CN113301981B - 具有电阻加热能力的导电陶瓷蜂窝及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种导电蜂窝体，其包括多孔蜂窝结构，所述多孔蜂窝结构包括被布置用于提供孔道基质的多个相交的多孔壁，所述多孔壁包括壁表面，其限定了从结构的进口端延伸到结构的出口端的多个通道。所述多孔壁包括陶瓷复合材料，其包含至少一个碳化物相和至少一个硅化物相，每个碳化物和硅化物相包含选自Si、Mo、Ti、Zr和W的一种或多种金属。

Description

具有电阻加热能力的导电陶瓷蜂窝及其制造方法
本申请根据35U.S.C.§119，要求2018年11月15日提交的第62/767,694号美国临时申请的优先权权益，其内容通过引用全文纳入本文。
技术领域
本公开一般涉及具有电阻加热能力的导电陶瓷蜂窝，包括用于处理流动物流中的有机化合物的陶瓷蜂窝。
背景技术
陶瓷蜂窝已经广泛地用于汽车产业以用于污染和排放控制。
因此，需要提供改进的废气处理效率的蜂窝，以及制造这些蜂窝的方法。
发明内容
本公开的一个方面涉及导电陶瓷蜂窝体，其包括：多孔蜂窝结构，其包括被布置用于提供孔道基质的多个相交的多孔壁，所述多孔壁包括壁表面，其限定了从结构的进口端延伸到结构的出口端的多个通道。所述多孔壁包括陶瓷复合材料，其包含至少一个碳化物相和至少一个硅化物相，每个碳化物和硅化物相包含选自Si、Mo、Ti、Zr和W的一种或多种金属。
本公开的一个方面涉及制造导电陶瓷蜂窝的方法，其包括：将多种成分在一起混合成混合物，所述成分包含(a)金属粉末，其选自下组：Mo、Ti、Zr和W金属粉末，(b)硅(Si)金属粉末，(c)碳前体和(d)液体载剂；将混合物挤出成生坯蜂窝体；在约50℃至约200℃的空气中干燥生坯蜂窝体；在约300℃至约900℃的惰性气氛中碳化生坯蜂窝体；以及在约1400℃至约1800℃的惰性气氛中烧制生坯蜂窝体以形成导电蜂窝体，所述蜂窝体包括被布置用于提供孔道基质的多个相交的多孔壁，所述多孔壁包括壁表面，其限定了从结构的进口端延伸到结构的出口端的多个通道。进一步地，所述多孔壁包括陶瓷复合材料，其包含至少一个碳化物相和至少一个硅化物相，每个碳化物和硅化物相包含选自Si、Mo、Ti、Zr和W的一种或多种金属。
根据这些公开内容的方面，蜂窝体的多孔壁具有约1S/cm至约5000S/cm的电导率。所述多孔壁可包括约1μm至约10μm的中值孔径。所述多孔壁还可包括约35％至约70％的中值孔隙率。所述多孔壁还可以具有约0.1ml/g至约0.5ml/g的孔体积。此外，所述多孔壁可基本上不含游离金属，尤其不含硅金属。如本文所用的“基本上不含”意味着制品、混合物或复合物的组成包含小于0.5重量％，更优选小于0.1重量％的规定材料(例如，游离硅金属)。在一些实施方式中，所述组合物基本上不包含规定材料，或者甚至不包含规定材料(例如，多孔壁优选基本上不包含游离硅金属，更优选不包含游离硅金属)。
在以下的具体实施方式中给出了其他特征和优点，这些特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所述的各个实施方式而被认识。
应当理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是示例性的，且旨在提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。
包括的附图提供了对本公开原理的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了一个或多个实施方式，并与说明书一起通过示例的方式用以解释本公开的原理和操作。应理解，在本说明书和附图中公开的本公开的各种特征可以任意组合和所有组合使用。作为非限制性实例，本公开的各个特征可以按照以下各个方面相互组合。
附图说明
参照附图阅读本公开的以下详述，可以更好地理解本公开的这些方面、特征和优点以及其他的方面、特征和优点，其中：
图1是根据本公开的一个方面，具有导电陶瓷蜂窝的催化修复或其他处理系统的透视示意图(例如，用于汽油和柴油发动机废气)；
图1A是图1所示的系统和导电陶瓷蜂窝的俯视平面图；
图1B是图1所示的导电陶瓷蜂窝的放大俯视示意图；
图1C是催化修复或其他处理系统的透视示意图(例如，用于汽油和柴油发动机废气)；
图2是根据本公开的一个方面所述的制造导电陶瓷蜂窝的方法的示意性流程图；
图3A-3C是根据本公开的实施方式，如根据制造陶瓷导电蜂窝的方法制备时的示例性导电陶瓷蜂窝组合物的x射线衍射(XRD)图；
图4是根据本公开的实施方式，如根据制造陶瓷蜂窝的方法制备时的示例性导电陶瓷蜂窝组合物的孔径分布图；
图5是根据本公开的实施方式，如制备时的以及在暴露于1000℃的空气100小时之后的示例性导电陶瓷组合物的电导率与钼的摩尔分数的关系图，所述组合物包含钼金属粉末、硅金属粉末和碳前体；
图6-10A是根据本公开的各个实施方式所述的包括导电陶瓷蜂窝体的处理系统的俯视示意图；
图10B是图10B的处理系统的侧视图；
图11-13是根据本公开的各个实施方式所述的包括非蜂窝导电陶瓷体的后处理系统的俯视示意图；
图14A是根据本公开的一些实施方式所述的包括非蜂窝导电陶瓷体的后处理系统的透视图；以及
图14B是图14A的后处理系统的俯视图。
具体实施方式
在以下的具体实施方式中，出于解释而非限制的目的，给出了说明具体细节的示例性实施方式，以提供对本公开的各种原理的充分理解。但是，对于本领域普通技术人员显而易见的是，在从本公开获益后，可以按照不同于本文公开的具体细节的其他实施方式实施本公开。另外，本文可能省去对众所周知的装置、方法和材料的描述，以免干扰对本公开的各种原理的描述。最后，在任何适用的情况下，相同的附图标记表示相同的元件。
本文所用的方向术语——例如上、下、右、左、前、后、顶、底——仅仅是参照绘制的附图而言，并不用来暗示绝对的取向。
除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任何方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，在任何方面，当方法权利要求实际上没有陈述其步骤应遵循的顺序时，或者当权利要求或描述中没有另外具体说明所述步骤应限于特定顺序时，不应推断出任何特定顺序。这适用于解释上的任何可能的非表达性基础，包括：涉及步骤或操作流程的安排的逻辑问题；由语法组织或标点派生的明显含义问题；说明书中描述的实施方式的数量或类型问题。
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”以及“该/所述”包括复数指代。因此，例如，提到的一种“部件”包括具有两种或更多种这类部件的方面，除非文本中有另外的明确表示。
本公开的方面一般涉及具有电阻加热能力的导电陶瓷蜂窝，其用于从汽油和柴油发动机废气中移除化合物，例如，二氧化碳。这些陶瓷蜂窝借助其陶瓷复合材料的电阻和相对较高的电导率(例如，相比于堇青石——常规蜂窝结构中使用的一种材料)，可通过使电流通过其表面来直接加热。有利的是，这些陶瓷复合物具有碳化物和硅化物相，其在加工期间原位形成，这使得这些相良好分散以及具有孔隙率属性，它们驱动电导率和处理功效。这些陶瓷蜂窝的另一个优点是，它们包含具有极高抗氧化性的陶瓷复合材料，适用于高温废气物流。例如，这些陶瓷蜂窝的实施方式基本上不含硅金属，这有助于确保蜂窝在其生命周期内暴露于氧化性废气物流时能够抗氧化。
本公开的方面还涉及制造这些导电陶瓷蜂窝的方法。特别地，所述方法使用金属粉末(例如，硅金属粉末和以下中的至少一种：Mo、W、Ti和Zr金属粉末)，以及碳前体。然而，一般地，所述方法不依赖于使用陶瓷材料作为前体。因此，如根据所述方法形成的陶瓷复合物具有极好的碳化物和硅化物相的分布，它们在所述方法的碳化和烧制方面期间原位形成。结果，根据本公开的方法生产得到了具有高电导率的陶瓷复合物(例如，为陶瓷蜂窝形式)。进一步地，这些陶瓷复合物的电导率可通过在所述方法的配料和混合步骤期间控制金属粉末和碳前体的组成来控制。
燃烧后从汽油和柴油发动机废气演变的气体可包括有机化合物，它们一般被认为是有害的或者不期望的。催化转化器有助于处理这些有机化合物，例如，去除该化合物和/或将该化合物修复成简单且无害的化合物，因此，限制了废气对环境污染的影响。例如，催化转化器可包括陶瓷蜂窝结构，其涂覆有作为催化剂的贵金属。来自汽油或柴油发动机的废气通过蜂窝结构流过经涂覆的催化床并经受反应以形成简单的无害分子，例如，O2、N2、CO2和H2O。用于催化转化器的两种类型的催化剂包括氧化催化剂和还原催化剂。用作催化剂的一些不同的金属为Pt、Pd、Rh、Ce、Fe、Mn和Ni。催化剂可将NOx气体转化成N2和O2，并且将CO气体转化成CO2。从发动机排出的气体的温度可以很高，并且传热以活化催化剂来有效地催化反应。然而，在车辆的冷启动期间，可能存在催化剂的温度升高滞后，导致催化剂未处于催化所需的温度。结果，与冷启动相关的温度滞后可造成有害废气化合物在未被催化(例如，变成更小且无害的气体)的情况下逸出进入到环境中。为了有效地最大程度减少这种早期从废气逸出有害气体，本文公开的多孔蜂窝结构包括陶瓷复合材料，其可通过电流的电传导而得到快速加热，例如，在发动机点火的前几秒内。
