[发明专利]制造SIC基陶瓷多孔体的方法

说明书

本发明涉及基于碳化硅，特别是基于再结晶碳化硅的多孔材料领 域。更特别地，本发明涉及由这种多孔材料形成的且其孔隙率、孔径 和机械强度特征被改进的主体(corps)或元件的制造方法。这种主体或元 件尤其可用在例如过滤或焙烧载体(support de cuisson)或陶瓷点火器 (allumeurs céramiques)领域中。

通过在高温下烧结而获得的基于碳化硅或SiC的多孔陶瓷或耐火 材料越来越多地用于在其中它们的高化学惰性和它们的高耐火性可使 它们能够耐高机械应力，特别是热-机械应力的应用。重要的但非限制 性实例典型地是如在机动车排气管道中的颗粒过滤器的应用。例如， 对于气体的催化过滤处理的应用，通常寻求孔隙率的提高，特别是孔 隙平均尺寸的提高，而该多孔材料在催化涂层沉积到该多孔材料中后 具有仍足以使气体通过而没有过度载荷损失的孔隙率的事实使所述沉 积成为可能。

但是，在由这类材料形成的多孔体上，已经观测到孔隙分布和机 械强度的显著局部变化。由于在该元件制造过程中其上某些位置的温 度的局部变化(这些变化在任何高温焙烧法中都是固有的，因此非常难 控制)，这些缺陷尤其可以出现。当该材料高度多孔时，换言之，当其 开孔率(porositéouverte)高于40％或甚至45％或50％时，这种现象进一 步加剧，且具有较低的机械和/或热机械强度的区域可以造成该材料在 使用中的迅速损坏。

在理想情况下，对于例如设计用作焙烧载体的材料，重要的是， 尽可能控制孔隙率以便在保持其机械和热机械特性的同时降低载体的 热质量(masse thermaique)。

此外，构成该元件的材料中的孔径分布中的强烈变化而且在气体 或液体过滤用途中具有有害影响，因为不能很好控制流体流过该元件 时的载荷损失。

类似地，不受控的孔径分布可能构成限制焙烧载体寿命的关键缺 陷。

为了更好控制多孔材料的微结构和均匀性，已知的最传统的方法 在于使用通常有机来源的发泡剂，其在加热步骤中或在焙烧该材料时 分解。这种方法例如描述在申请EP 1 403 231中。已知地，发泡剂的使 用然而导致释放有毒气体并且如果没有完美控制发泡剂的清除，还会 在材料中造成如微裂纹的缺陷。这类缺陷随后可对多孔体在其使用过 程中的性质和强度非常有害，对于排气管道中的经受连续过滤和再生 阶段的颗粒过滤器，或对于必须经受数个强热循环的焙烧载体而言尤 其如此。

当发泡剂加入量超过初始总混合物的几个百重量分比时，换言之， 特别是在寻求前述意义上的高度多孔产品时，这些发泡剂在用于多孔 体成型的预制混合物中的分散更成问题。在基本由通过在大约1900至 2300℃之间的再结晶而得的SiC构成的陶瓷的特定情况下，还观测到， 与发泡剂的分解相关的残留物，如残留碳的存在导致该多孔材料在焙 烧过程中的不完美凝固。

另一方面，同样已知的是，为了提高最终产品的平均孔径，提高 在起始混合物中存在的SiC粒子(particules)的尺寸。但是，大尺寸粒子 (换言之，其中值直径通常大于20微米)的使用造成孔体积的降低，并 在同等焙烧条件下造成焙烧后的元件的机械性质的相当快速的降低。 此外，难以或甚至不可能确定能够同时保持适合如机动车排气管道中 的热气体过滤的用途的孔体积、孔径分布和机械强度的焙烧温度。

因此需要一方面具有孔径、孔体积和机械强度的更好折衷和另一 方面具有其中值孔径及其机械强度更低变化(作为焙烧温度函数)的多 孔材料。

本发明的目标是提供在其机械强度与其孔隙度(degréde porosité) 之间具有改进的折衷的上述多孔材料。更特别地，本发明的目标是提 供在高于1600℃的温度下烧结的基于SiC的多孔陶瓷或耐火产品的新 制造方法，其可以获得与迄今已知的方法相比在其孔隙率性质(特别是 其开孔率和/或其中值孔径)与其机械强度性质之间具有改进的折衷的 材料。

更确切地，本发明涉及烧结的基于SiC的多孔体的制造方法，包 括下列步骤：

a)在如水的溶剂中并在粘合剂存在下混合其中值直径小于20微米 的第一SiC粒子粉末，

b)使所述粒子附聚以形成其平均尺寸为5至500微米的细粒 (granules)，