[发明专利]采用二氧化硅基成孔剂制备多孔结构的方法

说明书

本发明涉及过滤器结构领域，尤其是柴油或汽油型内燃机尾气管线 中使用的过滤器。

可以去除来自柴油发动机的炭黑的过滤器在现有技术上是熟知的。 这些结构通常具有蜂窝结构，该结构的一个面允许待处理的尾气进入， 同时另一个面则让处理过的尾气流出。该结构包括，在进口与出口之间， 大量其轴线彼此平行并被多孔壁隔开的相邻管道或沟道。这些管道在其 一个或另一个末端被封死，以减小朝进口面敞开的进入腔和在出口面开 口的流出腔。这些沟道按某种顺序交替地封闭，致使尾气，在流过蜂窝 体期间，被强制通过进入沟道的侧壁以便重新汇入出口沟道。这样一来， 炭黑或颗粒便沉积并积累在过滤器体的多孔壁上。

众所周知，在其使用期间，颗粒物过滤器相继反复经历过滤(炭黑积 累)和再生(炭黑去除)阶段。在过滤阶段期间，发动机排出的炭黑颗粒被 截留并沉积在过滤器内。在再生阶段期间，炭黑颗粒在过滤器内被烧掉， 从而恢复过滤器的过滤性能。

此种结构中使用的材料因此同时应该表现出合适的气孔测定特征 (孔隙度，孔隙中值尺寸)，以便允许气体透过侧壁，而且具有高热机械 耐受性的特征。已知，碳化硅基的过滤器能够提供这样的性能。

此类过滤器的例子描述在，例如，专利申请EP816065、EP1142619、 EP1455923或WO2004/090294和WO2004/065088。。

碳化硅基的多孔结构的生产通常包括：在第一步，疏松糊料的形成， 随后从这些糊料通过挤塑使其成形为蜂窝状塑性整料。随后，获得的粗 整料被置于炉内，在那里，它在高温，例如，高于2100℃温度下进行焙 烧。

已知在初始糊料中加入临时粘结剂是不可缺少的。该粘结剂在焙烧 开始阶段的存在特别使得碳化硅颗粒之间粘结并促进结构固化期间孔 隙的形成。

众所周知，为获得与作为颗粒物过滤器的用途相容的结构壁的孔隙 度水平，即一般为20～65％，在混合物中引入有机成孔剂一般也是必不 可少的。这些有机成孔剂将在焙烧期间相对高的温度蒸发。成孔剂如聚 乙烯、聚苯乙烯、淀粉或石墨描述在申请JP 08-281036和EP 1541538 中。

从例如申请EP 1541538得知，在焙烧的第一阶段除掉有机化合物 的步骤存在一定困难。该第一焙烧阶段，通常在本领域被称作为粘结剂 去除，一般主要涉及粘结剂和成孔剂在100～750℃之间的温度被从结构 中的去除。粘结剂去除期间，结构中存在的粘结剂和有机成孔剂的失控、 结合的燃烧会在结构内造成大的热梯度。因此，粘结剂去除是过滤器结 构的焙烧过程中的关键步骤，该步骤可能成为最终结构中重大缺陷的成 因。为防止粘结剂从多孔陶瓷材料中的去除粘结剂步骤期间出现裂纹， 专利申请EP 1541538建议设置一个在空气中、相对于临时粘结剂燃烧 开始温度以下50℃与其以上10℃之间的温度平台。按照该作者，这样 的方法可以有效减小由粘结剂和成孔剂的结合燃烧所致的并进而导致 龟裂的过滤器内的热梯度，被优选地缩小。然而，该方法要求大大延长 粘结剂去除周期，从而整体上降低这个方法的生产率。另外，该方法已 证明，对于具有临时粘结剂各种组合或还包括其他有机试剂如增塑剂、 润湿剂或润滑剂的产品来说，不容易控制。

本发明的一个目的首先是提出一种替代解决方案，可以避免与粘结 剂去除步骤期间高热应力的出现相联系的问题，并最终避免过滤器中缺 陷产生的问题。

在非常一般的形式中，本发明涉及一种方法，该方法容易获得其孔 隙度适合用作过滤器的蜂窝结构，尤其是过滤柴油发动机排出的炭黑的 过滤器。按照该方法，采用二氧化硅基无机多孔颗粒作为成孔剂。

使用中空无机颗粒描述在例如专利申请JP 2001-206785中，为了获 得具有高孔隙度和优良机械强度的碳化硅制成的过滤器。使用的成孔剂 基于氧化铝和二氧化硅。所描述的方法不同于本方法之处在于所使用的 碳化硅颗粒的粒度、所采用的焙烧温度，以及中空颗粒的化学组成。这 些E-球(E-Sphères)或微胞型(Microcells)小球事实上含有非常高比例的氧 化铝。另外，该方法必须在最大SiC粒度等于3μm的条件下实施。另 按照该作者，较大粒度达不到烧结效果，也得不到足够的过滤器机械强 度。

更确切地，本发明涉及一种制造蜂窝型碳化硅多孔结构的方法，所 述方法的特征在于，它包含以下步骤：