專利名稱：包括經(jīng)修飾的鋁硅酸鹽纖維的低熱膨脹系數(shù)材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體來說涉及纖維陶瓷材料，且更具體來說，涉及包括多個經(jīng)修飾的鋁硅 酸鹽纖維的低熱膨脹系數(shù)纖維材料和制造所述纖維材料的方法。
背景技術(shù)：
先進陶瓷材料通常用于位于惡劣環(huán)境中的系統(tǒng)中，諸如汽車引擎(例如催化轉(zhuǎn)化 器)、航空航天應(yīng)用(例如航天飛機的貼磚)、耐火操作(例如耐火磚)和電子設(shè)備(例如 電容器、絕緣體)中。多孔陶瓷體具有在這些環(huán)境中作為過濾器的特殊用途。舉例來說，當 今汽車工業(yè)使用陶瓷蜂巢狀基材(即，多孔陶瓷體)來支持廢氣的催化氧化及還原和過濾 顆粒排放物。陶瓷蜂巢狀基材提供高的過濾比表面積并為催化反應(yīng)提供支持，同時，陶瓷蜂 巢狀基材在與汽車引擎環(huán)境有關(guān)的高工作溫度下是穩(wěn)定且實質(zhì)上結(jié)構(gòu)可靠的。一般來說，例如以鋁硅酸鹽為基質(zhì)的陶瓷的陶瓷材料是在高溫環(huán)境下性能優(yōu)良的 惰性物質(zhì)。然而，陶瓷材料并非不受熱應(yīng)力(諸如周圍溫度與高溫應(yīng)用之間的循環(huán)變化所 產(chǎn)生的應(yīng)力)影響。因此，已知陶瓷過濾器會劣化，從而使其效率低下且無法有效地用于當 今的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
一般來說，本文所述的實施例涉及一種可用于各種應(yīng)用的纖維陶瓷材料，包括作 為汽車引擎環(huán)境中的過濾器。所述纖維陶瓷材料包括多個經(jīng)修飾的鋁硅酸鹽纖維(即，具 有X(R0) -Y(Al2O3) .Z(SiO2)組成結(jié)構(gòu)的纖維，其中χ大于0且RO為選自由BaO、Sr0、Li20 及K2O組成的群組的氧化物)。本文所述的實施例還涉及制造所述纖維陶瓷材料的方法。具 體來說，在一個實施例中，經(jīng)由兩種或兩種以上前驅(qū)體材料之間的反應(yīng)形成經(jīng)修飾的鋁硅 酸鹽纖維來制備纖維陶瓷材料，其中所述兩種或兩種以上前驅(qū)體材料中至少一者是呈纖維 的形式。一般相信，可通過改變鋁硅酸鹽纖維的化學組成來達成較低的熱膨脹系數(shù)(CTE)。 也就是說，通過改變χ、y、ζ及R來改變化學組成及晶體結(jié)構(gòu)。組成及結(jié)構(gòu)改變的結(jié)果是， 材料的CTE值可被配合修改為用于特定用途(例如，可于一個或多個晶格方向上降低CTE 值)。由于CTE降低，故可產(chǎn)生在高溫下具有最低碎裂及最低膨脹的多孔纖維陶瓷體。在一些實施例中，纖維陶瓷材料的CTE值可因纖維的定向而進一步降低。由反應(yīng) 制造出的多個經(jīng)修飾的鋁硅酸鹽纖維可被擠壓或以其它方式成形為纖維體。在擠壓或成形 期間，一般相信會發(fā)生纖維排列，導致所述纖維體的熱膨脹系數(shù)(CTE)在至少一個方向上 降低。在本發(fā)明的一個方面，本文所述的實施例是針對一種制造纖維材料的方法，其中 纖維材料中所有纖維的至少約5%具有X(RO) -Y(Al2O3) 'Z(SiO2)組成結(jié)構(gòu)，且R是選自由 Ba、Sr、Li及K組成的群組。所述方法包括混合至少兩種χ(RO) -y (Al2O3) ·ζ (SiO2)前驅(qū)體 材料以形成混合物(所述至少兩種X(RO) -Y(Al2O3) · ζ (SiO2)前驅(qū)體材料的一者或多者是呈纖維的形式)；擠壓所述混合物以形成纖維體；以及熱處理所述纖維體以形成纖維材料。這一方面的實施例可包括以下特征中的一或多者。在一些實施例中，在熱處理所 述纖維體后，其中所有纖維的至少約25%具有X(RO) · Y(Al2O3) · Z(SiO2)組成結(jié)構(gòu)。也 就是說，約25% (例如30%、35%、45%、55%、65%或65%以上)的前驅(qū)體纖維反應(yīng)形成 x(R0) -Y(Al2O3) -Z(SiO2)纖維。在某些實施例中，所述前驅(qū)體材料可選自由以下組成的群 組莫來石纖維、鋁硅酸鹽纖維、Li2O顆粒、膠體氧化硅及SrCO3顆粒。在一些實施例中，混 合物可進一步包括一或多種選自由以下組成的群組的添加劑流體、粘合劑和孔生成劑。所 述一或多種添加劑可實質(zhì)上通過加熱纖維體而移除。在另一方面，本文所述的實施例是針對一種制造包括具有 x(R0) -Y(Al2O3) -Z(SiO2)組成結(jié)構(gòu)的經(jīng)修飾的鋁硅酸鹽纖維的纖維體的方法，其中R是選 自由Ba、Sr、K及Li組成的群組。所述方法包括混合至少兩種χ (RO) · y (Al2O3) · ζ (SiO2) 前驅(qū)體材料以形成混合物，其中所述至少兩種X(R0) · Y(Al2O3) · Z(SiO2)前驅(qū)體材料的一 或多者是呈纖維的形式；使所述至少兩種X(RO) · y (Al2O3) -Z(SiO2)前驅(qū)體材料發(fā)生反應(yīng) 以在混合物中形成多個具有X(RO) · Y(Al2O3) · Z(SiO2)組成結(jié)構(gòu)的纖維；以及使所述混合 物成形為纖維體，其中纖維體中所有纖維的至少約5%具有X(R0) -Y(Al2O3) 'Z(SiO2)組成 結(jié)構(gòu)。這一方面的實施例可包括以下特征中的一或多者。在一些實施例中，在使所述至 少兩種X(R0) -Y(Al2O3) 'Z(SiO2)前驅(qū)體材料發(fā)生反應(yīng)后，纖維體中所有纖維的至少約25% 具有X(R0) -Y(Al2O3) 'Z(SiO2)組成結(jié)構(gòu)。也就是說，纖維體中所有纖維的至少25% (例如 35%,45%,55%,65%,75%,85%,95% )在前驅(qū)體反應(yīng)后具有 χ(RO) · y (Al2O3) ‘ ζ (SiO2) 組成結(jié)構(gòu)。纖維可經(jīng)排列以使纖維體中所有纖維的至少約20%是以共同的方向排列。