本发明专利技术公开了包含堇青石铝镁钛酸盐陶瓷组合物的陶瓷物品和生产这种陶瓷物品的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及陶瓷组合物，更具体地，涉及包含堇青石铝镁钛酸盐的复合陶瓷组合物。
技术介绍
热膨胀小因而耐热冲击性高的耐火材料被用于诸如催化转化器基材和柴油机微粒过滤器之类在使用过程中产生高的热梯度的应用。用于这些应用的最佳材料之一是堇青石，因为其热膨胀小、熔点高、成本低。在柴油机微粒过滤器领域，人们已经认识到，更高的热容量有利于改善过滤器在再生过程中的耐久性(Hickman SAE)。为了减少吸附给定热量所需的材料的体积，希望使用体积热容量高的材料。希望材料的体积更小，因为这能减小排气流的压降并增加用于储存灰的开放体积。然而，仍要求低热膨胀。钛酸铝是少数几种能被制成热膨胀小并且体积热容量比堇青石高的材料之一。钛酸铝(AT)和含有大比例钛酸铝的复合材料有几个缺点。第一，纯的钛酸铝在低于约120(TC时为亚稳态。第二， AT的热膨胀仅在颗粒尺寸较大时才比较低，而且在窑炉中冷却时形成微裂纹。这些大颗粒和微裂纹容易使材料的机械强度较低。第三，微裂纹造成热膨胀曲线具有很大的滞后，导致瞬时热膨胀值非常高，特别是在冷却时。第四，AT基复合材料的烧制温度通常较高， 一般大于140(TC。最后，AT显示具有很高的热循环增长，碱金属元素的存在扩大5该热循环增长。为了降低分解速度，可以在钛酸铝中加入添加剂，诸如多铝红柱石、MgTi20^tlFe2Ti05。 MgTi205易于在还原条件下降低分解速度，仅仅在高水平的氧化条件下(>10%)才使分解速度减慢。Fe2Ti05易于在氧化条件下降低分解速度，在还原条件下增加分解速度(美国专利5153153， 1992)。在AT中加入第二相(second phase)如多铝红柱石以提高复合体的强度，因为在多铝红柱石晶体之间通常不会发生微开裂。多铝红柱石也是一种很好的选择，因为它也具有相当高的体积热容。其它第二相也已用于AT复合材料中，包括碱金属和碱土金属长石。然而，多铝红柱石和碱金属长石的热膨胀大于最佳热膨胀。在提供具有改善的强度同时保持低CTE的复合AT陶瓷坯体的努力中，以堇青石作为第二相是比多铝红柱石更好的选择，因为堇青石的热膨胀系数比多铝红柱石更小。然而，在任何温度下堇青石和纯的钛酸铝都不能达到热动力学平衡。提供具有低CTE、高强度和优良的热稳定性的基于堇青石和AT的复合陶瓷将代表本领域的一大进步。本专利技术提供这样的物体。
技术实现思路
本专利技术涉及一种包含堇青石铝镁钛酸盐的复合陶瓷组合物。 一个方面，本专利技术提供一种包含第一晶体相和第二晶体相的陶瓷制品，所述第一晶体相主要由钛酸铝和二钛酸镁的固溶体组成，所述第二晶体相包含堇青石。在一个实施方式中，钛酸铝和二钛酸镁的固溶体相显示出铁板钛矿的晶体结构。在另一个实施方式中，陶瓷制品的总孔隙率^P大于40体积^。另一个方面，本专利技术包括一种柴油机微粒过滤器，该过滤器由上述本专利技术的陶瓷组合物构成。在一个实施方式中，所述柴油机微粒过滤器包含蜂窝状结构，该结构具有多个轴向延伸的端部堵塞的进口室和出口室。再一个方面，本专利技术提供一种制造本专利技术的复合堇青石铝镁钛酸盐陶瓷制品的方法。该方法通常包括，首先提供包含氧化镁源、氧化硅源、氧化铝源和氧化钛源的无机批料组合物。然后，将该无机批料组合物与一种或多种加工助剂混合，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。将该增塑的陶瓷前体批料组合物成形或者形成生坯，任选地干燥，然后在能将所述生坯体有效转化为陶瓷制品的条件下进行烧制。附图简述以下参照附图进一步说明本专利技术，其中附图说明图1示出稳定的相组合沿钛酸铝(Al2Ti05)和堇青石(Mg2AUSi50,8)之间的假拟二元接合点(pseudo-binary join)随温度和组成的变化。图2示出130(TC时四元MgO-Al203-Ti02-Si02体系中以二钛酸镁、钛酸铝和堇青石为端点的三重部分的相关系。