[发明专利]陶瓷蜂窝结构体表面涂层

说明书

背景技术

陶瓷蜂窝结构体，例如那些用作催化转换器和柴油微粒过滤器(“DPFs”)的，可通过多种方法来生产。通常，通过挤出来生产蜂窝结构体，得到由蜂窝结构体的壁所分割的多种贯通孔或通道。每一条通道在该结构体的进料口尾端或出料口尾端封闭，并且在高温烧结该结构体。可选择地盖住邻近通道，以形成万格盘式样，从而迫使进入该结构体的流体在流出该结构体之前，流经结构体的壁。在这种方式中，流经该结构体的流体，当该流体流经该蜂窝结构体的壁时，可以与催化剂接触或过滤流体中的颗粒。

在催化剂转换器中与那些蜂窝结构体配合使用的催化剂，要求蜂窝壁的高温和高孔隙率，以保证催化剂的效率。因此，需要该结构体可被快速加热，以便有效清洁来自刚启动的引擎的废气。由于通常在废气先流经DPF、后流经独立的催化剂转换器的情况下使用DPFs，所以用作DPFs的那些结构体，要求当废气流经该过滤器时具有低压力损耗。

因此，希望这些蜂窝体结构，在可以忍受与内燃机相关联的极端温度的同时，具有低热容，使得经过该结构体的压力损失最小化。为了获得上述性质，希望获得高孔隙率和低壁厚。然而，高孔隙率和低壁厚导致低机械强度，从而导致在制造中产生多种问题。

在解决这些问题的一项尝试中，本领域现公开的方法是蜂窝结构体置于陶瓷糊料或衬垫之内，使得结构体具有增强的机械强度，避免震动，并封闭该结构体，从而当其外壳密封时，废气将不会在该结构体和其外壳之间流过。

同样已提出通过制造多个较小的蜂窝结构体、并利用陶瓷粘合材料将其粘结在一起的方法制造一种单一结构体，其仍需要利用在结构体外表面周围的表面涂层来保证外表面的一致性。这些单一的蜂窝结构体可更有效支撑它们的自重，并且一旦烧结该整体，该粘合材料可使得该结构体的机械强度得到增强。

无论该整体是通过较小蜂窝结构体组装得到，还是作为单一元件挤出得到，在烧结步骤之后，该结构体的外表面可能需要切削加工，使得该结构体外形满足关于粗糙度和实际直径的严格规范性要求，并产生可供粘结表面涂层的表面。在某些情况下，这种切削加工会导致部分蜂窝单元暴露，从而需要由表面涂层填充，在这些情况下通常是陶瓷糊料。

表面涂层优选包括陶瓷糊料，这是因为它们可采用与该陶瓷蜂窝结构体类似的材料制作，使得其热容相近，并且它们可用于完善该结构体的外形。可与糊料结合使用衬垫，以便于在使用该结构体时，对其提供额外保护使其免于震动损伤。优选地，这些糊料通过吸收酸性催化物质，将抗裂化、剥落和退化。现有的陶瓷糊料材料中，没有一种能充分实现上述所有目的。

附图简要说明

图1是受试表面涂层配方实施例与商用陶瓷糊料表面涂层产品相比较的压坯密度的图形表示。

图2是受试表面涂层配方实施例与商用陶瓷糊料表面涂层产品相比较的粘度的图形表示。

图3是受试表面涂层配方实施例与商用陶瓷糊料表面涂层产品相比较的在多种条件下的断裂模量的图形表示。

详细说明

现在我们已经表明了在制造陶瓷蜂窝结构体的干燥和烧结阶段，添加二次纤维可最小化该表面涂层的裂化。这些二次纤维不是必须是耐高温纤维，不具备耐特别高温度功能的纤维亦可非常好地防止该表面涂层在干燥和烧结阶段的裂化。该术语“蜂窝结构体”包括任何用于废气处理装置，例如催化剂转换器、柴油颗粒过滤器、选择性催化还原装置、NO_x捕获器及类似装置中的多孔陶瓷结构体。

进一步，我们已经表明了，在干燥阶段，如本文所述的表面涂层的表面上形成非吸附的、坚硬的、致密的、类似于蛋壳的表面。而在理论上没有被限制的是，可以相信在干燥阶段，由二氧化硅类的迁移形成该表面。该表面防止酸性催化剂涂层被吸附进该表面涂层。优选的是防止吸收，因为，如上所述，通过暴露于酸性催化剂涂层下，可退化该表面涂层。防止吸收同样允许使用较少量的催化剂涂层，降低了整体产品的成本。

本文提供的是陶瓷蜂窝结构体表面涂层，和生产陶瓷蜂窝结构体表面涂层的方法，其提供硬壳的、耐酸和耐碱的、耐切削的具有高强度的陶瓷蜂窝结构体表面涂层，并且其可阻挡污染控制催化剂被吸收进表面涂层。

在一个实施方案中，用于多孔陶瓷(例如，蜂窝)基体的陶瓷表面涂层材料包括耐火陶瓷纤维或生物可溶性无机纤维；粘度调节剂、胶态无机氧化物；任选地，无机粘合剂；任选地，无机微粒；和任选地，二次无机纤维。