纤维状钛酸铝基材及形成所述基材的方法技术

一种具有一钛酸铝组合物的多孔纤维蜂巢状基材及生产所述基材的方法。于一包括纤维材料的可挤出的混合物中提供钛酸铝的前驱物，以形成一胚体蜂巢状基材。当固化后，钛酸铝的前驱物形成一钛酸铝组合物，以纤维材料界定多孔微结构。提供包括钛酸铝的各种复合结构以形成一可经配置（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ）为过滤介质及／或一触媒基体（ｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｈｏｓｔ）的多孔蜂窝状基材。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术概括地涉及纤维状钛酸铝材料，且更尤其涉及钛酸铝及包括多个由钛酸铝材料所组成的纤维的钛酸铝复合材料。
技术介绍
先进的陶瓷材料广泛地利用于设置在不友善环境中的系统中，例如，举例而言，汽车引擎(如，触媒转化器)、航天应用(如，航天飞机磁砖)、耐火(refractory)的运作(如， 耐火砖)及电子装置(如，电容器、绝缘体)。在这些环境中，多孔陶瓷体尤其用作过滤器。 例如，现今的汽车工业使用陶瓷蜂窝状基材(即一多孔陶瓷体)以主导(host)废气的触媒氧化及还原，以及过滤微粒状的排放物。陶瓷蜂窝状基材提供用于过滤及触酶反应支撑体的高比表面积，且同时，在与一汽车引擎环境相关的高操作温度下，陶瓷蜂窝状基材是稳定且结构上实质可靠。一般而言，陶瓷材料，例如举例而言，以钛酸铝为基质的陶瓷，是在高温环境中表现良好的惰性材料。然而，陶瓷材料并非不受热压力影响，例如那些自高温梯度所产生的压力及使所述材料遭受极端温度间的热偏移的环境。当所欲的特性为高度多孔时，例如过滤应用，曝露于极端热环境的陶瓷材料的表现甚至更受到挑战。已知，作为实质上高温环境中的过滤介质及/或触媒基体的高孔隙度钛酸铝基材材料在许多应用中会降解及故障。
技术实现思路
本专利技术经由提供一种具有钛酸铝组合物的高孔隙度基材而克服现有技术的缺点， 所述基材具有硬质纤维状微结构所提供的机械完整度。本专利技术的基材适合用于严厉的环境中(例如，高温环境)作为过滤介质及/或触媒基体。在本专利技术的一方面中，纤维状钛酸铝蜂窝状基材包括一壁的蜂巢状数组，界定相邻壁间的通道，所述壁是由多个形成一具有一孔的开放网络的多孔结构的纤维所组成。在本实施方案中，所述纤维状钛酸铝微结构提供来自所述孔的开放网络且大于50%的孔隙度。在所述多个纤维的相邻纤维间形成一连结基质，以在所述结构中提供刚度及强度。所述连结基质可为玻璃、玻璃陶瓷、及陶瓷材料，包括钛酸铝。可形成各种复合材料，包括钛酸铝与二氧化硅、氧化锶、氧化镁、氧化钡、及氧化钙的至少一者。制造所述多孔钛酸铝基材的方法包括，混合钛酸铝的前驱物(即，氧化铝及二氧化钛)所述前驱物与添加剂及一流体，以提供一可挤出的混合物。所述前驱物及/或添加剂包括一纤维。挤出所述可挤出的混合物成一蜂巢状胚体基材，并固化成一纤维状钛酸铝多孔基材。所述固化程序包括干燥所述胚体基材及去除所述添加剂，接着是一烧结程序，自所述前驱物形成钛酸铝，同时保持通过纤维而界定的孔结构。所述制造多孔纤维状钛酸铝基材的方法包括，自摩尔比大约相等的氧化铝与二氧化钛而形成的化学计量的钛酸铝。变化包括由过量的氧化铝、过量的氧化硅(silica)、及额外的组合物所提供的复合结构。本专利技术的多孔纤维钛酸铝基材可具有约50%至约85%范围内的孔隙度，形成具有钛酸铝组合物的经连结的陶瓷纤维。所述经连合的陶瓷纤维可与具有玻璃连结、玻璃陶瓷连结或陶瓷连结、或任何前述组合的连结基质相连结。在一实施方案中，所述连结基质为钛酸铝，在其它实施方案中，所述连结基质为钛酸铝与二氧化硅、氧化锶、氧化钡、氧化镁、 或氧化钙的复合基质。附图说明附图构成本说明书的一部分，并包括本专利技术的例示型实施方案，其可以各种形式而示例。图1为根据本专利技术的一蜂窝状基材。图2为本专利技术的蜂窝状基材的多孔微结构的放大区域图。图3为描述根据本专利技术的生产一多孔状钛酸铝蜂窝状基材的方法的流程图。图4为本专利技术的一实施方案的蜂窝状基材的多孔微结构的放大区域图。图5为本专利技术的一另一实施方案的蜂窝状基材的多孔微结构的放大区域图。具体实施例方式以下提供本专利技术的实施例的详细描述。然而，应理解，本专利技术可以各种形式例示。 因此，此处特定的详细揭露不应视为限制，而是作为一用于教示熟习本
