本发明专利技术提供一种用于汽车催化转化器系统的蜂窝体基材，该基材由于４５－７５％的高孔隙率而具有改进的点火性能，同时保持壁厚大于２．０密耳（０．００２０英寸，０．０５０８毫米），优选２．５密耳（０．００２５英寸，０．０６３５毫米）至７密耳（０．００７０英寸，０．１７７８毫米），更优选２．５密耳（０．００２５英寸，０．０６３５毫米）至３密耳（０．００３０英寸，０．０７６２毫米）。其中值孔径为２－１０微米，热膨胀系数（ＣＴＥ）（２５－８００℃）小于１５×１０↑［－７］／℃。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及用于汽车催化转化器系统的陶瓷体，具体涉及具有减少的热质量，而且能够提供更快点火操作的高孔隙率蜂窝体基材。使用烃类气体、汽油或柴油之类烃类燃料的内燃系统排放的废气会严重污染大气。废气中的众多污染物包括烃和含氧化合物，后者包括氧化氮(NOx)和一氧化碳(CO)。汽车工业尝试减少机车发动机系统所产生污染的量已有许多年，在二十世纪七十年代中期开发出了第一批装有催化转化器系统的汽车。长期以来，优选一般是将蜂窝体结构形式的堇青石基材用作负载催化活性组分的基材，这部分是由于这种结构具有很高的耐热冲击性。近年来愈加严格的规定需要汽车市场中的催化转化器具有更高的转化效率。通过控制点火方法可以显著减少汽车排放物。占总量50％以上的汽车排放物是在进行点火之前产生的。基材的点火时间很大程度上是由其热质量决定的；具体来说，热质量较低会使得点火较快。一种达到较低热质量的方法是减小孔壁板(cell web)的厚度。因此，对具有很薄壁板(例如小于2.5密耳(0.0025英寸，0.0635毫米))的基材的需求显著增加。除了减少热质量，这些结构还应具有更大的几何表面积以及更低的背压力。尽管薄壁板的蜂窝体结构具有这些优点，但是减小孔壁板的厚度会显著降低该结构体的强度。这会在催化转化器基材的制造过程中造成问题。如果这种基材强度显著降低，制造时会发生破裂。另外，制造这些材料时也有许多要求。需要使用较小粒度、污染物含量较少的原料以防堵塞筛和模具。另外，将该批料挤压通过很窄的模缝所需的挤出压力可能会达到挤出机的极限。另一种减小催化转化器基材热质量的方法是在保持孔密度和壁厚基本恒定的同时增加孔隙率。然而，仍然很重要的是保持低的热膨胀系数以防由于热冲击发生破坏。不幸的是，已知高孔隙率和低热膨胀会降低蜂窝体基材的强度。因此，在保持高强度和低热膨胀的前提下，不需使用很薄的孔壁板便达到高孔隙率，从而改进点火性能的催化转化器基材将被视为本领域的进步。本专利技术提供了这样的结构及其制备方法。专利技术简述本专利技术涉及一种用于具有改进的点火性能的汽车催化转化器系统的高孔隙率陶瓷蜂窝体基材。在一个方面，所述由具有进口端、出口端和大量孔的蜂窝体限定的蜂窝体基材的特征还在于，孔壁的厚度大于2.0密耳(0.0020英寸，0.0508毫米)，优选为2.5密耳(0.0025英寸，0.0635毫米)至7密耳(0.0070英寸，0.1778毫米)。在一方面，本专利技术制品的总孔隙率为45-75％，优选为50-65％，最优选为55％；中值孔径为2-10微米，优选为2-4微米，最优选为3微米。在另一方面，本专利技术制品的热膨胀系数(CTE)(25-800℃)小于15×10-7/℃，优选小于10×10-7/℃。在另一方面本专利技术制品在一多孔棒样品上测得的弹性模量(MOR)强度为200-400psi，优选为350psi。本专利技术还涉及一种用来形成用于如下文所述催化转化器系统的高孔隙率陶瓷蜂窝体基材的方法。首先配合组分的批料，该批料由陶瓷粉末材料、增塑粘合剂体系以及平均粒径为1-30微米、优选2-18微米的成孔剂组成。然后将这些组分投配制成增塑的混合物。然后通过挤压使该增塑混合物通过模具，形成生坯蜂窝体，然后该结构在一定温度下烧制充足时间，形成所需性质。下面将进一步描述本专利技术制造方法的优选实施方式。附图简述结合以下详细描述、参照附图可完全理解本专利技术，在附图中附图说明图1是根据本专利技术的高孔隙率堇青石蜂窝体基材中预计改进的点火时间的化学反应模型图；图2是根据本专利技术的高孔隙率堇青石蜂窝体基材487X倍放大的扫描电子显微照片；图3是在市场上购得的堇青石蜂窝体基材487X倍放大的扫描电子显微照片。