包括具有晶體無機(jī)纖維材料的水泥表皮組合物的蜂窩體結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】揭示的是一種蜂窩體支撐結(jié)構(gòu)，其包括蜂窩體和由水泥形成的外層或表皮，所述水泥包括具有25℃-600℃的第一熱膨脹系數(shù)的無機(jī)填料材料和具有25℃-600℃的第二熱膨脹系數(shù)的晶體無機(jī)纖維材料。
【專利說明】包括具有晶體無機(jī)纖維材料的水泥表皮組合物的蜂窩體結(jié) 構(gòu)
[0001] 本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C. § 119,要求于2012年2月24日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào) 61/602883的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請(qǐng)為基礎(chǔ)并將其全文通過引用結(jié)合于此。

【背景技術(shù)】
[0002] 領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明總體涉及蜂窩體結(jié)構(gòu)，具體來說，涉及陶瓷蜂窩體微粒過濾器和基材，其包 括具有晶體無機(jī)纖維材料的外表皮。
[0004] 技術(shù)背景
[0005] 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)因?yàn)槠渚哂械娜剂闲剩途眯院徒?jīng)濟(jì)方面而受到更多的關(guān)注。但是， 在美國(guó)和歐洲都對(duì)柴油機(jī)排放進(jìn)行攻擊，研究其對(duì)環(huán)境和人類的有害作用。這樣，更嚴(yán)格的 環(huán)境規(guī)則很可能對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提出和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)類似的標(biāo)準(zhǔn)。因此，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)制造商和 排放控制機(jī)構(gòu)都在嘗試實(shí)現(xiàn)更快速、更清潔、在所有操作條件下都符合最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)、 且對(duì)于消費(fèi)者成本最低的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0006] 因?yàn)椴豢深A(yù)測(cè)的干燥和燒制收縮率，目前制造的大直徑的柴油微粒過濾器和基材 不能符合初始設(shè)備制造商（OEM)和供應(yīng)鏈設(shè)定的嚴(yán)格的尺寸要求。因此，已使用冷固化陶 瓷水泥來形成堇青石整體件的外部表皮。將冷固化的陶瓷水泥混合并施涂至燒制的、成形 的基材，然后允許在環(huán)境條件下干燥或通過對(duì)流或微波在升高的溫度下干燥該濕的表皮。 然后，干燥的部分易于接收催化劑涂層和所需的任意其它下游加工。
[0007] 概述
[0008] 在一種實(shí)施方式中，蜂窩體主體包括多個(gè)沿著所述蜂窩體主體的第一和第二相對(duì) 端面軸向延伸的孔道，所述孔道包括交叉的多孔壁。將水泥混合物沉積在蜂窩體主體外周 上，所述水泥混合物包括具有25°C -600°C的第一熱膨脹系數(shù)的無機(jī)填料材料、以及具有 25°C-600°C的第二熱膨脹系數(shù)的晶體無機(jī)纖維材料。所述無機(jī)填料材料占水泥混合物的無 機(jī)固體組分總重量的至少10%，以及所述晶體無機(jī)纖維材料占水泥混合物的無機(jī)固體組分 總重量的小于25%。所述第一熱膨脹系數(shù)小于所述第二熱膨脹系數(shù)的50%。
[0009] 在另一種實(shí)施方式中，描述了一種制備蜂窩體結(jié)構(gòu)的方法，其包括擠出蜂窩體主 體，所述蜂窩體主體包括多個(gè)沿著所述蜂窩體主體的第一和第二相對(duì)端面軸向延伸的孔 道，所述孔道包括交叉的多孔壁。所述方法還包括成形所述蜂窩體主體，由此使繞著所述 蜂窩體主體的外周的多孔壁的部分暴露。此外，所述方法包括用水泥混合物涂覆該成形 的蜂窩體主體的外周。所述方法還包括干燥所述水泥混合物。所述水泥混合物包括具有 25°C -600°C的第一熱膨脹系數(shù)的無機(jī)填料材料、以及具有25°C -600°C的第二熱膨脹系 數(shù)的晶體無機(jī)纖維材料。所述無機(jī)填料材料占水泥混合物的無機(jī)固體組分總重量的至少 10%，以及所述晶體無機(jī)纖維材料占水泥混合物的無機(jī)固體組分總重量的小于25%。所述 第一熱膨脹系數(shù)小于所述第二熱膨脹系數(shù)的50%。
