堇青石鋁鎂鈦酸鹽組合物及包含該組合物的陶瓷製品的製作方法
2023-05-17 10:17:36 3
專利名稱：堇青石鋁鎂鈦酸鹽組合物及包含該組合物的陶瓷製品的製作方法
技術領域：
本發明涉及陶瓷組合物，更具體地，涉及包含堇青石鋁鎂鈦酸鹽的複合陶瓷組合 物。
背景技術：
熱膨脹小因而耐熱衝擊性高的耐火材料被用於諸如催化轉化器基材和柴油機微粒過濾器之類在使用過程中產生高的熱梯度的應用。用於這些應用的最佳材料之一是堇青石，因為其熱膨脹小、熔點高、成本低。在柴油機微粒過濾器領域，人們已經認識到，更高的熱容量有利於改善過濾器在再生過程中的耐久性(Hickman SAE)。為了減少吸附給定熱量所需的材料的體積，希望使用體積熱容量高的材料。希望材料的體積更小，因為這能減小排氣流的壓降並増加用於儲存灰的開放體積。然而，仍要求低熱膨脹。鈦酸鋁是少數幾種能被製成熱膨脹小並且體積熱容量比堇青石高的材料之一。鈦酸鋁(AT)和含有大比例鈦酸鋁的複合材料有幾個缺點。第一，純的鈦酸鋁在低於約1200°C時為亞穩態。第二，AT的熱膨脹僅在顆粒尺寸較大時才比較低，而且在窯爐中冷卻時形成微裂紋。這些大顆粒和微裂紋容易使材料的機械強度較低。第三，微裂紋造成熱膨脹曲線具有很大的滯後，導致瞬時熱膨脹值非常高，特別是在冷卻吋。第四，AT基複合材料的燒制溫度通常較高，一般大於1400°C。最後，AT顯示具有很高的熱循環增長，鹼金屬元素的存在擴大該熱循環增長。為了降低分解速度，可以在鈦酸鋁中加入添加剤，諸如多鋁紅柱石、MgTi2O5和Fe2TiO515MgTi2O5易於在還原條件下降低分解速度，僅僅在高水平的氧化條件下(>10%)才使分解速度減慢。Fe2TiO5易於在氧化條件下降低分解速度，在還原條件下増加分解速度(美國專利 5153153，1992)。在AT中加入第二相(second phase)如多鋁紅柱石以提高複合體的強度，因為在多鋁紅柱石晶體之間通常不會發生微開裂。多鋁紅柱石也是ー種很好的選擇，因為它也具有相當高的體積熱容。其它第二相也已用於AT複合材料中，包括鹼金屬和鹼土金屬長石。然而，多鋁紅柱石和鹼金屬長石的熱膨脹大於最佳熱膨脹。在提供具有改善的強度同時保持低CTE的複合AT陶瓷坯體的努力中，以堇青石作為第二相是比多鋁紅柱石更好的選擇，因為堇青石的熱膨脹係數比多鋁紅柱石更小。然而，在任何溫度下堇青石和純的鈦酸鋁都不能達到熱動力學平衡。提供具有低CTE、高強度和優良的熱穩定性的基於堇青石和AT的複合陶瓷將代表本領域的一大進步。本發明提供這樣的物體。
發明內容
本發明涉及ー種包含堇青石鋁鎂鈦酸鹽的複合陶瓷組合物。ー個方面，本發明提供ー種包含第一晶體相和第二晶體相的陶瓷製品，所述第一晶體相主要由鈦酸鋁和ニ鈦酸鎂的固溶體組成，所述第二晶體相包含堇青石。在一個實施方式中，鈦酸鋁和ニ鈦酸鎂的固溶體相顯示出鐵板鈦礦的晶體結構。在另ー個實施方式中，陶瓷製品的總孔隙率％ P大於40體積％。另ー個方面，本發明包括ー種柴油機微粒過濾器，該過濾器由上述本發明的陶瓷組合物構成。在一個實施方式中，所述柴油機微粒過濾器包含蜂窩狀結構，該結構具有多個軸向延伸的端部堵塞的進ロ室和出口室。 再ー個方面，本發明提供ー種製造本發明的複合堇青石鋁鎂鈦酸鹽陶瓷製品的方法。該方法通常包括，首先提供包含氧化鎂源、氧化矽源、氧化鋁源和氧化鈦源的無機批料組合物。然後，將該無機批料組合物與ー種或多種加工助劑混合，所述加工助劑選自下組增塑劑、潤滑剤、粘合劑、成孔劑和溶剤，以便形成增塑的陶瓷前體批料組合物。將該增塑的陶瓷前體批料組合物成形或者形成生坯，任選地乾燥，然後在能將所述生坯體有效轉化為陶瓷製品的條件下進行燒制。附圖
