[发明专利]改善的多孔莫来石体及其制备方法

说明书

本申请是申请号为200480010571.8，申请日为2004年4月23日，发明名称为“改善的多孔莫来石体及其制备方法”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及莫来石体(mollite body)以及形成莫来石体的方法。特别地，本发明涉及含有融合的联锁针状颗粒(fused interlocked aciculargrains)的莫来石体以及形成其的方法。

背景技术

最近，在欧洲和美国通过了关于柴油发动机释放的颗粒物质更加严格的条例。为了满足这些条例，颗粒过滤器是必需的。

这些颗粒过滤器不得不满足多重矛盾的严格要求。例如，过滤器必须含有足够的孔率(通常大于55％的孔率)，而同时仍需截留绝大部分微米大小的柴油机释放颗粒(通常可以捕获大于90％的释放颗粒)。所述过滤器还必须具有足够的可通透性以便不会很快的产生极大的回压，同时仍能够在再生前负载大量的烟黑。所述过滤器必须可以经受长时间的腐蚀性排放环境。所述过滤器必须具有起始强度(initialstrength)以便可以被放置到与排放系统连接的容器中。所述过滤器必须可以经受燃烧掉过滤器中所捕获的烟黑(再生)的上千次循环的热循环(即，保持足够的强度)，其中局部温度可达到1600℃。根据这些严格的标准，通常陶瓷过滤器是开发柴油机颗粒过滤器所选择的材料。

在早期，由于堇青石低廉的价格和作为汽车排放系统的三路催化剂载体，开发出烧结的堇青石陶瓷过滤器来作为一种可能的柴油机颗粒过滤器。不幸的是，堇青石不具备高孔率、高通透性和高烟黑负载以及与之相关的上千次再生循环之后可保持强度的性能以来满足上述的严格要求。

最近，由于碳化硅具有高强度以及经过热循环之后还能保持强度的能力，而引起用其作为过滤器的兴趣。然而，碳化硅不得不经受如使用昂贵的精细碳化硅粉末在高温下的烧结过程。由于碳化硅被烧结，所以在过量的回压产生之前，所产生的孔结构仅具有有限的烟黑负载。

另外，美国专利5,098,455描述了使用交织生长在一起的莫来石作为柴油机颗粒捕获装置(trap)。这些莫来石过滤器并不能满足柴油机过滤器例如耐热冲击(thermal shock resistance)的要求标准。

因此，期望可以提供形成的方法以及能够解决如上述问题之一的在先工艺中一个或多个问题的陶瓷材料。

发明内容

本发明的第一个方面是制备针状莫来石组合物的方法，该方法包括：

a)形成一个或多个含有存在于莫来石中的成分的前体化合物和性能增强化合物的混合物，该性能增强化合物包括选自镁、钙、铁、钠、钾、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、硼、钇、钪、镧或其组合物的成分。

b)使混合物成型为多孔的生坯(green shape)

c)在含有含氟气体的空气中加热步骤(b)中形成的多孔的生坯到足够的温度以形成莫来石组合物，该组合物主要包括本质上是化学结合的针状莫来石颗粒。

本发明的第二个方面是主要由本质上是化学结合的针状莫来石颗粒组成的多孔莫来石组合物，其中该莫来石组合物含有至少部分为莫来石颗粒的相，其中该相包括至少一个选自铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、硼、钇、镧或钪的成分。

令人惊讶的是，与缺乏这些成分的条件下制备的莫来石组合物相比，存在于上述相中的成分会使多孔针状莫来石结构具有提高热冲击系数(thermal shock factor)。另外，相对于在缺乏这些成分的条件下制备的莫来石组合物，在本发明中的一些组合物，如含有铈的组合物中，可以形成具有更好的强度、更大的密度以及仍有更高的通透性的莫来石组合物。

本发明的莫来石体可以用于任何适于莫来石的应用中。例子包括过滤器、耐火材料、热和电绝缘体、金属或塑料合成车身的增强物、催化剂和催化剂载体。

本发明的详述内容

莫来石组合物

莫来石组合物由本质上是化学结合的针状莫来石颗粒组成。该莫来石颗粒至少约占莫来石组合物的90％。优选莫来石颗粒至少约为95％，更优选至少约为98％，甚至更优选至少约为99％的组合物体积。除了莫来石颗粒，该莫来石组合物还含有由二氧化硅和可以以结晶沉淀存在于玻璃中的处于氧化物形式的金属混杂物组成的玻璃相。通常，该玻璃相位于颗粒表面和交叉颗粒的表面。