陶瓷结构体的制作方法_2

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的至少约92%,或矿物相总重的至少约94%,或至少约96%,或至少约 97 %,或至少约98 %,或至少约99 %。
[0069] 在某些实施方式中,该陶瓷组合物包含小于约50重量%的铝假板钛矿,例如小于 约49重量%的铝假板钛矿,或小于约48重量%的铝假板钛矿,或小于约47重量%的铝假 板钛矿,或小于约46%铝假板钛矿,或小于约45重量%的铝假板钛矿,或小于约44重量% 的铝假板钛矿,或小于约43重量%的铝假板钛矿,或小于约42重量%的铝假板钛矿,或小 于约41重量%的铝假板钛矿,或小于约40重量%的铝假板钛矿。
[0070] 在某些实施方式中,该陶瓷组合物包含至少约0. 1重量%的氧化锆,例如,至少约 0. 25重量%的氧化锆,或至少约0. 5重量%的氧化锆。作为补充或替代,该陶瓷组合物可 以包含至少约0. 1重量%的所述非晶相,例如,至少约0. 25重量%的所述非晶相,或至少约 0.5重量%的所述非晶相。作为补充或替代,该陶瓷组合物可以包含至少约0. 1重量%的 氧化铝,例如,至少约0. 25重量%的氧化铝,或至少约0. 5重量%的氧化铝。作为补充或替 代,该陶瓷组合物可以包含至少约0. 1重量%的碱土金属氧化物,例如,至少约0. 25重量% 的碱土金属氧化物,或至少约0. 5重量%的碱土金属氧化物。作为补充或替代,该陶瓷组合 物可以包含至少约〇. 1重量%的钛酸锆,例如,至少约〇. 25重量%的钛酸锆,或至少约0. 5 重量%的钛酸锆。
[0071] 在某些实施方式中,该陶瓷组合物基本不含氧化铝矿物相和/或硅酸铝矿物相和 /或二氧化钛矿物相和/或非晶相和/或钛酸锆矿物相和/或碱土金属氧化物矿物相。
[0072] 当存在时,碱土金属氧化物可以是氧化锶、氧化镁、氧化钙、氧化钡或其组合。在一 个实施方式中,碱土金属氧化物是氧化镁。
[0073] 本文中所用的术语"基本不含"是指特定化合物或组合物或矿物相完全不存在或 几乎完全不存在。例如,当描述陶瓷组合物基本不含氧化铝时,该陶瓷组合物中不存在氧化 铝,或者该组合物中仅存在痕量氧化铝。本领域技术人员将理解,痕量是可通过上述XRD法 检测到但无法量化的量,此外,如果存在,痕量将不会不利地影响陶瓷组合物或陶瓷蜂窝结 构体的性质。
[0074] 非晶相可以包含玻璃状二氧化硅相、基本由其构成或由其构成。玻璃状二氧化硅 相可以在莫来石化过程中由硅酸铝(例如红柱石)分解而形成,所述莫来石化通常在约 1300°C~1600°C的烧结温度下进行。
[0075] 取决于原料,氧化锆相可以为ZrO2,或者可以为包含Ti的氧化锆相,例如 TixZivxO2,其中X为0. 1~约0. 9,例如,大于约0. 5。在实施方式中,氧化锆相可以包含ZrO2 和 TixZivxOj^g合物。
[0076] 陶瓷组合物(例如陶瓷蜂窝结构体)是多孔的,孔隙率为约30%~约70%。在一 个实施方式中,孔隙率为约35 %~约65 %,例如,约40 %~约65 %,或约35 %~约60 %,或 约40 %~约60 %。在另一实施方式中,孔隙率为约35 %~约50 %,例如,约35 %~约45 %, 或约35 %~约40 %,或约40 %~约45 % (基于矿物相和孔隙的总体积计算)。孔隙(例 如,总孔体积)可以利用在130°的接触角下使用热科学水银孔率计(Thermo Scientific Mercury Porosimiter)-Pascal 140测得的水银扩散来确定,或者利用提供等效结果的任 何其他测量方法来确定。
[0077] 任一以上实施方式的陶瓷组合物和陶瓷蜂窝结构体可以具有等于或小于 约3. 5X10_6°C η的热膨胀系数(CTE),其根据DIN 51045通过膨胀测定法在800°C下 测量。在某些实施方式中,CTE可以等于或小于约3. OX 1(T6°C Λ例如,等于或小于约 2. 75 X 10_6°C 4,或等于或小于约2. 5 X 10_6°C 4,或等于或小于约2. 25 X 10_6°C Λ或等于或 小于约2. OX 10_6°C 等于或小于约I. 9Χ 10_6°C 或等于或小于约I. 8Χ 10_6°C Λ或等于 或小于约1.7X10_6°C 或等于或小于约1.6X10_ 6°C 或等于或小于约1.5X10_6°C ' 通常,CTE将大于约0.1 X 1(T6°C Λ例如,大于约0. 5X 1(T6°C Λ或者甚至大于约 L 0Χ10-6。。'