簡述以下參照附圖進ー步說明本發明，其中圖I示出穩定的相組合沿鈦酸鋁(Al2TiO5)和堇青石(Mg2Al4Si5O18)之間的假擬ニ元接合點(pseudo-binary join)隨溫度和組成的變化。圖2示出1300°C時四元MgO-Al2O3-TiO2-SiO2體系中以ニ鈦酸鎂、鈦酸鋁和堇青石為端點的三重部分的相關係。圖3示出1100°C下對於對照鈦酸鋁陶瓷組合物和相圖的堇青石/多鋁紅柱石/鐵板鈦礦區中的組合物，長度變化隨時間的變化。圖4說明對於對照鈦酸鋁陶瓷組合物和表I的堇青石/多鋁紅柱石/鉄板鈦礦組合物在950-1250°C的溫度下保持100小時後，其在25-1000°C範圍內的熱膨脹係數的變化。圖5顯示根據本發明製造的堇青石/多鋁紅柱石/鉄板鈦礦的陶瓷壁流過濾器的代表性壓降數據隨煙炱負載量的變化。圖6示出具有約55克/升氧化招基面修補塗層(washing coating)的本發明物體的微結構。發明詳述如上簡要概述的，在一個實施方式中，本發明提供ー種包含第一晶體相和第二晶體相的複合陶瓷體，所述第一晶體相主要由鈦酸鋁和ニ鈦酸鎂的固溶體(MgTi2O5-Al2TiO5)構成，所述第二晶體相包含堇青石。該陶瓷體的組成的特徵是包含以下組分以氧化物重量百分數為基準計，4-10% MgO,40-55% Al203、25_35% TiO2,5-25% SiO2,0-5% Y203>0-5%La2O3和0-3% Fe203。在這些或其它實施方式中，本發明的陶瓷體的組成以氧化物為基準的氧化物和氧化物組合的重量分數表示時包含a (Al2TiO5)+b (MgTi2O5)+c (2MgO ·2Α1203 *5Si02)+d (3A1203 *2Si02) +e (MgO .Al2O3) +f (2Mg0 .TiO2) +g (Y2O3) +h (La2O3) +i (Fe2O3 .TiO2) +j (TiO2)，其中 a, b, c, d, e, f, g, h, i 和 j 是各組分的重量分數,滿足(a+b+c+d+e+f+g+h+i+j) =1. 00。為此目的，各組分的重量分數的範圍分別如下O. 3 ≤a ≤O. 75、0. 075 ≤bVO. 3、O. 02 ≤ c ≤ O. 5,0. O ≤ d ≤ O. 4,0. O ≤ e ≤ O. 25,0. O ^ f ^ O. 1,0. O ≤g ≤ O. 05、O. O ^ O. 05,0. O ≤i ≤O. 05和O. O ≤j ≤O. 20。可以認為，用於定義這些陶瓷的氧化物組成的氧化物和氧化物組合併不需要以相應的游離氧化物或晶體相存在於陶瓷物品中，除非本文中特別指出這些晶體相為這些陶瓷的特徵。鈦酸鋁和ニ鈦酸鎂的固溶體相優選顯示鐵板鈦礦的晶體結構。為此，鉄板鈦礦相的組成可取決於エ藝溫度以及陶瓷的總體組成(bulk composition)，因此可以由平衡條件來決定。然而，在一個實施方式中，鐵板鈦礦相的組成包含約20重量％至35重量％的MgTi2O50而且，雖然鉄板鈦礦相的總體積也可以變化，但是在另ー個實施方式中，總體積優選為總陶瓷組合物的50體積％至95體積％。任選地，複合陶瓷體還包含一種或多種選自下組的相多鋁紅柱石、假藍寶石、氧化鈦多晶型物如金紅石或銳鈦礦、尖晶石固溶體(MgAl2O4-Mg2TiO4)。當存在尖晶石相時，其組成也可以取決於エ藝溫度和總體組成。