CN108883356A - 高孔隙度陶瓷蜂窝结构和制造方法 - Google Patents

高孔隙度陶瓷蜂窝结构和制造方法 Download PDF

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Abstract

陶瓷蜂窝结构具有网络结构，包括形成通道的多个交叉通道壁。陶瓷蜂窝结构具有：大于或等于约55％的总孔隙度；小于或等于约150um的平均通道壁厚；大于或等于约10um的中值孔直径；小于或等于约0.45的df，其中，df＝(d50‑d10)/d50；以及大于或等于约900psi的强度(MOR/CFA)。制造陶瓷蜂窝结构的方法：使中值颗粒直径小于或等于约10um的陶瓷前体批料组合物与中值颗粒直径大于或等于约10um的至少一种淀粉基成孔剂混合。方法还包括将陶瓷前体批料组合物与淀粉基成孔剂的混合物形成为具有网络结构的生坯陶瓷结构，以及对生坯陶瓷结构进行烧制以得到陶瓷蜂窝结构。

Description

高孔隙度陶瓷蜂窝结构和制造方法
相关申请的交叉参考
本申请要求2016年03月17日提交的美国临时申请系列第62/309,754号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
背景技术
技术领域
本公开一般地涉及多孔陶瓷蜂窝结构，更具体地，涉及高孔隙度薄壁多孔陶瓷蜂窝结构。
技术背景
陶瓷蜂窝结构被广泛地用于汽车废气系统中的抗污染装置，同时作为车辆中的催化转化基材。用于此类应用的陶瓷蜂窝体结构通常是由薄的多孔陶瓷壁的基质形成的，所述薄的多孔陶瓷壁限定了多个平行的孔通道。
发明内容
根据一个实施方式，陶瓷蜂窝结构具有网络结构，所述网络结构包括：形成通道的多个交叉通道壁，并且包括：大于或等于约55％的总孔隙度；小于或等于约150um的平均通道壁厚；大于或等于约10um的中值孔直径；小于或等于约0.45的df，其中，df＝(d50-d10)/d＝；以及大于或等于约900psi的强度(MOR/CFA)。
在另一个实施方式中，陶瓷蜂窝制品包括：具有网络结构的陶瓷蜂窝结构；形成在网络结构中的多个通道；以及陶瓷蜂窝结构上的修补基面涂料，其填充了陶瓷蜂窝结构至少约50％的孔体积。陶瓷蜂窝结构包括：大于或等于约55％的总孔隙度；小于或等于约150um的平均通道壁厚；大于或等于约10um的中值孔直径；小于或等于约0.45的df，其中，df＝(d50-d10)/d50；以及大于或等于约900psi的强度(MOR/CFA)。
在一个实施方式中，制造陶瓷蜂窝结构的方法包括：混合陶瓷前体批料组合物和至少一种基于淀粉的成孔剂，所述陶瓷前体批料组合物具有小于或等于约10um的中值颗粒直径，所述基于淀粉的成孔剂具有大于或等于约10um的中值颗粒直径；将陶瓷前体批料组合物和至少一种基于淀粉的成孔剂的混合物形成为具有网络结构的生坯陶瓷结构；以及烧制生坯陶瓷结构以得到具有网络结构的陶瓷蜂窝结构。陶瓷蜂窝结构包括：大于或等于约55％的总孔隙度；小于或等于约150um的平均通道壁厚；大于或等于约10um的中值孔直径；小于或等于约0.45的df，其中，df＝(d50-d10)/d50；以及大于或等于约900psi的强度(MOR/CFA)。
在以下的详细描述中给出了附加特征和优点，通过所作的描述，其中的部分特征和优点对于本领域的技术人员而言是显而易见的，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所描述的实施方式而被认识。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都描述了各种实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各种实施方式，且与描述一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
图1示意性显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的多孔陶瓷蜂窝体结构；
图2示意性显示根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的多孔陶瓷蜂窝体结构；
图3是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的多孔陶瓷蜂窝结构的多孔网络的抛光横截面的SEM显微图；
图4是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的多孔陶瓷蜂窝结构的多孔网络的抛光横截面的SEM显微图；以及
图5是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式的涂覆了催化剂修补基面涂料的多孔陶瓷蜂窝制品的多孔孔道网络的抛光横截面的SEM显微图。
具体实施方式
下面详细参考多孔陶瓷蜂窝体结构和制品的各种实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。
本文所揭示的陶瓷蜂窝结构可用作车辆(例如，具有汽油发动机的汽车)中的催化剂基材，例如，其中的孔道通道通常在两端是打开的，以及将催化涂料施涂到壁的外表面。然后，流经孔道通道的废气会在壁表面上与催化涂层接触。此类蜂窝基材被称作流通型基材。在柴油机系统中，废气还会与(例如用于SCR或DOC单元中的)蜂窝结构的壁表面上的催化涂层接触。在柴油机应用中，陶瓷蜂窝结构还可在交替的孔道通道中具有端塞，以迫使废气通过多孔网络，从而在废气排放之前捕获并过滤出烟炱和灰微粒。这些陶瓷蜂窝结构被称作陶瓷壁流式微粒过滤器，更具体而言，被称作柴油机微粒过滤器(DPF)。
向蜂窝结构施涂催化剂修补基面涂层改变了蜂窝结构的性质，因为修补基面涂料沉积到蜂窝结构的壁上和孔内。这导致流过蜂窝体的废气的背压增加。此外，用于汽车和柴油机应用中的蜂窝结构经历的温度波动使得陶瓷蜂窝结构易于发生温度诱导的开裂，其导致蜂窝结构的劣化。
图1示意性显示了多孔蜂窝结构的一个实施方式。多孔陶瓷蜂窝结构包括蜂窝体，其包括由多孔网络形成的多个孔道通道。在一个实施方式中，蜂窝体的网络具有：总孔隙度P大于或等于约55％，中值孔直径大于或等于约10um，d因子df小于或等于约0.45，其中，df＝(d50-d10)/d50，以及以中央面向区域进行标准化的断裂模量的强度(MOR/CFA)大于或等于约900psi。蜂窝体的多孔网络的通道壁厚T小于或等于约150um。在一些实施方式中，蜂窝结构还具有大于或等于约200个孔道每平方英寸(cpsi)的孔道密度。在一些实施方式中，蜂窝结构具有单峰孔分布。在一些实施方式中，蜂窝结构的轴向热膨胀系数(CTE)大于或等于约0.5(d50-5.0)，式中，d50的单位是微米，以及CTE的单位是10-7/℃，并且取自20℃至800℃的温度范围。在一些实施方式中，本文所述的陶瓷蜂窝结构是陶瓷蜂窝制品的一部分，其还包括陶瓷蜂窝结构上的修补基面涂层材料，所述修补基面涂层材料填充了陶瓷蜂窝结构至少约50％的孔体积。下面将更详细描述多孔陶瓷蜂窝结构、制品以及多孔陶瓷蜂窝结构和制品的制造方法。