[0010] 在另一種實(shí)施方式中，提供一種用于施涂至陶瓷基材的水泥混合物，所述水泥混 合物包括具有25°C -600°C的第一熱膨脹系數(shù)的無機(jī)填料材料、以及具有25°C -600°C的第 二熱膨脹系數(shù)的晶體無機(jī)纖維材料。所述無機(jī)填料材料占水泥混合物的無機(jī)固體組分總 重量的至少10%，以及所述晶體無機(jī)纖維材料占水泥混合物的無機(jī)固體組分總重量的小于 25%。所述第一熱膨脹系數(shù)小于所述第二熱膨脹系數(shù)的50%。
[0011] 在以下的詳細(xì)描述中給出了本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中的部分特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì) 本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)所作描述就容易看出，或者通過實(shí)施包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利 要求書以及附圖在內(nèi)的本文所述的本發(fā)明而被認(rèn)識(shí)。
[0012] 應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都提出了本發(fā)明的實(shí)施方式，目的 是提供理解要求保護(hù)的本發(fā)明的性質(zhì)和特性的總體評(píng)述或框架。包括的附圖提供了對(duì)本發(fā) 明的進(jìn)一步的理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附圖圖示說明了本 發(fā)明的各種實(shí)施方式，并與描述一起用來說明本發(fā)明的原理和操作。
[0013] 附圖簡(jiǎn)要說明
[0014] 圖1是根據(jù)本文所述的一種實(shí)施方式的蜂窩體結(jié)構(gòu)的透視圖；
[0015] 圖2是圖1所示蜂窩體主體的端面視圖；
[0016] 圖3是可用于本文所述的實(shí)施方式的晶體無機(jī)纖維材料（硅灰石）的SEM圖像； 以及
[0017] 圖4是根據(jù)本文所述的實(shí)施方式的斷裂模量隨相對(duì)于無機(jī)填料材料（重量％ )的 纖維材料追加量（重量％)的變化。
[0018] 詳細(xì)描述
[0019] 下面詳細(xì)參考本發(fā)明的各種實(shí)施方式，這些實(shí)施方式的例子在附圖中示出。只要 有可能，在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來表示相同或類似的部分。
[0020] 如本文所使用，"生坯材料"是包括無機(jī)材料和/或有機(jī)材料的混合物的未燒制的 材料。生坯材料可包括各種無機(jī)填料材料，無機(jī)粘合材料和/或有機(jī)粘合材料，以及液體載 體。可干燥生坯材料，來除去流體含量（例如，水）。通常通過使一部分過夜靜置暴露于環(huán) 境大氣壓，來實(shí)現(xiàn)干燥，但是也可使用熱空氣、強(qiáng)制空氣、微波輻射或紅外輻射來增強(qiáng)干燥。
[0021] 如本文所使用，"煅燒"指將生坯材料加熱至小于1000°C的溫度，并保持足夠的時(shí) 段來燒掉容納于材料中的有機(jī)材料，例如在600°c下加熱約3小時(shí)。
[0022] 如本文中所用，"追加量"表示基于并相對(duì)于100重量百分比的混合物的無機(jī)組分， 如有機(jī)粘合劑、液體載體、添加劑或成孔劑的組分的重量百分?jǐn)?shù)。
