蜂窝组件的制作方法_3

文档序号:9421767阅读:来源:国知局
物还有的进一步的实施方式中,多糖组分选自聚乙烯醇和纤维素 醚,优选纤维素醚。在一个实施方式中,多糖组分选自纤维素。在另一实施方式中,多糖组 分选自甲基纤维素,乙基羟乙基纤维素,羟丁基甲基纤维素,羟乙基纤维素,羟甲基纤维素 和羟丙基纤维素或它们的混合物。
[0048] 通常而言,本发明的组合物含有高量的含非氧化物硅的组分而确保高热导率。在 一个实施方式中,含非氧化物硅的组分以30% -90%w/w,通常至少50%w/w,如50% -80% w/w,例如50% -70%w/w的量存在。
[0049] 在本发明的组合物的进一步的实施方式中,水溶性磷酸盐组分以1 % -25%w/w, 通常至少2%w/w,如2% -20%w/w,例如2% -15%w/w的量存在。
[0050] 在本发明的组合物还有的进一步的实施方式中,金属氧化物陶瓷组分以 1% -30%w/w,通常至少 3%w/w,如 3% -25%w/w,例如 3% -20%w/w的量存在。
[0051] 在本发明的组合物的进一步的实施方式中,多糖组分以0.2 % -1%w/w,通常至少 0? 5%w/w,如 0? 5% -〇? 8%w/w的量存在。
[0052] 本发明的新型接合剂通过在100°C干燥本发明的组合物(和按照以上描述的任何 实施方式中的规定)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,优选温度显著高以将所有磷酸盐组分转化成偏磷酸盐。
[0053] 在进一步的方面中,本发明的接合剂由含非氧化物无机硅的组分和偏磷酸盐组 成。
[0054] 本发明的这种接合剂具有几个目的并通常适用于a)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而形成壁流过滤器;b)施加于多孔陶瓷蜂窝过滤器 的横向外表面;和c)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。
[0055] 在本发明的接合剂的进一步的实施方式中,硬化温度是至少200 °C,如 200°C-800 °C,如200°C-700 °C。通常而言,本发明的硬化温度是至少350 °C,如 500r-800r,如500r-700r。
[0056] 在干燥和硬化之后,获得基本由含非氧化物硅的组分和偏磷酸盐组成的接合剂。 在超过350°C的硬化温度下,多糖组分消失,而水溶性磷酸盐组分已经与金属氧化物陶瓷组 分反应以形成偏磷酸盐。
[0057] 具体而言,采用高含量的碳化硅会实现高热导率。热导率进一步通过粗粒和细粒 粉末的双模混合物优化,从而降低接合剂层的孔隙率。粗碳化硅构建主要结构并通过其大 颗粒主导热导率。细颗粒填补大颗粒之间的空间,从而降低孔隙率。磷酸盐和金属氧化物 陶瓷组分反应参与物一起构成接合剂系统,其优选通过加热到特定的温度发生反应并在干 燥和随后的硬化期间显示出低收缩率。本发明人发现,基于本发明组合物的接合剂能够用 于产生组装层,例如,柴油机颗粒过滤器,其具有比过滤器材料更高的弹性并对过滤器材料 具有极好的粘合强度。机械强度本身较高,并甚至高于过滤器。热导率和热膨胀系数类似 于过滤器,而比热容稍微高于过滤器。这种类型的接合剂不会在热应力下改变自己的特性。 具体而言,对过滤器材料的附着力及其机械性能在热冲击再生后不会改变。对于具有非常 高的热梯度的应用,在过滤器中或特别是组装的过滤工段之间,金属氧化物陶瓷组分之一 能够是氧化物陶瓷纤维。在这种情况下,组装层内弹性和裂纹偏转会增加。
[0058] 磷酸盐粘结的机理和相应的硬化过程详细描述于Karpukhin等的论文 RefractoriesandIndustrialCeramics,Vol. 46,No. 3, 2005 和Vol. 46,No. 5, 2005 中。 有几种可能性制成基于磷酸盐的粘合剂材料。一种方法是使用莫来石型材料连同磷酸一起 而形成单铝磷酸盐
[0059] 3A1203 ? 2Si02+18H3P04= 6A1(H2P04) 3+2Si02+9H20
[0060] 在加热超过150°C下,单铝磷酸盐脱水而声称酸式焦磷酸铝。如果存在金属氧化 物陶瓷组分,磷酸盐在升高的温度下生成。在氧化铝的情况下,正磷酸铝在升高的温度下生 成。人们也能够直接使用磷酸单铝并将其与金属氧化物陶瓷组分组合。
