陶瓷载体及其制备方法技术

一种包含基质陶瓷的陶瓷载体，所述基质陶瓷含有作为构成元素的Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ和Ｏ并且含有作为第二种成分的不同于所述构成元素的元素。所述的载体含有许多能吸收热膨胀的微孔，孔隙率大于２８％并且热膨胀系数小于２．３×１０↑［－６］／℃。所述第二种成分能够直接负载催化剂成分。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在例如汽车发动机的废气净化催化剂中用于负载催化剂的陶瓷载体以及制备陶瓷载体的方法。
技术介绍
到目前为止广泛用于负载催化剂的陶瓷载体是具有低热膨胀性和高耐热冲击性的堇青石(2MgO2·Al2O3·5SiO2)。通常通过将堇青石制成蜂窝体状，然后用γ-氧化铝涂覆表面，在其上负载贵金属催化剂，从而将该陶瓷载体用作催化剂体。因为堇青石的比表面积太小，不能在堇青石上负载需要量的催化剂成分，所以需要形成涂层。通过使用比表面积大的γ-氧化铝可以增加载体的表面积。然而，载体表面涂有γ-氧化铝所引起的问题是热容量因重量的增加而增加。近年来，已经进行研究以通过减薄蜂窝载体的胞壁来减小热容量，从而实现催化剂的早期活化。但是，该效果因涂层的形成而减小。此外，涂层所产生的问题是热膨胀系数因涂层而变大并且压力损失因晶胞的开孔面积的减小而增加。因此，正在对其中可以负载催化剂成分而不形成涂层的陶瓷载体进行各种研究。例如，通过将堇青石进行酸处理，然后进行热处理的方法可以提高堇青石自身的比表面积，但是，该方法存在缺点并且不实用，因为酸处理等破坏了堇青石的晶格并且降低了强度。本专利技术人先前已提出了一种陶瓷载体，其中能够将构成基质陶瓷的至少一种元素用不同于构成元素的元素所代替，并由此将催化剂成分直接负载到基质陶瓷上的陶瓷载体，正如日本未审专利公开(Kokai)号2001-310128所描述的那样。所述的直接负载陶瓷载体可以分布有一涂层以增加比表面积，并且其不会随着酸处理等而出现强度降低的问题，由此作为需要具有耐用性的汽车催化剂是有前景的。然而，直接负载陶瓷载体的热膨胀系数与堇青石自身相比因引入代替元素而增加，尽管所述的增加不会与形成涂层的情况一样大。因此，需要能够直接负载催化剂成分，同时尽可能地抑制热膨胀系数随着代替元素的引入而增加，并且需要维持堇青石的优良性能。在这些条件下作出了本专利技术，本专利技术的目的是得到直接负载的具有更高性能和优良实用性的陶瓷载体，其中可以维持基质陶瓷的性能并且同时可以直接负载催化剂成分。专利技术概述根据本专利技术的第一个方面，陶瓷载体包含基质陶瓷，所述的基质陶瓷含有作为构成元素的Mg、Al、Si和O并且包含作为第二种成分的不同于这些构成元素的元素，以直接负载催化剂成分。本专利技术的陶瓷载体的特征在于在颗粒之间存在许多能够吸收热膨胀的微孔，孔隙率大于28％，热膨胀系数小于2.3×10-6/℃。在本专利技术的陶瓷载体中，含有构成元素Mg、Al、Si和O的陶瓷(例如堇青石)含有对催化剂成分具有强键合力的其它元素作为第二种成分，其中所述的第二种成分与堇青石形成固溶体并且可以将催化剂成分直接负载于其上。通过具有所述的结构可以在其上分散涂层。此外，由于因颗粒之间存在许多微孔，孔隙率大于28％，并且通过微孔可以吸收热膨胀，可以达到在常规的直接负载陶瓷载体中难于实现的小于2.3×10-6/℃的热膨胀系数。通过适当地选择原料，加速将用做基质的陶瓷晶体的生长并且同时防止晶体粒度的增加，可以得到具有所述的低热膨胀性的直接负载型陶瓷载体。因此，可以实现具有优良的耐热冲击性和高性能的直接负载型陶瓷载体。在根据本专利技术的第二个方面的陶瓷载体中，将堇青石用作基质陶瓷。包含构成元素Mg、Al、Si和O的基质陶瓷优选是堇青石，并且利用该材料有利于获得低热膨胀性。在根据本专利技术的第三个方面的陶瓷载体中，基质陶瓷中堇青石的量是25mol％或更高。为了维持基质陶瓷的性能，其中固溶有第二种成分的堇青石的量为25mol％或更高。具有低热膨胀性的堇青石晶体的含量的增加有利于获得低热膨胀性。在根据本专利技术的第四个方面的陶瓷载体中，将在其电子轨道内具有d或f轨道的至少一种元素用作第二种成分。