本发明专利技术涉及通过形成一个或多个前体化合物和性能增强化合物的混合物而制备的多孔莫来石组合物，其中该前体化合物中含有存在于莫来石中的成分（如粘土、氧化铝和二氧化硅）。性能增强化合物是含有选自镁、钙、铁、钠、钾、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、硼、钇、钪、镧或其组合物的成分的化合物。使混合物成形并形成多孔的新鲜形状，然后在含有含氟气体的空气中将其加热到足够的温度，以形成主要包括本质上是化学结合的针状莫来石颗粒的莫来石组合物。
Improved porous mullite body and process for producing the same
The present invention relates to the formation of one or more precursor compounds and mixtures of compounds and enhance the performance of the prepared porous mullite composition containing in mullite composition of the precursor compounds in which (such as clay, alumina and silica). The performance enhancing compound is a compound containing Mg, calcium, iron, sodium, potassium, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, yttrium, lanthanum, scandium, boron or its composition composition. Fresh shape the mixture is shaped and formed a porous, containing fluorine gas will then air heated to a temperature sufficient to form mainly is essentially a mullite composition chemical combination of acicular mullite grains.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及莫来石体(mollite body)以及形成莫来石体的方法。特别地，本专利技术涉及含有融合的联锁针状颗粒(fused interlocked aciculargrains)的莫来石体以及形成其的方法。
技术介绍
最近，在欧洲和美国通过了关于柴油发动机释放的颗粒物质更加严格的条例。为了满足这些条例，颗粒过滤器是必需的。这些颗粒过滤器不得不满足多重矛盾的严格要求。例如，过滤器必须含有足够的孔率(通常大于55％的孔率)，而同时仍需截留绝大部分微米大小的柴油机释放颗粒(通常可以捕获大于90％的释放颗粒)。所述过滤器还必须具有足够的可通透性以便不会很快的产生极大的回压，同时仍能够在再生前负载大量的烟黑。所述过滤器必须可以经受长时间的腐蚀性排放环境。所述过滤器必须具有起始强度(initialstrength)以便可以被放置到与排放系统连接的容器中。所述过滤器必须可以经受燃烧掉过滤器中所捕获的烟黑(再生)的上千次循环的热循环(即，保持足够的强度)，其中局部温度可达到1600℃。根据这些严格的标准，通常陶瓷过滤器是开发柴油机颗粒过滤器所选择的材料。在早期，由于堇青石低廉的价格和作为汽车排放系统的三路催化剂载体，开发出烧结的堇青石陶瓷过滤器来作为一种可能的柴油机颗粒过滤器。不幸的是，堇青石不具备高孔率、高通透性和高烟黑负载以及与之相关的上千次再生循环之后可保持强度的性能以来满足上述的严格要求。最近，由于碳化硅具有高强度以及经过热循环之后还能保持强度的能力，而引起用其作为过滤器的兴趣。然而，碳化硅不得不经受如使用昂贵的精细碳化硅粉末在高温下的烧结过程。由于碳化硅被烧结，所以在过量的回压产生之前，所产生的孔结构仅具有有限的烟黑负载。另外，美国专利5,098,455描述了使用交织生长在一起的莫来石作为柴油机颗粒捕获装置(trap)。这些莫来石过滤器并不能满足柴油机过滤器例如耐热冲击(thermal shock resistance)的要求标准。因此，期望可以提供形成的方法以及能够解决如上述问题之一的在先工艺中一个或多个问题的陶瓷材料。
技术实现思路
本专利技术的第一个方面是制备针状莫来石组合物的方法，该方法包括a)形成一个或多个含有存在于莫米石中的成分的前体化合物和性能增强化合物的混合物，该性能增强化合物包括选自镁、钙、铁、钠、钾、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、硼、钇、钪、镧或其组合物的成分。b)使混合物成型为多孔的新鲜形状(green shape)c)在含有含氟气体的空气中加热步骤(b)中形成的多孔的新鲜形状到足够的温度以形成莫来石组合物，该组合物主要包括本质上是化学结合的针状莫来石颗粒。本专利技术的第二个方面是主要由本质上是化学结合的针状莫来石颗粒组成的多孔莫来石组合物，其中该莫来石组合物含有至少部分为莫来石颗粒的相，其中该相包括至少一个选自铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、硼、钇、镧或钪的成分。