高堇青石/富铝红柱石比例的堇青石-富铝红柱石-铝镁钛酸盐组合物及包括该组合物的陶瓷制品制造技术

批露的是包含具有高堇青石/富铝红柱石比例的复合堇青石‑富铝红柱石‑铝镁钛酸盐(CMAT)陶瓷组合物的陶瓷体，以及用于制造该陶瓷体的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请根据35U.S.C.§119要求2013年9月23日提交的美国临时申请系列号61/881,108的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。领域本专利技术的示例性实施方式涉及陶瓷组合物，且涉及具有高堇青石/富铝红柱石比例的包含铝镁钛酸盐、堇青石和富铝红柱石的复合陶瓷组合物。背景背景讨论基于堇青石和钛酸铝(AT)的蜂窝体广泛用于如催化基材和用于柴油机和汽油微粒排放的过滤器的各种应用。最近，过滤器材料家族延伸到包含堇青石-富铝红柱石-钛酸铝复合材料(CMAT),因为它们的物相组成和微观结构,它们相比于钛酸铝-长石复合物呈现强度优势，相比于堇青石呈现体积热容优势。通过以棋盘的图案在两端堵塞相邻的通道以形成具有进口通道和出口通道的过滤器，可由蜂窝体多孔陶瓷来获得柴油机颗粒过滤器(DPF)和汽油颗粒过滤器(GPF)。然后，废气必须通过蜂窝体的壁流动。在废气通过多孔蜂窝体壁期间，来自废气的小微粒沉积在孔表面上或沉降在壁表面的烟炱层上，因此能够过滤废气。在再生循环中周期性燃烧形成的烟炱滤饼，使DPF/GPF的寿命与车辆的寿命类似。还可使用替代的过滤器设计,例如径向凹槽过滤器或径向盘过滤器,相比于蜂窝体设计的长而窄的气流通道，它们具有更宽的气流通道和/或更强的气流径向分量，但当气体通过薄的多孔陶瓷壁时分享相同的气体的颗粒过滤并提供在壁孔隙中和/或在壁上包含合适的催化剂的相同的机会。背景部分批露的上述信息只是为了增强对本专利技术的背景的理解，因此它可包括不构成现有技术的任何部分的信息，也不是现有技术可暗示本领域普通技术人员的信息。概述本专利技术的示例性实施方式提供复合陶瓷组合物，其包含高堇青石/富铝红柱石比例的堇青石-富铝红柱石-铁板钛矿。本专利技术的示例性实施方式还提供包含高堇青石/富铝红柱石比例的堇青石-富铝红柱石-铝镁钛酸盐的复合组合物的柴油机颗粒过滤器。本专利技术的示例性实施方式还提供一种用于制造复合堇青石铝镁钛酸盐陶瓷制品的方法。本专利技术的其它特征将在以下描述中指出，它们通过该描述不难理解，或者可通过实施本专利技术的示例性实施方式而了解。一种示例性实施方式批露陶瓷制品，其包含铁板钛矿相、第二相和第三相。铁板钛矿相主要包含氧化铝、氧化镁和氧化钛。第二相包含堇青石,第三相包含富铝红柱石,且陶瓷制品的堇青石/富铝红柱石相比例(phase ratio)大于或等于0.9和小于或等于7。示例性实施方式还批露陶瓷制品，其具有主要为钛酸铝和二钛酸镁的固溶体的第一晶体相,堇青石的第二晶体相,和富铝红柱石的第三晶体相。以氧化物的重量百分数为基准来表示，陶瓷制品具有下述组成：4-10％MgO,40-55％Al2O3,25-44％TiO2,5-25％SiO2,烧结助剂,且堇青石/富铝红柱石相比例大于或等于0.9且小于或等于7。示例性实施方式还批露制造陶瓷制品的方法，该方法包括提供包含氧化镁来源、氧化硅来源、氧化铝来源、氧化钛来源和至少一种烧结助剂的无机批料组合物。所述方法包括将该无机批料组合物与一种或多种加工助剂混合到一起，所述加工助剂选自下组：增塑剂、润滑剂、粘合剂、成孔剂和溶剂，以便形成增塑的陶瓷前体批料组合物。将增塑的陶瓷前体批料组合物成型为生坯体。在能有效地将该生坯体转化成陶瓷制品的条件下烧制该生坯体，该陶瓷制品具有主要包含氧化铝、氧化镁和氧化钛的铁板钛矿相,包含堇青石的第二相,包含富铝红柱石的第三相,且陶瓷制品的堇青石/富铝红柱石相比例大于或等于0.9且小于或等于7。