除非上下文另外清楚地说明，否则，本文所用的单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指代。因此，例如当描述“二氧化硅形成源”或“氧化铝形成源”的时候，可以包括两个或更多种此类形成源的方面，除非文中明确地有相反的说明。
除非另有具体的相反表示，否则如本文所用的有机组分的“重量％”或“重量百分数”是以包含该组分的总无机物的总重量为基准的。在本文中，所有的有机添加，例如成孔剂和粘合剂都是以所用无机物为100％计作为超添加加入的。
现参考图1，示意性显示了多孔陶瓷蜂窝结构100。多孔陶瓷蜂窝结构100可用作壁流式过滤器用于微粒物质过滤。例如，多孔陶瓷蜂窝结构100可用于对来自汽车尾气的微粒物质进行过滤。多孔陶瓷蜂窝结构100通常包括多孔陶瓷蜂窝体，其具有在第一端102与第二端104之间延伸的多条孔通道101。所述多条大致平行的孔通道10是由在第一端102与第二端104之间延伸的交叉的多孔网络106形成，并且至少部分地被所述交叉的多孔网络106限定。多孔陶瓷蜂窝结构100还可以包括外皮，所述外皮围绕所述多条孔通道形成，并包围所述多条孔通道。该外皮可以在形成网络106的过程中挤出，或者可以在之后的加工过程中作为后施加的外皮、通过将外皮胶合剂(cement)施加于孔道的外周边部分而形成。
在一些实施方式中，所述多条平行的孔通道101是大致方形横截面，并形成为蜂窝结构。但是，在替代实施方式中，蜂窝结构中的所述多条平行的孔道通道可具有其它横截面构型，包括矩形、圆形、椭圆形、三角形、八边形、六边形，或其组合。本文所用术语“蜂窝”定义为由网络106形成的纵向延伸的孔道结构，并且其中优选具有大致重复的网格图案。对于在某些过滤器应用中使用的蜂窝体，一些孔道被称为入口孔道108，而其他一些孔道被称为出口孔道110。此外，在多孔陶瓷蜂窝结构100中，至少一部分的孔道可以用堵塞物112堵塞住从而形成过滤器。通常来说，堵塞物112布置在孔道通道端部处或其附近，并且是以一些限定图案布置，例如图1所示的棋盘格图案，每隔一个孔道在一端堵塞住。入口通道108可以在第二端104或其附近被堵塞住，以及出口通道110可以在不对应于入口通道的通道的第一端102或附近被堵塞住。因此，每个孔道仅在多孔陶瓷蜂窝结构的一端处或其附近被堵塞住。
现参见图2，示意性显示了多孔陶瓷蜂窝结构200的替代实施方式。在这个实施方式中，一些孔道通道可以是流通式通道(沿着它们的整个长度未被堵塞住)，而其他通道可以被堵塞住，从而提供所谓的“部分过滤器”设计。更具体而言，图2所示的多孔陶瓷蜂窝结构通常包含交叉的多孔壁206、在出口端204用(未示出的)堵塞物堵塞住的入口孔道208、在入口端用堵塞物212堵塞的出口孔道210以及至少一些流通型(未堵塞的)通道214，在所述流通型通道214中，流体直接通过多孔陶瓷蜂窝结构的主体，而不经过多孔网络206。例如，在一个实施方式中(未示出)，每隔一排中的每隔一个孔道是流通型通道。因此，在这种实施方式中，少于50％的孔道可以是未被堵塞的。
虽然图1和图2描述了多孔陶瓷蜂窝结构100、200的一些实施方式，其中部分或全部通道是被堵塞住的，但是应理解的是，在替代实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构的所有通道可以是未被堵塞住的，例如当将多孔陶瓷蜂窝结构100、200用作用于汽油发动机的催化流通型基材时。
当气体流到并流入多孔陶瓷蜂窝结构100、200时，由于通过多孔陶瓷蜂窝结构的有限流动面积的结果，可能发生压力累积或者存在背压。这种背压是不合乎希望的并且最终会导致多孔陶瓷蜂窝结构100、200和/或其中包括了多孔陶瓷蜂窝结构的系统(例如，废气系统)的损坏。增加气体可以流动通过的多孔陶瓷蜂窝结构100、200的面积(例如，增加多孔陶瓷蜂窝结构100、200的网格图案中的开放空间)是降低背压的一种方式。形成薄网络106、206是增加气体可以流动通过的多孔陶瓷蜂窝结构100、200的面积的一种方式。但是，如果形成的网络106、206太薄的话，则多孔陶瓷蜂窝结构100、200的强度会降低。本文所揭示和讨论的多孔陶瓷蜂窝结构与结构的实施方式包括高孔隙度、薄网络和高强度。
在本文所述的多孔陶瓷蜂窝结构100、200的实施方式中，多孔网络106、206的厚度T相对于常规多孔陶瓷蜂窝基材是薄的。在一些实施方式中，平均通道壁厚小于或等于约150um，例如，小于或等于约130um。在其他实施方式中，平均通道壁厚小于或等于约110um，例如，小于或等于约100um。在其他实施方式中，平均通道壁厚小于或等于约90um，例如，小于或等于约80um。在一些实施方式中，平均通道壁厚大于或等于约70um，例如，大于或等于约75um。因此，在一些实施方式中，平均通道壁厚可以是约70-150um，例如，约75-130um。在其他实施方式中，平均通道壁厚可以是约80-100um。
在一些实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构100、200的孔道密度CD可以大于或等于约200cpsi，例如，大于或等于约250cpsi。在其他实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构100、200的孔道密度可以大于或等于约275cpsi。在另一个实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构100、200的孔道密度可以小于或等于约400cpsi。因此，在一些实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构100、200的孔道密度是大于或等于约200cpsi至小于或等于约400cpsi，例如，大于或等于约250cpsi至小于或等于约400cpsi，或者大于或等于约275cpsi至小于或等于约400cpsi。
本文所述的多孔陶瓷蜂窝结构通常具有较高的总孔隙度(％P)，这是通过水银孔隙度测定法测得的。在本文所述的多孔陶瓷蜂窝结构的实施方式中，总孔隙度％P为大于或等于约55％，例如大于或等于约60％，例如大于或等于约65％。在其它实施方式中，总孔隙度％P小于或等于约75％。在一些实施方式中，总孔隙度％P小于或等于约80％。在一些实施方式中，总孔隙度％P是约60-75％，例如，约65-75％。在一些实施方式中，总孔隙度％P是约55-70％；在其他实施方式中，总孔隙度％P是约60-70％；在其他实施方式中，总孔隙度％P是约65-70％。
