專利名稱：包括非化學(xué)計量的堇青石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，涉及包括多個非化學(xué)計量的 堇青石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，例如堇青石等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非化學(xué)計量的堇青石纖維(即， 具有RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018組成結(jié)構(gòu)的纖維，其中χ大于0且R為除Mg、Al、 Si或0以外的元素)。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1 !^&414+2#15_!￡018或 RxMg2_xAl4Si5018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。擠壓由反應(yīng)制備的多個RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018纖維，或以 其他方式將其成形為纖維體。擠壓或成形期間，據(jù)信發(fā)生纖維排列，從而使得纖維體至少一 個方向上的熱膨脹系數(shù)(CTE)減小。由于CTE減小，可形成在高溫下破裂最小且膨脹最小 的多孔纖維陶瓷體。另外，在某些實施例中，可進一步通過改變纖維的組成結(jié)構(gòu)來降低CTE。 舉例來說，通過自化學(xué)計量形式改變堇青石的組成結(jié)構(gòu)，可操縱纖維材料的晶格，從而根據(jù) CTE的值產(chǎn)生方向變化。在一個方面，本發(fā)明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RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018組成結(jié)構(gòu)。所述方法 包括混合至少兩種RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018前驅(qū)體材料以形成混合物(所述至 少兩種RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018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。本發(fā)明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!^-‘^^(^或！^^^典⑷^且成結(jié)構(gòu)中的一者。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RxMg2Al4+2xSi5_x018或1^&_/1典5018纖維。在某些實施例中，所述前驅(qū)體 材料中的一或多者可選自由以下組成的群組硅酸鎂纖維、鋁酸鎂纖維和硅酸鋁纖維。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RxMg2Al4+2xSi5_x018或 RxMg2^xAl4Si5O18纖維的纖維體的方法。所述方法包括混合至少兩種RxMg2Al4+2xSi5_x018 或RxMg2_xAl4Si5018前驅(qū)體材料以形成混合物，其中所述至少兩種RxMg2Al4+2xSi5_x018或 RxMg2^xAl4Si5O18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RxMg2Al4+2xSi5_x018 或RxMg2_xAl4Si5018前驅(qū)體材料發(fā)生反應(yīng)以在混合物中形成多個具有RxMg2Al4+2xSi5_x018或 RxMg2_xAl4Si5018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RxM&Al4+2xSi5_x018組成結(jié)構(gòu)或RxM&_xAl4Si5018組成結(jié)構(gòu)。本發(fā)明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RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxMg2_xAl4Si5018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RxM&Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018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RxMg2Al4+2xSi5_x018組成結(jié)構(gòu)或RxM&_xAl4Si5018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，所述前驅(qū)體材料中的一或多 者可選自由以下組成的群組硅酸鎂纖維、鋁酸鎂纖維和硅酸鋁纖維。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。在又一方面，本發(fā)明實施例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RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018前驅(qū)體材料以形成混合物，其中所述至少 兩種RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018前驅(qū)體材料中的一或多者是呈纖維的形式；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RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018前驅(qū)體材料發(fā)生反應(yīng)，以形成多個具有 RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxMg2_xAl4Si5018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RxM&Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018組成結(jié)構(gòu)。本發(fā)明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RxMg2Al4+2xSi5_x018或 RxMg2_xAl4Si5018組成結(jié)構(gòu)中的一者。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，所述前驅(qū)體材料中的一或多者可選自由以下組成的 群組硅酸鎂纖維、鋁酸鎂纖維和硅酸鋁纖維。