[发明专利]网状堇青石组合物、制品及其制造

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求于2009年11月30日提交的美国申请第12/627,612号的优先权。

技术领域

本发明涉及多孔堇青石材料和具有网状微观结构的多孔堇青石制品，以及制造所述制品的方法，本发明具体涉及例如可以用作催化剂负载基材或过滤器的挤出成形的制品，如蜂窝体形状的制品。

背景技术

堇青石可以用于多种应用，如用于柴油颗粒排放的催化基材和过滤器。堇青石的热膨胀较低，因此适合用于要求高抗热冲击性的应用。堇青石显示其热膨胀的各向异性，不同的晶体方向呈现为正向和负膨胀。由于热膨胀的各向异性，在具有不同晶体取向的颗粒之间累积失配应变(mismatch strain)，这种应变导致微裂化。多晶堇青石陶瓷在热循环中经历更广泛的微裂化。在冷却过程中微裂纹打开，在加热过程中复原。这在具有可能造成微裂纹存在的加热和冷却曲线之差的热循环行为中产生滞后响应。微裂化的结果是与晶体平均CTE相比，所述陶瓷的总体热膨胀降低。

从某种意义上说，由于希望采用微裂化提高与材料强度成正比且与材料弹性模量和热膨胀成反比的材料耐热冲击性，通过微裂化降低热膨胀系数(CTE)是有益的。但是，随着微裂纹密度增大，材料强度明显降低，因此断裂韧度、孔隙率、热膨胀和强度之间的平衡变得困难。

发明内容

在一个方面，本发明公开了一种包括堇青石主相的多孔陶瓷材料，所述多孔陶瓷材料的归一化强度(MOR)(相对CFA)^-1(1-孔隙率/100)^-1大于20MPa。所述堇青石相具有网状微结构。

在另一方面，本发明公开了一种形成包括堇青石主相的多孔陶瓷体的方法，所述方法包括形成：包括无机陶瓷形成组分的增塑的混合物，所述无机陶瓷形成组分包括氧化镁源、二氧化硅源和氧化铝源，所述氧化铝源包括含氧化铝的细长颗粒，至少90重量％的所述含氧化铝的细长颗粒的长度为50-150微米；将所述增塑的混合物挤出成为生坯体；以及加热所述生坯体形成多孔陶瓷体。

可以实施本发明公开的材料和/或本发明公开的方法来提供多种废气后处理系统，这些系统具有高度多孔的壁并使气体流过所述壁(在一些应用中甚至具有厚的含催化剂的外涂层(catalyst-bearing washcoat))，而不会限制发动机的功率，对排放的颗粒具有高过滤效率，具有高强度，在快速加热和冷却过程中经受剧烈的热冲击并耐受腐蚀性废气环境。可以使用这种材料和方法来达到极低的组分压降，例如通过非常薄(极薄)的壁或者通过高孔隙率实现所述极低的组分压降，并且还能得到高烟炱量限制(high soot mass limit)。

附图简要说明

图1示出挤出配料中使用的类型1(富氧化铝)材料的代表性直径分布。

图2示出用于配料的类型1细长的富氧化铝材料的SEM显微图。

图3示出挤出配料中使用的类型2(铝硅酸盐)材料的代表性直径分布。

图4示出用于在挤出配料中混合的类型2的细长颗粒的SEM显微图。

图5A-5C示出由氧化物配料和36％富氧化铝的细长颗粒(配料组合物D10)制成的实施方式(样品14)在烧制至1430℃之后的烧制壁表面的SEM图像。

图6A-6C示出由氧化物配料和50％铝硅酸盐的细长颗粒(配料组合物D9)制成的实施方式(样品13)在烧制至1430℃之后的烧制壁表面的SEM显微图像。

图7A-7C示出由氧化物配料与细长颗粒制成的网状堇青石的如此烧制壁表面、抛光横截面和抛光纵截面(顶部至底部)的图像，所述细长颗粒由36％的类型1细长颗粒(D10号配料)(左)、50％的类型2细长颗粒(D9号配料)(中)和70％的类型2细长颗粒(D8号配料)(右)制成。

图8示出由基于滑石的D5号配料得到的样品6的SEM显微图像。

图9和10示出由非氧化物配料(分别是基于滑石的D6号配料/样品7和基于粘土的D7号配料/样品8)制得的网状堇青石材料的如此烧制壁表面和抛光横截面的SEM显微图像。

图11示出在对由D8号氧化物配料与47％的铝硅酸盐细长颗粒在1430℃烧制制成的细长颗粒形成的样品12进行加热(“H”)和冷却(“C”)循环的过程中，轴向杨氏模量(“弹性模量”)(单位为psi)随温度(℃)变化的图。