参考图1、1A和1B，其以示意图的形式描绘了在处理系统15内(例如，用于汽油和柴油发动机废气的催化修复系统)的导电陶瓷蜂窝10(在本文中也被称为多孔蜂窝体10)。蜂窝10包括多孔蜂窝结构14形式的陶瓷复合物14a。如图1所示，多孔蜂窝结构14可通过长度l，宽度w，两侧12之间的距离L来限定，所述两侧12例如可作为电极或其他导电构件来布置，其帮助电流传导通过蜂窝结构14的陶瓷复合物14a。侧12可由与陶瓷复合物14a不同的材料形成，例如，金属或其他高度导电材料。另外，多孔蜂窝结构14包括一个或多个孔道16或通道，其由一个或多个多孔壁18限定(参见图1A)。另外，陶瓷复合物14a包括至少一个碳化物相70以及与碳化物相70不同的至少一个硅化物相80(参见图1B)，它们各自可基本上分散在复合物14a内。碳化物相70和硅化物相80各自包括选自下组的金属：Si、Mo、Ti、Zr和W。在图1B所示的示例性实施方式中，所述至少一个碳化物相70可以是碳化硅70a，并且所述至少一个硅化物相80可以是金属二硅化物80a和金属三硅化物80b，例如，分别是MoSi2和Mo5Si3。
如图1C所示，蜂窝体10可被布置在后处理系统100中，在该后处理系统100中，蜂窝体10与单独的后处理装置101结合使用，后处理装置101也包括蜂窝体102，该蜂窝体102具有由多孔陶瓷材料制成的蜂窝结构104。蜂窝结构104包括孔道和相交的壁，它们类似于关于蜂窝10所述的孔道16和壁18。后处理装置101可以是或者可包括至少一部分的催化转化器组件(例如，其壁负载有用于处理流体物流中的一种或多种污染物的催化材料)，微粒过滤器(例如，具有在相对端部处交替堵塞的通道)，和/或局部过滤器(具有堵塞和未堵塞的通道)。
蜂窝体10和后处理装置101的至少一者负载有催化材料，例如，蜂窝体10和后处理装置101均负载有催化材料，或者仅蜂窝体10或后处理装置101中的一者负载有催化材料。在图1C的实施方式中，蜂窝体10的轴向长度l相对于宽度w和距离L较短(与图1的实施方式形成对照，在图1中，轴向长度l比宽度w和距离L相对更长)。由此，可减少蜂窝体10的热质量(相比于轴向更长的蜂窝体)，从而能够使蜂窝体10的壁18迅速加热。结果，蜂窝体10可有效地形成加热器，以用于向系统100中的催化材料提供热(由蜂窝体10携带和/或蜂窝体102携带的催化材料)。如果蜂窝体10不携带任何催化材料，则通过将蜂窝体10定位在后处理装置101的上游以便加热流体物流，随着流体物流通过后处理装置101的通道，流体物流接着加热并活化蜂窝体102携带的催化材料，由此，壁18中生成的热可间接地加热催化材料。
蜂窝体102的多孔陶瓷材料可包括堇青石、钛酸铝、碳化硅或其他陶瓷材料中的一种或多种。蜂窝体102的材料可与陶瓷复合物14a不同，并且不需要导电。类似地，蜂窝体102或其特征(例如，孔道和壁)的形状和尺寸也可与蜂窝体10及其特征(例如，孔道16和壁18)的对应形状和尺寸不同。
还如图1以及1A-1C所示，通过传导电流以及与该传导相关的电阻，可控制陶瓷蜂窝10(包括多孔蜂窝结构14)的温度。在某些实施方式中，陶瓷蜂窝10的侧12是导电的，并且与引线40连接。进一步地，这些引线40与电源48连接。可采用各种方法，以时间依赖性的方式来控制电源48的电压，从而通过使电流通过引线40和多孔蜂窝结构14的侧12，经电阻加热来起到陶瓷蜂窝10的温度控制作用。取决于以下的布置：陶瓷蜂窝10、侧12、引线40、电源48和其他因素，蜂窝10及其多孔蜂窝结构14的电导率可以为约1S/cm至约5000S/cm、约5S/cm至约4000S/cm、约10S/cm至约3000S/Cm，以及这些范围之间的所有电导率值。
如结合图1和1A-1C所示的多孔蜂窝结构14中所用，术语“多孔蜂窝结构”是具有形状的主体，其包括内部通道，例如直的或蜿蜒通道和/或多孔网络，其将允许流体物流流动通过主体，例如，蜂窝结构14的陶瓷复合物14a。进一步地，多孔蜂窝结构14可包括在流通方向上的从进口端到出口端的尺寸，其为至少1cm、至少2cm、至少3cm、至少4cm、至少5cm、至少6cm、至少7cm、至少8cm、至少9cm、至少10cm、或1cm至1m。
在本公开的一些方面中，多孔蜂窝结构14具有蜂窝结构，其包括进口端、出口端、以及从进口端延伸到出口端的内部通道。在一个实施方式中，所述蜂窝包括从进口端延伸到出口端的各种各样的孔道，所述孔道由相交的孔道壁(例如，孔道壁18)限定。在一个实施方式中，在进口和出口端处的孔道是开放或未堵塞的。蜂窝结构可任选地包括一个或多个选择性堵塞的蜂窝结构孔道端，以提供壁流通结构，该结构允许孔道壁与流体物流(例如，包括来自汽油和柴油发动机的气体和/或微粒的废气物流)之间更紧密地接触。
在本公开的一个实施方式中，如图1中以示例性形式示出的多孔蜂窝结构14包括表面，其表面积大于或等于100m2/g，大于或等于200m2/g，大于或等于300m2/g，大于或等于400m2/g，或者大于或等于500m2/g。
在图1、1A和1B所示的导电陶瓷蜂窝10的另一个实施方式中，多孔蜂窝结构14包括中值孔径(即，孔的最长尺寸或直径总体的中位数)，其在以下范围内：约0.5μm至约20μm、约1μm至约10μm、约2μm至约10μm，以及这些孔径之间的所有孔径值。
在图1、1A和1B所示的导电陶瓷蜂窝10的另一个实施方式中，多孔蜂窝结构14可具有中值孔隙率(即，一个或多个蜂窝结构14的孔隙率测量值的集合的中位数)，其在以下范围内：约35％至约70％、约40％至约70％、约45％至约70％、约50％至约70％，以及这些孔隙率水平之间的所有孔隙率。根据陶瓷蜂窝10的另外的实施方式，多孔蜂窝结构14可包括孔体积，其为约0.1ml/g至约0.6ml/g、约0.1ml/g至约0.5ml/g、0.15ml/g至约0.5ml/g、约0.2ml至约0.5ml/g，以及这些孔体积水平之间的所有孔体积。在蜂窝10的一些实施方案中，多孔蜂窝结构14的孔可产生“互连孔隙率”，其在本文中定义为具有以下特征：孔连接到其他孔中和/或与其他孔相交，以在蜂窝结构14内产生孔隙的曲折网络。
进一步地，图1、1A和1B所示的多孔蜂窝结构14可通过可用于与金属催化剂(未示出)接触的表面积来表征。一般地，随着多孔蜂窝结构14的孔道密度增加，可用于与金属催化剂接触的表面积也增加。在另一个实施方式中，多孔蜂窝结构14可以孔道密度为约6个孔道/平方英寸(“cpsi”)至约1200cpsi为特征。在另一个实施方案中，多孔蜂窝结构14的孔道密度可在约50cpsi至约900cpsi的范围内。另外，多孔蜂窝结构14的某些实施方案可以孔道密度为约100cpsi至约600cpsi为特征。
根据另一个方面，如图1中的示例性形式所示，多孔蜂窝结构14可具有以下特征：至少一个孔道壁18的厚度在约0.001英寸至约0.050英寸的范围内。多孔蜂窝结构14的其他实施方式可具以下特征：至少一个孔道壁18的厚度在约0.002英寸至约0.040英寸的范围内。更一般地，增加多孔蜂窝结构14的孔道密度和壁厚度得到了更高的体积密度水平和吸附能力。在实施方式中，多孔蜂窝结构14包括以下几何表面积：约10至约60平方厘米/立方厘米(cm2/cm3)结构，或约20cm2/cm3至约50cm2/cm3，或者甚至约20cm2/cm3至约30cm2/cm3。
根据另一个实施方案，根据本公开的方面，图1、1A和1B所示的导电陶瓷蜂窝10的多孔蜂窝结构14还可通过比表面积表征，所述比表面积根据比表面积测量方法学领域所理解的标准原理，通过布鲁诺尔-埃米特-特勒(Brunauer-Emmett-Teller，BET)方法来测量。根据一个实施方式，蜂窝10可以比表面积为约50m2/g至约1000m2/g为特征。在一些方面中，蜂窝10的比表面积为约100m2/g至约600m2/g。在另一个方面中，蜂窝10的比表面积为约100m2/g至约200m2/g。在另一个方面中，蜂窝10的比表面积为约400m2/g至约600m2/g。
再次参考图1B所示的导电陶瓷蜂窝10以及多孔蜂窝结构14，显而易见，陶瓷复合物14a包括至少一个碳化物相70和至少一个硅化物相80。这些相70、80可基本分散在复合物14a中。在一些实施方式中，在碳化物相70形成了基质的意义上，碳化物相70是主相，并且所述至少一个硅化物相70作为基质内的第二相。如前所述，碳化物相70和硅化物相80各自包括选自下组的金属：Si、Mo、Ti、Zr和W。在图1B所示的示例性实施方式中，所述至少一个碳化物相70可以是碳化硅70a(SiC)，并且所述至少一个硅化物相80可以是金属二硅化物80a和金属三硅化物80b，例如，分别是MoSi2和Mo5Si3。进一步地，在陶瓷蜂窝10的优选的实施方案中，陶瓷复合物14a基本上不含游离硅(Si)金属；更确切来说，复合物14a中的硅是所述至少一个硅化物相80的形式，并且在一些方面中，以碳化硅相70a(SiC)的形式作为所述至少一个碳化物相70。
