使用碱土碳酸盐对钛酸铝进行收缩控制的制作方法
【专利说明】使用碱土碳酸盐对钛酸铝进行收缩控制
[0001] 本申请根据35U.S.C. §120,要求2012年5月31日提交的美国申请序列第 13/484, 629号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
[0002] MM
[0003] 本发明涉及制造陶瓷蜂窝的方法，具体地，涉及具有改进的收缩控制所制造的钛 酸铝蜂窝。
[0004] 发明背景
[0005] 生产挤出成形（即，非机械加工成最终尺寸）的钛酸铝蜂窝的能力取决于在烧结 或烧制过程中，过滤器收缩（或生长）程度变化量的合适控制。日趋严格的柴油机微粒过 滤器〇)PF)轮廓规格要求对挤出的生坯蜂窝体的收缩进行小心地控制。
[0006] 控制陶瓷蜂窝中收缩变化量的程度的方法包括在挤出成蜂窝结构之前，将批料原 材料煅烧和/或研磨/碎磨成限定的粒度分布。例如，在碳化硅蜂窝中，已经显示了改变硅 含量对于收缩行为的影响。Taruta 等人的"Influence of Aluminum Titanate Formation on Sintering of Bimodal Size-Distributed Alumina Powder Mixtures (钦酸错的形成 对于双峰尺寸分布的氧化铝粉末混合物的影响）" J. Am. Ceram. Soc.，80 [3]，551-56 (1997) (其全文通过引用结合入本文），显示可以通过在相同组合物中混合粗和细的氧化铝，来改 变和控制收缩和孔径分布。Wang 等人的"Microstructure of Ceramic Membrane Support from Corundum-rutile Powder Mixture(来自金刚砂-金红石粉末混合物的陶瓷膜支撑的 微结构）'Powder Technology (粉末技术），168, 125-133 (2006)(其全文通过引用结合入本 文），显示可以通过改变批料氧化钛中的变化（这改变了最终化学计量）来改变孔径分布 (孔半径）。美国专利申请第2010/0052200号和第2011/0053757号分别显示可以通过控 制石墨和/或氧化铝的粒度分布来控制收缩变化量。但是，仍然有一部分的收缩变化量没 有被考虑到。
[0007] 因此，需要一种使得蜂窝大规模生产中的日常收缩变化量最小化的有效方法，从 而可以实现较严格的过滤器轮廓规格。
[0008] 发明概沐
[0009] 根据第一个方面，一种降低钛酸铝蜂窝的收缩变化量的方法包括制备形成钛酸铝 的批料材料。所述形成钛酸铝的批料材料包含无机批料组分，所述无机批料组分包含具有 粒度分布的至少一种碱土碳酸盐。基于钛酸铝蜂窝烧结过程中的预测收缩，来选择所述至 少一种碱土碳酸盐的粒度分布。
[0010] 另一个实施方式的特征是制造多孔陶瓷蜂窝体的方法。所述方法包括：制备形 成钛酸铝的批料材料，所述形成钛酸铝的批料材料包含具有粒度分布的至少一种碱土碳酸 盐。所述方法还包括从批料材料形成生坯体，并对生坯体进行烧制以得到陶瓷体。基于钛 酸铝蜂窝体烧结过程中的预测收缩，来选择所述至少一种碱土碳酸盐的粒度分布。
[0011] 在以下的详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对 本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利 要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。
[0012] 应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都提出了本发明的实施方式，目的 是提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本发 明的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图图示说明了本 发明的各种实施方式，并与描述一起用来说明本发明的原理和操作。
[0013] 附图简要说明
[0014] 包括的附图提供了对本发明的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明 书的一部分。附图不是为了起限制作用，而是用来说明示例性实施方式，并与文字描述一起 用来解释本文所揭示的原理。
[0015] 图1显示包含具有粗粒度或细粒度的钛酸锶的钛酸铝批料组合物的膨胀测量曲 线；以及