参见图3和图4，多孔陶瓷蜂窝结构的孔在堇青石陶瓷的通道状域内高度连接，表明互穿网络结构。具体来说，图3和图4是根据一个实施方式的孔道网络的经抛光轴向横截面的孔形貌的SEM显微图，其具有约100um的平均厚度和高的总孔隙度。从图3和图4可以看出，根据本文所揭示的各种实施方式的多孔陶瓷蜂窝结构优选具有单峰孔分布，特别是具有窄的孔径分布。如本文所用，“单峰孔分布”指的是这样一种孔分布，当沿着第一轴绘制孔尺寸且沿着垂直于第一轴的轴绘制孔数量时，具有明显的单峰。
本文所述的多孔陶瓷蜂窝结构通常具有大于或等于约10um，例如大于或等于约13um的中值孔直径d50。在一些实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构的中值孔直径d50大于或等于约15um，例如大于或等于约20um。在其他实施方式中，中值孔直径d50大于或等于约25um。在一些实施方式中，中值孔直径d50小于或等于约50um，例如小于或等于约45um。在其他实施方式中，中值孔直径d50小于或等于约40um，例如小于或等于约30um。因此，在一些实施方式中，中值孔直径d50是大于或等于约10um至小于或等于约50um，例如大于或等于约15um至小于或等于约30um，或者大于或等于约15um至小于或等于约25um，或者大于或等于约25um至小于或等于约35um。在其他实施方式中，中值孔直径d50是大于或等于约20um至小于或等于约30um。在其他实施方式中，中值孔直径d50是大于或等于约13um至小于或等于约30um。控制孔隙度从而使得中值孔直径d50落在这些范围内限值了非常小的孔的量(其中，所述非常小的孔会限制修补基面涂料渗透进入陶瓷结构中，因而增加了布置在壁内(例如，在陶瓷结构的最外表面下面)的修补基面涂料的量，并且降低了布置在壁上(例如，在陶瓷结构的最外表面上面)的修补基面涂料的量)，从而能够使得经烧制的多孔陶瓷结构的修补基面涂覆的背压最小化。
在本文所述的实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构的孔径分布包括优选接近d50的d10值；在一些实施方式中，d10的值大于或等于6um或者甚至大于或等于8um，或者大于或等于10um或者甚至大于或等于12um。如本文所用，量值d10是10％的孔体积由直径小于该d10值的孔构成时的孔直径；因此，使用水银孔隙度测定技术来测量孔隙度时，d10等于在孔隙度测量过程中陶瓷的90体积％的开放孔隙渗入水银时的孔直径。
如本文所用，d因子df是孔径小于中值孔径d50的孔在孔径分布中的相对宽度的表征。d因子df定义如下：
df＝(d50-d10)/d50，
式中，d50和d10由上文定义。在本文所述的实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构的多孔壁的开放互连孔隙的孔径分布较窄，从而使得满足df小于或等于约0.45，例如小于或等于约0.35。在其他实施方式中，df小于或等于约0.3，例如小于或等于约0.25。在一些实施方式中，df大于或等于约0.05。因此，在一些实施方式中，df是大于或等于约0.05至小于或等于约0.45，例如大于或等于约0.05至小于或等于约0.35。在其他实施方式中，df是大于或等于约0.05至小于或等于约0.3，例如大于或等于约0.05至小于或等于约0.25。
在本文所述的实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构的孔径分布的d90值小于或等于60um，例如小于或等于55微米。在各种实施方式中，具有较高d90值表示具有较大的孔，这会有损或者限制壁或者整个蜂窝结构的整体强度。多孔陶瓷蜂窝结构的一些实施方式的孔径分布的d90值小于或等于45微米。本文所用的量值d90是90％的孔体积由直径小于该d90值的孔构成时的孔径；因此，使用水银孔隙度技术测定孔隙度，d90等于在孔隙度测量过程中陶瓷的10体积％的开放孔隙渗入水银时的孔径。
此外，在一些实施方式中，陶瓷蜂窝结构的陶瓷壁具有这种一种孔结构，其不包含任何内切圆大于通道壁厚的单个孔。如本文所用，内切圆是一个绘制在孔内的假想圆，其中，与内切圆在同一平面上的孔的所有边都与内切圆相切。
此外，现在已经发现本文所述的总孔隙度、中值孔直径d50和d因子df的组合通常提供了这样一种多孔陶瓷蜂窝结构，可以在单个修补基面涂覆步骤中容易地对其涂覆显著量的修补基面涂料，从而展现出多孔陶瓷蜂窝体内所提供的孔空间的独特可及性。在一些实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构中存在的修补基面涂料使得修补基面涂料填充了至少约50％的多孔陶瓷蜂窝结构的孔体积。在其他实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构中存在的修补基面涂料使得修补基面涂料填充了至少约55％的多孔陶瓷蜂窝结构的孔体积。在其他实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构中存在的修补基面涂料使得修补基面涂料填充了至少约60％的多孔陶瓷蜂窝结构的孔体积。在其他实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构中存在的修补基面涂料使得修补基面涂料填充了至少约65％的多孔陶瓷蜂窝结构的孔体积。在一些实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构中存在的修补基面涂料使得修补基面涂料填充了大于或等于约50％至小于或等于约95％的多孔陶瓷蜂窝结构的孔体积。在其他实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构中存在的修补基面涂料使得修补基面涂料填充了大于或等于约55％至小于或等于约90％的多孔陶瓷蜂窝结构的孔体积。在其他实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构中存在的修补基面涂料使得修补基面涂料填充了大于或等于约60％至小于或等于约85％的多孔陶瓷蜂窝结构的孔体积。
此外，均匀分布和良好连接的高密度孔(例如，图3和4所示的那些)允许更大量的催化剂被修补基面涂覆进入多孔陶瓷结构中，同时仍然维持多孔陶瓷制品对于流动通过多孔陶瓷制品的气体(例如，废气)的可渗透性。类似地，因为多孔陶瓷结构具有窄的孔径分布和较小中值孔径，孔具有有助于将催化剂保持在孔内的微高毛细管力。因此，相比于具有较大中值孔径和较宽孔径分布的多孔陶瓷制品而言，在高体积气流通过多孔陶瓷制品过程中，用修补基面涂料进行修补基面涂覆期间沉积在孔内的催化剂不容易从孔中离开。
