用于制备耐热冲击性陶瓷蜂窝状结构体的改良接合剂及其制备方法技术

一种改进的陶瓷蜂窝结构，其由通过接合剂层粘合在一起的至少两个单独的较小陶瓷蜂窝组成，所述接合剂层由具有至少两个孔隙度不同的区的接合剂层或其中韧度/杨氏模量之比为至少约0.1MPa·m1/2/GPa的接合剂层组成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有改良的耐热冲击性的陶瓷过滤器及其制备方法。特别地，所述过滤器和方法涉及改良的陶瓷接合剂用于将陶瓷微粒过滤器组装在一起以制备较大的耐热冲击性过滤器。
技术介绍
柴油机，因其运行方式而散发出烟尘微粒或很细小的冷凝液滴或所述两种(微粒)的聚集物正如通常有害的汽油机排放物(即HC和CO)。这些“微粒”(在此是柴油机烟尘)富含冷凝的多核烃，其中有一些可以致癌。由于柴油机烟尘产生对健康的危险的认识与对柴油机提供的更高燃料效率的需求之间的冲突，已经制定法规来控制允许散发的柴油机烟尘量。为了应对这些挑战，已经使用了烟尘过滤器。当使用这样的过滤器时，所述过滤器必须定期通过烧除烟尘来再生。这种烧灼烟尘引起因轴向和径向温差产生的应力，能够导致过滤器开裂。为了克服应力，陶瓷蜂窝例如热交换器和过滤器已经通过将较小的蜂窝组装成较大的蜂窝而降低了应力和蜂窝开裂的可能性。已经利用所述蜂窝之间的接合剂层来例如增加导热性，以降低组装式蜂窝例如EP 1508355中所描述的蜂窝达到的最高温度。为了实现导热性改善，这些接合剂/封闭层/粘合剂已经使用陶瓷微粒来增加热质量/传导性并且容易应用于较小的蜂窝节段(segment)。这样的接合剂通常包含陶瓷纤维、陶瓷粘合剂和有机粘合剂，例如美国专利No. 5，914，187所描述的，以便于在焙烧之前施加接合剂(例如降低微粒的离析)并改善一些机械性质例如接合剂的韧度。不幸地，使用这些加强型材料引起了接合剂使用或有效性降低的问题。例如，使用有机粘合剂有助于减少接合剂中粒子的分离，但是然后必须被除去，这减慢了制造部件的过程，并且还由于因燃烧所述有机物产生的热梯度和来自析出气体的压力产生了受损风险。由于组装效率低以及不能将纤维以任何大的程度负载于载液中且不会过度增加粘度，因此使用纤维倾向于降低接合剂层的热质量和导热性。因此，需要提供一种从较小的陶瓷蜂窝组装的较大的蜂窝和避免如上所述的一种或多种问题的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的一个方面是由至少两个独立的较小陶瓷蜂窝(蜂窝节段)通过包含纤维 的接合剂层粘合在一起组成的陶瓷蜂窝结构，其中所述接合剂层具有孔隙度不同的至少两个区。在一种具体的实施方式中，接合剂具有被连续的莫来石纤维基质包围的隔离的莫来石纤维区，其中隔离的莫来石纤维区具有的孔隙度低于连续的莫来石纤维基质。本专利技术的另一个方面是形成蜂窝状结构的方法，包括 (a)将第一蜂窝节段在它的至少一个外表面上与接合剂接触，所述接合剂由以下组成(i)由无机纤维、在加热时形成无机纤维的前体物或其组合组成的团聚体所组成的第一纤维成分，(ii)由无机纤维、加热形成无机纤维的微粒前体物或其组合与致孔剂组成的第二纤维成分，(iii)载液，(b)将第二蜂窝节段与第一蜂窝节段接触，使得接合剂插入在所述蜂窝节段之间，以使得所述蜂窝节段相粘合，和 (C)充分加热粘合的节段，以除去载液并使第一和第二纤维成分反应、结合或既反应又结合，以便所述节段被接合剂层粘合在一起，所述接合剂层由化学结合在一起的纤维组成，其中所述接合剂层具有孔隙度不同的至少两个区。在另一个方面，本专利技术是制造陶瓷接合剂的方法，包括(a)形成由无机纤维、加热形成无机纤维的前体物或其组合组成的团聚体组成的第一纤维成分，和(b)将所述第一纤维成分、(ii)由无机纤维或加热形成无机纤维的微粒前体物与致孔剂组成的第二纤维成分和(iii)载液混合，其中在所述混合期间所述团聚体基本上未能打散。本专利技术的再一方面是陶瓷接合剂，其包含载液，载液中具有由无机纤维、加热形成无机纤维的前体物或其组合组成的团聚体组成的第一纤维成分、和由无机纤维、加热形成无机纤维的微粒前体物或其组合与致孔剂组成的第二纤维成分，其中所述团聚体留在载液中基本上不分裂成单根纤维或前体物。最后一方面是包含化学键合在一起的陶瓷晶粒的陶瓷接合剂，其中所述接合剂具有至少两个区，所述区内的接合剂具有不同孔隙度，并且所述接合剂的Krc/韧度(MPa m1/2)/杨氏模量(GPa)之比为至少0. I。陶瓷蜂窝结构可以用于需要耐受热气体或液体的任何应用，例如热交换器、催化剂载体和过滤器(例如熔融金属和烟尘过滤器)。所述接合剂可以用来制造需要改善耐热冲击性的多孔陶瓷，例如如前所述的蜂窝状结构。所述接合剂可以用来包覆蜂窝状结构或蜂窝单块除开口通道末端之外的外缘(表层)，以改善尺寸容差、耐热冲击性或其组合。附图说明图I是本专利技术的蜂窝结构的透视图。