图3示出110(TC下对于对照钛酸铝陶瓷组合物和相图的堇青石/多铝红柱石/铁板钛矿区中的组合物，长度变化随时间的变化。图4说明对于对照钛酸铝陶瓷组合物和表1的堇青石/多铝红柱石/铁板钛矿组合物在950-1250'C的温度下保持100小时后，其在25-1000'C范围内的热膨胀系数的变化。图5显示根据本专利技术制造的堇青石/多铝红柱石/铁板钛矿的陶瓷壁流过滤器的代表性压降数据随烟炱负载量的变化。图6示出具有约55克/升氧化铝基面修补涂层(washing coating)的本专利技术物体的微结构。专利技术详述如上简要概述的，在一个实施方式中，本专利技术提供一种包含第一晶体相和第二晶体相的复合陶瓷体，所述第一晶体相主要由钛酸铝和二钛酸镁的固溶体(MgTi2CVAl2Ti05)构成，所述第二晶体相包含堇青石。该陶瓷体的组成的特征是包含以下组分以氧化物重量百分数为基准计，4-10%MgO、40-55%Al2O3、 25-35%Ti02、 5-25%Si02、 0-5%Y203、 0-5%La203和0-3%Fe203。在这些或其它实施方式中，本专利技术的陶瓷体的组成以氧化物为基准的氧化物和氧化物组合的重量分数表示时包含a(Al2Ti05) + b(MgTi205)+ c(2Mg0.2Al203.5Si02) + d(3Al203.2Si02) + e(MgO.Al203) + f(2MgOTi02)7+ g(Y203) + h(La203) + i(Fe203.Ti02) + j(Ti02),其中a, b, c, d, e, f, g, h， i和j是各组分的重量分数，满足(& +匕+ 0 + (1 + 6+『+§+11 + 1+_])= 1,00。为此目的，各组分的重量分数的范围分别如下0.3^a^0.75、 0.075 ^b^0.3、0.02 0.5、 0.0 $0.4、 0.0 0.25、 O.O^f^O.K 0.0^g^0.05、0.0^h^0.05、 0.0 Si $0.05禾卩0.0 S 0.20。可以认为，用于定义这些陶瓷的氧化物组成的氧化物和氧化物组合并不需要以相应的游离氧化物或晶体相存在于陶瓷物品中，除非本文中特别指出这些晶体相为这些陶瓷的特征。钛酸铝和二钛酸镁的固溶体相优选显示铁板钛矿的晶体结构。为此，铁板钛矿相的组成可取决于工艺温度以及陶瓷的总体组成(bulk composition)，因此可以由平衡条件来决定。然而，在一个实施方式中，铁板钛矿相的组成包含约20重量X至35重量X的MgTi205。而且，虽然铁板钛矿相的总体积也可以变化，但是在另一个实施方式中，总体积优选为总陶瓷组合物的50体积％至95体积％。任选地，复合陶瓷体还包含一种或多种选自下组的相多铝红柱石、假蓝宝石、氧化钛多晶型物如金红石或锐钛矿、尖晶石固溶体(MgAl204-Mg2Ti04)。当存在尖晶石相时，其组成也可以取决于工艺温度和总体组成。然而，在一个实施方式中，尖晶石相可以包含至少约95XMgAl204。而且，假如能降低烧制温度和扩大形成陶瓷组合物所需的烧制窗，陶瓷组合物也可以任选地含有一种或多种金属氧化物烧结助剂或添加剂。存在的烧结助剂的量可以是总组合物的0-5重量％，并且烧结助剂可以包括比如一种或多种金属氧化物，如Fe2TiOs、 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种包含第一晶体相和第二晶体相的陶瓷制品，所述第一晶体相主要由钛酸铝和二钛酸镁的固溶体组成，所述第二晶体相包含堇青石，其中，所述陶瓷制品的总孔隙率％Ｐ大于４０体积％。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：GA莫克尔，PD特珀谢，RR武诗丽卡，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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