[发明专利]陶瓷结构体

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷组合物，其可选地为蜂窝结构体的形式；涉及适于烧结以形成所述陶瓷组合物的陶瓷前体组合物；涉及一种制备所述陶瓷组合物和陶瓷蜂窝结构体的方法；涉及包括所述陶瓷蜂窝结构体的柴油机微粒过滤器；并涉及一种包括所述柴油机微粒过滤器的车辆。

背景技术

陶瓷结构体、特别是陶瓷蜂窝结构体在制造液体和气体介质的过滤器的领域中是已知的。如今最相关的应用是将这些陶瓷结构体作为颗粒过滤器，用于除去车辆柴油发动机废气中的细小颗粒(柴油机微粒)，因为已表明这些细小微粒对于人体健康具有负面影响。

陶瓷材料必须满足一些要求。首先，该材料应具有足够的过滤效率，即，通过过滤器的废气应基本不含柴油机微粒，但该过滤器不应产生大幅的压力降低，即，其必须显示出足够的使废气流穿过其壁的能力。这些参数通常取决于过滤器的壁参数(厚度、孔隙率、孔径等)。

其次，该材料必须在较宽的温度范围内对柴油发动机废气中的化合物表现出充分的耐化学性。

第三，该材料必须对在其寿命周期内施加的高温差所致的热冲击具有抗性。因此，该材料应具有低热膨胀系数，以在加热和冷却期间免受机械张力。

第四，该材料的熔点必须高于在再生循环中过滤器内所达到的温度(通常>1000℃)。

如果上述要求不能得到满足，则机械和/或热张力可能造成该陶瓷材料出现裂纹，导致过滤器效率降低，甚至过滤器失效。

此外，由于大量生产车辆用过滤器，因此该陶瓷材料应该相对廉价，并且其制造工艺也应具备成本效益。

论文J.Adler,Int.J.Appl.Ceram.Technol.2005,2(6),p429-439中总结已知用于此应用的陶瓷材料，在此出于所有目的将其内容整体并入本说明书中。

针对适于该具体应用的陶瓷蜂窝过滤器的制造，已描述了数种陶瓷材料。

例如，由基于莫来石和铝假板钛矿(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，其具有介于[3A1₂O₃·2SiO₂](所谓的“化学计量的”莫来石，或“3:2莫来石”)与[2A1₂O₃·1SiO₂](所谓的“2:1莫来石”)这两个确定相之间的可变组成。已知该材料具有高熔点和中等的机械性质，但是耐热冲击性相对较差。铝假板钛矿是具有式[AI₂Ti₂O₅]的钛酸铝。已知该材料显示出高耐热冲击性、低热膨胀和高熔点。

由于这些性质，铝假板钛矿传统上是制造蜂窝结构体的受欢迎的材料选择。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描述了一种适于用作微粒过滤器的陶瓷体，其具有超过90质量％的钛酸铝含量。

为了将莫来石和铝假板钛矿的有利性质相结合，也已经进行了尝试，例如，开发包含这两相的陶瓷材料。

WO-A-2009/076985描述了一种陶瓷蜂窝结构体，其包含莫来石矿物相和铝假板钛矿矿物相。其实例描述了许多陶瓷结构，其通常包含至少约65体积％的莫来石和小于15体积％的铝假板钛矿。根据一个实例，制备了由72％3:2莫来石、13％红柱石、8％非晶相和7％铝假板钛矿构成的蜂窝。该蜂窝具有47.5％的总孔隙率，并且沿样品轴线的标准三点破裂模量(MOR)测试显示出了99N的断裂力。

本领域对于新型陶瓷过滤器材料存在需求，所述材料与现有技术的材料相比表现出相当或改进的性质。现已发现，同时提供所期望的机械强度与优异的耐热冲击性的陶瓷材料是能被制造的，其包含相对低量的铝假板钛矿相(与具有非常高的铝假板钛矿含量的常规蜂窝相比)和一定量的莫来石。这是令人惊讶的，因为已知莫来石相对于铝假板钛矿具有较差的耐热冲击性。

发明内容

根据第一方面，提供一种陶瓷组合物，其包含：

约25重量％～约60重量％的铝假板钛矿；

约35重量％～约75体积％莫来石；

约0重量％～约8重量％的氧化锆；

约0重量％～约10重量％的钛酸锆；

约0重量％～约10重量％的非晶相；

约0重量％～约5重量％的碱土金属氧化物；和

约0重量％～约10重量％的氧化铝(基于矿物相的总重量计算)；