制备含多孔α碳化硅的本体的方法和由该方法制备的本体技术

本发明专利技术涉及一种制备含有多孔α‑SiC的成形体的方法和由该方法所制备的含有多孔α‑SiC的成形体，该多孔的含有α‑SiC的成形体包括高于60％的浓度的他形晶体。含有多孔α‑SiC的成形体显示出提供高度机械稳定性的特征微观结构。该产品被用作柴油颗粒过滤器和/或用作催化剂载体。一种制备多孔碳化硅产品的方法，所述方法包括：‑制备包括硅、碳、至少一种硅化物形成和碳化物形成试剂(例如Al、Zn或Mg)、以及至少一种合金形成试剂(Cu)的混合物。

Method for preparing body containing porous alpha silicon carbide and body prepared by the method

The present invention relates to a method for preparing a form containing a porous alpha SiC and a forming body containing a porous alpha SiC prepared by the method. The porous forming body containing alpha SiC includes a shape crystal with a concentration above 60%. The molded body containing porous alpha SiC shows a characteristic microstructure providing high mechanical stability. The product is used as diesel particulate filter and / or used as catalyst carrier. A method for preparing a porous silicon carbide product. The method comprises the preparation of a mixture of silicon, carbon, at least one silicide formation and carbide forming reagents (for example, Al, Zn or Mg), and at least one alloy forming reagent (Cu).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制备含多孔α碳化硅的本体的方法和由该方法制备的本体
本专利技术涉及一种制备含有多孔α-SiC的成形体的方法和由该方法所制备的含多孔α-SiC成形体。
技术介绍
基于SiC的材料用于多种不同的应用，特别是用于在需要高温下的高稳定性或高耐腐蚀性的情况下的应用。基于高度多孔、轻量的SiC的陶瓷越来越多地用作用于催化剂的载体以及用作在高温下净化废气的过滤材料。特别地，例如，过滤器用来减少柴油机排气中煤烟的比例。过滤器也可涂覆有催化剂，以既帮助煤烟的燃烧，又帮助残余烃类和一氧化碳的氧化以及用于NOx还原的选择性催化还原(SCR)。过滤器可以采取壁流式整料的形式。陶瓷壁流式整料是柴油过滤器基板的最常见类型。除了柴油机过滤器设计外，它们还具有高的每单位体积的表面积和高的过滤效率等特点。整体柴油过滤器由许多小的平行通道组成，该平行通道迫使柴油气雾通过作为机械过滤器的多孔基板壁。为了反映这种流动模式，基板被称为壁流式整料。壁流式过滤器壁具有在制备工艺中必须小心控制的细孔分布。总的材料可进入的孔隙率(accessibleporosity)典型地在45％和50％之间或更高。整体壁流式过滤器上的过滤机制是滤饼和深度过滤的组合。典型地，整体过滤器具有在约70％和95％之间的总颗粒物(TPM)的过滤效率。壁流式整料典型地由多孔陶瓷材料制成。市售过滤器中最常用的两种材料包括堇青石和碳化硅(SiC)。市售高孔隙率过滤器(例如具有高于55％的可进入的孔隙率)通常非常脆，因此非常易碎。