[发明专利]堇青石成形体和制备所述成形体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及以堇青石作为主要组分的成形体和制备所述成形体的方 法。

背景技术

对于以堇青石作为主要组分的成形体，已知形成蜂窝结构的堇青石的 成形体(堇青石成形体)。该堇青石成形体例如用作支持颗粒过滤器中的催化 剂的催化载体，所述颗粒过滤器用于纯化车辆中内燃机的废气。该催化载 体要求重量轻，并具有对所述废气产生低压力损失的特性。因此，近来研 究形成蜂窝结构的催化载体的更薄的单元壁。

然而，由于催化载体的壁厚降低，蜂窝结构的机械强度也降低。因此， 要求堇青石成形体具有高机械强度。已公开的日本专利No.H11-309380公 开了形成蜂窝结构的堇青石成形体，以得到高机械强度的方法。在该形成 方法中，在非晶相中形成的堇青石中，抑制了孔隙(或凹点)的产生。因此， 堇青石的密度提高，且堇青石成形体的机械强度提高。

然而，在该方法中，堇青石成形体的孔隙率降至20％或更小以提高机 械强度。因此，当所述堇青石成形体用作接收发动机废气的催化载体时， 所述催化载体纯化废气的性能差。此外，随着孔隙率的降低，堇青石成形 体中的热膨胀增大。当具有高热膨胀的堇青石成形体用作催化载体且在发 动机运行期间催化载体的温度显著变化时，在催化载体中产生大的热应力。 在这种情况下，在催化载体中有时产生裂纹，或者催化载体有时破裂。

此外，由于堇青石成形体中的机械强度增大，堇青石成形体可更稳定 地用作催化载体。

因此，堇青石成形体要求具有低热膨胀，较高的机械强度，以及足够 的孔隙率。

发明内容

本发明的目的是在适当考虑常规堇青石结构的缺陷的情况下，提供具 有低热膨胀系数和高机械强度的堇青石成形体。

根据本发明的一方面，所述目的通过提供下述堇青石成形体而实现， 所述堇青石包含多个域，和位于各个域中的多个晶粒，以形成域结构。各 个域中的晶粒基本沿相同方向取向，并且所述域的平均尺寸在40μm到 150μm的范围内。

对于所述堇青石成形体的这种结构，因为所述域结构的平均尺寸等于 或大于40μm，在所述堇青石成形体内产生许多微裂纹。这些微裂纹降低所 述堇青石成形体中的热膨胀系数。

此外，因为所述域结构的平均尺寸等于或小于150μm，所述堇青石成 形体具有高机械强度。

因此，所述堇青石成形体可兼具低热膨胀系数和高机械强度。

根据本发明的另一方面，所述目的通过提供的制造堇青石成形体的方 法而实现，其包括下列步骤：制备含有滑石的堇青石原料，以预定的形式 模塑所述原料，干燥所述以预定的形式模塑的原料，并烧结所述干燥的原 料以获得堇青石成形体。所述堇青石具有多个域，和位于各个域中的多个 晶粒，以形成域结构。各个域中的晶粒基本沿相同方向取向，并且所述域 的平均尺寸在40μm到150μm的范围内。所述滑石由粗晶滑石形成。在X 射线衍射中，该粗晶滑石在(006)晶格面、(111)晶格面和(132)晶格面具有多 个衍射峰。(111)晶格面的衍射峰的强度与(006)晶格面的衍射峰的强度的第 一比值小于0.1。(132)晶格面的衍射峰的强度与(006)晶格面的衍射峰的强 度的第二比值小于0.1。

对于该方法，因为所述比值低于0.1，滑石的扁平颗粒成层以形成多层 结构。因此，所述原料的晶粒容易在多层结构中取向。此外，当所述多晶 滑石与其它组分化学反应以形成堇青石时，产生水。因此，堇青石在液相 中形成。当堇青石在液相中结晶和生长时，堇青石的晶粒容易在液相中移 动，并容易以相同的方向取向。

因此，所述堇青石具有多个域，和位于各个域中的多个晶粒，以形成 域结构，各个域中的晶粒基本沿相同方向取向，并且所述域的平均尺寸在 40μm到150μm的范围内。

因此，按此方法制造的堇青石成形体可兼具低热膨胀系数和高机械强 度。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方案的堇青石成形体的侧面透视图和所述 堇青石成形体的部分放大图；

图2是在堇青石成形体中形成的堇青石晶粒的模型图；

图3的流程图显示了根据第一实施方案制造堇青石成形体的方法；

图4是显示粗晶(macro-crystal)滑石的衍射图样的视图；

图5是压缩堇青石成形体的自动压缩单元的侧视图；