专利名称：紧固密封材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及铝硅纤维、陶瓷纤维、陶瓷纤维聚集体、紧固密封材料及其制备方法， 以及氧化铝纤维聚集体的制备方法。
背景技术：
在例如公共汽车、卡车和建筑机械等车辆的内燃机排放的废气中，含有影响环境 和人体的细颗粒，这已经成为了一个问题。现有的各种陶瓷纤维使得废气经过多孔的陶瓷，从而捕集废气中的细颗粒，使废 气得到净化。这种陶瓷纤维的一个例子是，如图16，在蜂窝式过滤器30中，通过粘合剂层34将 多个多孔的陶瓷部件40固定，从而构成柱状的陶瓷块35，在该柱状陶瓷块35周围具有密 封材料层33。再如图17，沿该多孔陶瓷部件40的纵向排列有许多通孔42，于是，将通孔42 彼此分隔开来的每一隔墙43就作为了过滤器。换言之，如图17(b)所示，对于多孔陶瓷部件40中的每一通孔42，将废气输入端或 输出端用填料41密封起来，从而使流入通孔42的废气总要穿过分隔通孔42的隔墙43，然 后通过另一个通孔42 ；于是，当废气穿过隔墙43时，其中的细颗粒被隔墙43捕获，从而净 化了废气。此外，在陶瓷部件40的外周附着有密封材料层33，该密封材料层33可阻止废气从 暴露在多孔陶瓷部件40外部的通孔42泄露出去。在大型车辆和柴油发动机车等各种运输工具上，使用了碳化硅作为构成该类多孔 陶瓷部件40的以非氧化物为基础的陶瓷材料，所述碳化硅具有优异的耐热性和易于回收 等优点。此外，除所述颗粒外，所述废气还含有CO，NOx, HC等，为了除去废气中的这些物 质，有人提出采用净化废气的催化转化装置，该装置实际上与所述蜂窝式过滤器30的形状 相同，其内部沉积了例如钼催化剂。此外，近年来，人们已经对新一代的清洁能源进行了研究，该能源不用石油作为能 量的来源，其中，人们认为例如燃料电池是非常具有前景的能源。燃料电池采用由氢气和氧气反应生成水而获得的电作为能量的来源，其工作方式 是，从空气中直接获取氧气，而采用经过改性的甲醇和汽油等来获取氢气，在对这些甲醇和 汽油等进行改性的过程中，需要采用净化废气的催化转化装置，该装置的形状实际上与所 述蜂窝式过滤器30相同，在其内部沉积了铜基催化剂。
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通常，蜂窝式过滤器30、净化废气的催化转化装置或燃料电池的催化转化装置等 被安置在圆筒状的金属壳内使用，此时，在蜂窝式过滤器30、净化废气的催化转化装置或燃 料电池的催化转化装置等与所述金属壳之间存在空隙，为了填充此空隙，在其中插入了如 图18所示的紧固密封材料50。如图18所示，紧固密封材料50具有凸起结合部52，该凸起结合部52位于基材51 的短边一侧，并且事实上呈矩形，而凹陷结合部53位于另一短边侧。当把紧固密封材料50包覆在蜂窝式过滤器30的外周时，凸起结合部52和凹陷结 合部53刚好能相互配合；这样可防止紧固密封材料50移位。习惯上，这类紧固密封材料由如下第一到第四种方法制备。S卩，在制备所述紧固密封材料的第一种方法中，首先，将含有氧化铝源和二氧化硅 源的起始物质加热到约200(TC，并在熔融状态下纺丝，然后快速冷却，从而得到氧化铝含量 和二氧化硅含量实际上相同的陶瓷纤维。然后，将所述陶瓷纤维聚集成毡状的材料。然后 用金属模具冲切该材料，从而制得紧固密封材料。在制备所述紧固密封材料的第二种方法中，首先，制备含有氧化铝源和二氧化硅 源的纺丝料液，然后通过喷嘴排出该料液，从而连续获得正圆形截面的母体纤维。其次，烧 结由所述纺丝步骤得到的母体长纤维，然后将所得的铝硅纤维切割成预定长度的短纤维。 再次，将如此获得的短纤维置于模具内，以便形成毡状的纤维集合体。用金属模具冲切该纤 维集合体，从而制得紧固密封材料。此外，在制备所述紧固密封材料的第三种方法中，预先制备用于无机盐法的纺丝 料液，将该料液供给离心喷嘴，于是通过施加在离心喷嘴上的离心力将该纺丝料液吹出喷 嘴，从而形成母体纤维。其次，将所得的母体纤维聚集成毡状，用金属模具冲切该毡状的聚 集体，以便制备紧固密封材料。在制备所述紧固密封材料的第四种方法中，首先，将氧化铝纤维料液(铝硅纤维 料液)进行纺丝，以便形成连续的母体长纤维，将该连续的母体长纤维烧结，从而制得氧化 铝长纤维。其次，将该氧化铝长纤维切割成氧化铝短纤维，将该氧化铝短纤维集中、松解并压 片，而后将其压制成为毡状的氧化铝纤维聚集体。然后，该毡状聚集体被冲切成预定的形状，从而制得紧固密封材料。将如此制得的紧固密封材料包覆在所述蜂窝式过滤器、净化废气的催化转化装置 或燃料电池的催化转化装置的外周，然后将其装入金属壳内；在这种状态下，由于该紧固密 封材料沿厚度方向被压缩，所以，在紧固密封材料中就产生对抗该压缩的排斥力(表面压 力)。该排斥力可以使所述金属壳内的部件固定，所述金属壳内的部件是如蜂窝式过滤器、 净化废气的催化转化装置或燃料电池的催化转化装置。当蜂窝式过滤器、净化废气的催化转化装置或燃料电池的催化转化装置等以压嵌 式装入所述金属壳内时，金属圆筒部件的截面为0形，当使用封壳式(canning)容纳这些物 体时采用一合瓣，所述合瓣是由将具有0形截面的金属圆筒部件沿轴线方向分隔成多片而 形成的。除此方法外，还使用金属壳，其通过使用具有C形或U形截面的金属圆筒部件，通 过焊接、粘接和螺栓紧固等方法使金属壳紧固。然而，就由第一种方法制得的紧固密封材料而言，由于该部件在使用时要经受振动和例如废气的高温，所以其表面压力会随着时间的推移而逐渐降低，这会相对过早地损 害对催化剂载体的紧固和密封状况。此外，就由第一种方法制得的紧固密封材料而言，要求长期保持蜂窝式过滤器、净 化废气的催化转化装置或燃料电池的催化转化装置等的紧固性；然而，由所述熔融法制得 的常规陶瓷纤维不但无定形成分的含量高，而且其结晶度(富铝红柱石含量)很低，即小于 1重量％。因此，当所得的纤维长时间经受高温时，随着结晶化的继续进行会发生热收缩，从 而导致纤维的脆化。所以，采用这类纤维制备的紧固密封材料不能提供足够高的初始表面 压力，而且在使用中会随时间而大幅度地降低表面压力。为了解决此类问题，有人提出了将陶瓷纤维的结晶度提高到约10重量％的方法； 然而，在此情形下，纤维的硬化降低了紧固密封材料的弹性和韧性，并因此而降低了其密封 能力。此外，就由第二种方法制得的紧固密封材料而言，要求长期保持蜂窝式过滤器、净 化废气的催化转化装置或燃料电池的催化转化装置等的紧固性；然而，长时间经受高温时， 由第二种方法制得的圆形截面的铝硅纤维容易失去韧性变脆而容易破碎。因此，由此类纤 维制得的紧固密封材料的表面压力容易随时间而降低。此外，就由第三种方法制得的紧固密封材料而言，当采用吹塑法制备陶瓷纤维时， 毡状聚集体的单位重量(单位面积的重量)会随位置的不同而差异较大。换言之，纤维的聚集程度不均一所导致的结果是，当被冲切的毡状聚集体的位置 不同时，所得的紧固密封材料的表面压力值就会不同。因此，这就不能获得质量稳定性优异 的紧固密封材料。此处，在由所述的第四种方法形成的氧化铝纤维聚集体中，用来制备氧化铝纤维 聚集体的氧化铝短纤维不具有足够高的机械强度，而且其离差相对较大，因此，氧化铝纤维 聚集体的初始表面压力就不足，而且随着时间的推移，所述氧化铝纤维聚集体的表面压力 降低的幅度相对较大；所以，需要对此进行改进。此处，“初始表面压力”是指，在既无载荷又未受热的状态下氧化铝纤维聚集体的 表面压力。
发明内容
本发明就是要设法解决所述问题。本发明第一组的目的是提供紧固密封材料，所 述紧固密封材料具有高的初始表面压力，而且该表面压力不易随时间而降低；提供铝硅纤 维及其制备方法，所述铝硅纤维具有优异的机械强度，并适合于制备所述紧固密封材料；以 及提供铝硅纤维的制备方法，所述方法可确保容易地得到所述机械强度优异的铝硅纤维。此外，本发明第二组的目的是提供紧固密封材料和催化转化装置，所述紧固密封 材料具有高的初始表面压力，该表面压力不易随时间而降低，而且具有优异的密封特性；还 提供紧固密封材料的制备方法，所述方法适合于获得所述紧固密封材料。其次，本发明第三组的目的是提供紧固密封材料，所述密封材料的表面压力不易 随时间而降低；还提供铝硅纤维的制备方法，所述铝硅纤维用于所述紧固密封材料。其次，本发明第四组的目的是提供质量稳定性优异的紧固密封材料；还提供紧 固密封材料的制备方法，所述方法适合于获得所述紧固密封材料。
其次，本发明第五组的目的是提供紧固密封材料，所述紧固密封材料的表面压力 不易随时间而降低；还提供紧固密封材料的制备方法，所述方法适合于获得所述紧固密封 材料；还提供陶瓷纤维聚集体及其陶瓷纤维。其次，本发明第六组的目的是提供氧化铝纤维聚集体的制备方法，所述氧化铝纤 维含有氧化铝短纤维，所述氧化铝短纤维强度高且离差小，因而它可提供足够的初始表面 压力，且该表面压力不易随时间而降低。为了解决本发明所述第一组的问题，发明者们进行了努力研究，经过大量试验和 失败，他们幸运地制得了机械强度优异的铝硅纤维。由此方法获得的铝硅纤维通常为黑色， 其特征明显不同于公知的白色透明的铝硅纤维。发明者们进一步努力研究了这种不同于普 通纤维的颜色所产生的原因。结果他们发现，由于纤维中残余的碳含量增加了，所以纤维就 呈黑色，而且，残余的碳还提高了机械强度。基于这些发现，发明者们进行了进一步的努力 研究，最终达到了下述的本发明第一组的目的。根据本发明第一组的第1项的发明总括了呈黑色的铝硅纤维。根据本发明第一组的第2项的发明总括了因含有碳组分而呈黑色的铝硅纤维。根据本发明第一组的第3项的发明总括了铝硅纤维，所述铝硅纤维中残余碳的含 量为1重量％或更多，其因含有残余碳组分而呈黑色，其纤维的拉伸强度为1.2GPa或更大， 弯曲强度为1. OGPa或更大，断裂韧性为0. 8MN/m3/2或更大。根据本发明第一组的第4项的发明总括了铝硅纤维的制备方法，所述方法包括 纺丝步骤，采用由无机盐法得到的铝硅纤维的纺丝料液作为原料，从而获得母体纤维；和煅 烧步骤，在难以使所述母体纤维所含的碳组分发生氧化反应的气氛中加热所述母体纤维， 从而烧结所述母体纤维。根据本发明第一组的第5项的发明总括了第4项的发明，其中在氮气氛中以 1000°C到1300°C的温度加热所述母体纤维。根据本发明第一组的第6项的发明总括了第4项或第5项的发明，其中所述母体 纤维中所含的碳组分来自有机聚合物，所述有机聚合物作为拉丝性能赋予剂而加入到所述 铝硅纤维的纺丝料液中。根据本发明第一组的第7项的发明总括了含有根据第1项到第3项任一项的铝硅 纤维的紧固密封材料，作为所述紧固密封材料含有作为组成材料的聚集成毡状的铝硅纤维 聚集体，所述紧固密封材料被置于陶瓷体和金属壳的空隙之间，所述陶瓷体可使流体流过 其内部，所述金属壳包围在所述陶瓷体的外周。根据本发明第一组的第8项的发明总括了第7项的发明，其中所述陶瓷体包括催 化剂载体，所述紧固密封材料被用作催化转化装置的紧固密封材料。为了解决所述本发明的第二组的问题，根据本发明第二组的第9项的发明总括了 一种紧固密封材料，所述紧固密封材料含有作为组成材料的聚集成毡状的铝硅纤维聚集 体，所述紧固密封材料被置于陶瓷体和金属壳的空隙之间，所述陶瓷体可使流体流过其内 部，所述金属壳包围在所述陶瓷体的外周，其中，所述紧固密封材料的第一侧表面部位的结 晶度不同于第二侧表面部位的结晶度。根据本发明第二组的第10项的发明总括了一种紧固密封材料，所述紧固密封材 料含有作为组成材料的聚集成毡状的铝硅纤维聚集体，所述紧固密封材料被置于陶瓷体和
6金属壳的空隙之间，所述陶瓷体可使流体流过其内部，所述金属壳包围在所述陶瓷体的外 周，其中，所述紧固密封材料的第一侧表面部位到第二侧表面部位的结晶度逐步增加。根据本发明第二组的第11项的发明总括了包括纤维聚集体片材的第10项的发 明，其中，纤维聚集体的第一侧表面到第二侧表面的结晶度逐步增加。根据本发明第二组的第12项的发明总括了第9项到第11项任一项的发明，其中， 第一侧表面部位的结晶度与第二侧表面部位的结晶度相差3重量％或更多。根据本发明第二组的第13项的发明总括了第9项到第11项任一项的发明，其中， 第一侧表面部位的结晶度为0重量％到1重量％，第二侧表面部位的结晶度为1重量％到 10重量％。根据本发明第二组的第14项的发明总括了第9项到第13项任一项的发明，其中， 所述陶瓷体包括催化剂载体，所述紧固密封材料被用作催化转化装置的紧固密封材料。根据本发明第二组的第15项的发明总括了一种紧固密封材料，所述紧固密封材 料含有作为组成材料的聚集成毡状的铝硅纤维聚集体，所述紧固密封材料被置于陶瓷体和 金属壳的空隙之间，所述陶瓷体可使流体流过其内部，所述金属壳包围在所述陶瓷体的外 周，其中，结晶度随部位的不同而不同。根据本发明第二组的第16项的发明总括了第15项的发明，其中，所述陶瓷体包括 催化剂载体，所述紧固密封材料被用作催化转化装置的紧固密封材料。根据本发明第二组的第17项的发明总括了第9项到第14项任一项的紧固密封材 料的制备方法，所述方法包括纺丝步骤，采用陶瓷纤维的纺丝料液作为原料来获得母体纤 维；压片步骤，将所述母体纤维压片，以形成毡状的纤维聚集体；和煅烧步骤，烧结所述纤 维聚集体，使第一侧表面的煅烧温度不同于第二侧表面的煅烧温度。根据本发明第二组的第18项的发明总括了第17项的发明，其中所述煅烧温度的 差为100°C或更大。根据本发明第二组的第19项的发明总括了第17项的发明，其中第一侧表面部位 的煅烧温度为800°c到iioo°c，第二侧表面部位的煅烧温度为iioo°c到i4oo°c。根据本发明第二组的第20项的发明总括了一种催化转化装置，所述催化转化装 置包括催化剂载体；包围在所述催化剂载体外周的圆筒形金属壳；和置于所述部件之间 的紧固密封材料，所述紧固密封材料含有作为组成材料的聚集成毡状的铝硅纤维聚集体， 其中，所述紧固密封材料被置于陶瓷体和金属壳的空隙之间，所述紧固密封材料的安装状 态是，使具有相对较小结晶度的第一侧表面与所述金属壳接触，使具有较大结晶度的第二 侧表面与所述催化剂载体接触。为了解决本发明第三组的问题，根据本发明第三组的第21项的发明总括了一种 紧固密封材料，所述紧固密封材料含有作为组成材料的聚集成毡状的铝硅纤维聚集体，所 述紧固密封材料被置于陶瓷体和金属壳的空隙之间，所述陶瓷体可使流体流过其内部，所 述金属壳包围在所述陶瓷体的外周，其中所述铝硅纤维的截面为非圆形。根据本发明第三组的第22项的发明总括了一种紧固密封材料，所述紧固密封材 料含有作为组成材料的聚集成毡状的铝硅纤维聚集体，所述紧固密封材料被置于陶瓷体和 金属壳的空隙之间，所述陶瓷体可使流体流过其内部，所述金属壳包围在所述陶瓷体的外 周，其中所述铝硅纤维的截面为变异形。
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根据本发明第三组的第23项的发明总括了一种紧固密封材料，所述紧固密封材 料含有作为组成材料的聚集成毡状的铝硅纤维聚集体，所述紧固密封材料被置于陶瓷体和 金属壳的空隙之间，所述陶瓷体可使流体流过其内部，所述金属壳包围在所述陶瓷体的外 周，其中所述铝硅纤维的截面为扁平形状。根据本发明第三组的第24项的发明总括了第21项到第23项任一项的发明，其中 所述铝硅纤维的截面基本上为椭圆形或茧形。根据本发明第三组的第25的发明总括了第21项或第22项的发明，其中所述的铝 硅纤维为中空纤维。根据本发明第三组的第26项的发明总括了第21项到第25项任一项的发明，其中 所述陶瓷体包括催化剂载体，所述紧固密封材料被用作催化转化装置的紧固密封材料。根据本发明第三组的第27项的发明总括了铝硅纤维的制备方法，所述铝硅纤维 用于第21项到第26项任一项的紧固密封材料，所述方法包括纺丝步骤，从喷嘴排出含有 铝盐水溶液、二氧化硅溶胶和有机聚合物的纺丝料液，从而得到母体纤维；煅烧步骤，加热 并烧结所述母体纤维，其中当所述母体纤维从所述非圆形截面的喷嘴的排出部位排出后， 立即用干燥的热空气吹扫所述母体纤维。根据本发明第三组的第28项的发明总括了用于第27项的发明，其中所述干燥的 热空气沿所述母体纤维的排出方向吹扫。根据本发明第三组的第29项的发明总括了第27项或第28项的发明，其中在所述 纺丝料液中预先加入水溶性增塑剂。此外，为了解决本发明第四组的问题，根据本发明第四组的第30项的发明总括了 一种紧固密封材料，所述紧固密封材料含有作为组成材料的聚集成毡状的铝硅纤维聚集 体，所述紧固密封材料被置于陶瓷体和金属壳的空隙之间，所述陶瓷体可使流体流过其内 部，所述金属壳包围在所述陶瓷体的外周，其中所述铝硅纤维的直径的离差在士3μπι之 内。根据本发明第四组的第31项的发明总括了一种紧固密封材料，所述紧固密封材 料含有作为组成材料的聚集成毡状的铝硅纤维聚集体，所述紧固密封材料被置于陶瓷体和 金属壳的空隙之间，所述陶瓷体可使流体流过其内部，所述金属壳包围在所述陶瓷体的外 周，其中所述铝硅纤维的长度的离差在士 4mm之内。根据本发明第四组的第32项的发明总括了一种紧固密封材料，所述紧固密封材 料含有作为组成材料的聚集成毡状的铝硅纤维聚集体，所述紧固密封材料被置于陶瓷体和 金属壳的空隙之间，所述陶瓷体可使流体流过其内部，所述金属壳包围在所述陶瓷体的外 周，其中所述铝硅纤维的直径的离差在士 3μπι之内，所述铝硅纤维的长度的离差在士 4mm 之内。根据本发明第四组的第33项的发明总括了第30项到第32项任一项的发明，其中 渣球的含量为3重量％或更少。根据本发明第四组的第34项的发明总括了一种紧固密封材料，所述紧固密封材 料含有作为组成材料的聚集成毡状的铝硅纤维聚集体，所述紧固密封材料被置于陶瓷体和 金属壳的空隙之间，所述陶瓷体可使流体流过其内部，所述金属壳包围在所述陶瓷体的外 周，其中所述铝硅纤维的平均直径为5到15μπι，纤维直径的离差在士 3μπι之内，平均纤维