引入基质陶瓷的第二种成分的元素优选对催化剂成分具有较大的键合力。具有d或f轨道的元素的能级与催化剂成分的能级接近，因此容易给出电子以有利于成键。在根据本专利技术的第五个方面的陶瓷载体中，将选自Cr、Mo、W、Co、Ti、Fe、Ga、Ni、Cu、Zn、Sc、Y、Ge、Zr和Mn中的至少一种元素用作第二种成分。这些元素是具有d或f轨道的元素。将作为第二种成分的这些元素中的一种或多种引入基质陶瓷使得其能够直接负载催化剂成分。在根据本专利技术的第六个方面的陶瓷载体中，包含作为第二种成分的W和Ti，并且作为Ti源的原料是金红石氧化钛。当将W和Ti用作第二种成分时，负载催化剂的能力提高。当将金红石氧化钛用作Ti的原料时，可以防止晶体粒度的增加，并且在颗粒之间形成可吸收热膨胀的许多亚微米至微米级的微孔，结果，热膨胀系数显著降低。在根据本专利技术的第七个方面的陶瓷载体中，在基质陶瓷的构成元素中，作为Mg源的原料是粘土矿物质。当使用粘土矿物质时，晶体在烧制时暂时分解，并且结晶反应加速，结果，可以减少晶体之间形成的热膨胀系数高的无定形相，并且可以达到降低基质陶瓷的热膨胀系数的效果。此外，当使用粘土矿物质时，可以提供有利于成型的适宜粘度，这样能够减少对天然原料的加工处理并且成本降低。在根据本专利技术的第八个方面的陶瓷载体中，作为Mg源的粘土矿物质是滑石。粘土矿物质优选为滑石，并且当使用滑石时，由于它是板状晶体，所以成型后的晶体有利于具有定向性能。该定向性能是有用的，并且因此可以降低热膨胀系数。在根据本专利技术的第九个方面的陶瓷载体中，在基质陶瓷的构成元素中，作为Al源的原料是氢氧化铝。当使用氢氧化铝时，晶体在烧制时因结晶水的蒸发而暂时分解，结晶反应加速，结果，可以减少晶体之间形成的热膨胀系数高的无定形相的量，并且可以达到降低基质陶瓷的热膨胀系数的效果。在根据本专利技术的第十个方面的陶瓷载体中，在基质陶瓷的构成元素中，作为Si源的原料是无定形氧化硅。当使用无定形氧化硅时，可以防止晶体粒度的增加并且在颗粒之间形成可吸收热膨胀的亚微米至微米级的空隙。此外，还可以防止生成不同于所需晶体的晶体，并且所产生的所需物质的量增加。在根据本专利技术的第十一个方面的陶瓷载体中，无定形氧化硅是熔融的二氧化硅或煅烧的高岭土。具体地讲，可以将熔融的二氧化硅或烧制的高岭土用作Si源并且容易得到第十方面的效果。在根据本专利技术的第十二个方面的陶瓷载体中，孔隙率是30％或更高，热膨胀系数为2.0×10-6/℃或更小。通过具有较大的空隙率，可以增加能够吸收热膨胀的空隙，并且进一步降低热膨胀系数。优选将上述原料适当地组合，由此可以实现孔隙率为30％或更高，热膨胀系数为2.0×10-6/℃或更小，并且可以得到高性能的陶瓷载体。根据第十三个方面，本专利技术提供了制备陶瓷载体的方法。本专利技术提供了一种制备包含基质陶瓷的陶瓷载体的方法，所述的基质陶瓷包含由元素Mg、Al、Si和O组成的第一种成分和包含至少一种不同于所述元素的元素的第二种成分，以直接负载催化剂成分，其中所述的方法包括提供作为所述的第二种成分的W和Ti、作为Mg源的粘土矿物质、作为Al源的氢氧化铝、作为Si源的无定形氧化硅、作为W源的钨或钨化合物以及作为Ti源的金红石氧化钛，将这些原料相混合以得到陶瓷原料，将形成的陶瓷原料捏合，将捏合后的产物成型，将成型后的产物烧制。如上所述，已发现，在制备直接负载型陶瓷载体(其包含含有Mg、Al、Si和O作为构成元素的陶瓷(例如堇青石)，其中引入对催化剂成分具有强键合力的其它元本文档来自技高网...

【技术保护点】
包含基质陶瓷的陶瓷载体，所述的基质陶瓷包含由元素Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ和Ｏ组成的第一种成分和包含至少一种不同于所述元素的元素的第二种成分，以直接负载催化剂成分，其中所述的载体由颗粒和多个颗粒之间形成的微孔所组成，所述的微孔吸收热膨胀，载体的孔隙率大于２８％并且热膨胀系数小于２．３×１０↑［－６］／℃。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：长谷智实，小池和彦，平野真一，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：JP[日本]