蜂窝组件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种组合物，包含，如由含非氧化物无机娃（non-oxideinorganic silicon)的组分、水溶性磷酸盐组分、金属氧化物陶瓷组分、多糖组分和水组成；一种基 于这种组合物的接合剂（cement);-种由通过该接合剂组装的蜂窝过滤工段（filter segment)构成的多孔陶瓷蜂窝过滤器；制备这种组合物的方法；和制备这种接合剂的方 法。
【背景技术】
[0002] 由陶瓷纤维、陶瓷填料和作为粘合剂的硅溶胶组成的纤维基接合剂在耐火材料领 域及像炉制造的相关行业多年/数十年来是众所周知的。在柴油机废气领域中，在处理系 统之后，材料碳化硅已经完善多年，作为制作柴油机颗粒过滤器最强大的材料。在再生过程 中，它能够，特别是在具有1100-1200°C范围内的温度的热冲击再生期间承受高温。由于这 种高温稳定性，它具有相对于堇青石的巨大优势，堇青石不太耐热并在低于1000 °C温度下 存在灰时显示出熔化的趋势。相对于堇青石，热膨胀系数具有4. 6X10 6/K高而因此由碳化 硅制成的过滤器不得不由单片通过弹性组装层粘结至一起构建而成。这尤其对这些类型的 过滤器系统有关，其中蜂窝过滤工段的热质或比重由于高孔隙率水平或薄池壁而较低。为 了提供大概的数字：如果所述多孔蜂窝过滤器的比重小于750g/L，则直径为5. 66〃的过滤 器必须最小分段为4段，如果热冲击试验烟尘负荷超过10g/l，则不应该导致裂纹形式的任 何损坏。对于通过组装几个蜂窝过滤工段生产柴油机颗粒过滤器，就使用耐火应用中所用 的所述纤维基接合剂的诀窍并已开发出各种修改。以下的专利和专利申请描述了现有技术 解决方案的这些类型：
[0003]EP0 816 065A1介绍采用弹性材料的陶瓷蜂窝组件，弹性材料包含有机和无机 接粘合剂、无机颗粒和无机陶瓷纤维。
[0004]EP1382445A2描述了通过膏状密封件组装陶瓷蜂窝并随后干燥和固化。根据这 些实例，膏状材料由碳化硅粉末、硅溶胶和陶瓷纤维制成。
[0005]EP1382442A2描述了由基于碳化硅或氮化物的无机粉末或晶须和胶状溶胶组成 的组装层。
[0006]EP1 306 358A描述了由无机粉末、无机纤维、无机粘合剂和有机粘合剂组成的 组装层，其中纤维和粉末的颗粒彼此三维连接。
[0007]EP1 270 202A描述了类似于上述其它解决方案的组装层。
[0008]EP1 142 619A描述了多孔陶瓷蜂窝工段的组件。主要特征属性是构建陶瓷蜂窝 的唯一材料是a-碳化硅。粘结工段所用的材料也是由碳化硅粉末、陶瓷纤维和硅溶胶制 成。
[0009]EP1 479 881A1描述了一种过滤器系统，其由许多通过组装层将其结合至一起 的单蜂窝过滤器构建而成，其中过滤工段的热膨胀系数~和组装层的热膨胀系数a 循 以下方程：〇.01〈l4-aF|/aF〈l. 0。对于用于这种组装过滤器的外侧面的涂层也是这样的情 况。在描述中可以看出，在所有的实施例中以及也在所有的比较例中，组装层都通过含有碳 化硅粉末、陶瓷纤维和硅溶胶的材料构建而成。通过添加特定添加剂如发泡剂或空心灰或 空心粘土颗粒，组装层的结构都按照这种方式变化，在300-900°C的温度范围内才满足以上 对于热膨胀系数所给的方程。
[0010]EP1 719 881A1描述了一种像先前的EP1 479 881A1的过滤器系统。此外，它 指出组装层每单位体积的比热容要低于过滤器材料。EP1 726 796A1描述了外侧面的涂 层的相应情况。
[0011] 为了封闭多孔蜂窝过滤器进口侧上的每一第二通道和出口侧上的相应补充通道， 现有技术中的所有解决方案关于蜂窝的生产都使用相同的材料。封堵（封闭敞开通道）一 直都是在最终烧结过程之前完成。
[0012] 由于现有技术用于组装多孔蜂窝工段的胶和接合剂的A1方案描述了材料组合 物，其包含作为无机填料的碳化硅、陶瓷纤维和作为粘合剂的胶状硅溶胶。在大多数的解决 方案中，无机纤维硅酸铝纤维具有实现限定的抗拉强度的作用，并在必要时允许裂纹偏转。 裂纹偏转是有用的，如果由于烟灰再生阶段期间的高温度梯度，就会在过滤工段之一中出 现裂纹。这就阻止了裂纹移动通过组装层而进入下一工段并随后通过整个过滤器。能够避 免整个过滤器的裂纹，所谓的环断裂纹（ring-offcrack)。由于该功能，陶瓷纤维的使用证 明是成功的。