8长度为5到20mm，纤维长度的离差在士4mm之内，其中不含渣球。根据本发明第四组的第35项的发明总括了第30项到第34项任一项的发明，其中 所述陶瓷体包括催化剂载体，所述紧固密封材料被用作催化转化装置的紧固密封材料。根据本发明第四组的第36项的发明总括了第30项到第35项任一项的紧固密封 材料的制备方法，所述方法包括纺丝步骤，从一喷嘴连续排出含有铝盐水溶液、二氧化硅 溶胶和有机聚合物的纺丝料液，从而得到母体长纤维；切割步骤，即把所述长纤维切割为预 定长度的短纤维；模压步骤，使所述短纤维三维聚集，由此形成毡状的纤维聚集体；煅烧步 骤，加热并烧结所述毡状的纤维聚集体。此外，为了解决本发明第五组的问题，发明者们进行了努力研究。结果发现，当对纤维聚集体长时间施加外力而将该纤维聚集体压缩时，组成该纤 维聚集体的陶瓷纤维会相互滑移而导致松散，结果导致该纤维聚集体的表面压力降低。因 此，为了解决纤维之间的滑移和松散的问题，本发明的发明者们采用了能够获得较好结果 的任何手段，并考虑到了纤维之间彼此搭接的区域。于是，他们就如何改善这些区域进一步 进行了努力研究，最终达到了本发明第五组的目的。根据本发明第五组的第37项的发明总括了一种紧固密封材料，所述紧固密封材 料含有作为组成材料的聚集成毡状的铝硅纤维聚集体，所述紧固密封材料被置于陶瓷体和 金属壳的空隙之间，所述陶瓷体可使流体流过其内部，所述金属壳包围在所述陶瓷体的外 周，其中所述陶瓷纤维通过陶瓷粘合剂彼此结合。根据本发明第五组的第38项的发明总括了第37项的发明，其中所述陶瓷粘合剂 含有组成所述陶瓷纤维的物质。根据本发明第五组的第39项的发明总括了第37项的发明，其中所述陶瓷纤维是 铝硅纤维，所述陶瓷粘合剂以氧化铝为主要组分。根据本发明第五组的第40项的发明总括了第37项到第39项任一项的发明，其中 含有1重量％到8重量％的陶瓷粘合剂。根据本发明第五组的第41项的发明总括了第37项到第40项任一项的发明，其中 所述陶瓷体包括催化剂载体，所述紧固密封材料被用作催化转化装置的紧固密封材料。根据本发明第五组的第42项的发明总括了第37项到第41项任一项的紧固密封 材料的制备方法，所述方法包括纺丝步骤，采用陶瓷纤维的纺丝料液作为原料来获得母 体纤维；煅烧步骤，加热并烧结所述母体纤维；模压步骤，使由上步得到的陶瓷纤维三维聚 集，由此形成毡状的纤维聚集体；和粘合步骤，采用陶瓷粘合剂使形成所述聚集体的陶瓷纤 维粘合。根据本发明第五组的第43项的发明总括了第42项的发明，其中在所述粘合步骤 中，在所述陶瓷粘合剂的原料溶液被施用在形成所述聚集体的陶瓷纤维之间后，加热所述 聚集体，以便烧结所述原料溶液中的特定组分，从而形成陶瓷。根据本发明第五组的第44项的发明总括了第42项的发明，其中在所述粘合步骤 中，在给所述聚集体中浸渍水溶性金属溶液之后，将所述聚集体干燥并加热，以便使所述溶 液中的金属组分烧结形成陶瓷，所述水溶性金属溶液即是所述原料溶液，其粘度较低。根据本发明第五组的第45项的发明总括了第44项的发明，其中所述的水溶性金 属溶液的加入量占所述聚集体的1重量％到10重量％。
根据本发明第五组的第46项的发明总括了第43项到第45项任一项的发明，其中 所述陶瓷纤维的纺丝料液是采用无机盐法制得的铝硅纤维的纺丝料液，所述水溶性金属溶 液是含有铝离子的水溶液。根据本发明第五组的第47项的发明总括了第37项到第41项任一项的紧固密封 材料的制备方法，所述方法包括纺丝步骤，采用陶瓷纤维的纺丝料液作为原料来获得母体 纤维；模压步骤，使所述母体纤维三维聚集，从而形成毡状的聚集体；施用液体物质步骤， 使随后将形成陶瓷粘合剂的液体物质粘附到形成所述聚集体的母体纤维彼此搭接的部位； 和煅烧步骤，加热所述聚集体，以便烧结所述母体纤维和所述液体物质。根据本发明第五组的第48项的发明总括了第47项的发明，其中在所述施用液体 物质的步骤中，将包括所述铝硅母体纤维的聚集体置于高湿度的环境中。根据本发明第五组的第49项的发明总括了第47项的发明，其中在所述施用液体 物质的步骤中，将非水性液体物质喷成雾状施用到聚集体上，所述非水性液体物质含有所 述铝硅纤维中所含的无机成分，所述聚集体包括铝硅母体纤维。根据本发明第五组的第50项的发明总括了第47项到第49项任一项的发明，其中 在所述纺丝步骤和所述模压步骤之间进行切割步骤，在该切割步骤中，所述母体纤维的长 纤维被切割成预定长度的短纤维。根据本发明第五组的第51项的发明总括了一种陶瓷纤维聚集体，其中，三维聚集 的陶瓷纤维通过陶瓷粘合剂而部分地粘合起来。根据本发明第五组的第52项的发明总括了一种陶瓷纤维聚集体，所述聚集体包 括具有支链结构的陶瓷纤维。根据本发明第五组的第53项的发明总括了一种陶瓷纤维，所述陶瓷纤维具有支 链结构。此外，为了解决本发明第六组的问题，根据本发明第六组的第54项的发明总括了 氧化铝纤维聚集体的制备方法，所述方法包括纺丝步骤，采用无机盐法中所用的氧化铝纤 维料液作为原料，从而获得连续的母体长纤维；切割步骤，将所述连续的母体长纤维切割成 母体短纤维；成毡步骤，采用由上一步骤得到的母体短纤维制备毡状的母体短纤维；煅烧 步骤，煅烧所述毡状的母体短纤维，以便制得氧化铝纤维聚集体。下面将就本发明第一组的“实施”进行阐述。根据本发明第一组的第1、2项和第3项的发明，由于黑色的铝硅纤维通常具有优 异的机械强度，所以采用这种纤维就可以获得这样的紧固密封材料，所述紧固密封材料具 有高的初始表面压力，而且其表面压力不易随时间而降低。此处，当纤维的拉伸强度、弯曲强度和断裂韧性均为所述值或更大时，可以获得这 样的铝硅纤维，所述铝硅纤维具有很高的抗拉伸和抗弯曲性能，并且柔韧而不易断裂。因 此，这样可以提高初始表面压力，还可能确保表面压力不随时间而降低。此外，黑色的铝硅 纤维中含有碳组分，由于整个铝硅纤维内均可发生结晶，故可获得优异的机械强度，如拉伸 强度。根据本发明第一组的第4项的发明，可以烧结母体纤维而不使该母体纤维中的碳 组分氧化。因此，可以使大量的碳组分保留在纤维中，并因此而确保容易地获得机械强度优 异的纤维。
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此处，由于母体纤维中的碳组分一般在达到煅烧温度之前就被烧净了，所以，经煅 烧步骤得到的铝硅纤维中几乎没有残余的碳。然而，当在几乎不使碳组分发生氧化反应的 环境下加热母体纤维时，可以想象，碳被留在了纤维中并在一定程度上集合成为陶瓷骨架。根据本发明第一组的第5项的发明，采用便宜的氮气氛作为惰性气氛，在其中进 行煅烧步骤；因此，这可降低制造成本。此外，由于煅烧温度在所述优选范围内，所以可稳定 地获得具有高强度的铝硅纤维。当母体纤维的加热温度低于1000°C时，母体纤维的烧结步骤就会不充分，在此情 形下，即使残余的碳组分是足够的，也难以稳定地获得具有高强度的铝硅纤维。相比之下， 当母体纤维的加热温度超过1300°C时，铝硅纤维的强度也不会继续增加，从而不能提高经 济效益，而是使之下降。根据本发明第一组的第6项的发明，所述有机聚合物不仅作为拉丝性能改善剂， 而且作为加入到母体纤维中的碳源，从而使铝硅纤维具有适宜的强度。因此，没必要单独地 给纺丝料液专门加入碳源，这样就无须对纺丝料液的组成进行大幅度的改性。因此，可预先 避免纺丝料液的不均衡，并且因此而防止了铝硅纤维基本物理性能的下降。此外，由于无须 加入碳源，所以可降低制造成本。此外，由于所述有机聚合物易于在纺丝料液中均勻分散， 所以碳源在母体纤维中的分散是均勻的。因此，所得的铝硅纤维中残余的碳含量是均勻的， 不会造成机械强度的不均勻。在此情形下，由于这类有机聚合物通常在约500°C到600°C的温度下就会被烧净， 所以经煅烧步骤而得到的铝硅纤维中没有任何残留的有机聚合物。然而，可以想象，当母体 纤维在几乎不能使碳组分发生氧化反应的环境下加热时，就可使组成有机聚合物的碳保留 在纤维中，并在一定程度上集合成为陶瓷的骨架。根据本发明第一组的第7项的发明，由于采用了机械强度优异的铝硅纤维作为组 成材料，所以可提供初始表面压力高的紧固密封材料，而且表面压力随时间的下降较小。根据本发明第一组的第8项的发明，由于采用了机械强度优异的铝硅纤维作为组 成材料，并用陶瓷体组成催化剂载体，而且由于采用紧固密封材料作为催化转化装置的紧 固密封材料，所以可以提供用于催化转化装置的紧固密封材料，所述紧固密封材料具有高 的初始表面压力，而且表面压力较不容易随时间而降低。换言之，根据本发明第一组的第8项的发明，采用第7项的紧固密封材料作为用于 催化转化装置的紧固密封材料，所述紧固密封材料包括铝硅纤维作为其组成材料，而且该 紧固密封材料被置于催化剂载体与包覆在催化剂外周的金属壳之间的空隙内。下面将就本发明第二组的“实施”进行阐述。根据本发明第二组的第9项的发明，第一侧表面部位的结晶度不同于第二侧表面 部位的结晶度。根据这种结构，将具有相对较高的结晶度和优异的耐热性的侧表面部位置 于高温侧，而将具有相对较低的结晶度和优异的弹性和柔韧性的侧表面部位置于低温侧。 因此，高温侧的纤维不容易脆化，而在低温侧可以避免与其他部件产生空隙。于是，可以获 得这样一种紧固密封材料，所述紧固密封材料的优点是初始表面压力高，而且表面压力不 易随时间而降低，除此之外，所述紧固密封材料还具有优异的密封性能。根据本发明第二组的第10项的发明，由于从第一侧表面到第二侧表面的结晶度 逐步增加，所以具有优异的耐热性的第二侧表面部位可被置于高温侧，具有优异的弹性和柔韧性的第一侧表面部位可被置于低温侧。因此，高温侧的纤维不容易脆化，而在低温侧， 可以避免与其他部件产生空隙。于是，可以获得这样一种紧固密封材料，所述紧固密封材料 的优点是初始表面压力高，而且表面压力不易随时间而降低，除此之外，所述紧固密封材料 还具有优异的密封性能。根据本发明第二组的第11项的发明，与由多个结晶度不同的纤维聚集体片材组 成的结构不同，本发明无须叠加纤维聚集体而使之彼此结合，于是减少了该装置制备过程 中的工序。此外，本发明的结构比多个片材的层叠结构更薄，所以，本发明的结构相对较易 于安装在狭窄的空隙中。此外，在多个片材的层叠结构中，流体可穿过纤维聚集体的界面， 与此相比，由于本发明第二组第三个发明的这种单片结构内没有界面，所以不必考虑流体 穿过。因此，可提供密封性能优异的结构。根据本发明第二组的第12项的发明，由于第一侧表面部位的结晶度与第二侧表 面部位的结晶度相差3重量％或更多，因此可以确保改善表面压力特性和密封性能。当第一侧表面部位的结晶度与第二侧表面部位的结晶度相差小于3重量％时，两 侧的结晶度差异就太小，而不能产生预期性能。根据本发明第二组的第13项的发明，第一侧表面部位的结晶度和第二侧表面部 位的结晶度分别落在所述预期的范围内，从而可以确保改善表面压力特性和密封性能。当 第一侧表面部位的结晶度超过1重量％，或当第二侧表面部位的结晶度低于1重量％时，这 两侧的结晶度之差就太小，从而不能产生预期的特性。相比之下，当第二侧表面的结晶度超 过10重量％时，相应部位的耐热性就会降低。根据本发明第二组的第14项的发明，由于陶瓷体是由催化剂载体组成的，而且由 于采用了用于催化转化装置的紧固密封材料，所以可以提供这样一种用于催化转化装置的 紧固密封材料，所述紧固密封材料的优点是初始表面压力高，而且表面压力不易随时间而 降低，除此之外，所述紧固密封材料还具有优异的密封性能。换言之，根据本发明第二组的第14项的发明，第9项到第13项任一项的紧固密封 材料是作为这样一种用于催化转化装置的紧固密封材料，所述紧固密封材料采用铝硅纤维 作为其组成材料，所述紧固密封材料被置于催化剂载体与包覆在催化剂载体外周的金属壳 的空隙中。根据本发明第二组的第15项的发明，结晶度不是均一的，不同部位的结晶度不 同。在这种结构中，结晶度相对较高且耐热性优异的部位被置于高温侧，结晶度相对较低 且弹性和柔韧性优异的部位被置于低温侧。因此，这使得高温侧的纤维不易脆化，而在低温 侧，可以避免与其他部件之间产生空隙。于是，可以提供这样一种紧固密封材料，所述紧固 密封材料的优点是初始表面压力高，而且表面压力不易随时间而降低，除此之外，所述紧固 密封材料还具有优异的密封性能。根据本发明第二组的第16项的发明，由于陶瓷体含有催化剂载体，而且由于紧固 密封材料被用作用于催化转化装置的紧固密封材料，于是可以获得这样一种用于催化转化 装置的紧固密封材料，所述紧固密封材料的优点是初始表面压力高，而且表面压力不易随 时间而降低，除此之外，所述紧固密封材料还具有优异的密封性能。换言之，根据本发明第二组的第16项的发明，采用第15项的紧固密封材料作为用 于催化转化装置的紧固密封材料，所述紧固密封材料包括铝硅纤维作为其组成材料，而且该紧固密封材料被置于催化剂载体与包覆在催化剂外周的金属壳之间的空隙内。根据本发明第二组的第17项的发明，烧结毡状的纤维聚集体，烧结方式为，使第 一侧表面的煅烧温度与第二侧表面的煅烧温度之间具有一差值，于是，可以相对容易地确 保形成各表面的结晶度不同的紧固密封材料。此外，该制备方法还适用于制备这样一种紧 固密封材料，在所述紧固密封材料中，从纤维聚集体片材的第一侧表面到第二侧表面的结 晶度逐步增加。此外，在该制备方法中一般采用常规的煅烧设备，无须采用专门的煅烧设 备。于是，这可以避免设备成本的增加。根据本发明第二组的第18项的发明，设定两个侧表面的煅烧温度的差值为100°C 或更大，从而第一侧表面与第二侧表面的煅烧的难易程度不同，而两个侧表面所形成的结 晶度也不同。于是，可以更大程度地确保紧固密封材料的两个表面具有不同的结晶度。根据本发明第二组的第19项的发明，设定第一侧表面的煅烧温度低于第二侧表 面的温度；因此，煅烧后可以形成从第一侧表面到第二侧表面的结晶度逐步增加的紧固密 封材料。当第一侧表面的煅烧温度低于800°C时，煅烧反应进行得不充分，从而不能获得所 需的机械强度。当第一侧表面的煅烧温度高于iioo°c，或当第二侧表面的煅烧温度低于 iioo°c时，两个侧表面的结晶度差异太小，从而不能获得所需的特性。当第二侧表面的煅烧 温度高于140(TC时，就会发生过度结晶，从而会导致机械强度和耐热性降低。下面阐述根据本发明第二组的第20项的发明的实施。通常，当采用催化转化装置 时，催化剂载体因直接暴露于高温流体中而具有较高的温度，而金属壳的温度没有催化剂 载体的温度高。因此，要求与催化剂载体接触的侧表面尤其具有高的耐热性。考虑到这个问 题，所述发明使第二侧表面与催化剂载体接触，所述第二侧表面具有相对较高的结晶度，也 即，该侧表面具有优异的耐热性。进而，使第一侧表面与金属壳接触，所述第一侧表面具有 相对较低的结晶度，也即，该侧表面具有优异的弹性和柔韧性，虽然其耐热性并不优越。因 此，与催化剂载体接触部位的纤维不易脆化，而且可以形成这样的紧固密封材料，所述紧固 密封材料具有高的初始表面压力，而且该表面压力不易随时间而降低。此外，由于与金属壳 接触的部位产生了弹力，所以，这种结构可以减少紧固密封材料与金属壳之间产生的空隙， 从而提供了密封性能优异的紧固密封材料。如上所述，可以获得这样一种催化转化装置，所述装置对催化剂载体具有优异的 紧固性能，而且其不易泄露流体，并具有高的处理效率。下面将就本发明第三组的“实施”进行阐述。根据本发明第三组的第21项的发明，非圆形截面的纤维比圆形截面的纤维的弹 性好。换言之，所述非圆形截面的纤维的特点是相对易于沿特定的方向弯曲。进而，这一特性使得该纤维不易断裂，而且这可以长时间保持其排斥力。此处，在 本说明书中，“纤维的截面”指沿与纤维伸展方向垂直的方向切割纤维所形成的截面。根据本发明第三组的第22项的发明，具有变异形截面的纤维比具有圆形截面的 纤维的弹性更好。换言之，所述变异形截面的纤维的特性是相对易于沿特定的方向弯曲。因 此，这一特性使得该纤维不易断裂，而且可长时间保持其排斥力。根据本发明第三组的第23项的发明，扁平截面的纤维比圆形截面的纤维的弹性 更好。换言之，所述扁平截面的纤维的特性是相对易于沿特定的方向弯曲。因此，这一特性使得该纤维不易断裂，而且可以长时间保持其排斥力。根据本发明第三组的第24项的发明，当采用椭圆形或茧形截面的纤维形成紧固 密封材料时，这些纤维容易相互缠绕，从而使得这些纤维不易相互滑移和松散。因此，这可 以减少表面压力的降低。根据本发明第三组的第25项的发明，与内部没有空间的纤维相比，内部有空间的 中空纤维的绝热性较为优异。因此，当紧固密封材料中采用中空纤维时，可以减少从陶瓷体 向金属壳释放热量，因而可以有效地进行催化反应。此外，中空纤维的内部空间可吸收声音 和振动，并使之衰减。因此，当紧固密封材料中采用这种纤维时，可以提供优异的绝热和防 振性能。根据本发明第三组的第26项的发明，由于陶瓷体含有催化剂载体，而且由于紧固 密封材料被用作用于催化转化装置的紧固密封材料，于是可以获得可长时间保持排斥力的 用于催化转化装置的紧固密封材料。换言之，根据本发明第三组的第26项的发明，本发明第三组的紧固密封材料被用 作用于催化转化装置的紧固密封材料，所述紧固密封材料具有铝硅纤维作为组成材料，而 且所述紧固密封材料被置于催化剂载体与包覆在所述催化剂载体外周的金属壳的空隙之 间。根据本发明第三组的第27项的发明，通过非圆形截面的喷嘴排出纺丝料液。刚 从喷嘴排出时，母体纤维的截面形状在一定程度上反映了排出部位的截面形状。然而，排 出后随着时间的推移，在母体纤维所产生的表面张力的作用下，母体纤维的截面形状会变 圆(换言之，它产生了溶体膨胀效应(Barus效应))，从而母体纤维的截面就成了圆形。因 此，在母体纤维被排出后，立即用干燥热空气吹扫，从而通过除去母体纤维内的水分而将母 体纤维干燥固化。因此，可以通过喷嘴的排出部位来使母体纤维保持所需的截面形状，从而 相对容易地获得非圆形截面的纤维。根据本发明第三组的第28项的发明，干燥的热空气沿母体纤维的排出方向吹扫， 从而使纤维干燥并伸展。此外，通过以这种方式进行的伸展处理，可以相对容易地控制纤维 的直径和形状。根据本发明第三组的第29项的发明，在纺丝料液中预先加入水溶性增塑剂，从而 使纺丝料液的弹性模量降低，并减少了溶体膨胀效应的发生。于是，在纺丝工序中纺丝料液 的排出行为就会变得稳定。于是，在甚至用强力拉伸纤维时也不容易断裂，而且由于弹性形 变，纤维的截面形状也不容易呈圆形。此外，所述增塑剂为水溶性的，所以它可均勻地分散 于纺丝料液中。于是，可以将溶体膨胀率实际上降低到一固定值，并由此相对容易地得到所 需的纤维直径和截面形状。下面将就本发明第四组的“实施”进行阐述。根据本发明第四组的第30项的发明，当组成紧固密封材料的铝硅纤维的直径的 离差在士3μπι之内时，就可使纤维均勻地聚集，从而减少单位重量随部位的变化。于是，这 样可以减少表面压力值的离差，并因此而获得稳定的质量。根据本发明第四组的第31项的发明，当组成紧固密封材料的铝硅纤维的长度的 离差在士 4mm之内时，就可使纤维均勻地聚集，从而减少单位重量随部位的变化。于是，这 样可以减少表面压力值的离差，并因此而获得稳定的质量。