在某 些實施例中，所述X(R0) -Y(Al2O3) -Z(SiO2)前驅(qū)體材料是選自由以下組成的群組莫來石 纖維、鋁硅酸鹽纖維、Li2O顆粒、膠體氧化硅及SrCO3顆粒。上述混合物可進一步包括一或 多種選自由以下組成的群組的添加劑流體、粘合劑和孔生成劑。這些添加劑可實質(zhì)上通過 加熱纖維體而移除。在又一方面，實施例是針對一種形成多孔蜂巢狀基材的方法。所述方法包括混合 至少兩種X(RO) · Y(Al2O3) · Z(SiO2)前驅(qū)體材料以形成混合物，其中所述至少兩種前驅(qū)體 材料中的一或多者是呈纖維的形式，且R是選自由Ba、Sr、K及Li組成的群組；擠壓所述混 合物以形成具有至少約20%的多孔性的蜂巢狀基材；以及熱處理所述蜂巢狀基材，以使所 述至少兩種前驅(qū)體發(fā)生反應(yīng)，以形成多個具有X(R0) -Y(Al2O3) · Z(SiO2)組成結(jié)構(gòu)的纖維， 從而使所述蜂巢狀基材中所有纖維的至少約5%具有所述X(RO) · Y(Al2O3) · Z(SiO2)組成 結(jié)構(gòu)。這一方面的實施例可包括以下特征中的一或多者。在一些實施例中，在熱處理所 述蜂巢狀基材后，其中所有纖維的至少約25%具有X(RO) · Y(Al2O3) -Z(SiO2)組成結(jié)構(gòu)。 用于以上方法的前驅(qū)體材料可選自由以下組成的群組莫來石纖維、鋁硅酸鹽纖維、Li2O顆 粒、膠體氧化硅及SrCO3顆粒。以上方法中形成的的混合物可進一步包括一或多種選自由 以下組成的群組的添加劑流體、粘合劑和孔生成劑。所述一或多種添加劑可實質(zhì)上通過加 熱蜂巢狀基材而移除。在本發(fā)明的另一方面，實施例是針對經(jīng)修飾的鋁硅酸鹽纖維蜂巢狀體。所述體包括界定相鄰壁之間的通道的壁的蜂巢狀陣列。所述壁包括多個X(RO) · Y(Al2O3) -Z(SiO2) 纖維，所述纖維結(jié)合而形成具有孔的開放網(wǎng)絡(luò)的多孔結(jié)構(gòu)，其中R是選自由Ba、Sr、K及Li 組成的群組。在一些實施例中，在所述X(RO) · Y(Al2O3) -Z(SiO2)纖維中的纖維在所述壁 中是以共同的方向排列。這一方面的實施例可包括以下特征中的一或多者。蜂巢狀體中的所述壁可具有至 少約20% (例如30%、40%、50%、60%、70%、80% )的多孔性。所述壁中的纖維可具有大 于1且小于或等于2000的長寬比。在某些實施例中，在所述多個X(RO) -Y(Al2O3) ‘ζ (SiO2) 纖維上設(shè)置催化涂層。在本發(fā)明的另一方面，實施例是針對過濾器。所述過濾器包括殼，所述殼包括入口 及出口。設(shè)置于入口與出口之間的是經(jīng)修飾的鋁硅酸鹽纖維蜂巢狀體。所述體包括界定相 鄰壁之間的通道的壁的蜂巢狀陣列。所述壁包括多個X(RO) · Y(Al2O3) · Z(SiO2)纖維，所 述纖維結(jié)合而形成具有孔的開放網(wǎng)絡(luò)的多孔結(jié)構(gòu)，其中R是選自由Ba、Sr、K及Li組成的群 組。在一些實施例中，所述壁中的X(RO) · Y(Al2O3) · Z(SiO2)纖維中的纖維是以共同的方 向排列。在某些實施例中，在多個X(RO) -Y(Al2O3) -Z(SiO2)纖維上沉積至少一種催化劑。在又一方面中，實施例是針對制造纖維材料的方法，其中在纖維材料中的所有纖 維的至少約5%具有W(MO) -x(RO) -Y(Al2O3) ‘ ζ (SiO2)組成結(jié)構(gòu)，其中R是選自由Ba、Sr、 K及Li組成的群組。所述方法包括混合至少兩種w (MO) · X(RO) · Y(Al2O3) · ζ (SiO2)前驅(qū) 體材料以形成混合物，其中所述至少兩種前驅(qū)體材料的一者或多者是呈纖維的形式；擠壓 所述混合物以形成纖維體；以及熱處理所述纖維體以形成纖維材料。在一些實施例中，在所 述W(MO) · X(RO) · Y(Al2O3) · ζ (SiO2)組成結(jié)構(gòu)中的M是選自由Na及Ca組成的群組。在 某些實施例中，在熱處理所述纖維體后，所有纖維的至少約50% (例如75%、95%)具有 W(MO) · X(RO) · y (Al2O3) · ζ (SiO2)組成結(jié)構(gòu)


在附圖中，相同標號在所有不同視圖中泛指相同部件。此外，附圖未必是按比例繪 制，而是重點在于說明本發(fā)明的原理。圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的一種形成纖維材料的方法的流程圖。圖2為根據(jù)圖1的方法形成的纖維材料的一部分的顯微照片。圖3Α和圖3Β分別為在熱處理之前與熱處理之后存在和不存在孔生成劑和粘合劑 時的橫截面圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例的另一種形成纖維材料的方法的流程圖。圖5是以透視圖示出的顯示蜂巢狀體的示意圖。圖6為以透視圖示出的顯示多個將連接形成較大的體的蜂巢狀體的示意圖。圖7為包括圖5的蜂巢狀體的過濾器的橫截面圖。圖8為圖示根據(jù)本發(fā)明實施例的一種形成蜂巢狀體的方法的示意圖。
具體實施例方式一般來說，可通過降低陶瓷材料的CTE值將由熱應(yīng)力所致的破裂降至最低。如下 所述的陶瓷材料具有低CTE值。據(jù)信，通過調(diào)整陶瓷材料的組成結(jié)構(gòu)來操縱一或多個晶格參數(shù)可使于此所描述的陶瓷材料獲得低CTE值。此外，在一些實施例中，可使陶瓷材料中的 纖維對齊而達成進一步降低的CTE值。本文所述的陶瓷材料可用于許多應(yīng)用中，包括(但不限于)用于柴油機應(yīng)用的過 濾器。在柴油機汽車應(yīng)用中，在催化過濾器中使用具有高熱膨脹系數(shù)的陶瓷材料可導致性 能及/或設(shè)計靈活性不良或削弱。具體來說，柴油機過濾器在再生(即，用于燒掉過濾器中 截留的顆粒的高溫循環(huán))期間易破裂。因此，宜將用于柴油機過濾器的陶瓷材料的熱膨脹 系數(shù)降至最低。另外，柴油機過濾器的性能隨熱震參數(shù)(TSP)值增加而增加。熱震參數(shù)定 義如下TSP =裂斷模量(MOR)除以楊氏模量(Young' s modulus)與熱膨脹系數(shù)(CTE)的 積。