然而，在一個實施方式中，尖晶石相可以包含至少約 95% MgAl2O4。而且，假如能降低燒制溫度和擴大形成陶瓷組合物所需的燒制窗，陶瓷組合物也可以任選地含有ー種或多種金屬氧化物燒結助劑或添加剤。存在的燒結助劑的量可以是總組合物的0-5重量％，並且燒結助劑可以包括比如ー種或多種金屬氧化物，如Fe2Ti05、Y2O3和La2O3。在一個實施方式中，發現當氧化釔(Y2O3)和/或氧化鑭(La2O3)以O. 5-4. O重量％、更優地I. 0-2. O重量％的量加入時，是特別優良的燒結添加剤。為此，氧化釔或氧化鑭可以作為氧化物相存在，或與陶瓷體的一種或多種其它金屬氧化物成分形成新的相。類似地，在一些實施方式中，來自合適的鐵源的鐵氧化物以氧化亞鐵或三氧化ニ鐵或與其它氧化物的組合(如Fe2TiO5)存在時，按Fe2TiO5計算，鐵氧化物量為O重量％至3重量％ Fe2Ti05。Fe2TiO5的存在有利於減慢在氧化氣氛中的分解速度。當Fe2TiO5和尖晶石相都存在於陶瓷體中時，尖晶石固溶體也可以還包含在固溶體中的亞鐵和/或三價的鐵。根據本發明的特定實施方式，陶瓷體包含約10重量％至25重量％堇青石、約10重量％至30重量％多鋁紅柱石、約50重量％至70重量％主要由Al2TiO5-MgTi2O5固溶體組成的鐵板鈦礦相、和約O. 5重量％至3. O重量％ Y2O3添加剤。在一些情況下，本發明的陶瓷體可以包含較高水平的總孔隙率。比如，本發明可提供總孔隙率％ P為至少40%、至少45%、或者甚至至少50%的陶瓷體，孔隙率由水銀孔率計測定。除了較高的總孔隙率外，本發明的陶瓷體還包括相對較窄的孔徑分布，由較小和/或較大孔徑的最小百分數表示。為此，相對孔徑分布可以表示為孔的分數，如本文中使用的，孔分數是由水銀孔率計測量的孔隙體積除以100的體積百分數。比如，d50量值代表基於孔體積的中值孔徑，以微米計；因此，d50是陶瓷樣品的50%的開放孔隙中侵入水銀的孔徑。d90量值是90%的孔體積由直徑小於d90值的孔組成的孔徑；因此，d90也等於10體積％的陶瓷的開放孔隙侵入水銀的孔徑。而d1(l量值是10%的孔體積由直徑小於d1(l值的孔組成的孔徑；因此，d10等於90體積％陶瓷的開放孔隙中侵入水銀的孔徑。d1(l和d9(l值也以微米為單位表示。在一個實施方式中，本發明陶瓷製品中存在的孔的中值孔徑d5(l為至少ΙΟμπι，更優地至少14μπι，或更優地至少16μπι。在另ー個實施方式中，本發明陶瓷製品中存在的孔的中值孔徑d5(l不超過30 μ m,更優地不超過25 μ m,更優地不超過20 μ m。在另ー個實施方式中，本發明陶瓷製品中存在的孔的中值孔徑d5Q為10 μ m至30 μ m,更優地18 μ m至25 μ m，甚至更優地為14 μ m至25 μ m,更優地16 μ m至20 μ m。為此，當本發明的陶瓷體被用於柴油機廢氣過濾應用時，上述孔隙率值和中值孔徑值的組合在維持有用的過濾效率的同吋，可以提供低的空載壓降和煙炱負載壓降。在一個實施方式中，本發明的陶瓷製品的較窄的孔徑分布表示為比中值孔徑