目前的制备SiC过滤器的方法也是高能耗的，这是因为它们在高温下操作并且需要多个使制备成本非常高的步骤。因此，具有增强的力学稳定性的高孔隙率碳化硅过滤器也将是有利的。此外，制备高孔隙率碳化硅过滤器的改进的低能耗方法减少了所需步骤的数量并因此降低其成本将是有利的。专利技术目的本专利技术的目的是提供当与制备多孔碳化硅产品的常规方法相比时，更便宜、减少所需步骤的数量并降低成本的制备高孔隙率碳化硅产品的方法。本专利技术的目的还在于通过制备具有最少量的非期望的副产品晶体和大量的他形晶体的高孔隙率碳化硅产品来提供具有高的力学稳定性的高孔隙率碳化硅产品，该他形晶体具有在晶体之间的高度互连、窄孔、晶体尺寸分布以及在原位生长的厚的稳定的氧化硅层。
技术实现思路
因此，在本专利技术的一个方面，上述目的和多个其他目的旨在通过提供一种制备多孔碳化硅产品的方法来获得，该方法包括：制备包括硅、碳、至少一种硅化物形成和碳化物形成试剂、以及至少一种合金形成试剂的混合物；通过加工该混合物而制备整体结构；对整体结构施加加热。本专利技术的方法将至少一种硅化物形成和碳化物形成试剂与至少一种合金形成试剂组合在用于制备多孔碳化硅产品的混合物中。这种组合是必需的，以获得具有所需晶体结构和所需性能的多孔碳化硅产品。硅化物形成和碳化物形成试剂具有的功能是：通过与硅形成合金并因此降低硅化所需的温度而促进硅化。然而，硅化物形成和碳化物形成试剂的使用具有促进不规则晶体生长和形成大的三元碳化物晶体的缺点，这使结构非常脆并且会干扰任何洗涂(washcoating)工艺。面对该问题，专利技术人通过向包括硅、碳和一种硅化物形成试剂的混合物中添加至少一种合金形成试剂设计了本专利技术。合金形成试剂的存在避免了不规则的晶体生长并减少了三元碳化物的形成。合金形成试剂与硅化物形成和碳化物形成试剂合金化，并且使硅化物形成和碳化物形成试剂保持为液态形式，从而避免大晶体、特别是三元碳化物的形成。合金形成试剂因此可以具有与硅化物形成和碳化物形成试剂合金化从而防止其在高温下蒸发的功能。该至少一种合金形成试剂可以是帮助碳化硅氧化的试剂，例如帮助碳化硅的表面氧化。帮助碳化硅氧化的试剂可以具有促进碳化硅表面的有限氧化并因此促进在碳化硅表面上形成氧化硅保护层的功能。氧化硅保护层可以具有在50nm和100nm之间的范围内的最佳厚度。所述至少一种合金形成试剂可以是帮助碳化硅氧化的合金形成试剂。因此，结合与硅化物形成和碳化物形成试剂合金化的第一功能，合金形成试剂可具有第二功能：促进碳化硅表面的有限氧化并因此促进氧化硅保护层在碳化硅表面上的形成。最终的碳化硅产品的特征在于α碳化硅结构上的二氧化硅层，以及特征在于提供增强的力学稳定性的特征微观结构。因此，需要至少一种硅化物形成和碳化物形成试剂与至少一种合金形成试剂的组合，以实现本专利技术所需的结构，本专利技术的结构的特征在于：不存在大晶体、存在高百分数的他形晶体和存在具有最佳厚度的二氧化硅层。至少一种硅化物形成和碳化物形成试剂与至少一种合金形成试剂的组合提供了特征微观结构，该特征微观结构的特征在于：-使晶粒尺寸分布变窄；-不存在不规则的晶粒生长；-存在高百分数的他形晶体形状；-在晶体之间的高度互连；-存在厚的二氧化硅层；-高的力学稳定性；-没有大的副产品晶体。该至少一种硅化物形成和碳化物形成试剂可以包括金属元素。该至少一种合金形成试剂可以包括金属元素。因此，混合物可以包括第一金属和第二金属，即可以是两种金属的混合物。第一金属可以具有保持较低的硅化温度的功能，因此可以具有降低硅化温度的功能。第二金属可以具有避免第一金属蒸发并促进在碳化硅产品的外表面上形成二氧化硅的功能。该混合物还可以包括其他化合物，例如聚合物。该混合物还可以包括促进孔的形成的试剂，例如，可以是基于聚合物的成孔剂。包括硅、碳、至少一种硅化物形成和碳化物形成试剂以及至少一种合金形成试剂的混合物也可称为初始混合物或起始混合物。在一些实施方案中，制备整体结构的混合物的加工是通过挤出或通过对混合物施加压力来进行的。该混合物可以被挤出成整体结构或整料。在另一些实施方案中，施加加热包括在700℃和1000℃之间的温度下，在受控气氛中，在1小时和24小时之间的时段内使所制备的所述整体结构进行热解。