根据本发明第四组的第32项的发明，通过同时减少纤维直径的离差和纤维长度 的离差而产生的协同效应，可以减少单位重量随部位的变化，并由此而减少表面压力值的
罔差ο根据本发明第四组的第33项的发明，紧固密封材料中渣球(非纤维物质)为3重 量％或更低，从而可以进一步减少单位重量随部位的变化，并由此而进一步减少表面压力 值的离差。根据本发明第四组的第34项的发明，可以显著减少单位重量随部位的变化，并由 此而进一步减少表面压力值的离差，还可以提高表面压力和改善密封性能。纤维的平均直径低于5 μ m就会降低纤维的强度，从而难以提供足够的表面压力， 而且会产生纤维被呼吸器官吸入的问题。如果纤维的平均直径大于15 μ m，当用这种纤维 形成毡状的纤维聚集体时，它的耐风蚀性就会降低，从而损害了密封性能。除这些不利影响 外，其断裂强度也可能降低。据信这是由于纤维的表面积的增加而导致了小的划痕的增加， 从而产生了该不利影响。当纤维的平均长度低于5mm时，会产生纤维被呼吸器官吸入的问题。而且，实际上 这种纤维已经不再具有纤维的特性，当用这种纤维形成毡状的聚集体时，纤维不能很好地 相互缠结，从而难以获得足够的表面压力。当纤维的平均长度超过20mm时，会使纤维彼此 过度缠结，从而在用这种纤维形成毡状的聚集体时，纤维的聚集就会不均勻。换言之，聚集 体的单位重量随部位的变化就会较大，从而不利于降低表面压力值的离差。当渣球的含量高时，单位重量随部位的变化就会变大，从而不利于降低表面压力 值的离差。根据本发明第四组的第35项的发明，由于所述紧固密封材料含有催化剂载体，而 且由于所述紧固密封材料被用作用于催化转化装置的紧固密封材料，所以可以降低表面压 力值的离差，而且可以提供用于催化转化装置的质量稳定的紧固密封材料。换言之，根据本发明第四组的第35项的发明，本发明第四组的紧固密封材料形成 了用于催化转化装置的紧固密封材料，所述紧固密封材料包括铝硅纤维作为其组成材料， 而且该紧固密封材料被置于催化剂载体与包覆在催化剂外周的金属壳之间的空隙内。根据本发明第四组的第36项的发明，由于纺丝工序采用了无机盐法，从而可以通 过适当地设定排出部位的形状和尺寸，来把纤维直径控制在窄的范围内。于是，这可以降 低纤维直径的离差。此外，该方法把长纤维切割成了短纤维；因此，与由吹塑工艺获得的纤 维不同，该方法可以把纤维长度控制在窄的范围内。于是，这可降低纤维长度的离差。除了 这些作用外，还可以避免产生渣球。因此，该制备方法可以确保容易地获得所述紧固密封材 料。下面将就本发明第五组的“实施”进行阐述。根据本发明第五组的第37项的发明，可以提供一种结构，S卩，在陶瓷纤维的搭接 部位形成交联的桥，从而使各纤维不易滑动和松散。因此，即使当紧固密封材料长时间经受 外来压力时，其表面压力也不易降低。此外，在本发明的紧固密封材料中，纤维彼此部分粘 合，从而紧固密封材料的内部空隙没有被完全填充，于是可以保持紧固密封材料最初所要 求的物理特性(弹性、绝热性等)。此外，由于采用了具有优异的耐热性的陶瓷粘合剂，所 以，即使该紧固密封材料在使用中经受高温，其粘合部位的强度也不易降低。
根据本发明第五组的第38项的发明，由于陶瓷粘合剂由组成陶瓷纤维的物质制 得，所以它对纤维具有高的亲合力，并使粘合部位具有高的强度。因此，可以确保表面压力不随时间而降低。根据本发明第五组的第39项的发明，由于采用了含有最少量无定形组分的铝硅 纤维，所以可以提高纤维本身的耐热性，从而减少纤维在高温下表面压力的下降。由于主要 含有氧化铝的陶瓷粘合剂对铝硅纤维具有很高的亲合力，所以可以进一步使粘合部位具有 更高的强度。根据本发明第五组的第40项的发明，通过将陶瓷粘合剂的含量设定在所述所需 的范围，可以使粘合部位具有高的强度，同时保持其在紧固密封材料中所需的物理性能。当所述含量低于1重量％时，纤维的相互粘合就不具有高的强度。相比之下，当所 述含量高于8重量％时，尽管解决了与粘合强度相关的问题，但这会堵塞紧固密封材料中 的孔隙，从而不能提供紧固密封材料所需的物理性能。根据本发明第五组的第41项的发明，由于陶瓷体由催化剂载体组成，而且由于所 述紧固密封材料被用作用于催化转化装置的紧固密封材料，所以可以提供这样一种用于催 化转化装置的紧固密封材料，所述紧固密封材料即使长时间受到外来压力的压迫，其表面 压力也不易随时间而降低，而且即使经受高温，其粘合部位的强度也不易降低。换言之，根据本发明第五组的第41项的发明，本发明第五组的紧固密封材料形成 了用于催化转化装置的紧固密封材料，所述紧固密封材料包括作为组成材料的铝硅纤维， 所述紧固密封材料被置于催化转化装置与包覆在所述催化剂载体外周的金属壳之间。根据本发明第五组的第42项的发明，由于对母体纤维单独采取了煅烧步骤和粘 合工序，所以，与煅烧和粘合工序同时进行的工序相比，两个工序单独进行可以确保获得所 需形状的陶瓷纤维，而且，这可确保具有所述所需形状的纤维的粘合。因此，这可确保容易 地制得表面压力不易随时间降低的紧固密封材料。根据本发明第五组的第43项的发明，由于液体陶瓷粘合剂的原料溶液具有表面 张力，所以，当该原料溶液被应用于聚集体时，可以确保其粘附到纤维的搭接部位。在该状 态下加热，粘附到相应部位的原料溶液的特定组分就形成了陶瓷，从而在纤维之间形成了 交联结构。根据本发明第五组的第44项的发明，由于低粘度的水溶性金属溶液具有表面张 力，所以，当用该溶液浸渍聚集体时，可以确保该溶液粘附到纤维的搭接部位。此处，所用的 浸渍方法可以确保将该溶液均勻地注入该聚集体内。在此情形下，首先干燥该聚集体，以便 在一定程度上除去水分，然后加热，从而使该溶液中粘附到相应部位的金属组分氧化成为 陶瓷，从而在纤维之间形成交联结构。根据本发明第五组的第45项的发明，水溶性金属溶液的加入量设定在所述优选 的范围内，从而可以增加粘合部位的强度，同时保持了紧固密封材料的物理性能。加入量小于1重量％会使溶液粘附到纤维搭接部位的量不足，有时甚至不能使纤 维相互牢固地结合。相比之下，加入量大于10重量％容易使过量的溶液填充到紧固密封材料中的孔 隙里，这样，有时会削弱紧固密封材料的物理性能。根据本发明第五组的第46项的发明，可以由对纤维具有高亲合力的氧化铝在铝
16硅纤维之间形成交联结构。因此，这可以增加粘合部位的强度，并因此确保表面压力不随时 间而降低。此外，由无机盐法得到的纤维具有晶体结构，这种结构的优点是，与通过熔融法 得到的无定形纤维相比，其在高温下具有较高的强度。于是，这样可以获得在高温下表面压力不易降低的紧固密封材料。根据本发明第五组的第47项的发明，通过煅烧步骤，母体纤维形成了陶瓷，从而 得到了铝硅纤维。在此情形下，通过纤维的搭接部位被液态物质(即陶瓷粘合剂)粘合起 来，该液态物质形成了陶瓷。根据这种方法，在本发明第五组的第11项发明中，由于母体纤 维的煅烧步骤和粘合工序同时进行，所以，与煅烧步骤和粘合工序分别进行的方式相比，这 样可以减少加热步骤，从而降低制造成本。因此，这样可以低成本有效地制备表面压力不易 随时间降低的紧固密封材料。根据本发明第五组的第48项的发明，当聚集体处于含有大量水分的高湿环境中 时，进入到聚集体中的水蒸汽会凝结为水分。水分可通过表面张力的作用选择性地附着在 纤维的搭接部位。由于铝硅纤维的母体纤维是水溶性的，所以这些搭接部位会因吸附了水 分而发生一定程度的溶解。而后，由于溶解而产生的液态物质实质上与该铝硅纤维具有相 同的组成，所以，这实际上在随后形成了陶瓷粘合剂。换言之，根据所述的本发明，那些可在 随后形成陶瓷粘合剂的液态物质可以确保粘附到搭接部位。此外，由于该液态物质具有本 质上与所述铝硅纤维基本相同的组成，所以，该液态物质对所述母体纤维具有高的亲合力， 从而可以确保纤维的粘合具有高的强度。因此，这可以确保表面压力不随时间而降低。根据本发明第五组的第49项的发明，将非水性液态物质喷成雾状而进行施用，从 而可以确保该液态物质浸渍入聚集体内部，并使其通过表面张力的作用选择性地粘附到纤 维的搭接部位。换言之，根据所述发明，可以确保使得随后将形成陶瓷粘合剂的液态物质粘 附到纤维的搭接部位。并且，所述液态物质是非水性物质，因此，即使其粘附到具有水溶性 的铝硅纤维上，它也不会使纤维溶解。因此，这可以避免出现母体纤维过度溶解并导致纤维 强度降低的可能性，而且，该方法无须精确控制条件来防止过度溶解。因此，这可以相对容 易地制得紧固密封材料。此外，由于所述液态物质含有铝硅纤维中所含的无机成分，所以该 液态物质对母体纤维具有高的亲合力，而且这可以确保纤维间的相互粘合具有高的强度。 因此，这可以确保表面压力不随时间而降低。根据本发明第五组的第50项的发明按如下方式实施。由于母体纤维未被烧结且 相对较软，所以在切割工序中，在母体纤维上施加冲击力的部位不易破裂。因此，由烧结所 述母体纤维而得到的铝硅纤维具有优异的机械强度，而且其端面形状也是规则的。于是，这 可以提高其初始表面压力。相比之下，如果母体纤维在烧结后再进行切割处理时，切割时的 冲击力会使铝硅纤维在切割部位破裂。这是由于，一般来讲，当母体纤维被烧结为陶瓷时， 纤维会硬化，但同时也变脆了。这样，不但铝硅纤维会具有不规则的端面形状，而且降低了 纤维的机械强度。根据本发明第五组的第51项的发明，三维聚集的陶瓷纤维通过陶瓷粘合剂彼此 部分地粘合，因而该结构中的纤维不易相互滑移和松散，其表面压力也不易降低。此外，由 于所述陶瓷纤维聚集体中的纤维是部分地相互粘合的，其内部的孔隙没有被完全填充，从 而保持了足够的弹性和绝热性。此外，由于采用了耐热性优异的陶瓷粘合剂，所以，该结构 即使在高温下其粘合处的强度也不易降低。
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根据本发明的第五组的第52项的发明，由于该结构中含有支链结构的陶瓷纤维， 所以，与不带支链的结构相比，该结构中的纤维不易相互滑移和松散。根据本发明第五组的第53项的发明，将含有支链陶瓷纤维的结构与含有不带支 链的陶瓷纤维的结构相比，当形成三维聚集体时，前者比后者较不易发生纤维之间的滑移 和松散。于是，具有前一结构的纤维聚集体的表面压力不易降低。下面将就本发明第六组的“实施”进行阐述。在本发明的第六组中，在纺丝、切割和成毡工序之后进行煅烧步骤；因此，母体短 纤维的切割面没有产生碎屑、毛刺和细微裂口，然后使该母体纤维进行煅烧步骤，从而可以 制得机械强度优异的氧化铝短纤维，而后再制得氧化铝纤维聚集体，所述氧化铝纤维聚集 体具有足够高的初始表面压力，而且该表面压力不易随时间而降低。
图1是本发明的一个优选实施方式中的紧固密封材料的透视图。图2是所述优选实施方式中的催化转化装置的制备过程的透视图。图3是所述实施方式中的催化转化装置的截面图。图4是另一实施方式中的催化转化装置的截面图。图5是毡状纤维聚集体的煅烧步骤示意图，所述纤维聚集体来自本发明第二组的 实施方式。图6是在根据本发明第二组的实施例和对比例中，表面压力随时间下降的曲线 图。图7是根据本发明第二组的另一实施例中的催化转化装置的截面图。图8是根据本发明第三组的优选实施方式中的纺丝设备的示意图。图9是在根据本发明第三组的实施例和对比例中，金属喷嘴形状和由该喷嘴得到 的纤维截面形状的示意图。图10是在根据本发明第三组的实施例5中，铝硅纤维6的截面的SEM(扫描电子 显微镜)照片。图11是在根据本发明第三组的实施例7中，铝硅纤维6的截面的SEM照片。图12是在根据本发明第五组的实施方式中，陶瓷纤维主要部分的放大的截面图。图13是根据本发明第五组的实施例和对比例所进行的对比实验的结果曲线图。图14是根据本发明第五组的形成紧固密封材料的陶瓷纤维的SEM照片。图15(a)是氧化铝短纤维切割面的SEM照片，该氧化铝短纤维是在根据本发明 第六组的氧化铝纤维聚集体的制备方法中，形成氧化铝纤维聚集体所用的氧化铝纤维，图 15(b)是短的氧化铝纤维的切割面的SEM照片，该氧化铝短纤维是用于由传统方法制得的 氧化铝纤维聚集体的氧化铝纤维。图16是蜂窝式过滤器实例的示意性透视图。图17(a)是多孔陶瓷部件的一个实施例的示意性的透视图，该陶瓷部件形成了图 16的蜂窝式过滤器，图17(b)是所述部件沿A-A线的截面图。图18是紧固密封材料的示意性的平面图。图标说明
1催化转化装置2催化剂载体3金属壳4紧固密封材料6铝硅纤维6A母体纤维7陶瓷粘合剂17 流道18纺丝料液19 喷嘴19a作为喷嘴的排出部位的金属口型20催化剂载体30蜂窝式过滤器33密封材料层34粘合层35陶瓷块40多孔陶瓷部件41过滤器42 通孔43 隔墙50紧固密封材料51基材部分52凸起结合部53凹陷结合部Al伸展方向Ml纤维聚集体Sl第一侧表面S2第二侧表面
具体实施例方式首先，下面将阐述根据本发明第一组的实施方式。参见图1到图3，根据本发明第一组的一个实施方式，下面将详细描述用于汽车废 气净化装置的催化转化装置。如图3所示，根据本发明第一组的实施方式的催化转化装置1被置于汽车底盘中 的发动机排气管中央。由于从发动机到催化转化装置1的距离相对较短，排放到催化转化 装置1的废气温度高达约700°c到900°C。当发动机为稀混合气发动机时，排放到催化转化 装置1的废气温度高达约900°C到1000°C。如图3所示，根据本发明第一组的实施方式，催化转化装置1基本上由催化剂载体 2、包覆在所述催化剂载体2外周的金属壳3和置于部件2和3之间的空隙中的紧固密封材
19料4组成。催化剂载体2由陶瓷材料制成，所述陶瓷材料的代表物是堇青石等。催化剂载体 2为截面呈圆形的柱状部件。此外，催化剂载体2的截面形状并不局限于正圆形，而可以是例如椭圆形或长圆 形。此时，金属壳3的截面形状可相应地分别为椭圆形或长圆形。此外，催化剂载体2为蜂窝式结构，该结构内具有数个沿轴向伸展的孔腔5。所述 孔腔的壁上装有贵金属基如钼和铑的催化剂，钼和铑等贵金属可净化废气的组分。此处，关 于催化剂载体2，除所述堇青石载体外，还可采用由如碳化硅、氮化硅等制成的如蜂窝式多 孔烧结体等。此外，关于催化剂载体2，除在该实施方式中显示的模铸成蜂窝形状的堇青石载体 外，还可采用由如碳化硅、氮化硅等制成的如蜂窝式多孔烧结体等。在图3中，催化剂载体2的结构为，在每一孔腔5的入口端或出口端用密封件密 封；然而，如图4所示，可以采用催化剂载体20的结构，该结构中孔腔5的入口端或出口端 均未采用密封件密封。下面将描述如图3所示的催化转化装置1。当采用例如压嵌式装配时，金属壳3采用0形截面的金属圆筒。此处，形成该圆筒 的金属材料优选耐热性和抗冲击性优异的金属(例如，钢制品等，如不锈钢)。当采用所谓 的封壳式而非压嵌式时，所采用的部件为，将所述具有0形截面的金属圆筒沿轴向分割为 多块而形成的部件(即合瓣)。除这种结构外，当采用包紧(wrap-tightening)式装配时，金属壳采用例如截面 为C形或U形的金属筒部件，即沿所谓的轴向有一切口(开口部位)的金属筒部件。在此 情形下，当安装了催化剂载体2时，将固定有紧固密封材料4的催化剂载体2的结构装入金 属壳3，此时，金属壳3包覆并紧固起来，其上的开口端相接(采用焊接、粘合、螺栓紧固等方 式)。在采用包壳式时，也以同样方法进行如焊接、粘合和螺栓紧固等结合工作。如图1所示，紧固密封材料4为长条毡状，在其一端具有凸起结合部11，在另一端 具有凹陷结合部12。如图2所示，当安装到催化剂载体2上时，凸起结合部11刚好与凹陷 结合部12咬合。此外，可以根据需要改变紧固密封材料4的形状。例如，可以采用省去凸起结合部 11和凹陷结合部12的较为简单的形状。根据本发明第一组的实施方式，紧固密封材料4由聚集成毡状(即纤维聚集体) 的陶瓷纤维作为主要的组成材料。在根据本发明第一组的实施方式中，所述陶瓷纤维采用 了铝硅纤维6。此时，铝硅纤维6中的富铝红柱石晶体的含量优选在0重量％或以上到10 重量％或以下的范围内。这种化学组成中无定形成分较少，因而具有优异的耐热性；于是， 在受到压缩载荷时可产生高的排斥力。因此，即使该纤维在空隙中经受高温，其表面压力也 不易降低。铝硅纤维6中氧化铝的含量优选在40重量％到60重量％的范围内，氧化硅的含