此外，本文所述的多孔陶瓷蜂窝结构和制品具有一组物理性质(例如，热膨胀系数(CTE)、热冲击限值(TSL)、强度(MOR/CFA)等)，这提供了表明结构和制品适用于提升的温度下，例如，汽车废气系统经受的那些温度。应理解的是，除非另有说明，否则如本文所用，CTE是在具体温度范围上，结构的至少一个方向上的热膨胀系数。
如本文所用，热冲击限值(TSL)定义如下：
TSL＝TSP+500℃
式中，TSP是热冲击参数，从而：
E模量是结构在25℃(即，室温(RT))的弹性模量；MOR是在室温下的断裂强度模量，其测量单位是psi；以及CTEH是在500-900℃之间测得的高温热膨胀系数。当TSP升高时，结构耐受热梯度的能力也增高。MOR、E模量和CTEH都是在多孔试样上，沿着平行于通道长度的方向(本文也称作轴向)测量的。采用四点弯曲方法，以尺寸为4×1×0.5英寸的矩形多孔棒的轴向方向测量MOR。
在一些实施方式中，CTE是约2.0×10-7/℃至约25×10-7/℃，例如，约4.0×10-7/℃至约20×10-7/℃，以及在一些实施方式中，CTE>10×10-7/℃，在一些实施方式中，CTE是约10×10-7/℃至约20×10-7/℃，以及在一些实施方式中，约12×10-7/℃至约21×10-7/℃。在其他实施方式中，所述多孔陶瓷蜂窝结构和制品的CTE是约5.0×10-7/℃至约18×10-7/℃。除非另有说明，否则CTE是从RT到800℃。在一些实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构和制品在室温与800℃之间测得的CTE大于或等于约0.5(d50-5.0)，式中，CTE的单位是10-7/℃。在本文所述的一些实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构和制品的热冲击限值(TSL)大于约1000℃，以及在一些实施方式中，是约1000℃至约1550℃。
本文所揭示的多孔陶瓷蜂窝结构和制品的强度测量可以是以多孔陶瓷蜂窝结构和制品的以闭合锋面(CFA)进行标准化的断裂模量(MOR)。术语断裂模量(MOR)指的是多孔陶瓷蜂窝结构的轴向挠曲强度。在平行于多孔陶瓷蜂窝体结构的通道长度切割的多孔棒上采用四点法测量MOR。术语闭合锋面(CFA)指的是在与孔道通道长度正交的横截面上被多孔通道壁占据的分数面积。对于给定的多孔陶瓷蜂窝结构的块体密度，可以根据如下等式计算CFA：
其中，块体密度的单位是g/cm3，以及％P是多孔陶瓷蜂窝结构的孔隙度。在其他情况下，可以根据如下关系式计算CFA：
CFA＝(w)(N)[2N-0.5–w]
式中，w是多孔陶瓷蜂窝结构的壁厚，单位为英寸；以及N是孔道密度，单位为英寸-2。
在本文所揭示的实施方式中，为多孔堇青石陶瓷体提供了足够高的强度(例如，高MOR/CFA)，同时提供了薄壁、高孔隙度和粗孔。MOR/CFA值与包含多孔陶瓷蜂窝结构壁的陶瓷强度成比例。在本文所述的一些实施方式中，在修补基面涂覆和煅烧之前和之后的MOR/CFA值(即，刚烧制的MOR/CFA值以及经涂覆的MOR/CFA值)大于或等于约900psi，例如大于或等于约1000psi。在其他实施方式中，MOR/CFA值和经涂覆的MOR/CFA值大于或等于约1200psi，例如大于或等于约1500psi。在其他实施方式中，刚烧制的MOR/CFA值和经涂覆的MOR/CFA值大于或等于约1800psi，例如大于或等于约2000psi。在一些实施方式中，刚烧制的MOR/CFA值以及经涂覆的MOR/CFA值小于或等于约3000psi。因此，在一些实施方式中，刚烧制的MOR/CFA值以及经涂覆的MOR/CFA值是大于或等于约900psi至小于或等于约3000psi，例如大于或等于约1000psi至小于或等于约3000psi。在其他实施方式中，刚烧制的MOR/CFA值以及经涂覆的MOR/CFA值是大于或等于约1200psi至小于或等于约3000psi，例如大于或等于约1500psi至小于或等于约3000psi。在其他实施方式中，刚烧制的MOR/CFA值以及经涂覆的MOR/CFA值是大于或等于约1800psi至小于或等于约3000psi，例如大于或等于约2000psi至小于或等于约3000psi。
通过如下方式形成本文所述多孔陶瓷蜂窝结构和制品：首先将前体批料组合物进行混合，将前体批料组合物形成为生坯蜂窝体，对生坯蜂窝体进行干燥，并在适于产生低微裂多孔陶瓷蜂窝结构的条件下烧制生坯蜂窝体。在一些实施方式中，在对生坯陶瓷结构进行烧制以形成多孔陶瓷蜂窝结构之后，多孔陶瓷蜂窝结构可以修补基面涂覆含催化剂的修补基面涂料，以形成经涂覆的多孔陶瓷蜂窝制品。因为多孔陶瓷蜂窝结构具有较少的微裂纹，在施涂修补基面涂料之前不需要分开的钝化涂层。
本文所揭示的多孔陶瓷蜂窝结构和制品包括堇青石多孔陶瓷蜂窝结构和制品。在此类实施方式中，堇青石前体批料组合物包括适用于产生陶瓷结构(这主要包括堇青石晶相)的组分材料的组合。通常来说，批料组合物包括无机组分的组合，所述无机组分包括：形成氧化镁的源颗粒(例如，滑石)、形成二氧化硅的源颗粒、和形成氧化铝的源颗粒；在一些实施方式中，尖晶石颗粒可以作为氧化镁和氧化铝源；优选地，所有无机组分颗粒是细尺寸的。在其它实施方式中，批料组合物可以包括粘土，例如高岭土粘土。堇青石前体批料组合物优选含有一种或多种有机组分，例如一种或多种有机成孔剂。例如，批料组合物可包括适合用作成孔剂和/或其它加工助剂的一种或多种类型的淀粉。在本文所述的一些实施方式中，有机成孔剂包括至少两种不同的有机成孔剂材料。在本文所述的其他实施方式中，有机成孔剂包含一种单独的材料而非不同有机材料的混合物，从而减少了堇青石前体批料组合物中的组成材料的数量。
在本文所述的实施方式中，无机批料组分和有机批料组分与特定的烧制循环进行一并选择，从而得到的多孔陶瓷蜂窝结构包含堇青石主晶相，例如，具有特定的微结构。但是，要理解的是，在烧制之后，多孔陶瓷蜂窝结构还可以包含一定量的多铝红柱石、尖晶石和/或其混合物；此外，陶瓷蜂窝结构包括无定形相，例如玻璃相，在一些实施方式中，所述无定形相大于3％，以及在一些实施方式中，小于20％，以及在一些实施方式中，小于15％，以及在一些实施方式中，是5-15％。在一些实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构可以占制品的大于或等于80重量％(例如，至少90重量％)，这是通过X射线衍射测得的。以氧化物重量百分数表征，产生的堇青石晶相包含：约49-53重量％SiO2、约33-38重量％Al2O3，以及约12-16重量％MgO。此外，堇青石晶相化学计量式近似记作Mg2Al4Si5O18。可以对无机堇青石前体批料组合物进行适当调节，使得多孔陶瓷蜂窝结构中的堇青石晶相达到上述氧化物重量。