[0061] 在升高的温度,开始于150°C直到至多达约300°C的温度下,这些反应能够通过以 下方程式总结(再参见,RefractoriesandIndustrialCeramics,2005 年的第 46 卷,第 3 期,和2005年第46卷,第5期):
[0062] 2A1 (H2P04)3-升高的温度 >150°C-A1 2(H2P207)3+3H20
[0063]A1 (H2P04)3+A1203-升高的温度 >150°C- 3A1P0 4+3H20
[0064] 在随后加热超过300 °C时,产生偏磷酸铝。这由Karpukhin等人描述并描述 于Zschimmer&Schwarz的信息表中,该表能够从他们的网站上下载。脱水并不只发生于 每个单个分子,而甚至发生于它们之间(分子间)。这种缩合产生链-和环状的化合物 (Zschimmer&Schwarz)〇
[0065]nAl2 (H2P207) 3= [A1 (P03)3]n+nH20
[0066] 在500°C,大多数的磷酸盐将会转化成这些偏磷酸盐结构。在800_1000°C下能够 实现完全转化而几乎完全脱水。
[0067] 在EP0032532A1中,磷酸单铝与氧化镁和能够是氧化铝、莫来石或粘土的填充材 料组合使用而形成耐火材料。
[0068] 在US6309994B1中,描述了纤维增强耐火材料,其中,纤维基预成型件渗透有氧 化铝和磷酸铝溶液的混合物,并随后加热到高于200°C的温度。
[0069] 含有磷酸盐的粘合剂使用的实例由Chung在JOURNALOFMATERIALS SCIENCE,38(2003)2785-2791,Fernandoeta1.JOURNALOFMATERIALSSCIENCE, 36 (2006) 5079-5085和Baranova,RefractoriesandIndustrialCeramics,45 (6),2004提 供。Chung描述了一种基于衍生于磷酸和氢氧化铝的酸式磷酸铝的粘合剂而Fernando描述 了基于采用这种类型的粘合剂粘结在一起的氧化物陶瓷纤维的过滤器材料。Baranova描述 了基于与氮化硅、碳化硅和氧化铝组合的磷酸硼铝和磷酸铬铝的耐火砖的生产。
[0070] 使用磷酸盐基接合剂相比于硅溶胶基接合剂的大优点能够通过现有技术选取的 实例的特征属性的直接对比而表现出来。我们对EP1 479 881A1作这种对比,该专利是 根据现有技术状态的相关溶液。根据本发明的溶液和根据EP1 479 881A1的溶液之间的 主要差异由表1给出。
[0071]
[0072] 表1 :根据本发明的新接合剂相比于现有技术状态的主要差异。
[0073] 当用作构建高多孔蜂窝过滤工段的整体组件的组装层时能够获得一种或多种本 发明的接合剂的以下的特征属性:
[0074] -对于60%和更高的蜂窝过滤器的孔隙率水平,热导率等于或高于多孔陶瓷蜂窝 过滤器材料的热导率
[0075] -比热容高于或等于过滤器材料的比热容
[0076] -在300°C-900°C的温度范围内热膨胀系数显示出由10%的过滤器的热膨胀系数 的最大偏差
[0077] -孔隙率小于50 %,通常小于40 %
[0078] -杨氏模量低于过滤器材料的杨氏模量。
[0079] 所有这些特征通过以在100°C干燥本发明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可获得的接合剂实现,其中组合物含有无机颗 粒,优选碳化硅或氮化硅或它们的混合物,含水溶性磷酸盐的组分,基于金属氧化物陶瓷组 分作为磷酸盐的反应参与物的至少一种组分,和充当粘合剂剂的临时有机组分的双模混合 物。具体而言,这种接合剂可获自包含无机粉末、含磷酸盐的组分、水和作为临时粘合剂的 纤维素而溶于水的湿混合物,其随后在100°c下干燥并随后在超过200°C,优选超过350°C 的温度下硬化。在表2中,列出了湿混合物的不同组分并描述了其功能。如前所述,金属氧 化物陶瓷粉末能够被氧化物陶瓷纤维代替。还可以使用氧化物陶瓷纤维和金属氧化物陶瓷 粉末的混合物。含水溶性磷酸盐的组分能够通过粉末(磷酸单铝)或以溶液(酸式磷酸铝 或溶解的磷酸单铝)的形式使用。
[0080]
[0081] 表2 :接合剂中的组分及其功能。
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