在一些实施方式中，陶瓷复合物14a(和/或在该实例或任何其他实例中的对应多孔蜂窝结构14)基本上不含游离金属；相反，任何这些金属(例如，Si、Mo、Ti、Zr或W)为所述至少一个硅化物相80或所述至少一个碳化物相70的形式。在一些实施方式中，陶瓷复合物14a基本上不包括游离硅金属，在另外的实施方式中，陶瓷复合物和/或蜂窝结构基本不包括游离金属。类似于上述，作为对包括游离金属的取代，复合物14a中的任何金属可以为所述至少一个硅化物相80和/或所述至少一个碳化物相70的形式。例如，可对硅化物和碳化物相中的组分(包括金属)的化学计算量进行选择，以原位形成硅化物和/或碳化物相，从而使复合物14a基本上不含游离金属，更优选基本上不含游离金属，或者甚至更优选不含游离金属。
在一些实施方式中，陶瓷复合物14a不含游离硅金属，和/或不含任何种类的游离金属。在一些实施方式中，相比于含有游离金属的蜂窝体，基本上不含游离金属的复合物或结构有利地得到了相对更加导电的蜂窝体，并且具有更低的热膨胀。换言之，在一些实施方式中，使游离金属，尤其是游离硅金属的量最小化可用于促进陶瓷蜂窝体10具有期望的性质，例如，相比于其中具有游离金属的陶瓷体，电导率增加以及热膨胀减少。也就是说，游离金属的氧化(例如，当在陶瓷蜂窝体10的使用期间暴露于空气)可不利地影响各种参数(例如，通过降低热冲击性能，降低电导率和/或增加热膨胀来不利地影响)。例如，特别地，游离硅金属在被氧化时促进形成了方石英，其是电导率相对较差的极高膨胀的二氧化硅晶体。
再次参考图1B所示的导电陶瓷蜂窝10以及多孔蜂窝结构14，在一些实施方式中，陶瓷复合物14a包括体积分数为约40％至约95％的至少一个碳化物相70和体积分数为约5％至约60％的至少一个硅化物相80。在陶瓷复合物14a的另一个实施方式中，所述至少一个碳化物相70的体积分数为约45％至约90％，并且所述至少一个硅化物相的体积分数为约10％至约55％。例如，在所述至少一个碳化物相70为SiC形式(例如，作为碳化硅相70a)并且所述至少一个硅化物相80为MoSi2和Mo5Si3形式(例如，分别作为金属二硅化物80a和金属三硅化物80b)的陶瓷复合物14a中，SiC的体积分数可以为约45％至约90％，并且MoSi2和Mo5Si3的总体积分数可以为约10％至约55％。再次参考图1、1A和1B所示的导电蜂窝10，多孔蜂窝结构14可以为陶瓷复合物14a的形式，其包括至少一个碳化物相70和至少一个硅化物相80。进一步地，陶瓷复合物14a可源自前体混合物，所述前体混合物包括：(a)Mo、Ti、Zr和W金属中的至少一种，(b)硅(Si)金属和(c)碳前体。所述Mo、Ti、Zr和W金属中的至少一种可以为金属粉末的形式，例如，作为Mo金属粉末、Ti金属粉末、Zr金属粉末、W金属粉末及其组合。所述硅(Si)金属也可以为硅金属粉末形式。碳前体可包括水溶性聚合树脂(例如，酚醛树脂)。其他碳前体可包括但不限于聚合物、糖、碳粉末和/或天然碳源形式的各种碳源。所述天然碳源可包括有机粉状物，其混有有机粘结剂(例如甲基纤维素粘结剂)，润滑剂(例如，购自Peter Greven公司的LIGA硬脂酸钠润滑剂)，植物油或合成油，以及水。示例性的有机树脂包括热固性树脂和热塑性树脂(例如，聚偏二氯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、其组合等)。也可使用合成聚合物材料，例如，酚醛树脂或糠醇基树脂，例如呋喃树脂。示例性的合适的酚醛树脂是可熔性酚醛树脂(resole resins)，例如，多酚树脂。示例性的合适的呋喃液体树脂是购自印第安纳州的QO化工公司(QO Chemicals Inc.)的Furcab-LP。示例性合适的固体树脂是固体酚醛树脂，例如线型酚醛清漆树脂。
再次参考图1、1A和1B所示的导电陶瓷蜂窝10，如上所述，陶瓷复合物14a可源自具有一种或多种有机填料或粘结剂的混合物。示例性的有机粘结剂包括纤维素化合物。纤维素化合物包括纤维素醚，例如甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素、羟丁基纤维素、羟丁基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠及其混合物。一种示例性的甲基纤维素粘结剂为陶氏化学公司(DowChemical Company，“Dow”)销售的METHOCELTM A系列产品。示例性的羟丙基甲基纤维素粘结剂包括同样由陶氏化学公司销售的METHOCELTM E、F、J、K系列产品。同样由陶氏化学公司销售的METHOCELTM 310系列产品中的粘结剂也可用于本发明的范围。Dow METHOCELTM A4M是与RAM挤出机一起使用的示例性粘结剂。Dow METHOCELTM F240C是与双螺杆挤出机一起使用的示例性粘结剂。
再次参考图1、1A-1C所示的导电陶瓷蜂窝10，同样如上所述，陶瓷复合物14a可源自包括一种或多种润滑剂或成形助剂(在本文中也被称为“增塑剂”)的混合物。示例性的成形助剂包括皂，脂肪酸(例如，油酸、亚油酸、硬脂酸钠等)，聚氧乙烯硬脂酸酯等及其组合。可用于改进用于制造陶瓷复合物的批料的挤出和固化性质的其他添加剂为磷酸和油。示例性的油包括植物油、分子量为250至1000的石油，以及包含链烷、和/或芳族、和/或脂环族化合物的其他油。一些有用的油是购自WD-40公司的
Figure BDA0003162917860000101
油。其他有用的油可包括基于聚α-烯烃、酯、聚亚烷基二醇、聚丁烯、硅酮、聚苯醚、三氟氯乙烯(“CTFE”)油和其他商购油的合成油。植物油，例如葵花油、芝麻油、花生油、大豆油等，在制备最终形成陶瓷复合物14a的混合物中也是有用的成形助剂。
根据图1和1A-1C所示的陶瓷蜂窝10的陶瓷复合物14a的一些实施方式，所述复合物可源自各种百分比的以下物质：(a)Mo、Ti、Zr和W金属中的至少一种，(b)硅(Si)金属，和(c)碳前体，以获得适于导电蜂窝10的应用的特定导电水平和其他性质(例如，孔隙率、抗氧化性等)。在一些实施方案中，Mo、Ti、Zr和W金属中的至少一种的摩尔分数为约0.05至约0.5，硅(Si)金属的摩尔分数为约0.4至约0.8，并且由碳前体提供的碳(C)的摩尔分数为约0.1至约0.5。在一些实施方案中，Mo金属的摩尔分数为约0.05至约0.25，硅(Si)金属的摩尔分数为约0.5至约0.7，并且由碳前体提供的碳(C)的摩尔分数为约0.15至约0.4。在一些实施方案中，Ti金属的摩尔分数为约0.15至约0.4，硅(Si)金属的摩尔分数为约0.5至约0.7，并且由碳前体提供的碳(C)的摩尔分数为约0.1至约0.2。根据图1和1A-1C所示的导电陶瓷蜂窝10的一些实施方式，陶瓷复合物14a可源自金属、硅和碳的混合物，以使得(a)Mo、Ti、Zr和W金属中的至少一种，(b)硅(Si)金属，和(c)由碳前体提供的碳(C)的摩尔分数根据下表1来提供。进一步地，应理解，可根据表1使用Mo、Ti、Zr和W金属的混合物，其中，通过摩尔分数范围给出的摩尔分数代表混合物中使用的具体金属的量。例如，源自Mo和Ti金属、硅金属和碳前体的混合物的陶瓷复合物14a可采用约0.1至约0.38的金属(Mo和Ti)摩尔分数，约0.43至0.70的Si金属摩尔分数，以及0.10至0.35的由碳前体提供的碳(C)的摩尔分数，如下表1所列出的。
表1
Figure BDA0003162917860000111
如前所述，可控制图1和1A-1C所示的导电陶瓷蜂窝10的温度，这通过下述进行：使电流传导通过其多孔蜂窝结构14，以影响金属催化剂和/或用于金属催化剂的基材(例如，蜂窝结构14)的加热速率，从而得到更高的修复效率。蜂窝10的侧12可被构造成导电，并且与引线40和电源48连接。进一步地，对被构造成导电的蜂窝10的侧12进行定位，以能够使电流传导通过蜂窝，优选是以均匀的方式传导通过。侧12的实际位置取决于装置的几何。然而，蜂窝10的侧12不限于任何特定类型的导体或导体几何。但是，优选地，从电源48传递通过引线40的电流对导电陶瓷蜂窝10产生基本均匀的加热而不会普遍存在热点。
图1和1A-1C所示的导电陶瓷蜂窝10的电压和电流要求可根据蜂窝的应用而变化。进一步地，在需要时，蜂窝10以及其多孔蜂窝结构14的电阻率可根据以下等式来调整：
Figure BDA0003162917860000112
其中，ρ是电阻率，单位为欧姆-cm，R是电阻，单位为欧姆，A是导电表面的面积，单位为cm2，并且如前所述，L是两个导电表面之间的距离，单位为cm。
根据图1和1A-1C所示的导电陶瓷蜂窝10的一个实施方式，可向蜂窝和多孔蜂窝结构14的相对侧12(或表面)中的每一者施加导电金属。如本文所指的，蜂窝10的“相对侧”或“相对表面”使得所述侧或表面根据多孔蜂窝结构14和陶瓷复合物14a的几何来间隔，以使得导电侧或表面之间的电流通过产生电流，该电流以基本上均匀的方式加热多孔蜂窝结构14。当然，相对的表面可以是在蜂窝10上或蜂窝10内的任何位置(包括多个位置)，以能够利用所施加的电流基本上均匀地加热多孔蜂窝结构14。可用于相对侧12(或者相对表面，如这种情况可以是不具有平行的相对侧12的多孔蜂窝结构14)的示例性导电材料包括金属和金属合金，其包含铜、银、铝、锌、镍、铅和锡中的一种或多种。在一些实施方式中，侧12涂覆有一种或多种材料(例如，含银的漆或糊料)，所述材料的电导率高于陶瓷复合物14a的电导率，以允许多孔蜂窝结构14内的电流更均匀分布，并因此有更均匀的温度分布。此外，具有导电侧12的蜂窝可被构造成使得侧12为蜂窝10的多孔蜂窝结构14上的导电材料条的形式，或包含该导电材料条。例如，如果使用电极作为引线40的部分连接到侧12，则其可通过压力接点(例如弹簧)来施加。或者，在一些方面中，导电金属条可用于该目的，并且可通过导电粘合剂(例如，含银的环氧树脂，例如，购自VON ROLL美国公司的