結(jié)果，具有低熱膨脹系數(shù)的陶瓷材料將具有較高的性能。參考圖1，其顯示制造纖維陶瓷材料的方法100。使用此方法形成的纖維陶瓷材 料具有如下最后或最終結(jié)構(gòu)(即，圖1所示的方法完成后的結(jié)構(gòu))其中所有纖維的至少約 5%具有經(jīng)修飾的鋁硅酸鹽(即，x(R0) · Y(Al2O3) -Z(SiO2))組成結(jié)構(gòu)，其中，χ是大于0， 且R是選自由Ba、Sr、Li及K組成的群組。最終結(jié)構(gòu)中的纖維是互鎖的，以形成流體(例 如氣體)可穿過的三維多孔結(jié)構(gòu)。此方法包括混合至少兩種X(RO) -Y(Al2O3) -Z(SiO2)前 驅(qū)體材料(諸如第一前驅(qū)體105及第二前驅(qū)體107)以形成混合物120。(雖然圖1顯示兩 種前驅(qū)體，但可利用大于或等于兩種的任何數(shù)目的前驅(qū)體。)x(R0) · Y(Al2O3) · Z(SiO2)前 驅(qū)體是當與其它材料反應(yīng)時形成X(R0) -Y(Al2O3) -Z(SiO2)組成結(jié)構(gòu)的一部分的材料。舉 例來說，可能的X(R0) -Y(Al2O3) · Z(SiO2)前驅(qū)體是莫來石(即，包括鋁及硅氧化物兩者的 纖維)；另一種可能的前驅(qū)體是Al2O3粉末；另一種可能的前驅(qū)體是包括R、Al和/或Si的 任何材料的溶膠；又一種可能的前驅(qū)體是Li2O顆粒，其中X(R0) -Y(Al2O3) · ζ (SiO2)中的R 表不Li ο前驅(qū)體105和107可呈多種形式。舉例來說，前驅(qū)體可以纖維為基質(zhì)、 以膠體為基質(zhì)、以粒子/粉末為基質(zhì)或以液體溶液為基質(zhì)。然而，所述至少兩種 X(R0) -Y(Al2O3) · ζ (SiO2)前驅(qū)體(即，105和107)中的一或多者是呈纖維的形式，以使混 合物120是以纖維為基質(zhì)的材料。也就是說，前驅(qū)體105和前驅(qū)體107的至少一者是呈纖 維的形式，諸如莫來石纖維、鋁硅酸鹽纖維、氧化鋁纖維、或硅酸鹽纖維。任選地，可將諸如粘合劑、流變改性劑(例如流體)和孔生成劑等添加劑110引入 混合物120中。這些添加劑110可用于改變或操縱混合物120的粘稠性以有助于后續(xù)形 狀成形過程。另外，這些添加劑110可用作孔位置占有劑。也就是說，這些添加劑相對于 x(R0) · Y(Al2O3) · Z(SiO2)前驅(qū)體是惰性的，且可在形狀成形過程之后從混合物120中移 除，從而在最后形式中增加多孔性。在X(R0) -Y(Al2O3) ·ζ (SiO2)前驅(qū)體(即105和107)與任何任選的添加劑110混 合且均質(zhì)化之后，將混合物120成形130成某種形式。在一個實施例中，成形130可通過擠 壓混合物120進行。不意欲受理論限制，據(jù)信擠壓諸如混合物120等纖維混合物會實現(xiàn)纖 維的實質(zhì)性對齊。舉例來說，據(jù)信纖維混合物中纖維的至少約20%在擠壓后實質(zhì)上是以共 同的方向排列。圖2顯示經(jīng)擠壓的纖維結(jié)構(gòu)175，其中所述形式中所有纖維的平均約70% 至80%是沿其中所示的線a-a排列。擠壓期間作用于混合物的剪切力傾向于使纖維在擠壓 方向上定向。應(yīng)了解，擠壓設(shè)計、混合物流變學以及纖維含量和纖維剛性可影響經(jīng)擠壓混合 物的定向行為。
除擠壓以外的其它成形過程130亦可用于形成形狀。其它成形過程的實例包括模 制(諸如注射成型)和澆鑄。在這些成形過程中，纖維對齊的發(fā)生程度可能低于擠壓。一旦成形，即對所述形狀施加能量以開始前驅(qū)體105與107之間的反應(yīng)140。 舉例來說，可在低于約1，300°C的溫度下燒制所述形狀數(shù)小時，以在所述兩種或更多種 x(R0) -Y(Al2O3) -Z(SiO2)前驅(qū)體之間引起反應(yīng)。由于這一反應(yīng)，所述形狀中所有纖維中的 至少 5%轉(zhuǎn)化成 X(RO) · Y(Al2O3) .Z(SiO2)纖維。施加能量(例如熱)也使纖維之間形成結(jié)合。在施加熱(例如在爐的情況下直接 施加或當利用射頻源時以感應(yīng)方式施加)時，水及其它添加劑被除去或減少，從而產(chǎn)生纖 維與纖維間的接觸。(參見圖3A和3B，分別顯示存在和去除孔生成劑305和粘合劑310時 所產(chǎn)生的纖維300的交互作用)。應(yīng)了解，結(jié)合可以數(shù)種方式在這些纖維與纖維間的接觸位 點處形成。舉例來說，可利用許多類型的燒結(jié)機理，包括(但不限于)液體輔助型燒結(jié)、固 態(tài)燒結(jié)和反應(yīng)相燒結(jié)，其中化學反應(yīng)發(fā)生在纖維與纖維間的接觸位點處。由于形成纖維結(jié) 合，故利用方法100形成的陶瓷材料是具有互鎖纖維的纖維材料，其中所有纖維的至少5% 具有 X(RO) · y (Al2O3) · ζ (SiO2)組成結(jié)構(gòu)。作為任選步驟，纖維形式可如圖1中的步驟150所示經(jīng)進一步加工。進一步的加 工步驟包括(a)額外的熱處理，以在纖維之間形成進一步結(jié)合或去除添加劑，諸如孔生成 劑、有機粘合劑和流體(諸如水)，(b)在纖維上涂覆涂層，諸如催化涂層，(C)經(jīng)由機械加 工(例如鉆制或覆蓋/填充通路)引入增加的多孔性或形成定向流動通道，和(d)在過濾 器或其它裝置中并入纖維材料。在另一個實施例中，如圖4所示，形成纖維體的方法200包括混合至少兩種 x(R0) -Y(Al2O3) .Z(SiO2)前驅(qū)體(205和207)與任何任選的添加劑210以形成混合物220。 一般來說，R是例如Li、K、Sr及Ba的金屬。所述至少兩種X(RO) · y (Al2O3) · ζ (SiO2)前驅(qū) 體205和207中的一或多者是呈纖維的形式。向混合物應(yīng)用諸如熱或光等能量，以在所述兩 種或更多種x(R0) · Y(Al2O3) .Z(SiO2)前驅(qū)體之間引發(fā)反應(yīng)230。