热解是通常在不存在氧气或空气的情况下在高温下进行的有机材料的热化学分解。热解包括化学成分和物相的同时变化并且是不可逆的。在本专利技术的方法中，热解在受控的气氛中进行。受控气氛可以是惰性气氛。惰性气氛是指含有少量氧气或不含氧气的气体混合物，且主要由非反应性气体组成或由在反应前具有高阈值的气体组成。例如，惰性气氛可以包括氮气、氩气或氦气。受控气氛也可以不是惰性气氛。例如，受控气氛可以包括在高温下可反应的氮气。在热解的温度处理之后，施加至少三种另外的温度处理。因此，在一些实施方案中，施加加热的步骤还包括：-对所制备的所述整体结构施加其中温度在室温和2100℃之间变化的至少三种温度处理。室温定义为约20℃至26℃且其平均值为23℃。温度处理可以是骤变步骤或温度梯度(例如平滑的温度梯度)，因此对整体结构施加温度梯度变化。温度处理也可以被称为温度梯度。在一些实施方案中，至少三种温度处理包括：第一温度处理：在惰性气氛或真空中，在850℃和1500℃之间，在1小时和24小时之间的时段；第二温度处理：在受控气氛中，在1500℃、高达2100℃和回到室温之间，在1小时和24小时之间的时段；第三温度处理：在氧化气氛中，在室温、高达1150℃和回到室温之间。第一温度处理可发生在惰性气氛中，例如在氩气或真空中。第二温度处理可发生在受控的气氛中，例如在氩气中。第三温度处理可发生在氧化气氛中，因此该条件会提供所制备的SiC表面的氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有整体结构的多孔碳化硅产品，所述多孔碳化硅产品包括高于60％的浓度的他形晶体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.25 EP 15182296.21.一种具有整体结构的多孔碳化硅产品，所述多孔碳化硅产品包括高于60％的浓度的他形晶体。2.根据权利要求1所述的多孔碳化硅产品，包括低于40％的浓度的自形晶体。3.根据权利要求1-2中任一项所述的多孔碳化硅产品，包括含Al的三元碳化物晶体，所述含Al的三元碳化物晶体具有低于150μm的晶粒尺寸，例如具有低于100μm的晶粒尺寸，例如具有在80μm和20μm之间的晶粒尺寸。4.根据权利要求1-3中任一项所述的多孔碳化硅产品，其中互连的SiC晶体的晶粒尺寸小于30μm，例如在20μm和2μm之间。5.根据权利要求1-4中任一项所述的多孔碳化硅产品，具有高于3MPa的壁强度。6.根据权利要求1-5中任一项所述的多孔碳化硅产品，具有在50％和70％之间的可进入的孔隙率。7.根据权利要求1-6中任一项所述的多孔碳化硅产品，包括具有在10μm和25μm之间的范围内的尺寸的孔。8.根据权利要求7所述的多孔碳化硅产品，其中至少50％的所述孔具有在10μm和25μm之间的范围内的尺寸。9.根据权利要求1-8中任一项所述的多孔碳化硅产品，包括痕量的至少一种第2族元素的金属元素。10.根据权利要求1-9中任一项所述的多孔碳化硅产品，包括痕量的至少一种第12族元素的金属元素。11.根据权利要求1-10中任一项所述的多孔碳化硅产品，包括痕量的至少一种第11族元素的金属元素。12.根据权利要求1-11中任一项所述的多孔碳化硅产品，包括具有在50nm和100nm之间的厚度的氧化硅层。13.根据权利要求1-12中任一项所述的多孔碳化硅产品，其中所述多孔碳化硅产品是过滤器。14.根据权利要求1-13中任一项所述的多孔碳化硅产品，其中所述多孔碳化硅产品是柴油颗粒过滤器(DPF)。15.一种制备根据前述权利要求中任一项所述的多孔碳化硅产品的方法，所述方法包括：-制备包括硅、碳、至少一种硅化物形成和碳化物形成试剂、以及至少一种合金形成试剂的混合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：珍妮特·哈瓦姆，特伦斯·埃德温·华纳，托马斯·沃尔夫，
申请(专利权)人：赛丹思科大学，迪耐斯公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK