[发明专利]陶瓷组合物

说明书

技术领域

本申请涉及适合于烧结形成陶瓷材料或结构体(例如，陶瓷蜂窝结构体)的陶瓷前体组合物、陶瓷材料或结构体(例如，能够通过烧结所述陶瓷前体组合物获得的陶瓷蜂窝结构体)、制备所述陶瓷前体组合物和陶瓷材料或结构体(例如，陶瓷蜂窝结构体)的方法、包含所述陶瓷结构体的柴油颗粒过滤器、包含所述陶瓷结构体的选择性柴油颗粒过滤器、包含所述陶瓷结构体的汽油颗粒过滤器、包含所述柴油颗粒过滤器、选择性柴油颗粒过滤器或汽油颗粒过滤器的载具和包含所述陶瓷材料或结构体的SCR催化剂体系。

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载具的柴油发动机废气中的细小颗粒(柴油颗粒)，因为已表明这些细小颗粒对于人体健康具有负面影响。

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

对于适于该具体应用的陶瓷蜂窝过滤器的制造，已记载了数种陶瓷材料。

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体已被用于构建柴油颗粒过滤器。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“化学计量比”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、耐火性和中等的机械性质。铝假板钛矿是具有式[Al₂Ti₂O₅]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颗粒过滤器的陶瓷体，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结合，也已经进行了例如开发包含这两种相的陶瓷材料等尝试。

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体，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。

WO-A-2014/053281记载了一种提供理想的机械强度以及优异的耐热冲击性的陶瓷材料，其包含相对较低量的铝假板钛矿相以及一定量莫来石。

由上述引用文献可知，相当多的关注集中于陶瓷结构体中铝假板钛矿和莫来石的相对量和这个如何影响如强度、耐热冲击性和热膨胀等性质。

还已知用SCR(选择性催化还原)催化剂涂布多孔陶瓷结构体。此结构体的实例记载于US-A-2013136662，其将氨作为还原剂用于将NO_x气体转化为N₂和水。

这些陶瓷结构体的过滤效率可能取决于过滤器的物理和热机械性质(例如，壁厚、密度、孔隙率、孔径等)。高孔隙率是所希望的，但是制备同时具有孔隙率和高热机械性质的陶瓷结构体是目前的挑战。

发明内容

根据第一方面，提供了一种具有至少三峰粒径分布的陶瓷前体组合物，所述陶瓷前体组合物包含：

(a)具有粗粒径分布的第一无机颗粒材料；

(b)粒径分布比(a)更细的第二无机颗粒材料；

(c)d₅₀等于或小于约5μm并且可选地粒径分布比(b)更细的第三无机颗粒材料；和

(d)成孔剂或至少一种成孔剂，例如，其量为适合得到孔隙率为至少约50％的陶瓷材料的量(基于所述陶瓷材料的矿物相和孔隙空间的总体积计算)。

根据第二方面，提供了一种制造铝假板钛矿含量为至少约50重量％且孔隙率为至少约50％的陶瓷材料或结构体的方法，所述方法包括：

(i)提供、制备或得到具有至少三峰粒径并具有包含以下成分的组成的陶瓷前体：

(a)具有粗粒径分布的第一无机颗粒材料；

(b)粒径分布比(a)更细的第二无机颗粒材料；