小的孔徑的分布寬度，並進一歩定量為孔的分數。如本文使用的，小於中值孔徑d5(l的孔徑 的分布寬度用「」或「df」值表示，其表示為(d5CI-d1(l)/d5CI的量值。為此，本發明的陶瓷物品的(1Η 值不超過O. 50、O. 40、O. 35或O. 30。在一些優選的實施方式中，本發明陶瓷體的d_〒值不超過O. 25或者甚至O. 20。為此，較低的も值表示低的小孔分數，當本發明的陶瓷體用於柴油機過濾應用時，低的も值有利於確保低的煙炱負載壓降。在另ー個實施方式中，本發明的陶瓷製品的較窄的孔徑分布也可以由比中值孔徑d50小或大的孔徑的分布寬度表示，並進一歩定量為孔的分數。如本文使用的，比中值孔徑『小或大的孔徑的分布寬度用「d_」或「dB」值代表，其表示為(d9(l-d1(l)/d5(l量值。為此，在一個實施方式中，本發明的陶瓷結構的db值不小於I. 50、I. 25、I. 10或者甚至I. 00。在ー些特別優選的實施方式中，db值不大於O. 8，更優地不大於O. 7、甚至更優地不大於O. 6。較低的db值可以為柴油機過濾應用提供較高的過濾效率和較高的強度。在另ー些實施方式中，本發明的陶瓷體顯示導致優良的耐熱衝擊性(TSR)的低的熱膨脹係數。如本領域的普通技術人員會意識到的，TSR與熱膨脹係數(CTE)成反比。即，熱膨脹小的陶瓷體通常具有高的耐熱衝擊性，井能耐受例如在柴油機廢氣過濾應用中遭遇的寬範圍的溫度波動。因此，在一個實施方式中，本發明的陶瓷製品的特徵是具有沿至少ー個方向的較低的熱膨脹係數(CTE)，用膨脹計測量法測定，所述CTE在25至1000°C的溫度範圍內小於或等於約25. OX 10_7/°C，小於或等於約20. OX 10_7/°C，小於或等於約15. OX 10_7/。。，小於或等於約10. OX 10_7/。。，或者甚至小於或等於約8. OX 10_7/。。。而且，應該理解，本發明的實施方式能顯示任何需要的上述性質的組合。比如，在一個實施方式中，優選CTE(25-1000°C )不超過12.0X10_V°C (並優選不大於10. O X 10_7/°C )，孔隙率%P為至少45 %，中值孔徑為至少14 μ m (較優地至少18 μ m)，df值不大於O. 35 (較優地不大於O. 30)。更優地，這些示例的陶瓷體的db值不超過I. 0，更優地不超過O. 85，更優地不超過O. 75。本發明的陶瓷體可以具有適合特定應用的任何形狀或幾何結構。在本發明的陶瓷體特別適合的高溫過濾應用中，如柴油機微粒過濾中，優選陶瓷體具有多孔結構，諸如蜂窩體單塊的多孔結構。比如，在示例性的實施方式中，陶瓷體包括具有進ロ端和出口端或進ロ端面和出口端面的蜂窩體結構，以及多個從進ロ端延伸至出口端的孔，這些孔具有多孔的壁。所述蜂窩狀結構還可以具有70個孔/英寸2(10.9個孔/釐米2)至400個孔/英寸2(62個孔/釐米2)的孔密度。在一個實施方式中，這些孔的一部分在進ロ端或進ロ端面可以用組成與該蜂窩狀結構的組成相同或類似的糊料堵塞，如美國專利第4329162號中所述，該專利通過引用結合於此。只在孔端部進行堵塞的深度通常約為5至20_，但是該深度可以變化。孔中的一部分在出口端或出口端面堵塞，但這些孔不對應於在進ロ端堵塞的那部分孔。因此，每個孔僅在一端堵塞。優選的排列方式是在指定表面以跳棋盤模式每隔ー個孔進行堵塞。這種堵塞構形可使廢氣流與基材的多孔壁有更密切的接觸。廢氣流通過在進ロ端開孔流入基材，然後從多孔的孔壁通過，再通過出ロ端的開孔從該結構排出。由於交替堵塞孔產生的流動路徑需要被處理的廢氣從多孔陶瓷的孔壁通過，然後從過濾器排出，所以本文所述的這類過濾器被稱為「壁流」過濾器。本發明也提供ー種由包含特定無機粉末原料的形成陶瓷的前體批料組合物製備本發明的複合堇青石鋁鎂鈦酸鹽陶瓷製品的方法。該方法通常包含，首先提供包含氧化鎂源、氧化矽源、氧化鋁源和氧化鈦源的無機批料組合物。