Figure BDA0003162917860000121
#3012和#3022)而附接于蜂窝10和连续主体。进一步地，在一些实施方式中，出于该目的，可通过喷洒金属涂料的方法沉积铜涂层，如本领域普通技术人员所理解的。
不囿于理论，导电陶瓷蜂窝10和多孔蜂窝结构14的电阻加热主要由陶瓷复合物14a的组成驱动，所述组成包含至少一个碳化物相70和至少一个硅化物相80，这两个相的组合是导电陶瓷材料。进一步地，根据一些实施方式，硅化物相80在至少一个碳化物相70内(如原位形成的)很好的分散确保了陶瓷复合物14a的传导率高，并且得到了基本上均匀的加热能力。
在一个实施方式中，用于废气修复的足够的温度可包括在约50℃至约700℃的范围内，包括，例如100℃、150℃、180℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃和700℃的温度，以及其间的所有范围和子范围内，加热涂覆有金属催化剂的蜂窝10。在另一个实施方式中，充分加热的温度的范围可来源于这些数值，包括，例如，约100℃至约300℃，或约200℃至约500℃。
此外，任何导电陶瓷蜂窝10，以及符合本公开原理的其他蜂窝结构可以被包含到其他适当的系统环境中或用于其他适当的系统环境。例如，本公开的蜂窝10可用于柴油汽车发动机的废气物流或其他工艺物流。更一般地，上述蜂窝10和构造类似的蜂窝结构中的任一种可被包含到期望对物流中的一些组分进行催化转化的系统构造中。
根据本公开的另一个实施方式，提供了制造导电陶瓷蜂窝10(同样见于图1-1B)的方法200，如图2示意性所示。方法200包括步骤208：配料或以其他方式提供前体批料，所述前体批料包含：(a)选自Mo、Ti、Zr和W金属粉末的金属粉末，(b)硅(Si)金属粉末和(c)碳前体。在方法200的一些实施方案中，Mo、Ti、Zr和W金属粉末中的至少一种的摩尔分数为约0.05至约0.5，硅(Si)金属粉末的摩尔分数为约0.4至约0.8，并且由碳前体提供的碳(C)的摩尔分数为约0.1至约0.5。根据方法200的一些实施方案，进行配料步骤208，以使得批料源自由以下物质的摩尔分数限定的金属、硅和碳混合物，(a)Mo、Ti、Zr和W金属中的至少一种，(b)硅(Si)金属，和(c)由碳前体提供的碳(C)，如前所述，它们根据表1来提供。
方法200还包括步骤210：混合或碾磨该前体批料，例如，在常规碾磨设备中，如在本公开领域的普通技术人员所用的常规研磨设备中。方法200还包括步骤212：塑化前体批料，例如，如在本公开领域的普通技术人员所用的挤出设备内。方法200还包括步骤220：将批料挤出成生坯蜂窝体形式，随后是步骤230：在约50℃至约200℃，优选在约150℃下，在空气中干燥或固化生坯蜂窝体形式。
还如图2所示，制造导电陶瓷蜂窝10(同样参见图1-1B)的方法200还包括步骤240：在约300℃至约900℃，优选750℃至约900℃的惰性气氛中(例如，在N2、Ne、Ar、He气体及其组合中)碳化生坯蜂窝体形式。进一步地，方法200包括步骤250：在约1400℃至约2000℃，优选约1450℃至约1800℃的惰性气氛中(例如，在He和/或Ar气体中)，烧制生坯蜂窝体形式，以形成导电陶瓷蜂窝10，所述蜂窝包括多孔蜂窝结构14。进一步地，蜂窝结构14是陶瓷复合物14a，其包括至少一个碳化物相70和至少一个硅化物相80，每个碳化物和硅化物相包括选自Si、Mo、Ti、Zr和W的金属。还应理解，方法200得到了导电陶瓷蜂窝10，如本公开先前详述(参见图1-1B和对应的描述)。
根据图2所示的制造导电陶瓷蜂窝10的方法200的实施方式，步骤210、212和214的混合、塑化以及挤出前体批料，以将混合物形成为生坯蜂窝体形式(例如，多孔蜂窝结构14的形式)可根据各种方式来进行。例如，可通过任何合适的技术，例如，通过挤出，将混合物成形为某形状，例如，蜂窝。步骤212和214中的塑化和挤出前体批料(即，混合物，包括：(a)选自Mo、Ti、Zr和W金属粉末的金属粉末，(b)硅(Si)金属粉末和(c)碳前体)可通过使用标准挤出机和挤出设备(例如，柱塞式挤出机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机及其他)以及自定义模头来进行，以制造具有各种形状和几何的多孔蜂窝结构。如前所述，混合物中的成形助剂和增塑剂的存在可有助于步骤210的混合前体批料。
再次参考图2所示的制造导电陶瓷蜂窝10的方法200，还可根据各种方式进行步骤230：干燥或固化生坯蜂窝体形式。例如，可在环境气氛或惰性气氛中，在约100℃至约200℃下的炉中加热生坯蜂窝体形式(例如，包含前体批料)几分钟至几小时，以干燥混合物。就生坯蜂窝体形式(如由前体批料形成)包括一种或多种有机树脂而言，生坯蜂窝体形式可通过下述来固化：在气氛压力下在空气中加热混合物，通常通过在约70℃至约200℃的温度下加热生坯形式约0.5小时至约24小时。在方法200的某些实施方式中，生坯蜂窝体形式分阶段从低温加热到更高温度，例如，从约70℃，到约90℃，到约125℃，到约150℃，每个温度保持几分钟至几小时。另外，通过加入固化添加剂，例如，在室温下加入酸添加剂，紫外(UV)敏感催化剂并施加UV光，以及其他，也可实现固化。
在干燥和/或固化步骤230后，图2所示的方法200包括步骤240：碳化生坯蜂窝体形式中的碳前体。例如，生坯蜂窝体形式中的碳前体可以通过使其在O2耗尽的气氛中经受升高的碳化温度来碳化。碳化温度可以为约600℃至约900℃，在某些实施方式中，其可在约700℃至约900℃的范围内。另外，碳化气氛可以是惰性的，主要包括非反应性气体，例如，N2、Ne、Ar及其混合物。在O2耗尽的气氛中，在碳化温度下，生坯蜂窝体形式中包含的有机物质可分解，以留下碳质残余物并且具有高的表面积。
仍然参考图2所示的制造导电陶瓷蜂窝10的方法200，方法200进展到步骤250：烧制生坯蜂窝体形式，例如，在完成了步骤230的固化和步骤240的碳化后进行。如前所述，步骤250的烧制生坯蜂窝体形式也在惰性气氛中进行。然而，该步骤中采用的非反应性气体不应包含氮气，因为氮气的包含将导致形成氮化物相，氮化物相的存在将使所得蜂窝的电导率变差。因此，步骤250的烧制生坯蜂窝体形式可在约1400℃至约2000℃，例如，在1450℃、1500℃、1550℃、1600℃、1650℃、1700℃、1750℃、1800℃、1850℃、1900℃、1950℃、2000℃，以及这些温度之间的所有烧制温度下进行。步骤250的结果是形成了导电陶瓷蜂窝10，蜂窝10包括多孔蜂窝结构14，其中蜂窝结构14是陶瓷复合物14a(同样参见图1-1B)。
实施例
以下实施例表示本公开的某些非限制性实施方式。
如下文详细所述，根据制造导电陶瓷蜂窝的方法制备各种含钼及含钛的导电陶瓷蜂窝实施例(即，实施例1-19)。每个蜂窝与本公开的导电陶瓷蜂窝10(参见图1-1B及对应描述)一致。进一步地，用于制造这些蜂窝的每种方法与本公开的制造导电陶瓷蜂窝的方法200(参见图2及对应描述)一致。
如下表2所述，对这些实施例中制备的导电陶瓷蜂窝进行表征，以确定它们的电导率(S/cm)、骨架密度(g/cc)、孔径(μm)、孔隙率(％)和孔体积(ml/g)。进一步地，下表2提供了用于制造这些导电陶瓷蜂窝的金属(Mo或Ti)前体、硅(Si)金属以及由碳前体提供的碳(C)的摩尔分数。此外，使用本公开领域的普通技术人员理解的x射线衍射(XRD)技术来表征含钼的导电陶瓷蜂窝(即，实施例1-17)。下表3A中提供了该表征的结果。特别地，表3A详述了这些导电陶瓷蜂窝结构中的硅化物(MoSi2和Mo5Si3)和碳化物相(SiC)的重量百分比。进一步地，使用本公开领域的普通技术人员易于理解的分析技术，利用表3A中的结果用于计算这些导电陶瓷蜂窝结构中的硅化物和碳化物相的体积百分比，如下表3B所列出的。
实施例1：
根据该实施例，在聚乙烯罐中，通过混合以下成分来制备前体批料：20.82重量％Mo粉末、40.95重量％Si粉末、7重量％MM1-羟丙基甲基纤维素A4M和1重量％硬脂酸钠(购自Peter Greven公司的LIGA SS3 SG3硬脂酸钠)。该步骤后，向混合物添加30.23重量％的酚醛树脂[购自乔治亚太平洋化学品公司(Georgia Pacific Chemicals)的
Figure BDA0003162917860000153
510D50]，并且在单独的聚乙烯罐中混合。因此，该前体批料的Mo:Si:C摩尔分数比为0.085:0.570:0.344，如下表2、3A和3B所示。通过在空气中在150℃下固化树脂，随后在900℃下在氮气中碳化，由实验测得的树脂的碳含量来计算碳分数。
在对前体混合物进行配料后，碾磨混合物约5分钟。接着，向混合物添加2重量％的水(作为追加)，然后再碾磨混合物20分钟。然后在挤出机中将所得到的前体混合物挤出成为多孔蜂窝结构形式。在150℃下干燥并固化挤出的生坯零件(例如，在赛默飞科技公司(Thermo Fisher Scientific)的
