[发明专利]纤维状钛酸铝基材及形成所述基材的方法

说明书

技术领域

本发明概括地涉及纤维状钛酸铝材料，且更尤其涉及钛酸铝及包括多个由钛酸铝材料所组成的纤维的钛酸铝复合材料。

背景技术

先进的陶瓷材料广泛地利用于设置在不友善环境中的系统中，例如，举例而言，汽车引擎(如，触媒转化器)、航天应用(如，航天飞机磁砖)、耐火(refractory)的运作(如，耐火砖)及电子装置(如，电容器、绝缘体)。在这些环境中，多孔陶瓷体尤其用作过滤器。例如，现今的汽车工业使用陶瓷蜂窝状基材(即一多孔陶瓷体)以主导(host)废气的触媒氧化及还原，以及过滤微粒状的排放物。陶瓷蜂窝状基材提供用于过滤及触酶反应支撑体的高比表面积，且同时，在与一汽车引擎环境相关的高操作温度下，陶瓷蜂窝状基材是稳定且结构上实质可靠。

一般而言，陶瓷材料，例如举例而言，以钛酸铝为基质的陶瓷，是在高温环境中表现良好的惰性材料。然而，陶瓷材料并非不受热压力影响，例如那些自高温梯度所产生的压力及使所述材料遭受极端温度间的热偏移的环境。当所欲的特性为高度多孔时，例如过滤应用，曝露于极端热环境的陶瓷材料的表现甚至更受到挑战。已知，作为实质上高温环境中的过滤介质及/或触媒基体的高孔隙度钛酸铝基材材料在许多应用中会降解及故障。

发明内容

本发明经由提供一种具有钛酸铝组合物的高孔隙度基材而克服现有技术的缺点，所述基材具有硬质纤维状微结构所提供的机械完整度。本发明的基材适合用于严厉的环境中(例如，高温环境)作为过滤介质及/或触媒基体。

在本发明的一方面中，纤维状钛酸铝蜂窝状基材包括一壁的蜂巢状数组，界定相邻壁间的通道，所述壁是由多个形成一具有一孔的开放网络的多孔结构的纤维所组成。在本实施方案中，所述纤维状钛酸铝微结构提供来自所述孔的开放网络且大于50％的孔隙度。在所述多个纤维的相邻纤维间形成一连结基质，以在所述结构中提供刚度及强度。所述连结基质可为玻璃、玻璃陶瓷、及陶瓷材料，包括钛酸铝。可形成各种复合材料，包括钛酸铝与二氧化硅、氧化锶、氧化镁、氧化钡、及氧化钙的至少一者。

制造所述多孔钛酸铝基材的方法包括，混合钛酸铝的前驱物(即，氧化铝及二氧化钛)所述前驱物与添加剂及一流体，以提供一可挤出的混合物。所述前驱物及/或添加剂包括一纤维。挤出所述可挤出的混合物成一蜂巢状胚体基材，并固化成一纤维状钛酸铝多孔基材。所述固化程序包括干燥所述胚体基材及去除所述添加剂，接着是一烧结程序，自所述前驱物形成钛酸铝，同时保持通过纤维而界定的孔结构。

所述制造多孔纤维状钛酸铝基材的方法包括，自摩尔比大约相等的氧化铝与二氧化钛而形成的化学计量的钛酸铝。变化包括由过量的氧化铝、过量的氧化硅(silica)、及额外的组合物所提供的复合结构。

本发明的多孔纤维钛酸铝基材可具有约50％至约85％范围内的孔隙度，形成具有钛酸铝组合物的经连结的陶瓷纤维。所述经连合的陶瓷纤维可与具有玻璃连结、玻璃陶瓷连结或陶瓷连结、或任何前述组合的连结基质相连结。在一实施方案中，所述连结基质为钛酸铝，在其它实施方案中，所述连结基质为钛酸铝与二氧化硅、氧化锶、氧化钡、氧化镁、或氧化钙的复合基质。

附图说明

附图构成本说明书的一部分，并包括本发明的例示型实施方案，其可以各种形式而示例。

图1为根据本发明的一蜂窝状基材。

图2为本发明的蜂窝状基材的多孔微结构的放大区域图。

图3为描述根据本发明的生产一多孔状钛酸铝蜂窝状基材的方法的流程图。

图4为本发明的一实施方案的蜂窝状基材的多孔微结构的放大区域图。

图5为本发明的一另一实施方案的蜂窝状基材的多孔微结构的放大区域图。

具体实施方式

以下提供本发明的实施例的详细描述。然而，应理解，本发明可以各种形式例示。因此，此处特定的详细揭露不应视为限制，而是作为一用于教示熟习本技术领域的人士实际上如何应用本发明的详细的系统、结构、或方式的代表基础。

以陶瓷纤维为基础的基材材料适合用于高温隔热、过滤、及用于主导触媒反应。所述材料，以任何各种形式，可用于高温应用如触媒转化器、NOx吸附器、脱硝过滤器(DeNox filters)、多功能过滤器、熔融金属的传输机制与过滤器、再生器核心、化学程序、固定床反应器、加氢脱硫作用、加氢裂解、加氢处理、及引擎排气过滤。