在本文所述的一些实施方式中，堇青石前体批料组合物包括氧化镁源，优选两种氧化镁源，例如，滑石和铝酸镁尖晶石；在一些实施方式中，具有约20-30重量％的滑石。在其他实施方式中，堇青石前体批料组合物可以包含约38-43重量％的滑石。滑石可以具有较细的粒度。例如，在一些实施方式中，滑石的中值颗粒直径dpt50小于或等于约10um，或者甚至dpt50小于或等于约9um。在其他实施方式中，滑石的中值颗粒直径dpt50小于或等于约8um，或者甚至dpt50小于或等于约6um。在其它实施方式中，滑石的中值粒度dpt50可以小于或等于约5um。在一个示例性实施方式中，滑石的中值粒度dpt50是大于或等于约3um至小于或等于约10um。在另一个示例性实施方式中，滑石的中值粒度dpt50是大于或等于约8um至小于或等于约10um。本文所述的所有的粒度都是通过粒度分布(PSD)技术测定的，优选是通过Micrometrics，由Sedigraph测定的。
在一些实施方式中，堇青石前体批料组合物中二氧化硅形成源的量约为13-24重量％。在其他实施方式中，堇青石前体批料组合物中二氧化硅形成源的量可以约为15-18重量％。二氧化硅形成源通常具有细粒度。例如，在一些实施方式中，二氧化硅形成源的中值颗粒直径dps50小于或等于约10um，或者甚至dps50小于或等于约9um。在其他实施方式中，二氧化硅形成源的中值颗粒直径dps50小于或等于约8微米。在一些实施方式中，二氧化硅形成源是微晶二氧化硅，例如A-25。但是，应理解的是，也可使用其它二氧化硅形成源。例如，其他合适的二氧化硅形成源包括熔融二氧化硅、胶态二氧化硅、或者晶体二氧化硅(例如，石英或方石英)。
在一些实施方式中，堇青石前体批料组合物中的氧化铝形成源的量约为20-35重量％，而在其他实施方式中，堇青石前体批料组合物中的氧化铝形成源的量约为22-33重量％。在其他实施方式中，堇青石前体批料组合物中氧化铝形成源的量约为26-29重量％。氧化铝形成源通常具有细粒度。例如，在一些实施方式中，氧化铝形成源的中值颗粒直径dpa50小于或等于约10um，或者甚至dpa50小于或等于约8um。在其他实施方式中，二氧化硅形成源的中值颗粒直径dpa50小于或等于约6um。
示例性的氧化铝形成源可以包括任意的氧化铝或者在加热到足够高温度的时候得到基本上100％的氧化铝的含铝化合物，例如α-氧化铝和/或水合氧化铝。氧化铝形成源的其他非限制性例子包括刚玉、γ-氧化铝或者过渡氧化铝。氢氧化铝可以包括水铝石和三羟铝石、勃姆石、水铝矿、异丙醇铝等。如果需要的话，氧化铝形成源还可以包括可分散的氧化铝形成源。如本文所用，可分散的氧化铝形成源是这样一种东西，其至少能明显分散在溶剂或液体介质中，并且可以用来提供溶剂或液体介质中的胶态悬浮液。在一个方面，可分散的氧化铝形成源可以是较高表面积的氧化铝源，其比表面积至少为20m2/g，至少为50m2/g，或者甚至至少为100m2/g。合适的可分散氧化铝源包括α氧化铝氢氧化物(AlOOH.x.H2O)，常被称作勃姆石、伪勃姆石和一水合铝。在替代实施方式中，可分散的氧化铝源可以包括所谓的过渡或活化的氧化铝(即，氧化氢氧化铝(aluminum oxyhydroxide)和η-、ρ-、ι-、κ-、γ-、δ-和θ-氧化铝)，它们可以包含各种含量的通过化学方式结合的水或者羟基官能团。
在一些实施方式中，堇青石前体批料组合物还可包括粘土。堇青石前体批料组合物中粘土的量可以是约0-20重量％。在另一个实施方式中，堇青石前体批料组合物中粘土的量可以是约10-18重量％或者甚至约12-16重量％。当被包含在堇青石批料组合物中时，粘土的中值粒度dpc50通常小于或等于10微米。在一些实施方式中，中值粒度dpc50小于或等于约5微米，或者甚至小于或等于约3微米。可以被包含在堇青石前体批料组合物中的合适的粘土包括但不限于：原高岭土粘土、煅烧过的高岭土粘土和/或其混合物。示例性且非限制性的粘土包括不分层的高岭土原粘土和分层的高岭土。
在本文所述的实施方式中，堇青石批料组合物中的无机组分(即，滑石、二氧化硅、氧化铝和粘土)的中值粒度d50IP小于或等于约10um，例如小于或等于约8um。在其他实施方式中，堇青石批料组合物中的无机组分的中值粒度d50IP小于或等于约7um，例如小于或等于约6um。在其他实施方式中，堇青石批料组合物中的无机组分的中值粒度d50IP小于或等于约5um，例如小于或等于约4um。因此，在一些实施方式中，堇青石批料组合物中的无机组分的中值粒度d50IP大于或等于约4um至小于或等于约10um，例如，大于或等于约5um至小于或等于约9um。在其他实施方式中，堇青石批料组合物中的无机组分的中值粒度d50IP大于或等于约6um至小于或等于约8um。
如上文所述，堇青石前体批料组合物还包括有机组分，例如，基于淀粉的成孔剂。在一些实施方式中，加入到批料组合物中的基于淀粉的成孔剂的量足以产生较高的孔数密度以及较小的中值孔径和较窄的孔径分布。在一些实施方式中，堇青石前体批料组合物包括大于或等于约20重量％(例如，大于或等于约30重量％)的基于淀粉的成孔剂，这是相对于无机批料成分为100重量％作为超添加的。在一些实施方式中，加入到批料组合物中的基于淀粉的成孔剂的量最高至约60重量％。在其他实施方式中，加入到批料组合物中的基于淀粉的成孔剂的量大于或等于约20重量％至小于或等于约60重量％，例如大于或等于约30％至小于或等于约60％。在其他实施方式中，加入到批料组合物中的基于淀粉的成孔剂的量大于或等于约40重量％至小于或等于约60重量％，例如大于或等于约40重量％至小于或等于约50重量％。应理解的是，批料组合物中成孔剂的量的增加使得烧制后的多孔陶瓷蜂窝制品的孔数密度增加。
在一些实施方式中，基于淀粉的成孔剂的中值粒度dpp50通常小于或等于约10um。在一些实施方式中，有机成孔剂的中值粒度dpp50大于或等于约12um，例如大于或等于约15um。在其他实施方式中，中值粒度dpp50大于或等于约17um，例如大于或等于约20um。在其他实施方式中，中值粒度dpp50大于或等于约25um，例如大于或等于约30um。在其他实施方式中，中值粒度dpp50大于或等于约35um，例如大于或等于约40um。在一些实施方式中，中值粒度dpp50小于或等于约50um。因此，在一些实施方式中，中值粒度dpp50大于或等于约10um至小于或等于约50um，例如，大于或等于约12um至小于或等于约50um。在其他实施方式中，中值粒度dpp50大于或等于约15um至小于或等于约50um，例如，大于或等于约17um至小于或等于约50um。在其他实施方式中，中值粒度dpp50大于或等于约20um至小于或等于约50um。在其他实施方式中，中值粒度dpp50大于或等于约25um至小于或等于约50um，例如，大于或等于约30um至小于或等于约50um。在其他实施方式中，中值粒度dpp50大于或等于约35um至小于或等于约50um，例如，大于或等于约40um至小于或等于约50um。基于淀粉的成孔剂可以是交联的成孔剂(即交联淀粉等)或者未交联的成孔剂。合适的成孔材料的例子包括但不限于：交联和未交联的玉米淀粉、小麦淀粉、土豆淀粉、绿豆淀粉、豌豆淀粉，及其组合。
