[发明专利]经纤维强化的多孔性基材

说明书

技术领域

本发明概括涉及多孔性蜂巢状基材，且更特定涉及由包含以纤维为基质的材料的原料所组成的多孔性蜂巢状基材。

背景技术

先进的陶瓷材料一般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）、航空应用（如太空梭砖）、耐火的操作（如耐火砖）及电子装置（如电容器、绝缘体）。在这些环境中，多孔性陶瓷体特别用作过滤器。例如，现今的汽车工业使用陶瓷蜂巢状基材（即多孔性陶瓷体）以主导废气的催化性氧化还原及过滤微粒状的排放物。陶瓷蜂巢状基材提供过滤上的高比表面积及催化反应上的支撑体，同时，在有关汽车引擎环境的高操作温度下，陶瓷蜂巢状基材是稳定且实质上结构可靠的。

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应力影响，例如自高温度梯度产生的应力，与使材料遭受极端温度间热偏移的环境。当所欲的特性为高度多孔性时，例如过滤应用上，暴露于极端热环境的陶瓷材料的表现甚至更加受到挑战。已知作为高温环境中的过滤介质及/或催化性主体的高孔隙度钛酸铝基材材料，在许多应用中会降解及失效。

发明内容

本发明藉由使用以纤维为基质的材料来提供由一刚性纤维状微结构所产生的具机械完整性的所欲组成，提供一高孔隙度基材，从而克服先前技术缺点。本发明的基材适合用于严苛的环境中，如高温环境，作为过滤介质及/或催化性主体。

在本发明的一方面，多孔性蜂巢状基材包含刚性蜂巢状外形，所述刚性蜂巢状外形具有一通道阵列。如本说明书所使用，「刚性」一词意谓该结构在处理或加工时并非可挠的或可弯曲的，展现至少100 psi的冷碎强度（cold crush strength）。本发明的蜂巢状基材包含约10体积%至约60体积%的陶瓷纤维，与差额的或约90体积%至约40体积%的纤维材料。所述陶瓷纤维与所述陶瓷材料形成多孔性基材的组成，其系由所述陶瓷纤维与所述陶瓷材料之间的反应所产生。所述多孔性基材中的纤维材料贡献于基材中具孔隙度的开孔网络的形成，在过滤应用上提供高渗透性与低操作背压。

制造所述多孔性蜂巢状基材的方法包括混合约10体积%至约60体积%的纤维材料与差额的以颗粒为基质的材料，以提供作为所述基材的所欲组成的前驱物的材料。这些材料（代表非挥发性组分）与挥发性组分（如粘结剂与孔洞形成剂）和一液体混合，以提供一可挤制的混合物。所述混合物被挤制成为一胚体蜂巢状外形，经过干燥，并经过一系列加热加工以接续除去挥发性组分，然后烧结所述胚体蜂巢状外形以将所述前驱物反应成形为所欲的组成。

在本发明的一方面，由以纤维为基质的材料与以颗粒为基质的材料之间的反应成形的组成，可为以纤维为基质的材料上的介面层，或是形成于以纤维为基质的材料或以颗粒为基质的材料的表面上。在本发明的另一方面，由以纤维为基质的材料与以颗粒为基质的材料之间的反应成形的组成，可实质上均匀地分布于所述基材中。在本发明的又另一方面，由以纤维为基质的材料与以颗粒为基质的材料之间的反应成形的组成，可实质上消耗掉所述纤维，使得纤维材料与陶瓷材料之间的介面实质上无法确定。

本发明的各方面包含由纤维材料与以颗粒为基质的材料之间的反应成形的组成，包含，但不限于，钛酸铝、堇青石与碳化硅。

附图说明

图式构成本说明书的一部分，并包括本发明的例示型实施方案，其可以各种形式而体现。

图1描述根据本发明的蜂巢状基材。

图2显示本发明的蜂巢状基材中多孔性微结构的放大区域。

图3为一流程图，描述根据本发明制造多孔性蜂巢状基材的方法。

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体现。因此，本文揭露的特定细节不应视为限制，而是作为教导熟悉本技术领域人士实际上如何应用本发明的详细系统、结构或方式的代表性基础。

以陶瓷纤维为基质的基材材料可用于高温隔热、过滤及主导催化反应。所述材料，以任何各种形式，可用于高温应用如触媒转化器、NO_x吸附器、脱硝过滤器、多功能过滤器、熔融金属的传输机制与过滤器、再生器核心、化学加工、固定床反应器、加氢脱硫作用、加氢裂解或加氢处理，及引擎排气过滤。