然後，將該無機批料組合物與ー種或多種加工助劑混合，以形成增塑的陶瓷前體批料組合物，所述加工助劑選自增塑劑、潤 滑剤、粘合劑、成孔劑和溶剤。將該增塑的陶瓷前體批料組合物成形或形成生坯體，任選地乾燥，隨後在能有效地將所述生坯體轉化為陶瓷製品的條件下進行燒制。氧化鎂源例如但不限於可以選自以下材料中的ー種或多種MgO、Mg (OH) 2、MgCO3>MgAl2O4,Mg2SiO4,MgSi03、MgTi03、Mg2Ti04、MgTi205、滑石和煅燒滑石。或者，所述氧化鎂源可以選自以下材料中的ー種或多種，鎂橄欖石、橄欖石、綠泥石或蛇紋石。較優地，氧化鎂源的中值粒徑不超過35 μ m,較優地不超過30 μ m。為此，如本文中所稱的，所有粒徑都通過雷射衍射技術來測量，諸如麥奇克(Microtrac)粒徑分析儀。氧化鋁源例如但不限於可以選自形成氧化鋁的來源，諸如剛玉、Al (OH)3、勃姆石、水鋁石、過渡氧化鋁,諸如Y-氧化鋁或P -氧化鋁。或者,氧化鋁源可以是鋁和其它金屬氧化物的複合物(compound),所述金屬氧化物諸如MgAl204、Al2TiO5、多招紅柱石、高嶺土、煅燒高嶺土、葉臘石(phyrophy 11 i te)、藍晶石等。在一個實施方式中,氧化招源的重均中值粒徑較優地為ΙΟμπι至60 μ m,更優地為20 μ m至45 μ m。在另ー個實施方式中，氧化招源可以是ー種或多種形成氧化鋁的來源和一種或多種鋁與另ー種金屬氧化物的複合物的組合。除了上述與鎂或氧化鋁的複合物以外，提供的氧化鈦源可以是TiO2粉末。提供的氧化矽源可以是SiO2粉末，諸如石英、隱晶石英、熔凝矽石、硅藻土、低鹼沸石或膠態氧化矽。此外，提供的氧化矽源也可以是與鎂和/或鋁的複合物，包括比如堇青石、綠泥石等。在另ー個實施方式中，氧化矽源的中值粒徑較優地為至少5μπι，更優地至少10 μ m,或更優地至少20 μ m。如上所述，在前體批料組合物中可任選加入ー種或多種金屬氧化物燒結助劑或添加劑，以降低燒制溫度和擴大形成陶瓷組合物所需的燒制窗。存在的燒結助劑的量可以是如總組合物的O重量％至5重量％，並且燒結助劑可以包括如ー種或多種氧化物，諸如Fe2TiO5, Y2O3和La203。在一個實施方式中，當以O. 5重量％至4. O重量％、更優地I. O重量％至2. O重量％的量加入氧化釔(Y2O3)和/或氧化鑭(La2O3)時，發現氧化釔(Y2O3)和/或氧化鑭(La2O3)是特別優良的燒結添加剤。同樣地，當以O重量％至3重量％的量加入Fe2TiO5時，其有利於減慢氧化氣氛中的分解。而且，如果需要，所述前體組合物可以含有成孔劑以便調節用於特定應用的燒制的物品的孔隙率和孔徑分布。成孔劑是能夠通過對生坯體乾燥或加熱期間的燃燒發生蒸發或汽化，以獲得所需的通常較高的孔隙率和/或較大的中值孔徑的短效物質。一種合適的成孔劑可以包括但不限於碳；石墨；澱粉；木材、殼類或堅果粉；聚合物，諸如聚こ烯珠；蠟等。使用顆粒成孔劑時，顆粒造孔劑的中值粒徑可以為ΙΟμπι至70μπι，更優地20μπι至50 μ m0形成陶瓷的無機批料組分與任選的任意燒結助劑和/或成孔劑可以與液態賦形劑和成形助劑充分混合，這些成形助劑在原料被成形為生坯體時賦予原料以塑性成形性和生坯強度。當通過擠出來實施成形時，最通常地，以纖維素醚粘合剤，諸如甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素衍生物和/或它們的任意組合作為臨時有機粘合剤，以硬脂酸鈉作為潤滑劑。成形助劑的相對量可以根據ー些因素而變化，諸如所用原料的性質和量等。 