[0078] 任何以上实施方式的陶瓷组合物和陶瓷蜂窝结构体可以具有至少约I. 5MPa的破 裂模量(MOR),其根据ASTM C 1674-08 (环境温度下具有工程孔隙率(蜂窝孔道)的先进 陶瓷的弯曲强度的标准测试方法)而测量。MOR遵循测试方法A(参见ASTM C1674-08第 1. 3. 1节)测量,其为以用户定义的试样几何形状进行的3点弯曲测试。在该测试方法中, 具有用户定义的矩形几何形状的测试试样放在两个支撑件上,并利用这两个外部支撑件中 间的装载辊进行装载。利用ASTM C 1674-08第9. 2节提供的指南,对特定蜂窝结构体(组 成、构造、孔室大小、机械性质)定义适当的测试试样几何形状。用户定义的试样几何形状 经选择以使得该测试提供有效的测试数据(在计量区域(gage section)中破坏,而无重大 破碎破坏或剪切破坏)。
[0079] 在某些实施方式中,该陶瓷组合物的MOR为至少约2. OMPa,例如,至少约2. 5MPa, 或至少约3. OMPa,或至少约3. 5MPa,或至少约4. OMPa。通常,MOR将小于约20MPa,例如,小 于约15MPa,或小于约lOMPa,或小于约8MPa,或小于约6MPa。
[0080] 任何以上实施方式的陶瓷组合物和陶瓷蜂窝结构体可以具有小于约5GPa的杨氏 模量,其根据DIN EN 843-2:2007而测得。在某些实施方式中,其杨氏模量可以为约5GPa~ 25GPa,例如,等于或小于约22GPa,或等于或小于约20GPa,或等于或小于约18GPa,或等于 或小于约16GPa,或等于或小于约14GPa,或等于或小于约12GPa,或等于或小于约lOGPa。
[0081] 任何以上实施方式的陶瓷组合物和陶瓷蜂窝结构体可以以其MOR与CTE之比来表 征。该比例可用于比较陶瓷材料的热机械(thermomechanical)行为。该比例通过用MOR的 数值(单位为Pa)除以CTE的数值(单位为°0的倒数)来计算。例如,MOR为3. OMPa(即, 3X106Pa)且 CTE 为 2. 75X1(T6°C η的陶瓷组合物的 M0R/CTE 为 L 09X10 12Pa. °C。在某 些实施方式中,在CTE等于或小于约3. 5X 10_6°C η的条件下,陶瓷组合物的M0R/CTE之 比大于约6.0X10nPa. °C,例如,大于约9.0X10nPa. °C,例如,大于约I. IXlO12Pa. °C,或 大于约I. 3X IO12Pa. °C,或大于约I. 5X IO12Pa. °C,或大于约I. 7X IO12Pa. °C,或大于约 I. 9 X IO12Pa.。。。
[0082] 任何以上实施方式的陶瓷组合物和陶瓷蜂窝结构体可以以指定为Rl*的因子来 表征,Rl*为[MORACTEX杨氏模量)]。该因子为本领域技术人员所常用。在某些实施方 式中,陶瓷组合物或蜂窝结构体的Rl*为至少约30°C,例如,至少约45°C,或至少约60°C,或 至少约75°C,或至少约90°C,或至少约105°C,或至少约130°C,或至少约150°C,或至少约 175°C。通常,Rl*小于约500°C,或小于约350°C,或小于约250°C,或小于约230°C,或小于 约 2KTC。
[0083] 铝假板钛矿相的存在改善了陶瓷结构的耐热冲击性。此外,铝假板钛矿在高于 1350°C的温度下被稳定化(已知铝假板钛矿自身在这种温度下通常不稳定)。此外,尽管该 陶瓷结构体中铝假板钛矿的量相对较低,但是该陶瓷结构却表现出了适合用于柴油机微粒 过滤器应用的热机械性能。这一发现与本领域中的常规知识相反。
[0084] 在一个实施方式中,陶瓷组合物或陶瓷蜂窝结构体中以Fe2O3计的铁量小于5重 量%,例如可以小于约2重量%,或例如小于约1重量%,或例如小于约0. 75重量%,或例 如小于约0. 50重量%,或例如小于约0. 25重量%。该结构体可以基本不含铁,如可以通过 例如使用基本不含铁的原料来实现。以Fe2O3计的铁含量可以通过XRF测量。