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，實施例是針對RxM&Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018纖維蜂巢狀 體。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 RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxMg2_xAl4Si5018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)。所述壁中多個纖維的約20%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。纖維蜂巢狀體中的所述壁可具 有至少約20% (例如25%、30%、35%、40%、45%、50%)的多孔性。在一些實施例中，所述 多個RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018纖維具有大于約1且小于或等于2000的長寬比。 在某些實施例中，在所述多個RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018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RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018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RxMg2Al4+2xSi5_x018 或RxMg2_xAl4Si5018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)。在一些實施 例中，所述壁中的纖維是以共同的方向排列。在某些實施例中，在多個RxMg2Al4+2xSi5_x018或 RxM&_xAl4Si5018纖維上沉積至少一種催化劑。


在圖式中，相同參考符號在所有不同視圖中泛指相同部件。此外，圖式未必是按比 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3A和圖3B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，通過以下方式中的一或多種獲得低CTE值(1)使 材料中的纖維的實質(zhì)對齊，(2)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)，或 (3) (1)的對齊方法與以上(2)中所述對一或多個晶格參數(shù)的操縱的組合。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(dǎo)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RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxMg2^xAl4Si5O18組成結(jié)構(gòu)。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RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018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。)RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018前驅(qū)體是當與其他材料反應(yīng)時分別 形成RxM&Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018組成結(jié)構(gòu)的一部分的材料。舉例來說，可能的 RxMg2Al4+2xSi5_x018前驅(qū)體是Veegum粘土(即，包括MgO、SiO和Al2O3的粘土 )；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Mg、Al和/或Si的任何材料的溶膠；又 一種可能的前驅(qū)體是GeO，其中RxM&Al4+2xSi5_x018中的R表示Ge。(上述RxM&Al4+2xSi5_x018 前驅(qū)體也是1^&_/1典5018前驅(qū)體。)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RxMg2Al4+2xSi5_x018或 RxMg2_xAl4Si5018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 如氧化鋁纖維、二氧化硅纖維、莫來石纖維、硅酸鋁纖維(例如Al2O3SiO2纖維、莫來石纖維、 堇青石纖維)、鋁酸鎂纖維或硅酸鎂纖維。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RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxMg2_xAl4Si5018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RxM&Al4+2xSi5_x018 或 RxM&_xAl4Si5018 前驅(qū)體(即 105 和 107)與任何任選的添加 劑Iio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 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(xué)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。除擠壓以外的其他成形過程130亦可用于形成形狀。其他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1，420°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 RxMg2Al4+2xSi5_x018前驅(qū)體或兩種或更多種RxMg2_xAl4Si5018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RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018纖維。 舉例來說，如果RxMg2Al4+2xSi5_x018前驅(qū)體包括莫來石纖維、MgCO3粒子和GeO2粒子，則在熱的 影響下，其中纖維的5%或5%以上被轉(zhuǎn)化成具有以下組成結(jié)構(gòu)GexMg2Al4+xSi5_x018(其中χ 將取決于所用前驅(qū)體的相對比率)。