[发明专利]包含成孔剂组合的形成钛酸铝陶瓷的批料混合物和生坯，以及它们的制造和烧制方法

说明书

发明背景

本申请要求2005年5月31日提交的名为“包含成孔剂组合的形成钛酸铝陶瓷的批料混合物和生坯，以及它们的制造和烧制方法(Aluminum TitanateCeramic Forming Batch Mixtures and Green Bodies Including Pore FormerCombinations and Methods of Manufacturing and Firing Same)”的美国临时申请第60/686117号的优先权。

发明领域

本发明涉及一种包含成孔剂(pore former)的钛酸铝陶瓷批料混合物，包含成孔剂的钛酸铝生坯，以及用来制造和烧制钛酸铝陶瓷体的方法。

技术背景

使用烃类燃料(例如烃气、汽油或柴油燃料)的内燃机系统排放的废气会造成严重的大气污染。在这些废气中，许多污染物是烃类和含氧化合物，后者包括氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)。许多年来，汽车工业一直在试图减少汽车发动机系统产生的污染物的量，人们在二十世纪七十年代中期引进了第一辆装有催化转化器的汽车。长久以来，人们优选将堇青石基材(通常为蜂窝体的形式)用作汽车催化转化器上用来负载催化活性组分的基材，这部分是由于堇青石陶瓷体具有高耐热冲击性。所述耐热冲击性与热膨胀系数成反比。也即是说，具有低热膨胀性质的蜂窝体具有良好的耐热冲击性，能够耐受在其使用过程中经历的很宽的温度起伏。

但是，在许多应用中，例如在某些柴油机颗粒过滤器应用中，可能需要具有较高耐热冲击性的材料。因此，人们已经进行了很大的努力，力求开发出具有高耐热冲击性以及适用于这些更剧烈的柴油机颗粒过滤器应用的孔隙率、热膨胀系数(CTE)和断裂模数(MOR)的组合的材料和陶瓷蜂窝体制品。具体来说，钛酸铝陶瓷是一种用于所述高温用途的极佳的候选材料。为了在这些钛酸铝材料中达到所需的高孔隙率(通常高于40％)，人们将石墨成孔剂加入无机批料中。然而，人们所不希望看到的是，加入石墨的时候，会导致为了完全烧尽石墨而不造成部件裂纹，需要极长的烧制周期(例如超过180小时)。另外，不希望使用高石墨用量，这是因为对高频干燥具有负面影响，所述高频干燥是用来对无机材料形成的生坯进行干燥的常规方法。

因此，应当认识到，人们需要在钛酸铝制品中获得所需的高孔隙率、同时缩短烧制周期长度和/或不会产生裂纹的部件和/或使得干燥过程复杂化的方法的要求尚未得到满足。

发明内容

根据第一个方面，本发明涉及一种形成钛酸铝陶瓷的批料混合物，其包含：无机批料，其优选包括氧化铝源、氧化钛源和二氧化硅源；成孔剂组合，其包括第一成孔剂和组成与第一成孔剂不同的第二成孔剂；有机粘合剂；以及溶剂。认为在形成钛酸铝的批料混合物中使用成孔剂组合，在烧制过程中得到了较低的总体放热反应，和/或独立的放热反应，从而减小了部件在烧制的时候产生裂纹的倾向。另外，可以使用较低的石墨或碳的含量，从而减小干燥的难度。另外，使用成孔剂组合还可得到显著缩短的烧制周期时间。例如，某些成孔剂组合使得烧制周期时间小于180小时，更优选小于160小时，更优选小于120小时，在一些实施方式中小于100小时，甚至小于80小时。

根据第二个方面，本发明涉及一种形成钛酸铝陶瓷的生坯，其包含以下组分的均一混合物：无机批料，其包括氧化铝源、氧化钛源和二氧化硅源；一种成孔剂组合，其包括第一成孔剂和具有不同组成的第二成孔剂；有机粘合剂；所述生坯包含多个互连的壁，这些壁形成多条穿过所述生坯的孔通道。

根据另一个很宽的方面，本发明涉及一种制造钛酸铝陶瓷制品的方法。所述方法包括以下步骤：将无机批料与成孔剂组合混合起来，形成批料组合物，所述无机批料优选包括二氧化硅源、氧化铝源和氧化钛源，所述成孔剂组合包括第一成孔剂和具有不同组成的第二成孔剂；向所述批料组合物中加入有机粘合剂和溶剂，进一步混合，形成增塑的混合物；由所述增塑的混合物形成(优选通过挤出法)生坯；对所述生坯进行烧制，制得具有钛酸铝主要相的陶瓷制品。