任選添加劑210相對于 所述至少兩種x(R0) -Y(Al2O3) · Z(SiO2)前驅(qū)體205和207是惰性的，且因此不參與反應(yīng)。 然后經(jīng)由擠壓、模制或其它成形技術(shù)將反應(yīng)后的混合物230成形240成纖維體。在纖維體 成形240之后可進行任選的加工步驟250，諸如熱處理纖維體以移除或減少任選添加劑210 的量、燒結(jié)纖維體以在纖維之間形成結(jié)合、在纖維體中引入更多多孔性或定向流動通道、沉 積涂層和/或在過濾器或其它裝置中并入纖維材料。用于方法100和200中的所述X(RO) · y (Al2O3) · ζ (SiO2)前驅(qū)體可以不同形式提 供。如上所論述，所述至少兩種X(RO) · Y(Al2O3) -Z(SiO2)前驅(qū)體中的一或多者是呈纖維 的形式，以使X(R0) -Y(Al2O3) -Z(SiO2)前驅(qū)體的任何所得混合物是以纖維為基質(zhì)的材料。 呈纖維形式的X(R0) -Y(Al2O3) 'Z(SiO2)前驅(qū)體的例示性清單包括(但不限于)鋁硅酸鹽 纖維，例如莫來石纖維、鋁硅酸鹽H95C纖維、硅酸鋁鍶纖維、硅酸鋁鋰纖維和鋁硼硅酸鹽纖 維；Al2O3纖維及SiO2纖維。一般來說，這些纖維具有大于1的長寬比(即，纖維長度除以 纖維直徑的比率)。為簡單起見，如本文所述的纖維“直徑”假設(shè)纖維的橫截面形狀是圓形 的；不管纖維的真實橫截面形狀如何(例如正方形、三角形等)，這一簡化假設(shè)均適用于纖 維。在某些實施例中，纖維具有小于或等于2，000的長寬比。也就是，在某些實施例中，纖 維具有微米或亞微米范圍內(nèi)(例如1微米)的直徑，而纖維長度是數(shù)毫米(例如2毫米)。一般來說，纖維可具有約100納米到約100微米范圍內(nèi)的直徑。然而，在某些實施例中，纖 維具有約100納米至約10微米范圍內(nèi)的直徑，且在一些實施例中，纖維具有約2微米至約 10微米范圍內(nèi)的直徑。所述至少兩種X(RO) -Y(Al2O3) · ζ (SiO2)前驅(qū)體可全部呈纖維的形式，或者，前驅(qū) 體可為纖維和某種其它形式的任何組合。不是呈纖維形式的其它X(RO) -Y(Al2O3) -Z(SiO2) 包括(但不限于)膠態(tài)二氧化硅、二氧化硅粒子、Al2O3粒子、包括Al或Si的任何材料的溶 膠、SrCO3粒子(其中R是Sr) ,K2O粒子(其中R是K) ,Li2O粒子(其中R是Li)、及BaO粒 子(其中R是Ba)。前驅(qū)體的上述清單僅用于例示性目的，且決不是窮盡性的。也就是說， 當與其它成分反應(yīng)時會形成X(RO) -Y(Al2O3) · ζ (SiO2)纖維的一部分的任何前驅(qū)體材料均 可用于方法100和200中。特定的X(RO) · Y(Al2O3) · ζ (SiO2)前驅(qū)體和前驅(qū)體用量是根據(jù)目標纖維 化學組成和晶體結(jié)構(gòu)來選擇。換句話說，基于目標纖維化學組成和晶體結(jié)構(gòu)選擇 x(R0) · y (Al2O3) · Z(SiO2)前驅(qū)體 105/205 的用量與類型和 x(R0) · y (Al2O3) · ζ (SiO2)前 驅(qū)體107/207的用量與類型。例如，若目標纖維化學組成為(Li2O) (Al2O3)4(SiO2) (β-鋰輝 石)，則可混合以下量的前驅(qū)體，以形成纖維材料78. 1克鋁硅酸鹽纖維、4. 3克Li2O粒子及
55.1克膠態(tài)二氧化硅。然而，若目標化學組成為(Li2O) (Al2O3) 2 (SiO2) (β-鋰霞石)，則使 用以下量的前驅(qū)體以形成此特定的化學組成78. 1克鋁硅酸鹽纖維、8. 0克Li2O粒子及14 克膠態(tài)二氧化硅。換句話說，通過降低可用于參與反應(yīng)的Si的量，以改變目標化學組成和 晶體結(jié)構(gòu)(例如，晶格參數(shù))。因此，可通過不僅選擇前驅(qū)體的類型，且選擇前驅(qū)體間的相對 量來修飾或改變纖維材料的材料性質(zhì)。除了決定所得纖維的晶體結(jié)構(gòu)以外，所述至少兩種前驅(qū)體的相對量也影響參與反 應(yīng)140/230的前驅(qū)體纖維的量。為了使所有的前驅(qū)體材料參與反應(yīng)140/230，前驅(qū)體的相 對量應(yīng)實質(zhì)上等于其對于具有特定晶體結(jié)構(gòu)的特定固體溶液的溶解度極限。若相對量不同 于溶解度極限，但仍處于形成特定晶體結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)，則反應(yīng)會由于缺乏一或多種元素而 受到限制。結(jié)果，并非所有的前驅(qū)體纖維將參與反應(yīng)，因而在反應(yīng)140/230已發(fā)生后一些前 驅(qū)體纖維將保留于纖維體內(nèi)。因此，纖維體可包括不到100%的X(R0) -Y(Al2O3) · Z(SiO2) 纖維。例如，當按91. 6%鋁硅酸鹽纖維7. 8%膠態(tài)二氧化硅0. 6% Li2O粒子的比率混合 在一起時，纖維體內(nèi)5%的纖維轉(zhuǎn)化為β-鋰輝石(Li2O) · (Al2O3) · 2 (SiO2)纖維；當使用
56.8%鋁硅酸鹽纖維40. 膠態(tài)二氧化硅3. Li2O粒子的比率時，發(fā)生約50%的轉(zhuǎn) 化；而當使用40. 6%鋁硅酸鹽纖維55. 膠態(tài)二氧化硅4. 3% Li2O粒子的比率時，發(fā)生 約95至100%的轉(zhuǎn)化。由于具有控制纖維化學組成和晶體結(jié)構(gòu)的能力，可配合改變纖維材料以提供低 CTE值。例如，已知鋁硅酸鹽具有相對低的平均CTE值(4. 6Χ 10_6/°C )。然而，通過改變鋁 硅酸鹽的化學組成為X(R0) -Y(Al2O3) · Z(SiO2),可尤其是在特定晶格方向上獲得較低的 CTE值。此外，在一些實施例中，通過提供纖維材料內(nèi)的纖維對齊，可進一步配合改變材料的 CTE 值。由方法100和200得到的纖維材料可成形為多孔蜂巢狀基材或多孔蜂巢狀體，其 可用作過濾器，并尤其用作汽車應(yīng)用的過濾器。參看圖5，圖上顯示多孔蜂巢狀體510。