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，水及其他添加劑 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(xué)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RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018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 器或其他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 RxMg2Al4+2xSi5_x018前驅(qū)體或RxM&_xAl4Si5018前驅(qū)體(205和207)與任何任選的添加劑210 以形成混合物220。所述至少兩種RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxMg2_xAl4Si5018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 RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018前驅(qū)體之間引發(fā)反應(yīng)230。任選添加劑210相對于前驅(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、模制或其他成形技術(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/或在過濾器或其他裝置中并入纖 維材料。用于方法100和200中的RxM&Al4+2xSi5_x018或RXM&_XAI4Si5O18前驅(qū)體可以不同形 式提供。如上所論述，所述至少兩種RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018前驅(qū)體中的一或多 者是呈纖維的形式，以使前驅(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 RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018前驅(qū)體的例示性清單包括(但不限于)硅酸鋁纖維，例 如莫來石纖維、硅酸鋁H95C纖維、硅酸鋁鍶纖維、硅酸鋁鋰纖維和硅酸鋁硼纖維；硅酸鎂纖 維，例如Isofrax纖維(生物可溶性纖維，可獲自ISOFRAX，Niagara Falls, NY)、硅酸鎂鍶 纖維和硅酸鎂鈣鍶纖維；Al2O3纖維；SiO纖維；MgO纖維；Li2O纖維(其中R是Li)；及SrCO3 纖維(其中R是Sr)。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
8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RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018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他形式的任何組合。不是呈纖維形式的其他RxMg2Al4+2xSi5_x018 或RxMg2_xAl4Si5018前驅(qū)體包括(但不限于)=MgCO3粒子、膠態(tài)二氧化硅、二氧化硅粒子、Al2O3 粒子、包括Mg、Al或Si的任何材料的溶膠、Veegum粘土、滑石、或粒子、SrCO3粒子(其中R 是Sr)、GeO2粒子(其中R是Ge)、K2O粒子(其中R是K)、LiO (其中R是Li)及MnO粒子 (其中R是Mn)。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 與其他成分反應(yīng)時會形成RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxMg2_xAl4Si5018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RxM&Al4+2xSi5_x018前驅(qū)體或RxM&_xAl4Si5018前驅(qū)體和前驅(qū)體用量是根據(jù)目 標纖維化學(xué)性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)來選擇。換句話說，基于目標纖維化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)選擇前 驅(qū)體105/205的用量與類型和前驅(qū)體107/207的用量與類型。例如，若目標纖維化學(xué)組成 為具有堇青石型晶體結(jié)構(gòu)(即正交晶體結(jié)構(gòu))的CaxMg2Al4+2xSi5_x018，則可使用具有以下重 量百分比的以下四種RxMg2Al4+2xSi5_x018前驅(qū)體71. 2%鋁硅酸鹽纖維21. 9% Isofrax纖 維5. 3% MgCO3粒子1.5% CaCO3粒子。類似地，若需要相同目標纖維化學(xué)組成(即 CaxMg2Al4+2xSi5_x018)、但需要三斜或鈣長石晶體結(jié)構(gòu)代替正交晶體結(jié)構(gòu)，則可利用以下重量 百分比的前驅(qū)體62%鋁硅酸鹽纖維18% Isofrax纖維6.9% MgCO3粒子12.5% CaCO3粒子。通過降低反應(yīng)期間可用的Al的量但增加Ca的量，形成不同晶體結(jié)構(gòu)，并因而 獲得不同晶格參數(shù)和相關(guān)性質(zhì)。因此，可配合改變纖維化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)以獲得對于特 定應(yīng)用而言最佳的性質(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。為了使所有或?qū)嵸|(zhì)上所有的前驅(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 民悔^‘^‘力…或RxMg2_xAl4Si5018纖維。例如，當按76. 8%莫來石纖維:6. 2% Isofrax 纖維17%膨潤土的比率混合在一起時纖維體內(nèi)約45%的纖維轉(zhuǎn)化為CaxMg2Al4+2xSi5_x018 纖維；而當使用91%莫來石纖維3.8% Isofrax纖維5. 1 %膨潤土的比率時，纖維體內(nèi) 約10%的纖維轉(zhuǎn)化為CaxM&Al4+2xSi5_x018纖維。由于具有控制纖維化學(xué)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，已知堇青石Mg2Al4Si5O18具有相對較低的平均CTE值(IX 10_6,C )。然而， 通過改變堇青石的化學(xué)組成(RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxMg2_xAl4Si5018)和晶體結(jié)構(gòu)，可尤其是在 特定晶格方向上獲得較低的CTE值。此外，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 RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018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%的RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018纖維是對齊的。