Figure BDA0003162917860000151
加热炉中)，以使树脂交联并形成刚性结构。接着将经固化的刚性结构切割成2英寸的件，并在氮气氛下在900℃下碳化，然后在衬石墨的炉中，在氩气氛下于1800℃下烧制。使得到的导电陶瓷蜂窝接着经受以下表征：水银孔隙度法、强度测试和XRD分析。还通过四探针电导率法，使用
Figure BDA0003162917860000152
2002型万用表，使蜂窝经受电导率测试。XRD谱证明存在具有MoSi2、Mo5Si3和SiC相的高度结晶材料。另外，下表2、3A和3B提供了该表征的结果。
实施例2：
根据该实施例，通过在聚乙烯罐中混合以下成分来制备前体批料：22.77重量％Mo粉末、40.72重量％Si粉末、7重量％MM1-羟丙基甲基纤维素A4M和1重量％硬脂酸钠(购自Peter Greven公司的LIGA SS3 SG3硬脂酸钠)。该步骤后，向混合物添加28.51重量％的酚醛树脂(购自乔治亚太平洋化学品公司的
Figure BDA0003162917860000161
510D50)，并且在单独的聚乙烯罐中混合。因此，该前体批料的Mo:Si:C摩尔分数比为0.094:0.576:0.330，如下表2、3A和3B所示。进一步地，根据上文关于实施例1阐述的方法，将得到的前体转化成导电陶瓷蜂窝。还根据上文关于实施例1阐述的技术对得到的蜂窝进行表征，结果列于表2、3A和3B。
实施例3：
根据该实施例，通过在聚乙烯罐中混合以下成分来制备前体批料：24.67重量％Mo粉末、40.46重量％Si粉末、7重量％MM1-羟丙基甲基纤维素A4M和1重量％硬脂酸钠(购自Peter Greven公司的LIGA SS3 SG3硬脂酸钠)。该步骤后，向混合物添加26.87重量％的酚醛树脂(购自乔治亚太平洋化学品公司的
Figure BDA0003162917860000162
510D50)，并且在单独的聚乙烯罐中混合。因此，该前体批料的Mo:Si:C摩尔分数比为0.104:0.581:0.316,，如下表2、3A和3B所示。进一步地，根据上文关于实施例1阐述的方法，将得到的前体转化成导电陶瓷蜂窝。还根据上文关于实施例1阐述的技术对得到的蜂窝进行表征，结果列于表2、3A和3B。
实施例4：
根据该实施例，通过在聚乙烯罐中混合以下成分来制备前体批料：26.5重量％Mo粉末、40.23重量％Si粉末、7重量％MM1-羟丙基甲基纤维素A4M和1重量％硬脂酸钠(购自Peter Greven公司的LIGA SS3 SG3硬脂酸钠)。该步骤后，向混合物添加25.27重量％的酚醛树脂(购自乔治亚太平洋化学品公司的
Figure BDA0003162917860000163
510D50)，并且在单独的聚乙烯罐中混合。因此，该前体批料的Mo:Si:C摩尔分数比为0.113:0.586:0.301，如下表2、3A和3B所示。进一步地，根据上文关于实施例1阐述的方法，将得到的前体转化成导电陶瓷蜂窝。还根据上文关于实施例1阐述的技术对得到的蜂窝进行表征，结果列于表2、3A和3B。
实施例5：
根据该实施例，通过在聚乙烯罐中混合以下成分来制备前体批料：28.26重量％Mo粉末、40.02重量％Si粉末、7重量％MM1-羟丙基甲基纤维素A4M和1重量％硬脂酸钠(购自Peter Greven公司的LIGA SS3 SG3硬脂酸钠)。该步骤后，向混合物添加23.72重量％的酚醛树脂(购自乔治亚太平洋化学品公司的
Figure BDA0003162917860000164
510D50)，并且在单独的聚乙烯罐中混合。因此，该前体批料的Mo:Si:C摩尔分数比为0.122:0.591:0.287,，如下表2、3A和3B所示。进一步地，根据上文关于实施例1阐述的方法，将得到的前体转化成导电陶瓷蜂窝。还根据上文关于实施例1阐述的技术对得到的蜂窝进行表征，结果列于表2、3A和3B。
实施例6：
根据该实施例，通过在聚乙烯罐中混合以下成分来制备前体批料：30.0重量％Mo粉末、39.78重量％Si粉末、7重量％MM1-羟丙基甲基纤维素A4M和1重量％硬脂酸钠(购自Peter Greven公司的LIGA SS3 SG3硬脂酸钠)。该步骤后，向混合物添加22.22重量％的酚醛树脂(购自乔治亚太平洋化学品公司的
Figure BDA0003162917860000171
510D50)，并且在单独的聚乙烯罐中混合。因此，该前体批料的Mo:Si:C摩尔分数比为0.132:0.596:0.272,，如下表2、3A和3B所示。进一步地，根据上文关于实施例1阐述的方法，将得到的前体转化成导电陶瓷蜂窝。还根据上文关于实施例1阐述的技术对得到的蜂窝进行表征，结果列于表2、3A和3B。
实施例7：
根据该实施例，通过在聚乙烯罐中混合以下成分来制备前体批料：31.66重量％Mo粉末、39.56重量％Si粉末、7重量％MM1-羟丙基甲基纤维素A4M和1重量％硬脂酸钠(购自Peter Greven公司的LIGA SS3 SG3硬脂酸钠)。该步骤后，向混合物添加20.78重量％的酚醛树脂(购自乔治亚太平洋化学品公司的
Figure BDA0003162917860000172
510D50)，并且在单独的聚乙烯罐中混合。因此，该前体批料的Mo:Si:C摩尔分数比为0.141:0.601:0.258,，如下表2、3A和3B所示。进一步地，根据上文关于实施例1阐述的方法，将得到的前体转化成导电陶瓷蜂窝。还根据上文关于实施例1阐述的技术对得到的蜂窝进行表征，结果列于表2、3A和3B。
实施例8：
根据该实施例，通过在聚乙烯罐中混合以下成分来制备前体批料：33.28重量％Mo粉末、39.36重量％Si粉末、7重量％MM1-羟丙基甲基纤维素A4M和1重量％硬脂酸钠(购自Peter Greven公司的LIGA SS3 SG3硬脂酸钠)。该步骤后，向混合物添加19.36重量％的酚醛树脂(购自乔治亚太平洋化学品公司的
Figure BDA0003162917860000173
510D50)，并且在单独的聚乙烯罐中混合。因此，该前体批料的Mo:Si:C摩尔分数比为0.150:0.606:0.244,，如下表2、3A和3B所示。进一步地，根据上文关于实施例1阐述的方法，将得到的前体转化成导电陶瓷蜂窝。还根据上文关于实施例1阐述的技术对得到的蜂窝进行表征，结果列于表2、3A和3B。
实施例9：
根据该实施例，通过在聚乙烯罐中混合以下成分来制备前体批料：34.86重量％Mo粉末、39.16重量％Si粉末、7重量％MM1-羟丙基甲基纤维素A4M和1重量％硬脂酸钠(购自Peter Greven公司的LIGA SS3 SG3硬脂酸钠)。该步骤后，向混合物添加17.98重量％的酚醛树脂(购自乔治亚太平洋化学品公司的
Figure BDA0003162917860000181
510D50)，并且在单独的聚乙烯罐中混合。因此，该前体批料的Mo:Si:C摩尔分数比为0.159:0.611:0.230,，如下表2、3A和3B所示。进一步地，根据上文关于实施例1阐述的方法，将得到的前体转化成导电陶瓷蜂窝。还根据上文关于实施例1阐述的技术对得到的蜂窝进行表征，结果列于表2、3A和3B。
实施例10：
根据该实施例，通过在聚乙烯罐中混合以下成分来制备前体批料：36.39重量％Mo粉末、38.96重量％Si粉末、7重量％MM1-羟丙基甲基纤维素A4M和1重量％硬脂酸钠(购自Peter Greven公司的LIGA SS3 SG3硬脂酸钠)。该步骤后，向混合物添加16.65重量％的酚醛树脂(购自乔治亚太平洋化学品公司的
Figure BDA0003162917860000182
510D50)，并且在单独的聚乙烯罐中混合。因此，该前体批料的Mo:Si:C摩尔分数比为0.169:0.616:0.215,，如下表2、3A和3B所示。进一步地，根据上文关于实施例1阐述的方法，将得到的前体转化成导电陶瓷蜂窝。还根据上文关于实施例1阐述的技术对得到的蜂窝进行表征，结果列于表2、3A和3B。
实施例11：
根据该实施例，通过在聚乙烯罐中混合以下成分来制备前体批料：38.81重量％Mo粉末、38.52重量％Si粉末、7重量％MM1-羟丙基甲基纤维素A4M和1重量％硬脂酸钠(购自Peter Greven公司的LIGA SS3 SG3硬脂酸钠)。该步骤后，向混合物添加14.67重量％的酚醛树脂(购自乔治亚太平洋化学品公司的
Figure BDA0003162917860000183
510D50)，并且在单独的聚乙烯罐中混合。因此，该前体批料的Mo:Si:C摩尔分数比为0.184:0.622:0.194,，如下表2、3A和3B所示。进一步地，根据上文关于实施例1阐述的方法，将得到的前体转化成导电陶瓷蜂窝。还根据上文关于实施例1阐述的技术对得到的蜂窝进行表征，结果列于表2、3A和3B。
实施例12：
根据该实施例，通过在聚乙烯罐中混合以下成分来制备前体批料：38.52重量％Mo粉末、38.94重量％Si粉末、7重量％MM1-羟丙基甲基纤维素A4M和1重量％硬脂酸钠(购自Peter Greven公司的LIGA SS3 SG3硬脂酸钠)。该步骤后，向混合物添加14.54重量％的酚醛树脂(购自乔治亚太平洋化学品公司的