令人惊讶的是，与缺乏这些成分的条件下制备的莫来石组合物相比，存在于上述相中的成分会使多孔针状莫来石结构具有提高热冲击系数(thermal shock factor)。另外，相对于在缺乏这些成分的条件下制备的莫来石组合物，在本专利技术中的一些组合物，如含有铈的组合物中，可以形成具有更好的强度、更大的密度以及仍有更高的通透性的莫来石组合物。本专利技术的莫来石体可以用于任何适于莫来石的应用中。例子包括过滤器、耐火材料、热和电绝缘体、金属或塑料合成车身的增强物、催化剂和催化剂载体。本专利技术的详述内容莫来石组合物莫来石组合物由本质上是化学结合的针状莫来石颗粒组成。该莫来石颗粒至少约占莫来石组合物的90％。优选莫来石颗粒至少约为95％，更优选至少约为98％，甚至更优选至少约为99％的组合物体积。除了莫来石颗粒，该莫来石组合物还含有由二氧化硅和可以以结晶沉淀存在于玻璃中的处于氧化物形式的金属混杂物组成的玻璃相。通常，该玻璃相位于颗粒表面和交叉颗粒的表面。针状莫来石颗粒是具有大于2纵横比的颗粒(例如，长是宽的2倍)。理想地，存在于莫来石组合物中的针状莫来石颗粒具有平均至少约为5的纵横比。优选地，平均纵横比至少约为10，更优选至少约为15，甚至更优选至少约20且最优选至少约为40的平均纵横比。基本上，莫来石组合物中的所有颗粒均是与莫来石体中的其它莫来石颗粒进行化学结合的。这意味着莫来石颗粒体积中最多约1％的颗粒没能与其它莫来石颗粒进行化学结合。优选，基本上所有莫来石颗粒是化学结合的。通常，当颗粒被烧结或被熔合在一起时发生化学结合。熔合和烧结发生在颗粒的接触面，该接触面通常由硅以及可能也含有铝的不定形的氧化(玻璃)相(即，无序相)组成。存在于莫来石组合物中的该相包括至少一种选自铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、硼、钇、镧或钪的成分。所述一种或多种成分可以以其自身的玻璃结构存在或可以以结晶沉淀的形式存在于先前所述的由硅组成的玻璃相中。在优选实施方案中，该相包括镁、钙、钇或其组合的氧化物和钕、铈、硼、铁或其组合的氧化物。特别优选的氧化物的组合物是钕/镁、钕/钙、硼/镁、硼/钙、铈/镁和铈/钇。最优选的组合是钕/镁，其可以提供极好的强度和热冲击抗性。已发现当使用此组合物时，可以制备高强度的多孔结合物。据认为这是由于每个成分对组合物所赋予的好的影响。特别地，组合物中优选的钕/镁重量比例为大约0.1至大约10。更优选的比例是至少约为0.2，甚至更优选至少约为1以及最优选至少约为2，及更优选最多约为7并且最优选最多约为5的比例。另一最优选的组合是铁/镁。特别地，组合物中优选的铁/镁重量比为大约0.1至大约10。更优选的比例是至少约为0.2，甚至更优选至少约为0.6和最优选至少约为0.8，及优选最多约为5，更优选最多约为2和最优选最多为1.5的重量比。特别优选的的重量比为1。据观察，上述成分的组合可以形成具有提高的热冲击系数的针状莫来石。已发现含有这些成分组合的莫来石致使该针状莫来石基本不含有具有扫帚柄结构的莫来石颗粒。含有扫帚柄结构的莫来石颗粒的特征在于是由于较大针状莫来石颗粒含有多个从其末端生长出来的较小颗粒而使其形成象扫帚柄的结构。基本上不含有这些扫帚柄的颗粒意思是针状莫来石含有颗粒数目上最多为10％的扫帚柄颗粒。这是与在缺乏性能增强化合物条件下制备的针状莫来石进行比较的，该针状莫来石通常含有在数目上大于10％的扫帚柄状颗粒。优选在数目上最多约为5％，更优选最多约为3％，甚至更优选最多约为2％和最优选最多约为1％的扫帚柄状颗粒。还优选基本上不含有扫帚柄状颗粒，而仅仅含有整洁的针状颗粒的针状莫来石(即，颗粒不含有从其末端生长出的较小颗粒)。可以采用合适的技术，如用显微镜在抛光面上鉴定此显微结构。例如，采用扫描电子显微镜(SEM)通过该莫来石体的一抛光面来鉴定莫来石颗粒的平均大小，其中平均颗粒的大小可以根据1970年Underwood在《Quantitative Stereology》，Addition Wesley，Reading，MA中描述的截取方法进行测定。扫帚柄状颗粒的形成通常采用一些扫描电子显微镜对一个断裂莫来石表面放大500到1000倍的条件下测定。可以采用已知的，如那些在电子显微镜领域已本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备针状莫来石组合物的方法，该方法包括ａ）形成一个或多个含有存在于莫来石中的成分的前体化合物和性能增强化合物的混合物，该性能增强化合物包括选自镁、钙、铁、钠、钾、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、硼、钇、钪、镧 或其组合物的成分。ｂ）使混合物成型为多孔的新鲜形状ｃ）在含有含氟气体的空气中加热步骤（ｂ）中形成的多孔的新鲜形状到足够的温度以形成莫来石组合物，该组合物主要包括本质上是化学结合的针状莫来石颗粒。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：C萨哈，S艾伦，C韩，RT尼尔森，AR小普吕尼耶，AJ普齐科，SA瓦林，R齐巴思，TJ加拉格尔，
申请(专利权)人：陶氏环球技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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