[发明专利]制备低热膨胀陶瓷体的组合物和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年2月25日提交的美国临时申请第61/307964号的优先权。

技术领域

本发明涉及低热膨胀陶瓷体的制造，包括用于制备低热膨胀堇青石陶瓷体的组合物和方法，如处理机动车废气排放物所用类型的难熔堇青石蜂窝体。

背景技术

堇青石陶瓷蜂窝体广泛用作催化转化器中的催化剂载体，用来从汽油发动机废气中除去一氧化碳、氮氧化物和未燃烧的烃，以及用来捕集柴油发动机废气中存在的微粒。当堇青石基材或过滤器用于严苛的发动机排气环境时，影响其热耐久性的关键因素是材料的热膨胀系数（CTE）。在诸如发动机排气系统在使用过程中常见的极端温度循环条件下，基材经受热梯度引起的高热应力。

发明内容

本发明包括用于制造陶瓷产品如堇青石产品的新型批料混合物，以及用这种混合物制备这种产品的方法。因此，一方面，本发明提供了制备陶瓷体的方法，所述方法包括将粉碎预混物与一种或多种无机组分配混成批料混合物的步骤。所述预混物由纤维素组分和氧化铝源组分组成。然后，将一种液体加入所述批料混合物，形成可塑或塑化批料，然后将所得的可塑或塑化批料成形为成形体，再加热所述成形体，形成陶瓷体。

在其他方面，本发明包括用于制备陶瓷体的批料混合物，所述陶瓷体特别包括例如主要由堇青石组成的陶瓷蜂窝体。在具体的实施方式中，批料混合物包含粉化氧化镁源、氧化铝源和二氧化硅源以及纤维素粘结剂组分，其中至少部分混合物由粉碎预混物组成，所述粉碎预混物主要由纤维素组分和粉化氧化铝源组成。根据这些实施方式中的一些实施方式，预混物中的氧化铝源组分是水合氧化铝粉末，例如氢氧化铝或羟基氧化铝，在一些实施方式中是勃姆石或假勃姆石，如解聚勃姆石或假勃姆石形式。

在又一些方面，本发明包括用于配混所述批料混合物和实施所述方法的新型粉碎预混物。在具体的实施方式中，这些预混物包含主要由纤维素醚粉末组分和解聚勃姆石粉末组分组成的粉末掺混物。

如下文所更充分描述的那样，研究发现，如本文所述配制的预混物为所披露的可塑或塑化批料混合物和通过加热这种批料混合物形成的陶瓷体都提供了有益的性质。在具体的实施方式中，可塑或塑化批料混合物的弹性得到改善，陶瓷体的热膨胀系数降低了。

附图说明

下面结合附图进一步描述所述方法和组合物：

图1是所选纤维素氧化铝混合物的粒度比较图。

图2是塑化陶瓷批料混合物的拉伸性质比较图。

具体实施方式

研究发现，本文所述的方法以及用于实施这些方法的批料混合物和预混物可用于制备许多陶瓷产品，所述陶瓷产品包含氧化铝或含铝晶相，并在其制备中利用氧化铝源，如粉化氧化铝源。在一些方面，本发明的方法和混合物为堇青石陶瓷，特别是堇青石蜂窝体的制造提供了特别的优点，堇青石蜂窝体因其高强度和难熔性以及高几何表面积而特别有价值，其中所述高几何表面积在孔密度高、壁厚度小的蜂窝结构中是有保障的。因此，以下描述和实施例具体结合这种陶瓷和蜂窝体的制造展开，但所述方法和组合物不一定受限于此。

通过实施所述方法能否保证获得所述优点取决于所述粉碎预混物的制备。在配混选定的批料混合物之前，先将所选的纤维素组分与所选的氧化铝源组分混合，形成第一混合物，然后适当粉碎该第一混合物，形成预混物。

第一混合物的粉碎可利用磨粒器械如粉化机或超微粉碎机有效地进行。这种研磨设备可商购，其例子包括能够将较大微粒变成亚毫米粒度（即粒度在微米范围内）的粉化机。在通过使用这种设备所保证的具体实施方式中，对粉碎预混物进行加工，使其平均粒度不超过约25μm，在一些实施方式中不超过约10μm。

用于制备预混物的纤维素组分应当是较干的粉末。游离吸附水含量不超过5重量%，如小于或等于3重量%或者小于或等于2重量%的粉末是用于此目的的材料的例子。虽然无意受限于理论，但目前的数据显示，至少有一些纤维素组分，甚至纤维素组分粒子的主要部分，可基本上被经适当粉碎的预混物中的至少一些氧化铝源组分粒子覆盖。

为制备可塑或塑化批料混合物而向所述粉末中加入液体的步骤可利用常规技术完成。所述液体可在配混步骤中加入无机组分和预混物，或者作为附加或替代方式，在该配混过程基本上完成之后加入。