包括经修饰的铝硅酸盐纤维的低热膨胀系数材料及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种纤维陶瓷材料，其包含多个具有经修饰的铝硅酸盐组成结构（即，ｘ（ＲＯ）ｙ（Ａｌ２Ｏ３）ｚ（ＳｉＯ２）或ｗ（ＭＯ）－ｘ（ＲＯ）－ｙ（Ａｌ２Ｏ３）－ｚ（ＳｉＯ２））的纤维。所述纤维陶瓷材料是通过组合两种或两种以上ｘ（ＲＯ）ｙ（Ａｌ２Ｏ３）ｚ（ＳｉＯ２）或ｗ（ＭＯ）ｘ（ＲＯ）ｙ（Ａｌ２Ｏ３）ｚ（ＳｉＯ２）前驱体而形成，其中所述两种或两种以上前驱体中的至少一者是呈纤维的形式。所形成的纤维陶瓷材料具有低的热膨胀系数（即，＜４．７×１０－６／℃）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体来说涉及纤维陶瓷材料，且更具体来说，涉及包括多个经修饰的铝硅 酸盐纤维的低热膨胀系数纤维材料和制造所述纤维材料的方法。
技术介绍
先进陶瓷材料通常用于位于恶劣环境中的系统中，诸如汽车引擎(例如催化转化 器)、航空航天应用(例如航天飞机的贴砖)、耐火操作(例如耐火砖)和电子设备(例如 电容器、绝缘体)中。多孔陶瓷体具有在这些环境中作为过滤器的特殊用途。举例来说，当 今汽车工业使用陶瓷蜂巢状基材(即，多孔陶瓷体)来支持废气的催化氧化及还原和过滤 颗粒排放物。陶瓷蜂巢状基材提供高的过滤比表面积并为催化反应提供支持，同时，陶瓷蜂 巢状基材在与汽车引擎环境有关的高工作温度下是稳定且实质上结构可靠的。一般来说，例如以铝硅酸盐为基质的陶瓷的陶瓷材料是在高温环境下性能优良的 惰性物质。然而，陶瓷材料并非不受热应力(诸如周围温度与高温应用之间的循环变化所 产生的应力)影响。因此，已知陶瓷过滤器会劣化，从而使其效率低下且无法有效地用于当 今的应用。
技术实现思路
一般来说，本文所述的实施例涉及一种可用于各种应用的纤维陶瓷材料，包括作 为汽车引擎环境中的过滤器。所述纤维陶瓷材料包括多个经修饰的铝硅酸盐纤维(即，具 有X(R0) -Y(Al2O3) .Z(SiO2)组成结构的纤维，其中χ大于0且RO为选自由BaO、Sr0、Li20 及K2O组成的群组的氧化物)。本文所述的实施例还涉及制造所述纤维陶瓷材料的方法。具 体来说，在一个实施例中，经由两种或两种以上前驱体材料之间的反应形成经修饰的铝硅 酸盐纤维来制备纤维陶瓷材料，其中所述两种或两种以上前驱体材料中至少一者是呈纤维 的形式。一般相信，可通过改变铝硅酸盐纤维的化学组成来达成较低的热膨胀系数(CTE)。 也就是说，通过改变χ、y、ζ及R来改变化学组成及晶体结构。组成及结构改变的结果是， 材料的CTE值可被配合修改为用于特定用途(例如，可于一个或多个晶格方向上降低CTE 值)。由于CTE降低，故可产生在高温下具有最低碎裂及最低膨胀的多孔纤维陶瓷体。在一些实施例中，纤维陶瓷材料的CTE值可因纤维的定向而进一步降低。由反应 制造出的多个经修饰的铝硅酸盐纤维可被挤压或以其它方式成形为纤维体。在挤压或成形 期间，一般相信会发生纤维排列，导致所述纤维体的热膨胀系数(CTE)在至少一个方向上 降低。在本专利技术的一个方面，本文所述的实施例是针对一种制造纤维材料的方法，其中 纤维材料中所有纤维的至少约5%具有X(RO) -Y(Al2O3) 'Z(SiO2)组成结构，且R是选自由 Ba、Sr、Li及K组成的群组。所述方法包括混合至少两种χ(RO) -y (Al2O3) ·ζ (SiO2)前驱体 材料以形成混合物(所述至少两种X(RO) -Y(Al2O3) · ζ (SiO2)前驱体材料的一者或多者是呈纤维的形式)；挤压所述混合物以形成纤维体；以及热处理所述纤维体以形成纤维材料。这一方面的实施例可包括以下特征中的一或多者。在一些实施例中，在热处理所 述纤维体后，其中所有纤维的至少约25%具有X(RO) · Y(Al2O3) · Z(SiO2)组成结构。也 就是说，约25% (例如30%、35%、45%、55%、65%或65%以上)的前驱体纤维反应形成 x(R0) -Y(Al2O3) -Z(SiO2)纤维。在某些实施例中，所述前驱体材料可选自由以下组成的群 组莫来石纤维、铝硅酸盐纤维、Li2O颗粒、胶体氧化硅及SrCO3颗粒。在一些实施例中，混 合物可进一步包括一或多种选自由以下组成的群组的添加剂流体、粘合剂和孔生成剂。所 述一或多种添加剂可实质上通过加热纤维体而移除。在另一方面，本文所述的实施例是针对一种制造包括具有 x(R0) -Y(Al2O3) -Z(SiO2)组成结构的经修饰的铝硅酸盐纤维的纤维体的方法，其中R是选 自由Ba、Sr、K及Li组成的群组。