[发明专利]制备含多孔α碳化硅的本体的方法和由该方法制备的本体

说明书

本发明涉及一种制备含有多孔α‑SiC的成形体的方法和由该方法所制备的含有多孔α‑SiC的成形体，该多孔的含有α‑SiC的成形体包括高于60％的浓度的他形晶体。含有多孔α‑SiC的成形体显示出提供高度机械稳定性的特征微观结构。该产品被用作柴油颗粒过滤器和/或用作催化剂载体。一种制备多孔碳化硅产品的方法，所述方法包括：‑制备包括硅、碳、至少一种硅化物形成和碳化物形成试剂(例如Al、Zn或Mg)、以及至少一种合金形成试剂(Cu)的混合物。

技术领域

本发明涉及一种制备含有多孔α-SiC的成形体的方法和由该方法所制备的含多孔α-SiC成形体。

背景技术

基于SiC的材料用于多种不同的应用，特别是用于在需要高温下的高稳定性或高耐腐蚀性的情况下的应用。基于高度多孔、轻量的SiC的陶瓷越来越多地用作用于催化剂的载体以及用作在高温下净化废气的过滤材料。

特别地，例如，过滤器用来减少柴油机排气中煤烟的比例。

过滤器也可涂覆有催化剂，以既帮助煤烟的燃烧，又帮助残余烃类和一氧化碳的氧化以及用于NOx还原的选择性催化还原(SCR)。

过滤器可以采取壁流式整料的形式。

陶瓷壁流式整料是柴油过滤器基板的最常见类型。除了柴油机过滤器设计外，它们还具有高的每单位体积的表面积和高的过滤效率等特点。整体柴油过滤器由许多小的平行通道组成，该平行通道迫使柴油气雾通过作为机械过滤器的多孔基板壁。为了反映这种流动模式，基板被称为壁流式整料。

壁流式过滤器壁具有在制备工艺中必须小心控制的细孔分布。总的材料可进入的孔隙率(accessible porosity)典型地在45％和50％之间或更高。整体壁流式过滤器上的过滤机制是滤饼和深度过滤的组合。典型地，整体过滤器具有在约70％和95％之间的总颗粒物(TPM)的过滤效率。

壁流式整料典型地由多孔陶瓷材料制成。市售过滤器中最常用的两种材料包括堇青石和碳化硅(SiC)。

市售高孔隙率过滤器(例如具有高于55％的可进入的孔隙率)通常非常脆，因此非常易碎。

目前的制备SiC过滤器的方法也是高能耗的，这是因为它们在高温下操作并且需要多个使制备成本非常高的步骤。

因此，具有增强的力学稳定性的高孔隙率碳化硅过滤器也将是有利的。

此外，制备高孔隙率碳化硅过滤器的改进的低能耗方法减少了所需步骤的数量并因此降低其成本将是有利的。

发明目的

本发明的目的是提供当与制备多孔碳化硅产品的常规方法相比时，更便宜、减少所需步骤的数量并降低成本的制备高孔隙率碳化硅产品的方法。

本发明的目的还在于通过制备具有最少量的非期望的副产品晶体和大量的他形晶体的高孔隙率碳化硅产品来提供具有高的力学稳定性的高孔隙率碳化硅产品，该他形晶体具有在晶体之间的高度互连、窄孔、晶体尺寸分布以及在原位生长的厚的稳定的氧化硅层。

发明内容

因此，在本发明的一个方面，上述目的和多个其他目的旨在通过提供一种制备多孔碳化硅产品的方法来获得，该方法包括：制备包括硅、碳、至少一种硅化物形成和碳化物形成试剂、以及至少一种合金形成试剂的混合物；通过加工该混合物而制备整体结构；对整体结构施加加热。

本发明的方法将至少一种硅化物形成和碳化物形成试剂与至少一种合金形成试剂组合在用于制备多孔碳化硅产品的混合物中。

这种组合是必需的，以获得具有所需晶体结构和所需性能的多孔碳化硅产品。

硅化物形成和碳化物形成试剂具有的功能是：通过与硅形成合金并因此降低硅化所需的温度而促进硅化。