量优选为0重量％到60重量％。此外，铝硅纤维6的平均直径的下限约为3 μ m，其上限约为25 μ m，更优选其平均 直径的下限约为5μπ ，其上限约为15μπ 。这是因为，当纤维的平均直径过小时，会产生纤维被呼吸器官吸入的问题。铝硅纤维6的平均长度的下限约为0. 1mm，其上限约为100mm， 更优选纤维的平均长度的下限约为2mm，其上限约为50mm。与普通的白色透明的铝硅纤维不同，根据本发明第一组的实施方式的铝硅纤维的 特点是黑色的。“黑色的”铝硅纤维不但包括仅为黑色(漆黑)的纤维，还包括黑灰色的纤维。此处，铝硅纤维6的亮度优选JIS Z 8721中所规定的N8或更低。此时，亮度的N指按如下方法确定的标记。设定黑色的最优亮度为0，设定白色的 最优亮度为10，将介于该黑色亮度和白色亮度之间的各种颜色的亮度分为10个等级，用标 记NO到NlO来表示，从而同标记的颜色的亮度表示处于相同的等级。在实际测量中，用每一种颜色来与对应于NO到NlO的颜色标记相比较。此时，小 数点后第一位数字为0或5。铝硅纤维6的黑色来自纺丝料液中所含的碳组分。铝硅纤维6中残余的碳组分的含量的下限为1重量％或更高，优选地，其下限为1 重量％，其上限为20重量％，更优选其下限为5重量％，其上限为10重量％。残余的碳组 分的含量低于1重量％则不能充分提高机械强度。相比之下，残余碳组分的含量过高会损 害铝硅纤维6的基本物理特性(例如，耐热性等)。可以根据制备过程中的参照试样来计算碳组分的含量，或者采用激光拉曼光谱 仪，或者根据X光的强度比等可以计算出碳组分的含量。铝硅纤维6的拉伸强度优选为1. 2GPa或更大，更优选1. 5GPa或更大。该纤维的 弯曲强度优选为1.3GPa或更大，更优选1.5GPa或更大。断裂强度为0. 8MN/mV2或更大，更 优选1. OMN/m372或更大。这是由于增加纤维的拉伸强度、弯曲强度和断裂强度的值可使铝 硅纤维6不但具有足够的抗拉伸和抗弯曲性能，而且具有柔韧性且不易断裂。此外，根据本发明第一组的实施方式，铝硅纤维6的纤维中含有碳组分，于是，可 以想象在整个铝硅纤维6中发生了结晶，从而提高了拉伸强度。除了正圆形外，铝硅纤维6的截面形状可以是其他变异形(例如椭圆形、长圆形和 大体成三角的形状)。在安装之前，紧固密封材料4的厚度的下限优选为催化剂载体2和金属壳3之间 的空隙的约1. 1倍，更优选是该空隙的约1. 5倍。此外，紧固密封材料4的厚度的上限优选 为催化剂载体2和金属壳3之间的空隙的约4. O倍，更优选是该空隙的约3. O倍。如果所 述厚度小于1. 1倍，则不能提供良好的紧固性能，从而使催化剂2与金属壳3发生偏移或松 动。由于这种情况下当然不具有良好的密封性能，废气会从空隙部位泄露出来，从而不能有 效地防止污染。此外，厚度大于4. O倍就难以将催化剂载体2安装到金属壳3中，尤其是在 采用嵌入式安装法时。因此，这种情况下不能改善安装性能。安装后，紧固密封材料4的松密度(GBD)的下限优选为0. lOg/cm3，其上限优选为 0. 30g/cm3 ；此外，所述松密度的下限更优选为0. lOg/cm3，其上限更优选为0. 25g/cm3。当松 密度的值很小时，有时难以获得足够高的初始表面压力。相反，当松密度的值很大时，所需 要的原材料铝硅纤维6的量就会增加，这会增加成本。在安装状态下，紧固密封材料4的初始表面压力为50kPa或更大，更优选70kPa或 更大。这是由于，当初始表面压力的值大时，即使表面压力随时间而降低了，也可保持对催化剂载体2的良好的紧固性能。此处，如果需要，可对紧固密封材料4采用针刺处理、树脂浸渍处理等。这些方法 的采用可沿厚度方向压缩紧固密封材料4，从而使其变薄。下面将按顺序阐述根据本发明第一组的催化剂载体1的制备方法。首先，混合铝盐溶液、二氧化硅溶胶和有机聚合物以便形成纺丝料液。换言之，通 过无机盐法制得了纺丝料液。铝盐溶液既作为氧化铝源，又作为可使纺丝料液增粘的组分。此处，这种水溶性溶液优选碱式铝盐的水溶液。二氧化硅溶胶既作为二氧化硅源， 又作为可使纤维具有高强度的成分。有机聚合物可赋予纺丝料液拉丝性能，还可作为碳源， 从而使根据本发明第一组的实施方式的铝硅纤维6具有良好的机械性能。有机聚合物可采 用含碳的直链聚合物，例如PVA(聚乙烯醇)。此处，可作为碳源的成分不局限于直链聚合 物，可以采用分子量相对较低的、非链结构(即非聚合物)的任何成分，只要其含碳即可。其次，真空浓缩所得的纺丝料液，制得具有适合于纺丝加工的浓度、温度和粘度的 纺丝料液。在此情形下，优选将浓度为约20重量％的纺丝料液浓缩到约30重量％到40重 量％。此外，其粘度优选为10泊到2000泊。进而，由上法制得的纺丝料液通过纺丝设备的喷嘴排出到空气中，从而连续得到 截面形状与喷嘴的金属口型相似的母体纤维。经过纺丝加工的母体纤维在连续卷取的同时 被拉伸。在此情形下，优选采用例如干燥压力纺丝法。此外，由上法得到的母体纤维中所含的碳组分无须从作为拉丝性能赋予剂而加入 其中的有机聚合物中获得，而是可以从单独加入其中的碳源中获得。在此情形下，并不局限 于例如有机聚合物等有机物，也可采用例如无机物，所述无机物如碳。其次，通过煅烧步骤烧结母体纤维，使其形成陶瓷(结晶化)，于是母体纤维硬化 而得到铝硅纤维6。在煅烧步骤中，有必要将母体纤维在使其中的碳组分(即所述有机聚合物)难以 进行氧化反应的环境中加热。更具体来说，在根据本发明第一组的实施方式中，加热在典型 的惰性气氛即氮气中进行。此处，使碳组分难以进行氧化反应的环境并不局限于惰性气氛，而是包括例如减 压气氛。与在常压气氛中进行加热步骤相比，在减压气氛中进行加热步骤可以抑制氧化反 应的进行。此外，煅烧步骤也可在除氮气以外的惰性气氛例如在氩气中进行，或者在减压惰 性气氛中进行。在氮气氛中进行加热步骤时，温度的下限为1000°C，更优选1050°C，温度的上限 为 1300°C，更优选 12500C O加热温度低于1000°C会导致母体纤维的烧结不充分，从而导致难以稳定地提供高 强度的铝硅纤维6。相比之下，当加热温度超过1300°C时，铝硅纤维6不具有更高的强度， 这样会降低经济效益。换言之，在根据本发明第一组的铝硅纤维的制备方法中，母体纤维的加热步骤可 以在煅烧步骤中的惰性气氛和/或减压气氛中进行。根据本发明第一组的铝硅纤维的制备 方法可以稳定地得到具有优异的机械强度的铝硅纤维。随后，将由所述各步骤得到的长的铝硅纤维6切割成预定的长度，以便形成一定
22程度的短纤维。然后，将该短纤维集中、松解并压片，或者将由短纤维分散于水中而形成的 纤维分散液注入模具中，压缩并干燥，从而得到毡状的纤维聚集体。进而，将该纤维聚集体 冲压成为预定的形状，从而形成黑色的紧固密封材料4。然后，如果需要的话，用有机粘合剂浸渍紧固密封材料4，然后沿厚度方向将所得 的紧固密封材料4压缩并铸型。此时的有机粘合剂除可以采用乳胶和如丙烯酸橡胶和丁腈 橡胶等外，也可以采用聚乙烯醇和丙烯酸树脂等。此外，将紧固密封材料4包覆在催化剂载体2的外周，并用有机胶带13固定。而 后，将其进行压嵌、封壳或包紧步骤，从而完成所需的催化转化装置1。于是，根据本发明第一组的实施方式，可以获得如下效果。紧固密封材料4中所用的铝硅纤维6由于含有碳组分而为黑色具有优异的机械强 度，如纤维拉伸强度、纤维弯曲强度和断裂韧性。因此，采用该纤维所得到的紧固密封材料 4具有高的初始表面压力，而且该表面压力不易随时间而降低。因此，可以得到这样一种催 化转化装置1，所述催化转化装置1的催化剂载体2固定良好，而且具有优异的密封性能。当催化转化装置1中采用了黑色铝硅纤维6时，即使紧固密封材料4吸附了黑色 物质如煤烟，其外表的变化也几乎不能觉察。换言之，由于紧固密封材料4起初为黑色，使 用前后其颜色并无明显变化。这点的好处是，它不会令使用者产生“变坏”或“污染”等印 象。根据本发明第一组的实施方式的制备方法，在难以使母体纤维中所含的碳组分发 生氧化反应的环境中加热母体纤维，从而进行烧结母体纤维的煅烧步骤。因此，这可以使大 量的碳组分保留在铝硅纤维6中，于是确保容易地得到机械强度优异的铝硅纤维6。根据本发明第一组的实施方式的制备方法，煅烧步骤进行的环境采用了廉价的氮 气氛。因此，这可以降低紧固密封材料4的制备成本。此外，由于加热步骤在所述优选的煅 烧温度范围内进行，所以，这可稳定地得到高强度的铝硅纤维6。根据本发明第一组的实施方式的制备方法，母体纤维中所含的碳组分来自有机聚 合物，所述有机聚合物作为拉丝性能赋予剂加入纺丝料液中。因此，无须单独向纺丝料液中 专门加入碳源，因此，这样就无须对纺丝料液的组成进行大幅度的改性。于是，这可预先避 免纺丝料液的不均衡，并因此而避免了对铝硅纤维6的基本物理性能的损害。此外，由于无 须加入碳源，所以，这可以降低制造成本。此外，由于所述有机聚合物易于均勻地分散于纺 丝料液中，所以碳源就均勻地分散于母体纤维中。因此，所得的铝硅纤维6中残余碳的含量 是均勻的，而且不易导致机械强度的不均一。此外，在根据本发明第一组的实施方式中，举例说明了把根据本发明第一组的紧 固密封材料4应用于催化转化装置1的情形，所述催化转化装置1是汽车净化装置中所用 催化转化装置；然而，根据本发明第一组的紧固密封材料4当然也可应用于除汽车净化装 置所用的催化转化装置1之外的其他装置，例如柴油机细颗粒过滤器(DPF)、用作燃料电池 改性器的催化转化装置等。下面将就根据本发明第二组的实施方式进行阐述。参见图1到6，下面将详细阐述根据本发明第二组的实施方式的催化转化装置，所 述催化转化装置用于汽车废气净化装置。如图3所示，根据本发明第二组的实施方式的催化转化装置1基本上与根据本发明第一组的催化转化装置相同，所述催化转化装置1由催化剂载体2、包覆在该催化剂载体 2外周的金属壳3和置于所述部件2和3的空隙之间的紧固密封材料4组成。此外，如图7所示的另一催化转化装置1，该转化装置同样具有如下结构紧固密 封材料4由多个(本例中为两个)纤维聚集体Ml的片材组成，各纤维聚集体Ml具有相互 不同的结晶度，而且这些纤维聚集体Ml可以上下重叠并相互粘合。此时，结晶度较小的纤 维聚集体Ml需与金属壳3接触，结晶度较大的纤维聚集体Ml需与催化剂载体2接触。此处，关于催化剂载体2和金属壳3，可以采用与根据本发明第一组所描述的催化 剂转化装置中的2和3相同的部件；因此，在此略去其描述。此外，催化剂载体2的形状并不局限于正圆形，而可以是例如椭圆形或长圆形。在 此情形下，金属壳3的截面形状可以相应地改为椭圆形或长圆形。此外，关于催化剂载体2，除模铸成为该实施方式中所示的蜂窝式堇青石载体外， 还可采用例如蜂窝式多孔烧结体，所述多孔烧结体例如碳化硅或氮化硅等的多孔烧结体。此外，如图4所示的催化剂载体20所示，可以采用无密封件的催化剂载体。如图1所示，紧固密封材料4为长的毡状部件，在其一端具有凸起结合部11，在其 另一端具有凹陷结合部12。如图2所示，包覆在催化剂载体2之上时，凸起结合部11刚好 与凹陷结合部12咬合。此外，可以根据需要改变紧固密封材料4的形状。例如，可以采用省去凸起结合部 11和凹陷结合部12的较为简单的形状。根据本发明第二组的实施方式，紧固密封材料4由聚集成毡状(即纤维聚集体Ml) 的陶瓷纤维组成，所述陶瓷纤维是所述紧固密封材料4的主要成分。在根据本发明第二组 的实施方式中，所述陶瓷纤维可以采用铝硅纤维6。在根据本发明第二组的实施方式中，紧固密封材料4中富铝红柱石的结晶度不平 衡，而是随其部位的不同而不同。换言之，在纤维聚集体Ml的片材中，第一侧表面Sl部位 的结晶度与第二侧表面S2部位的结晶度彼此不同，更具体而言，应当使从第一侧表面Sl和 第二侧表面S2的结晶度逐渐增加。此处，紧固密封材料4中的第一侧表面Sl在煅烧步骤中经受了较低的温度，该侧 表面与金属壳3接触，金属壳3的耐热性要求较低。因此，第一侧表面Sl可被认为是低温 煅烧面或与金属壳接触的面。第二侧表面在煅烧步骤中经受了相对较高的温度，该面与催 化剂载体2接触，催化剂载体2 —侧的耐热性要求较高。因此，第二侧表面S2可被认为是 高温煅烧面或与高温部件接触的面。在此情形下，第一侧表面Sl部位的结晶度与第二侧表面S2部位的结晶度相差优 选3重量％或更大。更具体而言，第一侧表面Sl部位的结晶度优选为0重量％到1重量％， 第二侧表面S2部位的结晶度优选为1重量％到10重量％。当第一侧表面Sl部位的结晶度大于1重量％以及第二侧表面S2部位的结晶度小 于1重量％时，这两侧的结晶度之差太小，从而不能获得目标特性。当第二侧表面S2部位 的结晶度大于10重量％时，相应部位的耐热性就可能下降。此外，第一侧表面Sl部位的结 晶度优选为0重量％，也即，在该相应部位优选采用无定形材料。此处，采用X射线衍射所得到的富铝红柱石的峰为基础来测定所述结晶度；假定 此材料在结晶度为0重量％时没有峰，用100%的富铝红柱石测得的峰为结晶度为100重量％，根据100重量％的值与样品值之比可以测定出相应的结晶度。此外，根据在氢氟酸中富铝红柱石和二氧化硅的溶解率之差得出其重量比，根据 该重量比可以计算出所述结晶度。关于铝硅纤维6的氧化铝含量、二氧化硅含量、铝硅纤维6的平均直径和平均长 度，这些参数优选与根据本发明第一组的催化转化装置中所描述的相同；因此，在此省略其 描述。关于位于第二侧表面S2的铝硅纤维6，分别优选该纤维的拉伸强度为1. OGPa或 更大，纤维的弯曲强度为0. SGPa或更大，弹性模量为9. 5X IOwNAi2或更大。关于位于第一 侧表面Sl的铝硅纤维，分别优选该纤维的拉伸强度为2. OGPa或更大，纤维的弯曲强度为 1.5GPa或更大，弹性模量为11. OX IOkiNAi2或更大。其原因在于，随着纤维的拉伸强度、纤 维的弯曲强度等的增加，铝硅纤维6会具有很强的抗拉伸和抗弯曲性。在根据本发明第二组的实施方式中，关于铝硅纤维6的截面形状、紧固密封材料4 在安装前的厚度、紧固密封材料4在安装后的松密度(GBD)和在紧固密封材料4的安装状 态下的初始表面压力，它们与本发明第一组的催化转化装置所描述的相同；因此，在此略去 其描述。此处，如果需要，可以对该紧固密封材料4进行针刺处理和树脂浸渍处理等。通过 采用这些处理，可以在厚度方向上压缩紧固密封材料4，从而使其沿厚度方向变薄。下面将按顺序描述根据本发明第二组的催化转化装置1的制备方法。首先，按照与根据本发明第一组的催化转化装置的制备方法中所描述的方法制备 纺丝料液，从而制得母体纤维的长纤维。其次，将该母体纤维的长纤维切割成预定的长度，从而在一定程度上形成短纤维。 随后，收集、松解并压片该短纤维，或将由短纤维分散于水中而形成的纤维分散液注入模具 中，压缩并干燥，从而得到毡状的纤维聚集体Ml。在所述压片处理之后，对纤维聚集体Ml进行煅烧步骤，以便烧结母体纤维，从而 形成陶瓷(结晶化的)。于是，母体纤维硬化而形成铝硅纤维6。图5显示了电炉21，这是 根据本发明第二组的实施方式中的煅烧设备。此处，可以采用所例举的电炉21之外的煅烧设备来进行煅烧步骤。所述电炉21这种设备的用途是，当把需要被煅烧的物体沿水平方向送入所述电 炉21时，所述物体可被连续加热和烧结。作为输送工具的网状输送带23被封闭在构成电炉 21的主体22中。毡状的纤维聚集体Ml作为待煅烧物体被置于网状输送带23上。作为第 一加热装置的上侧电热器24置于网状输送带23的之上，并距网状输送带23有一空隙，作 为第二加热装置的下侧电热器25置于网状输送带23之下，并距网状输送带23有一空隙。 该电热器24和25通过控温仪与电源相接，所述控温仪未显示。在该设备中，分别控制该两 个电热器24和25的温度。在煅烧步骤中，首先在常压下用电炉21对所述纤维聚集体Ml进行预热步骤(预 处理)，然后，仍在常压下用所述电炉21进行正式加热步骤(煅烧步骤)。在此情形下，改变该两种电热器24和25的温度设定，以便提供一定程度的温差。 换言之，纤维聚集体Ml在一定的温差下被烧结，所述温差由第一侧表面Sl的煅烧温度与第 二侧表面S2的煅烧温度而产生。此处，在根据本发明第二组的实施方式中，上侧的电热器24的温度高于下侧电加热器25的温度。在此情形下，进行煅烧步骤的温差优选为100°C或更高，特别是200°C或更高。所 述温差小于100°c时，第一侧表面Sl与第二侧表面S2之间烧结难易程度的差值不足，从而
