[发明专利]耐酸性陶瓷材料、应用该陶瓷材料的过滤器、以及它们的制备

说明书

本申请是申请日为2006年03月07日、申请号为200680007306.3、名称为“耐酸性陶瓷材料、应用该陶瓷材料的过滤器、以及它们的制备”的发明申请的分案。

技术领域

本发明涉及具有优越耐热、耐酸和耐碱性能的陶瓷材料、应用该陶瓷材料的过滤器、以及用于制备它们的方法。

作为用于在高温下操作的催化剂载体或过滤器系统(例如，用于净化汽车排放气体的催化剂的载体、气体涡轮的热交换器、用于净化柴油汽车排放气体的过滤系统(DPF，柴油机微粒过滤器)或类似)的材料，多铝红柱石(其具有2SiO₂-3Al₂O₃的组成)和堇青石(其具有2MgO-2Al₂O₃-5SiO₂的组成)因其优越的热性质(例如低热膨胀系数(1～5x10^-6/K)、热传导性、介电常数或类似)和它们的化学稳定特征而被广泛地应用。

但是，存在着一些问题：多铝红柱石在自然界极少被发现，因此仅通过合成途径获得；并且，因其狭窄的合成温度范围，堇青石难以制备成高纯度的精细粉末形式。另外，尽管它们具有优越的热性质，但因其低机械强度，它们应用到结构材料受到限制。

背景技术

迄今，已经进行了多项研究以开发和容易地生产具有优越的热性质和化学性质的陶瓷过滤器，并且它由作为主晶相的堇青石和多铝红柱石组成。

Arthur等人在USP 3,954,672中描述了通过使用滑石、粘土、蓝晶石、氧化铝和水合成堇青石，以及其作为不热变形的催化剂载体、涡轮机、热交换机或熔炉材料的应用。在所述专利中，强调了Na₂O或K₂O的含量应低于0.14％。

USP 3,940,225(Roy等人)描述了少量的Mo、Ta、Zr、Nb、Ti、Li、As等作为成核剂以更好地形成堇青石晶体结构的应用。在所述专利中，金属氧化物(例如Mo、Ta、Zr、Nb、Ti、Li、As等)不作为结构成分，而是作为添加成分，其以很少的量被添加，例如，0.5-3％，此时该合成的堇青石的热膨胀系数被限制为小于1.54×10^-6/K。

USP 4,042,403(Richard等人)描述了通过使用3-5％的Li₂O、0.25-2.5％的MgO、15-20％的Al₂O₃、68-75％的SiO₂和2-5.5％的TiO₂合成堇青石结构。在所述专利中生产的堇青石结构被证明是热稳定的，并且当在950℃操作2000小时后显示出长度上100ppm或更少的变化。

USP4,528,275(James等人)描述了一种由50-95％多铝红柱石和5-50％的堇青石组成的多晶体。作为一种用于降低热膨胀系数同时保持多铝红柱石性质的方法，所述专利披露了一种材料的合成，该材料通过添加存在有TiO₂的堇青石作为成核剂，其热膨胀系数大致上低于纯多铝红柱石的膨胀系数。

USP4,921,616(Louis等人)描述了一种多铝红柱石/二氧化锆复合物，其具有来自于SiO₂、Al₂O₃、和ZrO₂的优越的耐热性，并显示出由该多铝红柱石/二氧化锆复合物生产的过滤器可耐受甚至1650℃的温度，因此可用作熔融金属的过滤器，而常规的单一堇青石或堇青石/多铝红柱石复合物不能应用在温度高于1500℃的高温场合。

USP 4,950,628(Thomas等人)描述了一种堇青石的合成，其通过添加滑石、高岭土、氧化铝、无定形二氧化硅或类似物到用于堇青石制备的前体混合物SiO₂-Al₂O₃-MgO，而具有非常低的热膨胀系数(7×10^-6/K)。据报告，如上所述合成的堇青石在热冲击和热膨胀系数方面为一种优越的材料。