因此，可控制具有方向 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% (例如25%、30%、 40%,50%,60%,70%,80%,90% )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(例如25%、30%、40%、 50%,60%,70%,80% )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。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RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxMg2_xAl4Si5018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)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RxMg2Al4t2xSipjA8或RxMg2_xAl4Si50w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R^gAlmji^C^或RxM&_xAl4Si50w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中由前驅(qū)體形成的纖維與任何未反應(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RxMg2Al4+2xSi5_x018或RxM&_xAl4Si50w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(yù)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(xué)反應(yīng)器、蜂巢狀高表面積吸附體和高溫反應(yīng)器中。
鍾
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(xué)組成為具有正交晶體結(jié)構(gòu)的CaxMg2Al4+xSi5_x018 (其中χ = 0. 1)的 第一例示性實例中，將以下前驅(qū)體混合于一起71. 2克莫來石纖維、21. 9克Isofrax纖維、 5. 3克MgCO3粒子和1. 5克CaC03。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)、65克碳粒子(-45微米網(wǎng)目級別并用作孔 生成劑)和130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1300°C 下進行燒結(jié)操作2小時而形成具有約88%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和Isofrax纖維的80%以上反應(yīng)而形成具有正交晶體結(jié)構(gòu)的 CaaiMg2Al41Si49O18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且觀察 到纖維大致有70-80%排列于擠壓方向上。
在目標纖維化學(xué)組成為具有三斜晶體結(jié)構(gòu)的CaxMg2Al4+xSi5_x018(其中χ= 1.0)的 第二例示性實例中，將以下前驅(qū)體混合于一起62克莫來石纖維、18. 6克Isofrax纖維、6. 9 克MgCO3粒子和12. 5克CaC03。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、65克碳粒子(-45微米網(wǎng)目級別)和130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1300°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莫來石纖維和Isofrax纖維的80%以上反應(yīng)而形成具有三斜 晶體結(jié)構(gòu)的Ca1Mg2Al3Si4O18纖維。在此實施例中，多孔陶瓷體的熱膨脹系數(shù)為0. 7X 10_6/°C 且觀察到纖維大致有70-80%排列于擠壓方向上。
在目標纖維化學(xué)組成為具有正交晶體結(jié)構(gòu)的CaxMg2Al4+xSi5_x018 (其中χ = 0. 1)的 第三例示性實例中，將以下前驅(qū)體混合于一起96克莫來石纖維、2. 0克Isofrax纖維、2. 011克MgCO3粒子和0.6克CaCO3。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1300°C下進行燒結(jié)操作2小時而形成具有約77%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和Isofrax纖維的約10%反應(yīng)而形成具有正交晶體結(jié) 構(gòu)的QiaiMg2Al41Si4iA8纖維。在此實施例中，多孔陶瓷體的熱膨脹系數(shù)為3.2X10_6/°C。
在目標纖維化學(xué)組成為具有正交晶體結(jié)構(gòu)的CaxM&Al4+xxSi5_x018(其中χ = 0. 1) 的第三例示性實例中，將以下前驅(qū)體混合于一起161. 8克莫來石纖維、13克Isofrax纖維 和35. 9克膨潤土。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、 65克碳粒子(-45微米網(wǎng)目級別)和130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 1300°C下進行燒結(jié)操作2小時而形成具有約75%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和Isofrax纖維的約45%反應(yīng)而形成具有正交晶體結(jié)構(gòu) 的CaaiMg2Al41Si4iA8纖維。在此實施例中，多孔陶瓷體的熱膨脹系數(shù)為0.7X10_6/°C。
在目標纖維化學(xué)組成為具有正交晶體結(jié)構(gòu)的CaxM&Al4+xxSi5_x018(其中χ = 0. 1) 的第四例示性實例中，將以下前驅(qū)體混合于一起53. 2克莫來石纖維、2. 2克Isofrax纖維 和3克膨潤土。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、65克 碳粒子(-45微米網(wǎng)目級別)和60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1300°C 下進行燒結(jié)操作2小時而形成具有約86%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和Isofrax纖維的約10 %反應(yīng)而形成具有正交晶體結(jié)構(gòu)的 CaaiMg2Al41Si49O18纖維。在此實施例中，多孔陶瓷體的熱膨脹系數(shù)為3. 1X10_6/°C。
在目標纖維化學(xué)組成為具有正交晶體結(jié)構(gòu)的Gea8Mg2Al48Si42O18的第五例示性實 例中，將以下前驅(qū)體混合于一起59. 8克硅酸鋁纖維、6克Isofrax纖維和11. 1克粒 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)、23. 2克MgCO3(作為粘合劑)和130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1300°C下進行燒結(jié)操作2小時而形成具有約85%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硅酸鋁纖維和Isofrax纖維的80%以上反 應(yīng)而形成具有正交晶體結(jié)構(gòu)的Gea8Mg2Al48Si42O18纖維。在此實施例中，多孔陶瓷體的熱膨 脹系數(shù)為0.7X10_6,C。
在目標纖維化學(xué)組成為具有正交晶體結(jié)構(gòu)的Mn1Mg1Al4Si5Ow的第六例示性實例 中，將以下前驅(qū)體混合于一起63. 8克硅酸鋁纖維、19. 8克Isofrax纖維和11. 9克MnO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)、4. 6克作為粘合劑的MgCO3和70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1300°C下進行燒結(jié)操作2小時而形成具有約82%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硅酸鋁纖維和Isofrax纖維的80%以上反應(yīng) 而形成具有正交晶體結(jié)構(gòu)的Mn1Mg1Al4Si5O18纖維。在此實施例中，多孔陶瓷體的熱膨脹系數(shù)為 0. 6 X 1O-6/°C
在目標纖維化學(xué)組成為具有正交晶體結(jié)構(gòu)的Ka5Mg2Al45Si45Ow的第七例示性實 例中，將以下前驅(qū)體混合于一起71. 2克硅酸鋁纖維、2. 3克Isofrax纖維和1. 2克K2O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)、25克作為粘合劑的MgCO3和70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1300°C下進行燒結(jié)操作2小時而形成具有約86%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硅酸鋁纖維和Isofrax纖維的80%以上反應(yīng)而 形成具有正交晶體結(jié)構(gòu)的Ka5Mg2Al45SiO45Ow纖維。在此實施例中，多孔陶瓷體的熱膨脹系 數(shù)為 0.8 X 10"7°C ο
在目標纖維化學(xué)組成為具有正交晶體結(jié)構(gòu)的Ka5Mg2Al45Si45Ow的第八例示性實 例中，將以下前驅(qū)體混合于一起49. 4克莫來石纖維、39. 6克Isofrax纖維和1. 2克K2O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)、9. 7克作為粘合劑的MgCO3和70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1300°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莫來石纖維和Isofrax纖維的80%以上反應(yīng) 而形成具有正交晶體結(jié)構(gòu)的Ka5Mg2Al4.5Si4.5018纖維。在此實施例中，多孔陶瓷體的熱膨脹 系數(shù)為 0.7X10_6,C。
在目標纖維化學(xué)組成為具有正交晶體結(jié)構(gòu)的Fq45Mgu5Al4Si5Ow的第九例示性實 例中，將以下前驅(qū)體混合于一起42克莫來石纖維、46. 9克Isofrax纖維和11. 1克!^e2O3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1300°C下進行燒結(jié)操作 2小時而形成具有約87%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 來石纖維和Isofrax纖維的80%以上反應(yīng)而形成具有正交晶體結(jié)構(gòu)的!^ea45Mgu5Al4Si5O18 纖維。在此實施例中，多孔陶瓷體的熱膨脹系數(shù)為0. 7X10_6/°C。
在第十例示性實例中，目標纖維化學(xué)組成為包括10%堇青石纖維加上90%硅酸 鋁纖維的改性堇青石結(jié)構(gòu)。因而，在此實例中，未以R改變堇青石結(jié)構(gòu)，而是，堇青石結(jié)構(gòu) 的改變是通過以下方式來實現(xiàn)使前驅(qū)體材料的不到95%發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而使最終纖維化學(xué) 組成為堇青石和硅酸鋁的摻合物。90%硅酸鋁加上10%堇青石纖維材料是通過混合以下 前驅(qū)體材料形成可擠壓的混合物來制備96克莫來石纖維、2. 0克Isofrax纖維和2. O克 MgCO3粒子。還向可擠壓的混合物中添加以下添加劑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。混合各材料并加以擠壓而形成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1300°C下進行燒結(jié)操作2小時而形 成具有約77%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和 Isofrax纖維的僅10%反應(yīng)而形成Ife2Al4Si5Ow纖維。在此實施例中，多孔陶瓷體的熱膨脹 系數(shù)為 2.8X10_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% 具有艮1%414+!^15_凡8組成結(jié)構(gòu)或RxMghAl4Si5O18組成結(jié)構(gòu)，所述方法包括混合至少兩種RxMg2A‘xSi5_x018前驅(qū)體材料或RxM&_xAl4Si50w前驅(qū)體材料以形成混合 物，其中，所述至少兩種RxMg2Al4+xSi5_x018或RxMg2_xAl4Si50w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RxM&Al4+xSi5_x018組成結(jié)構(gòu)或所述RxM&_xAl4Si50w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RxMg2Al4+xSi5_x018或 RxMg2^xAl4Si5O18前驅(qū)體材料的一或多者是選自由以下組成的群組硅酸鎂纖維、鋁酸鎂纖維 及硅酸鋁纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合物更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.