难以产生结晶度的差异。此外，第一侧表面Sl的煅烧温度优选为800°C到1100°C，第二侧表面S2的煅烧温 度优选为iioo°c到i4oo°c，当第一侧表面Sl的煅烧温度低于800°C时，烧结反应进行得不充分，从而不能得 到所需的机械强度。当第一侧表面Si的煅烧温度高于iioo°c时，或者第二侧表面S2的煅 烧温度低于1100°C时，该两侧的结晶度的差异太小，从而不能获得目标特性。第二侧表面S2的煅烧温度高于1400°C时，结晶进行得太快，从而导致机械强度和 耐热性下降。此外，煅烧时间(更具体来说，即保持最高加热温度的时间)优选为10分钟到60 分钟。如果煅烧时间过短，即使温度设定得足够高，烧结反应也不能充分进行。因此，这就不 能获得所需的机械强度。如果煅烧时间过长，就会降低生产效率，而且结晶会进行得过快， 从而导致机械强度和耐热性下降。在随后的冲切处理中，经过了煅烧步骤的毡状纤维聚集体Ml被冲切成预定的形 状，从而形成紧固密封材料4。然后，如果需要的话，用有机粘合剂浸渍紧固密封材料4之后，可进一步压缩紧固 密封材料4，并沿厚度方向模压。关于此处所用的有机粘合剂，除乳胶以及如丙烯酸橡胶和 丁腈橡胶等外，可以采用聚乙烯醇和丙烯酸树脂等。进而，将紧固密封材料4包覆在催化剂载体2的外周，并用有机胶带13固定。而 后，将其进行压嵌、封壳或包紧步骤，从而完成所需的催化转化装置1。此处，所例举的紧固密封材料4具有这样一种结构，即，其结晶度沿厚度方向有所 差异。相比之下，可以提供结晶度沿长度方向变化的紧固密封材料，或结晶度沿宽度方向变 化的紧固密封材料。例如，当后一紧固密封材料被包覆在催化剂载体2的周围时，可使催化 剂载体2的两端之间具有不同的结晶度。换言之，其一端具有优异的耐热性，而另一端具有 优异的弹性和柔韧性。因此，当把结晶度较大并具有优异的耐热性的一端朝向废气流入的 一侧时，可以得到具有优异的耐热性和抗风蚀性的催化转化装置1。因此，根据本发明第二组的实施方式可以达到如下效果。通常，当采用催化转化装置1时，直接暴露在高温废气中的催化剂载体2就具有高 的温度，而金属壳3的温度则不象催化剂载体2的那么高。因此，与催化剂载体2接触的侧 表面尤其需要具有高的耐热性。考虑到这些因素，根据本发明第二组的实施方式的结构是， 使第二侧表面S2与催化剂载体2接触，所述第二侧表面S2具有相对较高的结晶度，即该侧 表面具有优异的耐热性。相反，使第一侧表面Sl与金属壳3接触，所述第一侧表面Sl具有 相对较低的结晶度，即该侧表面具有优异的弹性和柔韧性，虽然耐热性并不优越。因此，与 催化剂载体2接触的部位的纤维不易脆化，从而提供了这样一种紧固密封材料4，所述紧固 密封材料4具有高的初始表面压力，而且该表面压力不易随时间而降低。此外，由于与金属 壳3接触的部位产生了弹力，这可以减少该部位与金属壳之间产生空隙，从而提供了密封 性能优异的紧固密封材料4。
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如上所述，可以得到这样一种催化转化装置1，所述催化转化装置1对催化剂载体 2具有优异的紧固性能，不易泄露废气，而且具有良好的处理效率。根据本发明第二组的紧固密封材料4包括纤维聚集体Ml片材，而且该纤维聚集体 Ml的结晶度从第一侧表面Sl到第二侧表面S2逐步增加。因此，这种结构不同于由多个结 晶度不同的纤维聚集体Ml所组成的结构，前述结构可以省去各个纤维聚集体Ml上下相互 重叠并使其相互粘合的工作，从而减少了制备工序。于是，这可提供易于制备的紧固密封材 料4。此外，由于与多个片材相叠而成的结构相比，前述结构可以更薄，于是这可相对容 易地将前述结构置于窄的空隙之中。于是，这不但可以容易地进行包紧工序，而且在封壳操 作时易于进行装配。此外，在多个片材相互叠合的结构中，废气可穿过纤维聚集体Ml之间的界面。相 比之下，由于紧固密封材料4是单片结构，其中没有界面，因此不必考虑废气的从界面之间 穿过的问题。于是，这可提供密封性能优异的设备。在该紧固密封材料4中，第一侧表面Sl部位的结晶度与第二侧表面S2部位的结 晶度在所述所要求的范围内。因此，这可确保提高表面压力特性和密封特性，从而得到高性 能的催化转化装置1。根据本发明第二组的实施方式的制备方法，煅烧在一定的温差下进行，所述温差 由毡状的纤维聚集体Ml的第一侧表面Sl的煅烧温度和第二侧表面S2的煅烧温度所形成。 因此，这可确保相对容易地制备两个表面的结晶度不同的紧固密封材料4。此外，这种制备 方法尤其适合于具有如下结构的紧固密封材料4，所述结构为，在单片的纤维聚集体Ml中， 从第一侧表面Sl到第二侧表面S2，结晶度逐步增加。此外，在该制备方法中通常采用常规 的煅烧设备，无须采用专门的煅烧设备。因此，这可避免设备费用的增加。在根据本发明第二组的实施方式中，煅烧步骤进行的温度条件为，第一侧表面Sl 和第二侧表面S2的煅烧温度在所述优选的范围之内。因此，这可确保制得根据本发明第二 组的实施方式中的紧固密封材料4，在所述紧固密封材料4中，从第一侧表面Sl到第二侧表 面S2的结晶度逐步增加。此外，根据本发明第二组的紧固密封材料包括聚集成毡状的铝硅纤维，所述铝硅 纤维是该紧固密封材料的组成材料，所述紧固密封材料被置于催化剂载体和包覆在所述催 化剂载体外周的金属壳之间的空隙中，所述紧固密封材料可被制成用于催化转化装置的紧 固密封材料，所述紧固密封材料的特点是，其第一侧表面由无定形材料制成，其第二侧表面 由结晶材料制成。利用该结构可以获得用于催化转化装置的紧固密封材料，所述紧固密封材料的优 点是，它具有高的初始表面压力，且该表面压力不随时间而降低，此外，它还具有优异的密 封性能。此外，在根据本发明第二组的实施方式中，举例说明了把紧固密封材料4应用于 催化转化装置1的情形，所述催化转化装置1是汽车净化装置中所用催化转化装置；然而， 根据本发明第二组的紧固密封材料4当然也可应用于除汽车净化装置所用的催化转化装 置1之外的其他装置，例如柴油机细颗粒过滤器(DPF)、用作燃料电池改性器的催化转化装置等。
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下面将阐述本发明第三组的实施方式。参见图1到3，以及图8和9，下面将详细阐述根据本发明第三组的实施方式的催 化转化装置，所述催化转化装置用于汽车废气净化装置。如图3所示，根据本发明第三组的实施方式的催化转化装置1基本上与根据本发 明第一组的催化转化装置相同，所述催化转化装置1由催化剂载体2、包覆在该催化剂载体 2外周的金属壳3和置于所述部件2和3的空隙之间的紧固密封材料4组成。此处，关于催化剂载体2和金属壳3，可以采用与根据本发明第一组的所描述的催 化剂装化装置中的2和3相同的部件；因此，在此略去其描述。此外，催化载体2的形状并不局限于正圆形，而可以是例如椭圆形或长圆形。在此 情况下，金属壳3的截面形状可以相应地改为椭圆形和长圆形。此外，关于催化剂载体2，除 模铸成为该实施方式中所示的蜂窝式堇青石载体外，还可采用例如蜂窝式多孔烧结体，所 述多孔烧结体例如碳化硅或氮化硅等的多孔烧结体。此外，如图4所示的催化剂载体20所示，可以采用无密封件的催化剂载体。如图1所示，紧固密封材料4为长的毡状部件，在其一端具有凸起结合部11，在其 另一端具有凹陷结合部12。如图2所示，包覆在催化剂载体2之上时，凸起结合部11刚好 与凹陷结合部12咬合。根据本发明第三组的实施方式的紧固密封材料4由集合成毡状(即纤维聚集体 Ml)的陶瓷纤维组成，所述陶瓷纤维是所述紧固密封材料4的主要成分。在根据本发明第三 组的实施方式中，所述陶瓷纤维可以采用铝硅纤维6。在此情形下，优选采用富铝红柱石结 晶含量为0重量％或以上到10重量％或以下的铝硅纤维6。具有该化学组成的纤维可提供 优异的耐热性，而且当受到压缩载荷时，所述纤维可产生高的排斥力，因为其无定形组分较 少。因此，当这种纤维被置于空隙中时，即使经受高温，其表面压力降低的可能性也相对较 低。铝硅纤维6的化学组成优选为氧化铝在68重量％到83重量％的范围内，二氧化 硅在32重量％到17重量％的范围内，具体而言，更优选Al2O3 SiO2 = 72 28。如果氧化铝低于68重量％，或二氧化硅高于32重量％，它可能难以充分地提高耐 热性，以及难以在受到压缩载荷时产生足够的排斥力。如果氧化铝高于83重量％，或二氧 化硅低于17重量％，也难以充分地提高耐热性，以及难以在受到压缩载荷时产生足够的排 斥力。关于铝硅纤维6的平均直径和平均长度，这些参数优选与根据本发明第一组的催 化转化装置中所描述的相同；因此，在此省略其描述。此外，每一铝硅纤维6的拉伸强度优选为0. IGPa或更大，更优选0. 5GPa或更大。此处，根据本发明第三组的铝硅纤维6的截面形状需要为非圆形，即其截面形状 为其他变异形。图9的右列显示了纤维的各种截面形状的例子。实际上为椭圆形截面的纤 维(椭圆形截面的纤维)如右列第一行所示，该纤维是扁平截面形状的纤维的一个例子。实 际上为茧形截面的纤维(茧形截面的纤维)如右列第二行所示，该纤维是扁平截面形状的 纤维的一个例子。此外，内部有空间的中空纤维如右列第三行所示。此外，铝硅纤维6的截面形状并不局限于所例举的椭圆形和茧形，其截面形状还 可以是，例如长圆形、三角形或矩形。
此外，铝硅纤维6的截面形状并不局限于所例举的中空形状，其截面形状还可以 是，例如内部具有两个或多个空间的形状等。在根据本发明第三组的实施方式中，关于紧固密封材料4在安装前的厚度、紧固 密封材料4在安装后的松密度(GBD)和在紧固密封材料4的安装状态下紧固密封材料4的 初始表面压力，它们优选与本发明第一组的催化转化装置所描述的相同；因此，在此略去其 描述。此处，如果需要，可以对该紧固密封材料4进行针刺处理和树脂浸渍处理等。通过 采用这些处理，可以在厚度方向上压缩紧固密封材料4，从而使其沿厚度方向变薄。下面将按顺序描述根据本发明第三组的催化转化装置1的制备方法。首先，混合铝盐水溶液、二氧化硅溶胶和有机聚合物以便制得纺丝料液18。换言 之，采用无机盐法制得纺丝料液18。铝盐水溶液既作为氧化铝源，又作为可使纺丝料液18 增加粘度的组分。这种水溶性溶液优选碱式铝盐的水溶液。二氧化硅溶胶既作为二氧化硅 源，又作为可使纤维具有高强度的成分。有机聚合物可赋予纺丝料液18拉丝性能。在根据本发明第三组的实施方式中，优选进一步向纺丝料液18中加入水溶性增 塑剂，所述水溶性增塑剂的作用是，它可降低纤维从喷嘴排出时的溶体膨胀率。所述增塑剂 的加入量的下限优选0. 1重量％，其上限优选10重量％，具体而言，其下限更优选0. 1重 量％，其上限更优选3重量％。当所述加入量低于0. 1重量％时，不能充分降低弹性模量，从而不能获得通过加 入增塑剂而降低溶体膨胀率的效果。相比之下，加入量高于10重量％时，会对铝硅纤维6 的物理性能产生不利影响，因为这时纺丝料液18中的非陶瓷成分增加了。此外，除了向纺丝料液18中加入水溶性物质外，还可采用其他方法来降低溶体膨 胀率。关于所述增塑剂，优选水溶性有机物，更具体而言，优选高粘度的乙二醇醚。即使 加入少量的这类有机物也可确保降低纺丝料液18弹性模量。此外，在纺丝工序之后的烧结 步骤结束时，乙二醇醚被该步骤中的热完烧净了。此处，可作为增塑剂的乙二醇醚的例子包括四甘醇一丁醚(3，6，9，12_四氧杂 十六醇)、三甘醇一丁醚(3，6，9-三氧杂十三醇)、二甘醇一丁醚(2-(2_ 丁氧基乙氧基)乙 醇)、丙二醇一丁醚、乙二醇一丁醚、丙二醇一甲醚(1-甲氧基-2-丙醇)、丙二醇单甲醚乙 酸酯与乙酸的混合物等。除所述乙二醇醚外，还可采用例如粘性有机物作为增塑剂，所述粘 性有机物如聚乙二醇和丙三醇等。此外，只可向纺丝料液18加入上列有机物中的一种；然 而，也可以将上列两种或多种的混合物加入纺丝料液18。其次，真空浓缩由上法所得的纺丝料液18，从而制得具有适合于纺丝加工的密度、 温度和粘度的纺丝料液18。在此情形下，优选将浓度为约20重量％的纺丝料液浓缩到约 30重量％到40重量％。此外，其粘度优选为10泊到1500泊。进而，由上法制得的纺丝料液18通过如图8所示的纺丝设备20的喷嘴19排出到 空气中，从而连续得到了截面形状与喷嘴的金属口型19a相似的母体纤维6A。更具体而言， 具有如右列第一行所示的椭圆截面的母体纤维6A，是采用具有如左列第一行所示的矩形截 面的金属口型19a制得的。具有如图9右列第二行所示的茧形截面的母体纤维6A，是采用 具有如左列第二行所示的实际为 铃形截面的金属口型19a制得的。具有如图9右列第三
29行所示的中空截面形状的母体纤维6A，是采用具有如左列第三行所示的实际为C形的金属 口型19a制得的。此处，在图9中表的右列第一行所示的椭圆形截面的情形下，其扁率(短轴与长轴 之比)优选为1 1. 1到1 1.3。扁率超过1 3的纤维会降低初始端面的厚度。然后，将从金属口型19a纺出的母体纤维6A连续卷取并拉伸。在此情形下，优选 采用例如干燥的压力纺丝法。优选地，当母体纤维6A从金属口型19a排出时，立即用干燥的热空气沿母体纤维 6A的排出方向吹扫。在此情形下，优选用干燥的热空气吹扫，更优选用常温或高于常温的热 空气吹扫。采用这种方法可以高效而迅速地干燥母体纤维6A。如图8所示的纺丝装置20，在喷嘴19中设置供干燥热空气流过的流道17。流道 17的一端具有干空气的排出口，所述干空气的排出口的开口向下(与喷嘴19同方向)且其 位置紧邻喷嘴19的金属口型19a。流道17的另一端通过管道与气源相接，所述气源未示 出。于是，当供应经过加热和干燥的压缩空气时，干燥的热空气就沿母体纤维6A的排出方 向(换言之，即拉伸方向Al:图8中向下的方向)排出。结果，当母体纤维6A刚被排出就 立即被热空气干燥。干燥热空气的温度优选为30°C到100°C，风速优选为lm/s到50m/s。随后，通过煅烧步骤使母体纤维6A烧结而形成陶瓷(结晶化)，从而使母体纤维 6A硬化而得到铝硅纤维6。此处，增塑剂被这期间的热完全烧净了，在铝硅纤维6中几乎没 有残留。在所述煅烧步骤中，优选煅烧的条件为，使富铝红柱石晶体在铝硅纤维6中的含 量为10重量％或更低。例如，煅烧步骤中的煅烧温度优选在1000°C到1300°C的范围内。煅 烧温度低于1000°c时，就不能使母体纤维6A完全干燥并烧结，从而使得难以确保提供优异 的耐热性，而且当紧固密封材料4承受压缩载荷时，不能产生足够的排斥力。相比之下，如 煅烧温度高于1300°C，铝硅纤维6中富铝红柱石易于结晶。因此，这样就难以把富铝红柱石 晶体的含量降低到10重量％或更低，从而使得难以确保提供优异的耐热性，而且当紧固密 封材料4承受压缩载荷时，不能产生足够的排斥力。随后，把由所述各步骤得到的长的铝硅纤维6切割成预定长度，从而形成一定程 度的短纤维。其后，收集该短纤维，将其松解并压片，或者将由短纤维分散于水中所形成的 短纤维分散液注入模具，压缩并干燥，从而得到毡状的纤维聚集体。进而，将该纤维聚集体 冲切成预定的形状，从而形成紧固密封材料4。然后，如果需要的话，用有机粘合剂浸渍紧固密封材料4，然后沿厚度方向将所得 的紧固密封材料4压缩并铸型。此时的有机粘合剂除可以采用乳胶及丙烯酸橡胶和丁腈橡 胶等外，也可以采用聚乙烯醇和丙烯酸树脂等。此外，将紧固密封材料4包覆在催化剂载体2的外周，并用有机胶带13固定，所述 紧固密封材料4由把所述纤维聚集体冲切成预定的形状而形成。而后，将其进行压嵌、封壳 或包紧步骤，从而完成所需的催化转化装置1。于是，根据本发明第三组的实施方式，可以获得如下效果。根据本发明第三组的实施方式的紧固密封材料4由铝硅纤维6组成，所述铝硅纤 维6的截面不是圆形，而是其他变异形。与圆形截面的纤维相比，这类纤维具有更好的柔韧 性。换言之，由于铝硅纤维6的截面不是圆形，所以其特征是，其沿特定方向的弯曲相对较