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是示例和说明性的，旨在对本专利技术进行进一步解释。附图简要说明附图用来帮助进一步理解本专利技术，结合在说明书中，构成说明书的一部分，附图显示了本专利技术的示例性实施方式，与说明书一起用来解释本专利技术的原理。图1A显示陶瓷蜂窝体结构的前表面和外部周边表面。图1B是图1A所示的陶瓷蜂窝体结构的横截面。图1C显示具有表皮和通道堵塞物的图1A的陶瓷蜂窝体结构,图1D是图1C所示的陶瓷蜂窝体结构的横截面视图。图2是来自根据本专利技术的示例性实施方式的实施例的数据图,其显示氧化硅和氧化镁批料含量不同的材料在不同烧制情况下，从室温(25℃)到800℃(10-7K-1)的热膨胀系数(CTE)随堇青石/富铝红柱石比例的变化。图3是来自根据本专利技术的示例性实施方式的实施例的数据图，其显示配成不同堇青石/富铝红柱石分数的材料在不同的烧制情况下从室温到800℃的CTE(10-7K-1)随堇青石/富铝红柱石比例的变化。图4和图5是来自根据本专利技术的示例性实施方式的实施例的数据图，其分别显示百分比孔隙率和单位为微米的中值孔径(d50)随堇青石/富铝红柱石比例的变化。图6和图7是来自根据本专利技术的示例性实施方式的实施例的数据图，其分别显示断裂模量(MOR)和应变公差(％)随堇青石/富铝红柱石比例的变化，该断裂模量是强度的量度且单位是磅/平方英寸(psi)。图8是来自根据本专利技术的示例性实施方式的实施例的数据图，其显示随堇青石/富铝红柱石比例而变化的不同的材料在加热和冷却循环过程中的弹性模量随温度的变化。图9显示在1357℃/16h条件下烧制的比较例1的抛光烧制物的扫描电子显微镜(SEM)显微图片，其在低放大倍数下显示规则的孔结构，并在较高放大倍数下显示相分布，包括用亮灰色表示的铁板钛矿相、深灰色表示的堇青石、中等灰度水平表示的富铝红柱石、白色表示的钛酸铈相以及微观裂纹。图10显示在1357℃/16h条件下烧制的实施例3的抛光烧制物的扫描电子显微镜(SEM)显微图片，其在低放大倍数下显示规则的孔结构，并在较高放大倍数下显示相分布，包括用亮灰色表示的铁板钛矿相、深灰色表示的堇青石、中等灰度水平表示的富铝红柱石、白色表示的钛酸铈相以及微观裂纹。图11A是堇青石织构因子随堇青石与富铝红柱石(堇青石/富铝红柱石)相比例变化的数据图。图11B是铁板钛矿织构因子随堇青石/富铝红柱石相比例变化的数据图。图12A是热膨胀系数(CTE)对堇青石织构因子(轴向i-比例)的依赖性的数据图。图12B是热膨胀系数(CTE)对铁板钛矿织构因子的依赖性的数据图。具体实施方式详述在此将参照附图更完整地描述本专利技术，附图中给出了各种示例实施方式。但是，本专利技术可以以许多不同的方式实施，不应被解读成限定于在此提出的实施方式。相反，提供这些实施方式使得说明透彻而完整，能够向本领域技术人员完全地展示本专利技术的范围。在附图中，为了清晰起见，放大了层和区域的尺寸和相对尺寸。不同附图中的相同附图标记可表示相同的元件。应当理解，当描述一种元件或层在另一元件或层之“上”或者与另一元件或层“相连”时，所述元件或层可以直接与其他元件或层相连，或者也可以存在中间的元件或层。相反地，当描述一种元件或层“直接在另一元件或层之上”或者与另一元件或层之间“直接相连”时，则不存在中间的元件或层。应理解，出于本专利技术之目的，“X,Y和Z中的至少一种”可理解为仅含X、仅含Y、仅含Z，或者两种或更多种项目X,Y和Z的任意组合(例如,XYZ,XYY,YZ,ZZ)。