专利技术详述本专利技术的陶瓷蜂窝体基材将具有由45-75％的高孔隙率造成的具有快点火时间的很薄壁结构吸引人的性质与壁厚度大于2.0密耳(0.0020英寸，0.0508毫米)的更常规的基材结构结合起来。在一优选实施方式中，孔隙率优选为50-65％，最优选为55％。在另一优选实施方式中，壁厚为2.5密耳(0.0025英寸，0.0635毫米)至7密耳(0.0070英寸，0.1778毫米)，更优选为2.5密耳(0.0025英寸，0.0635毫米)至3密耳(0.0030英寸，0.0762毫米)。本专利技术蜂窝体的孔密度并不重要，而是取决于具体用途。通常400孔/平方英寸(62孔/平方厘米)至900孔/平方厘米(140孔/平方厘米)的孔密度适于本专利技术的目的。在一个实施方式中，本专利技术的结构具有小于15×10-7/℃，优选小于10×10-7/℃的低热膨胀系数(CTE)(25-800℃)。这种低热膨胀使蜂窝体具有高耐热冲击性，使其适用于恶劣环境。在另一实施方式中，本专利技术的结构具有高结构强度，以弹性模量(MOR)表示，在多孔棒样品上测得为200-400psi，优选350psi。本专利技术蜂窝体所用的陶瓷材料并不重要，可包括硅酸盐、氧化物、铝酸盐、氮化物、硼酸盐、碳化物和铝化物中的任一种。本专利技术特别适于包含堇青石和/或富铝红柱石的陶瓷蜂窝体基材。这些混合物的例子是0-60重量％富铝红柱石和30-100重量％堇青石，可包含通常高达10重量％的其它相。使用化学反应模型预测得知，使用本专利技术基材，点火过程可比使用类似产品减少约5.5秒。参见图1，图中显示本专利技术堇青石基材与对比堇青石基材点火时间的比较。这两种基材的几何结构均为900孔/平方英寸(140孔/平方厘米)、孔壁厚均为2.5密耳(0.0025英寸，0.0635毫米)。本专利技术的基材以63％的孔隙率为模型，对比基材以25％的孔隙率为模型。可以看到，预测在本专利技术基材中点火减少了5.5秒。这比相当的较低孔隙率对比基材快得多。本专利技术还涉及形成本专利技术结构的方法。首先配合组合的批料。该批料的组分包括陶瓷粉末材料、增塑粘合剂体系和成孔剂。本专利技术使用各种无机陶瓷粉末，包括选自硅酸盐、硼酸盐或铝酸盐玻璃或晶体或半晶体硅酸盐、氧化物、铝酸盐、硼酸盐、碳化物、氮化物、硼化物和铝化物的无定形材料、晶体材料或半晶体材料。然而，特别合适的陶瓷粉末材料包括堇青石、尖晶石、粘土、滑石、氧化铝、氢氧化铝、二氧化硅以及以下元素的氧化物钙、镁、硼、钛、锗和碱金属以及过渡金属。美国专利第6,506,336B1号揭示了一些用来形成特别适用于实施本专利技术的堇青石的陶瓷批料组合物，该专利全文参考结合在本文中。一种能够通过烧制最终形成堇青石的组合物具有以下组成33-41重量％氧化铝，46-53重量％二氧化硅和11-17重量％氧化镁。合适的用来形成堇青石的无机陶瓷粉末原料包括高纯粘土、滑石、二氧化硅、氧化铝、氢氧化铝、和能够生成氧化镁(MgO)的原料。优选的形成堇青石的粉末材料包括高岭土、滑石、氧化铝和二氧化硅。合适的粘土是KAOPAQUE-10(K10)粘土之类的平均粒度小于2微米的层状生高岭粘土，和Glomax LLTM之类的平均粒度小于2微米、表面积大于10平方米/克的煅烧粘土，它们均可购自Dry Branch Kaolin。合适的滑石的形态指数(参见美国专利第5,141,686号)大于0.8，平均粒度小于2微米(由Sedigraph粒度测定仪测得)，表面积大于5平方米/克，该滑石的一个例子是购自Luzenac America的A本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于汽车催化转化器系统的高孔隙率陶瓷蜂窝体基材，该基材具有改进的点火性能，具有进口端、出口端和大量壁厚大于２．０密耳（０．００２０英寸，０．０５０８毫米）的孔，该蜂窝体的总孔隙率为４５－７５％，中值孔径为２－１０微米，热膨胀系数（ＣＴＥ）（２５－８００℃）小于１５×１０↑［－７］／℃。
【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：XR福，侯军，JF小怀特，
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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