30为容易。该特征使得铝硅纤维不易折断，而且可使其长时间保持排斥力。于是，当紧固密封 材料4由这种铝硅纤维6制得时，可以减少表面压力随时间降低的可能性。因此，可以得到 这样一种催化转化装置1，所述催化转化装置1对催化剂载体2具有优异的紧固性能，而且 对废气具有优异的密封性能。此外，当采用具有椭圆形和茧形截面的纤维形成紧固密封材料4时，铝硅纤维6容 易相互缠绕，从而使得铝硅纤维6不易相互滑移和松散。因此，这可以减少表面压力的降低。此外，与内部没有空隙的纤维相比，中空纤维的绝热性较佳。因此，采用这种纤维 的紧固密封材料4可以减少从催化剂载体2向金属壳3释放热量，从而使催化反应高效进 行。此外，中空纤维可以通过纤维内部的空隙吸收和削弱声音和振动。因此，采用这种纤维 的紧固密封材料4，可以获得具有优异的隔音和减振性能的催化转化装置1。根据本发明第三组的实施方式的制备方法，通过非圆形截面的喷嘴19的金属口 型19a排出纺丝料液18。刚从金属口型19a喷出时，母体纤维6A的截面形状在一定程度上 反映了金属口型19a的截面形状。然而，排出后随着时间的推移，在母体纤维6A所产生的 表面张力的作用下，其截面形状会变圆(换言之，它产生了溶体膨胀效应)，母体纤维6A的 截面就会变成圆形。因此，在根据本发明第三组的实施方式中，在母体纤维6A被排出后，立 即用干燥热空气吹扫，从而通过除去母体纤维6A内的水分而将母体纤维干燥固化。因此， 可以通过金属口型19a来使母体纤维6A保持所需的截面形状，从而相对容易地获得具有非 圆形截面的铝硅纤维6。换言之，需要采用该制备方法来获得上紧固密封材料4。根据本发明第三组的实施方式中的制备方法，干燥的热空气沿母体纤维6A的排 出方向吹扫，从而使母体纤维6A干燥固化，并同时进行拉伸。此外，通过以这种方式进行的 拉伸处理，可以相对容易地控制纤维的直径和形状。因此，这可容易而有效地制备所需的铝 硅纤维6。根据本发明第三组的实施方式中的制备方法，在纺丝料液18中预先加入水溶性 增塑剂，从而使纺丝料液18的弹性模量降低，并减少溶体膨胀效应的发生。因此，稳定了纺 丝料液18在纺丝加工中的排出行为。于是，甚至在用强力拉伸时纤维也不容易断裂，而且 由于弹性形变，纤维的截面形状也不容易呈圆形。此外，所述增塑剂为水溶性的，所以它可 均勻地分散于纺丝料液18中。于是，可以将溶体膨胀率实际上降低到一固定值，并由此相 对容易地得到所需的纤维直径和截面形状。因此，这可容易而有效地制备所需的铝硅纤维 6。此外，本发明第三组可包括用于陶瓷纤维的纺丝设备，所述纺丝设备用来形成根 据本发明第三组的紧固密封材料的陶瓷纤维，也即，该陶瓷纤维用的纺丝设备包括喷嘴， 所述喷嘴具有非圆形截面的金属口型；供应干燥热空气的流道，所述流道具有临近所述金 属口型的热空气排出口，所述流道的布置可以使干燥热空气沿陶瓷母体纤维的排出方向通 过所述干燥热空气排出口排出。此外，在根据本发明第三组的实施方式中，举例说明了把根据本发明第三组的紧 固密封材料4应用于催化转化装置1的情形，所述催化转化装置1是汽车净化装置中所用 催化转化装置；然而，根据本发明第三组的紧固密封材料4当然也可应用于除汽车净化装 置所用的催化转化装置1之外的其他装置，例如柴油机细颗粒过滤器(DPF)、用作燃料电池改性器的催化转化装置等。下面将阐述根据本发明第四组的实施方式。参见图1到3，根据本发明第四组的实施方式，下面将对用于汽车废气净化装置的 催化转化装置作详细描述。如图3所示，根据本发明第四组的实施方式中的催化转化装置1实际上与根据本 发明第一组的催化转化装置相同，所述催化转化装置1由催化剂载体2、包覆在所述催化剂 载体2外周的金属壳3和置于部件2和3之间的空隙中的紧固密封材料4组成。此处，关于催化剂载体2和金属壳3，可以采用与根据本发明第一组所描述的催化 转化装置中的2和3相同的部件；因此，在此略去其描述。此外，关于催化剂载体2，除模铸成为该实施方式中所示的蜂窝式堇青石载体外， 还可采用例如蜂窝式多孔烧结体，所述多孔烧结体例如碳化硅或氮化硅等的多孔烧结体。此外，如图4所示的催化剂载体20所示，可以采用无密封件的催化剂载体。如图1所示，紧固密封材料4为长的毡状部件，在其一端具有凸起结合部11，在其 另一端具有凹陷结合部12。如图2所示，包覆在催化剂载体2时，凸起结合部11刚好与凹 陷结合部12咬合。根据本发明第四组的实施方式，紧固密封材料4由聚集成毡状(即纤维聚集体) 的陶瓷纤维组成，所述陶瓷纤维是所述紧固密封材料4的主要成分。在根据本发明第四组 的实施方式中，所述陶瓷纤维可以采用铝硅纤维6。此时，优选使用富铝红柱石晶体的含量 在0重量％或以上到10重量％或以下的范围内的铝硅纤维6。具有这种化学组成的纤维的 无定形成分少，从而提供优异的耐热性，并在施加压缩载荷时具有高的排斥力。因此，即使 该纤维被置于空隙中经受高温，其表面压力也不易降低。铝硅纤维6中氧化铝含量的允许范围是，其下限为50重量％，其上限为100重 量％，二氧化硅含量的允许范围是，其下限为0重量％，其上限为50重量％。此处，氧化铝的 含量下限优选为68重量％，上限优选为83重量％，二氧化硅的含量下限优选为32重量％， 上限优选为17重量％ ；更具体而言，含量更优选为Al2O3 SiO2 = 72 28。如果氧化铝低于68重量％，或二氧化硅高于32重量％，会难以充分地提高耐热 性，以及难以在受到压缩载荷时产生足够的排斥力。如果氧化铝高于83重量％，或二氧化 硅低于17重量％，也将难以充分地提高耐热性，以及难以在受到压缩载荷时产生足够的排 斥力。铝硅纤维6的平均直径的下限为5 μ m,其上限为15 μ m,纤维直径的离差优选在 士 3μπ 之内。此外，纤维的平均直径更优选下限为7 μ m，其上限为12μπ ，纤维直径的离差 更优选在士2 μ m之内。纤维的平均直径低于5 μ m就会降低纤维的强度，从而难以提供足够的表面压力， 而且会产生纤维被呼吸器官吸入的问题。如果纤维的平均直径大于15 μ m，当用这种纤维 形成毡状的纤维聚集体时，它的耐风蚀性就会降低，从而损害了密封性能。除这些不利影响 外，其断裂强度也可能降低。据信这是由于纤维的表面积的增加而导致了小的划痕的增加， 从而产生了该不利影响。此外，当纤维直径的离差超过士3 μ m时，纤维的聚集就不均一，结 果会使单位重量随部位的不同而变化的程度增加。铝硅纤维6的平均长度的下限优选为5mm，其上限优选为20mm，纤维长度的离差优选限制在士4mm之内。纤维的平均长度的下限更优选为8mm，其上限更优选为13mm，纤维长 度的离差更优选限制在士2mm之内。当纤维的平均长度低于5mm时，会产生纤维容易被呼吸器官吸入的问题。而且，实 际上这种纤维已经不再具有纤维的特性，当用这种纤维形成毡状的聚集体时，纤维不能很 好地相互缠结，从而难以获得足够的表面压力。当纤维的平均长度超过20mm时，会使纤维 彼此过度缠结，从而在用这种纤维形成毡状的聚集体时，纤维的聚集就会不均勻。换言之， 聚集体的单位重量随部位的变化就会较大，从而不利于降低表面压力值的离差。此外，当纤 维长度的离差超过约士4mm时，纤维的聚集就会不均一，导致单位重量随部位的变化就会 较大。紧固密封材料4中渣球的含量优选为3重量％或更低，更优选0重量％，也即，根 本不含渣球。含有渣球时，单位重量随部位的变化就较大，从而不利于减少表面压力值的离差。此外，每根铝硅纤维6的拉伸强度优选0. IGPa或更高，更优选0. 5GPa或更高。除 正圆形外，各种铝硅纤维6的截面形状可为其他变异形(例如，椭圆形、长圆形或实际上为 三角形)。根据本发明第四组的催化转化装置，关于紧固密封材料4在安装前的厚度、紧固 密封材料4在安装后的松密度(GBD)和紧固密封材料4在安装状态下的初始表面压力，优 选地，它们与本发明第一组的催化转化装置所描述的相同；因此，在此略去其描述。此处，如果需要，可以对该紧固密封材料4进行针刺处理和树脂浸渍处理等。通过 采用这些处理，可以在厚度方向上压缩紧固密封材料4，从而使其沿厚度方向变薄。下面将按顺序描述根据本发明第四组的催化转化装置1的制备方法。首先，混合铝盐的水溶液、二氧化硅溶胶和有机聚合物以便形成纺丝料液。换言 之，通过无机盐法制得了纺丝料液。铝盐的水溶液既作为氧化铝源，又作为可能够增加纺丝 料液的粘度的组分。水溶性溶液优选碱式铝盐的水溶液。二氧化硅溶胶既作为二氧化硅源，又作为可 使纤维具有高强度的成分。有机聚合物可赋予纺丝料液拉丝性能。可以向纺丝料液中加入消泡剂等。此处，通过改变铝盐与二氧化硅溶胶的比例，可 以在一定程度上控制铝硅纤维6的化学组成。此外，纺丝料液的组成并不局限于本文所举的例子，可以根据需要来改变纺丝料 液的组成，只要不显著降低纤维的纺丝性能和物理性能即可。其次，真空浓缩所得的纺丝料液，制得具有适合于纺丝加工的浓度、温度和粘度的 纺丝料液。在此情形下，优选将浓度约为20重量％的纺丝料液浓缩到约30重量％到40重 量％。此外，其粘度优选为10泊到2000泊。进而，由上法制得的纺丝料液通过纺丝设备的喷嘴排出到空气中，从而连续得到 了截面形状与喷嘴的金属口型相似的母体纤维。经过纺丝加工的母体纤维在连续卷取的同 时被拉伸。在此情形下，优选采用例如干燥的压力纺丝法。顺便提一下，通过适当地设定喷嘴排出口的截面形状和尺寸，以及通过将排出、拉 伸和卷取条件设为定值，这样就可把纤维直径控制在窄的范围之内。这种方法可以减少纤 维直径的离差。
接着，把由所述方法得到的母体长纤维切割成约0. 5mm到IOmm的长度，从而形成 短纤维。这种短纤维纺丝方法的优点是，它可通过控制纤维长度在窄的范围，从而减小纤维 长度的离差，而且可以初步避免渣球的产生。换言之，所得的短纤维的长度基本上依赖于切 割设备的机械精度，所述切割设备的离差范围很小。此外，用来切割长纤维的切割设备可以采用例如闸刀或其他机械切割设备。随后，将该短纤维集中、松解并压片，或者将由短纤维分散于水中而形成的纤维分 散液注入模具中，压缩并干燥，从而得到毡状的纤维聚集体。其次，通过煅烧步骤烧结所述毡状的纤维聚集体，使其形成陶瓷(结晶化)，于是 母体纤维硬化而得到铝硅纤维6。在所述煅烧步骤中，煅烧的条件优选为，使在所得的铝硅纤维6中，富铝红柱石晶 体含量为10重量％或以下。例如，煅烧步骤中的煅烧温度优选在1000°C到1300°C的范围 内。煅烧温度低于1000°c时，就不能使母体纤维完全干燥并烧结，从而使得难以确保提供优 异的耐热性，而且当紧固密封材料4承受压缩载荷时，不能产生足够的排斥力。相比之下， 如煅烧温度高于1300°C，铝硅纤维6中富铝红柱石易于结晶。因此，这样就难以把富铝红柱 石晶体的含量降低到10重量％或更低，从而使得难以确保提供优异的耐热性，而且当紧固 密封材料4承受压缩载荷时，不能产生足够的排斥力。此处，可以不采用所述方法，即母体长纤维被切割成短纤维后再进行煅烧，而是在 把长纤维切割成短纤维之前预先进行煅烧。其次，将该纤维聚集体冲切成预定的形状，从而形成紧固密封材料4。然后，如果需 要的话，用有机粘合剂浸渍紧固密封材料4，然后沿厚度方向将所得的紧固密封材料4压缩 并铸型。此时的有机粘合剂除可以采用乳胶及丙烯酸橡胶和丁腈橡胶等外，也可以采用聚 乙烯醇和丙烯酸树脂等。此外，将紧固密封材料4包覆在催化剂载体2的外周，并用有机胶带13固定。而 后，将其进行压嵌、封壳或包紧步骤，从而完成所需的催化转化装置1。于是，根据本发明第四组的实施方式，可以获得如下效果。在根据本发明第四组的实施方式中，紧固密封材料4中的铝硅纤维6的纤维直径 的离差减小到了 士 3μπι之内，同时纤维长度的离差减小到了 士 4mm之内，渣球的含量为3 重量％或更低。因此，通过这些协同作用，可以显著减少单位重量随部位的变化，并由此而 有效地减少表面压力值的离差。于是，这样可获得质量稳定的紧固密封材料4。根据本发明第四组的紧固密封材料4不但减少了表面压力的离差，而且可以提高 表面压力的值；因此，可减少制备紧固密封材料4的片材所需的铝硅纤维6的量并因此可降 低紧固密封材料4的制备成本。根据本发明第四组的实施方式中的制备方法，由于纺丝工序采用了无机盐法，从 而可以把纤维直径控制在窄的范围内，并因此这可以降低纤维直径的离差。此外，该方法把 长纤维切割成了短纤维；因此，与由吹塑工艺获得的纤维不同，该方法可以把纤维长度控制 在窄的范围内。于是，这可降低纤维长度的离差。除了这些作用外，还可以避免产生渣球。 因此，该制备方法可以确保容易地获得所述紧固密封材料4。如上文所清楚地阐述的，根据本发明第四组的实施方式中的制备方法，可以提供 获得所述紧固密封材料4所需的方法。
根据本发明第四组的实施方式中的制备方法可包括煅烧所得陶瓷的短纤维的方 法，该方法是第四组的发明之一；也即，陶瓷短纤维的制备方法，所述陶瓷短纤维的制备方 法包括纺丝工序，在该工序中，含有铝盐水溶液、二氧化硅溶胶和有机聚合物的纺丝料液 被连续地从喷嘴中排出，从而得到母体长纤维；切割工序，该工序将所述长的纤维切割成预 定的长度从而得到短纤维；和煅烧步骤，该步骤加热并烧结所述短纤维。该方法与陶瓷短纤 维的制备方法相关，所述陶瓷短纤维的制备方法可减小纤维的长度和直径的离差。此外，在根据本发明第四组的实施方式中，举例说明了把根据本发明第四组的紧 固密封材料4应用于催化转化装置1的情形，所述催化转化装置1是汽车净化装置中所用 的催化转化装置；然而，根据本发明第四组的紧固密封材料4当然也可应用于除汽车净化 装置所用的催化转化装置1之外的其他装置，例如柴油机细颗粒过滤器(DPF)、用作燃料电 池改性器的催化转化装置等。下面将阐述根据本发明第五组的实施方式。[第一个实施方式]参见图1到3以及图12，下面将详细阐述根据本发明第五组的实施方式的催化转 化装置，所述催化转化装置用于汽车废气净化装置。如图3所示，根据本发明第五组的实施方式的催化转化装置1实际上与根据本发 明第一组的催化转化装置相同，所述催化转化装置1由催化剂载体2、包覆在该催化剂载体 2外周的金属壳3和置于所述部件2和3的空隙之间的紧固密封材料4组成。此处，关于催化剂载体2和金属壳3，可以采用与根据本发明第一组的所描述的催 化剂装化装置中的2和3相同的部件；因此，在此略去其描述。此外，关于催化剂载体2，除模铸成为该实施方式中所示的蜂窝式堇青石载体外， 还可采用例如蜂窝式多孔烧结体，所述多孔烧结体例如碳化硅或氮化硅等的多孔烧结体。此外，如图4所示的催化剂载体20所示，可以采用无密封件的催化剂载体。如图1所示，紧固密封材料4为长的毡状的部件，在其一端具有凸起结合部11，在 其另一端具有凹陷结合部12。如图2所示，包覆在催化剂载体2上时，凸起结合部11刚好 与凹陷结合部12咬合。根据本发明第五组的实施方式，紧固密封材料4由聚集成毡状(即纤维聚集体) 的陶瓷纤维组成，所述陶瓷纤维是所述紧固密封材料4的主要成分。在根据本发明第五组 的实施方式中，所述陶瓷纤维可以采用铝硅纤维6。此时，优先使用富铝红柱石晶体的含量 在0重量％或以上到10重量％或以下的范围内的铝硅纤维6。具有这种化学组成的纤维 由于无定形成分少，从而可以提供优异的耐热性，并在施加压缩载荷时具有高的排斥力。因 此，即使该纤维被置于空隙中经受高温，其表面压力也不易降低。铝硅纤维6的化学组成优选为氧化铝在68重量％到83重量％的范围内，二氧化 硅在32重量％到17重量％的范围内，具体而言，更优选Al2O3 SiO2 = 72 28。如果氧化铝低于68重量％，或二氧化硅高于32重量％，会难以充分地提高耐热 性，以及难以在受到压缩载荷时产生足够的排斥力。如果氧化铝高于83重量％，或二氧化 硅低于17重量％，也将难以充分地提高耐热性，以及难以在受到压缩载荷时产生足够的排 斥力。参见示意图12，当该紧固密封材料4由铝硅纤维6组成时，所述纤维通过陶瓷粘
35合剂7部分粘合。于是，这可提供这样一种结构，即，在陶瓷纤维的搭接部位形成交联的桥。 换言之，紧固密封材料4由具有支链结构的铝硅纤维6组成。此处，在紧固密封材料4的内部有空隙。此外，替代所举例的铝硅纤维6，例如也可以使用其它如结晶的氧化铝纤维和氧化 硅纤维等形成紧固密封材料4。所述陶粘合剂7优选含有构成陶瓷纤维的物质。上述陶瓷粘合剂7的特点是与纤 维具有高的亲合性，并使结构部位具有高的强度。因此，可以确保表面压力不随时间降低。 因此在本发明第五组的实施方式中，采用主要由氧化铝构成的陶瓷粘合剂。此外，陶瓷粘合剂7可选用不构成陶瓷纤维的物质。例如，当选择了铝硅纤维6时， 可以采用由氧化锆、氧化钛、氧化钇、二氧化铈、氧化钙或氧化镁等构成的陶瓷粘合剂7。陶瓷粘合剂7的用量的下限优选为1重量％，其上限优选为8重量％，而其下限更 优选3重量％，其上限更优选7重量％。当所述用量低于1重量％时，纤维之间的粘合强度不高。相比之下，当所述用量超 过8重量％时，尽管粘合强度不存在问题，但紧固密封材料4内部的空隙被填充了，从而不 能为紧固密封材料4提供所需的物理性能，也即弹性和绝热性。关于铝硅纤维6的平均直径和平均长度，这些参数优选与根据本发明第一组的催 化转化装置中所描述的相同；因此，在此略去其描述。此外，铝硅纤维6的每根纤维的拉伸强度(相对强度)优选为0. IGPa或更高，更 优选0.5GPa或更高。除图12所示的正圆形外，铝硅纤维6的截面形状可以是其他变异形 (例如椭圆形、长圆形和基本上为三角的形状)。在根据本发明第五组的催化转化装置中，紧固密封材料4在安装前的厚度、紧固 密封材料4在安装后的松密度(GBD)和紧固密封材料4在安装状态下的初始表面压力，它 们与本发明第一组的催化转化装置所描述的相同；因此，在此略去其描述。此处，如果需要，可以对该紧固密封材料4进行针刺处理和树脂浸渍处理等。通过 采用这些处理，可以在厚度方向上压缩紧固密封材料4，从而使其沿厚度方向变薄。下面将按顺序描述根据本发明第五组的催化转化装置1的制备方法。首先，按照与根据本发明第四组的催化转化装置的制备方法中所描述的方法相同 的方法制备纺丝料液，从而制得母体纤维的长纤维。然后，通过进行第一煅烧步骤使母体纤维硬化，从而使母体纤维形成陶瓷(结晶 化)；于是，得到了铝硅纤维6。在所述煅烧步骤中，优选煅烧的条件为，使富铝红柱石晶体在铝硅纤维6中的含 量为10重量％或更低。例如，煅烧步骤中的煅烧温度优选在1000°C到1300°C的范围内。煅 烧温度低于1000°c时，就不能使母体纤维6A完全干燥并烧结，从而使得难以确保提供优异 的耐热性，而且当紧固密封材料4承受压缩载荷时，不能产生足够的排斥力。相比之下，如 煅烧温度高于1300°C，铝硅纤维6中富铝红柱石易于结晶。因此，这样就难以把富铝红柱石 晶体的含量降低到10重量％或更低，从而使得难以确保提供优异的耐热性，而且当紧固密 封材料4承受压缩载荷时，不能产生足够的排斥力。