使用堿土碳酸鹽對鈦酸鋁進行收縮控制的制作方法
【專利說明】使用堿土碳酸鹽對鈦酸鋁進行收縮控制
[0001] 本申請根據(jù)35U.S.C. §120,要求2012年5月31日提交的美國申請序列第 13/484, 629號的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請為基礎(chǔ)并將其全文通過引用結(jié)合于此。
[0002] MM
[0003] 本發(fā)明涉及制造陶瓷蜂窩的方法，具體地，涉及具有改進的收縮控制所制造的鈦 酸鋁蜂窩。
[0004] 發(fā)明背景
[0005] 生產(chǎn)擠出成形（即，非機械加工成最終尺寸）的鈦酸鋁蜂窩的能力取決于在燒結(jié) 或燒制過程中，過濾器收縮（或生長）程度變化量的合適控制。日趨嚴格的柴油機微粒過 濾器〇)PF)輪廓規(guī)格要求對擠出的生坯蜂窩體的收縮進行小心地控制。
[0006] 控制陶瓷蜂窩中收縮變化量的程度的方法包括在擠出成蜂窩結(jié)構(gòu)之前，將批料原 材料煅燒和/或研磨/碎磨成限定的粒度分布。例如，在碳化硅蜂窩中，已經(jīng)顯示了改變硅 含量對于收縮行為的影響。Taruta 等人的"Influence of Aluminum Titanate Formation on Sintering of Bimodal Size-Distributed Alumina Powder Mixtures (欽酸錯的形成 對于雙峰尺寸分布的氧化鋁粉末混合物的影響）" J. Am. Ceram. Soc.，80 [3]，551-56 (1997) (其全文通過引用結(jié)合入本文），顯示可以通過在相同組合物中混合粗和細的氧化鋁，來改 變和控制收縮和孔徑分布。Wang 等人的"Microstructure of Ceramic Membrane Support from Corundum-rutile Powder Mixture(來自金剛砂-金紅石粉末混合物的陶瓷膜支撐的 微結(jié)構(gòu)）'Powder Technology (粉末技術(shù)），168, 125-133 (2006)(其全文通過引用結(jié)合入本 文），顯示可以通過改變批料氧化鈦中的變化（這改變了最終化學(xué)計量）來改變孔徑分布 (孔半徑）。美國專利申請第2010/0052200號和第2011/0053757號分別顯示可以通過控 制石墨和/或氧化鋁的粒度分布來控制收縮變化量。但是，仍然有一部分的收縮變化量沒 有被考慮到。
[0007] 因此，需要一種使得蜂窩大規(guī)模生產(chǎn)中的日常收縮變化量最小化的有效方法，從 而可以實現(xiàn)較嚴格的過濾器輪廓規(guī)格。
[0008] 發(fā)明概沐
[0009] 根據(jù)第一個方面，一種降低鈦酸鋁蜂窩的收縮變化量的方法包括制備形成鈦酸鋁 的批料材料。所述形成鈦酸鋁的批料材料包含無機批料組分，所述無機批料組分包含具有 粒度分布的至少一種堿土碳酸鹽。基于鈦酸鋁蜂窩燒結(jié)過程中的預(yù)測收縮，來選擇所述至 少一種堿土碳酸鹽的粒度分布。
[0010] 另一個實施方式的特征是制造多孔陶瓷蜂窩體的方法。所述方法包括：制備形 成鈦酸鋁的批料材料，所述形成鈦酸鋁的批料材料包含具有粒度分布的至少一種堿土碳酸 鹽。所述方法還包括從批料材料形成生坯體，并對生坯體進行燒制以得到陶瓷體。基于鈦 酸鋁蜂窩體燒結(jié)過程中的預(yù)測收縮，來選擇所述至少一種堿土碳酸鹽的粒度分布。
[0011] 在以下的詳細描述中給出了本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點，其中的部分特征和優(yōu)點對 本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)所作描述就容易看出，或者通過實施包括以下詳細描述、權(quán)利 要求書以及附圖在內(nèi)的本文所述的本發(fā)明而被認識。
[0012] 應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細描述都提出了本發(fā)明的實施方式，目的 是提供理解要求保護的本發(fā)明的性質(zhì)和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對本發(fā) 明的進一步的理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附圖圖示說明了本 發(fā)明的各種實施方式，并與描述一起用來說明本發(fā)明的原理和操作。
[0013] 附圖簡要說明
[0014] 包括的附圖提供了對本發(fā)明的進一步理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明 書的一部分。附圖不是為了起限制作用，而是用來說明示例性實施方式，并與文字描述一起 用來解釋本文所揭示的原理。