[0023] 圖1和圖2顯示的是根據(jù)一種實(shí)施方式的一種示例蜂窩體結(jié)構(gòu)10,其包括蜂窩體 主體12。蜂窩體主體12具有縱向軸線14和長(zhǎng)度L，以及包括多個(gè)交叉孔壁16,其形成在相 對(duì)面20、22之間軸線延伸的相互鄰近的孔道或通道18?？椎烂芏瓤蔀?00-900孔道/平 方英寸。典型的孔道壁厚范圍可約為0.025-1. 5毫米。如本文所使用，術(shù)語"蜂窩體"用于 包括大體上具有蜂窩結(jié)構(gòu)的材料，但是并不嚴(yán)格限制于正方形結(jié)構(gòu)。例如可以采用六邊形、 八邊形、三角形、矩形或任何其它合適形狀的形狀。多孔壁內(nèi)所含的典型孔徑可約為0. 1微 米-100微米，且孔道壁孔隙率約為15% -75%，優(yōu)選地約為25% -50%。
[0024] 蜂窩體主體12可由陶瓷材料例如堇青石（2Mg0-2Al203_5Si0 2)形成。但是，用其 它成分如Fe(鐵）、Co(鈷）、Ni(鎳）和Μη(錳）有限地取代Mg(鎂），用Ga(鈣）有限地 取代A1 (鋁），以及用Ge (鍺）有限地取代硅是可接受的。此外，堇青石相可包括堿金屬、堿 土金屬或稀土金屬。在某些情況下，蜂窩體主體12可由其它陶瓷材料制成，例如碳化硅、鈦 酸鋁、Y氧化鋁和/或多鋁紅柱石，或其組合。
[0025] 所述蜂窩體主體可以根據(jù)任何適合用來形成蜂窩體整體型主體的常規(guī)方法形成。 例如，采用任何已知的陶瓷成形的常規(guī)方法，對(duì)增塑的形成陶瓷的批料組合物進(jìn)行成形，制 成生坯體，所述常規(guī)方法包括例如：擠出，注塑，粉漿澆鑄，離心澆鑄，加壓澆鑄，干壓制等。 所述蜂窩體結(jié)構(gòu)通常是通過擠出法形成的，在此工藝中，將陶瓷材料擠出形成生坯形式，然 后對(duì)生坯進(jìn)行燒制，形成最終陶瓷結(jié)構(gòu)。在一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，擠出可以使用液壓油 缸擠出壓機(jī)，或兩段排氣單鉆擠出機(jī)或雙螺桿混合機(jī)（在出料端連接有模頭組件）進(jìn)行。可 切割擠出的材料，形成蜂窩體結(jié)構(gòu)，例如成形和大小調(diào)整至滿足發(fā)動(dòng)機(jī)制造商需求的過濾 器主體。這些擠出的生坯體可以具有任意的尺寸或形狀。
[0026] -般地，當(dāng)擠出陶瓷蜂窩體結(jié)構(gòu)時(shí)，沿著該結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度提供一固體外表面。但是， 在某些情況下，必須除去外表面。例如，可通過除去擠出的外表面，將擠出的生坯蜂窩體結(jié) 構(gòu)成形至所需的形狀和尺寸?；蛘?，可燒制生坯蜂窩體結(jié)構(gòu)，然后通過除去擠出的外表面和 所必需的任意部分的多孔壁以獲得所需的形狀和尺寸，將其研磨至所需的形狀和尺寸。可 以通過本領(lǐng)域已知的任何方法進(jìn)行成形，包括切割、砂紙打磨或者研磨掉蜂窩體結(jié)構(gòu)擠出 的外表面，以獲得所需的形狀和尺寸。一旦獲得所需的形狀和尺寸，可將水泥材料施涂至尺 寸調(diào)整的主體外周，在主體上形成新的外表面或表皮。通常，蜂窩體主體的端部沒有被水泥 覆蓋，但如有需要，可堵塞某些通道。一旦將水泥組合物施涂至蜂窩體結(jié)構(gòu)，可干燥和/或 煅燒該水泥組合物。在一些實(shí)施方式中，上面施涂了水泥的蜂窩體主體包括燒制的陶瓷材 料。在其他實(shí)施方式中，蜂窩體主體包括生坯體或煅燒的主體。在一些實(shí)施方式中，可在催 化過程中進(jìn)行煅燒的蜂窩體結(jié)構(gòu)的最終燒制。
[0027] 可使用各種方法來將水泥層施涂至蜂窩體主體12。例如，可使用分配裝置（未顯 示）來將適當(dāng)量的水泥混合物施涂至蜂窩體主體12的外表面。施涂表皮材料（如水泥）的 方法是本【技術(shù)領(lǐng)域】所公知的，在本文中不詳細(xì)討論。例如，美國(guó)專利申請(qǐng)第12/231，140號(hào) 描述了將水泥表皮施涂至蜂窩體主體的各種方法，該文的全部?jī)?nèi)容通過引用納入本文。
[0028] 因此，蜂窩體結(jié)構(gòu)10還包括外壁24,其沉積在蜂窩體主體12的外周表面上。外壁 24(下文稱為表皮24)是水泥，其包括具有在25°C -600°C之間的第一熱膨脹系數(shù)的無機(jī)填 料材料和具有在25°C _600°C之間的第二熱膨脹系數(shù)的晶體無機(jī)纖維材料。
[0029] 在示例實(shí)施方式中，所述無機(jī)填料材料占水泥混合物的無機(jī)固體組分總重量的至 少10%，以及晶體無機(jī)纖維材料占水泥混合物的無機(jī)固體組分總重量的小于25%。在示例 實(shí)施方式中，第一熱膨脹系數(shù)小于第二熱膨脹系數(shù)的50 %。
