[发明专利]用于施加在蜂窝体上的黏结剂组合物

说明书

相关申请

本申请要求2007年11月30日提交的题为“用于施加在蜂窝体上的黏结剂组合物(Cement Compositions for Applying to Honeycomb Bodies)”的美国临时申请第61/004843号的优先权。

技术领域

本发明涉及多孔蜂窝陶瓷及其制造方法，更具体涉及改进的黏结剂组合物以及用于将黏结剂施加在蜂窝制品上的方法。

背景

蜂窝制品如柴油机微粒过滤器的生产经常包括在预先形成的蜂窝体上施加陶瓷黏结剂(或者称为糊剂或密封剂)。可以施加这些黏结剂组合物从而形成堵塞物、人造外皮(或者称为后施加的外皮)、或者甚至将几个较小的蜂窝段粘结在一起制成较大的蜂窝制品。这些黏结剂组合物的一种共同组分是胶态氧化硅。胶态氧化硅的优点在于，它具有低的热膨胀，不需要加热至高温就能提供强度，而且在高温(超过1000℃)能保持强度。因此，常规的黏结剂组合物可以由以下组分组成：一种或多种陶瓷粉末、液体载剂如水、水溶性聚合物(通常是甲基纤维素)、和无机粘合剂(通常是胶态氧化硅)。水和甲基纤维素控制糊剂的流变性质，胶态氧化硅是无机粘合剂，在通过干燥除去水并且通过热处理步骤在使用之前、在随后加工步骤(如涂覆外涂层(washcoating))过程中、或在使用过程中除去甲基纤维素之后提供强度。

发明人认识到，关于使用胶态氧化硅的一个缺点在于非常小的氧化硅颗粒(通常小于30纳米)的迁移。该迁移可能在施加黏结剂的过程中发生，这时包含氧化硅颗粒的水因为毛细管作用力而被吸入多孔陶瓷蜂窝体的孔隙中，在干燥过程中随着水从黏结剂蒸发，从饱和状态变化成沿着孔隙结构形成摆动的纤维形式。这种颗粒迁移作用会产生浓度梯度，导致最终的堵塞物、人造外皮(朝向外部干燥表面的逐渐升高的氧化硅浓度)或黏结剂的不均匀性质。这些不均匀性质会导致较低的强度，原因是胶态氧化硅粘合剂的含量较低，或者可能是因为不均匀的收缩。而且，如果将黏结剂施加在由微裂的材料构成的陶瓷上，则胶态氧化硅颗粒会进入微裂纹中，可能导致所施加的糊剂附近的区域的性质发生变化。这种性质的变化通常是不利的。

一种解决这个问题的方案是用有机材料预先填充微裂纹，以防止胶态颗粒进入裂纹中。该方案称为微裂纹钝化。虽然钝化能防止性质因为微裂纹填充而发生变化，但是该方案不能解决糊剂本身性质不均匀的问题，还会需要增加至少一个预先填充微裂纹的工艺步骤。

包含胶态氧化硅的黏结剂组合物的另一个问题是，由于胶态悬浮液保持稳定的时间有限造成的糊剂的时间依赖性的流变性质。随着胶态悬浮液变得不稳定，颗粒粘结在一起形成较大的凝聚体/絮凝体或颗粒的网状物。通常这会导致糊剂的屈服点和粘度随时间流逝而增大，这在生产环境中是不利的。

发明概述

本发明提供可以施加在蜂窝体上作为堵塞用黏结剂组合物、分段粘合剂或者甚至作为后施加的人造外皮或涂层的组合物。在一些实施方式中，黏结剂组合物能尽可能减小或者甚至防止该组合物所施加的蜂窝体的微裂纹填充。在其他实施方式中，黏结剂组合物可以表现出基本均匀的保持相对稳定的流变性质，基本不会随时间流逝而发生变化。在其他实施方式中，黏结剂组合物可以减少或者甚至消除粘合剂从所施加的黏结剂组合物向其所施加的蜂窝体的迁移，这种迁移可能在施加过程中以及随后所施加的黏结剂组合物的干燥过程中发生。

在本发明的一些实施方式中，黏结剂组合物一般包含无机粉末、有机粘合剂、液体载剂和无机粘合剂。在一些实施方式中，无机粘合剂组分包含胶凝的无机粘合剂。

在其他实施方式中，本发明提供一种蜂窝体，该蜂窝体包含一种蜂窝结构，该蜂窝结构限定多个由孔道壁限定的孔道，其中将本发明的黏结剂组合物施加在该蜂窝结构上。在一些实施方式中，蜂窝体包括施加在结构外围区域上的后施加的表面涂层(如外皮)，其中该表面涂层由本发明的黏结剂组合物形成。在其他实施方式中，蜂窝体的多个孔道的至少一部分包括堵塞物，其中这些堵塞物由本发明的黏结剂组合物形成。

在其他实施方式中，本发明提供一种制造蜂窝体的方法，该方法包括以下步骤：提供蜂窝结构，该结构通过孔道壁限定了多个孔道；将黏结剂组合物施加在该蜂窝结构上。该黏结剂组合物包含无机粉末、有机粘合剂、液体载剂、和胶凝的无机粘合剂。施加之后，该黏结剂组合物可以在能有效地将所施加的黏结剂组合物转化成主要晶相陶瓷组合物的条件下进行烧制。

本发明的其他实施方式一部分在发明详述以及随后的任意权利要求中提出，或者可通过实施本发明而了解。以上概述和以下详述都只是示例性和说明性的，而非限制性的。

附图简要描述

附图说明本发明的一些实施方式。