经纤维强化的多孔性基材制造技术

一种具有约10体积%至约60体积%的陶瓷纤维的多孔性蜂巢状基材系以多种材料组成制造。纤维材料与以颗粒为基质的材料组合以反应成形为复合结构，形成一多孔性基体。所述多孔性蜂巢状基材展现来自纤维组分的具孔隙度的开孔网络，以为多种应用提供高渗透性，例如过滤与化学方法中的催化性主体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术概括涉及多孔性蜂巢状基材，且更特定涉及由包含以纤维为基质的材料的原料所组成的多孔性蜂巢状基材。
技术介绍
先进的陶瓷材料一般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)、航空应用(如太空梭砖)、耐火的操作(如耐火砖)及电子装置(如电容器、绝缘体)。在这些环境中，多孔性陶瓷体特别用作过滤器。例如，现今的汽车工业使用陶瓷蜂巢状基材(即多孔性陶瓷体)以主导废气的催化性氧化还原及过滤微粒状的排放物。陶瓷蜂巢状基材提供过滤上的高比表面积及催化反应上的支撑体，同时，在有关汽车引擎环、境的高操作温度下，陶瓷蜂巢状基材是稳定且实质上结构可靠的。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应力影响，例如自高温度梯度产生的应力，与使材料遭受极端温度间热偏移的环境。当所欲的特性为高度多孔性时，例如过滤应用上，暴露于极端热环境的陶瓷材料的表现甚至更加受到挑战。已知作为高温环境中的过滤介质及/或催化性主体的高孔隙度钛酸铝基材材料，在许多应用中会降解及失效。
技术实现思路
本专利技术藉由使用以纤维为基质的材料来提供由一刚性纤维状微结构所产生的具机械完整性的所欲组成，提供一高孔隙度基材，从而克服先前技术缺点。本专利技术的基材适合用于严苛的环境中，如高温环境，作为过滤介质及/或催化性主体。在本专利技术的一方面，多孔性蜂巢状基材包含刚性蜂巢状外形，所述刚性蜂巢状外形具有一通道阵列。如本说明书所使用，「刚性」一词意谓该结构在处理或加工时并非可挠的或可弯曲的，展现至少100 psi的冷碎强度(cold crush strength)。本专利技术的蜂巢状基材包含约10体积％至约60体积％的陶瓷纤维，与差额的或约90体积％至约40体积％的纤维材料。所述陶瓷纤维与所述陶瓷材料形成多孔性基材的组成，其系由所述陶瓷纤维与所述陶瓷材料之间的反应所产生。所述多孔性基材中的纤维材料贡献于基材中具孔隙度的开孔网络的形成，在过滤应用上提供高渗透性与低操作背压。制造所述多孔性蜂巢状基材的方法包括混合约10体积％至约60体积％的纤维材料与差额的以颗粒为基质的材料，以提供作为所述基材的所欲组成的前驱物的材料。这些材料(代表非挥发性组分)与挥发性组分(如粘结剂与孔洞形成剂)和一液体混合，以提供一可挤制的混合物。所述混合物被挤制成为一胚体蜂巢状外形，经过干燥，并经过一系列加热加工以接续除去挥发性组分，然后烧结所述胚体蜂巢状外形以将所述前驱物反应成形为所欲的组成。在本专利技术的一方面，由以纤维为基质的材料与以颗粒为基质的材料之间的反应成形的组成，可为以纤维为基质的材料上的介面层，或是形成于以纤维为基质的材料或以颗粒为基质的材料的表面上。在本专利技术的另一方面，由以纤维为基质的材料与以颗粒为基质的材料之间的反应成形的组成，可实质上均匀地分布于所述基材中。在本专利技术的又另一方面，由以纤维为基质的材料与以颗粒为基质的材料之间的反应成形的组成，可实质上消耗掉所述纤维，使得纤维材料与陶瓷材料之间的介面实质上无法确定。本专利技术的各方面包含由纤维材料与以颗粒为基质的材料之间的反应成形的组成，包含，但不限于，钛酸铝、堇青石与碳化硅。附图说明图式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，其可以各种形式而体现。图I描述根据本专利技术的蜂巢状基材。 图2显示本专利技术的蜂巢状基材中多孔性微结构的放大区域。图3为一流程图，描述根据本专利技术制造多孔性蜂巢状基材的方法。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体现。因此，本文揭露的特定细节不应视为限制，而是作为教导熟悉本
