多孔陶瓷组合物、过滤器和制品制造技术

本公开涉及多孔陶瓷组合物和多孔陶瓷制品，例如蜂窝结构体和多孔陶瓷过滤器。在各种实施方式中，本文公开了一种微粒过滤器，在一些这样的实施方式中，所述微粒过滤器是汽油微粒过滤器(GPF)，且适合与汽油发动机一同使用并对其排放物进行处理，而在一些实施方式中，所述微粒过滤器是柴油微粒过滤器(DPF)，且适合与柴油发动机一同使用并对其排放物进行处理。理。理。

Porous ceramic compositions, filters, and articles

【技术实现步骤摘要】
多孔陶瓷组合物、过滤器和制品
[0001]本申请是国际申请号为PCT/US2016/065422，国际申请日为2016年12月7日的PCT国际申请进入中国国家阶段后的申请，申请号为201680072638.3，专利技术名称为“多孔陶瓷组合物、过滤器和制品”的专利技术专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求2015年12月9日提交的序列号为62/265219的美国临时申请的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其全部结合入本文。


[0004]本说明书总体上涉及多孔陶瓷材料和多孔陶瓷制品，这些多孔陶瓷制品包含主体，所述主体包含蜂窝结构，所述多孔陶瓷制品例如为包含被封堵的蜂窝结构体的多孔陶瓷过滤器。

技术介绍

[0005]对燃油效率更高的汽油车的需要已导致贫燃汽油直喷(GDI)技术的快速发展，因为这种技术相对于多点喷射发动机具有更高的功率和更低的油耗。然而，GDI发动机在运行中会产生很细的烟炱。公路驾驶环境的变化会对减少颗粒数量(PN)提出更多挑战。
[0006]因此，需要减轻诸如GDI发动机车辆这样的车辆的污染，包括从发动机排放物中捕获或除去这些细颗粒的手段。