—種制造包括RxMg2Al4^Si5_x018或RxM&_xAl4Si5018纖維的纖維體的方法，所述方法包括混合至少兩種RxM&Al4+xSi5_x018或RxM&_xAl4Si50w前驅(qū)體材料以形成混合物，其中，所 述至少兩種RxMg2Al4+xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018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RxMg2Al4+xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018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RxMg2Al4txSipjA8或RxMg2_xAl4Si5018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 RxMg2Al4+xSi5_x018組成結(jié)構(gòu)或所述RxM&_xAl4Si50w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RxMg2Al4+xSi5_x018或 RxMg2^xAl4Si5O18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%具有分別 為所述 RxMg2Al4+xSi5_x018 或 RxM&_xAl4Si5018 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RxMg2Al4+xSi5_x018或 RxMg2^xAl4Si5O18前驅(qū)體材料的一或多者是選自由以下組成的群組硅酸鎂纖維、鋁酸鎂纖維 及硅酸鋁纖維。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述混合物更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RxM&Al4+xSi5_x018或RxM&_xAl4Si50w前驅(qū)體材料以形成混合物，其中，所述至少兩種RxMg2Al4+xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018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RxMg2Al4+xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018前驅(qū)體 材料發(fā)生反應(yīng)，以形成多個具有RxM&Al4+xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018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RxMg2Al4+xSi5_x018或RxMg2_xAl4Si5018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RxM&Al4+xSi5_x018或RxM&_xAl4Si50w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RxMg2Al4txSipjA8或 RxMg2^xAl4Si5O18前驅(qū)體材料的一或多者是選自由以下組成的群組硅酸鎂纖維、鋁酸鎂纖維 及硅酸鋁纖維。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述混合物更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.—種 RxMg2Al4+xSi5_x018 或 RxM&_xAl4Si5018 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RxM&Al4+xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018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，在所述壁中所述多個RxMg2Al4+xSi5_x018或RxM&_xAl4Si50w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RxM&Al4+xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018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RxM&Al4+xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018纖維蜂巢狀體，其特征 在于，所述多個RxMg2Al4+xSi5_x018或RxM&_xAl4Si50w纖維具有大于1且小于或等于2000的長 胃t匕。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的RxM&Al4+xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018纖維蜂巢狀體，更包括 涂覆于所述多個RxM&Al4+xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018纖維上的催化劑。
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RxMg2Al4+xSi5_x018或RxM&_xAl4Si5018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，更包括至少一種催化劑，沉積于所述壁的所述多 個 RxMg2Al4+xSi5_x018 或 RxM&_xAl4Si5018 纖維上。
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RxMg2Al4+xSi5-xO18或RxMg2-xAl4Si5O18組成結(jié)構(gòu)的纖維。所述纖維陶瓷材料是通過組合兩種或兩種以上RxMg2Al4+xSi5-xO18或RxMg2-xAl4Si5O18前驅(qū)體而形成，其中所述兩種或兩種以上RxMg2Al4+xSi5-xO18或RxMg2-xAl4Si5O18前驅(qū)體中的至少一者是呈纖維的形式。所述纖維陶瓷材料經(jīng)成形而形成纖維體，在所述纖維體中，所有纖維的至少約20％排列于實質(zhì)上共同的方向上。
文檔編號C04B35/195GK102036933SQ200980113816
公開日2011年4月27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