蜂巢狀體510具有壁515的陣列，這些壁界定相鄰壁515之間的通道520。壁515包含上述纖維材料。也就是說，壁515包括多個 x(R0) · Y(Al2O3) -Z(SiO2)纖維，這些纖維結(jié)合而形成多孔結(jié)構(gòu)。所述多孔結(jié)構(gòu)具有至少 20%的多孔性并且典型地具有孔的開放網(wǎng)絡(luò)，以至于流體可流過所述結(jié)構(gòu)。壁515內(nèi)至少 20% (例如 25%、30%、40%、50%、60%、70%、80% )的 χ (RO) ‘ y (Al2O3) · ζ (SiO2)纖維 是對齊的。因此，可進一步控制具有方向值的材料性質(zhì)(諸如熱膨脹系數(shù))，以在特定方向 上提供較低的值。也就是說，纖維可沿著特定晶格方向排列，例如具有最低CTE值的晶格參 數(shù)(a、b或c)。例如，若特定材料沿c方向具有最低CTE，則可擠壓纖維或以別的方式使其 成形，以使得至少20%的纖維實質(zhì)上沿c方向排列。接著可形成蜂巢狀體510的壁，使得 所排列的纖維的c方向處于壁515的平面內(nèi)。結(jié)果，當壁暴露于熱時將經(jīng)歷最小程度的膨 脹。同樣地，可排列材料中的纖維以使得20%或以上的纖維沿具有最高CTE值的a方向排 列。在此實施例中，蜂巢狀體510的壁515被形成為使得所排列的纖維形成壁515的最小 尺寸(即厚度)，以便受熱影響最大的區(qū)域被定位為具有最小的結(jié)構(gòu)影響。盡管可通過纖維對齊實現(xiàn)纖維材料的CTE值的部分降低，但據(jù)信配合改變纖維的 組成及晶體結(jié)構(gòu)才是直接達成低CTE值的原因。例如，通過改變氧化鋁硅纖維與Li2O粒子 及膠態(tài)二氧化硅以形成β “鋰霞石，可使CTE值自約4. 6Χ 10_6/°C降低至約0. IXlO-V0C蜂巢狀體510可制成任何數(shù)目的形狀，諸如圓柱形(顯示于圖5中)、圓餅形楔 狀體或接近圓柱形的截面、矩形(如圖6所示)或菱形。這些蜂巢狀體510可膠合在一起 而形成如圖6所示的分段體。將蜂巢狀體膠合在一起的結(jié)果，可產(chǎn)生任何大小、形狀或尺 寸的蜂巢形狀。對于低熱膨脹系數(shù)的多孔纖維材料，可擠出或以別的方式形成具有大寬度 (例如，直徑在5. 66英寸與14英寸之間)的形狀(例如圓柱體)，而無需利用低楊氏模量 (Young' s modulus)的膠粘劑/粘合劑來連接較小區(qū)段以形成較大形狀。擠出或形成較 大寬度的能力可在生產(chǎn)技術(shù)方面提供靈活性并有可能在批量生產(chǎn)中降低成本。圖7顯示利用圖5的多孔蜂巢狀體510的過濾器700的橫截面圖。過濾器700包 括殼720，其環(huán)繞多孔蜂巢狀體510。所述殼包括入口 705和出口 707，氣體(諸如廢氣)經(jīng) 入口 705和出口 707穿過。墊730存在于殼720與蜂巢狀體510之間，其支撐并形成殼720 與蜂巢狀體510之間的氣密密封。蜂巢狀體510是通過用出口塊760和入口塊770有選擇 地堵塞交替通道以形成多個相應(yīng)的入口通道740和出口通道750而配置成壁流式構(gòu)造。在 此實施例中，壁515內(nèi)的孔的開放網(wǎng)絡(luò)提供足夠的多孔性和滲透性，以允許流過入口通道 740和出口通道750之間的壁515。結(jié)果，微粒物質(zhì)可積聚于入口通道壁740的表面上，并 借助于過濾器700從氣流中移除?？裳刂?15沉積諸如催化涂層或其它反應(yīng)性涂層等涂 層，以增大由壁515捕獲的粒子的濃度。舉例來說，對于柴油機汽車環(huán)境中所用的過濾器， 壁515可涂有催化涂層，其有助于氧化所積聚的煙灰并加快廢氣轉(zhuǎn)化成較不有害的成分。 涂覆催化涂層和其它類型的涂層到基材和多孔體上的技術(shù)在所屬領(lǐng)域內(nèi)為熟知的。圖8說明一種形成蜂巢狀體(諸如圖5的蜂巢狀體510)的方法。首先，如步驟 810所示，將至少兩種X(RO) -Y(Al2O3) 'Z(SiO2)前驅(qū)體(其中所述前驅(qū)體中的一或多種是 呈纖維的形式，且R是選自由Ba、Li、K及Sr組成的群組)混合于一起形成混合物。還可向 所述混合物中添加流體、孔生成劑和/或流變劑(諸如粘合劑)以實現(xiàn)所述混合物的有效 擠壓或成形。在獲得所要的稠度之后，將混合物擠壓成具有至少20%的多孔性的蜂巢狀體 (步驟820)，并且接著加熱以使所述至少兩種X(R0) .y (Al2O3) .Z(SiO2)前驅(qū)體反應(yīng)并實質(zhì)上除去或移除視情況選用的添加劑(即流體、孔生成劑和粘合劑(步驟830))。使蜂巢狀 體內(nèi)所有纖維的至少5%轉(zhuǎn)化成具有X(R0) -Y(Al2O3) 'Z(SiO2)組成結(jié)構(gòu)。通過燒結(jié)蜂巢 狀體(步驟840)形成纖維之間(即，在步驟830中形成的X(RO) ”(Al2O3) · ζ (SiO2)纖維 與任何未反應(yīng)的纖維之間)的結(jié)合。在一些實施例中，步驟830和840是在一個熱處理過 程期間進行。在其它實施例中，利用多個熱處理過程來使X(RO) · Y(Al2O3) · Z(SiO2)前驅(qū) 體反應(yīng)，以實質(zhì)上除去視情況選用的添加劑并燒結(jié)纖維。在蜂巢狀體是過濾器的實施例中， 插入入口塊和出口塊(例如，圖7中的740、750)以形成穿過過濾器的流徑(視情況選用的 步驟850)。另外，可向過濾器涂覆催化涂層，以使過濾器在其預期應(yīng)用中具有反應(yīng)性功能， 例如在柴油機微粒過濾器中促進所捕獲煙灰的氧化(視情況選用的步驟960)。在不背離本發(fā)明的精神和范疇的情況下，所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可聯(lián)想到本文 所述內(nèi)容的變化、修改和其它實施方式。例如，盡管描述了一些利用纖維材料作為過濾器 (尤其用于柴油機應(yīng)用的過濾器)的實施例，但纖維材料可用于其中需要低熱膨脹系數(shù)陶 瓷材料的任何應(yīng)用中，例如用于航空航天工業(yè)、液體過濾、錯流式過濾、熔融金屬過濾、固定 床化學反應(yīng)器、蜂巢狀高表面積吸附體和高溫反應(yīng)器中。