[0030] 例如，無機(jī)填料材料可占水泥混合物的無機(jī)固體組分總重量的20 % -80 %，如 25% -75%，以及例如30% -70%，以及又例如35% -65%，包括至少50%，至少60%， 或至少70%。晶體無機(jī)纖維材料可占水泥混合物的無機(jī)固體組分總重量的3%-20%，例 如5%-15%，以及例如8%-12%，包括小于10%，小于15%，或小于20%。
[0031] 在一些示例實(shí)施方式中，第一熱膨脹系數(shù)范圍可為0.5xl(TV°C -20xl(TV°C， 例如 1· 0χ1(Γ7/ °C -ΙΟχΚΓ7/ °C，以及還例如 2. OxKT7/ °C -5xl〇-7/ °C，包括小于 7xl(T7/°C，以及包括約2.5xl(T7/°C。在一些示例實(shí)施方式中，第二熱膨脹系數(shù) 范圍可為 lOxKT7/ °C -ΙΟΟχΚΓ7/ °C，例如 20xl(T7/ °C -90xl(T7/ °C，以及還例如 30xl(T7/°C -80xl(T7/°C，包括至少50xl(T7/°C以及包括約65xl(T7/°C。在一些示例實(shí)施方 式中，第一熱膨脹系數(shù)可小于5X1(T/°C，而第二熱膨脹系數(shù)可大于3〇Xl(T7/°C。在一些示例 實(shí)施方式中，第一熱膨脹系數(shù)可小于25 %的第二熱膨脹系數(shù)，例如小于20 %的第二熱膨脹 系數(shù)，以及還例如小于15%的第二熱膨脹系數(shù)，以及又例如小于10%的第二熱膨脹系數(shù)， 以及又例如小于5 %的第二熱膨脹系數(shù)，如為1 %-20 %的第二熱膨脹系數(shù)，以及還例如為 2% -10%的第二熱膨脹系數(shù)。
[0032] 在一些示例實(shí)施方式中，至少50重量％的晶體無機(jī)纖維材料的長(zhǎng)徑比（最長(zhǎng)的維 度除以最短的維度）是3:1-10:1，例如4:1-8:1。在一些示例實(shí)施方式中，小于10重量％ 的晶體無機(jī)纖維材料的長(zhǎng)徑比小于3:1。在一些示例實(shí)施方式中，小于5重量％的晶體無機(jī) 纖維材料的長(zhǎng)徑比小于3:1。在一些示例實(shí)施方式中，晶體無機(jī)纖維材料的平均長(zhǎng)徑比是 3:1-10:1，例如4:1-8:1，包括約5:1。除非另有說明，本文的所有長(zhǎng)徑測(cè)試比都是根據(jù)本

【技術(shù)領(lǐng)域】所公知的方法使用掃描電子顯微鏡（SEM)來進(jìn)行的。
[0033] 在一些示例實(shí)施方式中，晶體無機(jī)纖維材料的平均直徑為2-80微米，例如5-50 微米，以及還例如10-30微米。在一些示例實(shí)施方式中，晶體無機(jī)纖維材料的平均長(zhǎng)度是 10-500微米，例如50-400微米，以及還例如100-300微米。
[0034] 在一些示例實(shí)施方式中，晶體無機(jī)纖維材料可包括更細(xì)的纖維材料，其平均直徑 為2-10微米且平均長(zhǎng)度為10-50微米。晶體無機(jī)纖維材料還可包括較粗的纖維材料，其平 均直徑為20-60微米且平均長(zhǎng)度為100-300微米。晶體無機(jī)纖維材料還可包括中等粗度的 纖維材料，其平均直徑為10-20微米且平均長(zhǎng)度為50-100微米。
[0035] 在一些示例實(shí)施方式中，晶體無機(jī)纖維材料可以單一分布（例如，僅含較細(xì)纖維 材料、較粗纖維材料和具有中等粗度纖維材料中的一種）、雙峰分布（例如，含較細(xì)纖維材 料、較粗纖維材料和具有中等粗度纖維材料中的兩種）、三峰分布（例如，含較細(xì)纖維材料、 較粗纖維材料和具有中等粗度纖維材料中的三種）存在于水泥混合物中。
[0036] 申請(qǐng)人:令人驚訝的發(fā)現(xiàn)，較細(xì)的纖維材料與某些示例水泥混合物中存在更少量的 所述纖維材料相關(guān)，就至少一種性質(zhì)而言該水泥混合物具有類似的特征。因此，一組示例 實(shí)施方式包括水泥混合物，其包括占水泥混合物的無機(jī)固體組分總重量的3% -10%的晶 體無機(jī)纖維材料，其中晶體無機(jī)纖維材料的平均直徑是2-10微米且平均長(zhǎng)度是10-50微 米。示例實(shí)施方式包括含水泥混合物的那些，其包括占水泥混合物的無機(jī)固體組分總重量 的5%-15%的晶體無機(jī)纖維材料，其中晶體無機(jī)纖維材料的平均直徑是10-20微米且平均 長(zhǎng)度是50-100微米。示例實(shí)施方式包括含水泥混合物的那些，其包括占水泥混合物的無機(jī) 固體組分總重量的10% -20%的晶體無機(jī)纖維材料，其中晶體無機(jī)纖維材料的平均直徑是 20-60微米且平均長(zhǎng)度是100-300微米。