比如，成形助劑的量通常為約2重量％至約10重量％，較優地約3重量％至約6重量％甲基纖維素，和約O. 5重量％至約I重量％，較優地約O. 6重量％硬脂酸鈉或硬脂酸。通常原料和成形助劑以幹形式混合，然後與作為賦形劑的水混合。每批材料的水量可以不同，因此水量是通過預測試具體批料的可擠出性來確定的。液體賦形劑組分可以根據所用材料的類型而有所不同，以便提供最佳的操作性能和與陶瓷批料混合物中其它組分的相容性。一般，液態賦形劑的含量通常為增塑組合物的20重量％至50重量％。在一個實施方式中，所述液態賦形劑組分可以包含水。在另ー個實施方式中，根據陶瓷批料組合物的組分，應該理解，可以使用有機溶劑，諸如甲醇、こ醇或它們的混合物作為液態賦形劑。可以通過比如典型陶瓷鑄造技術(諸如單軸向壓制或等靜壓壓制)、擠出、粉漿澆鑄和注塑，由增塑的前體組合物形成或成形生坯。當陶瓷製品具有蜂窩狀幾何結構，比如催化轉化器流通載體或柴油機微粒壁流過濾器時，優選採用擠出。所得生坯體可以任選地乾燥，隨後在能有效地將所述生坯體轉化為陶瓷製品條件下在燃氣窯爐或電窯爐中燒制。比如，能有效地將生坯體轉化為陶瓷製品的燒制條件可以包括，在1250°C至1450°C、更優地1300°C至1350°C的最高熱煉(soak)溫度下加熱生坯，維持該最高熱煉溫度足夠長的時間以便使生坯體轉化為陶瓷製品，然後以一定速度冷卻，該速度不足以對燒結的製品造成熱衝擊。此外，所述有效的燒制條件可以包括在1240°C至1350°C (較優地127°C至1330°C )的第一熱煉溫度下加熱生坯體，保持該第一熱煉溫度2至10小時(較優地4至8小時)，然後在1270°C至1450°C (較優地1300°C至1350°C )的第二熱煉溫度下加熱該生坯體，保持該第二熱煉溫度2至10小時(較優地4至8小吋)，然後同樣以不足以對燒結的製品造成熱衝擊的速度進行冷卻。為了獲得壁流過濾器，如本領域已知的，對蜂窩體結構的一部分孔在進ロ端或進ロ端面進行堵塞。堵塞僅僅在孔的端部，堵塞深度通常約為I至20_，但是可以變化。與在進ロ端進行堵塞的那些孔不對應的一部分孔的出ロ端被堵塞。因此，每個孔僅堵塞一端。優選的排列方式是在指定表面以跳棋盤模式每隔ー個孔進行堵塞。參考MgO-Al2O3-TiO2-SiO2體系的相平衡圖(由本發明人繪製)，可以更好地理解構成本發明基礎的研究結果。當然，可以認識到，在這種相圖中包含的相區之間的許多邊界代表平衡計算和外推演繹的結果，而不是實際相分析的結果。雖然這些相區本身已經用實驗確認，但是代表相區間邊界的確切溫度和組成都是近似值。無論如何，圖I的相圖描繪了穩定的相組合沿鈦酸鋁(Al2TiO5)和堇青石(Mg2Al4Si5O18)偽ニ元接合點隨溫度和組成的變化。實質上，該相圖表明，堇青石和AT在高溫下易於形成其它相，包括多鋁紅柱石、氧化鈦、液體和具有鐵板欽礦晶體結構的固溶體相。研究該圖可以得出兩個重要的特徵。第一，為了與堇青石達到平衡的鉄板鈦礦相，通常存在對該固溶體的組成的限制，特別地，純AT往往不能與堇青石達到平衡存在。圖2示出1325°C時四元MgO-Al2O3-TiO2-SiO2體系中以ニ鈦酸鎂、鈦酸鋁和堇青石為端點的三元部分中的相關係。第二，圖I顯示，在該圖中，在相對低的溫度區域(約1390°C，但是，該體系中共熔點最低的共晶液在顯著低於該溫度的溫度下存在)有液體出現。實施例以下將參照關於本發明的一些示例性的和特定的實施方式進ー步說明本發明，這些實施方式僅僅是說明性的，不用來構成限制。根據ー些實施例，製備一系列本發明的陶瓷 製品，所述陶瓷製品具有如表I中按最終成分相的重量百分數提供的常規無機批料組成，和在表2中按照單組分氧化物的重量百分比表示的組成，它們都不包括任何燒結添加剤。表I