的人士实际上如何应用本专利技术的详细的系统、结构、或方式的代表基础。以陶瓷纤维为基础的基材材料适合用于高温隔热、过滤、及用于主导触媒反应。所述材料，以任何各种形式，可用于高温应用如触媒转化器、NOx吸附器、脱硝过滤器(DeNox filters)、多功能过滤器、熔融金属的传输机制与过滤器、再生器核心、化学程序、固定床反应器、加氢脱硫作用、加氢裂解、加氢处理、及引擎排气过滤。以粉末为基质的陶瓷材料可制成多孔形式，通过使用在烧结期间挥发的有机物及孔形成剂。或者，所述以粉末为基质的陶瓷蜂窝状基材的烧结程序可致密化 (densification)陶瓷前驱物，以并含遍及经烧结的基材材料中的孔及空隙(void space)。 以粉末为基质的材料所制成的多孔基材会明显折损(significantly compromised)。当孔隙度超过50%时，以粉末为基质的基材变得较脆弱且在任何高温或温度压力的应用中发生机械故障。此外，以粉末为基质的基材的孔隙度通常并不适用于过滤应用，因为原料致密化及/或通过有机物挥发所造成的空隙及孔并未良好地互相连通。当孔隙没有良好地互相连通时，由于具有以纤维为基质的基材，因此气体流或流体流无法穿透通过基材材料。纤维状微结构所提供的高孔隙度与高有效表面积提供低质量下的优良强度，且可承受宽广及突然的温度偏移而不显现热震(thermal shock)或机械降解。陶瓷纤维亦可用于制造高温坚硬的隔热板，例如真空铸造板，用于需要抗冲击的燃烧室的内衬及高温环境。 铸造程序亦可用于形成陶瓷纤维的坚硬结构，例如窑具及承载瓷砖(setter tiles)。当使用于此处，纤维是一材料的形式，其长宽比，S卩，长度除以宽度，大于1。纤维的横切面的形状通常为圆形，然而也可能为其它横切面形状，例如三角形、长方形、或多角型。 此外，纤维宽度可随着纤维长度或纤维切面而变化。许多型态的材料组合物可以纤维形式提供。一般而言，通过数种程序之一者以制造纤维，包括但不限于，纺、吹、拉、或溶胶凝胶程序。大多数用于耐火隔热的陶瓷纤维，例如铝硅酸盐或氧化铝纤维，具有约1微米至约25 微米的直径或宽度，且更常见为3微米至约10微米。熟习本
的人士应理解作为生产多孔纤维状基材的原料的纤维形状，与更常见的陶瓷粉末材料形成强烈的对比，陶瓷粉末材料的长宽比约为1。图1绘示根据本专利技术的蜂窝状基材。基材100具有一壁110的蜂巢状数组，界定相邻壁间的通道120。基材100，尤其是壁110，是由一具有钛酸铝组合物的以纤维为基质的材料的多孔微结构所组成。参照图2，例示多孔微结构200的放大区域图。孔空隙220是由重迭及相互纠结的纤维210间的空间而创造。重迭及相互纠结的纤维210是以经烧结的连结及/或透过一连结基质230，例如一玻璃连结、玻璃陶瓷连结或陶瓷连结，而与相邻的纤维连结。本
已广泛知悉使用纤维以强化对象。一般的纤维强化复合物包括一纤维及一基质的结构。所述纤维提供强度而所述基质则将纤维胶合(glues)在一起，以转移强化的纤维间的压力。已知蜂窝状陶瓷基材包括小量的纤维以提供蜂窝结构增强度 (strengthening)及强化性(reinforcement)。然而，在本专利技术的方法及装置中，纤维为基质，具有由相邻与重迭纤维间的空隙所提供的基质的孔隙度及渗透性(permeability)，且具有由相邻与重迭纤维间的连结所提供的基质的强度及支撑。本专利技术的结构与一经纤维强化的对象间的一关键区别在于，本专利技术的纤维与相邻及毗邻(a本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种纤维蜂巢状基材，包括：一壁的蜂巢状数组，界定相邻壁间的通道；所述壁包括一互相纠缠的纤维的基质，其形成一具有一孔的开放网络的多孔结构，所述多孔结构具有大于５０％的孔隙度；以及所述壁具有一包括钛酸铝的组合物。

【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：J·J·刘，
申请(专利权)人：美商绩优图科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US