Figure BDA0003162917860000184
510D50)，并且在单独的聚乙烯罐中混合。因此，该前体批料的Mo:Si:C摩尔分数比为0.182:0.627:0.192,，如下表2、3A和3B所示。进一步地，根据上文关于实施例1阐述的方法，将得到的前体转化成导电陶瓷蜂窝。还根据上文关于实施例1阐述的技术对得到的蜂窝进行表征，结果列于表2、3A和3B。
实施例13：
根据该实施例，通过在聚乙烯罐中混合以下成分来制备前体批料：26.92重量％Mo粉末、42.42重量％Si粉末、7重量％MM1-羟丙基甲基纤维素A4M和1重量％硬脂酸钠(购自Peter Greven公司的LIGA SS3 SG3硬脂酸钠)。该步骤后，向混合物添加25.66重量％的酚醛树脂(购自乔治亚太平洋化学品公司的
Figure BDA0003162917860000191
510D50)，并且在单独的聚乙烯罐中混合。因此，该前体批料的Mo:Si:C摩尔分数比为0.111:0.595:0.295,，如下表2、3A和3B所示。进一步地，根据上文关于实施例1阐述的方法，将得到的前体转化成导电陶瓷蜂窝。还根据上文关于实施例1阐述的技术对得到的蜂窝进行表征，结果列于表2、3A和3B。
实施例14：
根据该实施例，通过在聚乙烯罐中混合以下成分来制备前体批料：26.40重量％Mo粉末、43.44重量％Si粉末、7重量％MM1-羟丙基甲基纤维素A4M和1重量％硬脂酸钠(购自Peter Greven公司的LIGA SS3 SG3硬脂酸钠)。该步骤后，向混合物添加25.16重量％的酚醛树脂(购自乔治亚太平洋化学品公司的
Figure BDA0003162917860000192
510D50)，并且在单独的聚乙烯罐中混合。因此，该前体批料的Mo:Si:C摩尔分数比为0.108:0.605:0.287,，如下表2、3A和3B所示。进一步地，根据上文关于实施例1阐述的方法，将得到的前体转化成导电陶瓷蜂窝。还根据上文关于实施例1阐述的技术对得到的蜂窝进行表征，结果列于表2、3A和3B。
实施例15：
根据该实施例，通过在聚乙烯罐中混合以下成分来制备前体批料：36.71重量％Mo粉末、36.43重量％Si粉末、7重量％MM1-羟丙基甲基纤维素A4M、1重量％硬脂酸钠(购自Peter Greven公司的LIGA SS3 SG3硬脂酸钠)和5重量％聚乙烯珠[Microthene FN5100020μm粒径的PE珠，购自利安德巴塞尔工业公司(LyondellBasell Industries HoldingsB.V.)]。该步骤后，向混合物添加13.86重量％的酚醛树脂(购自乔治亚太平洋化学品公司的
Figure BDA0003162917860000193
510D50)，并且在单独的聚乙烯罐中混合。因此，该前体批料的Mo:Si:C摩尔分数比为0.184:0.622:0.194,，如下表2、3A和3B所示。进一步地，根据上文关于实施例1阐述的方法，将得到的前体转化成导电陶瓷蜂窝。还根据上文关于实施例1阐述的技术对得到的蜂窝进行表征，结果列于表2、3A和3B。
实施例16：
根据该实施例，通过在聚乙烯罐中混合以下成分来制备前体批料：38.40重量％Mo粉末、34.10重量％Si粉末、7重量％MM1-羟丙基甲基纤维素A4M、1重量％硬脂酸钠(购自Peter Greven公司的LIGA SS3 SG3硬脂酸钠)和5重量％聚乙烯珠(Microthene FN5100020μm粒径的PE珠，购自利安德巴塞尔工业公司)。该步骤后，向混合物添加14.5重量％的酚醛树脂(购自乔治亚太平洋化学品公司的
Figure BDA0003162917860000201
510D50)，并且在单独的聚乙烯罐中混合。因此，该前体批料的Mo:Si:C摩尔分数比为0.196:0.596:0.207,，如下表2、3A和3B所示。进一步地，根据上文关于实施例1阐述的方法，将得到的前体转化成导电陶瓷蜂窝。还根据上文关于实施例1阐述的技术对得到的蜂窝进行表征，结果列于表2、3A和3B。
实施例17：
根据该实施例，通过在聚乙烯罐中混合以下成分来制备前体批料：20.60重量％Mo粉末、36.52重量％Si粉末、7重量％MM1-羟丙基甲基纤维素A4M、1重量％硬脂酸钠(购自Peter Greven公司的LIGA SS3 SG3硬脂酸钠)和5重量％聚乙烯珠(Microthene FN5100020μm粒径的PE珠，购自利安德巴塞尔工业公司)。该步骤后，向混合物添加29.88重量％的酚醛树脂(购自乔治亚太平洋化学品公司的
Figure BDA0003162917860000202
510D50)，并且在单独的聚乙烯罐中混合。因此，该前体批料的Mo:Si:C摩尔分数比为0.090:0.545:0.365，如下表2、3A和3B所示。进一步地，根据上文关于实施例1阐述的方法，将得到的前体转化成导电陶瓷蜂窝。还根据上文关于实施例1阐述的技术对得到的蜂窝进行表征，结果列于表2、3A和3B。
实施例18：
根据该实施例，通过在聚乙烯罐中混合以下成分来制备前体批料：28.2重量％Ti粉末、47.4重量％Si粉末、6重量％MM1-羟丙基甲基纤维素A4M和1重量％硬脂酸钠(购自Peter Greven公司的LIGA SS3 SG3硬脂酸钠)。该步骤后，向混合物添加17.5重量％的酚醛树脂(购自乔治亚太平洋化学品公司的
Figure BDA0003162917860000203
510D50)，并且在单独的聚乙烯罐中混合。因此，该前体批料的Ti:Si:C摩尔分数比为0.200:0.610:0.190,，如下表2、3A和3B所示。进一步地，根据上文关于实施例1阐述的方法，将得到的前体转化成导电陶瓷蜂窝。还根据上文关于实施例1阐述的技术对得到的蜂窝进行表征，结果列于表2、3A和3B。
实施例19：
根据该实施例，通过在聚乙烯罐中混合以下成分来制备前体批料：46.3重量％Ti粉末、34.4重量％Si粉末、6重量％MM1-羟丙基甲基纤维素A4M和1重量％硬脂酸钠(购自Peter Greven公司的LIGA SS3 SG3硬脂酸钠)。该步骤后，向混合物添加12.2重量％的酚醛树脂(购自乔治亚太平洋化学品公司的
Figure BDA0003162917860000211
510D50)，并且在单独的聚乙烯罐中混合。因此，该前体批料的Ti:Si:C摩尔分数比为0.380:0.480:0.140,，如下表2、3A和3B所示。进一步地，根据上文关于实施例1阐述的方法，将得到的前体转化成导电陶瓷蜂窝。还根据上文关于实施例1阐述的技术对得到的蜂窝进行表征，结果列于表2、3A和3B。
表2——导电陶瓷蜂窝的物理和电学性质
Figure BDA0003162917860000212
表2(续)——导电陶瓷蜂窝的物理和电学性质
Figure BDA0003162917860000213
表3A——导电陶瓷蜂窝的XRD表征
Figure BDA0003162917860000221
表3B——基于XRD数据的导电陶瓷蜂窝的表征
Figure BDA0003162917860000222
现在参考图3A-3C，其提供了来自Ex.1、4和12的示例性导电陶瓷蜂窝组合物的x射线衍射(XRD)图。如上文这些实施例的描述中所述，这些导电蜂窝组合物各自包含Mo、C和Si。如从图3A-3C中的XRD图明显看出，Ex.1、4和12的导电陶瓷蜂窝各自具有MoSi2、Mo5Si3和SiC相。
参考图4，其提供了来自Ex.12的导电陶瓷蜂窝组合物的孔径分布(μm)的图，这通过水银孔隙度计测量技术获得。如从图4明显看出，Ex.12的导电陶瓷蜂窝的孔径在约5μm至约11μm的范围，并且分布的峰在约8μm(还见于上表2)。
现在参考图5，其提供了包含钼金属粉末、硅金属粉末和碳前体的示例性导电陶瓷组合物的电导率(S/cm)与钼的摩尔分数的图。进一步地，图5示出了两个数据系列：(a)制备时的导电陶瓷组合物和(b)在1000℃下暴露于空气100小时后的导电陶瓷组合物。如从图5的数据明显看出，增加钼金属粉末的摩尔分数往往使得所得到的导电陶瓷复合物的电导率增加。例如，超过0.16的Mo的摩尔分数使得陶瓷复合物的电导率大于或等于约1400S/cm。进一步地，图5所示的数据证明了根据本公开的方法制备的这些含钼导电陶瓷复合物在大大暴露于高温、氧化环境(即，在1000℃下，在空气中100小时)后，保留其电导率。
本文公开的导电陶瓷材料可形成为具有各种形状的加热元件。例如，图6例示了后处理系统600(例如，用于流体物流的催化修复或其他处理，所述流体物流例如，来自车辆发动机的废气)，其中，导电陶瓷复合物14a形成为具有圆柱外周形状(与例如图1-1C所示的正方形外周形状不同)的蜂窝体602。蜂窝体602包括蜂窝结构，该蜂窝结构包括相交壁的基质和孔道，它们类似于蜂窝体10的孔道16和壁18。为了在蜂窝体602上施加电压，并因此在蜂窝体602的壁中产生热(例如，如上文关于后处理系统15所述)，处理系统600包括电极604，其经由引线40连接到电源48。
