[发明专利]高温低热膨胀陶瓷

说明书

本发明涉及通过加入氧化铁来对钛酸铝和钛酸铝-高铝红柱石的复合物进行高温稳定化。人们发现，大于5%且高达约25%（重量）的氧化铁浓度在高温时能对钛酸铝产生一种稳定作用。该作用不同于以前的稳定化偿试。

钛酸铝可以被有效地用作流体的过滤物，尤其可用作柴油的细粒过滤物和催化转化剂的基体，其中的一个例子在该领域中被普遍地认为是蜂窝状基体。此外，钛酸铝在热冲击阻力和最高使用温度较高的应用场合下是人们所希望的。使用在高热梯度条件下的蜂窝状基体就属于这种应用的例子。典型地，以上所述的结构是受一些苛刻的环境所制约的，这种环境要求有高的耐热冲击性、低的热膨胀和高的机械冲击性。该领域的熟练人员希望的是，在他们所确定的环境中延长这些特性的维持时间来消除对许多潜在有用的难熔物质的需要。通常出现在受这些环境制约的陶瓷材料中的晶相重排现象削弱了人们所需的物理和化学性质。其结果是产生一种降级了的不再适合于所定用途的结构。

在本技术领域中人们已了解到，把稀土氧化物和氧化铁掺杂到主要由钛酸铝所组成的混合物中会赋于该物体以烧结助剂并会进一步增加对高温降解的稳定性。但人们还没有最后确定该稳定性是怎样受影响的，尽管已经晓得Fe₂TiO₅是与Al₂TiO₅形成固溶体的。该固溶体在烧结时形成，在高温例如超过1400℃时会受到促进。稀土氧化物所起的作用会影响晶粒成长的过程，于是可增加机械强度。

在本发明中我们发现，其量大的惊人的Fe₂O₃的掺加物可以被包括在Al₂TiO₅的母体中。这种结合体然后可以被挤压并烧结成蜂窝状结构。所生成的结构提供了一种迄今未知的具有改善了物理性质的耐热产物。

在美国专利4，483，944（以下称944专利）中，已经公开了一种钛酸铝-高铝红柱石陶瓷混合物，它包括0.5～5%的氧化铁和0.5～5%的稀土氧化物。在该944专利中是这样揭示的，即最好让0.5～5%的氧化铁和0.5～5%的稀土金属氧化物存在以便用作烧结助剂，并且在高温下也能阻止Al₂O₃·TiO₂晶体的分解。

美国专利4，327，188（以下称188号专利）公开了对含有稀土和氧化铁添加物的钛酸铝的使用。该188号专利表明，由于会增加热膨胀并且降低熔点，因此，这些特定的添加物如加到超过2%（重量）时是不利的。

在本技术领域中人们已经了解到在钛酸铝基质的热特性和长寿命之间存在着一种折衷方案。本领域中尚未解决的难题是要确保加有添加物的钛酸铝基质的稳定性。其目的是要发现一种能够经受住1400℃以上高温并且能在较低温度时保持晶体完整性的基质。该基质必须经受住在约1000℃～1300℃的温度下的持久使用，而不引起明显的分解。该性质是重要的，因为该技术领域中的熟练人员都已经清楚地晓得当Al₂O₃·TiO₂处在以上所引用的温度范围时会分解成刚玉和金红石。为了防止这种分解，就必须使钛酸铝相热化稳定。

于是，本发明的主要目的是要开发出这样一种含有钛酸铝的基质，即它能展示出高的机械强度和低的线性热膨胀系数，在1400℃附近的温度下能经受住持久的使用，在1000～1300℃的温度范围中持续很长时间后也能维持其晶体的完整性。此外，该基质应该是能够在室温和大大超过1000℃的温度范围内重复循环而不至于在形态完整性上出现显著变化。