[0037] 在一些示例實(shí)施方式中，小于5重量％，例如小于2重量％以及還例如小于1重 量％的晶體無機(jī)纖維材料的直徑大于250微米。在一些不例實(shí)施方式中，晶體無機(jī)纖維材 料基本上不含直徑大于250微米的材料。
[0038] 在一些示例實(shí)施方式中，小于5重量％，例如小于2重量％以及還例如小于1重 量％的晶體無機(jī)纖維材料的直徑大于200微米。在一些不例實(shí)施方式中，晶體無機(jī)纖維材 料基本上不含直徑大于200微米的材料。
[0039] 在一些示例實(shí)施方式中，小于5重量％，例如小于2重量％以及還例如小于1重 量％的晶體無機(jī)纖維材料的直徑大于150微米。在一些不例實(shí)施方式中，晶體無機(jī)纖維材 料基本上不含直徑大于150微米的材料。
[0040] 在一些示例實(shí)施方式中，小于5重量％，例如小于2重量％以及還例如小于1重 量％的晶體無機(jī)纖維材料的直徑大于1〇〇微米。在一些不例實(shí)施方式中，晶體無機(jī)纖維材 料基本上不含直徑大于100微米的材料。
[0041] 在一些示例實(shí)施方式中，小于5重量％，例如小于2重量％以及還例如小于1重 量％的晶體無機(jī)纖維材料的直徑大于50微米。在一些示例實(shí)施方式中，晶體無機(jī)纖維材料 基本上不含直徑大于50微米的材料。
[0042] 在一些示例實(shí)施方式中，晶體無機(jī)纖維材料主要由長(zhǎng)徑比為2:1的無機(jī)纖維組 成。在一些示例實(shí)施方式中，晶體無機(jī)纖維材料包括小于5重量％，例如小于2重量％以及 還例如小于1重量％的丸材料或填料材料。在一些示例實(shí)施方式中，所述晶體無機(jī)纖維材 料基本上不含丸材料或填料材料。
[0043] 在一些示例實(shí)施方式中，至少95重量％，例如至少98重量％以及還例如至少99 重量％的晶體無機(jī)纖維材料的長(zhǎng)徑比為至少2:1。在一些示例實(shí)施方式中，基本上所有的晶 體無機(jī)纖維材料的長(zhǎng)徑比為至少2:1。
[0044] 在一些示例實(shí)施方式中，晶體無機(jī)纖維材料包括天然形成的晶體無機(jī)纖維材料。 在一些示例實(shí)施方式中，晶體無機(jī)纖維材料包括堿土金屬硅酸鹽，例如天然形成的堿土金 屬硅酸鹽。合適的堿土金屬硅酸鹽的示例是硅灰石（CaSi0 3)，例如以商標(biāo)名Ultrafibe II 市售的那些，可從美國(guó)紐約州威爾斯鮑羅的尼克礦物公司（NYCO Minerals Incorporated) 購(gòu)買。硅灰石的SEM圖像顯示其纖維狀性質(zhì)，見圖3。
[0045] 在一些示例實(shí)施方式中，無機(jī)填料材料包括至少一種研磨的堇青石和熔凝二氧化 娃玻璃粉末。
[0046] 在一些示例實(shí)施方式中，無機(jī)填料材料包括堇青石，例如研磨的堇青石。
[0047] 在一些示例實(shí)施方式中，無機(jī)填料材料包括玻璃粉末，例如熔凝二氧化硅玻璃粉 末。
[0048] 玻璃粉末填料材料的中值粒度（D50)是10-20微米，例如最小粒度是7-75微米， 且最大粒度是50-70微米。粒度測(cè)定為質(zhì)量基等價(jià)的球形直徑。玻璃粉末填料材料例如可 占水泥的總無機(jī)組分的60重量％ -80重量％。合適的二氧化硅粉末填料材料，例如以商 品名Teco-Sil出售的那些，可從美國(guó)田納西州的田納西電子礦物公司的CE礦物公司（CE Minerals of Tennessee Electro Minerals Incorporated)購(gòu)買。除非另外說明，使用麥 克卓克有限公司（Microtrac Inc.)的粒度分析設(shè)備進(jìn)行本文所有的粒度測(cè)量。
