[发明专利]蜂窝状基材中的孔径分布控制

说明书

相关申请参照

依据美国专利法第119条(e)款的规定，本申请享有申请号为61/092518、申请日为2008年8月28日的美国临时申请的优先权。

技术领域

本发明涉及一种通过在批料成分中使用两种或更多种成孔剂来控制蜂窝状基材和过滤器中孔径分布的方法。具体而言，面对制作这类基材使用的成孔剂的粒径发生变化，本发明尤其适用于控制堇青石和钛酸铝蜂窝状基材和过滤器中的孔径分布。

背景技术

可通过使用碳基成孔剂，例如石墨和淀粉来增大陶瓷基材中的孔隙率。当常规的配料方法不能产生产品应用所需的孔隙率级别时需要使用成孔剂。对于具有基本组成适用于柴油机微粒过滤器的堇青石和钛酸铝蜂窝状基材来说，其典型孔隙率级别大约为40％。使用成孔剂能将孔隙率级别提升到基础级别之上，通常在50％至60％范围内。由于组成配料的特性改变，随着时间推移材料的变化可改变蜂窝状基材中的平均孔径分布。这类改变可由一种或多种配料成份的化学、形态学或粒径差异引起。将这一变化减小到对最终产品中孔径不产生影响的程度非常困难或昂贵。随着时间推移，每批蜂窝状基材(例如柴油机蜂窝状过滤器)之间孔隙率变化可导致涂层差异和压降性能随时间改变。减小蜂窝中的孔隙率随时间的变化能在后续使用中形成表现更为一致的产品。本发明描述了一种通过使用两种或更多种具有不同粒度分布的成孔材料来控制多孔陶瓷蜂窝状基材中孔径分布的方法。

发明内容

本发明一方面公开了一种控制蜂窝状基材和过滤器中孔径的方法，所述方法包括混合适合形成蜂窝状基材的选定成分，由所述批料(batch materials)形成生坯，并烧制所述生坯以形成蜂窝状基材；该批料包括多种具有不同粒度分布的碳基成孔剂材料以控制蜂窝状基材中孔径分布，将该选定的成孔材料以选定比例添加到批料中。

在各种实施方式中，该方法涉及多孔陶瓷(“蜂窝”)基材的形成，如莫来石、堇青石以及钛酸铝蜂窝和过滤器(一种壁流装置，由直通蜂窝形成，通过有选择地交替封堵蜂窝的入口和出口通道，强迫入口气体通过蜂窝壁)。

在各种实施方式中，成孔剂材料为“碳基”材料，选自由石墨、活性碳、泡沫树脂(例如但不限于丙烯酸或丙烯酸酯珠)、小麦粉、淀粉、酚醛树脂以及现有技术中已知能方便使用的其他成孔剂。例如石墨、活性碳和淀粉，包括马铃薯淀粉，可以用作成孔剂。

在一个实施方式中，批料包含两种不同粒径的成孔剂，所述成孔剂为石墨成孔剂，一种所述成孔剂为粗粒径成孔剂，而另一种成孔剂为细粒径成孔剂。

附图说明

图1为曲线图，所示为改变石墨粗/细成孔剂比例对完成的蜂窝状产品的CET(热膨胀系数)以及孔径中值的影响。

图2为曲线图，所示为使用粗石墨和细马铃薯淀粉作为成孔剂对完成的蜂窝状产品的CET以及孔径中值的影响。

图3为箱形图，所示为改变粗/细石墨以及粗石墨/细马铃薯淀粉对蜂窝状产品的断裂模量的影响。

图4为箱形图，所示为改变粗/细石墨以及粗石墨/细马铃薯淀粉对完成的蜂窝状产品的弹性模量的影响。

图5为箱形图，所示为改变粗/细石墨以及粗石墨/细马铃薯淀粉对蜂窝状产品的总水银侵入的影响(孔隙率测试)。

图6为图表，所示为市售品、粗石墨(只含)产品和由15/5的粗/细石墨成孔剂制得的产品的孔径分布。

图7为直方图，所示为对于含三种成孔剂系统，使用马铃薯淀粉粗调整以及使用细石墨额外细调整。

图8为曲线图，所示为使用不同比例的粗和细硅石对蜂窝状产品的CET以及孔径中值的影响。

图9为曲线图，所示为使用不同比例的粗和细滑石对蜂窝状产品的CET以及孔径中值的影响。

具体实施方式

本文所用的术语“基础”成孔剂材料在这里被认为是“粗”的成孔剂，而较粗或较细成孔剂材料(即材料的平均粒径大于或小于所述基础成孔剂的平均粒径)被加入到基础(粗)成孔剂中以调整蜂窝状产品的孔径分布。在烧制过程中，成孔剂材料被燃烧，并在烧制结束时基本上不出现在最终产品中。表1列举了本文实施例中使用的粗和细石墨成孔剂材料以及马铃薯淀粉成孔剂材料的粒度分布和粒径中值。

表1