[0085] 在一个实施方式中,以SrO计的锁量小于约2重量%,例如小于约1重量%,或例 如小于约0. 75重量%,或例如小于约0. 50重量%,或例如小于约0. 25重量%。该结构体 可以基本不含锶,如可以通过例如使用基本不含锶的原料来实现。以的锶含量可以 通过XRF测量。
[0086] 在一个实施方式中,以Cr2O3计的铬量小于约2重量%,例如小于约1重量%,或例 如小于约0. 75重量%,或例如小于约0. 50重量%,或例如小于约0. 25重量%。该结构体 可以基本不含铬,如可以通过例如使用基本不含铬的原料来实现。以Cr2O3计的铬含量可以 通过XRF测量。
[0087] 在一个实施方式中,以W2O3计的钨量小于约2重量%,例如小于约1重量%,或例 如小于约0. 75重量%,或例如小于约0. 50重量%,或例如小于约0. 25重量%。该结构体 可以基本不含钨,如可以通过例如使用基本不含钨的原料来实现。以W2O3计的钨含量可以 通过XRF测量。
[0088] 在一个实施方式中,以Y2O3计的氧化钇量小于约2. 5重量%,例如,小于约2. 0重 量%,例如,小于约1. 5重量%,例如,小于约1重量%,例如,小于约0. 5重量%,例如,为 0. 3重量%~0. 4重量%。任何存在的氧化纪可源于氧化纪稳定的氧化错,后者在实施方式 中可用作氧化锆的来源。该结构体可以基本不含氧化钇,如可以通过例如使用基本不含氧 化?乙的原料来实现。以Y;A计的氧化纪含量可以通过XRF测量。
[0089] 在一个实施方式中,以Ln2O3 (其中Ln表示镧系元素 La、Ce、Pr、NcUPm、Sm、Eu、GcU Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的任一种或多种)计的稀土金属量小于约2重量%,例如小 于约1重量%,或例如小于约0. 75重量%,或例如小于约0. 50重量%,或例如小于约0. 25 重量%。该结构体可以基本不含稀土金属,如可以通过例如使用基本不含稀土金属的原料 来实现。以Ln2O 3计的稀土含量可以通过XRF测量。
[0090] 如下所述,陶瓷组合物(例如陶瓷蜂窝结构体)通过烧结陶瓷前体组合物而形成。
[0091] 陶瓷前体组合物
[0092] 除非另外指出,否则以下以重量% (或wt% )的表示的量是基于各陶瓷前体组合 物中无机矿物组分总重,即,不包括溶剂(例如水)、粘结剂、助剂、成孔剂和任何其他非无 机矿物组分。
[0093] 本发明中适合用作原料的固体矿物化合物(硅酸铝、氧化铝、二氧化钛、铝假板钛 矿、莫来石、耐火粘土等)可以以粉末、悬浮液、分散液等形式使用。相应的配方可以商购获 得,且对于本领域技术人员是已知的。例如,具有适于本发明的粒径范围的粉末状红柱石可 以以商品名Kerphalite(Damrec)购得,粉末状氧化错和氧化错分散液可以从Evonik Gmbh 或Nabaltec获得,粉末状二氧化钛和二氧化钛分散液可以从Cristal Global获得。
[0094] 根据本发明的第三方面,陶瓷前体组合物包含(重量% ):
[0095] · 20%~55%,或 20%~45%,或 20%~40%,或 25%~40%,或 30%~50%, 或25%~35%,或30%~40%,或40%~50%,或35%~45%的硅酸铝;
[0096] · 15%~35%,或 20%~30%,或 22%~27%的二氧化钛;
[0097] · 25%~45%,或 30%~45%,或 35%~40%,或 30%~40%,或 35%~45%, 37%~45%,或40%~45%的氧化铝;
[0098] ?0%~5%,或0.5%~4%,或1%~4%,或1%~3%,或1%~2%,2%~3% 的碱土金属氧化物和/或碱土金属氧化物前体;和
[0099] ·0% ~15%,或 0.5% ~10%,或 0.5% ~4%,或 1% ~4%,或 1% ~3%,或 1 %~2%,2%~3%的氧化锆。
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