所述方法包括混合至少两种χ (RO) · y (Al2O3) · ζ (SiO2) 前驱体材料以形成混合物，其中所述至少两种X(R0) · Y(Al2O3) · Z(SiO2)前驱体材料的一 或多者是呈纤维的形式；使所述至少两种X(RO) · y (Al2O3) -Z(SiO2)前驱体材料发生反应 以在混合物中形成多个具有X(RO) · Y(Al2O3) · Z(SiO2)组成结构的纤维；以及使所述混合 物成形为纤维体，其中纤维体中所有纤维的至少约5%具有X(R0) -Y(Al2O3) 'Z(SiO2)组成 结构。这一方面的实施例可包括以下特征中的一或多者。在一些实施例中，在使所述至 少两种X(R0) -Y(Al2O3) 'Z(SiO2)前驱体材料发生反应后，纤维体中所有纤维的至少约25% 具有X(R0) -Y(Al2O3) 'Z(SiO2)组成结构。也就是说，纤维体中所有纤维的至少25% (例如 35%,45%,55%,65%,75%,85%,95% )在前驱体反应后具有 χ(RO) · y (Al2O3) ‘ ζ (SiO2) 组成结构。纤维可经排列以使纤维体中所有纤维的至少约20%是以共同的方向排列。在某 些实施例中，所述X(R0) -Y(Al2O3) -Z(SiO2)前驱体材料是选自由以下组成的群组莫来石 纤维、铝硅酸盐纤维、Li2O颗粒、胶体氧化硅及SrCO3颗粒。上述混合物可进一步包括一或 多种选自由以下组成的群组的添加剂流体、粘合剂和孔生成剂。这些添加剂可实质上通过 加热纤维体而移除。在又一方面，实施例是针对一种形成多孔蜂巢状基材的方法。所述方法包括混合 至少两种X(RO) · Y(Al2O3) · Z(SiO2)前驱体材料以形成混合物，其中所述至少两种前驱体 材料中的一或多者是呈纤维的形式，且R是选自由Ba、Sr、K及Li组成的群组；挤压所述混 合物以形成具有至少约20%的多孔性的蜂巢状基材；以及热处理所述蜂巢状基材，以使所 述至少两种前驱体发生反应，以形成多个具有X(R0) -Y(Al2O3) · Z(SiO2)组成结构的纤维， 从而使所述蜂巢状基材中所有纤维的至少约5%具有所述X(RO) · Y(Al2O3) · Z(SiO2)组成 结构。这一方面的实施例可包括以下特征中的一或多者。在一些实施例中，在热处理所 述蜂巢状基材后，其中所有纤维的至少约25%具有X(RO) · Y(Al2O3) -Z(SiO2)组成结构。 用于以上方法的前驱体材料可选自由以下组成的群组莫来石纤维、铝硅酸盐纤维、Li2O颗 粒、胶体氧化硅及SrCO3颗粒。以上方法中形成的的混合物可进一步包括一或多种选自由 以下组成的群组的添加剂流体、粘合剂和孔生成剂。所述一或多种添加剂可实质上通过加 热蜂巢状基材而移除。在本专利技术的另一方面，实施例是针对经修饰的铝硅酸盐纤维蜂巢状体。所述体包括界定相邻壁之间的通道的壁的蜂巢状阵列。所述壁包括多个X(RO) · Y(Al2O3) -Z(SiO2) 纤维，所述纤维结合而形成具有孔的开放网络的多孔结构，其中R是选自由Ba、Sr、K及Li 组成的群组。在一些实施例中，在所述X(RO) · Y(Al2O3) -Z(SiO2)纤维中的纤维在所述壁 中是以共同的方向排列。这一方面的实施例可包括以下特征中的一或多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造纤维材料的方法，其特征在于，在所述纤维材料中所有纤维的至少约５％具有ｘ（ＲＯ）.ｙ（Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］）.ｚ（ＳｉＯ↓［２］）组成结构，其中Ｒ是选自由钡、锶、钾及锂组成的群组，所述方法包括：　　混合至少两种ｘ（ＲＯ）.ｙ（Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］）.ｚ（ＳｉＯ↓［２］）前驱体材料以形成混合物，其中，所述至少两种ｘ（ＲＯ）.ｙ（Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］）.ｚ（ＳｉＯ↓［２］）前驱体材料的一或多者是呈纤维的形式；　　挤压所述混合物以产生纤维体；以及　　热处理所述纤维体以形成所述纤维材料。

【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：JJ刘，WM卡蒂，B祖贝里，SC皮莱，
申请(专利权)人：美商绩优图科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]