^M提供以下實例以進一步說明和幫助理解本發(fā)明。這些特定實例旨在例示本發(fā)明， 而非要限制本發(fā)明。在目標纖維化學組成為β-鋰霞石((Li2O) · (Al2O3) · 2 (SiO2))的第一例示性實 例中，將以下前驅(qū)體混合于一起80克鋁硅酸鹽纖維、5. 0克Li2O粒子和14. 0克膠態(tài)二氧 化硅。還添加以下添加劑而形成可擠壓的混合物16克羥丙基甲基纖維素(一種有機粘合 劑和流變改性劑)、20克碳粒子(-45微米網(wǎng)目級別并用作孔生成劑)和50克作為混合流 體的去離子水。將各材料混合成可擠壓的混合物并通過擠壓來形成1”直徑的蜂巢狀基材。 使用射頻(RF)干燥設(shè)備來干燥所述基材，接著在1200°C下進行燒結(jié)操作2小時而形成具 有約67%的多孔性的多孔蜂巢狀結(jié)構(gòu)?？蓴D壓的混合物中所利用的所有鋁硅酸鹽纖維的 99%反應(yīng)而形成β-鋰霞石。在此實施例中，多孔陶瓷體的熱膨脹系數(shù)為0. 1X10_6/°C。在目標纖維化學組成為β-鋰霞石((Li2O) · (Al2O3) · 2 (SiO2))的第二例示性實 例中，將以下前驅(qū)體混合于一起29. 1克莫來石纖維、2. 9克Li2O粒子和38. 2克膠態(tài)二氧化 硅。還添加以下添加劑而形成可擠壓的混合物16克羥丙基甲基纖維素、20克碳粒子(-45 微米網(wǎng)目級別)和40克去離子水。將各材料混合成可擠壓的混合物并通過擠壓來形成1” 直徑的蜂巢狀基材。使用射頻(RF)干燥設(shè)備來干燥所述基材，接著在1200°C下進行燒結(jié)操 作2小時而形成具有約69%的多孔性的多孔蜂巢狀結(jié)構(gòu)?？蓴D壓的混合物中所利用的所有 莫來石纖維的99%反應(yīng)而形成β-鋰霞石纖維。在此實施例中，多孔陶瓷體的熱膨脹系數(shù) 為 0. 12 X IO^V0C ο在目標纖維化學組成為β-鋰輝石((Li2O) · (Al2O3) · 4 (SiO2))的第三例示性實 例中，將以下前驅(qū)體混合于一起40. 6克鋁硅酸鹽纖維、4. 3克Li2O粒子和55. 1克膠態(tài)二 氧化硅。還添加以下添加劑而形成可擠壓的混合物16克羥丙基甲基纖維素、20克碳粒子 (-45微米網(wǎng)目級別)和40克去離子水。將各材料混合成可擠壓的混合物并通過擠壓來形 成1”直徑的蜂巢狀基材。使用射頻(RF)干燥設(shè)備來干燥所述基材，接著在1200°C下進行 燒結(jié)操作2小時而形成具有約79%的多孔性的多孔蜂巢狀結(jié)構(gòu)?？蓴D壓的混合物中所利用
12的所有鋁硅酸鹽纖維的99%反應(yīng)而形成β-鋰輝石纖維。在此實施例中，多孔陶瓷體的熱 膨脹系數(shù)為0. 90 X ΙΟ—6/°C。在目標纖維化學組成為β-鋰輝石((Li2O) · (Al2O3) · 4(SiO2))的第四例示性實 例中，將以下前驅(qū)體混合于一起56. 8克鋁硅酸鹽纖維、3. 1克Li2O粒子和40. 1克膠態(tài)二 氧化硅。還添加以下添加劑而形成可擠壓的混合物16克羥丙基甲基纖維素、20克碳粒子 (-45微米網(wǎng)目級別)和45克去離子水。將各材料混合成可擠壓的混合物并通過擠壓來形 成1”直徑的蜂巢狀基材。使用射頻(RF)干燥設(shè)備來干燥所述基材，接著在1200°C下進行 燒結(jié)操作2小時而形成具有約78%的多孔性的多孔蜂巢狀結(jié)構(gòu)。可擠壓的混合物中所利用 的所有鋁硅酸鹽纖維的50%反應(yīng)而形成β-鋰輝石纖維。在此實施例中，多孔陶瓷體的熱 膨脹系數(shù)為2. 75 X ΙΟ—6/°C。在目標纖維化學組成為β-鋰輝石((Li2O) · (Al2O3) · 4 (SiO2))的第五例示性實 例中，將以下前驅(qū)體混合于一起80. 2克鋁硅酸鹽纖維、1. 4克Li2O粒子和18. 4克膠態(tài)二 氧化硅。還添加以下添加劑而形成可擠壓的混合物16克羥丙基甲基纖維素、20克碳粒子 (-45微米網(wǎng)目級別)和55克去離子水。將各材料混合成可擠壓的混合物并通過擠壓來形 成1”直徑的蜂巢狀基材。使用射頻(RF)干燥設(shè)備來干燥所述基材，接著在1200°C下進行 燒結(jié)操作2小時而形成具有約65%的多孔性的多孔蜂巢狀結(jié)構(gòu)?？蓴D壓的混合物中所利用 的所有鋁硅酸鹽纖維的25至35%反應(yīng)而形成β-鋰輝石纖維。在此實施例中，多孔陶瓷體 的熱膨脹系數(shù)為3. 90 X ΙΟ—6/°C。在目標纖維化學組成為β-鋰輝石((Li2O) · (Al2O3) · 4 (SiO2))的第六例示性實 例中，將以下前驅(qū)體混合于一起91. 6克鋁硅酸鹽纖維、0. 6克Li2O粒子和7. 8克膠態(tài)二 氧化硅。還添加以下添加劑而形成可擠壓的混合物16克羥丙基甲基纖維素、20克碳粒子 (-45微米網(wǎng)目級別)和55克去離子水。將各材料混合成可擠壓的混合物并通過擠壓來形 成1”直徑的蜂巢狀基材。使用射頻(RF)干燥設(shè)備來干燥所述基材，接著在1200°C下進行 燒結(jié)操作2小時而形成具有約65%的多孔性的多孔蜂巢狀結(jié)構(gòu)?？蓴D壓的混合物中所利用 的所有鋁硅酸鹽纖維的5至10%反應(yīng)而形成β-鋰輝石纖維。在此實施例中，多孔陶瓷體 的熱膨脹系數(shù)為4. 70 X ΙΟ—6/°C。在目標纖維化學組成為(SrO) · (Al2O3) · 2 (SiO2) (SAS)的第七例示性實例中，將 以下前驅(qū)體混合于一起52. 6克鋁硅酸鹽纖維、38. 1克SrCO3粒子和9. 4克膠態(tài)二氧化硅。 還添加以下添加劑而形成可擠壓的混合物16克羥丙基甲基纖維素、20克碳粒子(-45微 米網(wǎng)目級別)和70克去離子水。將各材料混合成可擠壓的混合物并通過擠壓來形成1”直 徑的蜂巢狀基材。使用射頻(RF)干燥設(shè)備來干燥所述基材，接著在1100°C下進行燒結(jié)操 作2小時而形成具有約89%的多孔性的多孔蜂巢狀結(jié)構(gòu)?？