为了满足轻型和重型车辆的排放规定，过滤器材料可为高度多孔的，以使在不限制发动机功率的情况下使气体流经壁，同时对于排放的颗粒呈现高过滤效率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷制品，其包括：主要包含氧化铝、氧化镁和氧化钛的铁板钛矿相；包含堇青石的第二相；和包含富铝红柱石的第三相,其中堇青石/富铝红柱石相比例大于或等于0.9和小于或等于7。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.23 US 61/881,1081.一种陶瓷制品，其包括：主要包含氧化铝、氧化镁和氧化钛的铁板钛矿相；包含堇青石的第二相；和包含富铝红柱石的第三相,其中堇青石/富铝红柱石相比例大于或等于0.9和小于或等于7。2.如权利要求1所述的陶瓷制品，其特征在于，堇青石/富铝红柱石相比例大于或等于1.3和小于或等于2.5。3.如权利要求1或2所述的陶瓷制品，其特征在于，堇青石/富铝红柱石相比例大于或等于1.8和小于或等于2.2。4.如权利要求1-3中任一项所述的陶瓷制品，其特征在于，所述陶瓷制品的总孔隙率％P大于40体积％。5.如权利要求1-4中任一项所述的陶瓷制品，其特征在于，所述陶瓷制品的总孔隙率％P大于50体积％。6.如权利要求1-5中任一项所述的陶瓷制品，其特征在于，所述陶瓷制品的总孔隙率％P大于56体积％。7.如权利要求1-6中任一项所述的陶瓷制品，其特征在于，陶瓷制品包含在25-800℃之间所测量的小于或等于14x10-7/K的热膨胀系数。8.如权利要求1-7中任一项所述的陶瓷制品，其特征在于，陶瓷制品包含在25-800℃之间所测量的小于或等于11x10-7/K的热膨胀系数。9.如权利要求1-8中任一项所述的陶瓷制品，其特征在于，陶瓷制品包含在25-800℃之间所测量的小于或等于8x10-7/K的热膨胀系数。10.如权利要求1-9中任一项所述的陶瓷制品，其包括10微米-30微米的中值孔径d50。11.如权利要求1-10中任一项所述的陶瓷制品，其包括15微米-25微米的中值孔径d50。12.如权利要求1-11中任一项所述的陶瓷制品，其特征在于，包含大于或等于0.11％的应变公差＝MOR/Emod,其中MOR是室温下的断裂模量且Emod是室温下陶瓷制品的杨氏模量。13.如权利要求1-12中任一项所述的陶瓷制品，其特征在于，包含大于或等于0.13％的应变公差＝MOR/Emod。14.如权利要求1-13中任一项所述的陶瓷制品，其特征在于，还包含烧结助剂，该烧结助剂包含氧化铈、氧化锶、氧化钙、氧化钇、氧化镧和其它稀土金属氧化物中的至少一种。15.如权利要求1-14中任一项所述的陶瓷制品，其特征在于，堇青石的单个晶粒的中值晶粒尺寸直径大于5.0微米。16.如权利要求1-15中任一项所述的陶瓷制品，其特征在于，堇青石相的晶粒包含基本上择优的晶体取向，该晶体取向包含小于0.57的轴向i-比例和大于0.75的切向i-比例,其中i-比例是从(110)和(002)堇青石衍射峰的里特维尔德解卷积X射线衍射(XRD)峰强度I得到的堇青石织构系数i-比例＝I(110)/[I(110)+I(002)]，所述衍射峰对于轴向i-比例而言在蜂窝体横截面(网络)上获得，对于切向i-比例而言在蜂窝体壁表面上获得。17.如权利要求1-16中任一项所述的陶瓷制品，其特征在于，铁板钛矿相包含与直接相邻的堇青石晶粒具有基本上择优的晶体取向的晶体,从而在界面处铁板钛矿相的负膨胀晶体方向优先在堇青石/铁板...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·贝克豪斯瑞考尔特，P·D·特珀谢，B·R·韦通，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US