[发明专利]陶瓷加工

说明书

用于陶瓷加工的方法，例如，由陶瓷坯体除去水的方法、挤出陶瓷组合物的方法、封堵陶瓷蜂窝结构体的方法、和利用表皮组合物涂布陶瓷蜂窝结构体的方法以及相关产品。

技术领域

本发明一般性涉及陶瓷组合物的加工和由所述过程制造的产品。例如，在一个方面，本发明涉及干燥陶瓷坯体的方法，所述方法例如可减少陶瓷组合物的差异收缩和相应的开裂。在另一方面，本发明涉及挤出陶瓷组合物的方法，所述方法涉及控制陶瓷组合物的不同区域的温度，以致在挤出之前和/或挤出过程中这些区域具有不同的温度。在某些实施方式中，这可使得陶瓷组合物基本均匀流动，从而减少挤出的陶瓷组合物弯曲。在又一方面，提供了封堵组合物在填充陶瓷蜂窝结构体的一个或多个单元的开口中的应用，其中所述封堵组合物具有的烧结收缩等于所述陶瓷蜂窝结构体的烧结收缩或比所述陶瓷蜂窝结构体的烧结收缩低至多约0.2个百分点。在另一方面，提供了用于陶瓷蜂窝结构体的外表皮组合物中胶粘剂的应用。

背景技术

陶瓷结构体，特别是陶瓷蜂窝结构体，在用于制造液体和气体介质过滤器的技术中是众所周知的。现今最相关的应用是使用这样的陶瓷结构体作为颗粒过滤器，从汽车发动机的废气中除去微粒(如柴油机微粒)，这是因为这些微粒已被证明对人体健康有负面影响。

J.Adler，Int.J Appl.Ceram.Technol.2005，2(6)，第429-439页的论文对已知用于这种应用的陶瓷材料做了综述，该论文的全部内容并入本文中以用于所有的目的。

已经描述了几种陶瓷材料用于制造适合于该具体用途的陶瓷蜂窝过滤器。例如，基于莫来石(mullite)和铝假板钛矿(tialite)的陶瓷材料制得的蜂窝已被用于构建柴油机微粒过滤器。莫来石是含有铝和硅的硅酸盐矿物，具有在两个确定的相[3Al₂O₃·2SiO₂](所谓的“化学计量”莫来石或“3:2莫来石”)和[2Al₂O₃·1SiO₂](所谓的“2:1莫来石”)之间可变的组成。该材料已知具有较高的熔点和合理的机械性能，但热震性能相对较差。铝假板钛矿是具有式[Al₂Ti₂O₅]的钛酸铝。该材料已知显示出很高的抗热震性、较低的热膨胀和高熔点。

由于这些特性，铝假板钛矿传统上一直是制造蜂窝结构体的首选材料。例如，US-A-20070063398描述了用作微粒过滤器的多孔体，其包含超过90％的铝假板钛矿。类似地，US-A-20100230870描述了适合用作微粒过滤器的陶瓷体，其具有的钛酸铝含量为超过90质量％。

还尝试结合莫来石和铝假板钛矿的正面性能，例如开发包含这两相的陶瓷材料。

WO-A-2009/076985描述了包含莫来石矿物相和铝假板钛矿矿物相的陶瓷蜂窝结构体。实施例描述了通常包含至少约65体积％的莫来石和小于15体积％的铝假板钛矿的各种陶瓷结构体。根据一个实施例，制备了由72％的3:2莫来石、13％的红柱石、8％的无定形相和7％的铝假板钛矿构成的蜂窝。蜂窝具有的总孔隙率为47.5％，沿试样轴线的标准三点断裂模量(MOR)测试表明，断裂力为99N。

陶瓷材料的加工一般涉及制备陶瓷组合物，即，将各种矿物和其他组成陶瓷材料的材料混合，使混合物形成为所需的形状(例如通过挤出)以形成陶瓷坯体，干燥陶瓷坯体以除去水，然后烧结干燥的陶瓷制品。烧结的陶瓷制品的表面然后例如可以由表皮层(其可以保护陶瓷制品免受温度的快速变化和/或压力的增加)涂布。

执行这些步骤的精确方式将影响所述过程的产品。例如，陶瓷组合物加工过程中可能出现的常见问题包括，例如，陶瓷材料在干燥过程中开裂(例如，由于陶瓷材料的差异化或快速收缩)、陶瓷材料在挤出过程中弯曲或变形、陶瓷蜂窝的单元在烧结后变形或渗漏(例如，由于蜂窝结构体和用于填充单元开口的封堵材料的收缩程度不同)以及陶瓷皮组合物的低粘着性、低机械抗力或高收缩性。因此理想的是产生能够例如改善这些问题中的一个或多个的替代性或改进的过程。