蓴D壓的混合物中所利用的所 有鋁硅酸鹽纖維的99%反應(yīng)而形成SAS纖維。在此實施例中，多孔陶瓷體的熱膨脹系數(shù)為 2. 7X1(T6,C。在目標纖維化學組成為(SrO) · (Al2O3) -2 (SiO2) (SAS)的第八例示性實例中，將以 下前驅(qū)體混合于一起30. 1克莫來石纖維、32. 6克SrCO3粒子和37. 4克膠態(tài)二氧化硅。還添 加以下添加劑而形成可擠壓的混合物16克羥丙基甲基纖維素、20克碳粒子(-45微米網(wǎng)目 級別)和35克去離子水。將各材料混合成可擠壓的混合物并通過擠壓來形成1”直徑的蜂 巢狀基材。使用射頻(RF)干燥設(shè)備來干燥所述基材，接著在1100°C下進行燒結(jié)操作2小時而形成具有約89%的多孔性的多孔蜂巢狀結(jié)構(gòu)?？蓴D壓的混合物中所利用的所有莫來石纖 維的99%反應(yīng)而形成SAS纖維。在此實施例中，多孔陶瓷體的熱膨脹系數(shù)為2. 9X 10_6/°C。在目標纖維化學組成為經(jīng)Na2O修飾的β -鋰輝石 ((Na2O) · (Li2O) · (Al2O3) · (SiO2))的第九例示性實例中，將以下前驅(qū)體混合于一起37. 2 克鋁硅酸鹽纖維、4. 3克Li2O粒子、55. 1克膠態(tài)二氧化硅和3. 4克Na2CO3粒子。還添加以下 添加劑而形成可擠壓的混合物16克羥丙基甲基纖維素、20克碳粒子(-45微米網(wǎng)目級別) 和40克去離子水。將各材料混合成可擠壓的混合物并通過擠壓來形成1”直徑的蜂巢狀基 材。使用射頻(RF)干燥設(shè)備來干燥所述基材，接著在1250°C下進行燒結(jié)操作2小時而形成 具有約89%的多孔性的多孔蜂巢狀結(jié)構(gòu)?？蓴D壓的混合物中所利用的所有鋁硅酸鹽纖維的 至少95%反應(yīng)而形成經(jīng)Na2O修飾的β-鋰輝石纖維。在此實施例中，多孔陶瓷體的熱膨脹 系數(shù)為 1.9 X IO^V0C 0在第十例示性實例中，目標纖維化學組成為經(jīng)Ca2O修飾的β-鋰輝石 ((Ca2O) · (Li2O) · (Al2O3) · (SiO2))，將以下前驅(qū)體混合于一起37. 2克鋁硅酸鹽纖維、4. 3 克Li2O粒子、55. 1克膠態(tài)二氧化硅和3. 6克Ca2CO3粒子。還添加以下添加劑而形成可擠壓 的混合物16克羥丙基甲基纖維素、20克碳粒子(-45微米網(wǎng)目級別)和40克去離子水。將 各材料混合成可擠壓的混合物并通過擠壓來形成1”直徑的蜂巢狀基材。使用射頻(RF)干 燥設(shè)備來干燥所述基材，接著在1250°C下進行燒結(jié)操作2小時而形成具有約89%的多孔性 的多孔蜂巢狀結(jié)構(gòu)。可擠壓的混合物中所利用的所有鋁硅酸鹽纖維的至少95%反應(yīng)而形成 經(jīng)Ca2O修飾的β-鋰輝石纖維。在此實施例中，多孔陶瓷體的熱膨脹系數(shù)為0.8X10_6/°C。
權(quán)利要求
1. 一種制造纖維材料的方法，其特征在于，在所述纖維材料中所有纖維的至少約5% 具有X(R0) -Y(Al2O3) · ζ (SiO2)組成結(jié)構(gòu)，其中R是選自由鋇、鍶、鉀及鋰組成的群組，所述 方法包括混合至少兩種X(R0) -Y(Al2O3) · Z(SiO2)前驅(qū)體材料以形成混合物，其中，所述至少兩 種X(RO) · Y(Al2O3) · Z(SiO2)前驅(qū)體材料的一或多者是呈纖維的形式；擠壓所述混合物以產(chǎn)生纖維體；以及熱處理所述纖維體以形成所述纖維材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在熱處理后，在所述纖維體中所有纖維的 至少約25%具有所述X(RO) · Y(Al2O3) · ζ (SiO2)組成結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少兩種X(RO)y(Al2O3) -z(Si02)前 驅(qū)體材料的一或多者是選自由以下組成的群組莫來石纖維、鋁硅酸鹽纖維、氧化鋰(Li2O) 顆粒、膠體氧化硅及碳酸鍶顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合物還包括一或多種選自由以下 組成的群組的添加劑流體、黏合劑及孔生成劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述一或多種添加劑主要是通過加熱所 述纖維體而移除。
6. 一種制造包括具有X(RO) -Y(Al2O3) 'Z(SiO2)組成結(jié)構(gòu)的經(jīng)修飾的鋁硅酸鹽纖維的 纖維體的方法，其中R是選自由鋇、鍶、鉀及鋰組成的群組，所述方法包括混合至少兩種X(R0) -Y(Al2O3) · Z(SiO2)前驅(qū)體材料以形成混合物，其中，所述至少兩 種X(RO) · Y(Al2O3) · Z(SiO2)前驅(qū)體材料的一或多者是呈纖維的形式；使所述至少兩種X(RO) · y (Al2O3) · Z(SiO2)前驅(qū)體材料發(fā)生反應(yīng)，以于所述混合物中 形成多個纖維，所述纖維具有所述x(R0) · y (Al2O3) · Z(SiO2)組成結(jié)構(gòu)；以及使所述混合物成形為纖維體，其中，在所述纖維體中所有纖維的至少約5%具有所述 X(RO) · y (Al2O3) · Z(SiO2)組成結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在使所述至少兩種 x(R0) -Y(Al2O3) -Z(SiO2)前驅(qū)體材料發(fā)生反應(yīng)后，在所述纖維體中所有纖維的至少約25% 具有所述χ (RO) · y (Al2O3) -Z(SiO2)組成結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在所述纖維體中所有纖維的至少約20% 是以共同的方向排列。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少兩種X(R0)-Y(Al2O3) · ζ (SiO2) 前驅(qū)體材料的一或多者是選自由以下組成的群組莫來石纖維、鋁硅酸鹽纖維、氧化鋰顆 粒、膠體氧化硅及碳酸鍶顆粒。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述混合物還包括一或多種選自由以下 組成的群組的添加劑流體、黏合劑及孔生成劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述一或多種添加劑主要是通過加熱 所述纖維體而移除。