图7例示了后处理系统700(例如，用于流体物流的催化修复或其他处理，所述流体物流例如，来自车辆发动机的废气)，其中，导电陶瓷复合物14a形成为类似于图6的蜂窝体602的具有圆柱外周形状的蜂窝体702。蜂窝体702包括蜂窝结构，该蜂窝结构包括相交壁的基质和孔道，它们类似于蜂窝体10的孔道16和壁18。为了在蜂窝体702上施加电压，并因此在蜂窝体702的壁中产生热(例如，如上文关于后处理系统15所述)，后处理系统700包括电极704，其经由引线40连接到电源48。与后处理系统600不同，后处理系统700的电极704嵌入到蜂窝体702的侧中，以进一步促进蜂窝体702的壁与电极704之间的电传导。
图8例示了后处理系统800(例如，用于流体物流的催化修复或其他处理，所述流体物流例如，来自车辆发动机的废气)，其中，导电陶瓷复合物14a形成为类似于图6和7的蜂窝体602、702的具有大致圆柱外周形状的蜂窝体802。蜂窝体802包括蜂窝结构，该蜂窝结构包括相交壁的基质和孔道，它们类似于蜂窝体10的孔道16和壁18。为了在蜂窝体802上施加电压，并因此在蜂窝体802的壁中产生热(例如，如上文关于后处理系统15所述)，后处理系统800包括电极804，其经由引线40连接到电源48。与蜂窝体602和702不同，蜂窝体802包括渐缩的突出物806，其侧向向外延伸，并且渐缩的突出物806与电极804接合。例如，渐缩的突出物的使用可以用于减小电极804的尺寸和/或设置电极的优选形状(例如，平坦的板)，这与弯曲以便与圆化蜂窝体周围接合的电极(如图6所示)，或者嵌入到圆化蜂窝体中的电极(如图7所示)不同。
图9例示了后处理系统900(例如，用于流体物流的催化修复或其他处理，所述流体物流例如，来自车辆发动机的废气)，其中，导电陶瓷复合物14a形成为蜂窝体902。蜂窝体902包括蜂窝结构，该蜂窝结构包括相交壁的基质和孔道，它们类似于蜂窝体10的孔道16和壁18。为了在蜂窝体902上施加电压，并因此在蜂窝体902的壁中产生热(例如，如上文关于后处理系统15所述)，后处理系统900包括电极904，其经由引线40连接到电源48。与蜂窝体602和702不同，蜂窝体802的截面形状类似于通过从相对的侧移除部分而被截断和平坦化的圆形。例如，类似于图8的实施方式，图9的布置可以有利于设置电极904的优选形状(例如，平坦的板)，这与弯曲以便与圆化蜂窝体周围接合的电极(如图6所示)，或者嵌入到圆化蜂窝体中的电极(如图7所示)不同。
图10A-10B例示了后处理系统1000(例如，用于流体物流的催化修复或其他处理，所述流体物流例如，来自车辆发动机的废气)，其中，导电陶瓷复合物14a形成为蜂窝体1002。蜂窝体1002包括蜂窝结构，该蜂窝结构包括相交壁的基质和孔道，它们类似于蜂窝10的孔道16和壁18。为了在蜂窝体1002上施加电压，并因此在蜂窝体1002的壁中产生热(例如，如上文关于后处理系统15所述)，后处理系统1000包括电极1004，其经由引线40连接到电源48。与蜂窝体602、802和902不同，电极1004嵌在蜂窝体1002中。与蜂窝体702不同，电极1004各自嵌在蜂窝体1004的其中一个单独的孔道中。例如，电极1004的形状和尺寸可调整成适应其中的一个孔道，并且/或者电极1004可通过粘合剂保持就位，所述粘合剂例如导电水泥或其他材料(例如，导电陶瓷、导电聚合物、金属或其复合物)。虽然图10A示出了三对电极1004，但是可采用任何数目的电极。
图10B示出了后处理系统1000的侧视图以例示电极1004如何可被固定到蜂窝体1002中。例如，电极1004中的第一电极用附图标记1004a指示，其被布置成使得电极1004的嵌入部分1006相对于蜂窝体1002的轴向方向被插入到蜂窝体1002中。换言之，电极1004a从蜂窝体1002的其中一个端面(即，进口面或出口面)插入到蜂窝体1002的其中一个孔道中。电极1004的第二电极指示为电极1004b，其被布置成使得电极1004b的嵌入部分1008在横向于蜂窝体1002的轴向方向的方向上，例如，如果蜂窝体1002具有圆形截面形状则是径向方向，通过蜂窝体1002的外周插入。因此，如图所示，电极1004可以轴向和/或横向方向的任何组合插入。
本文公开的导电陶瓷复合材料14a也可以非蜂窝构造来布置。例如，图11-13例示了各种实施方式，其中，陶瓷体包括导电陶瓷复合材料14a，其形成为具有螺旋或卷绕形状的陶瓷体，而图14A-14B例示了具有蜿蜒形状的陶瓷体。由于图11-14B的实施方式也包括导电陶瓷复合材料14a，因此，上文给出的导电陶瓷材料14a的描述，例如，性质(例如，电导率、孔隙率等)、组成(例如，硅化物相和碳化物相)，制造方法等也可适用于图11-14B。
图11示出了后处理装置1100，其包括形成为螺旋体1102的导电陶瓷复合材料14a。在这种布置中，螺旋体的相对端部1104可电学连接到电源，例如，经由引线40电学连接到电源48，以便在螺旋体1102内产生电阻加热。图12例示了后处理系统1200，其包括形成为螺旋体1202的导电陶瓷复合材料14a，并且图13例示了后处理系统1300，其包括形成为螺旋体1302的导电陶瓷复合材料14a。类似于图11的相对端部1104，螺旋体1202的相对端部1204以及螺旋体1302的相对端部1304可电学连接到电源，例如，经由引线40电学连接到电源48，以便在螺旋体1202、1302内产生电阻加热。与螺旋体1102不同的是，螺旋体1202、1302被布置成提供增加的表面积，例如，以便携带更多的催化材料和/或增加陶瓷体1202、1302与流体物流(例如车辆发动机废气)之间的热传递速率。例如，陶瓷螺旋体1202被布置成波浪状、蜿蜒和/或波纹状，而陶瓷螺旋体1302包括表面纹理，该表面纹理包括沿着相对端部1304之间的长度从螺旋体1302的侧面向外延伸的多个凸起1306。图13的凸起1306形成了囊状物1308(其进一步增加了表面积但不会显著增加热质量)，但是可替代性地形成为实心凸起而没有这种囊状物1308。
图14A-14B例示了后处理系统1400，其中导电陶瓷复合材料14a被布置在具有蜿蜒形状的陶瓷体1402中。蜿蜒陶瓷体1402的相对端部1404可电学连接到电源，例如，电源48，以用于在蜿蜒陶瓷体1402的材料中产生电阻加热。系统1402可被布置成具有单一一个蜿蜒陶瓷体1402，但是在图14A-14B的实施方式中，还包括第二蜿蜒陶瓷体，其用附图标记1402’指示，并且大致类似于第一蜿蜒陶瓷体1402。除了提供第二热生成源外，所例示的实施方式中的第二蜿蜒陶瓷体1402’相对于第一蜿蜒陶瓷体1402旋转(例如，旋转90°)，以增加通过系统1400的流动路径的表面积和/或曲折度，由此增加与通过系统1400的流体物流的热传递。可沿着流体流动路径依次布置任何数目的蜿蜒陶瓷体，以进一步增加热生成和用于有效热传递的表面积。
非蜂窝形状，例如，图11-14B所公开的，可用于促进对应的导电陶瓷体与电源之间的电学连接。例如，如上文关于图1-1C和6-10B的蜂窝体所述，蜂窝体需被构造成适于附接到和/或接合到电极对，以提供产生热所必需的电压。有利地，非蜂窝形状可被构造用于减少附接所述电极的需要，例如，相应的相对端部1104、1204、1304和1404可有效地用作和/或整体形成用于电学连接到电源(例如电源48)的电极。
如本文所阐述的，本公开的第1方面涉及一种导电蜂窝体。所述蜂窝体包括多孔蜂窝结构，其包括被布置用于提供孔道基质的多个相交的多孔壁，所述多孔壁包括壁表面，其限定了从结构的进口端延伸到结构的出口端的多个通道。所述多孔壁包括陶瓷复合材料，其包含至少一个碳化物相和至少一个硅化物相，每个碳化物和硅化物相包含选自Si、Mo、Ti、Zr和W的一种或多种金属。
根据第2方面，提供了第1方面，其中，多孔壁具有约1S/cm至约5000S/cm的电导率。
根据第3方面，提供了第1或第2方面，其中，多孔壁包括约1μm至约10μm的中值孔径。
根据第4方面，提供了第1-3方面中的任一方面，其中，多孔壁包括约35％至约70％的中值孔隙率。
根据第5方面，提供了第1-4方面中的任一方面，其中，多孔壁包括约0.1ml/g至约0.5ml/g的中值孔体积。
根据第6方面，提供了第1-5方面中的任一方面，其中，多孔壁包括小于约0.5重量％的游离硅金属。
根据第7方面，提供了第1-6方面中的任一方面，其中，多孔壁基本上不含游离硅金属。
根据第8方面，提供了第1-7方面中的任一方面，其中，多孔壁包括小于约0.5重量％的游离金属。
根据第9方面，提供了第1-8方面中的任一方面，其中，多孔壁基本上不含游离金属。
根据第10方面，提供了第1-9方面中的任一方面，其中，所述至少一个碳化物相是SiC，并且所述至少一个硅化物相是MoSi2和Mo5Si3。
根据第11方面，提供了第1-10方面中的任一方面，其中，所述至少一个碳化物相的体积分数为约45％至约90％，并且所述至少一个硅化物的体积分数为约10％至约55％，并且进一步地，其中，所述至少一个碳化物和至少一个硅化物的体积分数的总和为约100％。
根据第12方面，提供了第1-9方面中的任一方面，其中，所述至少一个硅化物相是二硅化物和三硅化物。
根据第13方面，提供了第1-9方面中的任一方面，其中，所述至少一个碳化物相是SiC，并且所述至少一个硅化物相包含钛(Ti)硅化物。