[0015] 圖1顯示包含具有粗粒度或細粒度的鈦酸鍶的鈦酸鋁批料組合物的膨脹測量曲 線；以及
[0016] 圖2顯示經(jīng)燒制的鈦酸鋁部件的卡規(guī)和管規(guī)特性，所述經(jīng)燒制的鈦酸鋁部件中， 加入具有粗或細粒度的碳酸鍶作為批料組成。
[0017] 發(fā)明詳沐
[0018] 應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細描述都只是示例和說明性的，不構(gòu)成對 本發(fā)明的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明的說明書，可以顯而易見地想到其它的實 施方式。本說明書和實施例應(yīng)僅僅視為示例性的。
[0019] 本文所用的"該"、"一個"或"一種"表示"至少一個（一種）"，不應(yīng)局限為"僅一 個（一種）"，除非明確有相反的說明。因此，例如，"該堿土碳酸鹽"或者"一種堿土"的用 法旨在表示"至少一種堿土碳酸鹽"。類似地，使用"一種粒度分布"或"該粒度分布"旨在 表示"至少一種粒度分布"。
[0020] 本發(fā)明涉及包含無機批料組分的形成陶瓷體的批料材料，所述無機批料組分包含 至少一種堿土碳酸鹽。
[0021] 本文所用術(shù)語"形成鈦酸鋁的批料材料"、"批料材料"及其變化形式旨在表示包含 無機批料組分的基本均勻的混合物。本發(fā)明的批料材料可用于制造包含鈦酸鋁作為主相材 料的陶瓷體，所述陶瓷體可任選地包含一種或多種次相材料，所述次相材料包括但不限于， 堇青石、多鋁紅柱石、堿性長石相和堿土長石相以及碳化硅。
[0022] 所述無機批料組分包含至少一種堿土碳酸鹽。堿土碳酸鹽包括選自下組的那些： 碳酸鈹、碳酸鎂、碳酸鈣、碳酸鍶和碳酸鋇，例如下組：碳酸鎂、碳酸鈣和碳酸鍶，又例如下 組：碳酸鎂和碳酸鍶，又例如下組：碳酸鈣和碳酸鍶。在某些示例性實施方式中，堿土碳酸 鹽包括碳酸鍶。在某些示例性實施方式中，堿土碳酸鹽包括碳酸鈣。在某些示例性實施方 式中，堿土碳酸鹽包括碳酸鎂。
[0023] 美國專利7, 259, 120揭示了用于形成鈦酸鋁蜂窩DPF的批料材料的例子，其全文 通過引用結(jié)合入本文。例如，在某些實施方式中，無機批料可含有48-52重量％的氧化鋁、 28-32重量％的氧化鈦、8-12重量％的氧化硅、7-10重量％的碳酸鍶、1-3重量％的碳酸鈣 以及0-1重量％的氧化鑭，以批料中無機固體組分的總重計。
[0024] 形成陶瓷的批料材料還可包含短效成孔劑。短效成孔劑的例子包括：碳（例如（天 然或合成）石墨、活性炭、石油焦炭和炭黑）、淀粉（例如玉米、大麥、豆子、馬鈴薯、稻谷、木 薯淀粉、豌豆、西谷椰子、小麥、美人蕉以及核桃殼粉）以及聚合物（例如聚丁烯、聚甲基戊 烯、聚乙烯（優(yōu)選珠粒）、聚丙烯（優(yōu)選珠粒）、聚苯乙烯、聚酰胺（尼龍）、環(huán)氧樹脂、ABS、 丙烯酸類樹脂以及聚酯（PET))。在至少一個實施方式中，成孔劑可以選自淀粉。僅舉例而 言，成孔劑可以是選自土豆淀粉和豌豆淀粉的淀粉。
[0025] 短效成孔劑的非限制性例子包括德國凱魯特和埃姆里希海姆市埃姆蘭淀粉公司 (Emsland Starke GmbH，Kyrita and Emlichheim，Germany)銷售的天然土豆淀粉以及德國 埃姆里希海姆市埃姆蘭淀粉公司（Emsland Starke GmbH，Emlichheim，Germany)銷售的天 然豌豆淀粉。
[0026] 在各種示例性實施方式中，短效成孔劑可以選擇以能夠?qū)崿F(xiàn)所需結(jié)果的任意量存 在。例如，短效成孔劑可以占批料材料的至少1重量％，作為追加物加入（即無機組分占批 料材料的100%，因此總批料材料為101% )。例如，作為追加物加入，短效成孔劑可占批料 材料的至少5重量％，至少10重量％，至少15重量％，至少20重量％，至少30重量％，至 少40重量％或者至少50重量％。在其他實施方式中，作為追加物，成孔劑可占批料材料的 小于25重量％，例如小于20重量％，又例如小于15重量％，又例如小于10重量％。在某 些實施方式中，作為追加物，短效成孔劑可占批料材料的5-20%，例如5-15%。
[0027] 本文所揭示的方法可以實現(xiàn)鈦酸鋁蜂窩的收縮變化量的下降，其中，從包含至少 一種堿土碳酸鹽的批料組分制備形成鈦酸鋁的批料材料?；阝佀徜X蜂窩燒結(jié)過程中的預(yù) 測收縮，來選擇所述至少一種堿土碳酸鹽的粒度分布。
[0028] 鈦酸鋁蜂窩燒結(jié)過程中的預(yù)測收縮可基于許多因素。例如，預(yù)測收縮可以與用 作制造鈦酸鋁蜂窩的批料材料的至少一種氧化鋁源的粒度分布相關(guān)，例如，參見Taruta 等人的"Influence of Aluminum Titanate Formation on Sintering of Bimodal Size-Distributed Alumina Powder Mixtures (欽酸錯的形成對于雙峰