[发明专利]堇青石铝镁钛酸盐组合物及包含该组合物的陶瓷制品

说明书

本申请是国际申请号为PCT/US2007/014864，国际申请日为2007年6月27日的PCT国际专利申请进入中国阶段后的国家申请号为200780024344.4，发明名称为“堇青石铝镁钛酸盐组合物及包含该组合物的陶瓷制品”的中国专利申请的分案申请。

发明背景

本申请要求2006年7月25日提交的标题为“堇青石铝镁钛酸盐(aluminiu magnesiu titanate)组合物及包含该组合物的陶瓷制品”的美国临时申请60/817723的权益。

技术领域

本发明涉及陶瓷组合物，更具体地，涉及包含堇青石铝镁钛酸盐的复合陶瓷组合物。

背景技术

热膨胀小因而耐热冲击性高的耐火材料被用于诸如催化转化器基材和柴油机微粒过滤器之类在使用过程中产生高的热梯度的应用。用于这些应用的最佳材料之一是堇青石，因为其热膨胀小、熔点高、成本低。在柴油机微粒过滤器领域，人们已经认识到，更高的热容量有利于改善过滤器在再生过程中的耐久性(Hickman SAE)。为了减少吸附给定热量所需的材料的体积，希望使用体积热容量高的材料。希望材料的体积更小，因为这能减小排气流的压降并增加用于储存灰的开放体积。然而，仍要求低热膨胀。钛酸铝是少数几种能被制成热膨胀小并且体积热容量比堇青石高的材料之一。

钛酸铝(AT)和含有大比例钛酸铝的复合材料有几个缺点。第一，纯的钛酸铝在低于约1200℃时为亚稳态。第二，AT的热膨胀仅在颗粒尺寸较大时才比较低，而且在窑炉中冷却时形成微裂纹。这些大颗粒和微裂纹容易使材料的机械强度较低。第三，微裂纹造成热膨胀曲线具有很大的滞后，导致瞬时热膨胀值非常高，特别是在冷却时。第四，AT基复合材料的烧制温度通常较高，一般大于1400℃。最后，AT显示具有很高的热循环增长，碱金属元素的存在扩大该热循环增长。

为了降低分解速度，可以在钛酸铝中加入添加剂，诸如多铝红柱石、MgTi₂O₅和Fe₂TiO₅。MgTi₂O₅易于在还原条件下降低分解速度，仅仅在高水平的氧化条件下(>10%)才使分解速度减慢。Fe₂TiO₅易于在氧化条件下降低分解速度，在还原条件下增加分解速度(美国专利5153153，1992)。

在AT中加入第二相(second phase)如多铝红柱石以提高复合体的强度，因为在多铝红柱石晶体之间通常不会发生微开裂。多铝红柱石也是一种很好的选择，因为它也具有相当高的体积热容。其它第二相也已用于AT复合材料中，包括碱金属和碱土金属长石。然而，多铝红柱石和碱金属长石的热膨胀大于最佳热膨胀。

在提供具有改善的强度同时保持低CTE的复合AT陶瓷坯体的努力中，以堇青石作为第二相是比多铝红柱石更好的选择，因为堇青石的热膨胀系数比多铝红柱石更小。然而，在任何温度下堇青石和纯的钛酸铝都不能达到热动力学平衡。提供具有低CTE、高强度和优良的热稳定性的基于堇青石和AT的复合陶瓷将代表本领域的一大进步。本发明提供这样的物体。

发明内容

本发明涉及一种包含堇青石铝镁钛酸盐的复合陶瓷组合物。一个方面，本发明提供一种包含第一晶体相和第二晶体相的陶瓷制品，所述第一晶体相主要由钛酸铝和二钛酸镁的固溶体组成，所述第二晶体相包含堇青石。在一个实施方式中，钛酸铝和二钛酸镁的固溶体相显示出铁板钛矿的晶体结构。在另一个实施方式中，陶瓷制品的总孔隙率％P大于40体积％。

另一个方面，本发明包括一种柴油机微粒过滤器，该过滤器由上述本发明的陶瓷组合物构成。在一个实施方式中，所述柴油机微粒过滤器包含蜂窝状结构，该结构具有多个轴向延伸的端部堵塞的进口室和出口室。

再一个方面，本发明提供一种制造本发明的复合堇青石铝镁钛酸盐陶瓷制品的方法。该方法通常包括，首先提供包含氧化镁源、氧化硅源、氧化铝源和氧化钛源的无机批料组合物。然后，将该无机批料组合物与一种或多种加工助剂混合，所述加工助剂选自下组：增塑剂、润滑剂、粘合剂、成孔剂和溶剂，以便形成增塑的陶瓷前体批料组合物。将该增塑的陶瓷前体批料组合物成形或者形成生坯，任选地干燥，然后在能将所述生坯体有效转化为陶瓷制品的条件下进行烧制。

附图简述

以下参照附图进一步说明本发明，其中：