根据第14方面，提供了一种制造导电陶瓷蜂窝的方法。所述方法包括：将多种成分在一起混合成混合物，所述成分包含(a)金属粉末，其选自下组：Mo、Ti、Zr和W金属粉末，(b)硅(Si)金属粉末，(c)碳前体和(d)液体载剂；将批料挤出成生坯蜂窝体；在约50℃至约200℃的空气中干燥生坯蜂窝体；在约300℃至约900℃的惰性气氛中碳化生坯蜂窝体；以及在约1400℃至约1800℃的惰性气氛中烧制生坯蜂窝体以形成导电蜂窝体，所述蜂窝体包括多孔蜂窝结构，其包括被布置用于提供孔道基质的多个相交的多孔壁，所述多孔壁包括壁表面，其限定了从结构的进口端延伸到结构的出口端的多个通道。所述多孔壁包括陶瓷复合材料，其包含至少一个碳化物相和至少一个硅化物相，每个碳化物和硅化物相包含选自Si、Mo、Ti、Zr和W的一种或多种金属。
根据第15方面，提供了第14方面，其中，碳化步骤在包含氮气、氩气和氦气中的一种或多种的气态气氛中进行，并且进一步地，其中，烧制步骤在包含氩气和氦气中的一种或多种的气态气氛中进行。
根据第16方面，提供了第14或第15方面，其中，碳前体包括热固性聚合物，其在干燥步骤期间至少部分固化。
根据第17方面，提供了第14-16方面中的任一方面，其中，所述至少一个碳化物相是SiC，并且所述至少一个硅化物相是MoSi2和Mo5Si3。
根据第18方面，提供了第14-17方面中的任一方面，其中，所述至少一个碳化物相的体积分数为约45％至约90％，并且所述至少一个硅化物的体积分数为约10％至约55％，并且进一步地，其中，所述至少一个碳化物和至少一个硅化物的体积分数的总和为约100％。
根据第19方面，提供了第14-18方面中的任一方面，其中，所述至少一个硅化物相是二硅化物和三硅化物。
根据第20方面，提供了第14-19方面中的任一个方面，其中，多孔壁基本上不含游离硅金属，并且具有约1S/cm至约5000S/cm的电导率。
根据第21方面，提供了如第14-20方面中的任一个方面，其中，所述混合物包含(a)约0.05至约0.5的选自Mo、Ti、Zr和W金属粉末中的金属粉末的摩尔分数，(b)约0.4至约0.8的硅(Si)金属粉末的摩尔分数和(c)约0.1至约0.5的由碳前体提供的碳(C)的摩尔分数。
根据第22方面，提供了第14至21方面中的任一个方面，其中，多孔壁包括约1μm至约10μm的中值孔径。
根据第23方面，提供了第14至22方面中的任一方面，其中，多孔壁包括约35％至约70％的中值孔隙率。
可以对本公开的上述实施方式进行许多改变和调整而基本上不偏离本公开的精神和各种原理。所有这些变动和修改旨在包括在本公开和所附权利要求保护的范围内。

Claims (37)

1.一种导电蜂窝体，其包括：
多孔蜂窝结构，其包括被布置用于提供孔道基质的多个相交的多孔壁，所述多孔壁包括壁表面，其限定了从结构的进口端延伸到结构的出口端的多个通道，
其中，所述多孔壁包括陶瓷复合材料，其包含至少一个碳化物相和至少一个硅化物相，每个碳化物相和硅化物相包含一种或多种金属化合物，每种金属化合物包含Si、Mo、Ti、Zr和W中的一种或多种，
其中，多孔壁包含小于0.5重量%的游离硅金属。
2.根据权利要求1所述的导电蜂窝体，其中，多孔壁具有1 S/cm至5000 S/cm的电导率。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的导电蜂窝体，其中，多孔壁包括1 μm至10 μm的中值孔径。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的导电蜂窝体，其中，多孔壁包括35%至70%的中值孔隙率。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的导电蜂窝体，其中，多孔壁不含游离硅金属。
6.根据权利要求1或2中任一项所述的导电蜂窝体，其中，多孔壁包含小于0.5重量%的游离金属。
7.根据权利要求1或2中任一项所述的导电蜂窝体，其中，多孔壁不含游离金属。
8.根据权利要求1或2中任一项所述的导电蜂窝体，其中，所述至少一个碳化物相包含SiC，并且所述至少一个硅化物相包含MoSi2和Mo5Si3。
9.根据权利要求1或2中任一项所述的导电蜂窝体，其中，所述至少一个碳化物相的体积分数为45%至90%，并且所述至少一个硅化物的体积分数为10%至55%，并且所述至少一个碳化物相和所述至少一个硅化物相的体积分数的总和为100%。
10.根据权利要求1或2中任一项所述的导电蜂窝体，其中，所述至少一个硅化物相包含二硅化物和三硅化物。
11.根据权利要求1或2中任一项所述的导电蜂窝体，其中，所述至少一个碳化物相包含SiC，并且所述至少一个硅化物相包含钛硅化物。
12.一种后处理系统，其包括如权利要求1-11中任一项所述的导电蜂窝体和后处理装置。
13.一种制造导电陶瓷蜂窝的方法，所述方法包括：
将多种成分在一起混合成混合物，所述成分包含(a)金属粉末，其选自下组：Mo、Ti、Zr和W金属粉末，(b) 硅金属粉末，(c) 碳前体和(d)液体载剂；
将混合物挤出成生坯蜂窝体；
在500C至2000C的空气中干燥生坯蜂窝体；
在3000C至9000C的惰性气氛中碳化生坯蜂窝体；以及
在14000C至18000C的惰性气氛中烧制生坯蜂窝体以形成导电蜂窝体，所述蜂窝体包括多孔蜂窝结构，其包括被布置用于提供孔道基质的多个相交的多孔壁，所述多孔壁包括壁表面，其限定了从结构的进口端延伸到结构的出口端的多个通道，
其中，所述多孔壁包括陶瓷复合材料，其包含至少一个碳化物相和至少一个硅化物相，每个碳化物相和硅化物相包含选自Si、Mo、Ti、Zr和W的一种或多种金属，并且
其中，多孔壁包含小于0.5重量%的游离硅金属。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，碳化步骤在包含氮气、氩气和氦气中的一种或多种的气态气氛中进行，并且进一步地，其中，烧制步骤在包含氩气和氦气中的一种或多种的气态气氛中进行。
15.根据权利要求13或14中任一项所述的方法，其中，碳前体包括热固性聚合物，其在干燥步骤期间至少部分固化。
16.根据权利要求13或14中任一项所述的方法，其中，所述至少一个碳化物相为SiC，并且所述至少一个硅化物相包含MoSi2和Mo5Si3。
17.根据权利要求13或14中任一项所述的方法，其中，所述至少一个碳化物相的体积分数为45%至90%，并且所述至少一个硅化物的体积分数为10%至55%，并且所述至少一个碳化物相和所述至少一个硅化物相的体积分数的总和为100%。
18.根据权利要求13或14中任一项所述的方法，其中，所述至少一个硅化物相是二硅化物和三硅化物。
19.根据权利要求13或14中任一项所述的方法，其中，多孔壁具有1 S/cm至5000 S/cm的电导率。
20.根据权利要求13或14中任一项所述的方法，其中，所述混合物包含(a) 选自Mo、Ti、Zr和W金属粉末中的金属粉末的摩尔分数，其为0.05至0.5，(b) 硅金属粉末的摩尔分数，其为0.4至0.8，和(c) 由碳前体提供的碳的摩尔分数，其为0.1至0.5。
21.根据权利要求13或14中任一项所述的方法，其中，多孔壁包括1 μm至10 μm的中值孔径。
22.根据权利要求13或14中任一项所述的方法，其中，多孔壁包括35%至70%的中值孔隙率。
23.一种导电陶瓷体，其包括：
陶瓷复合材料，其包含至少一个碳化物相和至少一个硅化物相，每个碳化物相和硅化物相包含一种或多种金属化合物，每种金属化合物包含Si、Mo、Ti、Zr和W中的一种或多种，
其中，陶瓷体包含小于0.5重量%的游离硅金属。
24.根据权利要求23所述的导电陶瓷体，其中，陶瓷体具有1 S/cm至5000 S/cm的电导率。
25.根据权利要求23或24中任一项所述的导电陶瓷体，其中，陶瓷体包括1 μm至10 μm的中值孔径。
26.根据权利要求23或24中任一项所述的导电陶瓷体，其中，陶瓷体是多孔陶瓷体，并且包括35%至70%的中值孔隙率。
27.根据权利要求23或24中任一项所述的导电陶瓷体，其中，陶瓷体不含游离硅金属。
28.根据权利要求23或24中任一项所述的导电陶瓷体，其中，陶瓷体包含小于0.5重量%的游离金属。
29.根据权利要求23或24中任一项所述的导电陶瓷体，其中，陶瓷体不含游离金属。
30.根据权利要求23或24中任一项所述的导电陶瓷体，其中，所述至少一个碳化物相包含SiC，并且所述至少一个硅化物相包含MoSi2和Mo5Si3。
31.根据权利要求23或24中任一项所述的导电陶瓷体，其中，所述至少一个碳化物相的体积分数为45%至90%，并且所述至少一个硅化物的体积分数为10%至55%，并且所述至少一个碳化物相和所述至少一个硅化物相的体积分数的总和为100%。
32.根据权利要求23或24中任一项所述的导电陶瓷体，其中，所述至少一个硅化物相包含二硅化物和三硅化物。
33.根据权利要求23或24中任一项所述的导电陶瓷体，其中，所述至少一个碳化物相包含SiC，并且所述至少一个硅化物相包含钛硅化物。
34.根据权利要求23或23中任一项所述的导电陶瓷体，其中，陶瓷体具有螺旋形状。
35.根据权利要求23或24中任一项所述的导电陶瓷体，其中，陶瓷体具有蜿蜒形状。
36.根据权利要求23或24中任一项所述的导电陶瓷体，其中，陶瓷体具有蜂窝形状。
37.一种后处理系统，其包括如权利要求23-36中任一项所述的导电陶瓷体和后处理装置。
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