[发明专利]稳定化的低微裂纹陶瓷蜂窝体及其方法

说明书

相关申请

本申请要求2008年2月29日提交的题为“稳定化的低微裂纹的陶瓷蜂窝体及其方法(Stabilized Low-Microcracked Ceramic Honeycombs and Methods Thereof.)”的美国临时申请第61/067,751号的优先权。

技术领域

本发明涉及多孔蜂窝体陶瓷及其制造方法，更具体地，涉及用于催化转化器和微粒过滤器(如用于发动机废气的后处理)的多孔堇青石蜂窝体陶瓷及其制备方法。

背景技术

多孔陶瓷蜂窝体结构广泛用作催化转化器基材和/或柴油机微粒过滤器。最早用于这些应用的堇青石陶瓷蜂窝体由反应烧结的堇青石基材构成，所述堇青石基材通过将滑石、氧化铝和高岭土的混合物挤出制备，如US3,885,977中所述。发现这些陶瓷蜂窝体具有适合这些应用的化学耐久性，惰性，难熔性和抗热震性，并且一般能以合理成本制造。为本文描述的目的，除非另外特别指出，否则只用术语“堇青石”表示正交晶系堇青石(orthorhombic cordierite)(正交晶系Mg₂Al₄Si₅O₁₈及其固溶体)、印度石(六方晶系Mg₂Al₄Si₅O₁₈及其固溶体)，以及它们的混合物。

汽油和柴油发动机的废气后处理方面的最新趋势对转化器和DPF提出了更高的要求。对转化器，已转向更高孔密度和更薄的壁(如，900/2)，这种转向在满足强度和耐腐蚀性的要求方面将面临许多挑战。随着对用于更快速点火以满足排放标准的更低热质量的更高孔隙率转化器的关注，为降低背压而要求低孔密度和薄壁(如，300/4或600/3构形(cpsi/t_壁))的最新应用提出类似的挑战。在本文中，cpsi表示每平方英寸的孔道数，t_壁的单位是10^-3英寸(或密耳)。

类似地，尽管在过去，45％-50％孔隙率的DPF已经足以用于翻新改进应用，但是如果要开发催化的DPF，可能需要更高的孔隙率。

所有这些研究趋势都提高了对蜂窝体强度的要求，但是，为保证堇青石陶瓷蜂窝体中低CTE的需要一直要求必须存在微裂纹。微裂纹限制了陶瓷基质本身所能达到的最大强度。

根据以上讨论，很明显，虽然微裂纹在过去是在反应烧结的堇青石陶瓷中实现低CTE并结合高抗热震性所必需的，但是，这些微结构特征也产生了限制这些材料用于某些应用的问题。例如，微裂纹可能会造成强度降低的问题。因此，人们需要具有高强度的先进的蜂窝体。

概述

本发明提供了一种高孔隙率堇青石蜂窝体(例如基材或微粒过滤器)，其包含极少的微裂纹或不含微裂纹，即使在不存在微裂纹的情况下预期造成热膨胀系数增大的时候，仍能保持高抗热震性。

本发明提供了一些蜂窝体，其具有提高的强度，使其成为制造以下装置的极佳的选择，例如：催化转化器基材，柴油机氧化催化剂基材，NOx吸附器基材，热气体微粒过滤器例如柴油机微粒过滤器(DPF)以及汽油发动机微粒过滤器(GPF)等。本发明特别可以用于具有极薄的壁以及(如果需要的话)低孔密度(用来降低背压和/或减小热质量，以便更快地点火)的蜂窝体。所述改进的强度还可以制造具有较高孔隙率的陶瓷体，用于转化器基材、DPF和GPF，用来进一步减小热质量、减小压降、或者储存大量的催化剂(例如用于SCR或4路催化的DPF)，同时保持足够的强度。