這些參數(shù)通常取決于過濾器的壁參數(shù)(厚度、孔隙率、孔徑等)。

其次，該材料必須在較寬的溫度范圍內(nèi)對柴油發(fā)動機廢氣中的化合物表現(xiàn)出充分的耐化學(xué)性。

第三，該材料必須對在其壽命周期內(nèi)施加的高溫差所致的熱沖擊具有抗性。因此，該材料應(yīng)具有低熱膨脹系數(shù)，以在加熱和冷卻期間免受機械張力。

第四，該材料的熔點必須高于在再生循環(huán)中過濾器內(nèi)所達到的溫度(通常>1000℃)。

如果上述要求不能得到滿足，則機械和/或熱張力可能造成該陶瓷材料出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致過濾器效率降低，甚至過濾器失效。

此外，由于大量生產(chǎn)車輛用過濾器，因此該陶瓷材料應(yīng)該相對廉價，并且其制造工藝也應(yīng)具備成本效益。

論文J.Adler,Int.J.Appl.Ceram.Technol.2005,2(6),p429-439中總結(jié)已知用于此應(yīng)用的陶瓷材料，在此出于所有目的將其內(nèi)容整體并入本說明書中。

針對適于該具體應(yīng)用的陶瓷蜂窩過濾器的制造，已描述了數(shù)種陶瓷材料。

例如，由基于莫來石和鋁假板鈦礦(tialite)的陶瓷材料制得的蜂窩已被用于構(gòu)建柴油機微粒過濾器。莫來石是含有鋁和硅的硅酸鹽礦物，其具有介于[3A1₂O₃·2SiO₂](所謂的“化學(xué)計量的”莫來石，或“3:2莫來石”)與[2A1₂O₃·1SiO₂](所謂的“2:1莫來石”)這兩個確定相之間的可變組成。已知該材料具有高熔點和中等的機械性質(zhì)，但是耐熱沖擊性相對較差。鋁假板鈦礦是具有式[AI₂Ti₂O₅]的鈦酸鋁。已知該材料顯示出高耐熱沖擊性、低熱膨脹和高熔點。

由于這些性質(zhì)，鋁假板鈦礦傳統(tǒng)上是制造蜂窩結(jié)構(gòu)體的受歡迎的材料選擇。例如，US-A-20070063398描述了用作微粒過濾器的多孔體，其包含超過90％的鋁假板鈦礦。類似地，US-A-20100230870描述了一種適于用作微粒過濾器的陶瓷體，其具有超過90質(zhì)量％的鈦酸鋁含量。

為了將莫來石和鋁假板鈦礦的有利性質(zhì)相結(jié)合，也已經(jīng)進行了嘗試，例如，開發(fā)包含這兩相的陶瓷材料。

WO-A-2009/076985描述了一種陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)體，其包含莫來石礦物相和鋁假板鈦礦礦物相。其實例描述了許多陶瓷結(jié)構(gòu)，其通常包含至少約65體積％的莫來石和小于15體積％的鋁假板鈦礦。根據(jù)一個實例，制備了由72％3:2莫來石、13％紅柱石、8％非晶相和7％鋁假板鈦礦構(gòu)成的蜂窩。該蜂窩具有47.5％的總孔隙率，并且沿樣品軸線的標(biāo)準(zhǔn)三點破裂模量(MOR)測試顯示出了99N的斷裂力。

本領(lǐng)域?qū)τ谛滦吞沾蛇^濾器材料存在需求，所述材料與現(xiàn)有技術(shù)的材料相比表現(xiàn)出相當(dāng)或改進的性質(zhì)。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，同時提供所期望的機械強度與優(yōu)異的耐熱沖擊性的陶瓷材料是能被制造的，其包含相對低量的鋁假板鈦礦相(與具有非常高的鋁假板鈦礦含量的常規(guī)蜂窩相比)和一定量的莫來石。這是令人驚訝的，因為已知莫來石相對于鋁假板鈦礦具有較差的耐熱沖擊性。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)第一方面，提供一種陶瓷組合物，其包含：

約25重量％～約60重量％的鋁假板鈦礦；

約35重量％～約75體積％莫來石；

約0重量％～約8重量％的氧化鋯；

約0重量％～約10重量％的鈦酸鋯；

約0重量％～約10重量％的非晶相；

約0重量％～約5重量％的堿土金屬氧化物；和

約0重量％～約10重量％的氧化鋁(基于礦物相的總重量計算)；