[发明专利]窄孔径分布堇青石陶瓷蜂窝体制品及其制造方法

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及陶瓷制品，更具体来说涉及多孔的含堇青石的陶瓷蜂窝体 制品，该制品具有适用于废气后处理应用的性质，特别适用于柴油机废气过 滤，本发明还涉及该制品的制造方法。

技术背景

近来，由于柴油发动机具有高燃料效率、耐久性和经济节约的特点，人 们对其投入了很多的关注。但是由于柴油机排放物可能会带来有害的影响， 在美国和欧洲都对其进行了仔细排查。因此，更为严格的环保规定可能会要 求柴油发动机保持与汽油发动机类似的标准。因此，柴油发动机制造商和 排放物控制公司正努力开发一种柴油发动机，使其能够在所有操作条件下 具有更快、更清洁的性质和符合严格的排放要求，同时使消费者花费最低 的成本。

对降低柴油机排放的一个最大的挑战是控制柴油机废气流中柴油机颗 粒材料的含量。柴油机颗粒材料(Diesel particulate material)主要由碳黑组 成。一种从柴油机废气中除去炭黑的方法是使用柴油机捕集器(diesel trap)(也被称为“壁流过滤器”或“柴油机颗粒过滤器”)。柴油机颗粒过滤器 会将柴油机废气中的炭黑俘获在过滤器主体的多孔壁之上或之内。所述柴 油机颗粒过滤器被设计成在不会显著阻碍所述废气流动的条件下，几乎完 全过滤炭黑。但是，随着柴油机颗粒过滤器进口通道中收集炭黑层，炭黑层 较低的渗透性会造成过滤器对柴油发动机背压的逐渐升高，使得发动机更 难运作。因此，一旦过滤器中的炭黑已经累积到一定的水平，则必须通过烧 尽炭黑来对过滤器进行重生，从而使得背压回复到低的水平。通常，这种重 生操作是在控制的发动机操作条件下完成的，引起持续数分钟的缓慢的燃 料，在此过程中，过滤器中的温度从较低的操作温度升高到最高的温度。

堇青石是一种廉价的材料，而且还能提供较低的热膨胀系数(CTE)，因 此成为柴油机废气过滤的材料之选。因此，自从二十世纪八十年代早期，壁 流式(wall-flow type)多孔堇青石陶瓷过滤器便已被用于一些柴油发动机，用 来除去废气流中的颗粒。理想的柴油机颗粒过滤器(DPF)应当同时结合以下 性质：低CTE(为了耐热冲击性)，低压降(为了燃料效率)，高过滤效率(为了 高的从废气流中除去颗粒的能力)，高强度(为了耐受加工、封装和在使用时 经受的振动)，以及低成本。但是，已经证明，使用堇青石DPF完成这些特 征的组合是很困难的。

因此，DPF设计需要一些性质的平衡，包括孔隙率、孔径分布、热膨 胀、强度、弹性模量、压降和可制造性。另外，人们需要一些工程上的折衷， 以制造具有可接受的物理性质和加工性能的组合的过滤器。例如，孔隙率的 增大经常可通过使用更粗糙的原料、使用成孔剂、和或较低的烧结温度来 完成。但是，这些方式各自都会增大热膨胀，这会降低过滤器在应用中的 耐久性。

因此，如果能够得到由堇青石制得的最优化的蜂窝体制品，使其适用 于过滤器应用，而且表现出高的热耐久性和高过滤效率，而且在过滤器中 压降很低，则在本领域中会认为这是一个显著的进步。具体来说，在本领 域中需要一种堇青石陶瓷蜂窝体制品，其具有所需的以下性质的组合：孔 隙率、较窄的孔径分布、以及较低的热膨胀系数(CTE)。因此，如下文所述， 本发明提供了这样的堇青石蜂窝体制品及其制造方法。

发明内容

本发明涉及陶瓷蜂窝体制品，更具体涉及包含堇青石的陶瓷蜂窝体制 品，该制品具有适用于废气后处理应用的性质，特别适用于柴油机废气过 滤。

在本发明的第一个方面，提供了一种多孔陶瓷蜂窝体制品，其包含堇 青石，通过水银孔率法测得其总孔隙率(％P)为：42％＜％P＜56％；在更优选 的实施方式中，为44％＜％P＜54％，更优选为44％＜％P＜52％。所述陶瓷蜂窝 体制品还具有窄的孔径分布，其特征是小于总孔隙率的15％的孔隙的孔径 小于10微米，小于总孔隙率的20％的孔隙的孔径大于30微米，d_宽度≤1.50，所 述d_宽度＝(d₉₀-d₁₀)/d₅₀。另外，所述多孔陶瓷制品优选平均孔径(d₅₀)满足13微米 ≤d₅₀≤22微米。