[发明专利]孔径分布窄的低热膨胀性堇青石体及其制造方法

说明书

本申请要求G.A.默克尔于1998年2月25日提出的题目为“孔径分布窄的低热膨胀性堇青石体及其制造方法”的美国专利临时申请60/075，846的优先权。

本发明涉及具有低热膨胀系数(CTE)和孔径分布窄的独特综合性能的堇青石体。这种堇青石体可通过使用所选的原料混合物和烧制工艺制得。更具体地说，上述的堇青石体是用作催化反应载体和用于过滤用途的蜂窝结构体。

发明背景

堇青石蜂窝结构体特别适用于，但不限于汽车废气转换催化剂的载体、柴油颗粒过滤器或交流换热炉芯等。堇青石适用于这些用途是因为它有优良的耐热冲击性。耐热冲击性与热膨胀系数(CTE)成反比。这就是说，热膨胀性低的蜂窝体具有优良的耐热冲击性，能经受这些用途中遇到的宽温度波动。

在某些用途中，如用作薄壁蜂窝载体，为提高强度需减少总孔隙率。然而，孔隙率的减少会导致包含催化剂的修补基面涂层百分加载量的降低，从而在某些情况下为形成所需厚度的修补基面涂层必须将载体涂布数次。这种多步涂布方法会增加最终产品的成本。因此，需要孔径小于10微米的低孔径分布的堇青石体。孔径分布窄的优点是提高了修补基面涂层的吸收率，从而仅用一个涂布步骤就可获得所需厚度的修补基面涂层，而无需多步涂布方法。

到目前为止，还没有制得热膨胀系数低和在小于10微米范围内孔径分布窄的堇青石体。由于上述原因，本领域中迫切需要获得具有这些性质的堇青石体。本发明提供了这种堇青石体及其制备方法。

发明概述

本发明的一个方面提供25-800℃时的CTE≤4×10^-7C^-1、至少85％孔隙具有0.5-5.0微米的平均孔径的堇青石体。

本发明的另一个方面提供25-800℃时的CTE＞4-6×10^-7C^-1、总孔隙率至少为30％体积、至少85％孔隙具有0.5-5.0微米的孔径的堇青石体。

本发明的第三方面提供上述堇青石体的制造方法。该方法包括将含有滑石粉；Al₂O₃形成原料；高岭土、煅烧高岭土和二氧化硅中的一种或多种以及任选尖晶石的原料与载体和成形助剂紧密混合成塑性混合物。滑石粉的平均粒径≤3.0微米，Al₂O₃形成原料的平均粒径≤2.0微米。如果加入高岭土，则当它的粒径＜2.0微米时，高岭土的加入量小于原料的35％重量。然后将其制成生坯、干燥和在1370-1435℃进行烧制。当滑石粉的平均粒径＜2.0微米，Al₂O₃形成原料少于原料总量的20％重量，粒径小于0.3微米的可分散高表面积Al₂O₃形成原料少于原料总量的5.0％重量，高岭土的平均粒径小于2.0微米时，1150-1275℃间的加热速率大于200℃/小时。当滑石粉的平均粒径≥2．0微米，Al₂O₃形成原料少于原料总量的20％重量，粒径小于0.3微米的可分散高表面积Al₂O₃形成原料少于原料总量的5.0％重量，高岭土的平均粒径小于2.0微米时，1150-1275℃间的加热速率大于50℃/小时但小于600℃/小时。当Al₂O₃形成原料少于原料总量的20％重量，粒径小于0.3微米的可分散高表面积Al₂O₃形成原料大于等于原料总量的5.0％重量，高岭土的平均粒径小于2.0微米时，1150-1275℃的加热速率大于50℃/小时。当高岭土的平均粒径大于2.0微米时，1150-1275℃间的加热速率小于600℃/小时但大于30℃/小时。

发明的详细描述

本发明涉及在25-800℃温度范围内有低热膨胀系数和孔径分布窄的独特综合性能的堇青石体。这种堇青石体用选择特定原料混合物和烧制条件的方法制成。本发明中的热膨胀系数是用膨胀计测定法测得的25-800℃范围内的平均热膨胀系数。在蜂窝体中，它是开口通道长度平行方向上的平均热膨胀系数。

如果没有另作说明，粒径表示为平均粒径。粒径用沉降技术测量。

孔隙率是用水银孔隙率测定法测得的总孔隙率，且表示为％体积。

原料