[发明专利]β-锂辉石-堇青石组合物、制品和方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2009年11月30日提交的题为“β-锂辉石-堇青石组合物、制品和方法”的美国临时专利申请第61/265106号的权益和优先权，本文以该申请的内容为依据并通过参考将其全文结合于此。

技术领域

本文所揭示的制品和方法一般涉及多孔陶瓷材料和相关的多孔陶瓷结构，如可用作陶瓷催化剂载体基材和微粒过滤器的蜂窝体结构。

背景技术

制造多孔陶瓷蜂窝体所面临的一个重要挑战是既要提供搬运、罐装和使用所需的强度，又要提供高孔隙率和/或薄孔壁。

发明内容

本发明涉及锂辉石-堇青石复合材料制品，这种制品包括这样的实施方式，即该制品在锂辉石-堇青石-二氧化硅三元材料中具有基础组合物，同时还任选包含一个或多个选自多铝红柱石、尖晶石和刚玉的次晶相。这种制品包括体积密度小于0.3g/cm³的多孔锂辉石-堇青石蜂窝体，可包括具有低微裂或者没有微裂的制品。其他实施方式是轴向断裂模量强度至少为200psi的多孔蜂窝体。

本发明还涉及形成锂辉石-堇青石组合物的多孔陶瓷制品如陶瓷蜂窝体制品的方法。这些方法的实施方式包括以下步骤：首先，将无机批料成分与液体和有机黏结剂混合，形成塑化批料混合物，无机批料成分包含氧化镁源、二氧化硅源、氧化铝源和氧化锂源，其中氧化锂源包含一种或多种含锂化合物，氧化镁源包含一种或多种含镁化合物，氧化镁源在无机批料成分中所占比例小于25重量%。然后，将这样提供的批料形成为生坯体，并将生坯体加热到1180-1260℃的最高温度，加热足够时间，使生坯体转化为多孔陶瓷制品，所述制品由β-锂辉石主相和堇青石次相组成。在所揭示的多孔制品的一些实施方式中，β-锂辉石相和堇青石相在多孔陶瓷制品中所占总比例超过80重量%。本发明还提供了多孔陶瓷制品包含少于4重量%的玻璃的实施方式。

氧化锂源可包含各种锂的无机化合物中的任何化合物，但在一些实施方式中，氧化锂源选自锂辉石、透锂长石及其组合。出于制备蜂窝体制品的目的，可通过蜂窝体挤出模头挤出塑化批料混合物，形成蜂窝体挤出物，并对所述蜂窝体挤出物进行干燥和反应烧结，反应烧结达到的温度至少足以产生锂辉石-堇青石蜂窝体。

又一方面，本发明涉及包含β-锂辉石主相和堇青石次相的多孔陶瓷体，其中β-锂辉石相和堇青石相在所述多孔陶瓷体中所占总比例超过80重量%，且所述多孔陶瓷体包含少于4重量%的玻璃。包含少于2重量%的玻璃的陶瓷体包括在本发明的范围之内，如β-锂辉石相和堇青石相在陶瓷体中所占总比例超过90重量%的陶瓷体，以及基本上不含玻璃的陶瓷体。通过压汞法测得的总孔隙率大于40%的多孔陶瓷体也包括在本发明的范围之内，包括压汞法总孔隙率为40-60%的陶瓷体。这种多孔体的其他实施方式的中值孔径小于20μm。

本发明的锂辉石-堇青石蜂窝体可用来制造诸如催化转化器和过滤器之类的装置，用于控制柴油机和汽油机的排放。这种装置的实施方式包括结合了上述锂辉石-堇青石蜂窝体的紧耦合（close-coupled）发动机废气转化器，所述蜂窝体的孔隙率大于35体积%，孔壁厚度小于4×10^-3英寸。本发明还提供了包含孔隙率大于55体积%、孔壁厚度小于4×10^-3英寸的锂辉石-堇青石蜂窝体的汽油机微粒废气过滤器，以及包含孔隙率大于55体积%、孔壁厚度小于12×10^-3英寸的锂辉石-堇青石蜂窝体的NOx集成式发动机废气过滤器。在一些实施方式中，本文所述的用作催化剂基材载体的蜂窝体具有高孔隙率（大于55%）和薄壁（小于0.004英寸），可设置在污染控制系统中，如具有快速起燃（light-off）性能的紧耦合催化转化器或低压降汽油微粒过滤器。在一些实施方式中，用作NOx集成式过滤器的蜂窝体的孔隙率大于65%，提供了高催化剂负载容量。

本文所述的催化剂载体基材和过滤器可用于从汽油机和柴油机废气中除去污染物的先进系统中，所述污染物包括一氧化碳、氮氧化物、未燃烧的烃和含碳微粒。

附图说明

下面结合附图进一步描述了本发明的制品、方法和装置，其中:

图1呈现了有关水热老化对具有不同组成的蜂窝体催化剂基材的催化性能的影响的数据；

图2是呈现有关堇青石和锂辉石-堇青石复合蜂窝体的加热和转化效率的数据的图线；

图3是说明由各种陶瓷材料形成并经受住愈加苛刻的热冲击处理的洗涂蜂窝体基材数量的图线；