其次，采用例如闸刀切割长纤维，将长的铝硅纤维6切割成预定的长度，从而得到 一定长度的短纤维。然后，将所述短纤维收集、松解和压片，或者将由短纤维分散于水中而形成的纤维分散液注入模具，压缩并干燥，从而得到毡状的纤维聚集体。然后，将该纤维聚 集体冲切成预定的形状，以便得到紧固密封材料4。所述模铸工序之后，进行粘合工序，以便使所述构成纤维聚集体的短纤维通过陶 瓷粘合剂相互粘合。更具体而言，进行如下处理。首先，制备陶瓷粘合剂7的原料溶液，然后将其施用到构成纤维聚集体的短纤维 之间。换言之，在粘合工序的第一步，进行液态物质的施用处理，在该处理过程中，将液态物 质施用到构成纤维聚集体的短纤维之间，以便使其后将形成陶瓷粘合剂7的液态物质粘附 到构成所述聚集体的母体纤维的搭接部位。在此情形下，所述原料溶液优选采用例如水溶 性溶液，所述水溶性金属溶液有例如氯化铝。此处，可以采用非氯化物的铝盐水溶液，也即， 含有铝离子的非氯化铝水溶液。此外，可以选择含有除铝离子之外的金属阳离子的水溶液， 例如氯化锆水溶液、氯化钛水溶液和氯化铬水溶液等。此处，作为氯化铝的碱性水溶液的替代物，粘合工序中通常采用铝硅纤维的纺丝 料液。在这种情况下可以制备由构成纤维的物质制成的陶瓷粘合剂。所述水溶性金属溶液优选具有低的粘度，更具体而言，约为0. 1厘泊到10厘泊。低 粘度的水溶性金属溶液易于在其上产生表面张力，这使得可以在短纤维相互搭接的部位提 供较好的粘合性能。此外，当粘度过高时，将难以确保溶液均勻地进入纤维聚集体的内部。纤维聚集体中水溶性金属溶液的加入量的下限1重量％，其上限为10重量％，更 优选地，其下限为2重量％，其上限约为8重量％。加入量少于1重量％会导致附着到纤 维搭接部位的溶液量不足，有时不能使纤维相互牢固地粘合。相比之下，加入量大于10重 量％会导致紧固密封材料4内部的空隙被过量的溶液填充，有时会削弱紧固密封材料4所 应具备的机械性能。给纤维聚集体施用原料溶液的方法包括，例如将纤维聚集体浸入溶液中，以便使 该溶液浸渍进入纤维聚集体的方法；采用喷雾手段将雾状的溶液喷入纤维聚集体内部的方 法；蘸取溶液而使溶液进入纤维聚集体的方法等。在所述方法中，优选浸渍法。浸渍法可以 原料溶液确保均勻地进入纤维聚集体的内部。浸渍处理之后，优选加热并干燥该纤维聚集体。加热和干燥处理可以在一定程度 上除去原料溶液中的水分，从而可以稳定地进行下一步的煅烧处理。其次，再次高温煅烧所述干燥的纤维聚集体，粘附在短纤维搭接部位的原料溶液 中的金属组分被烧结，从而形成了陶瓷；于是，陶瓷粘合剂7在相应部位形成了交联的桥， 从而使短纤维相互粘合起来。然后，如果需要的话，给紧固密封材料4浸渍有机粘合剂，然后沿厚度方向将所得 的紧固密封材料4压缩并铸型。此时的有机粘合剂除可以采用乳胶等如丙烯酸橡胶和丁腈 橡胶等外，也可以采用聚乙烯醇和丙烯酸树脂等。然后，将所述纤维聚集体冲切成为预定的形状，从而得到紧固密封材料4。将所述 紧固密封材料4包覆在催化剂载体2的外周，并用有机胶带13固定。而后，将其进行压嵌、 封壳或包紧步骤，从而完成所需的催化转化装置1。因此，根据本发明第五组的第一个实施方式，可以获得如下效果。根据本发明第五组的第一个实施方式，紧固密封材料4可以提供一种结构，即，通 过采用陶瓷粘合剂7，在陶瓷纤维的搭接部位形成交联的桥，从而使各纤维不易滑动和松
因此，即使在紧固密封材料长时间经受外来压力时，其表面压力也不易降低。此 外，在本发明的紧固密封材料4中，由于纤维彼此部分粘合，从而紧固密封材料的内部空隙 没有被完全填充。因此，保持紧了固密封材料4所要求的内在的物理特性(弹性、绝热性 等)。此外，作为交联桥的陶瓷粘合剂7具有优异的耐热性。所以，即使该紧固密封材料4 在使用中经受约1000°C的高温，其粘合部位的强度也不易降低，该优点还可防止表面压力 降低。根据本发明第五组的第一个实施方式，选择了铝硅纤维6，还选择了主要含有氧化 铝的陶瓷粘合剂7。换言之，陶瓷粘合剂7含有构成铝硅纤维6的物质。因此，该粘合剂与 相应的纤维具有良好的亲合性，于是它提高了粘合部位的强度。因此，这种粘合作用可以确 保防止表面压力随时间而降低。此外，具有优异的耐热性能的铝硅纤维6的采用可以减少 高温下表面压力随时间而降低的程度。根据本发明第五组的第一个实施方式，陶瓷粘合剂7的用量在所述优选的范围之 内。因此，这可提供高的粘合强度，同时可以使紧固密封材料4保持所需的特性。根据本发明第五组的第一个实施方式，在紧固密封材料4的制备中，母体纤维的 煅烧步骤和粘合工序分别进行。更具体而言，粘合工序在煅烧步骤之后进行。因此，与所述 两个步骤同时进行的情形相比，这可确保获得形状较好的铝硅纤维6，从而可以确保所述具 有所需形状的铝硅纤维6彼此粘合。因此，这可确保容易地制得表面压力不易随时间而降 低的紧固密封材料4。[第二个实施方式]下面将阐述根据本发明第五组的第二个实施方式。此处，将主要阐述与根据本发 明第五组的第一个实施方式的不同之处，相同的部分将用相同的参考数字指出，而省略了 相应的叙述。在此情形下，按照下述顺序制备具有所述结构的紧固密封材料4。首先，采用铝硅 纤维的纺丝料液作为原料，按照与根据本发明第五组的第一个实施方式相同的方法进行纺 丝工序，以便获得母体纤维的长纤维。其次，进行切割工序，采用闸刀切割长纤维，从而得到 一定长度的短纤维。然后，进行模铸工序，方法是收集、松解和压片所述短纤维；或者将由短 纤维分散于水中而形成的纤维分散液注入模具，压缩并干燥，从而得到毡状的纤维聚集体。 其次，进行液态物质施用工序，方法是使在后来将形成陶瓷粘合剂7的液态物质粘附到组 成纤维聚集体的母体纤维的搭接部位。其次，在烧结步骤中，加热纤维聚集体，从而同时烧 结母体纤维和液态物质。最后，对纤维聚集体进行冲切等处理，以便得到紧固的密封材料4。换言之，在根据本发明第五组的第一个实施方式中，液态物质的施用工序是在煅 烧步骤之后(在纤维已经形成了陶瓷之后)进行，与之不同的是，在根据本发明第五组的 第二个实施方式中，液态物质的涂敷工序是在煅烧步骤之前(在母体纤维未被烧结的状态 下)进行，该工序与所述第一实施方式有很大的不同。下面列出的两个方法是关于液态物质施用工序的具体实施例。在第一个方法中，将由铝硅纤维6的母体纤维制得的纤维聚集体置于高湿环境 下，从而使液态物质进入其中。在此情形下，可以确保高湿环境下存在的水蒸汽进入该纤维 聚集体内部，而后凝结成为水分。此外，使水分通过表面张力的作用确保选择性地粘附到纤维的搭接部位。此处，铝硅纤维6的母体纤维是水溶性的。因此，吸附的水分会使母体纤维 的搭接部位发生一定程度的溶解。由于因溶解而产生的液态物质实际上与铝硅纤维6的组 成相同，所以事实上该液态物质会在后来形成陶瓷粘合剂7。因此，当在1000°C到1300°C的 温度范围内进行煅烧步骤时，母体纤维和液态物质同时被烧结为陶瓷，结果是由陶瓷粘合 剂7在铝硅纤维6之间形成了交联桥。此处，在该方法中，需要控制一定的条件(例如，水 蒸汽的量、处理温度和处理时间等)，以避免产生母体纤维过度溶解。因此，当把水分通过雾 化等步骤直接提供给母体纤维时，有必要考虑过度溶解的问题。第二种方法的特点是，把非水性液态物质喷雾到纤维聚集体上，从而把相应的物 质提供给该纤维聚集体，所述非水性液态物质含有与铝硅纤维6的成分相同的无机成分， 所述纤维聚集体由铝硅纤维6的母体纤维组成。在此情形下，使非水性液态物质确保进入 纤维聚集体的内部，并通过表面张力作用粘附在纤维的搭接部位。关于非水性液态物质，在 此列举了例如市售的非水性硅油等。由于硅油中含有硅(Si)，而硅是铝硅纤维6中所含的 无机元素，所以事实上它可在后来形成陶瓷粘合剂7。因此，在1000°C到1300°C的温度范围内进行煅烧步骤时，母体纤维和非水性液态 物质被同时烧结为陶瓷，结果是由陶瓷粘合剂7在铝硅纤维6之间形成了交联桥。在此情 形下，陶瓷粘合剂7是硅的氧化物(二氧化硅SiO2)。此处，除了非水性的硅油外，还可采 用例如某种材料，所述材料由例如TEOS(硅酸乙酯)溶于油而形成。根据本发明第五组的第二个实施方式，可以获得如下效果。在根据本发明第五组的第二个实施方式的制备方法中，母体纤维煅烧步骤和粘合 工序同时进行；而在根据本发明第五组的第一个实施方式的制备方法中，煅烧步骤和粘合 工序分别进行，相比之下，第二个实施方式的制备方法可以减少加热步骤。因此，这可减少 热能的使用，于是节约了制造成本。因此，这可以低成本有效地制备紧固密封材料4，所述紧 固密封材料4的表面压力不易随时间而减低。当采用第一种方法时，使在后来形成陶瓷粘合剂7的液态物质确保附着到搭接部 位。此外，所述液态物质是纤维溶解产生的物质，其基本上具有与铝硅纤维6相同的组成。因此，所述液态物质对母体纤维具有高的亲合力，这可确保使纤维的粘合具有高 的强度。因此，这可确保表面压力不随时间而降低。采用该第二个方法还使在随后形成陶瓷粘合剂7的液态物质确保粘附到纤维相 互搭接的部位。此外，在此情形下，采用了非水性的液态物质。因此，即使当该液态物质粘 附到水溶性的铝硅纤维6的母体纤维上时，母体纤维也不会被溶解。因此，不必担心铝硅纤 维6因其母体纤维的过度溶解而降低强度，也不必小心地设定条件以防止过渡溶解。因此， 这可以相对容易地制备紧固密封材料4。此外，由于所述液态物质含有铝硅纤维6中所含的 无机元素，所以它与母体纤维具有高的亲合力，从而确保纤维之间的粘合具有高的强度。于 是，这可以确保防止表面压力随时间而下降。在根据本发明第五组的第二个实施方式的制备方法中，在纺丝工序和模压工序之 间进行切割工序，使母体长纤维被机械切割为预定长度的短纤维从而获得短纤维。换言之， 根据本发明第五组的第二个实施方式的制备方法不同于根据本发明第五组的第一个实施 方式的制备方法，在所述后一制备方法中，在煅烧步骤之后进行切割工序，而在所述前一制 备方法中，在煅烧步骤之后进行切割工序。
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在采用根据本发明第五组的第一个实施方式的制备方法时，在煅烧步骤之前进行 切割工序，这时铝硅纤维6会由于切割时的冲击而在切割部位产生裂纹和碎片。这是由于， 当母体纤维被烧结为陶瓷时，通常会变硬，而同时它们也变脆了。于是，铝硅纤维6就会形 成不规则的端面形状，而且纤维的机械强度也降低了。相比之下，由于母体纤维相对较软，当其在切割时受到机械冲击时，它们不易在切 割部位发生破裂等现象。因此，由烧结所述母体纤维而得到的铝硅纤维6具有规则的端面 形状，而且具有优异的机械强度。因此，根据本发明第五组的第二个实施方式，可以提高初 始表面压力。据信，防止了破裂等的发生，也会在一定程度上防止表面压力随时间而降低。此外，在根据本发明第五组的第二个实施方式的制备方法中，由于被切割的物体 是不太硬的母体纤维，所以作为机械切割设备的闸刀的刀片就不易磨损。因此，这就不必频 繁更换破损刀片，并因此而防止了制备成本的增加。此外，由于刀片的硬度无须很大，采用 普通刀片即可，所以，这可避免增加设备成本。此外，当采用根据本发明第五组的第二个实施方式中的第二种方法时，可以采用 例如蘸取方法，所述蘸取方法能够代替涂敷非水性液态物质的雾化方法。当然，可以将非水 性液态物质蒸发而涂敷。此外，在根据本发明第五组的紧固密封材料的制备方法中，可以施用含有铝离子 的水溶液，如氯化铝的碱性水溶液，或所述铝硅纤维的纺丝料液。此外，在根据本发明第五组的紧固密封材料的制备方法中，所制备的水溶性金属 溶液可以是，其中含有选自下列组中的至少一种物质的水溶液，所述的组由氯化铝、氯化 锆、氯化钛和氯化铬组成。此外，在根据本发明第五组的实施方式中，举例说明了把根据本发明第五组的紧 固密封材料4应用于催化转化装置1的情形，所述催化转化装置1是汽车净化装置中所用 的催化转化装置；然而，根据本发明第五组的紧固密封材料4当然也可应用于除汽车净化 装置所用的催化转化装置1之外的其他装置，例如柴油机细颗粒过滤器(DPF)、用作燃料电 池改性器的催化转化装置等。下面将阐述根据本发明第六组的实施方式。根据本发明第六组的氧化铝纤维聚集体的制备方法包括纺丝步骤，采用无机盐 法中所用的氧化铝纤维料液作为原料，获得连续的母体长纤维；切割步骤，即把所述母体长 纤维切割为母体短纤维；成毡步骤，采用由上法得到的母体短纤维形成毡状的母体短纤维； 煅烧步骤，煅烧所述毡状的母体短纤维以便制备氧化铝纤维聚集体。在根据本发明第六组的氧化铝纤维聚集体的制备方法中，煅烧步骤在纺丝步骤、 切割步骤和成毡步骤之后进行，从而，不但可有效地提高氧化铝短纤维的强度，用于随后制 得的氧化铝纤维聚集体，而且可以制备这样一种氧化铝纤维聚集体，所述氧化铝纤维聚集 体具有高的初始表面压力，而且该表面压力不易随时间而降低。其原因解释如下。换言之，当采用传统方法制备用于氧化铝纤维聚集体的氧化铝短纤维时，用氧化 铝纤维纺丝料液进行纺丝工序而得到连续的母体长纤维，煅烧该母体长纤维而形成氧化铝 长纤维，然后采用机械手段例如切割设备，切割该氧化铝长纤维，从而得到氧化铝短纤维； 然而，这样所得到的氧化铝短纤维在其切割面上会有毛刺(见图15(b))。
此处，图15(a)显示了氧化铝短纤维切割面的SEM照片，该氧化铝短纤维是在根据 本发明第六组的氧化铝纤维聚集体的制备方法中，形成氧化铝纤维聚集体所用的氧化铝纤 维，图15(b)是短的铝纤的维切割面的SEM照片，该氧化铝短纤维是用于由传统方法制得的 氧化铝纤维聚集体的氧化铝纤维。切割氧化铝长纤维时，在所述切割设备等将氧化铝纤维完全切断之前，在氧化铝 长纤维上临近切割面的部位会产生碎屑，这些碎屑附着在切割面上，于是在氧化铝长纤维 的切割面上形成了毛刺，如图15(b)所示。当采用机械手段如切割设备来切割氧化铝长纤维时，切割面受到很大的剪切应 力。然而，由于所述氧化铝长纤维是由硬而脆的具有一定强度的陶瓷所形成，所以施加在切 割面上的剪切应力会使氧化铝长纤维在一定部位产生碎屑，可以想象，如图15(b)所示，附 着在切割面上的碎屑会导致毛刺的产生。此外，用于氧化铝纤维聚集体的氧化铝短纤维相互复杂地缠结在一起，当每根氧 化铝短纤维的切割面上都产生了毛刺时，这些相互复杂地缠结在一起的氧化铝短纤维的毛 刺就会损伤其他纤维。仔细观察所述氧化铝短纤维发现，在一些部位，由于所述碎屑和毛刺而产生了细 小的裂纹，在另外一些部位，由于切割纤维时所施加的力而产生了细小的裂纹。于是，这些碎屑、毛刺和细小的裂纹等会导致该氧化铝短纤维不能提供足够的机 械强度，从而增大了离差。此处，氧化铝纤维聚集体的初始表面压力和表面压力随时间的降低，依赖于用于 该氧化铝纤维聚集体的氧化铝短纤维的机械强度，当每根氧化铝短纤维具有优异的机械强 度时，氧化铝纤维聚集体的初始表面压力就能保持足够高，表面压力随时间的降低就会减 少。然而，如前所述，在传统的氧化铝纤维聚集体中，用于氧化铝纤维聚集体的氧化铝 短纤维的机械强度不够高，其离差较大；因此，这不能使氧化铝纤维聚集体获得足够高的初 始表面压力，可以想象，表面压力随时间的降低也会相对较大。在根据本发明第六组的氧化铝纤维聚集体的制备方法中，采用切割设备等把切割 由纺丝工序得到的长的连续的母体纤维，从而得到母体短纤维；所述母体纤维未经煅烧步 骤。换言之，由于所述长的连续的母体纤维在经过纺丝工序之后，只进行了拉伸处理，所以， 该母体纤维是软的，即使用刀具等切割该长的连续的母体纤维时，也不会因在切割面上施 加了剪切应力而在临近切割面的部位产生碎屑，如图15(a)所示。而且，切割面也不易产生 细小裂纹。于是，与由传统方法制备的氧化铝短纤维相比，由该方法制备的氧化铝短纤维具 有足够高的机械强度和较小的离差，所述氧化铝短纤维在随后被制成了氧化铝纤维聚集 体。因此，采用本发明的氧化铝纤维聚集体制备方法所制备的氧化铝纤维聚集体具有高的 初始表面压力，而且其表面压力不易随时间而降低。下面将详细阐述根据本发明第六组的氧化铝纤维聚集体的制备方法。在根据本发明第六组的氧化铝纤维聚集体的制备方法中，首先进行纺丝工序，采 用在无机盐法中的氧化铝纤维料液作为原料，以便得到长的连续的母体纤维。在纺丝工序中，首先，制备用于无机盐法的所述氧化铝纤维料液。
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采用无机盐法制备所述氧化铝纤维料液。更具体而言，优选通过把二氧化硅溶胶 与铝盐的水溶液混合来制备所述氧化铝纤维料液。因为该方法可以提供具有高强度的氧化 铝纤维。关于所述铝盐的水溶液，可以选择例如碱性的铝盐水溶液。此处，作为铝源的铝盐 水溶液是用来使所述氧化铝纤维纺丝料液增粘的物质。此处，在该氧化铝纤维料液中，铝盐水溶液和二氧化硅溶胶的混合比例优选为，以
氧化铝和二氧化硅的当量计，氧化铝占40重量％到100重量％，而氧化硅占0重量％到60