人士实际上如何应用本专利技术的详细系统、结构或方式的代表性基础。以陶瓷纤维为基质的基材材料可用于高温隔热、过滤及主导催化反应。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、多功能过滤器、熔融金属的传输机制与过滤器、再生器核心、化学加工、固定床反应器、加氢脱硫作用、加氢裂解或加氢处理，及引擎排气过滤。以粉末为基质的陶瓷基材可经由使用有机物与孔洞形成剂而制成多孔性形式，所述有机物与孔洞形成剂在基材制造中典型的烧结程序期间挥发掉。或者，以粉末为基质的陶瓷蜂巢状基材的烧结程序可致密化陶瓷前驱物，以致于烧结后的基材材料遍含孔洞与空隙。由以粉末为基质的材料所制造之多孔性基材在烧结的材料中整体孔隙度(bulkporosity)多于50%时会明显折损。在如此高的孔隙度下，以粉末为基质的基材变得较为脆弱，并在经受温度梯度及/或机械应力时发生机械故障。此外，由以粉末为基质的陶瓷与陶瓷前驱物衍生的多孔性陶瓷基材的孔洞型态并不适用于过滤应用，因为以粉末为基质的材料中由原料的致密化及/或由有机物与孔洞形成剂的挥发，所形成的空隙空间与孔洞并未良好的互连。互连良好的开孔网络或孔洞空间展现高程度的渗透性，在过滤应用中结果为增进的流速与较低的背压和较高的功效。由以纤维为基质的原料衍生成的多孔性陶瓷基材可提供一高渗透形式的孔隙度，具有增进的结构完整性。已知以纤维为基质的材料可在低质量时提供高强度，并可承受广且突然的温度偏离而未展现热震或机械性降解。陶瓷纤维亦可用于制造高温刚性隔热板，例如用于燃烧室内衬与需抗冲击的高温环境中的真空铸造板。铸造程序也可用于形成陶瓷纤维的刚性结构，例如窑具与承载砖。当使用于此处，纤维是一材料的形式，其长宽比，即长度除以宽度，大于I。纤维的横切面通常为圆形，然而也可能是其他形状如三角形、长方形或多边形。此外，纤维宽度可能随着纤维长度或纤维切面而变化。许多种类的材料组成可以纤维形式提供。一般而言，纤维可由数种方法之一者来制造，包括但不限于，纺制、吹制、抽制或溶胶-凝胶法。大多数用于耐火隔绝的陶瓷纤维，例如硅酸铝或氧化铝纤维，具有约I微米至约25微米的直径或宽度，且更典型为3微米至约10微米。熟悉此
人士应理解，用作生产多孔性纤维基材的原料的纤维，其形状和较典型陶瓷粉末材料形成强烈对比，其中此种以颗粒为基质的材料的长宽比大约为I。图I描述根据本专利技术的蜂巢状基材。基材100具有一蜂巢状阵列的壁110，定义出相邻壁之间的通道120。基材100，更特 定而言指壁110，是由一陶瓷材料组成的多孔性微结构。参照图2，其绘示根据本专利技术的多孔性基材的横切面，绘示一包含纤维的多孔性陶瓷材料，提供一多孔性微结构200。孔洞空间220是由交叠且互相缠结的纤维210之间的空间所创造。形成壁110的多孔材料结构的基体230，是由纤维210与陶瓷材料240所形成。本
普遍已知使用纤维强化物件。一般经纤维强化的复合物包括纤维与基体的结构。纤维提供强度，而基体将纤维黏合在一起以转移强化用纤维之间的应力。已知蜂巢状陶瓷基材包括少量的纤维以提供蜂巢状结构的增强度与强化性。然而，在本专利技术的方法与装置中，所述纤维并非仅仅增强基体，而是在基体形成中与之反应，并提供贡献于由相邻且交叠的纤维之间的空间所产生的孔隙度与渗透性。本专利技术的结构与经纤维强化的物件结构之间的一个关键区别在于，本专利技术的纤维与相邻并相连接的纤维及/或连结基质反应，以形成一大致均匀的复合材料。作为制造多孔性蜂巢状基材的原料的以纤维为基质的材料，提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：