在一些实施方式中，为了降低微开裂量，向组合物添加铝酸镁尖晶石。不受限于任何特定理论，相信铝酸镁尖晶石导致小的堇青石域尺寸，这导致基本不含微裂纹的微结构。在一些实施方式中，前体批料组合物包含大于约15重量％的尖晶石，或者优选大于或等于约20重量％的尖晶石，在一些实施方式中，大于或等于约25重量％的尖晶石，或者在一些实施方式中，大于或等于约30重量％的尖晶石。在其他实施方式中，前体批料组合物包含大于或等于约35重量％的尖晶石。在一些实施方式中，批料组合物包含小于或等于约40重量％的尖晶石。在一些实施方式中，批料组合物包含大于或等于约25重量％的尖晶石至约40重量％的尖晶石，例如，大于或等于约25重量％的尖晶石至小于或等于约35重量％的尖晶石。
上文所述无机和有机组分与加工助剂(例如粘合剂和液体载剂)结合并混合在一起，以产生塑化批料混合物。这些加工助剂可以改善加工和/或减少干燥和/或烧制裂纹，和/或有助于在蜂窝结构中产生所需的性质。例如，粘合剂可以包括有机粘合剂。合适的有机粘合剂包括：水溶性纤维素醚粘合剂，如甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素衍生物、丙烯酸羟基乙酯、聚乙烯醇，和/或其任意组合。在一些实施方式中，组合物中作为超添加存在的有机粘合剂的量是无机粉末批料组合物的约0.1-10重量％。在这些实施方式的一部分中，组合物中作为超添加存在的有机粘合剂的量是无机粉末批料组合物的约2.0-8.0重量％。在增塑批料组合物中结合有机粘合剂实现了增塑批料组合物的易于挤出。
一种用于为批料组合物提供可流动或者糊状稠度的液体载剂是水，但是应理解的是，可以使用对于合适的临时有机粘结剂显示溶剂作用的其他液体载剂。液体载剂组分的量可以变化，以便提供最佳加工性能以及与批料组合物中其它组分的相容性。在一些实施方式中，以超添加存在的液体载剂的量是约20-50重量％，以及在其他实施方式中，是约20-35重量％。使得批料组合物中的液体组分尽可能得少可以导致进一步降低干燥过程中不希望的干燥收缩和裂纹形成。
除了液体载剂和粘合剂之外，塑化批料组合物可包括一种和多种任选的成形助剂或加工助剂，例如润滑剂。示例性润滑剂可包括妥尔油、硬脂酸钠或者其他合适的润滑剂。塑化批料混合物中存在的润滑剂的量可以是约0.5-10重量％。
应理解的是，批料组合物中包含的液体载剂、成孔剂、粘合剂、润滑剂和任何其他加工助剂是作为超添加加入的，以100％无机材料的重量％计。
在Littleford混合机等中，混合无机批料组分、成孔剂、粘合剂、液体载剂、润滑剂以及任何其他添加剂的组合，捏制约5-20分钟，以产生具有所需塑料可成形性和生坯强度的塑化批料组合物，从而实现能够将塑化批料组合物成形为蜂窝结构。
然后，通过常规陶瓷成形工艺(例如，挤出)将所得到的塑化堇青石前体批料组合物成形为生坯体。当生坯蜂窝体通过挤出进行成形时，可以使用液压柱塞式挤压机，或者可以使用两级真空单螺旋挤出机进行挤出，或者用出料端连接模头组件的双螺杆混合机进行。
在塑化堇青石前体批料组合物已经成形为生坯蜂窝体之后，对生坯蜂窝体进行干燥从而从生坯蜂窝体去除过量液体。合适的干燥挤出包括：微波干燥、热空气干燥、RF干燥，或其各种组合。在干燥之后，把生坯蜂窝体放入窑或炉中，并在将生坯蜂窝体有效地转化为包含堇青石主晶相的陶瓷蜂窝结构的条件下进行烧制。
应理解的是，用于将生坯蜂窝体转化为陶瓷蜂窝结构的烧制条件会取决于加工条件(例如具体组成，生坯蜂窝体的尺寸，使用的设备的特性)而变化。为此，在一个方面，本文列举的最佳烧制条件可能需要调整(即，减慢烧制)以适合于(例如)非常大的堇青石结构。对于多孔陶瓷蜂窝结构和制品的所需用途和尺寸，烧制条件是已知的。
在本文所述的一些实施方式中，多孔陶瓷蜂窝结构在烧制后用催化剂修补基面涂料进行修补基面涂覆。例如，微粒催化剂修补基面涂料组合物的浆料可施涂到多孔陶瓷蜂窝结构的表面(内表面和外表面这两者)。例如，在本文所述的实施方式中，催化剂修补基面涂料具有催化功能，其促进了催化反应，所述催化反应涉及废气流中的NOx的还原和/或CO、烃类和NO的氧化，所述废气流被导向通过多孔陶瓷蜂窝制品。因此，应理解的是，除了作为微粒过滤器之外，本文所述的多孔陶瓷蜂窝体制品还具有催化剂功能，因此可用作4路过滤器去NOx集成式过滤器(NIF)。
在一些实施方式中，修补基面涂料浆料的主要微粒组分是氧化铝。在其他实施方式中，主要微粒组分是沸石，例如Fe-ZSM-5，它可以以约7-12重量％的量被结合在水中，以形成催化剂修补基面涂料浆料。但是应理解的是，在其它实施方式中，催化剂修补基面涂料可包含不同的主要微粒组分。在一些实施方式中，催化剂修补基面涂料还可额外地包含微粒催化剂，例如，例如但不限于，铂、钯、铑或者任意其它催化材料和/或它们的各种合金。
因为多孔陶瓷蜂窝结构每单位体积含有较少的微裂纹(即，因为微裂纹参数Nb3约为0.04-0.25)，不需要向多孔陶瓷蜂窝结构施涂前体钝化涂层来防止修补基面材料变得容纳到微裂纹中(这是更高度微裂化结构的情况)。
实施例
通过以下的实施例对实施方式做进一步阐述。
实施例
实施例1-25是根据本文所揭示和所述的实施方式制造的多孔陶瓷蜂窝结构。前体批料组合物和烧制循环如表1所示。表1中的烧制循环行列出了“升温>1200℃/升温T/升温时间”，这表明升温速率的单位是℃/小时，从1200℃到保温温度，保温温度，多孔陶瓷蜂窝结构保持在保温温度的时间(单位是小时)。此外，表1中提供了示例性多孔陶瓷蜂窝结构的性质，例如，MOR、标准化的MOR、应变容差、TSP等。
表1
表1(续)
表1(续)
表1(续)
表1(续)
比较例1-6
比较例1-6是在没有尖晶石的情况下制造的多孔陶瓷蜂窝结构，因此具有比根据本文所述实施方式制造的多孔陶瓷蜂窝结构更多的微开裂。比较例1-6的前体批料组合物和烧制循环如表2所示。表2中的烧制循环行列出了“升温>1200℃/升温T/升温时间”，这表明升温速率的单位是℃/小时，从1200℃到保温温度，保温温度，多孔陶瓷蜂窝结构保持在保温温度的时间(单位是小时)。此外，表2中提供了比较例多孔陶瓷蜂窝结构的性质，例如，MOR、标准化的MOR、应变容差、TSP等。
表2
批料编号 比较例1 比较例2 比较例3 比较例4 比较例5 比较例6
原材料
Fcor滑石
JF500滑石
1E150滑石 41.54 41.54 38.73 38.73 38.73 38.73
96-67滑石
尖晶石25(5μm)
HVA氧化铝 28.03 28.03 13.66 13.66 13.66 13.66