12. —種形成多孔蜂巢狀基材的方法，所述方法包括混合至少兩種X(R0) -Y(Al2O3) · Z(SiO2)前驅(qū)體材料以形成混合物，其中，所述至少兩 種X(R0) -Y(Al2O3) 'Z(SiO2)前驅(qū)體材料的一或多者是呈纖維的形式，且R是選自由鋇、鍶、鉀及鋰組成的群組；擠壓所述混合物以形成具有至少約20%的多孔性的蜂巢狀基材；以及熱處理所述蜂巢狀基材，以使所述至少兩種X(RO) · y (Al2O3) · Z(SiO2)前驅(qū)體材料發(fā) 生反應(yīng)，以形成多個具有X(R0) -Y(Al2O3) 'Z(SiO2)組成結(jié)構(gòu)的纖維，從而使所述蜂巢狀基 材中所有纖維的至少約5%具有所述X(RO) · Y(Al2O3) -Z(SiO2)組成結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在熱處理所述蜂巢狀基材后，所有纖維 的至少約25%具有所述X(RO) · Y(Al2O3) · ζ (SiO2)組成結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少兩種 x(R0) -Y(Al2O3) · Z(SiO2)前驅(qū)體材料的一或多者是選自由以下組成的群組莫來石纖維、 鋁硅酸鹽纖維、氧化鋰顆粒、膠體氧化硅及碳酸鍶顆粒。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述混合物還包括一或多種選自由以 下組成的群組的添加劑流體、黏合劑及孔生成劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述一或多種添加劑主要是通過加熱 所述蜂巢狀基材而移除。
17.一種經(jīng)修飾的鋁硅酸鹽纖維蜂巢狀體，包括界定相鄰壁之間的通道的壁的蜂巢狀陣列；所述壁包括多個X(RO) · Y(Al2O3) · Z(SiO2)纖維，所述纖維結(jié)合而形成具有孔的開 放網(wǎng)絡(luò)的多孔結(jié)構(gòu)，其中，R是選自由鋇、鍶、鉀及鋰組成的群組，且在所述壁中所述多個 X(R0) -Y(Al2O3) .Z(SiO2)纖維的至少約20%是以共同的方向排列。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的經(jīng)修飾的鋁硅酸鹽纖維蜂巢狀體，其特征在于，所述壁具 有至少約20%的多孔性。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的經(jīng)修飾的鋁硅酸鹽纖維蜂巢狀體，其特征在于，所述多個 x(R0) · y (Al2O3) -Z(SiO2)纖維具有大于1且小于或等于2000的長寬比。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的經(jīng)修飾的鋁硅酸鹽纖維蜂巢狀體，其特征在于，還包括于 所述多個X(RO) · Y(Al2O3) -Z(SiO2)纖維上的催化涂層。
21.一種過濾器，包括包括入口及出口的殼；以及如權(quán)利要求17所述的經(jīng)修飾的鋁硅酸鹽纖維蜂巢狀體，設(shè)置于所述入口及出口之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的過濾器，其特征在于，還包括至少一種催化劑，沉積于所述 壁的所述多個χ (RO) · y (Al2O3) · Z(SiO2)纖維上。
23.一種制造纖維材料的方法，其特征在于，在所述纖維材料中所有纖維的至少約5% 具有W(M0) -x(RO) -Y(Al2O3) .Z(SiO2)組成結(jié)構(gòu)，其中R是選自由鋇、鍶、鉀及鋰組成的群 組，所述方法包括混合至少兩種W(MO) · X(RO) · Y(Al2O3) -Z(SiO2)前驅(qū)體材料以形成混合物，其中，所 述至少兩種w (MO) · x(R0) · y (Al2O3) · ζ (SiO2)前驅(qū)體材料的一或多者是呈纖維的形式；擠壓所述混合物以產(chǎn)生纖維體；以及熱處理所述纖維體以形成所述纖維材料。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，M是選自由鈉及鈣組成的群組。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，在熱處理后，在所述纖維體中所有纖維的至少約95%具有所述W(MO) · x(R0) · y (Al2O3) · ζ (SiO2)組成結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種纖維陶瓷材料，其包含多個具有經(jīng)修飾的鋁硅酸鹽組成結(jié)構(gòu)(即，x(RO)y(Al2O3)z(SiO2)或w(MO)-x(RO)-y(Al2O3)-z(SiO2))的纖維。所述纖維陶瓷材料是通過組合兩種或兩種以上x(RO)y(Al2O3)z(SiO2)或w(MO)x(RO)y(Al2O3)z(SiO2)前驅(qū)體而形成，其中所述兩種或兩種以上前驅(qū)體中的至少一者是呈纖維的形式。所形成的纖維陶瓷材料具有低的熱膨脹系數(shù)(即，＜4.7×10-6/℃)。
文檔編號C04B35/10GK102007086SQ200980113650
公開日2011年4月6日 申請日期2009年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月17日
發(fā)明者B·祖貝里, J·J·劉, S·C·皮萊, W·M·卡蒂 申請人:美商績優(yōu)圖科技股份有限公司