[0049] 在另一種實(shí)施方式中，蜂窩體結(jié)構(gòu)10的表皮24可包括無定形的基于玻璃的水泥， 該水泥由一種組合物形成，所述組合物包括第一（細(xì)）玻璃粉末作為低熱膨脹填料材料、第 二（粗）玻璃粉末作為低熱膨脹填料材料、晶體無機(jī)纖維材料、粘合劑和用于攜帶基于玻璃 的水泥的固體組分的溶劑或載體。在一些示例實(shí)施方式中，第一玻璃粉末填料材料和第二 玻璃粉末填料材料的玻璃都是無定形的熔凝二氧化硅，其粒度大于約1微米。玻璃粉末填 料材料的粒度分布可以是多峰的，即粒度大于約1微米的玻璃粉末填料材料的分布呈現(xiàn)多 種模式（局部最大）的粒度。在一種實(shí)施方式中，無定形的基于玻璃的水泥具有粒度大于 約1微米的無定形玻璃顆粒的雙峰粒度分布?；诓ＡУ乃嗫砂ǖ谝徊ＡХ勰┨盍喜?料，其中第一玻璃粉末填料材料的中值粒度（D50)范圍可約為10微米-約50微米，約為 15微米-約50微米，約為20微米-約45微米或約為30微米-約45微米，且D10范圍 約為1微米-約10微米，D90范圍約為25微米-約125微米。第二玻璃粉末填料材料的中 值粒度（D50)范圍約為150微米-約300微米，約為150微米-約250微米，約為170微 米-約230微米，約為180微米-約220微米，D10范圍約為100微米-約150微米，D90 范圍約為250微米-約350微米。粒度測(cè)定為質(zhì)量基等價(jià)的球形直徑。如本文所使用，術(shù) 語"D50"表示粒度分布的中值，D10指單位為微米的粒度且10%的分布小于該粒度，以及 D90指單位為微米的粒度且90%的分布小于該粒度。除非另外說明，使用麥克卓克有限公 司（Microtrac Inc.)的粒度分析設(shè)備進(jìn)行本文所有的粒度測(cè)量。
[0050] 基于玻璃的水泥可包括例如下述范圍量的第一玻璃粉末填料材料：約為20% -約 60重量％的水泥的無機(jī)固體組分的總重量，約為25% -約50重量％，約為25% -約40重 量％，或者約為25%-約35重量％?；诓ＡУ乃嗫砂ɡ缦率龇秶康牡诙Ａ?粉末填料材料：約為10% -約40重量％水泥的無機(jī)固體組分的總重量，約為15% -約40 重量％，約為20%-約35重量％。
[0051] 在一種實(shí)施方式中，第一玻璃粉末填料材料的D50范圍約為34微米-約40微米， 且第二玻璃粉末填料材料的中值粒度范圍約為190微米-約280微米。在一種實(shí)施例中， 第一玻璃粉末填料材料的D10約為6. 0微米，D50約為34. 9微米且D90約為99微米。在 另一種實(shí)施例中，第一玻璃粉末填料材料的D10約為6. 7微米，D50約為39. 8微米且D90 約為110. 9微米。還在另一種實(shí)施例中，第一玻璃粉末的D10約為2. 7微米，D50約為13.8 微米且D90約為37. 8微米，且又在另一種實(shí)施例中，第一玻璃粉末填料材料的D10約為2. 8 微米，D50約為17. 2微米且D90約為47. 9微米。
[0052] 第二玻璃粉末填料材料對(duì)第一玻璃粉末填料材料之比的范圍可約為1:4_約1: 1， 例如約為1:3. 5-約1:1，約為1:3-約1:1，約為1:2. 5-約1:1，約為1. 2-約1:1或者約 為1:1. 5-約1:1。在一示例實(shí)施方式中，第二玻璃粉末填料材料對(duì)第一玻璃粉末填料材料 之比的范圍可約為1:1。
[0053] 為了提供本發(fā)明的水泥組合物，可用合適的有機(jī)和/或無機(jī)粘合劑材料，將含任 意上述無機(jī)粉末的無機(jī)粉末和任意任選的無機(jī)添加劑組分混合到一起。有機(jī)粘合劑材 料可包括一種或更多種有機(jī)材料，例如纖維素醚、甲基纖維素、乙基纖維素、聚乙烯醇、聚 環(huán)氧乙烷等，或者在一些實(shí)施方式中是膠狀材料例如Actigum?、黃原膠或膠乳。例如， A4Methocel是一種合適的有機(jī)粘合劑。Methocel A4是一種水溶性甲基纖維素聚合物粘 合劑，可從陶氏化學(xué)公司（Dow Chemical)購(gòu)買。例如，有機(jī)粘合劑材料可以0.1%-10重 量％，例如0. 2% -5%，以及還例如0. 5% -2%的量存在于水泥組合物中。
[0054] 合適的無機(jī)粘合劑可包括膠體二氧化硅或氧化鋁，其包括懸浮于合適的液體如水 中的納米尺度的二氧化硅或氧化鋁顆粒。例如，無機(jī)粘合劑材料可以小于約2% -35%存在 于水泥的無機(jī)固體的總重量的量存在于水泥組合物中，且在一些實(shí)施方式中，無機(jī)粘合劑 以5% -30%的量存在，且在一些其它實(shí)施方式中，無機(jī)粘合劑以10% -25%的量存在。合 適的膠體二氧化硅粘合劑材料是W.R.格蕾絲公司（W.R.Grace)生產(chǎn)的Ludox HS-40。典型 的膠體粘合劑材料可包括大約40重量％的固體材料，作為在去離子水載體中的懸浮液。