[0013]具有硅溶胶的纤维接合剂的一个主要问题是其在干燥和固化/硬化期间的高收 缩率。如果在过滤器的组装过程期间在一个步骤中以多于一层组装工段，后续收缩可能在 干燥期间造成接合剂层中的空隙和裂纹。如果在活性再生期间过滤器中产生l〇〇〇°C以上 的高温，则在硅溶胶基接合剂中就会出现其它烧结效应，其会增加裂纹的形成。这些空隙和 开裂能够降低过滤器的功能，并可能会在后期应用中导致完全废掉单个过滤工段（伸缩效 应）。因此，找到一种接合剂，其在干燥和硬化过程期间表现出没有或无显著收缩，并且不表 现出任何升高温度下的烧结效应，是很重要的。
【发明内容】
[0014] 本发明提供了一种组合物和由这种能够构建组装层的组合物制备的接合剂，其消 除了现有技术的解决方案的所有缺点，现有技术状态的这些解决方案的选择在以上进行了 简要描述。具体而言，本发明的接合剂具有等于或高于陶瓷蜂窝过滤器的过滤器材料的热 导率的高热导率，等于或高于陶瓷蜂窝过滤器的高比热容/单位体积，类似于基于本发明 的新型接合剂的陶瓷蜂窝过滤器的热膨胀系数，这避免了任何类型的硅溶胶的使用。
[0015] 本发明人已经认识到，通过以下可获得的新型接合剂：干燥包含至100%w/w的 含非氧化物无机硅的组分、水溶性磷酸盐组分、金属氧化物陶瓷组分、有机组分和水的组合 物，并随后在足够高的温度下硬化以将基本上所有磷酸盐组分转化成偏磷酸盐解决了蜂窝 过滤器工段的现有技术组装层的许多问题，并提供了如以上描述的这些优点。
[0016] 因此，在广泛的方面中，本发明涉及一种的组合物，包含含非氧化物无机硅的组 分、水溶性磷酸盐组分、金属氧化物陶瓷组分、多糖组分和至100%w/w的水。
[0017] 在进一步的方面中，本发明涉及一种组合物，由含非氧化物无机硅的组分、水溶性 磷酸盐组分、金属氧化物陶瓷组分、多糖组分和至100%w/w的水组成。
[0018] 在另一方面中，本发明涉及一种接合剂，其通过以下可获得：在100°C干燥包含 至100%w/w的含非氧化物无机硅的组分、水溶性磷酸盐组分、金属氧化物陶瓷组分、多糖 组分和水的组合物，并随后在足够高的温度硬化以将基本上所有磷酸盐组分转化成偏磷酸 盐。
[0019] 在进一步的方面中，本发明涉及一种用作用于将至少两个多孔陶瓷蜂窝过滤工段 组装成多孔陶瓷蜂窝过滤器的组装层的接合剂，其中接合剂通过在100 °c干燥包含含非氧 化物无机硅的组分、水溶性磷酸盐组分、金属氧化物陶瓷组分、多糖组分和至100% w/w的 水的组合物，并随后在足够高的温度硬化以将基本上所有磷酸盐组分转化成偏磷酸盐可获 得。
[0020] 在还有的进一步方面中，本发明涉及一种用于堵塞多孔陶瓷蜂窝过滤工段和/或 多孔陶瓷蜂窝过滤器的通道开端以形成壁流过滤器的接合剂，其中接合剂通过在100 °c干 燥包含含非氧化物无机硅的组分、水溶性磷酸盐组分、金属氧化物陶瓷组分、多糖组分和至 100% w/w的水的组合物，并随后在足够高的温度硬化以将基本上所有磷酸盐组分转化成 偏磷酸盐可获得。
[0021] 在进一步的方面中，本发明涉及一种用于多孔陶瓷蜂窝过滤器的横向外表面上的 接合剂，其中接合剂通过在100°c干燥包含含非氧化物无机硅的组分、水溶性磷酸盐组分、 金属氧化物陶瓷组分、多糖组分和至100%w/w的水的组合物，并随后在足够高的温度硬化 以将基本上所有磷酸盐组分转化成偏磷酸盐可获得。
[0022] 在还有的进一步方面中，本发明涉及一种接合剂，基本上由含非氧化物无机娃的 组分和偏磷酸盐组成。
[0023] 在进一步的方面中，本发明涉及一种多孔陶瓷蜂窝过滤器，包括至少两个蜂窝过 滤工段，工段通过接合剂组装，接合剂通过在100°c干燥包含含非氧化物无机硅的组分、水 溶性磷酸盐组分、金属氧化物陶瓷组分、多糖组分和至100%w/w的水的组合物，并随后在 足够高的温度硬化以将基本上所有磷酸盐组分转化成偏磷酸盐可获得。
[0024] 在还有的进一步方面中，本发明涉及一种包括至少两个蜂窝过滤工段的多孔陶瓷 蜂窝过滤器，其工段通过接合剂组装，接合剂通过在l〇〇°C干燥包含含非氧化物无机硅的组 分、水溶性磷酸盐组分、金属氧化物陶瓷组分、多糖组分和至100%w/w的水的组合物，并随 后在足够高的温