[0016] 图2显示经烧制的钛酸铝部件的卡规和管规特性，所述经烧制的钛酸铝部件中， 加入具有粗或细粒度的碳酸锶作为批料组成。
[0017] 发明详沐
[0018] 应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是示例和说明性的，不构成对 本发明的限制。本领域技术人员通过阅读本发明的说明书，可以显而易见地想到其它的实 施方式。本说明书和实施例应仅仅视为示例性的。
[0019] 本文所用的"该"、"一个"或"一种"表示"至少一个（一种）"，不应局限为"仅一 个（一种）"，除非明确有相反的说明。因此，例如，"该碱土碳酸盐"或者"一种碱土"的用 法旨在表示"至少一种碱土碳酸盐"。类似地，使用"一种粒度分布"或"该粒度分布"旨在 表示"至少一种粒度分布"。
[0020] 本发明涉及包含无机批料组分的形成陶瓷体的批料材料，所述无机批料组分包含 至少一种碱土碳酸盐。
[0021] 本文所用术语"形成钛酸铝的批料材料"、"批料材料"及其变化形式旨在表示包含 无机批料组分的基本均匀的混合物。本发明的批料材料可用于制造包含钛酸铝作为主相材 料的陶瓷体，所述陶瓷体可任选地包含一种或多种次相材料，所述次相材料包括但不限于， 堇青石、多铝红柱石、碱性长石相和碱土长石相以及碳化硅。
[0022] 所述无机批料组分包含至少一种碱土碳酸盐。碱土碳酸盐包括选自下组的那些： 碳酸铍、碳酸镁、碳酸钙、碳酸锶和碳酸钡，例如下组：碳酸镁、碳酸钙和碳酸锶，又例如下 组：碳酸镁和碳酸锶，又例如下组：碳酸钙和碳酸锶。在某些示例性实施方式中，碱土碳酸 盐包括碳酸锶。在某些示例性实施方式中，碱土碳酸盐包括碳酸钙。在某些示例性实施方 式中，碱土碳酸盐包括碳酸镁。
[0023] 美国专利7, 259, 120揭示了用于形成钛酸铝蜂窝DPF的批料材料的例子，其全文 通过引用结合入本文。例如，在某些实施方式中，无机批料可含有48-52重量％的氧化铝、 28-32重量％的氧化钛、8-12重量％的氧化硅、7-10重量％的碳酸锶、1-3重量％的碳酸钙 以及0-1重量％的氧化镧，以批料中无机固体组分的总重计。
[0024] 形成陶瓷的批料材料还可包含短效成孔剂。短效成孔剂的例子包括：碳（例如（天 然或合成）石墨、活性炭、石油焦炭和炭黑）、淀粉（例如玉米、大麦、豆子、马铃薯、稻谷、木 薯淀粉、豌豆、西谷椰子、小麦、美人蕉以及核桃壳粉）以及聚合物（例如聚丁烯、聚甲基戊 烯、聚乙烯（优选珠粒）、聚丙烯（优选珠粒）、聚苯乙烯、聚酰胺（尼龙）、环氧树脂、ABS、 丙烯酸类树脂以及聚酯（PET))。在至少一个实施方式中，成孔剂可以选自淀粉。仅举例而 言，成孔剂可以是选自土豆淀粉和豌豆淀粉的淀粉。
[0025] 短效成孔剂的非限制性例子包括德国凯鲁特和埃姆里希海姆市埃姆兰淀粉公司 (Emsland Starke GmbH，Kyrita and Emlichheim，Germany)销售的天然土豆淀粉以及德国 埃姆里希海姆市埃姆兰淀粉公司（Emsland Starke GmbH，Emlichheim，Germany)销售的天 然豌豆淀粉。
[0026] 在各种示例性实施方式中，短效成孔剂可以选择以能够实现所需结果的任意量存 在。例如，短效成孔剂可以占批料材料的至少1重量％，作为追加物加入（即无机组分占批 料材料的100%，因此总批料材料为101% )。例如，作为追加物加入，短效成孔剂可占批料 材料的至少5重量％，至少10重量％，至少15重量％，至少20重量％，至少30重量％，至 少40重量％或者至少50重量％。在其他实施方式中，作为追加物，成孔剂可占批料材料的 小于25重量％，例如小于20重量％，又例如小于15重量％，又例如小于10重量％。在某 些实施方式中，作为追加物，短效成孔剂可占批料材料的5-20%，例如5-15%。
[0027] 本文所揭示的方法可以实现钛酸铝蜂窝的收缩变化量的下降，其中，从包含至少 一种碱土碳酸盐的批料组分制备形成钛酸铝的批料材料。基于钛酸铝蜂窝烧结过程中的预 测收缩，来选择所述至少一种碱土碳酸盐的粒度分布。
[0028] 钛酸铝蜂窝烧结过程中的预测收缩可基于许多因素。例如，预测收缩可以与用 作制造钛酸铝蜂窝的批料材料的至少一种氧化铝源的粒度分布相关，例如，参见Taruta 等人的"Influence of Aluminum Titanate Formation on Sintering of Bimodal Size-Distributed Alumina Powder Mixtures (钦酸错的形成对于双峰