[发明专利]挤出陶瓷生物可溶性纤维基底的制备方法和设备

说明书

技术领域

本发明一般涉及可用于过滤和/或高温化学处反应处理的多孔陶瓷基底，例如用作催化剂主体。更具体地说，本发明涉及一种基本生物可溶的纤维基陶瓷基底及其制备方法。

背景技术

蜂窝状陶瓷基底常用于工业汽车应用，其固有的材料稳定性和结构完整性适合高操作温度的需求。蜂窝状陶瓷基底提供了较高的比表面积，以供有效过滤并支持高效催化反应。例如，在汽车应用中，陶瓷基底可用于催化转化器中，作为废气的催化氧化和还原反应主体，并过滤粒状排放物。

纤维基陶瓷基底可被制成多孔状且具有化学和机械耐久性的基底，用于高温应用。共同拥有美国第6,946,013号专利，共同拥有的美国专利申请序列号为11/323,429，申请日期为2005年12月30日；11/322,777，申请日期为2005年12月30日；以及11/323,430，申请日期为2005年12月30日，这些专利以引用的方式并入本文，描述了高孔隙率纤维基基底的各种制备方法和应用。这种基底所用的原材料可能要遵守一些行政辖区的法规，需要特殊处理和/或贴上危险品标签。为避免法规控制的影响，并将在这种基底的制备过程中暴露于潜在危险材料的风险降至最低，可使用具有被认为是生物可溶性(即在人体内或生命有机体内可溶)组成的陶瓷纤维。

生物可溶性纤维已被开发用作耐火陶瓷纤维的替代品。根据目前已知的法规指令，这些纤维不属于危险材料。这些生物可溶性替代品通常用于隔热和防火，在这些应用领域，强度和化学耐久性不是主要关注的问题。但是，当其作为主要成分用于多孔陶瓷纤维基底，以用于高温过滤和/或采用已知制备方法的化学反应处理时，这些纤维的较低强度和耐久性会降低基底在意欲应用中的性能。

因此，需要一种生物可溶性纤维基陶瓷基底，其采用的制备方法可制出具有足够强度和耐久性的基底，用于高温过滤和/或化学反应处理。

发明内容

本发明提供了一种生物可溶性纤维基陶瓷基底及其制备方法。因此，本发明的目标是一种生物可溶性纤维基结构的形成方法和工艺，以及具有多孔纤维状结构的设备或所形成的形状，所述结构是由生物可溶性纤维形成的。

具体地说，本发明针对一种挤出蜂窝状基底，该基底由生物可溶性纤维形成。此蜂窝状基底具有一系列通道，形成相邻两通道间的壁由生物可溶性纤维相互交错形成。基底的强度取决于生物可溶性纤维和结构内相互重叠和靠近的纤维间的粘合。加入了粘合剂，例如玻璃前体、玻璃-陶瓷前体和陶瓷前体，提供反应形成的或烧结粘合。

本发明的一方面，通过形成纤维间的粘合为生物可溶性纤维提供机械、化学和热耐久性。在一方面，粘合的热膨胀系数与生物可溶性纤维的热膨胀系数基本相同。

本发明针对利用生物可溶性纤维制备一种多孔基底的方法。在本发明的这一方面，生物可溶性纤维与添加剂和一种流体混合，形成一种可挤出混合物。这种可挤出混合物被挤出形成一种坯体基底，再将这种坯体基底固化成多孔基底。这种可挤出混合物中包含一种无机添加剂，用于在固化工艺中通过反应形成生物可溶性纤维间的粘合。

本发明的另一方面是，提供了一种过滤器，这种过滤器包括一种挤出蜂窝状基底，这种基底具有由二氧化硅和一种碱金属化合物或一种碱土金属化合物(例如钙、镁或硼氧化物化合物)构成的相互交错的纤维。

在阅读以下描述后，本发明的以上以及其他特征将变得显而易见，并可以通过在所附权利要求中特别指出的手段和组合得以实现。

附图说明

附图构成了本说明书的一部分并包括本发明的示例性实施方案，其能以多种形式体现。

图1是根据本发明设计的基底微结构示意图。

图2是根据本发明设计的方法流程图。

图3是本发明所用方法的固化步骤流程图。

图4描述了根据本发明设计的各种蜂窝状基底。

图5为一种过滤装置的剖面图，该装置含有一种根据本发明设计的蜂窝状基底。

具体实施方式

本文提供本发明实例的具体实施方式。然而，应当理解，本发明可通过多种形式例证。因此，不应将本发明所公开的具体实施方式视为形成限制，而应将其视为代表性依据，让本领域技术娴熟人员了解如何在几乎所有具体系统、结构或方式中采用本发明。