A3000氧化铝
三水合铝 18.53 18.53 18.53 18.53
CHC-94高岭土
FHC高岭土
CSG-04高岭土 13.85 13.85 14.16 14.16 14.16 14.16
Imsil A-25 16.59 16.59 14.92 14.92 14.92 14.92
膨润土CH-325
核桃壳粉-325
土豆淀粉-CLS
XL土豆淀粉 26 26 26 26 50 50
XL豌豆淀粉
XL玉米淀粉
Asbury A-625石墨
Asbury A99石墨 16 16 16 16
Asbury 4602石墨
Asbury 4014石墨
F240甲基纤维素 6 6 4 4 4 4
硬脂酸钠 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7
烧制循环
升温>1200℃/保温T/保温时间 50/1405/10 50/1425/10 50/1405/10 50/1425/10 50/1405/10 50/1425/10
性质
CTE(x10-7℃-1)RT-800℃ 12.8 8.4 9.2 9 14.3 10.6
CTE(x10-7℃-1)500-900℃ 19.2 15.9 16.5 15.8 21.2 17.4
MOR(psi) 97 76 77 80 85 65
MOR(以固体棒标准化) 564 442 448 465 494 378
E(Mpsi) 0.11 0.13 0.11 0.13 0.07 0.06
应变容差(％) 0.09 0.06 0.07 0.06 0.12 0.11
TSP(MORRT/(ERT*CTE500-900) 459 368 424 389 573 623
TSL 959 868 924 889 1073 1123
孔隙度(％) 65.3 61.7 66.6 64.7 64.6 62.3
d10 9 12.1 6 7 20.7 20.9
d50 19.8 24.2 16.3 15.5 31.2 33
d90 45.8 55.6 34.4 31.2 69.8 77
df 0.55 0.5 0.63 0.55 0.34 0.37
db 1.86 1.80 1.74 1.56 1.57 1.70
PCF 35.13 34.33 38.22 41.44 41.05 36.65
从表1和表2的对比可以看出，根据实施方式制造的多孔陶瓷蜂窝制品的MOR、标准化MOR、应变容差、CTE等高于没有根据本文所揭示和所述的实施方式制造的对比多孔陶瓷蜂窝制品。对于实施例中较高的TSP，这可能是由于与高孔隙度低微裂纹陶瓷结构相关的高应变容差造成的。此外，如上表1和表2所示，在实施例中，通过例如d因子测得的非常窄的孔直径明显比比较例更好。
比较例7-10
比较例7-10是在尖晶石量减少的情况下制造的多孔陶瓷蜂窝结构。具有较少尖晶石的多孔陶瓷蜂窝结构包括的微开裂比具有较高尖晶石含量的多孔陶瓷蜂窝结构多。比较例7-10的前体批料组合物和烧制循环如表3所示。表3中的烧制循环行列出了“升温>1200℃/升温T/升温时间”，这表明升温速率的单位是℃/小时，从1200℃到保温温度，保温温度，多孔陶瓷蜂窝结构保持在保温温度的时间(单位是小时)。此外，表3中提供了比较例多孔陶瓷蜂窝结构的性质，例如，MOR、标准化的MOR、应变容差、TSP等。
表3
批料编号 比较例7 比较例8 比较例9 比较例10
原材料
Fcor滑石
JF500滑石 32.37 36.82 41.27 45.72
1E150滑石
96-67滑石
尖晶石25(5μm) 15.00 10.00 5.00 0.00
HVA氧化铝 16.50 20.08 23.66 27.24
A3000氧化铝
三水合铝
CHC-94高岭土
FHC高岭土 16.00 16.00 16.00 16.00
CSG-04高岭土
Imsil A-25 20.48 17.66 14.84 12.02
膨润土CH-325
核桃壳粉-325
土豆淀粉-CLS
XL土豆淀粉 50.00 50.00 50.00 50.00
XL豌豆淀粉
XL玉米淀粉
Asbury A-625石墨
Asbury A99石墨
Asbury 4602石墨
Asbury 4014石墨 5 5 5 5
F240甲基纤维素 6 6 6 6
硬脂酸钠 1 1 1 1
烧制循环 15/1405/12 15/1405/13 15/1405/14 15/1405/15
升温>1200℃/保温T/保温时间
性质
CTE(x10-7℃-1)RT-800℃ 16.2 14.9 13.1 12.7
CTE(x10-7℃-1)500-900℃ 23.1 20.8 17.9 18.8
MOR(psi) 106 80 69 59
MOR(以固体棒标准化) 517 465 401 343
E(Mpsi) 0.077 0.063 0.072 0.069
应变容差(％) 0.14 0.13 0.10 0.09
TSP(MORRT/(ERT*CTE500-900) 597 612 535 454
TSL 1097 1112 1035 954
孔隙度(％) 68.7 69.6 68.4 66.7
d10 14.46 14.07 14.86 15.57
d50 21.16 19.64 22.50 23.16
d90 52.33 45.05 58.91 69.02
df 0.32 0.28 0.34 0.33
db 1.79 1.58 1.96 2.31
PCF 38.39 44.12 34.94 28.90
从表1和表3的对比可以看出，根据实施方式制造的多孔陶瓷蜂窝制品的MOR、标准化MOR、应变容差、CTE等高于具有少于约25重量％的尖晶石的比较例多孔陶瓷蜂窝制品。此外，表3显示，随着多孔陶瓷蜂窝制品中的尖晶石的量下降，MOR、标准化的MOR、应变容差、TSP等也下降。相反地，上表1显示，具有超过15重量％的尖晶石的多孔陶瓷蜂窝体具有所需的MOR、标准化的MOR、应变容差和TSP等。
根据本文所揭示和所述实施方式的多孔陶瓷蜂窝结构和制品具有高孔隙度和薄壁，如本文所述，这降低了当陶瓷蜂窝结构和制品用于过滤系统中的时候的背压。相比于具有类似孔隙度和通道壁厚度的结构和制品，通过从根据本文所揭示的材料的前体批料组合物和成孔剂且具有本文所揭示的粒度形成多孔蜂窝结构和制品，根据一些实施方式的多孔陶瓷结构和制品具有高强度。
本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离要求专利权的主题的精神和范围的情况下，对本文所述的实施方式进行各种修改和变动。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，且这些修改和变化形式落入所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (28)