图2是用于测量从陶瓷蜂窝结构切出的接合剂的韧度(KIC)的样品的图示。具体实施例方式陶瓷接合剂本专利技术的接合剂包含在其中具有第一纤维成分和第二纤维成分的载液。载液可以是，例如，水、任何有机液体例如醇、脂族化合物、二醇、酮、醚、醛、酯、芳香族化合物、烯烃、炔烃、羧酸、羧酰氯、酰胺、胺、腈、硝化物、硫化物、亚砜、砜、有机金属或其混合物。优选，载液是水、脂族化合物、烯烃或醇。更优选，所述液体是醇、水或其组合。使用醇时，优选甲醇、丙醇、乙醇或其组合。最优选，载液是水。所用载液的总量可以在宽的范围内变动，其取决于其他有机添加剂例如下面描述的那些、和接合剂中第一和第二纤维成分的固体负载量、和用来将节段接在一起的技术。载液的总量一般为至少约40体积％到至多为接合剂的无机部分的约90%。所述接合剂中第一纤维成分由无机纤维、加热形成无机纤维的前体物或其组合组成的团聚体所构成。所述团聚体可以是硬团聚体或软团聚体。硬团聚体是个体晶粒或纤维通过陶瓷接合剂(例如Si-O-Si)键合在一起的团聚体，将它们分裂为较小的组成部分一般需要相当大的能量输入(例如球磨、磨细、压碎并且不仅仅是混合剪切能量)。软团聚体是个体晶粒、微粒或纤维通过不是陶瓷接合剂的键例如氢键、范德华力等键合的团聚体，其中仅仅在合适的溶剂中以充分的剪切(混合)进行混合就可以将这样的团聚体分裂成较小的组成部分。 当使用特别是软团聚体时，要选择载液使它不会破坏或溶剂化将团聚体结合在一起的键。例如，如果软团聚体主要通过氢键结合在一起，则希望载液是非极性液体例如烷烃，其不会将所述软团聚体的氢键溶剂化。优选，团聚体是硬团聚体。在具体实施方式中，团聚体是无机纤维或无机纤维前体物的硬团聚体。这样的团聚体可以通过加热单根纤维或形成纤维的微粒来形成陶瓷接合剂。通过利用陶瓷粘结相例如无定形或结晶粘结相、例如举例说明是铝酸盐、硅酸盐或铝硅酸盐，可以促进这样的键。通过用纤维形成具有所需尺寸的较大的体，并加热这样的结构直到陶瓷粘合剂发生将纤维粘合在一起，可以制备具有粘结相的硬团聚体。所述较大的体然后可以被研磨(例如球磨)，并通过已知的技术筛分(例如筛子)成所需的尺寸。通过已知的技术例如喷雾干燥来成形纤维或纤维前体物并确定尺寸、以及加热形成硬团聚体，也可以形成所述硬团聚体。在这个实施方式中，加热通常为至少约600°C、700°C或800°C至最多约1800°C、1700°C、1600°C、1500°C、1400°C或1300°C，只要所述温度足够高，以使陶瓷粘合所述纤维，但又不会过高以致纤维显著降解或熔融。在具体实施方式中，形成了具有针状晶粒(在此为纤维)的莫来石，例如美国专利Nos. 5，194，154 ;5，173，349 ;5，198，007 ;5，098，4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.11 US 61/260,0431.一种陶瓷蜂窝结构，其由已通过接合剂层粘合在一起的至少两个单独的较小陶瓷蜂 窝构成，所述接合剂层由纤维组成，其中所述接合剂层包括具有不同孔隙度的至少两个区。2.权利要求1的陶瓷蜂窝结构，其中所述接合剂的Kie/韧度(MPa*m1/2/杨氏模量 (GPa))之比为至少0. 1。3.权利要求1的陶瓷蜂窝结构，其中所述接合剂层具有分散在孔隙度较高的第二连续 基质内的较低孔隙度区，其中较低孔隙度区的孔隙度最多约65%，而较高孔隙度区的孔隙 度至少约70%。4.权利要求3的陶瓷蜂窝结构，其中较低孔隙度区的孔隙度为最多60%。5.权利要求4的陶瓷蜂窝结构，其中较高孔隙度区的孔隙度为至少75%。6.权利要求5的陶瓷蜂窝结构，其中较高孔隙度区的孔隙度为至少80%。7.权利要求6的陶瓷蜂窝结构，其中较高孔隙度区的孔隙度为至少85%。8.权利要求3的陶瓷蜂窝结构，其中较低孔隙度区的平均尺寸为至少约300微米。9.权利要求8的陶瓷蜂窝结构，其中较低孔隙度区的平均尺寸为至少约350微米。10.权利要求2的陶瓷蜂窝结构，其中所述接合剂的Krc/韧度(MPa m1/2)/杨氏模量 (GPa)之比为至少0. 15。11.权利要求10的陶瓷蜂窝结构，其中所述接合剂的Krc/韧度(MPa m1/2)/杨氏模量 (GPa)之比为至少0. 2。12.权利要求1的陶瓷蜂窝结构，其中至少一个区具有微裂纹。13.权利要求12的陶瓷蜂窝结构，其中所述微裂纹存在于包埋在接合剂层内的微粒周 围，所述微粒的热膨胀系数不同于包埋它们的接合剂层。14.权利要求13的陶瓷蜂窝结构，其中所述微粒是碳化硅微粒。15.权利要求14的陶瓷蜂窝结构，其中所述较小的蜂窝是针状莫来石...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·皮兹克，N·旋恩克尔，A·R·小普鲁尼尔，J·戈斯，K·杨，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：