重量％。此外，如果需要的话，可以向该氧化铝纤维料液中加入有机聚合物。于是，这可使 氧化铝纤维料液具有拉丝性能。有机聚合物可采用含碳的直链聚合物，例如PVA(聚乙烯醇)等。然而，可作为碳 源的成分不局限于直链聚合物，可以采用分子量相对较低的、非链结构(即非聚合物)的任 何成分，只要其含碳即可。其次，真空浓缩所得的纺丝料液，从而制得具有适合于纺丝加工的浓度、温度和粘 度的氧化铝纤维纺丝料液。在此情形下，优选将浓度为约20重量％的纺丝料液浓缩到约30 重量％到40重量％。此外，真空浓缩后的氧化铝纤维料液的粘度优选IPa ·8到200Pa-s(10 泊到2000泊)。进而，采用干式压力纺丝等方法，使由上法制得的氧化铝纤维料液通过纺丝设备 的喷嘴排出，从而连续获得截面形状与喷嘴的金属口型相似的原料纤维。经过纺丝加工的 原料纤维在连续卷取的同时被拉伸，从而获得了连续的母体长纤维。对喷嘴的口型没有特别的限制，它可以是任何形状，例如可以选择正圆形、三角 形、Y形和星形。此外，优选在纺丝状态下将所述原料纤维拉伸约100倍到200倍，从而形成连续的 母体长纤维。于是，在该范围内可以制得具有适宜强度的氧化铝纤维。当连续的母体长纤 维的截面为正圆形时，其平均直径的下限优选为3 μ m,其上限为25 μ m,纤维的平直径的下 限更优选为5 μ m，其上限更优选为15 μ m。此外，优选采用卷缩工序，以便使所述连续的母体长纤维发生卷缩。该方法使氧化 铝短纤维在随后的成毡过程中适当地相互缠结。其次，进行切割工序，以便把所述连续的母体长纤维切割为母体短纤维。在该切割工序中，将所述连续的母体长纤维切割为如下长度，所述长度的下限优 选为0. 1mm，更优选2mm，其上限优选为100mm，更优选50mm。更具体而言，将该连续的多根母体长纤维并排对齐，用矩形刀具等切割，此时，在 该切割工序中，切割面优选是平的。如果每一母体短纤维的切割面具有所需的形状，则随后 所形成的氧化铝短纤维也具有所需的形状。而如果这些母体短纤维和氧化铝短纤维被人吸 入，则会对人体造成严重的伤害。其次，进行成毡工序，以便采用所得的母体短纤维制得毡状母体短纤维。在该成毡工序中，在把所得的母体短纤维集中、松解和压片之后，再将其压缩，以 便得到毡状的母体短纤维。在该毡状的母体短纤维中，所述母体短纤维处于一定程度的缠结状态。
对所述毡状的母体短纤维的形状没有特别的限制，其形状一般为矩形。此外，根据氧化铝纤维聚集体的用途来粗略地确定其尺寸。其次，优选对该毡状母体短纤维进行针刺处理。在该针刺处理中，将针刺入所述毡 状母体短纤维中，优选该母体短纤维的上层和下层缠结起来，从而可以得到蓬松而高弹的 毡状母体短纤维。然后在煅烧步骤中煅烧所述毡状母体短纤维，以便制得氧化铝纤维聚集体，从而 完成根据本发明第六组的氧化铝纤维聚集体的制备方法。在该煅烧步骤中，首先，在含有氧气的气氛中，优选在400°C到600°C下加热(预处 理)所述毡状母体短纤维10分钟到60分钟。采用该工序的目的是要煅烧并去除用于毡状 母体短纤维的母体短纤维中所含的有机组分。其次，将经过所述预处理的毡状母体短纤维在空气中加热，温度的下限为1000°C， 优选1050°C，温度的上限为1300°C，优选1250°C，以便使母体短纤维烧结。煅烧温度低于 1000°C会使母体短纤维的烧结不充分，从而难以获得高强度的氧化铝纤维聚集体。相比之 下，煅烧温度超过1300°C则不能得到更高强度的氧化铝纤维聚集体，从而导致生产效率和 经济效益的下降。在该煅烧步骤中，用于毡状母体短纤维的母体短纤维被烧结而形成氧化铝短纤 维，而且，在所述针刺的工序中，所述母体短纤维复杂地缠结在一起，然后，这些缠结的母体 短纤维被烧结煅烧而相互粘接。于是，所制得的氧化铝纤维聚集体具有优异的机械强度。此外，在经过在所述条件下煅烧的毡状母体短纤维中，有机组分被燃烧而除去了， 于是其体积就减少了。通常，所述氧化氧化铝短纤维主要由氧化铝和二氧化硅组成，而且，该氧化铝短纤 维的富铝红柱石晶体的含量优选为0重量％到10重量％或更低。由于具有该化学组成的氧 化铝短纤维中无定形组分的含量较少，所以它具有优异的耐热性，且在受到压缩载荷时具 有高的排斥力。因此，当采用根据本发明第六组的氧化铝纤维聚集体作为紧固密封材料时， 所述紧固密封材料如背景技术中所述的蜂窝式过滤器10，即使所述紧固密封材料在金属壳 与蜂窝式过滤器10之间的空隙中经受高温，所述紧固密封材料的表面压力也不易降低。此外，所述氧化铝短纤维的纤维拉伸强度优选为1. 2GPa或更大，更优选1. 5GPa或 更大。此外，所述氧化铝短纤维的纤维弯曲强度优选为1. OGPa或更大，更优选1. 5GPa或更 大。此外，所述氧化铝短纤维的断裂强度优选为0. 8MN/m3/2或更大，更优选1. 3MN/m3/2或更 大。这是由于随着纤维的拉伸强度、弯曲强度和断裂强度值的增加，所述氧化铝短纤维不但 具有足够的抗拉伸和抗弯曲性能，而且具有柔韧性且不易断裂。随后，通过冲切等工序，把所述氧化铝纤维形成紧固密封材料，所述紧固密封材料 与图18所示的紧固密封材料50实际上具有相同的形状。根据用途来适当地确定紧固密封材料的尺寸，当该紧固密封材料要被围绕在蜂窝 式过滤器10的外周时，例如，如图16所示，紧固密封材料的厚度约为蜂窝式过滤器10的外 径与容纳该蜂窝式过滤器10的金属壳的内径之间空隙的约1. 1到4倍，更优选约1. 5到3倍。如果所述厚度小于1. 1倍，则当金属壳中容纳有蜂窝式过滤器10时，紧固材料就 不能对蜂窝式过滤器10产生良好的紧固性能，从而使蜂窝式过滤器10与金属壳之间发生偏移和松动。由于这种情况下当然不能提供良好的密封性能，废气会从空隙部位泄露出来， 从而其防污性能不好。相比之下，厚度大于所述空隙4倍就难以将蜂窝式过滤器10安装到 金属壳中，尤其是在采用压嵌式安装法来把蜂窝式过滤器10安装入金属壳时。此外，在紧固密封材料被容纳在金属壳内后，紧固密封材料的松密度下限优选为 0. lg/cm3，其上限优选为0. 3g/cm3，所述紧固密封材料的松密度下限更优选为0. lg/cm3，其 上限更优选为0. 25g/cm3。当松密度的值小于0. lg/cm3时，紧固密封材料就难以获得足够 高的初始表面压力；相比之下，当松密度的值大于0. 3g/cm3时，所需要的氧化铝短纤维的量 就会增加，这会增加成本。此外，如果需要，可对所述紧固密封材料进行针刺处理，而且，所述紧固密封材料 在有机粘合剂中经受了浸渍处理之后，进一步沿厚度方向压缩紧固密封材料。这些处理的 进行可使紧固密封材料沿厚度方向被压缩，从而使其变薄。所述有机粘合剂除可采用乳胶及丙烯酸橡胶和丁腈橡胶等外，还可采用PVA和丙 烯酸树脂。如上所述，在根据本发明第六组的氧化铝纤维聚集体的制备方法中，氧化铝纤维 纺丝料液经过纺丝工序，然后拉伸形成连续的母体长纤维，将所得的连续的母体长纤维切 割为母体短纤维；然后，使其形成毡状母体，于是，通过烧结该毡状母体而制得氧化铝纤维 聚集体。根据本发明第六组的氧化铝纤维聚集体的制备方法，所述母体短纤维的切割面上 没有产生碎屑、毛刺和细小裂纹，然后将该母体短纤维烧结，于是可制得机械强度优异的氧 化铝短纤维。换言之，由于用于氧化铝纤维聚集体的氧化铝短纤维具有优异的机械强度，所以 这样可提供初始表面压力足够高的氧化铝纤维聚集体，所述氧化铝纤维聚集体的表面压力 不易随时间而降低。下面将叙述所述实施方式的更具体的实施例及其对比例；但是，这些实施例并非 意在对本发明进行限制。下面将阐述根据本发明第一组的实施例和对比例。(实施例1)在实施例1中，首先，将氯化铝的碱性水溶液(23. 5重量％ )、二氧化硅溶胶(20重 量％，二氧化硅的粒度为15nm)和聚乙烯醇(10重量％ )混合以便制备纺丝料液，所述聚乙 烯醇为拉丝性能赋予剂。然后，在50°C的真空下采用蒸发器浓缩所得的纺丝料液，从而制得 浓度为38重量％、粘度为1500泊的纺丝料液。制备纺丝料液之后，通过纺丝设备的喷嘴(截面为正圆形)将该纺丝料液连续排 出到空气中，在拉伸的同时卷取所得的母体纤维。其次，对所述母体纤维进行加热步骤(预处理)，用电炉在250°C、常压和氮气氛中 加热30分钟，然后以同样的方法，用电炉在1250°C、常压和氮气氛中将母体纤维烧结10分钟。结果得到了正圆形截面的铝硅纤维6，所述铝硅纤维6的氧化铝-二氧化硅重量比 为72 28，纤维平均直径为10.5 μ m，残余碳的含量为5重量％ (见表1)。采用公知的方 法测定该铝硅纤维6的机械强度，其纤维的拉伸强度为2. OGPa，纤维的弯曲强度为1. 8GPa,以及断裂韧性为1. 5MN/m3/20换言之，实施例1的铝硅纤维6具有优异的机械强度。目测所得的铝硅纤维6发现，其直径和截面形状是均勻的，可以说其质量是非常 稳定的。此外，该铝硅纤维6呈黑色(即所谓的炭黑色)，这是未曾有过的新特点。其次，将铝硅纤维6的长纤维切割为5mm的长度，从而得到短纤维。随后，将该短 纤维分散于水中，再将所得的纤维分散液注入模具中，压缩并干燥，从而得到毡状的纤维聚 集体。然后，由该纤维聚集体制得样品，按照下述方法测试样品的表面压力。首先，从该纤维聚集体上冲切出一个边长为25mm的正方形，从而得到用于表面压 力测试的试样，用专用夹具将该试样夹起来，调节松密度(GBD)为0.30g/cm3。将该状态下 的用于表面压力测试的试样保持在1000°C的空气中，分别在1小时、10小时和100小时后 测试其表面压力。此处，我们把在未夹持状态和未加热时所测得的表面压力定义为“初始表 面压力”，而把在100小时之后的表面压力定义为“耐久性实验之后的表面压力”。此外，计 算表达式(耐久性实验之后的表面压力/初始表面压力)X100(%)的值，并将其定义为表 面压力随时间降低的比率。表1显示了这些测试结果。根据这些测试结果，在实施例1的试样中，初始表面压力和耐久性实验之后的表 面压力均超过了 IOOkPa,表面压力随时间降低的比率保持在50%之内，这是相对较低的水 平。此处，观察100小时之后的试样，发现铝硅纤维6的特性没有变化，其颜色仍为黑色。残 余碳的含量也保持在5重量％。此外，在将所述毡状纤维聚集体冲切成预定的形状之后，而且事实上形成了紧固 密封材料4，将该紧固密封材料4包覆在催化剂载体2的周围，然后将所得到的部件2压嵌 到金属壳3中。采用外径为130mmΦ、长度为IOOmm的整块堇青石作为催化剂载体2。采用圆筒 部件作为金属壳3，所述圆筒部件由SUS304制成，其截面为0形，厚度为1.5mm，内径为 140πιπιΦ。把按这种方式装配起来的催化转化装置1实际安装在3升的汽油发动机内，然后 进行连续的运转实验。结果，在行驶过程中，没产生噪音，催化剂载体2也没有变黑，于是可 以肯定，其初始表面压力增加了，同时确保阻止了表面压力随时间的降低。此外，这可提供 优异的抗风蚀性能。(实施例2和3)在实施例2和3中，按照与实施例1基本上相同的顺序分别制备铝硅纤维6，不同 之处在于，煅烧的温度和时间根据表1所示作了变化。结果，可得到机械强度优异的铝硅纤 维6。此外，当形成用于表面压力测试的试样时，对这些试样测试初始表面压力、耐久性 实验之后的表面压力以及表面压力随时间降低的比率，用与实施例1相同的方式得到了优 选的结果(见表1)。当然，没有观察到颜色和残余碳含量的变化。此外，制备紧固密封材料4，以便制得催化转化装置1，装备该催化转化装置1后进 行连续行驶实验。结果，在行驶过程中，没产生噪音，催化剂载体2也没有变黑，于是可以肯 定，其初始表面压力增加了，同时确保阻止了表面压力随时间的降低。(对比例1)在对比例1中，采用与实施例1相同组成的纺丝料液进行纺丝，从而得到了母体纤维。其次，对所述母体纤维进行加热步骤(预处理)，加热条件为，在250°C的常压下，在含 有氧气的流动空气(即空气)中用电炉加热30分钟，随后，在1250°C的常压下，在同样的流 动空气(即空气)中用电炉以同样的方式烧结。结果，得到了这样一种圆形截面的、白色透明的铝硅纤维6，所述铝硅纤维6的氧 化铝-二氧化硅重量比为72 28，纤维的平均直径为10.2 μ m，残余碳的含量为0重量％ (见表1)。该铝硅纤维6的机械强度见表1，其值约为实施例1到3的一半。换言之，该对 比例1的铝硅纤维6明显不如实施例1到3所得的铝硅纤维6。此外，制备了用于表面压力测试的试样，从而测得了初始表面压力、耐久性实验之 后的表面压力以及表面压力随时间降低的比率，可以肯定，这些值明显不如实施例1到3的 值(见表1)。表 1
实施例1实施例2实施例3对比例1煅烧气氛氮气氮气氮气空气煅烧温度1250 0C1290 0C1150°C1250 0C煅烧时间10分钟5分钟20分钟10分钟纤维颜色(亮度)黑色(5)黑色(6)黑色(8)白色(9)残余碳的含量3重量％5重量％1重量％0重量％纤维的平均直径10.5 μηι10.5 μηι10.5 μπι10.2 μηι纤维的拉伸强度2.0 Gpa1.8 Gpa2.3 Gpa1.1 Gpa纤维的弯曲强度1.8 Gpa1.6 Gpa2.0 Gpa0.9 Gpa断裂韧性1.5 MN/m3/21.6MN/m3/21.5MN/m3/20.7 MN/m3/2松密度0.10 g/cm30.10 g/cm30.10 g/cm30.10 g/cm3初始表面压力185 kPa180 kPa192 kPa144 kPa耐久性实验之后的表面 压力107 kPa105 kPa105 kPa35 kPa表面压力随时间降低的 比率42.2%41.7%45.3%75.7%其次，下面将阐述根据本发明第二组的实施例和对比例。(实施例4)在实施例4中，首先，按照与实施例1相同的方法制备母体长纤维。其次，将母体长纤维切割为长度为5mm的短纤维。随后，将这些短纤维分散于水 中，再将所得的纤维分散液注入模具，压缩并干燥，从而得到毡状的纤维聚集体Ml。在所述压片工序之后进行的煅烧步骤中，对所述母体纤维Ml进行加热步骤(预处 理)，条件是用电炉21在250°C、常压和空气中加热30分钟，然后以同样的方法，用电炉21 在常压和空气中将母体纤维烧结。在实施例4中，上侧电热器的温度较高，使煅烧时第一侧表面Sl的表面温度为 1250°C，而下侧电热器的温度较低，使煅烧时第二侧表面S2的表面温度为1000°C。换言之， 使煅烧的温差为250°C。煅烧时间为30分钟。分别在所得纤维聚集体Ml的第一侧表面Sl和第二侧表面S2的表面部位取样，得
46到这些部位的铝硅纤维6的试样，对这些纤维的几个方面进行测试。测试结果如表2所示。铝硅纤维6的第一侧表面Sl的结晶度明显低于第二侧表面S2的结晶度。相比之下，关于铝硅纤维6的拉伸强度、弯曲强度、弹性模量和伸长率，在第一侧 表面Sl的表面层部位的所述参数明显高于第二侧表面S2的表面层的所述参数。此处，氧化铝-二氧化硅的重量比为72 28，纤维的平均直径为10.5 μ m，纤维的 截面为正圆形。从该毡状纤维聚集体Ml上冲切出一个边长为25mm的正方形，从而得到用于表面 压力测试的试样，用专用夹具将该试样夹起来，调节松密度(GBD)为0.30g/cm3。将该状态 下的表面压力测试试样保持在1000°C的空气中，分别在1小时、10小时和100小时后测试 其表面压力。此处，我们把在1小时后测得的表面压力定义为“初始表面压力”，而把在100 小时之后的表面压力定义为“耐久性实验之后的表面压力”。此外，计算表达式(耐久性实 验之后的表面压力/初始表面压力)X 100 )的值，并将其定义为表面压力随时间降低的 比率。图6的曲线显示了这些测试的结果。根据所述测试的结果，在实施例4的试样中，初始表面压力和耐久性实验之后的 表面压力均超过了 IOOkPa,经过一定时间表面压力的降低比率保持在相对较低的水平。按照与实施例1相同的方式，把使用了毡状纤维聚集体Ml的催化转化装置1安装 在3升的汽油发动机内，然后进行连续的运转实验。结果，在行驶过程中，没产生噪音，催化 剂载体2也没有变黑，于是可以肯定，其初始表面压力增加了，同时阻止了表面压力随时间 的降低。此外，没有发现废气的泄露，于是获得了优异的密封性能以及优异的抗风蚀性能。(对比例2)在对比例2中，在1250°C下煅烧30分钟，该煅烧过程没有温差。除这点外，基本上 按照与实施例相同的条件制备纤维聚集体Ml。在对比例2中，铝硅纤维6的物理性质(结晶度、纤维的拉伸强度、弯曲强度、弹性 模量和伸长率)实际上与实施例中第二侧表面S2的表层部位的铝硅纤维6的性质相同。换 言之，结晶度等性质随位置并没有明显的不同。此外，按照与实施例相同的方法制备用于表面压力测试的试样，测定其初始表面 压力、耐久性实验之后的表面压力以及表面压力随时间降低的比率。如图6的曲线所示，对 比例3中的试样明显比实施例4中的试样差。表权利要求
紧固密封材料，该紧固密封材料含有作为组成材料的聚集成毡状的铝硅纤维聚集体，并被置于陶瓷体和金属壳的空隙之间，所述陶瓷体可使流体流过其内部，所述金属壳包围在所述陶瓷体的外周，其中，所述铝硅纤维为中空纤维。
2.根据权利要求1的紧固密封材料，其中，所述陶瓷体包括催化剂载体，所述紧固密封 材料被用作催化转化装置的紧固密封材料。
全文摘要
本发明的目的是提供紧固密封材料，该紧固密封材料具有铝硅纤维，该铝硅纤维的制备方法可以确保容易地制备机械强度优异的铝硅纤维，本发明采用由无机盐法得到的铝硅纤维的纺丝料液作为原料，从而获得母体纤维。其次，在难以使所述母体纤维所含的碳组分发生氧化反应的气氛中加热所述母体纤维，从而烧结所述母体纤维而得到了铝硅纤维。
文档编号F01N3/28GK101935516SQ201010251798
公开日2011年1月5日 申请日期2002年5月27日 优先权日2001年5月25日
发明者堂下正景, 棚桥一智, 高桥秀智 申请人:揖斐电株式会社