權利要求
1.ー種包含第一晶體相和第二晶體相的陶瓷製品，所述第一晶體相主要由鈦酸鋁和ニ鈦酸鎂的固溶體組成，所述第二晶體相包含堇青石，所述陶瓷製品按照以氧化物基準的重量百分數表示的組成如下4-10% MgO,40-55% Al203>25-35% TiO2,5-25% SiO2和金屬氧化物燒結助劑，其中，所述陶瓷製品的總孔隙率％ P大於40體積％，且在25-1000°C範圍內測得的熱膨脹係數小於或等於15X10_7/°C。
2.如權利要求I所述的陶瓷製品，其中所述金屬氧化物燒結助劑包含氧化釔或氧化鑭的至少ー種。
3.如權利要求2所述的陶瓷製品，其中所述的氧化鑭包含La2O3和CeO2的至少ー種。
4.如權利要求I所述的陶瓷製品，其以氧化物基準表示的組成如下，a(Al2Ti05)+b(MgTi205)+c (2Mg0 ·2Α1203 *5Si02)+d(3Al203 *2Si02)+e(Mg0 *A1203)+f (2Mg0 .TiO2)+g ⑵+i (Fe2O3TiO2)+j(TiO2),其中 a，b, c, d, e, f,g, i 和 j 是各組分的重量分數,滿足(a+b+c+d+e+f+g+i+j) =1. 00,其中，X是金屬氧化物燒結助劑，O. 3 ^ a ^ O. 75,0. 075≤b≤O. 3,0. 02≤c≤O. 5、O.O ≤ d ≤O. 4,0. O ≤ e ≤ O. 25,0. O ^ f ^ O. 1,0. 001 ≤g ≤ O. 05,0. O ≤ i ≤ O. 05 和O.O ^ j ^ O. 2。
5.如權利要求4所述的陶瓷製品，其中所述金屬氧化物燒結助劑包含氧化釔或氧化鑭的至少ー種。
6.如權利要求5所述的陶瓷製品，其中所述的氧化鑭包含La2O3和CeO2的至少ー種。
7.如權利要求I所述的陶瓷製品，其按照以氧化物基準的重量百分數表示的組成如下:5-10% MgO,40-50% Al203>30-35% TiO2、和 10-20% SiO20
8.如權利要求11所述的陶瓷製品，其特徵在於，相對於無機批料組合物的總重量，所述至少ー種金屬氧化物按照氧化物的重量百分數基準計，其存在量為大於O. I至5重量％。
9.ー種包含第一晶體相和第二晶體相的陶瓷製品，所述第一晶體相主要由鈦酸鋁和ニ鈦酸鎂的固溶體組成，所述第二晶體相包含堇青石，所述陶瓷製品按照以氧化物基準的重量百分數表示的組成如下4-10% MgO,40-55% Al203>25-35% TiO2,5-25% SiO2 和至少ー種金屬氧化物燒結助劑，其中，所述陶瓷製品的總孔隙率％ P大於40體積％。
10.如權利要求9所述的陶瓷製品，其中在25-1000°C範圍內測得的熱膨脹係數小於或等於 15 X IO^V0C O
11.如權利要求9所述的陶瓷製品，其中所述陶瓷製品的總孔隙率％P至少為50體積％。
全文摘要
本發明公開了包含堇青石鋁鎂鈦酸鹽陶瓷組合物的陶瓷物品和生產這種陶瓷物品的方法。
文檔編號C04B35/465GK102690117SQ201210150918
公開日2012年9月26日 申請日期2007年6月27日 優先權日2006年6月30日
發明者G·A·莫克爾, P·D·特珀謝, R·R·武詩麗卡 申請人:康寧股份有限公司