[0055] 通常，用于提供可流動(dòng)的或膏狀稠度的優(yōu)選的液體載體或溶劑包括水，例如去離 子（DI)水，但也可使用其它材料。液體載體含量可作為追加量存在，其量小于或等于約 30%的水泥混合物的無機(jī)組分的總重量，例如范圍約為10% -約25%的水泥混合物的無機(jī) 組分的總重量。但是，通常調(diào)節(jié)液體載體，以獲得適于容易施涂水泥的粘度。
[0056] 在一些實(shí)施方式中，水泥還可任選地包括有機(jī)改性劑，例如用于增強(qiáng)水泥和蜂窩 體之間的粘附的粘附促進(jìn)劑。例如，已發(fā)現(xiàn)Michem 4983適于這個(gè)目的。
[0057] 在一些示例實(shí)施方式中，水泥混合物在小于1000°C的溫度，例如小于800°C的溫 度，以及例如小于600°C的溫度，以及又小于400°C的溫度，以及還又例如小于200°C的溫度 下固化。在一些示例實(shí)施方式中，水泥混合物能在室溫下固化（即，在約25°C下）。
[0058] 下文的表1列出了用于不同水泥混合物（不含水）的四種不同的批料，第一種 是比較性的，第二、第三和第四種對(duì)應(yīng)于本文所述的實(shí)施方式，各水泥混合物包括：（i)無 定形熔凝二氧化硅填料材料，其粒度大于1微米且從25°C到600°C的熱膨脹系數(shù)小于 5xl(TV°C ;以及（ii)晶體無機(jī)纖維材料（硅灰石），其平均長(zhǎng)徑比為4:1-8:1且熱膨脹系 數(shù)大于50xl(T7/°C ;其中第一二氧化硅粉末填料材料和晶體無機(jī)纖維材料的重量百分?jǐn)?shù)表 示為水泥的總無機(jī)組分的百分?jǐn)?shù)。
[0059] 表 1
[0060]

【權(quán)利要求】
1. 一種蜂窩體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括： 蜂窩體主體，其包括多個(gè)沿著所述蜂窩體主體的第一和第二相對(duì)端面軸向延伸的孔 道，所述孔道包括交叉的多孔壁； 沉積在蜂窩體主體外周上的水泥混合物，所述水泥混合物包括具有25°C -600°c的第 一熱膨脹系數(shù)的無機(jī)填料材料以及具有25°C -600°C的第二熱膨脹系數(shù)的晶體無機(jī)纖維材 料，其中： 所述無機(jī)填料材料占水泥混合物的無機(jī)固體組分總重量的至少10%，以及所述晶體無 機(jī)纖維材料占水泥混合物的無機(jī)固體組分總重量的小于25% ;以及 所述第一熱膨脹系數(shù)小于所述第二熱膨脹系數(shù)的50%。
2. 如權(quán)利要求1所述的蜂窩體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述水泥混合物在小于1000°C的溫 度下固化。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的蜂窩體結(jié)構(gòu)，其特征在于，至少50重量％的所述晶體無機(jī) 纖維材料具有3:1-10:1的長(zhǎng)徑比。
4. 如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的蜂窩體結(jié)構(gòu)，其特征在于，小于5重量％的所述晶體 無機(jī)纖維材料的直徑大于250微米。
5. 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的蜂窩體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述無機(jī)填料材料占水 泥混合物的無機(jī)固體組分總重量的20% -80%，所述晶體無機(jī)纖維材料占水泥混合物的無 機(jī)固體組分總重量的3%-20%，所述第一熱膨脹系數(shù)范圍是0.511(^/1：-2(^1(^/1：，且所 述第二熱膨脹系數(shù)范圍是l〇xl(T 7/°C -100xl0_7/°C。
6. 如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的蜂窩體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述水泥混合物在固化 后的未煅燒的斷裂模量為至少500psi。
7. 如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的蜂窩體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述晶體無機(jī)纖維材料 包括堿土金屬硅酸鹽。