1.一种陶瓷蜂窝结构，所述陶瓷蜂窝结构具有网络基质，其包括形成通道的多个交叉通道壁并且包括陶瓷材料，所述陶瓷蜂窝结构包括：
大于或等于约55％的总孔隙度；
小于或等于约150um的平均通道壁厚度；
大于或等于约10um的中值孔直径；
小于或等于约0.45的df，其中，df＝(d50-d10)/d50；以及
大于或等于约900psi的强度(MOR/CFA)。
2.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝结构，其特征在于，平均通道壁厚小于或等于约130um。
3.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝结构，其特征在于，中值孔直径是大于约10um至小于或等于约50um。
4.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝结构，其特征在于，中值孔直径是大于或等于约13um至小于或等于约30um。
5.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝结构，其特征在于，陶瓷蜂窝结构的孔道密度大于或等于约200cpsi。
6.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝结构，其特征在于，陶瓷蜂窝结构具有单峰孔分布。
7.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝结构，其特征在于，df小于或等于约0.35。
8.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝结构，其特征在于，df大于或等于约0.16。
9.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝结构，其特征在于，df大于或等于约0.16。
10.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝结构，其特征在于，df大于或等于约0.20且小于或等于约0.45。
11.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝结构，其特征在于，陶瓷蜂窝结构的轴向CTE大于或等于约0.5(d50-5.0)，其中，d50的单位是微米以及CTE的单位是10-7/℃。
12.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝结构，其特征在于，陶瓷蜂窝结构的d50>25um且轴向CTE大于或等于约0.5(d50-5.0)，其中，d50的单位是微米以及CTE的单位是10-7/℃。
13.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝结构，其特征在于，陶瓷蜂窝结构的轴向CTE大于或等于约10x10-7/℃。
14.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝结构，其特征在于，陶瓷蜂窝结构的轴向CTE大于或等于约15x10-7/℃。
15.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝结构，其特征在于，陶瓷蜂窝结构的孔结构不包含任何内切圆大于通道壁厚的单个孔。
16.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝结构，其特征在于，陶瓷蜂窝结构包括强度(MOR/CFA)大于或等于约1000psi。
17.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝结构，其特征在于，陶瓷蜂窝结构的热冲击限值(TSL)大于约1000℃，以及在一些实施方式中，是约1000℃至约1550℃。
18.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝结构，其特征在于，陶瓷蜂窝结构的热冲击限值(TSL)是约1000℃至约1550℃。
19.一种陶瓷蜂窝制品，其包括：
具有网络结构的陶瓷蜂窝结构；
形成在网络结构中的多个通道；以及
陶瓷蜂窝结构上的修补基面涂料，其填充了陶瓷蜂窝结构至少约50％的孔体积，其中，所述陶瓷蜂窝结构包括：
大于或等于约55％的总孔隙度；
小于或等于约150um的平均通道壁厚度；
大于或等于约10um的中值孔直径；
小于或等于约0.45的df，其中，df＝(d50-d10)/d50；以及
大于或等于约900psi的强度(MOR/CFA)。
20.如权利要求19所述的陶瓷蜂窝制品，其特征在于，修补基面涂料填充了陶瓷蜂窝结构至少约60％的孔体积。
21.如权利要求19所述的陶瓷蜂窝制品，其特征在于，陶瓷蜂窝结构的轴向CTE大于或等于约0.5(d50-5.0)，其中，d50的单位是微米以及CTE的单位是10-7/℃。
22.如权利要求19所述的陶瓷蜂窝制品，其特征在于，陶瓷蜂窝结构具有单峰孔分布。
23.如权利要求19所述的陶瓷蜂窝制品，其特征在于，陶瓷蜂窝结构包括强度(MOR/CFA)大于或等于约1000psi。
24.如权利要求19所述的陶瓷蜂窝制品，其特征在于，陶瓷蜂窝结构的d50<40um，以及修补基面涂料填充了陶瓷蜂窝结构至少约50％的孔体积。
25.一种制造陶瓷蜂窝结构的方法，其包括：
使中值颗粒直径小于或等于约10um的陶瓷前体批料组合物与中值颗粒直径大于或等于约10um的至少一种基于淀粉的成孔剂混合；
将陶瓷前体批料组合物和至少一种基于淀粉的成孔剂的混合物形成为具有网络结构的生坯陶瓷结构；以及
对生坯陶瓷结构进行烧制以得到具有网络结构的陶瓷蜂窝结构，其中，所述陶瓷蜂窝结构包括：
大于或等于约55％的总孔隙度；
小于或等于约150um的平均通道壁厚度；
大于或等于约10um的中值孔直径；
小于或等于约0.45的df，其中，df＝(d50-d10)/d50；以及
大于或等于约900psi的强度(MOR/CFA)。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，批料组合物包含大于或等于约20重量％的尖晶石。
27.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述至少一种基于淀粉的成孔剂的中值颗粒直径是大于约10um至小于或等于约50um。
28.如权利要求25所述的方法，其特征在于，平均通道壁厚小于或等于约130um。
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