技术实现思路

[0007]本公开涉及多孔陶瓷组合物和多孔陶瓷制品，例如蜂窝结构体和多孔陶瓷过滤器。在各种实施方式中，本文公开了一种微粒过滤器，在一些实施方式中，所述微粒过滤器适合作为汽油微粒过滤器(GPF)，且适合与汽油发动机一同使用并对其排放物进行处理，而在一些实施方式中，所述微粒过滤器是柴油微粒过滤器(DPF)，且适合与柴油发动机一同使用并对其排放物进行处理。
[0008]在一些实施方式中，本文所公开的GPF具有孔隙率、孔径和表面孔隙率，且在一些这样的实施方式中，其它性质和/或特征也适用于汽油排放微粒的除去中。例如，本文所公开的一些实施方式展现出低压降，这可体现在燃油经济性相比于现有的高孔隙率组合物的提高，其中，更低的压降可通过以下各项中的一项或更多项提供：更少的细孔(例如具有高d10的孔径分布)，这能够改善涂覆过后的压降；高的近表面孔隙率，这能够增加壁的渗透性和可涂覆性；低的d50和/或低的d90，这能够改善过滤效率；窄的孔径分布，这能够使从空白状态至涂覆状态的压降的增大最小化，从而过滤器可提供更多衬涂层(washcoat)容量；足够进行封装的更高的等静压强度。
[0009]在以下的详细描述中给出了本公开的附加特征和优点，通过所作的描述，其中的部分特征和优点对于本领域的技术人员而言是显而易见的，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所描述的实施方式而被认识。
[0010]应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都描述了各种实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各种实施方式，且与描述一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
[0011]图1示意性地图示了本文所公开的一种示例性多孔陶瓷材料“A”的孔径分布以及位于其一旁的一种比较材料“B”的孔径分布。
[0012]图2a和2b分别是由图1的多孔陶瓷材料“A”和比较多孔陶瓷材料“B”制成的多孔陶瓷制品的SEM图像。
[0013]图3a和3b分别是多孔陶瓷材料“A”和比较多孔陶瓷材料“B”的SEM图像，它们都具有80g/l的TWC衬涂层。
[0014]图4示意性地图示了由本文所公开的材料“A”制成的微粒过滤器与由比较材料“B”制成的微粒过滤器在空白和涂覆状态下的过滤效率上的差异。
[0015]图5是显示从由材料“A”制成的微粒过滤器的壁的一端至该壁的另一端的孔隙率的X射线断层摄影图像轨线。
[0016]图6是显示从由比较材料“B”制成的微粒过滤器的壁的一端至该壁的另一端的孔隙率的X射线断层摄影图像轨线。
[0017]图7显示了所测得的由材料“A”制成的300/8过滤器以及与之相比较的由材料“B”制成的比较300/8过滤器在涂覆后的压降，其中，各个过滤器涂覆有约80g/l的内部涂层。
[0018]图8显示了所测得的材料“A”的过滤器以及与之相比较的材料“B”的比较过滤器的空白和涂覆后的压降，它们都包括空白和具有1g/l的烟炱负载量两种情况。
[0019]图9显示了所测得的分别由组合物1和组合物8制成的微粒过滤器的等静压强度，它们都是本文所公开的，且具有300/8的孔几何构型。
[0020]图10显示了根据本文所公开的一种实施方式的过滤器(100)形态的陶瓷体的等距示意图。
[0021]图11显示了图10的过滤器的剖视图。
具体实施方式
[0022]下面详细描述多孔陶瓷组合物和多孔陶瓷制品的实施方式，例如蜂窝结构体和多孔陶瓷过滤器，示于附图中的那些实施方式。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的构件。
[0023]如本文所用，除非另有相反特别表述，陶瓷批料混合物中的无机组分的“重量％”“重量百分比”或“以重量百分比计”基于所包含的组分中全部无机物的总重量。本文中将有机组分特称为基于100％所用无机组分以外的追加添加物。
[0024]例如，在本文所公开的一些实施方式中，本文所公开的包含孔隙率＞60％的堇青石组合物的300cpsi 8mil(密耳)壁厚的过滤器具有足够的等静压强度以进行封装。本文中断裂模量(MOR)或弯曲强度数值是在室温下利用四点法在多孔试样条(1英寸
×
1/2英寸
×
5英寸长)上以平行于蜂窝体制品的轴向的方向测得的。弹性模量数值是在室温下使用声波
共振技术同样在多孔条(1英寸
×
1/2英寸
×
5英寸长)上以平行于轴向的方向测得，其测量是按照ASTM C 1198
‑
01或2006年6月27日提交申请的题为《用于利用共振测量非实心陶瓷材料弹性模量的方法和设备》(Methods and Apparatus For Measuring Elastic Modulus Of Non
‑
Solid Ceramic Materials By Resonance)的系列号为11/823138的共同待审美国专利申请中所描述的方法来进行，其公开内容通过引用纳入本文。
[0025]在各种实施方式中，本文公开了的一种堇青石组合物，其具有高孔隙率和窄的孔径分布以及相对较高的近表面孔隙率。例如当应用于过滤器主体(例如包含壁矩阵的蜂窝体结构体)中时，所公开的实施方式能够提供低压降和高过滤效率，且该组合物可具有窄的孔径分布，其中，细的一端的狭窄的孔径分布有助于改善涂覆后的压降，而粗的一端的狭窄的孔径分布有助于提高过滤效率，此外，这些实施方式优选具有与表面下孔隙率相似的近表面孔隙率，这有助于改善可涂覆性和穿过多孔陶瓷材料的流通性。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微粒过滤器，其包含至少一个多孔陶瓷壁，所述壁包含微结构，所述微结构包含：平均主体部分孔隙率＞62％，所述平均主体部分孔隙率利用水银孔隙率测定法测定；d10＞9μm；d50＞16μm；d
f
＜0.4；和d
b
＜1.15。2.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述平均主体部分孔隙率＞63％。3.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述平均主体部分孔隙率为63％至67％。4.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，d
b
＜1.0。5.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，d
b
＜0.9。6.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，d
b
＜0.8。7.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述微结构包含d90＜37μm。8.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述微结构包含d90＜35μm。9.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述微结构包含d90＜30μm。10.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述微结构包含d90，所述d90在25μm～37μm之间，包括端点。11.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述微结构包含d90，所述d90在25μm～35μm之间，包括端点。12.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述微结构包含d90，所述d90在25μm～30μm之间，包括端点。13.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，d10＞10μm。14.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，d10＞11μm。15.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，d10＞12μm。16.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述壁具有利用X射线断层摄影术测定的近表面孔隙率，所述近表面孔隙率与在所述壁中央30％区域的平均中间网孔隙率相差小于10％。17.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述壁具有利用X射线断层摄影术测定的近表面孔隙率，所述近表面孔隙率与在所述壁中央30％区域的平均中间网孔隙率相差小于5％。18.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述微结构包含最小的近表面孔隙率＞60％，所述近表面孔隙率利用X射线断层摄影术测定。19.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述过滤器还包含至少局部设置所述壁中的衬涂层材料。20.如权利要求19所述的过滤器，其特征在于，所述衬涂层材料包含三元催化剂TWC材料、SCR材料或它们的组合。21.如权利要求19所述的过滤器，其特征在于，所述负载有衬涂层的过滤器的CTE比未涂覆的多孔陶瓷壁的CTE大不超过10％，且比未涂覆的多孔陶瓷壁的CTE小少于10％。22.如权利要求19所述的过滤器，其特征在于，所述负载有衬涂层的过滤器的CTE比未
涂覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：