8. 如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的蜂窩體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述晶體無機(jī)纖維材料 包括硅灰石（CaSi03)。
9. 如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的蜂窩體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述無機(jī)填料材料包括 選自下組的材料：熔凝二氧化硅玻璃粉末和研磨的堇青石。
10. 如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的蜂窩體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述水泥混合物還包括 有機(jī)粘合劑、無機(jī)粘合劑和液體載體。
11. 一種制備蜂窩體結(jié)構(gòu)的方法，其包括： 擠出蜂窩體主體，所述蜂窩體主體包括多個(gè)沿著所述蜂窩體主體的第一和第二相對(duì)端 面軸向延伸的孔道，所述孔道包括交叉的多孔壁； 成形所述蜂窩體主體，由此使繞著所述蜂窩體主體的外周的多孔壁的部分暴露； 用水泥混合物涂覆該成形的蜂窩體主體的外周；以及 干燥所述水泥混合物； 其中，所述水泥混合物包括具有25°C -600°C的第一熱膨脹系數(shù)的無機(jī)填料材料以及 具有25°C _600°C的第二熱膨脹系數(shù)的晶體無機(jī)纖維材料，以及其中： 所述無機(jī)填料材料占水泥混合物的無機(jī)固體組分總重量的至少10%，以及所述晶體無 機(jī)纖維材料占水泥混合物的無機(jī)固體組分總重量的小于25% ;以及 所述第一熱膨脹系數(shù)小于所述第二熱膨脹系數(shù)的50%。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，至少50重量％的所述晶體無機(jī)纖維材料 具有3:1-10:1的長(zhǎng)徑比。
13. 如權(quán)利要求11或12中所述的方法，其特征在于，小于5重量％的所述晶體無機(jī)纖 維材料的直徑大于250微米。
14. 如權(quán)利要求11-13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述水泥混合物在固化后的 未煅燒的斷裂模量為至少500psi。
15. 如權(quán)利要求11-14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述晶體無機(jī)纖維材料包括 娃灰石（CaSi03)。
16. -種用于施涂至陶瓷基材的水泥混合物，所述水泥混合物包括具有25°C -600°C的 第一熱膨脹系數(shù)的無機(jī)填料材料以及具有25°C _600°C的第二熱膨脹系數(shù)的晶體無機(jī)纖維 材料，其中： 所述無機(jī)填料材料占水泥混合物的無機(jī)固體組分總重量的至少10%，以及所述晶體無 機(jī)纖維材料占水泥混合物的無機(jī)固體組分總重量的小于25% ;以及 所述第一熱膨脹系數(shù)小于所述第二熱膨脹系數(shù)的50%。
17. 如權(quán)利要求16所述的水泥混合物，其特征在于，至少50重量％的所述晶體無機(jī)纖 維材料具有3:1-10:1的長(zhǎng)徑比。
18. 如權(quán)利要求16或17所述的水泥混合物，其特征在于，小于5重量％的所述晶體無 機(jī)纖維材料的直徑大于250微米。
19. 如權(quán)利要求16-18中任一項(xiàng)所述的水泥混合物，其特征在于，所述水泥混合物在固 化后的未煅燒的斷裂模量為至少500psi。
20. 如權(quán)利要求16-19中任一項(xiàng)所述的水泥混合物，其特征在于，所述晶體無機(jī)纖維材 料包括硅灰石（CaSi03)。
【文檔編號(hào)】C04B41/85GK104245630SQ201380010714
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月24日
【發(fā)明者】T·R·查普曼, H·K·薩爾馬, J·F·小懷特 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司